CN108698236A - 机械臂机构及直动伸缩机构 - Google Patents

Abstract

目的是，提高构成机械臂机构的直动伸缩机构的辊筒的更换的作业性。装备在机械臂机构上的直动伸缩机构，具有分别可弯曲地连结的第一、第二链节(51、52)。送出机构(56)具有牢固地夹住并且支撑第一、第二链节(51、52)使其前后自由移动的多个辊筒(59、62)，和在辊筒(59、62)的后方与第一链节(51)的线性齿轮啮合，使第一链节(51)往前方送出、往后方拉回的驱动齿轮(64)。送出机构构成为装备有辊筒(59、62)的辊筒单元(58)和装备有驱动齿轮(64)的驱动单元(63)为不同的部件。驱动单元(63)固定在起伏部(4)的筒体(60)上。辊筒单元(58)构成为相对驱动单元(63)可拆装。

Description

机械臂机构及直动伸缩机构

技术领域

本发明的实施方式有关机械臂机构及直动伸缩机构。

背景技术

以往，多关节机械臂机构已被用于产业用机器人等各种领域。发明者们实现了直动伸缩机构的实用化。该直动伸缩机构不需要肘关节，实现了奇点消除，对于今后而言也是非常有益的构造。

直动伸缩机构，具有可自由弯曲地连结的多个平板形状的链节，及同样地可自由弯曲地在底部侧连结的多个コ字槽形状的链节，通过将这些链节相互接合，从而构成直线状地硬直并具有一定的刚性的柱状的臂部。直动伸缩机构的马达顺时针旋转时呈柱状体的臂部从送出机构伸出，逆时针旋转时臂部被拉回。链节的接合状态在送出机构的后方被解除，从硬直状态恢复到弯曲状态。恢复到弯曲状态的两种链节同方向地弯曲，对齐收纳在支柱部内部。

在直动伸缩机构中，作为和两种链节一样重要的构造体，多个辊筒将两种链节牢固地夹住。这些辊筒例如为自润滑树脂制，这些辊筒承受着来自臂部及设置在臂部上的手部、进一步地通过手部所把持的工件的负载，可以说最容易产生损坏，更换的频率比较高。

发明内容

发明所要解决的课题

目的在于提高构成直动伸缩机构的辊筒的更换的作业性。

解决课题的手段

本实施方式的机械臂机构，基台上支撑有具有回转旋转关节部的支柱部，支柱部上载置有具有起伏旋转关节部的起伏部，起伏部上设置有具有直动伸缩性的臂部的直动伸缩机构。臂部的前端装备有可安装末端执行器的手腕部。手腕部上装备有用于改变末端执行器的姿势的至少一个旋转关节部。直动伸缩机构包括平板形状的多个第一链节和具有コ字形槽形状截面的多个第二链节。第一链节相互在前后端可弯曲地连结。多个第二链节相互在底板前后端可弯曲地连结。多个第一链节的头部与多个第二链节的头部在结合部结合。第一、第二链节接合时直线状地硬直从而构成臂部，第一、第二链节相互分离时恢复到弯曲状态。送出机构，具有为确保第一、第二链节的接合状态而牢固地夹住并且支撑第一、第二链节使其前后自由移动的多个辊筒，和在辊筒的后方与分离的第一链节的线性齿轮啮合，使第一链节往前方送出、往后方拉回的驱动齿轮。送出机构，其构成为装备有辊筒的辊筒单元和装备有驱动齿轮的驱动单元为不同的部件。驱动单元固定在起伏部的旋转部。辊筒单元构成为相对于驱动单元可拆装。

附图说明

图1是本实施方式的机械臂机构的外观立体图。

图2是图1的机械臂机构的侧视图。

图3是图1的机械臂结构的内部构造的从剖面方向观察的图。

图4是用图形记号表示图1的机械臂机构的构成的图。

图5是图3的送出机构的立体图。

符号的说明

1、基部；2、臂部；3、手指效果器；J1、J2、J4、J5、J6、旋转关节部；J3、直动伸缩关节部(直动伸缩机构)；53、第一链节；54、第二链节；56、送出机构；58、辊筒单元；59、62、辊筒；61、66、侧板；63、驱动单元；64、驱动齿轮；67、台阶；68、接合部分；69、导向辊筒。

具体实施方式

以下参照附图说明本实施方式的机械臂机构。作为本实施方式的机械臂机构，虽然在此说明了具有直动伸缩机构的极座标型的机械臂机构，但是，也可以是其他类型的机械臂机构。

图1是本实施方式的极座标型机械臂机构的立体图，图2是其侧视图，图3是将侧面罩去掉的机械臂机构的侧视图。图4表示用图形记号表示机械臂机构的构成。该机械臂机构的基台1上，典型地，竖直地设置有呈圆筒状的支柱部2。支柱部2收纳作为回转旋转关节部的第一关节部J1。第一关节部J1具有扭转旋转轴RA1。旋转轴RA1平行于竖直方向。臂部5通过第一关节部J1的旋转而水平地回转。支柱部2由下部2-1和上部2-2组成。下部2-1与第一关节部J1的固定部连接。上部2-2与第一关节部J1的旋转部连接，以旋转轴RA1为中心绕轴旋转。呈圆筒状的支柱部2的内部空腔，收纳着后述的作为直动伸缩机构的第三关节部J3的第一、第二链节列。支柱部2的上部2-2上设置有收纳作为起伏旋转关节部的第二关节部J2的起伏部4。第二关节部J2是弯曲关节。第二关节部J2的旋转轴RA2垂直于旋转轴RA1。第二关节部J2载置在支柱部2的上部2-2上。臂部5通过第二关节部J2的旋转而上下地起伏。

第三关节部J3通过直动伸缩机构提供。虽然后面会详细说明，但是直动伸缩机构包括有发明者们新开发的构造，明确区别于可动范围的观点下的所谓的直动关节。第三关节部J3的臂部5虽然自由弯曲，其沿中心轴(伸缩中心轴RA3)从臂部5的根部的送出机构56朝前方送出时，弯曲被限制，从而确保直线的刚性。臂部5被拉回到后方时恢复弯曲。臂部5具有第一链节列51和第二链节列52。第一链节列51由可自由弯曲地连结的多个第一链节53组成。第一链节53大致平板形状地构成。第二链节列52由多个第二链节54组成。第二链节54形成コ字形状的槽状体横截面。第二链节54通过底板的连结轴可自由弯曲地连结。第二链节列52的弯曲，在第二链节54的侧板的端面彼此抵接的位置被限制。在该位置第二链节列52直线地排列。第一链节列51内的头部的第一链节53和第二链节列52内的头部的第二链节54通过结合链节55连接。例如，结合链节55具有合成第一链节53和第二链节54后的形状。

第一、第二链节列51、52通过上下地排列的多个辊筒59之间时，相互地被挤压而接合。通过接合，第一、第二链节列51、52发挥直线的刚性，构成柱状的臂部5。辊筒59的后方设置有驱动齿轮56。驱动齿轮56通过未图示的减速器与步进马达连接。第一链节53的内侧的面的宽度中间沿连结方向形成有线性齿轮。多个第一链节53直线状地对齐排列时相邻的线性齿轮连接成直线状，从而构成长的线性齿轮。驱动齿轮56，与被导向辊筒57挤压的第一链节53的线性齿轮啮合。连接成直线状的线性齿轮和驱动齿轮56一同构成齿轮齿条机构。驱动齿轮56顺时针旋转时第一、第二链节列51、52从辊筒59朝前方送出。驱动齿轮56逆时针旋转时第一、第二链节列51、52被拉回到辊筒59的后方。被拉回的第一、第二链节列51、52在辊筒59和驱动齿轮56之间分离。分离的第一、第二链节51、52分别恢复到可弯曲的状态。恢复到可弯曲的状态的第一、第二链节片51、52，同时同向(内侧)地弯曲，竖直地收纳到支柱部2的内部。此时，第一链节列51以大致平行于第二链节列52且几乎对齐的状态被收纳。

臂部5的前端安装有手腕部6。手腕部6装备有第四-第六关节部J4-J6。第四-第六关节部J4-J6具有分别正交三轴的旋转轴RA4-RA6。第四关节部J4是以与伸缩中心轴RA3大致一致的第四旋转轴RA4为中心的扭转旋转关节，通过该第四关节部J4的旋转而使末端执行器摆动旋转。第五关节部J5是以垂直于第四旋转轴RA4设置的第五旋转轴RA5为中心的弯曲旋转关节，通过该第五关节部J5的旋转，使末端执行器前后地倾动旋转。第六关节部J6是以垂直于第四旋转轴RA4和第五旋转轴RA5设置的第六旋转轴RA6为中心的扭转旋转关节，通过该第六关节部J6的旋转，使末端执行器绕轴旋转。

末端执行器(手指效果器)安装在适配器7上，适配器7设置在手腕部6的第六关节部J6的旋转部下部。末端执行器是机器人具有对作业对象(工件)直接作用的功能的部分，例如，存在有对应把持部、真空吸附部、螺母锁紧工具、焊枪、喷枪等的任务的各种工具。末端执行器通过第一、第二、第三关节部J1、J2、J3移动到任意位置，通过第四、第五、第六关节部J4、J5、J6配置为任意姿势。特别地，第三关节部J3的臂部5的伸缩距离的长度，可使末端执行器到达从基台1的接近位置至远离位置的大范围内的对象。第三关节部J3的特征是通过构成这些的直动伸缩机构所实现的直线的伸缩动作及该伸缩距离的长度。

第一关节部J1具有圆筒形状或者圆环形状的旋转台座23。旋转台座23与支柱部2的基台1连接。自由旋转地支撑在旋转台座23上的旋转框架24呈圆筒形状或者圆环形状。旋转框架24的内部空腔收纳被拉回的第一、第二链节列51、52。旋转框架24与未图示的马达的旋转轴直接或者通过动力传递机构关节性地连接。

旋转框架24的上面，载置有作为第二关节部J2的固定部(支撑部)的一对侧架50。一对侧架50内，支撑有同时作为马达壳体使用的旋转部的筒体60。筒体60的一端自由旋转地轴支在一边的侧架50上。包括有马达和齿轮箱的马达单元固定在筒体60的内部。马达单元的输出轴(驱动轴)固定在另一边的侧架50上。筒体60根据输出轴的旋转，以旋转轴RA2为中心而旋转。

送出机构56安装在筒体60的周面上。送出机构56随着筒体60的轴旋转而旋转，使支撑在送出机构56上的臂部5起伏。如图5所示，送出机构56装备有多个上下辊筒59、多个左右辊筒62、驱动齿轮64、导向辊筒69，与第一、第二链节列51、52一起作为直动伸缩机构(第三关节部J3)的主要的构造体。上下辊筒59例如包括八个，其中四个配设在上侧、剩余的四个配设在下侧。上侧、下侧的四个辊筒59的每一个，其旋转轴相互平行地排列成一列。上侧的四个辊筒59和下侧的四个辊筒59，隔开了与接合的第一、第二链节53、54的总厚度相等的距离。通过这样，可以接合第一、第二链节53、54，从上下牢固地夹住并且支撑住第一、第二链节53、54使其前后自由移动。左右辊筒62例如包括六个，其中三个配设在左侧、剩余的三个配设在右侧。左侧、右侧的三个辊筒62的每一个相互平行，沿垂直于旋转轴的方向直线地排列。左侧的三个辊筒62和右侧的三个辊筒62，隔开与接合的第一、第二链节53、54的宽度相等的距离。通过这样，从左右牢固地夹住第一、第二链节53、54，并且支撑住第一、第二链节53、54使其前后自由移动。

为了不损伤例如由铝制的第一、第二链节53、54，这些辊筒59、62通常选用硬度比铝低、耐久性低的例如聚缩醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE；氟树脂)等自润滑性树脂制的圆柱体，或者外周用自润滑性树脂包覆的铝制的圆柱体。因此，辊筒59、62的耐用期比第一、第二链节53、54短，更换频率比较高。

辊筒59、62的后方,驱动齿轮64与导向辊筒69一同设置。导向辊筒69相对于驱动齿轮64间隔与第一链节53的厚度相等的距离。第一链节53通过导向辊筒69被按压到驱动齿轮64。驱动齿轮64与在第一链节53的内侧面形成的线性齿轮啮合。驱动齿轮64的旋转轴与未图示的马达的驱动轴连接，驱动齿轮64在马达顺时针旋转时，将第一链节53朝前方送出，在马达逆时针转时，朝后方拉回。

如上所述，辊筒59、62相比于第一、第二链节53、54更换频率比较高。对于该辊筒59、62，在将一条直线状并排的第一链节53夹住的驱动齿轮64和导向辊筒69的相对位置上对精度有要求，因此过去的装备有辊筒59、62，驱动齿轮64及导向辊筒69的送出机构56，一体地构成单一的框架。送出机构56固定在起伏部4的筒体60的周面上，起伏部4的筒体60设置在侧架57等的内部构造的复杂的地方。进一步地，驱动齿轮64与导向辊筒69之间插入有第一链节53。因此，更换辊筒59、62时，有必要进行将送出机构56整体从起伏部4的筒体60卸下，并且分解第一、第二链节列51、52，并从送出机构56中拔出的作业工序，作业性非常低。

在本实施方式中，为了提高此作业性，送出机构56的构成是：使装备有辊筒59、62的辊筒单元58，和装备有驱动齿轮64及导向辊筒69的驱动单元63，在构造上构成为不同的部件。驱动单元63固定在起伏部4的筒体60上。装备有辊筒59、62的辊筒单元58构成为相对于此驱动单元63可自由拆装。需要进行辊筒59、62的更换等的维护工作时，保持着将驱动单元63固定在起伏部4的筒体60的状态，将辊筒单元58从驱动单元63中取出。由于可以在保持驱动单元63的驱动齿轮64和导向辊筒69之间插入有第一链节53的状态下取出辊筒单元58，因此没有必要分解第一、第二链节列51、52。通过将手腕部6从臂部5的前端取出，使臂部5穿通辊筒单元58的辊筒59、62，将辊筒单元58从臂部5中分离，只将辊筒单元58单独地取出，从而可以容易地更换损坏的辊筒59、62。

作为辊筒单元58的构造，其在相对的一对侧板61上，通过固定螺丝从两侧将辊筒59的销轴保持。各侧板61上形成有矩形的缺口，左右的辊筒62嵌入此缺口，此销轴通过固定螺丝固定。驱动单元63也在一对侧板66上，通过固定螺丝从两侧将导向辊筒69的销轴保持，导向辊筒69的下方，间隔与第一链节53的厚度相等的距离而将驱动齿轮64轴支撑。侧板66构成为和侧板61相同厚度。辊筒单元58和驱动单元63，在这些侧板61的后边缘和侧板66的前边缘，彼此错位地接合成台阶67啮合成的台阶拼接形状，在该拼接部分68，辊筒单元58的侧板61相对于驱动单元63的侧板在多个位置，在此，在四个位置处通过螺丝65锁紧。辊筒单元58的侧板61的后端的台阶67形成为侧板61的厚度的1/2，驱动单元63的侧板66的前端的台阶也形成为侧板66的厚度的1/2，通过这样，使得接合部分68的厚度构成为和辊筒单元58的侧板61及驱动单元63的侧板66的厚度相等。

通过将辊筒单元58和驱动单元63接合成台阶拼接状并使用螺丝65将该接合部分68锁紧，使得辊筒单元58相对于驱动单元63没有晃动，可以牢固地接合，并且，通过在两侧将八处的螺丝65卸掉，可以将辊筒单元58从驱动单元63中简单地取出。

辊筒单元58的侧板61，构成为宽度向后方逐渐变窄的锥形形状。辊筒单元58的侧板61的后边缘，相对于驱动单元63的侧板66的前边缘，通过作为钝角例如以135度相交的两边71、73接合。一边的接合边71相对于被上侧的辊筒59列和下侧的辊筒62列所决定的臂部5所穿通的区域的中心线100正交。另一边的接合边73相对于中心线100为锐角，例如45度倾斜。

通过使辊筒单元58相对于辊筒单元58在钝角的两边71、73处接合，能提高相对于辊筒单元58而安装辊筒单元58特别是位置匹配的作业性，其安装位置的精度，也就是可以相对于驱动齿轮64和导向辊筒69而将辊筒59、62正确地设置在规定的相对位置上。

根据以上的本实施方式，提高构成机械臂机构的直动伸缩机构的辊筒的更换的作业性。

虽然说明了本发明的几个的实施方式，但这些实施方式，作为示例而提示，并不意图限定发明的保护范围。这些实施方式，可以以其他各种形态实施，在不脱离发明的要旨的范围下，可做各种省略、置换、变更。这些实施方式或者其变形，包含在发明的保护范围和要旨的同时，和记载在权利要求的保护范围的发明，包含有均等的保护范围。

Claims (6)

1.机械臂机构，基台上支撑有具有回转旋转关节部的支柱部，所述支柱部上载置有具有起伏旋转关节部的起伏部，所述起伏部上设置有具有直动伸缩性的臂部的直动伸缩机构，所述臂部的前端装备有可安装末端执行器的手腕部，所述手腕部上装备有用于改变所述末端执行器的姿势的至少一个旋转关节部，其特征在于，

所述直动伸缩机构包括：

平板形状的多个第一链节，所述第一链节相互地在前后端可弯曲地连结，

具有コ字形的槽形状截面的多个第二链节，所述第二链节相互地在底板前后端可弯曲地连结，

结合部，将所述多个第一链节的头部和所述多个第二链节的头部结合，所述第一、第二链节接合时直线状地硬直以构成所述臂部，所述第一、第二链节相互分离时恢复到弯曲状态，

送出机构，具有：为确保所述第一、第二链节的接合状态而牢固地夹住并支撑所述第一、第二链节使其前后自由移动的多个辊筒，和在所述辊筒的后方与所述分离的第一链节的线性齿轮啮合，使所述第一链节往前方送出、往后方拉回的驱动齿轮；

所述送出机构，其构成为装备有所述辊筒的辊筒单元和装备有所述驱动齿轮的驱动单元为不同的部件，所述驱动单元，其构成为固定在所述起伏部的旋转部，所述辊筒单元相对于所述驱动单元可拆装。

2.根据权利要求1所述的机械臂机构，其特征在于，构成所述辊筒单元的侧板和构成所述驱动单元的侧板，彼此错位地接合成台阶啮合成的台阶拼接形状，在该接合部分，所述辊筒单元的侧板和所述驱动单元的侧板通过螺丝锁紧。

3.根据权利要求2所述的机械臂机构，其特征在于，所述接合部分的厚度，与所述辊筒单元的侧板及所述驱动单元的侧板的其他部分的厚度相等。

4.根据权利要求2所述的机械臂机构，其特征在于，所述辊筒单元的侧板形成为锥形形状。

5.根据权利要求2所述的机械臂机构，其特征在于，所述辊筒单元相对于所述驱动单元，在以钝角相交的两边处接合。

6.直动伸缩机构，其特征在于，包括：

平板形状的多个第一链节，所述第一链节相互地在前后端可弯曲地连结，

具有コ字形的槽形状截面的多个第二链节，所述第二链节相互地在底板前后端可弯曲地连结,

结合部，将所述多个第一链节的头部和所述多个第二链节的头部结合，所述第一、第二链节接合时直线状地硬直，所述第一、第二链节相互分离时恢复到弯曲状态，

送出机构，具有：为确保所述第一、第二链节的接合状态而牢固地夹住并支撑所述第一、第二链节使其前后自由移动的多个辊筒，和在所述辊筒的后方与所述分离的第一链节的线性齿轮啮合，使所述第一链节往前方送出、往后方拉回的驱动齿轮；

所述送出机构，其构成为装备有所述辊筒的辊筒单元和装备有所述驱动齿轮的驱动单元为不同的部件，所述辊筒单元构成为相对于所述驱动单元可拆装。