CN111469162A - 机器人关节构造和机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人关节构造和机器人。机器人关节构造包括：电动机，其在能够绕铅垂轴线旋转的机器人关节轴中使用；电动机侧齿轮，其安装于电动机的轴；辅助轴承，其辅助地对轴进行轴支承；转接器，其将电动机、电动机侧齿轮以及辅助轴承一体化；以及移动机构，其将利用转接器一体化而成的单元构造向电动机的径向移动，以使电动机侧齿轮靠近与电动机侧齿轮啮合的对方侧齿轮。

Description

机器人关节构造和机器人
技术领域
本发明涉及机器人，特别涉及具备间隙减小机构的机器人关节构造和机器人。
背景技术
在使机器人一边进行动作一边进行加工的激光应用、密封应用等中，由于机器人的轨迹精度被直接向产品精度复制，因此对机器人要求较高的轨迹精度。
对于垂直多关节机器人、水平多关节机器人等工业用机器人，大多情况下采用将自伺服电动机输出的转矩利用减速机构放大的驱动方式，但由于减速机构中存在的间隙而导致电动机轴与输出轴之间的旋转产生误差，而使机器人的轨迹精度劣化。作为去除、减小或调整该间隙的现有技术，公知有例如下述的专利文献。
在日本特公平03－73436号公报中公开有如下的机构：调节调节螺钉使交错齿轮装置的小齿轮在轴向上移动，从而调节小齿轮与大齿轮之间的间隙。
在日本特开2008－223812号公报中公开有如下的机构：对定位螺母进行位置调整而使圆锥齿轮在轴向上移动，从而调整圆锥齿轮与大圆锥齿轮之间的间隙。
在日本特开2005－76748号公报中公开有如下的机构：通过将固定于第1齿轮轴的两端的毂分别利用弹簧按压，从而使第1齿轮轴平行移动来减小设于第1齿轮轴的齿轮与输出轴齿轮之间的间隙。
在日本特开平9－193815号公报中公开有如下的电动动力转向装置：利用碟形弹簧使大伞齿轮在轴向上移动，从而调整大伞齿轮与小伞齿轮之间的间隙。
在日本特开2009－74611号公报中公开有如下的机器人的关节构造和机器人臂：用于支承行星齿轮的施力轴的支承构件被第一弹性构件朝向可动内齿轮和固定内齿轮施力，从而去除、减小行星齿轮与可动内齿轮以及行星齿轮与固定内齿轮之间的间隙。
在日本特开2010－143284号公报中公开有如下的电动动力转向装置：在惰轮从动于被驱动齿轮的旋转而开始旋转时，承受了来自被驱动齿轮的啮合反作用力的惰轮沿着与连结驱动齿轮的旋转中心和被驱动齿轮的旋转中心的线平行的规定方向向驱动齿轮侧移动，从而成为惰轮与驱动齿轮之间的间隙量几乎没有的状态。
在日本特开2015－36186号公报中公开有如下的水平多关节机器人：利用波动齿轮装置(HarmonicDrive，注册商标)减小了动力的自电动机向第3臂的传递路径上的间隙。
在日本特开2016－199177号公报中公开有如下的动力转向装置：利用螺旋弹簧对蜗杆轴的轴承施力来维持蜗轮蜗杆的啮合状态，从而减小了间隙。
在日本特开2017－106533号公报中公开有如下的双曲面减速机构：具有与两个电动机的输出轴分别连结的两个驱动齿轮以及由两个驱动齿轮驱动的被驱动齿轮，各个输出轴平行，并且各个输出轴的轴间距离配置为小于被驱动齿轮的外径。
发明内容
特别是在距机器人前端的距离较远的关节轴，例如垂直多关节机器人的第1轴中存在的间隙对机器人轨迹精度的影响较大，因此，减小间隙是较重要的。另外，对于能够绕铅垂轴线旋转的其他的关节轴，例如垂直多关节机器人的第4轴至第6轴，由于存在对关节轴的齿轮不作用重力的情况，因此，这些关节轴中存在的间隙有时也对机器人轨迹精度产生影响。这一点也适用于水平多关节机器人的关节轴。
另外，在自电动机到减速机构的距离较远而延长电动机轴的情况下，为了减轻对电动机轴的负荷、确保电动机轴的刚性等，有时安装辅助轴承，但由于安装于电动机轴的齿轮的旋转轴线位置被辅助轴承固定，因此难以调整电动机侧齿轮与对方侧齿轮之间的间隙。
于是，要求一种即使在机器人关节轴的电动机中使用了辅助轴承的情况下也会减小电动机侧齿轮与对方侧齿轮之间的间隙而使机器人的轨迹精度提高的技术。
本公开的一技术方案提供一种机器人关节构造，该机器人关节构造包括：电动机，其在能够绕铅垂轴线旋转的机器人关节轴中使用；电动机侧齿轮，其安装于电动机的轴；辅助轴承，其辅助地对轴进行轴支承；转接器，其将电动机、电动机侧齿轮以及辅助轴承一体化；以及移动机构，其将利用转接器一体化而成的单元构造向电动机的径向移动，以使电动机侧齿轮靠近与电动机侧齿轮啮合的对方侧齿轮。
附图说明
图1是表示一实施方式的机器人的立体图。
图2是表示机器人关节构造的A－A’剖视图。
图3A是表示间隙减小前的机器人关节构造的放大剖视图。
图3B是表示间隙减小后的机器人关节构造的放大剖视图。
图4是表示机器人关节构造的变形例的放大剖视图。
图5是表示机器人关节构造的另一变形例的放大剖视图。
图6是表示比较例的机器人关节构造的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本公开的实施方式。在各附图中，对相同或相似的结构要素标注相同或相似的附图标记。另外，以下所记载的实施方式并不限定权利要求书所记载的发明的技术范围及用语的意义。
图1是本实施方式的机器人1的立体图。本例子的机器人1为工业用机器人，特别是垂直多关节机器人，但应注意的是，本发明并不限定于此，而还能够应用于例如水平多关节机器人等。机器人1在例如激光应用、密封应用等中被利用，在机器人前端10安装各种末端执行器(未图示)。如附图标记J1～J6所示，机器人1具备六个关节轴。第1轴J1为距机器人前端10最远且绕铅垂轴线旋转的关节轴，因此，第1轴J1中存在的间隙对机器人轨迹精度的影响最大。另外，第2轴J2和第3轴J3为绕水平轴线旋转的关节轴，在这些关节轴的齿轮作用有重力，因此，这些关节轴中存在的间隙不易对机器人轨迹精度产生影响。第4轴J4至第6轴J6为依赖于机器人姿势而能够绕铅垂轴线旋转的关节轴，由于存在对这些关节轴的齿轮不作用重力的情况，因此间隙可能对机器人轨迹精度产生影响。此外，由于水平多关节机器人的关节轴也绕铅垂轴线旋转，因此，这些关节轴的间隙也对机器人轨迹精度产生影响。
图2是表示机器人关节构造20的A－A’剖视图。在本例子中，基于第1轴J1的机器人关节构造20来进行说明，但应注意的是，本发明并不限定于此。机器人关节构造20包括：电动机21、电动机侧齿轮22、辅助轴承23、转接器24以及移动机构25。电动机21用于第1轴J1的驱动，但由于自电动机21到减速机构26的距离较远，因此，利用螺栓28向电动机21的轴27安装细长的电动机侧齿轮22，而轴27被延长。辅助轴承23辅助地对轴27进行轴支承，从而减轻轴27的负荷、确保轴27的刚性等。转接器24包括中空的筒状部分30和在筒状部分30的开放端的一者向周向形成的凸缘31。电动机21安装于凸缘31，辅助轴承23安装于筒状部分30的内周面。电动机21、电动机侧齿轮22以及辅助轴承23利用转接器24一体化，而形成由虚线所示那样的单元构造29。单元构造29利用后述移动机构25而能够在电动机21的径向B上移动。
图3A是表示间隙减小前的机器人关节构造20的放大剖视图，图3B是表示间隙减小后的机器人关节构造20的放大剖视图。本例子的移动机构25包括：通孔32、紧固螺钉33以及机器人臂构件34。通孔32形成于转接器24的凸缘31，紧固螺钉33具有小于通孔32的内径C的外径D。由此，单元构造29能够相对于机器人臂构件34移动。机器人臂构件34为供单元构造29以能够滑动的方式配置的旋转基座，还可以具备接收转接器24的接收槽35。为了使单元构造29能够移动，接收槽35的内径E设计得大于将单元构造29的移动量F与转接器24的接收部分30(即，筒状部分)的外径G相加得到的尺寸。而且，机器人臂构件34还可以具备供电动机侧齿轮22贯穿的贯穿孔36。为了使单元构造29能够移动，贯穿孔36的内径H也设计得大于将单元构造29的移动量F与电动机侧齿轮22的外径I相加得到的尺寸。
根据该移动机构25，作业人员能够使单元构造29向电动机21的径向B移动。由此，使电动机侧齿轮22靠近与电动机侧齿轮22啮合的对方侧齿轮37(参照图3A)。对方侧齿轮37为与机器人臂构件34连结的减速机构26的齿轮，但应留意的是，本发明并不一定限定于此。接收槽35也可以向使电动机侧齿轮22靠近对方侧齿轮37的方向延伸，以便在作业人员将单元构造29向电动机21的径向B移动时使电动机侧齿轮22可靠地靠近对方侧齿轮37。在将单元构造29向电动机21的径向B移动之后，作业人员利用紧固螺钉33将单元构造29相对于机器人臂构件34定位(参照图3B)。由此，电动机侧齿轮22与对方侧齿轮37之间的间隙被减小，机器人1的轨迹精度提高。
图4是表示机器人关节构造20的变形例的放大剖视图。对于本例子的机器人关节构造40，在机器人臂构件41不具备接收槽且转接器42不具备凸缘这方面与上述的机器人关节构造20不同。移动机构43除了具有上述的通孔32和上述的紧固螺钉33以外，还具有机器人臂构件41，该机器人臂构件41具备供单元构造29滑动的滑动面44。优选在滑动面44描绘有用于指示单元构造29的移动方向的箭头等(未图示)。由此，能够在作业人员移动单元构造29时容易地使电动机侧齿轮22靠近对方侧齿轮37。
图5是表示机器人关节构造40的另一变形例的放大剖视图。对于本例子的机器人关节构造50，在移动机构51不具备通孔和紧固螺钉这方面与上述的机器人关节构造40不同。相替代地，移动机构51具备：导轨52、能够在导轨52上移动的可动构件53、供单元构造29以利用导轨52和可动构件53能够滑动的方式配置的机器人臂构件41、以及将单元构造29相对于机器人臂构件定位的定位构件54。导轨52朝向使电动机侧齿轮22靠近对方侧齿轮37的方向。由此，在作业人员移动单元构造29时能够容易地使电动机侧齿轮22靠近对方侧齿轮37。定位构件54是以使可动构件53在导轨52上不产生移动的方式进行锁定的锁定构件。移动机构51可以采用滚珠丝杠的结构，该情况下，能够将导轨52构成为丝杠，将可动构件53构成为能够在丝杠上移动的螺母。移动机构51可以还具备用于指示单元构造29的位置的刻度55。由此，能够把握电动机侧齿轮22与对方侧齿轮37之间的间隙的影响。刻度55可以不是在导轨52等打印或刻印而成，而是采用度盘式指示等。
图6是表示比较例的机器人关节构造60的剖视图。本例子的机器人关节构造60在不具有将电动机21、电动机侧齿轮22以及辅助轴承23一体化的转接器24这方面与上述的机器人关节构造20、40、50不同。对于机器人关节构造60，由于辅助轴承23安装于机器人臂构件61，因此，无法调整在电动机21的轴27安装的电动机侧齿轮22的旋转轴线位置。因此，无法减小电动机侧齿轮22与对方侧齿轮37之间的间隙，而会因该间隙引起机器人轨迹精度下降。
作为对比，根据上述的机器人关节构造20、40、50，即使在机器人关节轴的电动机21中使用了辅助轴承23的情况下，由于能够将单元构造29向电动机的径向B移动，因而能够减小电动机侧齿轮22与对方侧齿轮37之间的间隙，从而使机器人1的轨迹精度提高。进而，激光应用、密封应用等中的机器人的加工精度提高。
本说明书中对各种实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，应意识到，在权利要求书所记载的范围内能够进行各种变更。

Claims (12)

1.一种机器人关节构造，其特征在于，
该机器人关节构造包括：
电动机，其在能够绕铅垂轴线旋转的机器人关节轴中使用；
电动机侧齿轮，其安装于所述电动机的轴；
辅助轴承，其辅助地对所述轴进行轴支承；
转接器，其将所述电动机、所述电动机侧齿轮以及所述辅助轴承一体化；以及
移动机构，其将利用所述转接器一体化而成的单元构造向所述电动机的径向移动，以使所述电动机侧齿轮靠近与所述电动机侧齿轮啮合的对方侧齿轮。
2.根据权利要求1所述的机器人关节构造，其中，
所述机器人关节轴为垂直多关节机器人的第1轴、第4轴至第6轴中的至少一个关节轴，或者所述机器人关节轴为水平多关节机器人的关节轴。
3.根据权利要求1或2所述的机器人关节构造，其中，
所述移动机构包括：通孔，其形成于所述转接器；紧固螺钉，其具有小于所述通孔的内径的外径；以及机器人臂构件，其供所述单元构造以能够滑动的方式配置并利用所述紧固螺钉对所述单元构造进行定位。
4.根据权利要求3所述的机器人关节构造，其中，
所述机器人臂构件包括接收所述转接器的接收槽，所述接收槽的内径大于将所述单元构造的移动量与所述转接器的接收部分的外径相加得到的尺寸。
5.根据权利要求3所述的机器人关节构造，其中，
所述机器人臂构件包括供所述单元构造滑动的滑动面。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的机器人关节构造，其中，
所述机器人臂构件包括供所述电动机侧齿轮贯穿的贯穿孔，所述贯穿孔的内径大于将所述单元构造的移动量与所述电动机侧齿轮的外径相加得到的尺寸。
7.根据权利要求4所述的机器人关节构造，其中，
所述转接器包括中空的筒状部分和在所述筒状部分的开放端的一者向周向形成的凸缘，所述接收部分为所述筒状部分，所述通孔形成于所述凸缘。
8.根据权利要求7所述的机器人关节构造，其中，
所述电动机安装于所述凸缘，所述辅助轴承安装于所述筒状部分的内周面。
9.根据权利要求3～8中任一项所述的机器人关节构造，其中，
该机器人关节构造还包括减速机构，该减速机构与所述机器人臂构件连结，所述对方侧齿轮为所述减速机构的齿轮。
10.根据权利要求3～9中任一项所述的机器人关节构造，其中，
所述机器人臂构件为旋转基座。
11.根据权利要求1或2所述的机器人关节构造，其中，
所述移动机构包括：导轨；可动构件，其能够在所述导轨上移动；机器人臂构件，其供所述单元构造以利用所述导轨和所述可动构件能够滑动的方式配置；以及定位构件，其将所述单元构造相对于所述机器人臂构件定位。
12.一种机器人，其中，
该机器人具备权利要求1～11中任一项所述的机器人关节构造。
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