CN113878596A - 一种工业机器人以及工业机器人关节 - Google Patents

Abstract

一种工业机器人，包括底座以及多个关节；关节依次连接并相对转动；至少一个关节包括本体、驱动电机、驱动减速机、输出齿轮、输入齿轮以及调节环；输出齿轮与输入齿轮相互啮合；输出齿轮固设在驱动电机的输出轴；输入齿轮固设在驱动减速机的输入轴；调节环包括外环侧面；外环侧面的轴线、输出轴轴线和输入轴轴线平行但不重合；调节环与驱动电机或驱动减速机其中之一固定连接并带动其绕外环侧面轴线转动。此外本发明还提供一种工业机器人关节。现有技术相比较，本发明的工业机器人以及关节通过回转中心距调节环就能改变电机输出轴轴线与减速机输入轴轴线之间的距离，快速实现输出齿轮与输入齿轮之间中心距的调整，提高工业机器人的安装效率。

Description

一种工业机器人以及工业机器人关节

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种工业机器人以及工业机器人关节。

背景技术

现有技术中的工业机器人大多数采用电机带动减速机，再由减速机带动关节运动的方式进行传动。电机与减速机之间通过齿轮啮合进行传动。具体地，电机的输出轴安装有输出齿轮，减速机的输入端设有输入齿轮，减速机的输出端与关节固定连接。输出齿轮与输入齿轮彼此啮合传动。电机输出的动力依次经过电机输出轴、输出齿轮、输入齿轮、减速机的输出端传递到关节，从而带动关节回转。

从上述结构可以看出，动力的传输主要靠输出齿轮与输入齿轮之间的啮合实现，因而输出齿轮与输入齿轮的啮合参数，例如啮合间隙、啮合面大小等影响传动精度、强度。同时啮合参数受到电机和减速机的加工精度、输出齿轮和输入齿轮的形状精度、以及电机输出轴与输出齿轮、减速机输入端与输入齿轮的同轴度等影响。

对各个零部件装配后所产生的累计误差进行调节是提高工业机器人传动精度的关键。实际量产中，各个零部件装配后所产生的累计误差综合反映为输出齿轮与输入齿轮之间的啮合误差。因此调整输出齿轮与输入齿轮之间的啮合误差成为提高传动精度的关键。现有技术中，调整齿轮间的啮合参数往往需要经过查找导致误差出现的原因、反复拆装设备和调试的过程，造成安装效率低下，传动精度不佳。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种工业机器人以实现输出齿轮与输入齿轮之间中心距的快速调整。

本发明采取的技术方案如下：

一种工业机器人，包括底座以及多个安装所述底座上方的关节；所述关节依次连接并相对转动；至少一个关节包括本体、安装在所述本体上的驱动电机、带动所述本体绕轴回转的驱动减速机、输出齿轮、输入齿轮以及调节环；所述输出齿轮与所述输入齿轮相互啮合；所述输出齿轮固设在所述驱动电机的输出轴；所述输入齿轮固设在所述驱动减速机的输入轴；所述调节环包括圆柱形的外环侧面；所述外环侧面的轴线、所述驱动电机输出轴轴线和所述驱动减速机输入轴轴线相互平行但不重合；所述调节环与所述驱动电机或所述驱动减速机其中之一固定连接并带动其绕所述外环侧面轴线在所述本体内转动，以调节所述驱动电机与所述驱动减速机之间的中心距。

与现有技术相比较，本发明的工业机器人通过设置调节环并回转调节环就能改变电机输出轴轴线与减速机输入轴轴线之间的距离，快速实现输出齿轮与输入齿轮之间中心距的高精度调整，提高工业机器人的安装效率。

进一步，所述调节环包括圆形的内环侧面，所述外环侧面环绕在所述内环侧面外侧，且其轴线相互平行但不重合；所述内环侧面套设在所述驱动电机或所述驱动减速机外侧，从而简化工业机器人中心距调节环的形状、提高生产便捷性。

进一步，所述内环侧面套设在所述驱动电机外侧；所述本体包括电机安装平台；所述电机安装平台设有过轴通道、安装面以及支撑面；所述过轴通道贯穿所述支撑面并与所述本体内部连通，所述驱动减速机设置在所述本体内部；所述过轴通道轴线垂直于所述支撑面；所述安装面与所述支撑面连接并围绕所述过轴通道；所述外环侧面与所述安装面相互贴合。调节环外环轴心在电机安装平台上保持位置不变，而驱动电机随着调节环的转动而发生位置变化，从而实现驱动电机输出轴与驱动减速机输入轴之间中心距的改变。

进一步，还包括垫片；所述调节环还包括上侧面与下侧面，所述上侧面与所述下侧面连接在所述内环侧面与所述外环侧面之间并分别位于所述内环侧面与所述外环侧面上下两侧；所述下侧面朝向所述支撑面；所述垫片位于所述下侧面与所述支撑面之间。垫片增大阻尼，提高摩擦力，防止工业机器人中心距调节环在关节工作的过程中发生转动而改变中心距。

进一步，所述上侧面上设有角度刻度，便于调节中心距时进行确定回转角度。

此外，本发明还提供一种工业机器人关节，其技术方案如下：

一种工业机器人关节，包括本体、安装在所述本体上的驱动电机、带动所述本体绕轴回转的驱动减速机、输出齿轮、输入齿轮以及调节环；所述输出齿轮与所述输入齿轮相互啮合；所述输出齿轮固设在所述驱动电机的输出轴；所述输入齿轮固设在所述驱动减速机的输入轴；所述调节环包括圆柱形的外环侧面；所述外环侧面的轴线、所述驱动电机输出轴轴线和所述驱动减速机输入轴轴线相互平行但不重合；所述调节环与所述驱动电机或所述驱动减速机其中之一固定连接并带动其绕所述外环侧面轴线在所述本体内转动，以调节所述驱动电机与所述驱动减速机之间的中心距。

与现有技术相比较，本发明的工业机器人关节通过设置调节环并回转调节环就能改变电机输出轴轴线与减速机输入轴轴线之间的距离，快速实现输出齿轮与输入齿轮之间中心距的高精度调整，提高工业机器人的安装效率。

进一步，所述调节环包括圆形的内环侧面，所述外环侧面环绕在所述内环侧面外侧，且其轴线相互平行但不重合；所述内环侧面套设在所述驱动电机或所述驱动减速机外侧，从而简化工业机器人中心距调节环的形状、提高生产便捷性。

进一步，还包括垫片；所述调节环还包括上侧面与下侧面，所述上侧面与所述下侧面连接在所述内环侧面与所述外环侧面之间；所述上侧面朝向所述驱动电机；所述下侧面朝向所述本体；所述垫片位于所述下侧面与所述本体之间，以增大阻尼，提高摩擦力，防止工业机器人中心距调节环在关节工作的过程中发生转动而改变中心距。

进一步，所述上侧面由刚性材料制成；所述下侧面由柔性材料制成，在保证刚度的同时，能吸收振动。

进一步，所述内环侧面由柔性材料制成；所述外环侧面由刚性材料制成，能吸收驱动电机或是驱动减速机振动的同时，提高与关节本体连接时的刚度，减少磨损。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明中工业机器人的整体结构示意图；

图2为本发明中工业机器人关节的整体结构示意图；

图3为本发明中工业机器人关节的剖视正视图；

图4为本发明中本体的结构示意图；

图5为本发明中工业机器人中心距调节环的结构示意图；

图6为本发明中驱动电机的结构示意图；

图7为本发明一个实施例中沿外环侧面轴线投影的投影图

图8为本发明另一个实施例中沿外环侧面轴线投影的投影图；

图9垫片安装在本体时的局部结构示意图；

图10为本发明中调节中心距的流程示意图；

图11为本发明中获取调节角度α的流程示意图；

图12为本发明调整中心距过程中沿外环侧面轴线投影的示意图；

图13为本发明中获取调节角度α过程中沿外环侧面轴线投影的示意图。

具体实施方式

工业机器人各关节的零部件安装过程中，各个零部件的加工误差以及安装误差的进行累进后最终对电机输出齿轮和减速机输入齿轮之间的啮合参数产生影响，而电机输出齿轮和减速机输入齿轮之间的误差可通过调节其中心距消除。因此对电机输出轴与减速机输入轴之间的距离进行调节，能对各种误差进行修正并将电机输出齿轮和减速机输入齿轮调整到设计啮合状态。

为此，本发明提供一种工业机器人，所述工业机器人包括一个或多个装有中心距调节环的关节。将所述中心距调节环安装到所述关节中，以对所述关节电机输出轴与减速机输入轴之间的中心距进行调节。

具体地，以图1中的工业机器人为例进行说明，请参阅图1，本实施例中的工业机器人为现有技术中的六轴工业机器人，包括底座10、位于所述底座10上并依次连接的第一关节20、第二关节30、第三关节40、第四关节50、第五关节60以及终端70。所述第一关节20、所述第二关节30、所述第三关节40、所述第四关节50、所述第五关节60以及所述终端70分别在第一电机22、第二电机32、第三电机、第四电机、第五电机以及终端电机带动下绕轴转动。特别指出的是，为便于说明，本实施例中的工业机器人设定为六轴工业机器人，但是本发明不限于在六轴工业机器人中使用.对于其他工业机器人，只要存在由电机带动减速机、关节转动的类似结构，同样适用本发明。

请结合参阅图2与图3，其中在本实施例中，安装在所述底座10与所述第二关节30之间的第一关节20包括与所述底座10活动连接的本体21、安装在所述本体21一侧的第一电机22、位于所述本体21内部的驱动减速机23、输出齿轮24、输入齿轮25以及调节环26。所述驱动减速机23固设在所述底座10上方，其输出端与所述本体21固定连接，使得所述本体21随所述驱动减速机23输出端同轴转动。所述第一电机21输出轴221的轴线、所述驱动减速机23输入轴231轴线以及输出轴(未标注)轴线均与所述本体21的回转轴A平行。优选地，所述本体21的回转轴A、所述输出轴221轴线以及所述输入轴231轴线重合。所述输出齿轮24固设在所述输出轴221上并与之同轴转动。所述输入齿轮25固设在所述输入轴231并与所述输出齿轮24啮合。所述第一电机22产生的动力经所述输出齿轮24传递到所述输入齿轮25并输入到所述驱动减速机23，从而带动所述本体21绕所述回转轴A回转。所述调节环26与所述第一电机22一侧固定连接，所述第一电机22通过所述调节环26安装到所述本体21上。所述调节环26可绕与所述回转轴A平行的轴线回转以调节所述输出轴221到所述输入轴231之间的距离。

请参阅图4，在本实施例中，所述本体21内部中空，其一侧设有电机安装平台211，所述输出轴221垂直与所述电机安装平台211的台面。所述电机安装平台211设有过轴通道212、安装面213以及支撑面214。所述过轴通道212轴线垂直于所述支撑面214且贯穿所述电机安装平台211以与所述本体21内部连通。所述安装面213位于所述支撑面214上且环绕所述过轴通道212外侧。沿所述过轴通道212轴线方向投影，所述安装面213为圆形。

请参阅图5，所述调节环26设置在所述安装部213内，包括内环侧面261、外环侧面262、上侧面263和下侧面264。所述外环侧面262环绕在所述内环侧面261外侧。所述上侧面263和所述下侧面264连接在所述内环侧面261和所述外环侧面262之间并分别位于其上下两侧。所述上侧面263朝向所述第一电机22。所述下侧面264朝向所述电机安装平台211台面。所述外环侧面262为圆环面，当所述调节环26套设在所述第一电机22外侧时，所述内环侧面261与所述第一电机22固定，且所述外环侧面262的轴线与所述输出轴221轴线平行但不重合。所述外环侧面262轴线与所述安装面213贴合且轴线重合，所述下侧面264与所述支撑面214贴合，使得所述调节环26可绕所述外环侧面262轴线在所述电机安装平台211内回转。在本实施例中，所述内环侧面261为轴线与所述外环侧面262轴线平行但不重合的圆环面；优选地，所述内环侧面261的轴线与所述输出轴221轴线重合。进一步，所述调节环26上设有螺孔(图未示)，使得以便于中心距调节完毕后通过螺钉将所述调节环26固定到所述电机安装平台211上，优选地，所述螺孔数量为两个以上且沿所述调节环26周向均匀分布。

请参阅图6，在本实施例中，所述第一电机22设有与所述输出轴221同侧且同向突出的固定块222以及用于与线缆连接的线缆接头223。使用时，所述输出轴221穿过所述内环侧面261，使得所述调节环26套设在所述固定块222外侧且所述固定块222外侧面与所述内环侧面261紧密连接。所述内环侧面261的轴线与所述输出轴221轴线平行。优选地，所述内环侧面261的轴线与所述输出轴221轴线重合且所述内环侧面261与所述固定块221为过盈配合。所述线缆接头223突设在所述第一电机22的一侧侧面，优选地，所述线缆接头223沿所述输出轴221径向突起。

进一步，所述上侧面263上设有刻度266，所述刻度266将圆周360°平均分为若干等分，调节时根据实际测量所得的输出轴221与输入轴231轴线距离计算并转动所述调节环26到相应的角度，以实现中心距的调节。

进一步，所述调节环26由橡胶等可发生弹性变形的柔性材料制成，相比钢铁等硬度较高的材料具有一定的自适应性，能更好地保持中心距。进一步，所述内环侧面261由柔性材料制成，所述外环侧面262由不锈钢等刚性材料制成，以吸收电机震动的同时，能保持中心距。又或是，所述上侧面263由不锈钢等刚性材料制成，所述下侧面264由柔性材料制成，同样能达到吸收电机震动和保持中心距的效果。

进一步，为提高所述调节环26的调节精度，请参阅图7，在一个实施例中，所述第一电机22的输出轴221轴线与所述内环侧面261的轴线重合，沿所述外环侧面262轴线投影，所述内环侧面261上设有沿径向向中心方向突出的凸块265，相应地，所述固定块221上设有与所述凸块265配合的凹槽(图未示)，所述调节环26与所述第一电机22相互卡合并以防止所述输出轴221与所述内环侧面261轴线不重合时，所述第一电机22相对于所述调节环26转动而导致计算所得的调整回转角度不精确。请参阅图8，在另一个实施例中，所述第一电机22的输出轴221轴线与所述内环侧面261的轴线重合，沿所述外环侧面262轴线投影，将所述内环侧面261为非圆形，例如矩形、三角形等，相应地，所述固定块221设置为与之贴合的形状，同样能达到防止调节过程中所述第一电机22相对于所述调节环26转动的效果。

进一步，请参阅图9，所述工业机器人关节20还包括垫片27，所述垫片27位于所述调节环26的下侧面264与所述支撑面214之间，所述垫片27通过表面设置凹凸不平的条纹或是由诸如PVC等防滑材料制成，通过增大阻尼来防止所述调节环26在使用过程因压紧力不足而发生相对于所述本体21回转。所述垫片27与所述调节环26可为分体结构，或是通过粘结等方式与所述调节环26一体成型。

此外，本领域技术人员还可以参考上述结构将所述调节环26与其他零部件相连接来调节所述电机输出轴221与所述减速机输入轴231之间的中心距。例如所述第一电机22设置为相对于所述本体21固定，所述调节环26的内环侧面261套设到所述驱动减速机23外侧使得所述驱动减速机23的输入轴231轴线与所述调节环26的外环侧面262的轴线平行但不重合，并通过所述调节环26将所述驱动减速机23安装到所述底座10上，同样能实现中心距之间的调节，其安装方式与上述本实施例类似，此处不做重复描述。

基于上述结构，请结合参阅图10到图13，在本实施例中，通过以下步骤进行中心距的调节：

步骤S10：所述驱动减速机23连同所述输入齿轮25安装到所述本体21内，其输入轴中心为O。

步骤S20：所述调节环26套设到作为驱动电机的第一电机22的固定块221外后，安装所述垫片27到所述支撑面214上。然后所述调节环26连同所述第一电机22放置到所述电机安装平台211内，所述调节环26的外环侧面262与所述安装面213贴合。所述第一电机22的输出轴221连同所述输出齿轮24穿过所述过轴通道212并进入所述本体21内部，且其轴线与所述外环侧面262轴线平行但不重合。并且沿所述外环侧面262轴线投影，使得所述内环侧面261的轴心O1位于所述驱动减速机23的输入轴中心O与所述外环侧面262中心O′的连线OO′上。所述输出齿轮24与所述输入齿轮25相互啮合。在本实施例中，设所述连线OO′为水平线。

步骤S30：测量所述驱动减速机23的输入轴231与所述第一电机22输出轴221之间的距离，即沿所述外环侧面262轴线方向投影，所述驱动减速机23的输入轴中心O与所述第一电机22输出轴221的输出轴中心O1′之间的距离，得到第一中心距S1。将所述第一中心距S1与理论中心距进行比较，若存在偏差，则进行下一步，若不存在偏差，则进行步骤S50。

步骤S40：计算调整角度α，并根据所述调整角度α回转所述调节环26。

由于与所述第一电机22相接的线缆一般需要按照一定的走线方向连接，而且所述第一电机22的线缆接头所在位置固定不变，优选地，所述第一电机22随所述调节环26回转后其线缆接头223的朝向保持不变。

其中请结合参阅图11与图13，计算所述调整角度可按以下步骤进行，假设顺时针方向回转所述调节环26，逆时针回转的计算方法与顺时针回转方式相同，且其结果与顺时针回转得到的结果以水平轴为对称轴对称分布：

步骤S41：沿所述外环侧面262轴线投影，测量并获取调整前所述外环侧面262中心O′到所述输入轴中心O之间第一中心距离n、所述内环侧面261中心O1到所述外环侧面262中心O′之间的第二中心距离△X、所述内环侧面261中心O1到所述输出轴中心O1′之间的第三中心距离△Y。

需要保证所述第一电机22朝向不变的情况下，测量所述线缆接头的轴向与所述连线OO′的夹角β。

步骤S42：根据理论中心距、第一中心距离n、第二中心距离△X、第三中心距离△Y、所述夹角β计算调整后内环侧面中心O2与输出轴中心O2′的位置并获取调整角度α。其中

其中如图13所示，回转所述调节环26后，所述内环侧面261中心从点O1移到点O2，所述输出轴中心从点O1′移到点O2′，且为保证所述第一电机22朝向不变所述内环侧面261中心O2与所述输出轴中心O2′的连线相对于所述连线OO′的夹角大小保持等于所述夹角β。

根据三角几何关系而已得到：

则整理可得：

S2²＝(2△X△Ycosβ-2n△X)cosα+(2△X△Ysinβ)sinα+n²-2n△Ycosβ+△X²+△Y²

设a1＝2△X△Ycosβ-2n△X；a2＝2△X△Ysinβ；a3＝n²-2n△Ycosβ+△X²+△Y²，则

S2²＝a1cosα+a2sinα+a3)

等式两边同时除以

设

则

且

由于sinθ²+cosθ²＝1，从而得到

因此

即

代入△X、△Y、β、n即可整理计算得到所述调整角度α。

当所述内环侧面261中心与所述输出轴中心重合时，所述夹角β＝0，所述△Y＝0。

步骤S50：实际测量所述驱动减速机23的输入轴中心O与所述内环侧面261中心O2之间距离得到实际的第二中心距S2，所述实际第二中心距S2与设计值进行比较，若存在偏差，则重新进行上一步，若不存在偏差，则进行下一步。

步骤S60：将所述第一电机22与所述电机安装平台211固定并压紧在所述调节环26以防止转动过程中所述调节环26发生转动。

步骤S70：安装所述工业机器人的其他关节并运转所述工业机器人，测试一段时间后进行检测，若运转正常则安装完毕。

与现有技术相比较，本发明的工业机器人关节以及中心距调节环能实现电机输出轴与减速机输入轴之间中心距的快速、精确调整，免除安装过程中的反复调试，提高啮合精度。而且中心距调节环形状简单、生产方便。此外，中心距调节环在关节工作过程中不容易发生滑动，不会对传动造成影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业机器人，包括底座以及多个安装所述底座上方的关节；所述关节依次连接并相对转动；其特征在于：至少一个关节包括本体、安装在所述本体上的驱动电机、带动所述本体绕轴回转的驱动减速机、输出齿轮、输入齿轮以及调节环；所述输出齿轮与所述输入齿轮相互啮合；所述输出齿轮固设在所述驱动电机的输出轴；所述输入齿轮固设在所述驱动减速机的输入轴；所述调节环包括圆柱形的外环侧面；所述外环侧面的轴线、所述驱动电机输出轴轴线和所述驱动减速机输入轴轴线相互平行但不重合；所述调节环与所述驱动电机或所述驱动减速机其中之一固定连接并带动其绕所述外环侧面轴线在所述本体内转动，以调节所述驱动电机与所述驱动减速机之间的中心距。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：所述调节环包括圆形的内环侧面，所述外环侧面环绕在所述内环侧面外侧，且其轴线相互平行但不重合；所述内环侧面套设在所述驱动电机或所述驱动减速机外侧。

3.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于：所述内环侧面套设在所述驱动电机外侧；所述本体包括电机安装平台；所述电机安装平台设有过轴通道、安装面以及支撑面；所述过轴通道贯穿所述支撑面并与所述本体内部连通，所述驱动减速机设置在所述本体内部；所述过轴通道轴线垂直于所述支撑面；所述安装面与所述支撑面连接并围绕所述过轴通道；所述外环侧面与所述安装面相互贴合。

4.根据权利要求3所述的工业机器人，其特征在于：还包括垫片；所述调节环还包括上侧面与下侧面，所述上侧面与所述下侧面连接在所述内环侧面与所述外环侧面之间并分别位于所述内环侧面与所述外环侧面上下两侧；所述下侧面朝向所述支撑面；所述垫片位于所述下侧面与所述支撑面之间。

5.根据权利要求4所述的工业机器人，其特征在于：所述上侧面上设有角度刻度。

6.一种工业机器人关节，其特征在于：包括本体、安装在所述本体上的驱动电机、带动所述本体绕轴回转的驱动减速机、输出齿轮、输入齿轮以及调节环；所述输出齿轮与所述输入齿轮相互啮合；所述输出齿轮固设在所述驱动电机的输出轴；所述输入齿轮固设在所述驱动减速机的输入轴；所述调节环包括圆柱形的外环侧面；所述外环侧面的轴线、所述驱动电机输出轴轴线和所述驱动减速机输入轴轴线相互平行但不重合；所述调节环与所述驱动电机或所述驱动减速机其中之一固定连接并带动其绕所述外环侧面轴线在所述本体内转动，以调节所述驱动电机与所述驱动减速机之间的中心距。

7.根据权利要求6所述的工业机器人关节，其特征在于：所述调节环包括圆形的内环侧面，所述外环侧面环绕在所述内环侧面外侧，且其轴线相互平行但不重合；所述内环侧面套设在所述驱动电机或所述驱动减速机外侧。

8.根据权利要求7所述的工业机器人关节，其特征在于：还包括垫片；所述调节环还包括上侧面与下侧面，所述上侧面与所述下侧面连接在所述内环侧面与所述外环侧面之间；所述上侧面朝向所述驱动电机；所述下侧面朝向所述本体；所述垫片位于所述下侧面与所述本体之间。

9.根据权利要求8所述的工业机器人关节，其特征在于：所述上侧面由刚性材料制成；所述下侧面由柔性材料制成。

10.根据权利要求8所述的工业机器人关节，其特征在于：所述内环侧面由柔性材料制成；所述外环侧面由刚性材料制成。

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