专利名称：用于工业机器人的锥齿轮装置的侧隙调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种用于调整工业机器人中的侧隙的方法。
背景技术：
工业机器人包括操作机和控制设备。操作机包括至少一个机器 人臂，所述至少一个机器人臂包括若干具有连接接头的臂部，而接 头的转动轴线限定了机器人的自由度。例如可能提到的六轴线机器 人，其通常具有固定脚、设置在该脚上并可绕第一轴线转动的支架 以及可以相对于该支架绕第二轴线转动的第 一 机器人臂。第二机器
人臂可转动地安装在第一机器人臂的外端处以绕第三轴线转动。该 第二臂能够绕第四轴线，即其自身的纵向轴线转动，并在其外端处 支承有具有工具附件的机器人手部，该机器人手部能够在两个自由
度中分别绕第五轴线和第六轴线相对于第二臂转动。
操作机的运动通过在各自接头中设置产生旋转运动的驱动装置 变成可能。每个驱动装置包括电机和减速齿轮。上面提到的类型的 工业机器人的供电和控制是通过控制设备实现的，该控制设备本文 中不再赘述。
操作机运动工作的范围和能力特别是取决于包括的减速齿轮。 受减速齿轮影响的另外一个因素是机器人关于精密度和/或准确度方 面的性能。在制造工业机器人时，目标是要达到这样的设计方案， 即尽可能多地降低包含于其内的齿轮装置的总的内置侧隙。
根据形式为工业机器人的腕部的现有技术(图9)，使用间隔件， 也称作垫片，来消除来自齿轮的侧隙。该方法包括以下步骤事先 计算侧隙将会多大、装配操作机/腕部、然后测量实际剩余侧隙。当 计算值同实际结果不一致时，必须拆掉操作机/腕部并以新的、希望是更加正确的计算重新开始该过程。这是一个费时且花费高昂的过程。
基于上述原因，当在操作机中安装齿轮装置时，需要一种简单 且快速的能够调整齿轮侧隙的方法。这种需要通过现有技术并不能 得到满足。
发明内容
本发明的目的是当在工业机器人中安装齿轮装置时，能够快速 且简单地调整齿轮侧隙。
根据本发明的第 一 方面，提供一种用于调整工业机器人中具有 相交轴线的齿轮装置(以下也称为锥齿轮装置)中的侧隙的装置。 该齿轮装置包括具有第三转动轴线的第一圆锥齿轮和具有第一转动 轴线的第二圆锥齿轮，该第一转动轴线与第三转动轴线成直角。该 调整装置包括可偏移地设置的保持构件，该保持构件适用于固定并 可转动地安装第一齿轮，以使其绕第三转动轴线转动，该第三转动 轴线与第二转动轴线平行设置。
在根据本发明的一种替代实施方式中，保持构件能够沿与转动
轴线A平行的方向C线性偏移地设置。
在一种替代实施方式中，齿轮装置是准双曲面齿轮装置。 在一种替代实施方式中，第一圓锥齿轮是小齿轮。 在一种替代实施方式中，保持构件具有连续通道。 在一种替代实施方式中，小齿轮被安装成固定在连续通道中，
以绕第一转动轴线A转动。
本发明构思包含腕部，该腕部包括用于调整包含于该腕部中的
锥齿轮装置中的侧隙的装置。
调整装置的 一种替代实施方式包括用于小齿轮的保持件，该保
持件适于使小齿轮相对于齿轮线性地偏移并由此根据独立权利要求
1调整在小齿轮和齿轮的轮齿之间的侧隙。
在调整装置的一种替代实施方式中，具有适于可转动地保持着第 一 齿轮并使其沿着与该齿轮的转动轴线垂直的方向线性偏移的工具。
根据本发明的第二方面，提供一种用于调整工业机器人中包含 的齿轮装置中的侧隙的方法，所述齿轮装置包括第 一 圆锥齿轮和第 二圆锥齿轮，该第一圆锥齿轮具有第一转动方向。本发明的特征在 于该第一齿轮能够在平行于第一转动方向的径向上偏移。
本发明构思包括使第 一 齿轮偏移并将其可转动地固定，从而消 除齿轮装置中的第 一和第二齿轮之间的侧隙。
本发明能够使操作者在操作机中安全地安装齿轮传动装置，然
后确信在安装操作机时内置侧隙就已调整和';肖除。
本发明构思的 一部分是锥齿轮装置是邻近工业机器人中的任何 一根轴安装。
图1是贯穿根据本发明的包括齿轮装置的机器人腕部的截面图； 图2是与图1中相同的截面图3是根据本发明的用于消除锥齿轮装置中的侧隙的装置；
图4是贯穿根据本发明的锥齿轮装置的截面图5是贯穿根据本发明的锥齿轮装置的示意截面图6是贯穿根据本发明的锥齿轮装置的截面图7a是贯穿根据本发明的已安装的保持装置的截面图7b是贯穿根据本发明的已安装的保持装置的截面图7d与图3相同；
图8是一种包括引导件的外部工具的替代实施方式； 图9是现有技术。
具体实施例方式
图1是工业机器人中的腕部1。该腕部1的基本结构包括具有两个叉分支3， 4的叉形腕部壳体2。该腕部壳体2容纳被安装成以 绕第一转动轴线I转动的所谓倾倒壳体5，该倾倒壳体以已知的方式 支承可绕第二转动轴线II转动地安装的转盘6，在该转盘上可以安装 机器人工具(未示出)。第一转动轴线I被设置成与第二转动轴线 II垂直。腕部包括用于将旋转运动传递给转盘6的第一锥齿轮装置 7，该锥齿轮装置将在下面详述。腕部1还包括用于将旋转运动传递 给倾倒壳体5的第二锥齿轮装置8，该锥齿轮装置也将在下面详述。
为了将旋转运动传递给转盘6,在腕部壳体2中可转动地安装 第一二级传动轴9,所述传动轴延伸穿过沿该腕部壳体的纵向设置的 第一通孔/通道10,其具有与转盘的第二转动轴线II平行设置的第三 转动轴线A。该第一二级传动轴9通过第一双排角接触球轴承24在 轴向上且在径向上被安装，该第一二级传动轴具有输入端9a,在该 输入端9a上固定设有第一圆柱齿轮12，该第一圆柱齿轮与位于机器 人臂中的第一主传动轴(未示出)的端部处的圆柱齿轮传动机构啮 合，该第一主传动轴可以插入到腕部壳体中。该二级传动轴的第二 端，即内端9b是输出端，其形成为被设计为准双曲面小齿轮的第一 圆锥齿轮13。第一圆锥齿轮13，即准双曲面小齿轮适于与被设计为 准双曲面齿轮的第二圆锥齿轮14啮合。该第二圆锥齿轮14绕垂直 于第一二级传动轴9的纵轴线的第一轴I可转动地安装，并从第一 转动轴线I和第二转动轴线II的交点看，设置在第一圆锥齿轮13的 外部上。第 一 圆锥齿轮13和第二圆锥齿轮14构成第 一锥齿轮装置7, 该锥齿轮装置在本实施方式中显示为准双曲面齿轮装置。在第二圆 锥齿轮14的轮毂中，刚性地连接有第三圆锥齿轮传动机构16。这个 齿轮传动机构16又与转动地安装在倾倒壳体中并刚'性地连接至'j转盘 的中心轴19的第四圆锥齿轮17啮合。第三圓锥齿轮16和第四圆锥 齿轮17构成第三锥齿轮装置18。
为了将旋转运动传递给倾倒壳体5,在腕部壳体2中以类似方 式(图2)可转动地安装有第二二级传动轴20，所述传动轴20延伸 穿过沿该壳体的纵向设置的与转盘的第二转动轴线II平行的第二通孔/通道11。该第二二级传动轴20通过第二双排角接触球轴承25在 轴向上且在径向上被安装，该第二二级传动轴具有输入端20a,在该 输入端20a上固定设有第二圆柱齿轮21,该第二圆柱齿轮与位于机 器人臂中的第二主传动轴(未示出)的端部处的圆柱齿轮传动机构 啮合，该第二主传动轴可以插入到腕部壳体中。该第二二级传动轴 的第二端，即内端20b是输出端，其形成为被设计为准双曲面小齿 轮的第五圆锥齿轮22。该第五圆锥齿轮22，即准双曲面小齿轮适于 与被设计为准双曲面齿轮的第六圆锥齿轮23啮合。该第六圆锥齿轮 23固定地安装在倾倒壳体5中并可转动地安装以绕垂直于第二二级 传动轴20的纵轴线的第一轴线I转动，且从第一转动轴线I和第二 转动轴线II的交点看，设置在第五圆锥齿轮22的外部上。第五圓锥 齿轮22和第六圆锥齿轮23构成第二锥齿轮装置8，该锥齿轮装置在 本实施方式中显示为准双曲面齿轮装置。
因此，为了将旋转运动传递给倾倒壳体，第二主传动轴设置在 机器人臂(未示出)中，旋转运动因此经由第二圆柱齿轮21传递到 第二二级传动轴20,而该第二二级传动轴20又经由第二锥齿轮装置 使倾倒壳体5进而使转盘6绕轴线I转动。
图5示出了位于中间位置的倾倒壳体5,在该位置，第二转动 轴线II与主传动轴的中'"、轴线和实际的机器人臂可以绕其转动的纵 轴线共轴或者平行。
为了能够分别调整第一锥齿轮装置7和第二锥齿轮装置8中的 侧隙，保持构件15适于分别容纳并可转动地安装第一二级传动轴9 和第二二级传动轴20。
图3示出了用于调整工业机器人中的锥齿轮装置33中的齿轮侧 隙的基本装置31。齿轮装置33包括固定地安装在第一轴32以绕第 一转动轴线A转动的第一圆锥齿轮34。第一轴32的纵轴线与第一 转动轴线A相重合。第二圆锥齿轮35被设置成绕第二转动轴线B 转动。该齿轮装置被设置成使第一转动轴线A和第二转动轴B相交 成直角。该基本装置31包括可偏移地设置的保持装置36，该保持装置36能够固定地且可转动地安装第一齿轮的轴32以绕第一转动轴 线A转动。
保持构件36被设置成能够沿与第二圆锥齿轮35的转动轴线B 平行的方向C线性地且径向地偏移。该实施方式中的锥齿轮装置33 构成准双曲面齿轮装置，而轴32连同第一圆锥齿轮34构成小齿轮。
保持构件36具有适于接收和容纳轴32的连续通道37。轴32 固定地安装在连续通道37中以绕第一转动轴线A转动。
保持构件36具有圓柱形引导面38,其具有某一直径，下文中 被标明为引导直径39。该引导面沿A-轴线具有一定的长度。实际上， 1-3 mm就足够了 。该引导面的目的是消除保持构件36相对于第一转 动轴线A发生角位移和倾斜的风险。
保持构件36可以采用不同的方式设计，例如具有下文中详述的 凸缘。
图4是贯穿根据图1和2的设置在机器人中的腕部单元中的第 二锥齿轮装置的截面图。下面的描述与两个锥齿轮装置都有关。锥 齿轮装置8中的侧隙通过保持构件41沿上面限定的线性运动轴线C 线性地且径向地偏移的可能性加以调整。保持构件的径向位移引起 了锥齿轮装置43中的第一齿轮42的径向位移。线性运动轴线C与 小齿轮的转动轴线A垂直设置。该实施方式中的保持构件41适用于 包括形成有圆柱形引导面45的套筒44。该套筒44的外径构成引导 直径46。腕部壳体47形成有在内部设置的圆柱形孔/通道48,该孑L/ 通道将参考图5来描述。
图5是沿图中标出的且与图4中的轴线A垂直的线C剖切的截 面图。图5是圆柱形孔/通道48的放大图。应当注意，该图并不是按 比例绘制的。圓柱形孔/通道48是被形成用来线性引导保持构件41 以使其沿C-轴线的两个方向偏移。
孑L/通道48横过轴线A的对称轴线D与运动的线性方向C平行。 孔/通道48的对称轴线E与D-轴线垂直。孑L/通道的形状具有非常高 的精度并且其沿对称轴线E的延伸量将相当于保持构件41上的套筒44的引导直径46。
保持构件6被偏移到期望位置上。位移量要与所讨论的齿轮的 数据相适应。这意味着位移足够大以调整特别是相对于尺寸公差的 侧隙。当保持构件6已经偏移到期望位置上时，它借助于某一形式 的固定接头固定
图6是包括采用螺旋接头61形式的固定接头的实施方式，该螺 旋接头包括多个固定元件62,图中仅示出了其中的一个。该实施方 式中的固定元件62是设置在凸缘中的通孔63中并固定到腕部壳体 64上的螺钉。因此，具有轴66的第一圆锥齿轮65借助于保持构件 67被固定并可转动地安装在腕部壳体64中的期望位置中，而锥齿轮 装置70中的第一圓锥齿轮65和第二圆锥齿轮69之间的侧隙被消除 了 。第一圆锥齿轮65通过双排球轴承71和滚针轴承72被可转动地 安装在保持构件6中。在图6中，第一圆锥齿轮65采用准双曲面小 齿轮的形式。
保持构件沿C向的位移必须高度精确以避免保持构件的倾斜。 除了引导面和引导直径，用于消除侧隙的装置形成有支承面。在该 实施方式中，该支承面形成在腕部壳体中并处于一个垂直于运动轴 线C的方向的平面内。保持构件直到设置在其上的平的表面与支承 面接触时才发生位移。当例如包括螺钉的固定接头被安装但尚未完 全上紧时保持构件发生位移。
图7a是根据图4的实施方式，其中，保持构件73a上的表面71a 在安装过程中适于与设置在机器人中的腕部壳体中的支承面72a接 触。在保持构件发生位移时，该运动是在保持构件上的表面71与支 承面72接触时进行。在该实施方式中，保持构件包括上面限定的引 导直径。
图7b是图1或图2的一部分，其中，保持构件73b上的表面 71b在安装过程中适于与设置在机器人腕部壳体中的支承面72b接 触。在保持构件73b发生位移时，该运动是在保持构件上的表面71b 与支承面72b接触时进行。在该实施方式中，轴承74b包括上面限定的引导直径。
图7c具有保持构件73c的实施方式，该保持构件73c形成有表 面71c。在安装过程中，该表面71c根据上述适于与设置在机器人腕 部壳体中的支承面72c接触。在保持构件73c发生位移时，该运动 是在保持构件上的表面71c与支承面72b接触时进行。在该实施方 式中，腕部壳体中的孔/通道75c沿L段在纵向上形成有收缩部分 76c。在该实施方式中，腕部壳体的收缩部分76c包括根据上面限定 的引导直径。
图7d与图3相同，保持构件包括用于与腕部壳体中的支承面接 触的表面71d。
图8是一种替代实施方式，其具有包括采用圓柱形孔/通道形式 的引导件的外部工具81。圆柱形孔/通道82被设计用于固定地连接 到第一圓锥齿轮85上的轴83的线性引导，根据上面描述的实施方 式，该第一圆锥齿轮85构成锥齿轮装置的一部分。工具用于安装所 述齿轮装置，更具体地说，用于沿C-轴线的两个方向以可控的方式 使轴83偏移。应当注意，该图并不是按比例绘制的。孑L/通道82的 设计必须非常精确并且其垂直于C-轴的延伸长度构成根据上述限定 的引导直径。
图9是用于工业机器人的现有技术的腕部，其主要包括具有两 个叉分支53, 54的外部叉形腕部壳体52。该腕部壳体52容纳被安 装成绕第一转动轴线I转动的所谓倾倒壳体55。该倾倒壳体以已知 的方式支承可绕第二转动轴线II转动地安装的转盘56，在该转盘上 可以安装机器人工具(未示出)。第一转动轴线I被设置成与第二 转动轴线II垂直。该腕部包括用于将旋转运动传递给转盘56的第一 锥齿轮装置57，所述锥齿轮装置将在下面详述。该腕部还包括用于 将旋转运动传递给所述倾倒壳体55的第二锥齿轮装置58,该齿轮装 置也将在下面详述。
为了将旋转运动传递给转盘56,在腕部壳体52中可转动地安 装第一二级传动轴59，所述传动轴延伸穿过沿壳体纵向设置的平行于转盘的第二转动轴线II的第一通孔/通道60。该第一二级传动轴59
通过第一双排角接触球轴承在轴向上且在径向上被安装，该第一二
级传动轴具有输入端59a,在该输入端59a上固定设有第一圆柱齿轮 62,该第一圆柱齿轮与位于机器人臂中的第一主传动轴(未示出) 的端部处的圆柱齿轮传动机构啮合，该第 一主传动轴可以插入到腕 部壳体中。该二级传动轴的第二端，即内端59b是输出端，其形成 为被设计为准双曲面小齿轮的第一圆锥齿轮63。该第一圓锥齿轮63, 即准双曲面小齿轮适用于与被设计为准双曲面齿轮的第二圓锥齿轮 64啮合。该第二圆锥齿轮64可绕垂直于第一二级传动轴59的纵轴 线的第一轴线I转动地安装，并从第一转动轴线I和第二转动轴线 II的交点看，设置在第一圆锥齿轮63的外部上。第一圓锥齿轮63 和第二圆锥齿轮64构成第一锥齿轮装置57,该锥齿轮装置在本实施 方式中显示为准双曲面齿轮装置。在第二圆锥齿轮64的轮毂中，刚 性地连接有第三圆锥齿轮传动机构66。该齿轮传动66又与可转动地 安装在倾倒壳体并刚性地连接到转盘的轴69上的第四圆锥齿轮67 啮合。第三圆锥齿轮66和第四圆锥齿轮67构成第三锥齿轮装置68。 为了将旋转运动传递给倾倒壳体55,在腕部壳体52中以类似 方式(图2)可转动地安装有第二二级传动轴70,所述传动轴70延 伸穿过沿壳体纵向设置的与转盘的第二转动轴线II平行的第二通孔/ 通道61。该第二二级传动轴70通过第二双排角接触球轴承在轴向上 且在径向上被安装，该第二二级传动轴具有输入端70a,在该输入端 70a上固定设有第二圆柱齿轮71,该第二圆柱齿轮与位于机器人臂 中的第二主传动轴(未示出)的端部处的圆柱齿轮传动机构啮合， 该第二主传动轴可以插入到腕部壳体中。第二二级传动轴的第二端， 即内端70b是输出端，其形成为被设计为准双曲面小齿轮的第五圆 锥齿轮72。该第五圓锥齿轮72,即准双曲面小齿轮适于与被设计为 准双曲面齿轮的第六圆锥齿轮73啮合。该第六圆锥齿轮73固定地 安装在倾倒壳体55中并可转动地安装以绕垂直于第二二级传动轴 70的纵轴线的第一轴线I转动，且从第一转动轴线I和第二转动轴线II的交点看，设置在第五圆锥齿轮72的外部上。第五圆锥齿轮72 和第六圆锥齿轮73构成第二锥齿轮装置58,该锥齿轮装置在本实施 方式中显示为准双曲面齿轮。
因此，为了将旋转运动传递给倾倒壳体，第二主传动轴设置在 机器人臂(未示出)中，旋转运动因此经由第二圆柱齿轮71传递到 第二二级传动轴70,而该第二二级传动轴70又通过第二锥齿轮装置 使倾倒壳体55进而也使转盘56绕轴线I转动。图9是/示出了位于 中间位置的倾倒壳体55，在该位置，第二转动轴线II与主传动轴的 中心轴线和实际的机器人臂能够绕其转动的纵轴线共轴或者平行。 上述锥齿轮装置中的侧隙用间隔件74,也叫作垫片加以调整。 原则上，除了用于消除侧隙的装置之外，该腕部与图1和2中 的实施方式一致。
权利要求
1. 一种用于调整工业机器人中的锥齿轮装置(7)中的侧隙的调整装置(1)，所述锥齿轮装置(7)包括具有第三转动轴线(A)的第一圆锥齿轮(13)和具有第一转动轴线(I)的第二圆锥齿轮(14)，所述第一转动轴线(I)与所述第三转动轴线(A)成直角，其特征在于，所述调整装置(1)包括可偏移地设置的保持构件(15)，该保持构件(15)能够固定并可转动地安装所述第一齿轮(13)，以绕与第二转动轴线(II)平行设置的所述第三转动轴线(A)转动。
2. 根据权利要求1所述的调整装置，其中，所述保持构件(15) 是能够沿与所述第一转动轴线(I )平行的方向C线性且径向偏移 地设置。
3. 根据权利要求1所述的调整装置，其中，所述齿轮装置(7) 是准双曲面齿轮装置。
4. 根据权利要求2或3所述的调整装置，其中，所述第一圆锥 齿轮(13 )是小齿轮。
5. 根据权利要求4所述的调整装置，其中，所述保持构件(15) 具有能够接收并可转动地安装二级传动轴(9)的连续通道(10), 所述二级传动轴(9)与所述第一圆锥齿轮(13)固定设置。
6. 根据权利要求5所述的调整装置，其中，所述小齿轮(4a) 固定地安装在所述连续通道(7)中以绕所述第三转动轴线(A)转 动。
7. —种用于工业机器人臂的腕部，包括根据权利要求1至6中 任一权利要求所述的调整装置，其特征在于，所述第三转动轴线(A) 与形成所述腕部一部分的转盘(6)的转动轴线(II )平行设置。
8. —种用于调整工业机器人中的锥齿轮装置(7)中的侧隙的方 法，所述锥齿轮装置(7)包括第一圆锥齿轮(13)和第二圓锥齿轮(14),所述第一圓锥齿轮(13)具有第一转动方向(A)，其特征 在于，所述第一齿轮(13)能够沿平行于第一转动方向(I )的径向(C)偏移。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一齿轮(13)被 偏移且可转动地固定，从而消除了在所述第一齿轮(13 )和第二齿 轮(14)之间的侧隙。
全文摘要
本发明涉及一种用于调整工业机器人中的锥齿轮传动装置(7)中的侧隙的调整装置(1)。所述锥齿轮装置(7)包括第一圆锥齿轮(13)和第二圆锥齿轮(14)，所述第一圆锥齿轮(13)具有第一转动轴线(A)。所述调整装置(1)包括可偏移地设置的保持构件(15)，该保持构件(15)能够固定并可转动地安装所述第一齿轮(4)以绕所述第一转动轴线(A)转动。
文档编号F16H55/20GK101426621SQ200780013991
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年4月21日
发明者J·拉森 申请人:Abb公司