CN113167369A

CN113167369A - 用于塑料齿轮箱的壳体以及相关的塑料齿轮箱和机器人

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Publication number: CN113167369A
Application number: CN201880099775.5A
Authority: CN
Inventors: 顾颢; 杨基博; 陈汉; 宋巍; 张佳帆
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: EP3894724A1; WO2020118493A1; US20210396307A1; US11885405B2; EP3894724A4; CN113167369B

Abstract

提供了一种用于塑料齿轮箱(100)的壳体(101)及相关的塑料齿轮箱(100)和机器人。壳体(101)包括主体(1011)，主体包括沿周向布置在主体(1011)的内表面上的内啮合部分(1012)，内啮合部分(1012)适于与塑料齿轮箱(100)的传动组件(102)啮合；以及调节机构(1013)，调节机构围绕主体(101)布置并且可操作以向内挤压主体(1011)以减小主体(1011)的内径。通过使用调节机构(1013)向内挤压壳体的主体(1011)，可以有效补偿内啮合部分(1012)与传动组件(102)之间的适配误差。此外，调节机构(1013)是壳体(101)的一部分，并且因此由塑料制成的壳体的主体(1011)不需要太厚，从而使得注射成型更容易并且提高了制造精度。

Description

用于塑料齿轮箱的壳体以及相关的塑料齿轮箱和机器人

技术领域

本公开实施例总体上涉及一种用于塑料齿轮箱的壳体以及相关的机器人关节和机器人。

背景技术

行星齿轮箱是一种齿轮系统，包括围绕中心齿轮(即，太阳齿轮)旋转的一个或多个外齿轮(即，行星齿轮)。通常，行星齿轮安装在可动臂或托架上，该可动臂或托架本身可以相对于太阳齿轮旋转。行星齿轮箱还包括使用与行星齿轮啮合的外齿圈或环面。行星齿轮通常被划分为简单行星齿轮或复合行星齿轮。简单行星齿轮具有一个太阳轮、一个齿圈、一个托架和一个行星齿轮组。

作为一种特殊的行星齿轮箱，摆线减速器能够以紧凑尺寸实现较高传动比。摆线减速器的输入轴驱动偏心轴承，偏心轴承进而以偏心摆线运动驱动轮。该轮的周边与固定齿圈啮合，且具有通过轮表面设置的一系列输出轴销或辊。在轮旋转时，这些输出轴销直接驱动输出轴。轮的径向运动不传递至输出轴。

为了降低齿轮箱和相关的机器人的成本和重量，已经提出了诸如塑料摆线齿轮箱的塑料齿轮箱。塑料齿轮箱的诸如壳体的大部分部件由塑料通过注射成型制成，并且不需要进一步的机加工过程。然而，通过注射成型制造的部件不太精确。

发明内容

本公开实施例提供了一种用于塑料齿轮箱的壳体，其能够补偿适配误差。

在第一方面，提供了一种用于塑料齿轮箱的壳体。该壳体包括主体，包括沿周向布置在主体的内表面上的内啮合部分，内啮合部分适于与塑料齿轮箱的传动组件啮合；以及调节机构，围绕主体布置并且可操作以向内挤压主体以减小主体的内径。

通过调节机构向内挤压壳体的主体，可以有效补偿内啮合部分与传动组件之间的适配误差。此外，调节机构是壳体的一部分，并且因此由塑料制成的壳体的主体不需要太厚，从而使得更容易注射成型并且提高了制造精度。

在一些实施例中，主体包括轴向布置在主体的外表面上的第一锥形部分和第二锥形部分，第一锥形部分和第二锥形部分沿远离彼此的方向渐缩，并且其中调节机构包括第一挤压体，包围第一锥形部分并且包括与第一锥形部分适配的内表面；第二挤压体，包围第二锥形部分并且包括与第二锥形部分适配的内表面；以及多个调节元件，沿调节机构的周向方向布置并且被耦接至第一挤压体和第二挤压体，调节元件可操作以使第一挤压体和第二挤压体朝彼此移动以由此挤压主体。这样，壳体的主体可以被均匀地挤压。此外，调节元件无需拆卸塑料齿轮箱即可容易地操作。

在一些实施例中，调节机构还包括布置在第一挤压体与第二挤压体之间的间隔件，间隔件限定第一挤压体与第二挤压体之间的最小距离。通过在第一挤压体和第二挤压体之间使用间隔件，可以防止主体被过度压缩，并且使补偿适配误差变得更容易。

在一些实施例中，调节元件包括具有自锁螺旋角的调节螺栓。由此可以防止调节元件松动，从而提升壳体和塑料齿轮箱的稳定性。

在一些实施例中，多个调节元件沿调节机构的周向方向均匀地布置。通过这种布置，调节机构更均匀地受压，从而提高了稳定性。

在一些实施例中，调节机构包括调节箍，包围主体并且包括沿轴向方向打断调节箍的分离部分；以及至少一个调节元件，切向地布置在分离部分处，并且可操作以减小分离部分的周向尺寸，以由此挤压主体。调节箍提供了挤压主体的另一种方式，并使适配误差的补偿变得更容易。

在一些实施例中，主体是柱形的。这样，可以更容易地制造和组装主体。

在一些实施例中，内啮合部分包括多个圆柱销，这些圆柱销均匀地布置在主体的内表面中。对于塑料摆线齿轮箱，在主体被挤压的情况下，圆柱销可以更容易地组装在主体上，并且圆柱销与主体之间的啮合变得更紧密。

在第二方面，一种塑料齿轮箱，包括如上所述的壳体和传动组件，传动组件可操作以与壳体的内啮合部分啮合。

在第三方面，提供了一种包括至少一个上述塑料齿轮箱的机器人。

应当理解的是，本发明内容并非旨在标识本公开实施例的关键或必要特征，也非旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其它特征将变得易于理解。

附图说明

通过结合附图对本公开的示例实施例的更详细描述，本公开的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中在本公开的示例实施例中，相同附图标记通常表示相同部件。

图1示出传统塑料齿轮箱的侧剖视图；

图2示出根据本公开实施例的塑料齿轮箱的分解图；

图3示出根据本公开实施例的塑料齿轮箱的侧剖视图；并且

图4示出根据本公开实施例的塑料齿轮箱的透视图。

在整个附图中，相同或相似的附图标记用于表示相同或相似元件。

具体实施方式

现在将结合几个示例实施例来讨论本公开。应当理解的是，讨论这些实施例的目的仅在于使本领域技术人员能够更好地理解并进而实现本公开，而非暗示对技术方案的范围的任何限制。

如本文所使用的，术语“包括”及其变体应理解为开放术语，意指“包括但不限于”。术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指不同或相同的对象。其它显式和隐式定义可以包含在下文中。除非上下文中另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。

在传统解决方案中，机器人关节通常采用行星齿轮箱，尤其是摆线型行星齿轮箱(即，摆线驱动器或摆线减速器)，作为减速和传动装置。行星齿轮箱中使用的各种部件通常均由金属材料制成，导致行星齿轮箱较重且无法满足机器人或机器人关节的轻量化要求。

为了降低齿轮箱的成本和总重量，已经开发了塑料齿轮箱。塑料齿轮箱100'的大部分部件由塑料通过注射成型过程制成。例如，对于图1所示的塑料摆线齿轮箱，壳体101'由塑料制成。对于注射成型过程，壳体的精度可能受原材料和过程参数的影响。结果，壳体的精度不足以满足壳体的内啮合部分与传动组件之间的啮合要求。

上述问题导致塑料齿轮箱仅能用于低精度的传动应用。然而，壳体的内啮合部分与传动组件之间的游隙过大会导致振动、噪音过大，并且进而降低塑料齿轮箱的寿命。因此，仍然期望将游隙控制在一定水平，同时保持低成本成型，而无需在特殊的机加工过程上费力。

此外，为了满足强度要求，传统的塑料壳体通常具有较厚的壁，这提高了对注射成型工艺的要求。即便如此，气泡也经常被留在壁中，从而影响壳体的整体强度。

为了解决或至少部分地解决上述问题，本公开实施例提供了一种行星齿轮箱。

在研究过程中，发明人已经发现，与金属材料相比，塑料的刚度较低通常被认为是缺点之一。另一方面，刚度低意味着柔性和顺应性，并且可以用于补偿刚性几何形状精度。通过这个发现，提供了一种用于塑料齿轮箱的壳体，其能够补偿适配误差。现在将参考图2至图4描述一些示例实施例。

图2示出根据本公开实施例的塑料齿轮箱100的分解图。如图所示，用于塑料齿轮箱100的壳体总体上包括主体1011和调节机构1013。主体1011包括沿周向布置在主体1011的内表面上的内啮合部分1012。如图所示，内啮合部分1012可以是多个圆柱销。

应当理解的是，如图2所示的包括多个圆柱销的内啮合部分1012仅是用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它合适的结构和布置也是可能的。例如，在一些实施例中，对于普通行星齿轮箱，内啮合部分1012还可以包括一体形成在主体1011的内表面上或布置在主体1011的内表面上的内齿轮齿。此外，在一些替代实施例中，内啮合部分1012还可以包括摩擦表面。也就是说，主体1011的内表面和传动组件可以通过两者之间的摩擦而啮合。

内啮合部分1012可以与塑料齿轮箱100的传动组件102啮合。具体而言，对于摆线齿轮箱，传动组件102可以是如图2所示的摆线齿轮。对于普通行星齿轮箱，传动组件102可以是齿轮系。摆线齿轮或齿轮系可以具有输入轴或输出轴，用于输入或输出旋转。

与传统塑料齿轮箱相比，调节机构1013围绕主体100设置。调节机构1013可以被操作以向内挤压主体1011，来减小主体1011的内径。以此方式，可以减小或补偿内啮合部分1012与传动组件102之间的适配误差。

这样，内啮合部分1012与传动组件102之间的游隙将被有效地减小。结果，振动和噪声也可以随之减小，从而提高塑料齿轮箱100的寿命。此外，由于作为壳体101的一部分的调节机构102包围主体1011，所以对壳体101的强度需求可以利用主体1011更薄的壁来满足。也就是说，由塑料制成的主体1011不需要太厚。

因此，可以显著降低注射成型工艺的难度，并显著提高制造精度。此外，主体1011的壁更薄使得主体1011更具柔性。此外，由于用于制造主体100的材料减少，制造成本相应地降低。

主体1011可以以各种方式被挤压。例如，在如图2至图4所示的一些实施例中，主体1011可以包括两个锥形部分，即，待由调节机构1013挤压的第一锥形部分1015和第二锥形部分1016。第一锥形部分1015和第二锥形部分1016布置在主体1011的外表面上。第一锥形部分1015和第二锥形部分1016沿远离彼此的方向渐缩。

对应地，调节机构1013可以包括分别包围第一锥形部分1015和第二锥形部分1016的第一挤压体1017和第二挤压体1018。第一挤压体1017和第二挤压体1018各自可以具有与第一锥形部分1015和第二锥形部分1016适配的内表面。也就是说，第一挤压体1017或第二挤压体1018的内表面可以是锥形的。

在一些实施例中，主体1011和第一挤压体1017或第二挤压体1018可以由不同的材料制成。例如，主体1011可以由具有良好自润滑和柔性性能的材料制成，诸如聚甲醛(POM)。这样，用这种材料制造的主体1011可以更容易地被挤压。此外，第一挤压体1017或第二挤压体1018可以由刚性更高的材料制成，诸如玻璃纤维增强塑料或金属。

调节机构1013还可以包括多个调节元件1019。多个调节元件1019可以沿调节机构1013的周向方向布置。在一些实施例中，调节元件1019可以均匀地布置，以使调节机构1013更均匀地受压，从而提升整体结构的稳定性。

调节元件1019可操作以使第一挤压体1017和第二挤压体1018朝彼此移动以由此挤压主体1011。例如，在一些实施例中，调节元件1019可以是螺栓。螺栓可以通过形成在第一挤压体1017上的无螺纹孔而拧入形成在第二挤压体1018上的螺纹孔中。这样，通过转动这些螺栓，第一挤压体1017和第二挤压体1018可以朝彼此移动。

为了防止螺栓松动，螺栓可以具有自锁螺旋角。此外，在一些替代实施例中，调节元件1019可以通过胶粘、焊接等紧固。这样，调节元件1019不容易松动，并且因此使塑料齿轮箱100变得更稳固。

应当理解的是，使用螺栓使第一挤压体1017和第二挤压体1018移动地更近的实施例仅用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它合适的结构和布置也是可能的。例如，在一些替代实施例中，调节元件1019也可以采用螺栓和螺母的组合。

为了防止主体1011被过度压缩，在一些实施例中，可以在第一挤压体1017与第二挤压体1018之间设置间隔件1010。第一挤压体1017和第二挤压体1018可以被移动至其与间隔件1010接触的程度。这样，间隔件1010可以用于限定第一挤压体1017与第二挤压体1018之间的最小距离。

例如，在一些实施例中，第一挤压体1017与第二挤压体1018之间的最小距离可以表示达到了内啮合部分1012与传动组件102之间的最小误差水平。这样，使用者可以仅需要操作调节元件1019，直到第一挤压体1017和第二挤压体1018与间隔件1010接触。结果，适配误差的补偿变得更容易。

也可以改变间隔件1010以满足对内啮合部分1012与传动组件102之间的适配精度的各种要求。在一些实施例中，可以省略间隔件1010。

此外，如图2和图3所示，调节元件1019被布置在塑料齿轮箱101的可见端上，从而可以更容易地操作调节元件1019。使用者可以通过从可见端容易地操作调节元件1019来补偿适配误差，而无需拆卸塑料齿轮箱100。

以上示例性地描述了通过锥形结构补偿适配误差的实施例。应当理解的是，上述实施例仅用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它合适的结构和布置也是可能的。

例如，在一些替代实施例中，也可以使用调节箍(未示出)来挤压主体1011。调节箍可以包围柱形主体。在一些实施例中，调节箍可以由金属带形成。金属带形式的调节箍可以利用分离部分来包围主体1011。也就是说，分离部分沿轴向方向打断或分离调节箍。

至少一个调节元件1019可以切向地布置在分离部分处。为此，可以存在邻近分离部分布置的一些协作结构，诸如具有螺纹孔的螺母，调节元件1019可以旋拧在螺纹孔中。这样，随着调节元件1019在螺纹孔内旋转，分离部分的周向尺寸可以减小，以由此挤压主体1011。

利用这种布置，可以更容易地实现适配误差的补偿。此外，应当理解的是，除以上示例性描述的途径之外，还可以以许多其它方式挤压主体1011。

在主体1011被挤压的情况下，对于塑料摆线齿轮箱，可以更容易地将圆柱销组装在主体1011中。具体而言，考虑到主体1011可以被挤压，在主体1011的制造过程中，可以适当地扩大一些尺寸(包括主体1011的内径及其中用于容纳圆柱销的沟槽的尺寸)。

这样，可以更容易地将圆柱销耦接至沟槽。在组装过程中主体1011被挤压的情况下，包括内径和沟槽尺寸的尺寸减小。结果，适配误差得到补偿，并且圆柱销也可以更紧密地紧固在沟槽中。

应当理解的是，本公开的以上详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理，并非旨在限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，任何修改、等同替换和改进等均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同形式内的所有变型和修改。

Claims

1.一种用于塑料齿轮箱(100)的壳体(101)，包括：

主体(1011)，包括沿周向布置在所述主体(1011)的内表面上的内啮合部分(1012)，所述内啮合部分(1012)适于与所述塑料齿轮箱(100)的传动组件(102)啮合；以及

调节机构(1013)，围绕所述主体(1011)布置并且可操作以向内挤压所述主体(1011)以减小所述主体(1011)的内径。

2.根据权利要求1所述的壳体(101)，其中所述主体(1011)包括：

第一锥形部分(1015)和第二锥形部分(1016)，第一锥形部分(1015)和第二锥形部分(1016)被轴向布置在所述主体(1011)的外表面上，所述第一锥形部分(1015)和所述第二锥形部分(1016)沿远离彼此的方向渐缩，并且

其中所述调节机构(1013)包括：

第一挤压体(1017)，包围所述第一锥形部分(1015)并且包括与所述第一锥形部分(1013)适配的内表面；

第二挤压体(1018)，包围所述第二锥形部分(1016)并且包括与所述第二锥形部分(1016)适配的内表面；以及

多个调节元件(1019)，沿所述调节机构(1013)的周向方向布置，并且被耦接至所述第一挤压体(1017)和所述第二挤压体(1018)，所述调节元件(1019)可操作以使所述第一挤压体(1017)和所述第二挤压体(1018)朝彼此移动以由此挤压所述主体(1011)。

3.根据权利要求2所述的壳体(101)，其中所述调节机构(1013)还包括布置在所述第一挤压体(1017)和所述第二挤压体(1018)之间的间隔件(1010)，所述间隔件限定所述第一挤压体(1017)和所述第二挤压体(1018)之间的最小距离。

4.根据权利要求2所述的壳体(101)，其中所述调节元件(1019)包括具有自锁螺旋角的调节螺栓。

5.根据权利要求2所述的壳体(101)，其中所述多个调节元件(1019)沿所述调节机构(1013)的所述周向方向均匀地布置。

6.根据权利要求1所述的壳体(101)，其中所述调节机构(1013)包括：

调节箍，包围所述主体(1011)并且包括沿轴向方向打断所述调节箍的分离部分；以及

至少一个调节元件(1019)，切向地布置在所述分离部分处并且可操作以减小所述分离部分的周向尺寸，以由此挤压所述主体(1011)。

7.根据权利要求6所述的壳体(101)，其中所述主体(1011)是柱形的。

8.根据权利要求1所述的壳体(101)，其中所述内啮合部分(1012)包括多个圆柱销，所述多个圆柱销均匀地布置在所述主体(1011)的内表面中。

9.根据权利要求1所述的壳体(101)，其中所述内啮合部分(1012)包括多个齿轮齿。

10.根据权利要求1所述的壳体(101)，其中所述内啮合部分(1012)包括摩擦表面。

11.一种塑料齿轮箱(100)，包括：

根据权利要求1-10中任一项所述的壳体(101)；以及

传动组件(102)，所述传动组件(102)可操作以与所述壳体(101)的内啮合部分(1012)啮合。

12.一种机器人，包括至少一个根据权利要求11所述的塑料齿轮箱(100)。