CN103568023A - 具备空心部件的工业用机器人的线条体处理结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供具备空心部件的工业机器人用的线条体处理结构，其能够将空心部独立地用于作业工具的配线用，能够使作业工具用线条体的动作稳定化，并且能够应用于需要防水性的用途。弯曲空心部件具有安装在第一开口部的第一凸缘，在第一凸缘与第一手腕单元之间安装具备液密性的第一密封部件。即使在设在前臂基部的后部的第二开口部，也在I字管的后方侧端部设置第二凸缘，在第二凸缘与前臂基部的后端面之间安装与第一密封部件相同的第二密封部件。弯曲空心部件隔着轴承及油封能相对于I字管旋转地连接在I字管上。

Description

具备空心部件的工业用机器人的线条体处理结构

技术领域

本发明涉及配设在工业用机器人上的线条体处理结构。

背景技术

在工业用机器人中，手或焊炬等作业工具安装在机器人的手腕前端附近而使用。这些作业工具的大部分需要供给电能、电信号、空气、助推气体、或焊丝等。为了将这些被供给物送到作业工具，使用由配线或配管等构成的线条体。以往，直到机器人的前臂的跟前，将该线条体与用于驱动控制机器人的各轴的伺服马达的伺服控制用电缆捆在一起，沿机器人臂（上臂）配设，从前臂的基部通过设在该基部的具有空心结构的减速机的空心部，从设在前臂的前方的侧面的开口部导向外部，因此，采用利用适当的保持机构暂时保持，并且连接在作业工具上的处理结构。

例如，在日本特开2006-051581号公报中记载了在前臂的前部（第一手腕单元）及后部（前臂基部）分别设置开口部（第一及第二开口部），以通过前臂内部及减速机的空心部的方式连通两开口部间的结构。

在日本特开2005-342860号公报中记载了在使用吸附式手的场合，利用空气对该导管内进行吸引，以防止由连接在该手上的导管内的线条体的摩擦产生的粉尘等流出到外部的技术。

另外，在日本特开2009-028875号公报中记载了通过将供线条体插通的导管以悬臂式保持在第二手腕单元上，防止不良状况的力作用在该导管或该导管内的线条体上的结构，并且，作为导管的保持形态，记载了能旋转地保持该导管的机构与完全固定地保持的机构。

在日本特开2006-051581号公报记载的线条处理结构中，能够容易地进行在系统变更时等必要的线条体的变更或追加等作业，但存在水分或粉尘等从手腕单元或前臂基部的开口部混入空心部内，从而对该空心部内的伺服马达等带来不良影响。因此，难以将具有这种线条体处理结构的工业用机器人用于需要防水性的用途。

另外，在日本特开2005-342860号公报及日本特开2009-028875号公报中所记载的技术在供线条体插通的导管的结构上有特征，但任一个都没考虑空心部的防水性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供将空心部独立地用于作业工具的配线用，并且实现空心部的防水性，能够既实现作业工具用线条体的动作的稳定化，又能够用于需要防水性的用途的线条体处理结构。

为了实现上述目的，本申请发明是一种机器人的线条体处理结构，该机器人具备包括前臂基部及第一手腕单元的前臂、第二手臂单元、以及作业工具，上述第一手腕单元能相对于上述前臂基部绕沿上述前臂的长度方向的第一轴线旋转地设置，上述第二手腕单元能相对于上述第一手腕单元绕与上述第一轴线垂直地相交的第二轴线旋转地设置，上述作业工具能相对于上述第二手腕单元绕与上述第二轴线垂直地相交的第三轴线旋转地设置，对包括连接在上述作业工具上的配线及配管的至少一方的第一线条体进行敷设处理，该线条体处理结构的特征在于，绕上述第一轴线旋转驱动上述第一手腕单元的空心结构的减速机以上述空心结构的减速机的旋转中心轴线与上述第一轴线一致的方式介于上述前臂基部与上述第一手腕单元之间，在上述第一手腕单元的侧面设有第一开口部，弯曲空心部件隔着第一密封部件安装在上述第一开口部上，该弯曲空心部件形成用于使上述第一线条体通过的、具备至少一个弯曲部的空心部，并具有第一凸缘，在上述前臂基部的后部设有第二开口部，用于使上述第一线条体通过的、具有第二凸缘的圆筒状空心部件在贯通上述空心结构的减速机的内部的状态下，隔着第二密封部件安装在上述第二开口部上，上述弯曲空心部件相对于上述圆筒状空心部件，能在第一手腕单元的内部隔着轴承及油封旋转地连接，驱动上述第二手腕单元或上述作业工具的马达的控制用电缆即第二线条体通过上述圆筒状空心部件的外周部。

在优选的实施方式中，在上述弯曲空心部件与上述圆筒状空心部件的连接部，上述弯曲空心部件的内径与上述圆筒状空心部件的内径互相相等。

附图说明

本发明的上述或其他目的、特征及长处通过参照附图说明以下优选的方式而变得更明确。

图1是表示包括本发明的线条体处理结构的第一实施方式的工业用机器人的概略结构的图。

图2是表示从图1的机器人的前臂到手的结构的图。

图3是表示图1的机器人的前臂的详细结构的上面剖视图。

图4是表示图1的机器人的前臂的详细结构的侧面剖视图。

图5是表示工业用机器人的马达控制电缆的结构例的图。

图6是图3的前臂的局部放大图。

图7是表示手具备吸附垫的场合的、从前臂到手的结构的图。

具体实施方式

图1是表示能应用本发明的线条体处理结构的工业用机器人的整体结构的图，图1（a）部表示其主视图，（b）部表示侧视图。该工业用机器人是六轴结构的机器人10，在其手腕前端附近安装有手12。手12例如是具有能由气缸（省略图示）开闭的把持爪14的周知的方式的手。用于该把持爪的开闭的控制电缆（线条体）16从控制机器人10的各轴的动作的机器人控制装置18或控制手12的终端作业装置控制部20通过设在机器人10的基座22的后方的分线盘24导入基座22内。另外，线条体16通过能相对于基座22大致绕垂直轴旋转地设置的旋转主体26内，沿能相对于旋转主体26旋转地设置的上臂28延伸。线条体16从能相对于上臂28旋转地设置的前臂30的基部32（以后也称为前臂基部）到前臂30的第一手腕单元34的前端附近配设在机器人机体内。另外，在控制电缆（线条体）16上一并设有用于驱动各轴的伺服马达的配线，在适当部分向伺服马达分支。

机器人10的各轴的伺服马达的驱动控制以公知的方式，根据从控制装置18输出的动作指令进行。另外，机器人控制装置18向伺服马达的动作指令与向手12的把持指令都通过终端作业装置控制部20输出，并控制把持爪14的开闭动作。另外，手12在对把持对象物（例如组装部件）进行把持时，把持确认信号通过控制电缆（线条体）被送到机器人控制装置18。

图2是示意地表示从前臂基部32到手14的结构的图。在前臂基部32上设有具有空心部的空心结构的减速机（J4齿轮）36。详细结构将于后述，减速机36的输入侧将第一手腕单元34结合在伺服马达（J4马达）40上，该伺服马达40绕沿着前臂30（即相当于从前臂基部32到第一手腕单元34的部分）的长度方向的第一轴线38进行旋转驱动，减速机36的输出侧结合在第一手腕单元34上。

在第一手腕单元34的前端侧安装有绕与第一轴线38大致垂直地相交的第二轴线42进行旋转（摆动）动作的第二手腕单元44，第二手腕单元44通过适当的减速机46（J5齿轮）由伺服马达（J5马达）48驱动。另外，上述手12以绕与第二轴线42大致垂直的（或大致垂直地相交）的第三轴线50旋转的方式安装在第二手腕单元44的前端侧，手12通过适当的减速机52（J6齿轮）由伺服马达（J6马达）54驱动。

图3及图4是表示前臂30的内部结构的详细的剖视图，图3是上面剖视图，图4是侧面剖视图。驱动第一手腕单元34的J4马达40安装在前臂基部（前臂后部的外壳）32上，通过固定在马达输出轴上的小齿轮60与包括大齿轮与小齿轮的两级中间平齿轮62的大齿轮啮合，两级中间平齿轮62的小齿轮还与输出轴平齿轮64啮合，J4马达的驱动转矩传送到第一手腕单元34，第一手腕单元34相对于前臂基部32绕第一轴线38旋转。

沿上臂在前臂基部32上配线的线条体16包括连接在手12上的作业工具控制用线条体16a、连接在各轴伺服马达上的马达控制电缆16b，马达控制电缆16b的一部分连接在J4马达40上。另外，在前臂基部32的后部安装电磁阀箱66，作业工具控制用线条体16a通过连接器68在电磁阀箱66内配线。在电磁阀箱66内配线的配管或配线等线条体16a连接在电磁阀箱66内所设的电磁阀（未图示），经过该电磁阀，最终连接在作业工具（在此为手12）上。在作用工具用线条体16a上包括驱动作业工具的压缩空气供给用配管、用于监视工具的状态的配线等，还包括安装在作业工具上的传感器用控制电缆，在作业工具是焊炬的场合还包括其控制电缆等。

如图3所示，导入电磁阀箱66内的作业工具线条体16a的一端位于设在前臂基部32的背面的第二开口部70，导入在前臂30内以大致沿第一轴线38延伸的方式配置的I字状的管即圆筒状空心部件72内，并且，通过连接在I字管72的另一端的、具有大致L字状的空心部的弯曲空心部件74的内部，从设在第一手腕单元34的侧面的第一开口部76导出到外部。被导出的线条体16a由设在第一开口部76附近的线条体保持部78保持，通过第一手腕单元34的侧面，沿第二手腕单元44最终连接在手12上。作业工具用线条体16a在由I字管72内弯曲空心部件74构成的空心部中具有适当的余长而配线，由此，在前臂的旋转动作时，扭曲的吸收变得容易，在前臂旋转动作时（通常±180度以上），即使在前臂旋转轴附近受到弯曲、扭曲，也不会受到不良的应力，从而实现寿命的长期化。

作为线条体保持部78，可以使用周知的固定件（夹紧部件），也可以使用容许线条体的长度方向的移动与扭倒旋转运动（自转）的卡定件（例如环状的部件）。或者，通过使用具有连接器功能的连接器箱，能进一步提高功能性。在使用连接器箱的场合，线条体16a暂时连接在该连接器箱上，从该连接器箱到手12配设新的线条体。另外，在第一手腕单元34的内部且第一开口部76附近设置电磁阀（未图示）。该电磁阀为了开闭手12的把持爪14，进行对气缸的空气供给／吸引。线条体保持部78也包括这种连接器箱。

另外，相对于此，在本实施方式的作业工具用线条体16a上除了用于驱动最终轴（手）的伺服马达（J6马达）54的控制电缆等电线外，还包括用于供给空气的配管，在该配管中插入上述电磁阀。另外，未图示，但空气供给／吸气源配置在外部，该空气供给／吸气动作能够利用机器人控制装置18以周知的样式控制。另外，来自空气供给／吸气源的配管（省略图示）在适当部位（例如基座22的跟前）与线条体合流。另外，与这些空气供给相关的结构周知，因此在此省略详细说明。

包括驱动第二手腕单元44或手12的伺服马达（J5、J6马达）的控制用电缆的第二线条体16b以在I字管72的外侧且通过前臂基部32或第一手腕单元34的空心部内的方式配设。此时，如图2及图5所示，通过以将电缆16b在I字管72的外表面折回为螺旋状的方式配线，伴随前臂30的旋转动作的扭曲的吸收更容易。

图6是图3所示的弯曲空心部件74附近的放大图。弯曲空心部件74具有安装在第一手腕单元34的侧面所设的第一开口部76的第一凸缘80，在第一凸缘80与第一手腕单元34之间安装具备液密性的第一密封部件82。第一密封部件82可以是密封垫那样公知的部件，通过例如在第一凸缘80上设置螺钉孔，并连结第一手腕单元34与第一凸缘80，确保规定的液密性。另外，即使在设在图3所示的前臂基部32的后部的第二开口部70，也在I字管72的后方侧端部设置第二凸缘84，在第二凸缘84与前臂基部32的后端面之间安装与第一密封部件82相同的第二密封部件86，同样能够确保液密性。

弯曲空心部件74能隔着轴承88及油封90相对于I字管72旋转地连接。具体地说，在I字管72的前侧端部的外周部安装轴承88，并在更前侧（靠弯曲空心部件74）邻接配置油封90。另一方面，在弯曲空心部件74的后侧端部形成收放轴承88及油封90的凹状部92，与I字管72的前侧端部协作构成嵌合结构。通过这种结构，即使在粉尘或液体进入I字管72的前侧端部与弯曲空心部件74的后侧端部之间，也能够利用油封90，防止该粉尘或液体进入J5马达48等所处的第一手腕单元34的空心部内。

另外，弯曲空心部件74只要是在连接在I字管72的一端与安装在第一开口部76的另一端这两端之间至少具有一个弯曲部，则可以是任意形状，由弯曲空心部件74划分的空心部未限于L字状。

另外，如图6所示，能旋转地连结弯曲空心部件74与I字管72的轴承88及油封90配置在I字管72的外周部与比该外周部大径的弯曲空心部件74的凹状部92的内周部之间。如果这样，则在I字管72与弯曲空心部件74的连接部（嵌合部），能够使I字管72的内径与弯曲空心部件74的内径互相相等，能够从第一开口部76到第二开口部70形成实质上没有台阶的均匀直径的空心部。由此，能够实现作业工具用线条体16a向该空心部内的插入作业的容易化、伴随第一手腕单元34的旋转的对线条体16a的摩擦阻力的降低等。

如上所述，I字管72在其一端具有第二凸缘84，具备从外侧密封管72的内侧的第二密封部件86固定在形成在具有减速机36的前臂基部32的后部的第二开口部70，减速机36具有空心结构，其另一端在前臂30的内部嵌合在弯曲空心部件74的凹状部92的结构。另一方面，形成L字的空心部的弯曲空心部件74在其一侧具有第一凸缘80，隔着从外侧密封该空心部的第一密封件82部件固定在形成在前臂（第一手腕单元34）的侧面的第一开口部76上，其另一端具备隔着轴承88及油封90能旋转地连接在I字状管72上的凹状部92。其结果，能够以最小的部件结构实现从第一开口部76到第二开口部70的空心部的防水。另外，能够实现在前臂基部32具有通过确保空心部的防水性，用户能够使手等作业工具用线条体16a自如地通过的空心部，并且，也能够应用于要求防水性的用途的机器人。

另外，如图3所示，能够提供利用导管94连接第一开口部76与作业工具（手12）之间，如果利用未图示的吸引装置等从前臂后部吸引导管94内的空气，则能在忌讳粉尘等的清洁室内使用的机器人。具体地说，准备将导管94固定在弯曲空心部件74上的具有凸缘的部件96的固定用分接头，该部件96隔着密封部件固定在第一开口部76上，导管94也隔着密封部件固定在具有凸缘的部件96上。该导管94的相反侧也通过包括上述轴承及油封的结构或周知的孔眼结构等，能在维持液密性且旋转自如的状态下保持。由此，不仅机器人主体，还包括作业工具用线条体的导管，都能够为能在清洁室内使用的状态。

如上所述，在前臂30中分为作业工具用线条体16a与马达控制用电缆16b而敷设，能从第一开口部76及第二开口部70，从后面使必要的配线、配管通过。由此，机器人的用户能够追加与现场的系统对应的必要的作业工具用配线、配管。在该场合，通过分离电缆控制用电缆与作业工具用配线、配管，即使进行作业工具用线条体的追加作业，也不会对马达控制用电缆带来影响，能够防止其损伤或寿命下降。

作业工具用线条体16a由于通过第二手腕单元44的摆动动作而受到弯曲应力，因此需要在取回时具有必要的余长，但例如集束机器人通常普遍相对于比手的高度靠下侧的对象物进行作业，手腕摆动的动作范围能限制为130度左右。因此，该部分的线条体16a能够在沿着前臂30的状态下比较容易地取回。

在机器人10进行集束作业时，通过使各轴（在此为旋转主体26、上臂28、前臂30、第一手腕单元34、第二手腕单元44及手12这六轴）的伺服马达进行动作，控制手12的位置与姿势。通常，为了控制手12的姿势，驱动上述六轴中第一手腕单元34、第二手腕单元44及手12的各轴频繁地进行动作。因此，考虑各个轴进行动作时对线条体16的影响。首先，当驱动第一手腕单元34的J4马达40进行动作时，第一手腕单元34绕第一轴线38旋转。但是，由于线条体16从减速机36的空心部通过第一手腕单元34内部，到达第一开口部，因此由于第一手腕单元34绕第一轴线38的旋转而受到的应力小。

接着，当驱动第二手腕单元44的J5马达48进行动作时，第二手腕单元44绕第二轴线42摆动。通过该运动，手12也绕第二轴线42摆动，但由于线条体16a在第一开口部附近被暂时保持，因此从此处到手12短的部分只进行大致追随第二手腕单元44的动作。因此，最终施加在线条体16a上的负担不大。

并且，当驱动手12的J6马达54进行动作时，手12绕第三轴线50旋转。此时，连接在手12上的线条体16a在手12的周围处理为螺旋状，不会较大地突出或乱套。反而言之，即使最终轴（手）进行动作，只要没有这种乱套，则只考虑动作范围比较小的第二手腕单元44绕第二轴线42的摆动动作，能够以从第一手腕单元的侧面拉出的形式敷设线条体。这样，根据本实施方式，能够相对于机器人最终轴的旋转动作及第二手腕单元44绕第二轴线42的摆动动作，维持稳定的动作。另外，在到达设在第一手腕单元34的侧面的第一开口部的部分，线条体通过第一手腕单元34的内部与旋转用驱动机构的空心部，因此即使第一手腕单元34绕第一轴线38进行旋转动作，构成线条体的配线或配管也能够在前臂内部的比较长的范围吸收扭曲，能进行利用稳定的动作的处理。当然，在代替手使用焊炬等的场合，也相同。

图7与图2类似，作为其他实施方式，是表示代替具备把持爪的手，使用具备吸附垫100的手102的场合的图。与图2相同，构成为，在前臂30前端配设有手腕最终轴驱动用伺服马达（J6马达）54，通过减速机构104，将伺服马达54的旋转传送到输出凸缘106。输出凸缘106的旋转进一步通过输入齿轮108及输出齿轮110传送到手102，从而手102旋转。输入齿轮108及输出齿轮110配置在齿轮箱112内，输入齿轮108与输出凸缘110啮合，输出齿轮110通过轴承114能旋转自如地支撑在齿轮箱112上。

在输出齿轮110的前端固定手102，在其相反侧，能旋转地连接导管94。导管94连接在齿轮箱112上，导管94内部的线条体16a（配线、配管）通过输出齿轮110的空心部连接在手102内的吸附垫100等上。通过该结构，在使作业工具用线条体16a不较大地突出地沿着前臂30的侧面的状态下，即使J5马达48及J6马达54进行动作的场合，也能够避免前臂30与作业工具用线条体16a干涉。作业工具用线条体16a能够在导管94中吸收由第二手腕单元44及手102的动作产生的弯曲、扭曲。另外，通过利用连接在第一手腕单元34的侧面的第一开口部76的吸引装置（未图示）吸引导管94内的空气，能够防止由导管94内的配管、配线的摩擦等产生的粉尘流出到导管外部。

根据本发明，能够以最小的部件结构实现形成在前臂内部的、线条体插通用的空心部的防水性。另外，通过圆筒状空心部件与弯曲空心部件隔着轴承及油封能旋转地连结，并且确保两部件的连接部（嵌合部）的防水性，在前臂基部具有用户能够自如地使作业工具用线条体通过的空心部，并且能够实现能应用于需要防水性的用途的机器人。

在圆筒状空心部件与弯曲空心部件的嵌合部，通过使两部件的内径互相相等，能够排除在该嵌合部的台阶或突出，能够使由用户进行的作业工具用的线条体向空心部内的插通作业容易，从而能够延长线条体的寿命。

Claims (2)

1.一种线条体处理结构，其用于机器人，该机器人具备包括前臂基部（32）及第一手腕单元（34）的前臂（30）、第二手臂单元（44）、以及作业工具（12），

上述第一手腕单元能相对于上述前臂基部绕沿上述前臂的长度方向的第一轴线（38）旋转地设置，

上述第二手腕单元能相对于上述第一手腕单元绕与上述第一轴线垂直地相交的第二轴线（42）旋转地设置，

上述作业工具能相对于上述第二手腕单元绕与上述第二轴线垂直地相交的第三轴线（50）旋转地设置，对包括连接在上述作业工具上的配线及配管的至少一方的第一线条体（16a）进行敷设处理，

该线条体处理结构的特征在于，

绕上述第一轴线旋转驱动上述第一手腕单元的空心结构的减速机（36）以上述空心结构的减速机的旋转中心轴线与上述第一轴线一致的方式介于上述前臂基部与上述第一手腕单元之间，

在上述第一手腕单元的侧面设有第一开口部（76），弯曲空心部件（74）隔着第一密封部件（82）安装在上述第一开口部上，该弯曲空心部件（74）形成用于使上述第一线条体通过的、具备至少一个弯曲部的空心部，并具有第一凸缘（80），

在上述前臂基部的后部设有第二开口部（70），用于使上述第一线条体通过的、具有第二凸缘（84）的圆筒状空心部件（72）在贯通上述空心结构的减速机的内部的状态下，隔着第二密封部件（86）安装在上述第二开口部上，

上述弯曲空心部件相对于上述圆筒状空心部件，在第一手腕单元的内部隔着轴承（88）及油封（90）能旋转地连接，

驱动上述第二手腕单元或上述作业工具的马达的控制用电缆即第二线条体（16b）通过上述圆筒状空心部件的外周部。

2.根据权利要求1所述的线条体处理结构，其特征在于，

在上述弯曲空心部件与上述圆筒状空心部件的连接部，上述弯曲空心部件的内径与上述圆筒状空心部件的内径互相相等。

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