一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的制作方法

1.本发明涉及六轴机器人技术领域，更具体的说是涉及一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构。


背景技术：

2.机器人的手腕部件是用来连接机器人手臂和末端执行机构的，处于机器人关节的最末端，与人体的手腕作用相似，用来调节或改变末端的姿态，以使机器人末端执行机构满足具体的动作要求，因而手腕应具有独立的自由度，由于传动级数多，腕部锥齿轮传动精度影响整个机器人的精度，所以在使用锥齿轮传动结构时需要尽可能的降低齿轮传动的侧隙，尽量提高其定位精度。
3.由于末端直接和执行机构相连，外部也要安装辅助设备，故对其末端的外形尺寸有限额的限制，通常此部分的体积较大，同时末端的重量对整机的负载性能较为敏感，本体重量超标，必然导致工作负载降低，造成效率低下，能耗损失过多。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构，以期解决背景技术中存在的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构，包括小臂壳体和腕部壳体，小臂壳体内安装有主动锥齿轮转动结构，腕部壳体一端安装有从动锥齿轮转动结构, 另一端安装有齿圈组件，所述齿圈组件包括齿轮轴、直齿轮外圈、十字交叉轴承，所述齿轮轴与直齿轮外圈啮合，十字交叉轴承定心并支撑直齿轮外圈。
7.在一些实施例中，所述直齿轮外圈包括两个相同齿形参数的第一直齿轮、第二直齿轮，第一直齿轮、第二直齿轮重合安装使用，通过衬套限制第二直齿轮的旋转范围并进行轴向固定，在第一直齿轮内部均匀分布有圆弧形孔，第一直齿轮、第二直齿轮内部分别装有圆柱销，第一直齿轮内部的圆弧形孔内安装有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧两端顶紧与第一直齿轮、第二直齿轮连接的圆柱销侧面，通过第二压缩弹簧的弹力让第二直齿轮绕第一直齿轮轴心扭转，使第二直齿轮与第一直齿轮齿廓错开。
8.在一些实施例中，在第一直齿轮外部大端装入十字交叉轴承，小端装入深沟球轴承，再把直齿轮外圈整体放入腕部壳体，通过十字交叉轴承内圈装在腕部壳体的轴承位。
9.在一些实施例中，还包括压环，压环压住十字交叉轴承外圈端面并将其锁住，使齿轮轴与第一直齿轮和第二直齿轮相啮合。
10.在一些实施例中，还包括输出法兰，输出法兰与第一直齿轮固定，同时压住十字交叉轴承的内圈端面并对其进行固定。
11.在一些实施例中，输出法兰内外部均装有油封进行密封，油封包括第一油封和第二油封，第一油封安装在腕部壳体上，第二油封安装在第一端盖上，唇口均作用在输出法兰
进行密封。
12.在一些实施例中，所述主动锥齿轮转动结构包括主动锥齿轮、第一轴承、第二轴承、轴套、同步轮；第一轴承压装于轴套的内圈轴承位内，第二轴承装于轴套的外圈轴承位中，主动锥齿轮安装于第一轴承内，同步轮安装于第一轴承内另一端，将同步轮与主动锥齿轮连接锁紧，通过压板压紧第一轴承，构成主动锥齿轮传动结构并被整体装入小臂壳体内，腕部壳体与轴套的底部连接。
13.在一些实施例中，同步轮安装于深沟球轴承支撑的轴套端面，轴套另一端面安装在腕部壳体的侧面。
14.在一些实施例中，所述从动锥齿轮转动结构包括从动锥齿轮、滚柱轴承、花键套，齿轮轴大端末段为圆柱直齿，小端为定位销轴，小端面有内螺纹，齿轮轴小端穿过从动锥齿轮内孔并以轴肩轴向限位，通过垫片和螺钉锁紧固定；齿轮轴中部安装有滚柱轴承并支撑在腕部壳体。
15.在一些实施例中，滚柱轴承内圈装入齿轮轴的轴承位并以轴用挡圈限位，齿轮轴装入从动锥齿轮中，限位至轴肩，用垫片调节和螺钉锁紧，在从动锥齿轮轴上放入第一压缩弹簧，花键套有内花键，外径装入第三轴承并以轴用挡圈锁住，从动锥齿轮轴上有外花键，把花键套装入其轴上；再整体放入腕部壳体中，装入第二端盖压紧，通过第一压缩弹簧弹力顶紧从动锥齿轮。
16.本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
17.本发明的末端传动结构可实现对齿轮传动的侧隙的调节，且具有外形紧凑、安装简单、传动精度高、噪音小的优点。
附图说明
18.图1是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的结构示意图。
19.图2是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的直齿轮外圈的结构示意图。
20.图3是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的主动齿轮消隙结构示意图。
21.图4是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的传动原理图。
22.图中标记：1
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第一端盖，2
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腕部壳体，3
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深沟球轴承，4
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第一油封，5
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小臂壳体，6
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齿轮轴，7
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滚柱轴承，8
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第二轴承，9
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轴套，10
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主动锥齿轮，11
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第一轴承， 12
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同步轮，13
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压板，14
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从动锥齿轮，15
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第一压缩弹簧，16
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第三轴承，17
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螺钉， 18
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花键套，19
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第二端盖，20
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第二直齿轮，21
‑
第一直齿轮，22
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十字交叉轴承，23
‑ꢀ
压环，24
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第二油封，25
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输出法兰，26
‑
衬套，27
‑
圆柱销，28
‑
第二压缩弹簧。
具体实施方式
23.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
24.相反，本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术的精髓和范围上做的替代、修
改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本技术有更好的了解，在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。
25.图1是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的结构示意图。图2是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的直齿轮外圈的结构示意图。图3是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的主动齿轮消隙结构示意图。图4是本发明的一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构的传动原理图。以下将结合图1
‑
图4对本技术实施例所涉及的工业机器人手腕传动结构的末端传动结构进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用以解释本技术，并不构成对本技术的限定。
26.在本技术的实施例中，如图1所示，一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构，包括小臂壳体5和腕部壳体2，小臂壳体5内安装有主动锥齿轮10转动结构，腕部壳体2一端安装有从动锥齿轮14转动结构,另一端安装有齿圈组件，所述齿圈组件包括齿轮轴6、直齿轮外圈、十字交叉轴承22，所述齿轮轴6与直齿轮外圈啮合，十字交叉轴承22定心并支撑直齿轮外圈。
27.在一些实施例中，所述直齿轮外圈包括两个相同齿形参数的第一直齿轮21、第二直齿轮20，第一直齿轮21、第二直齿轮20重合安装使用，通过衬套26限制第二直齿轮20的旋转范围并进行轴向固定，在第一直齿轮21内部均匀分布有圆弧形孔，第一直齿轮21、第二直齿轮20内部分别装有圆柱销27，第一直齿轮21内部的圆弧形孔内安装有第二压缩弹簧28，第二压缩弹簧28两端顶紧与第一直齿轮21、第二直齿轮20连接的圆柱销27侧面，通过第二压缩弹簧28的弹力让第二直齿轮20绕第一直齿轮21轴6心扭转，使第二直齿轮20与第一直齿轮21齿廓错开。从而减小该齿轮齿形高度且可以浮动，从而消除齿轮轴6与齿圈第一直齿轮21和第二直齿轮 20的齿合间隙，提高传动精度。
28.将第一直齿轮21、第二直齿轮20齿的面采用了磨齿加工工艺，提高了齿轮承载强度、使齿轮啮合更紧凑、传动精度更高、降低了噪音等特点，从而延长了齿轮寿命，降低了故障率和维修成本。由于该结构是机器人本体上关键的传动部件，进而提升了机器人整机的传动精度和稳定性。由于采用了外齿结构，使安装和维修更加方便。采用该方法加工，还提高了齿轮加工和检测的效率，降低了制造成本。
29.在一些实施例中，在第一直齿轮21外部大端装入十字交叉轴承22，小端装入深沟球轴承3，再把直齿轮外圈整体放入腕部壳体2，通过十字交叉轴承22内圈装在腕部壳体2的轴承位。
30.在一些实施例中，还包括压环23，压环23压住十字交叉轴承22外圈端面并将其锁住，使齿轮轴6与第一直齿轮21和第二直齿轮20相啮合。还包括输出法兰25，输出法兰25与第一直齿轮21固定，同时压住十字交叉轴承22的内圈端面并对其进行固定。
31.在一些实施例中，输出法兰25内外部均装有油封进行密封，油封包括第一油封 4和第二油封24，第一油封4安装在腕部壳体2上，第二油封24安装在第一端盖1 上，唇口均作用在输出法兰25进行密封。
32.在一些实施例中，所述主动锥齿轮10转动结构包括主动锥齿轮10、第一轴承 11、第二轴承8、轴套9、同步轮12；第一轴承11压装于轴套9的内圈轴承位内，第二轴承8装于轴套9的外圈轴承位中，主动锥齿轮10安装于第一轴承11内，同步轮12安装于第一轴承11内另
一端，将同步轮12与主动锥齿轮10连接锁紧，通过压板13压紧第一轴承11，构成主动锥齿轮10传动结构并被整体装入小臂壳体5 内，腕部壳体2与轴套9的底部连接。
33.在一些实施例中，同步轮12安装于深沟球轴承3支撑的轴套9端面，轴套9 另一端面安装在腕部壳体2的侧面。轴套9另一端面安装在腕部壳体2的侧面，主动锥齿轮10外径安装深沟球并与同步轮12保持同轴心。
34.在一些实施例中，所述从动锥齿轮14转动结构包括从动锥齿轮14、滚柱轴承7、花键套18，齿轮轴6大端末段为圆柱直齿，小端为定位销轴，小端面有内螺纹，齿轮轴6小端穿过从动锥齿轮14内孔并以轴肩轴向限位，通过垫片和螺钉锁紧固定；齿轮轴6中部安装有滚柱轴承7并支撑在腕部壳体2。
35.在一些实施例中，滚柱轴承7内圈装入齿轮轴6的轴承位并以轴用挡圈限位，齿轮轴6装入从动锥齿轮14中，限位至轴肩，用垫片调节和螺钉锁紧，在从动锥齿轮14轴上放入第一压缩弹簧15，花键套18有内花键，外径装入第三轴承16并以轴用挡圈锁住，从动锥齿轮14轴上有外花键，把花键套18装入其轴上；再整体放入腕部壳体2中，装入第二端盖19压紧，通过第一压缩弹簧15弹力顶紧从动锥齿轮14。通过花键套18端面压缩第一压缩弹簧15作用到从动锥齿轮14，从而消除主动锥齿轮10和从动锥齿轮14的啮合间隙。由于存在加工误差，无法保证预紧力一致，通过改变调整垫片的厚度，实现弹簧预紧力的调节，达到消除锥齿轮副的啮合间隙，提高传动精度。
36.用手转动同步轮12，检查锥齿轮副的啮合状态。如果啮合状态不对，通过在第三轴承16的端面增加垫片来调节第一压缩弹簧15的预紧力，使锥齿轮副达到最好的啮合状态。
37.具体的装配过程如下：
38.第二直齿轮20，第一直齿轮21组成一个直齿轮外圈，齿参数相同，先将圆柱销27分别与第一直齿轮21第二直齿轮20安装连接，再将第二压缩弹簧28放入第一直齿轮21内部的圆弧槽内、弹簧两端面与两个齿轮上的圆柱销27侧面顶紧，通过衬套26和螺钉将第二直齿轮20、第一直齿轮21压紧组成一个整齿圈，并用手或工装使第一直齿轮21固定、再旋转第二直齿轮20，检查第二直齿轮20是否摆动正常，在第一直齿轮21轴6大端装入十字交叉轴承22、轴小端装入深沟球轴承3，再把齿圈整体放入腕部壳体2，通过工装把十字交叉轴承22外圈装在腕部壳体2的轴承位，压环23压住十字交叉轴承22外圈端面，用螺钉锁住，用手转动齿圈，检查是否自由转动，无阻滞卡点；输出法兰25与第一直齿轮21固定，同时压住十字交叉轴承22的内圈端面并用螺钉固定。
39.参见图一所示，第一轴承112件并列装入轴套9，主动锥齿轮10装入第一轴承 11并至小端面限位；第二轴承8内圈压入轴套9另一轴承位，端面与其齐平，用压板13和螺钉压紧第二轴承8；同步轮12第一轴承11，用螺钉锁紧同步轮12和主动锥齿轮10，再把第二轴承8装入小臂壳体5的轴承位中。再用螺钉把腕部壳体2和轴套9连接。
40.滚柱轴承7内圈装入齿轮轴6的轴承位并以轴用挡圈限位，滚柱轴承7外圈装入腕部壳体2内；齿轮轴6装入从动锥齿轮14中，限位至轴肩，用螺钉17锁紧，在从动锥齿轮14轴上放入第一压缩弹簧15，花键套18有内花键，外径装入第三轴承16并以轴用挡圈锁住，从动锥齿轮14轴上有外花键，把花键套18装入其轴上。再整体放入腕部壳体2中，装入第二端盖19压紧，通过第一压缩弹簧15弹力顶紧从动锥齿轮14，以达到消除齿隙的目的，用手转动同步轮12，检查锥齿轮副的啮合状态。如果啮合状态不对，通过在第三轴承16的端面增加垫片
来调节第一压缩弹簧 15的预紧力，使齿轮轴6与齿圈第一直齿轮21和第二直齿轮20相啮合，再用手转动同步轮12让机构整体转动，检查锥齿轮副和直齿轮副是否转动平稳顺畅，不能出现卡点阻滞等现象。
41.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。