谐波减速器和机器人的制作方法

1.本发明涉及谐波减速器领域，具体涉及用于机器人关节的谐波减速器和包括该谐波减速器的机器人。


背景技术：

2.谐波减速器由于传动比大、精度高、重量轻等优点，常被用于例如机器人关节等对传动精度要求较高的装置。
3.通常，谐波减速器的输出端使用交叉圆柱滚子轴承。然而，交叉圆柱滚子轴承仍然面临着承载能力小、摩擦力矩大、极限转速低、刚性差和安全系数不高等问题。此外，谐波减速器的输出端空间有限，难以设置转速传感器，使得减速器的转速不能得到及时反馈。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种谐波减速器和机器人。
5.根据本发明的第一方面，提供一种谐波减速器，包括波发生器、钢圈和柔圈，还包括位于所述谐波减速器的输出端的轴承，其中，
6.所述轴承为交叉圆锥滚子轴承，所述交叉圆锥滚子轴承包括外圈、内圈和圆锥滚子，所述圆锥滚子设置于所述外圈和所述内圈之间，相邻的所述圆锥滚子的轴线彼此垂直，
7.所述外圈与所述钢圈不能相对转动地连接，所述内圈与所述柔圈不能相对转动地连接，
8.所述内圈能相对于所述外圈绕内圈转动轴线转动，
9.所述圆锥滚子能绕其滚子转动轴线转动。
10.在至少一个实施方式中，在所述内圈转动轴线和所述滚子转动轴线构成的平面内，所述外圈和所述内圈为所述圆锥滚子提供的滚动面的延长线的交点位于所述内圈转动轴线上。
11.在至少一个实施方式中，所述谐波减速器还包括测量系统，所述测量系统包括编译器和传感器，
12.所述编译器设置于所述交叉圆锥滚子轴承的转动圈的端面，
13.所述传感器与所述编译器不接触地设置，所述传感器能识别所述编译器的运动。
14.在至少一个实施方式中，所述编译器呈环形，所述编译器与所述交叉圆锥滚子轴承的转动圈的端面同转动中心地设置。
15.在至少一个实施方式中，所述编译器为磁栅，所述传感器为磁阻效应传感器。
16.在至少一个实施方式中，所述编译器通过电镀的方式设置于所述交叉圆锥滚子轴承的转动圈的端面。
17.在至少一个实施方式中，所述交叉圆锥滚子轴承的转动圈为所述内圈。
18.在至少一个实施方式中，所述测量系统还包括电子评估装置，所述电子评估装置
与所述传感器电连接，所述电子评估装置能将所述传感器所测量的结果转换为角度信号。
19.根据本发明的第二方面，提供一种机器人，其包括至少一个关节，所述关节包括能相对转动的关节第一部件和关节第二部件，其特征在于，
20.所述机器人还包括根据本发明的谐波减速器，所述钢圈与所述关节第一部件不能相对转动地连接，所述内圈与所述关节第二部件不能相对转动地连接。
21.在至少一个实施方式中，所述机器人还包括电机，所述电机的输出端与所述谐波减速器的所述波发生器不能相对转动地连接。
22.根据本发明的谐波减速器的传动效率高、承载能力强。
23.根据本发明的机器人的关节的运动响应好。
附图说明
24.图1是根据本发明的一个实施方式的谐波减速器的部分结构的示意图。
25.图2是根据本发明的一个实施方式的谐波减速器的交叉圆锥滚子轴承的半剖示意图。
26.附图标记说明：
27.b交叉圆锥滚子轴承；b1外圈；b2内圈；b3圆锥滚子；
28.11钢圈法兰；12柔圈；
29.20测量系统；21磁栅；22传感器；23评估装置；24电缆；
30.l1内圈转动轴线；l2滚子转动轴线；l3母线；f1外滚动面；f2内滚动面；
31.a轴向；r径向。
具体实施方式
32.下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
33.除非特别说明，参照图1，a表示谐波减速器的轴向，该轴向a与谐波减速器中的柔圈12的轴向一致；r表示谐波减速器的径向，该径向r与谐波减速器中的柔圈12的径向一致。
34.参照图1和图2，以用于机器人关节的谐波减速器为例，介绍根据本发明的谐波减速器的具体构造。
35.参照图1，根据本发明的谐波减速器包括钢圈(也称刚性齿轮，图未示)、柔圈12(也称柔性齿轮)、波发生器、交叉圆锥滚子轴承b(也简称轴承b)和测量系统20。
36.该谐波减速器可以设置于机器人的关节处，该关节通常包括转动连接的关节第一部件和关节第二部件。波发生器为主动件，柔圈12为从动件，钢圈相对固定。轴承b的外圈b1与钢圈抗扭地(即，不能相对转动地)连接，轴承b的内圈b2与柔圈12抗扭地连接。钢圈(或者说外圈b1)还与关节第一部件抗扭地连接，内圈b2与关节第二部件抗扭地连接。借助测量系统20，能精确获知内圈b2相对于外圈b1的转动角度，以用于控制关节第二部件相对于关节第一部件的转动角度。
37.具体地，柔圈12在径向r上位于钢圈的内侧。在波发生器的作用下，柔圈12能相对于钢圈转动。柔圈12的输出端的外周设有钢圈法兰11，钢圈法兰11用于固定于钢圈的端部。
38.轴承b设置于钢圈法兰11和柔圈12的输出端，其中，外圈b1例如通过螺钉与钢圈法兰11抗扭地连接，内圈b2例如通过螺钉与柔圈12抗扭地连接。
39.接下来结合图2介绍根据本发明的一个实施方式的交叉圆锥滚子轴承b的具体结构。
40.交叉圆锥滚子轴承b包括外圈b1、内圈b2、圆锥滚子b3和保持器。
41.圆锥滚子b3设置于外圈b1和内圈b2之间的v形沟槽(同时参照图1，图1中未示出v形沟槽内的圆锥滚子)内，且相邻的圆锥滚子b3的轴线相互垂直。
42.圆锥滚子b3的滚子转动轴线l2相对于内圈b2的内圈转动轴线l1倾斜一定的角度。外圈b1的与圆锥滚子b3滚动接触的面为外滚动面f1，内圈b2的与圆锥滚子b3滚动接触的面为内滚动面f2。在由滚子转动轴线l2和内圈转动轴线l1所构成的平面内，分别作外滚动面f1和内滚动面f2的延长线，这两条延长线的交点d位于内圈转动轴线l1上；上述延长线也与圆锥滚子b3的母线l3重合。
43.应当理解，虽然图2中只示意性地示出了一类圆锥滚子，对于图2未示出的另一类圆锥滚子，其内外滚动面的延长线的交点也位于内圈转动轴线上。
44.上述结构可以避免圆锥滚子b3和内滚动面f2由于线速度不同而造成的相对滑动，圆锥滚子b3在运动过程中作纯滚动，摩擦力矩小，可以实现更高的极限转速。从另一个方面来说，交叉圆锥滚子轴承b相比于交叉圆柱滚子轴承有更高的额定静载荷，安全系数高，刚度高。
45.回到图1，测量系统20包括磁栅21(即编译器)、传感器22、评估装置23和电缆24。
46.磁栅21呈封闭的环形，磁栅21与内圈b2同心(同转动中心)地设置在内圈b2的轴向a上的端部。优选地，磁栅21与内圈b2之间不具有缝隙或其它连接件。更优选地，磁栅21为通过电镀的方式连接到内圈的电镀涂层，该涂层被磁化而具有磁极。图中示出了虚拟的磁场m。
47.传感器22优选为磁阻效应传感器。传感器22设置于磁栅21的附近且与磁栅21不接触。传感器22通过感知磁阻的变化、并通过例如增量法测量内圈b2的转动角度。
48.传感器22通过电缆24连接评估装置23，评估装置23用于例如将传感器22的测量值转换为可参与控制系统控制的角度参数。
49.除磁栅21以外的测量系统20的其它部件可以安装于轴承b的附近的安装结构上，并与安装结构刚性连接，当系统被力矩电机驱动时，测量系统20能具有较高的可靠性。并且，除磁栅21以外的测量系统20的其它部件不与轴承b接触，因此测量系统20不容易发生磨损，测量过程不受机器人关节的活动位置的影响，测量精度高。
50.本发明至少具有以下优点中的一个优点：
51.(i)根据本发明的谐波减速器使用了交叉圆锥滚子轴承，交叉圆锥滚子轴承的额定静载荷高、轴承的安全系数高、刚度高，使得谐波减速器的承载能力强、应用范围广。
52.(ii)交叉圆锥滚子轴承的圆锥滚子b3在运动过程中作纯滚动、而不与滚动面相对滑动，摩擦力矩小，有利于降低谐波减速器的启动力矩，提高传动效率，使谐波减速器具有更高的极限转速。
53.(iii)测量系统20集成在交叉圆锥滚子轴承的转动圈(内圈b2)的端部，而不需要安装在输入轴或输出轴上，避免或降低了由机械传动造成的误差，提高了谐波减速器的运
转精度。
54.当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。例如：
55.(i)磁栅21也可以通过粘贴的方式连接到内圈b2的轴向a上的端部。
56.(ii)设置于交叉圆锥滚子轴承的内圈b2的v型沟槽的尺寸可以根据所采用圆锥滚子b3的母线的倾斜角的不同而调整。