一种工业机器人关节无间隙传动机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业机器人关节无间隙传动机构，本发明所要解决的技术问题，在于克服现有消隙齿轮传动减速机构存在的缺陷，提出了一种多级圆柱齿轮副和蜗轮蜗杆副组合形成的机器人关节工业机器人关节无间隙传动机构，该种传动机构，既可满足高精度、高速比、体积小的要求，又可以大大的降低机器人关节减速机构的制造成本。技术方案是：一种工业机器人关节无间隙传动机构，包括输入圆柱齿轮、从动圆柱齿轮、第一蜗杆、输出蜗轮、第二蜗杆、消隙圆柱齿轮和换向圆柱齿轮；输入圆柱齿轮同时与从动圆柱齿轮和换向圆柱齿轮相啮合；从动圆柱齿轮与第一蜗杆相连；输出蜗轮同时与第一蜗杆和第二蜗杆相啮合；第二蜗杆与消隙圆柱齿轮相连；消隙圆柱齿轮与换向圆柱齿轮相啮合。
【专利说明】一种工业机器人关节无间隙传动机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业机器人关节无间隙传动机构，尤其是一种用于工业机器人关节上的工业机器人关节无间隙传动机构，用于工业机器人等精密传动机械领域。
【背景技术】
[0002]齿轮减速机是一种广泛应用的减速机构。随着工业的进步，在工业机器人等闻精密【技术领域】，普通的齿轮减速机已无法满足使用要求，因为其齿轮传动时，齿轮与齿轮啮合存在反向转动侧隙，在反向传动时会存在角度传递误差，导致传动定位不准确，而这种情况在工业机器人等高精密行业是不被容许的；国外品牌的高精密减速机有如日本帝人RV减速机、Harmonic减速机、斯洛伐克的Spinea减速机,但其价格昂贵、供货周期长,也不易被国产机器人大批量生产采用。
[0003]目前公开和应用的消隙齿轮减速机结构，其采用的消隙方法和手段，有采用双齿面消隙，有利用弹簧拉力消隙，但消隙的效果并未收到预期的效果，其传动力矩受弹簧力的限制、结构复杂、成本较高。
[0004]在国外齿轮齿条副消隙结构较为常用，尤其在机床传动中得到广泛的应用。齿轮齿条传动主要用于行程较大的大型机床上，可以得到较大的传动比，还易得到高速直线运动，刚度及机械效率也高，但传动不够平稳。采用齿轮齿条传动时，必须采用措施消除齿侧间隙。当传动负载小时，也可采用双片薄齿轮调整法将两齿轮分别与齿条齿槽的左右两侧贴紧，从而消除齿侧间隙。当传动负载大时，可采用双片厚齿轮传动的结构。工作原理是:进给运动曲轴21输入，该轴上装有两个螺旋线方向相反的斜齿轮，当在曲轴21上施加轴向力F时，能使斜齿轮产生微量的轴向移动。此时，第一轴11和第二轴31便以相反的方向转过微小的角度，使第一齿轮41和第二齿轮51分别与齿条齿槽的左、右侧面贴紧，从而达到消除齿侧面间隙的效果。(如图6所示)
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题，在于克服现有消隙齿轮传动减速机构存在的缺陷，提出了一种多级圆柱齿轮副和蜗轮蜗杆副组合形成的机器人关节工业机器人关节无间隙传动机构，该种传动机构，既可满足高精度、高速比、体积小的要求，又可以大大的降低机器人关节减速机构的制造成本。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是:
[0007]—种工业机器人关节无间隙传动机构，包括输入圆柱齿轮、从动圆柱齿轮、第一蜗杆、输出蜗轮、第二蜗杆、消隙圆柱齿轮和换向圆柱齿轮；输入圆柱齿轮同时与从动圆柱齿轮和换向圆柱齿轮相哨合；从动圆柱齿轮与第一蜗杆相连；输出蜗轮同时与第一蜗杆和第二蜗杆相啮合；第二蜗杆与消隙圆柱齿轮相连；消隙圆柱齿轮与换向圆柱齿轮相啮合；其中，所述消隙圆柱齿轮上设有腰形槽；所述消隙圆柱齿轮与第二蜗杆构成消隙机构；所述消隙圆柱齿轮与第二蜗杆通过前述腰形槽和螺钉相连。[0008]本发明的工业机器人关节无间隙传动机构，由圆柱齿轮传动副和蜗轮蜗杆副组成。本发明传动机构通过消隙机构消除齿轮反转侧隙，从而达到传动机构正、反转无间隙传动的目的。本发明中所述的第二蜗杆和消隙圆柱齿轮构成消隙机构；本发明采用输入圆柱齿轮作为传动机构的输入端，蜗轮作为传动机构的输出端。输入圆柱齿轮和从动圆柱齿轮构成齿轮副，第一蜗杆与输出蜗轮构成蜗轮蜗杆副；第二蜗杆与输出蜗轮构成蜗轮蜗杆副。本发明中的圆柱齿轮副和蜗轮蜗杆副组成一个闭环传动链，齿形正转时，一侧齿形啮合，另外一侧齿形存在侧隙，通过消隙机构消除齿形另一侧侧隙，达到传动机构正、反转换向无间隙传动的目的。
[0009]本发明为了达到外部负载所需要的一个传动比，本发明还包括第一多级圆柱齿轮副和第二多级圆柱齿轮副；第一多级圆柱齿轮副同时与从动圆柱齿轮和第一蜗杆相啮合；第二多级圆柱齿轮副同时与第二蜗杆和消隙圆柱齿轮相啮合。本发明通过多级圆柱齿轮副和蜗轮蜗杆副形成传动机构的减速比，由于采用蜗轮蜗杆传动，传动机构的传动比范围较大。
[0010]本发明中所述从动圆柱齿轮与第一蜗杆为一个整体。
[0011]本发明的工作过程:
[0012]以二级减速、输入圆柱齿轮逆时针转动描述本发明的工作过程:
[0013]输入圆柱齿轮与从动圆柱齿轮和换向齿轮哨合，带动第一蜗杆和输出蜗轮传动，将扭矩和运动传递到输出蜗轮上，从而对外输出扭矩和转动；而输出蜗轮同时也驱动第二蜗杆传动，带动消隙圆柱齿轮传动；通过消隙机构消除输入齿轮反向传动的齿轮侧隙，从而达到传动机构正、反向无隙传动的目的。此段所述的消隙机构由第二蜗杆和消隙圆柱齿轮构成。
[0014]本传动机构消除反转间隙的过程:
[0015]先驱动输入圆柱齿轮正向转动，消除本传动机构的正向转动间隙后，固定第二蜗杆，反向轻微转动消隙圆柱齿轮，使得消隙圆柱齿轮和换向圆柱齿轮、换向圆柱齿轮和输入圆柱齿轮之间原本的齿轮啮合处变成侧隙位置，原本有侧隙的一侧变成齿轮啮合处，从而达到传动机构正、反转换向无隙传动的目的。消除间隙后，使用螺钉7将消隙圆柱齿轮和第二蜗杆固定。该传动机构输入端中心和输出端中心线成90°排布,具备改变传动方向的功倉泛。
[0016]以多级减速、输入圆柱齿轮逆时针转动描述本发明的工作过程:
[0017]输入圆柱齿轮与从动圆柱齿轮和换向齿轮啮合，带动第一多级圆柱齿轮副和蜗轮蜗杆副传动，将扭矩和运动传递到输出蜗轮上，从而对外输出扭矩和转动；而输出蜗轮同时也驱动闭环的第二蜗杆和第二多级圆柱齿轮副，带动消隙圆柱齿轮；通过消隙机构消除输入齿轮反向传动的齿轮侧隙，从而达到传动机构正、反向无隙传动的目的。注:此段所述的消隙机构是由第二蜗杆、第二多级圆柱齿轮副和消隙圆柱齿轮构成。
[0018]本传动机构消除反转间隙的过程:
[0019]先驱动输入圆柱齿轮正向转动，消除本传动机构的正向转动间隙后，固定位于消隙圆柱齿轮上一级的齿轮轴(注，这里所描述的位于消隙圆柱齿轮上一级的齿轮轴是:由于在第二蜗杆和消隙圆柱齿轮之间还啮合了第二多级圆柱齿轮副)，反向轻微转动消隙圆柱齿轮，使得消隙圆柱齿轮和换向圆柱齿轮、换向圆柱齿轮和输入圆柱齿轮之间原本的齿轮啮合处变成侧隙位置，原本有侧隙的一侧变成齿轮啮合处，从而达到传动机构正、反转换向无隙传动的目的。消除间隙后，使用螺钉将消隙圆柱齿轮和位于消隙圆柱齿轮上一级的齿轮轴固定。该传动机构输入端中心和输出端中心线成90°排布,具备改变传动方向的功能。
[0020]本发明与现有技术相比的优点:利用消隙机构消除传动链中的正、反转传动间隙，传动原理简单、速比大、体积小、承载能力高、加工简单、成本低，可以在保证传动机构传动精度的同时，降低传动机构的整体成本，适用于工业机器人等高精密传动行业。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的主视图。
[0022]图2是图1 [A-A]视图。
[0023]图3是本发明的立体图。
[0024]图4是消隙齿轮啮区合放大图一消隙前。
[0025]图5是消隙齿轮啮区合放大图一消隙后。
[0026]图6是本发明消隙原理图。
[0027]其中，1、输入圆柱齿轮，2、从动圆柱齿轮，3、第一蜗杆，4、输出蜗轮，5、第二蜗杆，
6、消隙圆柱齿轮，6-1、腰形槽，7、螺钉，8、换向圆柱齿轮，9、齿形啮合处，10、齿轮侧隙。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图6和【具体实施方式】做进一步的描述。
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]以二级减速、输入圆柱齿轮逆时针转动为例，如图1、图2和图3所示:
[0031]图1是本发明的结构示意图，如图1所示，本发明的工业机器人关节无间隙传动机构包括输入圆柱齿轮1、从动圆柱齿轮2、第一蜗杆3、输出蜗轮4、第二蜗杆5、消隙圆柱齿轮6和换向圆柱齿轮8。
[0032]输入圆柱齿轮I绕固定轴线01— 01转动；
[0033]从动圆柱齿轮2和第一蜗杆3连接成一体,共同绕固定轴线02—02转动,第一蜗杆3旋向为左旋(蜗杆旋向也可设计成右旋，只是啮合时蜗轮的旋向相反)；
[0034]输出蜗轮4绕固定轴线05— 05转动；
[0035]第二蜗杆5绕固定轴线03— 03转动；
[0036]消隙圆柱齿轮6绕固定轴线03— 03转动；
[0037]第二蜗杆和消隙圆柱齿轮6可通过固定螺钉7连接成一体；
[0038]第一蜗杆3和第二蜗杆5旋向相同；
[0039]换向圆柱齿轮8绕固定轴线04— 04转动；
[0040]消隙圆柱齿轮6上设有腰型槽，允许第二蜗杆5和消隙圆柱齿轮6有一定的角度转动，从而消除齿轮反转间隙。
[0041]如图1所示,外部动力源驱动输入圆柱齿轮I逆时针转动,带动从动圆柱齿轮2和换向圆柱齿轮8顺时针转动；第一蜗杆3和从动圆柱齿轮2已连接成一体，也是顺时针转动；第一蜗杆3驱动输出蜗轮4逆时针转动(如图2所示)，由输出蜗轮4对外输出扭矩和转动；而输出蜗轮4转动，也会分配一小部分扭矩用于驱动第二蜗杆5逆时针转动，此时第二蜗杆5和消隙圆柱齿轮6通过固定螺钉7先固定成一体，故消隙圆柱齿轮6也是逆时针转动；而消隙圆柱齿轮6逆时针转动和换向圆柱齿轮8顺时针转动使得该齿轮副啮合方向一致。此为传动机构消隙之前的传动状态。详见图4所示从动圆柱齿轮2、消隙圆柱齿轮6、换向圆柱齿轮8和输入圆柱齿轮I的消隙前的哨合关系。如图4所不:图4中标记9表不齿形啮合处，标记10表示齿轮侧隙。
[0042]将第二蜗杆5位置固定，松动固定螺钉7，轻微逆时针转动消隙圆柱齿轮6，使得消隙圆柱齿轮6和换向圆柱齿轮8齿轮副、换向圆柱齿轮8和输入圆柱齿轮I齿轮副中原本的齿轮啮合处变成侧隙位置，原本有侧隙的一侧变成齿轮啮合处(如图5所示)，从而达到传动机构正、反转换向无隙传动的目的。消除间隙后，使用固定螺钉7将消隙圆柱齿轮6和第二蜗杆5固定成一体。图5中标记9表示齿形啮合处，标记10表示齿轮侧隙。
[0043]在上述消隙过程中，消隙圆柱齿轮6上设有腰型槽，允许消隙圆柱齿轮6相对第二蜗杆5有一定的角度转动，从而可以消除齿轮副反转侧隙，故设有腰型槽6-1的消隙圆柱齿轮6和第二蜗杆5组成了工业机器人关节无间隙传动机构中的消隙结构，如图1、图2和图3所示。
[0044]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
[0045]本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种工业机器人关节无间隙传动机构，其特征在于，包括输入圆柱齿轮(I)、从动圆柱齿轮(2)、第一蜗杆(3)、输出蜗轮(4)、第二蜗杆(5)、消隙圆柱齿轮(6)和换向圆柱齿轮(8);输入圆柱齿轮(I)同时与从动圆柱齿轮(2)和换向圆柱齿轮(8)相啮合；从动圆柱齿轮(2)与第一蜗杆(3)相连；输出蜗轮(4)同时与第一蜗杆(3)和第二蜗杆(5)相啮合；第二蜗杆(5)与消隙圆柱齿轮(6)相连；消隙圆柱齿轮(6)与换向圆柱齿轮(8)相啮合；其中，所述消隙圆柱齿轮(6)上设有腰形槽(6-1);所述消隙圆柱齿轮(6)与第二蜗杆(5)构成消隙机构；所述消隙圆柱齿轮(6)与第二蜗杆(5)通过前述腰形槽(6-1)和螺钉(7)相连。
2.如权利要求1所述的工业机器人关节无间隙传动机构，其特征在于，还包括第一多级圆柱齿轮副和第二多级圆柱齿轮副；第一多级圆柱齿轮副同时与从动圆柱齿轮(2)和第一蜗杆(3)相啮合；第二多级圆柱齿轮副同时与第二蜗杆(5)和消隙圆柱齿轮(6)相啮合。
3.如权利要求1所述的工业机器人关节无间隙传动机构，其特征在于，所述从动圆柱齿轮(2)与第一蜗杆(3)为一个整体。
【文档编号】B25J17/00GK103753529SQ201410019294
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】王杰高, 沈银龙, 韩邦海 申请人:南京埃斯顿机器人工程有限公司