CN110774275A

CN110774275A - 机械臂

Info

Publication number: CN110774275A
Application number: CN201910676965.5A
Authority: CN
Inventors: 岩崎友寿; 荒川豊; 外山满
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: US20200030969A1; JP2020015152A; US11389952B2; JP7167522B2; CN110774275B

Abstract

一种机械臂，不会导致装置的复杂化并且适合在狭小区域的作业。机械臂具有：末端部，具有把持部和支承所述把持部的第一支承部；第一驱动部，在以沿着所述把持部和所述第一支承部排列的方向的轴线为第一轴线时，使所述把持部相对于所述第一支承部绕沿着所述第一轴线的第一转动轴线转动；第二支承部，支承所述第一支承部；以及第二驱动部，在以与所述第一轴线正交的轴线为第二轴线时，使所述末端部相对于所述第二支承部绕沿着所述第二轴线的第二转动轴线转动，所述第一驱动部具备压电马达，所述第二转动轴线与所述末端部交叉。

Description

机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂。

背景技术

例如，专利文献1所记载的机器人系统具有：多关节机器人，具备把持装置；以及托盘，对由该多关节机器人的把持装置所把持的工件进行不对齐地收容。此外，托盘具有底面和从该底面竖立设置的壁面，底面和壁面相对上下移动。因此，能够变更托盘的形状，能够抑制托盘与把持装置的干涉。其结果，易于把持托盘内的工件。

专利文献1：日本专利特开2010-105081号公报

然而，在这样的结构的机器人系统中，存在托盘的结构复杂化的这一问题。

发明内容

一种机械臂，其特征在于，具有：末端部，具有把持部和用于支承所述把持部的第一支承部；第一驱动部，在以沿着所述把持部和所述第一支承部排列的方向的轴线为第一轴线时，使所述把持部相对于所述第一支承部绕沿着所述第一轴线的第一转动轴线转动；第二支承部，支承所述第一支承部；以及第二驱动部，在以与所述第一轴线正交的轴线为第二轴线时，使所述末端部相对于所述第二支承部绕沿着所述第二轴线的第二转动轴线转动，所述第一驱动部具备压电马达，所述第二转动轴线与所述末端部交叉。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的机器人的立体图。

图2是示出机器人具备的末端执行器的俯视图。

图3是示出图2的末端执行器具备的第一驱动部的剖视图。

图4是示出图3的第一驱动部具备的压电致动器的俯视图。

图5是示出图2的末端执行器具备的把持部的剖视图。

图6是从沿着第二转动轴线的方向观察图2的末端执行器的俯视图。

图7是示出图2的末端执行器具备的第二驱动部的剖视图。

图8是示出本发明的第二实施方式的机器人具备的末端执行器的剖视图。

附图标记说明

1…机器人；2…基座；3…机械臂；31…第一臂；32…第二臂；33…第三臂；34…第四臂；35…第五臂；36…第六臂；4…末端执行器；51…第一臂驱动部；52…第二臂驱动部；53…第三臂驱动部；54…第四臂驱动部；55…第五臂驱动部；56…第六臂驱动部；6…末端部；61…把持部；611…基部；612、613…齿条齿轮；614…小齿轮；615…小齿轮驱动部；6151…转子；6152…压电致动器；6153…凸部；6154…主面；616、617…指部；618…轴承；62…第一支承部；621…安装部；63…第二支承部；631…基部；632…末端部支承部；64…连结部；641…第一部分；642…第二部分；66…间隙；7…第一驱动部；70…压电马达；72…框体；73…转子；731…主面；732…侧面；74…压电致动器；741…振动体；742…支承部；743…连接部；744…凸部；745A～745E…压电元件；76…轴承；8…第二驱动部；80…压电马达；82…框体；83…转子；831…主面；84…压电致动器；844…凸部；85…轴承；D…距离；M…马达；O1…第一臂转动轴线；O2…第二臂转动轴线；O3…第三臂转动轴线；O4…第四臂转动轴线；O5…第五臂转动轴线；O6…第六臂转动轴线；O6’…第三轴线；O7…第一转动轴线；O7’…第一轴线；O8…第二转动轴线；O8’…第二轴线。

具体实施方式

以下，基于附图所示的优选的实施方式对本发明的机械臂详细进行说明。

<第一实施方式>

图1是示出本发明的第一实施方式的机器人的立体图。图2是示出机器人具备的末端执行器的俯视图。图3是示出图2的末端执行器具备的第一驱动部的剖视图。图4是示出图3的第一驱动部具备的压电致动器的俯视图。图5是示出图2的末端执行器具备的把持部的剖视图。图6是从沿着第二转动轴线的方向观察图2的末端执行器的俯视图。图7是示出图2的末端执行器具备的第二驱动部的剖视图。

图1所示的机器人1例如能够进行精密设备、构成精密设备的组件的供料、去料、搬运以及组装等的作业。但作为机器人1的用途并不限定于此。机器人1是垂直多关节机器人，具有基座2和机械臂3。此外，机械臂3具有第一臂31、第二臂32、第三臂33、第四臂34、第五臂35、第六臂36以及末端执行器4。另外，在以下的说明中，也将机械臂3的基座2侧称为“基端”或“基端侧”，也将基座2的反向侧即远离基座2的一侧称为“末端”或“末端侧”。

基座2相对于地面、墙壁或天花板等固定。第一臂31连接为能够在其基端侧相对于基座2绕第一臂转动轴线O1转动。此外，第二臂32连接为能够在其基端侧相对于第一臂31绕与第一臂转动轴线O1正交的第二臂转动轴线O2转动。此外，第三臂33连接为能够在其基端侧相对于第二臂32绕与第二臂转动轴线O2平行的第三臂转动轴线O3转动。此外，第四臂34连接为能够在其基端侧相对于第三臂33绕与第三臂转动轴线O3正交的第四臂转动轴线O4转动。此外，第五臂35连接为能够在其基端侧相对于第四臂34绕与第四臂转动轴线O4正交的第五臂转动轴线O5转动。此外，第六臂36连接为能够在其基端侧相对于第五臂35绕与第五臂转动轴线O5正交的第六臂转动轴线O6转动。末端执行器4拆装自如地安装于第六臂36的末端部。另外，在本实施方式中，上述的第六臂36构成本发明的第三支承部。

另外，关于第一臂转动轴线O1～第六臂转动轴线O6以及后述的第一、第二转动轴线O7、O8，“正交”也包括两个轴所成的角度从90°在±5°的范围内偏离的情况，此外，“平行”也包括两个轴的一方相对于另一方在±5°的范围内倾斜的情况。

此外，机器人1具有：第一臂驱动部51，设置于基座2与第一臂31的连结部，使第一臂31相对于基座2转动；第二臂驱动部52，设置于第一臂31与第二臂32的连结部，使第二臂32相对于第一臂31转动；第三臂驱动部53，设置于第二臂32与第三臂33的连结部，使第三臂33相对于第二臂32转动；第四臂驱动部54，设置于第三臂33与第四臂34的连结部，使第四臂34相对于第三臂33转动；第五臂驱动部55，设置于第四臂34与第五臂35的连结部，使第五臂35相对于第四臂34转动；以及第六臂驱动部56，设置于第五臂35与第六臂36的连结部，使第六臂36相对于第五臂35转动。另外，在本实施方式中，上述的第六臂驱动部56构成本发明的第三驱动部。

第一臂驱动部51～第六臂驱动部56分别例如具备成为臂的驱动源的马达M、控制马达M的驱动的控制器、减速机、编码器等。另外，作为马达M，并不特别限定，优选使用利用了由通电引起的压电元件的伸缩的压电马达。由此，例如，与使用电磁马达等作为马达M的情况相比，能够实现马达M的小型化。此外，例如，与电磁马达相比，压电马达在低速、高扭矩下的驱动优异，由于是这样的特性，因此适合机器人1的驱动。另外，作为压电马达的结构，并不特别限定，例如，能够设为与后述的压电马达70、80同样的结构。

如图2所示，末端执行器4具有：末端部6，具备把持工件的把持部61以及支承把持部61的第一支承部62；第一驱动部7，使把持部61相对于第一支承部62绕第一转动轴线O7转动；第二支承部63，支承第一支承部62；连结部64，连结末端部6和第二支承部63；以及第二驱动部8，使末端部6相对于第二支承部63绕与第一转动轴线O7正交的第二转动轴线O8转动。

把持部61和第一支承部62沿着第一轴线O7’配置，第一支承部62位于把持部61的基端侧(与连结部64连接的一侧)。此外，把持部61连结为能够相对于第一支承部62绕沿着第一轴线O7’的轴线，即作为与第一轴线O7’一致或平行的轴线的第一转动轴线O7转动。此外，第一支承部62具有安装部621，能够将把持部61拆装自如地安装在其末端部。这样，通过使把持部61相对于第一支承部62拆装自如，从而能够配合作业内容容易更换把持部61。此外，把持部61的维护也变得容易。另外，作为把持部61朝安装部621的安装方法，并不特别限定，例如，也可以是凹凸嵌合、旋合、螺丝固定、磁性吸附等任何方法。

如图3所示，第一驱动部7具备压电马达70。压电马达70具有：框体72；能够相对于框体72旋转的转子73；以及压电致动器74，具备与转子73的主面731抵接的凸部744。此外，框体72固定于第一支承部62。此外，转子73借助轴承76支承于框体72，相对于框体72绕第一转动轴线O7能够旋转。而且，在该转子73设置有安装部621。此外，压电致动器74在通过未图示的施力部件使凸部744按压于转子73的主面731的状态下被固定在框体72。

此外，如图4所示，压电致动器74具有：振动体741；支承部742，支承振动体741；连接部743，连接振动体741与支承部742以及凸部744，设置于振动体741并将振动体741的振动传递到转子73的。这样的压电致动器74配置于从第一转动轴线O7偏心的位置，即偏离第一转动轴线O7的位置，在图示的结构中，相对于第一转动轴线O7在图纸内侧偏离地配置。此外，在振动体741配置有五个压电元件745A～745E。这些五个压电元件745A～745E分别在振动体741的纵长方向上伸缩，使压电元件745A～745E在规定的定时(timing)伸缩，从而压电致动器74呈S字状弯曲振动，并使该弯曲振动传递到转子73，从而转子73相对于框体72绕第一转动轴线O7旋转。

例如与电磁马达等的其它马达相比，能够使以上那样的压电马达70小型化。因此，能够实现末端执行器4的小型化。此外，与电磁马达相比，压电马达70具有低速、高扭矩的特性，这样的特性适合末端执行器4的驱动。因此，为能够进行更稳定的驱动的末端执行器4。

如图5所示，把持部61具有：基部611，其拆装自如地安装于第一支承部62的安装部621；一对齿条齿轮612、613，其支承为相对于基部611能够滑动；小齿轮614，其位于齿条齿轮612、613之间，并与它们啮合；小齿轮驱动部615，其使小齿轮614绕其中心轴旋转；以及一对指部616、617，其固定于齿条齿轮612、613。另外，在本实施方式中，小齿轮614的中心轴与第一转动轴线O7一致。

当通过小齿轮驱动部615使小齿轮614旋转时，齿条齿轮612、613相对于基部611在相反方向上滑动，由此，一对指部616、617开闭，能够把持、释放对象物。作为小齿轮驱动部615，并不特别限定，例如，能够使用压电马达、电磁马达等。在使用压电马达的情况下，能够设为与上述的压电马达70同样的结构。在本实施方式中，小齿轮驱动部615具有相对于基部611借助轴承618支承为能够旋转的转子6151和使转子6151旋转的压电致动器6152。另外，压电致动器6152与上述的压电致动器74为同样的结构，压电致动器6152具有的凸部6153与从转子6151的主面6154的转动轴偏心的位置抵接。

以上，对把持部61进行了说明，但作为把持部61的结构，并不限定于图示的结构。例如，指部的数量并不特别限定，例如，也可以是三根以上。此外，关于开闭指部616、617的机构，也并不特别限定，例如，也可以单独设置使指部616滑动的驱动部和使指部617滑动的驱动部。此外，本实施方式的把持部61为由一对指部616、617来把持对象物的结构，但并不限定于此，例如，也可以为具有通过负压来吸附对象物的吸附部的结构。

此外，第二支承部63具有支承于第六臂36的基部631和从基部631延伸并支承末端部6的末端部支承部632。此外，末端部支承部632和末端部6沿着第二转动轴线O8配置，其中，第二转动轴线O8为沿着与第一轴线O7’正交的第二轴线O8’的轴线，即与第二轴线O8’一致或平行的轴线。换言之，如图6所示，在从沿着第二转动轴线O8的方向的俯视观察下，末端部支承部632与末端部6重叠。

如图7所示，第二驱动部8配置于末端部支承部632。此外，第二驱动部8具备压电马达80。此外，压电马达80具有压电致动器84，该压电致动器84与上述的压电马达70的压电致动器74为同样的结构。

即，压电马达80具有框体82、相对于框体82能够旋转的转子83和具备与转子83的主面831抵接的凸部844的压电致动器84。此外，框体82固定于末端部支承部632的末端部。此外，转子83借助轴承85支承于框体82，相对于框82绕第二转动轴线O8能够旋转。此外，压电致动器84在通过未图示的施力部件使凸部844按压于转子83的主面831的状态下被固定在框体82。这样的压电致动器84配置于从第二转动轴线O8偏心的位置，即偏离第二转动轴线O8的位置，在图示的结构中，配置为相对于第二转动轴线O8向图纸内侧偏离。而且，若使压电致动器84呈S字状弯曲振动，则该振动传递到转子83，从而转子83绕第二转动轴线O8旋转。

连结部64构成为在中途呈直角弯曲的L字状。具体而言，连结部64具有：第一部分641，在沿着第一转动轴线O7的方向上延伸以及第二部分642，连接于第一部分641的一端部并在沿着第二转动轴线O8的方向上延伸。而且，在第一部分641固定有转子83，在第二部分642固定有第一支承部62。因此，若通过压电致动器84的工作使转子83旋转，则连结部64以及末端部6绕第二转动轴线O8转动。另外，在第二部分642与基部631之间形成有在连结部64以及末端部6绕第二转动轴线O8转动时而它们不会接触的程度的间隙66。

如图2以及图6所示，第二转动轴线O8与末端部6交叉。换言之，在从沿着第二转动轴线O8的方向的俯视观察下，第二转动轴线O8与末端部6重叠。这样，第二转动轴线O8与末端部6交叉，从而从第二转动轴线O8至把持部61的末端的距离D变短，能够在更小的区域内使末端部6绕第二转动轴线O8转动。因此，易于进行狭小区域的作业。特别是，在本实施方式中，第二转动轴线O8与第一转动轴线O7交叉。由此，能够更明显地发挥上述的效果。但并不限定于此，第二转动轴线O8与第一转动轴线O7也可以不交叉而存在扭转的关系。

此外，在从沿着第二转动轴线O8(第二轴线O8’)的方向的俯视观察下，第二驱动部8与末端部6重叠。换言之，第二驱动部8和末端部6沿着第二转动轴线O8配置。由此，能够缩短末端执行器4的全长，能够实现机械臂3的小型化。特别是，在本实施方式中，在从沿着第二转动轴线O8的方向的俯视观察下，第二驱动部8与把持部61重叠。由此，能够进一步地缩短末端执行器4的全长，能够实现机械臂3的进一步的小型化。另外，第二驱动部8与末端部6重叠，是指例如在从沿着第二转动轴线O8的方向的俯视观察下，末端部6的至少一部分与第二驱动部8的框体82以及转子83的至少一方重叠。此外，第二驱动部8与把持部61重叠，是指例如在从沿着第二转动轴线O8的方向的俯视观察下，使把持部61绕第一转动轴线O7旋转的旋转面的至少一部分与第二驱动部8的框体82以及转子83的至少一方重叠。

此外，在从沿着第二转动轴线O8(第二轴线O8’)的方向的俯视观察下，第二驱动部8与安装部621重叠。由此，能够在末端部6的全长方向的大致中央部使第二转动轴线O8和末端部6交叉，能够在更小的区域内使末端部6绕第二转动轴线O8转动。另外，第二驱动部8与安装部621重叠，是指例如在从沿着第二转动轴线O8的方向的俯视观察下，安装部621的至少一部分与第二驱动部8的框体82以及转子83的至少一方重叠。

以上，对机器人1进行了说明。如上述那样，这样的机器人1所具有的机械臂具有：末端部61，具有把持部61和支承把持部61的第一支承部62；第一驱动部7，在以沿着把持部61和第一支承部62排列的方向的轴线为第一轴线O7’时，使把持部61相对于第一支承部62绕沿着第一轴线O7’的第一转动轴线O7转动；第二支承部63，支承第一支承部62；以及第二驱动部8，在以与第一转动轴线O7正交的轴线为第二轴线O8’时，使末端部6相对于第二支承部63绕沿着第二轴线O8’的第二转动轴线O8转动。此外，第一驱动部7具备压电马达70。此外，第二转动轴线O8与末端部6交叉。这样，第二转动轴线O8与末端部6交叉，从而从第二转动轴线O8至把持部61的末端的距离D变短，能够在更小的区域内使末端部6绕第二转动轴线O8转动。此外，第一驱动部7具备压电马达70，从而例如与第一驱动部7具备电磁马达的情况相比，能够实现机械臂3的小型化。因此，为易于进行狭小区域的作业的机械臂3。

此外，如上述那样，第二转动轴线O8与第一转动轴线O7交叉。由此，进一步地能够在较小的区域内使末端部6绕第二转动轴线O8转动。因此，成为易于进行狭小区域内的作业的机械臂3。

此外，如上述那样，第二驱动部8具备压电马达80。由此，例如，与使第二驱动部8为电磁马达的情况相比，能够实现机械臂3的小型化。

此外，如上述那样，机械臂3具有：第六臂36，作为支承第二支承部63的第三支承部；以及第六臂驱动部56，在以与第二转动轴线O8正交的轴线为第三轴线O6’时，使第二支承部63相对于第六臂36绕第六臂转动轴线O6转动的第三驱动部，第六臂转动轴线O6作为沿着第三轴线O6’的第三转动轴线。由此，能够使把持部61的姿态更自由地变化，成为便利性较高的机械臂3。

<第二实施方式>

除末端执行器4所具备的第一驱动部7的结构不同以外，本实施方式的机器人1与上述的第一实施方式是同样的。在以下的说明中，关于第二实施方式的机器人1，以与上述的第一实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项省略其说明。此外，在图8中，对与上述的第一实施方式同样的结构标注同一附图标记。

如图8所示，在本实施方式的第一驱动部7所具有的压电马达70中，压电致动器74与转子73的外周面即侧面732抵接。压电致动器74具有传递振动的凸部744，以使该凸部744按压于侧面732的方式借助施力部件固定于框体72。根据这样的结构，例如，如上述的第一实施方式那样，与压电致动器74与转子73的主面731抵接的情况相比，能够实现压电马达70的薄型化。因此，能够更缩短末端部6的全长(沿第一转动轴线O7的长度)，能够在更小的区域内使末端部6绕第二转动轴线O8转动。

通过这样的第二实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式同样的效果。

以上，基于图示的实施方式对本发明的机械臂进行了说明，但本发明并不限定于此，能够将各部分的结构置换为具有同样的功能的任意的结构。此外，也可以在本发明中附加其它任意的结构物。此外，本发明也可以适当组合上述的各实施方式。

此外，在上述的实施方式中，对机器人1为六轴机器人的结构进行了说明，但作为机器人1，并不特别限定，例如，也可以是双臂机器人、水平多关节机器人等。

Claims

1.一种机械臂，其特征在于，具有：

末端部，具有把持部和用于支承所述把持部的第一支承部；

第一驱动部，在以沿着所述把持部和所述第一支承部排列的方向的轴线为第一轴线时，使所述把持部相对于所述第一支承部绕沿着所述第一轴线的第一转动轴线转动；

第二支承部，支承所述第一支承部；以及

第二驱动部，在以与所述第一轴线正交的轴线为第二轴线时，使所述末端部相对于所述第二支承部绕沿着所述第二轴线的第二转动轴线转动，

所述第一驱动部具备压电马达，

所述第二转动轴线与所述末端部交叉。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，

所述第二转动轴线与所述第一转动轴线交叉。

3.根据权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，

所述第二驱动部具备压电马达。

4.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，

在从沿着所述第二轴线的方向的俯视观察下，所述第二驱动部与所述末端部重叠。

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，

在从沿着所述第二轴线的方向的俯视观察下，所述第二驱动部与所述把持部重叠。

6.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，

所述机械臂具有：

第三支承部，支承所述第二支承部；以及

第三驱动部，在以与所述第二轴线正交的轴线为第三轴线时，使所述第二支承部相对于所述第三支承部绕沿着所述第三轴线的第三转动轴线转动。

7.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，

所述第一支承部具有用于安装所述把持部的安装部，

在从沿着所述第二轴线的方向的俯视观察下，所述第二驱动部与所述安装部重叠。