CN106041988A - 具备使臂摆动的马达的机器人的关节构造 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的关节构造，其中，马达在臂的内部空间中固定于臂的一方的壁部。空心轴承插入到在臂的另一方的壁部上形成的第一开口部内。空心轴部能够装拆地固定于壳体，且支撑空心轴承的内圈。空心轴部的空心部形成为比马达小。第一开口部形成为能够使马达通过。在形成支撑部的壳体的壁部上形成有能够使空心轴承和马达能够通过的第二开口部。

Description

具备使臂摆动的马达的机器人的关节构造

技术领域

本发明涉及一种机器人的关节构造，其具备：空心构造的臂；壳体，其形成摆动自如地支撑臂的支撑部；以及使臂摆动的马达。

背景技术

在机器人的关节构造中公知有所谓两点支撑型的关节构造，即利用相互对置的一对支撑部夹持并摆动自如地支撑臂的构造。

如日本特开平8—141968号公报所示，这种关节构造具备：空心构造的臂；以及U字形状的壳体，其形成夹持臂的一端部而相互对置的一对支撑部且利用一对支撑部摆动自如地支撑臂。

图3是现有技术的机器人的关节构造的剖视图。如图3所示，U字形状的壳体10形成有夹持臂14而相互对置的一对支撑部A、B，并利用一对支撑部A、B将臂14支撑为绕摆动轴X自由摆动。在壳体10和臂14的各内部空间中容纳有使臂14摆动的旋转装置。作为旋转装置使用了图3所示那样的马达15及减速器17等。如图3所示，将马达15及减速器17的各旋转轴配置在与臂14的摆动轴X相同的轴线上。

如图3所示，马达15在臂14的内部空间中装配于臂14的两侧壁中一方的壁部14a。另外，在臂14的另一方的壁部14b形成有开口部14c，在开口部14c内配置有空心轴承16。在空心轴承16内插入有筒形的空心轴部10a。空心轴部10a形成于壳体10且空心轴部10a的中心轴与臂14的摆动轴X一致。另外，以使马达15通过空心轴部10a内的方式使空心轴部10a的内径比马达15的外径大，从而能够进行马达15的装配和更换。因此，当马达15的外径增大时，则需要使空心轴部10a的空心部的内径D增大，并且增大空心轴承16的尺寸。

通常，空心轴承的成本会随着轴承尺寸的增大而升高。如日本特开平8－141968号公报所示的机器人的手腕关节那样，由于对关节轴进行驱动的马达的外径比较小，因此空心轴承的尺寸较小即可。

但是，对于比手腕关节施加更大负荷的关节例如肘关节或肩关节，则需要使用比手腕关节的马达更大的马达。其结果是，空心轴承的尺寸增大，空心轴承的成本也会上升。这种问题会在将日本特开平8－141968号公报公开的关节构造适用于机器人的手腕关节以外的关节时发生。

图4是表示垂直多关节型机器人的立体图。如图4所示，在垂直多关节型机器人的臂的前端部安装有把持工件W的手部41。另外，作为臂的关节有手腕关节42、肘关节43及肩关节44等。对肘关节43或肩关节44等的关节轴进行驱动的马达通常比驱动手腕关节42的关节轴的马达更大。

为了解决上述的成本问题，提出了一种能够使U字形状的壳体10分割而由两个零件制成的关节构造的方案。图5示出了具备这种能够分割的U字形状的壳体10的关节构造的剖视图。另外，在图5中对与图3所示的结构要素相同的结构要素附加相同符号。

参照图5，U字形状的壳体10是通过将L字形状的第一零件11和I字形状的第二零件12利用螺栓13紧固而形成的。另外，第一零件11和第二零件12夹持臂14相互对置，将臂14支撑为绕摆动轴X自由摆动。特别是在第二零件12形成有筒形的空心轴部12a。空心轴部12a插入到位于臂14的另一方的壁部14b的开口部14c内的空心轴承16中。另外，空心轴部12a的中心轴与臂14的摆动轴X一致。

采用这种构造时，通过松动螺栓13而能够将第二零件12从第一零件11取下。取下第二零件12后也能够将空心轴承16从臂14的开口部14c取下。因此，仅通过使开口部14c的内径比马达15的外径大，便能够从开口部14c进行马达15的装配、更换。

即，在图5所示的现有关节构造中，无需使空心轴承16或空心轴部12a的内径比马达15的外径大。因此，能够与马达15的外径无关地选定空心轴承16的尺寸。

但是，机器人的外壳通常由铸件制成。因此，通过使由铸件制成的第一零件11及第二零件12利用螺栓13结合而形成壳体10。采用这种构造时，与使整个壳体10由单一铸件形成的构造相比，壳体10的刚性会降低。

另外，由于使第一零件11及第二零件12相互结合而形成壳体10，因此会在机器人的外壳面上增加分割线，从而导致机器人外观性降低。

如以上所述，在日本特开平8－141968号公报公开的机器人的关节构造中，存在随着马达外径增大而导致空心轴承成本显著上升的问题。为了解决该问题，有一种构造是如图5所示那样使对臂进行两点支撑的U字形的壳体由两个零件制成而能够分割。但是，在该构造中，存在壳体的刚性和机器人的外观性降低的问题。

发明内容

本发明提供一种机器人的关节构造，其不会使摆动自如地支撑臂的壳体的刚性和机器人的外观性降低，并且即使马达的外径增大也不会导致成本增加。

本发明的第一方式提供一种机器人的关节构造，其特征在于，具备：

空心构造的臂；

U字形状的壳体，其形成夹持臂而相互对置的一对支撑部，并利用一对支撑部将臂支撑为绕摆动轴自由摆动；

马达，其容纳在臂的内部空间中，且固定在与一对支撑部中一方的支撑部邻接的臂的一方的壁部上，使臂相对于一方的支撑部绕摆动轴摆动；

空心轴承，其插入到在与一对支撑部中另一方的支撑部邻接的臂的另一方的壁部上形成的第一开口部内，该空心轴承的中心轴与摆动轴一致；以及

空心轴部，其对插入到第一开口部内的空心轴承的内圈进行支撑，

空心轴部能够装拆地固定于与臂的另一方的壁部邻接的形成另一方的支撑部的壳体的壁部，在该壁部形成有能够使空心轴承和马达通过的第二开口部，

第一开口部形成为能够使马达通过，

空心轴部的空心部形成为比马达小。

根据本发明的第二方式，提供第一方式的机器人的关节构造，其特征在于，还具备形成有第三开口部的轴承适配器，轴承适配器插入到第一开口部内，并且能够装拆地固定于臂的另一方的壁部，在第三开口部内插入有空心轴承，第二开口部形成为能够使空心轴承、马达和轴承适配器通过。

根据本发明的第三方式，提供第一方式或第二方式的机器人的关节构造，其特征在于，还具备使马达的转速降低的减速器，该减速器容纳在壳体的内部空间中且固定于臂的一方的壁部，马达及减速器的各旋转轴配置在与摆动轴相同的轴线上。

根据本发明的第四方式，提供第一方式至第三方式中任一个的机器人的关节构造，其特征在于，壳体由单一零件制成。

根据附图所示的本发明典型实施方式的详细说明，可以对本发明的这些目的、特征、优点和其它目的、特征、优点更加明了。

附图说明

图1是表示第一实施方式的机器人的关节构造的剖视图。

图2是表示第二实施方式的机器人的关节构造的剖视图。

图3是表示现有技术的机器人的关节构造的剖视图。

图4是通常的垂直多关节型机器人的立体图。

图5是表示现有技术的机器人的关节构造的另一个例子的剖视图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下图中，对相同部件附加相同的参照符号。为了容易理解而对这些附图适当地变更比例。另外，对与图5所示现有关节构造相同的结构要素附加相同符号进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示第一实施方式的机器人的关节构造的剖视图。

如图1所示，第一实施方式的机器人的关节构造具备：空心构造的臂14；以及U字形状的壳体10，其形成夹持臂14的一端部而相互对置的一对支撑部A、B。壳体10利用这样的一对支撑部A、B将臂14支撑为自由摆动。

在壳体10及臂14的内部空间中容纳有使臂14摆动的旋转装置。作为该旋转装置设有如图1所示的马达15及减速器17等。

如图1所示，马达15容纳在臂14的内部空间中而装配于臂14的两侧壁中一方的壁部14a。更具体而言，在面对臂14的内部空间的壁部14a的一面上利用螺栓固定有环状的适配器18，在适配器18上利用螺栓固定有马达15。另外，臂14的壁部14a是与U字形状的壳体10的一对支撑部A、B中一方的支撑部A邻接的壁部。

另一方面，在壁部14a的另一面上固定有减速器17。作为减速器17可以采用行星齿轮减速器、CYCLO(サイクロ：注册商标)减速器、或波动齿轮装置等。这种减速器17由输出部17a、输入部17b和固定部17c构成。在图1中简略地图示了减速器17的输出部17a、输入部17b及固定部17c的各形态。

减速器17的输出部17a利用螺栓固定在壁部14a的另一面上。将马达15的输出向减速器17的输入部17b输入，由此能够将马达15的转速向减速器17传递。减速器17的固定部17c利用螺栓固定在壳体10的内壁面上。

在上述结构中，若使马达15旋转，则利用减速器17使马达15的转速降低后向臂14传递。然后，该臂14会相对于壳体10绕摆动轴X摆动。

另外，将马达15固定到适配器18上的理由是为了避免马达15与将减速器17的输出部17a固定在臂14的壁部14a上的螺栓19相互干涉。因此，适配器18的厚度比螺栓19的头部的厚度大。另外，只要达成避免马达15与螺栓19干涉的目的，则适配器18的形状不限于环状而可以为任意形状。

另外，马达15及减速器17的各旋转轴配置在与臂14的摆动轴X相同的轴线上。采用该配置时能够使将马达15的动力向臂14传递的传动机构的零件个数为最少。

在壳体10的一方的支撑部A上形成有能够使减速器17通过的开口部10b，开口部10b被第一盖罩20封闭。

另外，在与另一方的支撑部B邻接的臂14的另一方的壁部14b(即与固定有马达15及减速器17的壁部14a相反的壁部14b)上形成有开口部14c。在开口部14c内利用轴承安装部件21安装有空心轴承16。

轴承安装部件21具备：支撑空心轴承16的内圈的筒形的空心轴部21a；以及用于将轴承安装部件21能够装拆地固定于壳体10的凸缘部21b。

轴承安装部件21配置在壳体10的内部空间中。凸缘部21b能够装拆地固定在与臂14的另一方的壁部14b邻接的、形成另一方的支撑部B的壳体10的壁部10c上装拆。特别是，以空心轴承16及空心轴部21a的各中心轴与臂14的摆动轴X一致的方式，利用螺栓将凸缘部21b固定在壳体10的内壁面上。

另外，空心轴部21a具有规定的轴向长度，使得在如上所述将凸缘部21b固定于壳体10的内壁面的状态下，能够将被空心轴部21a支撑的空心轴承16收纳在开口部14c内。另外，在固定有凸缘部21b的壳体10的壁部10c上形成有开口部10d，其能够使被空心轴部21a支撑的空心轴承16通过。采用以上结构，臂14相对于壳体10介由空心轴承16绕摆动轴X自由摆动。

另外，虽然图1所示的空心轴承16以滚动轴承的形态进行了描述，但是在本发明中也可以对空心轴承16使用滑动轴承。

另外，空心轴承16的外圈与臂14的开口部14c的内周面利用间隙嵌合而进行松配。另一方面，空心轴承16的内圈与轴承安装部件21的空心轴部21a利用紧密嵌合而进行紧配。因此，将轴承安装部件21从壳体10的壁部10c取下后，则能够将空心轴承16也与轴承安装部件21一起从臂14的开口部14c取下。另外，在本实施方式中，臂14的开口部14c形成为能够使马达15通过，壳体10的开口部10d形成为能够使马达15和空心轴承16通过。由此，空心轴承16的外径只要是能够在马达15通过所需的最小限度的内径的开口部14c内嵌合空心轴承16的尺寸即可。即，在本申请发明中，能够将空心轴承16的内径设定为比马达15的外径小，因此空心轴部21a的空心部形成为比马达15小。

因此，根据以上说明的第一实施方式，在进行马达15的安装或更换时与需要使马达15通过空心轴部21a的空心部的关节构造(参照图3)相比，能够选定更小尺寸的空心轴承16。其结果是，能够削减机器人的关节构造所需的轴承的成本和机器人的成本。

另外，由于在进行马达14的安装或更换时不必使马达15通过空心轴部21a的空心部，因此能够减小空心轴部21的空心部的容积而提高关节轴的刚性。另外，在第一实施方式中，将用于驱动马达15的电缆22(在图中以虚线图示)通过轴承安装部件21的空心轴部21a的空心部。

另外，在壳体10的另一方的支撑部B上形成有开口部10e，其能够使马达15、空心轴承16和轴承安装部件21通过，开口部10e被第二盖罩23封闭。由此，能够使马达15、空心轴承16和轴承安装部件21通过壳体10并安装于臂14。

另外，采用第一实施方式时，无需如图5所示的现有关节构造那样使U字形状的壳体10能够分割而由两个铸件制成。即，第一实施方式的U字形状的壳体10由单一零件的铸件制成。因此，与现有关节构造(图5)相比，能够提高壳体10的刚性，并且不会降低机器人的外观性。

(第二实施方式)

接下来，对上述实施方式的变形例进行说明。这里，在图中对与第一实施方式相同的结构要素附加相同符号而主要对与第一实施方式的不同之处进行说明。

图2是表示第二实施方式的机器人的关节构造的剖视图。

在第二实施方式中，如图2所示，在空心轴承16与臂14之间设置有环状的轴承适配器24。在轴承适配器24形成有与空心轴承16嵌合的开口部24a。另外，在轴承适配器24形成有凸缘部24b，用于由螺栓将轴承适配器24固定于臂14的开口部14c的周缘部。

另外，空心轴承16的外圈与轴承适配器24的开口部24a的内周面利用间隙嵌合而进行松配。另一方面，空心轴承16的内圈与轴承安装部件21的空心轴部21a利用紧密嵌合而进行紧配。因此，将轴承安装部件21从壳体10的壁部10c取下后，则能够将空心轴承16也与轴承安装部件21一起从轴承适配器24的开口部24a取下。另外，在本实施方式中，臂14的开口部14c形成为能够使马达15通过，壳体10的开口部10d形成为能够使马达15、空心轴承16和轴承适配器24通过。

在上述第一实施方式(图1)中，需要空心轴承16的外圈与开口部14c嵌合，该开口部14c形成为能够使马达15通过。与此相对，在图2所示的第二实施方式中，只要空心轴承16的外圈与轴承适配器24嵌合即可。即，空心轴承16的外径只要是能够在轴承适配器24的开口部24c内嵌合空心轴承16的尺寸即可，其中该轴承适配器24插入到马达15通过所需的最小限度的内径的开口部14c内。

因此，采用第二实施方式时，与第一实施方式的关节构造(图1)相比，能够选定更小尺寸的空心轴承16。其结果是，能够削减机器人的关节构造所需的轴承的成本和机器人的成本。

另外，不必如图5所示的现有关节构造那样使U字形状的壳体10能够分割而由两个铸件制成。由于能够以一个铸件形成U字形状的壳体10，因此不会导致壳体10的刚性和机器人的外观性降低。

发明效果

根据本发明的第一方式，夹持容纳有马达的臂而相互对置的一对支撑部由U字形状的壳体形成，利用一对支撑部将臂支撑为自由摆动。在与这种一对支撑部中另一方的支撑部邻接的臂的另一方的壁部上形成有第一开口部，在该第一开口部中插入有空心轴承。另外，空心轴承的内圈被空心轴部支撑，空心轴部能够装拆地固定于与臂的另一方的壁部邻接的、形成另一方的支撑部的壳体的壁部。

在形成上述另一方的支撑部的壳体的壁部上，形成能够使空心轴承和马达通过的第二开口部，并且上述第一开口部形成为能够使马达通过。在本申请发明中，空心轴部的空心部形成为比马达小，因此无法使壳体内的马达通过空心轴部的空心部取下，但是空心轴部相对于壳体的壁部能够装拆。因此，通过将空心轴部从壳体的壁部取下，从而使第一开口部内的空心轴承通过第二开口部取下，进而也能够使臂内的马达通过第一开口部及第二开口部从臂内取出。

这样使空心轴部能够装拆地构成，因此空心轴承的外径只要是能够在马达通过所需的最小限度的内径的第一开口部内嵌合空心轴承的尺寸即可。即，空心轴承的内圈或空心轴部的空心部的内径能够比马达的外径小。

因此，根据第一方式，与在进行马达的安装或更换时需要使马达通过空心轴的空心部的关节构造(参照图3)相比，能够选定更小尺寸的空心轴承。其结果是，能够削减机器人的关节构造所需的轴承的成本和机器人的成本。

另外，采用第一方式时，不必如图5所示的现有关节构造那样使U字形状的壳体能够分割而由两个铸件制成。即，能够使U字形状的壳体由单一零件的铸件制成。因此，相对于图5所示的现有关节构造，不会降低壳体的刚性和机器人的外观性，能够削减机器人的成本。

另外，根据本发明的第二方式，在第一方式的机器人的关节构造中，还具备形成有第三开口部的轴承适配器。该轴承适配器插入到第一开口部内，并且能够装拆地固定于臂的另一方的壁部。另外，在第三开口部内插入有空心轴承，第二开口部形成为能够使空心轴承、马达和轴承适配器通过。这样将轴承适配器设于第一开口部与空心轴承之间，因此空心轴承的外径只要是能够在插入到马达通过所需的最小限度的内径的第一开口部内的轴承适配器的第三开口部内嵌合空心轴承的尺寸即可。

因此，根据第二方式，与第一方式相比，能够选定更小尺寸的空心轴承，进一步削减机器人的成本。

另外，根据本发明的第三方式，在将马达容纳及固定在臂内并且将使该马达的转速降低的减速器容纳及固定在壳体内的机器人的关节构造中，将马达及减速器的各旋转轴配置在与臂的摆动轴相同的轴线上。通过这样配置马达及减速器，能够使将马达的动力向臂传递的传动机构的零件个数为最少。

另外，根据本发明的第四方式，能够由单一零件制成将臂支撑为自由摆动的U字形状的壳体。由此，与使多个铸造零件结合而形成U字形状的壳体的情况相比，能够防止壳体的刚性降低和机器人的外观性降低。

虽然以上示出了典型的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，而能够在不脱离本发明思想的范围内将上述实施方式变更为各种形式、构造或材料等。因此，本发明不仅对机器人的关节轴适用，而且对于具备容纳马达的框体、支撑轴承的轴部的各种构造体也适用。

Claims (4)

1.一种机器人的关节构造，其特征在于，具备：

空心构造的臂；

U字形状的壳体，其形成夹持上述臂而相互对置的一对支撑部，并利用上述一对支撑部将上述臂支撑为绕摆动轴自由摆动；

马达，其容纳在上述臂的内部空间中，且固定在与上述一对支撑部中一方的支撑部邻接的上述臂的一方的壁部上，使上述臂相对于上述一方的支撑部绕上述摆动轴摆动；

空心轴承，其插入到在与上述一对支撑部中另一方的支撑部邻接的上述臂的另一方的壁部上形成的第一开口部内，该空心轴承的中心轴与上述摆动轴一致；以及

空心轴部，其对插入到上述第一开口部内的上述空心轴承的内圈进行支撑，

上述空心轴部能够装拆地固定于与上述臂的上述另一方的壁部邻接的形成上述另一方的支撑部的上述壳体的壁部，在该壁部形成有能够使上述空心轴承和上述马达通过的第二开口部，

上述第一开口部形成为能够使上述马达通过，

上述空心轴部的空心部形成为比上述马达小。

2.根据权利要求1所述的机器人的关节构造，其特征在于，

还具备形成有第三开口部的轴承适配器，

上述轴承适配器插入到上述第一开口部内，并且能够装拆地固定于上述臂的上述另一方的壁部，

在上述第三开口部内插入有上述空心轴承，

上述第二开口部形成为能够使上述空心轴承、上述马达和上述轴承适配器通过。

3.根据权利要求1或2所述的机器人的关节构造，其特征在于，

还具备使上述马达的转速降低的减速器，该减速器容纳在上述壳体的内部空间中且固定于上述臂的上述一方的壁部，

上述马达及上述减速器的各旋转轴配置在与上述摆动轴相同的轴线上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的关节构造，其特征在于，上述壳体由单一零件制成。