CN117697818A - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

一种机械臂，包括电机单元、转轴单元、转轴齿轮和传动齿轮；所述电机单元位于所述转轴单元轴向上的一端并带动所述转轴单元转动，所述转轴齿轮安装在所述转轴单元远离所述电机单元的一端；所述传动齿轮与所述转轴齿轮的轴线平行于所述转轴单元的轴线，所述转轴齿轮周向设有多个转轴齿部，所述传动齿轮周向设有多个传动齿部，且所述转轴齿部与所述传动齿部啮合传动；在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部和/或所述传动齿部至少一部分在平行于所述转轴单元轴线的方向上齿宽不相等。与现有技术相比较，本发明的机械臂以通过提高齿间隙调节的便捷性和调节精度来降低转轴同轴度偏差带来的影响。

Description

一种机械臂

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机械臂。

背景技术

现代工业生产中，机器人的使用日益普遍，并且随着技术的发展，对于机器人动作的精细度、准确度要求也越来越高。而机械臂作为机器人重要的组成部分，其零部件加工精度的要求也随之越来越高。

例如，在中国专利号CN113198650B中公开了一种喷涂机器人来替代人在恶劣环境中进行喷涂加工。所述喷涂机器人包括四轴旋转手腕、五轴旋转手腕和喷涂组件。带动所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件转动的电机均位于所述四轴旋转手腕内的同一侧，并分别通过轴线相互平行的四轴转轴、五轴转轴和六轴转轴带动所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件绕各自的转动轴转动。其中所述五轴旋转手腕内设有五轴斜齿对，以及所述喷涂组件内设有六轴第一斜齿对和、六轴第二斜齿对，使得所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件的转动轴线相互不平行，以保证末端的五轴旋转手腕和喷涂组件具有较大的灵活度，达到高精度、高准确度的工作要求。

然而在工作过程中，上述喷涂机器人的四轴旋转手腕需要通过大幅度摆动来带动所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件快速移动到喷涂对象进行喷涂，因此设计上要求其具有一定的长度，从而导致所述四轴转轴、所述五轴转轴和所述六轴转轴的长度随之增大。大传动距离使得转轴的同轴度稍有偏差都会在两端累积较大的偏差，容易出现电机、减速机等零部件的损坏，因此安装不同的转轴时，需要对齿间距进行反复进行调节，影响工作效率。此外此类大传动距离结构的机械臂对转轴的加工精度往往要求较高，导致加工难度与成本的大幅提高。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种机械臂以通过提高齿间隙调节的便捷性和调节精度来降低转轴同轴度偏差带来的影响。

本发明采取的技术方案如下：

一种机械臂，包括电机单元、转轴单元、转轴齿轮和传动齿轮；所述电机单元位于所述转轴单元轴向上的一端并带动所述转轴单元转动，所述转轴齿轮安装在所述转轴单元远离所述电机单元的一端；所述传动齿轮与所述转轴齿轮的轴线平行于所述转轴单元的轴线，所述转轴齿轮周向设有多个转轴齿部，所述传动齿轮周向设有多个传动齿部，且所述转轴齿部与所述传动齿部啮合传动；在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部和/或所述传动齿部至少一部分在平行于所述转轴单元轴线的方向上齿宽不相等。

与现有技术相比较，本发明的机械臂即便所述转轴单元的同轴度存在一定偏差，只要沿所述转轴单元的轴向移动所述转轴齿轮即可快速进行其与传动齿轮之间齿间距的微调，从而降低对所述转轴单元的同轴度的要求，降低所述转轴单元的加工难度，并能减少零部件的损坏。

在一个实施例中，还包括调节单元；所述调节单元包括第一定位件；所述转轴齿轮设有向所述转轴单元方向延伸的凸部和连接部，所述凸部位于所述转轴齿部与所述连接部之间，且所述凸部的横截面积大于所述连接部的横截面积；所述第一定位件能够在所述连接部上滑动且在所述转轴单元轴向上与所述凸部抵接，通过调节所述第一定位件的位置，可实现所述传动齿轮与所述转轴齿轮之间快速预定位。

在另一个实施例中，所述调节单元还包括第二定位件，所述第二定位件套设在所述连接部上并与之螺纹连接，所述第一定位件向所述转轴齿轮提供轴向力，所述第二定位件向所述转轴齿轮提供周向力，两者共同对所述转轴齿轮进行定位，防止在工作过程中所述转轴齿轮发生移动而影响齿间距精度，提高传动的稳定性。

在另一个实施例中，还包括壳体单元，所述电机单元、所述转轴单元和所述转轴齿轮位于所述壳体单元内；所述第一定位件设有外螺纹，通过螺纹连接安装到所述壳体单元上，实现所述第一定位件的稳定安装。

在另一个实施例中，所述调节单元还包括固定在所述壳体单元内的第三轴承和第四轴承；所述第二定位件安装在所述第三轴承上；所述第四轴承套设在所述凸部外，为所述转轴齿轮提供支撑，保证传动稳定。

在另一个实施例中，所述调节单元还包括密封件，所述密封件套设在所述连接部外并与所述第三轴承朝向所述凸部的侧面抵接，以防止润滑油的流出。

在另一个实施例中，还包括壳体单元，所述壳体单元包括中空的壳体和安装在所述壳体内的支撑组件；所述电机单元、所述转轴单元和所述转轴齿轮位于所述壳体内；所述支撑组件包括第一轴承、第二轴承和转轴支架；所述第一轴承连接在所述转轴单元靠近所述电机单元的一侧；所述转轴支架固定在所述壳体内；所述第二轴承安装在所述转轴支架上并连接在所述转轴单元靠近所述转轴齿轮的一侧，以减少转轴组件同轴度偏差对齿间距的影响。

在另一个实施例中，在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部或所述传动齿部中至少一个的齿形为锥形，且沿所述转轴单元轴向，靠近所述电机单元一侧的齿宽大于与其相对的另一侧的齿宽，使得齿间距稳定变化。

在另一个实施例中，在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部和所述传动齿部相对的两边缘相互平行，以实现齿间距的线性变化。

在另一个实施例中，还包括减速机单元和传动座；所述电机单元的输出端与所述减速机单元的输入端相接，所述转轴单元连接在所述减速机单元的输出端；所述传动座安装在所述传动齿轮背向所述电机单元的一侧，并随之同轴转动，实现不同关节的之间的传动。

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为本发明中机械臂的整体结构示意图；

图2为本发明中机械臂拆除壳体单元后的整体结构示意图；

图3为本发明中机械臂的正视剖视图；

图4为图3中的A图的局部放大图；

图5为本发明中转轴齿轮与传动齿轮的安装示意图；

图6为本发明中沿转轴单元轴向投影时，转轴齿轮与传动齿轮的局部示意图；

图7为本发明的一个实施例中，在平行于转轴单元轴向平面内，转轴齿轮与传动齿轮的局部示意图；

图8为本发明的另一个实施例中，在平行于转轴单元轴向的同一平面内，转轴齿轮与传动齿轮的局部示意图；

图9为本发明的另一个实施例中，在平行于转轴单元轴向的同一平面内，转轴齿轮与传动齿轮的局部示意图；

图10为本发明的另一个实施例中，在平行于转轴单元轴向的同一平面内，转轴齿轮与传动齿轮的局部示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的意义相同。进一步地，除非本文明确定义，诸如在常用字典中的那些术语的意义应与它们在相关领域和本文上下文中的意义一致，而非理想化或过分形式化的意义。

本公开仅用于描述本发明的实施例，而非将本发明限制于以下附图或描述所说明的特定实施例。对本领域技术人员来说，设计任何系统的商业实现的最佳配置时，特别是本发明的实施例，必须进行许多仔细的考虑和妥协是众所周知的。根据本发明的精神和教导，本领域技术人员可因特定应用的需要来配置其商业实现，利用他们的平均技能和已知技术，适当地省略、包含、改装、混合和匹配，或改进和/或优化与本发明所描述的任何实施例有关的任何一个或多个方面、特征、功能、结果、组件、方法或步骤，以获得所需特定应用的商业实现。

发明人在设计的过程中发现：对于大传动距离的结构，提高传动轴的加工精度往往所需付出的成本较大，而且即便付出较高的成本也难以确保每次都能加工出尺寸一致的传动轴，最终每次安装传动轴后仍然需要不断地对传动轴末端的齿轮间距进行调整才能获得所需传动精度，为此发明人设计本发明的机械臂，通过提高末端齿轮间距便捷性以及调节精度来克服同轴度精度难以提高的问题。

请结合参阅图1到图3，本发明的机械臂包括壳体单元10、电机单元20、减速机单元30、转轴单元40、转轴齿轮50、传动齿轮60和传动座70。所述电机单元20、所述减速机单元30、所述转轴单元40、所述转轴齿轮50和所述传动齿轮60安装在所述壳体单元10内。所述电机单元20相对于所述减速机单元30固定，其输出端连接到所述减速机单元30的输入端。所述减速机单元30的输出端与所述转轴单元40连接，并带动起转动。所述转轴齿轮50位于所述转轴单元40远离所述减速机单元30的一端并与之同轴转动。所述转轴齿轮50与所述传动齿轮60啮合。所述传动座70与所述传动齿轮60固定连接，并随之转动。

其中，所述壳体单元10包括壳体11和支撑组件12。所述壳体11为中空的壳体，并沿所述转轴单元40轴向延伸。所述壳体11与支撑所述机械臂的其他机械臂或支座的外壳相接。所述支撑组件12固定在所述壳体11内，包括第一轴承121、第二轴承122和转轴支架123。所述第一轴承121和所述第二轴承122可以是深沟球轴承等。所述第一轴承121位于靠近所述减速机单元30的一侧，所述第二轴承122位于靠近所述转轴齿轮50的一侧，所述第一轴承121和所述第二轴承122套设在所述转轴单元40外并固定在所述壳体11内，共同支撑所述转轴单元40。所述转轴支架123相对固定在所述壳体11内，并位于靠近所述转轴齿轮50的一侧，所述第二轴承122固设在所述转轴支架123上。通过安装所述第一轴承121和所述第二轴承122，可以减少所述转轴单元40过长而带来的同轴度偏差。

请结合参阅图3到图5，在本实施例中，所述转轴单元40为中空的杆体，在所述转轴单元40的轴向上，其一端套设到所述减速机单元30的输出端外侧并通过与之螺丝固定，所述转轴齿轮50固定在其另一端。

所述转轴齿轮50设有连接部51和多个转轴齿部52。所述连接部51与所述转轴单元40固定连接。在本实施例中，所述连接部51为沿所述转轴单元40轴向延伸的杆体，插设在所述转轴单元40内通过螺丝等与之固定。松开螺丝，所述连接部51可沿所述转轴单元40轴线前后移动。所述转轴齿部52位于所述连接部51远离所述转轴单元40的一端。沿所述转轴单元40轴向投影，多个转轴齿部52沿所述转轴单元40周向环绕在所述连接部51外侧。所述传动齿轮60的轴线平行于所述转轴齿轮50的轴线，并设有多个传动齿部61。沿所述转轴单元40轴向投影，多个传动齿部61环绕所述传动齿轮60的周向均匀排列。请参阅图6，沿所述转轴单元40轴向投影，所述转轴齿部52和所述传动齿部61中靠近其齿根一侧的宽度大于其齿顶的宽度，所述转轴齿部52和所述传动齿部61的一侧齿侧壁至少一部分相对设置，从而实现啮合传动。请结合参阅图7到图10，在任何平行于所述转轴单元40轴向的同一平面内，以与所述转轴单元40轴向平行的方向为长度方向，与所述长度方向垂直的方向为齿宽方向，所述转轴齿部52和/或所述传动齿部61至少一部分在平行于所述转轴单元40轴向的方向上的齿宽不相等，齿宽在平行于所述转轴单元40轴向的方向上发生变化，以快速调节齿间距，并且齿间距的变化可以是连续的，因此能实现齿间距的微调，提高齿间距调节精度，实现减少所述转轴单元40的同轴度偏差带来的影响。在本实施例中，所述转轴齿部52和/或所述传动齿部61中至少一部分的齿形成锥形，且所述转轴齿部52靠近所述电机单元20一侧的齿宽大于所述靠近所述传动座70一侧的齿宽。在一个实施例中，请参阅图7，在任何平行于所述转轴单元40轴向的同一平面内，所述转轴齿部52和所述传动齿部61相对边缘相互平行，调整时齿间距是线性连续变化的，从而将齿间距的线性微调转化为所述转轴齿部52的线性微调；所述转轴齿部52朝向所述转轴单元40一侧的齿宽d1大于其背向所述转轴单元40一侧的齿宽d2；与之相配合地，所述传动齿部61朝向所述转轴单元40一侧的齿宽d3小于其背向所述转轴单元40一侧的齿宽d4；又或是所述转轴齿部52朝向所述转轴单元40一侧的齿宽d1小于其背向所述转轴单元40一侧的齿宽d2，所述传动齿部61则朝向所述转轴单元40一侧的齿宽d3大于其背向所述转轴单元40一侧的齿宽d4；沿所述转轴单元40轴向移动所述转轴齿轮50，可调节所述转轴齿轮50和所述传动齿轮60之间的齿间距。在另一个实施例中，请参阅图8，在任何平行于所述转轴单元40轴向的同一平面内，所述转轴齿部52和所述传动齿部61相对的边缘不平行，以控制齿间距的调整速度。在另一个实施例中，请参阅图9，在任何平行于所述转轴单元40轴向的同一平面内，所述转轴齿部52或所述传动齿部61中的一者在平行于所述转轴单元40轴向的方向上齿宽变化，另一者的齿宽保持恒定，以降低加工难度。在另一个实施例中，请参阅图10，在任何平行于所述转轴单元40轴向的同一平面内，所述转轴齿部52和/或所述传动齿部61在所述转轴单元40转轴方向上至少分为两段，其中一段齿宽逐渐增大或减少，另一段齿宽保持恒定，以适应不同的工作情况。所述传动座70固定在所述传动齿轮60背向所述转轴单元40的一侧侧面上，并随之同轴转动。此外还可以将锥齿轮等固定到所述传动齿轮60背向所述转轴单元40的一侧，以实现传动的转向。

进一步，请参阅图4，所述机械臂还包括调节单元80，其包括第一定位件81和第二定位件82。所述转轴齿轮50还设有凸部53，所述凸部53连接在所述连接部51与所述转轴齿部52之间，并沿所述转轴单元40径向突出，所述凸部53的横截面积大于所述连接部51的横截面积。所述第一定位件81套设在所述连接部51外且可以相对所述连接部51滑动，所述第一定位件81朝向所述凸部53的一端与所述凸部53抵接。在本实施例中，所述第一定位件81为设有外螺纹的螺母，并与所述壳体11或安装在所述壳体11内的法兰等零部件螺纹连接，以固定在所述壳体11内。转动所述第一定位件81，使其沿所述转轴单元40轴向前后移动，从而调节与之相抵接的转轴齿轮50的转轴齿部52在所述转轴单元40轴向上位置。此外，所述第一定位件81可以是套设在所述连接部51上的的滑套，通过弹簧的弹力将其推向所述凸部53。所述第二定位件82在所述壳体11内，在本实施例中为设有内螺纹的螺母，所述转轴齿轮50的连接部51设有外螺纹，所述第二定位件82套设在所述转轴齿轮50的连接部51外侧并与之螺纹连接，所述第二定位件82起到固定防松的作用。在本实施例中，所述调节单元80还包括第三轴承83和第四轴承84，所述第三轴承83和第四轴承84可以是角接触球轴承。所述第三轴承83固定在所述壳体11内的法兰等零部件上，所述第二定位件82安装在所述第三轴承83的一侧侧面上，所述转轴齿轮50的连接部51依次穿设在所述第三轴承83和所述第二定位件82后插入所述转轴单元40内。所述第三轴承83一方面为所述第二定位件82提供支撑，使得所述转轴单元40转动过程中所述第二定位件82随之转动，所述转轴单元40与所述第二定位件82不会发生相对移动，另一方面为所述转轴齿轮50提供支撑。所述第四轴承84固定在所述壳体11内的法兰等零部件上，并套设在所述凸部53外侧，使得所述转轴齿轮50保持平稳。所述第一定位件81对所述转轴齿轮50施加的轴向力，所述第二定位件82对所述转轴齿轮50施加的周向力，在两者共同作用下，防止在工作过程中所述转轴齿轮50受到单向力时发生轴向移动，保证齿间隙的精度，并且在安装时，可先安装所述第一定位件81，再将所述转轴单元40插设在所述第一定位件81，以起到预安装的效果，最后拧动所述第二定位件82以调节齿间隙与加强紧固，最后在将所述转轴齿轮50与所述转轴齿部52的连接部51连接一起，实现安装。进一步，所述调节单元80还包括密封件85，所述密封件85可以是骨架油封或密封圈等，所述密封件85套设在所述连接部51外侧并抵接在所述第三轴承83朝向所述凸部53的侧面上以防止漏油。

在本实施例中，所述电机单元20包括并排排列的第一电机20A、第二电机20B和第三电机20C。所述减速机单元30包括第一减速机30A、第二减速机30B和第三减速机30C。所述转轴单元40包括第一转轴40A、第二转轴40B和第三转轴40C，其轴向长度为60cm以上，并分别穿设在所述转轴支架123内。所述第一电机20A、所述第二电机20B和所述第三电机20C分别带动所述第一减速机30A、所述第二减速机30B和所述第三减速机30C转动，与所述第一减速机30A、所述第二减速机30B和所述第三减速机30C相接的第一转轴40A、第二转轴40B和第三转轴40C随之转动。所述第一转轴40A、所述第二转轴40B和所述第三转轴40C远离所述电机单元20的一侧分别设有转轴齿轮50A、转轴齿轮50B和转轴齿轮50C。所述转轴齿轮50A、所述转轴齿轮50B和所述转轴齿轮50C分别与传动齿轮60A、传动齿轮60B和传动齿轮60C啮合。优选地，所述传动齿轮60A、所述传动齿轮60B和所述传动齿轮60C同轴重叠安装以紧凑结构。所述传动齿轮60A、所述传动齿轮60B和所述传动齿轮60C背向所述转轴单元40的一侧分别安装有所述传动座70或锥齿轮等零部件以带动其转动。

与现有技术相比较，本发明的机械臂能通过提高齿间隙调节的便捷性和调节精度来降低转轴同轴度偏差带来的影响，从而降低对所述转轴单元的同轴度的要求，降低所述转轴单元的加工难度的同时，能减少零部件的损坏和齿间距的反复调试。并且安装后，第一定位件和第二定位件提供两种不同方向的力对转轴齿轮进行定位，使得转轴齿轮不容易发生移位，从而保证传动的稳定性。此外，本发明的机械臂还具有防止漏油、便于传动转向的功能，并且能根据不同的情况，选择不同的齿形，适用性广。

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)

1.一种机械臂，包括电机单元、转轴单元、转轴齿轮和传动齿轮；所述电机单元位于所述转轴单元轴向上的一端并带动所述转轴单元转动，所述转轴齿轮安装在所述转轴单元远离所述电机单元的一端；所述传动齿轮与所述转轴齿轮的轴线平行于所述转轴单元的轴线，所述转轴齿轮周向设有多个转轴齿部，所述传动齿轮周向设有多个传动齿部，且所述转轴齿部与所述传动齿部啮合传动；其特征在于：在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部和/或所述传动齿部至少一部分在平行于所述转轴单元轴线的方向上齿宽不相等。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：还包括调节单元；所述调节单元包括第一定位件；所述转轴齿轮设有向所述转轴单元方向延伸的凸部和连接部，所述凸部位于所述转轴齿部与所述连接部之间，且所述凸部的横截面积大于所述连接部的横截面积；所述第一定位件能够在所述连接部上滑动且在所述转轴单元轴向上与所述凸部抵接。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于：所述调节单元还包括第二定位件，所述第二定位件套设在所述连接部上并与之螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于：还包括壳体单元，所述电机单元、所述转轴单元和所述转轴齿轮位于所述壳体单元内；所述第一定位件设有外螺纹，通过螺纹连接安装到所述壳体单元上。

5.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于：所述调节单元还包括固定在所述壳体单元内的第三轴承和第四轴承；所述第二定位件安装在所述第三轴承上；所述第四轴承套设在所述凸部外。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于：所述调节单元还包括密封件，所述密封件套设在所述连接部外并与所述第三轴承朝向所述凸部的侧面抵接。

7.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：还包括壳体单元，所述壳体单元包括中空的壳体和安装在所述壳体内的支撑组件；所述电机单元、所述转轴单元和所述转轴齿轮位于所述壳体内；所述支撑组件包括第一轴承、第二轴承和转轴支架；所述第一轴承连接在所述转轴单元靠近所述电机单元的一侧；所述转轴支架固定在所述壳体内；所述第二轴承安装在所述转轴支架上并连接在所述转轴单元靠近所述转轴齿轮的一侧。

8.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部或所述传动齿部中至少一个的齿形为锥形，且沿所述转轴单元轴向，靠近所述电机单元一侧的齿宽大于与其相对的另一侧的齿宽。

9.根据权利要求8所述的机械臂，其特征在于：在平行于所述转轴单元轴线的平面内，所述转轴齿部和所述传动齿部相对的两边缘相互平行。

10.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：还包括减速机单元和传动座；所述电机单元的输出端与所述减速机单元的输入端相接，所述转轴单元连接在所述减速机单元的输出端；所述传动座安装在所述传动齿轮背向所述电机单元的一侧，并随之同轴转动。