一种具有过载保护功能的谐波减速一体机的制作方法

1.本发明涉及谐波减速一体化模组技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有过载保护功能的谐波减速一体机。


背景技术：

2.谐波减速一体机模组作为一种末端旋转执行元件，以其高精度、小体积、大输出、质量轻和噪音小等诸多友好特征正被应用在除工业上使用的臂类机器人外的其他服务类机器人领域。服务类机器人领域是近些年新兴的一个机器人领域，所述领域主要倾向于一些仿生类机器人，例如四足机器人一类的仿生狗，仿生马；二足机器人一类的仿人机器人等。目前此类服务类机器人关节位置使用的驱动单元主要以两级行星减速器模组为主，此类行星减速器模组成本低廉，刚性好，但是由于其减速比一般在30：1～50:1以下，造成模组选配的电机扭矩和功率较大，结果就是模组整体的长度较长，体积大，重量重，功率密度低，而且由于行星减速器自身的传动特性限制，其防护等级较低，噪音大。这就造成终端机器人体型庞大，功耗高，外观难以对接服务类市场的人机友好需求；服务类机器人领域相对于工业领域也有一些特殊的性能要求，例如服务类机器人对模组精度要求不如工业机器人高，扭矩要求也没有工业场景严格，运动形式相对于工业的规范动作来说更加丰富，一般来说都是较平缓的扭矩输出，但是有些表演性质的动作的冲击性扭矩往往较大。基于这些需求，我们开发了一种具有过载保护功能的谐波减速一体机，谐波减速一体机相对于两级行星减速器模组来说，由于谐波减速器结构简单，组成零件少，而且减速比能很容易的达到100：1以上，而且结构封装容易，在输出同等扭矩情况下，谐波减速一体机在体积，长度，能量密度和运行噪音上有着明显的优势，针对服务类机器人的冲击动作要求，我们在谐波减速一体机上增加了过载保护机构，使得一种具有过载保护功能的谐波减速一体机能够很好的匹配目前市场上各类服务类机器人对关节驱动模组的需要。


技术实现要素：

3.为了克服上述缺陷，本发明提供一种具有过载保护功能的谐波减速一体机，具体采用如下的技术方案：
4.一种具有过载保护功能的谐波减速一体机，包括：
5.动力件；
6.减速件，其设置在所述动力件上，并且将动力件输入的扭矩减速后向后传递；
7.过载保护输出件，其设置在所述动力件上，并且所述过载保护输出件与所述动力件摩擦传动向外输出扭矩做功；
8.驱控编码件，其设置在所述动力件上，其包括编码器码盘和编码器驱控一体板，所述编码器驱控一体板在所述动力件上与所述编码器码盘组成所述动力件的编码器和驱控功能部件。
9.优选地，所述动力件包括电机机壳、定子组件和转子组件，所述定子组件嵌装在所
述电机机壳内腔，所述转子组件设置在所述电机机壳上；所述转子组件包括第一轴承、转子转轴、第二轴承和过渡套，所述第一轴承嵌装在所述电机机壳一端内腔，并且所述第一轴承外圈被所述电机机壳一端面上设置的第一轴承压板限制轴向移动；所述转子轴承一端嵌装在所述第一轴承内，并且通过其上套装有轴上卡簧抵在所述第一轴承内圈上，所述第二轴承嵌装在所述转子转轴另一端内腔中，所述过渡套紧固在所述转子转轴，并且所述过渡套一端抵在所述第二轴承外圈上。
10.优选地，所述减速件包括刚轮、柔轮和波发生器，所述刚轮紧固在所述电机机壳一端面上，所述柔轮一端嵌装在所述刚轮内腔中，所述波发生器嵌装在所述柔轮一端内，并且所述波发生器与所述转子转轴一端面紧固连接。
11.优选地，所述减速件为三次谐波减速器。
12.优选地，所述过载保护输出件包括输出件和过载传动件，所述输出件在所述动力件上经所述过载传动件与所述减速件连接向外输出扭矩做功。
13.优选地，所述输出件包括基座、第三轴承和输出法兰，所述基座与所述刚轮共同紧固在所述电机机壳一端面上，所述第三轴承嵌装在所述基座内腔中，所述输出法兰嵌装在所述第三轴承内。
14.优选地，所述第三轴承为十字交叉滚子轴承。
15.优选地，所述过载传动件包括第一过渡法兰、推力球轴承、第二过渡法兰、第三过渡法兰、摩擦片和中心大螺钉，所述第一过渡法兰一端嵌装在所述第二轴承内，所述第一过渡法兰另一端面上设置有螺纹孔，所述推力球轴承套装在所述第一过渡法兰另一端外圆直口上，所述第二过渡法兰上设置的第一销孔、所述第三过渡法兰上设置的第二销孔和所述柔轮另一端上的第三销孔被销轴同时穿过，以将所述第二过渡法兰和所述第三过渡法兰紧固在所述柔轮另一端上。
16.优选地，所述摩擦片紧固在所述输出法兰另一端面上，所述中心大螺钉顶端穿过所述输出法兰的中心孔后嵌装在所述螺纹孔内，并且所述中心大螺钉与所述螺纹孔配合。
17.优选地，所述驱控编码件还包括编码器罩，所述编码器码盘紧固在所述过渡套另一端面上，所述编码器驱控一体板通过定高柱固定在所述电机机壳另一端面上，所述编码器罩紧固在所述电机机壳另一端面上。
18.本发明至少包括以下有益效果：
19.1)本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机结构紧凑、设计合理、轴向长度小、重量轻、集成度高和安装使用方便；
20.2)本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机利用摩擦力矩与正压力成正比的原理设计了谐波减速器柔轮输出端的最大扭矩可调式输出结构，同时兼具过载保护功能；
21.3)本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机根据服务类机器人输出特点创新性的采用“谐波三组件+独立的十字交叉滚子轴承”结构，同时机壳承载件都采用轻量化处理，大大减低了整机的质量；
22.4)本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机采用驱动控制编码器一体板的设计方式，一方面缩短了整机的轴向长度，又简化了单独安装带来的线缆繁多和走线复杂的问题，提高了整机的稳定性和易安装使用性。
23.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本
发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
24.图1为本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机立体结构示意图；
25.图2为本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机前端主视图；
26.图3为本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机图2中a-a方向剖面主视图；
27.图4为本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机图2中a-a方向剖面立体结构示意图。
28.其中：1-电机机壳，2-定子组件，3-第一轴承，4-转子转轴，5-第二轴承，6-过渡套，7-第一轴承压板，8-轴上卡簧，9-刚轮，10-柔轮，11-波发生器，12-基座，13-十字交叉滚子轴承，14-输出法兰，15-第二轴承压板，16-第三轴承压板，17-第一过渡法兰，18-推力球轴承，19-第二过渡法兰，20-第三过渡法兰，21-摩擦片，22-中心大螺钉，23-编码器码盘，24-编码器驱控一体板，25-编码器罩，26-定高柱，27-第一o型圈，28-第二o型圈，29-第三o型圈。
具体实施方式
29.以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
30.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
31.根据图1-图4所示，一种具有过载保护功能的谐波减速一体机，包括动力件、减速件、过载保护输出件和驱控编码件，所述减速件、所述过载保护输出件和所述驱控编码件均设置在所述动力件上。所述动力件包括电机机壳1、定子组件2和转子组件，所述定子组件2和所述转子组件均设置在所述电机机壳1上。所述定子组件2通过胶水压合在所述电机机壳1内腔中。所述转子组件包括第一轴承3、转子转轴4、第二轴承5和过渡套6，所述第一轴承3设置在所述电机机壳1上，所述转子转轴4设置在所述第一轴承3上，所述第二轴承5和所述过渡套6均设置在所述转子转轴4上。所述第一轴承3嵌装在所述电机机壳1一端内腔中，所述电机机壳1一端面上通过第一螺钉紧固有第一轴承压板7，所述第一轴承压板7抵在所述第一轴承3外圈自由端面上，以防止所述第一轴承3轴向位移。所述转子轴承一端嵌装在所述第一轴承3内，并且所述转子轴承上套装有轴上卡簧8，所述轴上卡簧8抵在所述第一轴承3内圈自由端面上，进一步提高所述第一轴承3轴向稳定性。进一步的，所述转子转轴4周向贴敷有磁钢。所述第二轴承5嵌装在所述转子转轴4另一端内腔中，所述过渡套6通过第二螺钉紧固在所述转子转轴4另一端面上，并且所述过渡套6一端抵在所述第二轴承5外圈自由端面上，以防止所述第二轴承5轴向移动。
32.所述减速件包括刚轮9、柔轮10和波发生器11，所述刚轮9设置在所述电机机壳1上，所述柔轮10设置在所述刚轮9上，所述波发生器11设置在所述柔轮10上。所述刚轮9通过
第三螺钉紧固在所述电机机壳1一端面上，并且所述刚轮9与所述电机机壳1一端面之间设置有第一o型圈27，所述第一o型圈27促使两者之间静密封。所述柔轮10一端嵌装在所述刚轮9内腔中，所述波发生器11嵌装在所述柔轮10一端内，并且所述波发生器11通过第四螺钉紧固在所述转子转轴4一端面上。使得转子转轴4带动所述波发生器11转动，并且经所述柔轮10减速后向所述过载保护输出件传动。进一步的，所述减速件为三次谐波减速器。
33.所述过载保护输出件包括输出件和过载传动件，所述输出件和所述过载传动件均设置在所述动力件上。所述输出件包括基座12、第三轴承和输出法兰14，所述基座12设置在所述电机机壳1上，所述第三轴承设置在所述基座12上，所述输出法兰14设置在所述第三轴承上。所述基座12通过所述第三螺钉与所述刚轮9共同紧固在所述电机机壳1一端面上，并且所述基座12与所述刚轮9之间设置有第二o型圈28，所述第二o型圈28促使两者之间静密封。所述第三轴承嵌装在所述基座12内腔中，所述基座12自由端面上通过第五螺钉紧固有第二轴承压板15，所述第二轴承压板15抵在所述第三轴承外圈自由端面上，以防止所述第三轴承轴向移动。所述输出法兰14嵌装在所述第三轴承内，所述输出法兰14一端面上通过第六螺钉紧固有第三轴承压板16，所述第三轴承压板16抵在所述第三轴承内圈自由端上，以防止所述第三轴向轴向移动。进一步的，所述输出法兰14与所述第三轴承之间设置有第三o型圈29，所述第三o型圈29促使所述输出法兰14与所述第三轴承内圈之间静密封。进一步的，所述第三轴承为十字交叉滚子轴承13。
34.所述过载传动件包括第一过渡法兰17、推力球轴承18、第二过渡法兰19、第三过渡法兰20、摩擦片21和中心大螺钉22，所述第一过渡法兰17设置在所述转子组件上，所述推力球轴承18设置在所述第一过渡法兰17上，所述第二过渡法兰19和所述第三过渡法兰20均设置在所述减速件上，所述摩擦片21设置在所述输出件上。所述第一过渡法兰17一端嵌装在所述第二轴承5内，所述第一过渡法兰17另一端面上设置有螺纹孔。所述推力球轴承18套装在所述第一过渡法兰17另一端外圆直口上。所述第二过渡法兰19上设置有第一销孔，多个所述第一销孔围绕所述第二过渡法兰19周向均匀分布。所述第三过渡法兰20上设置有第二销孔，多个所述第二销孔围绕所述第三过渡法兰20周向均匀分布。所述第二过渡法兰19套在所述第一过渡法兰17另一端上，并且所述第一销孔、所述第二销孔和所述柔轮10另一端上的第三销孔被销轴同时穿过，以将所述第二过渡法兰19和所述第三过渡法兰20牢牢固定在所述柔轮10另一端上，限制三者相对周向转动。
35.所述摩擦片21通过第七螺钉紧固在所述输出法兰14另一端面上，并且所述摩擦片21与所述第三过渡法兰20对应。所述中心大螺钉22顶端穿过所述输出法兰14的中心孔后嵌装在所述螺纹孔内，并且所述中心大螺钉22与所述螺纹孔配合。当所述中心大螺钉22拧入所述螺纹孔内时将通过输出法兰14将所述摩擦片21推向所述第三过渡法兰20，使所述摩擦片21与所述第三过渡法兰20之间产生周向摩擦力，进而所述柔轮10将扭矩通过第三过渡法兰20向所述摩擦片21传送，所述摩擦片21通过所述输出法兰14向外输出扭矩做功。进一步的，通过控制中心大螺钉22进入所述螺纹孔内长度来控制所述摩擦片21与所述第三过渡法兰20之间周向摩擦力至预定值。
36.所述驱控编码件包括编码器码盘23、编码器驱控一体板24和编码器罩25，所述编码器码盘23设置在所述转子组件上，所述编码器驱控一体板24和所述编码器罩25均设置在所述电机机壳1上。所述编码器码盘23通过第八螺钉紧固在所述过渡套6另一端面上，所述
编码器驱控一体板24通过定高柱26固定在所述电机机壳1另一端面上。所述编码器驱控一体板24和所述编码器码盘23组成电机的编码器和驱控功能部件。所述编码器罩25通过第九螺钉紧固在所述电机机壳1另一端面上，以为所述编码器驱控一体板24提供防护和散热功能。
37.当转子组件被驱动旋转，将电机的高速低扭矩旋转运动传递给波发生器11，经过谐波减速器的减速后，所述柔轮10将会以高扭矩低转速的旋转运动对外输出，由于中心大螺钉22的预紧轴向压力，将摩擦片21挤压在第三过渡法兰20端面上，使接触端面间产生规定的周向摩擦力矩，进而将柔轮10的高扭矩低速旋转运动传递到输出法兰14的左端面进行客户端的输出，这个输出扭矩值可以通过调整中心大螺钉22的预紧轴向压力来进行调整，但是最大扭矩不能超过减速器的最大允许扭矩。一旦客户端有一个较大的突然冲击扭矩传递给输出法兰14，并且突然冲击扭矩超过了摩擦片21和所述第三过渡法兰20接触端面间产生的规定摩擦力矩时，所述摩擦片21与所述第三过渡法兰20间将产生相对周向滑动，进而起到保护谐波减速器柔轮10免受外界剧烈冲击的影响而损坏。这样的好处是可以使得谐波减速模组在满足机器人一般常规扭矩的前提下，不必再仅仅为满足机器人某些特殊场合下的最大瞬间扭矩而选取更大一个等级的减速器而带来的重量，长度等的显著增加，同时也弥补了谐波减速器不耐冲击的弱项。
38.由上所述，本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机利用摩擦力矩与正压力成正比的原理设计了谐波减速器柔轮输出端的最大扭矩可调式输出结构，同时兼具过载保护功能；同时，本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机根据服务类机器人输出特点创新性的采用“谐波三组件+独立的十字交叉滚子轴承”结构，同时机壳承载件都采用轻量化处理，大大减低了整机的质量；进一步的，本发明具有过载保护功能的谐波减速一体机采用驱动控制编码器一体板的设计方式，一方面缩短了整机的轴向长度，又简化了单独安装带来的线缆繁多和走线复杂的问题，提高了整机的稳定性和易安装使用性。
39.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。