专利名称：驱动器组件、工业机器人、机器人悬臂以及机器人关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括电机和应变波传动装置的驱动器组件，该电机包括电机外壳、转子、转子轴以及用于在该转子的后侧将该转子轴支撑在该电机外壳中的后轴承，该应变波传动装置包括紧固到该电机外壳的圆形齿条、啮合该圆形齿条的柔性齿条、与该柔性齿条啮合并且紧固到该转子轴的驱动器末端的波发生器以及在该圆形齿条和该波发生器之间的波发生器轴承。本发明还涉及提供有该驱动器组件的工业机器人、机器人悬臂和机器人关节。
背景技术：
当将电机和波发生器装配在谐波/应变波驱动器中时，重要的是电机和波发生器的轴与谐波驱动器的圆形齿条的轴准确地对准。对于这些部件的同心度要求典型地在10-20 μ m的范围内并且在实践中非常难以满足，因为这需要该电机和用于该电机的装配表面的严格的公差。如果波发生器同心度不满足，那么当波发生器的椭圆形凸起与偏心对准时，谐波器的摩擦力增加并且运动变得不平滑，典型而言每个电机循环具有两个摩擦力峰值。为了克服该问题，谐波器齿轮箱可以在电机轴与波发生器之间安装奥尔德姆耦合。使用奥尔德姆耦合将所允许的偏心大致翻倍并且使其能够满足“标准”加工操作的公差要求。使用奥尔德姆耦合存在一些缺点，例如略微增加后冲，成本和重量。并且奥尔德姆耦合不可用于最小谐波器齿轮箱(尺寸3和5)。
发明内容
本发明的目的在于对以上所定义种类的驱动器组件中的同心度问题提供可选择的技术方案。通过所附权利要求书中的特征达到该目的。根据本发明的一个方面，波发生器轴承作为唯一的驱动器末端轴承，用于在该转子的前端将该转子轴支撑在该电机外壳中。该转子轴然后仅具有两个轴承，其中该波发生器轴承是用于应变波传动装置和该转子轴的驱动器末端的单轴承。换句话说，本发明直接使用该波发生器椭圆轴承作为电机轴承。从而消除了在同一轴上有三个轴承的传统谐波驱动系设计中的过约束情况，因此解决了以上讨论的同心度问题。与过约束设计相比，本发明的益处在于降低组件上的公差要求，延长谐波驱动器的寿命，因为比过约束的轴承减少了磨损并且减少了齿轮箱摩擦力和波动。在本发明的一个实施方式中，该后轴承是滚珠轴承，例如带沟滚珠轴承。从而该转子轴将允许当将该应变波传动装置装配到该电机时引入的有可能的失准一典型而言高达 0. 2mmο尽管该带沟滚珠轴承可以是单排带沟滚珠轴承，在另一个实施方式中，该后轴承是球形双排槽带沟滚珠轴承。该双排轴承可以在相对大的轴向失准的情况下允许平滑的运动。尽管该应变波传动装置可以被传统地安装到电机的驱动器端板，在另一个实施方式中，该圆形齿条可以设计为形成电机外壳的驱动器端板。因此，驱动器组件可以被简化， 导致了降低的长度、重量和成本。为了避免由于缺少转子轴的常规前端轴承而导致的转子轴中的轴向游隙，可以提供弹簧以便轴向偏置该转子轴。具体而言，该弹簧可以是位于该柔性齿条的后面与该转子轴的前面之间的压缩弹簧。该弹簧从而将被隐藏在杯状柔性齿条之中的死区中。该驱动器组件还可以在该应变波传动装置和该电机之间具有密封，以防止润滑剂从该传动装置进入到电机。根据本发明的其他方面，定义了一种提供有具有任意一个以上所定义的特征的驱动器组件的工业机器人，一种提供有具有任意一个以上所定义的特征的驱动器组件的机器人悬臂以及一种提供有具有任意一个以上所定义的特征的驱动器组件的机器人关节。本发明的其他特征和优点将从所附权利要求书和实施方式的以下详细描述显而易见。
图1是根据本发明的驱动器组件的部分剖开的图；图2是根据本发明的驱动器组件的截面侧视图；图3是沿根据图2的组件的线条3-3截取的横截面；以及图4是提供有根据本发明的若干驱动器组件的机器人手腕的后侧视图。
具体实施例方式图1中所示的驱动器组件包括电机10和应变波传动装置60。在所示示例中，电机10是电动机，如可以与传动装置60 —起使用的那类伺服电机，以便例如驱动工业机器人 (未显示)中的连接到传动装置60的输出端84的俯仰和/或滚转机构。如从图1和图2显而易见的，电机10具有可旋转地支撑在电机外壳20中的转子轴40。在一种公知的方式中，轴40上的转子44被外壳20中的定子22电磁地赋能以转动轴40。如图2中进一步所指示的，电机10还可以具有用于控制马达操作的后端解算器单元 30。同样在一种公知的方式中，应变波传动装置60具有圆形齿条70、杯状柔性齿条 80、包括连接到轴40的驱动器末端42的椭圆形波发生器栓90的波发生器以及波发生器轴承100。如从图3可以理解的，由栓90将柔性齿条80和波发生器轴承100弹性变形成椭圆形。当由转子轴驱动器末端42旋转栓90时，该椭圆形将在圆形齿条70内部旋转。在该椭圆形的相对的主轴端处，柔性齿条80的外齿82与圆形齿条70的内齿72相啮合。结果由于外齿82的数量，例如五十六个，小于内齿72的数量，例如六十个，在操作中柔性齿条80 将以由齿72和82各自的数量之间的差确定的比率，在与椭圆形相对的方向上旋转，所有这些都是公知的方式。
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根据本发明，波发生器轴承100作为唯一的驱动器末端轴承。如图2中所示的，轴 40因此仅由该组件中的后轴承50和波发生器轴承100支撑。后轴承50可以是单槽带沟滚珠轴承，如图2中的实线所指示的。但是后轴承50 也可以是圆形双槽带沟滚珠轴承，如图2中的虚像所图示性地指示的。虽然圆形齿条70同样可以具有例如与电机前端板螺栓连接的常规环形，在所示实施方式中，圆形齿条70被成形为还作为电机前端板。然后由例如螺栓通过孔74(图3) 将圆形齿条70紧固到电机外壳20作为常规电机端板。为了消除组件中的旋转部件的轴向游隙，在轴向方向上偏置转子轴40。在图2所示的示例中，包括圆锥形卷簧86的压缩弹簧位于杯状柔性齿条80的后底面88与转子轴40 的驱动器末端42的前面之间。轴承50和100两者将从而独立地受制于用于消除轴向游隙的力。可以提供驱动器末端42的槽46中所容纳的滚珠48，以保持弹簧86在适当位置并且减少弹簧86与驱动器末端42之间的摩擦力。为了避免来自应变波传动装置60的润滑油渗透到电机外壳以及到其他组件如啮合转子轴40的机械闸(未显示)，可以在传动装置60与电机10之间提供密封M如作用在转子轴40上的迷宫式密封，如图2中所图示性地指示的。在图4所示的示例中，显示了根据本发明的一对驱动器组件114被横向装配到具有末端执行器120的机器人关节或手腕112上。手腕112连接到图示性地描述的工业机器人110的悬臂122。驱动器组件114的驱动器末端连接到各自的皮带传输116，皮带传输 116依次连接到差动齿轮118。在公知的方式中，可以独立地控制每个驱动器组件114的输出，以便通过差动齿轮118控制末端执行器120的俯仰和滚转运动。主要为了理解的清楚起见而给出了前文的详细描述并且不要从前文的详细描述理解任何非必要的限制。在阅读该公开之后，修改将对于本领域的那些熟练技术人员变得显而易见，并且在不脱离本发明的精神或所附权利要求的范围的前提下可以做出修改。
权利要求
1.一种驱动器组件，包括 电机(10)，其包括电机外壳00)， 转子(44)， 转子轴GO)，以及用于在所述转子的后侧面处将所述转子轴支撑在所述电机外壳中的后轴承(50)；以及应变波传动装置(60)，其包括 紧固到所述电机外壳的圆形齿条(70)， 啮合所述圆形齿条的柔性齿条(80)，与所述柔性齿条啮合并且紧固到所述转子轴的驱动器末端0 的波发生器(90)，以及在所述圆形齿条和所述波发生器之间的波发生器轴承(100)； 其特征在于所述波发生器轴承(100)作为在所述转子的前侧面(30)处将所述转子轴GO)支撑在所述电机外壳O0)中的唯一的驱动器末端轴承。
2.如权利要求1所述的驱动器组件，其中，所述后轴承是滚珠轴承(50)。
3.如权利要求2所述的驱动器组件，其中，所述后轴承是圆形双排滚珠轴承(50)。
4.如任意一个前述权利要求所述的驱动器组件，其中，所述圆形齿条(70)形成所述电机外壳O0)的驱动器端板。
5.如任意一个前述权利要求所述的驱动器组件，包括弹簧(86)，用于轴向偏置所述转子轴GO)以减少所述轴承(50、100)中的游隙。
6.如权利要求5所述的驱动器组件，其中，所述弹簧是位于所述柔性齿条(80)的后面与所述转子轴GO)的前面之间的压缩弹簧(86)。
7.如任意一个前述权利要求所述的驱动器组件，包括在所述传动装置(60)与所述电机(10)之间的密封(M)，用于防止润滑油从所述传动装置(60)到所述电机。
8.一种提供有根据任意一个前述权利要求所述的驱动器组件(114)的工业机器人 (110)。
9.一种提供有根据权利要求1-7的任意一个所述的驱动器组件(114)的机器人悬臂 (122)。
10.一种提供有根据权利要求1-7的任意一个所述的驱动器组件(114)的机器人关节 (112)。
全文摘要
一种驱动器组件包括电机(10)和应变波传动装置(60)，其中该电机(10)包括电机外壳(20)、转子(44)、转子轴(40)以及用于在该转子的后侧面处将该转子轴支撑在该电机外壳中的后轴承(50)，该应变波传动装置(60)包括紧固到该电机外壳的圆形齿条(70)、啮合该圆形齿条的柔性齿条(80)、与该柔性齿条啮合并且紧固到该转子轴的驱动器末端(42)的波发生器(90)以及在该圆形齿条和该波发生器之间的波发生器轴承。根据本发明，波发生器轴承(100)作为用于在该转子的前侧面(30)处将转子轴(40)支撑在电机外壳(20)中的唯一的驱动器末端轴承。
文档编号H02K7/08GK102484410SQ200980161302
公开日2012年5月30日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者I·伦德伯格, J·拉森 申请人:Abb研究有限公司