201121737 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種齒輪背隙調整裝置及採用該調整裝置之 工業機器人，尤其涉及一種調整圓柱齒輪背隙之調整裝 置及採用該調整裝置並採用齒輪機構進行傳動之工業機 器人。 【先前技術] [0002] 工業機器人通常包括複數依次相連之手腕單元，設置於 其末端之手腕單元，如六g機辱人之第六旋轉軸可裝設 夾具、切削工具及探測器等以執行各種動作。每一手腕 單元藉由驅動先件實現繞某一軸線之轉動。每一驅動元 件包括電機與齒輪機構。，丨…4 闺工業機器人手腕單元之運_度、承鱗力、運動之平 穩性等均受齒輪機構嚙合狀況影響。若齒輪機構之齒輪 副背隙較大，則傳動過程中，尤其於頻繁正反轉運轉過 程中，齒輪副間極易產生衝擊，其結果將導致振動、磨 損加劇，降低翁輪傳翁之精度並縮短齒輪機構之壽命。 對於圓柱齒輪機構，因其通常係定心轉動，當齒輪加工 或者安裝過程中存在誤差時會產生背隙，從而運行過程 中齒輪不能於正確位置轉動與嚙合，將降低傳動精度及 齒輪機構壽命等。習知技術多從提高齒輪之製造精度來 達成減小背隙之目的，然，這一做法不僅直接增加了齒 輪之製造成本’亦不便對背隙進行調整。 【發明内容】 [0004]鑒於上述内容，有必要提供一種可消除圓柱齒輪背隙之 098145213 表單編號A0101 第4頁/共17頁 0982077276-0 201121737 調整裝置及採用該調整裝置並採用齒輪機構進行傳動之 工業機器人。 [0005] Ο [0006] 一種齒輪背隙調整裝置，用於調整工業機器人之圓柱齒 輪裝置之背隙，該圓柱齒輪裝置包括相互嚙合之第一齒 輪與第二齒輪。該第一齒輪沿其軸向位置固定，該第二 齒輪沿其軸向可移動設置，該第一齒輪及第二齒輪沿轴 向方向移位係數線性變化，且該第一齒輪移位係數較大 端及較小端分別與第二齒輪移位係數較小端及較大端對 應嚙合，該齒輪背隙調整裝置包括一彈性件，該彈性件 提供使第二齒輪軸向偏移以抵靠第一齒輪之彈力。 ❹ 又，一種工業機器人，其包括可繞第一軸線轉動之第一 手腕單元、可繞第二軸線轉動之第二手腕單元、用於驅 動第一手腕單元之第一電機及第一傳動鏈以及用於驅動 第二手腕單元之第二電機及第二傳動鏈，該第一軸線與 第二軸線正交，該第一傳動鏈及第二傳動鏈至少其中之 一包括圓柱齒輪裝置，該圓柱齒輪裝置包括相互响合之 第一齒輪與第二齒輪。該工業機器人還包括用於調整該 圓柱齒輪裝置背隙之齒輪背隙調整裝置，該第一齒輪沿 其軸向位置固定，該第二齒輪沿其軸向可移動設置，該 第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向移位係數線性變化，且 該第一齒輪移位係數較大端及較小端分別與第二齒輪移 位係數較小端及較大端對應嚙合，該齒輪背隙調整裝置 包括一彈性件，該彈性件提供使第二齒輪軸向偏移以抵 靠第一齒輪之彈力。 [0007] 上述工業機器人之第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向之移 098145213 表單編號Α0101 第5頁/共17頁 0982077276-0 201121737 位係數線性變化，且第二齒輪與第一齒輪對應嚙合，利 用彈性件施加沿軸向彈力，可使第二齒輪沿軸向移動以 與第一齒輪相抵靠，從而消除第一齒輪與第二齒輪間之 背隙，使第一齒輪與第二齒輪平穩嚙合，提高工業機器 人傳動之平穩性以及運動精度，還可提高圓柱齒輪裝置 之使用壽命。 【實施方式】 [0008] 下面結合附圖及具體實施方式對本發明之齒輪背隙調整 裝置及採用該調整裝置之工業機器人作進一步的詳細說 明，並以六軸工業機器人為例進行說明。 [0009] 圖1及圖2所示為本發明實施方式之工業機器人1 00腕部單 元之局部示意圖。工業機器人100為六轴工業機器人，其 包括基座、可轉動地設置於基座之支架、可轉動地設置 於支架一端之大臂、可轉動地設置於大臂之連接腕部， 上述結構於附圖中未示出。工業機器人100還包括與連接 腕部轉動連接之第四手腕單元11，可繞第五軸線A旋轉且 由第四手腕單元11支撐之第五手腕單元12，可繞第六轴 線B旋轉且由第五手腕單元12支撐之第六手腕單元13，用 於驅動第五手腕單元12之第一電機（圖未示）及第一傳 動鏈14，以及用於驅動第六手腕單元13之第二電機（圖 未示）及第二傳動鏈15。第五軸線A與第六軸線B正交。 第六手腕單元13前端可安裝夾具、刀具或者探測儀器等 執行裝置進行工作。 [0010] 第四手腕單元11為大致呈叉形結構之殼體，其包括二叉 分支112，113，以及連接二叉分支112，113之連接部 098145213 表單編號A0101 第6頁/共17頁 0982077276-0 201121737 [0011] ο [0012] [0013] Ο 114。連接部114設有一中空部1142，叉分支112，113 分別開設有齒輪安裝孔1121，1131。中空部1142及齒輪 安裝孔1121，1131相互基本平行且均沿垂直於第五軸線 Α之方向延伸。二叉分支112，113還分別開設沿第五軸線 A方向延伸且同軸設置之第五軸安裝孔1123，1133。 第五手腕單元12大致呈柱體，設置於二叉分支112，113 間，其二端分別可轉動地設於第五軸安裝孔1123，1133 内。第五手腕單元12沿軸向之中部開設沿第六軸線B方向 延伸之第六軸安裝孔121。第六手腕單元13可轉動地設於 第六軸安裝孔121内，從而第六手腕單元13可繞第六軸線 B旋轉，並可跟隨第五手腕單元12繞第五軸線A旋轉。 第一傳動鏈14用於將第一電機之動力傳送至第五手腕單 元12，以使第五手腕單元12可繞第五轴線A旋轉。第一傳 動連14包括第一傳動軸141、圓柱齒輪裝置142以及第一 圓錐齒輪裝置143。 第一電機及圓柱齒輪裝置142分別設置於第一傳動軸141 之二端。圓柱齒輪裝置142包括相互嚙合之第一齒輪142a 及第二齒輪142b。圓柱齒輪裝置142之具體結構於後文詳 述。第一圓錐齒輪裝置143包括相互嚙合之二圓錐齒輪 143a，143b。其中，第一齒輪142a與第一傳動軸141固 定，第二齒輪142b與圓錐齒輪143a連動並可沿其軸向移 動；圓錐齒輪143b相對於第五手腕單元12固定設置，以 帶動第五手腕單元12繞第五軸線A旋轉。第一傳動軸141 沿轴向開設一貫穿孔1412。 098145213 表單編號A0101 第7頁/共17頁 0982077276-0 201121737 [0014] 第二傳動鏈15用於將第二電機之動力傳送至第六手腕單 元13，以使第六手腕單元13可繞第六軸線B旋轉。第二傳 動鏈15包括第二傳動軸151、圓柱齒輪裝置152、第二圓 錐齒輪153以及第三圓錐齒輪154。 [0015] 第二傳動軸151穿設於第一傳動軸之貫穿孔1412，且其二 端分別伸出該貫穿孔1412外。第二電機及圓柱齒輪裝置 152分別安裝於第二傳動軸151之二端。第一電機及第二 電機分別設置於第四手腕單元11之軸向二側。圓柱齒輪 裝置152與圓柱齒輪裝置142相似，其包括相互嚙合之第 一齒輪152a及第二齒輪152b。第一齒輪142a與第一齒輪 152a沿軸向偏置。第二圓錐齒輪裝置153包括二相互嚙合 之圓錐齒輪153a，153b。第三圓錐齒輪154包括二相互 嚙合之圓錐齒輪154a，154b。其中，第一齒輪152a與第 二傳動軸151相對固定，第二齒輪152b與圓錐齒輪153a 連動並可沿其軸向移動；圓錐齒輪153b相對於圓錐齒輪 154a固定設置；圓錐齒輪154b相對於第六手腕單元13固 定設置以帶動第六手腕單元13繞第六軸線B旋轉。 [0016] 圖3示出了用於調整工業機器人之齒輪背隙調整裝置20。 採用齒輪背隙調整裝置20對圓柱齒輪裝置142，152之背 隙進行調整之方式相似，以下以調整圓柱齒輪裝置142之 背隙調整裝置為例進行說明。本實施方式中，圓柱齒輪 裝置142之第一齒輪142a及第二齒輪輪142b均為直齒漸 開線齒輪。 [0017] 第一齒輪142a包括第一端1421及第二端1422。從第一端 1421至第二端1422，第一齒輪142a之移位係數線性遞增 098145213 表單編號A0101 第8頁/共17頁 0982077276-0 201121737 [0018] ❹ [0019] [0020] Ο [0021] ，換言之，第一齒輪142a之齒頂圓柱面呈錐形，其齒厚 隨移位係數相應線性遞增。第一端1421為大直徑端，第 二端1422為小直徑端。 第二齒輪142b包括第一端1423及第二端1424。從第一端 1423至第二端1424，第二齒輪142b之移位係數線性遞減 ，換言之，第二齒輪142b之齒頂圓柱面呈錐形，其齒厚 隨移位係數相應線性遞減。第一端1423為小直徑端，第 二端1424為大直徑端。第二齒輪142b之第一端1423與第 一齒輪142a之第一端1421，第二齒輪142b之第二端 1424與第一齒輪142a之第二端1422分別對應嚙合。 較佳地，第一齒輪142a與第二齒輪142b之錐度小於或等 於5度，以保持較佳之响合條件。 為調整第一齒輪142a與第二齒輪142b間之背隙，齒輪背 隙調整裝置20中預設彈力之彈性件21可提供一沿第二齒 輪142b軸向之彈力，使第一齒輪142a與第二齒輪142b相 互抵靠，以消除第一齒輪142a與第二齒輪142b間之背隙 〇 本實施方式中，第一齒輪142a沿軸向之位置固定，第二 齒輪142b沿轴向可移動設置。第二齒輪142b可藉由鍵與 齒輪軸146止轉連接，並相對於鍵沿軸向移動。第二齒輪 142b之第二端1424開設有沿軸向之容置孔1425，彈性件 21收容於容置孔1425内並彈性抵持第二齒輪142b。彈性 件21可選擇螺旋型壓縮彈簧，其套設於與第二齒輪142b 連接之齒輪轴146上。 098145213 表單編號A0101 第9頁/共17頁 0982077276-0 201121737 [0022] 當第一齒輪142a與第二齒輪142b間產生背隙時，彈性件 21抵推第二齒輪142b，使第二齒輪142b沿軸向d-d移動 ，因第一齒輪142a與第二齒輪142b呈錐形，第二齒輪 142b移動一定距離後與第二齒輪142b相抵靠，從而消除 背隙。與第二齒輪142b相似，第二齒輪152b—端容置有 彈性件22，以抵持第二齒輪152b，消除背隙。上述調整 可自動進行，即當圓柱齒輪裝置142，152工作時，如工 作狀況或環境變化而引起背隙改變，彈性件21，22可分 別自動調節第二齒輪142b，152b沿軸向之位置以消除背 隙，從而工業機器人100工作時，可始終保持圓柱齒輪裝 置142，152基本實現零間隙，從而提高傳動之平穩性、 運動精度以及圓柱齒輪裝置142，152之使用壽命。 [0023] 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本 案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化 ，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 [0024] 圖1係本發明實施方式之工業機器人之手腕單元立體圖。 [0025] 圖2係圖1所示工業機器人之手腕單元沿11 -11方向之剖視 圖。 [0026] 圖3係圖2所示手腕單元剖視圖之局部放大圖。 【主要元件符號說明】 [0027] 工業機器人1 0 0 098145213 表單編號A0101 第10頁/共17頁 0982077276-0 201121737 ❹ 〇 [0028] 第四手腕單元11 [0029] 第五手腕單元12 [0030] 第六手腕單元13 [0031] 第一傳動鏈14 [0032] 第二傳動鏈15 [0033] 叉分支112、113 [0034] 齒輪安裝孔1121、1131 [0035] 第五軸安裝孔1123、1133 [0036] 連接部114 [0037] 中空部1142 [0038] 第六軸安裝孔121 [0039] 第一傳動軸141 i： [0040] 圓柱齒輪裝置142、152 P [0041] 第一圓錐齒輪裝置143 | [0042] 第一齒輪 142a、152a [0043] 第二齒輪 142b、152b [0044] 圓錐齒輪143a、143b、 15〔 [0045] 154a ' 154b [0046] 貫穿孔1412 j卜n-丨·*
153b 098145213 表單編號A0101 第11頁/共17頁 0982077276-0 201121737 [0047] 第二傳動軸151 [0048] 第二圓錐齒輪裝置153 [0049] 第三圓錐齒輪裝置154 [0050] 齒輪背隙調整裝置20 [0051] 第一端 1421、1423 [0052] 第二端 1422、1424 [0053] 彈性件21、22 [0054] 齒輪軸146 [0055] 容置孔1425 098145213 表單編號A0101 第12頁/共17頁 0982077276-0