用於工業機器人的錐齒輪裝置的側隙調整裝置的製作方法

2023-10-06 09:46:54

專利名稱：用於工業機器人的錐齒輪裝置的側隙調整裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及 一 種用於調整工業機器人中的側隙的方法。
背景技術：
工業機器人包括操作機和控制設備。操作機包括至少一個機器 人臂，所述至少一個機器人臂包括若干具有連接接頭的臂部，而接 頭的轉動軸線限定了機器人的自由度。例如可能提到的六軸線機器 人，其通常具有固定腳、設置在該腳上並可繞第一軸線轉動的支架 以及可以相對於該支架繞第二軸線轉動的第 一 機器人臂。第二機器
人臂可轉動地安裝在第一機器人臂的外端處以繞第三軸線轉動。該 第二臂能夠繞第四軸線，即其自身的縱向軸線轉動，並在其外端處 支承有具有工具附件的機器人手部，該機器人手部能夠在兩個自由
度中分別繞第五軸線和第六軸線相對於第二臂轉動。
操作機的運動通過在各自接頭中設置產生旋轉運動的驅動裝置 變成可能。每個驅動裝置包括電機和減速齒輪。上面提到的類型的 工業機器人的供電和控制是通過控制設備實現的，該控制設備本文 中不再贅述。
操作機運動工作的範圍和能力特別是取決於包括的減速齒輪。 受減速齒輪影響的另外一個因素是機器人關於精密度和/或準確度方 面的性能。在製造工業機器人時，目標是要達到這樣的設計方案， 即儘可能多地降低包含於其內的齒輪裝置的總的內置側隙。
根據形式為工業機器人的腕部的現有技術(圖9)，使用間隔件， 也稱作墊片，來消除來自齒輪的側隙。該方法包括以下步驟事先 計算側隙將會多大、裝配操作機/腕部、然後測量實際剩餘側隙。當 計算值同實際結果不一致時，必須拆掉操作機/腕部並以新的、希望是更加正確的計算重新開始該過程。這是一個費時且花費高昂的過程。
基於上述原因，當在操作機中安裝齒輪裝置時，需要一種簡單 且快速的能夠調整齒輪側隙的方法。這種需要通過現有技術並不能 得到滿足。

發明內容
本發明的目的是當在工業機器人中安裝齒輪裝置時，能夠快速 且簡單地調整齒輪側隙。
根據本發明的第 一 方面，提供一種用於調整工業機器人中具有 相交軸線的齒輪裝置(以下也稱為錐齒輪裝置)中的側隙的裝置。 該齒輪裝置包括具有第三轉動軸線的第一圓錐齒輪和具有第一轉動 軸線的第二圓錐齒輪，該第一轉動軸線與第三轉動軸線成直角。該 調整裝置包括可偏移地設置的保持構件，該保持構件適用於固定並 可轉動地安裝第一齒輪，以使其繞第三轉動軸線轉動，該第三轉動 軸線與第二轉動軸線平行設置。
在根據本發明的一種替代實施方式中，保持構件能夠沿與轉動
軸線A平行的方向C線性偏移地設置。
在一種替代實施方式中，齒輪裝置是準雙曲面齒輪裝置。 在一種替代實施方式中，第一圓錐齒輪是小齒輪。 在一種替代實施方式中，保持構件具有連續通道。 在一種替代實施方式中，小齒輪被安裝成固定在連續通道中，
以繞第一轉動軸線A轉動。
本發明構思包含腕部，該腕部包括用於調整包含於該腕部中的
錐齒輪裝置中的側隙的裝置。
調整裝置的 一種替代實施方式包括用於小齒輪的保持件，該保
持件適於使小齒輪相對於齒輪線性地偏移並由此根據獨立權利要求
1調整在小齒輪和齒輪的輪齒之間的側隙。
在調整裝置的一種替代實施方式中，具有適於可轉動地保持著第 一 齒輪並使其沿著與該齒輪的轉動軸線垂直的方向線性偏移的工具。
根據本發明的第二方面，提供一種用於調整工業機器人中包含 的齒輪裝置中的側隙的方法，所述齒輪裝置包括第 一 圓錐齒輪和第 二圓錐齒輪，該第一圓錐齒輪具有第一轉動方向。本發明的特徵在 於該第一齒輪能夠在平行於第一轉動方向的徑向上偏移。
本發明構思包括使第 一 齒輪偏移並將其可轉動地固定，從而消 除齒輪裝置中的第 一和第二齒輪之間的側隙。
本發明能夠使操作者在操作機中安全地安裝齒輪傳動裝置，然
後確信在安裝操作機時內置側隙就已調整和';肖除。
本發明構思的 一部分是錐齒輪裝置是鄰近工業機器人中的任何 一根軸安裝。


圖1是貫穿根據本發明的包括齒輪裝置的機器人腕部的截面圖； 圖2是與圖1中相同的截面圖3是根據本發明的用於消除錐齒輪裝置中的側隙的裝置；
圖4是貫穿根據本發明的錐齒輪裝置的截面圖5是貫穿根據本發明的錐齒輪裝置的示意截面圖6是貫穿根據本發明的錐齒輪裝置的截面圖7a是貫穿根據本發明的已安裝的保持裝置的截面圖7b是貫穿根據本發明的已安裝的保持裝置的截面圖7d與圖3相同；
圖8是一種包括引導件的外部工具的替代實施方式； 圖9是現有技術。
具體實施例方式
圖1是工業機器人中的腕部1。該腕部1的基本結構包括具有兩個叉分支3， 4的叉形腕部殼體2。該腕部殼體2容納被安裝成以 繞第一轉動軸線I轉動的所謂傾倒殼體5，該傾倒殼體以已知的方式 支承可繞第二轉動軸線II轉動地安裝的轉盤6，在該轉盤上可以安裝 機器人工具(未示出)。第一轉動軸線I被設置成與第二轉動軸線 II垂直。腕部包括用於將旋轉運動傳遞給轉盤6的第一錐齒輪裝置 7，該錐齒輪裝置將在下面詳述。腕部1還包括用於將旋轉運動傳遞 給傾倒殼體5的第二錐齒輪裝置8，該錐齒輪裝置也將在下面詳述。
為了將旋轉運動傳遞給轉盤6,在腕部殼體2中可轉動地安裝 第一二級傳動軸9,所述傳動軸延伸穿過沿該腕部殼體的縱向設置的 第一通孔/通道10,其具有與轉盤的第二轉動軸線II平行設置的第三 轉動軸線A。該第一二級傳動軸9通過第一雙排角接觸球軸承24在 軸向上且在徑向上被安裝，該第一二級傳動軸具有輸入端9a,在該 輸入端9a上固定設有第一圓柱齒輪12，該第一圓柱齒輪與位於機器 人臂中的第一主傳動軸(未示出)的端部處的圓柱齒輪傳動機構齧 合，該第一主傳動軸可以插入到腕部殼體中。該二級傳動軸的第二 端，即內端9b是輸出端，其形成為被設計為準雙曲面小齒輪的第一 圓錐齒輪13。第一圓錐齒輪13，即準雙曲面小齒輪適於與被設計為 準雙曲面齒輪的第二圓錐齒輪14嚙合。該第二圓錐齒輪14繞垂直 於第一二級傳動軸9的縱軸線的第一軸I可轉動地安裝，並從第一 轉動軸線I和第二轉動軸線II的交點看，設置在第一圓錐齒輪13的 外部上。第 一 圓錐齒輪13和第二圓錐齒輪14構成第 一錐齒輪裝置7, 該錐齒輪裝置在本實施方式中顯示為準雙曲面齒輪裝置。在第二圓 錐齒輪14的輪轂中，剛性地連接有第三圓錐齒輪傳動機構16。這個 齒輪傳動機構16又與轉動地安裝在傾倒殼體中並剛'性地連接至'j轉盤 的中心軸19的第四圓錐齒輪17嚙合。第三圓錐齒輪16和第四圓錐 齒輪17構成第三錐齒輪裝置18。
為了將旋轉運動傳遞給傾倒殼體5,在腕部殼體2中以類似方 式(圖2)可轉動地安裝有第二二級傳動軸20，所述傳動軸20延伸 穿過沿該殼體的縱向設置的與轉盤的第二轉動軸線II平行的第二通孔/通道11。該第二二級傳動軸20通過第二雙排角接觸球軸承25在 軸向上且在徑向上被安裝，該第二二級傳動軸具有輸入端20a,在該 輸入端20a上固定設有第二圓柱齒輪21,該第二圓柱齒輪與位於機 器人臂中的第二主傳動軸(未示出)的端部處的圓柱齒輪傳動機構 嚙合，該第二主傳動軸可以插入到腕部殼體中。該第二二級傳動軸 的第二端，即內端20b是輸出端，其形成為被設計為準雙曲面小齒 輪的第五圓錐齒輪22。該第五圓錐齒輪22，即準雙曲面小齒輪適於 與被設計為準雙曲面齒輪的第六圓錐齒輪23嚙合。該第六圓錐齒輪 23固定地安裝在傾倒殼體5中並可轉動地安裝以繞垂直於第二二級 傳動軸20的縱軸線的第一軸線I轉動，且從第一轉動軸線I和第二 轉動軸線II的交點看，設置在第五圓錐齒輪22的外部上。第五圓錐 齒輪22和第六圓錐齒輪23構成第二錐齒輪裝置8，該錐齒輪裝置在 本實施方式中顯示為準雙曲面齒輪裝置。
因此，為了將旋轉運動傳遞給傾倒殼體，第二主傳動軸設置在 機器人臂(未示出)中，旋轉運動因此經由第二圓柱齒輪21傳遞到 第二二級傳動軸20,而該第二二級傳動軸20又經由第二錐齒輪裝置 使傾倒殼體5進而使轉盤6繞軸線I轉動。
圖5示出了位於中間位置的傾倒殼體5,在該位置，第二轉動 軸線II與主傳動軸的中'"、軸線和實際的機器人臂可以繞其轉動的縱 軸線共軸或者平行。
為了能夠分別調整第一錐齒輪裝置7和第二錐齒輪裝置8中的 側隙，保持構件15適於分別容納並可轉動地安裝第一二級傳動軸9 和第二二級傳動軸20。
圖3示出了用於調整工業機器人中的錐齒輪裝置33中的齒輪側 隙的基本裝置31。齒輪裝置33包括固定地安裝在第一軸32以繞第 一轉動軸線A轉動的第一圓錐齒輪34。第一軸32的縱軸線與第一 轉動軸線A相重合。第二圓錐齒輪35被設置成繞第二轉動軸線B 轉動。該齒輪裝置被設置成使第一轉動軸線A和第二轉動軸B相交 成直角。該基本裝置31包括可偏移地設置的保持裝置36，該保持裝置36能夠固定地且可轉動地安裝第一齒輪的軸32以繞第一轉動軸 線A轉動。
保持構件36被設置成能夠沿與第二圓錐齒輪35的轉動軸線B 平行的方向C線性地且徑向地偏移。該實施方式中的錐齒輪裝置33 構成準雙曲面齒輪裝置，而軸32連同第一圓錐齒輪34構成小齒輪。
保持構件36具有適於接收和容納軸32的連續通道37。軸32 固定地安裝在連續通道37中以繞第一轉動軸線A轉動。
保持構件36具有圓柱形引導面38,其具有某一直徑，下文中 被標明為引導直徑39。該引導面沿A-軸線具有一定的長度。實際上， 1-3 mm就足夠了 。該引導面的目的是消除保持構件36相對於第一轉 動軸線A發生角位移和傾斜的風險。
保持構件36可以採用不同的方式設計，例如具有下文中詳述的 凸緣。
圖4是貫穿根據圖1和2的設置在機器人中的腕部單元中的第 二錐齒輪裝置的截面圖。下面的描述與兩個錐齒輪裝置都有關。錐 齒輪裝置8中的側隙通過保持構件41沿上面限定的線性運動軸線C 線性地且徑向地偏移的可能性加以調整。保持構件的徑向位移引起 了錐齒輪裝置43中的第一齒輪42的徑向位移。線性運動軸線C與 小齒輪的轉動軸線A垂直設置。該實施方式中的保持構件41適用於 包括形成有圓柱形引導面45的套筒44。該套筒44的外徑構成引導 直徑46。腕部殼體47形成有在內部設置的圓柱形孔/通道48,該孑L/ 通道將參考圖5來描述。
圖5是沿圖中標出的且與圖4中的軸線A垂直的線C剖切的截 面圖。圖5是圓柱形孔/通道48的放大圖。應當注意，該圖並不是按 比例繪製的。圓柱形孔/通道48是被形成用來線性引導保持構件41 以使其沿C-軸線的兩個方向偏移。
孑L/通道48橫過軸線A的對稱軸線D與運動的線性方向C平行。 孔/通道48的對稱軸線E與D-軸線垂直。孑L/通道的形狀具有非常高 的精度並且其沿對稱軸線E的延伸量將相當於保持構件41上的套筒44的引導直徑46。
保持構件6被偏移到期望位置上。位移量要與所討論的齒輪的 數據相適應。這意味著位移足夠大以調整特別是相對於尺寸公差的 側隙。當保持構件6已經偏移到期望位置上時，它藉助於某一形式 的固定接頭固定
圖6是包括採用螺旋接頭61形式的固定接頭的實施方式，該螺 旋接頭包括多個固定元件62,圖中僅示出了其中的一個。該實施方 式中的固定元件62是設置在凸緣中的通孔63中並固定到腕部殼體 64上的螺釘。因此，具有軸66的第一圓錐齒輪65藉助於保持構件 67被固定並可轉動地安裝在腕部殼體64中的期望位置中，而錐齒輪 裝置70中的第一圓錐齒輪65和第二圓錐齒輪69之間的側隙被消除 了 。第一圓錐齒輪65通過雙排球軸承71和滾針軸承72被可轉動地 安裝在保持構件6中。在圖6中，第一圓錐齒輪65採用準雙曲面小 齒輪的形式。
保持構件沿C向的位移必須高度精確以避免保持構件的傾斜。 除了引導面和引導直徑，用於消除側隙的裝置形成有支承面。在該 實施方式中，該支承面形成在腕部殼體中並處於一個垂直於運動軸 線C的方向的平面內。保持構件直到設置在其上的平的表面與支承 面接觸時才發生位移。當例如包括螺釘的固定接頭被安裝但尚未完 全上緊時保持構件發生位移。
圖7a是根據圖4的實施方式，其中，保持構件73a上的表面71a 在安裝過程中適於與設置在機器人中的腕部殼體中的支承面72a接 觸。在保持構件發生位移時，該運動是在保持構件上的表面71與支 承面72接觸時進行。在該實施方式中，保持構件包括上面限定的引 導直徑。
圖7b是圖1或圖2的一部分，其中，保持構件73b上的表面 71b在安裝過程中適於與設置在機器人腕部殼體中的支承面72b接 觸。在保持構件73b發生位移時，該運動是在保持構件上的表面71b 與支承面72b接觸時進行。在該實施方式中，軸承74b包括上面限定的引導直徑。
圖7c具有保持構件73c的實施方式，該保持構件73c形成有表 面71c。在安裝過程中，該表面71c根據上述適於與設置在機器人腕 部殼體中的支承面72c接觸。在保持構件73c發生位移時，該運動 是在保持構件上的表面71c與支承面72b接觸時進行。在該實施方 式中，腕部殼體中的孔/通道75c沿L段在縱向上形成有收縮部分 76c。在該實施方式中，腕部殼體的收縮部分76c包括根據上面限定 的引導直徑。
圖7d與圖3相同，保持構件包括用於與腕部殼體中的支承面接 觸的表面71d。
圖8是一種替代實施方式，其具有包括採用圓柱形孔/通道形式 的引導件的外部工具81。圓柱形孔/通道82被設計用於固定地連接 到第一圓錐齒輪85上的軸83的線性引導，根據上面描述的實施方 式，該第一圓錐齒輪85構成錐齒輪裝置的一部分。工具用於安裝所 述齒輪裝置，更具體地說，用於沿C-軸線的兩個方向以可控的方式 使軸83偏移。應當注意，該圖並不是按比例繪製的。孑L/通道82的 設計必須非常精確並且其垂直於C-軸的延伸長度構成根據上述限定 的引導直徑。
圖9是用於工業機器人的現有技術的腕部，其主要包括具有兩 個叉分支53, 54的外部叉形腕部殼體52。該腕部殼體52容納被安 裝成繞第一轉動軸線I轉動的所謂傾倒殼體55。該傾倒殼體以已知 的方式支承可繞第二轉動軸線II轉動地安裝的轉盤56，在該轉盤上 可以安裝機器人工具(未示出)。第一轉動軸線I被設置成與第二 轉動軸線II垂直。該腕部包括用於將旋轉運動傳遞給轉盤56的第一 錐齒輪裝置57，所述錐齒輪裝置將在下面詳述。該腕部還包括用於 將旋轉運動傳遞給所述傾倒殼體55的第二錐齒輪裝置58,該齒輪裝 置也將在下面詳述。
為了將旋轉運動傳遞給轉盤56,在腕部殼體52中可轉動地安 裝第一二級傳動軸59，所述傳動軸延伸穿過沿殼體縱向設置的平行於轉盤的第二轉動軸線II的第一通孔/通道60。該第一二級傳動軸59
通過第一雙排角接觸球軸承在軸向上且在徑向上被安裝，該第一二
級傳動軸具有輸入端59a,在該輸入端59a上固定設有第一圓柱齒輪 62,該第一圓柱齒輪與位於機器人臂中的第一主傳動軸(未示出) 的端部處的圓柱齒輪傳動機構嚙合，該第 一主傳動軸可以插入到腕 部殼體中。該二級傳動軸的第二端，即內端59b是輸出端，其形成 為被設計為準雙曲面小齒輪的第一圓錐齒輪63。該第一圓錐齒輪63, 即準雙曲面小齒輪適用於與被設計為準雙曲面齒輪的第二圓錐齒輪 64嚙合。該第二圓錐齒輪64可繞垂直於第一二級傳動軸59的縱軸 線的第一軸線I轉動地安裝，並從第一轉動軸線I和第二轉動軸線 II的交點看，設置在第一圓錐齒輪63的外部上。第一圓錐齒輪63 和第二圓錐齒輪64構成第一錐齒輪裝置57,該錐齒輪裝置在本實施 方式中顯示為準雙曲面齒輪裝置。在第二圓錐齒輪64的輪轂中，剛 性地連接有第三圓錐齒輪傳動機構66。該齒輪傳動66又與可轉動地 安裝在傾倒殼體並剛性地連接到轉盤的軸69上的第四圓錐齒輪67 嚙合。第三圓錐齒輪66和第四圓錐齒輪67構成第三錐齒輪裝置68。 為了將旋轉運動傳遞給傾倒殼體55,在腕部殼體52中以類似 方式(圖2)可轉動地安裝有第二二級傳動軸70,所述傳動軸70延 伸穿過沿殼體縱向設置的與轉盤的第二轉動軸線II平行的第二通孔/ 通道61。該第二二級傳動軸70通過第二雙排角接觸球軸承在軸向上 且在徑向上被安裝，該第二二級傳動軸具有輸入端70a,在該輸入端 70a上固定設有第二圓柱齒輪71,該第二圓柱齒輪與位於機器人臂 中的第二主傳動軸(未示出)的端部處的圓柱齒輪傳動機構嚙合， 該第二主傳動軸可以插入到腕部殼體中。第二二級傳動軸的第二端， 即內端70b是輸出端，其形成為被設計為準雙曲面小齒輪的第五圓 錐齒輪72。該第五圓錐齒輪72,即準雙曲面小齒輪適於與被設計為 準雙曲面齒輪的第六圓錐齒輪73嚙合。該第六圓錐齒輪73固定地 安裝在傾倒殼體55中並可轉動地安裝以繞垂直於第二二級傳動軸 70的縱軸線的第一軸線I轉動，且從第一轉動軸線I和第二轉動軸線II的交點看，設置在第五圓錐齒輪72的外部上。第五圓錐齒輪72 和第六圓錐齒輪73構成第二錐齒輪裝置58,該錐齒輪裝置在本實施 方式中顯示為準雙曲面齒輪。
因此，為了將旋轉運動傳遞給傾倒殼體，第二主傳動軸設置在 機器人臂(未示出)中，旋轉運動因此經由第二圓柱齒輪71傳遞到 第二二級傳動軸70,而該第二二級傳動軸70又通過第二錐齒輪裝置 使傾倒殼體55進而也使轉盤56繞軸線I轉動。圖9是/示出了位於 中間位置的傾倒殼體55，在該位置，第二轉動軸線II與主傳動軸的 中心軸線和實際的機器人臂能夠繞其轉動的縱軸線共軸或者平行。 上述錐齒輪裝置中的側隙用間隔件74,也叫作墊片加以調整。 原則上，除了用於消除側隙的裝置之外，該腕部與圖1和2中 的實施方式一致。
權利要求
1. 一種用於調整工業機器人中的錐齒輪裝置(7)中的側隙的調整裝置(1)，所述錐齒輪裝置(7)包括具有第三轉動軸線(A)的第一圓錐齒輪(13)和具有第一轉動軸線(I)的第二圓錐齒輪(14)，所述第一轉動軸線(I)與所述第三轉動軸線(A)成直角，其特徵在於，所述調整裝置(1)包括可偏移地設置的保持構件(15)，該保持構件(15)能夠固定並可轉動地安裝所述第一齒輪(13)，以繞與第二轉動軸線(II)平行設置的所述第三轉動軸線(A)轉動。
2. 根據權利要求1所述的調整裝置，其中，所述保持構件(15) 是能夠沿與所述第一轉動軸線(I )平行的方向C線性且徑向偏移 地設置。
3. 根據權利要求1所述的調整裝置，其中，所述齒輪裝置(7) 是準雙曲面齒輪裝置。
4. 根據權利要求2或3所述的調整裝置，其中，所述第一圓錐 齒輪(13 )是小齒輪。
5. 根據權利要求4所述的調整裝置，其中，所述保持構件(15) 具有能夠接收並可轉動地安裝二級傳動軸(9)的連續通道(10), 所述二級傳動軸(9)與所述第一圓錐齒輪(13)固定設置。
6. 根據權利要求5所述的調整裝置，其中，所述小齒輪(4a) 固定地安裝在所述連續通道(7)中以繞所述第三轉動軸線(A)轉 動。
7. —種用於工業機器人臂的腕部，包括根據權利要求1至6中 任一權利要求所述的調整裝置，其特徵在於，所述第三轉動軸線(A) 與形成所述腕部一部分的轉盤(6)的轉動軸線(II )平行設置。
8. —種用於調整工業機器人中的錐齒輪裝置(7)中的側隙的方 法，所述錐齒輪裝置(7)包括第一圓錐齒輪(13)和第二圓錐齒輪(14),所述第一圓錐齒輪(13)具有第一轉動方向(A)，其特徵 在於，所述第一齒輪(13)能夠沿平行於第一轉動方向(I )的徑向(C)偏移。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述第一齒輪(13)被 偏移且可轉動地固定，從而消除了在所述第一齒輪(13 )和第二齒 輪(14)之間的側隙。
全文摘要
本發明涉及一種用於調整工業機器人中的錐齒輪傳動裝置(7)中的側隙的調整裝置(1)。所述錐齒輪裝置(7)包括第一圓錐齒輪(13)和第二圓錐齒輪(14)，所述第一圓錐齒輪(13)具有第一轉動軸線(A)。所述調整裝置(1)包括可偏移地設置的保持構件(15)，該保持構件(15)能夠固定並可轉動地安裝所述第一齒輪(4)以繞所述第一轉動軸線(A)轉動。
文檔編號F16H55/20GK101426621SQ200780013991
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月23日 優先權日2006年4月21日
發明者J·拉森 申請人:Abb公司