CN1053857C

CN1053857C - 产业机械手

Info

Publication number: CN1053857C
Application number: CN94113447A
Authority: CN
Inventors: 崔在成; 林湦己; 李炳烈; 金相明; 金桢; 范镇桓
Original assignee: Research Institute Of Advanced Technology
Current assignee: Research Institute Of Advanced Technology
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2000-06-28
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JP2642319B2; JPH07328984A; CN1109812A

Abstract

一种产业机械手，包括：在一个侧壁上安装有电动机的基座，装在上述基座上部同机械手的垂直臂枢轴连接的支承托架，适合于使引入上述基座内的电缆从其内部通过的空心轴，和用于把上述电动机的动力传递给上述空心轴的传动装置。在电动机的主轴上设置缓冲和齿隙调节装置，以用于缓和机械手动作时传递给电动机的冲击和振动并调节传动装置的齿隙。在基座内安装有用于可移动支承引入到空心轴中的电缆的电缆支承装置。

Description

产业机械手

本发明涉及一种产业机械手，特别是涉及适合于作业空间狭小、作业环境恶劣的部位的焊接作业的产业机械手。

通常，在产业机械手的底座部的结构中，用于驱动垂直臂旋转自如地枢轴连接的支承托架的电动机，以同支承托架的轴同轴的关系配置，并且安装在基座部中。因而，通过这种底座部的结构，电缆缠绕在底座部的结构件的周围或者设置其他的电缆支架装置，以同驱动各臂的电动机相连接。现有的产业机械手的臂部结构是这样的：在水平臂的前端设置驱动手腕部的电动机，以直接驱动的方式向手腕部传递动力。

这种结构的现有产业机械手存在下列问题：

第一，由于驱动支承托架的电动机在基座内以同支承托架的垂直轴同轴的关系配置，则底座部的高度较高，就削弱了机械手的下部作业能力。

第二，在把电缆卷绕在底座部的结构件上的情况下，由于机械手的动作而产生电缆的扭曲，不但会损伤电缆，也使机械手的外观较差。另外，在使用其他的电缆支架的情况下，使底座部的设计变得复杂，而且底座部的大小也变为太大，就难于实现产业机械手的小型化和轻量化。

第三，把驱动手腕部的电动机设在水平臂的前端，机械手的重心位置就会远离底座，这样，在底座上就会承担过度的负荷。由此而降低了机械手的动力学特性和稳定性。

第四，由于驱动支承托架的电动机位于基座内部并同支承托架的垂直轴直接连接，难于进行电动机的维修和更换作业，而且在机械手动作时所产生的振动和冲击直接传递给电动机而存在损伤电动机的危险。

因此，本发明的目的是提供一种产业机械手，把机械手的驱动支承托架的电动机设在底座部的基座一侧壁上，使底座部的高度尽可能低而使下部作业能力尽可能大，同时，能够容易地进行上述电动机的修理、维护。

本发明的另一个目的是提供一种产业机械手，能够使机械手动作时传递给驱动支承托架的电动机的振动和冲击尽可能的小。

本发明的进一步目的是提供一种产业机械手，能够调节把电动机的动力传递给支承托架的空心轴的两伞齿轮间的齿隙。

本发明的又一个目的是提供一种产业机械手，把电缆引入基座内并从支承托架的空心轴内通过，就能够防止由电缆的扭曲现象所引起的电缆损伤。

本发明的进一步目的是提供一种产业机械手，把驱动水平臂和手腕部的电动机尽可能接近基座设置，从而提高动力学特性和稳定性。

本发明提出这样一种产业机械手，它具有下列构件：有上表面和侧面的基座，能自由回转地安装在上述基座的上表面上、具有传动轴的支承托架，安装在上述基座上的第一电动机，用来把上述第一电动机的动力传递给上述传动轴的第一传动装置，由安装在上述支承托架上的第二电动机作用而能以上述第二电动机的转轴为中心地回转、其后端能自由转动地安装在上述支承托架上的垂直臂，能自由转动地安装在上述垂直臂的前端、由上述第三电动机作用而能以第三电动机的转轴为中心地转动的外壳，能以其长度方向轴为中心自由转动地设置在上述外壳上的水平臂，设置在上述外壳的后端上的第四电动机，固定在第四电动机上的主动皮带轮，固定在上述水平臂的外周面上的从动皮带轮，将上述驱动皮带轮和从动皮带轮组合、将上述主动皮带轮的回转传递给上述从动皮带轮的牙轮皮带，能自由回转地安装在上述水平臂的前端、由设置在上述外壳后端上的第五电动机作用而以上述第五电动机的转轴为中心地转动的手腕部，用来把上述第五电动机的动力传递给上述手腕部的第三传动装置，和用来支承电缆的电缆支承装置，其改进在于：

上述支承托架所具有的传动轴为空心轴，被导入到基座内的电缆从上述空心轴内部通过，上述第一电动机沿水平安装在上述基座的侧面上。

而且，其改进还在于，上述电缆支承装置在上述基座内部、用来能移动地支承从上述空心轴部通过的电缆，并且设有下列构件：固定在上述基座上的支承片；一侧与上述支承片螺纹结合，另一侧上形成球形部，具有能自由转动地与球形部结合的球座的关节球；与上述关节球的球座螺纹结合的连接件；以及安装在上述连接件上、用来捆扎电缆的电缆和扣紧装置。

更进一步说，本发明的上述目的是这样实现的：提供一种产业机械手，其中包括：在一侧壁上装有电动机的基座；旋转自如地装在上述基座的上部并旋转自如地枢轴连接到机械手垂直臂的支承托架；整体形成在上述支承托架的下部并延伸到上述基座内以适合于使引入上述基座内的电缆从其内部通过的空心轴；以及用于把上述电动机的动力传递给上述空心轴的传动装置。

上述传动装置包括：设在上述电动机轴上的主动伞齿轮；固定在上述空心轴上并且同上述主动伞齿轮相啮合的从动伞齿轮。上述主动伞齿轮可变位地设在上述电动机轴上，上述传动装置还包括：在机械手动作时缓和从上述空心轴通过上述两伞齿轮传递到电动机上的冲击和振动的同时，能够调节两伞齿轮间的齿隙的缓冲和齿隙调节装置。

上述缓冲和齿隙调节装置包括：套在上述电动机的主轴上以接触上述主动伞齿轮两侧面的一对碟形弹簧；为了调节与上述主动伞齿轮相对应的上述各碟形弹簧的回弹力而同上述电动机的主轴螺旋配合的锁紧螺母。

本发明的产业机械手进一步包括用于可移动地支承进入上述空心轴内的电缆的电缆支承装置，上述电缆支承装置包括：固定在上述基座内的支承片；一侧同上述支承片螺旋配合而另一侧上形成球形部的具有同该球形部旋转自如地连接的球座的关节球；同上述关节球的球座螺旋配合的连接件；以及安装在上述连接件上，用于捆扎电缆的电缆扣紧装置。

根据本发明的另一个实施例，提供一种产业机械手，包括：在一侧壁上安装有第一电动机的基座；旋转自如地装在上述基座上部的，具有适合于使引入上述基座内的电缆通过其内部的空心轴的支承托架；用于把上述第一电动机的动力传递给上述空心轴的第一传动装置；在上述支承托架上旋转自如地枢轴连接其后端并由第二电动机所驱动的垂直臂；旋转自如地装在上述垂直臂的前端并由第三电动机所驱动的外壳；旋转自如地支承在上述外壳内并由设在上述外壳后端的第四电动机所驱动的水平臂；用于把上述第四电动机的动力传递给上述水平臂的第二传动装置；旋转自如地装在上述水平臂的前端并由设在上述外壳后端的第五电动机所驱动的手腕部；以及用于把上述第五电动机的动力传递给上述手腕部的第三传动装置。

在本发明的产业机械手中，上述第二传动装置包括：固定在上述第四电动机主轴上的主动皮带轮；固定在上述水平臂上的从动皮带轮；及把上述主动皮带轮的旋转传递给上述从动皮带轮的牙轮皮带。上述第三传动装置包括：通过联轴节而联结在上述第五电动机主轴上的长轴，和分别固定在上述长轴的端部和上述手腕部并相互啮合的一对伞齿轮。

在本发明的产业机械手中，同支承托架枢轴连接的垂直臂由第一电动机的驱动而旋转，同时，由第二电动机的驱动以支承托架为中心向上、下方向旋转，并旋转自如地同垂直臂的前端枢轴连接，旋转自如地安装了水平臂的外壳由第三电动机的驱动而旋转，同时，水平臂由第四电动机的驱动而旋转，旋转自如地装在水平臂前端的手腕部由第五电动机的驱动而旋转。

通过产业机械手基座的内部而引入支承托架的空心轴内的电缆由装在基座内的电缆支承装置可移动地支承。通过为第一电动机主轴设置的缓冲和齿隙调节装置，在机械手动作时通过支承托架的空心轴而传递给第一电动机的振动和冲击得以缓和，并且能够调节分别设在第一电动机轴和空心轴上的伞齿轮间的齿隙。

下面参照附图来对本发明的实施例进行详细说明。

图1是表示本发明的产业机械手的透视图；

图2是表示本发明产业机械手的底座部的截面图；

图3是分解表示图2的电缆支承装置的截面图；

图4是表示图2的缓冲和齿隙调节装置的放大截面图；

图5是表示图1的臂部和手腕部的驱动装置的截面图；

图6是图5的I-I线截面图。

附图中的标号表示：

12：底座部；14：支承托架；15：臂部；

16：垂直臂；18：水平臂；20：手腕部；

22：基座；24：空心轴；28：电缆；

34：电缆支承装置；36：支承片；38：球形部；40：球座；42：关节球；44：连接件；

48：电缆扣紧装置；50：第一电动机；52：第一传动装置；56：主动伞齿轮；58：从动伞齿轮；60：缓冲和齿隙调节装置；62：碟形弹簧；64：锁紧螺母；66：第二电动机；68：外壳；72第三电动机；74：第四电动机；76：第五电动机；78：作业工具；80：第六电动机；82：第二传动装置；84：第三传动装置；86：主动皮带轮；88：从动皮带轮；90：牙轮皮带；92：联轴节；94：长轴；96、98：伞齿轮。

图1中简略地表示了本发明的产业机械手10，该产业机械手10包括：底座部12和旋转自如地装在该底部12上的臂部15。底座部12包括：基座22和旋转自如地装在该基座22上的支承托架14。该臂部15包括：沿上、下方向旋转自如地装在支承托架14上的垂直臂16；旋转自如地设在该垂直臂16前端的水平臂18；以及旋转自如地装在该水平臂18前端的手腕部20。

如图2所明确表示的那样，在底座部12的基座22的上部装有适合于支承垂直臂16的支承托架14。空心轴24整体地形成在支承托架14的下部并延伸到基座22的内部。空心轴24由轴承26旋转自如地支承在基座22上。因此，支承托架14就能同空心轴24一起整体旋转。

另一方面，从控制器30所引出的多条电缆28，穿过在基座22的一侧壁上所形成的孔32而引入基座22内，在通过空心轴24内部之后，引出到基座22的外部并以通常的方式同各电动机连接。在基座22的内部，提供用于可移动地支承电缆28的支承装置34。

如图2和图3所明确表示的那样，电缆支承装置34包括：固定在基座22内的支承片36；一侧同支持片36螺旋配合而另一侧形成为球形部38的、具有同球形部38旋转自如的连接的球座40的关节球42；以及同球座的外表面螺旋配合的连接件44。在连接件44的一个端部上形成开口46，在该开口46内安装适合于捆扎电缆28的电缆扣紧装置48。

如图2所示那样，在基座22的一个侧壁上按水平方向安装第一电动机50，第一电动机50的动力通过第一传动装置52传递给空心轴24以使支承托架14旋转。第一传动装置52由可变位地设在第一电动机50的主轴54上的主动伞齿轮56和固定在空心轴24上并同主动伞齿轮56相啮合的从动伞齿轮58所构成。在第一电动机50的主轴54上设置缓冲和齿隙调节装置60，以缓和机械手动作时从空心轴24通过两伞齿轮56、58传递给第一电动机50的冲击和振动，同时能够调节两伞齿轮56、58间的齿隙。

如图4所明确表示的那样，缓冲和齿隙调节装置60包括：一对可同主动伞齿轮56的两侧相接触地套在第一电动机50的主轴54上的碟形弹簧62；和一个同第一电动机的主轴54螺旋配合，给各碟形弹簧62向主动伞齿轮56的两侧面加压，把主动伞齿轮56定位在主轴54上的预定位置上，并调节对主动伞齿轮56的各碟形弹簧62的回弹力的锁紧螺母64。各双碟形弹簧62由二个组成，一个碟形弹簧同主动伞齿轮56接触，另一个碟形弹簧同锁紧螺母64接触。

现在回到图1，产业机械手10的垂直臂16由第二电动机66的驱动以支承托架14为中心向上、下方向旋转。在垂直臂16的前端旋转自如地枢轴连接一个外壳68，该外壳68利用第三电动机72的驱动以垂直臂16的前端为中心旋转。水平臂18旋转自如地装在外壳68上(参照图5)。在外壳68的后端上，以相互平行的关系安装着用于驱动水平臂8的第四电动机74和用于驱动手腕部20的第五电动机76。在手腕部20上设有旋转自如的作业工具78。该作业工具78由第六电动机80驱动。

如图5和图6所明确表示的那样，第四电动机74的动力通过第二传动装置82传递给水平臂18，第五电动机76的动力通过第三传动装置84传递给手腕部20。

第二传动装置82由固定在第四电动机74的主轴75上的主动皮带轮86、固定在水平臂18上的从动皮带轮88和把主动皮带轮86的转动传递给从动皮带轮88的牙轮皮带90所构成。因此，第四电动机74的驱动力通过第二传动装置82的牙轮皮带90传递给水平臂18，则使该水平臂18旋转。

第三传动装置84由长轴94和一对伞齿轮96、98构成，该长轴94通过联轴节92连接到第五电动机76的轴77上并旋转自如地支承在水平臂18上，而该一对伞齿轮96、98分别固定在该长轴94的端部和手腕部20上并呈相互啮合的状态。因此，第五电动机76的驱动力通过第三传动装置传递给手腕部20从而使手腕部20旋转。

本发明这种结构的产业机械手的动作如下：

首先，如图2所示那样，如果第一电动机50进行驱动，该动力通过第一传动装置52的主动伞齿轮56和从动伞齿轮58传递给空心轴24。因此，由于空心轴24与支承托架14一起旋转，垂直臂16如图1所示那样向箭头“A”或“B”方向旋转。

在这种情况下，由机械手在作业时所产生的从臂部15通过空心轴24和从动伞齿轮58传递给主动伞齿轮56的振动和冲击，借助于在第一电动机50的主轴54上所设置的缓冲和齿隙调节装置60的碟形弹簧62而得到缓和，从而能够防止由振动和冲击对第一电动机50的损伤。在主动伞齿轮56上产生轴向力时，通过由锁紧螺母64调节碟形弹簧62对主动伞齿轮56的压力，就能够使两伞齿轮56、58间的齿隙尽可能的小。尤其是，在两伞齿轮56、58未圆滑啮合的情况下，通过松开一侧的锁紧螺母64来调节第一电动机50的主轴54上的主动伞齿轮56的位置，然后，拧紧锁紧螺母64以固定定位碟形弹簧62，由此来调节两伞齿轮56、58间的齿隙。

由于第一电动机50沿水平方向设在基座22的侧壁上，就能降低底座12的高度而提高下部作业能力，电动机的维修和更换作业也变得容易了，由于机械手的重心位于下方而从结构上得以稳定。

如图2所示那样，由于电缆28穿过基座22内部和空心轴24的内部而同各电动机相连接，电缆的处理是容易的并且机械手的外观变得美丽。由于电缆支承装置34的连接件44可以顺应电缆28的移动而以关节球42的球形部38为中心向多方向旋转，就能防止电缆28的扭曲现象。因此，在电缆上就不会发生由扭曲所引起的损伤。

如图1所示那样，垂直臂16由第二电动机66的驱动以支承托架14为中心向着箭头“C”或“D”方向旋转。

水平臂18由第三电动机72的驱动与外壳68一起以垂直臂16的前端为中心向着箭头“E”或“F”方向旋转。水平臂8通过由第四电动机74所驱动的第二传动装置82(参见图5)向着箭头“G”或“H”方向旋转。

如果第五电动机76旋转，该旋转力矩通过第三传动装置84传递给手腕部20。因此，手腕部20如图1所示那样以箭头“I”或“J”方向旋转。

如上所述，本发明由于驱动支承托架空心轴的第一电动机设在基座的一个侧壁上，就能降低底座部的高度，而提高下部作业能力，在结构上稳定，也使电动机的维修和更换作业变得容易了。

由于电缆穿过基座内部和空心轴内部而同各电动机相连接并由电缆支承装置可移动地支承，电缆的处理是容易的，能够防止电缆的扭曲现象。

由于在第一电动机轴上设置了缓冲和齿隙调节装置，就能保护电动机不受机械手动作时所产生的振动和冲击，并能够容易地调节第一传动装置的两伞齿轮间的齿隙。

由于驱动水平臂的电动机和驱动手腕部的电动机配置在外壳的后端部，就能减小加在底座部上的负荷，从而提高底座部的动力学特性和稳定性。

由于电动机的动力通过牙轮皮带传递给水平臂，因此就能使臂部轻量化，同时提高驱动精确度。

Claims

1、一种产业机械手，它具有下列构件：有上表面和侧面的基座，能自由回转地安装在上述基座的上表面上、具有传动轴的支承托架，安装在上述基座上的第一电动机，用来把上述第一电动机的动力传递给上述传动轴的第一传动装置，由安装在上述支承托架上的第二电动机作用而能以上述第二电动机的转轴为中心地回转、其后端能自由转动地安装在上述支承托架上的垂直臂，能自由转动地安装在上述垂直臂的前端、由上述第三电动机作用而能以第三电动机的转轴为中心地转动的外壳，能以其长度方向轴为中心自由转动地设置在上述外壳上的水平臂，设置在上述外壳的后端上的第四电动机，固定在第四电动机上的主动皮带轮，固定在上述水平臂的外周面上的从动皮带轮，将上述驱动皮带轮和从动皮带轮组合、将上述主动皮带轮的回转传递给上述从动皮带轮的牙轮皮带，能自由回转地安装在上述水平臂的前端、由设置在上述外壳后端上的第五电动机作用而以上述第五电动机的转轴为中心地转动的手腕部，用来把上述第五电动机的动力传递给上述手腕部的第三传动装置，和用来支承电缆的电缆支承装置，其特征在于：

上述支承托架所具有的传动轴为空心轴，被导入到基座内的电缆从上述空心轴内部通过，上述第一电动机沿水平安装在上述基座的侧面上；

上述电缆支承装置装在上述基座内部、用来能移动地支承从上述空心轴内部通过的电缆，并且设有下列构件：固紧在上述基座上的支承片；一侧与上述支承片螺纹结合、另一侧上形成球形部、具有能自由转动地与球形部结合的球座的关节球；与上述关节球的球座螺纹结合的连接件；以及安装在上述连接件上、用来捆扎电缆的电缆扣紧装置。

2、如权利要求1所述的产业机械手，其特征在于：上述第一传动装置设有：设置在上述第一电动机轴上的主动伞齿轮；和固定在上述空心轴上而且与上述主动伞齿轮啮合的从动伞齿轮。

3、如权利要求1所述的产业机械手，其特征在于：上述第三传动装置设有：借助联轴节而与上述第五电动机轴连接的长轴，和分别固定地设置在上述长轴的端部和上述手腕部上、相互啮合的一对伞齿轮。