專利名稱：機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人，尤其涉及一種采用多級齒輪傳動的工業(yè)機器人。
技術(shù)背景
工業(yè)機器人通常包括多個依次相連的機械臂，設(shè)置于其末端的機械臂，如六軸機 器人的第六旋轉(zhuǎn)軸可裝設(shè)夾具、切削工具及探測器等以執(zhí)行各種動作。每個機械臂通過驅(qū) 動組件實現(xiàn)繞單軸的旋轉(zhuǎn)。該驅(qū)動組件一般包括沿各機械臂的轉(zhuǎn)動軸向依次設(shè)置的電機 以及與電機相連接的成套的減速機組件，減速機組件驅(qū)動與其連接的另一機械臂運動，因 此各機械臂沿其轉(zhuǎn)動軸向的尺寸通常較大。對于位于機器人末端的運動軸，比如六軸機器 人的相互轉(zhuǎn)動連接且垂直設(shè)置的第五旋轉(zhuǎn)軸及第六旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置的驅(qū)動組件通常鄰近設(shè) 置，造成第五旋轉(zhuǎn)軸第六旋轉(zhuǎn)軸沿各自轉(zhuǎn)動軸向的尺寸均較大，增加了機器人整體結(jié)構(gòu)及 占用空間，不利于機器人在較狹小操作空間中的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間較小的機器人。
一種機器人，包括基座、與該基座可轉(zhuǎn)動連接的支撐臂、相互可轉(zhuǎn)動連接且基本垂 直設(shè)置的第N(N彡1，N為整數(shù))旋轉(zhuǎn)軸及第N+1旋轉(zhuǎn)軸、用于驅(qū)動第N旋轉(zhuǎn)軸的第一電機 及第一齒輪機構(gòu)、用于驅(qū)動第N+1旋轉(zhuǎn)軸的第二電機及第二齒輪機構(gòu)，以及控制裝置。該第 N旋轉(zhuǎn)軸與支撐臂可轉(zhuǎn)動連接。該第一齒輪機構(gòu)及第二齒輪機構(gòu)為具有至少一對錐齒輪的 多級齒輪傳動機構(gòu)，且該第一齒輪機構(gòu)包括與該第N旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪，該第二齒 輪機構(gòu)包括與該第N+1旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪，該控制裝置控制該第一電機及第二電機 分別動作，使該第一齒輪機構(gòu)帶動該第N旋轉(zhuǎn)軸繞該第N旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)時，該第二齒輪 機構(gòu)帶動第N+1旋轉(zhuǎn)軸繞該第N+1旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)一定角度以補償該第N+1旋轉(zhuǎn)軸的跟 隨轉(zhuǎn)動誤差。
上述機器人的第一齒輪機構(gòu)及第二齒輪機構(gòu)設(shè)置多級傳動機構(gòu)進(jìn)行變速，并設(shè)置 錐齒輪對改變運動傳遞的方向，從而第一電機及第二電機可不用分別直接設(shè)置在上述兩個 旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向上，可減小第N旋轉(zhuǎn)軸及第N+1旋轉(zhuǎn)軸沿各自軸向的尺寸，使得機器人的 結(jié)構(gòu)緊湊，減小了占用的空間。通過控制裝置控制該第一電機及第二電機動作的連動，可使 第一齒輪機構(gòu)帶動該第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，該第二齒輪機構(gòu)帶動第N+1旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度 以補償跟隨轉(zhuǎn)動誤差，使第N+1旋轉(zhuǎn)軸沿其自身旋轉(zhuǎn)方向處于預(yù)設(shè)的位置上，以準(zhǔn)確地對 第N+1旋轉(zhuǎn)軸的運動進(jìn)行控制。此外，上述機器人的第一齒輪機構(gòu)及第二齒輪機構(gòu)可采用 傳統(tǒng)的齒輪結(jié)構(gòu)，可降低制造成本。


圖1是本發(fā)明實施例的機器人的示意圖。
圖2是圖1所示的機器人所采用的臂部件的立體組裝圖。
圖3是圖2所示臂部件沿III-III方向的剖面示意圖。
圖4是圖3所示臂部件的局部放大圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的機器人作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，并以六軸工業(yè)機 器人為例進(jìn)行說明。
圖1所示為本發(fā)明實施方式的機器人100的示意圖。機器人100為六軸工業(yè)機器 人，其包括基座11、可轉(zhuǎn)動地設(shè)置于基座11的機架12、可轉(zhuǎn)動地設(shè)置于機架12的大臂13、 與大臂13可轉(zhuǎn)動連接的連接臂15，以及與連接臂15可轉(zhuǎn)動連接的小臂14?；?1用于 將機器人安裝至地面或基座上，機架12能繞第一旋轉(zhuǎn)軸161旋轉(zhuǎn)，大臂13能繞第二旋轉(zhuǎn)軸 162旋轉(zhuǎn)，連接臂15能繞第三軸163旋轉(zhuǎn)，小臂14能繞第四旋轉(zhuǎn)軸164旋轉(zhuǎn)。該六軸工業(yè) 機器人還包括165、166所表示的第五旋轉(zhuǎn)及第六旋轉(zhuǎn)軸。第五旋轉(zhuǎn)軸165與第六旋轉(zhuǎn)軸 166相互垂直設(shè)置。其中，可通過在第六旋轉(zhuǎn)軸166上安裝夾具、刀具或者探測儀器等執(zhí)行 裝置進(jìn)行工作。
圖2所示為機器人100所采用的臂部件200。臂部件200包括小臂14、與小臂14 旋轉(zhuǎn)連接的第五旋轉(zhuǎn)軸165、與第五旋轉(zhuǎn)軸165旋轉(zhuǎn)連接的第六旋轉(zhuǎn)軸166、用于驅(qū)動第五 旋轉(zhuǎn)軸165的第一電機(圖未示)及第一齒輪機構(gòu)21、用于驅(qū)動第六旋轉(zhuǎn)軸166的第二電 機(圖未示)及第二齒輪機構(gòu)23以及控制該第一電機和第二電機動作的控制裝置(圖未 示)°
請同時參見圖3及圖4，小臂14包括連接部141及支撐部142，其整體呈中空結(jié)構(gòu) 并大致形成叉形。第一齒輪機構(gòu)21、第二齒輪機構(gòu)23均設(shè)置于小臂14內(nèi)部并由設(shè)置于小 臂14內(nèi)的軸承(圖未標(biāo))支承。連接部141為沿直線延伸的筒狀結(jié)構(gòu)，其包括一個中空 部1412。支撐部142大致呈“π”型，其包括相對設(shè)置并朝同一方向平行延伸的第一支撐壁 1421及第二支撐壁1423。第一支撐壁1421形成有向第二支撐壁1423 —側(cè)延伸的連接座 1424。
第五旋轉(zhuǎn)軸165具有一個輸出座體1651。輸出座體1651的旋轉(zhuǎn)軸線大致垂直于 第一支撐壁1421及第二支撐壁1423，并開設(shè)有相互連通且垂直設(shè)置的第一軸孔1652及第 二軸孔1653。第二軸孔1653的中心軸線與輸出座體1651的旋轉(zhuǎn)軸線重合。第五旋轉(zhuǎn)軸 165與第一支撐壁1421的連接座14Μ可轉(zhuǎn)動地連接，并由軸承1425可轉(zhuǎn)動支承。
第六旋轉(zhuǎn)軸166穿設(shè)第五旋轉(zhuǎn)軸165的第一軸孔1652，并由軸承1661可轉(zhuǎn)動支 承，這樣第六旋轉(zhuǎn)軸166可轉(zhuǎn)動地設(shè)置于第一支撐壁1421與第二支撐壁1423之間。
第一齒輪機構(gòu)21設(shè)于第一電機與第五旋轉(zhuǎn)軸165之間，其包括順次連接的第一 輸入齒輪212、第一傳動軸213、一對第一圓柱齒輪214a，214b，以及一對第一錐齒輪215a， 215b。
第一傳動軸213呈內(nèi)空的管狀結(jié)構(gòu)，并穿設(shè)小臂14的中空部1412。第一輸入齒輪 212設(shè)置于小臂14遠(yuǎn)離第五旋轉(zhuǎn)軸165的一端，并與第一電機連接的輸入機構(gòu)相連接。第 一錐齒輪21 與第一圓柱齒輪214b同軸設(shè)置，第一錐齒輪21 與輸出座體1651固定連 接，從而與第五旋轉(zhuǎn)軸165連動。
第二齒輪機構(gòu)23設(shè)于第二電機與第六旋轉(zhuǎn)軸166之間，其包括順次連接的第二輸入齒輪232、第二傳動軸233、一對第二圓柱齒輪23 ，234b，一對第二錐齒輪23 ，235b以 及一對第三錐齒輪236a，23 。
第二傳動軸233可轉(zhuǎn)動地穿設(shè)第一傳動軸213并由設(shè)置于小臂14內(nèi)部的軸承(圖 未標(biāo))轉(zhuǎn)動支承。第二傳動軸233的兩端分別伸出第一傳動軸213外。第二輸入齒輪232 設(shè)置于小臂14遠(yuǎn)離第五旋轉(zhuǎn)軸165的一端并與第一輸入齒輪212沿軸向間隔設(shè)置，第一電 機及第二電機分別與第一輸入齒輪212及第二輸入齒輪232相連接，且分別設(shè)置于第一傳 動軸213沿軸向的相對兩側(cè)。第二圓柱齒輪23 ，234b與第一圓柱齒輪214a，214b也沿軸 向間隔設(shè)置，第二錐齒輪23 與第二圓柱齒輪Mlb同軸設(shè)置，第二錐齒輪23 與第一錐 齒輪21 分別設(shè)置于第二傳動軸233的相對兩側(cè)。第二錐齒輪23 與第三錐齒輪236a 同軸設(shè)置，第三錐齒輪236b與第六旋轉(zhuǎn)軸166固定連接，并設(shè)置于第一軸孔1652內(nèi)與第六 旋轉(zhuǎn)軸166連動。
上述各齒輪中，第一輸入齒輪212、第一圓柱齒輪21 ，214b、第一錐齒輪215a、第 二輸入齒輪232、第二圓柱齒輪23 ，234b、第二錐齒輪23 ，235b及第三錐齒輪236a均由 設(shè)置于小臂14內(nèi)的軸承轉(zhuǎn)動支承。
上述機器人100的第一電機及第二電機設(shè)置于小臂14的一端并安裝于小臂14 上，第一齒輪機構(gòu)21及第二齒輪機構(gòu)23通過設(shè)置多級傳動機構(gòu)進(jìn)行減速，并通過設(shè)置錐齒 輪對改變運動傳遞的方向，從而第一電機及第二電機不用分別設(shè)置在第五旋轉(zhuǎn)軸165及第 六旋轉(zhuǎn)軸166的軸線方向上，減輕了第五旋轉(zhuǎn)軸165的負(fù)載，從而便于對第五旋轉(zhuǎn)軸165及 第六旋轉(zhuǎn)軸166進(jìn)行控制，且使得第五旋轉(zhuǎn)軸165及第六旋轉(zhuǎn)軸166沿各自軸向的尺寸均 較小，臂部件200的結(jié)構(gòu)緊湊，減小了臂部件200所占用的空間。并且，第一齒輪機構(gòu)21及 第二齒輪機構(gòu)23基本設(shè)置于小臂14內(nèi)部，充分利用了小臂14的內(nèi)部空間。通過將第二輸 入齒輪232與第一輸入齒輪21、第二圓柱齒輪23 ，234b與第一圓柱齒輪214a，214b沿軸 向間隔設(shè)置，可進(jìn)一步縮小臂部件200的整體尺寸。此外，上述機器人100的第一齒輪機構(gòu) 21及第二齒輪機構(gòu)23，可采用傳統(tǒng)的齒輪結(jié)構(gòu)，可降低制造成本。
以下僅介紹臂部件200的動作情況，機器人100其余機構(gòu)，例如機架12、大臂13的 動作情況與現(xiàn)有機器人相似。控制裝置中預(yù)設(shè)有控制指令，當(dāng)?shù)谝浑姍C在控制指令的控制 下轉(zhuǎn)動時，第一電機的旋轉(zhuǎn)運動通過第一齒輪機構(gòu)21傳遞至第五旋轉(zhuǎn)軸165，帶動第五旋 轉(zhuǎn)軸165繞第五旋轉(zhuǎn)軸165的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動。與此同時，因第六旋轉(zhuǎn)軸166繞第五旋轉(zhuǎn)軸 165的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動時，第三錐齒輪236a、236b相互嚙合，第六旋轉(zhuǎn)軸166將繞其自身的軸 線轉(zhuǎn)動一定角度，在此稱其為跟隨轉(zhuǎn)動誤差。為防止第六旋轉(zhuǎn)軸166因跟隨第五旋轉(zhuǎn)軸165 的轉(zhuǎn)動而失去定位的基準(zhǔn)，控制裝置在控制第五旋轉(zhuǎn)軸165旋轉(zhuǎn)的同時產(chǎn)生控制指令控制 第二電機連動，即控制指令控制第二電機驅(qū)動第六旋轉(zhuǎn)軸166繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角 度以補償上述跟隨轉(zhuǎn)動誤差，從而使第五旋轉(zhuǎn)軸165旋轉(zhuǎn)時，第六旋轉(zhuǎn)軸166繞其自身軸向 仍保持在當(dāng)前位置。當(dāng)需要單獨調(diào)整第六旋轉(zhuǎn)軸166的繞其自身軸向的旋轉(zhuǎn)角度時，控制 裝置再次發(fā)出控制指令使第六旋轉(zhuǎn)軸166轉(zhuǎn)動至預(yù)設(shè)的角度，第六旋轉(zhuǎn)軸166的運動不會 影響第五旋轉(zhuǎn)軸165的動作。
可以理解，機器人100的第一齒輪機構(gòu)21及第二齒輪機構(gòu)23還可以進(jìn)一步增減 傳動的級數(shù)以獲得需要的減速比。另外，也可將第二傳動軸233設(shè)為空心的管狀結(jié)構(gòu)，而將 第一傳動軸213可轉(zhuǎn)動地穿設(shè)第二傳動軸233。
可以理解，本發(fā)明的機器人100不限于為六軸機器人，其還可以為四軸或者五軸 機器人等，此時，臂部件200設(shè)置于該四軸或者五軸機器人的末端。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機器人，包括基座、與該基座可轉(zhuǎn)動連接的支撐臂、相互可轉(zhuǎn)動連接且基本垂直 設(shè)置的第N(N彡1，N為整數(shù))旋轉(zhuǎn)軸及第N+1旋轉(zhuǎn)軸、用于驅(qū)動第N旋轉(zhuǎn)軸的第一電機及 第一齒輪機構(gòu)、用于驅(qū)動第N+1旋轉(zhuǎn)軸的第二電機及第二齒輪機構(gòu)以及控制裝置，該第N旋 轉(zhuǎn)軸與支撐臂可轉(zhuǎn)動連接，其特征在于該第一齒輪機構(gòu)及第二齒輪機構(gòu)為具有至少一對 錐齒輪的多級齒輪傳動機構(gòu)，且該第一齒輪機構(gòu)包括與該第N旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪， 該第二齒輪機構(gòu)包括與該第N+1旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪，該控制裝置控制該第一電機及 第二電機分別動作，使該第一齒輪機構(gòu)帶動該第N旋轉(zhuǎn)軸繞該第N旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)時，該 第二齒輪機構(gòu)帶動第N+1旋轉(zhuǎn)軸繞該第N+1旋轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)一定角度以補償該第N+1旋 轉(zhuǎn)軸的跟隨轉(zhuǎn)動誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的機器人，其特征在于該支撐臂具有中空結(jié)構(gòu)，該第一齒輪機構(gòu) 及第二齒輪機構(gòu)至少部分設(shè)置于該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的機器人，其特征在于該第一電機及第二電機設(shè)置于該支撐臂 的一端，該第N旋轉(zhuǎn)軸及第N+1旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置于該支撐臂相對的另一端，該第一齒輪機構(gòu)還包 括可轉(zhuǎn)動地設(shè)置于該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一傳動軸，該第二齒輪機構(gòu)還包括與該第一傳動軸相 互嵌套并可相對轉(zhuǎn)動的第二傳動軸，該第一傳動軸及第二傳動軸分別由該第一電機及第二 電機驅(qū)動。
4.如權(quán)利要求3所述的機器人，其特征在于該第一電機及第二電機安裝于該支撐臂 上，且分別設(shè)置于該第一傳動軸的沿軸向的相對兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求3所述的機器人，其特征在于該第一齒輪機構(gòu)還包括設(shè)置于該第一傳 動軸遠(yuǎn)離第一電機一端的一對第一圓柱齒輪，該第二齒輪機構(gòu)還包括設(shè)置于第二傳動軸遠(yuǎn) 離第二電機一端的一對第二圓柱齒輪，第一圓柱齒輪與第二圓柱齒輪在軸向間隔設(shè)置。
6.如權(quán)利要求4所述的機器人，其特征在于該第一齒輪機構(gòu)還包括與該第一圓柱齒 輪同軸設(shè)置的第一錐齒輪，該第二齒輪機構(gòu)還包括與該第二圓柱齒輪同軸設(shè)置的第二錐齒 輪，該第一錐齒輪及第二錐齒輪的軸線基本平行，且分別設(shè)置于第一傳動軸的沿軸向的相 對兩側(cè)。
7.如權(quán)利要求1所述的機器人，其特征在于該第N旋轉(zhuǎn)軸開設(shè)有相互連通的第一軸 孔及第二軸孔，該第一軸孔內(nèi)容置該第N+1旋轉(zhuǎn)軸及與第N+1旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪，該 第二軸孔內(nèi)容置與該固定于第N+1旋轉(zhuǎn)軸的錐齒輪對應(yīng)嚙合的錐齒輪。
8.如權(quán)利要求1至7任意一項所述的機器人，其特征在于該機器人為六軸機器人，該 第N旋轉(zhuǎn)軸為該六軸機器人的第五旋轉(zhuǎn)軸，該第N+1旋轉(zhuǎn)軸為該六軸機器人的第六旋轉(zhuǎn)軸。
全文摘要
一種機器人包括基座、支撐臂、相互可轉(zhuǎn)動連接且基本垂直設(shè)置的第N旋轉(zhuǎn)軸及第N+1旋轉(zhuǎn)軸、用于驅(qū)動第N旋轉(zhuǎn)軸的第一電機及第一齒輪機構(gòu)、用于驅(qū)動第N+1旋轉(zhuǎn)軸的第二電機及第二齒輪機構(gòu)，以及控制裝置。第N旋轉(zhuǎn)軸與支撐臂可轉(zhuǎn)動連接。第一齒輪機構(gòu)及第二齒輪機構(gòu)為具有至少一對錐齒輪的多級齒輪傳動機構(gòu)，且第一齒輪機構(gòu)包括與第N旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪，第二齒輪機構(gòu)包括與第N+1旋轉(zhuǎn)軸固定連接的錐齒輪，控制裝置控制該第一電機及第二電機分別動作，使第一齒輪機構(gòu)帶動該第N旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，第二齒輪機構(gòu)帶動第N+1旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)以補償?shù)贜+1旋轉(zhuǎn)軸的跟隨轉(zhuǎn)動誤差。本發(fā)明的機器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間較小的優(yōu)點。
文檔編號B25J9/04GK102029608SQ20091030765
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者龍波 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司