一种传动机构、谐波减速器、一体式关节及谐波传动方法技术

本发明专利技术提供了一种传动机构、谐波减速器、一体式关节及谐波传动方法，传动机构包括：磁场发生装置、钢轮和柔轮，柔轮在变形时与钢轮有至少一个啮合接触点，柔轮具备磁性，包括有至少一组沿径向分布的N‑S极，柔轮受变化磁场作用而变形，使柔轮与钢轮的啮合接触点改变，柔轮和钢轮相对运动；谐波减速器，包括输出轴以及传动机构，其中，输出轴与柔轮连接；一体式关节，包括至少一个关节肢体，且关节肢体连接谐波减速器。本方案能够省去电机内高速转动的转子以及各个连接件，从而减小转动惯量和摩擦力，有利于提高传动机构的控制精度和传动效率，同时，能够使传动机构的结构更为简单，重量、体积更小，有利于传动机构的灵活使用。

A kind of transmission mechanism, harmonic reducer, integrated joint and harmonic transmission method

【技术实现步骤摘要】
一种传动机构、谐波减速器、一体式关节及谐波传动方法
本专利技术涉及传动机构
，尤指一种传动机构、谐波减速器、一体式关节及谐波传动方法。
技术介绍
机器人的关节一般都是通过谐波减速器进行控制，谐波减速器通常是由电机定子(线圈)产生变化的磁场，带动转子(磁铁)转，转子与谐波减速器的波发生器通过某种形式固定连接。波发生器是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，并与柔轮的内壁相互压紧，柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长，当波发生器装入柔轮后，会迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，且柔轮长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。当电机转动时，波发生器会产生同周期的谐波运动，带动柔轮不断变形，使得柔轮和钢轮的啮合状态不断改变，从而实现柔轮相对于钢轮延波发生器相反的方向缓慢旋转，最终达到减小转速以及增大输出力矩的目的。但是，现有的传动机构如谐波减速器通常需要电机带动波发生器高速运动，会产生较大的转动惯量，从而给传动机构的控制带来不利影响，且电机的转子在转动时也会产生较大的摩擦力，影响传动效率，此外，现有的谐传动机构如谐波减速器通常需要在电机和柔轮之间设置连杆、波发生器等较多连接件，使得传动机构的结构复杂、重量较大、体积较大，不利于传动机构的灵活使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种传动机构、谐波减速器、一体式关节及谐波传动方法，能够省去电机内高速转动的转子以及各个连接件，从而减小转动惯量和摩擦力，有利于提高传动机构的控制精度和传动效率，同时，能够使传动机构的结构更为简单，重量、体积更小，有利于传动机构的灵活使用。本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术提供一种传动机构，包括：磁场发生装置，用于产生变化磁场；钢轮；柔轮，设置在所述钢轮内，所述柔轮在变形时与所述钢轮有至少一个啮合接触点；其中，所述柔轮具备磁性，包括有至少一组沿径向分布的N-S极；所述柔轮受所述变化磁场作用而变形，使所述柔轮与所述钢轮的啮合接触点改变，所述柔轮和所述钢轮相对运动。在现有技术中，柔轮的内部通常设有波发生器，波发生器与电机的转子、输出轴连接，使得波发生器能够随着转子转动，从而实现柔轮和钢轮的相对运动，而本方案通过将柔轮设置为具备磁性，并直接套设在磁场发生装置如电机的电磁线圈的外部，使得磁场发生装置在产生变化的磁场后，能够使柔轮直接变形，实现柔轮和钢轮的相对运动，相比于现有技术，本方案实际高速转动的是磁场，而不是实际物理结构，能够省去电机内高速转动的转子以及各个连接件，从而减小转动惯量和摩擦力，有利于提高传动机构的控制精度和传动效率，同时，能够使传动机构的结构更为简单，重量、体积更小，有利于传动机构的灵活使用。进一步地，所述N-S极在所述柔轮上沿周向均匀分布。进一步地，所述柔轮包括柔性圈和若干磁铁；所述柔性圈的外壁设置有外齿轮，所述钢轮的内壁设置有与所述外齿轮相配合的内齿轮；所述磁铁沿所述柔性圈的内侧分布，所述磁铁的内侧极性相同并且极性指向轴心。通过在柔性圈的外部设置外齿轮，使其能够构成柔轮，同时，通过在柔性圈的内侧设置若干磁铁，能够使柔轮具备磁性，从而使柔轮能够在变化磁场中变形；通过将磁铁沿柔性圈的内侧均匀分布，磁铁的内侧极性相同并且极性指向轴心，能够使柔轮在变形时，更加有规律，形状更为规则，有利于保证柔轮的稳定转动。进一步地，所述柔性圈的内侧具有柔性填充层，所述磁铁固定在所述柔性填充层上。由于磁铁不具备柔性，因此，为了保证柔性圈的变形形状更为规则，磁铁的体积要较小，且数量较多，同时，通过设置柔性填充层，能够更好的保护磁铁，避免磁铁和柔性圈损坏，且能够使柔性圈的形变效果更好。进一步地，所述磁场发生装置为通有变化电流的电磁线圈；所述电磁线圈的外径小于所述柔轮的内径，且所述柔轮的外径小于所述钢轮的内径，使所述钢轮、所述柔轮和所述电磁线圈相邻之间均留有间隙。由于柔轮需要在变化磁场中形变，且柔轮在初始时不与钢轮啮合，只有在形变时才与钢轮有啮合接触点，因此，柔轮和钢轮之间、柔轮和电磁线圈之间均需要留有缝隙，缝隙的大小根据实际情况，如柔轮和钢轮的轮齿大小、变化磁场的极对数等调整。进一步地，所述磁场发生装置产生的变化磁场为单级对磁场，所述柔轮在所述变化磁场中变形，且所述柔轮和所述钢轮的间隙呈周期数为1的正弦波形进行变化；或所述磁场发生装置产生的变化磁场为两级对磁场，所述柔轮在所述变化磁场中变形，且所述柔轮和所述钢轮的间隙呈周期数为2的正弦波形进行变化；或所述磁场发生装置产生的变化磁场为三级对磁场，所述柔轮在所述变化磁场中变形，且所述柔轮和所述钢轮的间隙呈周期数为3的正弦波形进行变化。在本方案中，柔轮需要在变化磁场中变形，但对磁场的极对数并无要求，一般选择1-3极对数，例如，当变化磁场为单级对磁场，柔轮能够变形为椭圆形，且所述柔轮和所述钢轮的间隙呈周期数为1的正弦波形进行变化；当变化磁场为两级对磁场，柔轮能够变形为椭圆形，且所述柔轮和所述钢轮的间隙呈周期数为2的正弦波形进行变化；当变化磁场为三级对磁场时，柔轮能够变形为周期数为3的正弦波形状。另外，变化磁场还可以为五级对、六级对、八级对等，磁场的极对数越多，传动精度越高，但对柔轮的质量要求也越高，因此，在实际使用时，可以根据实际情况选择磁场的极对数。进一步地，还包括外壳，所述磁场发生装置固定在所述外壳内，所述柔轮和所述钢轮均与所述外壳活动连接。本专利技术还提供一种谐波减速器，包括输出轴以及上述的传动机构；其中，所述输出轴与所述柔轮或所述钢轮连接。通过将上述的传动机构与输出轴连接，能够使输出轴平缓稳定的转动，实现减速器的效果，可以适用于高精度控制场合，如机器人的关节转动等场合。本专利技术还提供一种一体式关节，包括至少一个关节肢体，且所述关节肢体连接有减速电机，所述减速电机为上述的谐波减速器。通过将上述的谐波减速器的输出轴与机器人的关节肢体连接，能够实现机器人的关节平稳的旋转等，有利于机器人的工作。本专利技术还提供一种谐波传动方法，在谐波传动中，使柔轮具备磁性，并包括有至少一组沿径向分布的N-S极；将所述柔轮置于变化磁场中，所述柔轮受所述变化磁场作用而变形，所述柔轮与钢轮的啮合接触点改变以发生相对运动。通过将柔轮设置为具备磁性，并直接置于变化的磁场中，能够使柔轮直接变形，实现柔轮和钢轮的相对运动，相比于现有技术，本方案实际高速转动的是磁场，而不是实际物理结构，能够省去电机内高速转动的转子以及各个连接件，从而减小转动惯量和摩擦力，有利于提高传动机构的控制精度和传动效率，同时，能够使传动机构的结构更为简单，重量、体积更小，有利于传动机构的灵活使用。进一步地，将若干磁铁均匀安装在所述柔轮的内侧，且所述磁铁的内侧极性相同并且极性指向轴心。通过将磁铁沿柔轮的内侧均匀分布，磁铁的内侧极性相同并且极性指向轴心，能够使柔轮具备磁性，且能够使柔轮在变形时，更加有规律，形状更为规则，有利于保证柔轮的稳定转动。本专利技术具有以下技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传动机构，其特征在于，包括：/n磁场发生装置，用于产生变化磁场；/n钢轮；/n柔轮，设置在所述钢轮内，所述柔轮在变形时与所述钢轮有至少一个啮合接触点；/n其中，所述柔轮具备磁性，包括有至少一组沿径向分布的N-S极；/n所述柔轮受所述变化磁场作用而变形，使所述柔轮与所述钢轮的啮合接触点改变，所述柔轮和所述钢轮相对运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种传动机构，其特征在于，包括：
磁场发生装置，用于产生变化磁场；
钢轮；
柔轮，设置在所述钢轮内，所述柔轮在变形时与所述钢轮有至少一个啮合接触点；
其中，所述柔轮具备磁性，包括有至少一组沿径向分布的N-S极；
所述柔轮受所述变化磁场作用而变形，使所述柔轮与所述钢轮的啮合接触点改变，所述柔轮和所述钢轮相对运动。


2.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述N-S极在所述柔轮上沿周向均匀分布。


3.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述柔轮包括柔性圈和若干磁铁；
所述柔性圈的外壁设置有外齿轮，所述钢轮的内壁设置有与所述外齿轮相配合的内齿轮；
所述磁铁沿所述柔性圈的内侧分布，所述磁铁的内侧极性相同并且极性指向轴心。


4.根据权利要求3所述的一种传动机构，其特征在于：所述柔性圈的内侧具有柔性填充层，所述磁铁固定在所述柔性填充层上。


5.根据权利要求1-4任一所述的一种传动机构，其特征在于：所述磁场发生装置为通有变化电流的电磁线圈；
所述电磁线圈的外径小于所述柔轮的内径，且所述柔轮的外径小于所述钢轮的内径，使所述钢轮、所述柔轮和所述电磁线圈相邻之间均留有间隙。


6.根据权利要求1-4任一所述的一种传动机构，其特征在于：所述磁场发生装置产生的变化磁场为单级对磁场，所述柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊亮，
申请(专利权)人：上海岭先机器人科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31