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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Robotergelenkstrukturen.
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STAND DER TECHNIK
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Eine bekannte Robotergelenkstruktur umfasst einen ersten Arm und einen zweiten Arm, der relativ zu dem ersten Arm um eine Drehachse drehbar ist. Eine Antriebskraft eines in einem untergebrachten Zustand innerhalb des ersten Arms befestigten Motors wird an den zweiten Arm über eine Mehrzahl von Zahnrädern und ein Untersetzungsgetriebe übertragen (siehe z.B. PTL 1).
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Der in der Robotergelenkstruktur verwendete Motor ist normalerweise mit einer Bremse ausgerüstet, damit verhindert wird, dass sich die Arme entsprechend der Schwerkraft drehen, wenn die Stromversorgung des Roboters ausgeschaltet ist.
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LITERATURLISTE
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PATENTLITERATUR
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PTL 1 Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nummer 2007-144559
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Ein mit einer Bremse ausgerüsteter Motor ist in axialer Richtung lang im Vergleich zu einem Motor, der keine Bremse aufweist. Somit muss in einem Fall, dass ein mit einer Bremse ausgerüsteter Motor innerhalb eines Bauteils, das den Roboter darstellt, unterzubringen ist, die Größe des Bauteils erhöht werden, um genügend Unterbringungsraum zu gewährleisten.
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Daher ist es wünschenswert, den Roboter in einem unbeweglichen Zustand zu halten, wenn dessen Stromversorgung ausgeschaltet wird, während ein Anstieg der Größe des den Roboter darstellenden Bauteils vermieden wird.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenlegung stellt eine Robotergelenkstruktur bereit, umfassend ein erstes Element und ein zweites Element, die dafür ausgelegt sind, hohl zu sein, einen Aktor, der das zweite Element relativ zu dem ersten Element um eine Drehachse dreht, und einen Bremsmechanismus, der geeignet ist, die Drehung des zweiten Elements relativ zu dem ersten Element zu bremsen. Der Aktor umfasst einen Motor, der innerhalb des ersten Elements untergebracht ist und keine Bremse aufweist, ein Untersetzungsgetriebe, das die Drehzahl einer Motorwelle des Motors reduziert und das die Drehung an das zweite Element überträgt, ein erstes Zahnrad, das an der Motorwelle vorgesehen ist, und ein zweites Zahnrad, das in dem Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist und mit dem ersten Zahnrad in Eingriff ist. Der Bremsmechanismus umfasst einen Bremskörper, der innerhalb des ersten Elements untergebracht ist, eine Bremswelle, die geeignet ist, durch den Bremskörper gebremst zu werden, und ein drittes Zahnrad, das an der Bremswelle vorgesehen ist und mit dem zweiten Zahnrad in Eingriff ist.
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Figurenliste
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- 1 stellt schematisch ein Beispiel eines Roboters dar, der mit einer Gelenkstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ausgerüstet ist.
- 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Gelenkstruktur in 1 darstellt.
- 3 stellt schematisch die Anordnung von Bauteilen in der Gelenkstruktur in 1 dar.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Robotergelenkstruktur 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein mit der Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform ausgerüsteter Roboter 100 zum Beispiel ein sechsachsiger Vertikal-Gelenk-Roboter. Der Roboter 100 umfasst einen auf einer Bodenfläche F festgelegten Sockel 110 und umfasst auch einen Drehkörper 120, der relativ zu dem Sockel 110 auf eine drehbare Weise um eine erste Achse A, die vertikal verläuft, gelagert ist.
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Der Roboter 100 umfasst einen ersten Arm 130, der relativ zu dem Drehkörper 120 auf eine drehbare Weise um eine zweite Achse B, die horizontal verläuft, gelagert ist und umfasst auch einen zweiten Arm (erstes Element) 140, der hohl ist und relativ zu dem ersten Arm 130 drehbar um eine dritte Achse C, die horizontal verläuft, gelagert ist. Der Roboter 100 umfasst ferner eine hohle Handgelenkeinheit (zweites Element) 150, die relativ zu dem zweiten Arm 140 auf eine drehbare Weise um eine vierte Achse D, die in einer schrägen Lagebeziehung zu der dritten Achse C steht, gelagert ist.
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Wie es zum Beispiel in 2 gezeigt ist, ist die Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform zwischen dem zweiten Arm 140 und der Handgelenkeinheit 150 angeordnet. Die Gelenkstruktur 1 umfasst den zweiten Arm 140, die Handgelenkeinheit 150, einen Aktor 10, der die Handgelenkeinheit 150 relativ zu dem zweiten Arm 140 um die vierte Achse D drehend antreibt, und einen Bremsmechanismus 50, der die Handgelenkeinheit 150 relativ zu dem zweiten Arm 140 bremst.
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Der Aktor 10 umfasst ein Untersetzungsgetriebe 30 und einen Motor 40. Das Untersetzungsgetriebe 30 umfasst eine an dem zweiten Arm 140 befestigte Eingangswelle 31 und umfasst auch eine Ausgangswelle 34, die relativ zu der Eingangswelle 31 auf eine drehbare Weise um die vierte Achse D gelagert ist und die an der Handgelenkeinheit 150 befestigt ist.
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Das Untersetzungsgetriebe 30 umfasst einen hohlen Abschnitt 33, der sich entlang der vierten Achse D an einer die vierte Achse D umfassenden Position erstreckt. Das Untersetzungsgetriebe 30 umfasst ein zweites Zahnrad 32, das sich auf der Seite des zweiten Arms 140 der Eingangswelle 31 befindet und relativ zu der Eingangswelle 31 auf eine drehbare Weise um die vierte Achse D gelagert ist.
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Das zweite Zahnrad 32 weist eine Ringform mit einem Mittelloch 35 auf, das räumlich mit dem hohlen Abschnitt 33 kommuniziert. Somit kommuniziert der Innenraum des zweiten Arms 140 räumlich mit dem Innenraum der Handgelenkeinheit 150 über den hohlen Abschnitt 33 und das Mittelloch 35.
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Der Motor 40 ist an dem zweiten Arm 140 in einem Zustand befestigt, in dem der Motor 40 innerhalb des zweiten Arms 140 untergebracht ist. Der Motor 40 umfasst eine Motorwelle 41, die sich in axialer Richtung erstreckt. Ein erstes Zahnrad 42 ist an der Motorwelle 41 befestigt.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist der Motor 40 an dem zweiten Arm 140 an einer von der vierten Achse D radial nach außen versetzten Position befestigt, um eine Überlappung mit dem hohlen Abschnitt 33 und dem Mittelloch 35 zu vermeiden. Das an der Motorwelle 41 befestigte erste Zahnrad 42 ist mit dem zweiten Zahnrad 32 des Untersetzungsgetriebes 30 in Eingriff.
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Dementsprechend wird eine Drehung der Motorwelle 41 des Motors 40 über den Eingriff zwischen dem ersten Zahnrad 42 und dem zweiten Zahnrad 32 an das Untersetzungsgetriebe 30 übertragen, wird deren Drehzahl innerhalb des Untersetzungsgetriebes 30 reduziert und als Drehung an die Ausgangswelle 34 des Untersetzungsgetriebes 30 ausgegeben.
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Der Bremsmechanismus 50 ist innerhalb des zweiten Arms 140 untergebracht und umfasst einen Bremskörper 53, der an dem zweiten Arm 140 befestigt ist, und eine Bremswelle 51, die relativ zu dem Bremskörper 53 auf eine drehbare Weise gelagert ist. Ein mit dem zweiten Zahnrad 32 in Eingriff stehendes drittes Zahnrad 52 ist an der Bremswelle 51 befestigt.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist der Bremsmechanismus 50 an dem zweiten Arm 140 an einer von der vierten Achse D radial nach außen versetzten Position befestigt, um eine Überlappung mit dem hohlen Abschnitt 33 und dem Mittelloch 35 zu vermeiden. Der Motor 40 und der Bremsmechanismus 50 sind an unterschiedlichen, in der Umfangsrichtung um die vierte Achse D voneinander beabstandeten Positionen angeordnet.
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Die Arbeitsweise der Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform, die die vorstehend beschriebene Ausgestaltung aufweist, wird nachstehend beschrieben.
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Bei der Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn die Motorwelle 41 des Motors 40 gedreht wird, die Drehung der Motorwelle 41 über den Eingriff zwischen dem ersten Zahnrad 42 und dem zweiten Zahnrad 32 an das Untersetzungsgetriebe 30 übertragen, so dass die Handgelenkeinheit 140 relativ zu dem zweiten Arm 140 um die vierte Achse D gedreht wird.
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Da das dritte Zahnrad 52 auch mit dem zweiten Zahnrad 32 in Eingriff ist, wird gleichzeitig die Bremswelle 51 über das dritte Zahnrad 52 gedreht, wenn sich das zweite Zahnrad 32 dreht. Wenn daher der Bremskörper 53 betätigt wird, wird die Drehung der Bremswelle 51 gestoppt und wird eine Bremskraft über den Eingriff zwischen dem zweiten Zahnrad 32 und dem dritten Zahnrad 52 auf das Untersetzungsgetriebe 30 Übertragen. Dementsprechend kann die Handgelenkeinheit 150 relativ zu dem zweiten Arm 140 in einem unbeweglichen Zustand gehalten werden.
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In diesem Fall sind bei der Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform der Motor 40 und der Bremsmechanismus 50 voneinander getrennt und sind an unterschiedlichen Positionen in der Umfangsrichtung um die vierte Achse D angeordnet, so dass die Höhe des Motors 40 in der axialen Richtung im Vergleich zu einem mit einer Bremse ausgerüsteten Motor reduziert und verteilt werden kann. Dies ist dadurch vorteilhaft, dass der Innenraum des zweiten Arms 140 minimiert werden kann und dass die äußeren Abmessungen des zweiten Arms 140 reduziert werden können.
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Bei der Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform sind der Motor 40 und der Bremsmechanismus 50 an versetzten Positionen angeordnet, an denen sie sich nicht mit dem hohlen Abschnitt 33 des Untersetzungsgetriebes 30 und dem Mittelloch 35 in dem zweiten Zahnrad 32 überlappen. Dementsprechend kann ein (nicht gezeigtes) Verkabelungselement von dem zweiten Arm 140 zu der Handgelenkeinheit 150 durch den hohlen Abschnitt 33 und das Mittelloch 35 hindurchgeführt werden.
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Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, ist die Gelenkstruktur 1 gemäß dieser Ausführungsform mit einem ersten Abschnitt 141, der sich entlang der vierten Achse D erstreckt, und einem zweiten Abschnitt 142 vorgesehen, der sich relativ zu dem ersten Abschnitt 141 in eine Richtung krümmt und sich in einer Richtung erstreckt, die die vierte Achse D schneidet. Dementsprechend weist der zweite Arm 140 eine Form des Buchstabens L auf, indem der erste Abschnitt 141, der zylindrisch ist, und der zweite Abschnitt 142, der zylindrisch ist, mit einem gekrümmten Abschnitt verbunden werden.
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Im Hinblick auf den Innenraum des diese Struktur aufweisenden zweiten Arms 140 weitet sich der Raum innerhalb des ersten Abschnitts 141 an dem gekrümmten Abschnitt in einer Richtung auf. Bei dieser Ausführungsform wird diese aufgeweitete Form innerhalb des gekrümmten Abschnitts verwendet, um den Motor 40 an einer Position über beide Seiten hinweg einer aus der Außenfläche des ersten Abschnitts 141 entlang der vierten Achse D erstreckten Fläche anzuordnen.
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Dementsprechend müssen die Außenabmessungen des zweiten Arms 140 nicht vergrößert werden, selbst wenn der Motor 40 erheblich in eine Position versetzt ist, in der er den hohlen Abschnitt 33 und das Mittelloch 35 nicht überlappt. Dies ist dadurch vorteilhaft, dass weitere Kompaktheit erzielt werden kann.
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Insbesondere kann durch effektive Nutzung des Innenraums des gekrümmten Abschnitts des zweiten Arms 140 der Außendurchmesser des ersten Abschnitts 141 des zweiten Arms 140 um die vierte Achse D reduziert werden.
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Darüber hinaus kann auch der Außendurchmesser der Handgelenkeinheit 150, die relativ zu dem zweiten Arm 140 auf eine drehbare Weise um die vierte Achse D gelagert ist, um die vierte Achse D reduziert werden. Dies ist dadurch vorteilhaft, dass Größe und Gewicht des gesamten Roboters 100 reduziert werden können.
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Diese Ausführungsform basiert auf der Voraussetzung, dass der Motor 40 und der Bremsmechanismus 50 voneinander getrennt sind, um einen Anstieg der Größe des zweiten Arms 140 zu verhindern. Alternativ kann der Vorteil der Reduzierung der Außenabmessungen des ersten Abschnitts 141 des zweiten Arms 140 durch Anordnung des Motors unter Verwendung der Form des Innenraums des gekrümmten Abschnitts des zweiten Arms 140 auch erzielt werden, indem ein mit einer Bremse ausgerüsteter Motor als der Motor eingesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkstruktur
- 10
- Aktor
- 30
- Untersetzungsgetriebe
- 31
- Eingangswelle
- 32
- zweites Zahnrad
- 33
- hohler Abschnitt
- 34
- Ausgangswelle
- 40
- Motor
- 41
- Motorwelle
- 42
- erstes Zahnrad
- 50
- Bremsmechanismus
- 51
- Bremswelle
- 52
- drittes Zahnrad
- 53
- Bremskörper
- 130
- erster Arm
- 140
- zweiter Arm (erstes Element)
- 141
- erster Abschnitt
- 142
- zweiter Abschnitt
- 150
- Handgelenkeinheit (zweites Element)
- C
- dritte Achse
- D
- vierte Achse
