一种封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构

本实用新型属于机器人结构涉及技术领域，具体地说，涉及一种封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构。

背景技术：

伴随着我国科技水平的上升，机器人行业的发展及研究越来越得到重视。目前，市场上已经形成具有小规模的机器人产品，但其应用范围和规模依然比较局限，规模较小，比如家庭扫地机器人、军用探索机器人小车、商场中的智能导航机器人等等，机器人的应用范围越来越广泛，在某些程度上可以辅助或者代替人类完成相应的任务和工作。伴随着《中国制造2025》的政策引导，机器人智能化得到了迅速发展，众多高校、研究所及科研机构、企业等都加大了对机器人产品的研发力度，调研和分析目前应用比较广泛的机器人产品，发现存在如下几个方面的问题：

1、目前市场上机器人尤其是仿人机器人虽然功能强大，但其结构设计较为传统，对机器人腰部的研究和设计不多，大部分用上肢及腿部的配合代替腰部的功能。事实上，机器人腰部结构对整体稳定性的提升至关重要，一方面使机器人动作更加拟人化，另一方面也可以补偿由上肢运动产生的重心偏移。

2、大多数机器人自由度个数等于驱动个数，随着机器人功能增加，完成的动作也增多，驱动个数也随之增加，导致机器人控制系统鲁棒性低，稳定性不高，也会增加产品的成本。

3、机器人产品的稳定性和核心部件的利用效率不高，复杂的控制系统致使机器人整体稳定性差，维修困难；一些产品的核心部件，本身成本高昂，但只能完成某一个特定的动作，核心部件的利用率低，无法将其使用性能发挥出来。

4、机器人结构设计创新性差，大都是利用国标传统的机械结构，不能与先进的软件匹配，导致机器人功能的发挥不稳定，产品的质量和使用寿命受到影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构，具有单驱动、结构设计原理简单的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构，包括：

底盘：顶端开口；

驱动机构：包括双轴电机，双轴电机通过电机支架固定在底盘上，双轴电机的两个输出轴分别通过轴套连接有正转离合器和反转离合器；

正反转传动机构：固定在底盘上，正反转传动机构包括正转传动机构和反转传动机构，正转传动机构与正转离合器啮合，反转传动机构与反转离合器啮合；

盖板结构：设置在底盘开口的顶端，盖板结构分别与正转传动机构和反转传动机构啮合。

进一步地，正转离合器通过正转离合器支架固定在底盘上，正转离合器上连接有正转离合器齿轮。

进一步地，反转离合器通过反转离合器支架固定在底盘上，反转离合器上连接有反转离合器齿轮。

进一步地，正转传动机构，包括与正转离合器齿轮啮合垂直设置且相互啮合的正转输入齿轮，正转输入齿轮的上方通过正转支撑轴连接有正转输出齿轮。

进一步地，正转离合器齿轮和正转输入齿轮均为锥齿轮，正转输出齿轮为直齿轮。

进一步地，正转输入齿轮和正转输出齿轮分别通过平键固定在正转支撑轴上，正转支撑轴通过轴承与底盘连接。

进一步地，反转传动机构，包括与反转离合器齿轮啮合垂直设置且相互啮合的反转输入齿轮，反转输入齿轮的上方通过反转支撑轴连接有反转输出齿轮。

进一步地，反转离合器齿轮和反转输入齿轮均为锥齿轮，反转输出齿轮为直齿轮。

进一步地，反转输入齿轮和反转输出齿轮分别通过平键固定在反转支撑轴上，反转支撑轴通过轴承与底盘连接。

进一步地，盖板结构包括盖板和与盖板过盈配合的内齿圈，内齿圈分别与正转输出齿轮和反转输出齿轮啮合，盖板的中间位置通过推力球轴承与盖板支架连接，盖板支架固定在电机支架上。

与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：

1）本实用新型封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构，在驱动以及传动机构设计上进行了一定的创新性开发，电机仅需要启动，不需要进行转向调节，就能实现腰部的正反转，正反传动机构利用离合器的吸合与断开，控制齿轮传递运动的状态。

2）本实用新型结构属于闭式齿轮传动，驱动机构和传动机构在相对密闭的空间内工作，位于封闭的底盘及盖板之间，机构传动效率高，具有良好的润滑条件和清洁的工作环境，且稳定性比较高，能够保证机构具有合理的工作寿命。

3）本实用新型封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构，应用范围有一定的开放性，可以作为“关节”搭载机械手臂，应用在企业或者工厂用来搬运货物；也可以搭载机器人上肢和下肢作为仿人机器人的腰部结构，增加仿人机器人整体的稳定性及重心偏移的补偿性；也能搭载平板小车及摄像头，用来实现巡查或者监测功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型机器人腰部旋转机构驱动及传动机构主视图；

图2是本实用新型机器人腰部45°轴测图；

图3是本实用新型机器人腰部盖板45°轴测图。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本实用新型公开了一种封闭式齿轮传动的机器人腰部旋转机构，如图1、2和3所示，包括：

底盘19：顶端开口，主要应用于支撑驱动机构、正反传动机构及盖板结构，还可以降低整个结构的重心，提高结构稳定性；

驱动机构：包括双轴电机17，双轴电机17通过电机支架16固定在底盘19上，双轴电机17的两个输出轴分别通过轴套18连接有正转离合器5和反转离合器11；具体地，双轴电机17的正转输出轴7通过轴套18与正转离合器5连接，双轴电机17的反转输出轴9通过轴套18与反转离合器11连接；

正反转传动机构：固定在底盘19上，正反转传动机构包括正转传动机构和反转传动机构，正转传动机构与正转离合器5啮合，反转传动机构与反转离合器11啮合；

盖板结构：设置在底盘19开口的顶端，盖板结构分别与正转传动机构和反转传动机构啮合。

其中正转离合器5和反转离合器11均为电磁离合器。

本实用新型所设计的机器人腰部旋转机构主要特点为仅由一个双轴电机17驱动，在机器人运转时，不用改变电机的转向，控制离合器的状态即可实现机器人左右（正反）旋转，腰部结构主要通过直齿轮传动运动和动力，通过锥齿轮传动改变运动的传递方向，搭配控制系统即可实现机器人的转动。

本实用新型发明设计突破了传统机械结构的限制，利用了电磁离合器作为核心调速元件，更好的控制机构的运动，利用齿轮传动的传动比固定、传递运动直接、效率高的特点，充分发挥了各结构零部件的优势。

本实用新型机器人腰部旋转机构主要包括底盘、驱动机构、正反转传动机构及盖板结构四部分组成，驱动机构主要由双轴电机、正转离合器及反转离合器组成，传动机构主要由锥齿轮和直齿轮构成，通过控制电机及离合器，实现正转和反转，通过锥齿轮和直齿轮将运动传递到盖板，最终实现机器人的转动，整个机构均固定在底盘上。

正转离合器5通过正转离合器支架6固定在底盘19上，正转离合器5上连接有正转离合器齿轮3；反转离合器11通过反转离合器支架10固定在底盘19上，反转离合器11上连接有反转离合器齿轮12。

驱动机构的工作原理：双轴电机17产生运动和动力，当正转离合器5处于通电吸合状态，反转离合器11处于断电状态时，运动和动力扭矩通过双轴电机17传递到正转离合器齿轮3上，从而继续传递到正转传动机构中，最终使腰部进行正转运动；而由于反转离合器11断电，此时只能传递运动不能产生动力扭矩，因此，反转离合器齿轮12处于空转状态；当正转离合器5处于断电状态，反转离合器11处于通电吸合状态时，运动和动力的传递刚好相反，此时正转离合器齿轮3处于空转状态，反转离合器齿轮12将运动和动力传递到反转传动机构中，从而使腰部进行反转运动。

进一步地，正转传动机构，包括与正转离合器齿轮3啮合垂直设置且相互啮合的正转输入齿轮2，正转输入齿轮2的上方通过正转支撑轴1连接有正转输出齿轮4。正转输入齿轮2和正转输出齿轮4分别通过平键固定在正转支撑轴1上，正转支撑轴1通过轴承与底盘19连接，使正转支撑轴1能够在底盘19上进行转动。

进一步地，正转离合器齿轮3和正转输入齿轮2均为锥齿轮，正转输出齿轮4为直齿轮。

进一步地，反转传动机构，包括与反转离合器齿轮12啮合垂直设置且相互啮合的反转输入齿轮15，反转输入齿轮15的上方通过反转支撑轴14连接有反转输出齿轮13。反转输入齿轮15和反转输出齿轮13分别通过平键固定在反转支撑轴14上，反转支撑轴14通过轴承与底盘19连接，使反转支撑轴14能够在底盘19上进行转动。

进一步地，反转离合器齿轮12和反转输入齿轮15均为锥齿轮，反转输出齿轮13为直齿轮。

进一步地，盖板结构包括盖板21和与盖板21过盈配合的内齿圈22，内齿圈22分别与正转输出齿轮4和反转输出齿轮13啮合，盖板21中间位置设置有推力球轴承孔，推力球轴承孔内设有推力球轴承20，推力球轴承20与盖板支架8连接，盖板支架8固定在电机支架16上，在运动过程中，根据不同的控制命令可以使盖板21进行正反转动。

正反转传动机构的工作原理：当正转离合器5处于通电吸合状态，反转离合器11处于断电状态时，运动和动力经过正转离合器齿轮3、正转输入齿轮2、正转输出齿轮4，进一步传递到内齿圈22，带动盖板（腰部）进行正转运动，此时反转离合器齿轮12处于空运行；当正转离合器5处于断电状态，反转离合器11处于通电吸合状态时，运动和动力经过反转离合器齿轮12、反转输入齿轮15、反转输出齿轮13，进一步传递到内齿圈22，带动盖板（腰部）进行反转运动，此时正转离合器齿轮3处于空运行状态。

本实用新型机器人腰部旋转机构，正转和反转结构为对称设计，当正转离合器3通电吸合，反转离合器11处于断电分离状态，则运动依次通过双轴电机17、正转离合器齿轮3、正转输入齿轮2、正转输出齿轮4，传递到内齿圈22，最后带动盖板21进行正转，反转传动机构部分不参与动力的传递；当正转离合器3断电分离，反转离合器11处于通电吸合状态，运动依次通过电机17、反转离合器齿轮12、反转输入齿轮15、反转输出齿轮13，传递到内齿圈22，带动盖板21进行反转，此时正转传动机构部分不参与动力的传递。

本实用新型机器人腰部旋转机构，结构简单，对称性好，而且主要应用齿轮轮系传递运动，传动效率高，核心零部件处于封闭式空间，工作环境清洁、润滑良好、稳定性较高；此外，本实用新型设计的结构具有一定的开放性，搭载不同的产品附件或机构可以应用在不同的场合，为机器人产品发展和推广，提供了一种简单、传动精确的结构。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。