CN111615602A - 应变波齿轮 - Google Patents

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CN111615602A CN201880071930.2A CN201880071930A CN111615602A CN 111615602 A CN111615602 A CN 111615602A CN 201880071930 A CN201880071930 A CN 201880071930A CN 111615602 A CN111615602 A CN 111615602A
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Abstract

一种应变波齿轮，该应变波齿轮包括外环和能够旋转地布置在外环中的内环。内环包括内齿齿轮，并且挠性键齿被布置在内环中并且包括柔性部件，柔性部件包括外齿齿轮。波发生器能够相对于挠性键齿旋转，并且被构造成使柔性部件在径向上挠曲，以使外齿齿轮与内齿齿轮部分地啮合，从而引起内环相对于外环的旋转。所述内环的一部分延伸出外环并且包括外凸的输出凸缘。编码器读取器可被设置在外环上，并且编码器轨道可被设置在内环上。还公开了一种包括应变波齿轮的机器人关节。

Description

应变波齿轮
技术领域
本发明涉及一种用于机器人关节的应变波齿轮。该应变波齿轮包括外环和能够旋转地布置在外环中的内环，其中内环包括内齿齿轮，并且挠性键齿被布置在内环中并且包括柔性部件，该柔性部件包括外齿齿轮。波发生器被构造成使柔性部件沿径向挠曲以使外齿齿轮与内齿齿轮部分地啮合，从而引起内环相对于外环的旋转。该应变波齿轮可以被制成具有高性价比、具有更少的部件、易于组装、紧凑且体积小，并且具有高刚度。此外，本发明涉及一种应变波齿轮，该应变波齿轮具有编码器，该编码器被放置在齿轮内部以读取齿轮的输出位置。本发明还涉及一种机器人关节，其中机器人马达被构造成经由这种应变波齿轮使输出凸缘旋转。
背景技术
在机器人领域中，其中机器人手臂包括连接机器人手臂的不同部件的许多机器人关节，并且其中关节马达被构造成使部件相对于彼此移动，已知将应变波齿轮用作关节马达和可移动部件之间的传动***，因为应变波齿轮传动较大的力而不产生反冲。
现有技术公开了带有柔性外部齿轮的波齿轮驱动装置。通常，这种柔性外部齿轮包括挠性键齿、从主体的一个开口端沿径向向外或向内延伸的圆形隔膜(通常被称为丝绸帽或杯型)、在隔膜的周向外周边缘上一体形成的圆形凸出部，以及形成在主体的另一个开口端部分的周向外表面上的外部齿。有时应变波齿轮被设计成其柔性齿轮部件为带有外部齿的圆柱形环(这种类型通常被称为环型齿轮)。
应变波齿轮用于各种应用，诸如CNC机器、机器人技术、卫星、太阳能跟踪等。它们非常精确，几乎没有反冲，因此在需要高输出精确度和准确度的应用中通常是首选。在这些应用中，经常使用反馈***，诸如连接至控制电子器件的电子编码器，该控制电子器件运行驱动应变波齿轮的输入侧的电动马达。
该设置使得可能以高精确度和高准确度控制齿轮的输出。通常，用于编码器的读取轨道被放置在应变波齿轮的输出部件上的某个位置，该输出部件在平坦的端面上或在输出轴的外径上。编码器读取头部通常被放置在一些外部齿轮几何结构上，或者被放置在保持应变波齿轮的壳体/机壳中。这种方法通常需要进行调整，以使编码器读取头部相对于读取轨道正确定位。编码器技术可以是磁性的、光学的、感应的或其他技术。另一种经常使用的方法是用从应变波齿轮的输出侧到编码器的读取轨道的柔性机构/轴为编码器建立平台/轴承设置。这样，编码器读取头部相对于编码器读取轨道的定位可以通过由平台保持在适当位置的单独的轴承来控制。这种方法需要许多额外的部件，这会增加成本、占用空间，并且如果部件的质量或公差失控，则有可能发生故障。
应变波齿轮通常由许多单独的部件构建和组装。即，将输出轴承部件与单独的圆形键齿部件放在一起，同样与单独的输出凸缘部件放在一起。这种方法使得可能通过将不同的输出轴承和不同的输出凸缘与圆形键齿组合在一起使部件适应不同的应用。有时可以看到，输出轴承部件已经与圆形键齿部件一起加工为组合部件。使用单独的零件的不利之处在于，这些单独的零件的组装要求部件交接部中的高精度，并且需要大量坚固的螺杆来支承通常在应变波齿轮组件上的沉重负载。
US 5,906,142公开了一种波动齿轮驱动器，该波动齿轮驱动器具有第一端板和第二端板，该第一端板和第二端板被布置成使用定位在板之间的交叉滚子轴承相对于彼此旋转。交叉滚子轴承的内座圈与内部齿轮在周向内表面上一体形成。内座圈被直接固定到第一端板，交叉滚子轴承的外座圈则以柔性外部齿轮的圆形凸出部保持在外座圈和第二端板之间的方式紧固到第二端板。内齿约被定位在交叉滚子轴承的滚道的径向内侧。因此，波动齿轮驱动器(1)小且紧凑，并且刚度得到了增加。
US 5,775,178公开了一种波齿轮装置，该波齿轮装置具有圆形键齿，被布置在圆形键齿内的挠性键齿，以及设置在挠性键齿内的波发生器，用于使挠性键齿在径向上偏转，以使形成在挠性键齿上的外部齿与形成在圆形键齿上的内部齿轮齿部分地接合，以及根据圆形键齿和挠性键齿之间的内部齿轮齿和外部齿轮齿的齿数之差，沿周向方向移动接合位置以引起相对旋转。圆形键齿具有沿其内周形成有内部齿轮齿的环形刚性齿部分，被刚性地固定在装置壳体和可旋转地支承在装置壳体中的支承构件中的一个上的紧固部分，以及连接刚性齿部分和紧固部分的连接部分。与刚性齿部分相比，连接部分至少在装置的轴线的方向和垂直于该轴线的方向中的一个上具有较低的刚度。
US 8,991,282公开了一种波齿轮单元，该波齿轮单元具有通过第一输入轴承和第二输入轴承沿中心轴线定位的输入轴。在第一输入轴承侧的第一单元端板是复合构件，其中铁基材料的轴承容纳构件与轻质材料的端板主体构件一体化。第二输入轴承侧的第二单元端板与刚性的内齿齿轮一体形成，并且是其中轻质材料的第二构件与轻质材料的第一构件成一体的复合构件。第一构件具有第二单元端板的端板主体部分和刚性内齿齿轮的齿轮主体部分，而第二构件具有第二单元端板的轴承容纳部分和刚性内齿齿轮的齿形成部分。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的上述限制或用于机器人手臂的现有应变波齿轮的其他问题，例如通过提供一种更高性价比、可以用更少的部件来构建并且可以应对输出端上的更高负载并且具有增强的刚度的应变波齿轮来解决。另外，本发明的目的是提供一种应变波齿轮，该应变波齿轮具有比现有解决方案更精确的编码器，并且不需要手动调节读取头部和读取轨道在径向或轴向上的距离。这通过由独立权利要求限定的应变波齿轮来实现。从属权利要求描述了应变波齿轮的可能的实施方案。在本发明的具体实施方式中描述了本发明的优点和有益效果。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮的实施方案的简化横剖视图；
图2至图6示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮的各种实施方案的简化横剖视图；
图7示出了根据本发明第二方面的应变波齿轮的实施方案的简化横剖视图；
图8至图10示出了根据本发明的第二方面的应变波齿轮的各种实施方案的简化横剖视图；
图11A和图11B示出了根据本发明的应变波齿轮；
图12A和图12B示出了根据本发明的应变波齿轮；
图13示出了根据本发明的包括应变波齿轮的机器人关节；
图14A和图14B示出了根据本发明的波齿轮驱动装置的另选的示例。
具体实施方式
鉴于仅旨在说明本发明原理的示例性实施方案描述了本发明。技术人员将能够在权利要求的范围内提供若干实施方案。在整个说明书中，提供类似效果的类似元件的参考标号具有相同的后两位。此外，应当理解，在实施方案包括多个相同特征的情况下，仅一些特征可以由参考标号标记。
图1示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮101的简化横剖视图。应变波齿轮包括外环102、内环103、挠性键齿104和波发生器105。
外环102形成为环形主体，并且内环103可旋转地布置在外环的中心开口中。在例示的实施方案中，外环被设置作为圆柱体，然而需注意，如果内环103可以可旋转地布置在外环的中心开口中，则外环不必形成为几何圆柱体或环形物。因此，外环可以具有许多不同的形式。外环用作应变波齿轮的壳体，并且可以例如用于相对于马达或机器人关节内部固定应变波齿轮。
内环103形成为环形主体并且挠性键齿104被布置在内环的中心开口中。在例示的实施方案中，被布置在外环中的内环的部件形成为圆柱体。然而需注意，如果内环103可以可旋转地布置在外环的中心开口中，则内环不必形成为几何圆柱体或环形物。因此，内环可以具有许多不同的形式。内环103还包括内齿齿轮106，该内齿齿轮被布置在内环的内壁上并且面向内环的中心开口。在例示的实施方案中，内环可以经由内部轴承107旋转地布置在外环中。
内部轴承被例示为球轴承，包括布置在外环102中的外座圈113和其中布置有内环103的内座圈114。然而应当理解，可以使用任何种类的轴承，例如球轴承、交叉滚子轴承、滚针轴承、滑动轴承等，或者允许内环相对于外环旋转的任何其他机构。还应当注意，可以提供多于一个内部轴承。
挠性键齿104形成为柔性圆柱形主体，被布置在内环中并且包括外齿齿轮108。该外齿齿轮被构造成与内齿齿轮106至少部分地互相啮合。挠性键齿包括与圆柱形主体一体形成并且相对于圆柱形主体向外延伸的环形隔膜109。环形隔膜109包括在隔膜的周向外周边缘上一体形成的环形凸出部110。环形凸出部110使用任何种类的紧固件诸如螺杆、铆钉、钉子、夹具/卡扣机构、粘合剂、焊接或用于将环形凸出部紧固到外环102的任何其他类型的装置固定到该外环。因此，内环被布置在外环102和挠性键齿104的圆柱形主体之间。外齿轮齿108形成在圆柱形主体的另一个端部并且沿外周表面延伸。
波发生器105被可旋转地布置在挠性键齿104中，并且可通过输入轴111旋转。输入轴被构造成使波发生器相对于挠性键齿旋转，并且波发生器被构造成在旋转时使柔性圆柱形主体在径向上挠曲，以使外齿齿轮108与内齿齿轮106部分地啮合。波发生器可以例如被设置作为椭圆形刚性凸轮、椭圆形波轴承或被构造成使圆柱形主体的部件在径向上挠曲的任何其他机构。内齿齿轮和外齿齿轮的齿数不同，并且波发生器的旋转沿周向方向移动齿轮的啮合位置，从而使内环相对于外环旋转。输入轴可以例如由马达驱动，由此，应变波齿轮在马达和应变波齿轮的输出侧之间形成传动***。
内环的一部分延伸出所述外环并且包括外凸的输出凸缘112。外凸的输出凸缘相对于内环朝外环向外延伸。内环设置有外凸的输出凸缘，使得可能将应变波齿轮直接连接至由应变波齿轮驱动的对象。这在机器人技术领域中非常有用，在该领域中，经常使用应变波齿轮来驱动机器人手臂的部件；因此，根据本发明第一方面的应变波齿轮可以与机器人联接件或机器人关节直接连接。外凸的输出凸缘使得可能增加接触表面的直径，由此可以在应变波齿轮和由应变波齿轮驱动的对象之间获得更好、更可靠且更稳定的接触。此外，外凸的输出凸缘可以设置有确保应变波齿轮与被连接对象之间更好连接的机械元件，诸如连接齿、连接凸缘、确保被连接对象相对于应变波齿轮的正确取向的指示元件(例如，匹配表面结构)。例如，在一个实施方案中，外凸的输出凸缘可以被设置作为WO 2018/130447所公开的可释放关节组件的零件凸缘中的一者，该专利申请以引用方式并入本文。
当外凸的输出凸缘与包括内齿齿轮的内环集成在一起时，该外凸的输出凸缘的几何结构/形状可以相对于齿轮轴线非常精确地居中，因此不会因螺纹连接在一起的单独的部件而产生组件公差。由于不需要螺杆来组装单独的部件，因此齿轮的组装将更加轻松快捷。齿轮的质量和可靠性将更高，因为如果没有正确拧紧螺杆，就不会存在螺杆断裂或变松的风险，也不会存在凸缘滑动的风险。此外，由此提供了刚度更高的应变波齿轮作为内环的旋转齿齿轮，并且外凸的输出凸缘可以被设置作为确保扭矩从带齿齿轮更直接地传递至输出凸缘的单一主体。因此，可以在机器人手臂的不同部件之间建立更牢固的连接。
此外，应变波齿轮的重量将更低，因为可以针对强度优化部件的集成度，其中单独的部件需要过多的材料来形成支承几何结构和定心轮辋，也因为不需要螺杆。应变波齿轮的成本将更低，因为要制造的部件更少，并且使用的材料也更少。应变波齿轮将能够在外凸的输出凸缘上驱动更高的负载，因为外凸的输出凸缘可以被设置作为内环的整体部分。因此，根据本发明的第一方面的应变波齿轮提供了一种性价比更高、可以用更少的部件构建、可以应对输出端上更高的负载并且具有增强的刚度的应变波齿轮。
图2示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮201的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮201类似于图1中例示的应变波齿轮101，并且类似的元件已经被赋予与图1中相同的参考标号，并且将不再赘述。在该实施方案中，内部轴承207的外座圈213的至少一部分在外环202中一体形成，并且内部轴承的内座圈214被设置作为单独的部件，其中布置有内环103。外座圈可以例如被设置作为外环中的凹槽，其中该凹槽被构造成引导内部轴承的旋转元件。这使得可能将内环和外环彼此靠近布置，从而可以提供更加紧凑的应变波齿轮。
图3示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮301的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮301类似于图1至图2中例示的应变波齿轮101和应变波齿轮201，并且类似的元件已经被赋予相同的参考标号，并且将不进一步描述。在该实施方案中，内部轴承307的内座圈314被设置作为单独的部件，并且内环303的一个端部同轴地连接至内座圈。因此，内环303和内座圈314沿内环的旋转轴线连续地布置。内环303和内座圈314可以使用任何类型的紧固件，诸如螺杆、铆钉、钉子、夹具/卡扣机构、粘合剂、焊接、压力配合或用于将内环303和内座圈314相对于彼此固定的任何其他种类的装置来连接。这使得可能将内环和内座圈接缝设置作为一个主体/部件，其中内座圈和内环可以由不同的材料制成。这使得可能减小内环和内座圈的径向尺寸，因为可以使内环和内座圈的外表面对准。因此，内环和外环可以彼此非常靠近地布置，由此可以提供更紧凑的应变波齿轮。在该实施方案中，内环303的内齿齿轮106和外凸的凸缘112被制成单个部件。这导致这样的事实，即，当带齿齿轮和外凸的输出凸缘被设置作为单个主体时，应变波齿轮的输出侧的刚度更高。挠性键齿将引起内环旋转的力直接施加至内环的内齿齿轮上，从而可以将其直接传递至外凸的输出凸缘。
图4示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮401的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮401类似于图1至图2中例示的应变波齿轮101和应变波齿轮201，并且类似的元件已经被赋予相同的参考标号，并且将不进一步描述。在该实施方案中，内部轴承407的外座圈213的至少一部分在外环202中一体形成，并且内部轴承的内座圈414在内环403中一体形成。这使得可能将内环和外环彼此非常靠近地布置，从而可以提供更加紧凑的应变波齿轮。此外，这使得可能减少需要组装的元件的数量，因为内部轴承407的外座圈213和内座圈414分别被设置作为外环202和内环403的整体部分。换句话讲，外环形成应变波齿轮的内部轴承的外座圈，并且内环形成应变波齿轮的内部轴承的内座圈。因此，内部轴承的内座圈、内齿齿轮和外凸的输出凸缘被制成单个部件。
图5示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮501的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮501类似于图1中例示的应变波齿轮101，并且类似的元件已经被赋予与图1中相同的参考标号，并且将不再赘述。在该实施方案中，输入轴511延伸穿过挠性键齿104，并且经由至少一个输入轴支承轴承516由内环103可旋转地支承。输入轴支承轴承516包括布置在内环103中的外座圈517和其中布置有输入轴511的内座圈518。输入轴511被例示为实心输入轴，但是应当理解，输入轴还可以被设置作为空心输入轴，例如以减轻应变波齿轮的重量或允许线材穿过应变波齿轮。
图6示出了根据本发明的第一方面的应变波齿轮601的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮601类似于图1至图5中例示的应变波齿轮，并且类似的元件已经被赋予相同的参考标号，并且将不进一步描述。输入轴611被设置作为空心输入轴，并且内环603包括被构造成支承输入轴支承轴承516的内部环形凸缘620。这确保了输入轴611被布置在应变波齿轮内部的正确位置。此外，内部环形凸缘在应变波齿轮的组装过程中起辅助作用，因为它可以用作导向装置，以确保正确放置输入轴支承轴承。类似地，需注意，输入轴611可以包括被构造成支承输入轴支承轴承516的外部环形凸缘(未示出)。
需注意，结合图1至图4例示和描述的内部轴承107、207、307、407的各种实施方案还可以与包括支承输入轴的支承轴承的实施方案相结合，如图5至图6所示。
图7示出了根据本发明的第二方面的应变波齿轮701的简化横剖视图。应变波齿轮701类似于图1中例示的应变波齿轮101，并且类似的元件已经被赋予与图1中相同的参考标号，并且将不再赘述。在该实施方案中，编码器读取器722被设置在外环102上，并且编码器轨道723被设置在内环103上。这利用应变波齿轮的已经非常精确的内环103和外环102来定位编码器部件。通过将编码器读取器722放置在固定的外环102上并且将编码器轨道723放置在旋转的内环103上，不需要额外的部件，并且编码器读取器和编码器轨道之间的公差链可能是最短的。例如，磁性编码器依靠短的读取距离来提供高准确度和高精确度，并且在本发明中这将是可能的，而无需在组装后进行附加的手动调节。
编码器读取器722和编码器轨道723可以直接安装在内环部件和外环部件上，而无需特殊的平台/支架或其他支承部件。这减轻了重量并且节省了成本。编码器读取器和编码器轨道之间的读取距离将非常精确，无需手动调节。这是优点，因为更容易组装并且成本更低。编码器读数的精确度和准确度可以比其他设计更高，因为编码器部件之间的读取距离被精确控制。这在需要精确度和准确度的许多应用诸如机器人技术中具有很大优势。不需要机械传动部件来相对于齿轮的输出驱动编码器轨道，这将导致较低的精确度和准确度以及增加的成本和质量问题。通过将编码器部件放在齿轮内部，可以在机械上对其进行很好的保护。这在恶劣的环境可能会损坏精密的电子器件的应用中是一种优势。编码器轨道723可以具有提高精确度和准确度的大直径。
编码器读取器包括编码器PCB(印刷电路板)724，该PCB包括用于控制和读取至编码器头部725和来自该编码器头部的信号的电子器件。编码器轨道723包括可以由编码器头部读取的多个指示器，由此该编码器读取器可以获得内环相对于外环的位置。例如，编码器头部可以是能够读取磁性编码器轨道的磁性头部(诸如霍尔传感器)、能够读取光学轨道的光学传感器。
在例示的实施方案中，编码器PCB 724被布置在外环的与环形凸出部110固定到外环102的端部相对的端部。编码器头部725被布置在编码器PCB上并且面向内环的外表面。编码器轨道723在面向编码器头部725的位置处被布置在内环的外表面上。
图8示出了根据本发明的第二方面的应变波齿轮801的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮801类似于图7中例示的应变波齿轮701，并且类似的元件已经被赋予与图1中相同的参考标号，并且将不再赘述。编码器读取器822、编码器PCB 824、编码器头部825、编码器轨道823的功能类似于前述的编码器读取器722、编码器PCB724、编码器头部725、编码器轨道723，并且对其功能性不再赘述。
在该实施方案中，编码器PCB 824被布置在外环102的与环形凸出部110固定到外环102的端部相对的端部。编码器轨道824被设置为环形，并且被布置在内环802的外部环形凸缘827上。内环的外部环形凸缘827包括背向应变波齿轮的环形凸出部110附接到外环802的端部的表面。编码器头部825被布置在编码器PCB 824上，并且面向外部环形凸缘的表面，该表面背向应变波齿轮的环形凸出部110附接到外环的端部。因此，编码器头部面向环形编码器轨道823，并且可以读取环形编码器轨道的指示。这使得可能使用通常包括环形编码器轨道的标准编码器。
图9示出了根据本发明的第二方面的应变波齿轮901的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮901类似于图7和图8中例示的应变波齿轮701和应变波齿轮801，并且类似的元件已经被赋予相同的参考标号，并且将不再赘述。
在该实施方案中，编码器读取器822被设置在外环902的内部环形凸缘928上。外环的内部环形凸缘928包括背向环形凸出部110附接到外环902的端部的表面；并且编码器PCB824被布置在内部环形凸缘928的背向环形凸出部110附接到外环802的端部的表面处。
图10示出了根据本发明的第二方面的应变波齿轮1001的另一个实施方案的简化横剖视图。应变波齿轮1001类似于图7中例示的应变波齿轮701，并且类似的元件已经被赋予与图7中相同的参考标号，并且将不再赘述。编码器读取器1022、编码器PCB 1024、编码器头部1025、编码器轨道1023的功能类似于前述的编码器读取器722、编码器PCB 724、编码器头部725、编码器轨道723，并且对其功能性不再赘述。
在该实施方案中，编码器读取器1022被设置在外环1002的内部环形凸缘1028上。外环的内部环形凸缘1028包括面向环形凸出部110附接到外环1002的端部的表面；并且编码器PCB 1024被布置在内部环形凸缘1028的面向环形凸出部110附接到外环802的端部的表面处。编码器轨道1025被设置为环形，并且被布置在内环1002的外部环形凸缘1027上。内环的外部环形凸缘1027包括面向应变波齿轮的环形凸出部110附接到外环1002的端部的表面。编码器头部1025被布置在编码器PCB 1024上，并且面向外部环形凸缘的表面，该表面面向应变波齿轮的环形凸出部110附接到外环的端部。需注意，另选地，环形编码器轨道1023可以被布置在内环的端面处，该端面面向应变波齿轮的凸出部110附接到外环的端部。
图11A和图11B示出了根据本发明的应变波齿轮1101，其中图11A是应变波齿轮的透视图，其中应变波齿轮的一半被切除，并且图11B是应变波齿轮的一半的横剖视图。应变波齿轮包括外环1102、内环1103、挠性键齿1104和波发生器1105。
如前所述，外环1102和外环1103形成为环形主体。内环1103可旋转地布置在外环1102的中心开口中，并且挠性键齿1104被布置在内环1102的中心开口中。内环1103包括内齿齿轮1106，该内齿齿轮被布置在内环的内壁上并且面向内环的中心开口。内环经由内部轴承1107可旋转地布置在外环中。内部轴承1107被具体体现为交叉滚子轴承，其中外座圈1113在外环1102中一体形成，并且内座圈在内圈1103中一体形成。挠性键齿1104形成为柔性圆柱形主体，被布置在内环中并且包括外齿齿轮1108。该外齿齿轮被构造成与内齿齿轮1106至少部分地互相啮合。挠性键齿包括与圆柱形主体一体形成并且相对于圆柱形主体向外延伸的环形隔膜1109。环形隔膜1109包括在隔膜的周向外周边缘上一体形成的环形凸出部1110。环形凸出部1110使用任何种类的紧固件诸如螺杆、铆钉、钉子、夹具/卡扣机构、粘合剂、焊接或用于将环形凸出部紧固到外环1102的任何其他类型的装置固定到该外环。因此，内环被布置在外环1102和挠性键齿1104的圆柱形主体之间。外齿轮齿1108形成在圆柱形主体的另一个端部并且沿圆柱形主体的外周表面延伸。波发生器1105可旋转地布置在挠性键齿1104中，并且可通过空心输入轴1111旋转。输入轴被构造成使波发生器相对于挠性键齿旋转，并且波发生器被构造成在旋转时使柔性圆柱形主体在径向上挠曲，以使外齿齿轮1108与内齿齿轮1106部分地啮合。在例示的实施方案中，如在应变波齿轮领域中已知的，波发生器被设置作为椭圆波发生器。内齿齿轮和外齿齿轮的齿数不同，并且波发生器的旋转沿周向方向移动齿轮的啮合位置，从而使内环相对于外环旋转。输入轴可以例如由马达驱动，由此，应变波齿轮在马达和应变波齿轮的输出侧之间形成传动***。
内环的一部分延伸出所述外环并且包括外凸的输出凸缘1112。外凸的输出凸缘相对于内环朝外环向外延伸。内环设置有外凸的输出凸缘，使得可能将应变波齿轮直接连接至将由应变波齿轮驱动的对象，从而可以实现前述的优点和有益效果。在该实施方案中，外凸的输出凸缘被设置作为WO 2018/130447所公开的可释放关节组件的零件凸缘中的一者，该专利申请以引用方式并入本文。
输入轴1111延伸穿过挠性键齿1104，并且经由输入轴支承轴承1116由内环1103可旋转地支承。输入轴支承轴承1116包括布置在内环1103中的外座圈1117和其中布置有输入轴111的内座圈1118。内环1103包括被构造成支承输入轴支承轴承1116的内部环形凸缘1120，并且输入轴1111可以包括被构造成支承输入轴支承轴承1116的外部环形凸缘1121。这确保了输入轴1111被布置在应变波齿轮内部的正确位置处。在内环1102和外环1103之间布置有密封件1119，以防止设置在内部轴承1107内部的润滑物渗漏。密封可以被设置作为应变波齿轮中已知的任何类型的密封。
应变波齿轮1101包括设置在外环1102上的编码器读取器1122和设置在内环1103上的编码器轨道1123，其中编码读取器包括编码器PCB(印刷电路板)1124，该PCB包括用于控制和读取至编码器头部1125和来自该编码器头部的信号的电子器件。通过将编码器读取器1122放置在外环1102的固定部件上并且将编码器轨道1132放置在旋转的内环1103上，不需要额外的部件，并且编码器部件之间的公差链可能是最短的。特别地，磁性编码器依靠短的读取距离来提供高准确度和高精确度，并且在本发明中这将是可能的，而无需在组装后进行附加的手动调节。在该实施方案中，电子编码器部件(编码器读取器1122和编码器轨道1123)被布置在应变波齿轮内部，这是不寻常的，因为编码器部件将位于通常填充有油或油脂的腔体中。然而，当使用合适的油或油脂并且正确保护电子器件时，对此并不是禁止的。垫圈1130可以放置在编码器PCB 1124的每一侧上，并且一个或多个线材可以通过专用通道从齿轮腔体到外部。为了接收来自编码器读取器的编码器信号，通常需要使用线材。这减轻了重量并且节省了成本。编码器头部1125和编码器轨道1123之间的读取距离将非常精确，无需手动调节。这是优点，因为更容易组装并且成本更低。编码器读数的精确度和准确度可以比其他设计更高，因为编码器部件之间的读取距离被精确控制。这在需要精确度和准确度的许多应用中具有很大优势。不需要机械传动部件来相对于齿轮的输出驱动编码器轨道。这将导致较低的精确度和准确度，并且增加成本和质量问题。通过将编码器部件放在应变波齿轮内部，可以在机械上对其进行很好的保护。这在恶劣的环境可能会损坏精密的电子器件的应用中是一种优势。编码器轨道1123可以具有提高精确度和准确度的大直径。
在一个实施方案中，编码器PCB 1124和电子器件可以涂覆有合适的涂层，以确保它不会将任何化学试剂释放到齿轮内部的油脂/油中。编码器读取原理可以被特别选择用于可以存在油脂/油的情况，例如磁性与光学。读取轨迹可以是输出轴承材料表面上的(加工的、蚀刻的、激光雕刻等的)物理图案，以避免齿轮内部额外的部件。编码器PCB上的线材可以是从PCB边缘引出的挠性线材，以使其更容易围绕PCB放置垫圈。
在该实施方案中，典型应变波齿轮的三个部件被组装成单个部件。这意味着内部轴承1107的内部座圈1114；内齿齿轮1108(也被称为圆形键齿)和输出凸缘部件1112被制成单个部件。这样有若干明显的优点：更高的负载能力、更轻的重量、更便捷的组装、更好的质量、更低的公差、更少的空间需求、更低的成本。通常不会考虑这种集成，因为内部轴承通常被提供为来自专业供应商的单独的部件。另外，内齿齿轮(圆形键齿部件)是来自少数供应商的高度专业化的制品，因此有必要增加单独的输出凸缘以使应变波齿轮与其余应用交接。
应变波齿轮还可以包括第一端板和第二端板(未示出)。第一端板可以被布置在挠性键齿的环形凸出部1110上方的应变波齿轮的输入侧，并且包括允许输入轴1111穿过第一端板的开口。输入轴可以经由轴承由第一端板和第二端板可旋转地支承。第二端板可以被布置在内环的端面处的应变波齿轮的输出侧，并且包括允许输入轴和外凸的输出凸缘穿过第二端板的开口。
图12A和图12B示出了根据本发明的应变波齿轮1201，其中图12A是应变波齿轮的透视图，其中应变波齿轮的一半被切除，并且图12B是应变波齿轮的横剖视图。应变波齿轮包括外环1202、内环1203、挠性键齿1204和波发生器1205。
如前所述，外环1202和外环1203形成为环形主体。内环1203可旋转地布置在外环1202的中心开口中，并且挠性键齿1204被布置在内环1202的中心开口中。内环1203包括内齿齿轮1206，该内齿齿轮被布置在内环的内壁上并且面向内环的中心开口。内环经由内部轴承1207可旋转地布置在外环中。
内部轴承1207被具体体现为交叉滚子轴承，其中外座圈1213在外环1202中一体形成。交叉滚子轴承1207的内座圈1214以单独部件的形式被提供，并且内环1203的一个端部同轴地连接至内座圈2014。因此，内环1203和内座圈1214沿内环的旋转轴线连续地布置。内环1203和内座圈1214可以使用任何类型的紧固件，诸如螺杆、铆钉、钉子、夹具/卡扣机构、粘合剂、焊接、压力配合或用于将内环1203和内座圈1214相对于彼此固定的任何其他种类的装置来连接。
挠性键齿1204形成为柔性圆柱形主体，被布置在内环中并且包括外齿齿轮1208。该外齿齿轮被构造成与内齿齿轮1206至少部分地互相啮合。挠性键齿包括与圆柱形主体一体形成并且相对于圆柱形主体向外延伸的环形隔膜1209。环形隔膜1209包括在隔膜的周向外周边缘上一体形成的环形凸出部1210。环形凸出部1210使用任何种类的紧固件诸如螺杆、铆钉、钉子、夹具/卡扣机构、粘合剂、焊接或用于将环形凸出部紧固到外环1202的任何其他类型的装置固定到该外环。因此，内环被布置在外环1202和挠性键齿1204的圆柱形主体之间。外齿轮齿1208形成在圆柱体的另一个端部并且沿圆柱形主体的外周表面延伸。波发生器1205可旋转地布置在挠性键齿1204中，并且可通过空心输入轴1211旋转。输入轴被构造成使波发生器相对于挠性键齿旋转，并且波发生器被构造成在旋转时使柔性圆柱形主体在径向上挠曲，以使外齿齿轮1208与内齿齿轮1206部分地啮合。在例示的实施方案中，如在应变波齿轮领域中已知的，波发生器被设置作为椭圆波发生器。内齿齿轮和外齿齿轮的齿数不同，并且波发生器的旋转沿周向方向移动齿轮的啮合位置，从而使内环相对于外环旋转。输入轴可以例如由马达驱动，由此，应变波齿轮在马达和应变波齿轮的输出侧之间形成传动***。
内环的一部分延伸出所述外环并且包括外凸的输出凸缘1212。外凸的输出凸缘相对于内环朝外环向外延伸。内环设置有外凸的输出凸缘，使得可能将应变波齿轮直接连接至将由应变波齿轮驱动的对象，从而可以实现前述的优点和有益效果。在该实施方案中，外凸的输出凸缘被设置作为WO 2018/130447所公开的可释放关节组件的零件凸缘中的一者，该专利申请以引用方式并入本文。
输入轴1211延伸穿过挠性键齿1204，并且经由输入轴支承轴承1216由内环1203可旋转地支承。输入轴支承轴承1216包括布置在内环1203中的外座圈1217和其中布置有输入轴1211的内座圈1218。输入轴1211包括外部环形凸缘1221，该外部环形凸缘被构造成支承输入轴支承轴承1216。密封件(未示出)可以被布置在内环1202和外环1203之间的腔体1231中。该密封件可以防止内部轴承1207内部提供的润滑物渗漏。密封可以被设置作为应变波齿轮中已知的任何类型的密封。
应变波齿轮包括第一端板1232，该第一端板被布置在挠性键齿的环形凸出部1210上方的应变波齿轮的输入侧，并且包括允许输入轴1211穿过第一端板的开口。输入轴1211经由支承轴承1233由端板可旋转地支承。支承轴承1233包括布置在第一端板1232中的外座圈1234和其中布置有输入轴1211的内座圈1235。外座圈1234由第一端板的内部环形凸缘1236支承。
应变波齿轮1201包括设置在外环1202上的编码器读取器1222和设置在内环1203上的编码器轨道1223，其中编码读取器包括编码器PCB(印刷电路板)1224，该PCB包括用于控制和读取至编码器头部1225和来自该编码器头部的信号的电子器件。编码器PCB 1224被布置在外环1202的与环形凸出部1210固定到外环1202的端部相对的端部。编码器轨道1223被设置为环形，并且被布置在内环1202的外部环形凸缘1227上。内环的外部环形凸缘1227包括背向应变波齿轮的环形凸出部1210附接到外环1202的端部的表面。编码器头部1225被布置在编码器PCB 1224上，并且面向外部环形凸缘的表面，该表面背向应变波齿轮的环形凸出部1210附接到外环的端部。
图13示出了根据本发明的包括应变波齿轮的机器人关节1340的简化横剖视图。机器人关节1340可以形成包括多个机器人关节的机器人手臂的一部分，并且可以经由输出凸缘112连接至至少另一个机器人关节1340'。该另一个机器人关节1340’与第一机器人关节1340相同地示出，并且类似的特征已经被赋予相同的参考标号，并且在参考标号之后带有撇号。在例示的实施方案中，两个机器人关节彼此直接连接，但是应当理解，可以在机器人关节之间***机器人联接件。机器人关节包括布置在机器人关节壳体1342中的关节马达1341。关节马达包括可围绕马达轴线旋转的马达轴1343，并且该马达轴经由应变波齿轮901被构造成通过使应变波齿轮的波发生器105旋转来使输出凸缘112相对于机器人壳体1342旋转。在例示的实施方案中，应变波齿轮被设置作为图9中例示的应变波齿轮901，然而应当理解，可以将任何先前描述的应变波齿轮或其组合设置作为机器人关节的应变波齿轮。为了附图的简单起见，并未为应变波齿轮901的元件提供图9中例示的所有参考标号。马达轴被设置作为应变波齿轮的输入轴并且旋转波发生器105，并且该马达轴是空心的，以允许线材穿过机器人关节和机器人手臂。
机器人壳体包括输入凸缘1344，该输入凸缘被构造成与另一个机器人关节或机器人联接件的输出凸缘连接。机器人关节的输出凸缘112连接至另一个机器人1340'的输入凸缘1344'。输入凸缘1344、1344’形成为外凸的输入凸缘，并且可以使用环形夹钳1345夹紧到输出凸缘。机器人关节1340的输出凸缘112因此连接至机器人关节1340'的输入凸缘1344'。然而，应当理解，用于连接两个机器人关节的输出凸缘和输入凸缘的其他机构，例如夹具/卡扣机构、螺杆、螺纹等。为机器人关节提供根据本发明的应变波齿轮产生先前描述的优点和有益效果，并且使得可能提供更可靠且价格更低廉的机器人关节。
以下段落[0054]至[0078]参考图14A和图14B呈现了本发明的另选公开内容。图14A示出了根据本发明的波齿轮驱动器的示例的横剖视图，图14B示出了图14A所示的波齿轮驱动器的横截面的横剖视图。需注意，附图参考的***与先前的段落和附图有所不同。
为了解决上述及其他目的，根据本发明，在第一方面，提供了一种应变波齿轮驱动装置，该应变波齿轮驱动装置包括：
·应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
·应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
·输出凸缘(5)；
·柔性键齿部件(3)，该柔性键齿部件的外齿轮定位在内部齿轮内部；以及
·带有内部齿轮的圆形键齿部件(4)，以及
·设置在所述柔性键齿部分内的波发生器，用于使部件(3)在径向上偏转，以使外部齿轮与内部齿轮部分地接合；
其中内环(2)和圆形键齿部分(4)与同轴设置的应变波齿轮的输出凸缘(5)结合在一起构成一个整体。
外环(1)和/或内环(2)由轻质材料形成。另外，内部齿轮和外部齿轮可以是带齿齿轮。柔性键齿部件(3)可以具有圆柱形主体部分，在封闭所述主体部分的一个端部开口的状态下与所述主体部分一体形成的环形隔膜，与所述隔膜一体形成并且位于所述隔膜的中心的凸出部，以及形成在所述主体部分的另一个端部开口处并且沿外周表面延伸的外部齿轮齿。交叉滚子轴承可以被设置在柔性键齿部件(3)的圆柱形主体部分的外周上，并且外环(1)经由环形凸出部固定到一个端板，并且内环(2)经由圆形键齿部件(4)固定到另一个端板。
如上所述，本发明还涉及一种解决方案，该解决方案具体体现为将编码器放置在应变波齿轮内部。在这方面，适用以下两个示例性另选构型：
i)编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的外环(1)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的内环(2)上；并且
ii)编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的内环(2)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的外环(1)上。
在第二方面，本发明提供了一种在内部具有编码器的应变波齿轮驱动装置，所述驱动装置包括：
·应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
·应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
·带有内部齿轮的圆形键齿部分(4)，该圆形键齿部分可围绕旋转轴线旋转；
·柔性键齿部件(3)，其外部齿轮被定位在内部齿轮内部，该内部齿轮同心地设置在圆形键齿部件(4)内；
·设置在所述柔性键齿部分内的波发生器，用于使部件(3)在径向上偏转，以使外部齿轮与内部齿轮部分地接合；
·设置在波发生器和柔性键齿部件(3)之间的在径向上柔性的球轴承，
其中编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的外环(1)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的内环(2)上。
在本发明的第二方面的替代形式中，提供了一种在内部具有编码器的应变波齿轮驱动装置，所述驱动装置包括：
·应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
·应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
·带有内部齿轮的圆形键齿部分(4)，该圆形键齿部分可围绕旋转轴线旋转；
·柔性键齿部件(3)，其外部齿轮被定位在内部齿轮内部，该内部齿轮同心地设置在圆形键齿部件(4)内；
·设置在所述柔性键齿部分内的波发生器，用于使部件(3)在径向上偏转，以使外部齿轮与内部齿轮部分地接合；
·设置在波发生器和柔性键齿部件(3)之间的在径向上柔性的球轴承，
其中编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的内环(2)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的外环(1)上。
图14A和图14B示出了根据本发明的波齿轮驱动装置的横截面。该波齿轮驱动装置具有第一端板和第二端板，并且沿其轴向方向定位在规定的间隙中。交叉滚子轴承(或普通的球轴承)被定位在第一端板和第二端板之间的径向外侧。输入旋转轴被布置成沿轴向穿过第一端板和第二端板。输入旋转轴经由球轴承由这些端板可旋转地支承，并且分别安装在周向内表面和端板上。交叉滚子轴承具有与刚性内部齿轮一体形成的内座圈。更具体地，刚性内部齿轮的内齿在内座圈的周向内表面上形成。在内齿内部，提供了具有外部齿的柔性外部齿轮。椭圆波发生器可以被***到柔性外部齿轮中。该外部齿轮具有圆柱形主体，从主体的一个开口端沿径向向外延伸的圆形隔膜，以及在隔膜的周向外周边缘上一体形成的圆形凸出部。外部齿在主体的另一个开口端部分的周向外表面上形成。波发生器包括椭圆刚性凸轮板和固定在凸轮板上的波轴承。
编码器部件(6和7)可以直接安装在输出轴承部件上，而无需特殊的平台/支架或其他支承部件。这减轻了重量并且节省了成本。编码器读取头部(6)和编码器读取轨道(7)之间的读取距离将非常精确，无需手动调节。这是优点，因为更容易组装并且成本更低。编码器读数的精确度和准确度可以比其他设计更高，因为编码器部件之间的读取距离被精确控制。这在需要精确度和准确度的许多应用中具有很大优势。不需要机械传动部件来相对于齿轮的输出驱动编码器盘。这将导致较低的精确度和准确度，并且增加成本和质量问题。通过将编码器部件放在齿轮内部，可以在机械上对其进行很好的保护。这在恶劣的环境可能会损坏精密的电子器件的应用中是一种优势。编码器读取轨道(7)可以具有提高精确度和准确度的大直径。
编码器PCB和电子器件可以涂覆有合适的涂层，以确保它不会将任何化学试剂释放到齿轮内部的油脂/油中。编码器读取原理可以被特别选择用于可以存在油脂/油的情况，例如磁性与光学。读取轨迹可以是输出轴承材料表面上的(加工的、蚀刻的、激光雕刻等的)物理图案，以避免齿轮内部额外的部件。编码器PCB上的线材可以是从PCB边缘引出的挠性线材，以使其更容易围绕PCB放置垫圈。
齿轮将能够在输出端上驱动更高的负载，因为输出是输出轴承和圆形键齿的组成部件。对于大多数应用来讲，这是一项优势。输出凸缘的几何结构将相对于齿轮轴线非常精确地居中，因为不存在因为螺纹连接在一起的单独的部件而产生的组件公差。由于不需要螺杆来组装单独的部件，因此齿轮的组装将更加轻松快捷。齿轮的质量和可靠性将更高，因为如果没有正确拧紧螺杆，就不会存在螺杆断裂或变松的风险，也不会存在凸缘滑动的风险。齿轮的重量将减轻，因为可以针对强度优化部件的集成度，其中单独的部件需要过多的材料来形成支承几何结构和定心轮辋，也因为不需要螺杆。齿轮的成本将更低，因为要制造的部件更少，材料使用更少。
图14A和图14B中例示的应变波齿轮驱动装置还可以通过以下罗马数字陈述来定义：
陈述I：应变波齿轮驱动装置，包括：
应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
输出凸缘(5)；
柔性键齿部件(3)，诸如杯型挠性键齿或丝绸帽挠性键齿，其外部齿轮被定位在内部齿轮内部；以及
带有内部齿轮的圆形键齿部件(4)，
其中内环(2)和圆形键齿部分(4)与同轴设置的输出凸缘(5)结合在一起构成一个整体。
陈述II：根据陈述I所述的应变波齿轮，其中波发生器被设置在所述柔性键齿部件内，用于使部件(3)在径向上偏转，以使外部齿轮与内部齿轮部分地接合。
陈述III：根据陈述I或II所述的应变波齿轮，其中柔性键齿部件(3)具有圆柱形主体部分，在封闭所述主体部分的一个端部开口的状态下与所述主体部分一体形成的环形隔膜，与所述隔膜一体形成并且位于所述隔膜的中心的凸出部，以及形成在所述主体部分的另一个端部开口处并且沿外周表面延伸的外部齿轮齿。
陈述IV：根据陈述III所述的应变波齿轮，其中交叉滚子轴承被设置在柔性键齿部件(3)的圆柱形主体部分的外周上，并且外环(1)经由环形凸出部固定到一个端板，并且内环(2)经由圆形键齿部件(4)固定到另一个端板。
陈述V：根据陈述I至IV中任一项所述的应变波齿轮，其中编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的外环(1)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的内环(2)上。
陈述VI：根据陈述I至IV中任一项所述的应变波齿轮，其中编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的内环(2)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的外环(1)上。
陈述VII：内部具有编码器的应变波齿轮驱动装置，所述驱动装置包括：
应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
带有内部齿轮的圆形键齿部分(4)，该圆形键齿部分可围绕旋转轴线旋转；
柔性键齿部件(3)，其外部齿轮被定位在内部齿轮内部，该内部齿轮同心地设置在圆形键齿部件(4)内；
设置在波发生器和柔性键齿部件(3)之间的在径向上柔性的球轴承，
其中编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的外环(1)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的内环(2)上。
陈述VIII：根据陈述VII所述的应变波齿轮驱动装置，其中波发生器被设置在所述柔性键齿部件内，用于使部件(3)沿径向偏转，以使外部齿轮与内部齿轮部分地接合。
陈述IX：根据陈述VII或VIII所述的应变波齿轮，其中内环(2)和圆形键齿部件(4)构成同轴设置的一个整体。
陈述X：根据陈述VII或VIII所述的应变波齿轮，还包括输出凸缘(5)，其中内环(2)和圆形键齿部件(4)与同轴设置的输出凸缘(5)结合在一起构成一个整体。
陈述XI：内部具有编码器的应变波齿轮驱动装置，所述驱动装置包括：
应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
带有内部齿轮的圆形键齿部分(4)，该圆形键齿部分可围绕旋转轴线旋转；
柔性键齿部件(3)，其外部齿轮被定位在内部齿轮内部，该内部齿轮同心地设置在圆形键齿部件(4)内；
设置在波发生器和柔性键齿部件(3)之间的在径向上柔性的球轴承，
其中编码器被放置在应变波齿轮内部，使得编码器的读取头部(6)被设置在输出轴承的内环(2)上，并且读取轨道(7)被设置在输出轴承的外环(1)上。
陈述XII：根据陈述XI所述的应变波齿轮驱动装置，其中波发生器被设置在所述柔性键齿部件内，用于使部件(3)在径向上偏转，以使外部齿轮与内部齿轮部分地接合。
陈述XIII：根据陈述XI或XII所述的应变波齿轮，其中内环(2)和圆形键齿部件(4)构成同轴设置的一个整体。
陈述XIV：根据陈述XI或XII所述的应变波齿轮，还包括输出凸缘(5)，其中内环(2)和圆形键齿部件(4)与同轴设置的输出凸缘(5)结合在一起构成一个整体。
陈述XV：应变波齿轮驱动装置，包括：
应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)；
应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)；
带有内部齿轮的输出凸缘(5)；
柔性键齿部件(3)，诸如杯型挠性键齿或丝绸帽挠性键齿，其外部齿轮被定位在内部齿轮内部；以及
圆形键齿部件(4)，
其中内环(2)和圆形键齿部分(4)与同轴设置的输出凸缘(5)结合在一起构成一个整体。
附图参考的简要说明
图1至图13：
Figure BDA0002480141440000261
Figure BDA0002480141440000271
图14A和图14B
-应变波齿轮中的输出轴承的外环(1)，
-应变波齿轮中的输出轴承的内环(2)，
-应变波齿轮的挠性键齿部件(3)，
-应变波齿轮的圆形键齿部件(4)，
-应变波齿轮的输出凸缘(5)，
-编码器读取头部(6)，
-编码器的读取轨道(7)，以及
-编码器PCB的垫圈(8)。

Claims (22)

1.一种应变波齿轮，包括：
·外环；
·内环，所述内环能够旋转地布置在所述外环中；所述内环包括内齿齿轮；
·挠性键齿，所述挠性键齿被布置在所述内环中，所述挠性键齿包括柔性部件，所述柔性部件包括外齿齿轮；
·波发生器，所述波发生器被布置在所述挠性键齿中，所述波发生器能够相对于所述挠性键齿旋转，并且被构造成使所述柔性部件在径向上挠曲，以使所述外齿齿轮与所述内齿齿轮部分地啮合；其中所述波发生器的旋转使所述齿轮的啮合位置沿周向方向移动，从而使所述内环相对于所述外环旋转；
其中所述内环的一部分延伸出所述外环并且包括外凸的输出凸缘。
2.根据权利要求1至2中任一项所述的应变波齿轮，其中所述内环经由至少一个内部轴承能够旋转地布置在所述外环中。
3.根据权利要求2所述的应变波齿轮，其中所述内部轴承的外座圈的至少一部分被布置在所述外环中。
4.根据权利要求2所述的应变波齿轮，其中所述内部轴承的所述内座圈被设置作为单独的部件，并且所述内环的一个端部与所述内座圈同轴地连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的应变波齿轮，其中所述内部轴承的所述外座圈的至少一部分在所述外环中一体形成。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的应变波齿轮，其中所述内环的至少一部分被布置在所述内部轴承的所述内座圈中。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的应变波齿轮，其中所述内部轴承的所述内座圈的至少一部分在所述内环中一体形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的应变波齿轮，其中至少所述内环的所述内齿齿轮和所述输出凸缘被制成单个部件。
9.根据权利要求7所述的应变波齿轮，其中所述内部轴承的所述内座圈的所述部件在所述内环中一体形成，所述内环的所述内齿齿轮和所述输出凸缘被制成单个部件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的应变波齿轮，其中输入轴被构造成使所述波发生器在所述挠性键齿内部旋转，并且其中所述输入轴经由至少一个支承轴承由所述内环能够旋转地支承。
11.根据权利要求10所述的应变波齿轮，其中所述内环包括被构造成支承所述支承轴承的内部环形凸缘。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的应变波齿轮，其中所述输入轴包括被构造成支承所述支承轴承的外部环形凸缘。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的应变波齿轮，其中在所述外环上设置有编码器读取器，并且在所述内环上设置有编码器轨道。
14.一种机器人手臂的机器人关节，其中所述机器人关节能够经由输出凸缘连接至至少另一个机器人关节，所述机器人关节包括布置在机器人关节壳体中的关节马达，所述关节马达具有能够围绕马达轴线旋转的马达轴，所述马达轴经由应变波齿轮被构造成相对于所述壳体旋转所述输出凸缘，其中所述马达轴被构造成旋转所述应变波齿轮的波发生器，其特征在于，所述应变波齿轮是根据权利要求1至13中任一项所述的应变波齿轮。
15.根据权利要求14所述的机器人关节，其中所述机器人壳体包括输入凸缘，所述输入凸缘被构造成连接至至少另一个机器人关节的所述输出凸缘。
16.一种应变波齿轮驱动装置，包括：
·外环；
·内环，所述内环能够旋转地布置在所述外环中；所述内环包括内齿齿轮；
·挠性键齿，所述挠性键齿被布置在所述内环中，所述挠性键齿包括柔性部件，所述柔性部件包括外齿齿轮；
·波发生器，所述波发生器被布置在所述挠性键齿中，所述波发生器能够相对于所述挠性键齿旋转，并且被构造成使所述柔性部件在径向上挠曲，以使所述外齿齿轮与所述内齿齿轮部分地啮合；其中所述波发生器的旋转使所述齿轮的啮合位置沿周向方向移动，从而使所述内环相对于所述外环旋转；
其中在所述外环上设置有编码器读取器，并且在所述内环上设置有编码器轨道。
17.根据权利要求16所述的应变波齿轮，其中所述内环包括至少一个外部环形凸缘，所述至少一个外部环形凸缘被构造成支承所述编码器轨道。
18.根据权利要求16至17中任一项所述的应变波齿轮，其中所述外环包括至少一个内部环形凸缘，所述至少一个内部环形凸缘被构造成支承所述编码器读取器。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的应变波齿轮，其中所述编码器读取器和所述编码器轨道被放置在所述应变波齿轮的内部。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的应变波齿轮，其中所述内环的一部分延伸出所述外环，并且包括外凸的输出凸缘。
21.一种机器人手臂的机器人关节，其中所述机器人关节能够经由输出凸缘连接至至少另一个机器人关节，所述机器人关节包括布置在机器人关节壳体中的关节马达，所述关节马达具有能够围绕马达轴线旋转的马达轴，所述马达轴经由应变波齿轮被构造成相对于所述壳体旋转所述输出凸缘，其中所述马达轴被构造成旋转所述应变波齿轮的波发生器，其特征在于，所述应变波齿轮是根据权利要求16至20中任一项所述的应变波齿轮。
22.根据权利要求21所述的机器人关节，其中所述机器人壳体包括输入凸缘，所述输入凸缘被构造成连接至至少另一个机器人关节的所述输出凸缘。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115126845A (zh) * 2021-03-25 2022-09-30 优傲机器人公司 带有编码器集成的应变波齿轮

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102471820B1 (ko) 2017-11-15 2022-11-29 유니버셜 로보츠 에이/에스 스트레인 웨이브 기어
WO2019219886A2 (en) 2018-05-18 2019-11-21 Universal Robots A/S Robot joint comprising brake assembly
EP3807732A1 (en) 2018-06-15 2021-04-21 Universal Robots A/S Dual mode free-drive of robot arm
JP2020034128A (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 セイコーエプソン株式会社 歯車装置、歯車装置ユニットおよびロボット
DE102019131616A1 (de) * 2019-11-22 2021-05-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Flexibles Getriebebauteil und Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils
DE102021132229A1 (de) 2021-12-08 2023-06-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Lagerelement für ein Wellgetriebe sowie Wellgetriebe
WO2023246994A1 (en) 2022-06-20 2023-12-28 Universal Robots A/S Robot element with illiuminating ring
CN115609627B (zh) * 2022-10-08 2023-12-01 深圳市越疆科技股份有限公司 机械臂及其关节模组、编码组件

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020135241A1 (en) * 2001-02-19 2002-09-26 Yukitoshi Kobayashi Actuator having a wave gear reduction drive
CN101371105A (zh) * 2006-01-20 2009-02-18 瑞尼斯豪公司 旋转编码器装置和方法
CN103987994A (zh) * 2012-12-12 2014-08-13 谐波传动***有限公司 带输入轴承的波动齿轮单元
CN104061300A (zh) * 2013-03-19 2014-09-24 谐波传动***有限公司 波动齿轮装置及中空型旋转致动器
CN203962875U (zh) * 2013-09-11 2014-11-26 谐波传动***有限公司 杯型波动齿轮装置单元
WO2017012626A1 (en) * 2015-07-21 2017-01-26 Kr 2013 Aps Joint assembly
KR20170053499A (ko) * 2015-11-06 2017-05-16 삼성중공업 주식회사 다관절 매니퓰레이터

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE8204263L (sv) 1982-07-09 1984-01-10 Alfa Laval Ab Materialhanteringsrobot
JPS61177243U (zh) * 1985-04-24 1986-11-05
JPH03125055A (ja) * 1989-10-06 1991-05-28 Yaskawa Electric Mfg Co Ltd ロボット用アクチュエータ
IT1245433B (it) * 1991-03-04 1994-09-20 Comau Spa Polso di robot industriale
US5448944A (en) * 1993-04-19 1995-09-12 Agco Corporation Bearing assembly with splined inner race and hay balers including same
JPH0989053A (ja) 1995-09-29 1997-03-31 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 波動歯車装置
US5906142A (en) * 1997-09-11 1999-05-25 Harmonic Drive Systems, Inc. Wave gear drive
US6530457B1 (en) 1999-12-29 2003-03-11 Shimano, Inc. Bicycle brake disk with arms connecting an inner annular portion to an outer annular portion and tangent to an effective circle
JP2001234988A (ja) * 2000-02-22 2001-08-31 Harmonic Drive Technologies-Teijin Seiki Boston Inc ハーモニック駆動ベアリング構造
JP4401229B2 (ja) * 2004-04-23 2010-01-20 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車減速機を備えたアクチュエータ
JP4148280B2 (ja) * 2005-10-18 2008-09-10 セイコーエプソン株式会社 平行リンク機構及び産業用ロボット
WO2007082594A2 (en) 2006-01-20 2007-07-26 Abb Ab Drive unit comprising an electric rotating actuator and a wave gear speed reducer
US7659647B2 (en) 2007-06-20 2010-02-09 I-Trust Better Life Corp Linear actuator
JP2009050641A (ja) 2007-08-29 2009-03-12 Toyo Press Kogyo Kk リンク機構、姿勢保持装置、機器の姿勢保持装置
KR101725918B1 (ko) * 2010-09-28 2017-04-11 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 검출기구를 구비한 선회 액추에이터 및 관절 유닛
US9772020B2 (en) * 2014-05-16 2017-09-26 Harmonic Drive Systems Inc. Hollow strain wave gearing and hollow actuator
US10122239B2 (en) * 2014-08-12 2018-11-06 Harmonic Drive Systems Inc. Rotary actuator
US10124486B2 (en) 2014-09-26 2018-11-13 Norgren Automation Solutions, Llc Automatically positionable joints and transfer tooling assemblies including automatically positionable joints
JP6028055B2 (ja) 2015-03-04 2016-11-16 上銀科技股▲分▼有限公司 モーターを有する減速機
JP6699213B2 (ja) * 2016-02-12 2020-05-27 日本電産株式会社 電動機付き減速機
CN108603549B (zh) 2016-02-29 2019-09-13 Abb瑞士股份有限公司 用于工业机器人的多盘式制动器和包括多盘式制动器的工业机器人
JP6708953B2 (ja) 2016-03-30 2020-06-10 日本電産株式会社 ロボット
JP6713208B2 (ja) * 2016-05-17 2020-06-24 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ モータ内蔵型波動歯車装置
US11002355B2 (en) 2016-05-27 2021-05-11 Nidec Corporation Actuator with sensor on output flange
EP3348361B1 (en) 2017-01-13 2022-03-09 Universal Robots A/S Clamped flange joint
EP3387293B1 (de) 2017-02-28 2021-08-25 Harmonic Drive SE Spannungswellengetriebe mit innendichtung
KR102471820B1 (ko) 2017-11-15 2022-11-29 유니버셜 로보츠 에이/에스 스트레인 웨이브 기어
WO2019219886A2 (en) 2018-05-18 2019-11-21 Universal Robots A/S Robot joint comprising brake assembly
JP7350559B2 (ja) 2019-08-08 2023-09-26 キヤノン株式会社 エンコーダ装置、駆動装置、ロボット装置、位置検出方法、物品の製造方法、プログラム、及び記録媒体
DK180930B1 (en) 2021-03-25 2022-06-29 Universal Robots As Strain wave gear with encoder integration

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020135241A1 (en) * 2001-02-19 2002-09-26 Yukitoshi Kobayashi Actuator having a wave gear reduction drive
CN101371105A (zh) * 2006-01-20 2009-02-18 瑞尼斯豪公司 旋转编码器装置和方法
CN103987994A (zh) * 2012-12-12 2014-08-13 谐波传动***有限公司 带输入轴承的波动齿轮单元
CN104061300A (zh) * 2013-03-19 2014-09-24 谐波传动***有限公司 波动齿轮装置及中空型旋转致动器
CN203962875U (zh) * 2013-09-11 2014-11-26 谐波传动***有限公司 杯型波动齿轮装置单元
WO2017012626A1 (en) * 2015-07-21 2017-01-26 Kr 2013 Aps Joint assembly
KR20170053499A (ko) * 2015-11-06 2017-05-16 삼성중공업 주식회사 다관절 매니퓰레이터

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李玉平: "《工业机器人安装、调试与维护》", vol. 1, 30 September 2016, 北京理工大学出版社, pages: 287 *
杨阳: "《机械设计基础》", vol. 1, 31 August 2016, 重庆大学出版社, pages: 141 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115126845A (zh) * 2021-03-25 2022-09-30 优傲机器人公司 带有编码器集成的应变波齿轮

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019096923A3 (en) 2019-06-20
US11964389B2 (en) 2024-04-23
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