一种双自由度齿轮箱模组的制作方法

本发明涉及机器人结构设备技术领域，具体的说是一种双自由度齿轮箱模组。

背景技术：

机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途，而机器人的出现也极大的丰富了我们的生活。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置、控制系统和复杂机械等组成，其中现有的驱动装置为较常见的舵机架构，其一个舵机对应单个自由度，并且旋转轴不交于一点，使得结构较为分散，其在机器人运行算法上较为复杂。

专利号为cn105856267a设计一种工业用机器人，即使能使第一手和第二手处于合拢或张开的状态，也能将供马达配置在内部的主体部小型化。该工业用机器人中，用于将马达的动力传递到第一手的动力传递机构具有齿轮、齿轮及供齿轮固定的第一旋转轴，用于将马达的动力传递到第二手的动力传递机构具有齿轮、齿轮及供齿轮固定的第二旋转轴。齿轮和齿轮被固定于共用旋转轴，第一旋转轴与第二旋转轴呈同心状配置。并且，齿轮与齿轮直接连接，齿轮与齿轮借助中间齿轮连接，以使齿轮与齿轮彼此朝向相反的方向旋转，但其结构复杂，安装较于分散。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明目的是提供一种结构紧凑、设计安装合理、可减少运算的齿轮模组。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种双自由度齿轮箱模组，包括第一自由度、第二自由度、箱体，所述箱体包括第一箱体、第二箱体，所述第一自由度包括第一电机、起步齿轮、双联齿轮组件、大齿圈，所述第一电机一端设置有连接盘，所述第一电机相对于所述连接盘的另一端通过多组螺丝连接在所述第一箱体上，所述第一箱体内设置有起步齿轮，所述起步齿轮一端与所述第一电机连接并由所述第一电机带动，所述起步齿轮另一端啮合连接有双联齿轮组件，所述双联齿轮组件则是由两组相同的第一双联齿轮、第二双联齿轮分别和第三双联齿轮相互啮合组成，所述双联齿轮组件相对于所述起步齿轮的另一端啮合连接有大齿圈，所述大齿圈、双联齿轮组件均嵌合安装在所述第一箱体内部，所述大齿圈相对于所述双联齿轮组件的另一侧连接有第二箱体，所述第二箱体一侧设置有第二自由度；所述第二自由度包括一组90°锥齿轮、第一太阳轮双联直齿轮、第一行星轮组件、第二行星轮组件，所述90°锥齿轮嵌合安装在所述第二箱体内部，且所述第一箱体内还嵌合设置有第二电机，所述第二电机与所述大齿圈啮合连接，所述第一太阳轮双联直齿轮包括一组大齿轮和一组小齿轮，所述90°锥齿轮啮合连接第一太阳轮双联直齿轮的大齿轮并由其完成直角换向，所述第一太阳轮双联直齿轮的小齿轮啮合连接有第一行星轮组件，所述第一行星轮组件嵌合安装在一组齿轮架内，所述齿轮架内还嵌合设置有第二太阳轮双联直齿轮，所述第二太阳轮双联直齿轮一侧与所述第一行星轮组件啮合连接，另一侧与所述第二行星轮组件啮合连接，所述第二行星轮组件相对于所述第二太阳轮双联直齿轮的另一侧设置有法兰盘。

所述箱体内部设置有多组霍尔传感器，所述霍尔传感器依据实际齿轮组件的安装进行设置。

所述第一电机、第二电机均采用了直流空心杯电机，所述第一电机与所述第一箱体连接的螺丝优选为6组m2螺丝。

所述第一自由度、第二自由度末端各固定有一颗稀土永磁磁铁，所述霍尔传感器精度可达0.08°。

所述双联齿轮组件中其组成结构为所述第三双联齿轮位于所述第一双联齿轮、第二双联齿轮之间，所述第一双联齿轮、第二双联齿轮分别啮合在所述第三双联齿轮两端中心的啮齿上。

所述第一箱体、第二箱体均设置为拆卸式结构，所述第一箱体、第二箱体由多组螺纹组件进行连接。

所述第一自由度的整体齿轮组减速比为184—194，额定输出扭矩达到22—25kgf.cm、第二自由度的整体齿轮组减速比达到238.5—240.5，额定输出扭矩为28.6—30kgf.cm。

所述第一箱体、第二箱体均依据实际内部安装情况设置相应结构，所述第一箱体第二箱体材质优选为高强度工程塑料。

所述第一太阳轮双联直齿轮与第一行星轮组件、第二太阳轮双联直齿轮、第二行星轮组件之间均设置有隔离盘。

本发明的有益效果：

1.本装置采用了用所述第一箱体、第二箱体将两组自由度的多组齿轮模组进行嵌合安装使其具有整体结合的技术，使得装置架构更为紧凑；

2.所述第一箱体、第二箱体内部均设置有相应的多组齿轮模组来进行啮合传动连接，其所述第一电机带动所述起步齿轮进行转动起步，之后依靠依次相啮合连接的双联齿轮组件、大齿圈来进行第一自由度旋转，其所述第二电机给第二自由度提供动力，并依靠一组所述90°锥齿轮啮合完成直角换向，之后依靠依次连接的所述第一太阳轮双联直齿轮、第一行星轮组件、第二太阳轮双联直齿轮、第二行星轮组件来进行第二自由度旋转，这样的连接方式使得本装置结构合理，可用性强；

3.本装置中区别于现有的舵机架构，所述第一自由度与第二自由度之间通过所述90°锥齿轮来进行直角换向，使得所述第一自由度与第二自由度能够相交在一点，使得在后期算法上可以减少一个矩阵平移计算，减少算法的运算量。

附图说明

图1为本发明拆解结构示意图；

图2为本发明整体外部结构示意图。

图中：1第一自由度、2第二自由度、3第一箱体、4第二箱体、5第一电机、6起步齿轮、7双联齿轮组件、8大齿圈、9连接盘、10第一双联齿轮、11第二双联齿轮、12第三双联齿轮、1390°锥齿轮、14第一太阳轮双联直齿轮、15第一行星轮组件、16第二行星轮组件、17第二电机、18齿轮架、19第二太阳轮双联直齿轮、20隔离盘、21法兰盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1、图2，一种双自由度齿轮箱模组，包括第一自由度1、第二自由度2、箱体，箱体包括第一箱体3、第二箱体4，第一自由度1包括第一电机5、起步齿轮6、双联齿轮组件7、大齿圈8，第一电机5一端设置有连接盘9，第一电机5相对于连接盘9的另一端通过多组螺丝连接在第一箱体3上，第一箱体3内设置有起步齿轮6，起步齿轮6一端与第一电机5连接并由第一电机5带动，起步齿轮6另一端啮合连接有双联齿轮组件7，双联齿轮组件7则是由两组相同的第一双联齿轮10、第二双联齿轮11分别和第三双联齿轮12相互啮合组成，双联齿轮组件7相对于起步齿轮6的另一端啮合连接有大齿圈8，大齿圈8、双联齿轮组件7均嵌合安装在第一箱体3内部，大齿圈8相对于双联齿轮组件7的另一侧连接有第二箱体4，第二箱体4一侧设置有第二自由度2；第二自由度2包括一组90°锥齿轮13、第一太阳轮双联直齿轮14、第一行星轮组件15、第二行星轮组件16，90°锥齿轮13嵌合安装在第二箱体4内部，且第一箱体3内还嵌合设置有第二电机17，第二电机17与大齿圈8啮合连接，所述第一太阳轮双联直齿轮14包括一组大齿轮和一组小齿轮，90°锥齿轮13啮合连接第一太阳轮双联直齿轮14的大齿轮并由其完成直角换向，第一太阳轮双联直齿轮14的小齿轮啮合连接有第一行星轮组件15，第一行星轮组件15嵌合安装在一组齿轮架18内，齿轮架18内还嵌合设置有第二太阳轮双联直齿轮19，第二太阳轮双联直齿轮19一侧与第一行星轮组件15啮合连接，另一侧与第二行星轮组件16啮合连接，第二行星轮组件16相对于第二太阳轮双联直齿轮19的另一侧设置有法兰盘21。

本发明中，箱体内部设置有多组霍尔传感器，霍尔传感器依据实际齿轮组件的安装进行设置，霍尔传感器主要用于检测各个自由度的角度值变化量，保障运动合理有效；第一电机5、第二电机17均采用了直流空心杯电机，第一电机5与第一箱体3连接的螺丝优选为6组m2螺丝，直流空心杯具有高能量密度的优点，以保障动力来源输出稳定；第一自由度1、第二自由度2末端各固定有一颗稀土永磁磁铁，霍尔传感器精度可达0.08°，稀土永磁磁铁因为其特殊的原子结构可以使得各自由度运动性能提高，高精度霍尔传感器可保障运动精确；双联齿轮组件7中其组成结构为第三双联齿轮12位于第一双联齿轮10、第二双联齿轮11之间，第一双联齿轮10、第二双联齿轮11分别啮合在第三双联齿轮12两端中心的啮齿上，这样的组合结构使得在转动时增扭减速，以达到运动额定输出扭矩，确保运动效果；第一箱体3、第二箱体4均设置为拆卸式结构，第一箱体3、第二箱体4由多组螺纹组件进行连接，可拆卸结构在后期维护维修中均能够方便省力；第一自由度1的整体齿轮组减速比为184—194，额定输出扭矩达到22—25kgf.cm、第二自由度2的整体齿轮组减速比达到238.5—240.5，额定输出扭矩为28.6—30kgf.cm，高精度的安装数据使得各个自由度运动效果达到预期效果，保证各个自由度的可用性；第一箱体3、第二箱体4均依，据实际内部安装情况设置相应结构，第一箱体3第二箱体4材质优选为高强度工程塑料，依据实际设置的壳体可将所有安装的部件嵌合在内部，保护各部件使得使用寿命加强；第一太阳轮双联直齿轮14与第一行星轮组件15、第二太阳轮双联直齿轮19、第二行星轮组件16之间均设置有隔离盘20，隔离盘20可以保障其之间转动不会相互影响，保证运动效果。

实施例2：

请参阅图1、图2，本发明工作原理是：使用时，将连接盘9连接在机器人相应的位置，法兰盘21连接相对应的关节或执行器；

当第一自由度1运动，第一电机5转动将带动起步齿轮6转动，起步齿轮6转动后通过啮齿将第一双联齿轮10带动，第一双联齿轮10之后其第三双联齿轮12、第二双联齿轮11继而转动，即起步齿轮6将带动双联齿轮组件7转动，经过四级减速后，由双联齿轮组件7连接的最后一级大齿圈8带动箱体转动，同时，第一自由度1的霍尔传感器将负责实时监测第一自由度1的角度变化值；

当第二自由度2运动，第二电机17转动提供动力来源来将90°锥齿轮13转动，当90°锥齿轮13转动后会完成直角换向，之后带动第一太阳轮双联直齿轮14转动，第一太阳轮双联直齿轮14上的小齿轮将会带动之后的第一行星轮组件15转动，第一行星轮组件15转动后继而带动了第二太阳轮双联直齿轮19转动，之后其第二行星轮组件16也转动将带动法兰盘21运动，此第二自由度2将通过两组行星轮组件减速增扭，一端的法兰盘21连接到其他关节或执行器来执行运动，第二箱体4内也固定了一颗霍尔传感器检测第二自由度2的角度值变化量。

实施例3：

请参阅图1、图2，起步齿轮6位于第一双联齿轮10一侧，起步齿轮6直径小于第一双联齿轮10，隔离盘20中心均设置有圆孔且圆孔直径可容第一太阳轮双联直齿轮14、第二太阳轮双联直齿轮19的小齿轮穿过，第一箱体3上设置有封闭区，双联齿轮组件7嵌合在封闭区内，其第一自由度1、第二自由度2内各个齿轮均依据实际的安装情况设置有多组轴承来减少齿轮转动的摩擦。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。