二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的制作方法

本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，具體是一種二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊及差分齒輪系。本發(fā)明的二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊是一種結(jié)構(gòu)緊湊且運動范圍受限的機器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，具有被動柔性、內(nèi)在安全性和大力矩的特點，可以應(yīng)用于大力矩作業(yè)場合、以及與人和諧相處的服務(wù)機器人的腰部、肩部和腕部。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的工業(yè)機器人通常在安全隔離的環(huán)境中完成作業(yè)任務(wù)，而服務(wù)型機器人則需要在人類正常生活環(huán)境中完成給定的任務(wù)。因此，除了具有完成任務(wù)所需的操作性能外，服務(wù)型機器人還需要有內(nèi)在的安全性，確保在與人或環(huán)境碰撞時碰撞雙方都不會受到傷害。另外，現(xiàn)有的機器人結(jié)構(gòu)上常采用非模塊化設(shè)計，給安裝和維護帶來了不便，很難實現(xiàn)機器人的產(chǎn)品化和市場化。

目前，國內(nèi)外研究機構(gòu)已經(jīng)對機器人的腰部、機械臂等機構(gòu)進行了詳細(xì)深入地研究，主要有國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽自動化所等。目前，國外仿人機構(gòu)的研究工作主要集中在歐美、日本的一些大學(xué)和研究機構(gòu)。

針對目前現(xiàn)有的機器人有以下不足：

1)安全柔順性，目前現(xiàn)有的機器人安全性均采用工業(yè)機器人的保護措施，如急停開關(guān)、安全磁力鎖或增加力傳感器配合阻抗控制策略。雖然從一定程度上降低了危險性，但仍存在不安全因素，如：當(dāng)應(yīng)用過程中受到?jīng)_擊等。

2)不方便安裝調(diào)試和維護。機器人在安裝調(diào)試時，以及在以后的維護維修時，都需要對電路和機器人機構(gòu)進行拆卸，采用機電分離的設(shè)計導(dǎo)致機器人零部件的互換性較差，維護不方便。

3)傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)通常采用串聯(lián)驅(qū)動的方式，每個自由度均由一個電機驅(qū)動，增加了傳動鏈的高度，使機器人重心提高，增加了系統(tǒng)的慣性，同時也影響了關(guān)節(jié)的動態(tài)性。

4)串聯(lián)機構(gòu)的誤差是兩個自由度關(guān)節(jié)誤差的積累，最終將導(dǎo)致機構(gòu)的誤差放大。

研究可應(yīng)用于服務(wù)型機器人之上的二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的意義在于：

1)提高機器人系統(tǒng)的柔順安全性。傳統(tǒng)機器人通常采用鉸鏈或滑動關(guān)節(jié)連接剛性部件，而與之相反，自然界中能運動的東西大多是具有柔順性，因此在機器人關(guān)節(jié)中加入柔性環(huán)節(jié)，一方面可以提高系統(tǒng)的性能，當(dāng)機器人受到外部碰撞沖擊時，柔性機構(gòu)能夠起到緩沖作用，從而提供安全性。另一方面柔性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以通過較少的零件集合而成，成為柔性機器人顯著的優(yōu)點。

2)模塊化設(shè)計，使機器人結(jié)構(gòu)更加緊湊。傳統(tǒng)機器人通常采用串聯(lián)驅(qū)動的方式，每個自由度均由一個電機單獨驅(qū)動，串聯(lián)驅(qū)動使關(guān)節(jié)驅(qū)動電機和運動的傳動鏈成為它前面關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的負(fù)載，增加了電動機的負(fù)荷，增加了系統(tǒng)的慣性，同時也影響了關(guān)節(jié)的動態(tài)性。柔性差分復(fù)合旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊采用兩個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動關(guān)節(jié)并聯(lián)的形式來驅(qū)動錐齒輪差分機構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低了傳動鏈的高度，使機器人重心降低，提高了機器人的運動穩(wěn)定性。

實現(xiàn)大力矩輸出。在進行大負(fù)載作業(yè)的場合，通常需要機器人輸出更大的力和力矩，而此時機器人的腰部和肩部往往是承載力和力矩比較大的地方，傳統(tǒng)機器人只依靠單個驅(qū)動關(guān)節(jié)來承載。二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊是通過兩個電機共同驅(qū)動負(fù)載，在純俯仰或純偏擺運動方向上實現(xiàn)了機器人大力矩輸出，提高了機器人的承載能力。

應(yīng)用于機器人特定部位。例如，將該二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊應(yīng)用于機器人腰部，當(dāng)機器人運動到指定位置，在不想改變或無法改變移動機構(gòu)位姿的前提下，通過靈活的腰部運動，改變軀干部份的位姿，使得有更多、更好的手臂運動姿態(tài)可供選擇，擴展了機器手臂的工作空間，也進一步增加手臂運動的靈活性與穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

（一）要解決的技術(shù)問題

為了克服現(xiàn)有的機器人機構(gòu)上存在的不足。本發(fā)明提供了一種新的二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊，該關(guān)節(jié)可以實現(xiàn)俯仰、偏擺以及復(fù)合運動，其中采用了等徑錐齒輪差分耦合機構(gòu)，一方面使關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低了機構(gòu)的重心，另一方面可以實現(xiàn)俯仰或偏擺兩個自由度的單獨運動，又可以實現(xiàn)俯仰和偏擺的復(fù)合運動。另外，采用等徑錐齒輪差分機構(gòu)，其中，兩個主動錐齒輪作為驅(qū)動齒輪，通過齒部嚙合的傳動方式驅(qū)動兩個被動錐齒輪運動，被動錐齒輪作為輸出件圍繞軸線相交點做萬向運動，因此被動錐齒輪并沒有被固定支撐住，而處于懸空狀態(tài)，僅由主動錐齒輪的嚙合面進行支撐，這樣導(dǎo)致重量和負(fù)載均作用在齒面上，長期會造成錐齒輪的磨損和失效。因此設(shè)計了一種十字交叉支撐塊組裝件，安裝在四個錐齒輪中間，被動錐齒輪的受力將作用在十字交叉支撐塊組裝件上，十字交叉支撐塊組裝件將力傳遞給主動錐齒輪輪轂處，進而傳遞到外支撐殼體上，從而改善受力情況。

同時又在兩個驅(qū)動關(guān)節(jié)上各增加了一個力矩彈性傳遞模塊，使關(guān)節(jié)本身具有內(nèi)在的被動柔性，在受到外部接觸或受到外部沖擊時產(chǎn)生緩沖，從而有效的保護受用者，并且該力矩彈性傳遞模塊具有力矩測量功能。另外，由于等徑錐齒輪差分耦合機構(gòu)的特點是通過兩個主動錐齒輪驅(qū)動兩個被動錐齒輪，當(dāng)被動錐齒輪組繞第一旋轉(zhuǎn)軸或繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，輸出力矩為單個旋轉(zhuǎn)力矩（即：俯仰力矩或偏擺力矩），力矩大小為兩個主動錐齒輪的力矩之和；當(dāng)被動錐齒輪組同時繞兩個旋轉(zhuǎn)軸運動時（即：同時存在俯仰和偏擺運動），輸出力矩為兩個旋轉(zhuǎn)力矩，力矩大小分別為兩個主動錐齒輪的力矩之和與力矩之差，因此采用等徑錐齒輪差分耦合機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)大力矩輸出，對于承載較大的部位，例如腰部或肩部，需要承受較大的自重以及外部負(fù)載，采用等徑錐齒輪差分耦合機構(gòu)能夠滿足腰部或肩部承載大的需求。

（二）技術(shù)方案

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：

一種二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊，其設(shè)于第一部件和第二部件之間，用于實現(xiàn)二者之間的相對運動，其包括：

框架，與第一部件連接；

輸出連桿，與第二部件連接；

差分齒輪系，具有相耦合的主動錐齒輪組和被動錐齒輪組，主動錐齒輪組與框架連接且可轉(zhuǎn)動，被動錐齒輪組則與輸出連桿連接，其中，主動錐齒輪組具有第一旋轉(zhuǎn)軸，被動錐齒輪組具有第二旋轉(zhuǎn)軸，第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸所在直線垂直相交，使得輸出連桿能夠連同被動錐齒輪組一起相對框架運動，輸出連桿相對框架運動包括：輸出連桿連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架俯仰運動，輸出連桿繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架偏擺運動，輸出連桿在連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架俯仰運動的同時還繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架偏擺的復(fù)合運動。

其中，差分齒輪系的主動錐齒輪組由相對設(shè)置的兩個錐齒輪構(gòu)成，差分齒輪系的被動錐齒輪組由相對設(shè)置的兩個錐齒輪構(gòu)成，且主動錐齒輪組的每個錐齒輪均與被動錐齒輪組的兩個錐齒輪同時嚙合，構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的自支撐差分耦合結(jié)構(gòu)。

其中，主動錐齒輪組的兩個錐齒輪外形尺寸相同，以及被動錐齒輪組的兩個錐齒輪外形尺寸相同，使得當(dāng)主動錐齒輪組的兩個錐齒輪等速同向轉(zhuǎn)動時，輸出連桿連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架俯仰運動；當(dāng)主動錐齒輪組的兩個錐齒輪等速異向轉(zhuǎn)動時，輸出連桿繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架偏擺運動；當(dāng)主動錐齒輪組的兩個錐齒輪異速轉(zhuǎn)動時，輸出連桿在連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架俯仰運動的同時還繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對框架偏擺的復(fù)合運動。

其中，被動錐齒輪組的兩個錐齒輪其中之一與輸出連桿連接并帶動其運動，另一相對輸出連桿空轉(zhuǎn)。

其中，四個錐齒輪外形尺寸相同，并于同一平面上構(gòu)成正方形框。

其中，差分齒輪系還具有支撐模塊，支撐模塊具有支撐軸和支撐塊，支撐軸連接于輸出連桿與被動錐齒輪組的錐齒輪之間，支撐塊設(shè)于四個錐齒輪所圍成的矩形框的內(nèi)部并可轉(zhuǎn)動的套設(shè)于支撐軸。

其中，支撐模塊的支撐軸與輸出連桿可拆卸地固定連接。

其中，主動錐齒輪組的錐齒輪的旋轉(zhuǎn)軸延伸至支撐塊，形成可旋轉(zhuǎn)的支撐。

其中，差分齒輪系的主動錐齒輪組連接有一彈性模塊，使差分齒輪系的主動錐齒輪組接受的是柔性驅(qū)動力的輸入。

其中，彈性模塊具有：

外殼件，內(nèi)壁設(shè)有向內(nèi)部延伸的卡掣凸塊，

輪輻件，設(shè)于外殼件內(nèi)部，輪輻件具有朝外延伸的卡掣板，

彈性件，設(shè)于外殼件的卡掣凸塊與輪輻件的卡掣板之間，提供二者間力矩的彈性傳遞（例如，外殼件在輸入軸的帶動下旋轉(zhuǎn)或具有旋轉(zhuǎn)趨勢時，其卡掣凸塊通過壓縮/拉伸彈性件將旋轉(zhuǎn)運動或旋轉(zhuǎn)趨勢傳遞至輪輻件的卡掣板），以及

接受驅(qū)動力輸入的輸入軸和提供柔性輸出的輸出軸，二者之一與外殼件連接，另一與輪輻件連接。

其中，卡掣凸塊的橫截面整體呈扇形或扇環(huán)。

其中，彈性件靠近外殼件的內(nèi)壁設(shè)置，以使彈性件盡量遠(yuǎn)離輪輻的旋轉(zhuǎn)軸心。

其中，框架具有一對凸耳，輸出連桿具有一對凸耳，二者的兩對凸耳相互垂直的扣合，構(gòu)成一容置空間，差分齒輪系設(shè)于該容置空間中。

其中，差分齒輪系的主動錐齒輪組的第一旋轉(zhuǎn)軸支撐于框架的一對凸耳，差分齒輪系的被動錐齒輪組的第二旋轉(zhuǎn)軸支撐于輸出連桿的一對凸耳。

其中，差分齒輪系的主動錐齒輪組與框架之間通過驅(qū)動模塊連接，作為二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的驅(qū)動力來源，驅(qū)動模塊數(shù)量為兩個，分別穿設(shè)于框架的兩個凸耳，使驅(qū)動模塊一部分位于框架的凸耳的內(nèi)側(cè)，一部分位于框架的凸耳的外側(cè)（即驅(qū)動模塊的第一外殼部位于框架的凸耳的內(nèi)側(cè)，第二外殼部位于框架的凸耳的外側(cè)，二者的連接處位于框架的凸耳中。）。

其中，驅(qū)動模塊提供的驅(qū)動力通過一組傳動直齒輪組傳遞至差分齒輪系的主動錐齒輪組，該傳動直齒輪組包括主動直齒輪和被動直齒輪，主動直齒輪接受驅(qū)動模塊的驅(qū)動力，并耦合傳遞至被動直齒輪，傳動直齒輪組的被動直齒輪相較主動直齒輪具有偏移的旋轉(zhuǎn)軸線，傳動直齒輪組位于框架的凸耳的外側(cè)。

其中，傳動直齒輪組的被動直齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線位于差分齒輪系的主動錐齒輪組的第一旋轉(zhuǎn)軸所在直線，傳動直齒輪組的主動直齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線與其平行，且兩個驅(qū)動模塊的傳動直齒輪組的兩個主動直齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線與傳動直齒輪組的被動直齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線在框架的凸耳上的投影點構(gòu)成一個三角形的三個頂點。

其中，差分齒輪系的支撐模塊的支撐軸兩端形成外六角軸，與固定于輸出連桿的一對凸耳的法蘭盤的內(nèi)六角孔相配合，差分齒輪系的被動錐齒輪組的兩個錐齒輪其中之一的外側(cè)端面與法蘭盤的端面固定連接，另一個錐齒輪通過軸承與差分齒輪系的支撐模塊的支撐軸可旋轉(zhuǎn)的連接。

其中，差分齒輪系的被動錐齒輪組的兩個錐齒輪中與法蘭盤固定連接的錐齒輪，還與差分齒輪系的支撐模塊的支撐軸通過鍵連接。

本發(fā)明還提供一種差分齒輪系，其設(shè)于第一部件和第二部件之間，用于實現(xiàn)二者之間的相對運動，其具有相耦合的主動錐齒輪組和被動錐齒輪組，主動錐齒輪組與第一部件框架連接且可轉(zhuǎn)動，被動錐齒輪組則與第二部件連接，其中，主動錐齒輪組具有第一旋轉(zhuǎn)軸，被動錐齒輪組具有第二旋轉(zhuǎn)軸，第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸所在直線垂直相交，使得第二部件能夠連同被動錐齒輪組一起相對第一部件運動，運動包括：第二部件連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件俯仰運動，第二部件繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件偏擺運動，第二部件在連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件俯仰運動的同時還繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件偏擺的復(fù)合運動。

其中，主動錐齒輪組由相對設(shè)置的兩個錐齒輪構(gòu)成，被動錐齒輪組由相對設(shè)置的兩個錐齒輪構(gòu)成，且主動錐齒輪組的每個錐齒輪均與被動錐齒輪組的兩個錐齒輪同時嚙合，構(gòu)成一結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的自支撐差分耦合結(jié)構(gòu)。

其中，主動錐齒輪組的兩個錐齒輪外形尺寸相同，以及被動錐齒輪組的兩個錐齒輪外形尺寸相同，使得當(dāng)主動錐齒輪組的兩個錐齒輪等速同向轉(zhuǎn)動時，第二部件連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件俯仰運動；當(dāng)主動錐齒輪組的兩個錐齒輪等速異向轉(zhuǎn)動時，第二部件繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件偏擺運動；當(dāng)主動錐齒輪組的兩個錐齒輪異速轉(zhuǎn)動時，第二部件在連同被動錐齒輪組一起繞第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件俯仰運動的同時還繞第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動而相對第一部件偏擺的復(fù)合運動。

其中，被動錐齒輪組的兩個錐齒輪其中之一與第二部件連接并帶動其運動，另一相對第二部件空轉(zhuǎn)。

其中，四個錐齒輪外形尺寸相同，并于同一平面上構(gòu)成正方形框。

其中，其還具有支撐模塊，支撐模塊具有支撐軸和支撐塊，支撐軸連接于第二部件與被動錐齒輪組的錐齒輪之間，支撐塊設(shè)于四個錐齒輪所圍成的矩形框的內(nèi)部并可轉(zhuǎn)動的套設(shè)于支撐軸。

其中，支撐模塊的支撐軸與第二部件可拆卸地固定連接。

其中，主動錐齒輪組的錐齒輪的旋轉(zhuǎn)軸延伸至支撐塊，形成可旋轉(zhuǎn)的支撐。

（三）有益效果

本發(fā)明的有益效果是，二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊采用等徑錐齒輪差分耦合結(jié)構(gòu)，一方面使機構(gòu)緊湊，降低了機構(gòu)的重心，并且由兩個驅(qū)動電機并排放置，共同驅(qū)動兩個主動錐齒輪，實現(xiàn)了大力矩輸出；另一方面可以實現(xiàn)俯仰或偏擺兩個自由度的單獨運動，又可以實現(xiàn)俯仰和偏擺的復(fù)合運動。同時又在兩個驅(qū)動關(guān)節(jié)上又各增加了一個力矩彈性傳遞模塊，使關(guān)節(jié)本身具有內(nèi)在的被動柔性，在受到外部接觸或受到外部沖擊時產(chǎn)生緩沖，從而有效的保護受用者，提高了機器人系統(tǒng)的安全性，并且該力矩彈性傳遞模塊具有力矩測量功能。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1所示為，二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的一種實施例的立體示意圖（其中，a為具有輸出連桿0800的示意圖，b為a去除輸出連桿0800之后的示意圖）。

圖2所示為圖1中的二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊框架0100的一種實施例。

圖3所示為驅(qū)動關(guān)節(jié)電路外殼0300的一種實施例。

圖4所示為直齒正齒輪傳動組0400的一種實施例。

圖5所示為框架0100、驅(qū)動關(guān)節(jié)0200、驅(qū)動關(guān)節(jié)電路外殼0300和主動直齒正齒輪0401之間的一種連接結(jié)構(gòu)立體示意圖。

圖6所示為框架0100、驅(qū)動關(guān)節(jié)0200、驅(qū)動關(guān)節(jié)電路外殼0300、主動直齒正齒輪0401和驅(qū)動關(guān)節(jié)0200的電路板0900之間的一種連接結(jié)構(gòu)剖視示意圖。

圖7所示為力矩彈性傳遞模塊0500與差分等徑錐齒輪系0600的主動錐齒輪相連接的一種連接結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

圖8所示為力矩彈性傳遞模塊0500與差分等徑錐齒輪系0600的主動錐齒輪相連接的一種連接結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。

圖9所示為差分等徑錐齒輪系的一種實施例（其中a為俯視圖，b為立體圖）。

圖10所示為十字交叉支撐模塊0700的一種實施例的立體示意圖。

圖11所示為十字交叉支撐模塊0700的一種實施例的剖視示意圖。

圖12所示為輸出連桿0800的一種實施例。

圖13所示為差分等徑錐齒輪系0600、十字交叉支撐模塊0700和輸出連桿0800之間的一種連接結(jié)構(gòu)立體示意圖。

圖14所示為差分等徑錐齒輪系0600、十字交叉支撐模塊0700和輸出連桿0800之間的一種連接結(jié)構(gòu)剖視示意圖。

圖15所示為兩個法蘭連接件1000和1100的一種實施例（其中a為法蘭連接件1000的立體圖，b為法蘭連接件1100的立體圖）。

圖16所示為驅(qū)動關(guān)節(jié)0200的一種實施例的剖視示意圖。

圖17所示為驅(qū)動關(guān)節(jié)0200的一種實施例的立體示意圖。

【附圖標(biāo)記說明】

<本發(fā)明>

框架0100、底板0101、走線通孔0102、支撐板0103、支撐板0104、方形孔0105、螺紋孔0106、通孔0107，驅(qū)動模塊0200、驅(qū)動模塊輸出軸0201、驅(qū)動模塊輸出軸支撐件0202、驅(qū)動模塊端蓋0203、右外殼0204、減速器0205、波發(fā)生器0205-1、鋼輪0205-2、柔輪0205-3、左外殼0206、失電電磁制動器外殼0207、失電電磁制動器0208、位置檢測模塊0209、碼盤傳動軸0210、電機軸0211、電機0212，電路外殼0300、安裝孔0301、電路接口孔0302、傳感器走線孔0303，直齒正齒輪傳動組0400、主動直齒正齒輪0401、從動直齒正齒輪0402，

力矩彈性傳遞模塊0500、力矩彈性傳遞模塊輸入軸0501、編碼器碼盤軸0502、力矩檢測模塊0503、力矩檢測模塊固定座0504、扇形支撐塊0505、彈性件0506、輪輻件0507、殼體件0508、固定法蘭0509、支撐軸承0510、主動錐齒輪驅(qū)動軸0511、軸承擋圈0512，差分等徑錐齒輪系0600、主動錐齒輪0601、主動錐齒輪0602、被動錐齒輪0603、被動錐齒輪0604，支撐模塊0700、支撐軸0701、支撐塊0702、軸承外擋圈0703、角接觸球軸承0704、深溝球軸承0705，輸出連桿0800、主體0801、安裝部0802、減重孔0803、安裝部0804、錐銷孔0805、螺紋孔0806、安裝部0807、錐銷孔0808、螺紋孔0809，電路板0900、法蘭連接件1000、法蘭盤1001、內(nèi)六角槽1002、銷孔1003、螺紋孔1004、螺紋孔1005、銷孔1006、法蘭連接件1100、法蘭盤1101、內(nèi)六角槽1102、銷孔1103、銷孔1104。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細(xì)說明。 應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本發(fā)明中，為了描述的方便，使用了一些方位詞，例如上下左右等，這些方位詞主要是根據(jù)相應(yīng)視圖的方向進行定義的。另外，還使用了內(nèi)外等方位詞，這些方位詞主要是依據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)外進行定義的。

圖1(a)，(b)所示為二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的一種實施例的立體示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊，其主要包括：框架0100、安裝在該框架下方的兩個驅(qū)動模塊0200、驅(qū)動模塊電路外殼0300、兩對直齒正齒輪傳動組0400、兩個力矩彈性傳遞模塊0500、差分等徑錐齒輪系0600、十字交叉支撐模塊0700、輸出連桿0800和驅(qū)動模塊電路板0900。

兩個驅(qū)動模塊0200分別通過法蘭連接安裝在二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊框架0100上，驅(qū)動模塊0200的輸出軸的軸線垂直于框架0100的支撐板（本實施例中為一對凸耳的形式），驅(qū)動模塊電路外殼0300用于套在驅(qū)動模塊0200上起到保護電路板0900的作用。驅(qū)動模塊0200的輸出軸與直齒正齒輪傳動組0400的主動輪相連，并將動力和運動傳遞給力矩彈性傳遞模塊0500，力矩彈性傳遞模塊0500的輸出與差分等徑錐齒輪系0600的主動錐齒輪相連，差分等徑錐齒輪系0600的輸出通過被動錐齒輪傳遞給輸出連桿0800來完成俯仰、偏擺或復(fù)合運動。

在上述二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊中，共具有兩個驅(qū)動模塊和一個軀干，兩個驅(qū)動模塊0200輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行，均垂直于框架0100的支撐板，兩個旋轉(zhuǎn)軸線所構(gòu)成的平面平行于框架0100的底板。因此二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊共具有兩個自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)任意方向的運動。同時該二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)緊湊小巧，具有仿人友好性，使受用者更容易接受。

此外，上述二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊一方面從關(guān)節(jié)的角度出發(fā)，通過在關(guān)節(jié)處添加力矩彈性傳遞模塊0500，使機構(gòu)自身具有內(nèi)在的被動柔性，在與受用者接觸時或受到外部沖擊時，產(chǎn)生緩沖，從而有效地保護受用者；另一方面利用阻抗控制技術(shù)使該二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊對非結(jié)構(gòu)化 (未知)環(huán)境產(chǎn)生主動柔順，使機器人可以安全地在工作空間內(nèi)完成指定動作。綜上兩方面特性使二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊從根本上解決了安全性的問題。

下面，將結(jié)合附圖通過實施例的方式對二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的各個組成部分進行詳細(xì)說明。

二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊框架0100

圖2所示為框架0100的一種實施例。如圖2所示，框架0100包括一個底板0101和兩個支撐板0103、0104。底板0101上開有固定螺絲用的通孔，用來與機器人上相應(yīng)的連接部位相連接固定。底板0101中間位置開有一個走線通孔0102，例如可以為圓通孔，供電線穿過，以連接安裝在底板的安裝面上的多個電路板，機器人上的供電電線和信號線通過走線通孔0102走線到該二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊上。

框架0100上的兩個支撐板0103、0104與底板0101相互垂直，兩個支撐板0103、0104下方靠近底板0101的位置各開有一個方形孔0105和多個螺紋孔，分別用來固定兩個驅(qū)動模塊0200，同時方形孔0105旁邊開有四個螺紋孔0106，用來固定驅(qū)動模塊電路外殼0300；支撐板0103、0104上方開有一個通孔0107和多個螺紋孔，用來固定差分等徑錐齒輪系0600的主動錐齒輪和力矩彈性傳遞模塊0500，具體連接方式將在下文中詳細(xì)講述。

驅(qū)動模塊0200

驅(qū)動模塊0200與框架0100的支撐板0103、0104通過緊固件連接固定。

驅(qū)動模塊0200包含有失電式電磁制動器0208、電機0212和減速器0205，驅(qū)動模塊0200中不含有力矩彈性傳遞模塊0500，二者是相分離的，力矩彈性傳遞模塊0500在下文有所介紹。以下將對驅(qū)動模塊0200作具體闡述說明。

圖16所示為驅(qū)動模塊0200的一種實施例的剖視示意圖。 如圖16所示，該驅(qū)動模塊0200主要包括電機0212、與電機的輸出端相連的減速器0205、與減速器0205輸出端相連的驅(qū)動模塊輸出軸0201、與電機輸出端相連的失電電磁制動器0208，以及位置檢測模塊0209。

電機0212優(yōu)選采用具有中空的無框無刷電機，用于提供力矩。電機0212包括定子和轉(zhuǎn)子，在定子的外面固定套接有電機外殼，通過電機殼體固定電機定子。電機外殼體上開有槽孔，供電機電線穿出。

為了拆裝方便，電機外殼包括左外殼0206和右外殼0204兩個部分，相互之間可以通過螺釘?shù)染o固件連接，并在兩個殼體的支撐處安裝有電機軸軸承，用于支撐電機軸進行旋轉(zhuǎn)運動。優(yōu)選地，左外殼0206具有凸出的法蘭部，螺釘?shù)染o固件穿過該法蘭部將左右外殼連接在一起。凸出的法蘭部優(yōu)選形成為方形，螺釘?shù)染o固件連接于方形法蘭的四個角部。

在左外殼0206的側(cè)壁上加工有出線口，電機線通過該出線口引出以便連接到驅(qū)動模塊0200用的電路板上。另外，左外殼0206的支撐處安裝有電機軸軸承。同時在電機的右外殼0204的左端支撐處也安裝有電機軸軸承，并通過軸承端蓋壓緊，電機軸0211由左外殼和右外殼的兩處的軸承同時進行支撐，并通過這一對軸承由電機0212的轉(zhuǎn)子帶動電機軸0211進行轉(zhuǎn)動，電機軸0211與電機的轉(zhuǎn)子通過過盈配合進行壓緊固定，具體的，電機轉(zhuǎn)子具有大中心孔，電機軸0211通過緊配合的連接方式穿過電機轉(zhuǎn)子，電機軸0211的一端連接減速器0205，另一端連接失電電磁制動器0208。電機軸0211優(yōu)選地為中空軸，用于供碼盤傳動軸0210穿過該電機軸0211，將減速器0205的輸出運動傳遞到模塊左端的位置檢測模塊0209。電機軸0211左端具有直徑縮小的軸段，該軸段與失電電磁制動器0208相連，失電電磁制動器0208用于當(dāng)突然斷電情況下鎖住電機軸，起到保護硬件的作用。電機軸0211右端具有直徑縮小的較長軸段，該軸段上具有鍵槽，與減速器0205的波發(fā)生器0205-1通過鍵連接來傳遞扭矩，軸的末端具有外螺紋，可以安裝一個彈簧墊圈和螺母，起到對減速器0205的波發(fā)生器0205-1軸向定位的作用。

右外殼0204的右端支撐處安裝有軸承，該軸承用于支撐驅(qū)動模塊輸出軸支撐件0202，僅通過一個軸承很難保證驅(qū)動模塊輸出軸運轉(zhuǎn)的同軸度和平穩(wěn)性，因此在右外殼0204的端面上固定一個驅(qū)動模塊端蓋0203，驅(qū)動模塊端蓋0203右端的支撐處安裝有軸承，這樣通過一對軸承來保證驅(qū)動模塊輸出軸運轉(zhuǎn)的同軸度和平穩(wěn)性。驅(qū)動模塊端蓋0203與右外殼0204的端面通過螺釘緊固件進行固定連接。

減速器0205可以為諧波減速器，電機軸0211與諧波減速器的波發(fā)生器相連，諧波減速器的柔輪與柔輪輸出軸相連，柔輪輸出軸穿過中空的電機軸并向外伸以連接到位置檢測模塊0209。減速器的柔輪0205-3、驅(qū)動模塊輸出軸支撐件0202及驅(qū)動模塊輸出軸0201三者通過緊固件連接在一起，最終由驅(qū)動模塊輸出軸0201通過鍵連接將運動和扭矩輸出傳遞給直齒正齒輪0401。

碼盤傳動軸0210通過螺紋和螺母與驅(qū)動模塊輸出軸0201連接固定，驅(qū)動模塊輸出軸0201將旋轉(zhuǎn)運動通過碼盤傳動軸0210傳遞給驅(qū)動模塊后面的位置檢測模塊0209。位置檢測模塊0209優(yōu)選使用增量式編碼器，用于檢測減速器柔輪輸出軸或關(guān)節(jié)輸出軸0201的實際轉(zhuǎn)過的角度，前文有所介紹，不再贅述。位置檢測模塊0209的碼盤通過緊定螺釘碼盤傳動軸0210上，編碼器通過螺釘緊固件固定在失電電磁制動器外殼0207上。失電電磁制動器外殼0207右端具有凸出的法蘭，使用螺釘緊固件與電機左外殼0206固定，同時失電電磁制動器外殼0207側(cè)壁上加工有出線口，用于失電電磁制動器0208走線用。

所述驅(qū)動模塊0200數(shù)量有兩個且完全相同，分別安裝布置在框架0100的兩個支撐板的下部。

驅(qū)動模塊電路外殼0300

圖3所示為驅(qū)動模塊電路外殼0300的一種實施例。如圖3所示，驅(qū)動模塊電路外殼0300包括安裝孔0301、電路接口孔0302和傳感器走線孔0303。該電路外殼0300可以空套在驅(qū)動模塊0200上，并通過安裝孔0301與框架0100的支撐板0103和0104相連接，以用來保護電路板0900。電路接頭固定在電路接口孔0302用于電源和控制信號線的傳輸，其中電路板通過電路外殼端部側(cè)壁上的電路接口孔0302與關(guān)節(jié)中的電機實現(xiàn)電連接。傳感器走線孔0303設(shè)于電路外殼側(cè)壁上，是用于力矩彈性傳遞模塊0500中的力矩檢測模塊走線到驅(qū)動模塊0200的電路板0900上。

直齒正齒輪傳動組0400

圖4所示為直齒正齒輪傳動組0400的一種實施例。直齒正齒輪傳動組0400包括兩對一級傳動直齒正齒輪，分別均布在框架0100的兩側(cè)，每對齒輪組包括一個主動直齒正齒輪0401和一個從動直齒正齒輪0402。直齒正齒輪傳動組0400是用來將驅(qū)動關(guān)節(jié)0200的運動和動力傳遞給框架0100上方的力矩彈性傳遞模塊0500，最終由力矩彈性傳遞模塊0500驅(qū)動差分等徑錐齒輪系0600。

直齒正齒輪傳動組0400的主動直齒正齒輪0401與驅(qū)動模塊0200的輸出軸相連，連接方式采用鍵連接，并采用螺絲和擋圈做軸向端部固定。從動直齒正齒輪0402與力矩彈性傳遞模塊0500的輸入端相連，同樣的，從動直齒正齒輪0402與力矩彈性傳遞模塊0500的輸入端采用鍵連接，端部使用螺絲和擋圈固定。由于存在加工和裝配誤差，導(dǎo)致齒輪傳動的間隙增大，從而增大負(fù)荷沖擊，影響傳動平穩(wěn)性，故設(shè)計中采用可調(diào)中心距的方法來調(diào)節(jié)齒輪傳動的間隙，采用的方法是：框架0100的兩個支撐板0103、0104上用來固定驅(qū)動模塊0200的方形孔0105和螺紋通孔均放大，使齒輪間隙可調(diào)節(jié)范圍為0~0.5mm。

框架0100、驅(qū)動模塊0200、驅(qū)動模塊電路外殼0300、主動直齒正齒輪0401和驅(qū)動模塊0200的電路板0900相連。

圖5所示為框架0100、驅(qū)動模塊0200、驅(qū)動模塊電路外殼0300和主動直齒正齒輪0401之間的一種連接結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖6所示為框架0100、驅(qū)動模塊0200、驅(qū)動模塊電路外殼0300、主動直齒正齒輪0401和驅(qū)動模塊0200的電路板0900之間的一種連接結(jié)構(gòu)剖視示意圖。

本實施例中，兩個驅(qū)動模塊0200通過法蘭安裝于所述框架0100的兩個支撐板上，兩個驅(qū)動模塊0200的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行且方向相反，即兩個驅(qū)動模塊的輸出軸指向框架支撐板的外側(cè)，兩個旋轉(zhuǎn)軸線位于同一平面且平行于框架0100的底板平面。具體的，如圖5和圖6所示，其中一個驅(qū)動模塊0200插入到框架0100上的支撐板0103下方的方形孔0105中，并通過驅(qū)動模塊0200上的法蘭與支撐板0103使用螺絲緊固連接，驅(qū)動模塊0200的輸出軸與主動直齒正齒輪0401相連，例如采用鍵連接，主動直齒正齒輪將動力和運動可以1:1的傳動比傳遞給直齒正齒輪傳動組的從動輪，并使用螺絲和擋圈做端部固定。驅(qū)動模塊電路外殼0300如上文所述，其空套在驅(qū)動模塊0200上，并通過安裝孔0301與框架0100上的支撐板0104使用螺絲緊固連接。驅(qū)動關(guān)節(jié)電路板0900位于驅(qū)動模塊電路外殼0300里面靠近位置檢測模塊0209的位置，并使用螺絲與支撐板0104相固連。

具體的，驅(qū)動關(guān)節(jié)電路板0900包括控制電路板和驅(qū)動電路板，每個電路板上都有各自的電源供電模塊，形成包括控制電源板、驅(qū)動電源板、控制電路板、驅(qū)動電路板在內(nèi)的多個電路板，其中的控制電源板為控制電路提供電源，驅(qū)動電源板為驅(qū)動電路提供電源。多個電路板通過電線順序連接，并平放安裝在二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊框架底板的安裝平面上，本實施例中，多個電路板之間通過排針疊加在一起，一方面實現(xiàn)兩個電路板之間相對位置的固定，另一方面實現(xiàn)兩個電路板之間的電連接。

以上所述二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊，其電路板0900位于電路外殼0300里面，驅(qū)動模塊0200的后面，并使用螺絲與框架支撐板相固連，電路板設(shè)計成兩塊電路板通過排針對插疊加在一起的形式，并將下面的電路板通過緊固件螺釘固定在框架殼體上，巧妙地利用了空間，使得整體結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)模塊化，且拆裝方便。

力矩彈性傳遞模塊0500

圖7所示為力矩彈性傳遞模塊0500與差分等徑錐齒輪系0600的主動錐齒輪相連接的一種連接結(jié)構(gòu)的立體示意圖。圖8所示為力矩彈性傳遞模塊0500與差分等徑錐齒輪系0600的主動錐齒輪相連接的一種連接結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。

如圖7和圖8所示，力矩彈性傳遞模塊0500包括力矩彈性傳遞模塊輸入軸0501、編碼器碼盤軸0502、力矩檢測模塊0503（優(yōu)選地，力矩檢測模塊使用增量式編碼器）、力矩檢測模塊固定座0504、扇形支撐塊0505、彈性件0506、輪輻件0507、殼體件0508、固定法蘭0509、支撐軸承0510、主動錐齒輪驅(qū)動軸0511、軸承擋圈0512。通常輸入軸0501用于傳遞力矩，輸入軸0501與殼體件0508通過緊固件（如螺絲）相連接，并通過殼體件0508將力矩傳遞給輪輻件0507，輪輻件0507與主動錐齒輪驅(qū)動軸0511相固連，主動錐齒輪驅(qū)動軸0511通過雙鍵連接將力矩傳遞給主動錐齒輪。

主動錐齒輪軸0512優(yōu)選地為中空軸，使得力矩檢測的力矩檢測模塊0503的線纜可以方便地穿過該中空軸。力矩彈性傳遞輸入軸0501通過頂絲與編碼器碼盤軸0502相連，并帶動編碼器碼盤0502一起轉(zhuǎn)動。

本實施例中，所述殼體件0508形成為包括底壁和側(cè)壁的筒狀，輪輻件0507位于殼體件0508內(nèi)部，殼體件0508的側(cè)壁內(nèi)周面上具有沿周向均布的四個扇形塊，輪輻件0507具有中心圓筒和位于該中心圓筒周圍且沿周向均分布的四個連接板，每個連接板的末端與殼體件0508側(cè)壁的內(nèi)周壁之間具有間隙，四個扇形塊與四個連接板交替設(shè)置，并且在相鄰的扇形塊與連接板之間具有彈性件以彈性地傳遞力矩。優(yōu)選為相鄰的扇形塊和連接板上分別設(shè)置有導(dǎo)向柱，相鄰的兩個導(dǎo)向柱之間具有間隙，彈性件為螺旋壓縮彈性彈簧且套設(shè)在相鄰的兩個導(dǎo)向柱上。

為使主動錐齒輪驅(qū)動軸與輪輻件0507進行固定連接，力矩彈性傳遞模塊0500以輪輻件0507作為輸出件，與主動錐齒輪驅(qū)動軸0511相連，具體的，殼體件0508底壁具有中心孔，主動錐齒輪驅(qū)動軸0511的一端穿過該中心孔后連接到所述輪輻件0507。

差分等徑錐齒輪系0600

圖9所示為差分等徑錐齒輪系的一種實施例。如圖9所示，差分等徑錐齒輪系0600由四個尺寸參數(shù)完全相同的錐齒輪組成，包括兩個主動錐齒輪0601、0602和兩個被動錐齒輪0603、0604。

差分傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、受力均勻、承載能力強等特點，是一種非常巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，本實施例中，四個等尺寸參數(shù)的螺旋錐齒輪對稱布置相互嚙合，即兩個主動錐齒輪與兩個被動錐齒輪相互嚙合在一起，構(gòu)成差分耦合結(jié)構(gòu)形式，原理如圖9所示，力矩彈性傳遞模塊0500的輸出驅(qū)動軸（即主動錐齒輪驅(qū)動軸0511）分別與兩個主動錐齒輪0601和0602相連，通過兩個主動錐齒輪的差分耦合運動來實現(xiàn)二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的俯仰、偏擺或兩者的復(fù)合運動。

具體的，兩對主動錐齒輪相對分布，兩對被動錐齒輪與兩對主動錐齒輪相嚙合且對稱分布，并在四個等徑螺旋錐齒輪中間設(shè)置交叉支撐塊0702，通過交叉支撐塊0702支撐，使其結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，且交叉支撐塊0702上還進一步套有交叉支撐軸0701用于支撐。其中，交叉支撐塊0702上在沿著主動錐齒輪的軸線方向通過一對軸承套在所述兩個主動錐齒輪軸上；一個被動錐齒輪通過被動錐齒輪固定端蓋與輸出連桿0800連接固定，另一個錐齒輪通過軸承套在交叉支撐軸0701上。

更具體的，被動齒輪0603與輸出件輸出連桿0800通過鍵連接輸出運動，被動齒輪0604通過軸承套在支撐軸0701上，實現(xiàn)被動齒輪0604空轉(zhuǎn)以改善受力，支撐軸0701與輸出連桿0800相固連。

當(dāng)主動錐齒輪0601和0602等速同向轉(zhuǎn)動時，被動齒輪0603和0604繞第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)輸出俯仰運動，當(dāng)主動錐齒輪0601和0602等速異向轉(zhuǎn)動時，被動齒輪0603和0604繞第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)輸出側(cè)擺運動，當(dāng)主動錐齒輪0601和0602為其他運動形式時，輸出俯仰和偏擺的復(fù)合運動。這種結(jié)構(gòu)在運動過程中對齒輪產(chǎn)生一個軸向的朝向錐齒輪大端的壓緊力，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時只需要對齒輪軸向有一個方向的定位即可。

十字交叉支撐模塊0700

圖10所示為十字交叉支撐模塊0700的一種實施例的立體示意圖。圖11所示為十字交叉支撐模塊0700的一種實施例的剖視示意圖。如圖10所示，該十字交叉支撐模塊0700主要包括支撐軸0701、十字交叉支撐塊0702、軸承外擋圈0703、一對角接觸球軸承0704和一對深溝球軸承0705。

所述十字交叉支撐塊0702具有四個交叉式通孔，相對布置的兩個通孔分別安裝有一對角接觸球軸承0704和一對深溝球軸承0705。

所述交叉支撐塊在沿著兩個被動錐齒輪的軸線方向通過角接觸球軸承0704套在一根被動錐齒輪支撐軸（即支撐軸0701）上，主要用來承受軸向力，其中一個被動錐齒輪通過雙列角接觸球軸承0704套在被動錐齒輪支撐軸一端，另一個被動錐齒輪通過雙鍵與被動錐齒輪支撐軸的另一端相連以傳遞扭矩。

深溝球軸承0705主要用來承受徑向力（優(yōu)選為主動錐齒輪驅(qū)動軸0511的自由端穿過主動錐齒輪0601/0602并被支撐于深溝球軸承0705）。

所述支撐軸0701為階梯軸，支撐軸0701與所述一對角接觸球軸承0704相配合安裝，支撐軸0701通過中間部位的軸肩臺階將軸向力傳遞給所述一對角接觸球軸承0704。所述支撐軸0701兩端優(yōu)選地為外六角形，通過外六角面與兩個法蘭件的內(nèi)六角面相配合，用于傳遞扭矩。

輸出連桿0800

圖12所示為輸出連桿0800的一種實施例。如圖12所示，輸出連桿0800主要包括主體0801、位于主體0801上側(cè)的安裝部0802、位于主體0801兩側(cè)的十字交叉支撐模塊0700的安裝部0804和0807（本實施例中為一對凸耳的形式，每個凸耳上可以設(shè)置兩個減重孔0803）、主體0801兩側(cè)分別各有兩個錐銷孔0805和0808，用于定位和傳遞扭矩，以及主體0801兩側(cè)分別各有多個螺紋孔0806和0809，通過穿過該螺紋孔的螺釘將主體0801與法蘭連接件相連。

機器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軀干前端一部分可以容納在安裝部內(nèi)，并使用螺釘?shù)染o固件通過安裝部0802周圍的安裝孔與輸出連桿0800相連。

所述安裝部0802優(yōu)選地為通孔，同時安裝部0802的周圍具有多個螺絲沉頭孔，緊固件穿過該多個螺絲沉頭孔與外部結(jié)構(gòu)件相互連接。

所述安裝部0804和0806優(yōu)選形均為通孔，所述支撐軸0701兩端分別通過法蘭連接件與安裝部0804和0806相連。

差分等徑錐齒輪系0600、十字交叉支撐模塊0700和輸出連桿0800相連

圖13所示為差分等徑錐齒輪系0600、十字交叉支撐模塊0700和輸出連桿0800之間的一種連接結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖14所示為差分等徑錐齒輪系0600、十字交叉支撐模塊0700和輸出連桿0800之間的一種連接結(jié)構(gòu)剖視示意圖。圖15所示為兩個法蘭連接件1000和1100的一種實施例。

兩個法蘭連接件通過錐銷和螺釘緊固件與輸出連桿0800兩端的安裝部相連接。具體的，如圖15所示，法蘭連接件1000包括法蘭盤1001、內(nèi)六角槽1002、銷孔1003和1006、螺紋孔1004和1005。法蘭盤1001右端可以插入輸出連桿0800的安裝部0804通孔中，然后通過穿過定位銷孔1003的定位銷和穿過螺紋孔1004的螺釘將其與被動錐齒輪0603相連。內(nèi)六角槽1002與支撐軸0701靠近被動錐齒輪0603一端的外六角相配合，用于傳遞扭矩。法蘭盤1001上多個螺紋孔和銷孔，通過穿過定位銷孔1005的定位銷和穿過螺紋孔1006的螺釘將其與輸出連桿主體0801相連。

定位銷連接一方面起到定位的作用，另一方面起到傳遞扭矩的作用。定位銷與內(nèi)六角形面配合共同傳遞扭矩，從而優(yōu)化改善了支撐軸0701和法蘭連接件1000的受力情況。

法蘭連接件1100與法蘭連接件1000具有類似的結(jié)構(gòu)，包括法蘭盤1101、內(nèi)六角槽1102、銷孔1103和1104。同樣地，通過穿過定位銷孔1104的定位銷和穿過螺紋孔1103的螺釘將其與輸出連桿主體0801相連。法蘭連接件1100通過其內(nèi)六角槽1102與支撐軸0701靠近被動錐齒輪0604一端的外六角相配合，來傳遞扭矩。

本發(fā)明二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊可以按如下方式工作：

二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊通過將兩個驅(qū)動模塊并行布置在框架的下方，兩個驅(qū)動模塊的輸出軸通過鍵連接驅(qū)動框架兩側(cè)的兩個主動直齒正齒輪，兩個主動直齒正齒輪經(jīng)過一級1:1傳動比的傳動鏈將運動和力矩傳遞給被動直齒正齒輪和一個力矩彈性傳遞模塊，最終由力矩彈性傳遞模塊的輸出來驅(qū)動主動錐齒輪。四個尺寸參數(shù)完全相同的錐齒輪，且相互嚙合，構(gòu)成差分耦合結(jié)構(gòu)形式。一對被動錐齒輪作為最終的輸出，提供俯仰、偏擺或復(fù)合運動，同時輸出合成力矩提供大力矩輸出。被動錐齒輪與輸出連桿相連，以輸出連桿作為輸出件，其上面加工有安裝部便于與其他部件相連接。輸出連桿可以作為末端執(zhí)行器，同時也可以作為下一個關(guān)節(jié)的連桿連接件，視具體應(yīng)用而定。

綜上所述可知，本發(fā)明的二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊能夠提供柔性和大力矩的應(yīng)用于機器人上。其采用兩個自由度擴展了機器人運動空間，增加了運動靈活性，同時在機器人進行動作時，能夠充分發(fā)揮全身自由度，使動作更加協(xié)調(diào)。二自由度旋轉(zhuǎn)柔性差分驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊采用等徑錐齒輪差分耦合，一方面使機構(gòu)緊湊，降低了機構(gòu)的重心，另一方面可以實現(xiàn)俯仰或偏擺兩個自由度的單獨運動，又可以實現(xiàn)俯仰和偏擺的復(fù)合運動。同時又在兩個驅(qū)動關(guān)節(jié)上又各增加了一個力矩彈性傳遞模塊，使關(guān)節(jié)本身具有內(nèi)在的被動柔性，在受到外部接觸或受到外部沖擊時產(chǎn)生緩沖，從而有效的保護受用者，并且該力矩彈性傳遞模塊具有力矩測量功能。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

例如，差分齒輪系可以是上述實施例中的等徑錐齒輪，也可以采用非等徑齒輪，可以是上述實施例中的直角錐齒輪，也可以采用非直角錐齒輪，可以是直齒錐齒輪，也可以是斜齒錐齒輪或其他錐齒輪。

傳動直齒輪組既可以是正齒的組合，也可以是斜齒的組合，既可以是1:1的傳動比，也可以是其他傳動比。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

例如，既可以將差分齒輪系與框架等組合使用，也可以單獨使用，既可以結(jié)合彈性模塊，也可以不結(jié)合彈性模塊，既可以設(shè)置傳動齒輪組，也可以省略傳動齒輪組。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。