CN101772657B - 齿轮装置及使用齿轮装置的工业机器人的转动部结构 - Google Patents

Abstract

机器人的转动部结构具有转动部，通过减小用于该结构的齿轮装置的尺寸实现转动部的低重心和稳定性。齿轮装置包括：固定到马达的输出轴上的输入齿轮；内齿轮；在围绕内齿轮的中心轴线公转且与内齿轮啮合的同时自转的外齿轮；可旋转地支承在内齿轮内且适于伴随着外齿轮的自转而绕内齿轮的中心轴线旋转的行星架；由行星架可旋转地支承且适于促使外齿轮围绕内齿轮的中心轴线公转的多个曲轴；每一个都设置在各曲轴的中央部上的传动齿轮；与曲轴的传动齿轮啮合的圆柱齿轮，转动从输入齿轮传递给圆柱齿轮，圆柱齿轮设置在经过各曲轴的旋转中心的假想线的径向内侧上且由行星架可旋转地支承，输入齿轮和圆柱齿轮在行星架的轴向中央部相互啮合。

Description

齿轮装置及使用齿轮装置的工业机器人的转动部结构

技术领域

本发明涉及一种例如在工业机器人的转动部中使用的齿轮装置。

背景技术

例如，以下专利文献1中描述的是一种已知的工业机器人的常规转动部结构。

专利文献：JP-A-9-57678

工业机器人的该转动部结构包括：固定部件；旋转部件；偏心差动型减速齿轮，其设置在固定部件与旋转部件之间，具有多个曲轴，减小施加到曲轴上的旋转驱动力的速度，并且将其传递给旋转部件以便使旋转部件旋转；安装在旋转部件上的马达；固定到马达的输出轴上的第一传递构件；固定到特定的一个曲轴上，且适于直接从第一传递构件上接收旋转驱动力，以便使特定的曲轴旋转的第二传递构件；圆柱齿轮，其通过接收来自于第二传递构件的旋转驱动力而旋转；以及，外齿轮，其固定到除特定曲轴外的曲轴上，且适于与圆柱齿轮啮合，从而使曲轴旋转。

发明内容

在利用工业机器人的这种常规转动部结构的情况下，由于来自马达的驱动力只传递给特定的曲轴，故只有该特定曲轴朝旋转部件侧伸长，且来自于马达的驱动力经由齿轮或滑轮传递给曲轴的远端部。为此，马达的位置与减速齿轮间隔开，且使得马达在旋转部件上的安装位置很高。因此，旋转部件的重心变得很高，这对于机器人的转动部而言并非为所期望的。

此外，由于特定曲轴与余下的曲轴之间的形状有差别，故需要两种曲轴，使得零部件的数目较多，从而导致较高的成本。

本发明的一个目的在于，提供一种稳定的转动部结构，其中，通过使齿轮装置紧凑并将其用于机器人的转动部结构来使旋转部件的重心降低。

解决问题的手段

根据本发明的第一方面的齿轮装置，包括：固定到马达的输出轴上且设置成与中心轴线间隔开的输入齿轮；内齿轮；在围绕内齿轮的中心轴线公转且与内齿轮啮合的同时自转的外齿轮；可旋转地支承在内齿轮内，且适于伴随着外齿轮的自转而绕内齿轮的中心轴线旋转的行星架；由行星架可旋转地支承，且适于促使外齿轮围绕内齿轮的中心轴线公转的多个曲轴；每一个都设置在各曲轴的中央部上的传动齿轮；以及与曲轴的传动齿轮啮合的圆柱齿轮，且转动从输入齿轮传递给圆柱齿轮，其中，圆柱齿轮设置在经过各曲轴的旋转中心的假想线的径向内侧上，且由行星架可旋转地支承，以及，其中输入齿轮和圆柱齿轮设置在行星架的轴向中央部中，且转动从输入齿轮传递给圆柱齿轮。

此外，作为本发明的第二方面，由行星架可旋转地支承的中间齿轮设置成与输入齿轮和圆柱齿轮啮合。

此外，作为本发明的第三方面，中间齿轮由固定到行星架上的轴和设置成可围绕轴旋转的齿轮构成。

此外，作为本发明的第四方面，在输入齿轮与行星架之间设置有油封件。

此外，作为本发明的第五方面，在圆柱齿轮内侧设置有保护筒，该保护筒的两端固定到行星架上。

此外，作为本发明的第六方面，凹部形成在外齿轮的对置表面侧上，而圆柱齿轮容纳在由凹部所围绕的空间中。

此外，作为本发明的第七方面，工业机器人的转动部结构包括：通过齿轮装置可相对旋转地连接到彼此上的固定部件和旋转部件；以及，马达用于通过齿轮装置来使固定部件和旋转部件相对地旋转，其中，马达在偏离相对旋转的旋转中心的位置处固定到旋转部件上，齿轮装置的内齿轮固定到固定部件上，且齿轮装置的行星架固定到旋转部件上。

本发明的优点

根据本发明的第一方面，由于固定到马达的输出轴上的输入齿轮为进入齿轮装置的轴向中央部的形式，故整个齿轮装置可制造成很紧凑。

根据本发明的第二方面，由于马达的输出轴可进一步沿径向向外偏移，故齿轮装置可制造成使得中心孔可制作得甚至更大。

根据本发明的第三方面，可制造出便宜的中间齿轮的支承结构。

根据本发明的第四方面，可以防止润滑剂从齿轮装置进入马达侧。

根据本发明的第五方面，可以防止润滑剂进入设置在齿轮装置中的中空孔中。

根据本发明的第六方面，整个齿轮装置可制造成很紧凑。

根据本发明的第七方面，可以提供稳定的转动部结构，其中的旋转部件紧凑且重心较低。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施例的截面图；

图2为沿图1中的A-A截取的截面图；

图3为沿图2中的B-B截取的截面图；

图4为示出输入齿轮、中间齿轮、圆柱齿轮和曲轴的传动齿轮之间的啮合关系的示图；

图5为根据本发明的齿轮装置应用于工业机器人的转动部结构的示图；以及

图6为根据本发明的第二实施例的截面图。

参考标号和标记的描述

100，200：齿轮装置

1：马达

2，202：输入齿轮

4，204：内齿轮

5，205：外齿轮

6，206：行星架

7，207：曲轴

15，215：传动齿轮

20，220：圆柱齿轮

23，223：油封件

40，240：保护筒

50，250：中间齿轮

具体实施方式

(第一实施例)

现在参看附图，将给出对本发明的第一实施例的描述。

在图1至图5中，偏心摇动型齿轮装置100包括：固定到马达1(见图5)的输出轴上且设置成与中心轴线间隔开的输入齿轮2；具有由多个销3组成的内齿的内齿轮4；在围绕内齿轮4的中心轴线公转且与内齿轮4啮合的同时自转的两个外齿轮5；通过一对径向止推滚珠轴承11可旋转地支承在内齿轮4内且适于伴随着外齿轮5的自转而绕内齿轮4的中心轴线旋转的行星架6；分别由行星架6通过一对圆锥滚子轴承12可旋转地支承，且具有分别容纳在形成于外齿轮5中的通孔中的一对曲柄部7a的多个曲轴7，多个曲轴7适于促使外齿轮5围绕内齿轮4的中心轴线公转；分别设置在各曲轴7的成对的曲柄部7a之间的中央部(轴向中央部)上的传动齿轮15；以及，与相应的曲轴7的传动齿轮15啮合的圆柱齿轮20，且转动从输入齿轮2传递给圆柱齿轮20。

一对端板部6X和6Y以夹住外齿轮5的方式构成行星架6。多个(六个)柱部8一体地形成在一个端板部6X上，柱部8的端部分别插入形成在另一端板部6Y中的孔9中，且由螺栓10固定，以便构成行星架6。

各外齿轮5的齿数略少于(少一个至五个)内齿轮4的内齿数。在该实施例中，外齿轮5的齿数比内齿轮4的内齿数少一个。通孔17和多个通孔18沿外齿轮5的轴向以与中心径向地间隔开的方式形成在各外齿轮5中。输入齿轮2松配合到通孔17中，而相应的柱部8松配合到相应的通孔18中。

三个曲轴通过与内齿轮4的中心径向地间隔开来设置为曲轴7。中空孔29和31形成在成对的端板部6X和6Y和外齿轮5的相应的中央部(径向中央部)中。由钢材料形成的保护筒40松配合到外齿轮5的中空孔31中，且安装到行星架6的中空孔29中，而O形圈夹在其间。单个圆柱齿轮20设置在经过各曲轴7的旋转中心的假想线的径向内侧上，且该圆柱齿轮与相应的曲轴的传动齿轮15啮合，其内周由保护筒40借助于圆柱滚子轴承21可旋转地支承。因此，圆柱齿轮20由行星架6通过圆柱滚子轴承21和保护筒40来可旋转地支承。应当注意到的是，外齿轮5的中空孔31为阶梯状的中空孔，其分别由大直径部31a和小直径部31b构成，使得大直径部31a所形成的凹部以彼此面对的方式形成在成对的外齿轮5的对置表面侧上。圆柱齿轮20容纳在由这些凹部所围绕的空间中。在该实施例中，尽管圆柱齿轮20形成为具有大于传动齿轮15的壁厚，但当圆柱齿轮20容纳在由形成在外齿轮5上的两个凹部所围绕的空间中时，外齿轮5之间的轴向距离可缩短到只有传动齿轮15的高度方向部分，这促成了减速齿轮制造成在轴向上较短的这一事实。

该对端板部中的一个端板部6Y具有形成在其上的突出部14，突出部14松配合在外齿轮5的通孔17中。这里，在一个端板部6Y侧上的外齿轮5中的通孔17形成为大于另一端板部6X侧上的外齿轮5中的通孔17，且从一个端板部6Y突出的突出部14松配合在该通孔17中。通孔19形成在另一个端板部6X中。输入齿轮2具有外侧齿轮24，且插入通孔19和通孔17中，而其远端部通过壳型滚针轴承16可旋转地支承在形成于突出部14中的孔22中。当输入齿轮2(即，其用作马达的输出齿轮)的远端部由轴承支承时，可以确定输入齿轮2(马达的输出齿轮)所固定的马达的输出轴和与此啮合的齿轮之间的中心距离。因此，就不必为了安装马达而单独地提供旋转相位调整销。

油封件23设置在输入齿轮2的外周与行星架之间。转动从马达1(见图5)传递给输入齿轮2的位于油封件23侧的输入端部。

中间齿轮50具有正齿轮本体51、固定轴52及圆柱滚子轴承53，且设置成以与中心径向间隔开的方式沿在外齿轮5的轴向穿过形成在外齿轮5中的通孔44。固定轴52的两端在与内齿轮4中心径向间隔开的位置处固定在形成于行星架6中的孔54中。正齿轮本体51由固定轴52通过圆柱滚子轴承53可旋转地支承。因此，中间齿轮50由行星架6可旋转地支承，同时与圆柱齿轮20和输入齿轮2啮合。一对油封件30分别设置在行星架6两端的每一个的外周与内齿轮4两端的每一个的内周之间。

图4为示出输入齿轮2、中间齿轮50、圆柱齿轮20和曲轴的传动齿轮之间的啮合关系的示图。

在图5中，工业机器人的转动部结构200包括：通过齿轮装置100可相对旋转地连接到彼此上的固定部件300和旋转部件400；以及用于通过齿轮装置100使固定部件300和旋转部件400相对地旋转的马达1。马达1在偏离相对旋转的旋转中心的位置处固定在旋转部件400的凹部中，齿轮装置100的内齿轮4通过螺栓301固定到固定部件300上，而齿轮装置100的行星架6通过螺栓401固定到旋转部件400上。

诸如电线、线缆、信号线和管路的配线500穿过形成在旋转部件400中的孔402、汽缸40的中空孔和行星架6的中空孔29的内部。如果穿过这些的内部的构件优选为不旋转，则优选的是将行星架6固定，且从内齿轮4上取得减速旋转。

接下来，将给出根据第一实施例的操作的描述。将简要地描述齿轮装置100的减速操作。

在行星架6固定的情况下，当转动从马达1传递给输入齿轮2时，中间齿轮50的正齿轮本体51和圆柱齿轮20旋转。圆柱齿轮20的转动传递给曲轴7的传动齿轮15，而曲轴7促使外齿轮5进行相对于内齿轮4的偏心振动运动。由于外齿轮5与内齿轮4啮合的原因，内齿轮4输出减速旋转。在内齿轮4固定的情况下，行星架6输出减速旋转。

这里，整个齿轮装置可制造成很紧凑，因为圆柱齿轮20设置在经过各曲轴7的旋转中心的假想线的径向内侧上，且由行星架6可旋转地支承，即因为固定到马达1的输出轴上的输出齿轮2为进入齿轮装置100的轴向中心部的形式。

此外，由于中间齿轮50由行星架6可旋转地支承，以便与输入齿轮2和圆柱齿轮20啮合，故输出轴可进一步沿径向向外偏移，以便齿轮装置可制造成使得中心孔可制造得甚至更大。

此外，由于中间齿轮50由固定到行星架6上的固定轴52和围绕固定轴52可旋转地设置的齿轮本体51构成，故可制造出很便宜的中间齿轮50的支承结构。

此外，由于油封件23设置在输入齿轮2与行星架6之间，故可以防止润滑剂从齿轮装置100进入马达1侧。

此外，由于其两端固定到行星架6上的保护筒40设置在圆柱齿轮20内，故可以防止润滑剂进入设置在齿轮装置100的中空孔29中。

此外，马达1在偏离相对旋转的旋转中心的位置处固定到旋转部件400上，齿轮装置100的内齿轮4固定到固定部件300上，而齿轮装置100的行星架6固定到旋转部件400上。因此，可获得稳定的转动部结构，其中旋转部件400较为紧凑，且重心较低。

(第二实施例)

接下来，将参照附图来给出本发明的第二实施例的描述。

在图6中，偏心摇动型齿轮装置200具有的形式在于，省略了根据第一实施例的齿轮装置100的中间齿轮50，而除此之外，其构造与根据第一实施例的齿轮装置大致相同。

即偏心摇动型齿轮装置200包括输入齿轮(马达输出齿轮)202；具有由多个销201构成的内齿的内齿轮204；在围绕内齿轮204的中心轴线公转且与内齿轮204啮合的同时自转的两个外齿轮205；通过一对径向止推滚珠轴承211可旋转地支承在内齿轮204内且适于伴随着外齿轮205的自转而绕内齿轮204的中心轴线旋转的行星架206；由行星架206可旋转地支承，且适于促使外齿轮205围绕内齿轮204的中心轴线公转的多个曲轴；分别设置在各曲轴的中央部上的传动齿轮；以及，与相应的曲轴的传动齿轮啮合，且还与输入齿轮202啮合来容许将转动传递至其上的圆柱齿轮220。

输入齿轮202具有与圆柱齿轮220啮合的外侧齿轮224，且插入行星架206和外齿轮205中，而其远端部由行星架206Y通过壳型滚针轴承216可旋转地支承，同时其输入侧端部由行星架206X通过径向滚珠轴承217可旋转地支承。

尽管转动从马达传递给了输入齿轮202的输入端部，但由于输入齿轮202的两端如此受到支承，故可以将滑轮固定到该输入端部上，并通过皮带来将转动从马达传递给该滑轮。

接下来，将给出根据第二实施例的操作的描述。齿轮装置200所具有的形式为，可省略设置在根据第一实施例的齿轮装置100中的中间齿轮50来使圆柱齿轮220旋转，以便以少量零部件来制造便宜的齿轮装置。

尽管上文已经通过实施例来描述了本发明，但本发明并不限于此，且在本发明的技术原理的范围内的各种改进是可能的。例如，尽管传动齿轮15和圆柱齿轮20的设置方式使得它们由两个外齿轮5夹住，但这些齿轮可以以使它们由外齿轮5和一对端板部6中的一个夹住的方式设置。此外，实施例中的轴承形式是示例性的，且并不限于此。

工业实用性

本发明可用于所有行业中使用的偏心摇动型齿轮装置。具体而言，本发明理想的是适于工业机器人的关节部、转台设备和机床的自动工具替换设备中使用的偏心摇动型齿轮装置。

Claims (7)

1.一种齿轮装置，包括：

输入齿轮，所述输入齿轮固定到马达的输出轴上且设置成与中心轴线间隔开；

内齿轮；

外齿轮，所述外齿轮在绕所述内齿轮的中心轴线公转且与所述内齿轮啮合的同时自转；

行星架，所述行星架可旋转地支承在所述内齿轮内，且适于伴随着所述外齿轮的自转而绕所述内齿轮的中心轴线旋转；

多个曲轴，所述多个曲轴由所述行星架可旋转地支承，且适于促使所述外齿轮绕所述内齿轮的中心轴线公转；

传动齿轮，每一个传动齿轮设置在每一个曲轴的中央部上；以及

圆柱齿轮，所述圆柱齿轮与所述曲轴的传动齿轮啮合，且从所述输入齿轮将转动传递给所述圆柱齿轮，

其中，所述圆柱齿轮位于经过每一个曲轴的旋转中心的假想线的径向内侧上，且由所述行星架可旋转地支承，并且

其中，所述输入齿轮和所述圆柱齿轮设置在所述行星架的轴向中央部中，并且所述转动从所述输入齿轮传递给所述圆柱齿轮。

2.根据权利要求1所述的齿轮装置，其中，由所述行星架可旋转地支承的中间齿轮设置成与所述输入齿轮及所述圆柱齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的齿轮装置，其中，所述中间齿轮由固定到所述行星架上的轴和设置成可绕所述轴旋转的齿轮构成。

4.根据权利要求1所述的齿轮装置，其中，在所述输入齿轮与所述行星架之间设置油封件。

5.根据权利要求1所述的齿轮装置，其中，在所述圆柱齿轮内部设置保护筒，所述保护筒的两端均固定到所述行星架上。

6.根据权利要求1所述的齿轮装置，其中，在所述外齿轮的对置表面侧上形成凹部，并且所述圆柱齿轮容纳在由所述凹部围绕的空间中。

7.一种使用根据权利要求1所述的齿轮装置的工业机器人的转动部结构，包括：

固定部件和旋转部件，所述固定部件和所述旋转部件通过所述齿轮装置以可相对旋转的方式彼此连接；并且

所述马达用于通过所述齿轮装置来使所述固定部件和所述旋转部件相对旋转，

其中，所述马达在偏离所述相对旋转的旋转中心的位置处固定到所述旋转部件上，所述齿轮装置的内齿轮固定到所述固定部件上，且所述齿轮装置的行星架固定到所述旋转部件上。

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