一种工业机器人腕部齿轮侧隙的调整结构及其使用方法与流程

本发明涉及一种自动化设备的工作机构及其工作方法，更具体地说，它涉及一种工业机器人腕部齿轮侧隙的调整结构及其使用方法。

背景技术：

工业机器人的腕部结构比较复杂，一般包含3个自由度。对于5、6关节电机放置于4关节之后的6自由度机器人而言，5、6轴电机的摆放方式、电机的大小以及传动形式制约了机器人腕部的宽度大小。一般机器人腕部电机轴线与4关节轴线垂直，采用谐波减速机传递扭矩。由于电机横置，且谐波减速机成本较高，增加了腕部整体宽度和机器人本体成本。运用双曲面齿轮传动代替谐波减速机传动，体积减小，且能有效减低成本。同时腕部齿轮传动精度影响整个机器人的精度，所以在使用齿轮传动结构时需要尽可能的降低齿轮传动的侧隙。齿轮加工以及机械装配不可避免产生误差，为获得高精度需要实现对齿轮侧隙的调整，提高传动精度。公开号为cn101121264b的发明专利提供了一种工业用机器人手腕驱动构造，但该机器人未设置侧隙调整机构，需要很高的加工及装配精度要求，才能达到机器人精度标准。可以通过使用垫片的方式调整齿轮侧隙，这需要事先检测间隙量以及反复拆卸、组装腕部来实现，侧隙检测较困难，反复安装费时费力，因此工业机器人制造厂商需要一种在组装腕部时能够简单快速实时调整齿轮侧隙的方法。公开号为cn101426621b的发明提供了一种用于调整工业机器人中的齿轮传动装置中的侧隙的调整装置，该发明是通过调整输入小齿轮的方式调节齿轮的侧隙，但由于小齿轮是连接在电机输出轴上，调整时对电机输出轴有影响，因此该调整装置使用时牵涉面大，调整过程比较复杂。

技术实现要素：

现有的工业机器人腕部齿轮侧隙无法调整，或者调整过程较为麻烦，还会对周边结构造成影响，为克服这些缺陷，本发明提供了一种对周边结构影响小，调过程简单快捷的工业机器人齿轮侧隙的调整结构，以及该调整结构的使用方法。

本发明的技术方案是：一种工业机器人腕部齿轮侧隙的调整结构，工业机器人上设有带有第一传动轴的第一手腕、带有第二传动轴的第二手腕、可绕第一传动轴旋转并带有第三传动轴的中手腕、可驱动第一传动轴的第一驱动电机和可驱动第二传动轴的第二驱动电机，第一驱动电机和第二驱动电机的输出端分别传动连接有准双曲面小齿轮，第一传动轴和第二传动轴上分别套接有准双曲面大齿轮，准双曲面小齿轮与准双曲面大齿轮一一对应啮合，第二传动轴与第三传动轴上分别套接一伞齿轮且两伞齿轮啮合，第三传动轴上固连有输出法兰，第一传动轴、第二传动轴上均固设有准双曲面大齿轮固定盘，准双曲面大齿轮固定盘被各自对应的传动轴垂直贯穿，准双曲面大齿轮固定盘上螺纹连接有多根准双曲面大齿轮固定螺栓，准双曲面大齿轮固定螺栓贯穿并压紧对应传动轴上的准双曲面大齿轮，准双曲面大齿轮固定盘与对应准双曲面大齿轮间设有大齿轮顶紧弹簧，第二传动轴与第三传动轴上均设有轴向支撑结构，伞齿轮的一端端面上设有伞齿轮调节螺栓，伞齿轮的另一端端面与对应传动轴的轴向支撑结构间设有伞齿轮顶紧弹簧。旋转准双曲面大齿轮固定螺栓，可改变准双曲面大齿轮与对应准双曲面大齿轮固定盘的间隙，使准双曲面大齿轮发生轴向位置的改变，间隙中的大齿轮顶紧弹簧可自行调整弹力，使准双曲面大齿轮与准双曲面大齿轮固定盘间仍保持张紧。通过调节准双曲面大齿轮在第一传动轴、第二传动轴上的轴向位置，可减少准双曲面大齿轮与对应啮合的准双曲面小齿轮间的齿轮侧隙，与现有技术不同的是，本发明通过调节准双曲面大齿轮而不是准双曲面小齿轮的位置以达到减少齿轮侧隙的目的，调节时不牵涉到第一驱动电机和第二驱动电机，无需对第一驱动电机和第二驱动电机做适应性调整，调节步骤更少，调解过程更简单。同理，通过伞齿轮调节螺栓可调节伞齿轮的轴向位置，从而达到消除伞齿轮间侧隙的目的。

作为优选，所述的准双曲面大齿轮包括套接在第一传动轴上的第一准双曲面大齿轮和套接在第二传动轴上的第二准双曲面大齿轮，所述的准双曲面小齿轮包括连接在第一驱动电机输出端的第一准双曲面小齿轮和连接在第二驱动电机输出端的第二准双曲面小齿轮，第一准双曲面大齿轮与第一准双曲面小齿轮啮合，第二准双曲面大齿轮与第二准双曲面小齿轮啮合，所述的准双曲面大齿轮固定盘包括第一准双曲面大齿轮固定盘和第二准双曲面大齿轮固定盘，准双曲面大齿轮固定螺栓包括第一准双曲面大齿轮固定螺栓和第二准双曲面大齿轮固定螺栓，所述的大齿轮顶紧弹簧包括第一碟簧第二碟簧，第一准双曲面大齿轮固定盘固位于第一传动轴上，第一准双曲面大齿轮固定螺栓贯穿第一准双曲面大齿轮且螺纹连接在第一准双曲面大齿轮固定盘上，第一碟簧位于第一准双曲面大齿轮和第一准双曲面大齿轮固定盘之间，第二准双曲面大齿轮固定盘固设于第二传动轴上，第二准双曲面大齿轮固定螺栓贯穿第二准双曲面大齿轮且螺纹连接在第二准双曲面大齿轮固定盘上，第二碟簧位于第二准双曲面大齿轮和第二准双曲面大齿轮固定盘之间。通过对第一准双曲面大齿轮固定螺栓和第二准双曲面大齿轮固定螺栓调节，可以使第一传动轴和第二传动轴平稳转动，从而确保中手腕整体平稳转动，消除晃动和震颤。

作为优选，所述伞齿轮包括第一伞齿轮和第二伞齿轮，第一伞齿轮套接于第二传动轴上，第二伞齿轮套接于第三传动轴上，所述的伞齿轮调节螺栓包括第一伞齿轮调节螺栓和第二伞齿轮调节螺栓，伞齿轮调节螺栓螺纹连接于第二传动轴端面上，第二伞齿轮调节螺栓螺纹连接于第三传动轴的端面上，所述伞齿轮顶紧弹簧包括第三碟簧和第四碟簧，第三碟簧位于第一伞齿轮与第二传动轴的轴向支撑结构之间，第四碟簧位于第二伞齿轮与第三传动轴的轴向支撑结构之间。旋转第一伞齿轮调节螺栓或第二伞齿轮调节螺栓，可改变第一伞齿轮调节螺栓对第一伞齿轮的压紧程度，或第二伞齿轮调节螺栓对第二伞齿轮的压紧程度，随即第三碟簧或第四碟簧会进行自行弹性调整，推动伞齿轮轴向移动，使伞齿轮仍与对应的伞齿轮调节螺栓的螺栓头保持抵紧状态，轴向位置改变的伞齿轮间的侧隙随之发生改变。因此通过伞齿轮轴向调整机构可以方便快捷地减少第二手腕、中手腕间传动机构的齿轮侧隙，确保输出法兰平稳转动，消除晃动和震颤。

作为优选，第一手腕上设有第一侧盖，第二手腕上设有第二侧盖，第一准双曲面大齿轮和第二准双曲面大齿轮分别位于第一侧盖和第二侧盖下，第一侧盖上设有与第一准双曲面大齿轮固定螺栓位置对应的通孔，第二侧盖上设有与第二准双曲面大齿轮固定螺栓位置对应的通孔。第一侧盖和第二侧盖可形成防护，将准双曲面大齿轮轴向调整机构置于较封闭的空间内，通过侧盖上的通孔可较方便地对准双曲面大齿轮固定螺栓进行调节。

作为优选，中手腕上设有壳体和腔体，第一伞齿轮和第二伞齿轮均位于腔体内，壳体上设有与第二伞齿轮调节螺栓位置对应的通孔。第一伞齿轮和第二伞齿轮位于较封闭的空间内，通过壳体上的通孔可较方便地对伞齿轮轴向调整机构进行调节。

作为优选，第一伞齿轮调节螺栓与第二传动轴端面间，第二伞齿轮调节螺栓与第三传动轴端面间均设有垫片。设置垫片可以增大伞齿轮调节螺栓与伞齿轮间的压力接触面，更易于实现伞齿轮调节螺栓对伞齿轮间侧隙的调整。

作为优选，第一传动轴底端与中手腕间通过花键传动连接。通过花键传动连接结构，第一传动轴可将来自第一驱动电机扭矩最终传递到中手腕上，驱动中手腕。

一种所述的工业机器人腕部齿轮侧隙的调整结构的使用方法，包括以下步骤：

a.通过中手腕、输出法兰的转动状况判定准双曲面小齿轮与准双曲面大齿轮间、伞齿轮间的齿轮侧隙是否过大；

b.如果中手腕用手推动有松旷感觉或转动出现晃动、震颤状况时，适度旋紧各准双曲面大齿轮固定盘上的准双曲面大齿轮固定螺栓，缩小准双曲面大齿轮和对应准双曲面大齿轮固定盘的间距；

c．如果输出法兰用手推动有松旷感觉或转动出现晃动、震颤状况时，适度旋松伞齿轮调节螺栓，使伞齿轮沿所在的传动轴轴向移动，缩小啮合的伞齿轮间的齿轮侧隙。

作为优选，调节所述的准双曲面大齿轮固定螺栓时，使用一种行星齿轮联动式扳手进行操作，行星齿轮联动式扳手包括支架板，支架板中心转动连接有输入扭杆，输入扭杆周围均布输出扭杆，输入扭杆与各输出扭杆通过齿轮啮合机构连接，输出扭杆也与支架板转动连接，输出扭杆端部设有扳手安装头，扳手安装头数目及位置与准双曲面大齿轮固定盘上的准双曲面大齿轮固定螺栓对应。通过行星齿轮联动式扳手可以实现多根准双曲面大齿轮固定螺栓的同步调节，确保调整前后准双曲面大齿轮固定盘可保持与准双曲面大齿轮平行。

本发明的有益效果是：

方便快速地实现工业机器人腕部齿轮侧隙调节。使用本发明可通过改变准双曲面齿轮副中的准双曲面大齿轮的轴向位置，以及伞齿轮副中伞齿轮的轴向位置实现齿轮侧隙调节，调节时不会导致齿轮副驱动电机的适应性调整，因此调节时无需拆卸，无需长时间停机，调节便利快捷。

附图说明

图1为应用本发明的工业机器人的腕部的一种结构示意图；

图2为本发明中准双曲面大齿轮轴向调整机构的一种结构示意图；

图3为使用本发明时所用的一种准双曲面大齿轮固定螺栓调节工具。

图中，1-腕部，2-第一手腕，3-第二手腕，4-中手腕，5-第一滚珠轴承，6-第二滚珠轴承，7-第一准双曲面小齿轮，8-第一准双曲面大齿轮，9-第一齿轮传动部，10-第一传动轴，11-第一碟簧，12-第一侧盖，13-第二侧盖，14-第一准双曲面大齿轮固定螺栓，15-螺纹堵头，16-第一圆锥滚子轴承，17-第一驱动电机，18-第二驱动电机，19-第二准双曲面小齿轮，20-第二准双曲面大齿轮，21-第二齿轮传动部，22-第二传动轴，23-第二碟簧，24-第三碟簧，25-第二伞齿轮调节螺栓，26-第一伞齿轮调节螺栓，27-第二准双曲面大齿轮固定螺栓，28-第三齿轮传动部，29-第一伞齿轮，30-第二伞齿轮，31-第四碟簧，32-第三传动轴，33-输出法兰，34-第二圆锥滚子轴承，35-输入扭杆，36-输出扭杆，37-支架板。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2、图3所示，一种工业机器人腕部齿轮侧隙的调整结构，设置于工业机器人的腕部1，整个腕部可绕旋转轴ⅰ旋转，腕部1包括带有第一传动轴10的第一手腕2、带有第二传动轴22的第二手腕3、可绕第一传动轴10轴心ii旋转并带有第三传动轴32的中手腕4、可驱动第一传动轴10的第一驱动电机17和可驱动第二传动轴22的第二驱动电机18，第一手腕2与第二手腕3固连，中手腕4通过第一滚珠轴承5与第一手腕2转动连接，同时通过第二滚珠轴承6与第二手腕3转动连接。第一驱动电机17和第二驱动电机18的输出端分别传动连接一准双曲面小齿轮，分别为第一准双曲面小齿轮7和第二准双曲面小齿轮19，第一驱动电机17与第一准双曲面小齿轮7通过第一圆锥滚子轴承16连接且第一准双曲面小齿轮7轴向固定，第二驱动电机18输出端与第二准双曲面小齿轮19通过第二圆锥滚子轴承34连接且第二准双曲面小齿轮19轴向固定，第一传动轴10和第二传动轴22上分别套接一准双曲面大齿轮，分别为第一准双曲面大齿轮8和第二准双曲面大齿轮20，第一准双曲面小齿轮7与第一准双曲面大齿轮8啮合，形成第一齿轮传动部9；第二准双曲面小齿轮19与第二准双曲面大齿轮20啮合，形成第二齿轮传动部21。第二传动轴22与第三传动轴32上分别套接一伞齿轮，分别为第一伞齿轮29和第二伞齿轮30，第一伞齿轮29和第二伞齿轮30啮合形成第三齿轮传动部28。第一传动轴10、第二传动轴22与各自对应的准双曲面大齿轮间均设有准双曲面大齿轮轴向调整机构，第二传动轴22、第三传动轴32与各自对应的伞齿轮间均设有伞齿轮轴向调整机构。第一传动轴10与第一准双曲面大齿轮8间的准双曲面大齿轮轴向调整机构包括第一准双曲面大齿轮固定盘、六根第一准双曲面大齿轮固定螺栓14和一第一碟簧11，第一准双曲面大齿轮固定盘固设于第一传动轴10上且被第一传动轴10垂直贯穿，第一准双曲面大齿轮固定螺栓14贯穿第一准双曲面大齿轮8且螺纹连接在第一准双曲面大齿轮固定盘上，第一碟簧11位于第一准双曲面大齿轮8和第一准双曲面大齿轮固定盘之间，第二传动轴22与第二准双曲面大齿轮20间的准双曲面大齿轮轴向调整机构包括第二准双曲面大齿轮固定盘、六根第二准双曲面大齿轮固定螺栓27和一第二碟簧23，第二准双曲面大齿轮固定盘固设于第二传动轴22上且被第二传动轴22垂直贯穿，第二准双曲面大齿轮固定螺栓27贯穿第二准双曲面大齿轮20且螺纹连接在第二准双曲面大齿轮固定盘上，第二碟簧23位于第二准双曲面大齿轮20和第二准双曲面大齿轮固定盘之间。第二传动轴22和第三传动轴32上均设有轴向支撑结构，所述的伞齿轮轴向调整机构包括第一伞齿轮调节螺栓26、第二伞齿轮调节螺栓25、第三碟簧24和第四碟簧31，第一伞齿轮调节螺栓26压紧第一伞齿轮29一端端面且螺纹连接在第二传动轴22端面上，第三碟簧24位于第一伞齿轮29另一端与第二传动轴22的轴向支撑结构之间，第二伞齿轮调节螺栓25压紧第二伞齿轮30一端端面且螺纹连接在第三传动轴32端面上，第四碟簧31位于第二伞齿轮30另一端与第三传动轴32的轴向支撑结构上。第一伞齿轮调节螺栓26与第二传动轴22端面间，第二伞齿轮调节螺栓25与第三传动轴32端面间均设有垫片。第一手腕2上设有第一侧盖12，第二手腕3上设有第二侧盖13，第一准双曲面大齿轮8和第二准双曲面大齿轮20分别位于第一侧盖12和第二侧盖13下，第一侧盖12上设有与第一准双曲面大齿轮固定螺栓14位置对应的通孔，第二侧盖13上设有与第二准双曲面大齿轮固定螺栓27位置对应的通孔。中手腕4上设有壳体和腔体，第一伞齿轮29和第二伞齿轮30均位于腔体内，壳体上设有与第二伞齿轮调节螺栓25位置对应的通孔，该通孔通过一螺纹堵头15封闭。第三传动轴32上固连有输出法兰33，输出法兰33可绕第三传动轴32轴心iii旋转。

一种所述的工业机器人腕部齿轮侧隙的调整结构的使用方法，包括以下步骤：

a.通过中手腕4、输出法兰33的转动状况判定准双曲面小齿轮与准双曲面大齿轮间、伞齿轮间的齿轮侧隙是否过大；

b.如果中手腕4用手推动有松旷感觉或转动出现晃动、震颤状况时，可以通过侧盖12的通孔插入工具，适度旋紧第一准双曲面大齿轮固定螺栓14，缩小第一准双曲面大齿轮8与第一准双曲面大齿轮固定盘；通过侧盖13的通孔插入工具，适度旋紧第二准双曲面大齿轮固定螺栓27，缩小第二准双曲面大齿轮20与第二准双曲面大齿轮固定盘的间距。通过上述调节，第一准双曲面大齿轮8、第二准双曲面大齿轮20发生轴向位置的改变，第一碟簧11、第二碟簧23则可自行调整弹力，使第一准双曲面大齿轮8与第一准双曲面大齿轮固定盘，第二准双曲面大齿轮20与第二准双曲面大齿轮固定盘间仍保持张紧，从而实现第一齿轮传动部9侧隙和第二齿轮传动部21侧隙的减小。

c．如果输出法兰33用手推动有松旷感觉或转动出现晃动、震颤状况时，通过安装有螺纹堵头15的中手腕壳体通孔插入内六角扳手，适度旋松第二伞齿轮调节螺栓25，改变第二伞齿轮调节螺栓对第二伞齿轮30的压紧程度，随即第四碟簧31会进行自行弹性调整，推动第二伞齿轮30轴向移动，使第二伞齿轮30仍与第二伞齿轮调节螺栓25的螺栓头保持抵紧状态，最终缩小第一伞齿轮29、第二伞齿轮30间的第三齿轮传动部28的侧隙。

调节第一准双曲面大齿轮固定螺栓14、第二准双曲面大齿轮固定螺栓27时，使用一种行星齿轮联动式扳手进行操作，行星齿轮联动式扳手包括支架板37，支架板37中心转动连接有输入扭杆35，输入扭杆35周围均布六根输出扭杆36，输入扭杆35与各输出扭杆36通过齿轮啮合机构连接，输入扭杆35上固连一主动齿轮，各输出扭杆36上分别固连一从动齿轮，各从动齿轮均与主动齿轮啮合，输出扭杆36也与支架板37转动连接，输出扭杆36端部设有扳手安装头用于安装内六角扳手，扳手安装头数目及位置与准双曲面大齿轮固定盘上的准双曲面大齿轮固定螺栓对应，操作时各内六角扳手与准双曲面大齿轮固定螺栓一一对应地对接，在输入扭杆35上施加扭矩便可同时转动各个准双曲面大齿轮固定螺栓。

实施例2：

中手腕4的壳体上设有与第一伞齿轮调节螺栓26对应的操作口，旋转第一伞齿轮调节螺栓26，可改变第一伞齿轮调节螺栓26对第一伞齿轮29，随即第三碟簧24会进行自行弹性调整，推动第一伞齿轮29轴向移动，伞齿轮间的侧隙随之发生改变。第一准双曲面大齿轮固定螺栓14、第二准双曲面大齿轮固定螺栓27各四根，调节第一准双曲面大齿轮固定螺栓14、第二准双曲面大齿轮固定螺栓27所用行星齿轮联动式扳手的输出扭杆36也相应为四根。其余同实施例1。