[发明专利]一种用于机器人关节的传动装置

说明书

技术领域

本发明涉及大扭矩、高速比的新型传动装置，具体地说，涉及一种用于机器人关节的传动装置。

背景技术

机器人能在三维空间内代替人完成一定工作，在大批量、高精度及操作环境恶劣或有毒、有害产品的生产作业环境中，如在自动装配、喷漆、搬运、焊接方面得以广泛应用。国内外学者对机器人关节用传动进行了一系列研究并取得了一定的成果，现有技术中对机器人关节常采用的传动形式有以下几种:

摆线针轮传动，“摆线针轮传动动态受力分析理论”(机械传动,2006,23(10):35-37)。摆线针轮传动的一级减速比为6～119，其多用于高速轴转速小于1500～1800r/min，传递功率P小于132kW的场合，由于其故障少、寿命长、运行平稳的特点，被广泛用在矿山、建筑、起重行业的工业机器人关节上。

2K-V型摆线针轮传动，“2K-V型行星传动的结构和力的分析”(机械传动,2000,24(2):7-9.)。2K-V型摆线针轮传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的新型传动，由高速级的渐开线齿轮和低速级的摆线针轮传动巧妙组成，大大缩小了其轴向尺寸。由于二级传动的设计，其传动比可达31～171，且其结构紧凑，刚性大，抗冲击能力强，作为机器人关节用的一种新型齿轮传动获得了广泛地应用。

谐波齿轮传动,“谐波齿轮传动概述”(机械传动,2006,30(4):86-88.)。谐波齿轮传动依靠柔轮弹性变形时产生的径向位移和伴随发生的切向位移以实现运动的转换，传动比可达50～500，其传动精度高，传动平稳，在机器人关节中得以广泛应用，但往往由于机构参数和啮合参数的选择问题，使其发热较大，承载能力降低，最大输出转矩常被限制在8～10kN·m以内。

三环减速机，“三环减速器的动力学建模及仿真”(机械传动,2008,32(3):29-30.)。三环减速机由三片相同的内齿环板带动一个外齿齿轮输出，传动比为11-99。其基本构件的运动和受力均衡，又充分地运用了功率分流和多齿内啮合的特点，使其瞬时允许尖锋转矩可达额定转矩的2.7倍，输入扭矩可达940kN·m，常常用在石油、化工、起重、运输领域的机器人关节中。

无论是摆线针轮减速器还是三环减速机，由于，其仅仅只有一级减速作用，以至于其传动比很难有所提高。2K-V型摆线针轮传动，由于体积和一级直齿轮传动比的限制，其总传动比最终会达到一定的限度。而谐波减速机由于发热的问题，扭矩的大小会有很大的限制。而对于现代智能化机器人，尤其在航空航天、深海探测、救援救灾方面,对机器人的要求体积小，速比高，扭矩大,所以对机器人关节使用要求非常高。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于机器人关节的传动装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括针齿盘、第一摆线轮、第一滚针轴承、输入曲轴、主轴承、输出盘、支撑盘、第二摆线轮、轴承挡圈、滚柱轴承、传动曲轴、第二滚针轴承、针轮、密封圈、输出螺孔，所述针齿盘为圆盘结构,针齿盘中心通孔内嵌有第一滚针轴承,针齿盘上依中心通孔外延等直径均布三组针齿，两个针齿盘通过两个第一滚针轴承与输入曲轴的一端固连，第二摆线轮中心有圆孔，第二摆线轮固连在输入曲轴的中间部位,且与第二滚针轴承的外圈连接,输入曲轴的另一端有键槽和孔，用于传输转矩；第一摆线轮与传动曲轴通过花键固连，轴向用轴承挡圈固定，且与针齿盘上的针齿啮合，传动曲轴上均有滚柱轴承和第二滚针轴承，滚柱轴承与支撑盘连接；第二摆线轮与针轮啮合，第二摆线轮上开有三个梯形孔，支撑盘上对应均布三个梯形突起，梯形突起的顶部开有螺孔用来和输出盘固连；三根传动曲轴带动支撑盘与输出盘进行反向低速转动，支撑盘与针轮通过主轴承连接，支撑盘与针轮端装有密封圈，输出盘上均布有多个对称的输出螺孔，与输出杆件连接，输出盘上连接的输出杆件将转矩输出；传动比计算方法按以下公式计算，公式(1)为第一级传动比计算公式，公式(2)为第二级传动比计算公式，公式(3)为总传动比计算公式:

i₁＝z₂/(z₂-z₁)(1)

i₂＝z₄/(z₄-z₃)(2)

i＝i₁*i₂+1(3)