一种轻型减速器及人形机器人的制作方法

1.本发明涉及一种轻型减速器及具有其的人形机器人。


背景技术：

2.减速器是一种动力传递机构，利用齿轮系达到降低输出转速，增大输出转矩的目的。当前市场上主流机器人关节精密减速器有两类：一种是rv减速器，另一种是谐波减速器。rv减速器中第二级摆线针轮少齿差传动是由短辐外摆线齿轮和针齿轮组成的1齿差内齿轮副、偏心元件(行星架)以及输出机构构成的k-h-v型齿轮传动机构。谐波齿轮传动机构是由波发生器、柔性齿轮、刚性齿轮组成的一种变态少齿差行星齿轮传动机，柔性齿轮与刚性齿轮存在少齿差，通过柔性齿轮的弹性变形在机构中起到变态行星轮的作用。然而，rv减速器存在传动过程中有磨损而导致传动误差、不利于输出精度控制以及加工难度较高的问题；而谐波齿轮传动机构的传动误差和精度有待进一步提高。此外，这两种传动机构都存在速比调节复杂或可调节的速比范围较小的问题，在装配至机器人中时受到的限制较多，设计自由度较小。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的是提供一种轻型减速器，其结构紧凑具有较大的设计自由度。本发明的另一个目的是提供一种人形机器人，其能够易于实现多速比传动，具有高扭转刚度及高精度，电机安装自由度较大。
4.本发明的第一个方面提供一种轻型减速器，包括第一壳体和输出法兰，所述第一壳体上设有第一内齿；所述减速器还包括：
5.齿圈，其能够弹性变形，所述齿圈具有第一外齿和第二内齿，所述齿圈设置于所述第一壳体内且所述第一外齿和所述第一内齿啮合；
6.第一谐波刚齿轮；
7.与所述第一谐波刚齿轮结构及规格相同的第二谐波刚齿轮；
8.偏心轴，其用于带动所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮转动，所述偏心轴上开设有中空腔体，所述中空腔体沿轴向贯通所述偏心轴而具有开放的两端；所述偏心轴具有第一轴段、第二轴段和输入轴段，所述第一轴段、所述第二轴段以及所述输入轴段偏心设置，所述输入轴段具有第一轴心线，所述第一轴段具有第二轴心线，所述第三轴段具有第三轴心线，所述第一轴心线、所述第二轴心线及第三轴心线相互平行，所述第二轴心线和所述第三轴心线分别位于所述第一轴心线的上下两侧，更进一步地，第一轴心线、第二轴心线及第三轴心线三者位于同一平面中，且距离所述第一轴心线的距离相等；所述第一谐波刚齿轮转动设置于所述第一轴段上，所述第二谐波刚齿轮转动设置于所述第二轴段上；
9.中心齿轮，其设置于所述输入轴段上，用于输入动力而带动所述偏心轴转动；
10.其中，所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮均具有能够和所述第二内齿相互啮合的第二外齿，所述第一谐波刚齿轮与所述齿圈具有第一啮合处，所述第二谐波刚齿
轮与所述齿圈具有第二啮合处，所述第一啮合处和所述第二啮合处分别位于所述齿圈的上、下两侧；
11.所述输出法兰可转动地设置于所述第一壳体内，所述输出法兰和所述第一谐波刚齿轮及所述第二谐波刚齿轮连接。
12.优选地，所述轻型减速器还包括软轴连接件，其用于通过软轴和电机的输出轴连接，所述软轴连接件和所述中心齿轮啮合，所述软轴连接件具有可供所述软轴的端部插入的软轴接口。
13.优选地，所述轻型减速器还包括第二壳体，所述第二壳体和所述第一壳体固定连接，所述输入轴段穿过所述第二壳体且二者之间设置有轴承，所述软轴连接件可转动地设置于所述第二壳体上。
14.优选地，所述软轴连接件插入所述第二壳体中，所述软轴连接件和所述第二壳体之间设置有轴承，所述软轴接口设置于所述软轴连接件的端部并自所述第二壳体中露出。
15.优选地，所述软轴连接件的转动轴心线和所述输入轴段的轴心线平行且不重合，所述软轴连接件位于所述输入轴段的外侧。
16.优选地，所述软轴接口具有接口槽，所述接口槽为非圆形(例如方形)，从而软轴能够带动软轴连接件转动。
17.优选地，所述第一谐波刚齿轮或所述第二谐波刚齿轮的第二外齿的数量小于所述齿圈的所述第二内齿的数量。
18.优选地，所述中心齿轮紧密套设在所述输入轴段上；更优选地，对所述中心齿轮加热处理后套于所述输入轴段上。
19.优选地，所述轻型减速器还包括至少两个滚针轴承，两个所述滚针轴承间隔地设置于所述中空腔体的内壁上。
20.优选地，所述第一谐波刚齿轮和所述第一轴段之间设置有轴承，所述第二谐波刚齿轮和所述第二轴段之间设置有轴承。
21.优选地，所述第一啮合部及所述第二啮合部分别位于所述齿圈的相对两侧。齿圈为薄壁弹性齿圈，能够产生微小的弹性变形。
22.优选地，所述偏心轴还具有第三轴段，所述输出法兰套设于所述第三轴段上且二者之间设置有轴承；所述输出法兰和所述第一壳体之间设置有轴承。
23.优选地，所述轻型减速器还包括电机端法兰，所述电机端法兰和所述输出法兰相对设置且相互连接，所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮设置于所述电机端法兰和所述输出法兰之间。
24.更优选地，所述电机端法兰可转动地设置于所述第一壳体中且二者之间设置有轴承，所述偏心轴还具有第四轴段，所述电机端法兰套设于所述第四轴段上且二者之间设置有轴承。
25.进一步地，所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮分别具有通孔，所述输出法兰和所述电机端法兰通过螺栓连接，且所述螺栓穿过所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮的所述通孔，且所述通孔的孔径大于所述螺栓的外径。
26.优选地，所述输出法兰和所述第一壳体之间还设置有密封圈。所述第二壳体和所述输入轴段之间设置有密封圈。所述第二壳体和所述软轴连接件之间设置有密封圈。
27.本发明的第二个方面提供一种人形机器人，包括肘关节或腕关节，所述肘关节或腕关节采用所述的轻型减速器；所述人形机器人还包括电机，所述电机通过软轴和所述轻型减速器的软轴连接件连接，所述电机设置于所述机器人的躯干部位。
28.本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
29.1、本发明中轻型减速器中第一谐波刚齿轮和第二谐波刚齿轮分别啮合在齿圈上轴线两侧的位置，使轻型减速器具有较高的精度和稳定性，承载能力强；同时产生多点共同啮合来传递转矩，使转矩传递非常平稳；
30.2、在啮合过程中，齿圈的第一外齿与第一壳体的第一内齿的啮合会使得齿圈的柔性变形是受控的，而且在这种受控的变形状态下，齿圈的第二内齿与第一谐波刚齿轮、第二谐波刚齿轮具有较大的啮合包容角，达到高扭转刚度的目的；通过调整中心齿轮的齿数对可实现同一外包络尺寸下的多种速比。因此，本发明中轻型减速器化具有高精度、高扭转刚度的特点且能够适用于多种速比的工况，具有较大的设计自由度；
31.3、本发明中偏心轴上开设有中空腔体，中空腔体沿轴向贯通偏心轴而具有开放的两端，该中空腔体可以用于布线或者供其他构件穿过(比如供软轴穿过)；同时软轴连接件与偏心轴非同轴设置，软轴连接件也就不会对穿过中空腔体的线缆或构件造成阻碍，利于使整个轻型减速器结构紧凑，使整个轻型减速器轻量化，本发明中的轻型减速器更适用于结构高度集成的机器人领域，如四足机器人或协作机器人(桌面小型机械手臂)中，采用软轴输入动力的方式还能很好的缓和连续振动和偶发性撞击所带来的冲击，改善整体结构的抗冲击性能；
32.4、本发明的人形机器人，其肘关节或腕关节采用的轻型减速器轻量化且结构紧凑，具有高精度、高扭转刚度的特点，而且能够将电机安装到人形机器人的合适位置(例如空间较大的躯干部位)，具有较好的电机安装自由度。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为根据本发明实施例的一种轻型减速器的主视图，其中第二壳体和软轴连接件未示出。
35.图2为图1所示轻型减速器的左视图，其中第二壳体和软轴连接件未示出。
36.图3为图1所示轻型减速器的右视图，其中第二壳体和软轴连接件未示出。
37.图4为图3中a-a向的旋转剖视图。
38.图5为根据本发明实施例的包含第二壳体和软轴连接件的轻型减速器的剖视图。
39.图6为图5中b处的局部放大图。
40.图7为图5中c处的局部放大图。
41.图8为图5中d处的局部放大图。
42.图9为根据本发明实施例的输出法兰的结构图。
43.图10为图9所示输出法兰的左视图。
44.图11为图10中e-e向的旋转剖视图。
45.图12为根据本发明实施例的电机端法兰的结构图。
46.图13为图12所示电机端法兰的左视图。
47.图14为图13中f-f向的旋转剖视图。
48.图15为根据本发明实施例的第一谐波刚齿轮的左视图。
49.图16为图15中g-g向的旋转剖视图。
50.附图标号：
51.1、第一壳体；11、第一内齿；
52.2、齿圈；21、第一外齿；22、第二内齿；
53.3a、第一谐波刚齿轮；3b、第二谐波刚齿轮；31、第二外齿；32、通孔；33、第一螺钉孔；
54.4、偏心轴；40、中空腔体；41、第一轴段；42、第二轴段；43、第三轴段；44、第四轴段；45、输入轴段；46、滚针轴承；
55.5、输出法兰；50、输出端连接口；51、端盖；52、第一螺栓孔；53、螺柱；
56.6、中心齿轮；
57.7、电机端法兰；71、第二螺栓孔；72、第二螺钉孔；
58.8、轴承；
59.9、密封圈；
60.101、螺栓；102、螺钉；103、第二壳体；104、软轴连接件；104a、软轴接口。
具体实施方式
61.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
62.本实施例提供一种机器人关节用的轻型减速器，该轻型减速器具体用作机器人的膝关节或髋关节。参照图1至图15所示，该轻型减速器包括第一壳体1、齿圈2、第一谐波刚齿轮3a、第二谐波刚齿轮3b、偏心轴4、输出法兰5及中心齿轮6。第一壳体1中空设置并具有一圈第一内齿11。齿圈2为薄壁弹性齿圈，其沿径向的宽度小于其外径的10％，由高韧性合金钢制成，其能够产生微小量的弹性变形；齿圈2具有第一外齿21和第二内齿22，齿圈2设置于第一壳体1内且第一外齿21和第一内齿11啮合。第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b并列设置，且第二谐波刚齿轮3b相对第一谐波刚齿轮3a偏心设置。偏心轴4用于带动第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b转动。中心齿轮6用于输入动力而带动偏心轴4转动。
63.具体的，结合图1至图5所示，第一壳体1及齿圈2均为中空且两端开放的筒体状，二者共轴，且第一壳体1套设于齿圈2上且二者通过第一内齿11和第一外齿21相互啮合。其中，可以通过第一壳体1和机器人的其他部件固定连接，例如通过紧固件连接，以便实现轻型减速器和机器人的其他部件的紧固连接。结合图4和图7所示，偏心轴4具有第一轴段41、第二轴段42、第三轴段43、第四轴段44及输入轴段45。具体到本实施例中，输入轴段45、第四轴段44、第一轴段41、第二轴段42及第四轴段44自右至左依次设置。其中，第三轴段43、第四轴段44及输入轴段45共轴，即三者具有共同的轴心线，记为第一轴心线。第一轴段41和第二轴段42分别相对上述第一轴心线偏心设置，且第一轴段41和第二轴段42二者相对偏心设置。具
体到本实施例，第一轴段41的轴心线记为第二轴心线，第二轴段42的轴心线记为第三轴心线，第一轴心线、第二轴心线及第三轴心线相互平行，第二轴心线和第三轴心线分别位于第一轴心线的相对两侧。进一步地，第一轴心线、第二轴心线及第三轴心线三者位于同一平面中，第二轴心线和第三轴心线分别位于第一轴心线的相对两侧，第二轴心线和第一轴心线具有间距d1，第三轴心线和第一轴心线具有间距d2，间距d1等于间距d2。
64.结合图6和图7所示，第一谐波刚齿轮3a设置于第一轴段41上，第二谐波刚齿轮3b设置于第二轴段42上，输出法兰5设置于第三轴段43上，电机端法兰7设置于第四轴段44上，中心齿轮6设置于输入轴段45上。具体地，第一谐波刚齿轮3a和偏心轴4的第一轴段41之间设置轴承8，第二谐波刚齿轮3b和第二轴段42之间设置轴承8，输出法兰5和第三轴段43之间设置轴承8，电机端法兰7和第四轴段44之间设置轴承8。而中心齿轮6紧密套设在输入轴段45上，当中心齿轮6转动时，能够带动偏心轴4同步转动。中心齿轮6和输入轴段45的具体装配过程如下：对中心齿轮6加热处理后使其受热膨胀，然后套于输入轴段45上，冷却后中心齿轮6紧密套设在偏心轴4的输入轴段45上。加热处理的温度为80℃，时间为3min～5min，中心齿轮6的中孔孔径为30mm～100mm。
65.结合图4至图7，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b为两个结构及规格相同的齿轮，二者偏心设置于偏心轴4上，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b均具有能够和齿圈2的第二内齿22相互啮合的第二外齿31。图14及图15示意性地示出了第一谐波刚齿轮3a的结构，第二谐波刚齿轮3b的结构与第一谐波刚齿轮3a相同。具体到本实施例中，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b左右并列设置于齿圈2内，且第一谐波刚齿轮3a位于右侧，第二谐波刚齿轮3b位于左侧。第一谐波刚齿轮3a与齿圈2具有第一啮合处，第二谐波刚齿轮3b与齿圈2具有第二啮合处，第一啮合部及第二啮合部分别位于齿圈2的相对两侧，例如第一啮合处位于齿圈2上侧，第二啮合处位于齿圈2下侧。
66.结合图2及图8至图10所示，输出法兰5可转动地设置于第一壳体1内，输出法兰5和第一谐波刚齿轮3a及第二谐波刚齿轮3b连接。具体地，输出法兰5通过轴承8可转动地设置于偏心轴4上。进一步地，输出法兰5位于第一壳体1内，随着第一谐波刚齿轮3a及第二谐波刚齿轮3b转动，输出法兰5随之相对第一壳体1转动。
67.进一步地，参照图11至图13所示，该轻型减速器还包括电机端法兰7。电机端法兰7和输出法兰5相对设置且相互连接，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b设置于电机端法兰7和输出法兰5之间。电机端法兰7可转动地设置于偏心轴4上并位于第一壳体1内。
68.参照图4和图5所示，本实施例中，输出法兰5及电机端法兰7均大体位于第一壳体1内，使得轻型减速器的结构进一步紧凑。具体地，输出法兰5通过轴承8连接于第一壳体1左侧部的内壁，电机端法兰7通过轴承8连接于第一壳体1右侧部的内壁。输出法兰5和第一壳体1之间还设置有密封圈9。该轻型减速器还包括端盖51，端盖51设置在输出法兰5和偏心轴4左端部之间的间隙中。
69.第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b具体通过多个螺栓101连接输出法兰5，从而将扭矩输出。参照图8至图10所示，输出法兰5上开设有多个第一螺栓孔52；参照图11至图13所示，电机端法兰7上开设有多个第二螺栓孔71；参照图14和图15所示，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b分别具有通孔32。螺栓101依次穿过输出法兰5的第一螺栓孔52、第二谐波刚齿轮3b和第一谐波刚齿轮3a的通孔32及电机端法兰7的第二螺栓孔71，从而将四
者连接。进一步地，通孔32的孔径大于螺栓101的外径，从而允许第一谐波刚齿轮3a及第二谐波刚齿轮3b在偏心轴4的带动下转动。输出法兰5的第一螺栓孔52、电机端法兰7的第二螺栓孔71的孔径和螺栓101的外径相互配合，从而可以紧密配合。当然，也可以将螺栓101替换为销钉。
70.输出法兰5和电机端法兰7固定连接，而对第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b进行限位，防止其产生沿偏心轴4的轴向的运动。具体地，输出法兰5和电机端法兰7通过螺钉102连接。参照图8至图10所示，输出法兰5具有多个向右延伸的螺柱53；参照图11至图13所示，电机端法兰7上开设有多个第二螺钉孔72；参照图14和图15所示，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b上分别开设有第一螺钉孔33。螺钉102依次穿过电机端法兰7的第二螺钉孔72、第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b的第一螺钉孔33后插入输出法兰5的螺柱53内，以将四者连接。其中，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b的第一螺钉孔33的孔径大于螺钉102，以允许第一谐波刚齿轮3a及第二谐波刚齿轮3b在偏心轴4的带动下转动。
71.齿圈2初始时整体呈圆环形；在工作时，中心齿轮6旋转带动偏心轴4转动，由于偏心轴4上通过第一轴段41、第二轴段42分别设置第一谐波刚齿轮3a、第二谐波刚齿轮3b，当偏心轴4转动时会带动第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b进行转动，齿圈2的上侧部和下侧部分别被向外挤压，而在上下方向上略微向外变形，左右两侧部则向内变形，从而啮合的齿数对较多，具有较大的啮合包容角；同时由于少齿差传动，第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b在偏心轴4的驱动下以及齿圈2的作用下减速旋转，通过螺栓101将扭矩传递给输出法兰5，带动输出法兰5减速转动。参照图2、图4及图9至图10，输出法兰5的左端面上设置有输出端连接口50，输出端连接口50具体为左右延伸盲孔。在装配到工业机器人中后，轻型减速器向左侧的驱动对象输出扭矩；在装配时，第一壳体1和驱动对象的支撑部件(例如壳体)通过紧固件装配后，驱动对象的右端部自动被压入到输出法兰5的输出端连接口50中，即可将电机输入的动力减速后传递给驱动对象。
72.本实施例中轻型减速器中第一谐波刚齿轮3a和第二谐波刚齿轮3b分别啮合在齿圈2上轴线两侧的位置，使轻型减速器具有较高的精度和稳定性，承载能力强；同时产生多点共同啮合来传递转矩，使转矩传递非常平稳。同时，在啮合过程中，齿圈2的第一外齿21与第一壳体1的第一内齿11的啮合会使得齿圈2的柔性变形是受控的，而且在这种受控的变形状态下，齿圈2的第二内齿22与第一谐波刚齿轮3a、第二谐波刚齿轮3b具有较大的啮合包容角，达到高扭转刚度的目的。通过调整中心齿轮6的齿数对可实现同一外包络尺寸下的多种速比。因此，本实施例中轻型减速器化具有高精度、高扭转刚度的特点且能够适用于多种速比的工况，具有较大的设计自由度。
73.需要说明的是，第一谐波刚齿轮3a、第二谐波刚齿轮3b在齿圈2上的位置交错，二者对齿圈2施加的向外的挤压力是不对称的。虽然齿圈2能够发生形变，但是其自身刚度也是足够大的，除了发生径向变形外，其他维度不会发生显著变形，变形中仍能保持齿形构形，对啮合状态的影响仅限于啮合侧(齿圈2与第一谐波刚齿轮3a或第二谐波刚齿轮3b的啮合位置)的齿面应力大，自由侧(啮合侧的左侧或右侧)的齿面应力小。并且齿圈2的第二内齿22、第一外齿21起到了类似加强筋的作用，保证齿圈2厚度，基本可以保证齿圈2稳定发生变形。此外，齿圈2受力不均匀会导致存在一个扭矩，使得齿圈2存在一定的偏转趋势，在合理的设计中，可以控制偏心量、齿形，控制齿圈2内外齿面空载时的啮合状态，使得齿圈2和
第一谐波刚齿轮3a、第二谐波刚齿轮3b、第一壳体1之间存在足够的摩擦力克服偏转扭矩。同时齿圈2两侧可以设计限位机构防止齿圈2偏转脱出(本实施例中齿圈2两侧的轴承8可以起到限位的作用)，进而可以保证轻型减速器稳定运转。
74.参照图5所示，该轻型减速器还包括软轴连接件104，软轴连接件104用于通过软轴和电机的输出轴连接。软轴连接件104和中心齿轮6啮合，软轴连接件104具有可供软轴的端部插入的软轴接口104a。软轴连接件104与中心齿轮6的啮合线较长，可以优化软轴连接件104的啮合状态，减小二者之间的传动噪声。进一步地，该轻型减速器还包括第二壳体103，第二壳体103和第一壳体1固定连接(例如通过螺栓紧固连接)，偏心轴4的输入轴段45穿过第二壳体103且二者之间设置有轴承8和密封圈9，软轴连接件104可转动地设置于所述第二壳体103上。结合图8所示，软轴连接件104整体沿左右方向延伸，并可转动地穿设于第二壳体103内，软轴连接件104的转动轴心线沿左右方向延伸并和输入轴段45的第一轴心线平行且不重合，软轴连接件104整体位于输入轴段45的外侧，如图5所示的上侧。软轴连接件104的左端部具有外齿，该外齿和中心齿轮6的外齿相互啮合；软轴接口104a则位于软轴连接件104的右端部。具体到本实施例中，软轴接口104a具体为接口槽，接口槽为非圆形(例如方形)，从而软轴能够带动软轴连接件104转动。接口槽的右端开放以供软轴插入，左端部的呈截面积逐渐减小的锥形。软轴具体为可弹性变形的柔性线缆，电机可以灵活地安装在机器人的其他部分(空间较大的部位)，柔性线缆能够适应部件的设置而相应弯折变形，从而具有较大的电机安装自由度。同时相比于选择刚性轴传输动力的方式，本实施例中采用软轴输入动力的方式还能很好的缓和连续振动和偶发性撞击所带来的冲击，改善整体结构的抗冲击性能。软轴连接件104和第二壳体103之间设置轴承8和密封圈9。
75.由于本实施例中偏心轴4上开设有中空腔体40，中空腔体40沿轴向贯通偏心轴4而具有开放的两端，该中空腔体40可以用于布线或者供其他构件穿过(比如供软轴穿过)，同时软轴连接件104与偏心轴4非同轴设置，软轴连接件104也就不会对穿过中空腔体40的线缆或构件造成阻碍，利于使整个轻型减速器结构紧凑，使整个轻型减速器轻量化；从而，本实施例中的轻型减速器更适用于结构高度集成的机器人领域，如四足机器人或协作机器人(桌面小型机械手臂)中。
76.更进一步的，中空腔体40两端的内壁上均设置滚针轴承46，可将穿过中空腔体40的部件或线缆固定在滚针轴承46上，从而避免对偏心轴4的转动产生干涉，也避免构件或者线缆发生磨损。
77.本实施例的轻型减速器具有轻量化、结构紧凑的特点，且装配方便，其中第一壳体1可固定不动，而传动部件均可转动地设置在第一壳体1中，特别是装配到工业机器人中的步骤较为方便简洁，布线方便，有效减小线缆被刮擦或磨损的风险。同时，在齿轮啮合过程中，齿圈2的外齿与第一壳体1的内齿的啮合会使得齿圈2的柔性变形是受控的，而且在这种受控的变形状态下，弹性齿圈2内齿与偏心齿轮的包容角可达到80
°
，达到高扭转刚度的目的；通过调整中心齿轮6的齿数对可实现同一外包络尺寸下的多种速比；该轻型减速器化具有高精度、高扭转刚度的特点且能够适用于多种速比的工况，具有较大的设计自由度。
78.本实施例还公开一种人形机器人，其关节采用上述的轻型减速器。具体地，该人形机器人的肘关节或腕关节采用上述的轻型减速器。该人形机器人还包括为轻型减速器输入动力的电机，电机通过软轴和轻型减速器的软轴连接件104连接，电机设置于机器人的躯干
部位。也就是说，电机可以不必设置在肘关节或腕关节上，而是设置在空间较大的躯干部位上，这利于机器人手臂部分的小型化、轻型化及紧凑性。
79.如本说明书和权利要求书中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
80.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，可参考附图5。
81.进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
82.进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
83.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种轻型减速器，包括第一壳体和输出法兰，其特征在于，所述第一壳体上设有第一内齿；所述减速器还包括：齿圈，其能够弹性变形，所述齿圈具有第一外齿和第二内齿，所述齿圈设置于所述第一壳体内且所述第一外齿和所述第一内齿啮合；第一谐波刚齿轮；第二谐波刚齿轮，其与所述第一谐波刚齿轮结构及规格相同；偏心轴，其用于带动所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮转动，所述偏心轴上开设有中空腔体，所述中空腔体沿轴向贯通所述偏心轴而具有开放的两端；所述偏心轴具有第一轴段、第二轴段和输入轴段，所述第一轴段、所述第二轴段以及所述输入轴段偏心设置，所述输入轴段具有第一轴心线，所述第一轴段具有第二轴心线，所述第三轴段具有第三轴心线，所述第一轴心线、所述第二轴心线及第三轴心线相互平行，所述第二轴心线和所述第三轴心线分别位于所述第一轴心线的上下两侧，且距离所述第一轴心线的距离相等；所述第一谐波刚齿轮转动设置于所述第一轴段上，所述第二谐波刚齿轮转动设置于所述第二轴段上；中心齿轮，其设置于所述输入轴段上，用于输入动力而带动所述偏心轴转动；其中，所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮均具有能够和所述第二内齿相互啮合的第二外齿，所述第一谐波刚齿轮与所述齿圈具有第一啮合处，所述第二谐波刚齿轮与所述齿圈具有第二啮合处，所述第一啮合处和所述第二啮合处分别位于所述齿圈的上、下两侧；所述输出法兰可转动地设置于所述第一壳体内，所述输出法兰和所述第一谐波刚齿轮及所述第二谐波刚齿轮连接。2.根据权利要求1所述的轻型减速器，其特征在于，所述轻型减速器还包括软轴连接件，其用于通过软轴和电机的输出轴连接，所述软轴连接件和所述中心齿轮啮合，所述软轴连接件具有可供所述软轴的端部插入的软轴接口。3.根据权利要求2所述的轻型减速器，其特征在于，所述轻型减速器还包括第二壳体，所述第二壳体和所述第一壳体固定连接，所述输入轴段穿过所述第二壳体且二者之间设置有轴承，所述软轴连接件可转动地设置于所述第二壳体上。4.根据权利要求3所述的轻型减速器，其特征在于，所述软轴连接件插入所述第二壳体中，所述软轴连接件和所述第二壳体之间设置有轴承，所述软轴接口设置于所述软轴连接件的端部并自所述第二壳体中露出。5.根据权利要求2至4任一项所述的轻型减速器，其特征在于，所述软轴连接件的转动轴心线和所述输入轴段的轴心线平行且不重合，所述软轴连接件位于所述输入轴段的外侧。6.根据权利要求1所述的轻型减速器，其特征在于，所述中心齿轮紧密套设在所述输入轴段上，对所述中心齿轮加热处理后套于所述输入轴段上。7.根据权利要求1所述的轻型减速器，其特征在于，所述轻型减速器还包括至少两个滚针轴承，两个所述滚针轴承间隔地设置于所述中空腔体的内壁上。8.根据权利要求1所述的轻型减速器，其特征在于，所述偏心轴还具有第三轴段，所述输出法兰套设于所述第三轴段上且二者之间设置有轴承；所述输出法兰和所述第一壳体之
间设置有轴承；和/或，所述轻型减速器还包括电机端法兰，所述电机端法兰和所述输出法兰相对设置且相互连接，所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮设置于所述电机端法兰和所述输出法兰之间，所述电机端法兰可转动地设置于所述第一壳体中且二者之间设置有轴承，所述偏心轴还具有第四轴段，所述电机端法兰套设于所述第四轴段上且二者之间设置有轴承。9.根据权利要求8所述的轻型减速器，其特征在于，所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮分别具有通孔，所述输出法兰和所述电机端法兰通过螺栓连接，且所述螺栓穿过所述第一谐波刚齿轮和所述第二谐波刚齿轮的所述通孔，且所述通孔的孔径大于所述螺栓的外径。10.一种人形机器人，包括肘关节或腕关节，其特征在于，所述肘关节或腕关节采用如权利要求1至9任一项所述的轻型减速器；所述人形机器人还包括电机，所述电机通过软轴和所述轻型减速器的软轴连接件连接，所述电机设置于所述机器人的躯干部位。

技术总结
本发明公开了一种轻型减速器及人形机器人。该轻型减速器包括：齿圈，其能够弹性变形，齿圈设置于第一壳体内相啮合；偏心轴，其用于带动第一谐波刚齿轮和第二谐波刚齿轮转动，偏心轴上开设有中空腔体，中空腔体沿轴向贯通偏心轴而具有开放的两端；中心齿轮，其用于带动偏心轴转动；软轴连接件，其用于通过软轴和电机的输出轴连接，软轴连接件和中心齿轮啮合，软轴连接件具有可供所述软轴的端部插入的软轴接口；第一谐波刚齿轮和第二谐波刚齿轮均具有能够和齿圈相互啮合的第二外齿；输出法兰可转动地设置于第一壳体内，输出法兰和第一谐波刚齿轮及第二谐波刚齿轮连接。本发明的轻型减速器结构紧凑，而且具有较高的精度和稳定性，承载能力强。承载能力强。承载能力强。


技术研发人员：金正已 胡牧原 张一雨
受保护的技术使用者：柔昊精密科技（苏州）有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/9/9