CN103659831A - 万向接头及具备该万向接头的平行连杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够扩大可动范围的万向接头及具备该万向接头的平行连杆机器人。在通过多个臂(14)及连杆(17)将固定板(12)与可动板(13)以姿态变更自如的方式连接而成的平行连杆机器人(10)中，万向接头(21)将连杆(17)与可动板(13)连接，其特征在于，由各自的轴(11a、11b)交叉的两个接头部(11)构成，且接头部(11)在用于支承轴(11a、11b)的构件的左右分别形成有凹陷(11c)。

Description

万向接头及具备该万向接头的平行连杆机器人

技术领域

本发明涉及以产业用途为主的机器人的接头。本发明尤其涉及具有通过多个臂将固定机器人的固定板和安装有末端执行器等作用构件的可动板之间连结这种结构的万向接头。

背景技术

作为具有通过多个臂将固定机器人的固定板和安装有末端执行器等作用构件的可动板之间连结这种结构的平行连杆机器人的一例，具有专利文献1所公开的结构。

如图6所示，在专利文献1中公开的平行连杆机器人中，基板(固定板)1和移动板(可动板)2经由中心轴3及3根连杆4相互连结。中心轴3的前端部固定在移动板2的中央部。中心轴3的后端部经由安装在万向接头5的可动部上的花键轴承52贯通基板1的中央部。各连杆4的前端部经由万向接头7与移动板2的周缘部连接。各连杆4的后端部经由装入万向接头6的可动部的球状螺母62与基板1的周缘部连接。

如此，提出了在平行连杆机器人的各关节使用万向接头的方案。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平11-887号公报

【发明的概要】

【发明要解决的课题】

然而，在所述以往的万向接头中，在其结构方面具有移动板2的可动范围存在限制的课题。

发明内容

本发明用于解决所述以往的课题，其目的在于提供一种能够扩大可动范围的万向接头及具备该万向接头的平行连杆机器人。

【用于解决课题的手段】

为了实现上述目的，本发明的万向接头的特征在于，由各自的轴交叉的两个接头部构成，所述接头部在用于支承所述轴的构件的左右分别形成有凹陷。

【发明效果】

如上所述，根据本发明的万向接头及具备该万向接头的平行连杆机器人，能够扩大万向接头的可动范围。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的平行连杆机器人的示意图。

图2是本实施方式1的平行连杆机器人的接头部附近的局部放大图。

图3是本实施方式1的平行连杆机器人的万向接头附近的局部放大图。

图4是本实施方式1的平行连杆机器人的接头部的示意图。

图5(a)、(b)是本实施方式1的平行连杆机器人的万向接头附近的局部放大图。

图6是表示专利文献1所记载的以往的平行连杆机器人的示意图。

【符号说明】

10       平行连杆机器人

11       接头部

11a、11b 轴

11c      凹陷

11d      突起部

12       固定板

13       可动板

14       臂

15       电动机

15a      编码器

17       连杆

18       末端执行器

21       万向接头

22       旋转轴

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，对同一结构标注同一符号，并适当省略说明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式的平行连杆机器人10的示意结构图。在图1中，平行连杆机器人10通过臂14及连杆17将固定板12与可动板13连结。并且，在平行连杆机器人10中，通过控制该臂14及连杆17的位置或姿态，从而控制可动板13的动作。

本实施方式的平行连杆机器人10的可动板1无驱动源等重量物而为极轻的结构，因此对于使可动板13高速动作的高速动作或直接教示等有用。需要说明的是，“直接教示”是指，使用者直接用手抓取可动板13而直接地使其移动，通过记录该使用者的手进行的教示的动作轨迹，从而直接地对平行连杆机器人10教示可动板13的动作轨迹的方法。

臂14与内置于固定板12的电动机15的主轴连接。电动机15具备作为关节角度检测机构的编码器15a。通过使用编码器15a能够检测臂14的角度。电动机15为平行连杆机器人10的动力源的一例。在图1中，为了简化图而仅图示出一个电动机15，但本实施方式1的平行连杆机器人10在6个臂14上分别连接有电动机15。即，在本实施方式1的平行连杆机器人10的固定板12内置有6个电动机15及编码器15a。

在此，在设定在规定空间内的固定坐标系中，为了自由地定义平行连杆机器人10的可动板13的位置及姿态，需要使可动板13具有6个自由度(可动轴)。本实施方式1的平行连杆机器人10使用6组由1个臂14、1个连杆17及1个电动机15构成的组，并对每1组独立地控制电动机15的旋转，由此能够在空间内自由地设定可动板13的位置及姿态。即，可动板13通过3组6个臂14及3组6个连杆17以姿态变更自如的方式与固定板12连接，其位置及姿态根据6个臂14的旋转角度而变化。

臂14的一端安装在固定板12上，构成为绕规定的1轴在规定的面内回旋。连杆17的两端通过能够在空间内自由回旋的接头部11连接。接头部11为轴承的一例。连杆17的一端通过接头部11与臂14的另一端连接，连杆17的另一端通过交叉的2个接头部11与可动板13连接。万向接头21由该交叉的2个接头部11构成。万向接头21为平行连杆机器人用万向接头的一例。即，万向接头21通过使一方的接头部11和另一方的接头部11如图3所示那样交叉而构成。

并且，可动板13的位置及姿态利用臂14及连杆17连结及限制，能够根据臂14及连杆17的位置及姿态在空间内变化。即，可动板13的位置及姿态通过利用电动机15等驱动源控制臂14的旋转角度而能够改变。需要说明的是，在可动板13上例如安装有用于把持对象物的末端执行器18。

本实施方式1中需要的可动板13的倾斜角度为30°。该角度是除了特殊情况以外能够进行绝大多数组装的可动板13的倾斜角度。

为了实现该可动板13的倾斜角度的动作，在本实施方式1这样的六杆型(hexa type)的平行连杆机器人10中，对于臂14与连杆17之间的接头部11需要2个自由度，对于连杆17与可动板13之间的万向接头21(2个接头部11)需要3个自由度。进而，为了扩大可动板13的可动范围，接头部11在各自由度下分别能够进行45°的旋转，需要形成为在所有部位的振摆角均为45°的情况下部件也不会发生干涉的形状。

另外，接头部11不仅需要具有振摆角，而且需要满足重复精度的刚性、耐受基于可动板13及末端执行器18的重量及其加速产生的惯性力的强度。

为了满足这样的条件，在本实施方式1的平行连杆机器人10的接头部11中，代替滑动轴承使用滚子轴承，并构成为即使在接头部11成为各自由度下最大旋转45°的组合的情况下部件也不会干涉且接头部11在长时间动作后不会延展。

图2表示本实施方式1的平行连杆机器人的接头部附近的局部放大图，图3表示本实施方式1的平行连杆机器人的万向接头附近的局部放大图。

图2是表示臂14与连杆17之间的接头部11的附近的图，在各臂14与连杆17之间配置有1个接头部11。

图3是表示连杆17与可动板13之间的万向接头21的附近的图，在各连杆17与可动板13之间以各自的轴交叉的方式配置有2个接头部11。具体而言，如图3所示，在交叉的2个接头部11的轴11a、11b中，在一方的轴11a上形成横向的贯通孔，并使另一方的轴11b通过该贯通孔，由此构成交叉的2个轴11a、11b。交叉的2个轴11a、11b成为十字销结构。各轴11a、11b的两端成为外螺纹形状，形成从两侧通过螺钉紧固轴承的结构，从而不会在轴向上发生机械晃动的情况。即，轴11a、11b由螺栓及螺母构成。

另外，如图3所示，万向接头21经由旋转轴22与可动板13连接。根据万向接头21的2个自由度和旋转轴22的1个自由度，连杆17与可动板13之间的关节机构具有3个自由度。根据这样的结构，在本实施方式1的平行连杆机器人10中，在连杆17与可动板13的关节机构中能够实现可以小型化的3个自由度关节机构。

需要说明的是，在臂14的前端及连杆17的两端配置有滚子轴承。

在此，图4中示出从正面(图2的箭头A的方向、图3的箭头B的方向)观察接头部11得到的图。图4是本实施方式1的平行连杆机器人的接头部11的示意图。

如图4所示，接头部11具有凹陷11c。凹陷11c配置在用于支承轴11a、11b的构件的左右。另外，凹陷11c配置在从用于供轴11a、11b通过的孔的中心偏离的位置。

本实施方式1的万向接头21在可动角度小的情况下发挥与以往的万向接头相同的功能。但是，本实施方式1的万向接头21构成为如下方式，即，在可动角度变大的情况下，在用于供一方的接头部11的轴11a、11b通过的孔的左右形成的突起部11d配置在另一方的接头部11的凹陷11c内。并且，本实施方式1的万向接头21由于以一方的接头部11的突起部11d配置在另一方的接头部11的凹陷11c内的方式构成为能够可动，因此与以往的万向接头相比其可动范围变大。

在本实施方式1的接头部11中，从用于供轴11a、11b通过的孔的中心到接头的端部的距离L1为5mm以上10mm以下，大致半圆形状的凹陷11c的半径R＝L2为1.5mm以上5mm以下，用于供轴11a、11b通过的孔的中心与凹陷11c的中心的纵向的距离L3为3mm以上10mm以下，轴11a、11b的长度L4(参照图3)为10mm以上20mm以下。需要说明的是，在本实施方式1中，对使用L1＝6.5mm，L2＝1.7mm，L3＝5mm，L4＝14mm的接头部11的情况进行了说明。

在此，如前所述，为了在交叉的接头部11也能够实现最大振摆角度45°，需要使L1∶L2为1∶0.35以上1∶0.45以下。进而，需要使L4＞L1×2，且L1∶L3为1∶0.7以上1∶0.8以下。

另外，为了使接头部11具有规定的强度，需要使L1≥5mm，且L3≥3.5mm。

需要说明的是，对于本实施方式1的接头部11的前端的形状而言，为了使突起部11d配置在其他的接头部的凹陷11c内，四边形状不成立，需要形成为R＝L1的大致半圆形状。

另外，凹陷11c的形状不需要为大致半圆形状，只要具有适当的凹陷深度且图4的纸面横向的凹陷宽度为3mm以上10mm以下，则也可以为四边形状。

如图5(a)、(b)所示，对于如此构成的平行连杆机器人10的接头部11而言，即使在末端执行器18移动及旋转的情况下，在达到各自由度的最大振摆角度(45°)之前各构成部件也不会干涉。这是基于在本实施方式1的接头部11设有凹陷11c而产生的效果。需要说明的是，如图6所示，在以往的万向接头中不存在这样的凹陷。

需要说明的是，在本实施方式1中，在连杆17与可动板13的连接部形成有万向接头21，但为了进一步扩大可动范围，也可以在臂14与连杆17的连接部形成万向接头。

【产业上的可利用性】

本发明的平行连杆机器人用万向接头及具备该万向接头的平行连杆机器人作为用于产业用的装配的机器人而有用。

Claims (5)

1.一种万向接头，其特征在于，

由各自的轴交叉的两个接头部构成，

所述接头部在用于支承所述轴的构件的左右分别形成有凹陷。

2.根据权利要求1所述的万向接头，其特征在于，

在可动角度增大的情况下，在用于供一方的所述接头部的所述轴通过的孔的左右形成的突起部配置在另一方的所述接头部的所述凹陷内。

3.一种平行连杆机器人，通过多个臂及连杆将固定板与可动板以姿态变更自如的方式连接，其特征在于，

权利要求1或2所述的万向接头将所述连杆与所述可动板连接。

4.根据权利要求3所述的平行连杆机器人，其特征在于，

与所述连杆连接的所述万向接头经由旋转轴与所述可动板连接，

由所述万向接头与所述旋转轴构成的关节机构具有三个自由度。

5.根据权利要求3或4所述的平行连杆机器人，其特征在于，

在所述接头部中，从用于供所述轴通过的所述构件的孔的中心到所述构件的端部的距离L1、所述凹陷的宽度L2、用于供所述轴通过的构件的孔的中心与所述凹陷的中心的纵向的距离L3、所述轴的长度L4的关系满足：L1∶L2＝1∶0.35～1∶0.45且L1∶L3＝1∶0.7～1∶0.8且L4＞L1×L2。

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