双向齿轮、方法、和应用技术

一种双向齿轮组，包括具有齿顶齿阵列的双向阳齿轮部件，以及具有齿根槽阵列的双向阴齿轮部件，其中每个齿根槽具有围绕其开放端的完整的边界边缘。所述阳齿轮和阴齿轮部件中的一个或者这二者具有圆形的横截面几何形状，或者其中的一个可具有非圆形的横截面几何形状。非圆形的横截面几何形状可以是平坦的片状或者带有表面起伏轮廓的片状。在互相啮合的状态下，不管阳部件和阴部件是以平行还是以垂直取向排列，无论是所述阳部件还是所述阴部件都不能相对于另外一个部件“滑动”。公开了一种制造双向齿轮组的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例属于齿轮结构的领域，更具体地说，涉及双向齿轮结构和齿轮结构对(组)、及其制造方法和应用。2.相关技术齿轮被广泛使用于工程中。已有许多不同的齿轮设计，它们专用于各种不同应用情况下的各种需求。不同现有齿轮的非限制性的例子包括正齿轮、齿条传动齿轮、内环齿轮、斜齿轮、螺旋形齿条齿轮、平面齿轮、蜗杆齿轮、二次包络环面蜗杆齿轮、双曲面齿轮、直伞齿轮、螺旋伞齿轮、和螺旋齿轮。所有这些齿轮均能够向一个方向传递运动或动力。齿轮可以被设计成具有垂直于输入齿轮轴的输出齿轮轴，如伞齿轮，通过它，动力传输方向可以改变90度。然而，通过一对齿轮，仍旧只有一个动力和运动传输方向。为了实现向两个不同方向的运动，典型地需要两个以上的齿轮。Bullard的美国专利第2，453，656号公开了齿条及小齿轮装置，其包括用于在两个成角度的轴之间传送振荡及往复运动的、主动动作的、互相啮合的装置的设置。更具体地说，参照图1，齿轮元件A被锁定到轴10，该轴能够沿它的纵轴线作往复运动，并且围绕它的纵轴线作振荡运动。一类似的齿轮元件B被锁定到与轴10基本上成直角的轴11，该轴11也能够围绕它的纵轴线作振荡运动，并且沿它的纵轴线作往复运动。齿轮元件A和B中的每一个均包括相对较长的本体12，围绕它们的周边形成伸长的正齿轮齿13。在齿13中切割出等间隔的周向沟槽14,其深度相当于或者稍微低于正齿轮齿13上的节圆(pitch circle)。这些沟槽14经过机器加工，使得由它们形成的壁15与正齿轮齿13的齿顶表面16形状一致。因此，所述沟槽14提供了仅具有齿根高度的轴向对准的齿，它们与在相同的轴线行上具有齿顶和齿根高度的齿交替排列。另外，这些沟槽形成仅具有齿根高度的圆周行的齿，这些圆周行与具有齿顶和齿根高度的齿的圆周行交替排列。双向齿轮的开发应用是机器人。例如，结构攀爬机器人传统上已被开发用来执行目前由人执行的任务，应用范围从结构检查到清洗和维护。专利技术人的工作的一个目的是探索机器人和结构设计这两者，以扩展能够成功地自主完成的任务的范围。例如，有利的是得到一种能够通过拆开并重新组装成不同形状而改变其结构的机器人。这样的“结构-重新配置”的机器人对于施工过程有深远的影响，特别是牵涉到框架构造的行动。另外，自主修补损坏的结构或使得现有结构自主适配于新的功能的能力可应用于从灾难重建到空间勘探的范围。在设计“结构-重新配置”的机器人时的一个关键挑战在于，大多数当前的结构建筑块被设计成由人操控，而不是由机器操控。结构关节需要复杂的组装，而且桁架单元很笨重，难以操控。用于关节连接和单元的标准开发在建筑行业中的模块化组装进程中是关键的。此外，缺乏适合机器人的关节和单元大大限制了机器人在建筑领域中的部署。特别有利的是，能够有一种可以在结构的水平面与垂直面之间操纵并且在一次运行时遍历多个节点的、结构可重新配置的机器人。双向齿轮驱动可以使得这种能力成为可能。在(上面提及的)Bullard的第‘656号美国专利中描述的齿轮装置没有提供这种能力，因为类似的交叉齿轮轴不能当它们处于平行取向时阻止它们的相对滑动，而只有当它们处于垂直取向时才能阻止相对滑动。专利技术人认识到了对于例如在结构可重新配置的机器人的成功开发中面临的问题的解决方案存在需求和优势，而这些解决方案是上述现有技术没有提供的。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及双向阳齿轮部件、双向阴齿轮部件，及双向齿轮组。根据一个方面，该齿轮组包括具有齿顶齿阵列的双向阳齿轮部件，以及具有齿根槽阵列的双向阴齿轮部件，每个齿根槽具有围绕其开放端的完整的边界边缘。阳齿阵列和阴槽阵列中的每一个都是矩形的、非螺旋阵列。在各个不同的方面，所述阳齿轮和阴齿轮部件中的一个或者这二者具有圆形的横截面几何形状，或者其中的一个可具有非圆形的横截面几何形状。所述非圆形的横截面几何形状可以是平坦的片状或者带有表面起伏轮廓的片状。阳齿轮和阴齿轮部件中的任一均可具有圆柱形的几何形状，其沿纵轴的长度大于沿垂直于纵轴的径向轴的直径。在互相啮合的状态下，不管阳部件和阴部件是以平行还是以垂直取向排列，无论是所述阳部件还是所述阴部件都不能相对于另外一个部件“滑动”。根据所实现的专利技术，在互相啮合的操作状态下，所述阳齿轮部件和阴齿轮部件被限制在沿单个共同的运动轴运动。根据所实现的专利技术，所述齿顶齿和齿根槽均沿两个方向被切割。本专利技术的一个实施例涉及一种制造双向齿轮组的方法，所述双向齿轮组包括具有齿顶齿阵列的双向阳齿轮部件。在一个方面，该方法涵盖了仅制造阳齿轮部件或者仅制造阴齿轮部件。该方法还包括以下两个步骤中的一个或者两个创建具有齿根槽阵列的双向阴齿轮部件，其中每个齿根槽具有围绕其开放端的周边边缘，和/或创建具有齿顶齿阵列的双向阳齿轮部件，其中每个齿顶齿具有至少两个相对的对称切口。根据一个方面，用于创建双向阴齿轮部件的方法还涉及对沿表面的两个正交轴的扫描正齿轮剖面进行布尔合并。根据一个方面，该方法还涉及制造圆柱几何形状的双向阴齿轮部件，其还包括以下步骤围绕杆轴旋转圆形正齿轮齿条的轮廓，以及对旋转的正齿轮齿条与在正交方向上的正齿轮线进行合并。所述双向阴齿轮部件还可以以片状形状来制造。所述片状形状可以是平坦的片状形状或者是带有表面起伏轮廓的片状形状。根据一个方面，用于创建双向阳齿轮部件的方法还涉及从沿表面的两个正交轴的第二扫描正齿轮剖面中减去扫描正齿轮剖面的布尔 减法。根据一个方面，该方法还涉及制造圆柱几何形状的双向阳齿轮部件，其还包括以下步骤围绕正齿轮旋转正齿轮齿条的外轮廓并从其中减去正齿轮。所述双向阳齿轮部件可以以片状形状来制造。所述片状形状可以是平坦的片状形状或者是具有表面起伏轮廓的片状形状。在各个非限制性的方面，所述双向阳齿轮部件可以通过在正齿轮杆上切割出适当的图案；快速原型法；铸造；模压；使用双向阴齿轮的冷或热成形；CNC机器加工；和3-D打印来制造，且所述双向阴齿轮部件可以通过快速原型法；铸造；使用双向阳齿轮的冷或热成形；模压；CNC机器加工；和3-D打印来制造。附图说明图1A、B分别示出了根据本专利技术的一个说明性的示例性实施例，拉长的圆柱形杆形状的双向阳齿轮部件和双向阴齿轮部件；图2A、B分别示出了根据本专利技术的一个说明性的示例性实施例，垂直取向的阳/阴双向齿轮组，用来说明双向(旋转和平移)运动能力。图3A、B分别示出了在本专利技术的一个说明性的示例性方面，双向阴齿轮部件和双向阳齿轮部件如何被设计/制造的； 图4示意地示出了一双向齿轮组，其中双向阴齿轮部件具有平坦片状的形状；图5示意地示出了一双向齿轮组，其中双向阳齿轮部件具有具有平坦片状的形状；以及图6示意地示出了一双向齿轮组，其中双向阳齿轮部件具有表面起伏轮廓的平坦片状的形状。具体实施例方式在下面的说明中，参考了作为本说明书一部分的附图，在附图中以示意性的方式示出了可实现的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述，使得本领域技术人员能够实施本专利技术，应当理解的是，也可以采用其它实施例，并且可以作出各种结构上的、逻辑上的和电气上的改变，而不背离本专利技术的保护范围。因而下面对示例性实施例的描述不应认为具有限制意义。正如这里所使用的，术语“双向”是指在平移状态和旋转状态下齿轮驱动的运动(以及在这两种状态下的前后运动)。正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·希勒，D·A·耶勒，H·利普森，F·尼克尔，
申请(专利权)人：康奈尔大学，
类型：
国别省市：