CN103978494A - 关节机构和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关节机构和机器人。所述关节机构包括：马达，该马达包括马达轴和设置在该马达轴的末端处的准双曲面小齿轮；以及减速器，该减速器被构造成以一减速比将所述马达的转速降低。所述减速器包括螺杆状输入轴和环状齿轮，该环状齿轮与所述螺杆状输入轴啮合并且以直角与所述螺杆状输入轴三维相交。另外，所述螺杆状输入轴包括设置有螺旋部的轴本体和布置在该螺杆状输入轴的一端处并且被构造成与所述准双曲面小齿轮啮合的准双曲面齿轮。此外，所述螺杆状输入轴的轴线以直角与所述马达轴三维相交。

Description

关节机构和机器人

技术领域

这里公开的实施方式涉及关节机构和机器人。

背景技术

传统上，可获得包括其中连杆以可旋转的方式连接至彼此的臂单元和腕部单元的机器人。在这种机器人中，例如，连杆的轴被形成为中空的，从而可以将电缆等布置在臂单元中。

作为将中空轴以可旋转的方式互连的关节机构的示例，已知一种关节机构，在该关节机构中，使用斜齿轮作为输送马达动力的动力输送机构（例如参见日本专利申请公报No.H08－229874）。

然而，当将上述传统构造应用于设置有减速器的关节机构时，难以充分地增加连杆轴的中空部的直径。此外，在使用斜齿轮作为齿轮驱动机构的情况下，产生较大的齿轮隙。这使得难以精确地操纵连杆。

发明内容

鉴于上述问题，这里公开的实施方式提供了一种能够充分地增加具有中空轴的连杆的中空部的直径并且能够减小齿轮隙的关节机构和机器人。

根据这里公开的实施方式的一方面，提供了一种关节机构，该关节机构包括：马达，该马达包括马达轴和设置在该马达轴的末端处的准双曲面小齿轮；以及减速器，该减速器被构造成以一减速比将所述马达的转速降低。另外，该减速器包括螺杆状输入轴和环状齿轮，该环状齿轮与所述螺杆状输入轴啮合并且以直角与所述螺杆状输入轴三维相交，所述螺杆状输入轴包括设置有螺旋部的轴本体和布置在该螺杆状输入轴的一端处并且被构造成与所述准双曲面小齿轮啮合的准双曲面齿轮，并且所述螺杆状输入轴的轴线以直角与所述马达轴三维相交。

通过这里公开的实施方式，能够提供一种能够充分地增加连杆的中空部的直径并且能够尽可能地减小齿轮隙的关节机构和机器人。

附图说明

图1是示出了根据一实施方式的机器人的视图。

图2是示出了设置在图1中所示的机器人的腕部单元中的关节单元的视图。

图3是沿着图2中的线III-III截取的说明图，示出了腕部框架与马达之间的位置关系。

图4是沿着图2中的线IV-IV的说明图，示出了在根据该实施方式的关节机构中采用的减速器。

具体实施方式

现在将参照附图详细地描述这里公开的关节机构和机器人的实施方式。当前公开不限于下面描述的实施方式。

首先，将参照图1描述根据当前实施方式的机器人1。在如下描述中，将彼此正交的X轴和Y轴限定为与机器人1的安装表面（例如水平表面）平行。将Z轴限定为正交于安装表面。

在当前实施方式中，机器人1例如是多关节机器人。如图1所示，机器人1包括基座11、布置在基座11上的本体单元12、连接至本体单元12的臂单元13以及布置在臂单元13的末端处的腕部单元14。

基座11通过座部11a固定至安装表面。本体单元12被布置在基座11上以绕竖直轴线（图1中的Z轴）水平旋转。本体单元12借助马达单元20的操作而水平旋转。

连接至本体单元12的臂单元13包括作为多个连杆的第一臂131和第二臂132。第一臂131和第二臂132借助关节单元以可旋转的方式彼此连接。

也就是说，第一臂131通过第一关节单元2a连接至本体单元12以在前后方向（Y方向）上摆动。第二臂132通过第二关节单元2b连接至第一臂131的末端部以在上下方向（Z方向）上摆动。用于使第一臂131摆动的第一关节单元2a设置有第一马达单元21。用于使第二臂132摆动的第二关节单元2b设置有第二马达单元22。

腕部单元14包括作为多个连杆的第一腕部71和第二腕部72。第一腕部71和第二腕部72借助关节单元以可旋转的方式彼此连接。第一腕部71的腕部框架710包括：通过第三关节单元2c连接至臂单元13的第二臂132的末端以绕第二臂的旋转轴线旋转的基端部；以及形成为分叉形状的末端部。

电缆8等布置在腕部框架710内（参见图2和图3）。包括软管等的附加电缆80沿着第二臂132的纵向方向延伸穿过第一腕部71的中央空间。之后，电缆80等穿过第二腕部72的下述中空部53（图2至图4）。

同时，第二腕部72形成为基本筒状形状并且借助第四关节单元2d连接至第一腕部71的分叉腕部框架710的末端部以绕摆动轴线（例如在图1中的Z方向上）摆动。第二腕部72借助布置在其中的第五关节单元2e绕其旋转轴线旋转。

如图2所示，第四关节单元2d包括：布置在第二腕部72中的减速机构9；摆动马达（未示出）；以及动力输送机构。摆动马达可以被安装在第一腕部71的分叉部的基端处并且通过诸如驱动轴、齿轮机构或带机构之类的动力输送机构操作地连接至减速机构9。

另外，如图2所示，第二腕部72借助第五关节单元2e连接至第一腕部71并且绕其旋转轴线旋转。第五关节单元2e布置在作为从动构件的第二腕部72内。根据当前实施方式的关节机构3被安装在第五关节单元2e中。

接下来，将参照图2至图4详细地描述用于使第二腕部72绕其旋转轴线旋转的设置在第五关节单元2e中的关节机构3。

如图2所示，安装在第五关节单元2e中的关节机构3包括马达4和减速器5，该减速器5用于以预定减速比将马达4的转速降低。马达4被安装成沿着腕部单元14的纵向方向延伸并且布置在腕部框架710的分叉末端部的内部。

马达4包括由轴承42支撑的马达轴41。马达轴41朝向第二腕部72延伸。马达轴41设置有位于其末端处的准双曲面齿轮61。马达4的本体单元具有包括以可旋转的方式安装的转子和固定至壳体的内表面的定子的一般结构，其中在转子和定子之间留有预定间隙。

如图4所示，操作地连接至马达4的减速器5形成为具有中空部53的中空结构。更具体地说，减速器5包括：环状齿轮52，该环状齿轮52设置有与布置在该环状齿轮52的外周上的齿轮齿对应的多个凸轮随动件52a；以及螺杆状输入轴51，该螺杆状输入轴51被构造成将马达4的动力输送到环状齿轮52。

螺杆状输入轴51包括轴本体51b和形成在轴本体51b上的螺旋部51a。螺旋部51a用作使凸轮随动件52a移动以使环状齿轮52绕其自身轴线旋转的凸轮构件。准双曲面齿轮62布置在螺杆状输入轴51的一端。准双曲面齿轮62与布置在马达轴41中的准双曲面小齿轮61啮合。

螺杆状输入轴51具有轴线A，该轴线A以直角与马达轴41三维相交。具体地说，减速器5被布置成使得马达轴41定位成相比于螺杆状输入轴51的中心更靠近环状齿轮52并且使得螺杆状输入轴51的轴线以直角与马达轴41三维相交。因而，如图4所示，螺杆状输入轴51和马达轴41偏离距离D，并且马达4能够更靠近减速器5的中空部53偏离所述距离D。

也就是说，如图3所示，马达4可以布置成尽可能靠近腕部框架710，而不从期望区域100突出。该区域100例如是容纳腕部单元14的最外周缘并且具有指定直径的圆形区域。

在与螺杆状输入轴51啮合的环状齿轮52中，中空部53的轴线以直角与螺杆状输入轴51三维相交。具体地说，螺杆状输入轴51和环状齿轮52具有类似于蜗轮的构造。螺杆状输入轴51相当于蜗杆，而环状齿轮52相当于蜗轮。

通过上述构造，马达4的旋转被输送至减速器5。因而，第二腕部72绕其旋转轴线旋转，且其速度以预定减速比降低。具体地说，马达4的旋转被从马达轴4输送至准双曲面小齿轮61、准双曲面齿轮62、螺杆状输入轴51，并且然后输送至环状齿轮52。因而，第二腕部72绕其旋转轴线旋转。这样，马达4到第二腕部72的动力输入路线由准双曲面小齿轮61和准双曲面齿轮62以及由螺杆状输入轴51和环状齿轮52在两个阶段改变。

根据当前实施方式的减速器5设置有具有中空部53的环状齿轮52。为此，如果减速器5被布置在机器人1的腕部单元14的末端处，则可以使中空部（中空孔）获得足够直径，同时维持腕部单元14的轴线的定位精度。

如上所述，在环状齿轮52中，对应于与螺杆状输入轴51啮合的齿轮齿的构件由凸轮随动件52a形成。由于这个原因，对于环状齿轮52来说可以尽可能抑制齿轮隙的产生。因而，机器人1能够实现腕部单元14的精准运动。

作为具有与上述相同的构造的减速器5，可以适当地使用例如滚子驱动器（RollerDrive，注册商标）。

如上所述，根据当前实施方式的关节机构3安装在旋转连杆（例如第二腕部72）中。更具体地说，马达4的旋转通过附接至马达轴41的末端的准双曲面小齿轮61和附接至用作减速器5的输入轴的螺杆状输入轴51的准双曲面齿轮62输入。

因而，马达4的旋转在其速度首先由准双曲面小齿轮61和准双曲面齿轮62降低的情况下被输送至减速器5。这使得可以减小减速器5的尺寸。因而，可以将减速器5布置在第二腕部72内，这使得可以减小机器人1的腕部单元14的尺寸。

通过采用准双曲面小齿轮61和准双曲面齿轮62，可以将减速器5的螺杆状输入轴51的方向改变至与马达轴41垂直的方向。因而，如图2所示，可以沿着腕部单元14的纵向方向布置马达4并且将减速器5安装在第二腕部72内。这使得可以进一步减小机器人1的腕部单元14的尺寸。

由于马达4可以布置成邻近第二腕部72，因此可以将马达4的动力从马达轴41直接输送至减速器5。因此，无须在马达4和减速器5之间安装驱动轴或其他驱动齿轮。这能够有助于降低部件数量和重量。

如上所述，根据当前实施方式的关节机构3，可以增加设计自由度，同时实现减小减速器5的尺寸。这有助于减小腕部单元14的尺寸。

在上述实施方式中，在驱动腕部单元14的第二腕部72时使用关节机构3。另选地，根据当前实施方式的关节机构3可以应用于例如图1中所示的第二关节单元2b。在这种情况下，如果第二臂132形成为中空结构，则可以确保与中空结构连通的中空孔并且可以将电缆等布置在第二臂132内。

本领域技术人员应该理解，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (5)

1.一种关节机构，该关节机构包括：

马达，该马达包括马达轴和设置在该马达轴的末端处的准双曲面小齿轮；以及

减速器，该减速器被构造成以一减速比将所述马达的转速降低，该减速器包括螺杆状输入轴和环状齿轮，该环状齿轮与所述螺杆状输入轴啮合并且以直角与所述螺杆状输入轴三维相交，所述螺杆状输入轴包括设置有螺旋部的轴本体和布置在该螺杆状输入轴的一端处并且被构造成与所述准双曲面小齿轮啮合的准双曲面齿轮，所述螺杆状输入轴的轴线以直角与所述马达轴三维相交。

2.一种机器人，该机器人包括权利要求1所述的关节机构。

3.根据权利要求2所述的机器人，该机器人还包括被构造成借助所述关节机构旋转的可旋转连杆。

4.根据权利要求3所述的机器人，其中，所述关节机构被安装在所述可旋转连杆中。

5.根据权利要求3或4所述的机器人，该机器人还包括：臂单元，该臂单元具有多个彼此串联连接的连杆；和腕部单元，该腕部单元被安装在所述臂单元的端部处，其中所述可旋转连杆是借助所述关节机构连接至所述臂单元的所述腕部单元。