CN110228059B - 机器人的关节轴结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明无需大幅变更可搬运重量不同的机器人的外形，且使构成机器人的零件的至少原材料通用化。本发明的机器人的关节轴结构具备：第一关节部件；第二关节部件，以能够围绕第一轴线旋转的方式支撑；环状的输出双曲线齿轮，与第一轴线同轴地配置于第二关节部件；齿轮组装体，安装于第一关节部件，马达。齿轮组装体(12)具备：壳体部件(18)，具备在第一关节部件的第一接合面所固定的第二接合面；输入双曲线齿轮，以能够围绕第二轴线旋转的方式支撑于壳体部件；齿轮，使马达的旋转减速并传递至输入双曲线齿轮。第一接合面与第一轴线平行，第二接合面与第二轴线正交，螺栓被紧固于比设想的多种减速比的所有的齿轮更靠近径向外侧的位置。

Description

机器人的关节轴结构及机器人

技术领域

本发明涉及机器人的关节轴结构及机器人。

背景技术

以往，已知有一种在机器人的前臂的前端，使手腕单元围绕前臂的长轴旋转的关节轴结构(例如，参照专利文献1。)。

在该关节轴结构中，与手腕单元连结的环状的输出双曲线齿轮，与前臂的长轴同轴地，通过轴承以能够旋转的方式撑于前臂的基端部。而且，将输入双曲线齿轮以能够旋转的方式支撑于壳体部件，并且将马达及单元安装于构成前臂的零件的基端侧的侧面，所述单元将使马达的旋转减速并传递给输入双曲线齿轮的齿轮支撑于壳体部件，由此使输入双曲线齿轮与输出双曲线齿轮啮合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2017-185574号公报

发明内容

发明要解决的问题

在具有这样的关节轴结构的现有的机器人中，为了对应可搬运重量更大的应用，需要将马达变更成高转矩的马达、或增大减速比。

如果采用更高转矩的马达，则马达的全长变长，从而机器人的外形变化。如果机器人的外形变化，则与周边设备的干扰变大，会发生设置、动作可能范围受到限制的情况。另一方面，在变更减速比的情况下，机器人的外形变化比较少，但齿轮的大小、数量产生变化，因此需要根据构成前臂的零件的形状进行变更，需要进行多种零件的设计及管理。

本发明的目的在于，提供一种不会大幅变更可搬运重量不同的机器人的外形、并且可以使构成机器人的零件的至少原材料通用化机器人的关节轴结构及机器人。

用于解决问题的方案

本发明的一方案是，机器人的关节轴结构具备：第一关节部件；第二关节部件，其以能够围绕第一轴线旋转的方式支撑于该第一关节部件；环状的输出双曲线齿轮，其固定于该第二关节部件，并与所述第一轴线同轴地配置；齿轮组装体，其安装于所述第一关节部件；以及，马达，其安装于该齿轮组装体，所述齿轮组装体具备：壳体部件，其具备利用螺栓以紧贴状态固定于所述第一关节部件的第一接合面的第二接合面；输入双曲线齿轮，其以能够围绕第二轴线旋转的方式支撑于该壳体部件；以及齿轮，其对所述马达的旋转进行减速并传递给所述输入双曲线齿轮，所述第一接合面与所述第一轴线平行，所述第二接合面与所述第二轴线正交，在所述壳体部件固定于所述第一关节部件时，所述输入双曲线齿轮配置于与所述输出双曲线齿轮啮合的位置，所述螺栓被紧固于比设想的多种减速比的所有的所述齿轮更靠近径向外侧的位置。

根据本方案，构成齿轮组装体的壳体部件的第二接合面、与第一关节部件的第一接合面紧贴时，以能够旋转的方式支撑于壳体部件的输入双曲线齿轮与固定于第二关节部件的输出双曲线齿轮啮合，所述第二关节部件以能够旋转的方式支撑于第一关节部件。在该状态下，紧固螺栓，从而将齿轮组装体固定于第一关节部件，并且将马达固定于壳体部件，由此构成关节轴结构。

马达的旋转通过齿轮减速，并传递至输入双曲线齿轮。输入双曲线齿轮的旋转根据与输出双曲线齿轮的传动比减速，并传递至输出双曲线齿轮，可以使第二关节部件相对于第一关节部件围绕第一轴线旋转。

在该情况下，若为了对应可搬运重量更大的应用，无需变更马达的大小，变更齿轮的大小、数量，则设置于壳体部件的第二接合面的开口部的形状变化。根据本方案，即使在将形状不同的任意一个齿轮组装体安装于第一关节部件的情况下，还可以在比开口部更靠近外侧紧固螺栓，由此可以将开口部密闭。

在上述方案中，还可以是，所述齿轮的至少一部分可以从所述第二接合面突出，所述第一关节部件具有能够形成第一凹部的形状，所述第一凹部容纳减速比不同的多种所述齿轮，所述第一接合面具备能够容纳至少一种所述齿轮的第二凹部。

利用该结构，当将具有一个减速比的齿轮的齿轮组装体安装于第一关节部件时，从齿轮的第二接合面突出的部分容纳于在第一接合面所设置的第二凹部，可以使第一接合面与第二接合面紧贴。由此，可以抑制壳体部件在第二轴线方向上的厚度。

在该情况下，当在第一接合面具备能够容纳设想的所有的种类的齿轮的第二凹部的情况下，可以拆卸一个齿轮组装体，从而将其它齿轮组装体安装于第一关节部件。由此，可以容易地对应可搬运重量更大的应用。

另一方面，当在第一接合面仅具备能够容纳任意一个齿轮的第二凹部的情况下，对凹部进行加工以使还能容纳其它减速比的齿轮，由此可以将具有其它减速比的齿轮的齿轮组装体安装于第一关节部件。即，使用具有能够形成容纳减速比不同的多种齿轮的第一凹部的形状的第一关节部件，由此可以使第一关节部件的至少加工前的原材料通用化。

另外，在上述方案中，还可以是，第二凹部具有与所述第一凹部相等的大小。

利用该结构，可以拆卸一个齿轮组装体，从而将其它齿轮组装体安装于第一关节部件。由此，能够容易地改造为可对应可搬运重量更大的应用的机器人。改造时，不需要对第一关节部件进行额外的加工，可以在现场更换齿轮组装体，容易地实现可搬运重量的增大。

另外，本发明的其它方案是，机器人具备至少一个具有上述任意一个机器人的关节轴结构的关节。

发明效果

根据本发明，可以发挥下述效果：无需大幅变更可搬运重量不同的机器人的外形，且能够使构成机器人的零件的至少原材料通用化。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的机器人的一例的侧视图。

图2是示出图1的机器人所具备的本发明的一实施方式的关节轴结构的一例的局部纵剖视图。

图3是从第二接合面侧观察图2的关节轴结构所具备的齿轮组装体的立体图。

图4是从第二接合面侧观察适用于图2的关节轴结构的可搬运重量大的齿轮组装体的立体图。

图5是从沿着输入双曲线齿轮的轴线的方向观察图3的齿轮组装体的第二接合面的主视图。

图6是从沿着输入双曲线齿轮的轴线的方向观察图4的齿轮组装体的第二接合面的主视图。

图7是示出图2的关节轴结构的变形例的局部纵剖视图。

附图标记说明：

1 机器人

5 前臂(第一关节部件)

6 第二臂(第二关节部件)

10 关节轴结构

11 输出双曲线齿轮

12 齿轮组装体

13 马达

14 第一接合面

16 凹部(第一凹部、第二凹部)

17 第二接合面

18、33 壳体部件

19 输入双曲线齿轮

21 齿轮组(齿轮)

22 小齿轮(齿轮)

23 大齿轮(齿轮)

D 第四轴线(第一轴线)

G 轴线(第二轴线)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的机器人1的关节轴结构10及机器人1进行说明。

如图1所示，本实施方式的机器人1为直立多关节型机器人。该机器人1具备：基座2，其设置于被设置面、例如地面；转动体3，其能够围绕竖直的第一轴线A相对于基座2旋转；第一臂4，其可围绕水平的第二轴线B相对于转动体3摆动；前臂(第一关节部件)5，其在第一臂4的前端，能够围绕水平的第三轴线C相对于第一臂4摆动；圆筒状的第二臂(第二关节部件)6，其以能够围绕第四轴线(第一轴线)D旋转的方式设置于前臂5的前端，所述第四轴线D沿着与第三轴线C正交的平面延伸；第二手腕单元7，其能够围绕与第四轴线D正交的第五轴线E摆动地设置于第二臂6的前端；以及第三手腕单元8，其以能够围绕与第五轴线E正交的第六轴线旋转的方式进行设置。

本实施方式的关节轴结构10为，例如使第二臂6相对于前臂5旋转驱动的结构。即，如图2及图3所示，本实施方式的关节轴结构10具备：前臂5；第二臂6；环状的输出双曲线齿轮11，其与第四轴线D同轴地固定于第二臂6的基端；齿轮组装体12，其安装于前臂5；以及马达13，其安装于齿轮组装体12。

在前臂5的侧面，设置有与第四轴线D平行地延伸、并用于安装齿轮组装体12的第一接合面14。在第一接合面14设置有使后述的输入双曲线齿轮19贯穿的贯穿孔15、以及能够容纳后述的齿轮组21的凹部(第一凹部、第二凹部)16。

齿轮组装体12具备：壳体部件18，其具有以紧贴状态安装于前臂5的第一接合面14的第二接合面17；输入双曲线齿轮19，其以能够围绕轴线(第二轴线)G旋转的方式支撑，所述轴线G向与壳体部件18的第二接合面17正交的方向延伸；马达安装部20，其用于安装马达13；以及齿轮组(齿轮)21，其使马达13的旋转减速并传递至输入双曲线齿轮19。

当为标准的可搬运重量的情况下，例如，齿轮组21具备：小齿轮(齿轮)22，其由安装于马达13的轴的正齿轮构成；以及大齿轮(齿轮)23，其由与输入双曲线齿轮19同轴地固定的正齿轮构成。输入双曲线齿轮19通过轴承24以能够围绕轴线G旋转的方式支撑于壳体部件18。

马达安装部20具备与第二接合面17平行的安装面25，在安装面25设置有紧固螺栓(省略图示)的螺纹孔(省略图示)，所述螺栓用于固定马达13。另外，在马达安装部20设置有使马达13的凹窝部嵌合的嵌合孔26、以及使轴和小齿轮22贯穿的贯穿孔27。使轴和小齿轮22贯穿贯穿孔27，使马达13的凹窝部与嵌合孔26嵌合，并且使马达13的凸缘紧贴于安装面25，由此可以使小齿轮22与大齿轮23啮合。而且，在该状态下，使螺栓与螺纹孔紧固，由此可以将马达13固定于壳体部件18。

如图3所示，在壳体部件18的第二接合面17设置有使相互啮合的小齿轮22及大齿轮23露出的开口部28。开口部28具有在小齿轮22及大齿轮23的径向外方隔开预定的间隙包围的形状。

当在具备大齿轮23的输入双曲线齿轮19及具备小齿轮22的马达13安装于壳体部件18的状态下，输入双曲线齿轮19、大齿轮23及小齿轮22的至少一部分向与第二接合面17正交的方向突出而配置。

但是，在本实施方式的机器人1及机器人1的关节轴结构10中，为了对应增大可搬运重量的应用(可搬运重量大)，无需变更马达13，需要变更根据齿轮组21的减速比。例如，如图4所示，在安装于马达13的小齿轮22和安装于输入双曲线齿轮19的大齿轮23之间，配置双联齿轮29。

在该情况下，双联齿轮29一体地具备第二大齿轮30和第二小齿轮31，所述第二大齿轮30与小齿轮22啮合，所述第二小齿轮31与大齿轮23啮合。双联齿轮29通过未图示的轴承，围绕与输入双曲线齿轮19的轴线G平行的轴线，以能够旋转的方式支撑于与壳体部件18不同的壳体部件33。

而且，在该情况下，如图4所示，在壳体部件33的第二接合面17设置有使小齿轮22、大齿轮23及双联齿轮29露出的形状的开口部32。

设置于前臂5的侧面的第一接合面14的凹部16形成范围为包含开口部28和开口部32这两者，所述开口部28为图3所示的标准可搬运重量的情况下的第二接合面17的开口部28，所述开口部32为图4所示的可搬运重量大的情况下的第二接合面17的开口部32。另外，设置于第一接合面14的凹部16的自第一接合面14起的深度，设定为大于自壳体部件33的第二接合面17突出的齿轮组21的突出量。

而且，在第一接合面14与第二接合面17紧贴的状态下，将齿轮组装体12固定于前臂5的螺栓，与配置于比第一接合面14的凹部16更靠近外侧的位置的螺纹孔紧固。螺纹孔在比凹部16更靠近外侧的位置隔开间隔而配置，在其间隔位置夹入有未图示的密封部件，由此第一接合面14和第二接合面17以液密状态密封。

以下，对如此地构成的本实施方式的机器人1的关节轴结构10及机器人1的作用进行说明。

在本实施方式的机器人1中，使第二臂6相对于前臂5围绕第四轴线D旋转时，使马达13工作。

马达13的旋转，当从固定于马达13的轴的小齿轮22传递至大齿轮23时，以与小齿轮22和大齿轮23的齿数比相等的减速比，进行减速。由此，使固定于大齿轮23的输入双曲线齿轮19旋转，使与输入双曲线齿轮19啮合的输出双曲线齿轮11围绕第四轴线D旋转。而且，由此，可以使固定于输出双曲线齿轮11的第二臂6相对于前臂5围绕第四轴线D旋转。

在该情况下，根据本实施方式的机器人1的关节轴结构10及机器人1，当为了对应可搬运重量更大的应用，而产生增大第二臂6的转矩的必要时，更换齿轮组装体12。

为了更换齿轮组装体12，在使第二臂6旋转至转矩成为最小的角度为止的状态下，从壳体部件18拆卸马达13，拆卸将壳体部件18固定于前臂5的螺栓，从而从前臂5拆卸齿轮组装体12。

接下来，将具有减速比不同的齿轮组21的其它齿轮组装体12，安装于前臂5。输入双曲线齿轮19及齿轮组21的至少一部分，从齿轮组装体12的壳体部件18的第二接合面17突出，但在前臂5的第一接合面14，设置有还能够容纳新的齿轮组21的尺寸的凹部16，因此将输入双曲线齿轮19与在前臂5所设置的贯穿孔15对准，从而使第二接合面17逐渐接近第一接合面14，由此齿轮组21容纳于第一接合面14的凹部16内。而且，在第一接合面14与第二接合面17紧贴的位置，输入双曲线齿轮19与输出双曲线齿轮11啮合，因此通过紧固螺栓，从而可以将齿轮组装体12固定于前臂5。

然后，将拆卸下来的马达13固定于马达安装部20的安装面25，由此可以使固定于马达13的轴的小齿轮22与安装于壳体部件33的第二大齿轮30啮合。由此，马达13的旋转进一步大幅减速并传递至输入双曲线齿轮19，可对应可搬运重量更大的应用。

即，根据本实施方式的机器人1的关节轴结构10及机器人1，仅通过更换齿轮组装体12，就可以改造为能够对应于可搬运重量不同的应用。在该情况下，与输出双曲线齿轮11啮合的输入双曲线齿轮19，在两个齿轮组装体12中相同，并且固定于输入双曲线齿轮19的大齿轮23、及将它们以能够旋转的方式安装于壳体部件18、33的轴承等部件可以通用化。

另外，在两个齿轮组装体12中，如图5及图6所示，根据用于改变减速比的双联齿轮29的有无，从第二接合面17突出的齿轮22、23、30、31的位置及大小不同。与之对应，第一接合面14的凹部16形成为还能够容纳任意一个齿轮22、23、30、31的大小。另外，用于将齿轮组装体12固定于前臂5的螺栓，配置于在比容纳两齿轮22、23、30、31的开口部28、32更靠近外侧的位置进行紧固的位置。由此，对于任意一个齿轮组装体12而言，都可以使第一接合面14和第二接合面17以密封状态进行紧贴。

其结果，根据本实施方式的机器人1的关节轴结构10及机器人1，通过在设置有机器人1的现场仅更换齿轮组装体12，就可以改造为能够对应可搬运重量不同的应用。即，在可搬运重量不同的两种机器人1中，可以使前臂5的零件通用化。另外，能够使马达13通用化，因此具有无需大幅改变外形的优点。

另外，在本实施方式中，使齿轮22、23的至少一部分从第二接合面17突出，将容纳突出的齿轮22、23的凹部16设置于第一接合面14，因此在壳体部件18侧无需容纳齿轮22、23整体，可以将要更换的壳体部件18设为薄型。由此，具有可以使齿轮组装体12轻量化从而提高更换容易性的优点。

此外，在本实施方式中，例示出对具有减速比不同的齿轮组21的两个齿轮组装体12进行更换的情况，但是代替于此，还可以适用于对三个以上的齿轮组装体12进行更换的情况。在该情况下，还可以是，将能够容纳所有的齿轮组装体12的齿轮22、23的凹部16设置于前臂5的第一接合面14，将螺栓紧固于比所有的开口部28更靠近外侧的位置，所述所有的开口部28是为了容纳齿轮22、23而设置于第二接合面17。

另外，如上所述，代替于使齿轮22、23的至少一部分从第二接合面17突出的情况，如图7所示，还可以仅使输入双曲线齿轮19从第二接合面17突出、而使其它齿轮22、23以不从第二接合面17突出的方式容纳于开口部28内。由此，无需在第一接合面14设置用于容纳齿轮22、23的凹部16，可以简易地构成前臂5。

另外，在本实施方式中，在前臂5的第一接合面14设置了能够容纳设想的多个齿轮组装体12的齿轮组21的形状的凹部16，但代替于此，还可以是，在第一接合面14设置能够容纳任意一个齿轮组装体12的齿轮组21的形状的凹部(第二凹部)16，作为前臂5，具有能形成能够容纳设想的其它齿轮组装体12的齿轮组21的凹部(第一凹部)16的形状。即，利用该结构，能够使可搬运重量不同的机器人1的前臂5的至少原材料通用化，从而能够容易地管理零件。

在该情况下，对可搬运重量不同的机器人1的现场改造困难，但在前臂5的第一接合面14额外加工凹部16，并仅变更齿轮组装体12，就可以改造为可搬运重量不同的机器人1。

另外，虽例示出正齿轮作为构成齿轮组21的齿轮22、23的例子，但也可以采用其它任意的齿轮。

Claims (3)

1.一种机器人的关节轴结构，其特征在于，具备：

第一关节部件；

第二关节部件，其以能够围绕第一轴线旋转的方式支撑于该第一关节部件；

环状的输出双曲线齿轮，其固定于该第二关节部件，并与所述第一轴线同轴地配置；

齿轮组装体，其安装于所述第一关节部件；以及

马达，其安装于该齿轮组装体，

所述齿轮组装体具备：壳体部件，其具备利用螺栓以紧贴状态固定于所述第一关节部件的第一接合面的第二接合面；输入双曲线齿轮，其以能够围绕第二轴线旋转的方式支撑于该壳体部件；以及齿轮，其对所述马达的旋转进行减速并传递给所述输入双曲线齿轮，

所述第一接合面与所述第一轴线平行，

所述第二接合面与所述第二轴线正交，

在所述壳体部件固定于所述第一关节部件时，所述输入双曲线齿轮配置于与所述输出双曲线齿轮啮合的位置，

所述螺栓被紧固于比所述齿轮更靠近径向外侧的位置，

所述齿轮的至少一部分从所述第二接合面突出，

在所述第一接合面具备能够容纳至少一种所述齿轮的凹部，

所述第一关节部件具有能够以能够容纳减速比不同的多种所述齿轮的方式额外加工所述凹部的形状。

2.一种机器人的关节轴结构，其特征在于，具备：

第一关节部件；

第二关节部件，其以能够围绕第一轴线旋转的方式支撑于该第一关节部件；

环状的输出双曲线齿轮，其固定于该第二关节部件，并与所述第一轴线同轴地配置；

齿轮组装体，其安装于所述第一关节部件；以及

马达，其安装于该齿轮组装体，

所述齿轮组装体具备：壳体部件，其具备利用螺栓以紧贴状态固定于所述第一关节部件的第一接合面的第二接合面；输入双曲线齿轮，其以能够围绕第二轴线旋转的方式支撑于该壳体部件；以及齿轮，其对所述马达的旋转进行减速并传递给所述输入双曲线齿轮，

所述第一接合面与所述第一轴线平行，

所述第二接合面与所述第二轴线正交，

在所述壳体部件固定于所述第一关节部件时，所述输入双曲线齿轮配置于与所述输出双曲线齿轮啮合的位置，

所述螺栓被紧固于比所述齿轮更靠近径向外侧的位置，

所述齿轮的至少一部分从所述第二接合面突出，

在所述第一接合面具备凹部，所述凹部能够容纳所述齿轮。

3.一种机器人，其特征在于，

具备至少一个关节，

所述关节具有权利要求1或2所述的机器人的关节轴结构。

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