CN101323113A - 机器人的关节驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种实现提高密封性、耐久性的机器人的关节驱动装置。具有：摆动内啮合式的减速机构部，配置在外齿轮(162B)的轴向侧部，从第一、第二托架(176A、176B)取出内齿轮(160B)和外齿轮的相对旋转；中心轴部件(136)，与该第一、第二托架一体化，并具有空心孔(136B)，具有延伸至超过上述第二托架的轴向位置至减速机构相反侧的位置的轴部(136A)，与其一体化；环部(190)，与基座(112)一体化，在上述第二托架的轴向的外齿轮相反侧，向半径方向内侧延伸，由此与中心轴部件的轴部对置；油封(192)，配置在该相对置的间隙中，对上述输出部件和上述第一部件之间进行密封。

Description

机器人的关节驱动装置
技术领域
本发明涉及一种机器人的关节驱动装置。
背景技术
例如在国际公开WO2007/0324001A1中提出了一种驱动机器人的关节部分的装置。如图6所示，该关节驱动装置10在其被固定到构成机器人(省略图示)的一部分的基座上的状态下，可旋转地支持、驱动构成机器人另外的一部分的可动部件14。
关节驱动装置10具有使电动机16的旋转减速的减速机构部18。电动机16的动力按照安装在电动机轴20上的未图示的输入齿轮、外齿轮22、所图示的1根偏心体轴24、和设置在该偏心体轴24上的偏心体轴齿轮25的顺序传递，并到达中心齿轮23。中心齿轮23与分别设置在其他2根偏心体轴24(未图示)上的偏心体轴齿轮25(未图示)啮合，由此3根偏心体轴24(只图示上述1根)旋转。
在偏心体轴24上一体地形成有偏心体26A、26B，通过该偏心体26A、26B的偏心旋转，外齿轮28A、28B一边与内齿轮30内啮合一边摆动旋转。
在该关节驱动装置10中构成为，从第一、第二托架32A、32B(输出部件)取出该外齿轮28A、28B的摆动旋转的自转成分，并经由螺栓34传递至上述可动部件14。
在关节驱动装置10的半径方向中央部形成有空心孔36，并在此贯通配置有用于控制机器人的姿态的控制电缆40。而且，为了密封减速机构部18内外，而设置有由中空圆筒41和O形环43、45构成的密封机构。而且，同样为了密封减速机构部18内外，而在第一托架32A和壳体31之间配置有油封44A，在第二托架32B和壳体31之间配置有相同目的的油封44B。
在这种结构的机器人的关节驱动装置10中，在第一、第二托架32A、32B和壳体31之间配置有密封减速机构部18内外的油封44A、44B。这是因为，在作为输出部件的第一、第二托架32A、32B配置在外齿轮的轴向侧部的情况下，当在该第一、第二托架32A、32B和机器人的第一部件之间配置油封44A、44B时，在该第一、第二托架32A、32B的最外周部配置油封44A、44B是最自然、最简单的。
但是在该结构中，该油封44A、44B的直径d1变得极大，密封面积增大，密封泄漏的稳定性容易降低。而且，输出部件(第一、第二托架32A、32B)虽然基本上为低速的部件，但由于在直径较大的外周部、圆周速度较大，滑动导致的磨损容易发展，因此存在油封44A、44B的寿命缩短，并难以长期维持稳定的密封特性的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有问题而进行的，其课题是提供一种机器人的关节驱动装置的密封结构，在对机器人的关节驱动装置的减速机构部的内外进行密封时，能够更长期地维持更良好的密封特性。
本发明通过如下的机器人的关节驱动装置来解决上述课题。该机器人的关节驱动装置，具有：减速机构部，是从配置在外齿轮的轴向侧部的输出部件取出内齿轮和外齿轮的相对旋转的摆动内啮合式的减速机构部，固定在构成机器人固定侧的一部分的第一部件上，并且构成机器人可动侧的一部分的第二部件和上述输出部件连接，由此相对于上述第一部件相对地旋转驱动上述第二部件；中心轴部件，为与上述输出部件一体化并且具有中空部的空心轴，并具有贯通上述减速机构部的半径方向中央部、且延伸至上述输出部件的轴向的外齿轮相反侧的轴部；环部，与上述第一部件一体化，在上述输出部件的轴向的外齿轮相反侧，向半径方向内侧延伸，由此与上述中心轴部件的上述轴部对置；以及油封，配置在该对置的中心轴部件和环部之间，并对上述输出部件和上述第一部件之间进行密封。
另外，在本说明书中，“一体化”这个语句的主要意思为，“结果构成为2个构件(构成要素)合为一体而进行相同的动作”。即，可以是另一个构件从1个构件本身突出、延伸的结构，也可以是2个构件通过任意的固定单元合为一体的结构，并且也可以是在2个构件之间经由第3部件而合为一体的结构。
在本发明中，将进行与输出部件一体化的动作的中心轴部件配置在减速机构部的半径方向中央部，并将其有效利用。即，在本发明中，使该中心轴部件作为“轴部”延伸至输出部件的轴向的外齿轮相反侧(超过输出部件的轴向位置而到达减速机构相反侧的位置)，该输出部件配置在外齿轮的轴向侧部。另一方面，将以与该轴部对置的方式与第一部件一体化的部件作为“环部”，使其在输出部件的轴向的外齿轮相反侧延伸至半径方向内侧。油封配置在该对置的间隙部分。
该中心轴部件，由于与“输出部件”一体化，所以其旋转速度非常慢，而且由于存在于减速机构部的最中心侧，所以(虽然是与配置在外齿轮的轴向侧部的输出部件一体地旋转的部件)其圆周速度远远比位于外齿轮侧部的输出部件外周部慢。因此，油封的磨损极少，可较大地提高耐久性。而且，由于可缩小油封的半径，所以可将密封面积(滑动面积)抑制为较小，并能够较高地维持其密封性能。
而且，与输出部件一体的(进行缓慢动作的)中心轴部件配置在减速机构的中央部，由此在该中心轴部件的空心孔中通过机器人的配线时，能够得到可防止该配线剧烈摩擦的效果。
另外，在位于外齿轮的轴向外侧的输出部件和第一部件之间进行密封时，由于大小的关系，该输出部件由铸件制作。以往，由于该铸件被用作滑动面，所以在加工该密封面时出现“气孔(小孔)”，这是泄漏的原因。而且，当铸件部分滑动时，也存在易产生油封的磨损或损伤的问题。在本发明中，由于能够将与输出部件一体化的中心轴部件的轴部用作滑动面，所以容易选择铸件以外的素材，例如在将钢材等用作中心轴部件的素材的情况下，可容易地消除滑动面为铸件时的上述以往的不良情况。
发明效果：
根据本发明，涉及一种用于对机器人的关节驱动装置中的减速机构的输出部件和机器人的第一部件(固定侧部件)之间进行密封的结构，能够长期维持高的密封性能。
附图说明
图1是使用了本发明实施方式的一例的机器人的关节驱动装置的纵剖面图。
图2是图1的要部放大剖面图。
图3是沿图1的箭头III-III线的剖面图。
图4是沿图1的箭头IV-IV线的剖面图。
图5是本发明其他实施方式的一例的机器人的关节驱动装置的、与图1相当的纵剖面图。
图6是表示现有的机器人的关节驱动装置的一例的纵剖面图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明实施方式的一例。
图1是本发明实施方式的一例的机器人的关节驱动装置的剖面图。图2是图1的要部放大剖面图，图3、图4是分别沿图1的箭头III-III线、IV-IV线的剖面图。
该关节驱动装置110，在固定于构成机器人(省略图示)的一部分的基座(第一部件)112上的状态下，可旋转地支持、驱动构成机器人的另外的一部分的可动部件(第二部件)114。另外，在关节驱动装置110被用于第二节以后的关节驱动的情况下，基座(第一部件)112相当于前一节的可动部件。因此，并不意味着其不能动。
关节驱动装置110主要包括配置在可动部件114上的电动机116和内啮合行星齿轮结构的减速机构部118。减速机构部118的壳体117通过螺栓119与基座112连接。
在电动机116的电动机轴120的前端形成有小齿轮122，并与齿轮124啮合。齿轮124通过花键轴126与传动轴128一体化。在传动轴128上形成有传动小齿轮130。传动小齿轮130与中心齿轮132啮合。中心齿轮132通过滚柱134而旋转自如地嵌合、支持在中心轴部件136的外周上。
同时参照图2～图4，该中心齿轮132与上述传动小齿轮130啮合，而且还同时与多个偏心体轴齿轮138、140、142啮合。各偏心体轴齿轮138、140、142分别与偏心体144、146、148一体化。偏心体轴144、146、148经由锥形滚柱轴承TB而旋转自如地支持在后述的(作为输出部件的)第一、第二托架(输出部件)176A、176B上。
偏心体轴144具有从该偏心体轴144的轴心偏心的偏心体150A、150B(参照图1、图2)。偏心体轴146具有偏心体152A、152B(偏心体152B未图示)。偏心体轴148具有偏心体154A、154B(偏心体154B未图示)。外齿轮162A经由滚柱156A、158A、160A与偏心体150A、152A、154A嵌合。而且，以与图4相同的方式，外齿轮162B也分别经由滚柱156B、158B、160B(滚柱158B、160B未图示)与偏心体150B、152B、154B嵌合。外齿轮162A、162B的偏心相位差为180°。
外齿轮162A、162B一边摆动一边与内齿轮170内啮合。外齿轮162A、162B的齿数在本例中为118。内齿轮170与壳体117一体化。在本实施方式中，内齿轮170的内齿由滚柱状的外销172构成。内齿轮170的内齿(外销172)本来应为120个，但是其中，形成(配置)为每隔两个剔除两个的状态。
在外齿轮162A、162B的轴向两侧，第一、第二托架(输出部件)176A、176B经由轴承178A、178B而旋转自如地支持在壳体117上。壳体117与基座(第一部件)112一体化。第一、第二托架176A、176B通过托架销181～186连接、一体化。上述可动部件(第二部件)114通过螺栓188与第一托架176A连接。
在此，环部190从基座112延伸，并在第二托架176B的外齿轮相反侧，从基座(第一部件)112向半径方向内侧延伸，并与中心轴部件136的轴部136A(后述)对置。环部190具有空心孔190A，该空心孔190A的内周D1的直径比第二托架(输出部件)176B的外周d2的直径小(D1＜d2)。由于环部190与基座112一体成形，所以素材为铸铁。与此相对，中心轴部件136兼有作为承受中心齿轮132的负荷的底座体的功能，并且构成油封192的滑动面，因此由钢材形成。
中心轴部件136具有用于通过控制电缆139的中心空心孔(中空部)136B。中心轴部件136与第一、第二托架(输出部件)176A、176B一体化，并且贯通减速机构部118的半径方向中央部。而且，中心轴部件136在其轴向端部具有轴部136A(与环部190对置的部分)，该轴部136A的直径比上述环部190的空心孔190A的内径D1小。即，轴部136A是中心轴部件136的一部分，是指延伸至第二托架176B的轴向的外齿轮相反侧(超过第二托架176B的轴向位置至减速机构相反侧的位置：在图1、图2中向下侧分离的位置)的圆筒部分。轴部136A的外径为d3。在环部190的空心孔190A和中心轴部件136的轴部136A之间的间隙中，配置有密封减速机构部118内外的、内径为D2(对应于d3)的油封192。
油封192用于对作为输出部件的第二托架176B、和与作为第一部件的基座112一体化的环部190之间进行密封。
在中心轴部件136上形成有轴向的外齿轮侧的直径变大(直径d5＞d4)的台阶部136S，第二托架176B沿轴向跨该台阶部136S而被定位、配置(参照图2)。直径d5的部分被压入、直径d4的部分被间隙嵌合。由于d5＞d4＞d3，所以中心轴部件136(不需要另外的固定、定位部件等)可从外齿轮侧(从图2的上侧)组装到第二托架176B上。中心轴部件136由台阶部136S定位，并通过直径d5的压入部分可传递动力地与第二托架176B一体化。之后，从可动部件114侧(从图2的上侧)将第一托架176A盖在中心轴部件136的直径d6的部分上。在第一托架176A和中心轴部件136之间配置有O形环179，以减速机构部118内的润滑剂不漏到外部的方式密封。在本实施方式中，第一、第二托架176A、176B配置在外齿轮162A、162B的轴向两侧部，第一托架176A(电动机侧输出部件)的内径d7被设定得比第二托架176B(电动机相反侧输出部件)的内径d4或d5小，在存在该内径差的部位上配置中心轴部件136。因此，能够使中心轴部件136的内径d8与第二托架176A的内径d7相同(d7＝d8)，可得到较大的中心空心孔136B，且配线的损伤小。
另外，图中符号194是配置在第一托架176A外周和壳体117内周之间的油封，196是配置在第一托架176A的传动轴孔177和传动轴128之间的油封。通过这些油封192、194、196密封减速机构部118的内外。另外，在本实施方式中，本发明适用于油封192。
接着，说明该关节驱动装置110的作用。
电动机116的动力经由形成在电动机轴120上的小齿轮122、与该小齿轮122啮合的齿轮124、通过花键轴126与该齿轮124连接的传动轴128，传递至传动小齿轮130。当传动小齿轮130旋转时，与其啮合的中心齿轮132旋转，并且旋转被分配到与该中心齿轮132同时啮合的3个偏心体轴齿轮138、140、142，偏心体轴144、146、148以相同的转速向相同方向旋转。结果，通过偏心体轴144、146、148上的偏心体150A、152A、154A，外齿轮162A一边与内齿轮内接一边摆动旋转。而且，与此同时，通过偏心体轴144、146、148的偏心体150B、152B、154B，外齿轮162B与上述外齿轮162A具有180°的相位差、并同样一边与内齿轮170内接一边摆动旋转。
由于内齿轮170和外齿轮162A、162B的齿数差(内齿轮170本来的齿数120与外齿轮162A、162B的齿数118的差)分别为2，所以当外齿轮162A、162B进行1次摆动时，外齿轮162A、162B仅自转该齿数差的量。该自转成分经由偏心体轴144、146、148传递至第一、第二托架176A、176B。
第一托架176A通过螺栓188与可动部件114一体化，所以可动部件114以与配置在该可动部件114上的电动机116一起被减速后的转速旋转。
在此，减速机构部118的密封通过油封192、194、196进行。其中，特别是配置在环部190的空心孔190A和中心轴部件136的轴部136A之间的油封192，可将其内径D2抑制得非常小，能够减小环部190从基座112向半径方向内侧突出的量。因此，可实现油封192的低成本化(可将密封开口抑制为小直径D2的量)，并且与使用以往那样的大直径(d1)的油封(44B)时相比，由于圆周速度的降低或滑动距离的缩短，可抑制油封192的磨损，并可长期提高防止泄漏的可靠性(耐久性)。
而且，由于油封192在作为铸件的环部(第一部件)190侧不存在相对旋转，而在由钢材形成的中心轴部件136的轴部136A侧存在相对旋转，所以能够得到密封性高的优点。这是因为，当将铸件用作滑动面时，在加工该密封面时出现气孔(小孔)，这是泄漏的原因，但在将钢材作为密封面的情况下，则不存在上述情况。而且，与在铸件部分进行滑动相比，在钢材部分进行滑动，难以产生油封192的磨损或损伤，与其对应，能够长期地得到良好的密封特性(高耐久性)。与以往那样将油封192的输出部件侧的滑动面作为(铸件的)第二托架176B的外周时相比，这是一个明显能够得到良好的结果的较大优点。
并且，由于该油封192兼有上述现有例(图6)中的O形环45的功能，所以可省略相当于该O形环45的O形环，还可实现部件数量的减少。
而且，在本实施方式中，由于环部190通过铸件(铸铁)与基座112一体成形，所以在这一点上也可减少部件数量，实现低成本化。
接着，图5表示本发明其他实施方式的一例。在该关节驱动装置210中，环部不是通过与基座一体成形来形成的，而是由独立的环部件290形成，并通过螺栓291将其固定在壳体217上。由于壳体217通过螺栓289与基座(第一部件)212一体化，所以通过该结构，环部件(环部)290结果也成为固定在基座212侧(第一部件侧)的状态。
在本实施方式中，由于环部由独立的环部件290形成，所以能够得到对于关节驱动装置210向基座212的安装的设计自由度高的优点。
其他结构与前面的实施方式相同，因此在附图中对相同部分赋予相同的符号，并省略重复说明。
另外，在上述实施方式中，第一托架176A侧的油封194未使用本发明，但例如在电动机的位置与本实施方式不同的情况下，有时也可在第一托架侧使用本发明，当然在本发明中不禁止这种情况。而且，在上述实施方式中，作为减速机构部的结构，采用摆动内啮合式的行星齿轮结构，但本发明中的减速机构部的结构不限于该结构。
产业上的可利用性
可用作用于驱动机器人的关节的装置的输出部件和第一部件(固定侧部件)的密封结构。

Claims (7)

1、一种机器人的关节驱动装置，其特征在于，具有：
减速机构部，是从配置在外齿轮的轴向侧部的输出部件取出内齿轮和外齿轮的相对旋转的摆动内啮合式的减速机构部，固定在构成机器人固定侧的一部分的第一部件上，并且构成机器人可动侧的一部分的第二部件与上述输出部件连接，由此相对于上述第一部件相对地旋转驱动该第二部件；
中心轴部件，是与上述输出部件一体化、并且具有中空部的空心轴，具有贯通上述减速机构部的半径方向中央部、且延伸至上述输出部件的轴向的外齿轮相反侧的轴部；
环部，与上述第一部件一体化，在上述输出部件的轴向的外齿轮相反侧，向半径方向内侧延伸，由此与上述中心轴部件的上述轴部对置；以及
油封，配置在该环部和相对于该环部进行相对旋转的上述中心轴部件的上述轴部之间。
2、如权利要求1所述的机器人的关节驱动装置，其特征在于，
上述减速机构部为如下的摆动内啮合式的行星齿轮结构：
具有：中心齿轮，旋转自如地嵌合在上述中心轴部件的外周；多个偏心体轴齿轮，同时与该中心齿轮啮合；以及偏心体轴，分别组装有各偏心体轴齿轮以及从自身的轴心偏心的偏心体，并且被支持在上述输出部件上；
通过上述中心齿轮、偏心体轴齿轮将电动机的旋转分配为上述多个偏心体轴的旋转，通过设置在各偏心体轴上的上述偏心体使上述外齿轮与上述内齿轮摆动内啮合，通过上述偏心体轴从上述输出部件取出该外齿轮和内齿轮的相对旋转成分。
3、如权利要求1或2所述的机器人的关节驱动装置，其特征在于，
上述环部从上述第一部件突出、延伸。
4、如权利要求1或2所述的机器人的关节驱动装置，其特征在于，
上述环部由与上述第一部件相独立的部件构成。
5、如权利要求1～4任一项所述的机器人的关节驱动装置，其特征在于，
上述环部由铸铁形成，上述中心轴部件由钢材形成。
6、如权利要求1～5任一项所述的机器人的关节驱动装置，其特征在于，
上述中心轴部件具有轴向的外齿轮相反侧的直径变小的台阶部，该中心轴部件通过该台阶部定位、一体化在上述输出部件上。
7、如权利要求1～6任一项所述的机器人的关节驱动装置，其特征在于，
上述输出部件配置在上述外齿轮的轴向两侧部，并且电动机相反侧的输出部件的内径被设定得比电动机侧的输出部件的内径小，上述中心轴部件被配置在存在该内径差的部位。
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