动时，第三锥齿轮3以C轴为轴线自转；当第一锥齿轮4与 第二锥齿轮11不同速转动时，第三锥齿轮3既以A轴为轴线公转，又会以C轴为轴线自转。
[0064] 由上述可知，本实用新型的第三锥齿轮3作为输出齿轮时，既能以C轴为轴线自 转，又能以A轴为轴线公转，实现了双自由度输出。
[0065] 本实用新型提供的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，通过相对独立的第一锥 齿轮4和第二锥齿轮11形成太阳齿轮，第三锥齿轮3形成行星齿轮，与第一锥齿轮4和第二 锥齿轮11共同构成一个近似行星齿轮系的差分轮系，通过第一驱动装置14和第二驱动装 置8分别驱动第一锥齿轮4和第二锥齿轮11。当第一锥齿轮4和第二锥齿轮11同向转动 时，第三锥齿轮3绕第一锥齿轮4的轴线公转，当第一锥齿轮4和第二锥齿轮11反向转动 时，第三锥齿轮3停止公转进行自转，进而实现了第三锥齿轮3的两个自由度的转动输出， 改变了现有的舵机实现双向自由度时需要两个舵机串联的现状，提高了舵机在关节中的利 用率，并克服了两个舵机串联时的旋转轴线不相交，与生物学关节不一致的问题。
[0066] 优选的实施方式为，第一驱动装置14与第一锥齿轮4之间设置有减速装置；
[0067] 第二驱动装置8与第二锥齿轮11之间也设置有减速装置。
[0068] 驱动装置的启动转速一般较高，通过减速装置将驱动装置的输出转速减下来后传 递给第一锥齿轮4或第二锥齿轮11，进而保证两个锥齿轮的转速不会太快而影响到定位精 度。
[0069] 减速装置有很多种，可以是齿轮箱减速，也可以是谐波减速器、RV减速器、涡轮蜗 杆等进行减速，其只要能够实现对驱动装置的减速即可。
[0070] 优选的实施方式为，减速装置包括驱动齿轮9、从动齿轮5和传动齿轮组10 ;
[0071] 第一驱动装置14或第二驱动装置8连接驱动齿轮9,能够带动驱动齿轮9转动；
[0072] 传动齿轮组10分别与驱动齿轮9和从动齿轮5啮合；
[0073] 从动齿轮5与第一锥齿轮4同轴设置；
[0074] 驱动齿轮9的转速大于从动齿轮5的转速。
[0075] 两个驱动装置上均设置有驱动齿轮9,两个驱动齿轮9分别带动两个传动齿轮组 10,再分别带动两个从动齿轮5转动，进而两个从动齿轮5分别带动第一锥齿轮4和第二锥 齿轮11转动。
[0076] 通过传动齿轮组10实现将驱动齿轮9的转速降低后传动给从动齿轮5,实现对驱 动装置的减速。
[0077] 在通过传动齿轮组10进行减速时，可以是使用一组传动齿轮组10,也可以是使用 多组传动齿轮组10进行多级减速，具体情况可以根据实际需求进行判断选择。
[0078] 优选的实施方式为，传动齿轮组10包括同轴且固定设置的第一传动齿轮15和第 二传动齿轮16 ;
[0079] 第一传动齿轮15的直径大于第二传动齿轮16的直径；
[0080] 第一传动齿轮15与驱动齿轮9嗤合；
[0081] 第二传动齿轮16与从动齿轮5啮合。
[0082] 传动齿轮组10为双联齿轮，即同轴固定设置的两个齿轮。在本实用新型中两个齿 轮的齿数和直径均不相同，将直径较大的第一传动齿轮15与驱动齿轮9啮合，直径较小的 第二传动齿轮16与从动齿轮5啮合，实现将驱动齿轮9的高转速变化为从动齿轮5的低转 速。
[0083] 优选的实施方式为，基于差动轮系的双自由度并联式舵机还包括控制器7 ;
[0084] 控制器7设置在主架1内部；
[0085] 控制器7分别与第一驱动装置14和第二驱动装置8连接，能够控制第一驱动装置 14和第二驱动装置8的工作状态。
[0086] 通过控制器7可以控制两个驱动装置的转动方向和转速，进而控制输出的第三锥 齿轮3的位置。
[0087] 优选的实施方式为，基于差动轮系的双自由度并联式舵机还包括反馈装置；
[0088] 反馈装置设置在主架1内部的两侧，用于反馈第三锥齿轮3的位置。
[0089] 通过反馈装置，对作为输出齿轮的第三锥齿轮3的位置进行定位和反馈，进而能 够实现精确控制第三锥齿轮3的输出位置。
[0090] 优选的实施方式为，反馈装置包括数据处理器、两个磁编码器处理器6、两个磁块 和两个与第一锥齿轮4同速转动的反馈齿轮13 ;
[0091] 磁块设置在反馈齿轮13的一侧；
[0092] 数据处理器固定设置在主架1上，且与磁编码器处理器6相对设置；
[0093] 数据处理器与磁编码器处理器6连接。
[0094] 作为输出齿轮的第三锥齿轮3的两个自由度的角度ΘΑ、Θ ^与输入第一锥齿轮4 和第二锥齿轮11的运动角度Θ i、Θ 2，具有如下关系：
【主权项】
1. 一种基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，包括主架、第一驱动装置、 第二驱动装置、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮； 所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮转动设置在所述主架上； 所述第一驱动装置与所述第一锥齿轮连接，能够驱动所述第一锥齿轮转动； 所述第二驱动装置与所述第二锥齿轮连接，能够驱动所述第二锥齿轮转动； 所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮同轴且相对设置； 所述第三锥齿轮分别与所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合，能够在所述第一锥齿 轮和所述第二锥齿轮的驱动下进行公转和自转。
2. 根据权利要求1所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，所述第 一驱动装置与所述第一锥齿轮之间设置有减速装置； 所述第二驱动装置与所述第二锥齿轮之间也设置有减速装置。
3. 根据权利要求2所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，所述减 速装置包括驱动齿轮、从动齿轮和传动齿轮组； 所述第一驱动装置或所述第二驱动装置连接所述驱动齿轮，能够带动所述驱动齿轮转 动； 所述传动齿轮组分别与所述驱动齿轮和所述从动齿轮啮合； 所述从动齿轮与所述第一锥齿轮同轴设置； 所述驱动齿轮的转速大于所述从动齿轮的转速。
4. 根据权利要求3所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，所述传 动齿轮组包括同轴且固定设置的第一传动齿轮和第二传动齿轮； 所述第一传动齿轮的直径大于所述第二传动齿轮的直径； 所述第一传动齿轮与所述驱动齿轮嗤合； 所述第二传动齿轮与所述从动齿轮啮合。
5. 根据权利要求1所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，还包括 控制器； 所述控制器设置在所述主架内部； 所述控制器分别与所述第一驱动装置和所述第二驱动装置连接，能够控制所述第一驱 动装置和所述第二驱动装置的工作状态。
6. 根据权利要求3所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，还包括 反馈装置； 所述反馈装置设置在所述主架内部的两侧，用于反馈所述第三锥齿轮的位置。
7. 根据权利要求6所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，所述反 馈装置包括数据处理器、两个磁编码器处理器、两个磁块和两个与所述第一锥齿轮同速转 动的反馈齿轮； 所述磁块设置在所述反馈齿轮的一侧； 所述数据处理器固定设置在所述主架上，且与所述磁编码器处理器相对设置； 所述数据处理器与所述磁编码器处理器连接。
8. 根据权利要求7所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，所述反 馈齿轮与所述从动齿轮之间设置有第三传动齿轮。
9. 根据权利要求1所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在于，所述第 一锥齿轮和所述第二锥齿轮均通过轴承与所述主架连接。
10. 根据权利要求1-9任一项所述的基于差动轮系的双自由度并联式舵机，其特征在 于，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为电机。
【专利摘要】本实用新型涉及机器人领域，具体而言，涉及一种基于差动轮系的双自由度并联式舵机。其包括主架，第一驱动装置、第二驱动装置、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮；第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮转动设置在主架上；第一驱动装置与第一锥齿轮连接；第二驱动装置与第二锥齿轮连接，能够驱动第二锥齿轮转动；第一锥齿轮与第二锥齿轮同轴且相对设置；第三锥齿轮分别与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，能够在第一锥齿轮和第二锥齿轮的驱动下进行公转和自转。本实用新型改变了现有的舵机实现双向自由度时需要两个舵机串联的现状，提高了舵机在关节中的利用率，并克服了两个舵机串联时的旋转轴线不相交，与生物学关节不一致的问题。
【IPC分类】B25J17-02
【公开号】CN204546556
【申请号】CN201520197601
【发明人】姜国军, 姚皓天, 厉丹阳
【申请人】姜国军
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月2日