CN108436967B - 水平多关节型机器人及其倒置设置方法 - Google Patents

水平多关节型机器人及其倒置设置方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水平多关节型机器人及其倒置设置方法，即使将水平多关节型机器人倒置设置，也不会使弯矩作用在滚珠丝杠螺母上。该水平多关节型机器人具备：基台(2)；一个以上的臂(3、5)，其以能够水平旋转的方式安装在基台(2)上；滚珠丝杠花键轴(7)，其配置在臂(3、5)的前端部，且一端支撑工件(W)；滚珠丝杠螺母(22)，其使滚珠丝杠花键轴(7)贯穿且驱动滚珠丝杠花键轴(7)；以及两个滚珠花键螺母(26、27)，其在长轴方向的隔着滚珠丝杠螺母(22)的两侧，分别使滚珠丝杠花键轴(7)贯穿并支撑滚珠丝杠花键轴(7)，滚珠花键螺母(26、27)的至少一个相对于臂(3、5)围绕长轴驱动滚珠丝杠花键轴(7)。

Description

水平多关节型机器人及其倒置设置方法
技术领域
本发明涉及水平多关节型机器人及其倒置设置方法。
背景技术
一直以来，已知有一种水平多关节型机器人，其具备基台、第一臂、第二臂和滚珠丝杠花键轴，所述第一臂的一端侧以能够围绕竖直的第一轴线水平旋转的方式安装在该基台上；所述第二臂以能够围绕竖直的第二轴线水平旋转的方式安装在该第一臂的另一端侧；所述滚珠丝杠花键轴以能够沿竖直的第三轴线上下移动且能够围绕第三轴线旋转的方式安装在第二臂的前端上(例如参照专利文献1)。
专利文献1中所记载的水平多关节型机器人具备滚珠丝杠螺母和滚珠花键螺母，所述滚珠丝杠螺母和滚珠花键螺母沿滚珠丝杠花键轴的长度方向并排排列，所述滚珠丝杠螺母围绕第三轴线旋转，从而使滚珠丝杠花键轴沿第三轴线的方向移动；同样所述滚珠花键螺母围绕第三轴线旋转，从而使滚珠丝杠花键轴围绕第三轴线旋转。来自各电机的动力分别经由皮带传递到滚珠丝杠螺母和滚珠花键螺母上，从而使滚珠丝杠螺母和滚珠花键螺母围第三轴线旋转，所述皮带挂在被分别固定的皮带轮上。
在这种水平多关节型机器人中，在滚珠丝杠花键轴的下端安装工件，并进行工件沿第三轴线的上下移动以及工件围绕第三轴线的旋转。
在该情况下，若使第一臂或第二臂水平旋转，则因工件的惯性而使弯矩作用在滚珠丝杠花键轴上。
由于滚珠丝杠螺母对作用在滚珠丝杠花键轴上的弯矩很脆弱，因此需要由滚珠花键螺母来承受所产生的弯矩。因此，需要将滚珠花键螺母配置在比滚珠丝杠螺母更靠近工件的位置上、即配置在滚珠丝杠螺母的下方。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-4638号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，这种水平多关节型机器人需要根据用户的使用环境、布局的改变，自由地选择落地式和吊顶式而进行设置，所述落地式是将基台的底面设置在地面上等，所述吊顶式是将基台的底面设置在天花板上。因此，存在如下不良情况：即使假设为落地式将滚珠花键螺母配置在滚珠丝杠螺母的下方，也会在改变为吊顶式时，滚珠丝杠螺母与滚珠花键螺母的配置发生倒置，从而因工件的惯性所产生的弯矩施加在滚珠丝杠螺母上。
本发明是鉴于上述情况而做出的，目的在于，提供一种水平多关节型机器人及其倒置设置方法，该水平多关节型机器人即使倒置设置，弯矩也不会作用在滚珠丝杠螺母上。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下的方案。
本发明的一个方案是提供一种水平多关节型机器人，其具备：基台；一个以上的臂，其以能够水平旋转的方式安装在该基台上；滚珠丝杠花键轴，其以能够围绕沿着竖直方向延伸的长轴旋转且能够沿所述长轴直线移动的方式配置在该臂的前端部，并且一端支撑工件；滚珠丝杠螺母，其使该滚珠丝杠花键轴贯穿，并且相对于所述臂在沿着所述长轴的方向上驱动该滚珠丝杠花键轴；以及两个滚珠花键螺母，其在所述长轴方向的隔着该滚珠丝杠螺母的两侧，分别以能够围绕所述长轴旋转的方式支撑所贯穿的所述滚珠丝杠花键轴，该滚珠花键螺母的至少一个相对于所述臂围绕所述长轴驱动所贯穿的所述滚珠丝杠花键轴。
根据本方案，通过使滚珠丝杠花键轴的下端支撑工件，并使一个以上的臂相对于基台水平旋转，从而能够使工件沿水平方向移动。另外，通过使滚珠丝杠螺母围绕长轴旋转，从而能够使滚珠丝杠花键轴沿着在竖直方向上延伸的长轴上下移动，以使支撑部所支撑的工件升降。并且，通过使至少一个滚珠花键螺母旋转，从而能够使滚珠丝杠花键轴围绕长轴旋转，以使支撑部所支撑的工件当场水平旋转。
在该情况下，将基台的底面设置在地面即所谓的落地式时，将配置在比滚珠丝杠螺母靠下方的一个滚珠花键螺母与滚珠丝杠花键轴的下端所支撑的工件接近而配置，当使臂水平旋转时，因工件的惯性而作用在滚珠丝杠花键轴上的弯矩由一个滚珠花键螺母承受。
另一方面，在将基台的底面设置在天花板即所谓的吊顶式时，与落地式时相比，滚珠丝杠螺母与滚珠花键螺母的位置关系发生倒置，并且由滚珠丝杠花键轴的与落地式时的不同的端部来支撑工件。在该情况下，根据本方案，由于在隔着滚珠丝杠螺母的两侧配置有滚珠花键螺母，因此即使不改变轴的结构地作为吊顶式使用，也能够将另一个滚珠花键螺母配置得比滚珠丝杠螺母更接近工件。其结果是，在使臂水平旋转时，因工件的惯性而作用在滚珠丝杠花键轴上的弯矩由另一个滚珠花键螺母承受。
由此，根据本方案，不用改变轴的结构，就能够任意地选择吊顶式或落地式，在任一种情况下，都能够进行保护以免弯矩施加在滚珠丝杠螺母上。即，不需要进行从落地式变为吊顶式的改造，能够以低成本进行自由的布局设计以及布局改变。
在上述方案中，一个所述滚珠花键螺母可以能够拆装地安装在所述臂上。
通过如此，通过拆下落地式或吊顶式的任一种情况下不需要的一个滚珠花键螺母，能够实现相应大小的机器人的轻量化以及尺寸减小。
本发明的另一方案提供一种水平多关节型机器人的倒置设置方法，所述水平多关节型机器人具备：基台；一个以上的臂，其以能够水平旋转的方式安装在该基台上；滚珠丝杠花键轴，其以能够围绕沿着竖直方向延伸的长轴旋转且能够沿该长轴直线移动的方式配置在该臂的前端部，并且一端具备支撑工件的支撑部；滚珠丝杠螺母，其使该滚珠丝杠花键轴贯穿，并且相对于所述臂在沿着所述长轴的方向上驱动该滚珠丝杠花键轴；以及驱动用滚珠花键螺母，其在比该滚珠丝杠螺母更靠所述支撑部侧，相对于所述臂围绕所述长轴驱动所贯穿的所述滚珠丝杠花键轴，在所述水平多关节型机器人的与所述驱动用滚珠花键螺母隔着所述滚珠丝杠螺母为相反的一侧，使所述滚珠丝杠花键轴贯穿辅助滚珠花键螺母，并且将所述辅助滚珠花键螺母固定在所述臂上。
在使水平多关节型机器人倒置之前的状态下，通过滚珠丝杠花键轴的下端支撑工件，并使一个以上的臂相对于基台水平旋转，从而能够使工件沿水平方向移动。另外，通过使滚珠丝杠螺母围绕长轴旋转，从而能够使滚珠丝杠花键轴沿着在竖直方向上延伸的长轴上下移动，以使支撑部所支撑的工件升降。并且，通过使驱动用滚珠花键螺母旋转，从而能够使滚珠丝杠花键轴围绕长轴旋转，以使支撑部所支撑的工件当场水平旋转。
在该情况下，配置在比滚珠丝杠螺母靠下方的驱动用滚珠花键螺母与滚珠丝杠花键轴的下端所支撑的工件接近而配置，在使臂水平旋转时，因工件的惯性而作用在滚珠丝杠花键轴上的弯矩由驱动用滚珠花键螺母承受。由此，能够进行保护以免弯矩施加在滚珠丝杠螺母上。
根据本方案，在倒置之前的与驱动用滚珠花键螺母隔着滚珠丝杠螺母为相反的一侧，将辅助滚珠花键螺母固定在臂上，由此在倒置设置之后，如果在水平多关节型机器人的滚珠丝杠花键轴的下端安装工件，则能够将辅助滚珠花键螺母配置在比滚珠丝杠螺母更靠近工件的位置上。
由此，仅通过固定辅助滚珠花键螺母，从而在倒置设置后的水平多关节型机器人中，也能够进行保护以免弯矩施加在滚珠丝杠螺母上。即，在水平多关节型机器人的倒置设置时，不需要重组臂或更换结构构件，能够以低成本来应对布局的改变等。
发明效果
根据本发明，取得如下效果：即使将水平多关节型机器人倒置而设置，也不会使弯矩作用在滚珠丝杠螺母上。
附图说明
图1是表示将本发明一个实施方式所涉及的水平多关节型机器人作为落地式使用时的纵向剖视图。
图2是表示图1的水平多关节型机器人的上下驱动部以及旋转驱动部的局部放大纵向剖视图。
图3是表示将图1的水平多关节型机器人作为吊顶式使用时的纵向剖视图。
图4是表示在应用本发明一个实施方式所涉及的倒置设置方法前的落地式水平多关节型机器人的纵向剖视图。
图5是图4的水平多关节型机器人的上下驱动部以及旋转驱动部的立体图。
附图标记说明
1：水平多关节型机器人
2：基台
3：第一臂(臂)
5：第二臂(臂)
7：滚珠丝杠花键轴
22：滚珠丝杠螺母
26：驱动用滚珠花键螺母(滚珠花键螺母)
27：辅助滚珠花键螺母(滚珠花键螺母)
W：工件
具体实施方式
以下参照附图，对本发明一个实施方式所涉及的水平多关节型机器人1进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的水平多关节型机器人1具备：基台2，其设置在地面等上；第一臂(臂)3，其一端侧以能够围绕竖直的第一轴线A旋转的方式安装在该基台2的上部；第一驱动部4，其使第一臂3相对于基台2旋转；第二臂(臂)5，其以能够围绕竖直的第二轴线B旋转的方式安装在第一臂3的另一端侧；第二驱动部6，其使第二臂5相对于第一臂3旋转；滚珠丝杠花键轴7，其配置在第二臂5的前端，并被支撑为能够沿竖直的第三轴线C上下移动且能够围绕第三轴线C旋转；上下驱动部8，其使该滚珠丝杠花键轴7上下移动；以及旋转驱动部9，其使滚珠丝杠花键轴7旋转。在附图中，附图标记10是用于引导电缆(省略图示)的电缆管道，该电缆管道以连接基台2和第二臂的方式延伸，并对第二臂5内的后述的第二电机15、第三电机21以及第四电机25进行供电等。
基台2形成为中空的箱状，在基台2的内部容放有构成第一驱动部4的第一电机11。
第一驱动部4具备沿第一轴线A串联排列的第一电机11和第一减速器12。第一电机11以输出轴11a竖直朝上的方式而配置，输出轴11a插入到配置在第一电机11的上方的第一减速器12内。输出轴11a上安装有与第一减速器12内的未图示的输入齿轮啮合的齿轮。
第一减速器12形成为具有预定厚度的圆板状，并且具备安装部13和输出轴14，该安装部13固定在基台2的上表面上，该输出轴14被该安装部13支撑为能够围绕第一轴线A旋转，第一减速器12对第一电机11的旋转进行减速，并以减速比的倒数的比率放大第一电机11的扭矩而使输出轴14旋转。
第二驱动部6具备沿第二轴线B串联排列的第二电机15和第二减速器16。第二电机15以输出轴15a竖直朝下的方式而配置，输出轴15a插入到配置在第二电机15的下方的第二减速器16内。输出轴15a上安装有与第二减速器16内的未图示的输入齿轮啮合的齿轮。
第二减速器16形成为具有预定厚度的圆板状，并且具备安装部17和输出轴18，该安装部17固定在第二臂5上，该输出轴18被支撑为能够相对于该安装部17围绕第二轴线B旋转，第二减速器16对第二电机15的旋转进行减速，并以减速比的倒数的比率放大第二电机15的扭矩而使输出轴18旋转。
第二臂5具备底座部19和盖20，该底座部19用于安装第二电机15以及第二减速器16的安装部17，该盖20安装在该底座部19上，并且在该盖20与该底座部19之间容放有第二电机15等。
如图1以及图2所示，上下驱动部8具备：第三电机21，其固定在底座部19上；滚珠丝杠螺母22，其使滚珠丝杠花键轴7贯穿且固定在底座部19上；皮带轮23a、23b，其分别固定在该滚珠丝杠螺母22以及第三电机21上；以及皮带24，其挂在该皮带轮23a、23b上。
如图1和图2所示，旋转驱动部9具备：第四电机25，其固定在底座部19上；两个滚珠花键螺母26、27，其在隔着滚珠丝杠螺母22的两侧使滚珠丝杠花键轴7贯穿且固定在底座部19上；皮带轮28a、28b，其分别固定在一个滚珠花键螺母26以及第四电机25上；以及皮带29，其挂在该皮带轮28a、28b上。在另一个滚珠花键螺母27上不设置皮带轮，也不由第四电机25进行驱动。
电缆管道10是由随着外力能够变形的挠性材料构成的管，电缆管道10从基台2的上表面向竖直上方立起并弯曲成倒J字状，将沿第二轴线B延伸的直线部分的下端固定在第二臂5的盖20的上表面上。电缆管道10内容放有用于向容放在第二臂5内的第二电机15、第三电机21以及第四电机25供电以及用于信号传递的电缆，。
下面对如此构成的本实施方式的水平多关节型机器人1的作用进行说明。
如图1所示，在以基台2的底面固定在地面上的落地式而做动作的情况下，当使第一驱动部4的第一电机11运转时，由第一减速器12对第一电机11的旋转进行减速，从而放大扭矩而使输出轴14相对于安装部13围绕第一轴线A旋转。由于安装部13固定在基台2的上表面上，且输出轴14固定在第一臂3上，因此通过第一电机11的驱动，使第一臂3相对于基台2围绕第一轴线A水平旋转。
另外，当使第二驱动部6的第二电机15运转时，由第二减速器16对第二电机15的旋转进行减速，从而放大扭矩而使输出轴18相对于安装部17围绕第二轴线B旋转。由于安装部17固定在第二臂5上，且输出轴18固定在第一臂3上，因此通过第二电机15的驱动，使第二臂5相对于第一臂3围绕第二轴线B水平旋转。通过第一臂3的旋转和第二臂5的旋转的组合，能够二维地改变保持在第二臂5的前端的滚珠丝杠花键轴7的水平方向的位置。
另外，当使上下驱动部8的第三电机21运转时，由皮带轮23a、23b以及皮带24将第三电机21的旋转传递到滚珠丝杠螺母22，使滚珠丝杠螺母22围绕沿着滚珠丝杠花键轴7的长轴的第三轴线C旋转，从而使滚珠丝杠花键轴7沿上下方向移动。由此，使得设置在滚珠丝杠花键轴7的下端的支撑工件W的支撑部(省略图示)沿上下方向移动。
此外，当使旋转驱动部9的第四电机25运转时，由皮带轮28a、28b以及皮带29将第四电机25的旋转传递到一个滚珠花键螺母26上，使滚珠花键螺母26围绕第三轴线C旋转，从而使滚珠丝杠花键轴7围绕第三轴线C旋转。由此，能够使工件W围绕第三轴线C旋转。
如此，根据本实施方式所涉及的水平多关节型机器人1，能够在将滚珠丝杠花键轴7下端的支撑部所支撑的工件W维持水平姿态不变的状态下，由第一臂3和第二臂5二维地移动水平方向的位置，由上下驱动部8调节高度位置，并由旋转驱动部9调整水平方向的旋转位置。
在该情况下，当通过第一臂3和第二臂5的动作，使工件W沿水平方向移动时，因工件W的惯性而使弯矩作用在滚珠丝杠花键轴7上。
由于该弯矩由配置在最靠近工件W的位置的滚珠花键螺母26承受，因此能够进行保护以免弯矩施加在对弯矩脆弱的滚珠丝杠螺母22上。
另外，如图3所示，根据本实施方式所涉及的水平多关节型机器人1，在以基台2的底面固定在天花板上的吊顶式而做动作的情况下，由于滚珠丝杠花键轴7上下倒置，因此更换对工件W进行支撑的端部，由滚珠丝杠花键轴7的下端进行支撑。在该状态下，能够与落地式同样地使工件W做动作。
在该情况下，与落地式同样，通过第一臂3以及第二臂5的动作，从而因工件W的惯性而使弯矩作用在滚珠丝杠花键轴7上。根据本实施方式所涉及的水平多关节型机器人1，由于在隔着滚珠丝杠螺母22的两侧配置有滚珠花键螺母26、27，因此无论设置成落地式或设置成吊顶式，都能够将滚珠花键螺母26、27中的任一个与滚珠丝杠花键轴7的下端所支撑的工件W接近而配置。
由此，根据本实施方式所涉及的水平多关节型机器人1，在落地式以及吊顶式的任一种情况下，都具有能够进行保护以免弯矩施加在对弯矩脆弱的滚珠丝杠螺母22上的优点。即具有如下的优点：根据现场使用环境的改变或布局的改变，无论是将作为落地式使用改变为吊顶式使用的情况下，或者在相反改变的情况下，都能够按原样使用而不用改变轴的结构。
此外，在本实施方式中，举例说明了在隔着滚珠丝杠螺母22的两侧预先配置有一对滚珠花键螺母26、27的水平多关节型机器人1，但本发明不限于此。
即，，本发明还提供一种如图4以及图5所示的将仅在滚珠丝杠螺母22的下方配置有驱动用滚珠花键螺母26的落地式(或吊顶式)的水平多关节型机器人1改变为吊顶式(或落地式)时的倒置设置方法。
即，如图4所示，本实施方式的水平多关节型机器人1的倒置设置方法是适用于将设计成落地式专用的水平多关节型机器人1倒置为吊顶式而进行使用的情况的方法。该倒置设置方法是针对落地式专用的水平多关节型机器人1，在与驱动用滚珠花键螺母26隔着滚珠丝杠螺母22为相反的一侧，将使滚珠丝杠花键轴7贯穿的辅助滚珠花键螺母27固定在第二臂5的底座部19上的方法。
在本实施方式中，如图1～图3所示，通过筒状的接头30将辅助滚珠花键螺母27固定在底座部19上。接头30可以与底座部19一体设置，也可以与底座部19分开设置。
辅助滚珠花键螺母27没有被提供驱动力，而是随着滚珠丝杠花键轴7围绕第三轴线C的旋转而旋转。
通过如此，如图3所示，即使将落地式的水平多关节型机器人1倒置，并将基台2的底面固定在天花板上，因安装在滚珠丝杠花键轴7的下端的工件W的惯性而施加在滚珠丝杠花键轴7上的弯矩由接近工件W而配置的辅助滚珠花键螺母27承受。
由此，具有如下优点：即使在将作为落地式使用的水平多关节型机器人1改变为吊顶式的情况下，也不用改变轴的结构就能够使用。而且，通过如此，在作为落地式使用的情况下，不需要使用辅助滚珠花键螺母27，仅在作为吊顶式使用的情况下，只要固定辅助滚珠花键螺母27即可。
因此，在作为落地式使用的情况下，由于不安装辅助滚珠花键螺母27，因此能够实现第二臂5的轻量化以及总高度的降低。而且，在作为吊顶式使用的情况下，由于只要固定辅助滚珠花键螺母27即可，因此具有如下优点：不用改变第二臂5的底座部19等的结构构件，就能够以低成本从落地式改变为吊顶式。
此外，在本实施方式中，从落地式改变为吊顶式时，安装辅助滚珠花键螺母27，但，也可以在从吊顶式改变为落地式时，安装辅助滚珠花键螺母27以取而代之。
另外，虽然不将驱动力传递到辅助滚珠花键螺母27上，但也可以将驱动力传递到辅助滚珠花键螺母27上。

Claims (3)

1.一种水平多关节型机器人，其特征在于，具备：
基台；
一个以上的臂，其以能够水平旋转的方式安装在该基台上；
滚珠丝杠花键轴，其以能够围绕沿着竖直方向延伸的长轴旋转且能够沿着该长轴直线移动的方式配置在该臂的前端部，并且一端支撑工件；
滚珠丝杠螺母，其使该滚珠丝杠花键轴贯穿，并且相对于所述臂在沿着所述长轴的方向上驱动该滚珠丝杠花键轴；以及
两个滚珠花键螺母，其在所述长轴方向的隔着该滚珠丝杠螺母的两侧，分别以能够围绕所述长轴旋转的方式支撑所贯穿的所述滚珠丝杠花键轴，
该滚珠花键螺母的至少一个相对于所述臂围绕所述长轴驱动所贯穿的所述滚珠丝杠花键轴。
2.根据权利要求1所述的水平多关节型机器人，其特征在于，
一个所述滚珠花键螺母能够拆装地安装在所述臂上。
3.一种水平多关节型机器人的设置倒置方法，其特征在于，
所述水平多关节型机器人具备：
基台；
一个以上的臂，其以能够水平旋转的方式安装在该基台上；
滚珠丝杠花键轴，其以能够围绕沿着竖直方向延伸的长轴旋转且能够沿着该长轴直线移动的方式配置在该臂的前端部，并且一端具备支撑工件的支撑部；
滚珠丝杠螺母，其使该滚珠丝杠花键轴贯穿，并且相对于所述臂在沿着所述长轴的方向上驱动该滚珠丝杠花键轴；以及
驱动用滚珠花键螺母，其在比该滚珠丝杠螺母更靠所述支撑部侧，相对于所述臂围绕所述长轴驱动所贯穿的所述滚珠丝杠花键轴，
所述方法包括以下步骤：
在所述水平多关节型机器人的与所述驱动用滚珠花键螺母隔着所述滚珠丝杠螺母为相反的一侧，将使所述滚珠丝杠花键轴贯穿辅助滚珠花键螺母后的所述辅助滚珠花键螺母固定在所述臂上；
将所述水平多关节型机器人的设置从落地式倒置为吊顶式、或者从吊顶式倒置为落地式。
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