CN112720441A

CN112720441A - 旋转轴模块以及机器人

Info

Publication number: CN112720441A
Application number: CN202011145909.8A
Authority: CN
Inventors: 中山一隆
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-04-30
Also published as: DE102020127490A1; US20210122034A1; JP7364424B2; US11571808B2; JP2021066000A

Abstract

本发明提供一种旋转轴模块以及机器人，能够单独解除想要在现场迅速解除的轴的制动器。该旋转轴模块具备：促动器，其具备第一部件和第二部件，并且驱动第二部件相对于第一部件围绕预定的轴线相对旋转；直流电源(11)；以及开关(12)，促动器具备能够通过直流电压的供给而解除的制动器(5)，在制动器(5)上连接有第一制动器电路(8)和第二制动器电路(9)，第一制动器电路(8)与控制促动器的控制装置(10)连接，第二制动器电路(9)与第一制动器电路(8)并联设置，并且经由开关(12)与直流电源(11)连接。

Description

旋转轴模块以及机器人

技术领域

本发明涉及旋转轴模块以及机器人。

背景技术

已知如下旋转模块：其具备促动器，该促动器具有：固定部件，其应安装有第一连杆；以及可动部件，其应安装有能够相对于固定部件相对旋转的第二连杆(例如，参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6506195号公报

发明内容

发明要解决的问题

在机器人中，在由于意外的停电而导致电源断开时，促动器不再是励磁状态，因此为了维持机器人的姿态，旋转模块的促动器所具备的制动器工作。然而，根据电源断开的时机，有时机器人会以不良姿态停止，期望能够单独解除想要在现场迅速解除的轴的制动器。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案是旋转轴模块，该旋转轴模块具备：促动器，其具备第一部件和第二部件，并且驱动所述第二部件相对于所述第一部件围绕预定的轴线相对旋转；直流电源；以及开关，所述促动器具备能够通过直流电压的供给而解除的制动器，在该制动器上连接有第一制动器电路和第二制动器电路，所述第一制动器电路与控制所述促动器的控制装置连接，所述第二制动器电路与该第一制动器电路并联设置，并且经由所述开关与所述直流电源连接。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的旋转轴模块的侧视图。

图2是表示图1的旋转轴模块的俯视图。

图3是对图1的旋转轴模块所具备的制动器电路进行说明的示意图。

图4是表示图3的制动器电路所具备的开关的自由状态的纵剖视图。

图5是表示图2的制动器电路所具备的开关被按下的状态的纵剖视图。

图6是表示将图1的旋转轴模块具备于第一轴至第三轴的本发明的一个实施方式的机器人的俯视图。

图7是表示图3的制动器电路的变形例的示意图。

图8是表示图1的旋转模块的变形例的侧视图。

附图标记说明：

1：旋转轴模块

1a：第一旋转轴模块(旋转轴模块)

1b：第二旋转轴模块(旋转轴模块)

1c：第三旋转轴模块(旋转轴模块)

1d：第四旋转轴模块(旋转轴模块)

1e：第五旋转轴模块(旋转轴模块)

1f：第六旋转轴模块(旋转轴模块)

2：促动器

4a：中空孔

5：制动器

6：固定部件(第一部件)

6a：箱体外表面(最外表面)

6b：大径部(最外表面)

7：可动部件(第二部件)

8：第一制动器电路

9：第二制动器电路

10：控制装置

11：电池(直流电源)

12：开关

12a：按下面

14：端子

100：机器人

A：第一轴线(轴线)

B：第二轴线(轴线)

C：第三轴线(轴线)

D：第四轴线(轴线)

E：第五轴线(轴线)

F：第六轴线(轴线)

X：轴线

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式的旋转轴模块1以及机器人进行说明。

如图1以及图2所示，本实施方式的旋转轴模块1具备促动器2。促动器2具备马达3和减速器4，该减速器4对马达3的转速进行减速。

马达3具备制动器5和未图示的编码器，该制动器5在未供给直流电压的状态下维持为制动状态，并且能够通过直流电压的供给而解除制动状态。

减速器4具备：固定部件(第一部件)6，其固定马达3；可动部件(第二部件)7，其被支撑为能够相对于固定部件6围绕预定的轴线X相对旋转；以及中空孔4a，其在沿着预定的轴线X的方向上贯穿固定部件6以及可动部件7。减速器4以根据减速比将马达3的转速减速后的转速，驱动可动部件7相对于固定部件6旋转。固定部件6由大径部6b以及小径部6c一体构成。

如图3所示，旋转轴模块1还具备第一制动器电路8和第二制动器电路9，该第一制动器电路8和第二制动器电路9并联连接于马达3的制动器5的两个端子。第一制动器电路8与控制马达3的控制装置10连接。第二制动器电路9经由串联配置的直流电源11以及开关12而连接制动器5的两个端子之间。

开关12是瞬时型按钮开关，其如图5所示在按下的状态下使第二制动器电路9闭合，并且如图4所示在未按下的自由状态下通过弹簧13向打开第二制动器电路9的方向返回。

在固定有马达3的固定部件6的大径部(最外表面)6b上，固定有直流电源11以及开关12。开关12设置为能够将按下面12a相对于箱体外表面(最外表面)6a向固定部件6的径向内侧按下，并且如图4所示，开关12的按下面12a在自由状态下，配置于比固定部件6的箱体外表面6a向径向内方凹陷一段的位置。箱体外表面6a是促动器2的最外周表面的一部分。另外，固定部件6的大径部6b以及箱体外表面6a构成固定部件6的最外表面，在沿着预定的轴线X方向的方向上，配置于比马达3以及可动部件7更靠径向外侧的位置。

接下来，参照附图对本发明的一个实施方式的机器人100进行说明。

本实施方式的机器人100具备多个上述旋转轴模块1。

如图6所示，本实施方式的机器人100例如是六轴多关节型。机器人100具备：基座110，其设置于被设置面；以及旋转体120，其被支撑为能够围绕竖直的第一轴线(轴线)A相对于基座110旋转。另外，机器人100具备：第一臂130，其被支撑为能够围绕水平的第二轴线(轴线)B相对于旋转体120旋转；以及第二臂140，其被支撑为能够围绕水平的第三轴线(轴线)C相对于第一臂130旋转。并且，机器人100在第二臂140的前端具备三轴的手腕单元150。

第一旋转轴模块(旋转轴模块)1a的固定部件6固定于旋转体120，可动部件7固定于基座110。第二旋转轴模块(旋转轴模块)1b的固定部件固定于旋转体120，可动部件7固定于第一臂130。第三旋转轴模块(旋转轴模块)1c的固定部件6固定于第一臂130，可动部件7固定于第二臂140。作为第一至第三旋转轴模块1a、1b、1c，使用通用的上述旋转轴模块1。

手腕单元150具备：第四旋转轴模块1d，其驱动第一手腕壳体160相对于第二臂140围绕第四轴线(轴线)D旋转；以及第五旋转轴模块1e，其驱动第二手腕壳体170相对于第一手腕壳体160围绕第五轴线(轴线)E旋转。另外，手腕单元150还具备第六旋转轴模块1f，该第六旋转轴模块1f的固定部件6固定于第二手腕壳体170，且能够围绕第六轴线(轴线)F旋转的可动部件7构成手腕凸缘180。

作为第四至第六旋转轴模块1d、1e、1f，使用比第一至第三旋转轴模块1a、1b、1c小的通用的旋转轴模块1。在本实施方式中，例示了马达3不具有制动器5且也不具备第一制动器电路8以及第二制动器电路9的第四至第六旋转轴模块1d、1e、1f。不限于此，也可以采用具有与第一至第三旋转轴模块1a、1b、1c相同的结构的第四至第六旋转轴模块1d、1e、1f。

虽然未图示，但各马达3的驱动用的电缆、制动器控制用的电缆以及来自编码器的电缆与控制装置10连接。制动器用的电缆与第一制动器电路8连接。优选地，将各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f的减速器4设置为中空结构，各电缆在沿着轴线X的方向上贯穿减速器4的轴线X周边。

对以如此方式构成的本实施方式的旋转轴模块1以及机器人100的作用进行说明。

根据本实施方式的旋转轴模块1，在使机器人100工作时，通过从控制装置10向第一制动器电路8供给直流电压，使得各轴的马达3的制动器5的制动状态被解除。由此，能够基于来自控制装置10的驱动指令信号，控制各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f的马达3，并且将手腕凸缘180的前端配置在所期望的位置以及姿态。

在该情况下，各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f的第二制动器电路9所具备的开关12为按下面12a未被按下的自由状态，第二制动器电路9被打开，来自直流电源11的直流电压未施加于制动器5。

而且，在机器人100的工作过程中，在由于意外的停电而导致电源断开时，促动器2不再是励磁状态，因此来自控制装置10的直流电压的供给停止，各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f的促动器2所具备的制动器5工作。由此，机器人100的姿态被维持在电源断开时的状态。

在该情况下，根据电源断开的时机，有时机器人100会以不良姿态停止。例如，在机器人100是能够在可动范围内存在作业人员、物体的状态下进行动作的协作机器人的情况下等，在物体夹在机器人100的第一臂130与第二臂140之间等的状态下电源断开的情况下，存在想要迅速解除该状态的情况。

在这种情况下，根据本实施方式的旋转轴模块1以及机器人100，通过按下各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f所具备的开关12，能够使第二制动器电路9闭合，将来自直流电源11的直流电压施加于制动器5。施加有直流电压的制动器5的制动状态被迅速解除。

即，具有如下优点：通过按下各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f所具备的开关12，能够单独且迅速地解除以不良姿态停止的机器人100的各马达3的制动器5的制动状态，能够迅速消除不良姿态。

尤其是，由于开关12具备于第一至第三旋转轴模块1a、1b、1c，因此操作人员在现场能够容易识别出与想要解除制动状态的轴对应的开关12，能够单独且可靠地仅解除想要解除的轴。而且，在解除制动状态而将不良姿态消除之后，通过将手从开关12离开，使开关12成为自由状态，能够迅速地返回到制动状态，维持机器人100的姿态。

另外，根据本实施方式，由于开关12的按下面12a配置于比固定部件6的箱体外表面6a凹陷一段的位置，因此为了按下开关12，需要持有该意思而按下。即，在没有按下开关12的意思的状态下，即使物体误接触开关12的附近，也能够通过周围的固定部件6来遮挡按下面12a被按下。

另外，通过将开关12的按下面12a以能够向径向内方按下的方式配置于比固定部件6的箱体外表面6a向径向内方凹陷的位置，能够容易地从减速器4的径向外方访问开关12，并且从该方向按下开关12。由此，能够容易地操作开关12，并且能够从外部容易地看到开关12。

另外，通过使配置于比旋转轴模块1更靠手腕单元150的前端侧的促动器驱动用线条体或工具驱动用线条体穿过中空孔4a，能够使线条体不露出于机器人100的臂外表面而容纳于第一臂130以及第二臂140内。

此外，在本实施方式中，也可以在开关12上设置禁止操作开关12的误操作防止机构(省略图示)。由此，能够更可靠地防止因开关12被误按下而解除制动器5的制动状态。

作为误操作防止机构，只要采用覆盖开关12的按下面12a的能够开闭的盖、或者能够破坏的罩等即可。优选地，盖或者罩与固定部件6的箱体外表面6a平齐或者比箱体外表面6a稍微凹陷地配置。

另外，在本实施方式中，直流电源11由能够充电的电池构成，可以设置充电电路(省略图示)，该充电电路在控制装置10的电源未被断开的状态下，对作为直流电源11的电池进行充电由此，由于在旋转轴模块1的工作过程中对作为直流电源11的电池进行充电，因此能够降低作为直流电源11的电池的更换频率，能够降低意外的电池耗尽的风险。

另外，在本实施方式的旋转轴模块1中，如图7所示，也可以在第一制动器电路8中设置以能够装卸的方式连接第二制动器电路9的端子14。而且，包含直流电源11、开关12的第二制动器电路9也可以构成能够装卸于固定部件6的制动器解除单元。

即，对于以手动解除制动器5的制动状态的可能性小的旋转轴模块1，能够预先设置为拆下了制动器解除单元的状态。由此，对于这种旋转轴模块1，能够根据需要将制动器解除单元固定于固定部件6，将第二制动器电路9连接在第一制动器电路8的端子14之间。

另外，在本实施方式中，例示了六轴多关节型机器人100，但不限于此，能够适用于具有至少一个上述旋转轴模块1的任意形式的机器人。

另外，在本实施方式中，例示了各旋转轴模块1a、1b、1c、1d、1e、1f被装配为使其最外表面露出的状态的机器人100。取而代之，在具备覆盖旋转轴模块1的径向外方的壳体(省略图示)的情况下，即使开关12的按下面12a相对于固定部件6的箱体外表面6a未凹陷，只要配置于比壳体的最外表面凹陷一段的位置即可。

另外，作为开关12，例示了按钮开关，但取而代之，也可以采用其他任意方式的开关。另外，如图1以及图2所示，开关12配置在与固定于固定部件6的大径部6b上的马达3接近的位置，但开关12的位置可以为任意。

另外，作为促动器2，例示了具备马达3以及减速器4的促动器，但取而代之，也可以采用具有中空孔的直接驱动马达。

另外，在本实施方式中，也可以在作为第二部件的可动部件7上设置扭转量测量器、转矩测量器以及力觉传感器之中的至少一个。扭转量测量器、转矩测量器或者力觉传感器，既可以安装于作为旋转轴模块1的输出轴的可动部件7的端面，也可以内置于可动部件7的内部。

由此，能够执行：基于由扭转量测量器、转矩测量器以及力觉传感器检测出的传感器信息的反馈的、直接操作第一臂130或者第二臂140而引导机器人100的导通操作、或者使用了传感器信息的接触判定。

另外，在本实施方式中，如图8所示，也可以使箱体外表面6a成为最大内表面直径，并具备在角部具有圆角的圆筒状的罩15。由此，促动器2的最外周表面是包括箱体外表面6a的固定部件6的外周面，因此通过利用罩15覆盖促动器2，能够比较容易地提供如协作机器人所要求的臂表面那样的光滑且无棱边的臂表面。

Claims

1.一种旋转轴模块，其特征在于，具备：

促动器，其具备第一部件和第二部件，并且驱动所述第二部件相对于所述第一部件围绕预定的轴线相对旋转；

直流电源；以及

开关，

所述促动器具备能够通过直流电压的供给而解除的制动器，

在该制动器上连接有第一制动器电路和第二制动器电路，所述第一制动器电路与控制所述促动器的控制装置连接，所述第二制动器电路与该第一制动器电路并联设置，并且经由所述开关与所述直流电源连接。

2.根据权利要求1所述的旋转轴模块，其特征在于，

所述开关是按钮开关，其在按下的状态下闭合且在未按下的自由状态下打开。

3.根据权利要求2所述的旋转轴模块，其特征在于，

在所述第一部件上配置有所述制动器、所述直流电源以及所述开关，

所述开关的按下面在所述自由状态下，配置于比所述第一部件的最外表面凹陷一段的位置。

4.根据权利要求3所述的旋转轴模块，其特征在于，

所述按下面以能够向径向内方按下的方式配置于比所述第一部件的最外表面向径向内方凹陷的位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转轴模块，其特征在于，

在所述开关上设置有禁止该开关的操作的误操作防止机构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转轴模块，其特征在于，

在所述第一制动器电路中设置有端子，所述端子以能够装卸的方式连接所述第二制动器电路，

包含所述直流电源以及所述开关的所述第二制动器电路构成能够装卸于所述促动器的制动器解除单元。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转轴模块，其特征在于，

所述直流电源是能够充电的电池，

所述旋转轴模块具备在向所述促动器通电过程中对所述直流电源进行充电的充电电路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转轴模块，其特征在于，

在所述预定的轴线附近具备用于使线条体穿过的中空孔。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转轴模块，其特征在于，

在所述第二部件上设置有扭转量测量器、转矩测量器以及力觉传感器之中的至少一个。

10.根据权利要求4所述的旋转轴模块，其特征在于，

所述促动器具备马达，

在沿着所述预定的轴线的方向上，所述第一部件的所述最外表面配置于比所述马达以及所述第二部件更靠径向外侧的位置。

11.一种旋转轴模块，其特征在于，

所述旋转轴模块具备促动器，所述促动器具备第一部件和第二部件，并且驱动所述第二部件相对于所述第一部件围绕预定的轴线相对旋转，

该促动器具备通过直流电压的供给而解除的制动器，

在该制动器上连接有第一制动器电路，所述第一制动器电路与控制所述促动器的控制装置连接，

在该第一制动器电路中设置有端子，所述端子能够并联连接经由开关而与直流电源连接的第二制动器电路。

12.一种机器人，其特征在于，

所述机器人具备至少一个权利要求1至11中任一项所述的旋转轴模块。