TWI823741B - 齒輪機構及機器人 - Google Patents

Abstract

一種齒輪機構，包括第一齒輪設於齒輪箱內，第一齒輪被支持能以第一軸線為中心進行旋轉。第二齒輪設於齒輪箱內並囓合第一齒輪，第二齒輪被支持能以第二軸線為中心進行旋轉，且第二軸線係沿與第一軸線相交的平面延伸，第二齒輪具有比第一齒輪還小的圓錐角。固定件沿第二軸線可裝卸地設置於齒輪箱，固定件透過軸承支持第二齒輪可進行轉動。以及第二齒輪用墊片，設置於固定件與齒輪箱之間，第二齒輪用墊片可供第二齒輪沿第二軸線方向進行位置調整。第二齒輪用墊片具有讓固定件穿過的通孔及通路，通路從第二齒輪用墊片的外周緣朝向通孔延伸，且位於第二齒輪用墊片的外部與通孔之間，通路可供固定件沿第二軸線相交的方向通過。

Description

齒輪機構及機器人

本案是關於一種齒輪機構及機器人。

從前對於機器人的齒輪機構而言，為了調整戟齒輪組（hypoid gear set）的環形齒輪及小齒輪之間的齒隙量，會使用墊片對環型齒輪及小齒輪的軸方向進行位置調整(例如參閱專利文獻1)。 為了得到環型齒輪與小齒輪之間的最適合齒隙量，必須設定最適合的墊片厚度。齒輪，特別是為了防止容易形成特別長的小齒輪的軸桿傾倒，墊片最好配置在以齒輪軸線為中心的環周全周，一般而言，會採用具有被齒輪軸桿貫穿的通孔的墊片。

專利文獻1：特開2018-1277號公報

舉例來說，在齒輪與支持齒輪可以進行轉動的軸承之間所夾設的墊片厚度需進行調整的情況下，必須將齒輪與軸承進行分離，才能夠將齒輪及軸承的組合體自機構部取出。然後，自分離後的齒輪軸桿將墊片拔出，又或者在軸桿追加墊片後，必須重複地進行確認作業，以確認齒輪與軸承所組成的組合體在裝入機構部內的囓合狀態，這個取出作業需要花費大量時間。

又，齒輪與軸承的組合體自機構部取出後，齒輪的囓合會解除。但是，因為齒輪的囓合相位存在不一致，一旦囓合解除，必須重新開始進行囓合的調整作業。因此，希望可以簡化齒輪與軸承等的組裝作業，且可以不需要解除齒輪的囓合而可以進行齒隙量的調整。

在一些實施例中，本案是一種齒輪機構，包括一齒輪箱；一第一齒輪設於齒輪箱內，第一齒輪被支持能以第一軸線為中心進行旋轉。一第二齒輪設於齒輪箱內並囓合第一齒輪，第二齒輪被支持能以第二軸線為中心進行旋轉，且第二軸線係沿與第一軸線相交的平面延伸，第二齒輪具有一比第一齒輪還小的圓錐角。一固定件沿第二軸線可裝卸地設置於齒輪箱，固定件透過一軸承支持第二齒輪可進行轉動。以及一第二齒輪用墊片，設置於固定件與齒輪箱之間，第二齒輪用墊片可供第二齒輪沿第二軸線方向進行位置調整。第二齒輪用墊片具有讓固定件穿過的一通孔及一通路，通路從第二齒輪用墊片的外周緣朝向通孔延伸，且位於第二齒輪用墊片的外部與通孔之間，通路可供固定件沿第二軸線相交的方向通過。

關於本案一實施例的齒輪機構及機器人，請參閱圖式及以下說明。 根據圖1及圖2所示，本實施例的機器人100，例如包括六軸多關節型機器人、設置於地板等被設置面的基座110以及能以第一軸J1為軸心相對於基座110進行旋轉的旋轉胴體120。

又，機器人100包括能以設置於與第一軸J1垂直的平面內的第二軸J2為中心相對於旋轉胴體120進行轉動的一第一手臂130、及能以平行第二軸J2的第三軸J3為中心相對於第一手臂130進行轉動的一第二手臂140。並且，機器人100具有設置於第二手臂140前端且為三軸的一手腕單元150。

讓旋轉胴體120以第一軸J1為中心相對於基座110旋轉的第一關節A1、讓第一手臂130以第二軸J2為中心相對於旋轉胴體120轉動的第二關節A2、及讓第二手臂140以第三軸J3為中心相對於第一手臂130轉動的第三關節A3，分別設置有齒輪機構1。第一到第三關節A1、A2、A3分別具有馬達160、161、162，齒輪機構1將馬達160、161、162之輸出軸160a、161a、162a的旋轉降速後輸出。

以下，關於本實施例的齒輪機構1，是以讓第一手臂130以第二軸J2(第一軸線)為中心相對於旋轉胴體120進行轉動的第二關節A2為例進行說明。 如圖3及圖4所示，本實施例的齒輪機構1，容置於第一手臂130的殼體131(齒輪箱)內，馬達161可裝卸地固定在第一手臂130的殼體131(齒輪箱)內。

齒輪機構1包括一戟齒輪組2及一對以上配置在戟齒輪組2與馬達161之間的正齒輪3。 戟齒輪組2包括透過軸承4能以第二軸J2為中心相對於殼體131轉動且受支撐的一環形齒輪5(第一齒輪)及囓合環形齒輪5的一小齒輪6(第二齒輪)。環形齒輪5固定在旋轉胴體120。

小齒輪6與環形齒輪5相比較之下具有比較小的圓錐角，且小齒輪6設置在一端設有正齒輪3的細長軸桿7的另一端。 小齒輪6被設置在能夠以沿著與第二軸J2垂直的平面設置的軸線X(第二軸線)為中心進行轉動。

如圖3所示，沿著第二軸J2，藉由外輪4a嵌合在設置於殼體131嵌合孔132的軸承4，且環形齒輪5固定於軸承4的內輪4b，環形齒輪5被支持在殼體131而能以第二軸J2為中心進行旋轉。 又，如圖3及圖4所示，齒輪機構1具有以承軸20支持小齒輪6能以軸線X進行旋轉的固定件8。固定件8透過將圓筒狀的外面嵌合進沿軸線X設置於殼體131的嵌合孔134內而設置於殼體131。

又，齒輪機構1具有夾設於環形齒輪5及環形齒輪5固定在軸承4的內輪4b的第二軸J2方向的端面之間，由金屬製薄板所形成的墊片9(第一齒輪用墊片)。因此，環形齒輪5透過調整墊片9的厚度尺寸而可沿第二軸J2方向進行位置調整地設置於殼體131。

又，如圖5所示，齒輪機構1具有設置於固定件8且沿徑向向外凸出的邊緣之一法蘭10；及夾設於沿軸線X方向法蘭10抵接於殼體131抵擋面131a之間，由金屬製薄板所形成的一墊片11(第二齒輪用墊片)。因此，小齒輪6可以透過調節墊片11的厚度尺寸，而可沿軸線X方向進行位置調整地設置於殼體131。

沿著固定件8的中心軸方向看過去，法蘭10具有正方形的外輪廓，且正方形的四個角隅分別以固定件8的中心軸為中心等間隔設有貫通孔12。貫通孔12的內徑比貫通的螺栓13(固定螺栓)的頭部13a的外徑還小。

又，在殼體131的抵擋面131a設有複數對應法蘭10貫通孔12的螺孔133。透過螺栓13貫通法蘭10的貫通孔12而與抵擋面131a的螺孔133螺合，使得固定件8固定在殼體131。

如圖6所示，本實施例中，環形齒輪5側的墊片9具有讓環形齒輪5的軸部貫通的通孔9a、且環形齒輪5形成圓環狀而沿著第二軸J2的方向與軸承4的內輪4b的端面緊密連接。這個環形齒輪5側的墊片9的厚度尺寸，是基於影響沿環形齒輪5的第二軸J2方向的位置的全部元件尺寸的量測值而設定。

在本實施例中，元件例如為殼體131、軸承4以及環形齒輪5。環形齒輪5側的墊片9的厚度尺寸，是根據該些元件沿第二軸J2方向的尺寸測量值，預先設定墊片9的厚度尺寸，使環形齒輪5基於設計位置設置在預設範圍內。換句話說，根據夾持在環形齒輪5與軸承4的內輪4b之間已預設厚度尺寸的墊片9，可以僅調整小齒輪6側的墊片11便可達成最適合的齒隙量。

又如圖5所示，在一些實施例中，小齒輪6側的墊片11具有與法蘭10外輪廓幾乎相同的正方形外輪廓，且在中央具有內徑比固定件8的外徑還要大的通孔11a，以及由外周緣一邊朝向通孔11a延伸的通路11b。通路11b具有與通孔11a的直徑幾乎相同的寬度尺寸。因此，墊片11整體形成一U字形。 又，鄰近於墊片11的四個角落分別設有貫通孔14，且每個貫通孔14與法蘭10的貫通孔12位置相對應且二者的內徑大致相同。

以下說明構成本案實施例的齒輪機構1及機器人100的功用。

根據本實施例，透過設置在環形齒輪5及軸承4端面之間的墊片9，可以調節環形齒輪5在沿第二軸J2方向的位置。因此，即使殼體131、軸承4及環形齒輪5等元件尺寸不一致而影響沿著第二軸J2方向上環形齒輪5的位置，也可以準確的設置環形齒輪5。

因為環形齒輪5的圓錐角相較於小齒輪6圓錐角大上許多，使得環形齒輪5側的墊片9厚度比小齒輪6側的墊片11厚度更直接影響著環形齒輪5與小齒輪6之間的齒隙量。另一方面，小齒輪6側的墊片11厚度比環形齒輪5側的墊片9厚度，對環形齒輪5與小齒輪6之間的齒隙量影響更小。因此，透過調整小齒輪6側的墊片11厚度可以微量調整齒隙量。

因此，在本實施例中，在小齒輪6側的墊片11對小齒輪6的位置調整範圍內，設定可能達成環形齒輪5與小齒輪6的最適合齒隙量的環形齒輪5的位置範圍。因此，一旦軸承4的內輪4b與環形齒輪5之間夾住適合厚度的墊片9後，即使墊片9沒有替換，僅透過調整小齒輪6位置，也可達成最適合的齒隙量。

又，在一些實施例中，小齒輪6側的墊片11厚度尺寸的調整如圖7所示，根據以下的順序進行。 首先，將固定件8固定於殼體131的四根螺栓13全部取下(步驟S1)。接著，將固定件8沿著第二軸J2方向些許移動，使得固定件8的法蘭10與殼體131的抵擋面131a之間的間隙變寬(步驟S2)。

然後，從變寬的間隙中將墊片11由固定件8的徑向往外拔出，又或者是，由固定件8的徑向外側方插入追加的墊片11至間隙內(步驟S3)。因為墊片11設有由一邊朝向通孔11a沿伸的通路11b，透過移動墊片11往固定件8的徑向移動，使得墊片11可以經由通路11b讓固定件8進入通孔11a或離開通孔11a。

然後，四根螺栓13經由法蘭10的四個貫通孔12而與殼體131的螺孔133螺合(步驟S4)。因此，在法蘭10及殼體131的抵擋面131a之間，在厚度方向內夾入一片以上的墊片11。而且在這狀態下，將相互囓合的環形齒輪5與小齒輪6分別以第二軸J2為中心以及軸線X為中心進行旋轉，以確認二者的囓合狀態(步驟S5)。並確認是否得到正確的齒隙量(步驟S6)，在沒有得到適合的齒隙量的狀態下，重新由步驟S1開始執行上述步驟，藉此來調整齒隙量。或者，在得到適合的齒隙量的狀態下，結束處理程序。

根據本實施例所構成的齒輪機構1其優點在於，在調整小齒輪6側的墊片11厚度尺寸時，不需要將固定件8以及小齒輪6從殼體131的嵌合孔134進行拔除作業。換句話說，其優點在於不需要解除小齒輪6與環形齒輪5之間的囓合狀態，只要讓殼體131的抵擋面131a與固定件8的法蘭10之間的間隙稍微拉開，使墊片11可以拔除或插入。

結果是，即使環形齒輪5與小齒輪6之間的囓合相位存在不一致，也無須從最一開始來進行囓合調整作業。因此，降低小齒輪6與軸承4等的組裝作業，且調整作業單純化，可以迅速的調整齒隙量。

又，在一些實施例中，小齒輪6側的墊片11設有可以讓螺栓13貫通的貫通孔14，貫通孔14的大小設定為比螺栓13的頭部13a外徑還小。因此，在四根螺栓13的頭部13a的範圍內，法蘭10與抵擋面131a之間可以確實的夾住墊片11。此結果，透過螺栓13的螺合可以抑制法蘭10的彈性變形，以及將抵擋面131a與法蘭10之間的距離精準的設定為墊片11的厚度尺寸。

又，在本實施例中，以設置於旋轉胴體120及以第二軸J2為中心可相對於旋轉胴體120進行轉動的第一手臂130之間第二關節A2的齒輪機構1為例來說明。但是不以此為限，第一關節A1、第三關節A3或者是手腕單元150的齒輪機構1都適用。

又，在本實施例中，作為小齒輪6側的墊片11雖然採用圖5所示的U字形的墊片11，但是也可以採用圖8所示的分割式的墊片15來代替。又，如圖9所示，也可以採用具有以切口所形成的通路11b的墊片11。如圖10所示，也可以採用具有寬度比通孔11a直徑還狹小的通路11b的墊片11。

如圖5所示，如果墊片11有著寬度與通孔11a直徑相同的通路11b，在對固定件8進行插拔時，不需要將墊片11朝向厚度方向彎曲，就能在更為狹小的間隙時進行插拔。

又，在本實施例中，為了防止法蘭10變形，雖然在墊片11設有可以讓螺栓13貫通的貫通孔14，在確保法蘭10具有相當強度的前提下，可以不需要螺栓13周邊的墊片11。因此，只要旋開螺栓，不需要進行拔除作業就可以替換墊片11。

又，在本實施例中，雖然以具有戟齒輪組2的齒輪機構1為例進行說明，但是只要具有相異圓錐角的齒輪組，任意齒輪均可替代，舉例來說，具有錐齒輪的齒輪機構1也可以適用。又，雖然以小齒輪6的軸線X設置在與環形齒輪5的第二軸J2垂直的平面內為前提進行說明，但不以此為限。也可以是第二齒輪的第二軸線設置在與第一齒輪的第一軸線相交的平面內。

又，在本實施例中，環形齒輪5側的墊片9的厚度尺寸最好是設定成使環形齒輪5被配置比設計位置還要遠離小齒輪6軸線X的方向。為了可以用插入而對設計位置進行雙向調整，組裝初始的小齒輪6側的墊片11厚度被設定為在小齒輪6的軸線X方向的位置可以插入一片或以上的狀態下而形成設計位置。在這個情況下，由於環形齒輪5被配置在比設計位置還要遠離小齒輪6的軸線X的方向，可以透過減少小齒輪6側的墊片11的厚度尺寸而得到適合的齒隙量。

換句話說，當墊片11變厚時因為墊片11的彈性，而使得小齒輪6往傾斜的方向位移，藉由使墊片11的厚度尺寸朝減少的方向調整，可在得到適合的齒隙量的同時，亦有利於防止小齒輪6的傾斜。

又，本實施例雖然以六軸多關節型機器人為例，但實際上不以此為限，機器人的種類可以是任意種類。

1:齒輪機構 10:法蘭 100:機器人 11:墊片 11a:通孔 11b:通路 110:基座 12:貫通孔 120:旋轉胴體 13:螺栓 13a:頭部 130:第一手臂 131:殼體 131a:抵擋面 132:嵌合孔 133:螺孔 134:嵌合孔 14:貫通孔 140:第二手臂 15:墊片 150:手腕單元 160:馬達 160a:輸出軸 161:馬達 161a:輸出軸 162:馬達 162a:輸出軸 2:戟齒輪組 20:軸承 3:正齒輪 4:軸承 4a:外輪 4b:內輪 5:環形齒輪(第一齒輪、元件) 6:小齒輪(第二齒輪) 7:軸桿 8:固定件 9:墊片 9a:通孔 A1:第一關節 A2:第二關節 A3:第三關節 J1:第一軸 J2:第二軸 J3:第三軸 S1:步驟 S2:步驟 S3:步驟 S4:步驟 S5:步驟 S6:步驟 X:軸線

[圖1]繪示本案一實施例的機器人立體圖。 [圖2]繪示圖1的機器人垂直剖視圖。 [圖3]繪示在一些實施例中，裝設於圖1機器人的齒輪機構，由與該第二軸垂直方向看過去的縱向剖視圖。 [圖4]繪示圖3中，沿該第二軸方向看過去的齒輪機構縱向剖視圖。 [圖5]繪示圖3中，裝設於齒輪機構的小齒輪、固定件以及墊片的安裝說明部分立體圖。 [圖6]繪示裝設於圖3齒輪機構的環型齒輪側的墊片的立體圖。 [圖7]繪示說明圖3的齒輪機構調整作業的步驟流程圖。 [圖8]繪示圖5所示的小齒輪側的墊片另一實施例的立體圖。 [圖9]繪示圖5所示的小齒輪側的墊片又一實施例的立體圖。 [圖10]繪示圖5所示的小齒輪側的墊片再一實施例的立體圖。

1:齒輪機構

10:法蘭

11:墊片

120:旋轉胴體

130:第一手臂

131:殼體

131a:抵擋面

132:嵌合孔

134:嵌合孔

161:馬達

161a:輸出軸

2:戟齒輪組

20:軸承

3:正齒輪

4:軸承

4a:外輪

4b:內輪

5:環形齒輪

6:小齒輪

7:軸桿

8:固定件

9:墊片

A2:第二關節

J2:第二軸

X:軸線

Claims (7)

1. 一種齒輪機構，包括： 第一齒輪，設於齒輪箱內，該第一齒輪被支持能以第一軸線為中心進行旋轉； 第二齒輪，設於該齒輪箱內並囓合該第一齒輪，該第二齒輪被支持能以第二軸線為中心進行旋轉，且該第二軸線係沿與該第一軸線相交的平面延伸，該第二齒輪具有比該第一齒輪還小的圓錐角； 固定件，沿該第二軸線可裝卸地設置於該齒輪箱，該固定件透過軸承支持該第二齒輪可進行轉動；以及 第二齒輪用墊片，設置於該固定件與該齒輪箱之間，該第二齒輪用墊片可供該第二齒輪沿該第二軸線方向進行位置調整；該第二齒輪用墊片具有讓該固定件穿過的通孔及通路，該通路從該第二齒輪用墊片的外周緣朝向該通孔延伸，且位於該第二齒輪用墊片的外部與該通孔之間，該通路可供該固定件沿該第二軸線相交的方向通過。
2. 如請求項1所述的齒輪機構，其中該第二齒輪用墊片在該通孔周圍設有至少一個可供固定螺栓穿過而使該固定件固定於該齒輪箱的貫通孔；該貫通孔的內徑小於該固定螺栓的頭部的外徑。
3. 如請求項1或2所述之齒輪機構，其中該通路具有與該通孔直徑相同的寬度。
4. 如請求項1或2所述之齒輪機構，更包括：第一齒輪用墊片，供該第一齒輪沿該第一軸線方向進行位置調整；根據影響該第一齒輪沿該第一軸線方向位置的元件的尺寸量測值，預先設定該第一齒輪用墊片的厚度尺寸，使該第一齒輪基於設計位置配置在預設範圍內。
5. 如請求項4所述之齒輪機構，其中該預設範圍是指在該第二齒輪用墊片對該第二齒輪的位置調整範圍內，可達成該第一齒輪與該第二齒輪之間的最適合齒隙量的該第一齒輪的位置範圍。
6. 如請求項4所述之齒輪機構，其中該第一齒輪用墊片的厚度尺寸被設定為使該第一齒輪配置於比該設計位置更遠離該第二軸線的位置。
7. 一種機器人，包括如請求項1至6任一項所述的齒輪機構。