CN102029608A - 机器人 - Google Patents

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Abstract

一种机器人包括基座、支撑臂、相互可转动连接且基本垂直设置的第N旋转轴及第N+1旋转轴、用于驱动第N旋转轴的第一电机及第一齿轮机构、用于驱动第N+1旋转轴的第二电机及第二齿轮机构，以及控制装置。第N旋转轴与支撑臂可转动连接。第一齿轮机构及第二齿轮机构为具有至少一对锥齿轮的多级齿轮传动机构，且第一齿轮机构包括与第N旋转轴固定连接的锥齿轮，第二齿轮机构包括与第N+1旋转轴固定连接的锥齿轮，控制装置控制该第一电机及第二电机分别动作，使第一齿轮机构带动该第N旋转轴旋转时，第二齿轮机构带动第N+1旋转轴旋转以补偿第N+1旋转轴的跟随转动误差。本发明的机器人具有结构紧凑、占用空间较小的优点。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种采用多级齿轮传动的工业机器人。
背景技术
工业机器人通常包括多个依次相连的机械臂，设置于其末端的机械臂，如六轴机器人的第六旋转轴可装设夹具、切削工具及探测器等以执行各种动作。每个机械臂通过驱动组件实现绕单轴的旋转。该驱动组件一般包括沿各机械臂的转动轴向依次设置的电机以及与电机相连接的成套的减速机组件，减速机组件驱动与其连接的另一机械臂运动，因此各机械臂沿其转动轴向的尺寸通常较大。对于位于机器人末端的运动轴，比如六轴机器人的相互转动连接且垂直设置的第五旋转轴及第六旋转轴，其设置的驱动组件通常邻近设置，造成第五旋转轴第六旋转轴沿各自转动轴向的尺寸均较大，增加了机器人整体结构及占用空间，不利于机器人在较狭小操作空间中的应用。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种结构紧凑、占用空间较小的机器人。
一种机器人，包括基座、与该基座可转动连接的支撑臂、相互可转动连接且基本垂直设置的第N(N≥1，N为整数)旋转轴及第N+1旋转轴、用于驱动第N旋转轴的第一电机及第一齿轮机构、用于驱动第N+1旋转轴的第二电机及第二齿轮机构，以及控制装置。该第N旋转轴与支撑臂可转动连接。该第一齿轮机构及第二齿轮机构为具有至少一对锥齿轮的多级齿轮传动机构，且该第一齿轮机构包括与该第N旋转轴固定连接的锥齿轮，该第二齿轮机构包括与该第N+1旋转轴固定连接的锥齿轮，该控制装置控制该第一电机及第二电机分别动作，使该第一齿轮机构带动该第N旋转轴绕该第N旋转轴的轴线旋转时，该第二齿轮机构带动第N+1旋转轴绕该第N+1旋转轴的轴线旋转一定角度以补偿该第N+1旋转轴的跟随转动误差。
上述机器人的第一齿轮机构及第二齿轮机构设置多级传动机构进行变速，并设置锥齿轮对改变运动传递的方向，从而第一电机及第二电机可不用分别直接设置在上述两个旋转轴的轴线方向上，可减小第N旋转轴及第N+1旋转轴沿各自轴向的尺寸，使得机器人的结构紧凑，减小了占用的空间。通过控制装置控制该第一电机及第二电机动作的连动，可使第一齿轮机构带动该第一旋转轴旋转时，该第二齿轮机构带动第N+1旋转轴旋转相应角度以补偿跟随转动误差，使第N+1旋转轴沿其自身旋转方向处于预设的位置上，以准确地对第N+1旋转轴的运动进行控制。此外，上述机器人的第一齿轮机构及第二齿轮机构可采用传统的齿轮结构，可降低制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例的机器人的示意图。
图2是图1所示的机器人所采用的臂部件的立体组装图。
图3是图2所示臂部件沿III-III方向的剖面示意图。
图4是图3所示臂部件的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的机器人作进一步的详细说明，并以六轴工业机器人为例进行说明。
图1所示为本发明实施方式的机器人100的示意图。机器人100为六轴工业机器人，其包括基座11、可转动地设置于基座11的机架12、可转动地设置于机架12的大臂13、与大臂13可转动连接的连接臂15，以及与连接臂15可转动连接的小臂14。基座11用于将机器人安装至地面或基座上，机架12能绕第一旋转轴161旋转，大臂13能绕第二旋转轴162旋转，连接臂15能绕第三轴163旋转，小臂14能绕第四旋转轴164旋转。该六轴工业机器人还包括165、166所表示的第五旋转及第六旋转轴。第五旋转轴165与第六旋转轴166相互垂直设置。其中，可通过在第六旋转轴166上安装夹具、刀具或者探测仪器等执行装置进行工作。
图2所示为机器人100所采用的臂部件200。臂部件200包括小臂14、与小臂14旋转连接的第五旋转轴165、与第五旋转轴165旋转连接的第六旋转轴166、用于驱动第五旋转轴165的第一电机(图未示)及第一齿轮机构21、用于驱动第六旋转轴166的第二电机(图未示)及第二齿轮机构23以及控制该第一电机和第二电机动作的控制装置(图未示)。
请同时参见图3及图4，小臂14包括连接部141及支撑部142，其整体呈中空结构并大致形成叉形。第一齿轮机构21、第二齿轮机构23均设置于小臂14内部并由设置于小臂14内的轴承(图未标)支承。连接部141为沿直线延伸的筒状结构，其包括一个中空部1412。支撑部142大致呈“ㄇ”型，其包括相对设置并朝同一方向平行延伸的第一支撑壁1421及第二支撑壁1423。第一支撑壁1421形成有向第二支撑壁1423一侧延伸的连接座1424。
第五旋转轴165具有一个输出座体1651。输出座体1651的旋转轴线大致垂直于第一支撑壁1421及第二支撑壁1423，并开设有相互连通且垂直设置的第一轴孔1652及第二轴孔1653。第二轴孔1653的中心轴线与输出座体1651的旋转轴线重合。第五旋转轴165与第一支撑壁1421的连接座1424可转动地连接，并由轴承1425可转动支承。
第六旋转轴166穿设第五旋转轴165的第一轴孔1652，并由轴承1661可转动支承，这样第六旋转轴166可转动地设置于第一支撑壁1421与第二支撑壁1423之间。
第一齿轮机构21设于第一电机与第五旋转轴165之间，其包括顺次连接的第一输入齿轮212、第一传动轴213、一对第一圆柱齿轮214a，214b，以及一对第一锥齿轮215a，215b。
第一传动轴213呈内空的管状结构，并穿设小臂14的中空部1412。第一输入齿轮212设置于小臂14远离第五旋转轴165的一端，并与第一电机连接的输入机构相连接。第一锥齿轮215a与第一圆柱齿轮214b同轴设置，第一锥齿轮215b与输出座体1651固定连接，从而与第五旋转轴165连动。
第二齿轮机构23设于第二电机与第六旋转轴166之间，其包括顺次连接的第二输入齿轮232、第二传动轴233、一对第二圆柱齿轮234a，234b，一对第二锥齿轮235a，235b以及一对第三锥齿轮236a，236b。
第二传动轴233可转动地穿设第一传动轴213并由设置于小臂14内部的轴承(图未标)转动支承。第二传动轴233的两端分别伸出第一传动轴213外。第二输入齿轮232设置于小臂14远离第五旋转轴165的一端并与第一输入齿轮212沿轴向间隔设置，第一电机及第二电机分别与第一输入齿轮212及第二输入齿轮232相连接，且分别设置于第一传动轴213沿轴向的相对两侧。第二圆柱齿轮234a，234b与第一圆柱齿轮214a，214b也沿轴向间隔设置，第二锥齿轮235a与第二圆柱齿轮241b同轴设置，第二锥齿轮235a与第一锥齿轮215a分别设置于第二传动轴233的相对两侧。第二锥齿轮235b与第三锥齿轮236a同轴设置，第三锥齿轮236b与第六旋转轴166固定连接，并设置于第一轴孔1652内与第六旋转轴166连动。
上述各齿轮中，第一输入齿轮212、第一圆柱齿轮214a，214b、第一锥齿轮215a、第二输入齿轮232、第二圆柱齿轮234a，234b、第二锥齿轮235a，235b及第三锥齿轮236a均由设置于小臂14内的轴承转动支承。
上述机器人100的第一电机及第二电机设置于小臂14的一端并安装于小臂14上，第一齿轮机构21及第二齿轮机构23通过设置多级传动机构进行减速，并通过设置锥齿轮对改变运动传递的方向，从而第一电机及第二电机不用分别设置在第五旋转轴165及第六旋转轴166的轴线方向上，减轻了第五旋转轴165的负载，从而便于对第五旋转轴165及第六旋转轴166进行控制，且使得第五旋转轴165及第六旋转轴166沿各自轴向的尺寸均较小，臂部件200的结构紧凑，减小了臂部件200所占用的空间。并且，第一齿轮机构21及第二齿轮机构23基本设置于小臂14内部，充分利用了小臂14的内部空间。通过将第二输入齿轮232与第一输入齿轮21、第二圆柱齿轮234a，234b与第一圆柱齿轮214a，214b沿轴向间隔设置，可进一步缩小臂部件200的整体尺寸。此外，上述机器人100的第一齿轮机构21及第二齿轮机构23，可采用传统的齿轮结构，可降低制造成本。
以下仅介绍臂部件200的动作情况，机器人100其余机构，例如机架12、大臂13的动作情况与现有机器人相似。控制装置中预设有控制指令，当第一电机在控制指令的控制下转动时，第一电机的旋转运动通过第一齿轮机构21传递至第五旋转轴165，带动第五旋转轴165绕第五旋转轴165的旋转轴线转动。与此同时，因第六旋转轴166绕第五旋转轴165的旋转轴线转动时，第三锥齿轮236a、236b相互啮合，第六旋转轴166将绕其自身的轴线转动一定角度，在此称其为跟随转动误差。为防止第六旋转轴166因跟随第五旋转轴165的转动而失去定位的基准，控制装置在控制第五旋转轴165旋转的同时产生控制指令控制第二电机连动，即控制指令控制第二电机驱动第六旋转轴166绕其自身的轴线旋转相应角度以补偿上述跟随转动误差，从而使第五旋转轴165旋转时，第六旋转轴166绕其自身轴向仍保持在当前位置。当需要单独调整第六旋转轴166的绕其自身轴向的旋转角度时，控制装置再次发出控制指令使第六旋转轴166转动至预设的角度，第六旋转轴166的运动不会影响第五旋转轴165的动作。
可以理解，机器人100的第一齿轮机构21及第二齿轮机构23还可以进一步增减传动的级数以获得需要的减速比。另外，也可将第二传动轴233设为空心的管状结构，而将第一传动轴213可转动地穿设第二传动轴233。
可以理解，本发明的机器人100不限于为六轴机器人，其还可以为四轴或者五轴机器人等，此时，臂部件200设置于该四轴或者五轴机器人的末端。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种机器人，包括基座、与该基座可转动连接的支撑臂、相互可转动连接且基本垂直设置的第N(N≥1，N为整数)旋转轴及第N+1旋转轴、用于驱动第N旋转轴的第一电机及第一齿轮机构、用于驱动第N+1旋转轴的第二电机及第二齿轮机构以及控制装置，该第N旋转轴与支撑臂可转动连接，其特征在于：该第一齿轮机构及第二齿轮机构为具有至少一对锥齿轮的多级齿轮传动机构，且该第一齿轮机构包括与该第N旋转轴固定连接的锥齿轮，该第二齿轮机构包括与该第N+1旋转轴固定连接的锥齿轮，该控制装置控制该第一电机及第二电机分别动作，使该第一齿轮机构带动该第N旋转轴绕该第N旋转轴的轴线旋转时，该第二齿轮机构带动第N+1旋转轴绕该第N+1旋转轴的轴线旋转一定角度以补偿该第N+1旋转轴的跟随转动误差。
2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于：该支撑臂具有中空结构，该第一齿轮机构及第二齿轮机构至少部分设置于该中空结构内。
3.如权利要求2所述的机器人，其特征在于：该第一电机及第二电机设置于该支撑臂的一端，该第N旋转轴及第N+1旋转轴设置于该支撑臂相对的另一端，该第一齿轮机构还包括可转动地设置于该中空结构内的第一传动轴，该第二齿轮机构还包括与该第一传动轴相互嵌套并可相对转动的第二传动轴，该第一传动轴及第二传动轴分别由该第一电机及第二电机驱动。
4.如权利要求3所述的机器人，其特征在于：该第一电机及第二电机安装于该支撑臂上，且分别设置于该第一传动轴的沿轴向的相对两侧。
5.如权利要求3所述的机器人，其特征在于：该第一齿轮机构还包括设置于该第一传动轴远离第一电机一端的一对第一圆柱齿轮，该第二齿轮机构还包括设置于第二传动轴远离第二电机一端的一对第二圆柱齿轮，第一圆柱齿轮与第二圆柱齿轮在轴向间隔设置。
6.如权利要求4所述的机器人，其特征在于：该第一齿轮机构还包括与该第一圆柱齿轮同轴设置的第一锥齿轮，该第二齿轮机构还包括与该第二圆柱齿轮同轴设置的第二锥齿轮，该第一锥齿轮及第二锥齿轮的轴线基本平行，且分别设置于第一传动轴的沿轴向的相对两侧。
7.如权利要求1所述的机器人，其特征在于：该第N旋转轴开设有相互连通的第一轴孔及第二轴孔，该第一轴孔内容置该第N+1旋转轴及与第N+1旋转轴固定连接的锥齿轮，该第二轴孔内容置与该固定于第N+1旋转轴的锥齿轮对应啮合的锥齿轮。
8.如权利要求1至7任意一项所述的机器人，其特征在于：该机器人为六轴机器人，该第N旋转轴为该六轴机器人的第五旋转轴，该第N+1旋转轴为该六轴机器人的第六旋转轴。
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