CN101939561A

CN101939561A - 齿轮传动装置

Info

Publication number: CN101939561A
Application number: CN2009801042973A
Authority: CN
Inventors: 三好洋之; 村木茂久
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: US20110028259A1; CN101939561B; EP2246591A4; JPWO2009098945A1; JP5409397B2; US8353798B2; EP2246591B1; WO2009098945A1; EP2246591A1

Abstract

本发明提供一种齿轮传动装置，用其可以使多关节机器人的组装变得易于进行。所述齿轮传动装置包括：内齿轮部件，其内周形成有内齿轮；支座，其不仅以与内齿轮轴线同轴的方式设置，还以可转动的方式支承在内齿轮部件上；外齿轮，其不仅以可以偏心转动的方式支承在支座上，还与内齿轮啮合；第1轴，其不仅沿内齿轮轴线延伸并贯穿支座，还以可转动的方式支承在支座上，用来将输入其一侧端部的扭矩传递给另一侧端部。

Description

齿轮传动装置

技术领域

本申请要求申请日为2008年02月07日的日本发明专利申请第2008-28068号的优先权，本说明书参照并援引上述申请的所有内容。本发明涉及一种齿轮传动装置，尤其涉及一种适用于驱动多关节机器人的关节的齿轮传动装置。

背景技术

在日本发明专利公开公报H1-169154号(专利文献1)中，公开了一种适用于驱动多关节机器人的关节的齿轮传动装置。专利文献1所述的齿轮传动装置包括内齿轮部件和支座。在内齿轮部件的内周形成有内齿轮。支座以轴线与内齿轮轴线同轴的方式设置，并以可转动的方式支承在内齿轮部件上。与内齿轮啮合的外齿轮以可以偏心转动的方式支承在支座上。内齿轮齿数和外齿轮齿数不同。外齿轮在与内齿轮啮合的状态下围绕内齿轮轴线作偏心转动。此时，根据外齿轮和内齿轮的齿数差，外齿轮与内齿轮相对转动。当外齿轮与内齿轮相对转动时，支承外齿轮的支座会与内齿轮相对转动。所述齿轮传动装置的减速比对应于外齿轮和内齿轮齿数差。

专利文献1所述的齿轮传动装置用来驱动多关节机器人的关节。即，相对于比所述关节还靠近机器人基部侧的部件而言，专利文献1所述的齿轮传动装置会转动比所述关节还靠近机器人顶端侧的部件。在多关节机器人中，从其基部到顶端设置有多个关节。为了驱动关节会用到电机，当在各个关节附近都设置电机时，机器人的顶端会变得较重。因此，人们会采用下述结构，即，尽量将电机设置在离机器人基部近的位置上，再用轴等扭矩传递部件连接电机和关节。

在专利文献1所述的齿轮传动装置中，沿着内齿轮的轴线设置有贯穿支座的通孔。在该通孔中插入轴，通过轴，将设置在比齿轮传动装置还靠近机器人基部侧的电机的扭矩向比所述齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的关节传递。即，将用来驱动比所述齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的关节的电机，设置在比所述齿轮传动装置还靠近机器人基部侧的位置，由此可减轻机器人顶端的重量。

使用专利文献1所述的齿轮传动装置组装多关节机器人时，需要同时进行下述2项作业，即，在贯穿支座的轴的一个端部卡合该轴和电机输出轴的作业，和在轴的另一端部卡合该轴和比所述齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的关节(或是包含该关节的齿轮传动装置)的作业。即，在将轴组装到多关节机器人上时，轴两端的作业必须同时进行。或者必须在使轴卡合在机器人顶端侧的关节上的状态下使该轴插入支座的通孔中，之后再进行卡合轴和电机的作业。由于此时轴处于贯穿齿轮传动装置的状态，所以需要在齿轮传动装置的两侧进行作业，作业较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种齿轮传动装置，采用本说明书所公开的技术用于解决上述技术问题，使多关节机器人的组装变得容易进行。

本说明书公开的齿轮传动装置包括：内齿轮部件，其内周形成有内齿轮；支座，其不仅以与内齿轮轴线同轴的方式设置，还以可转动的方式支承在内齿轮部件上；外齿轮，其不仅以可以偏心转动的方式支承在支座上，还与内齿轮啮合。在支座上形成有沿内齿轮轴线延伸的通孔。本说明书所公开的齿轮传动装置不仅在支座上设置通孔，还包括既贯穿支座又以可转动的方式支承在该支座上的第1轴。输入给第1轴一个端部的驱动扭矩会传递给另一端部。即，在将本说明书所公开的齿轮传动装置组装到机器人上之前就具有贯穿支座，用于传递驱动扭矩的第1轴。在将齿轮传动装置组装到机器人臂上时第1轴相对于臂的位置就已确定。因此能单独进行下述2项作业，即，使第1轴的一个端部(位于机器人基部侧的端部)与电机卡合的作业和使第1轴的另一端部与比所述齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的关节卡合的作业。这样多关节机器人的组装就变得易于进行。

有时在比所述齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的位置上设置2个关节。此时，优选齿轮传动装置包括与第1轴同轴并贯穿其内侧的第2轴。采用具有上述结构的齿轮传动装置时，可在比所述齿轮传动装置还靠近机器人基部侧的位置上设置2个电机。由2个电机输出的扭矩会传递给比齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的2个关节。用该齿轮传动装置可以高效率地组装这种多关节机器人，即在该多关节机器人的比齿轮传动装置还靠近机器人顶端侧的位置上设置有2个关节的多关节机器人。

当第2轴贯穿第1轴的内侧时，第2轴会被包在第1轴中。因此，难以使电机或关节与第2轴卡合。若第2轴的长度大于第1轴的长度，可使第2轴从第1轴的端面突出出来。由此可以使电机或关节易于与第2轴卡合。多关节机器人的组装变得更容易进行。

优选将本说明书公开的齿轮传动装置用于在前臂的顶端连接有手腕的多关节机器人。即，优选将本说明书公开的齿轮传动装置组装在多关节机器人的前臂上，所述齿轮传动装置可使手腕围绕前臂轴线转动。在第1轴和第2轴的位于机器人基部侧的端部固定有用来与电机卡合的齿轮，在第1轴和第2轴的位于顶端侧的端部以可拆下的方式连接有驱动轴，其用来将扭矩传递给前臂之前的关节。如果使用该齿轮传动装置可以单独进行下述2项作业，即，将用来驱动腕关节的2个驱动轴与第1、第2轴卡合的作业以及将用来向腕关节传递扭矩的2个驱动轴与第1、第2轴卡合的作业。

【发明效果】

采用本说明书所公开的技术时，可以提供使多关节机器人的组装易于进行的齿轮传动装置。

附图说明

图1是表示多关节机器人的示意图。

图2是表示第1实施例中的齿轮传动装置的剖面图。

图3是表示沿图2中的剖切线III-III剖切的剖面图。

图4是表示沿图2中的剖切线IV-IV剖切的剖面图。

图5是说明第1实施例中的齿轮传动装置的组装作业的示意图。

图6是表示第2实施例中的齿轮传动装置的剖面图。

具体实施方式

在说明实施例之前，将每个实施例中的若干技术特征简要地记述如下。另外，主要技术特征包含在每个实施例的说明中。

(第1技术特征)支座包括一对支承部件和沿着内齿轮轴线延伸的柱状部，一对支承部件通过柱状部互相连接。

(第2技术特征)支座上形成有沿着内齿轮轴线延伸的第1通孔，第1轴位于第1通孔内，以可转动的方式支承在支座上。

(第3技术特征)外齿轮上形成有第2通孔和第3通孔。曲轴的偏心体与第2通孔嵌合，支座的柱状部以间隙配合的方式与第3通孔嵌合。

(第4技术特征)第1轴上形成有与自身轴线同轴的第4通孔，第2轴位于第4通孔内，以可转动的方式支承在第1轴上。

【第1实施例】

图1是表示组装有齿轮传动装置16的多关节机器人100的示意图，图2是表示齿轮传动装置16的剖面图，图3是表示沿图2中的剖切线III-III剖切的剖面图。图4是表示沿图2中的剖切线IV-IV剖切的剖面图。而且，为使附图更清楚，在剖面图中，省略了一部分部件的剖面线。

首先说明多关节机器人100。多关节机器人100包括：基部侧臂(上臂)6，其可与基部相对转动；顶端侧臂(前臂)18，其可以与基部侧臂6相对转动。多关节机器人100还包括卡爪23等部件。多关节机器人100还包括6个关节2、4、8、16、20和22。各个关节上都组装有齿轮传动装置。电机扭矩经齿轮传动装置而增大以用来驱动各个关节。在下面的说明中，有时也用表示某个关节包括的齿轮传动装置的符号来表示该关节的标记。例如，将组装在关节2中的齿轮传动装置表示为“齿轮传动装置2”。有时将关节20和22合起来叫作手腕21。

齿轮传动装置2可使整个多关节机器人100围绕轴线CL1与基部相对转动。齿轮传动装置4可使基部侧臂6围绕轴线CL2转动。齿轮传动装置8可使顶端侧臂18围绕轴线CL3转动。齿轮传动装置16可使手腕21围绕轴线CL4转动。齿轮传动装置20可使卡爪23围绕轴线CL5转动。齿轮传动装置22可使卡爪23围绕轴线CL6转动。另外，当手腕21在齿轮传动装置16的作用下围绕轴线CL4转动时，顶端侧臂18的臂部18a会和手腕21一起围绕轴线CL4转动。

电机14将扭矩传递给齿轮传动装置16。电机12将扭矩传递给齿轮传动装置22。电机10将扭矩传递给齿轮传动装置20。电机10和12分别设置在位于离开齿轮传动装置20和22的位置。更具体地讲，电机10和12设置在比齿轮传动装置16还靠近基部侧的位置，用来向比齿轮传动装置16还靠近顶端侧的齿轮传动装置20和齿轮传动装置22传递扭矩。具体情况将在后面进行描述，电机10和12经贯穿齿轮传动装置16内部的轴将扭矩传递给齿轮传动装置20和22。另外，在图1中，省略图示了用来驱动齿轮传动装置2、4、8的电机。

下面要详细说明的齿轮传动装置16组装在顶端侧臂18的基座部18b和臂部18a之间，可以使手腕21围绕顶端侧臂18的轴线转动。其他齿轮传动装置2、4、8、20和22也可以和齿轮传动装置16具有相同的结构。另外，顶端侧臂18的基座部18b组装在齿轮传动装置8的输出侧。

如图2所示，齿轮传动装置16包括内齿轮部件76和支座。在内齿轮部件76的内周设置有内齿销42。多个内齿销42设置在内齿轮部件76的内周而形成内齿轮(参照图3)。支座包括一对互相面对着的支承部件32X、32Y和沿着内齿轮轴线CL4延伸的柱状部77。支承部件32X、32Y通过柱状部77互相连接。具体地讲，支承部件32X与柱状部77形成一体，支承部件32Y和柱状部77通过螺栓72固定在一起。在下面的说明中，有时将一对支承部件32X、32Y和柱状部77合起来叫作支座32。

支座32通过一对角接触球轴承74以可转动的方式支承在内齿轮部件76上。支座32以与内齿轮轴线CL4同轴的方式设置。在支承部件32X、32Y上分别形成有通孔(第1通孔)51X、51Y。第1通孔51X、51Y以与内齿轮轴线CL4同轴的方式形成。在下面的说明中，有时将第1通孔51X和第1通孔51Y合起来叫作第1通孔51。

支座32用来支承曲轴48和外齿轮40。曲轴48设置在一对支承部件32X、32Y之间，通过一对圆锥滚子轴承36以可以转动的方式支承在支座32上。曲轴48沿着内齿轮轴线CL4延伸。在曲轴48上固定有偏心体46和输入齿轮30。另外，输入齿轮30与固定在电机14的输出轴25上的齿轮26啮合(也可参照图4)。即，曲轴48在偏离从轴线CL4而朝向半径方向的位置上会起到齿轮传动装置16的输入轴的作用。

如图4所示，输入齿轮30的齿数比电机齿轮26齿数多。因此，电机14的输出轴25的转动被齿轮26、30减速后再传递给曲轴48。当曲轴48转动时，偏心体46会围绕曲轴48的轴线作偏心转动。

如图2、图3所示，外齿轮40被围在内齿轮部件76之中，其与内齿轮(内齿销42)啮合。在外齿轮40上形成有通孔(第2通孔)102、116。曲轴48的偏心体46经滚针轴承38与第2通孔102嵌合。包括上述曲轴48在内，辅助曲轴122以可以转动的方式支承在一对支承部件32X、32Y之间(参照图4)。在辅助曲轴122上固定有偏心体112。辅助曲轴122的偏心体112经滚针轴承114与第2通孔116嵌合。当曲轴48转动时，偏心体46就会围绕曲轴48的轴线作偏心转动。同样，当辅助曲轴122转动时，偏心体112会围绕辅助曲轴122的轴线作偏心转动。因此，外齿轮40会伴随着曲轴48的转动，在保持与内齿轮(内齿销42)啮合的状态下围绕轴线CL4作偏心转动。当外齿轮40在作偏心转动时，根据外齿轮40的齿数和内齿轮的齿数(内齿销42的数量)之差，外齿轮40会与内齿轮部件76相对转动。

另外，如图4所示，由于在辅助曲轴122上没有固定有输入齿轮。因此，电机14的扭矩不会直接传递给辅助曲轴122。实际上辅助曲轴122不会使外齿轮40作偏心转动。曲轴48使外齿轮40作偏心转动，这样一来，伴随着外齿轮40的偏心转动，辅助曲轴122会被动转动。通过设置辅助曲轴122可稳定外齿轮40的转动平衡。换言之，辅助曲轴122与曲轴48同步转动而能使外齿轮40平稳地转动。

如图3所示，在外齿轮40上形成有通孔(第3通孔)106、110和118。支座32的柱状部77(也可参照图2)以间隙配合的方式与第3通孔嵌合。符号104、108也表示支座32的柱状部。柱状部104以间隙配合的方式与第3通孔106嵌合，柱状部108以间隙配合的方式与第3通孔110嵌合。本说明书中所谓的“以间隙配合的方式与某某嵌合”，意为“2个部件隔开一定间隔而嵌合”。即，在柱状部77、104、108和与之对应的第3通孔118、106、110之间设置有间隙。该间隙可以容许外齿轮40作偏心转动。当外齿轮40与内齿轮部件76相对转动时，伴随着外齿轮40的转动，支座32会与内齿轮部件76相对转动。

如图2所示，通过螺栓92将电机14固定在电机支承部件24上。通过螺栓28将电机支承部件24固定在支座32上。即，电机14固定在支座32上。因此，即使曲轴48产生转动，支座32也不会与电机14(电机支承部件24)相对转动。当曲轴48转动时，内齿轮部件76会与电机14相对转动。另一方面，用螺栓70将顶端侧臂18的臂部18a固定在内齿轮部件76上。当曲轴48转动时，臂部18a会与电机支承部件24相对转动。即，当曲轴48转动时，手腕21会围绕轴线CL4转动(参照图1)。另外，虽然省略了其图示，在电机支承部件24上固定有电机10和电机12。

在支承部件32X和支承部件32Y之间设置有具有通孔69的筒状部件68。通孔69则与第1通孔51(通孔51X和51Y)连通。另外，筒状部件68则贯穿形成在外齿轮40上的中心通孔120(参照图3)。在通孔51、69内设置有第1轴80。第1轴80以与内齿轮轴线CL4同轴的方式设置。第1轴80通过一对深沟球轴承66以可转动的方式支承在支座32上。另外，第1轴80从支承部件32Y的端面和内齿轮部件76的端面突出出来。

输入齿轮98通过螺栓94固定在第1轴80的端部84上。该输入齿轮98与固定在电机10(参照图1)输出轴上的电机齿轮(省略其图示)啮合。驱动轴58通过连接部件59与第1轴80的端部60连接。另外，第1轴80可以装到驱动轴58上，也可从其上拆下。驱动轴58将电机10的扭矩传递给齿轮传动装置20(参照图1)的输入轴(省略其图示)。换言之，驱动轴58将电机10的扭矩传递给比顶端侧臂18还要靠前的关节。电机10的扭矩经输入齿轮98、第1轴80以及驱动轴58传递给齿轮传动装置20的输入轴。

如上所述，由于第1轴80支承在支座32上，因此可以单独进行下述2项作业，即，使电机10与第1轴80的端部84卡合的作业(将输入齿轮98固定在端部84上的作业或者使输入齿轮98和电机10的电机齿轮啮合的作业)，和使驱动轴58与第1轴80的端部60连接的作业。这就无需进行现有技术的齿轮传动装置中的在齿轮传动装置16两侧的同步作业。与现有技术中的齿轮传动装置相比，使用齿轮传动装置16时，多关节机器人100的组装变得容易进行。

在第1轴80上形成有与轴线CL4同轴的通孔(第4通孔)86。另外，由于第1轴80以与轴线CL4同轴的方式设置，因此，可以说第4通孔86以与第1轴80的轴线同轴的方式形成。第2轴78贯穿第4通孔86，其经一对深沟球轴承62以可转动的方式支承在第1轴80上。如上所述，由于第1轴以可以转动的方式支承在支座32上，因此可以说第2轴78经第1轴80以可转动的方式支承在支座32上。输入齿轮96通过螺栓88固定在第2轴78的端部90上。驱动轴56经连接部件55与第2轴78的端部54连接。第2轴78可装到驱动轴56上，也可从其上拆下。驱动轴56将电机12的扭矩传递给齿轮传动装置22(参照图1)的输入轴。由于第2轴78以可转动的方式支承在支座32上，因此可单独进行下述2项作业，即，使电机12与第2轴78的端部90卡合的作业(将输入齿轮96固定在端部90上的作业或者使输入齿轮96和电机12的电机齿轮啮合的作业)，和使驱动轴56与第2轴78的端部54连接的作业。

如图2所示，第2轴78比第1轴80长，而且第2轴78的端部54从第1轴80的端面突出出来。因此可容易地进行连接第1轴80和驱动轴58的作业，以及连接第2轴78和驱动轴56的作业。对此参照图5进行说明。另外，只对图5中下述说明所需的零件标记符号。

如上所述，第1轴80和驱动轴58经连接部件59连接在一起。第2轴78和驱动轴56经连接部件55连接在一起。由于第2轴78设置在第4通孔86内，所以无法确认它的外观。但是，由于第2轴78的端部54从第1轴80的端面突出出来，所以很容易确认第2轴78和驱动轴56是否可靠地连接在一起。另外，可在不影响第1轴80的情况下连接第2轴78和驱动轴56。另外，如上所述，由于第1轴80从支承部件32Y的端面和内齿轮部件76的端面突出出来，所以能够很容易确认第1轴80和驱动轴58是否可靠地连接在一起。另外，可在不影响支承部件32Y或者内齿轮部件76的情况下连接第1轴80和驱动轴58。

下面说明齿轮传动装置16的其他结构。如图2所示，油封44设置在内齿轮部件76和支承部件32Y之间，油封34设置在内齿轮部件76和支承部件32X之间，油封52设置在支承部件32Y和第1轴之间，油封53设置在第1轴80和第2轴78之间。另外，端盖50、71设置在支承部件32Y的端面上，端盖50用来隔开齿轮传动装置16的外部和曲轴48，而端盖71用来隔开齿轮传动装置16的外部和螺栓72。通过4个油封44、34、52、53和端盖50、71可防止齿轮传动装置16中的润滑剂(润滑油)漏到其外部。

【第2实施例】

参照图6说明齿轮传动装置216。齿轮传动装置216是齿轮传动装置16的变型实施例，对于实质上与齿轮传动装置16相同的零件只标注相同的符号或仅后两位相同的符号而省略其说明。

用螺栓203将盖201固定在内齿轮部件76上。在盖201上形成有用来贯穿第1轴80的通孔。在盖201和第1轴80之间设置有油封252。在齿轮传动装置216中未使用齿轮传动装置16中的油封44、52和端盖50、71。用齿轮传动装置216的3个油封34、252、53和盖201可防止齿轮传动装置216中的润滑剂(润滑油)漏到其外部。即，与齿轮传动装置16相比，齿轮传动装置216可减少零件数量。另外，由于第2轴78的端部254没有从第1轴80的端面突出出来，所以与齿轮传动装置16相比，齿轮传动装置216外形上的凹凸较少，从而可以提高机器人组装作业中的安全性。

在齿轮传动装置16、216中，曲轴48都在偏离内齿轮轴线CL4的位置沿着内齿轮轴线CL4延伸。因此，外齿轮40的第2通孔102、116都沿着外齿轮40的圆周方向形成。曲轴48也可以与内齿轮轴线CL4同轴而延伸。此时，使外齿轮40的第2通孔形成在其中心即可。可去掉辅助曲轴122(参照图4)。即，可减少齿轮传动装置的零件数量。此时，在曲轴48上形成通孔并将第1轴80设置在该通孔内。

在齿轮传动装置16、216中，电机齿轮26与固定在曲轴48上的输入齿轮30直接啮合并且将电机14的扭矩传递给曲轴48。也可以在电机齿轮26和输入齿轮30之间设置齿轮，从而通过该齿轮传递扭矩。此时，优选设置在电机齿轮26和输入齿轮30之间的齿轮以可转动的方式支承在支座32上。另外，在齿轮传动装置16、216中，电机14的扭矩只直接传递给曲轴48，随着外齿轮40的偏心转动，辅助曲轴122会被动转动。但是也可以采用下述结构：使齿轮以可转动的方式支承在支座32上，再经该齿轮将电机齿轮26的全部扭矩平均传递给所有曲轴即可。齿轮传动装置的扭矩传递路径并不局限于此，可根据实施方式的不同而适当地改变。

在齿轮传动装置16、216中，支座32的第1通孔51以与内齿轮轴线CL4同轴的方式制成。但第1通孔51也可以在偏离轴线CL4的位置沿着轴线CL4延伸而形成。此时，第1轴80和第2轴78会设置在偏离轴线CL4的位置，它们都沿着轴线CL4延伸。即，轴80、78贯穿支座32的位置是可以任意设定的，其可以根据其他条件(例如曲轴的直径或曲轴的设置位置等)适当地改变。

在齿轮传动装置216中，第2轴78的端部254没有从第1轴80的端面突出出来。如同齿轮传动装置16一样，也可以使第2轴78的端部254从第1轴80的端面突出出来。从而能够易于进行下述2项作业，即，固定第1轴80和驱动轴258的作业以及固定第2轴78和驱动轴256的作业。

上面详细说明了本发明的具体实施例，但是这些实施例只是几个示例而已，并不用来限定本专利申请的保护范围。本专利申请的权利要求书中所记载的技术方案包含对上述示例的具体实施例进行各种变型、改变后的技术方案。本说明书或者附图中所说明的技术特征，并不局限于申请时权利要求所述的组合，其单独或者通过各种组合而具有技术实用性。另外，虽然本说明或者附图所示的技术方案能同时实现多个目的，但是只要实现其中的一个目的其也具有技术实用性。

Claims

1.一种齿轮传动装置，用来驱动多关节机器人的关节，其特征在于，包括：

内齿轮部件，其内周形成有内齿轮；

支座，其不仅以与所述内齿轮轴线同轴的方式设置，还以可转动的方式支承在所述内齿轮部件上；

外齿轮，其不仅以可以偏心转动的方式支承在所述支座上，还与所述内齿轮啮合；

第1轴，其不仅沿着所述内齿轮轴线延伸并贯穿所述支座，还以可转动的方式支承在所述支座上，用来将输入其一个端部的驱动扭矩传递给另一端部。

2.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，

还包括与所述第1轴同轴并贯穿其内侧的第2轴。

3.根据权利要求2所述的齿轮传动装置，其特征在于，

所述第2轴的长度大于所述第1轴的长度。

4.根据权利要求2或3所述的齿轮传动装置，其特征在于，

所述齿轮传动装置组装在多关节机器人的前臂上，使手腕围绕前臂轴线转动，

在第1轴和第2轴的位于机器人基部侧的端部，固定有用来与电机卡合的齿轮，

在第1轴和第2轴的位于顶端侧的端部以可拆下的方式连接有驱动轴，该驱动轴用来将扭矩传递给前臂之前的关节。