CN103934831B - 机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供机器人，能够使致动器与连接件之间的连接部分小型化。实施方式的机器人具有第1连接件、第2连接件、致动器以及外齿轮。第2连接件以能够旋转的方式与第1连接件连接。另外，致动器对第2连接件进行旋转驱动。外齿轮与致动器连接。另外，第2连接件具有与外齿轮啮合的内齿轮。

Description

机器人

技术领域

所公开的实施方式涉及机器人。

背景技术

以往，公开有如下的产业用机器人：其具有以可旋转的方式彼此连接的多个连接件，一边通过致动器对连接件进行旋转驱动，一边通过安装在前端的末端执行器（例如电弧焊接用焊枪等）进行规定的作业（例如参照专利文献1）。

在专利文献1记载的技术中，机器人构成为具有与致动器连接的外齿轮、和与连接件连接的外齿轮，通过使两个外齿轮啮合，将致动器的驱动力传递到连接件而进行旋转驱动。

专利文献1：日本特开2008-73775号公报

但是，当如上所述构成时，在机器人中，致动器与连接件之间的连接部分可能朝向与齿轮的旋转轴垂直的方向、换言之朝向齿轮的径向而变大。即，在使两个外齿轮啮合时，齿轮整体的径向宽度大致成为一方的外齿轮的外径与另一方的外齿轮的外径相加后的值，因此可能致使致动器与连接件之间的连接部分变大。

这样，如果致动器与连接件之间的连接部分变大而导致机器人整体大型化，则例如在机器人进行规定的作业时，有可能与作业对象物（工件）等发生干涉，因此期望实现连接部分的小型化。

发明内容

实施方式中的一个方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够使致动器与连接件之间的连接部分小型化的机器人。

实施方式中的一个方式的机器人具有第1连接件、第2连接件、致动器以及外齿轮。第2连接件以能够旋转的方式与所述第1连接件连接。致动器对所述第2连接件进行旋转驱动。外齿轮与所述致动器连接。另外，所述第2连接件具有与所述外齿轮啮合的内齿轮。

根据实施方式中的一个方式，在机器人中，能够使致动器与连接件之间的连接部分小型化。

附图说明

图1是示出实施方式的机器人的侧视图。

图2是仅示出图1所示的上部臂、第1～第3手腕部附近的局剖俯视图。

图3是放大示出图2所示的第2、第3手腕部附近的放大局剖俯视图。

图4是图2所示的第1～第3手腕部的侧视图。

图5是图2的V-V线放大端面图。

图6是实施方式的机器人的变形例中的、仅示出上部臂和第1～第3手腕部附近的局剖俯视图。

标号说明

1机器人

2焊枪

10基座

11转动部

12下部臂

13上部臂

14手腕部

14a第1手腕部

14b第2手腕部

14c第3手腕部

40驱动侧轴

41外齿轮

50从动侧轴

51内齿轮

60轴承

70中空部

Ja～Jf旋转轴（关节轴）

Ma～Mf电机（致动器）

具体实施方式

以下，参照附图，对本申请公开的机器人的实施方式进行详细说明。另外，本发明不受以下所示的实施方式的限定。

图1是示出实施方式的机器人的侧视图。另外，为了容易理解说明，在图1中，图示了如下的三维直角坐标系：该三维直角坐标系的Z轴将铅直向上方向作为正方向且将铅直向下方向作为负方向，并且该三维直角坐标系将纸面中的左右方向作为Y轴，将从纸面里侧朝向近前的方向作为X轴。有时在后述的说明中使用的其他附图中也示出了该直角坐标系。另外，以下，关于机器人的结构，虽然表述为“X轴方向”、“Y轴方向”、“Z轴方向”等来进行说明，但这只是表示在机器人处于图示的姿势时的“X轴方向”、“Y轴方向”、“Z轴方向”，不限定于该方向。

如图1所示，机器人1是在前端安装有作为末端执行器的例如电弧焊接用焊枪2的电弧焊接用产业机器人。另外，机器人1是具有多个连接件、和连接各连接件的多个关节轴（以下也称为“旋转轴”）Ja～Jf的多关节型机器人。该机器人1具有作为连接件的以下部分：基座10、转动部11、下部臂12、上部臂13、以及具备第1至第3手腕部14a、14b、14c的手腕部14。这些部分以能够旋转的方式彼此连接。

具体地讲，转动部11相对于基座10，以能够绕旋转轴Ja旋转的方式连接于基座10，下部臂12相对于转动部11，以能够绕与旋转轴Ja垂直的旋转轴Jb旋转的方式连接于转动部11。另外，上部臂13相对于下部臂12，以能够绕与旋转轴Jb平行的旋转轴Jc旋转的方式连接于下部臂12，第1手腕部14a相对于上部臂13，以能够绕与旋转轴Jc垂直的旋转轴Jd旋转的方式连接于上部臂13。

第2手腕部（第1连接件）14b相对于第1手腕部14a，以能够绕与旋转轴Jd垂直的旋转轴Je旋转的方式连接于第1手腕部14a，第3手腕部（第2连接件）14c相对于第2手腕部14b，以能够绕与旋转轴Je垂直的旋转轴Jf旋转的方式连接于第2手腕部14b。

另外，上述的“垂直”、“平行”、或者后述的“水平”等表达，并非必须具有数学上严格的精度，允许实质性的公差、误差等。另外，在本说明书中，“垂直”这一表达，不是仅表示两个直线（旋转轴）在同一平面上以直角相交，还包含两个直线（旋转轴）的关系处于扭转位置的情况。

机器人1具有对上述的转动部11、下部臂12、上部臂13、以及第1～第3手腕部14a、14b、14c进行旋转驱动的致动器Ma～Mf。具体地讲，各致动器Ma～Mf例如为伺服电机。

另外，虽然在上述说明中将致动器Ma～Mf设为伺服电机，但是并不限定于此，例如也可以是液压电机等其他电机。另外，在以下说明中，将致动器表述为“电机”。

对各电机Ma～Mf进行说明，安装于基座10的电机Ma与转动部11连接而对转动部11进行旋转驱动。安装于转动部11的电机Mb与下部臂12连接而对下部臂12进行旋转驱动，另外，安装于下部臂12的电机Mc与上部臂13连接而对上部臂13进行旋转驱动。另外，安装于上部臂13的电机Md与手腕部14连接，准确地讲是与第1手腕部14a连接，对手腕部14中的第1手腕部14a进行旋转驱动。

电机Me和电机Mf都安装于第1手腕部14a。电机Me经由将电机Me的驱动力传递到第2手腕部14b的滑轮、齿轮（都未图示）等而与第2手腕部14b连接，对第2手腕部14b进行旋转驱动。电机Mf经由将电机Mf的驱动力传递到第3手腕部14c的滑轮（未图示）、齿轮（在图1中未图示）等而与第3手腕部14c连接，对第3手腕部14c进行旋转驱动。

第3手腕部14c具有手腕凸缘14c1，在手腕凸缘14c1上安装有上述的焊枪2。另外，关于该第3手腕部14c和上述的将电机Mf的驱动力传递到第3手腕部14的结构，将在后面进行详细说明。

在上述的电机Ma～Mf中，从没有图示的控制装置被输入表示工作指令的信号，根据该信号对电机Ma～Mf的工作进行控制。并且，机器人1通过对电机Ma～Mf的工作进行控制，一边适当地变更例如焊枪2的位置、角度等，一边使焊枪2接近焊接对象，从焊枪2产生电弧而进行电弧焊接。

机器人1还具有将作为电弧焊接的焊件的焊枪线（在图1中未图示）送到焊枪2的进给装置20。进给装置20配置在上部臂13的后侧，且位于下部臂12的铅直方向上的上侧（在图1中为Z轴方向的正侧）。详细地讲，在下部臂12的铅直方向上的上侧设置有具有与XY轴平面平行的安装面的台21，进给装置20安装在该台21的安装面上。

另外，对于如上所述的机器人，以往一直期望实现电机与连接件（例如第3手腕部）之间的连接部分的小型化。即，在电机与连接件之间的连接部分变大而使机器人整体大型化的情况下，例如机器人在进行规定的作业时，有可能与作业对象物（工件）等发生干涉，因此期望上述的连接部分尽可能小。

因此，本实施方式的机器人1构成为，能够缩小电机与连接件之间的连接部分，具体地讲，例如能够缩小电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分。以下，对此进行详细说明。

图2是仅示出图1所示的上部臂13、第1～第3手腕部14a、14b、14c附近的局剖俯视图，图3是放大示出图2所示的第2、第3手腕部14b、14c附近的放大局剖俯视图。另外，图4是从Y轴方向的正侧观察图2所示的第1～第3手腕部14a、14b、14c时的侧视图。

另外，在图2～图4中，为了图示的简化，省略了下部臂12、焊枪2等的图示。另外，在图2～图4中，示出了使第2手腕部14b绕旋转轴Je旋转了90°而成为水平的状态，换言之，示出了旋转轴Jd与旋转轴Jf成为同轴的姿势。

如图2、3所示，机器人1具有构成第2手腕部14b的主体部30、驱动侧轴40、从动侧轴50。主体部30在内部具有空间，并且侧面（详细地讲在图中为Y轴方向的正侧）被开口，并在该处安装有侧面盖31。

主体部30形成为，在从Z轴方向观察的俯视中大致呈L字状。具体地讲，主体部30具有：俯视时的长度方向与Y轴方向平行的一端部30a；以及从一端部30a连续形成、并且俯视时的长度方向与X轴方向平行的另一端部30b。

主体部30在一端部30a的一面侧，可旋转地与第1手腕部14a连接。这样，第1手腕部14a和第2手腕部14b成为在一端部30a的一处相连接的、所谓悬臂构造。

另一端部30b具有沿着Y轴方向形成为中空状的中空部32。中空部32的中空直径d1被设定为能够贯穿地插入从进给装置20向焊枪2延伸的管道线缆（conduitcable）33的值。另外，一端部30a形成为在X轴方向上不与中空部32重叠的形状。如图4所示，在侧面盖31上形成有供第3手腕部14c贯穿地插入的开口31a。

在主体部30的内部空间中配置有上述的驱动侧轴40和从动侧轴50。驱动侧轴40的轴线40a配置在与第2手腕部14b的旋转轴Je垂直、且与第3手腕部14c的旋转轴Jf平行的方向上，并且驱动侧轴40以可旋转的方式被主体部30支撑。

虽然省略了图示，但是驱动侧轴40经由滑轮、齿轮等与电机Mf连接。因此，驱动侧轴40接受所传递来的电机Mf的驱动力而绕轴线40a旋转。

图5是图2的V-V线放大端面图。如图5所示，在驱动侧轴40上一体地安装有外周面形成有齿的外齿轮41。由此，外齿轮41随着驱动侧轴40的旋转而绕旋转轴41a旋转。这样，外齿轮41经由驱动侧轴40等而与电机Mf连接，通过电机Mf的驱动力而旋转。

另外，外齿轮41的旋转轴41a与驱动侧轴40的轴线40a同轴，成为与旋转轴Jf平行的方向。另外，外齿轮41例如为正齿轮，但并不限定于此，例如也可以是斜齿轮等其他齿轮。

从动侧轴50配置在轴线50a与旋转轴Je垂直、且与第3手腕部14c的旋转轴Jf同轴的方向上。即，从动侧轴50与驱动侧轴40配置成彼此的轴线50a、40a平行。

如图5所示，从动侧轴50形成为圆筒状，在其内周面形成有与外齿轮41啮合的内齿轮51。因此，从驱动侧轴40的外齿轮41向从动侧轴50传递电机Mf的驱动力，使从动侧轴50绕轴线50a旋转。另外，内齿轮51的旋转轴51a与从动侧轴50的轴线50a和旋转轴Jf同轴。

由此，能够缩小齿轮整体的径向上的宽度（图5中用符号W表示）。即，例如假设从动侧轴具有外齿轮，在驱动侧轴与从动侧轴的外齿轮彼此啮合而连接时，齿轮整体的宽度W大致成为两个外齿轮的外径相加后的值，因而较大。

对于本实施方式的机器人1而言，在从动侧轴50上形成有内齿轮51，在从动侧轴50的内侧与外齿轮41连接，因此齿轮整体的宽度W仅相当于从动侧轴50的外径，能够缩小宽度W。

另外，如后所述，由于从动侧轴50与第3手腕部14c连接，因此，连接该驱动侧轴40与从动侧轴50的部分相当于上述的电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分。因此，对于本实施方式的机器人1而言，如上所述具有外齿轮41和内齿轮51，从而能够使电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分小型化。

另外，在电机Mf上连接着外齿轮41，并且，具有多个连接件的手腕部14中的、作为前端连接件的第3手腕部14c具有内齿轮51，因此能够使机器人1中离末端执行器近的部分小型化。由此，例如能够使第3手腕部14c和作为末端执行器的焊枪2移动到位于比较狭窄的地方的作业对象物，能够提高机器人1的接近性能。

另外，内齿轮51例如为剪刀式齿轮，但是并不限定于此，只要在从动侧轴50的内周侧形成有齿即可，例如也可以是正齿轮或斜齿轮等其他齿轮。

另外，内齿轮51设置在从动侧轴50的内周面中的、在旋转轴51a的方向上与外齿轮41重叠的部位52，另一方面，内齿轮51不设置在除此以外的部位53。即，从动侧轴50的内周面在轴线50a的方向上具有形成有内齿轮51的齿的部位52（以下，称为“形成部位52”）、和没有形成内齿轮51的齿的部位53（以下，称为“非形成部位53”）这两种部位。

在从动侧轴50的内侧配置有轴承60，旋转自如地支撑从动侧轴50。由此，能够防止电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分大型化。

即，如果将轴承60配置在从轴线50a方向观察时的从动侧轴50的外侧，则连接部分在与轴线50a垂直的方向（径向）上变大与轴承60相应的量，但是通过如上所述地进行配置，能够防止这种大型化。

另外，轴承60被配置成与从动侧轴50的非形成部位53的内周面抵接。由此，能够使得与轴线50a垂直的方向（径向）上的非形成部位53的壁厚比形成部位52的壁厚薄，而且可以薄至能够承受从轴承60作用的负荷的值，因此能够实现从动侧轴50的小型化和轻量化。

另外，由于使非形成部位53的径向的壁厚变薄，因此能够增大从动侧轴50的内周侧的中空部分。如图所示，在从动侧轴50的中空部分中贯穿插入有管道线缆33，不过，通过如上所述地扩大中空部分，还能够贯穿地插入例如伺服焊枪或串联焊枪（tandemtorch）中使用的、比较粗的管道线缆。由此，能够将机器人1应用于各种焊接。

另外，轴承60在内齿轮51的旋转轴51a的方向上与从动侧轴50的内周面中的、形成有内齿轮51的齿的形成部位52相邻地配置。由此，能够缩短从动侧轴50和轴承60在旋转轴51a的方向上的长度l，能够使电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分进一步小型化。

从动侧轴50与手腕凸缘14c1连接为一体。即，以第3手腕部14c具有从动侧轴50的方式构成。由此，电机Mf的驱动力经由驱动侧轴40、外齿轮41、内齿轮51、从动侧轴50而传递到手腕凸缘14c1，对手腕凸缘14c1进行旋转驱动。

另外，外齿轮41的节距圆直径被设定为比内齿轮51的节距圆直径小，例如为内齿轮51的节距圆直径的约三分之一以下。由此，能够使电机Mf的驱动力在外齿轮41与内齿轮51之间显著地变速，具体地讲是使其减速，并且还能够可靠地确保上述的从动侧轴50的内周侧的中空部分。另外，上述的各齿轮的节距圆直径只是例示，并不限定于此，例如外齿轮41的节距圆直径也可以是比内齿轮51的节距圆直径的三分之一大的值。

另外，如图4所示，第3手腕部14c的手腕凸缘14c1具有形成为中空状的中空部70。中空部70的中空直径d2被设定为与中空部32的中空直径d1大致相同的值，即被设定为能够贯穿地插入管道线缆33的值。由此，能够使管道线缆33容易地穿过中空部32、从动侧轴50的内周侧的中空部分、以及中空部70。

另外，如图2、图3以及图5所示，中空部70与外齿轮41被配置于在从外齿轮41的旋转轴41a的方向观察时不重叠的位置。换言之，外齿轮41配置成在与旋转轴41a垂直的方向上，与中空部70分开规定的距离。由此，能够增大中空部70的中空直径d2，由此能够使得管道线缆33更容易穿过中空部70。

如上所述，在本实施方式中，机器人1具有与电机Mf连接的外齿轮41，第3手腕部14c具有与外齿轮41啮合的内齿轮51。由此，能够使电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分小型化。

另外，在上述实施方式中，虽然在电机Mf与第3手腕部14c之间的连接部分处具有外齿轮41和内齿轮51，但是并不限定于此。即，例如在电机Ma与转动部11之间、电机Mb与下部臂12之间、电机Mc与上部臂13之间、电机Md与第1手腕部14a之间、电机Me与第2手腕部14b之间的连接部分处，也可以具有如上所述的外齿轮和内齿轮。

另外，在机器人1中，虽然将第1手腕部14a与第2手腕部14b之间的连接部分设为“悬臂构造”，但是并不限定于此，例如也可以如图6所示地连接第1、第2手腕部14a、14b。即，如图6所示，也可以是所谓的双侧支撑构造：在第1手腕部14a中，将连接第2手腕部14b的一侧形成为两路，在该部位处，从两侧对第2手腕部14b进行轴支撑。

另外，虽然机器人1为电弧焊接用的机器人，但是并不限定于该结构，也可以是其他的机器人。即，在上述说明中，作为末端执行器，虽然具有焊枪2，但是，例如也可以是如下的机器人：其具备把持工件的手、对工件进行吸附/保持的吸附部作为末端执行器，通过手等进行工件的搬运等作业。

另外，以六轴结构的机器人对机器人1进行了说明，但是不限定于该结构，也可以使用六轴结构以外的机器人、例如七轴或八轴结构的机器人。

本领域技术人员可以容易地导出进一步的效果和变形例。因此，本发明的更广泛的方式不限定于如上所示出并记载的特定的具体细节及代表性的实施方式。因此，在不脱离由所附权利要求书及其等同物定义的总的发明概念精神或范围的情况下，可以进行各种变更。

Claims (6)

1.一种机器人，该机器人具有以能够旋转的方式彼此连接的转动部、下部臂、上部臂以及手腕部，其特征在于，

所述手腕部具有：

第1连接件，其具有能够供线缆贯穿地插入的第1中空部，所述线缆向安装在所述机器人的前端的末端执行器延伸；

第2连接件，其以能够旋转的方式与所述第1连接件连接，并且所述第2连接件具有能够供所述线缆贯穿地插入的第2中空部；

致动器，其对所述第2连接件进行旋转驱动；

驱动侧轴，其与所述致动器连接，在该驱动侧轴上形成有外齿轮；以及

从动侧轴，其被配置成该从动侧轴的轴线与所述驱动侧轴的轴线平行，在该从动侧轴上形成有与所述外齿轮啮合的内齿轮，

所述外齿轮配置于从所述外齿轮的旋转轴方向观察时不与所述第2中空部重叠的位置，

所述第2连接件与所述从动侧轴连接。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述机器人具有手腕部，该手腕部具有多个连接件，

所述第2连接件为所述手腕部的前端的连接件。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述内齿轮形成于圆筒状的轴的内周面，在所述轴的内侧配置有以能够旋转的方式支撑所述轴的轴承。

4.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，

所述内齿轮形成于圆筒状的轴的内周面，在所述轴的内侧配置有以能够旋转的方式支撑所述轴的轴承。

5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，

所述轴承在所述内齿轮的旋转轴方向上与所述圆筒状的轴的内周面中的、形成有所述内齿轮的齿的部位相邻地配置。

6.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，

所述轴承在所述内齿轮的旋转轴方向上与所述圆筒状的轴的内周面中的、形成有所述内齿轮的齿的部位相邻地配置。