CN105229340A - 旋转机构及机器人 - Google Patents

Abstract

提供一种旋转机构及机器人，其具备采用机械结构制动器机构，并且能够实现紧凑化。旋转机构具备驱动轴、轴体、螺纹部、一组固定部件、以及可动部件。驱动轴对被驱动体进行旋转驱动。轴体与驱动轴联动，螺纹部设置于轴体。一组固定部件隔着规定间隔安装于螺纹部。可动部件以被止转的状态安装在一组固定部件之间，并伴随着轴体的旋转而在螺纹部上进退，可动部件与固定部件抵接而限制驱动轴的旋转。

Description

旋转机构及机器人

技术领域

本发明涉及旋转机构及机器人。

背景技术

以往，已知一种具备多关节的机器人臂的机器人。机器人臂的多个连杆体经由关节机构而连接。连杆体经由关节机构而绕轴转动，但对于其转动范围而言，受到基于软件的动作控制、采用机械结构动作控制，或者组合两者的动作控制。

在作为旋转机构的关节机构中，一般而言，设置有进行采用机械结构动作控制的制动器机构。作为制动器机构，存在设置为如下的机构：例如具备设置于固定体的固定侧卡合部、和设置于回转体的回转侧卡合部，通过使回转体进行回转，固定侧卡合部和回转侧卡合部相互卡合(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本再公表97/10933号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，以专利文献1为代表的现有的采用机械结构制动器机构，如上所述，设置为，位于旋转轴的外侧的固定侧卡合部和回转侧卡合部相互卡合的结构，或者相互抵接的结构。

如此，由于需要固定侧卡合部和回转侧卡合部，因此难以节省空间，并难以紧凑化制动器机构。因而，难以紧凑化具备采用机械结构制动器机构的旋转机构，并难以紧凑化作为关节机构而具备该旋转机构的机器人。

实施方式的一个形态是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供一种具备采用机械结构制动器功能、并且能够实现紧凑化的旋转机构及机器人。

用于解决问题的技术方案

实施方式的一个形态涉及的旋转机构具备驱动轴、轴体、螺纹部、一组固定部件、以及可动部件。驱动轴对被驱动体进行旋转驱动。轴体与驱动轴联动，螺纹部设置于该轴体。一组固定部件隔着规定间隔安装于所述螺纹部。可动部件以被止转的状态安装在所述一组固定部件之间，并伴随着所述轴体的旋转而在所述螺纹部上进退，可动部件与所述固定部件抵接而限制所述驱动轴的旋转。

发明效果

根据实施方式的一个形态，能够以紧凑的结构、且廉价地制造能够限制驱动轴的旋转的旋转机构。

附图说明

图1是表示实施方式涉及的旋转机构的示意图。

图2A是表示所述旋转机构中的可动部件的动作的一例的示意图。

图2B是表示所述旋转机构中的可动部件的动作的一例的示意图。

图3A是第一变形例涉及的旋转机构的示意图。

图3B是第二变形例涉及的旋转机构的示意图。

图4是表示具备所述旋转机构的机器人的一例的立体图。

图5是将所述机器人的关节部切除一部分而表示的示意图。

图6是将变形例涉及的关节部切除一部分而表示的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本申请公开的旋转机构及机器人的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限于以下所示的实施方式。

图1是表示实施方式涉及的旋转机构100的示意图。图2A及图2B是表示旋转机构100中的可动部件140的动作的一例的示意图。首先，利用图1来说明本实施方式涉及的旋转机构100的概要。

如图1所示，本实施方式涉及的旋转机构100设置于规定的转动装置400。转动装置400构成为如下：通过驱动部，作为被驱动体的第一连杆体410和第二连杆体420能够绕轴心440相对旋转。

在本实施方式中，驱动部具备电机210及与电机210连结的减速机构300，减速机构300夹设在电机210的驱动轴220和第一连杆体410之间。而且，利用减速机构300能够适当地使电机210的旋转减速，并能够使第二连杆体420相对于第一连杆体410以规定的转矩旋转。

如图所示，旋转机构100设置在转动装置400的第一连杆体410和第二连杆体420之间。而且，使第一连杆体410和第二连杆体420相对旋转，并且采用机械结构限制两者的相对的转动。在本实施方式涉及的旋转机构100中，采用机械结构限制第一连杆体410相对于第二连杆体420的转动。

作为该旋转机构100的结构具备旋转驱动第二连杆体420的驱动轴220、轴体110、螺纹部111、一组固定部件120、130、以及可动部件140。

驱动轴220设置于电机210，轴体110与该驱动轴220联动。而且，在轴体110上形成有由被螺纹加工的外螺纹部分构成的螺纹部111。

另外，如图所示，本实施方式涉及的轴体110兼作对第一连杆体410和第二连杆体420进行连结的连结轴430。因此，能够简化整体结构。

一组固定部件120、130隔着规定间隔安装于轴体110。此外，固定部件120、130中的至少一者被固定于第一连杆体410。此外，一组固定部件120、130优选地设置于螺纹部111。

可动部件140以被止转且在螺纹部111上进退的方式安装在一组固定部件120、130之间。该可动部件140如所谓螺母那样在外周面形成有平面部，在内部形成有内螺纹部(未图示)。即，如图2A及图2B所示，可动部件140在其外周面上形成的平面部与止转部件145抵接的状态下与螺纹部111螺合。通过该结构，可动部件140伴随着轴体110的旋转，沿着止转部件145而在螺纹部111上进退。而且，在螺纹部111上进退的结果，可动部件140与固定部件120、130抵接而被限制进退。此外，止转部件145作为可动部件140的止转而起作用即可，并具备与可动部件140的平面部抵接、能够对可动部件140的进退进行导向的平面即可。另外，作为止转部件145，例如，能够设置具有与可动部件140的平面形状相同的内周面的筒体，或者其对半分割筒体。

如图2A所示，例如，若轴体110如箭头500所示那样逆时针方向旋转，则可动部件140向图面上的向上的方向即向第一移动方向510移动。然后，可动部件140与固定部件120抵接，通过摩擦力来限制可动部件140的移动。可动部件140不能进行进一步的移动，其结果为驱动轴220的旋转被限制，并限制第二连杆体420的旋转。

另外，如图2B所示，例如，若轴体110如箭头600所示那样顺时针方向旋转，则可动部件140向图面上的向下即向第二移动方向610移动。可动部件140与固定部件130抵接，通过摩擦力来限制可动部件140的移动。可动部件140不能进行进一步的移动，在该情况下，其结果为驱动轴220的旋转被限制，并限制第二连杆体420的旋转。

如此，根据本实施方式涉及的旋转机构100，例如，即使转动装置400的、第二连杆体420相对于第一连杆体410的相对的转动量欲超过规定的范围回转，也能够采用机械结构强制停止第二连杆体420的回转。即，本实施方式涉及的旋转机构100具有机械式制动器的功能。此外，可动部件140在轴体110上的安装位置优选地将固定部件120、130之间的中间、或者将其附近设为初始位置。

另外，在上述的一组固定部件120、130之中，至少一者能够构成为在螺纹部111上进退。具体而言，如图1所示，在固定部件120、130之中，将至少一方设置为双螺母，或者设置为与双螺母同样的结构即可。

在图1所示的例子中，由第一螺母部121及第二螺母部122来构成一个固定部件120，并且由第一螺母部131及第二螺母部132来构成另一个固定部件130。而且，将一个固定部件120的第一螺母部121、和另一个固定部件130的第二螺母部132固定于第一连杆体410。

通过设置为这种结构，通过设置成能够改变一组固定部件120、130之间的距离即可动部件140到达固定部件120、130为止的距离，能够适当地设定第二连杆体420的转动界限。如此，根据本实施方式涉及的旋转机构100，即使由于某种原因而第二连杆体420欲超过所设定的转动范围旋转，也能够采用机械结构强制停止其旋转动作。

另外，作为转动装置400，即使在第二连杆体420的转动范围设定得较宽而能够相对于第一连杆体410旋转多次的情况下，根据本实施方式涉及的旋转机构100，也能够容易地与所设定的转动范围对应。

如上所述那样，旋转机构100具有作为第一连杆体410、第二连杆体420的机械式制动器的功能。而且，能够与对第二连杆体420和驱动部进行连结的连结轴430同轴地设置旋转机构100。因而，转动装置400虽然具备具有作为机械式制动器的功能的旋转机构100，但也能够紧凑地设置其结构。

在此，对旋转机构100的变形例进行说明。图3A是第一变形例涉及的旋转机构100的示意图，图3B是第二变形例涉及的旋转机构100的示意图。此外，在图3A及图3B中，关于与图1所示的旋转机构100相同的结构要素标注相同的附图标记，以下省略详细说明。

(第一变形例)

第一变形例涉及的旋转机构100与图1所示的旋转机构100的不同之处是，如图3A所示，轴体110不是设置在经由减速机构300的低速旋转侧，而是设置在高速旋转侧。在此，将使电机210的驱动轴220向与减速机构300相反的方向、即作为电机210的前段侧的主体后方延伸的后方延伸部分作为轴体110。此外，在此，兼用电机210的驱动轴220的后方延伸部分和轴体110，但也可以连结不同轴。

如果设置为这种结构，第二连杆体420经由减速机构300，能够以所期望的高转矩、低转速来进行驱动，另一方面，旋转机构100能够直接利用电机210的驱动轴220的旋转。因而，由于向旋转机构100传递的旋转不经由减速机构300，因此减少旋转机构100中产生的转矩。因而，也能够与转矩对应地缩小部件的刚性、大小等，能够实现旋转机构100的小型化。

(第二变形例)

图3B所示的第二变形例涉及的旋转机构100的轴体110与对第二连杆体420进行连结的连结轴430分体地设置。而且，在此，轴体110经由增速机构3与连结轴430连结。

即，在第二变形例涉及的旋转机构100中，与第一变形例涉及的旋转机构100相比，能够进一步减少该旋转机构100中产生的转矩。因而，能够进一步小型化旋转机构100。

本实施方式涉及的增速机构3由齿数不同的一组齿轮构成。具体而言，增速机构3由第一直齿轮31和第二直齿轮32构成，所述第一直齿轮31安装在与连结轴430连结的电机210的驱动轴220上，并由规定数的齿数构成，所述第二直齿轮32安装在轴体110的一端，所述第二直齿轮32的齿数小于第一直齿轮31的齿数。

如此，第二变形例涉及的旋转机构100的轴体110经由增速机构3与连结轴430连结。即，轴体110相对于驱动轴220平行地配设，来自驱动轴220的旋转经由具备第一直齿轮31和第二直齿轮32的增速机构3而被传递。

上述的实施方式涉及的旋转机构100设置在构成第一连杆体410的框架内，并限制第二连杆体420的旋转动作。相反地，也能够将旋转机构100设置在构成第二连杆体420的框架内，并限制第一连杆体410的旋转动作。如此，旋转机构100能够限制第一连杆体410和第二连杆体420的相对的旋转动作，能够适当地设定旋转机构100的配置等。

下面，参照图4～图6来说明将旋转机构100设置于机器人1的情况。图4是表示具备旋转机构100的机器人1的一例的立体图，图5是将机器人1的关节部切除一部分而表示的示意图。另外，图6是将变形例涉及的关节部切除一部分而表示的示意图。

本实施方式涉及的机器人1是所谓的多关节机器人，如图4所示，具备：设置在基台11上的躯干部12；与该躯干部12连结的臂部13；以及设置于臂部13的前端的肘杆部14。

基台11经由座部11a固定于设置面。躯干部12绕垂直轴(未图示)向水平方向转动自如地设置在该基台11上。此外，该躯干部12通过电机部20的驱动而水平旋转。

作为多个连杆体的第一臂15和第二臂16分别经由关节部而转动自如地连结，从而构成与所述躯干部12连结的臂部13。

即，第一臂15经由第一关节部2a在前后方向上摆动自如地连结在躯干部12上。在此，将肘杆部14所处的方向设置为机器人1的前方。

本实施方式涉及的机器人1在使第一臂15摆动的第一关节部2a上，设有以上说明的旋转机构100、和向旋转机构100的轴体110传递动力的作为驱动源的第一电机21。即，机器人1具备：旋转机构100；向旋转机构100的轴体110传递动力的第一电机21；经由旋转机构100而转动自如地连结的至少一组作为连杆体的躯干部12；以及第一臂15。

另外，第二臂16经由第二关节部2b向上下方向摆动自如地连结在第一臂15的前端部。使第二臂16摆动的第二关节部2b具备第二电机22。

同样地，作为连杆体的第一肘杆17和第二肘杆18分别经由关节部转动自如地连结而构成肘杆部14。第一肘杆17的基端部经由第三关节部2c而绕轴转动自如地连结于臂部13的第二臂16的前端。另一方面，第二肘杆18经由第四关节部2d向上下方向摆动自如地连结在形成为叉形状的第一肘杆17的前端部。

如上所述，本实施方式涉及的旋转机构100设置在第一关节部2a，在第一臂15的摆动量超过了设定范围的情况下，能够采用机械结构强制停止第一臂15的摆动动作。

在此，参照图5，更具体地说明设置于图4所示的机器人1的第一关节部2a。第一关节部2a设置在躯干部12的上部侧(参照图4)，并摆动自如地连结臂部13的第一臂15。

第一关节部2a具备作为驱动部的第一电机21、和与该第一电机21联动连结的减速器25。而且，如图所示，第一电机21暴露在外部，易于进行驱动部的向第一关节部2a的装卸作业。

如图5所示，第一臂15的基端经由螺栓51与减速器25连结。根据该结构，将第一电机21作为驱动源的旋转力以规定的转速和转矩传递至第一臂15。

旋转机构100配设在构成第一臂15的框架内，并设置在减速器25的后段侧即低速旋转侧。如图所示，将轴体110的一端固定在第一臂15的框架内侧面13a，使另一端侧贯穿框架，并在框架外侧面13b上利用螺钉160来固定。而且，在轴体110的螺纹部111安装有外周面上具有平面部的可动部件140，该可动部件140沿着安装于躯干部12的止转部件145进退自如。

另外，在该例子中，框架内侧面13a、和与该框架内侧面13a对置地安装于轴体110的螺母部件123作为一组固定部件120、130而起作用。即，当旋转螺母部件123而使其移动时，能够改变可动部件140到达固定部件120、130为止的距离，能够适当地设定第一臂15的摆动界限。

根据上述结构，即使机器人1中的第一臂15欲超过第一臂15和躯干部12之间预先设定的相对的摆动范围进行摆动，也能够采用机械结构强制停止。

另外，由于旋转机构100的轴体110与第一电机21的驱动轴同轴地设置，因此，机器人1的臂部13具有作为机械式制动器的功能，并且能够设置为紧凑的结构。

下面，参照图6对第一关节部2a的变形例进行说明。在图5中所示的第一关节部2a中，旋转机构100设置在减速器25的后段侧、即低速旋转侧。如图6所示，变形例涉及的第一关节部2a设置在减速器25的前段侧、即高速旋转侧。

如图所示，电机21的驱动轴23与减速器25连结，该减速器25与第一臂15连结，来自电机21的旋转力经由减速器25而以规定的转速和转矩传递至第一臂15。

另一方面，旋转机构100并列设置在电机21的附近，并经由一对齿轮310、320与电机21的驱动轴23联动。即，与电机21的驱动轴23平行地，经由轴承150配设有连结轴330，该连结轴330与旋转机构100的轴体110连结，并且在连结轴330的中途安装有第二直齿轮320。另一方面，在驱动轴23的中途安装有第一直齿轮310。

而且，使安装于该驱动轴23的第一直齿轮310、和安装于连结轴330的第二直齿轮320相互啮合。此外，在此，旋转机构100的轴体110和可动部件140设置在安装于电机21的外壳的罩101内。此外，在此，使罩体101作为可动部件140的止转部件而起作用。

根据该结构，电机21的驱动轴23的旋转不经由减速器25，而是经由一对齿轮310、320而传递至旋转机构100。即，低转矩的旋转力比较高速地传递至旋转机构100。因而，能够缩小轴体110的直径，其结果，也能够缩小固定部件120、130和可动部件140。因此，能够实现比图5所示的旋转机构100还小的结构。

此外，在图6所示的变形例涉及的第一关节部2a中，在一组固定部件120、130之中，将固定部件120设置为由第一螺母部121及第二螺母部122构成的双螺母结构。因而，在改变可动部件140到达固定部件120、130为止的距离的情况下，在此，能够利用固定部件120来改变固定部件120、130之间的距离。另外，虽然设置为将罩体101安装于电机21的外壳的结构，但也可以是安装于躯干部12的外表面的结构。

另外，本实施方式涉及的机器人1的旋转机构100设置于第一关节部2a。但是，作为旋转机构100的配设对象，不限于第一关节部2a。即使是其他关节部也能够适当地设置。

根据上述的本实施方式，能实现以下所示的结构的旋转机构100。即，具备驱动轴220、轴体110、螺纹部111、一组固定部件120、130、以及可动部件140的旋转机构100。

在该结构中，驱动轴220设置于电机210等的驱动源，并旋转驱动连杆体等被驱动体(例如，第一连杆体410和第二连杆体420)。轴体110与驱动轴220联动，螺纹部111设置于轴体110。另外，一组固定部件120、130隔着规定间隔安装于螺纹部111。另外，可动部件140安装在一组固定部120、130之间，并伴随着轴体110的旋转而在螺纹部111上进退。而且，可动部件140与固定部件120、130中的任一者抵接而限制驱动轴220的旋转。

该结构的旋转机构100具备能够强制地限制驱动轴220的旋转的作为机械式制动器的功能，并且能够将机构整体设置为紧凑的结构，而且，能够廉价地提供。

另外，上述结构的旋转机构100能够改变一组固定部件120、130之间的距离。

具体而言，设置为以下结构：在一组固定部件120、130之中，至少一者能够在螺纹部111上进退。作为该结构的一例，存在双螺母结构，但只要是改变固定部件120、130之间的距离的结构，则不进行任何限定。

根据该结构，能够容易地对被驱动体设定与预先设定的设定转动范围对应的转动界限范围。

另外，上述结构的旋转机构100能够设置为以下结构，在驱动轴220和被驱动体之间夹设减速机构300。根据该结构，能够使被驱动体以所期望的高转矩、低转速的方式进行旋转驱动。

另外，上述结构的旋转机构100能够设置为以下结构，轴体110经由增速机构3与驱动轴220连接。根据该结构，只要与更小的转矩对应即可，因此，能够进一步小型化旋转机构100。

如以上进行说明的那样，根据本实施方式涉及的旋转机构100，能够将被驱动体的可动范围制限在例如超过360度的任意的范围。因而，能够自由地规定被驱动体所要求的转动范围，能够用于各种用途。

另外，根据本实施方式，能够实现以下所示的结构的机器人1。即，具备上述的旋转机构100、向旋转机构100的轴体110传递动力的驱动源、以及经由旋转机构100而转动自如地连结的至少一组连杆体的机器人1。在此，例如在图4所示的机器人1的情况下，一组连杆体是躯干部12和第一臂15、第一臂15和第二臂16、第二臂16和第一肘杆17、以及第一肘杆17和第二肘杆18。

根据该结构的机器人1，能够提高预先设定于连杆体的转动范围的设定自由度，并且能够容易地设定与设定转动范围对应的转动界限范围。因而，在连杆体的转动量超过了设定范围的情况下，能够采用机械结构强制停止连杆体的转动动作。

另外，根据该机器人1，通过将连杆体的可动范围设置为超过360度的任意的范围，能够在连杆体的动作速度稳定了的状态下，例如，进行涂装、焊接等各种作业。因此，能够尽量减少作业不均等。

对于本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果和变形例。因而，本发明的更广泛的方式不限于以上所述并记述的特定的详细内容以及代表性的实施方式。因此，在不脱离所附的权利要求书及其等同物所定义的总的发明概念的精神或范围，能够进行各种各样的改变。

附图标记说明

1：机器人，2a：第一关节部，2b：第二关节部，2c：第三关节部，2d：第四关节部，12：躯干部(连杆体)，15：第一臂(连杆体)，21：第一电机(驱动源)，100：旋转机构，110：轴体，111：螺纹部，120、130：固定部件，140：可动部件，210：电机(驱动源)，220：驱动轴，410：第一连杆体，420：第二连杆体，430：连结轴。

Claims (6)

1.一种旋转机构，其特征在于，具备：

驱动轴，其对被驱动体进行旋转驱动；

轴体，其与该驱动轴联动；

螺纹部，其设置于该轴体；

一组固定部件，其隔着规定间隔安装于该螺纹部；以及

可动部件，其以被止转的状态安装在所述一组固定部件之间，并伴随着所述轴体的旋转而在所述螺纹部上进退，所述可动部件与所述固定部件抵接而限制所述驱动轴的旋转。

2.根据权利要求1所述的旋转机构，其特征在于，

所述一组固定部件之间的距离能够被改变。

3.根据权利要求1所述的旋转机构，其特征在于，

在所述一组固定部件之中，至少一者能够在所述螺纹部上进退。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转机构，其特征在于，

在所述驱动轴和所述被驱动体之间夹设减速器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转机构，其特征在于，

所述轴体经由增速机构与所述驱动轴连接。

6.一种机器人，其特征在于，具备：

权利要求1所述的旋转机构；

驱动源，其向该旋转机构的轴体传递动力；以及

至少一组连杆体，其经由所述旋转机构转动自如地连结。