CN107000202B - 多关节机器人及其模块 - Google Patents

Abstract

多关节机器人具备：基台；和支持于基台的两个以上的模块。两个以上的模块的各者具有：支持构件；连接构件，能绕第一轴线转动地支持于支持构件；以及第一驱动装置，设置于连接构件且使该连接构件相对于支持构件绕第一轴线转动。

Description

多关节机器人及其模块

技术领域

本发明涉及多关节机器人及形成该多关节机器人所具备的连接部中的至少一个的模块。

背景技术

以往，已知由多个臂单元连结而成的多关节机器人。例如，专利文献1已揭示多关节机器人，该多关节机器人具备多个由与基台相同粗细的圆柱状基轴部、介由滚珠轴承转动自如地与形成于基轴部的D字形臂配置槽连结的第一臂构件、和转动自如地与第一臂构件连结的第二臂构件所组成的臂单元，可将多个臂单元中一个臂单元的基轴部和其它臂单元的基轴部装卸自如地结合。根据该多关节机器人，基本上为具备多个臂单元的多腕类型，同时视需要还可改为仅一个臂单元的单腕类型机器人，此效果广受好评。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开平2-198782号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

上述专利文献1的多关节机器人，虽可增减臂单元，但不具备根据需求重组臂单元本身的自由度。

解决问题的手段：

为了便于多关节机器人的客制化，本申请的发明人想到将多关节机器人模块化。而且，可藉由根据需求将一个模块及连接构件、或两个以上的模块进行组合，以此构成多关节机器人。

本发明一形态的多关节机器人的模块，具备：支持构件；连接构件，能绕第一轴线转动地支持于所述支持构件；以及第一驱动装置，设置于所述连接构件，使该连接构件相对于所述支持构件绕所述第一轴线转动。

另外，本发明一形态的多关节机器人，具备：基台；以及支持于基台的两个以上的模块；所述两个以上的模块的各者具有支持构件、能绕第一轴线转动地支持于所述支持构件的连接构件、及设置于所述连接构件且使该连接构件相对于所述支持构件绕所述第一轴线转动的第一驱动装置。

发明效果：

根据本发明，可藉由根据需求将一个模块及连接构件、或两个以上的模块进行组合，以此构成多关节机器人。

附图说明

图1是示出标准样式的模块的概略结构的俯视图；

图2是图1的Ⅱ-Ⅱ剖面的概略图；

图3是示出在标准样式上追加了轴构件的选择样式的模块的概略结构的俯视图；

图4是图3的Ⅳ-Ⅳ剖面的概略图；

图5是示出图3所示选择样式的模块的变形例的侧面剖视图；

图6是示出本发明第一实施形态的多关节机器人的概略结构的侧视图；

图7是示出第一实施形态的多关节机器人的模块组成的一例的侧面剖视图；

图8是示出第一实施形态的多关节机器人的模块组成的变形例的侧面剖视图；

图9是示出本发明第二实施形态的多关节机器人的概略结构的侧视图；

图10是示出第二实施形态的多关节机器人的模块组成的一例的侧面剖视图；

图11是示出第二实施形态的多关节机器人的概略结构的俯视图；

图12是示出本发明第二实施形态的多关节机器人的变形例的侧视图。

具体实施方式

接下来，参照附图来说明本发明的实施形态。本发明的实施形态的多关节机器人，是具备最少两个能转动地连结的连接部的水平多关节机器人，该最少两个连接部中至少一个是由本发明的一实施形态的模块所构成。模块除了标准样式以外，可选地，在标准样式上多追加一个轴的模块等，可根据顾客需求在标准式样上追加至少一个选择的零件、装置。

(标准样式模块)

图1是示出标准样式的模块2的概略结构的俯视图，图2是图1的Ⅱ-Ⅱ剖面的概略图。且、图2中伺服马达81以两点链线表示。如图1及图2所示，本发明的一实施形态的标准样式的模块2，主要由下列几项所构成：连接构件30；由第一轴线L1通过轴心的第一轴31(支持构件)；使连接构件30相对于第一轴31能转动地连接的轴承32；以及第一驱动装置33，使连接构件30绕第一轴线L1与第一轴31相对地转动。理想的是，连接构件30能绕第一轴线L1旋转360°。

连接构件30是水平方向较长的中空状箱体，并形成作为多关节机器人的构成要素的连接部的外形。连接构件30由包含主体30a和藉由固定具等与主体30a结合的盖体30b的多个构件所组合而成。连接构件30中，可拆卸盖体30b从而将内部开放，可对像这样开放内部的连接构件30进行第一驱动装置33等内容物的组装或配线等作业。

连接构件30上，在基端及梢端这两处，在上下两面设置有开口部30c。在开口部30c的周缘，规定有用于支持其它模块2的第一轴31或能转动地支持后述第二轴41的支持部30d、30e。支持部30d、30e上，设有用于将其它的模块2的第一轴31等和该支持部30d、30e通过固定具加以固定的多个固定孔(图示省略)。为使支持部30d、30e拥有强度，理想的是，支持部30d、30e形成为比连接构件30的其它部分厚实、或在支持部30d、30e上设置增强板。

第一轴31的上部312插入于设置在连接构件30基端下表面的开口部30c。第一轴31作为支持连接构件30的支持构件而发挥作用。第一轴31一体地形成，或者可分割地构成。本实施形态的第一轴31由露出在连接构件30外侧的下部311、和内插于连接构件30的上部312在第一轴线L1的延伸方向上直列地结合而成。第一轴31的下部311还兼具作为连结的模块2间的隔片（spacer）的功能。第一轴31的上部312上，外嵌地固定有齿轮313。

第一轴31整体上是中空轴状，中空部插入有衬套（bush）315。衬套315内周侧作为配线及配管的空间利用。本实施形态的衬套315内径虽然是固定的，但衬套315亦可为上部的内径向上逐渐扩大的、所谓上部具有呈喇叭状扩大的内径的中空轴状体。如此一来可减轻配线、配管和衬套315的摩擦，进而防止配线、配管的损伤。

第一驱动装置33设置在连接构件30内部。第一驱动装置33主要具备：作为驱动源的伺服马达81；和动力传递机构83，介由与第一轴31的齿轮313啮合的输出齿轮82将伺服马达81的马达输出向第一轴31的齿轮313传递。输出齿轮82固定在能转动地支持于连接构件30的输出轴84上、或是与输出轴84一体地形成。动力传递机构83由多个齿轮所构成，还兼具将马达输出的旋转速度降低并输出至输出齿轮82的减速机的功能。且，第一驱动装置33的动作由未图示的控制器所控制，连接第一驱动装置33和控制器的缆线类通过连接构件30和第一轴31内。

(选择样式的模块)

上述构成的标准样式的模块2中，可选地，可在梢端追加第二轴41(轴构件)。以下，特别区分选择样式的模块与标准样式的模块2时，对选择样式的模块使用参考符号“2A”。图3是示出选择样式的模块2A概略结构的俯视图，图4是图3的Ⅳ-Ⅳ剖面的概略图。且，图4中伺服马达81以两点链线表示。

如图3及4所示，选择样式的模块2A中，在上述标准样式的模块2上，追加了第二轴41。具体而言，选择样式的模块2A除了上述标准样式的模块2的构成外，还具备：插入于连接构件30上的第二轴41；将第二轴41与连接构件30能转动地连结的轴承42；以及第二驱动装置43，使第二轴41相对于连接构件30以通过该第二轴41轴心的第二轴线L2为中心地转动。且，第一轴线L1与第二轴线L2平行，本实施形态的第一轴线L1和第二轴线L2垂直地延伸。

第二轴41插入于设置在连接构件30的梢端上表面的开口部30c，介由轴承42能转动地支持于被规定在该开口部30c的周缘部的支持部30e。理想的是，第二轴41能相对于连接构件30绕第二轴线L2旋转360°。

第二轴41一体地形成，或者可分割地构成。本实施形态中，由露出在连接构件30外侧的部分411、和内插于连接构件30的部分412在第二轴线41的轴心的延伸方向上直列地结合而成。第二轴41中内插于连接构件30的部分412上，外嵌地固定有齿轮413。第二轴41整体上为中空轴状，中空部插入有衬套415。衬套415的内周侧作为配线及配管的空间利用。

第二轴41中露出在连接构件30外侧的部分411，例如可以连结其它连接构件。在本实施形态中，第二轴41中露出在连接构件30外侧的部分411固定有平板状的连接构件51的基端。该连接构件51与第二轴41一体地行动，并藉由第二驱动装置43绕第二轴线L2旋转驱动。

第二驱动装置43设置在连接构件30的内部。且，本实施形态的模块2A中，为了便于客制化（customize），规定用于事先在连接构件30的内部配置第二驱动装置43的空间。第二驱动装置43是与第一驱动装置33几乎相同的结构，对第一驱动装置33和第二驱动装置43中具有共通的功能的构件，标记同一参考符号。第二驱动装置43主要具备：作为驱动源的伺服马达81；和动力传递机构83，介由与第二轴41的齿轮413啮合的输出齿轮82将伺服马达81的马达输出向第二轴41的齿轮413传递。

上述构成的模块2A中，第二轴41从连接构件30的上表面向上方突出，但也可使模块2A以第二轴41从连接构件30的下表面向下方突出的形式变形。以下，特别区分选择样式的模块2A的变形例与标准样式的模块2、选择样式的模块2A时，对选择样式的模块的变形例使用参考符号“2A’”。图5中，示出图3所示的选择样式的模块2A的变形例(模块2A’)的侧面剖视图。

图5示出的选择样式的模块2A’中，第二轴41插入于设在连接构件30的梢端侧的下表面的开口部30c，第二轴41介由轴承42能转动地支持于被规定在该开口部30c周围的支持部30e上。在位于连接构件30内部的第二轴的上部，外嵌地固定有齿轮413，该齿轮413与第二驱动装置43的输出齿轮82啮合。又，从连接构件30的下表面向下方突出的第二轴41的下部固定有另一连接构件51。因此，如此构成的模块2A’中，另一连接构件51与模块2A’的下方连结。

如以上说明所述，本实施形态的模块2具备：第一轴31(支持构件)；连接构件30，能绕第一轴线L1转动地支持于第一轴31；以及第一驱动装置33，设置于连接构件30，使该连接构件30相对于第一轴31绕第一轴线L1转动。

而且，本实施形态的模块2，可以和具有与模块2实质上相同的结构的其它模块结合，在模块2的连接构件30上，规定有支持部30d和支持部30e，支持部30d用于以使第一轴线L1彼此实质上一致的形式支持其它模块的第一轴31；支持部30e用于以使第一轴线L1彼此实质上不一致的形式支持其它模块的第一轴31。本实施形态的模块2中，为了便于客制化，在连接构件30上规定了支持部30d及支持部30e双方，但亦可规定它们中的至少一方。且，上述的“具有实质上相同的结构的其它模块”，并不限定于基本样式的模块2，包括作为基本构成包含第一轴31、连接构件30及第一驱动装置33的模块。例如，上述的其它模块中，在基本样式的模块2上至少追加一个选择零件或装置的模块、对基本样式的模块2的连接构件30或第一轴31的至少一部分的形状进行变更的模块等，都广泛地被包含在内。

如此一来，本实施形态的模块2中，作为多关节机器人构成单位，具备第一轴31、连接构件30及第一驱动装置33，可以将他们作为一个组装体来使用。而且，可藉由根据要求将一个模块2及其它的连接构件51，或两个以上的模块2进行组合，以此构成多关节机器人。由于多关节机器人由模块2组成，因此，通过增减模块2的数量，或者更换成不同形态的模块2，可以容易地根据客户的要求提供客制化的多关节机器人。

又，本实施形态的模块2中，第一驱动装置33具有：设置于第一轴31的第一齿轮313、伺服马达81、以及包含与第一齿轮313啮合的第二齿轮82且将伺服马达81的输出介由第二齿轮82向第一齿轮313传递的动力传递机构83。

在上述构成的第一驱动装置33中，当第二齿轮82藉由从伺服马达81传递来的动力旋转时，第二齿轮82会在第一齿轮313周围旋转。由此，支持第二齿轮82的连接构件30会以第一轴线L1为中心相对于第一轴31转动。如此，由于连接构件30形成为绕第一轴31转动的结构，因此能够使模块2不受与其连结的其它模块2的干涉地绕第一轴线L1旋转。又，模块2可作为连接构件30、第一轴31及第一驱动装置33的组装体来使用。

又，本实施形态的选择样式的模块2A、2A’还具备：第二轴41(轴构件)，能绕与第一轴线L1平行的第二轴线L2转动地支持于连接构件30；以及第二驱动装置43，设置于连接构件30且使第二轴41相对于连接构件30绕第二轴线L2转动。

如此，本实施形态的模块2可以构成为一体地具备两个轴(即，第一轴31及第二轴41)及其驱动装置(即，第一驱动装置33及第二驱动装置43)的模块。由此，可由模块2组合构成的多关节机器人会有更多变化。又，由于该模块2中两个轴及其驱动装置支持于1个连接构件30，因此，与该连接构件30的下游侧连结的其它连接部可省略用于绕第二轴41的转动的驱动装置。由此，作为与下游侧连结的其它连接部，可采用例如：不搭载驱动装置的较薄且细的连接构件、刚性低的连接构件。

〔多关节机器人的构成例〕

以下，说明使用上述模块2的多关节机器人的构成例。

〔多关节机器人的第一实施形态〕

图6是示出本发明第一实施形态的多关节机器人10A的概略结构的侧视图。如图6所示，本发明第一实施形态的多关节机器人10A具备：基台20；支持于基台20的机械臂3；安装于机械臂3的手腕上的机械手5；以及控制机械臂3及机械手5动作的控制器6。机械臂3具备：第一连接部21，能在水平方向上转动地与基台20连结；第二连接部22，能在水平方向上转动地与第一连接部21梢端部连结；以及第三连接部23，能在水平方向上转动地与第二连接部22梢端部连结。

图7是示出本发明第一实施形态的多关节机器人10A的模块组成的一例的侧面剖视图。图7所示多关节机器人10A的机械臂3由作为第一连接部21的基本样式的模块2、作为第二连接部22的选择样式的模块2A、以及作为第三连接部23的平板状连接构件51以直列方式连结来组成。

第一连接部21的模块2的第一轴31的下端固定于基台20。第二连接部22的模块2A的第一轴31的下端固定于第一连接部21的模块2的连接构件30的梢端侧上表面。第三连接部23的连接构件51的基端固定于第二连接部22的模块2A的第二轴41。

在第一连接部21的模块2和第二连接部22的模块2A双方中，连接构件30的基端侧上表面的开口藉由帽状的盖61塞住。藉由盖61向上方扩张的连接构件30的内部空间用于配线、配管。又，在第一连接部21的模块2和第二连接部22的模块2A双方中，连接构件30的梢端侧下表面的开口藉由圆形的闭塞板62塞住。

第一连接部21的模块2的内部和基台20的内部，由设置于基台20上表面的开口、及竖立设置于此开口上的模块2的第一轴31的衬套315来连通。又，第一连接部21的模块2的内部和第二连接部22的模块2A的内部，由模块2的连接构件30的梢端的开口部30c、及竖立设置于此开口部30c上的模块2A的第一轴的衬套315来连通。如此，基台20、第一连接部21、第二连接部22的内部空间连通，该内部空间用于配线、配管。连接构件51设有捆束从基台20通过第一连接部21及第二连接部22的内部且从第二连接部22的梢端拉出到外部的配线或配管的配线台52。

上述构成的机械臂3中，作为第一连接部21使用基本样式的模块2，但亦可使用选择样式的模块2A来代替此基本样式的模块2。在此，说明作为第一连接部21使用选择样式的模块2A时的第一实施形态的多关节机器人10A的模块组成的变形例。

图8是示出第一实施形态的多关节机器人的模块组成的变形例的侧面剖视图。图8所示多关节机器人10A的机械臂3，由作为第一连接部21的选择样式模块2A、作为第二连接部22的选择样式模块2A、以及作为第三连接部23的其它连接构件51以直列方式连结来组成。

第一连接部21的模块2A的第一轴31的下端固定于基台20。第一连接部21的模块2A的第二轴41的上端与第二连接部22的模块2A的第一轴31的下端连结。第二连接部22的模块2A的第二轴41的上端固定有第三连接部23的连接构件51的基端。

如上述变形例，在选择样式的模块2A以直列方式连结的机械臂3中，连结第一连接部21和基台20的关节藉由来自于一个驱动装置33的输出来驱动，连结第一连接部21和第二连接部的关节藉由两个驱动装置33、34的合成输出来驱动。存在越往机械臂3末端，关节要求越快速动作的情况，该情况下上述变形例的结构是有利的。

如以上说明所述，本实施形态的多关节机器人10A具备基台20及支持于基台20的两个以上的模块2。而且，两个以上的模块2各自具有：第一轴31(支持构件)；连接构件30，能绕第一轴线L1转动地支持于第一轴31；以及第一驱动装置33，设置于连接构件30且使该连接构件30相对于第一轴31绕第一轴线L1转动。

而且，两个以上的模块2，以第一轴线L1彼此实质上不一致的形式在第一轴线L1的延伸方向上排列配置。由此，使用两个以上模块2构成多关节机器人10A的机械臂3。

本实施形态中，两个以上的模块2包含：固定于基台20且具有第一轴31的第一模块(即，第一连接部21的模块2)、以及固定在自身以外的模块的连接构件(即，第一连接部21的连接构件30)上且有第一轴31的第二模块(即，第二连接部22的模块2)。另外，亦可在该第二模块的梢端侧，设置其它第二模块，该其它第二模块固定在该第二模块的连接构件30上且具有第一轴31。即，机械臂3亦可具备直列地反复的多个模块2。

〔多关节机器人的第二实施形态〕

接着，说明本发明的第二实施形态的多关节机器人10B。图9是示出本发明第二实施形态的多关节机器人10B的概略结构的侧视图，图10是示出第二实施形态的多关节机器10B的模块组成的一例的侧面剖视图，图11是示出第二实施形态的多关节机器人10B的概略结构的俯视图。且，本实施形态的说明中，会有对与上述第一实施形态相同或类似的构件在附图中标记同一符号以省略说明的情形。

图9及图10所示的多关节机器人10B具备：基台20；支持于基台20的两只机械臂3A、3B；安装于各机械臂3A、3B的手腕上的机械手5；以及控制机械臂3A、3B及机械手5的动作的控制器6。

两只机械臂3A、3B具有共通的构成，两只机械臂3A、3B各自具备：第一连接部21；以及第二连接部22，与第一连接部21的梢端连接。两只机械臂3A、3B的第一连接部21的基端配置在同一轴线上，一方的机械臂3A的第一连接部21和另一方的机械臂3的第一连接部21以有高低差的形式配置。以下，两只机械臂中位于下方的机械臂为第一臂3A，位于上方的机械臂为第二臂3B。

在第一臂3A中，作为第一连接部21使用选择样式的模块2A，作为第二连接部22使用平板状的连接构件51。第一连接部21的模块2A的第一轴31的下端固定于基台20。此外，如图11所示，基台20的上表面设置了菱形的开口部19，在该开口部19的范围内第一轴31对基台20的安装位置可做变更。即，可在开口部19的范围内选择第一连接部21的模块2A的第一轴线L1的位置。第一连接部21的模块2A的第二轴41上，固定有第三连接部23的连接构件51的基端。

在第二臂3B中，作为第一连接部21使用选择样式的模块2A’，作为第二连接部22使用平板状的连接构件51。第一连接部21的模块2A’的第一轴31的下端固定在第一臂3A的第一连接部21的模块2A的连接构件30上。第一连接部21的模块2A’的第二轴41上，固定有第三连接部23的连接构件51的基端。

在上述构成的多关节机器人10B中，第二臂3B的第一连接部21的第一轴31固定在第一臂3A的第一连接部21的连接构件30上。即，多关节机器人10B包含固定在自身以外的模块2的连接构件30上且具有第一轴31的模块2。在该多关节机器人10B中，若第一臂3A以第一轴线L1为中心转动，则随着该动作第二臂3B也以第一轴线L1为中心转动。因此，从控制器6传送到第二臂3B的第一驱动装置33的控制信号中，包含抵销第一臂3A绕第一轴线L1转动的部分。例如：为了使第一臂3A绕第一轴线L1旋转90度且使第二臂3B外观上看起来是静止的，使第一臂3A绕第一轴线L1旋转90度且使第二臂3B绕第一轴线L1的旋转-90度。

在上述构成的多关节机器人10B中，通过将两只机械臂3A、3B的基端部进行单纯的上下连结来形成双腕，因此，容易进行如下的客制化：增加机械臂3进一步成为多腕，或减少机械臂3的数量成为单腕。例如：图12示出将图9所示的多关节机器人10B的两只机械手臂3A、3B中一方移除后的多关节机器人10B’。多关节机器人10B’具备：基台20；以及支持于基台20的上述的第二臂3B。亦可使多关节机器人10B’具备上述的第一臂3A来替代第二臂3B。

如以上说明所述，本实施形态的多关节机器人10B具备：基台20；以及支持于基台20的两个以上的模块2。而且，两个以上的模块2各自具有：第一轴31(支持构件)；连接构件30，能绕第一轴线L1转动地支持于第一轴31；以及第一驱动装置33，设置于连接构件30且使该连接构件30相对于第一轴31绕第一轴线L1转动。

然后，两个以上的模块2，以第一轴线L1彼此实质上一致的形式在第一轴线L1的延伸方向上排列配置。由此，使用两个以上的模块2来构成双腕的多关节机器人10B。

本实施形态中，两个模块2以第一轴线L1彼此实质上一致的形式，设置上下高低差地配置，但亦可使3个以上的多个模块2以第一轴线L1彼此实质上一致的形式设置上下高低差地配置。

又，在本实施形态的关节机器人10B中，各机械臂3A、3B由一个模块2和连接构件51所组成，但亦可使机械臂3A、3B中至少一方以包含两个以上的多个模块2的形式组成。该情况下，可以使机械臂3A、3B中至少一方例如由作为第一连接部的模块2、作为第二连接部的模块2、作为第三连接部的平板状连接构件51来组成。

从以上本发明的适宜的实施形态及变形例的说明，本领域技术人员可明了本发明的众多改良或其它的实施形态。因此，上述说明应只能作为例示来解释，是以向本领域技术人员教示实施本发明的最佳形态为目的提供的。只要不脱离本发明的精神，可以对其结构和/或功能的具体内容进行实质上的变更。

符号说明：

2 模块

3 机械臂

5 机械手

6 控制器

10A、10B 多关节机器人

20 基台

21 第一连接部

22 第二连接部

30 连接构件

31 第一轴(支持构件)

32 轴承

33 第一驱动装置

41 第二轴(轴构件)

42 轴承

43 第二驱动装置

51 连接构件

52 配线台

L1 第一轴线

L2 第二轴线。

Claims (4)

1.一种多关节机器人，具备：

基台；以及

包括支持于基台的第一模块、以及与所述第一模块连接的第二模块的两个以上的模块；

所述两个以上的模块的各个模块具有支持构件、能绕规定于各个模块的第一轴线转动地支持于所述支持构件的连接构件、以及设置于所述连接构件的内部且使该连接构件相对于所述支持构件绕所述第一轴线转动的第一驱动装置；

所述第一模块的所述连接构件上支持有所述第二模块的所述支持构件；

所述两个以上的模块的各个模块还具有：

轴构件，能绕与所述第一轴线平行的第二轴线转动地支持于所述连接构件；以及

第二驱动装置，设置于所述连接构件的内部且使所述轴构件相对于所述连接构件绕所述第二轴线转动；

所述连接构件具有：在与所述第二轴线垂直的两个面中一方的面上设置的第一开口部；和在所述两个面中另一方的面上设置的第二开口部；

所述轴构件能在从所述连接构件通过所述第一开口部突出的状态、和从所述连接构件通过所述第二开口部突出的状态之间切换。

2.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述第一模块及所述第二模块以使所述第一轴线彼此实质上一致的形式在所述第一轴线的延伸方向上排列配置，并在所述第一模块的所述连接构件上设置有支持所述第二模块的所述支持构件的第一支持部。

3.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述第一模块及所述第二模块以使所述第一轴线彼此实质上不一致的形式在所述第一轴线的延伸方向上排列配置，并在所述第一模块的所述连接构件上设置有支持所述第二模块的所述支持构件的第二支持部。

4.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述第一驱动装置具有设置于所述支持构件的第一齿轮、伺服马达、以及包含与所述第一齿轮啮合的第二齿轮且将所述伺服马达的输出向所述第二齿轮传递的动力传递机构。

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