CN102049787B - 采用齿轮侧隙调整装置的工业机器人 - Google Patents

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Abstract

一种采用齿轮侧隙调整装置的工业机器人，用于调整工业机器人的圆柱齿轮装置中的侧隙，该圆柱齿轮装置包括相互啮合的第一齿轮与第二齿轮。第一齿轮沿其轴向位置固定，该第二齿轮沿其轴向可移动设置，该第一齿轮及第二齿轮沿轴向方向变位系数线性变化，且该第一齿轮变位系数较大端及较小端分别与第二齿轮的变位系数较小端及较大端对应啮合，该齿轮侧隙调整装置包括一个弹性件，该弹性件提供使第二齿轮轴向偏移以抵靠第一齿轮的弹力。上述工业机器人可消除圆柱齿轮装置的侧隙。

Description

采用齿轮侧隙调整装置的工业机器人
技术领域
本发明涉及一种采用齿轮侧隙调整装置的工业机器人，尤其涉及一种调整圆柱齿轮侧隙的工业机器人。
背景技术
工业机器人通常包括多个依次相连的手腕单元，设置于其末端的手腕单元，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。每个手腕单元通过驱动组件实现绕某一轴线的转动。每个驱动组件包括电机和减速齿轮。
机器人的手腕单元的运动精度、承载能力、运动的平稳性等均受减速齿轮啮合状况的影响。若齿轮传动机构中存在较大的齿轮副侧隙，则在实际传动过程中，特别是在频繁正反转运转的齿轮副之间极易产生冲击，其结果不仅会导致噪声和振动量增大，还会降低齿轮传动的精度并缩短传动机构的寿命。对于圆柱齿轮机构，因其通常都是定心转动，当齿轮加工或者安装中存在误差时会产生侧隙，运行中齿轮就不能在正确的位置转动，从而影响传动的精度及齿轮装置寿命等。现有技术多是从提高齿轮的制造精度来达到减小侧隙的目的，但这一做法不仅直接增加了齿轮的制造成本，而且不便于对侧隙进行调整。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种可消除圆柱齿轮侧隙的工业机器人。
一种工业机器人，其包括可绕第一轴线转动的第一手腕单元、可绕第二轴线转动的第二手腕单元、用于驱动第一手腕单元的第一电机及第一传动链以及用于驱动第二手腕单元的第二电机及第二传动链，该第一轴线与第二轴线正交，该第一传动链及第二传动链至少其中之一包括圆柱齿轮装置及圆锥齿轮装置，该圆柱齿轮装置包括相互啮合的第一齿轮与第二齿轮。该圆锥齿轮装置包括相互啮合的两个圆锥齿轮，其中一个该圆锥齿轮包括齿轮轴，该第二齿轮与该齿轮轴止转连接并能够沿该齿轮轴的轴向移动，且该第二齿轮的一端开设有沿轴向的容置孔。该工业机器人还包括用于调整该圆柱齿轮装置的侧隙的齿轮侧隙调整装置，该第一齿轮沿其轴向位置固定，该第一齿轮及第二齿轮沿轴向方向变位系数线性变化，且该第一齿轮变位系数较大端及较小端分别与第二齿轮变位系数较小端及较大端对应啮合，该齿轮侧隙调整装置包括一个弹性件，该弹性件套设在该齿轮轴上，该第二齿轮通过该容置孔套设在该弹性件上，该弹性件位于该第二齿轮与该齿轮轴之间,该弹性件提供使第二齿轮轴向偏移以抵靠第一齿轮的弹力。
上述工业机器人的第一齿轮及第二齿轮沿轴向方向的变位系数线性变化，且第二齿轮与第一齿轮适配啮合，利用弹性件施加沿轴向弹力，可使第二齿轮沿轴向移动以与第一齿轮相抵靠，从而消除第一齿轮与第二齿轮之间的侧隙，使第一齿轮与第二齿轮平稳啮合，可提高工业机器人的传动的平稳性以及运动精度，还可延长圆柱齿轮装置的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施方式的工业机器人的手腕单元立体图。
图2是图1所示工业机器人的手腕单元沿II-II方向的剖视图。
图3是图2所示的手腕单元的剖视图的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的采用齿轮侧隙调整装置的工业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及图2所示为本发明实施方式的工业机器人100的腕部单元的局部示意图。工业机器人100为六轴工业机器人，其包括基座、可转动地设置于基座的支架、可转动地设置于支架一端的大臂、可转动地设置于大臂的连接腕部，上述结构在附图中未示出。工业机器人100还包括与连接腕部可转动连接的第四手腕单元11，可绕第五轴线A旋转且由第四手腕单元11支撑的第五手腕单元12，可绕第六轴线B旋转且由第五手腕单元12支撑的第六手腕单元13，用于驱动第五手腕单元12的第一电机（图未示）及第一传动链14，以及用于驱动第六手腕单元13的第二电机（图未示）及第二传动链15。第五轴线A与第六轴线B正交。第六手腕单元13前端可安装夹具、刀具或者探测仪器等执行装置进行工作。
第四手腕单元11为大致呈叉形结构的壳体，其包括两个叉分支112，113，以及连接两个叉分支112，113的连接部114。连接部114设有一中空部1142，叉分支112，113分别开设有齿轮安装孔1121，1131。中空部1142及齿轮安装孔1121，1131相互基本平行且均沿垂直于第五轴线A的方向延伸。两个叉分支112，113还分别开设沿第五轴线A方向延伸且同轴设置的两个第五轴安装孔1123，1133。
第五手腕单元12大致呈柱体，设置于两个分支112，113之间，其两端分别可转动地设于两个第五轴安装孔1123，1133内。第五手腕单元12沿轴向的中部开设沿第六轴线B方向延伸的第六轴安装孔121。第六手腕单元13可转动地设于第六轴安装孔121内，从而第六手腕单元13可绕第六轴线B旋转，并可跟随第五手腕单元12绕第五轴线B旋转。
第一传动链14用于将第一电机的动力传送至第五手腕单元12，以使第五手腕单元12可绕第五轴线A旋转。第一传动连14包括第一传动轴141、圆柱齿轮装置142以及第一圆锥齿轮装置143。
第一电机及圆柱齿轮装置142分别设置于第一传动轴141的两端。圆柱齿轮装置142包括相互啮合的第一齿轮142a及第二齿轮142b。圆柱齿轮装置142的具体结构在下面详述。第一圆锥齿轮装置143包括相互啮合的两个圆锥齿轮143a，143b，圆锥齿轮143a包括齿轮轴146。其中，第一齿轮142a与第一传动轴141固定，第二齿轮142b与齿轮轴146止转连接并可沿其轴向移动；圆锥齿轮143b相对于第五手腕单元12固定设置，以带动第五手腕单元12绕第五轴线A旋转。第一传动轴141沿轴向开设一贯穿孔1412。
第二传动链15用于将第二电机的动力传送至第六手腕单元13，以使第六手腕单元13可绕第六轴线B旋转。第二传动链15包括第二传动轴151、圆柱齿轮装置152、第二圆锥齿轮153以及第四圆锥齿轮154。
第二传动轴151穿设于第一传动轴的贯穿孔1412，且其两端分别伸出该贯穿孔1412外。第二电机及圆柱齿轮装置152分别安装于第二传动轴151的两端。第一电机及第二电机分别设置于第四手腕单元11的轴向两侧。圆柱齿轮装置152与圆柱齿轮装置142相似，其包括相互啮合的第一齿轮152a及第二齿轮152b。第一齿轮142a与第一齿轮152a沿轴向偏置。第二圆锥齿轮装置153包括两个相互啮合的圆锥齿轮153a，153b。第四圆锥齿轮154包括两个相互啮合的圆锥齿轮154a，154b。其中，第一齿轮152a与第二传动轴151固定，第二齿轮152b与圆锥齿轮153a连动并可沿其轴向移动；圆锥齿轮153b相对于圆锥齿轮154a固定设置；圆锥齿轮154b相对于第六手腕单元13固定设置以带动第六手腕单元13绕第六轴线B旋转。
图3示出了用于调整工业机器人的齿轮侧隙调整装置20。采用齿轮侧隙调整装置20对圆柱齿轮装置142，152的侧隙进行调整的方式相似，以下以调整圆柱齿轮装置142的侧隙调整装置为例进行说明。本实施方式中，圆柱齿轮装置142的第一齿轮142a及第二齿轮轮142b均为直齿渐开线齿轮。
第一齿轮142a包括第一端1421及第二端1422。从第一端1421至第二端1422，第一齿轮142a的变位系数线性递增，换言之，第一齿轮142a的齿顶圆柱面呈锥形，其齿厚随变位系数相应线性变化。第一端1421为大直径端，第二端1422为小直径端。
第二齿轮142b包括第一端1423及第二端1424。从第一端1423至第二端1424，第二齿轮142b的变位系数线性递减，换言之，第二齿轮142b的齿顶圆柱面呈锥形，其齿厚随变位系数相应线性变化。第一端1423为小直径端，第二端1424为大直径端。第二齿轮142b的第一端1423与第一齿轮142a的第一端1421，第二齿轮142b的第二端1424与第一齿轮142a的第二端1422分别对应啮合。
较佳的，第一齿轮142a与第二齿轮142b的锥度在5度以内，以使两者可较好地啮合。
为调整第一齿轮142a与第二齿轮142b之间的侧隙，齿轮侧隙调整装置20中预设弹力的弹性件21可提供一个沿第二齿轮142b轴向的弹力，使第一齿轮142a与第二齿轮142b相互抵靠，以消除第一齿轮142a与第二齿轮142b之间的侧隙。
具体在本实施方式中，第一齿轮142a沿轴向的位置固定，第二齿轮142b沿轴向可移动设置。第二齿轮142b可通过键与齿轮轴146止转连接，并沿键在轴向移动。第二齿轮142b的第二端1424开设有沿轴向的容置孔1425，第二齿轮142b通过容置孔1425套设在弹性件21上，弹性件21位于第二齿轮142b与齿轮轴146之间，弹性件21收容于容置孔1425内并弹性抵持第二齿轮142b。优选地，弹性件21选择圆柱形螺旋型压缩弹簧，其套设于与第二齿轮142b连接的齿轮轴146上。
当第一齿轮142a与第二齿轮142b之间产生侧隙时，弹性件21抵推第二齿轮142b，使第二齿轮142b沿轴向d-d移动，因第一齿轮142a与第二齿轮142b呈锥形，第二齿轮142b移动一定距离后与第二齿轮142b相抵靠，从而消除侧隙。与第二齿轮142b相似，第二齿轮152b一端容置有弹性件22，以抵持第二齿轮152b，消除侧隙。上述调整可自动进行，即当圆柱齿轮装置142，152工作时，如工作状况或环境变化而引起侧隙改变，弹性件21，22可分别自动调节第二齿轮142b，152b沿轴向的位置以消除侧隙，从而工业机器人100执行任务时，可始终保持圆柱齿轮装置142，152基本实现零间隙，提高传动的平稳性以及运动精度，还可延长圆柱齿轮装置142，152的使用寿命。
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 (5)

1.一种工业机器人，其包括可绕第一轴线转动的第一手腕单元、可绕第二轴线转动的第二手腕单元、用于驱动第一手腕单元的第一电机及第一传动链以及用于驱动第二手腕单元的第二电机及第二传动链，该第一轴线与第二轴线正交，该第一传动链及第二传动链至少其中之一包括圆柱齿轮装置及圆锥齿轮装置，该圆柱齿轮装置包括相互啮合的第一齿轮与第二齿轮，其特征在于：该圆锥齿轮装置包括相互啮合的两个圆锥齿轮，其中一个该圆锥齿轮包括齿轮轴，该第二齿轮与该齿轮轴止转连接并能够沿该齿轮轴的轴向移动，且该第二齿轮的一端开设有沿轴向的容置孔，该工业机器人还包括用于调整该圆柱齿轮装置的侧隙的齿轮侧隙调整装置，该第一齿轮沿其轴向位置固定，该第一齿轮及第二齿轮沿轴向方向变位系数线性变化，且该第一齿轮变位系数较大端及较小端分别与第二齿轮变位系数较小端及较大端对应啮合，该齿轮侧隙调整装置包括一个弹性件，该弹性件套设在该齿轮轴上，该第二齿轮通过该容置孔套设在该弹性件上，该弹性件位于该第二齿轮与该齿轮轴之间,该弹性件提供使第二齿轮轴向偏移以抵靠第一齿轮的弹力。
2.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该第一齿轮及第二齿轮为直齿渐开线齿轮。
3.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该弹性件为压缩弹簧。
4.如权利要求1至3任何一项所述的工业机器人，其特征在于：该第一传动链包括一个圆柱齿轮装置及第一传动轴，该圆柱齿轮的第一齿轮固定设置于该第一传动轴一端，该第一电机设置于该第一传动轴的另一端；该第二传动链包括另一个圆柱齿轮装置及第二传动轴，该第二传动轴与该第一传动轴相互套设，该第二传动链中的圆柱齿轮装置的第一齿轮固定设置于该第二传动轴的一端，该第二电机设置于该第二传动轴的另一端。
5.如权利要求4所述的工业机器人，其特征在于：分别设置于第一传动轴及第二传动轴的两个第一齿轮沿轴向偏置。
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