TW201501889A - 機器人臂部件 - Google Patents

Abstract

一種機器人臂部件，其包括第一機械臂、第二機械臂及第三機械臂，第一機械臂及第三機械臂分別與第二機械臂二端轉動連接。第一機械臂包括間隙調節組件，第二機械臂包括第一傳動組件，第一傳動組件包括依次嚙合之第一調節齒輪、第一中間齒輪及第二調節齒輪。第三機械臂包括第二傳動組件，第二傳動組件包括依次嚙合之第三調節齒輪、第二中間齒輪及第四調節齒輪。第一中間齒輪及第二中間齒輪層疊套設於間隙調節組件上。間隙調節組件能夠調節中間齒輪與其二側調節齒輪間之中心距。

Description

機器人臂部件

本發明涉及一種機器人臂部件，尤其涉及一種應用於多軸機器人之機器人臂部件。

機器人一般包括基座及依次轉動連接之複數機械臂。以六軸機器人之第四機械臂、第五機械臂與第六機械臂為例，第四機械臂處設有電機，用於帶動第五機械臂運動，而電機至第五機械臂之間常採用皮帶傳動結構或者採用中間齒輪傳動結構。第六機械臂作為末端機械臂，其上裝設夾具、切削工具或探測器等末端執行器以執行各種任務。機器人在工作時，工作中不可避免地會使第六機械臂與周圍之物體相碰撞。由於皮帶傳動結構剛性差，發生碰撞時使得第五機械臂易偏位，甚至還會損傷機器人內零部件如減速機及軸承。而採用中間齒輪傳動結構時，齒輪之間會存在間隙，隨著齒輪之磨損，其間隙越來越大，會導致機器人機械臂之定位精度降低。

鑒於上述內容，有必要提供一種剛度大且能夠調節齒輪傳動間隙之機器人臂部件。

一種機器人臂部件，其包括第一機械臂、第二機械臂及第三機械臂，該第一機械臂及第三機械臂分別與該第二機械臂二端轉動連接。該第一機械臂包括第一本體，該第一本體包括第一收容腔；該第二機械臂包括第二本體及驅動該第二本體轉動之第一傳動組件，第一傳動組件包括收容於該第一收容腔且依次嚙合之第一調節齒輪、第一中間齒輪及第二調節齒輪，該第二調節齒輪與該第二本體連接，該第二本體包括第二收容腔；該第三機械臂包括第三本體及驅動該第三本體轉動之第二傳動組件；該第二傳動組件包括收容於該第二收容腔且依次嚙合之第三調節齒輪、第二中間齒輪及第四調節齒輪；該第四調節齒輪與該第三本體連接；該第一機械臂還包括裝設在該第一本體內壁之間隙調節組件，該間隙調節組件包括基板、凸軸及調節件，該基板上開設有調節孔，該凸軸凸伸形成於該基板上，該基板藉由該調節件穿過該調節孔與該第一本體連接，該第一中間齒輪及該第二中間齒輪層疊套設於該凸軸上，藉由調整該調節件相對該調節孔之相對位置，能夠調整該基板相對該第一本體之位置，從而調節該第一中間齒輪與該第一調節齒輪及該第二調節齒輪之間之間隙，及調節該第二中間齒輪與該第三調節齒輪及該第四調節齒輪之間之間隙。

本發明之機器人臂部件包括驅動第二機械臂之第一傳動組件及驅動第三機械臂之第二傳動組件，其採用中間齒輪傳動方式，使得機器人臂部件傳動平穩，剛性大，有效地提高了機器人臂部件之強度及耐衝擊能力。且本發明之機器人臂部件還包括用於調節齒輪傳動間隙之間隙調節組件，間隙調節組件藉由調節件及調節孔與第一本體連接，並能夠調節其在第一本體內之相對位置。第一傳動組件包括依次嚙合之第一調節齒輪、第一中間齒輪及第二調節齒輪，第二傳動組件包括依次嚙合之第三調節齒輪、第二中間齒輪及第三調節齒輪。第一中間齒輪及第二中間齒輪層疊套設於間隙調節組件上。間隙調節組件能夠調節中間齒輪與其二側調節齒輪間之中心距，從而調整傳動間隙，提高機器人臂部件之定位精度。

10‧‧‧第一機械臂

11‧‧‧第一本體

111‧‧‧第一收容部

113‧‧‧第二收容部

115‧‧‧開口

117‧‧‧連接部

13‧‧‧第一蓋體

15‧‧‧第一收容腔

17‧‧‧間隙調節組件

171‧‧‧基板

1711‧‧‧調節孔

173‧‧‧凸軸

175‧‧‧調節件

30‧‧‧第二機械臂

31‧‧‧第二本體

311‧‧‧第一連接部

313‧‧‧第二連接部

33‧‧‧第二蓋體

35‧‧‧第一傳動組件

351‧‧‧第一錐齒輪

353‧‧‧第二錐齒輪

355‧‧‧第一調節齒輪

357‧‧‧第一中間齒輪

359‧‧‧第二調節齒輪

37‧‧‧第二收容腔

371‧‧‧第一容置部

373‧‧‧第二容置部

50‧‧‧第三機械臂

53‧‧‧第三本體

531‧‧‧受動部

533‧‧‧安裝部

55‧‧‧第二傳動元件

551‧‧‧第三錐齒輪

553‧‧‧第四錐齒輪

555‧‧‧第三調節齒輪

556‧‧‧第二中間齒輪

557‧‧‧第四調節齒輪

558‧‧‧第五錐齒輪

559‧‧‧第六錐齒輪

圖1係本發明較佳實施例提供之機器人臂部件之立體圖。

圖2係圖1所示之機器人臂部件沿II-II方向之剖面示意圖。

圖3係圖1所示之機器人臂部件揭開第一蓋體之側視圖。

請參一併參閱圖1及圖2，本發明實施方式之機器人臂部件100包括第一機械臂10、第二機械臂30及第三機械臂50，第一機械臂10與第三機械臂50分別與第二機械臂30之二端轉動連接。

本實施方式之機器人臂部件100應用於六軸機器人中，第一機械臂10、第二機械臂30及第三機械臂50能夠分別繞第一軸線A、第二軸線B及第三軸線C轉動，其中第二軸線B與第一軸線A及第三軸線C均垂直。第三機械臂50設置於六軸機器人之末端，用於安裝刀具、夾具等末端執行裝置。

第一機械臂10包括第一本體11、蓋設於第一本體11上之第一蓋體13及收容於第一本體11內部之間隙調節組件17。

第一本體11大致為“Z”形之中空殼體，其包括平行設置之第一收容部111及第二收容部113，第一收容部111之一端與第二收容部113之一端連接。第一收容部111之中心軸線為第一軸線A。第二收容部113於平行於第一收容部111軸線之外側面上開設有一開口115，用於與第一蓋體13配合。在本實施例中，開設開口115之外側面為背離第一收容部111之外側面。可理解，開設開口115之外側面亦可為靠近第一收容部111之外側面。第二收容部113與開口115平行相對之外側面且背離第一收容部111之一端上形成有一連接部117，用於與第二機械臂30連接。第一蓋體13蓋設於開口115上，並與第一本體11共同形成第一收容腔15。

請一併參閱圖3，間隙調節組件17裝設於第二收容部113相對開口115之內壁上，並容納於第一收容腔15中，用於調節第二機械臂30及第三機械臂50之齒輪傳動間隙。間隙調節組件17包括基板171、形成於基板171之上之凸軸173及複數調節件175。

基板171大致呈矩形板狀，其上開設有複數調節孔1711。在本實施例中，調節孔1711為腰型孔，其長軸方向與第一軸線A垂直，且數量為四。腰型孔具有長軸及與長軸垂直之短軸，長軸係指通過腰型孔二端之半圓圓心之軸線。凸軸173大致呈圓柱狀，其形成於基板171之大致中心位置並由基板171朝向開口115凸伸，用於定位第一機械臂10及第二機械臂30之部分齒輪結構。調節件175穿設於調節孔1711並與第二收容部113之內壁螺合，以將基板171固定於第一本體11之內壁上。在本實施例中，調節件175為螺釘。藉由調整調節件175在調節孔1711中之相對位置，可調整基板171在第二收容部113內之相對位置。

第二機械臂30與第一機械臂10轉動連接，其包括第二本體31、蓋設於第二本體31上之第二蓋體33及與第二本體31固定連接之第一傳動組件35。

第二本體31大致為“L”型中空殼體，包括第一連接部311及折彎形成於第一連接部311之上之第二連接部313。第一連接部311之中心軸線為第二軸線B，其與第一機械臂10之連接部117轉動連接。第二連接部313與第一本體11之第一收容部111平行。第二本體31上對應第二蓋體33開設有一罩蓋開口（圖未標），第二蓋體33蓋設於該罩蓋開口上，並與第二本體31共同形成第二收容腔37。第二收容腔37與第一收容腔15連通，其包括形成於第一連接部311內之第一容置部371及形成於第二連接部313內之第二容置部373，第一容置部371與第二容置部373相連通。第二收容腔37用於收容第三機械臂50之部分結構。

第一傳動組件35收容於第一收容腔15內，其包括第一錐齒輪351、第二錐齒輪353、第一調節齒輪355、第一中間齒輪357及第二調節齒輪359。在本實施例中，第一調節齒輪355、第一中間齒輪357及第二調節齒輪359均為直齒輪。

第一錐齒輪351沿第一軸線A方向轉動設置於第一收容部111內，第二錐齒輪353與第一錐齒輪351嚙合，且其軸線與第一軸線A垂直。第一調節齒輪355同軸設置在第二錐齒輪353上，且容納於第二收容部113中。第一調節齒輪355與第二錐齒輪353固定連接。第一中間齒輪357轉動套設於間隙調節組件17之凸軸173上，並與第一調節齒輪355嚙合。第二調節齒輪359位於第一中間齒輪357遠離第一調節齒輪355之一側，並與第一中間齒輪357嚙合。第二調節齒輪359之軸線為第二軸線B。第二調節齒輪359與第一連接部311固定連接，並能夠帶動第二本體31繞第二軸線B轉動。第一調節齒輪355、第一中間齒輪357及第二調節齒輪359容納於第二收容部113內對應開口115處，以方便從開口115觀察並調節第一調節齒輪355與第一中間齒輪357之間及第一中間齒輪357與第二調節齒輪359之間之傳動間隙。

第三機械臂50與第二機械臂30轉動連接，且部分收容於第一收容腔15及第二收容腔37內，其包括第三本體53及與第三本體53固定連接之第二傳動組件55。

第三本體53包括包括受動部531及形成於受動部531末端之安裝部533。受動部531大致呈軸狀，其沿第三軸線C轉動設置於第二容置部373中，且其遠離安裝部533之一端與第二傳動組件55固定連接。安裝部533凸出第二本體31之第二連接部313，其用於裝設夾具、刀具或者探測儀器等末端執行器。

第二傳動組件55部分收容於第一收容腔15內並延伸至第一容置部371中，其包括第三錐齒輪551、第四錐齒輪553、第三調節齒輪555、第二中間齒輪556、第四調節齒輪557、第五錐齒輪558及第六錐齒輪559。在本實施例中，第三調節齒輪555、第二中間齒輪556及第四調節齒輪557均為直齒輪。

第三錐齒輪551沿第一軸線A設置，並同軸插設於第一錐齒輪351之軸孔內。第四錐齒輪553與第三錐齒輪551嚙合，且其軸部同軸插設於第二錐齒輪353及第一調節齒輪355中。第三調節齒輪555固定套設於第四錐齒輪553之軸部，且不干涉地層疊於第一調節齒輪355遠離第三錐齒輪551之一側，使得其軸線與第一軸線A垂直。第二中間齒輪556轉動套設於間隙調節組件17之凸軸173，且不干涉地層疊於第一中間齒輪357遠離基板171之一側，並與第三調節齒輪555嚙合。第四調節齒輪557與第二中間齒輪556嚙合，且不干涉地層疊於第二調節齒輪359遠離第一連接部311之一側，使得第四調節齒輪557之軸線與第二軸線B重合。第五錐齒輪558之軸部轉動插設於第二調節齒輪359中且與第四調節齒輪557固定連接。第五錐齒輪558之齒部凸出於第二收容部113並延伸至第一容置部371內。第六錐齒輪559收容於第一容置部371內，並與第五錐齒輪558之齒部嚙合。第六錐齒輪559之軸線與第三軸線C重合，且其固定套設於第三本體53之受動部531遠離安裝部533之一端，以帶動受動部531沿著第三軸線C轉動，從而帶動安裝部533繞第三軸線C轉動。

組裝機器人臂部件100時，首先，將間隙調節組件17之基板171裝設於第一本體11之內壁上，並使用調節件175將基板171與第一本體11鎖固。然後，將第三錐齒輪551轉動套設於第一錐齒輪351上，並將第一錐齒輪351與第三錐齒輪551沿第一軸線A轉動設置於第一本體11內。將第四錐齒輪553與第三錐齒輪551嚙合，使得其軸線與第三錐齒輪551之軸線垂直。將第二錐齒輪353轉動套設於第四錐齒輪553上，並與第一錐齒輪351嚙合。再將第一調節齒輪355轉動套設於第四錐齒輪553上並固定地層疊於第二錐齒輪353上。將第一中間齒輪357轉動套設於間隙調節組件17之凸軸173上並與第一調節齒輪355嚙合。再將第三調節齒輪555固定地套設於第四錐齒輪553之軸部且層疊於第一調節齒輪355上。將第二中間齒輪556轉動套設於凸軸173上，層疊於第一中間齒輪357之上並與第三調節齒輪555嚙合。將第二調節齒輪359沿第二軸線B轉動設置於第一收容腔15內並與第一中間齒輪357嚙合，再將第四調節齒輪557輪層疊於第二調節齒輪359之上並與第二中間齒輪556嚙合。

其次，將第二本體31之第一連接部311插設於第一本體11之連接部117內，再將第五錐齒輪558轉動設置於第一容置部371中，並使其軸部凸伸入第一收容部111並轉動插設於第二調節齒輪359中，其軸部末端固定地插設於第四調節齒輪557中，其齒部收容於第一容置部371內，且其軸線與第二軸線B重合。

最後，將第六錐齒輪559固定地套設於第三本體53之受動部531上遠離安裝部533之一端，將第六錐齒輪559及受動部531沿第三軸線C轉動設置於第二容置部373中，並使得第六錐齒輪559與第五錐齒輪558嚙合。再將第一蓋體13蓋設於開口115上並鎖固，將第二蓋體33蓋設於第二本體31對應之罩蓋開口上並鎖固。

本發明之機器人臂部件100傳動過程如下：當第一機械臂10繞第一軸線A轉動時，第一機械臂10之第一本體11可帶動第二機械臂30及第三機械臂50整體繞第一軸線A轉動。當第一傳動組件35中之第一錐齒輪351轉動時，藉由第二錐齒輪353、第一調節齒輪355、第一中間齒輪357、第二調節齒輪359傳動，從而帶動第二機械臂30及第三機械臂50整體繞第二軸線B轉動。當第二傳動組件55中之第三錐齒輪551旋轉時，藉由第四錐齒輪553、第三調節齒輪555、第二中間齒輪556、第四調節齒輪557、第五錐齒輪558及第六錐齒輪559傳動，使得第三本體53繞第三軸線C轉動。

當第一傳動組件35及第二傳動組件55因工作振動或磨損造成齒輪間隙過大而鬆動時，僅需將第一蓋體13打開，釋放調節件175，然後將基板171沿著垂直於第一調節齒輪355中心點及第二調節齒輪359中心點連線之方向上移動，並重新鎖緊調節件175，即可調整基板171在第二收容部113中之位置，從而縮小了第一中間齒輪357與第一調節齒輪355及第二調節齒輪359之中心距。同樣地，亦調節了第二中間齒輪556與第三調節齒輪555及第四調節齒輪557之中心距。

本發明之機器人臂部件100包括驅動第二機械臂30之第一傳動組件35及驅動第三機械臂50之第二傳動組件55，其採用中間齒輪傳動方式，使得機器人臂部件100傳動平穩，剛性大，有效地提高了機器人臂部件100之強度及耐衝擊能力。機器人臂部件100還包括用於調節傳動間隙之間隙調節組件17。第一傳動組件35及第二傳動組件55中分別包括第一中間齒輪357及第二中間齒輪556，且第一中間齒輪357及第二中間齒輪556均套設於間隙調節組件17之凸軸173上。當需調節齒輪傳動間隙時，僅需藉由調節孔1711及調節件175調整基板171在第一收容腔15內之相對位置，使得凸軸173帶動第一中間齒輪357及第二中間齒輪556在沿著垂直於第一調節齒輪355中心點及第二調節齒輪359中心點連線之方向上移動，便可調節第一中間齒輪357與第一調節齒輪355及第二調節齒輪359之中心距大小，同樣地，亦可調節第二中間齒輪556與第三調節齒輪555及第四調節齒輪557之中心距大小，以調整傳動間隙，從而提高機器人臂部件100之定位精度。

可理解，第五錐齒輪558及第六錐齒輪559可省略，而將第三調節齒輪555、第二中間齒輪556及第四調節齒輪557改變成為錐齒輪，使得第四調節齒輪557可直接帶動第三本體53繞第三軸線C轉動即可。

可理解，第一本體11之外形亦可不為近似“Z”形，例如可將第一收容部111之外徑擴大，使得第一本體11之外形為圓筒狀；再如可採用直齒輪替代第一錐齒輪351及第二錐齒輪353，同樣採用直齒輪替代第三錐齒輪551及第四錐齒輪553，使得第一本體11之外形為適於替代後之第一傳動組件35及第二傳動組件55之結構之圓筒狀或其他形狀。

可理解，本發明之機器人臂部件100不限於在六軸機器人中使用，其可用於包括具有第一機械臂10、第二機械臂30及第三機械臂50之三軸、四軸或者五軸機器人中。機器人臂部件100亦可增加或減少傳動級數，以滿足傳動比要求。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

無

10‧‧‧第一機械臂

11‧‧‧第一本體

111‧‧‧第一收容部

113‧‧‧第二收容部

115‧‧‧開口

117‧‧‧連接部

13‧‧‧第一蓋體

171‧‧‧基板

173‧‧‧凸軸

30‧‧‧第二機械臂

31‧‧‧第二本體

311‧‧‧第一連接部

313‧‧‧第二連接部

33‧‧‧第二蓋體

35‧‧‧第一傳動組件

351‧‧‧第一錐齒輪

353‧‧‧第二錐齒輪

355‧‧‧第一調節齒輪

357‧‧‧第一中間齒輪

359‧‧‧第二調節齒輪

37‧‧‧第二收容腔

371‧‧‧第一容置部

373‧‧‧第二容置部

50‧‧‧第三機械臂

53‧‧‧第三本體

531‧‧‧受動部

533‧‧‧安裝部

55‧‧‧第二傳動組件

551‧‧‧第三錐齒輪

553‧‧‧第四錐齒輪

555‧‧‧第三調節齒輪

556‧‧‧第二中間齒輪

557‧‧‧第四調節齒輪

558‧‧‧第五錐齒輪

559‧‧‧第六錐齒輪

Claims (10)

1. 一種機器人臂部件，其包括第一機械臂、第二機械臂及第三機械臂，該第一機械臂及第三機械臂分別與該第二機械臂二端轉動連接，其改良在於：該第一機械臂包括第一本體，該第一本體包括第一收容腔；該第二機械臂包括第二本體及驅動該第二本體轉動之第一傳動組件，第一傳動組件包括收容於該第一收容腔且依次嚙合之第一調節齒輪、第一中間齒輪及第二調節齒輪，該第二調節齒輪與該第二本體連接，該第二本體包括第二收容腔；該第三機械臂包括第三本體及驅動該第三本體轉動之第二傳動組件；該第二傳動組件包括收容於該第二收容腔且依次嚙合之第三調節齒輪、第二中間齒輪及第四調節齒輪；該第四調節齒輪與該第三本體連接；該第一機械臂還包括裝設在該第一本體內壁之間隙調節組件，該間隙調節組件包括基板、凸軸及調節件，該基板上開設有調節孔，該凸軸凸伸形成於該基板上，該基板藉由該調節件穿過該調節孔與該第一本體連接，該第一中間齒輪及該第二中間齒輪層疊套設於該凸軸上，藉由調整該調節件相對該調節孔之相對位置，能夠調整該基板相對該第一本體之位置，從而調節該第一中間齒輪與該第一調節齒輪及該第二調節齒輪之間之間隙，及調節該第二中間齒輪與該第三調節齒輪及該第四調節齒輪之間之間隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人臂部件，其中該調節孔為腰型孔，該調節孔之長軸方向垂直該第一調節齒輪及該第二調節齒輪之中心連線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機器人臂部件，其中該調節件穿設於該調節孔並與該第一本體螺合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之機器人臂部件，其中該第一本體為中空殼體，其包括第一收容部及與第一收容部相連接之第二收容部，該第一收容部及該第二收容部形成“Z”型結構，該第一收容腔形成於該第一收容部及該第二收容部內；該第一傳動組件收容於該第一收容部及該第二收容部中。
5. 如申請專利範圍第4項所述之機器人臂部件，其中該第一機械臂還包括第一蓋體；該第二收容部於平行於該第一收容部軸線之外側面上開設有一開口，該第一蓋體蓋設於該開口上；該基板固定於該第二收容部相對該開口之內壁上，該凸軸由該基板朝向開口凸伸形成。
6. 如申請專利範圍第4項所述之機器人臂部件，其中該第一傳動組件還包括第一錐齒輪及第二錐齒輪，該第一錐齒輪轉動設置於該第一收容部內，該第二錐齒輪與該第一錐齒輪嚙合並與該第一調節齒輪固定連接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之機器人臂部件，其中該第二本體包括靠近該第二收容部之第一連接部及在該第一連接部之上彎折形成之第二連接部；該第二調節齒輪與該第一連接部固定連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之機器人臂部件，其中該第二傳動組件還包括第三錐齒輪、第四錐齒輪、第五錐齒輪及第六錐齒輪；該第三錐齒輪轉動設置於該第一收容部內，該第四錐齒輪與第三錐齒輪嚙合，且其軸部固定插設於該第三調節齒輪中；該第五錐齒輪之軸部固定插設於該第四調節齒輪中，且其齒部收容於該第一連接部內，該第六錐齒輪與該第五錐齒輪嚙合，並與該第三本體固定連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之機器人臂部件，其中該第三本體包括受動部及形成於該受動部末端之安裝部，該受動部轉動設置於該第二連接部內，該第六錐齒輪固定套設於該受動部遠離該安裝部之一端；該安裝部凸出該第二連接部。
10. 如申請專利範圍第8項所述之機器人臂部件，其中該第三錐齒輪之軸部轉動插設於該第一錐齒輪內，該第四錐齒輪之軸部轉動穿設於該第二錐齒輪及該第一調節齒輪並與該第三調節齒輪固定，該第五錐齒輪轉動穿設於該第二調節齒輪並與該第四調節齒輪固定。