一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构

摘要

本发明公开了一种柔轮，包括径向可弯曲的柔轮体、外部齿和固定台，所述柔轮体一端开口，另一端连接用于固定输出轴或输入轴的所述固定台；所述外部齿位于所述柔轮体开口端外缘表面；所述柔轮体和所述固定台之间通过弹性部过渡，还公开了一种谐波减速器，包括：刚轮、上述的柔轮以及波形发生器，所述波形发生器用来将所述柔轮弯曲成椭圆形使之与所述刚轮啮合，本发明在柔轮的柔轮体和固定台之间增加弹性部，通过弹性部过渡形成的弹性缓冲，可以有效地改善因椭圆形发生器迫使柔轮的柔轮体开口端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，因而能产生很大的承载能力，并且提高柔轮的使用寿命。

权利要求

1.一种柔轮，其特征在于：包括径向可弯曲的柔轮体、外部齿和固定台，所述柔轮体一端开口，另一端连接用于固定输出轴或输入轴的所述固定台；所述外部齿位于所述柔轮体开口端外缘表面；所述柔轮体和所述固定台之间通过弹性部过渡，所述弹性部与柔轮体相连续并沿径向向柔轮的轴心方向延伸到固定台，所述柔轮体通过双圆弧形弹性部过渡到固定台，通过所述双圆弧形弹性部过渡形成弹性缓冲，当所述柔轮体径向可弯曲端发生椭圆形变时，所述柔轮体与固定台之间的双圆弧形弹性部释放增大使圆弧中心点沿径向跟随向外偏移，使得所述柔轮体开口端的椭圆形的长轴与另一端的圆直径差减少。

2.一种谐波减速器，其特征在于：包括：

刚轮、柔轮以及波形发生器，

所述柔轮包括径向可弯曲的柔轮体、外部齿和固定台，所述柔轮体一端开口，另一端连接用于固定输出轴的所述固定台；所述外部齿位于所述柔轮体开口端外缘表面；所述柔轮体和所述固定台之间通过弹性部过渡，所述波形发生器用来将所述柔轮弯曲成椭圆形使之与所述刚轮啮合，

所述弹性部与柔轮体相连续并沿径向向柔轮的轴心方向延伸到固定台，所述柔轮体通过双圆弧形弹性部过渡到固定台，通过所述双圆弧形弹性部过渡形成弹性缓冲，当所述柔轮体径向可弯曲端发生椭圆形变时，所述柔轮体与固定台之间的双圆弧形弹性部释放增大使圆弧中心点沿径向跟随向外偏移，使得所述柔轮体开口端的椭圆形的长轴与另一端的圆直径差减少。

3.一种机器人关节结构，包括壳体，电机和如权2所述的谐波减速器，所述电机和所述谐波减速器位于所述壳体内，所述电机与谐波减速器的输入轴相连，驱动所述谐波减速器通过输出轴实现机器人关节转动。

说明书

一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构。

背景技术

[0002] 谐波减速传动是一种依靠柔性齿轮所产生的可控弹性变形来传递运动和力的新型机械传动。如图1和图2所示，其基本构件包括椭圆形的波发生器1，薄壁筒体状的柔轮2和有很好刚性的刚轮3。当波发生器1转动时，迫使柔轮2产生弹性变形，使它的齿与刚轮3齿相互作用，从而实现传动的目的。

[0003] 柔轮在高频率和高次数的弹性变形中，柔轮筒体极易产生疲劳破坏，一般情况下，裂纹起源于柔轮齿根部分，然后沿轴向延伸，进而呈45°斜向扩展。若柔轮旋转方向不断变化，则裂纹还能呈双向45°扩展这是目前公知的谐波减速传动最为主要的失效形式。

[0004] 谐波减速传动的固有特点需要和制造的需要，通常先将柔轮制造成薄壁圆筒桶状。当柔轮与波发生器，刚轮组合装配完毕后，柔轮的圆形开口端将会被椭圆形的波发生器迫使变为椭圆形。

[0005] 在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，上述现有技术中：由于柔轮的圆形截面圆周长不变，必然使得柔轮变形后椭圆形开口的长轴比原来的圆直径长，而短轴比原来的圆直径短，如图3至图5所示，会直接导致椭圆形开口的长轴端与柔轮的另一端形成凸锥面，而短轴端与柔轮的另一端形成凹锥面，而在椭圆形开口的长轴端正是柔轮齿与刚轮齿啮合区域。由于不可避免的凸锥面和凹锥面的形成，直接导致了柔轮与刚轮的齿面啮合面成了锥面。如图6所示，这将使的柔轮和刚轮的齿啮合面积减少，单位啮合面积承受的压力增大，同时因受力点往齿顶方向偏移，齿根承受的弯矩加大，最终加速齿根的疲劳裂纹的产生。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术中柔轮齿根承受的弯矩加大，最终加速齿根的疲劳裂纹产生的问题，本发明实施例提供了一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构。

[0007] 本发明实施例提供一种柔轮，包括径向可弯曲的柔轮体、外部齿和固定台，所述柔轮体一端开口，另一端连接用于固定输出轴或输入轴的所述固定台；所述外部齿位于所述柔轮体开口端外缘表面；所述柔轮体和所述固定台之间通过弹性部过渡，所述弹性部与柔轮体相连续并沿径向向柔轮的轴心方向延伸到固定台，

[0008] 所述柔轮体通过双圆弧形弹性部过渡到固定台，

[0009] 通过所述双圆弧形弹性部过渡形成弹性缓冲，当所述柔轮体径向可弯曲端发生椭圆形变时，所述柔轮体与固定台之间的双圆弧形弹性部释放增大使圆弧中心点沿径向跟随向外偏移，使得所述柔轮体开口端的椭圆形的长轴与另一端的圆直径差减少。

[0010] 本发明实施例还提供一种谐波减速器，包括：

[0011] 刚轮、柔轮以及波形发生器，

[0012] 所述柔轮包括径向可弯曲的柔轮体、外部齿和固定台，所述柔轮体一端开口，另一端连接用于固定输出轴的所述固定台；所述外部齿位于所述柔轮体开口端外缘表面；所述柔轮体和所述固定台之间通过弹性部过渡，

[0013] 所述波形发生器用来将所述柔轮弯曲成椭圆形使之与所述刚轮啮合，[0014] 所述弹性部与柔轮体相连续并沿径向向柔轮的轴心方向延伸到固定台，[0015] 所述柔轮体通过双圆弧形弹性部过渡到固定台，

[0016] 通过所述双圆弧形弹性部过渡形成弹性缓冲，当所述柔轮体径向可弯曲端发生椭圆形变时，所述柔轮体与固定台之间的双圆弧形弹性部释放增大使圆弧中心点沿径向跟随向外偏移，使得所述柔轮体开口端的椭圆形的长轴与另一端的圆直径差减少。

[0017] 本发明实施例还提供一种机器人关节结构，包括壳体，电机和上述的谐波减速器，所述电机和所述谐波减速器位于所述壳体内，所述电机与谐波减速器的输入轴相连，驱动所述谐波减速器通过输出轴实现机器人关节转动。

[0018] 本发明实施例在柔轮的柔轮体和固定台之间增加弹性部，通过弹性部过渡形成的弹性缓冲，可以有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮柔轮体开口端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，因而能产生很大的承载能力，并且提高柔轮的使用寿命。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中

[0020] 图1显示了现有技术中一种谐波减速器的主视图；

[0021] 图2显示了图1的侧面剖视图；

[0022] 图3显示了谐波减速器工作过程示意图；

[0023] 图4显示了图1的局部放大图；

[0024] 图5显示了图1的局部放大图；

[0025] 图6显示了现有技术谐波减速器中柔轮与刚轮啮合受力示意图；

[0026] 图7显示了本发明实施例一柔轮结构示意图。

[0027] 图8显示了本发明实施例二谐波减速器剖视图；

[0028] 图9显示了图8局部放大图；

[0029] 图10显示了本发明实施例二谐波减速器中柔轮与刚轮啮合受力示意图；

[0030] 图11显示了本发明实施例三柔轮结构示意图。

[0031] 图12显示了本发明实施例四谐波减速器剖视图；

[0032] 图13显示了图12局部放大图；

[0033] 图14显示了本发明实施例四谐波减速器中柔轮与刚轮啮合受力示意图。

具体实施方式

[0034] 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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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。

[0035] 实施例一

[0036] 本发明实施例提供一种柔轮8，如图7所示，包括径向可弯曲的柔轮体5、外部齿6和固定台7，所述柔轮体5一端开口，另一端连接用于固定输出轴或输入轴的所述固定台7；所述外部齿6位于所述柔轮体5开口端外缘表面；所述柔轮体5和所述固定台7之间通过弹性部10过渡。

[0037] 所述弹性部10与柔轮体相连续并沿径向向柔轮的轴心方向延伸到固定台7。

[0038] 优选的，所述柔轮体5通过双圆弧形弹性部过渡到固定台7，所述弹性部10为双圆弧，所述双圆弧弹性部一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0039] 优选的，所述柔轮体5通过反S形弹性部过渡到固定台7，所述弹性部10为反S形，所述反S形弹性部一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0040] 另一种实施方式，所述柔轮体通过多圆弧形弹性部过渡到固定台。

[0041] 本发明实施例在柔轮的柔轮体和固定台之间增加弹性部，通过弹性部过渡形成的弹性缓冲，可以有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮柔轮体考口端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，因而能产生很大的承载能力，并且提高了柔轮的使用寿命。

[0042] 实施例二

[0043] 本发明实施例提供一种谐波减速器，如图8所示，包括：刚轮3、柔轮8以及波形发生器1，所述波形发生器1用来将所述柔轮8弯曲成椭圆形使之与所述刚轮3啮合。

[0044] 所述柔轮8，包括径向可弯曲的柔轮体5、外部齿6和固定台7，所述柔轮体5一端开口，另一端连接用于固定输出轴的所述固定台7；所述外部齿6位于所述柔轮体5开口端外缘表面；所述柔轮体5和所述固定台7之间通过弹性部10过渡。

[0045] 所述弹性部10与柔轮体相连续并沿径向向柔轮的轴心方向延伸到固定台7。

[0046] 优选的，所述柔轮体5通过双圆弧形弹性部过渡到固定台7，所述弹性部10为双圆弧，所述双圆弧弹性部一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0047] 优选的，所述柔轮体5通过反S形弹性部弧过渡到固定台7，所述弹性部10为反S形，所述反S形弹性部一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0048] 另一种实施方式，所述柔轮体通过多圆弧形弹性部过渡到固定台。

[0049] 本发明实施例在柔轮的柔轮体与固定台之间增加了双圆弧弹性部过渡。通过双圆弧过渡形成弹性缓冲，当波形发生器迫使柔轮柔轮体径向可弯曲端发生椭圆形变时，柔轮的柔轮体与固定台之间的双圆弧就会释放增大，同时圆弧中心点M沿径向跟随向外偏移至M1处，即向外偏移距离B5,如图9，使得柔轮柔轮体开口端的椭圆形的长轴与另一端的圆直径差减少，从而有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮径向可弯曲端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，更关键的是使形成的凸锥面和凹锥面的锥度减少。柔轮啮合齿与刚轮啮合齿的接触区域面积增大，啮合的齿顶线更接近理论啮合线，啮合传递的力中心点也会向齿根部为靠近，力对啮合齿齿根形成的力矩相应减小(力臂减短)如图10，因而能产生很大的承载能力和提高谐波减速传动机构的使用寿命。

[0050] 本发明实施例谐波减速器在柔轮的柔轮体和固定台之间增加双圆弧弹性部，通过双圆弧弹性部过渡形成的弹性缓冲，可以有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮柔轮体考口端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，因而能产生很大的承载能力，并且提高了柔轮的使用寿命。

[0051] 实施例三

[0052] 本发明实施例提供一种柔轮11，如图11所示，包括径向可弯曲的柔轮体12、外部齿13和固定台14，所述柔轮体12一端开口，另一端连接用于固定输出轴或输入轴的所述固定台14；所述外部齿13位于所述柔轮体12开口端外缘表面；所述柔轮体12和所述固定台14之间通过弹性部15过渡。

[0053] 所述弹性部15与柔轮体相连续并沿径向背离柔轮的轴心方向延伸到固定台14。

[0054] 优选的，所述柔轮体12通过双圆弧形弹性部过渡到固定台14，所述弹性部15为双圆弧，所述双圆弧一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0055] 优选的，所述柔轮体12通过反S形弹性部过渡到固定台14，所述弹性部15为反S形，所述反S形弹性部一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0056] 另一种实施方式，所述柔轮体通过多圆弧形弹性部过渡到固定台。

[0057] 本发明实施例在柔轮的柔轮体和固定台之间增加弹性部，通过弹性部过渡形成的弹性缓冲，可以有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮径向可弯曲端与柔轮另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，因而能产生很大的承载能力，并且提高了柔轮的使用寿命。

[0058] 实施例四

[0059] 本发明实施例提供一种谐波减速器，如图8所示，包括：刚轮16、柔轮11以及波形发生器17，所述波形发生器17用来将所述柔轮11弯曲成椭圆形使之与所述刚轮16啮合。

[0060] 本发明实施例提供一种柔轮11，如图11所示，包括径向可弯曲的柔轮体12、外部齿13和固定台14，所述柔轮体12一端开口，另一端连接用于固定输出轴的所述固定台14；所述外部齿13位于所述柔轮体12开口端外缘表面；所述柔轮体12和所述固定台14之间通过弹性部15过渡。

[0061] 所述弹性部15与柔轮体相连续并沿径向背离柔轮的轴心方向延伸到固定台14。

[0062] 优选的，所述柔轮体12通过双圆弧形弹性部过渡到固定台14，所述弹性部15为双圆弧，所述双圆弧一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0063] 优选的，所述柔轮体12通过反S形弹性部过渡到固定台14，所述弹性部15为反S形，所述反S形弹性部一端连接柔轮体的一端，另一端连接固定台。

[0064] 另一种实施方式，所述柔轮体通过多圆弧形弹性部过渡到固定台。

[0065] 本发明实施例在柔轮的柔轮体与固定台之间增加了双圆弧弹性部过渡。通过双圆弧弹性部过渡形成弹性缓冲，当波形发生器迫使柔轮柔轮体开口端发生椭圆形变时，柔轮柔轮体另一端与固定台之间的双圆弧弹性部就会释放增大，同时圆弧中心点N沿径向跟随向外偏移至N1处，即向外偏移距离B5,如图12，使得柔轮柔轮体一端的椭圆形的长轴与另一端的圆直径差减少，从而有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮开口端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，更关键的是使形成的凸锥面和凹锥面的锥度减少。柔轮啮合齿与刚轮啮合齿的接触区域面积增大，啮合的齿顶线更接近理论啮合线，啮合传递的力中心点也会向齿根部为靠近，力对啮合齿齿根形成的力矩相应减小(力臂减短)如图13，因而能产生很大的承载能力和提高谐波减速传动机构的使用寿命。

[0066] 本发明实施例谐波减速器在柔轮的柔轮体和固定台之间增加双圆弧弹性部，通过双圆弧弹性部过渡形成的弹性缓冲，可以有效地改善因椭圆形发生器迫使的柔轮柔轮体考口端与另一端形成的凸锥面和凹锥面发生的严重程度，因而能产生很大的承载能力，并且提高了柔轮的使用寿命。

[0067] 实施例五

[0068] 一种机器人关节结构，包括壳体，电机和如实施例二或实施例四所述的谐波减速器，所述电机和所述谐波减速器位于所述壳体内，所述电机与谐波减速器的输入轴相连，驱动所述谐波减速器通过输出轴实现机器人关节转动。

[0069] 值得一提的是，以上实施例中，不同的结构特征（例如上述的多种连接方式）可以相互组合使用，并不限于各附图所示。

[0070] 在上述实施例，仅对本发明进行示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。