CN111482952A - 机器人 - Google Patents

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CN111482952A CN202010075190.9A CN202010075190A CN111482952A CN 111482952 A CN111482952 A CN 111482952A CN 202010075190 A CN202010075190 A CN 202010075190A CN 111482952 A CN111482952 A CN 111482952A
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Abstract

本发明是一种机器人(1)，该机器人具备至少一个关节轴(J1、J2、J3、J4、J5、J6)，该关节轴具备：第一连杆部件(2、3、4、5)以及第二连杆部件(3、4、5、6)，其以能够围绕旋转轴线旋转的方式连接；减速器，其具有输入轴部和输出轴部；马达；以及输入侧编码器及输出侧编码器。马达配置于从旋转轴线分离的位置，在马达和减速器之间设置有动力传递机构，减速器具备：中空部；以及筒状部件，其贯穿中空部，并且一端固定于输入轴部或输出轴部中的一个，另一端配置成比另一个轴部的端面更突出，输出侧编码器具备环状的刻度部件以及传感器，刻度部件以能够装卸的方式固定于筒状部件的另一端，传感器固定于另一个轴部。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及机器人。
背景技术
减速器的内部机构由于刚性不足而会发生弯曲变形、晃荡。为了抑制这些，已知有如下一种机器人：除了检测马达的旋转轴的旋转角度的输入侧编码器以外，还具备检测减速器的输出轴的旋转角度的输出侧编码器(例如，参照专利文献1。)。
该机器人具备以能够旋转的方式利用轴承连接的两个连杆，固定有马达的减速器的输入部固定于一个连杆，减速器的输出轴固定于另一个连杆。输出侧编码器是光学式的编码器，并且具备：刻度尺，其设置于与两个连杆的旋转轴线方向邻接的邻接面中的一个；以及检测头，其设置于与两个连杆的旋转轴线方向邻接的邻接面中的另一个。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-27951号公报
发明内容
发明要解决的问题
优选如下结构：在更换输出侧编码器的情况下，能够不分解机器人的机构部而进行更换。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案是一种机器人，所述机器人具备至少一个关节轴，所述关节轴具备：第一连杆部件以及第二连杆部件，其以能够围绕旋转轴线旋转的方式连接；减速器，其具有固定于所述第一连杆部件的输入轴部、以及固定于所述第二连杆部件的输出轴部；马达，其产生输入到该减速器的旋转驱动力；输入侧编码器，其检测该马达的旋转轴的旋转角度；以及输出侧编码器，其检测所述第一连杆部件和所述第二连杆部件之间的相对旋转角度，所述马达配置于从所述旋转轴线分离的位置，并且在所述马达和所述减速器之间设置有将所述旋转轴的旋转传递到所述减速器的动力传递机构，所述减速器具备：中空部，其在包含所述旋转轴线的位置在沿着该旋转轴线的方向上贯穿；以及筒状部件，其贯穿该中空部，并且一端固定于所述输入轴部或所述输出轴部中的一个，另一端配置成比所述输入轴部或所述输出轴部中的另一个的端面更突出，所述输出侧编码器具备：环状的刻度部件，其具有用于检测角度的图案；以及传感器，其检测该刻度部件的所述图案，所述刻度部件以能够装卸的方式固定于所述筒状部件的所述另一端，所述传感器固定于所述输入轴部或所述输出轴部中的所述另一个。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的机器人的侧视图。
图2是表示图1的机器人的主视图。
图3是局部表示图1的机器人的第一关节轴的纵向剖视图。
图4是局部表示图1的机器人的第二关节轴的主视图。
图5是局部表示图4的第二关节轴的侧视图。
图6是说明刻度部件向图5的第一臂的侧面的装卸的局部的纵向剖视图。
图7是表示图6的变形例的纵向剖视图。
附图标记说明：
1：机器人
2：基座(第一连杆部件)
3：回转体(第一连杆部件、第二连杆部件)
4：第一臂(第一连杆部件、第二连杆部件)
5：第二臂(第一连杆部件、第二连杆部件)
6：手腕单元(第二连杆部件)
7、22：马达
7a、22a：旋转轴
8、23：减速器
8A：中空部
9、10：齿轮(动力传递机构)
12、24：输入轴部
13、25：输出轴部
15：导管(筒状部件)
17A、26A：输入侧编码器
17B、26B：输出侧编码器
18、27：刻度部件
18a、27a：圆筒面
19、28：传感器
20、29：中央孔
A：第一轴线(旋转轴线)
B：第二轴线(旋转轴线)
C：第三轴线(旋转轴线)
D：第四轴线(旋转轴线)
J1、J2、J3、J4、J5、J6：关节轴
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式的机器人1进行说明。
如图1以及图2所示，本实施方式的机器人1例如是六轴多关节型机器人。
机器人1具备六个关节轴J1、J2、J3、J4、J5、J6。
第一关节轴J1设置于基座(第一连杆部件)2和回转体(第二连杆部件)3之间，该基座2设置于作为被设置面的地面，并且能够使回转体3相对于基座2围绕竖直的第一轴线(旋转轴线)A旋转。
第二关节轴J2设置于回转体(第一连杆部件)3和第一臂(第二连杆部件)4之间，并且能够使第一臂4相对于回转体3围绕水平的第二轴线(旋转轴线)B旋转。
第三关节轴J3设置于第一臂(第一连杆部件)4和第二臂(第二连杆部件)5之间，并且能够使第二臂5相对于第一臂4围绕与第二轴线B平行的第三轴线(旋转轴线)C旋转。
第四关节轴J4设置于第二臂(第一连杆部件)5和手腕单元(第二连杆部件)6之间，并且能够使手腕单元6相对于第二臂5围绕处于与第三轴线异面的位置关系的第四轴线(旋转轴线)D旋转。第五关节轴J5以及第六关节轴J6配置于手腕单元6的前端。
首先，对第一关节轴J1的结构进行说明。
如图3所示，第一关节轴J1具备：基座2以及回转体3，其以能够围绕第一轴线A相对旋转的方式连接；马达7，其产生旋转驱动力；以及减速器8，其对马达7的旋转轴7a的旋转进行减速。
马达7配置于从第一轴线A分离的位置。在马达7和减速器8之间设置有将马达7的旋转轴7a的旋转传递到减速器8的一对齿轮(动力传递机构)9、10。
一个齿轮9固定于马达7的旋转轴7a，另一个齿轮10以能够围绕第一轴线A旋转的方式被未图示的轴承支撑。另一个齿轮10具有沿着轴10b的长轴贯穿的中央孔10a。
导管15的内径具有使线条体16贯穿于内部的足够的大小，该线条体16包含机器人1的机构部的电缆。导管15由减少与使贯穿于内部的线条体16之间的摩擦的材料构成，或者至少在内表面进行了使摩擦减少的处理。
在本实施方式中，在第一关节轴J1设置有输入侧编码器17A以及输出侧编码器17B，该输入侧编码器17A检测马达7的旋转轴7a的旋转角度，该输出侧编码器17B检测相对于基座2的回转体3的旋转角度。输入侧编码器17A例如具备：未图示的刻度部件，其具备于马达7，并且固定于马达7的旋转轴7a；以及未图示的传感器，其光学方式读取设置于刻度部件的用于检测角度的图案。
输出侧编码器17B也与输入侧编码器17A相同地，具备有刻度部件18以及传感器19。输出侧编码器17B的刻度部件18形成有具有中央孔20的环状，在由圆筒面18a构成的外周面设置有图案。刻度部件18通过使导管15的上端与中央孔20嵌合，而固定于导管15。在图中，附图标记21是覆盖刻度部件的罩。
输出侧编码器17B的传感器19在刻度部件18的圆筒面18a的径向外侧，隔开间隔并以对置的方式配置。传感器19具备未图示的发光部、以及收光部，通过从发光部发出且在刻度部件18的圆筒面18a中反射而返回的光，被收光部接收，由此根据所接收的光的强度变化，能够读取附着于圆筒面18a的图案。
下面对第二关节轴J2的结构进行说明。
如图4以及图5所示，第二关节轴J2具备：回转体(第一连杆部件)3以及第一臂(第二连杆部件)4，其以能够围绕第二轴线(旋转轴线)B相对旋转的方式连接；马达22，其产生旋转驱动力；以及减速器23，其对马达22的旋转轴22a的旋转进行减速。
减速器23具备：输入轴部24，其固定于回转体3；以及输出轴部25，其固定于第一臂4。若输入有马达22的旋转驱动力，则减速器23利用内部机构减速旋转，由此能够输出作为相对于输入轴部24的输出轴部25的旋转而放大的转矩。
在本实施方式中，在第二关节轴J2设置有输入侧编码器26a以及输出侧编码器26B，该输入侧编码器26a检测马达22的旋转轴22a的旋转角度，该输出侧编码器26B检测相对于回转体3的第一臂4的旋转角度。输入侧编码器26A例如具备：未图示的刻度部件，其具备于马达22，并且固定于马达22的旋转轴22a；以及未图示的传感器，其光学方式读取设置于刻度部件的用于检测角度的图案。
输出侧编码器26B也与输入侧编码器26A相同地，具备刻度部件27以及传感器28。如图4以及图5所示，输出侧编码器26B的刻度部件27形成为具有中央孔29的环状，并且在由圆筒面27a构成的外周面设置有图案。刻度部件27以能够装卸的方式固定于安装面4a，所述安装面4a设置于与固定有第一臂4的减速器23的面相反的一侧的侧面。
如图6所示，安装面4a具备有向与第二轴线B正交的方向延伸的圆柱状的突起30，该突起30以第二轴线B为中心轴。通过使突起30与刻度部件27的中央孔29嵌合，从而能够将刻度部件27相对于第一臂4高精度地定位于与第二轴线B正交的方向。
通过使刻度部件27抵靠于安装面4a，从而能够将刻度部件27相对于第一臂4高精度地定位于第二轴线B方向。例如，通过在设置于安装面4a的未图示的螺纹孔连接未图示的螺栓，由此刻度部件27以能够装卸的方式安装于第一臂4。
如4所示，第二关节轴J2的输出侧编码器26B的传感器28固定于固定部件31，该固定部件31固定于回转体3。传感器28以能够相对于固定部件31在与第二轴线B正交的方向调整位置的方式进行安装。传感器28的结构和第一关节轴J1的传感器19相同。
第三关节轴J3除了仅将第二关节轴J2的回转体3置换成第二臂5以外，具有与第二关节轴J2相同的结构，因此省略说明。
第四关节轴J4除了仅将第一关节轴J1的基座2置换成手腕单元6、将回转体3置换成了第二臂5以外，具有与第一关节轴J1相同的结构，因此省略说明。
如图1以及图2所示，对第一关节轴J1和第四关节轴J4的结构标注相同的附图标记，对第二关节轴J2和第三关节轴J3的结构也标注相同的附图标记。
对如此构成的本实施方式的机器人1的作用进行说明。
根据本实施方式的机器人1，若由马达7、22产生的旋转驱动力输入到减速器，则能够使马达7、22的旋转轴7a、22a的旋转被减速器8、23减速，能够使减速器8、23的输入轴部12、24和输出轴部13、25相对旋转。
由此，利用被各自的减速器8、23放大的较高的转矩，在第一关节轴J1中相对于基座2旋转驱动回转体3，在第二关节轴J2中相对于回转体3旋转驱动第一臂4，在第三关节轴J3中相对于第一臂4旋转驱动第二臂5，而且在第四关节轴J4中相对于第二臂5旋转驱动手腕单元6。第五关节轴J5以及第六关节轴J6也相同。
在该情况下，根据本实施方式的机器人1，在对手腕前端的三维空间上的位置产生影响的第一关节轴J1、第二关节轴J2、第三关节轴J3、以及第四关节轴J4，除了检测马达7、22的旋转轴7a、22a的旋转角度的输入侧编码器17A、26A以外，还设置有输出侧编码器17B、26B。由此，存在如下优点：即使基于减速器8、23的内部机构的刚性不足而发生弯曲变形、晃荡，也能够通过利用由输入侧编码器17A、26A检测出的旋转角度以及由输出侧编码器17B、26B检测出的旋转角度的两者，提高各关节轴J1、J2、J3、J4的旋转角度的精度，并且提高手腕前端的定位精度以及轨迹精度。
在第一关节轴J1以及第四关节轴J4中，以减速器8作为中空结构，设置贯穿中空部8A的导管15，利用作为动力传递机构的一对齿轮9、10，将马达7配置于从旋转轴线A、D分离的位置。由此，能够确保中空部8A的延长上的空间，使线条体穿过导管15的内部，将线条体16沿着旋转轴线A、D几乎笔直地配置于旋转轴线A、D的附近。通过如此设置，即使使回转体3相对于基座2围绕第一轴线A在较大的动作角度范围内旋转，或使手腕单元6相对于第二臂5围绕第四轴线D在较大的动作角度范围内旋转，较大的弯曲也不会作用于线条体16，而能够维持线条体16的健全性。
由于将使线条体16贯穿的导管15的一端固定于减速器8的输出轴部13，因此若驱动马达7，则输出轴部13相对于输入轴部12相对旋转，固定于输出轴部13的导管15也相对于输入轴部12相对旋转。
然后，由于刻度部件18固定于导管15，传感器19隔着回转体3或第二臂5间接地固定于输入轴部12，因此在传感器19和刻度部件18之间产生与如下的相对旋转相同的相对旋转：输入轴部12和输出轴部13之间的相对旋转。因此，能够利用输出侧编码器17B高精度地检测输入轴部12和输出轴部13之间的相对旋转角度。
在第二关节轴J2以及第三关节轴J3中，在安装面4a直接安装有刻度部件27，该安装面4a设置于固定有减速器23的输出轴部25的连杆部件4、5的与输出轴部25相反的一侧的侧面。而且，传感器28利用固定于回转体3或第一臂4的固定部件31，间接固定于输入轴部24。由此，即使在第二关节轴J2以及第三关节轴J3中，也能够利用输出侧编码器26B，高精度地检测输入轴部24和输出轴部25之间的相对旋转角度。
在该情况下，根据本实施方式，在第一关节轴J1以及第四关节轴J4中，利用用于将线条体16以贯穿状态的方式进行引导的、贯穿减速器8的中空部8A的导管15，隔着输入轴部12而在与输出轴部13相反的一侧中取出输出轴部13的旋转。
在第二关节轴J2以及第三关节轴J3中，在安装面4a直接安装有刻度部件27，该安装面4a设置于固定有输出轴部25的连杆部件4、5的与输出轴部25相反的一侧的侧面。
由此，在第一至第四的关节轴J1、J2、J3、J4中，哪一个关节轴都能够将输出侧编码器17B、26B配置于两个连杆部件2、3、4、5、6的外侧，而不是配置于两个连杆部件2、3、4、5、6之间。
其结果，存在如下优点：容易从外部向输出侧编码器17B、26B接近，即使不分解机器人1，也能够进行刻度部件18、27以及传感器19、28的更换以及调整。
在第二关节轴J2以及第三关节轴J3中，将刻度部件27构成为环板状，并且安装于安装面4a，所述安装面4a设置于第一臂4或第二臂5的侧面且向与旋转轴线B、C正交的方向延伸，因此能够防止所安装的刻度部件27从第一臂4或第二臂5的外表面突出得较大，并且避免在机器人1进行动作时的输出侧编码器26B和周围物体之间的干扰。即，存在如下优点：能够将刻度部件27配置于容易从机器人1的外侧接近的位置，并且极力抑制在机器人1运转时产生干扰。
通过将用于检测角度的图案形成于刻度部件27的圆筒面27a，并且将传感器28在圆筒面27a的径向外侧，隔开间隔并以对置的方式而配置，从而防止在平板状的刻度部件27的厚度方向配置传感器28。由此，存在如下优点：抑制输出侧编码器26B的沿着旋转轴线B、C的方向的厚度尺寸的增加，进一步抑制在机器人1运转时产生干扰。
在本实施方式中，在第一臂4的侧面或第二臂5的侧面设置圆柱状的突起30，使突起30与环状的刻度部件27的中央孔29嵌合，但取而代之，如图7所示，将刻度部件27构成为平板状而设置向厚度方向突出的圆柱状的突起32，并且在第一臂4或第二臂5的安装面4a设置使突起32嵌合的凹部33。
将刻度部件27构成为环状，而由于在第二关节轴J2以及第三关节轴J3中动作角度范围限制在小于360°的角度范围，因此形成图案的圆筒面27a还可以沿着周向局部设置。圆筒面27a以外的部分为任意的形状即可。
作为输入侧编码器17A、26A以及输出侧编码器17B、26B举例说明了光学式的编码器，但不限于此，而是还可以采用光学式或磁气式等任意的非接触式的编码器或接触式的编码器。
在本实施方式中，例如举例说明了如下情况：在第一关节轴J1中，在设置于地面的基座2固定有减速器8的输出轴部13，在相对于基座2旋转驱动的回转体3固定有马达7以及输入轴部12，输出轴部13相对于所固定的输入轴部12进行旋转。但相反也可。即，还可以在基座2固定有马达7以及输入轴部12，在回转体3固定有输出轴部13，输出轴部13相对于所固定的输入轴部12进行旋转。
在该情况下，导管15固定于输入轴部12即可。
例如，举例说明了如下情况：在第二关节轴J2中，在回转体3固定有马达22以及减速器23的输入轴部24，在第一臂4固定有输出轴部25，输出轴部25相对于输入轴部24进行旋转。但相反也可。即，还可以在回转体3固定输出轴部25，在第一臂4固定马达22以及输入轴部24，输入轴部24相对于所固定的输出轴部25进行旋转。在该情况下，刻度部件27的安装面4a设置于回转体3即可。
在图3中，举例说明了导管15直接固定于输出轴部13的情况，但取而代之，还可以固定于基座2，由此间接地固定于输出轴部13。
由于在本实施方式中利用第一关节轴J1以及第四关节轴J4的结构，还能够在其他关节轴J2、J3、J5、J6的任一个关节轴中采用，因此还可以采用其形式。
在本实施方式中作为第一关节轴J1、第二关节轴J2、第三关节轴J3、以及第四关节轴J4，利用具备输出侧编码器17B、26B的结构的关节轴进行了说明，但是，还可以采用如下结构：第一关节轴J1、第二关节轴J2、第三关节轴J3、以及第四关节轴J4之中的至少一个关节轴具备输出侧编码器17B、26B，其他关节轴不具备输出侧编码器17B、26B。

Claims (3)

1.一种机器人，其特征在于，
所述机器人具备至少一个关节轴，
所述关节轴具备：
第一连杆部件以及第二连杆部件，其以能够围绕旋转轴线旋转的方式连接；
减速器，其具有固定于所述第一连杆部件的输入轴部、以及固定于所述第二连杆部件的输出轴部；
马达，其产生输入到该减速器的旋转驱动力；
输入侧编码器，其检测该马达的旋转轴的旋转角度；以及
输出侧编码器，其检测所述第一连杆部件和所述第二连杆部件之间的相对旋转角度，
所述马达配置于从所述旋转轴线分离的位置，并且在所述马达和所述减速器之间设置有将所述旋转轴的旋转传递到所述减速器的动力传递机构，
所述减速器具备：中空部，其在包含所述旋转轴线的位置在沿着该旋转轴线的方向上贯穿；以及筒状部件，其贯穿该中空部，并且一端固定于所述输入轴部或所述输出轴部中的一个，另一端配置成比所述输入轴部或所述输出轴部中的另一个的端面更突出，
所述输出侧编码器具备：环状的刻度部件，其具有用于检测角度的图案；以及传感器，其检测该刻度部件的所述图案，
所述刻度部件以能够装卸的方式固定于所述筒状部件的所述另一端，
所述传感器固定于所述输入轴部或所述输出轴部中的所述另一个。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述刻度部件具有圆筒面，
在该圆筒面设置有所述图案，
所述传感器相对于所述圆筒面在径向上隔开间隔而配置。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述刻度部件具有中央孔，
在该中央孔嵌合有所述筒状部件的外周面。
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