TWI426012B - 齒輪背隙調整裝置及採用該調整裝置之工業機器人 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種齒輪背隙調整裝置及採用該調整裝置之工業機器人，尤其涉及一種調整圓柱齒輪背隙之調整裝置及採用該調整裝置並採用齒輪機構進行傳動之工業機器人。
工業機器人通常包括複數依次相連之手腕單元，設置於其末端之手腕單元，如六軸機器人之第六旋轉軸可裝設夾具、切削工具及探測器等以執行各種動作。每一手腕單元藉由驅動元件實現繞某一軸線之轉動。每一驅動元件包括電機與齒輪機構。
工業機器人手腕單元之運動精度、承載能力、運動之平穩性等均受齒輪機構嚙合狀況影響。若齒輪機構之齒輪副背隙較大，則傳動過程中，尤其於頻繁正反轉運轉過程中，齒輪副間極易產生衝擊，其結果將導致振動、磨損加劇，降低齒輪傳動之精度並縮短齒輪機構之壽命。對於圓柱齒輪機構，因其通常係定心轉動，當齒輪加工或者安裝過程中存在誤差時會產生背隙，從而運行過程中齒輪不能於正確位置轉動與嚙合，將降低傳動精度及齒輪機構壽命等。習知技術多從提高齒輪之製造精度來達成減小背隙之目的，然，這一做法不僅直接增加了齒輪之製造成本，亦不便對背隙進行調整。
鑒於上述內容，有必要提供一種可消除圓柱齒輪背隙之調整裝置及採用該調整裝置並採用齒輪機構進行傳動之工業機器人。
一種齒輪背隙調整裝置，用於調整工業機器人中與圓錐齒輪裝置相連之圓柱齒輪裝置之背隙，該圓柱齒輪裝置包括相互嚙合之第一齒輪與第二齒輪。該圓錐齒輪裝置包括相互嚙合之二圓錐齒輪，其中一圓錐齒輪包括齒輪軸，該第二齒輪之一端開設有沿軸向之容置孔，該齒輪軸伸入該容置孔內並與該第二齒輪止轉連接，該第二齒輪能夠沿該齒輪軸之軸向移動。該第一齒輪沿其軸向位置固定，該第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向移位係數線性變化，且該第一齒輪移位係數較大端及較小端分別與第二齒輪移位係數較小端及較大端對應嚙合，該齒輪背隙調整裝置包括一彈性件，該彈性件套設於該齒輪軸上，該第二齒輪藉由該容置孔套設於該彈性件上，該彈性件位於該第二齒輪與該齒輪軸之間，該彈性件提供使第二齒輪軸向偏移以抵靠第一齒輪之彈力。
又，一種工業機器人，其包括可繞第一軸線轉動之第一手腕單元、可繞第二軸線轉動之第二手腕單元、用於驅動第一手腕單元之第一電機及第一傳動鏈以及用於驅動第二手腕單元之第二電機及第二傳動鏈，該第一軸線與第二軸線正交，該第一傳動鏈及第二傳動鏈至少其中之一包括圓柱齒輪裝置及圓錐齒輪裝置，該圓柱齒輪裝置包括相互嚙合之第一齒輪與第二齒輪。該圓錐齒輪裝置包括相互嚙合之二圓錐齒輪，其中一圓錐齒輪包括齒輪軸，該第二齒輪之一端開設有沿軸向之容置孔，該齒輪軸伸入該容置孔內並與該第二齒輪止轉連接，該第二齒輪能夠沿該齒輪軸之軸向移
動。該工業機器人還包括用於調整該圓柱齒輪裝置背隙之齒輪背隙調整裝置，該第一齒輪沿其軸向位置固定，該第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向移位係數線性變化，且該第一齒輪移位係數較大端及較小端分別與第二齒輪移位係數較小端及較大端對應嚙合，該齒輪背隙調整裝置包括一彈性件，該彈性件套設於該齒輪軸上，該第二齒輪藉由該容置孔套設於該彈性件上，該彈性件位於該第二齒輪與該齒輪軸之間，該彈性件提供使第二齒輪軸向偏移以抵靠第一齒輪之彈力。
上述工業機器人之第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向之移位係數線性變化，且第二齒輪與第一齒輪對應嚙合，利用彈性件施加沿軸向彈力，可使第二齒輪沿軸向移動以與第一齒輪相抵靠，從而消除第一齒輪與第二齒輪間之背隙，使第一齒輪與第二齒輪平穩嚙合，提高工業機器人傳動之平穩性以及運動精度，還可提高圓柱齒輪裝置之使用壽命。
100‧‧‧工業機器人
11‧‧‧第四手腕單元
12‧‧‧第五手腕單元
13‧‧‧第六手腕單元
14‧‧‧第一傳動鏈
15‧‧‧第二傳動鏈
112、113‧‧‧叉分支
1121、1131‧‧‧齒輪安裝孔
1123、1133‧‧‧第五軸安裝孔
114‧‧‧連接部
1142‧‧‧中空部
121‧‧‧第六軸安裝孔
141‧‧‧第一傳動軸
142、152‧‧‧圓柱齒輪裝置
143‧‧‧第一圓錐齒輪裝置
142a、152a‧‧‧第一齒輪
142b、152b‧‧‧第二齒輪
143a、143b、153a、153b 154a、154b‧‧‧圓錐齒輪
1412‧‧‧貫穿孔
151‧‧‧第二傳動軸
153‧‧‧第二圓錐齒輪裝置
154‧‧‧第三圓錐齒輪裝置
20‧‧‧齒輪背隙調整裝置
1421、1423‧‧‧第一端
1422、1424‧‧‧第二端
21、22‧‧‧彈性件
146‧‧‧齒輪軸
1425‧‧‧容置孔
圖1係本發明實施方式之工業機器人之手腕單元立體圖。
圖2係圖1所示工業機器人之手腕單元沿II-II方向之剖視圖。
圖3係圖2所示手腕單元剖視圖之局部放大圖。
下面結合附圖及具體實施方式對本發明之齒輪背隙調整裝置及採用該調整裝置之工業機器人作進一步的詳細說明，並以六軸工業機器人為例進行說明。
圖1及圖2所示為本發明實施方式之工業機器人100腕部單元之局
部示意圖。工業機器人100為六軸工業機器人，其包括基座、可轉動地設置於基座之支架、可轉動地設置於支架一端之大臂、可轉動地設置於大臂之連接腕部，上述結構於附圖中未示出。工業機器人100還包括與連接腕部轉動連接之第四手腕單元11，可繞第五軸線A旋轉且由第四手腕單元11支撐之第五手腕單元12，可繞第六軸線B旋轉且由第五手腕單元12支撐之第六手腕單元13，用於驅動第五手腕單元12之第一電機(圖未示)及第一傳動鏈14，以及用於驅動第六手腕單元13之第二電機(圖未示)及第二傳動鏈15。第五軸線A與第六軸線B正交。第六手腕單元13前端可安裝夾具、刀具或者探測儀器等執行裝置進行工作。
第四手腕單元11為大致呈叉形結構之殼體，其包括二叉分支112，113，以及連接二叉分支112，113之連接部114。連接部114設有一中空部1142，叉分支112，113分別開設有齒輪安裝孔1121，1131。中空部1142及齒輪安裝孔1121，1131相互基本平行且均沿垂直於第五軸線A之方向延伸。二叉分支112，113還分別開設沿第五軸線A方向延伸且同軸設置之第五軸安裝孔1123，1133。
第五手腕單元12大致呈柱體，設置於二叉分支112，113間，其二端分別可轉動地設於第五軸安裝孔1123，1133內。第五手腕單元12沿軸向之中部開設沿第六軸線B方向延伸之第六軸安裝孔121。第六手腕單元13可轉動地設於第六軸安裝孔121內，從而第六手腕單元13可繞第六軸線B旋轉，並可跟隨第五手腕單元12繞第五軸線A旋轉。
第一傳動鏈14用於將第一電機之動力傳送至第五手腕單元12，以使第五手腕單元12可繞第五軸線A旋轉。第一傳動鏈14包括第一
傳動軸141、圓柱齒輪裝置142以及第一圓錐齒輪裝置143。
第一電機及圓柱齒輪裝置142分別設置於第一傳動軸141之二端。圓柱齒輪裝置142包括相互嚙合之第一齒輪142a及第二齒輪142b。圓柱齒輪裝置142之具體結構於後文詳述。第一圓錐齒輪裝置143包括相互嚙合之二圓錐齒輪143a，143b，圓錐齒輪143a包括齒輪軸146。其中，第一齒輪142a與第一傳動軸141固定，第二齒輪142b與齒輪軸146止轉連接並可沿其軸向移動；圓錐齒輪143b相對於第五手腕單元12固定設置，以帶動第五手腕單元12繞第五軸線A旋轉。第一傳動軸141沿軸向開設一貫穿孔1412。
第二傳動鏈15用於將第二電機之動力傳送至第六手腕單元13，以使第六手腕單元13可繞第六軸線B旋轉。第二傳動鏈15包括第二傳動軸151、圓柱齒輪裝置152、第二圓錐齒輪153以及第三圓錐齒輪154。
第二傳動軸151穿設於第一傳動軸之貫穿孔1412，且其二端分別伸出該貫穿孔1412外。第二電機及圓柱齒輪裝置152分別安裝於第二傳動軸151之二端。第一電機及第二電機分別設置於第四手腕單元11之軸向二側。圓柱齒輪裝置152與圓柱齒輪裝置142相似，其包括相互嚙合之第一齒輪152a及第二齒輪152b。第一齒輪142a與第一齒輪152a沿軸向偏置。第二圓錐齒輪裝置153包括二相互嚙合之圓錐齒輪153a，153b。第三圓錐齒輪154包括二相互嚙合之圓錐齒輪154a，154b。其中，第一齒輪152a與第二傳動軸151相對固定，第二齒輪152b與圓錐齒輪153a連動並可沿其軸向移動；圓錐齒輪153b相對於圓錐齒輪154a固定設置；圓錐齒輪154b相對於第六手腕單元13固定設置以帶動第六手腕單元13繞第
六軸線B旋轉。
圖3示出了用於調整工業機器人之齒輪背隙調整裝置20。採用齒輪背隙調整裝置20對圓柱齒輪裝置142，152之背隙進行調整之方式相似，以下以調整圓柱齒輪裝置142之背隙調整裝置為例進行說明。本實施方式中，圓柱齒輪裝置142之第一齒輪142a及第二齒輪輪142b均為直齒漸開線齒輪。
第一齒輪142a包括第一端1421及第二端1422。從第一端1421至第二端1422，第一齒輪142a之移位係數線性遞增，換言之，第一齒輪142a之齒頂圓柱面呈錐形，其齒厚隨移位係數相應線性遞增。第一端1421為大直徑端，第二端1422為小直徑端。
第二齒輪142b包括第一端1423及第二端1424。從第一端1423至第二端1424，第二齒輪142b之移位係數線性遞減，換言之，第二齒輪142b之齒頂圓柱面呈錐形，其齒厚隨移位係數相應線性遞減。第一端1423為小直徑端，第二端1424為大直徑端。第二齒輪142b之第一端1423與第一齒輪142a之第一端1421，第二齒輪142b之第二端1424與第一齒輪142a之第二端1422分別對應嚙合。
較佳地，第一齒輪142a與第二齒輪142b之錐度小於或等於5度，以保持較佳之嚙合條件。
為調整第一齒輪142a與第二齒輪142b間之背隙，齒輪背隙調整裝置20中預設彈力之彈性件21可提供一沿第二齒輪142b軸向之彈力，使第一齒輪142a與第二齒輪142b相互抵靠，以消除第一齒輪142a與第二齒輪142b間之背隙。
本實施方式中，第一齒輪142a沿軸向之位置固定，第二齒輪142b
沿軸向可移動設置。第二齒輪142b可藉由鍵與齒輪軸146止轉連接，並相對於鍵沿軸向移動。第二齒輪142b之第二端1424開設有沿軸向之容置孔1425，齒輪軸146伸入容置孔1425中。彈性件21套設於齒輪軸146上，且第二齒輪142b藉由容置孔1425套設於彈性件21上，彈性件21位於第二齒輪142b與齒輪軸146之間，彈性件21收容於容置孔1425內並彈性抵持第二齒輪142b。彈性件21可選擇螺旋型壓縮彈簧，其套設於與第二齒輪142b連接之齒輪軸146上。
當第一齒輪142a與第二齒輪142b間產生背隙時，彈性件21抵推第二齒輪142b，使第二齒輪142b沿軸向d-d移動，因第一齒輪142a與第二齒輪142b呈錐形，第二齒輪142b移動一定距離後與第二齒輪142b相抵靠，從而消除背隙。與第二齒輪142b相似，第二齒輪152b一端容置有彈性件22，以抵持第二齒輪152b，消除背隙。上述調整可自動進行，即當圓柱齒輪裝置142，152工作時，如工作狀況或環境變化而引起背隙改變，彈性件21，22可分別自動調節第二齒輪142b，152b沿軸向之位置以消除背隙，從而工業機器人100工作時，可始終保持圓柱齒輪裝置142，152基本實現零間隙，從而提高傳動之平穩性、運動精度以及圓柱齒輪裝置142，152之使用壽命。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出申請專利。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。
142a‧‧‧第一齒輪
142b‧‧‧第二齒輪
20‧‧‧齒輪背隙調整裝置
1421、1423‧‧‧第一端
1422、1424‧‧‧第二端
21‧‧‧彈性件
146‧‧‧齒輪軸
1425‧‧‧容置孔
Claims (8)
- 一種齒輪背隙調整裝置，用於調整工業機器人中與圓錐齒輪裝置相連之圓柱齒輪裝置之背隙，該圓柱齒輪裝置包括相互嚙合之第一齒輪與第二齒輪，其改良在於：該圓錐齒輪裝置包括相互嚙合之二圓錐齒輪，其中一圓錐齒輪包括齒輪軸，該第二齒輪之一端開設有沿軸向之容置孔，該齒輪軸伸入該容置孔內並與該第二齒輪止轉連接，該第二齒輪能夠沿該齒輪軸之軸向移動，且該第一齒輪沿其軸向位置固定，該第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向移位係數線性變化，且該第一齒輪移位係數較大端及較小端分別與第二齒輪移位係數較小端及較大端對應嚙合，該齒輪背隙調整裝置包括一彈性件，該彈性件套設於該齒輪軸上，該第二齒輪藉由該容置孔套設於該彈性件上，該彈性件位於該第二齒輪與該齒輪軸之間，該彈性件提供使第二齒輪軸向偏移以抵靠第一齒輪之彈力。
- 如申請專利範圍第1項所述之齒輪背隙調整裝置，其中第一齒輪及第二齒輪為直齒漸開線齒輪。
- 如申請專利範圍第1項所述之齒輪背隙調整裝置，其中該彈性件為壓縮彈簧。
- 一種工業機器人，其包括可繞第一軸線轉動之第一手腕單元、可繞第二軸線轉動之第二手腕單元、用於驅動第一手腕單元之第一電機及第一傳動鏈以及用於驅動第二手腕單元之第二電機及第二傳動鏈，第一軸線與第二軸線正交，該第一傳動鏈及第二傳動鏈至少其中之一包括圓柱齒輪裝置及圓錐齒輪裝置，該圓柱齒輪裝置包括相互嚙合之第一齒輪與第二齒輪，其改良在於：該圓錐齒輪裝置包括相互嚙合之二圓錐齒輪，其中一圓錐齒輪包括齒輪軸，該第二齒輪之一端開設有沿軸向之容置孔，該 齒輪軸伸入該容置孔內並與該第二齒輪止轉連接，該第二齒輪能夠沿該齒輪軸之軸向移動，該工業機器人還包括用於調整該圓柱齒輪裝置之背隙之齒輪背隙調整裝置，該第一齒輪沿其軸向位置固定，該第一齒輪及第二齒輪沿軸向方向移位係數線性變化，且該第一齒輪移位係數較大端及較小端分別與第二齒輪移位係數較小端及較大端對應嚙合，該齒輪背隙調整裝置包括一彈性件，該彈性件套設於該齒輪軸上，該第二齒輪藉由該容置孔套設於該彈性件上，該彈性件位於該第二齒輪與該齒輪軸之間，該彈性件提供使第二齒輪軸向偏移以抵靠第一齒輪之彈力。
- 如申請專利範圍第4項所述之工業機器人，其中該第一齒輪及第二齒輪為直齒漸開線齒輪。
- 如申請專利範圍第4項所述之工業機器人，其中該彈性件為壓縮彈簧。
- 如申請專利範圍第4至6任意一項所述之工業機器人，其中該第一傳動鏈包括一圓柱齒輪裝置及第一傳動軸，該圓柱齒輪之第一齒輪固定設置於該第一傳動軸一端，該第一電機設置於該第一傳動軸之另一端；該第二傳動鏈包括另一圓柱齒輪裝置及第二傳動軸，該第二傳動軸與該第一傳動軸相互套設，該第二傳動鏈中之圓柱齒輪裝置之第一齒輪固定設置於該第二傳動軸之一端，該第二電機設置於該第二傳動軸之另一端。
- 如申請專利範圍第7項所述之工業機器人，其中分別設置於第一傳動軸及第二傳動軸之二第一齒輪沿軸向偏置。
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