一种基于内啮合齿轮的柔性关节的制作方法

本实用新型涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种基于内啮合齿轮的柔性关节。

背景技术：

在机械腿的运动过程中，存在相当多的非结构环境，以及如跳跃、快跑这类的高要求动作。机械腿的关节是整体机械腿的动力输出源，对机械腿的整体运动起着十分重要的作用。

非结构环境以及跳跃等动作会对机械腿造成冲击，冲击会损伤机械腿。目前的解决方案是在腿部或关节中加入弹簧，以缓冲外界冲击。并且，目前存在的机构多为直线型，导致机构偏长，无法再添加减速器（添加后机构会更大），因此动力也比较小。目前的方案中通常利用滚珠丝杠将动力从转动转变为直线平移，一般需要多个弹簧均布在滚珠丝杠的两侧，如此可保证滚珠丝杠的两侧均受到拉力或者压力，使滚珠丝杠受力更加均衡，因此至少需要两个弹簧，实际上多数为四个弹簧，数量较多。弹簧数量越多，对于控制系统来说，控制的反应速度就会越慢，导致控制效果不理想。

技术实现要素：

本实用新型基于现有技术存在的缺点提供一种基于内啮合齿轮的柔性关节。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于内啮合齿轮的柔性关节，包括伸缩腿、连接所述伸缩腿的弹性件、与所述弹性件相连用以驱使其沿竖直方向伸缩进而带动所述伸缩腿沿竖直方向运动的齿轮驱动机构，所述齿轮驱动机构包括与所述弹性件相连的内啮合齿轮机构以及用以驱使所述内啮合齿轮机构转动从而配合的带动所述弹性件沿竖直方向伸缩的驱动组件。

进一步的，所述内啮合齿轮机构包括固定设置的齿轮圈以及与所述齿轮圈的内齿相啮合的齿轮，所述齿轮上设有用以与所述弹性件的一端转动相连的销钉，当所述齿轮沿所述齿轮圈的内部滚动时，所述销钉沿竖直方向运动，所述弹性件相应的沿竖直方向伸长或压缩。

进一步的，所述销钉设置在所述齿轮的分度圆上，所述齿轮的分度圆直径为所述齿轮圈的分度圆直径的一半，所述齿轮圈分度圆的最低点、所述销钉、所述齿轮的圆心以及所述齿轮圈的圆心位于同一直线。

进一步的，所述销钉运动轨迹的最低点为所述齿轮圈分度圆的最低点，所述销钉运动轨迹的最高点为所述齿轮圈分度圆的最高点。

进一步的，所述弹性件为弹簧，所述弹簧的一端与所述伸缩腿转动相连，其另一端与所述齿轮在所述销钉处转动相连。

进一步的，所述弹簧的内部安装有用以监测所述弹簧的伸长量或压缩量的直线位移传感器。

进一步的，所述驱动组件包括驱动电机以及与所述驱动电机的输出轴通过联轴器相连的谐波减速器，所述谐波减速器的输出端与所述齿轮相连。

进一步的，所述谐波减速器上设有连接盘，所述连接盘上设有连接杆，所述连接杆的输入端与所述连接盘的中心相连，所述连接杆的输出端安装所述齿轮，所述连接杆和所述齿轮之间还设有轴承。

进一步的，所述齿轮的厚度大于所述齿轮圈的厚度，所述齿轮与所述齿轮圈靠近所述连接盘的一侧端面相对齐，所述齿轮的另一侧端面突出于所述齿轮圈的另一侧端面。

进一步的，所述柔性关节呈折型，所述齿轮驱动机构的长度方向垂直所述弹性件以及所述伸缩腿的长度方向，所述柔性关节还包括机壳，所述内啮合齿轮机构、所述谐波减速器、所述联轴器、部分的所述驱动电机、所述弹性件以及部分的所述伸缩腿均设置在所述机壳中。

采用以上技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：本实用新型通过内啮合齿轮机构将回转运动转变为直线运动，不仅使整个柔性关节的长度大大减小，而且由于减小了竖直方向的体积，从而可以添加谐波减速器，放大了输出的动力；本实用新型只使用一个弹簧，提高了反应速度，降低了控制系统的难度。

附图说明

附图1为本实用新型中柔性关节的结构示意图；

附图2为本实用新型中柔性关节的一种局部结构示意图；

附图3为本实用新型中柔性关节的另一种局部结构示意图。

其中，

1、伸缩腿；2、齿轮圈；3、齿轮；4、销钉；5、弹簧；6、直线位移传感器；7、驱动电机；8、谐波减速器；9、联轴器；10、连接盘；11、连接杆；12、机壳；13、轴承。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，一种基于内啮合齿轮3的柔性关节，包括伸缩腿1、连接伸缩腿1的弹性件、与弹性件相连用以驱使其沿竖直方向伸缩进而带动伸缩腿1沿竖直方向运动的齿轮驱动机构，齿轮驱动机构包括与弹性件相连的内啮合齿轮机构以及用以驱使内啮合齿轮机构转动从而配合的带动弹性件沿竖直方向伸缩的驱动组件。

具体的，内啮合齿轮机构包括固定设置的齿轮圈2以及与齿轮圈2的内齿相啮合的齿轮3，齿轮3上设有用以与弹性件的一端转动相连的销钉4，当齿轮3沿齿轮圈2的内部滚动时，销钉4沿竖直方向运动，弹性件相应的沿竖直方向伸长或压缩。

本实施例中，销钉4设置在齿轮3的分度圆上，齿轮3的分度圆直径为齿轮圈2的分度圆直径的一半，齿轮圈2分度圆的最低点、销钉4、齿轮3的圆心以及齿轮圈2的圆心位于同一直线。销钉4运动轨迹的最低点为齿轮圈2分度圆的最低点，销钉4运动轨迹的最高点为齿轮圈2分度圆的最高点。

本实施例中的弹性件包括弹簧5，弹簧5的一端可转动的套接在销钉4上，弹簧5的另一端与伸缩腿1可转动的相连，弹簧5的内部安装有用以监测弹簧5的伸长量或压缩量的直线位移传感器6，通过直线位移传感器6结合胡克定律可以实时监测弹簧5的输出力，将输出力反馈给控制系统，可以实时控制输出力。

驱动组件包括驱动电机7以及与驱动电机7的输出轴通过联轴器9相连的谐波减速器8，谐波减速器8的输出端与齿轮3相连。具体的，谐波减速器8上设有连接盘10，连接盘10与谐波减速器8通过多个紧固螺栓相连，连接盘10上设有连接杆11，连接杆11的输入端与连接盘10的中心相连，连接杆11的输出端安装齿轮3，连接杆11与齿轮3之间设有轴承13，该轴承13为深沟球轴承，其作用是保证齿轮3在随着连接杆11运动的过程中可以同时转动。通过驱动电机7、谐波减速器8、连接盘10和连接杆11带动齿轮3运动。

齿轮3的厚度大于齿轮圈2的厚度，齿轮3与齿轮圈2靠近连接盘10的一侧端面相对齐，齿轮3的另一侧端面突出于齿轮圈2的另一侧端面，从而保证弹簧5在运动过程中不会碰到齿轮圈2。

柔性关节还包括机壳12，机壳12用以保护设置在其内部的部件，内啮合齿轮机构、谐波减速器8、联轴器9、部分的驱动电机7、弹簧5以及部分的伸缩腿1均设置在机壳12中，齿轮圈2固定在机壳12上。

本实用新型中的柔性关节呈折型，齿轮驱动机构的长度方向垂直弹簧5以及伸缩腿1的长度方向，从而可以使竖直方向的长度大大减小。

本实用新型的柔性关节在初始状态时，销钉4与齿轮圈2分度圆的最低点重合，齿轮圈2分度圆的最低点、齿轮3的圆心、齿轮圈2的圆心三点处于一条竖直线上。在驱动组件的带动下，齿轮3在齿轮圈2的内部滚动，在滚动过程中，销钉4运动的轨迹为一条竖直线，竖直线的起点为齿轮圈2分度圆的最低点，终点为齿轮圈2分度圆的最高点。相应的，在销钉4自齿轮圈2分度圆的最低点向上运动的过程中，弹簧5长度变长；当销钉4从齿轮圈2分度圆的最高点向下运动的过程中，弹簧5的长度变短。无论驱动电机7的转向如何，弹簧5都能进行储能，机构的长冲程使其能够储存很大的能量，并且弹簧5在整个运动过程中只受到竖直方向的力。

本实用新型的柔性关节主要应用于腿机器人或机械腿，其能够精确控制机械腿末端输出力的问题，以及在机械腿受到冲击时，能够缓冲机械腿受到的伤害，相对于现有技术方案来说，本实用新型的柔性关节不仅结构简单，而且体积更小、动力更大。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。