CN104821526B - 工业机器人的线缆布置结构以及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业机器人的线缆布置结构以及工业机器人。在该工业机器人中，用于驱动手腕体的第四～第六驱动装置、以及用于驱动小臂绕第三轴旋转的第三驱动装置均布置在小臂的后端，并且，为第三驱动装置～第六驱动装置提供动力和/或控制信号的第一线缆的第一引出口设置在大臂和小臂的连接部，为第一驱动装置和第二驱动装置提供动力和/或控制信号的第二线缆的第二引出口设置在基座的后部，第一线缆在第一固线部处与第二线缆汇合之后，连接到动作控制系统和/或能源供应系统，第一固线部在水平方向上位于工业机器人与动作控制系统和/或能源供应系统之间的位置处。

Description

工业机器人的线缆布置结构以及工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人的线缆布置结构以及具有这样的线缆布置结构的工业机器人。

背景技术

在多关节的工业机器人进行作业等时，需要对其伺服电机提供动力和控制信号，用于对伺服电机提供动力或信号的线缆通常配设于该工业机器人的内部或者周围。

例如，在专利文献1中，手腕单元20包括第一腕臂40a、第二腕臂40b、腕凸缘42以及中间构件44。第一腕臂40a设置在上臂18的末端部，并由第四伺服电机SM4驱动，第二腕臂40b设置在第一腕臂40a的末端部，并由第五伺服电机SM5驱动。第六伺服电机SM6设置在第二腕臂40b中。第一线缆束25a连接至驱动第四伺服电机SM4和第五伺服电机SM5。第二线缆束25b连接至第六伺服电机SM6。第一线缆束25a和第二线缆束25b通过形成在基座12的后部中的连接口30，延伸到基座12中并且通过旋转单元14被拉出。第二线缆束25b被引入上臂18的线缆束导向部35中，随着手腕单元20绕关节轴J4的旋转一起移动，从线缆束导向部35出来之后沿着上臂18的侧面延伸，然后从手腕单元20的侧面被引入手腕单元20。

专利文献1：CN102463571A。

发明内容

本发明的发明人发现，在专利文献1中，驱动手腕的三个伺服电机分开两处配置，尤其是，第六伺服电机SM6配置在末端执行器附近，驱动该第六伺服电机SM6的线缆需要在上臂18中走线，从而在上臂中需要配置线缆束导向部35等结构。另外，第一线缆束25a和第二线缆束25b在基座12中与驱动其他伺服电机的线缆汇合，从而需要在基台内部设置足够的空间。

本发明提供一种工业机器人的线缆布置结构，其特征在于，所述工业机器人包括：基座；大臂，所述大臂被可枢转地支承于基座；小臂，所述小臂被可枢转地连接至所述大臂；手腕体，所述手腕体连接在所述小臂的前端；第一驱动装置，其布置在所述基座的内部，并且用于驱动所述基座绕第一旋转轴旋转；第二驱动装置，其布置在所述基座和所述大臂的连接部，并且用于驱动大臂绕所述第二旋转轴旋转；第三驱动装置，其布置在所述小臂和所述大臂的连接部，并且用于驱动小臂绕第三旋转轴旋转；第四驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第四轴线旋转；第五驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第五轴线旋转；以及第六驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第六轴线旋转，其中，为所述第三驱动装置～第六驱动装置提供动力或控制信号的第一线缆的第一引出口设置在所述大臂和所述小臂的连接部，为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供动力或控制信号的第二线缆的第二引出口设置在所述基座的后部，所述第一线缆在第一固线部处与所述第二线缆汇合之后，连接到动作控制系统或能源供应系统，所述第一固线部在水平方向上位于所述工业机器人与动作控制系统或能源供应系统之间的位置处。

在上述的工业机器人的线缆布置结构中，所述第一线缆为所述第三驱动装置～第六驱动装置提供动力和控制信号，所述第二线缆为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供动力和控制信号，所述第一线缆在第一固线部处与所述第二线缆汇合之后，同时连接到动作控制系统和能源供应系统，所述第一固线部在水平方向上位于在动作控制系统和能源供应系统之中更靠近工业机器人的一者与所述工业机器人之间的位置处。

在上述的工业机器人的线缆布置结构中，所述第一线缆沿着所述大臂配置，并且经由第二固线部到达所述第一固线部，所述第二固线部位于基座的旋转部的后方。

在上述的工业机器人的线缆布置结构中，所述第一线缆经由线缆吊架到达所述第一固线部。

本发明除了作为工业机器人的线缆布置结构实现之外，还可以作为具有这样的线缆布置结构的工业机器人来实现。

根据本发明提供的工业机器人的线缆布置结构以及具有这样的线缆布置结构的工业机器人，能够避免小臂和手腕体中的走线。另外，无需在基座的内部设置用于使线缆汇合的较大的空间，从而能够避免基座的大型化。

附图说明

图1是示出工业机器人的基本构成的图；

图2是示出工业机器人的马达M3～M6的配置位置的图；

图3是示意性地示出基座1中的第二引出口70和第二线缆50b的图；

图4是示出本发明的实施例1的示意图；

图5是示出本发明的实施例1的一个变形例的示意图；

图6是示出本发明的实施例1的另一个变形例的示意图；

图7是示出本发明的实施例2的示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的具体实施方式进行说明。在本发明的说明中，为了使得本发明的宗旨更加清楚，对于相关公知功能以及与本发明没有直接关系的结构、功能，省略具体说明。

图1示出了本发明一个实施方式中的工业机器人100。如图1所示，工业机器人100的外部结构主要包括：基座1、大臂2、小臂3、手腕体4、平衡器5、以及多个马达6。

图1中，以基准面P0为参照基准定义了三维坐标系XYZ。其中，XY平面与基准面P0平行，Z轴垂直于基准面P0。图1中所示的工业机器人100处于如下状态：基座1被固定于基准面P0；大臂2与基准面P0垂直；小臂3及手腕体4与大臂垂直，并平行于基准面P0。在后面的图4～图7、摘要附图中的XYZ方向与图1相同。

这里所称的“垂直”、“平行”等，并不要求其所成的角度是90度或0度，而是允许一定的公差或误差。

下面，对工业机器人100的各个组成部分进行具体说明。

基座1是工业机器人100的底座，用于将机器人100安装固定于工作场所，并支撑机器人100的其他部件。通常情况下，基座1可以由金属、合金等坚固的材料制成，也可以由其他各种材料制成，只要其刚性、挠性等性能满足需求即可。基座可以通过铸造等制造工艺形成。图1中的基座1的内部是中空的，其中容纳有图中未示出的马达等其他部件、以及用于对一部分马达提供动力和信号的线缆。基座1的上部与大臂2及平衡器5相连结。基座1的底部通过机械连结等方式被固定到基准面P0上。需要说明的是，尽管大多情况下基座1被直接固定于地面(此时地面即为基准面P0)，但并不限于此，也可以被固定于工作台等其他平面。例如，当需要将工业机器人100倒置进行悬挂设置时，基座1可被固定于天花板等的下表面上。

大臂2是工业机器人100的第一臂，大臂2的一端被支承于基座1。大臂2能够绕垂直于基准面P0的第一轴A1相对于基座1进行相对旋转(第一旋转运动)。由图1可以看出，该第一旋转位于XY平面内。此外，大臂2还能够绕平行于基准面的第二轴A2进行旋转运动(第二旋转运动)。如图1所示，该第二旋转位于XZ平面内。大臂2的另一端与小臂3相连。

如图1所示，小臂3呈杆状，其一端与大臂2相连，能够在马达的驱动下，绕旋转轴A3相对于大臂2进行旋转(第三旋转运动)。此外，小臂3的另一端与手腕体4相连。

如图1所示，手腕体4能够绕其中心轴(第四轴)A4进行旋转(第四旋转运动)。并且，手腕体4还可以绕平行于基准面P0的第五轴A5进行相对旋转(第五旋转运动)。

除了上述第一至第五旋转运动，本实施例的工业机器人100还包括第六旋转运动。所述第六旋转运动是指与手腕体4的末端相连结的执行部件(图中未示出)绕其轴(第六轴)旋转的运动。由此，本实施例的工业机器人100的各个部件的旋转运动合计具有六个旋转轴，因此该工业机器人100也被称为六轴机器人。

平衡器5被支承在基座1上。平衡器5与大臂2相连。平衡器5能够与大臂2进行相对旋转。图1所示的状态下，平衡器5处于初始位置，不对大臂2施加作用力。随着大臂2绕第二轴A2进行旋转，平衡器5与大臂2之间的相对距离发生变化。伴随着该变化，平衡器5向大臂2施加拉力或推力。通过提供这样的作用力，有助于大臂2更加容易地返回到平衡位置。即，平衡器5具有协助大臂2恢复平衡的功能。

除上述部分之外，工业机器人100至少还包括：动力传递系统、能源供应系统、以及动作控制系统。所述动力传递系统能够将各个马达产生的驱动力传递至各运动部件，例如大臂、小臂、手腕体等。所述能源供应系统能够向各个马达提供其工作所需的能源。当采用电动马达时，所述能够供应系统即为电力供应系统。通过科学地规划布置电力输送线路，来满足各个电动马达的用电需求。此外，所述动作控制系统能够对各个运动部件的动作进行控制。所述动作控制系统能够按照用户预先设定的程序，控制各个运动部件的动作。

以下，对六个马达M1～M6的配置位置进行详细说明。

首先，为上述第一旋转运动提供动力的马达M1被设置于基座1的内部。马达M1驱动大臂2以及与该大臂相连的基座1的旋转部绕垂直于基准面P0的第一轴A1相对于基座1的固定部进行相对旋转。

其次，为上述第二旋转运动提供动力的马达M2被设置于基座和大臂的连接部。马达M2驱动大臂2绕平行于基准面的第二轴A2旋转。即，使得大臂2俯仰运动。

图2是工业机器人的后视图，用于示出马达M3～M6的配置位置。

马达M3是用于驱动小臂3的摆动的驱动装置。也就是说，使小臂3绕第三轴A3旋转。如图2所示，该马达3以使其驱动轴与小臂3的中心轴垂直的方式布置在小臂和大臂的连接部。

马达M4是用于实现手腕体4的偏转(臂转)运动的驱动装置。也就是说，使手腕体4绕第四轴A4旋转。

马达M5是用于实现手腕体4的俯仰(腕摆)运动的驱动装置。也就是说，使手腕体4绕第五轴A5旋转。

马达M6是用于实现手腕体4的回转(手转)运动的驱动装置。也就是说，使手腕体4绕第六轴A6旋转。

如图2所示，上述的马达M4、马达M5、马达M6都以其驱动轴与小臂的中心轴平行的方式布置在小臂3的后端。

驱动手腕体4的马达M4～M6的动力通过设置于小臂3及手腕体4内部的减速器、齿轮等动力传递装置向手腕体及小臂传递。

由于驱动手腕体4的所有马达都被配置在小臂3的后端，而通过小臂3及手腕体4内动力传递装置向手腕传递动力，从而避免了小臂和手腕中的布线。因此，在小臂和手腕中不需要预留相应线缆的布线空间，有效地避免由于在手臂和手腕中走线而对工业机器人的操作的限制。

本发明作为动力驱动装置的例子，而举例说明了马达，但不限于此。此外，作为提供上述驱动力的马达，例如可以是电动马达。但马达的种类不限于此，只要能满足提供驱动力的条件即可，除了电动马达之外，也可以是液压马达或气动马达等。

此外，在手腕体4的前端可以连接末端执行器，末端执行器能够通过马达M4～M6的驱动而相应地运动。末端执行器包括但不限于夹持器、托持器、吸盘、喷枪和焊枪等等。例如，在用于焊接作业时，末端执行器可以用于气焊、电弧焊、激光焊、等离子体焊、电子束焊、电阻焊、钎焊、摩擦焊等等。

<实施例1>

如图4所示，工业机器人系统包括：能源供应系统和动作控制系统，作为能源供应系统的例子可以举出电源，作为动作控制系统的例子可以举出机器人控制装置。

来自电源等能源供应系统的线缆为马达M1～M6提供动力。而来自机器人控制装置等动作控制系统的线缆为马达M1～M6提供控制信号。

将为马达M3～M6提供动力和/或信号的线缆作为第一线缆50a，该第一线缆50a可以是线缆束，也可以由多个线缆构成。在小臂3和大臂2的连接部设置第一引出口60，从该第一引出口60将第一线缆50a引出到工业机器人的外部。

将为马达M1和M2提供动力和/或信号的线缆作为第二线缆50b，该第二线缆50b可以是线缆束，也可以由多个线缆构成。如图3所示，在基座1上设置第二引出口70，并从该第二引出口70将第二线缆50b引出到工业机器人的外部。第二引出口70优选的是设置在基座1的后部。

在工业机器人和电源之间(或者，工业机器人和机器人控制装置之间)的位置处设置第一固线部80。

通常情况下，电源和机器人控制装置均位于工业机器人主体的后方，从而，如图4所示，第一固线部80位于基座的后方且电源或机器人控制装置的前方。

在同时具有电源和机器人控制装置的情况下，第一固线部80也可以位于电源和机器人控制装置之中更靠近工业机器人的一者与该工业机器人之间的位置处。

第一线缆50a和第二线缆50b在第一固线部80处汇合。

在第一线缆50a和第二线缆50b分别以动力线和信号线两者作为对象的情况下，第一线缆50a和第二线缆50b在第一固线部80处汇合之后，其中的各动力线连接到电源，各信号线连接到机器人控制装置。但是，也不限于此。

第一线缆50a和第二线缆50b也可以仅以动力线或信号线一种线缆作为对象，在这种情况下，第一线缆50a和第二线缆50b在第一固线部80处汇合之后，只连接到机器人控制装置和电源中的一者即可。具体来说，仅将动力线作为对象的情况下，连接到电源，仅将信号线作为对象的情况下，连接到机器人控制装置。此外，在机器人控制装置和电源位于一处、或者通过一个装置实现机器人控制装置和电源的功能的情况下，第一线缆50a和第二线缆50b在第一固线部80处汇合之后，可以整合为一个线缆束进行连接。

第一固线部80的设置位置只要在水平方向(X方向)上位于工业机器人和电源之间(或者，工业机器人和机器人控制装置之间)即可。可以用多种方式来实现。即，可以有多个变形例。

例如，如图5所示，该第一固线部80可以位于从基座水平延伸的支撑件上。

第一固线部80也可以在Z方向上有一定高度，例如可以设置在悬空的支架上。第一固线部80可以根据电源或机器人控制装置的Z方向上的位置，进行适应性地调整。

另外，第一固线部80也可以在Y方向上位于电源和机器人控制装置之间。

此外，如图6所示，第一线缆50a可以经由线缆吊架85到达第一固线部80。从而，使得第一线缆50a不干扰工业机器人的动作。尤其是，在焊接机器人等中还具有供应焊料的供应管等，在这种情况下，焊料的供应管(未示出)等也可以与第一线缆50a一起用线缆吊架85支撑，从而，整体地约束工业机器人的管线，使得各管道和线缆不干扰工业机器人的动作。

如上所述，在本发明的实施例1中，由于第一线缆50a和第二线缆50b在位于工业机器人外部的第一固线部80处汇合，因此不需要在基座1内设置用于使线缆汇合的较大的空间，从而能够抑制基座1的大型化。

<实施例2>

在实施例2中，如图7所示，除了第一固线部80之外，还设置有第二固线部90。

第一线缆50a从第一引出口60被引出到工业机器人的外部之后，沿着大臂2配置。可以在大臂2上的几个位置处通过固定件以具有少量冗余的方式进行固定。

基座1包括固定部和旋转部。第二固线部90位于基座1的旋转部的后部，且能够随着该旋转部一起旋转。第二固线部90以第一线缆50a在长度方向上、在小范围内可滑动的方式固定第一线缆50a。从而，使得第一线缆50a不干扰工业机器人的动作。

此外，通过上述的第二固线部90的固定方式以及线缆长度上的冗余，能够很好地吸收线缆的扭曲或弯曲，同时也能够防止线缆过度地被拉扯而容易损伤的情况。

第二固线部90优选的是在X方向和Y方向上都与平衡器5错开位置配置。从而，也不干扰平衡器5的运动。

实施例2在第一线缆50a的布线方式上与实施例1不同，然而，实施例2同样地能够获得抑制基座1的大型化的效果。另外，实施例2能够进一步减少线缆对工业机器人的动作的干扰。

以上，虽然参考本发明的具体实施方式来进行了说明，但是这些实施方式并不是用于限定本发明的，而仅仅是本发明的示例。本领域技术人员知道可以对这些具体实施方式进行各种修改、组合和变更，只要不脱离权利要求或其等同物所限定的本发明的要旨和范围，则应当看作包含在本发明中。

Claims (8)

1.一种工业机器人的线缆布置结构，其特征在于，

所述工业机器人包括：

基座；

大臂，所述大臂被可枢转地支承于基座；

小臂，所述小臂被可枢转地连接至所述大臂；

手腕体，所述手腕体连接在所述小臂的前端；

第一驱动装置，其布置在所述基座的内部，并且用于驱动所述基座绕第一旋转轴旋转；

第二驱动装置，其布置在所述基座和所述大臂的连接部，并且用于驱动大臂绕第二旋转轴旋转；

第三驱动装置，其布置在所述小臂和所述大臂的连接部，并且用于驱动小臂绕第三旋转轴旋转；

第四驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第四轴线旋转；

第五驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第五轴线旋转；以及

第六驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第六轴线旋转，

其中，为所述第三驱动装置～第六驱动装置提供动力或控制信号的第一线缆的第一引出口设置在所述大臂和所述小臂的连接部，

为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供动力或控制信号的第二线缆的第二引出口设置在所述基座的后部，

所述第一线缆在第一固线部处与所述第二线缆汇合之后，连接到动作控制系统或能源供应系统，所述第一固线部在水平方向上位于所述工业机器人与动作控制系统或能源供应系统之间的位置处。

2.如权利要求1所述的工业机器人的线缆布置结构，其特征在于，

所述第一线缆为所述第三驱动装置～第六驱动装置提供动力和控制信号，

所述第二线缆为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供动力和控制信号，

所述第一线缆在第一固线部处与所述第二线缆汇合之后，同时连接到动作控制系统和能源供应系统，所述第一固线部在水平方向上位于在动作控制系统和能源供应系统之中更靠近工业机器人的一者与所述工业机器人之间的位置处。

3.如权利要求1或2所述的工业机器人的线缆布置结构，其特征在于，

所述第一线缆沿着所述大臂配置，并且经由第二固线部到达所述第一固线部，所述第二固线部位于基座的旋转部的后方。

4.如权利要求1或2中的任一项所述的工业机器人的线缆布置结构，其特征在于，

所述第一线缆经由线缆吊架到达所述第一固线部。

5.一种工业机器人，其特征在于，包括：

基座；

大臂，所述大臂被可枢转地支承于基座；

小臂，所述小臂被可枢转地连接至所述大臂；

手腕体，所述手腕体连接在所述小臂的前端；

第一驱动装置，其布置在所述基座的内部，并且用于驱动所述基座绕第一旋转轴旋转；

第二驱动装置，其布置在所述基座和所述大臂的连接部，并且用于驱动大臂绕第二旋转轴旋转；

第三驱动装置，其布置在所述小臂和所述大臂的连接部，并且用于驱动小臂绕第三旋转轴旋转；

第四驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第四轴线旋转；

第五驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第五轴线旋转；以及

第六驱动装置，其布置在所述小臂的后端，并且用于驱动所述手腕体绕第六轴线旋转，

其中，为所述第三驱动装置～第六驱动装置提供动力或控制信号的第一线缆的第一引出口设置在所述大臂和所述小臂的连接部，

为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供动力或控制信号的第二线缆的第二引出口设置在所述基座的后部，

所述第一线缆在第一固线部处与所述第二线缆汇合之后，连接到动作控制系统或能源供应系统，所述第一固线部在水平方向上位于所述工业机器人与动作控制系统或能源供应系统之间的位置处。

6.如权利要求5所述的工业机器人，其特征在于，

所述第一线缆为所述第三驱动装置～第六驱动装置提供动力和控制信号，

所述第二线缆为所述第一驱动装置和所述第二驱动装置提供动力和控制信号，

所述第一线缆在第一固线部处与所述第二线缆汇合之后，同时连接到动作控制系统和能源供应系统，所述第一固线部在水平方向上位于在动作控制系统和能源供应系统之中更靠近工业机器人的一者与所述工业机器人之间的位置处。

7.如权利要求5或6所述的工业机器人，其特征在于，

所述第一线缆沿着所述大臂配置，并且经由第二固线部到达所述第一固线部，所述第二固线部位于基座的旋转部的后方。

8.如权利要求5或6中的任一项所述的工业机器人，其特征在于，

所述第一线缆经由线缆吊架到达所述第一固线部。