谐波减速器、机械臂及机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种谐波减速器、机械臂及机器人。


背景技术：

2.谐波减速器广泛应用于各种机械传动的场景中，尤其是在机械臂以及机器人中，几乎是必不可少的一部分。谐波减速器又称谐波传动减速器，其主要由波发生器、柔轮、刚轮三个基本构件组成，是一种靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，并与刚轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动的装置。在一些现有的谐波减速器中，刚轮包括两个分别与柔轮的外齿进行啮合的部分，并通过这两个部分分别与柔轮的外齿不同位置进行啮合后相对转动传递动力，但这种谐波减速器的结构，由于其工作时柔轮上应力较大且更集中，在长时间工作后其柔轮有较高的断裂损坏的风险，难以保证谐波减速器的性能要求。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种谐波减速器、机械臂及机器人，以至少部分地解决上述问题。
4.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种谐波减速器，其包括：波发生器、柔轮以及刚轮组件，所述刚轮组件包括内圈、外圈和滚子，所述滚子设置于所述内圈和所述外圈之间，所述柔轮的外壁具有沿所述柔轮的轴向设置的第一外齿组以及第二外齿组，所述第一外齿组与所述第二外齿组之间的所述柔轮的外壁上设置有环形凹槽，所述外圈与所述第一外齿组啮合，所述内圈与所述第二外齿组啮合，所述波发生器设置在所述柔轮内并驱动所述柔轮变形，以使所述第二外齿组的不同位置与所述内圈啮合，并驱动所述内圈通过所述滚子相对所述外圈转动。
5.在其中一个实施例中，所述滚子为交叉滚子，所述内圈设置有第一滚子保持槽，所述外圈设置有第二滚子保持槽，所述交叉滚子设置在所述第一滚子保持槽以及所述第二滚子保持槽之间，以使所述内圈、所述外圈和所述滚子配合时刚轮组件与所述交叉滚子轴承一体化。
6.在其中一个实施例中，所述外圈包括第一外圈部以及第二外圈部，所述第二外圈部上设置有所述第二滚子保持槽，所述第一外圈部与所述第一外齿组相啮合，所述第二外圈部固定于所述第一外圈部上。
7.在其中一个实施例中，所述第二外圈部与所述第一外圈部一体成型。
8.在其中一个实施例中，所述谐波减速器还包括至少两个柔性轴承，所述至少两个柔性轴承设置在所述波发生器和所述柔轮之间，且每个所述柔性轴承沿所述柔轮的轴向设置。
9.在其中一个实施例中，所述谐波减速器还包括卡圈，所述卡圈固定套设于所述波发生器上，并与所述柔性轴承接触，以阻止所述柔性轴承沿所述波发生器的轴向发生移动。
10.在其中一个实施例中，所述第一外齿组包括多个外齿，所述第二外齿组包括多个
外齿；所述内圈的内壁具有第二内齿组，所述外圈的内壁具有第一内齿组，所述第一内齿组与所述第二内齿组均包括多个内齿，所述第一外齿组中的外齿与所述第一内齿组中的内齿啮合，所述第二外齿组中的外齿与所述第二内齿组中的内齿啮合。
11.在其中一个实施例中，所述第一内齿组中的内齿的数量与所述第二内齿组中的内齿的数量相等，且所述第一外齿组中的外齿的数量与所述第二外齿组中的外齿的数量不相等。
12.根据本技术实施例的第二方面，提供了一种机械臂，所述机械臂包括至少两个臂节和前述第一方面所提供的谐波减速器，所述谐波减速器连接在相邻的两个所述臂节之间，所述谐波减速器中的外圈与相邻的两个所述臂节中的一个连接，所述谐波减速器中的内圈与相邻的两个所述臂节中的另一个连接。
13.根据本技术实施例的第三方面，提供了一种机器人，所述机器人包括上述第二方面所提供的机械臂。
14.本实施例中的谐波减速器中，其柔轮的外壁具有沿柔轮的轴向设置的第一外齿组以及第二外齿组，刚轮组件的外圈与第一外齿组啮合，内圈与第二外齿组啮合，波发生器设置在柔轮内并驱动柔轮变形，使得第二外齿组的不同位置与内圈啮合，并驱动内圈通过滚子相对外圈转动，谐波减速器的第一外齿组与第二外齿组之间的柔轮的外壁上设置有环形凹槽，能够使得谐波减速器在工作时柔轮上的应力得到有效分散，降低了因应力集中而导致的谐波减速器在长时间工作后其柔轮出现断裂损坏的风险，因而能够保证谐波减速器的性能要求。
附图说明
15.以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。
16.图1示出了根据本技术实施例中的谐波减速器的一个角度的可选的立体示意图。
17.图2示出了根据本技术实施例中的谐波减速器的可选的另一个角度的示意图。
18.图3示出了根据图2中的谐波减速器的a-a向的剖视图。
19.附图标记说明：
20.1、波发生器；11、波发生器本体；12、台阶结构；13、环状凸台；2、柔轮；21、第一外齿组；22、第二外齿组；23、环形凹槽；3、刚轮组件；31、内圈；32、外圈；33、滚子；41、第一外圈部；42、第二外圈部；5、滚子压块；6、柔性轴承；7、卡圈。
具体实施方式
21.为了使本领域的人员更好地理解本技术实施例中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术实施例保护的范围。
22.参照图1-图3，波发生器1、柔轮2以及刚轮组件3，所述刚轮组件3包括内圈31、外圈32和滚子33，所述滚子33设置于所述内圈31和所述外圈32之间，所述柔轮2的外壁具有沿所述柔轮2的轴向设置的第一外齿组21以及第二外齿组22，所述第一外齿组21与所述第二外齿组22之间的所述柔轮的外壁上设置有环形凹槽23，所述外圈32与所述第一外齿组21啮
合，所述内圈31与所述第二外齿组22啮合，所述波发生器1设置在所述柔轮2内并驱动所述柔轮2变形，以使所述第二外齿组22的不同位置与所述内圈31啮合，并驱动所述内圈31通过所述滚子33相对所述外圈32转动。
23.因此，本实施例中的谐波减速器中，其柔轮2的外壁具有沿柔轮2的轴向设置的第一外齿组21以及第二外齿组22，刚轮组件3的外圈32与第一外齿组21啮合，内圈31与第二外齿组22啮合，波发生器1设置在柔轮2内并驱动柔轮2变形，使得第二外齿组22的不同位置与内圈31啮合，并驱动内圈31通过滚子相对外圈32转动，谐波减速器的第一外齿组21与第二外齿组22之间的柔轮2的外壁上设置有环形凹槽23，能够使得谐波减速器在工作时柔轮2上的应力得到有效分散，降低了因应力集中而导致的谐波减速器在长时间工作后其柔轮2出现断裂损坏的风险，因而能够保证谐波减速器的性能要求。
24.谐波减速器是现在广泛应用的一种传动机构，又称谐波传动减速器。器广泛应用于各种机械传动的场景中。
25.具体来说，本实施例中，波发生器1设置在柔轮2内，波发生器1为中空状，可以与电机的转动轴进行连接，进而在电机的转动轴的带动下使得波发生器1在柔轮2内发生转动。波发生器1与电机的转动轴之间的连接方式本实施例中不进行限制，例如可以为法兰连接、螺纹连接等。波发生器1可为凸轮结构。可选地，波发生器1为椭圆形。
26.本实施例中，波发生器1在转动过程中带动柔轮2形变，柔轮2在形变时驱动刚轮组件3的一部分转动，其中，刚轮组件3的内圈31与外圈32可相对转动，内圈31与外圈32之间设置的滚子33可以提高内圈31转动的流畅程度，刚轮组件3的外圈32与柔轮2的第一外齿组21相接触的位置有与第一外齿组21啮合的内齿，而刚轮组件3的内圈31与柔轮2的第二外齿组22相接触的位置有与第二外齿组22相啮合的内齿，柔轮2的第二外齿组22的不同位置与内圈31上的内齿相配合，柔轮2形变时带动内圈31相对外圈32转动。第一外齿组21与第二外齿组22之间的环形凹槽23，可分散谐波减速器在工作时柔轮2上的应力。
27.具体地，本实施例中的柔轮2为筒型柔轮，筒型柔轮套设在波发生器1外部，第一外齿组21以及第二外齿组22设置在筒型柔轮的外壁上，且第一外齿组21与第二外齿组22之间的筒型柔轮的外壁上设置有环形凹槽23，第一外齿组21以及第二外齿组22分别与刚轮组件3的外圈32以及内圈31上的内齿稳定啮合，从而使得谐波减速器的传动效果良好。
28.在其他的实施例中也可以为其他类型的柔轮，应当理解只要能完成同样功能就应视为处于本技术实施例的囊括范围之内，对此，本实施例中不进行特别限制。
29.可选地，刚轮组件3中的滚子33为交叉滚子，内圈31上设置有第一滚子保持槽，外圈32上设置有第二滚子保持槽，交叉滚子设置在第一滚子保持槽和第二滚子保持槽之间，以使内圈31、外圈32和滚子33配合时刚轮组件3与交叉滚子轴承一体化。
30.当然，在满足功能的情况下，本技术实施例中的滚子33也可以是其他类型的滚子，例如，可以为圆柱滚子、长圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、螺旋滚子、滚针等，本技术实施例中不进行限制。
31.可以理解的是，第一滚子保持槽以及第二滚子保持槽分别是设置在刚轮组件3的内圈31以及外圈32上的环槽。
32.在其中一个实施例中，第一滚子保持槽以及第二滚子保持槽均为v型槽。具体地，两个v型槽组合成一个完整的滚子容纳槽，且其截面为正方形，优选的，本实施例中的交叉
滚子为圆柱体，且其底面圆的直径等于其圆柱高的长度，将圆柱体的交叉滚子放置到截面为正方形的滚子容纳槽中，且正方形的边长与滚子的底面圆直径相同，可以使得交叉滚子不会与容纳槽之间存在较大空隙，保证交叉滚子在第一滚子保持槽和第二滚子保持槽之间滚动的稳定性，进一步使得本实施例中的谐波减速器结构紧凑，并且强度好。
33.在一个可选的实施例中，该谐波减速器还可包括滚子压块5，内圈31上开设有缺口，滚子33可拆卸地设置于内圈31的缺口内，当滚子压块5设置于所述开口内时，其可以构成第一滚子保持槽的一部分，当滚子压块5从所述缺口拆卸下来时，用户可以通过所述缺口向第一滚子保持槽以及第二滚子保持槽组成的滚子容纳槽塞入滚子或者将滚子从中取出。作为可选地，滚子压块5可以通过螺钉与内圈31可拆卸连接。
34.具体地，本实施例的刚轮组件3中的内圈31构成了交叉滚子轴承的内环，刚轮组件3中的外圈32构成了交叉滚子轴承的外环，它们与滚子33形成了完整的交叉滚子轴承，这种一体式的设计显然相较于独立式交叉滚子轴承的内环以及外环独立设置刚轮内的谐波减速器来说，有效减小了整体的体积，使得结构也显然更紧凑，装配工序也更简单。
35.在其中一个实施例中，所述外圈32包括第一外圈部41以及第二外圈部42，所述第二外圈部42上设置有所述第二滚子保持槽，所述第一外圈部41与所述第一外齿组21相啮合，所述第二外圈部42固定于所述第一外圈部41上。
36.具体地，在一种实施方式中，第一外圈部与第二外圈部为相互独立的两个个体，例如，两者可通过螺钉进行固定连接。当然也可以是用其他方式固定连接，本实施例中不进行限制。具体来说，第二外圈部42可以作为交叉滚子轴承的外环，刚轮组件3的内圈31可以作为交叉滚子轴承的内环，内圈31、第二外圈部42和滚子33配合时，刚轮组件3与交叉滚子轴承一体化。由两个独立的第一外圈部41以及第二外圈部42固定连接的刚轮组件3的外圈32、内圈31以及滚子33形成完整的交叉滚子轴承，一体式设计能够有效减小谐波减速器整体的体积，使得结构也显然更紧凑。
37.而在另一实施方式中，所述第二外圈部42与所述第一外圈部41一体成型。此时第一外圈部41与第二外圈部42形成一个整体，也即刚轮组件3的外圈32为一个整体。由一体成型的第一外圈部以及第二外圈部形成的刚轮组件3的外圈32、内圈31以及滚子33形成完整的交叉滚子轴承，一体式设计有效减小了谐波减速器整体的体积，使得结构也显然更紧凑，并且相较于两个独立的第一外圈部41以及第二外圈部42固定连接的刚轮组件3的外圈32，进一步还可以减少在装配本实施例中的谐波减速器时的步骤，简化安装工序，降低工作人员的麻烦。
38.在其中一个实施例中，该谐波减速器中，所述第一外齿组21包括多个外齿，所述第二外齿组22包括多个外齿；所述内圈31的内壁具有第二内齿组，所述外圈32的内壁具有第一内齿组，所述第一内齿组与所述第二内齿组均包括多个内齿，所述第一外齿组21中的外齿与所述第一内齿组中的内齿啮合，所述第二外齿组22中的外齿与所述第二内齿组中的内齿啮合。
39.本实施例中，可选地，第一外齿组21的多个外齿沿柔轮2的外壁的周向均布，第二外齿组22的多个外齿沿柔轮2的外壁的周向均布，第一内齿组的多个内齿沿内圈31的内壁的周向均布，第二内齿组的多个内齿沿外圈32的内壁的周向均布。柔轮2的外壁上的第一外齿组21与第二外齿组22沿柔轮2的轴向间隔设置，再分别与第一内齿组以及第二内齿组啮
合。环形凹槽23实际就设置在第一外齿组21以及第二外齿组22之间的间隔处。
40.由于第一外齿组21中的外齿与第一内齿组中的内齿啮合，第二外齿组22中的外齿与第二内齿组中的内齿啮合，本实施例中的谐波减速器在制造时，可以依据实际需要，通过调整第一外齿组21中的外齿的数量、第一内齿组中的内齿的数量、第二外齿组22中的外齿的数量、第二内齿组中的内齿的数量中的一个或多个来调整制造出的谐波减速器的减速比，从而使得谐波减速器能有最好的减速性能。
41.可选地，在其中一个实施例中，所述第一内齿组中的内齿的数量与所述第二内齿组中的内齿的数量相等，且所述第一外齿组21中的外齿的数量与所述第二外齿组22中的外齿的数量不相等。从而能够使得本实施例中的谐波减速器有较好的使用效果，更好地满足减速性能需求。
42.可选地，在其中一个实施例中，刚轮组件3的内圈31的第二内齿组在与柔轮2的第二外齿组22啮合后，内圈3可以部分伸入环形凹槽23中，这样能够进一步提高本实施例中谐波减速器的柔轮2与内圈31之间的同轴度。
43.在其中一个实施例中，谐波减速器还包括至少两个柔性轴承6，柔性轴承6套设在波发生器1和柔轮2之间，且沿柔轮2的轴向依次设置。在使用该实施例中的谐波减速器时，由于存在至少两个柔性轴承6，波发生器1转动时首先带动两个柔性轴承6形变，随后柔性轴承6的形变带动套设在其上方的柔轮2形变，柔轮2进而带动与其啮合的刚轮组件3中的内圈31转动相对于外圈32转动。
44.由此，本实施例中的谐波减速器与传统的谐波减速器相比，采用了至少两个柔性轴承6，因而增加了柔轮2长度，能够显著提升柔轮2的负载能力，降低单个柔性轴承6的负担，从而能够提高整体谐波减速器的寿命。此外，至少两个柔性轴承6的弹性形变使得本实施例的谐波减速器能够获得较高的减速比。
45.可选地，两个柔性轴承6之间可存在间隔。
46.在其中一个实施例中，所述波发生器1包括波发生器本体11以及至少两个台阶结构12，所述至少两个台阶结构12沿所述波发生器本体11的轴向设置并凸出于所述波发生器本体11，所述至少两个柔性轴承6套设于所述波发生器本体11上时，其中一个所述柔性轴承6抵接于一个所述台阶结构12，另一个所述柔性轴承6抵接于另一个所述台阶结构12。
47.在一个具体的实施例中，所述波发生器1包括环状凸台13，所述环状凸台13的侧面与所述环状凸台13的顶面形成一个所述台阶结构12、所述环状凸台13的侧面与所述环状凸台13的底面形成另一个所述台阶结构12，所述至少两个柔性轴承6套设于所述波发生器本体11上时，其中一个所述柔性轴承6抵接于所述环状凸台13的顶面，另一个所述柔性轴承6抵接于所述环状凸台13的底面。在这种结构中，能够有效保证柔性轴承6与波发生器1之间的同轴度，进一步也能使得波发生器1、柔性轴承6、柔轮2以及刚轮组件3彼此之间的同轴度都变得更好，进而谐波减速器的使用效果。
48.可选地，环状凸台13与波发生器本体11一体成型。在其中一个实施例中，为了防止柔性轴承6从波发生器1以及柔轮2之间滑出，谐波减速器的波发生器1的至少一端上还设置有柔性轴承限位结构。
49.具体地，所述谐波减速器还包括卡圈7，所述卡圈7固定套设于所述波发生器1上，并与所述柔性轴承6接触，以阻止所述柔性轴承6沿所述波发生器1的轴向发生移动。显然，
本实施例的卡圈7即为其中一种可选的所述的柔性轴承限位结构，其存在能够使得本实施例中的谐波减速器结构更加稳定。
50.以上面所述的柔性轴承6为两个，分别抵接于环状凸台13的底面与顶面举例来说，在一优选的实施例中，谐波减速器可包括两个卡圈7，分别设置在波发生器1的轴向上的两端，其中一个卡圈7与其中一个柔性轴承6远离环状凸台13的底面的一侧接触，另一个卡圈7与另一个柔性轴承6远离环状凸台13的顶面的一侧接触，以阻止柔性轴承6沿波发生器1的轴向发生移动，显然，卡圈7的存在能够使得本实施例中的谐波减速器结构更加稳定。本实施例中，不限制卡圈7的具体结构，其可以为任意合适的形状，只要能够完成上述作用即可。
51.除以上内容外，本实施例中的谐波减速器还可以有进一步的拓展实施方式，本实施例中不进行限制。
52.由此可见，本实施例中的谐波减速器中，其柔轮2的外壁具有沿柔轮2的轴向设置的第一外齿组21以及第二外齿组22，刚轮组件3的外圈32与第一外齿组21啮合，内圈31与第二外齿组22啮合，波发生器1设置在柔轮2内并驱动柔轮2变形，使得第二外齿组22的不同位置与内圈31啮合，并驱动内圈31通过滚子相对外圈32转动，谐波减速器的第一外齿组21与第二外齿组22之间的柔轮2的外壁上设置有环形凹槽23，能够使得谐波减速器在工作时柔轮2上的应力得到有效分散，降低了因应力集中而导致的谐波减速器在长时间工作后其柔轮2出现断裂损坏的风险，因而能够保证谐波减速器的性能要求。
53.本技术实施例中的第二方面提供了一种机械臂，该机械臂包括至少两个臂节和上述第一方面所提供的谐波减速器，谐波减速器连接在相邻的两个臂节之间，谐波减速器中的外圈32与相邻的两个臂节中的一个连接，谐波减速器中的内圈31与相邻的两个臂节中的另一个连接。
54.在该机械臂中，谐波减速器作为关节连接相邻的两个臂节，因此，在使用机械臂时，能够灵活地调节机械臂的转动，进一步由于本实施例中的谐波减速器的第一外齿组21与第二外齿组22之间的柔轮2的外壁上设置有环形凹槽，能够使得谐波减速器在工作时柔轮2上的应力得到有效分散，降低了因应力集中而导致的谐波减速器在长时间工作后其柔轮2出现断裂损坏的风险，因而能够保证谐波减速器的性能要求，在此基础上进一步保证了机械臂的可靠性和稳定性。
55.本技术实施例中的第三方面提供了一种机器人，其包括上述第二方面提供的机械臂。因此，本实施例中的机器人也能具有更好的可靠性和稳定性。
56.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。