CN1788948A - 连杆驱动机构以及使用该机构的工业用机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有高精度的位置精度且密封性能良好的连杆驱动机构以及使用该连杆驱动机构的工业用机器人。该连杆驱动机构，具有：构成一个平行连杆的第1手臂(11)、构成另一个平行连杆的第2手臂(12)、设置在连接所述第1手臂(11)和第2手臂(12)的端部之间并连接两个平行连杆的端部的连接基体(3)、和带有设置在一个手臂的连接端部的波动齿轮减速器(30)的驱动马达；所述波动齿轮减速器(30)，具有在同一方向上旋转的2个输出轴(37、38)，其第1输出轴(37)，连接在另一个手臂的端部，第2输出轴(38)，连接在所述连接基体(3)上。

Description

连杆驱动机构以及使用该机构的工业用机器人

技术领域

本发明涉及连杆驱动机构，尤其涉及一种适用于工业用机器人的连杆驱动机构。

背景技术

近年，希望工业用机器人能够在要求高速、高精度、清洁度的生产现场以及使用特殊气体或药品的特殊环境下工作。如今，例如关节式机器人的上下轴机构，主要是使用的滚珠螺杆、构成直动轴的结构。该机构，为了防止从机械手内部产生灰尘和润滑脂的飞散，有必要使用折皱保护罩等保护部件。但是，在使用折皱保护罩的情况下，因为伴随着折皱保护罩的收缩机器人内部的压力会产生变动，而且，从耐久性的观点出发，因为原材料被限定，所以，很难对应高清洁度以及特殊环境下的作业要求。

另一方面，可以将工业用机器人的上下轴机构构成为连杆式(例如，参照专利文献1)。此构成为，将构成一方的平行连杆的左右一对第1手臂连接到基体和连杆基体上，将构成另一方平行连杆的左右一对第2手臂连接到连杆基体和手臂基体上，在上述连杆基体上搭载驱动马达，而且，为了给左右两侧的第1手臂和第2手臂的连接轴施加旋转力，采用使用伞齿轮的传动机构，将该传动机构与减速机一同内置于连杆基体的内部。

[专利文献1]特开2002-326182号公报

但是，在如上述专利文献1所述的平行连杆式的上下轴机构中，不使用折皱保护罩，即，以无折皱保护罩而构成上下轴机构，但是由于使第1、第2手臂的连接轴旋转而采用使用了伞齿轮的传动机构，所以，有受到伞齿轮的齿隙的影响，产生位置精度下降的问题。又，在伞齿轮机构中，左侧的第1手臂的连接轴顺时针旋转，右侧的第2手臂的逆时针旋转，这样，因为左右连接轴必须相互沿相反方向旋转，所以第1、第2手臂的连接部的构造及其复杂，该连接部的组装也极其困难。进一步，导致该连接部的密封构造也很复杂。

又，为了进行机器人作业，在机械手臂的前端部安装有手装置等末端操作装置，但是，该末端操作装置或者机械手臂等驱动装置的配线或者配管，为从机械手臂的周围露出的构造，不仅在外观上比较逊色，而且，没有考虑到如何配置配线、配管才能不限制机械手的动作，又，还有必要考虑不受来自外界物体等的干扰。

发明内容

本发明鉴于上述课题，其目的在于提供一种具有高精度的位置精度，并且密封性好的连杆驱动装置以及使用装置的工业用机器人。

又，本发明的目的还在于提供一种不使末端操作装置或者机械手臂等驱动装置的配线、配管向外部露出的工业用机器人。

本发明的连杆驱动机构，其特征在于，具有：构成一个平行连杆的第1手臂、构成另一个平行连杆的第2手臂、设置在连接所述第1手臂和第2手臂的端部之间并连接两个平行连杆的端部的连接基体和带有设置在一个手臂的连接端部的波动齿轮减速器的驱动马达；

所述波动齿轮减速器，具有在同一方向上旋转的2个输出轴，其第1输出轴，连接在另一个手臂的端部，第2输出轴，连接在所述连接基体上。

本发明的连杆驱动机构，如上所述，因为第1手臂和第2手臂，通过连接基体分别构成平行连杆，所以，只对于所有旋转轴的旋转运动，控制其位置。又，因为使用具有向同一方向旋转的2个输出轴的波动齿轮减速器，所以没有齿隙，因此可以实现高精度的位置精度。又，用于旋转轴的密封构造也简单，并且密封性能良好，可以容易地对应清洁环境等各种各样的特殊环境。

又，在本发明中，在将带有波动齿轮减速器的驱动马达安装到第1手臂的连接端部上的情况下，波动齿轮减速器的第1输出轴，连接在第2手臂的连接端部上，第2输出轴连接在连接基体上。反过来，在将带有波动齿轮减速器的驱动马达安装到第2手臂的连接端部上的情况下，波动齿轮减速器的第1输出轴连接在第1手臂的连接端部上，第2输出轴同样连接在连接基体上。

又，在本发明中，上述波动齿轮减速器的第1输出轴和第2输出轴的减速比为1∶2。

由此，连接在构成另一个平行连杆的第2手臂侧的可动基体可以作直线移动。

又，在本发明中，将上述第1输出轴和第2输出轴设置在同心圆上较好。由此，波动齿轮减速器可以变短，可以紧凑地构成驱动部。

又，在本发明中，连杆驱动机构的内部为中空构造，配线以及/或者配管可以从内部通过。

由此，可以将配线、配管隐藏到第1、第2手臂内部，不会限制第1、第2手臂和机械手的动作，又不会产生与外部物体等的干涉。进一步，在外观上给人以整洁的印象。

又，通过利用本发明的连杆驱动机构，可以构成一般的工业用机器人。尤其是利用来作为关节式机器人的上下轴机构。

附图说明

图1是具有本发明连杆驱动机构的关节式机器人的侧视图。

图2是该关节式机器人的俯视图。

图3是表示连杆驱动机构的概略构成的剖视图。

图4是驱动部的剖视图。

图5是连杆驱动机构的动作说明图。

图中：1-固定基体，2-可动基体，3-连接基体，4-驱动部，10-连杆驱动机构，11-第1手臂，11a-第1手臂罩，12-第2手臂，12a-第2手臂罩，13-第1连杆，14-第2连杆，15、16-轴，15a、16a-轴承，17a、17b、18a、18b-轴，21-第1水平手臂，22-第2水平手臂，23-作业轴，30-波动齿轮减速器，31-输入轴，32-波发生器，32a、32b-轴承，33、34-柔性齿轮，35、36-刚性齿轮，37-第1输出轴，38-第2输出轴，39-手臂连接部件，40-减速机箱，41a、41b、41c、41d、41e-安装螺钉，50-驱动马达，51-马达轴，52-马达法兰盘，53-套筒，54-套筒安装部件，55-滑动轴承，60-配线、配管，61-收纳盒。

具体实施方式

以下，参照附图对应用本发明的实施方式的一个实例进行说明。在此，虽然将本发明连杆驱动机构作为关节式机器人的上下轴机构使用的实例来进行说明，但是本发明并不仅限于此。

图1是具有本发明工业用机器人(关节式机器人)的侧视图；图2是该关节式机器人的俯视图。

该关节式机器人的连杆驱动机构(上下轴机构)10，在安装于地面上的固定基体1和上部可动基体2之间配置中间的连接基体3，通过连接基体3将2组平行连杆机构连接构成为近似[く]字形的弯曲形态。

一方的手臂11构成与第1连杆13平行的平行连杆，第1手臂11的一端部(下端部)，通过轴15可旋转地连接到固定基体1上，在另外一端部(上端部)上，安装有驱动马达，该驱动马达带有后述的波动齿轮减速器，该波动齿轮减速器的第2输出轴(参照图3至图5)连接在连接基体3上。

第1连杆13，其两端部通过轴17a、17b可旋转地连接在固定基体1和连接基体3上。

另一方的第2手臂12，构成与第2连杆14平行的平行连杆，第2手臂12的一端部(下端部)连接在上述波动齿轮减速器的第1输出轴上，另外一端部(上端部)，通过轴16可旋转地连接在上述可动基体2上。

又，第2连杆14，其两端部通过轴18a、18b可旋转地连接在连接基体3和可动基体2上。

而且，在上述波动齿轮减速器上，直接安装有驱动马达。连接基体3被设置在第1手臂11的上端部和第2手臂12的下端部之间。

如上所述，固定基体1、连接基体3、第1手臂11、以及第1连杆13，若将连接点连接，则构成由平行四边形形成的平行连杆机构，又，可动基体2、连接基体3、第2手臂12以及第2连杆14也同样，若将连接点连接，则构成由平行四边形形成的平行连杆机构。而且，可动基体2，通过这2组平行连杆机构，与第1手臂11的旋转角度无关，总是维持为一定的姿态(例如水平)。

在可动基体2上，作为上部机构20，搭载有机器人手臂机构。在关节式机器人的情况下，主要由第1水平手臂21和第2水平手臂22构成的机械手臂机构被安装在可动基体2上。第1水平手臂21，以连接第1水平手臂21和可动基体2的第1关节轴(图中未示)为中心旋转；第2水平手臂22以连接第1水平手臂21和第2水平手臂22的第2关节轴(图中未示)为中心旋转。而且，在第2水平手臂22的前端部上，设置有可以旋转的作业轴23(参照图2)，在该作业轴上安装有手装置等末端操作装置(图中未示)。

进而，基于图3至图5对上述连杆驱动机构10进行详细说明。图3是表示该连杆驱动机构10的概略构成的剖视图；图4是作为其主要部分的驱动部的剖视图。又，在图4中，波动齿轮减速器30的下侧一半被省略了。又，图5是该连杆驱动机构10的动作说明图。

该连杆驱动机构10的驱动部4，由具有波动齿轮减速器30的驱动马达50构成，被安装在与第1手臂11的上端部，即，与第2手臂12相连接的连接端部上。

波动齿轮减速器30，主要由输入轴31、波发生器32、柔性齿轮33和34、刚性齿轮35和36、第1输出轴37、第2输出轴38构成。

驱动马达50的马达轴51，通过例如法兰盘接头(法兰盘接头部在图中被省略)等，在旋转方向上不产生摇动而牢固结合在输入轴31上。波发生器32，通过螺钉固定或者粘接等被固定在该输入轴31上，并具有分别嵌合在刚性齿轮35、36的内周上、产生波动的2个轴承32a、32b。

其中一个柔性齿轮33和刚性齿轮35的一部分齿相啮合，而且，通过图中未示的安装螺钉等固定在第1输出轴37上。

另外一个柔性齿轮34和刚性齿轮36的一部分齿相啮合，而且，通过图中未示的安装螺钉等，与刚性齿轮35一起固定在第2输出轴38上。另外一个刚性齿轮36被固定在减速机箱40上。

而且，第1输出轴37，被固定在第2手臂12的端部上，第2输出轴38被固定在连接基体3上。

第1输出轴37和第2输出轴38配置在同心圆上。由此，可以使波动齿轮减速器30变短，所以，驱动部4可以很紧凑地构成。

第1输出轴37通过手臂连键部件39，利用安装螺钉41a、41b安装在第2手臂12的下端部。又，第2输出轴38，通过安装螺钉41c安装在连接基体3上。

波动齿轮减速器30，通过安装螺钉41d安装在第1手臂11的上端部上。

驱动马达50，通过马达法兰盘25，利用安装螺钉41e安装在波动齿轮减速器30上。

如上所述，波动齿轮减速器30，作为减速器，是设置有具有1个输入轴31和2个输出轴37、38的1输入2输出的构成，而且，第1输出轴37和第2输出轴38向同一个方向旋转。并且，第1输出轴37和第2输出轴38的减速比为1∶2。通过变更柔性齿轮33和34的齿数，或者刚性齿轮35和36的齿数，可以改变上述减速比。

因此，由于没有齿隙，可以使第1手臂11和第2手臂12高精度地旋转，从而可以高精度地控制可动基体2的位置精度。

又，该连杆驱动机构10，如图3、图4所示，为中空的构造。即，上述可动基体2、轴16、带有波动齿轮减速器30的驱动马达50、第1手臂11、轴15都被构成为中空构造。又，驱动马达50成为中空马达，轴套53贯穿带有波动齿轮减速器30的驱动马达50的整体而被设置在中心。而且，54是轴套安装部件，55是位于轴套53和手臂安装部件39之间的滑动轴承。又，在图3中，11a是第1手臂罩，12a是第2手臂罩，15a是中空轴15的轴承，16a是中空轴16的轴承。

通过将连杆驱动机构10构成中空构造，上部机构20的配线、配管60以及驱动马达50的配线(图中未示)等可以穿过连杆驱动机构10的内部而在周围迂回。配线、配管60等和设置在固定基体1上的收纳盒61内的配线基板以及阀等相连接。

因此，根据该连杆驱动机构10的构成，配线、配管60等收纳在连杆驱动机构10的内部，都不会露出在外部，所以外观上给人以很整洁的印象，同时，不会阻碍连杆驱动机构10和机械手臂等的动作，并且，完全不必担心与外部物体等的干涉。

而且，第1手臂11、第2手臂12分别通过第1手臂罩11a、第2手臂罩12a被密闭，又，因为连接第2手臂12和第1输出轴37的手臂连接部件39、第2输出轴38的连接基体3和减速机箱40、中空轴15、16的安装部等，通过图中未示的O型环来密封，所以密封性良好，不会发生丛手臂内部产生灰尘和润滑脂等的飞散，所以，容易适用于清洁环境等各种各样特殊环境。

下面，基于图5的模式图，对该波动齿轮减速器30的动作进行说明。

在图5中，当可动基体2从实线表示的位置A向虚线表示的位置B移动(上升)的时候，波动齿轮减速器30的第1输出轴37以及第2输出轴38一同向逆时针方向旋转。连接基体3，通过上下2组平行连杆机构，被保持为水平，又，因为第1输出轴37和第2输出轴38的减速比为1∶2，所以，第2手臂12，以与第1手臂11成的角度θ是第1手臂11的水平角度α的2倍的角度进行旋转。即，第1手臂11和第2手臂12的旋转角度(水平角度)相同，所以，可动基体2作直线移动。

又，在使可动基体2从B向A位置下降时，只要使第1输出轴37、第2输出轴38一同向相反的顺时针方向旋转即可。

在上述的实施方式中，虽然对将带有波动齿轮减速器30的驱动马达50安装到第1手臂11的上端部上的情况进行了说明，但是，将安装方法反过来，也可以在第2手臂12的下端部安装带有波动齿轮减速器30的驱动马达50。此时，第1输出轴37连接在第1手臂11上，第2输出轴38连接在连接基体3上。

又，本发明连杆驱动机构，因为没有必要如上述专利文献1所述，将第1手臂11、第2手臂12设置为左右一对，所以可以紧凑地构成连杆驱动机构。

又，本发明连杆驱动机构，例如，可以在水平方向上设置作为左右方向的伸缩机构来使用。可动基体2可以作为滑动体来起导向作用。因此，本发明连杆驱动机构的应用范围十分广泛。

Claims (6)

1.一种连杆驱动机构，其特征在于，具有：

构成一个平行连杆的第1手臂、

构成另一个平行连杆的第2手臂、

设置在连接所述第1手臂和第2手臂的端部之间并连接两个平行连杆的端部的连接基体、和

带有设置在一个手臂的连接端部的波动齿轮减速器的驱动马达；

所述波动齿轮减速器，具有在同一方向上旋转的2个输出轴，其第1输出轴，连接在另一个手臂的端部，第2输出轴，连接在所述连接基体上。

2.根据权利要求1所述的连杆驱动机构，其特征在于，所述波动齿轮减速器的第1输出轴和第2输出轴的减速比为1∶2。

3.根据权利要求1或2所述的连杆驱动机构，其特征在于，所述第1输出轴和第2输出轴设置在同心圆上。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的连杆驱动机构，其特征在于，内部为中空构造，配线以及/或者配管可以从内部通过。

5.一种工业用机器人，其特征在于，具有权利要求1至4中任意一项所述的连杆驱动机构。

6.一种计算型工业用机器人，其特征在于，将权利要求1至4中任意一项所述的连杆驱动机构作为上下轴机构。