CN102218741A - 机器人手腕部的线条体配设机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有效地回避线条体与周边设备的干涉并且以简单的结构实现高刚性化的线条体配设机构。线条体配设机构具有引导部件，该引导部件包括安装在手腕端部的第一板状部件、与第一板状部件相对配置的第二板状部件、以及将第一板状部件和第二板状部件相互连接的连接部件，连接部件的垂直于手腕轴的剖面中的剖面形状包含手腕轴，并且从手腕轴向第一半径方向延伸线条体的剖面方向长度的1/2以上，而且向与第一半径方向轴对称的第二半径方向延伸该剖面方向长度的1/2以下，引导部件在预先规定的旋转角度范围内的任意旋转角度位置时，线条体配设成都与第二板状部件及连接部件的一方或双方抵接。

Description

机器人手腕部的线条体配设机构
技术领域
本发明涉及工业用机器人的设置机在器人手腕部的线条体配设机构。
背景技术
在使用工业用机器人进行作业的情况下，需要将供给动力或信号的电缆、或者供给冷却水或驱动用空气的管之类的线条体经由该机器人的前臂，连接在该机器人的手腕部前端所安装的焊接用焊枪或手部等终端执行器上。配设于机器人的手腕部的线条体需要具有某种程度的长度(余量长度)，以免在手腕部的整个动作范围内作用过度的力。但是，另一方面，由于具有余量长度的线条体有时因机器人的手腕部的位置、姿势而产生松弛，因此希望不与周边设备(邻接的机器人、手部、夹具、工件等)干涉。
例如，在日本特开2003-136462号公报中公开了用于防止电缆等与周边设备等干涉的中间部件。具体地说，中间部件6配置在手腕凸缘4与点焊接焊枪5之间，且具有相互平行配置的连接部件6c、6d，焊接电缆7从中间部件6的下方通过手腕第三轴23的中心，再通过连接部件6c、6d之间，穿过中间部件6的上方而固定在点焊接焊枪5上。
另外，在日本特开2005-288560号公报中公开了用于防止配管配线部件与周边设备干涉的中间部件或连接部件。具体地说，在コ字形的连接部件7上，在周向一侧设置连接壁71，在连接壁71的相反侧的开口部72上设置引导部件73、73。
在日本特开2003-136462号公报那样的结构中，由于更换线条体时伴随线条体相对于中间部件的拆卸、安装作业，因此有可能增加作业者的劳力和时间而使得保养性降低。另外，在日本特开2005-288560号公报那样的结构中，存在线条体从开口部伸出而与周边设备干涉的危险。而且，由于开口部侧对外力的刚性变低，因此机器人工作时终端执行器容易振动。为了抑制该振动，考虑了限制机器人的工作速度，但该场合会导致机器人工作的周期时间增加。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种有效地回避线条体与周边设备等的干涉，并且以简单的结构实现高刚性化的线条体配设机构。
为了实现上述目的，本发明提供一种机器人手腕部的线条体配设机构，设置有线条体，该线条体经由工业用机器人的前臂配设到手腕部前端所安装的终端执行器，包括向上述终端执行器供给动力或信号的电缆以及供给冷却水或驱动用空气的管的至少一方，在上述手腕前端部具有引导部件，该引导部件包括：可绕手腕轴旋转地安装的第一板状部件；固定有上述终端执行器并且至少隔离上述线条体的剖面方向长度地与上述第一板状部件相对配置的第二板状部件；以及将上述第一板状部件和上述第二板状部件相互连接的连接部件，上述连接部件在垂直于上述手腕轴的剖面中的剖面形状包含上述手腕轴，并且从上述手腕轴向第一半径方向延伸线条体的垂直于长度方向的剖面方向长度的1/2以上，而且从上述手腕轴向关于上述手腕轴与上述第一半径方向轴对称的第二半径方向延伸上述线条体的垂直于长度方向的剖面方向长度的1/2以下，在上述引导部件相对于上述手腕前端部位于预先规定的旋转角度范围内的任意旋转角度位置时，上述线条体配设成与上述第二板状部件及上述连接部件的一方或双方抵接。
在优选的实施方式中，上述线条体通过将多根电缆或管相互绞合并且组合成束状而构成。
在优选的实施方式中，上述多根电缆或管的绞合方向或每单位长度的绞合次数以抑制线条体向旋转半径方向伸出的方式选定。
在优选的实施方式中，上述线条体具有覆盖该线条体的罩以及该线条体插通的螺旋弹簧的一方或双方。
本发明的上述目的、特征及优点，通过参照附图对以下的优选实施方式进行说明而变得更加清楚。
附图说明
图1a是包含本发明的实施方式的线条体配设机构的机器人手腕部周围的俯视图。
图1b是图1a的A-A剖视图。
图2a是表示引导部件从图1a的状态旋转了180°的状态的俯视图。
图2b是图2a的B-B剖视图。
图3a是表示引导部件从图1a的状态向与图2a的场合相反的方向旋转了180°的状态的俯视图。
图3b是图3a的C-C剖视图。
图4是表示将连接部件构成为大致I字状的例子的图。
图5是表示将连接部件构成为大致V字状的例子的图。
图6是表示线条体的具体结构例的图。
图7是表示在线条体上设置了罩及螺旋弹簧的例子的图。
具体实施方式
图1a及图1b是表示本发明的优选实施方式的图，具体地说，表示经由工业用机器人的概略图示的前臂10安装在手腕部12的前端且配设到概略图示的终端执行器14的线条体16的配设机构的俯视图(图1a)、图1a的A-A剖视图(图1b)。手腕部12包括：第一旋转部20，其构成为安装在前臂10的前端，可绕与前臂10的长度方向大致一致的手腕第一轴18旋转；第二旋转部24，其构成为安装在第一旋转部20上，可绕与手腕第一轴18大致垂直的手腕第二轴22旋转；第三旋转部25，其构成为安装在第二旋转部24上，可绕与手腕第二轴22大致垂直的手腕第三轴26旋转；以及固定在第三旋转部25上的引导部件28，在引导部件28上安装有终端执行器14。关于引导部件28的详细结构将在后文叙述。此外，在本发明中，第一旋转部20以及第二旋转部24不是必须的构成要素，例如也可以是省略了第一旋转部20以及第二旋转部一方或双方的方式。
线条体16是包含向终端执行器14供给动力或信号的电缆以及供给冷却水或驱动用空气的管的至少一方的挠性部件，如后文所述，优选不是完全的挠性而是具有一定的弹性或刚性。线条体16从未图示的动力、信号、冷却水或驱动用空气的供给源延伸，沿着概略图示的前臂10延伸，被固定在构成为与第一旋转部20一体旋转的第一固定部件30上(优选不能滑动)，被安装在第二旋转部24上的保持部件32保持或引导(优选不能滑动)，并且与引导部件28抵接，固定在引导部件28或终端执行器14上所设的第二固定部件34上。关于线条体16和引导部件28的抵接将在后文叙述。
如图1a所示，引导部件28具有：固定在第三旋转部25上的大致平板状的第一板状部件36；固定在终端执行器14上的大致平板状的第二板状部件38；以及将第一板状部件36和第二板状部件38以相对配置状态连接的连接部件40。第一板状部件36和第二板状部件38相互至少隔离线条体16的直径长度(即与线条体16的长度方向垂直的剖面方向长度(直径))，优选相互平行地相对配置。而且，如图1b所示，连接部件40构成为，在与手腕第三轴26垂直的剖面形状中，包含手腕第三轴26，而且从手腕第三轴26向第一半径方向(在图1b中为下方)延伸线条体16的剖面方向长度(例如直径)的1/2以上，并且不会向关于手腕第三轴26与第一半径方向相反的第二半径方向(在图1b中为上方)延伸线条体16的剖面方向长度的1/2以上。
图1a及图1b的线条体16的配置表示第三旋转部25及引导部件28相对于第二旋转部24的旋转角度位置处于绕手腕第三轴26的旋转动作范围的中间的状态。更详细而言，引导部件28以图1a及1b的状态为中心，分别向顺指针及逆时针方向可以旋转预先规定的角度(优选180°以上)。如图1b所示，引导部件28在位于旋转动作范围的中间的状态下，在垂直于手腕第三轴26的剖面中，连接部件40的延伸方向和线条体16的延伸方向为大致同一方向，而且，线条体16与连接部件40由例如在部位42以预先规定的按压力抵接，如图1a所示，与第二板状部件38由例如在部位44以预先规定的按压力抵接。这样，线条体16通过以预先规定的按压力抵接连接部件40及第二板状部件38的一方或双方，从而在该部位产生所希望的摩擦力，如后文所述，在引导部件28旋转了的情况下，线条体16也能够主要通过该摩擦力而与引导部件28一起旋转移动。
其次，考虑引导部件28从图1a及图1b所示的中心位置向线条体16卷绕在连接部件40上的方向(即、在图1b中为逆时针方向)旋转了180°的情况，图2a及2b表示此时的线条体16的处理状态。此时，如图2a所示，线条体16与第二板状部件38由例如在部位46以预先规定的按压力抵接，而且，如图2b所示，线条体16与连接部件40由例如在部位48以预先规定的按压力抵接。因此，在线条体16与第二板状部件38及连接部件40之间产生所希望的摩擦力，即使引导部件28旋转，线条体16也不会相对于连接部件40及第二板状部件38较大地滑动，不会从引导部件28向以手腕第三轴26为中心的半径方向较大地伸出。
相反地，考虑了引导部件28从图1a及1b所示的中心位置向与图2a及2b相反的方向(即、在图1b中为顺时针方向)旋转了180°的情况，图3a及3b表示此时的线条体16的处理状态。此时，如图3a所示，线条体16与第二板状部件38由例如在部位50以预先规定的按压力抵接，而且，如图3b所示，线条体16与连接部件40由例如在部位52以预先规定的按压力抵接。因此，在线条体16与第二板状部件38及连接部件40之间产生所希望的摩擦力，即使引导部件28旋转，线条体16也不会相对于连接部件40及第二板状部件38较大地滑动，不会从引导部件28向以手腕第三轴26为中心的半径方向较大地伸出。
从图1a～图3b可知，即使引导部件28在预先规定的旋转角度范围内(本实施方式中为±180°)的任意旋转角度位置，线条体16通过与连接部件40及第二板状部件38的一方或双方抵接，在抵接部位产生摩擦力，引导部件28旋转了的情况下，线条体16也能够主要以该摩擦力而与引导部件28一起旋转移动，因此，线条体16不会从引导部件28向以手腕第三轴26为中心的半径方向较大地伸出，能够有效地回避与周边设备等的干涉。而且，如图1b等所示，连接部件40在垂直于手腕第三轴的剖面形状中包含手腕第三轴26，而且从手腕第三轴26向第一半径方向延伸线条体16的垂直于长度方向的剖面方向长度(例如直径)的1/2以上，由此，引导部件28具备适当的刚性，在例如手腕第三轴26以高速旋转那样的场合，也能够确保终端执行器的适当的定位精度。另一方面，连接部件40构成为，在关于手腕第三轴26与第一半径方向轴对称(相反侧)的第二半径方向未延伸线条体16的垂直于长度方向的剖面长度的1/2以上，从而确保了用于将线条体16引导到第一板状部件36与第二板状部件38之间的空间，能够实现线条体16不从引导部件28较大伸出的方式。
此外，连接部件40在第一半径方向延伸的距离考虑引导部件28应具备的刚性来选定。因此，并不是如上所述限定于线条体16的剖面方向长度的1/2以上，也可以根据引导部件的材质等使其为例如1/3以上或2/3以上。而且，连接部件40在第二半径方向延伸的距离考虑第一板状部件36与第二板状部件38之间的线条体的配置空间来选定。因此，并不是如上所述限定于线条体16的剖面方向长度的1/2以下，也可以根据板状部件的大小等使其为例如1/3以下或2/3以下。
在本实施方式中，通过适当调整上述的第一固定部件30、保持部件32以及第二固定部件34的至少一个的配置位置和姿势，即使在图1a～图3b的任意的旋转角度位置，都能够将线条体16向连接部件40及第二板状部件38按压，以便在线条体16与连接部件40及第二板状部件38之间产生线条体16相对于连接部件40及第二板状部件38的一方或双方不会较大滑动的程度的摩擦力。
在本实施方式中，在引导部件28的前后固定或保持线条体16的保持部件32及第二固定部件34在图1a及1b的状态(引导部件28的旋转角度位置位于其动作范围的中间的状态)，关于连接部件40的延伸方向位于与手腕第三轴26互为相反侧，通过引导部件28附近的线条体16能够与连接部件40及第二板状部件38抵接。
图4是模式地表示图1b所示的引导部件28的图。第二板状部件38最好是大致圆形的板状部件，其大小即距离旋转中心(手腕第三轴26)的距离(就图4而言为半径)，从回避与周边设备干涉的观点出发，较小为宜，但是若为像图2b那样考虑线条体16卷绕的方式，则与线条体16的直径长度(直径)大致同等为宜。另一方面，第二板状部件38的大小(就图4而言为半径)，从与线条体16抵接使其发生适当的摩擦力的观点出发，至少为线条体16的直径长度(直径)的1/2以上为宜。
另外，在图4中，连接部件40的剖面形状作为比较单纯的I字形状而图示出，但是可以考虑应确保的刚性而适当变更。例如，如图1b所示，对刚性影响大的部分可以进行增加壁厚而且对刚性影响小的部分进行减小壁厚等自由度高的设计。这样，根据本发明，可得到一种线条体配设机构，其为结构简单并且具有高的刚性，而且能够有效地抑制线条体的伸出。
图5是表示作为图4的引导部件28的变形例的引导部件28’的图。在引导部件28’中，连接部件40’具有多个比线条体的直径的1/2更长地延伸的部分，形成为例如大致V字形状。若这样，则能够使引导部件28比图4的大致I字方式刚性更高。另一方面，如图4的大致I字方式的场合可以使引导部件更为轻量化。此外，如图5那样，连接部件具有多个比线条体的直径的1/2更长地延伸的部分的情况下，所有的该部分构成为使第二板状部件28’在概略图示的圆的一半(半圆)内、更好是四分之一圆内延伸。
如上所述，由于线条体16主要通过摩擦力与引导部件28相连转动，因此线条体16优选具有某种程度的刚性或弹性。图6是表示这种线条体16的一个例子的图。在图6的例子中，将多个电缆或管54相互绞合并组合而做成实质上一个线条体(束)，以提高整体的刚性。另外，在这种方式中，在将电缆或管54相互绞合并组合成束时，通过适当选定绞合的方向和每单位长度的绞合次数(即、间距P)，能够调整线条体16的刚性，能够根据臂的结构和状况抑制线条体向旋转半径方向的伸出。
图7是表示用罩和弹簧双方保护线条体16的方式的一个例子。线条体16通过用将布或橡胶片等形成为圆筒状而成的罩56覆盖例如图6所示的束状的部件，并且将罩56插通螺旋弹簧58的内侧而形成。这样形成的线条体能够适当地保护内部的电缆和管免受来自外部的冲击和过摩擦阻力等。
使用图7所示的线条体的情况下，上述第一固定部件30优选将电缆或管的束与罩一起夹紧，螺旋弹簧与罩分开夹紧。具体地说，第一固定部件30具有用于夹紧罩56的罩夹紧部60、和用于夹紧螺旋弹簧58的弹簧夹紧部62。同样地，第二固定部件34具有用于夹紧罩56的罩夹紧部64、和用于夹紧螺旋弹簧58的弹簧夹紧部66。
此外，在图7的例子中表示的是由罩56和螺旋弹簧58双方保护线条体16的例子，当然也可以是仅使用任意一方的方式。另外，使用螺旋弹簧58的情况下，通过适当选定其线径和间距，从而除了从外部保护的功能外，线条体16即使不是图6那样的方式，也能够给予所希望的刚性或弹性。
根据本发明，通过线条体与第二板状部件之间、以及线条体与连接部件之间的接触而作用摩擦力，线条体也与第二板状部件及连接部件的旋转移动一起移动，因此能够抑制线条体的举动使其不会向旋转半径方向的外侧伸出，能够实现不会与周边设备干涉的线条体配设机构。另外，连接部件在垂直于手腕轴的剖面中包含手腕轴而且从手腕轴向第一半径方向延伸线条体的垂直于长度方向的剖面方向长度的1/2以上，因此能够简单地得到高的刚性。
通过将多根电缆或管相互绞合并组合而将线条体做成束状，从而能够对线条体给予适当的刚性或弹性，能够更加有效地抑制线条体的伸出。而且，刚性或弹性能够通过多根电缆或管的绞合方向或每单位长度的绞合次数而适当变化。
通过在线条体上设置罩及螺旋弹簧的一方或双方，从而能够保护线条体免受来自外部的冲击等，并且在使用了螺旋弹簧的情况下，能够对线条体给予刚性或弹性。
参照为了说明而选定的特定的实施方式对本方明进行了说明，不言而喻，本领域人员不脱离本发明的基本概念及范围便可以进行多种变更。

Claims (4)

1.一种机器人手腕部(12)的线条体配设机构，设置有线条体(16)，该线条体(16)经由工业用机器人的前臂(10)配设到手腕部(12)前端所安装的终端执行器(14)，包括向上述终端执行器(14)供给动力或信号的电缆以及供给冷却水或驱动用空气的管的至少一方，该机器人手腕部(12)的线条体配设机构的特征在于，
在上述手腕前端部具有引导部件(28)，该引导部件(28)包括：可绕手腕轴(26)旋转地安装的第一板状部件(36)；固定有上述终端执行器(14)并且至少隔离上述线条体(16)的剖面方向长度地与上述第一板状部件(36)相对配置的第二板状部件(38)；以及将上述第一板状部件(36)和上述第二板状部件(38)相互连接的连接部件(40)，
上述连接部件(40)在垂直于上述手腕轴(26)的剖面中的剖面形状包含上述手腕轴(26)，并且从上述手腕轴(26)向第一半径方向延伸线条体(16)的垂直于长度方向的剖面方向长度的1/2以上，而且从上述手腕轴(26)向关于上述手腕轴(26)与上述第一半径方向轴对称的第二半径方向延伸上述线条体(16)的垂直于长度方向的剖面方向长度的1/2以下，
在上述引导部件(28)相对于上述手腕前端部位于预先规定的旋转角度范围内的任意旋转角度位置时，上述线条体(16)配设成与上述第二板状部件(38)及上述连接部件(40)的一方或双方抵接。
2.根据权利要求1所述的机器人手腕部的线条体配设机构，其特征在于，
上述线条体(16)通过将多根电缆或管(54)相互绞合并且组合成束状而构成。
3.根据权利要求2所述的机器人手腕部的线条体配设机构，其特征在于，
上述多根电缆或管(54)的绞合方向或每单位长度的绞合次数以抑制线条体(16)向旋转半径方向伸出的方式选定。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人手腕部的线条体配设机构，其特征在于，
上述线条体(16)具有覆盖该线条体(16)的罩(56)以及该线条体(16)插通的螺旋弹簧(58)的一方或双方。
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