TW201741099A - 直動伸縮機構 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於實現直動伸縮機構中之臂部之對準作業之效率提升。直動伸縮機構具有平板形狀之複數個第一鏈節(53)及槽形狀之複數個第二鏈節(54)。第一、第二鏈節相互可彎曲地連結，各最前端藉由結合鏈節(55)而結合。送出機構(25)裝備複數個輥(59)，自上下及左右牢固地夾持第一、第二鏈節且前後移動自如地予以支持。第一、第二鏈節朝前方被送出時藉由輥而相互接合呈直線狀硬直，與結合部一併構成柱狀之臂部(5)，當朝後方被拉回時於輥之後方相互分離並恢復成彎曲狀態。於結合鏈節(55)之側面，為了使臂部相對於送出機構對準基準位置，而設置有與送出機構之支承部抵接之凸狀之對準部(71、72)。

Description

直動伸縮機構

本發明之實施形態係關於一種直動伸縮機構。

自先前，多關節機械臂機構被用於產業用機器人等各種區域。發明者等人已開發了可應用於此種多關節機械臂機構之直動伸縮機構(專利文獻1)。將直動伸縮機構用於多關節機械臂機構，因無需肘關節部，且可容易地消除臨界點，故而為非常有利之構造。

直動伸縮機構具有：可彎曲地連結之具有平板形狀之金屬製之複數個鏈節(第一鏈節)；及於底板可彎曲地連結之具有槽形狀之金屬製之複數個鏈節(第二鏈節)。第一、第二鏈節係於前端結合，當朝前方被送出時第一、第二鏈節重合，確保硬直狀態。藉此，構成具有一定剛性之柱狀之臂部。當朝後方被拉回時第一、第二鏈節分離，分別恢復成可彎曲之狀態，並被收納至支柱之內部。送出機構係於角筒形狀之框架之四面裝備複數個輥而成者，一邊自四個方向牢固地夾持第一、第二鏈節一邊實現前後移 動，且於上下左右支持臂部。

但是眾所周知，直動伸縮機構之出廠時或設置時需要執行對準作業，即，使臂部之控制上之辨認長匹配實際之伸縮長。典型而言，使臂部收縮至最短，讓控制部辨認其位置(臂基準位置)為伸縮控制上之原點。該作業被稱為「原點校準」或「原點復位」。原點校準時，需要卸除臂外罩使臂部露出，藉由目視使臂部收縮至基準位置，其作業性不能說高。

又，由於伸縮性之臂部係由多個鏈節利用鉸鏈構造組合而構成者，運行中亦相對容易產生臂部之位置偏移，於相對較短之周期便需要定期地進行「原點校準」。又，於因某種原因導致臂部之伸縮動作異常停止時等亦需要隨時進行「原點校準」。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第5435679号公報

本發明之目的在於實現直動伸縮機構中之臂部之對準作業之效率提升。

本實施形態之直動伸縮機構具備：平板形狀之複數個 第一鏈節，其等相互於前後端面可彎曲地連結；槽形狀之複數個第二鏈節，其等相互於底部之前後端面可彎曲地連結；結合部，其將上述第一鏈節之最前端與上述第二鏈節之最前端結合；及送出機構，其為了自上下及左右牢固地夾持上述第一、第二鏈節且前後移動自如地予以支持，而裝備有複數個輥。上述第一、第二鏈節朝前方被送出時係藉由上述輥相互接合而呈直線狀硬直，且與上述結合部一併構成柱狀之臂部，當朝後方被拉回時於上述輥之後方相互分離並恢復成彎曲狀態，且於上述結合部之側面，為了使上述臂部相對於上述送出機構而對準基準位置，設置有與上述送出機構之支承部抵接之凸狀之對準部。

4‧‧‧肩部

5‧‧‧臂部

6‧‧‧腕部

8‧‧‧腕部外罩

15‧‧‧臂外罩

26‧‧‧框

263‧‧‧開口板

264、265‧‧‧支承部

53‧‧‧第一鏈節

54‧‧‧第二鏈節

55‧‧‧結合鏈節

71、72‧‧‧對準部

圖1係表示裝備第一實施形態之直動伸縮關節之機械臂機構之外觀。

圖2係圖1之機械臂機構之側視圖。

圖3係自側面表示圖1之機械臂機構之內部構造之圖。

圖4係表示圖3之臂部之對準部之構造之圖。

圖5係表示圖3之送出機構之立體圖。

圖6係表示使用圖5之對準部之原點校準之狀況之圖。

以下，一面參照圖式一面對本實施形態之直動伸縮機構進行說明。再者，各實施形態之直動伸縮機構可作為單独之機構(關節)使用。於以下之說明中，係以複數個關節部中之一個關節部由各實施形態之直動伸縮機構構成之機械臂機構為例進行說明。作為機械臂機構，此處係說明具備直動伸縮機構之極座標型之機械臂機構，但亦可為其它類型之機械臂機構。於以下之說明中，對具有大致相同功能及構成之構成要素，附加相同符号，且僅於必要之情形時進行重複說明。

圖1係表示裝備第一實施形態之直動伸縮機構之機械臂機構之外觀。圖2係圖1之機械臂機構之側視圖。圖3係表示圖1之機械臂機構之內部構造之側視圖。

機械臂機構具備基座1、支柱部2、肩部4、臂部5及腕部6。支柱部2、肩部4、臂部5及腕部6係自基座1依序配設。複數個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6係自基座1依序配設。於基座1形成圓筒體之支柱部2典型而言係鉛垂地設置。支柱部2具備作為迴旋用旋轉關節部之第一關節部J1。第一關節部J1具有旋轉軸RA1。旋轉軸RA1係與鉛垂方向平行。支柱部2具有下部框21及上部框22。下部框21之一端連接於第一關節部J1之固定部。下部框21之另一端連接於基座1。下部框21係由圓筒形狀之殼體31覆蓋。上部框22連接於第一關節部J1之旋轉部，以旋轉軸RA1為中心進行軸旋轉。上部框22係由圓筒形狀之殼體32覆蓋。伴隨第一關節部J1之旋轉，上 部框22相對於下部框21旋轉，藉此臂部5水平迴旋。於形成圓筒體之支柱部2之內部中空收納有後述作為直動伸縮機構之第三關節部J3之第一、第二鏈節排51、52。

於支柱部2之上部設置有收容作為起伏旋轉關節部之第二關節部J2之肩部4。第二關節部J2係旋轉關節。第二關節部J2之旋轉軸RA2係與旋轉軸RA1垂直。肩部4具有作為第二關節部J2之固定部(支持部)之一對側框23。一對側框23係連結於上部框22。一對側框23係由鞍形形狀之外罩33覆蓋。於一對側框23支持有兼作馬達殼體之作為第二關節部J2之旋轉部之圓筒體24。於圓筒體24之周面安裝有送出機構25。送出機構25具備框26。框26保持驅動齒輪56、導輥57及輥單元58。伴隨圓筒體24之軸旋轉，送出機構25轉動，使支持於送出機構25之臂部5上下起伏。送出機構25係由硬質之圓筒形狀之外罩34覆蓋。鞍形外罩33與圓筒外罩34之間之間隙係由剖面U字形狀之U字蛇腹外罩14覆蓋。U字蛇腹外罩14係追隨第二關節部J2之起伏移動而伸縮。

第三關節部J3係藉由直動伸縮機構提供。直動伸縮機構具備發明者等人新開發之構造，自可動範圍之觀點而言明確區別於所謂之先前之直動關節。第三關節部J3之臂部5彎曲自如，但當沿著中心軸(伸縮中心軸RA3)自臂部5之根部之送出機構25朝前方被送出時彎曲被限制，以確保直線剛性。臂部5朝後方被拉回時恢復彎曲。臂部5具有第一鏈節排51及第二鏈節排52。第一鏈節排 51包含彎曲自如地連結之複數個第一鏈節53。第一鏈節53構成為大致平板形。第一鏈節53係於端部部位彎曲自如地連結。第二鏈節排52包含複數個第二鏈節54。第二鏈節54構成為横剖面“”字形之槽狀體或“口”字形之筒狀體。第二鏈節54係於底板端部部位彎曲自如地連結。第二鏈節排52之彎曲係於第二鏈節54之側板之端面彼此抵接之位置被限制。於此位置，第二鏈節排52係直線排列。第一鏈節排51之最前端之第一鏈節53、第二鏈節排52之最前端之第二鏈節54係藉由結合鏈節(結合部)55而連接。

第一、第二鏈節排51、52係於通過送出機構25之輥單元58時藉由輥59而相互擠壓並接合。藉由接合而第一、第二鏈節排51、52發揮直線剛性，構成柱狀之臂部5。於輥單元58之後方，驅動齒輪56係與導輥57一併配置。驅動齒輪56連接於未圖示之馬達單元。馬達單元產生用於使驅動齒輪56旋轉之動力。於第一鏈節53之內側之面、即與第二鏈節54接合之側之面之寬度中央，沿著連結方向形成有線性齒輪。於複數個第一鏈節53呈直線狀整齊排列時鄰接之線性齒輪呈直線狀相連，而構成較長之線性齒輪。驅動齒輪56嚙合於被導輥57擠壓之第一鏈節53之線性齒輪。直線狀相連之線性齒輪係與驅動齒輪56一併構成齒輪齒條機構。當驅動齒輪56正向旋轉時，第一、第二鏈節排51、52自輥單元58朝前方被送出。當驅動齒輪56逆向旋轉時，第一、第二鏈節排51、52朝輥 單元58之後方被拉回。被拉回之第一、第二鏈節排51、52係於輥單元58與驅動齒輪56之間相互分離。分離後之第一、第二鏈節排51、52分別恢復成可彎曲之狀態。恢復成可彎曲狀態之第一、第二鏈節排51、52均朝相同方向(內側)彎曲，鉛垂地收納於支柱部2之內部。此時，第一鏈節排51係與第二鏈節排52大致平行地以大致對齊之狀態收納。

於臂部5之前端安裝有腕部6。腕部6裝備第四~第六關節部J4~J6。第四~第六關節部J4~J6分別具備正交三軸之旋轉軸RA4~RA6。第四關節部J4係具有與伸縮中心軸RA3大致一致之第四旋轉軸RA4之旋轉關節。藉由第四關節部J4之旋轉而末端效應器擺動旋轉。第五關節部J5係具有與第四旋轉軸RA4垂直配置之第五旋轉軸RA5之旋轉關節。藉由該第五關節部J5之旋轉而末端效應器前後傾動旋轉。第六關節部J6係具有與第四旋轉軸RA4及第五旋轉軸RA5垂直配置之第六旋轉軸RA6之旋轉關節。藉由該第六關節部J6之旋轉而末端效應器進行軸旋轉。

末端效應器(末端效應器)係安裝於腕部6之第六關節部J6之旋轉部下部所設之轉接器7。末端效應器係具有讓機器人直接作用於作業對象(工件)之功能之部分，例如有固持部、真空吸附部、螺母緊固件、焊槍、噴槍等根據任務而存在各種工具。末端效應器係藉由第一、第二、第三關節部J1、J2、J3而移動至任意位置，且藉由第 四、第五、第六關節部J4、J5、J6而配置為任意姿勢。特別是第三關節部J3之臂部5之伸縮距離之長度可使末端效應器到達自基座1之近接位置至遠隔位置之廣範圍之對象。第三關節部J3之特徵為藉由構成其之直動伸縮機構而實現之直線伸縮動作及其伸縮距離之長度不同於先前之直動關節。

藉由第一、第二鏈節排51、52之接合而構成為柱狀體之臂部5係由横剖面形成為矩形或接近圓形之筒形之、例如具有柔軟之樹脂製之蛇腹構造之臂外罩15覆蓋。臂外罩15其一端部連接於腕部6之與臂部5之接合部分，另一端部連接於覆蓋肩部4之圓筒外罩34。臂外罩15藉由設為蛇腹構造而具有伸縮性，對應臂部5之直動而直線狀伸縮，且始終覆蓋臂部5之全體。

於本實施形態之直動伸縮機構中，為了使臂部5之控制上之辨認長匹配實際之伸縮長，需要進行使臂部5相對於送出機構25對準基準位置之作業。於本實施形態中，係使臂部5最收縮，以其最收縮位置作為伸縮控制上之原點(拉伸距離為零)。該對準作業被稱為「原點校準」或「原點復位」。以最收縮位置進行對準，進而以最收縮位置作為構造上之收縮極限之方式構成直動伸縮機構，藉此可使其對準誤差為零或極小化。為了進行該「原點校準」，於本實施形態之直動伸縮機構中，在臂部5之前端側之結合鏈節55具備與設於送出機構25之框26之支承部抵接之凸狀之對準部。支承部典型而言為框26之前 緣。

圖4係表示圖3之臂部5之對準部71、72之構造之圖。圖5係表示圖3之送出機構25之框26之圖。圖6係表示圖4之對準部71、72抵接於圖5之支承部234、235之狀態之圖。於本實施形態中，係將對準部設置於臂部5之結合鏈節55。臂部5具備用於將第一、第二鏈節53、54連結之結合鏈節55。結合鏈節55典型而言係與將第一鏈節53與第二鏈節54僅偏移鏈節長度之1/2而接合後之外廓形狀近似之四角筒狀體。於結合鏈節55之前端朝外側伸出有圓環狀之凸緣551。於臂部5之結合鏈節55，連接有作為旋轉關節部之第四關節部J4之圓筒部(固定部)60。於圓筒部60之後端以朝外側伸出之方式安裝有圓環狀之凸緣61。圓筒部60之後端之凸緣61係藉由螺釘而與結合鏈節55之凸緣551結合。藉此，將包含第四關節部J4之腕部6固定於臂部5之前端。於腕部6與臂部5經由凸緣61、551而固定時，第四關節部J4之圓筒部60之空洞區域係與結合鏈節55之空洞區域連通。於該連通之空洞區域插入有包含產生用於驅動第四關節部J4之動力之馬達及齒輪箱之馬達單元62。馬達單元62係嵌入圓筒部60之內部並固定於其內壁。馬達單元62之輸出軸(驅動軸)63自圓筒部60之前端開口突出，連接於形成第四關節部J4之旋轉部之例如短條形狀之旋轉板64之長軸之大致中央部分。旋轉板64支持於馬達單元62之輸出軸63，且旋轉驅動。

第四關節部J4係由腕部外罩8覆蓋。腕部外罩8係與第四關節部J4之圓筒部60及旋轉板64一併覆蓋結合鏈節55之前方部分。藉由馬達單元62驅動，而旋轉板64相對於圓筒部60轉動。

對準部71、72係於臂部5之前端部分之結合鏈節55之左側面與右側面分別安裝、典型而言為貼附。當然，亦可於將結合鏈節55自坯料切出等之加工時於其加工步驟中將對準部71、72亦與結合鏈節55一併切出。對準部71、72典型而言係固定於結合鏈節55，當然亦可以能夠任意變更原點位置之方式設為可裝卸。

對準部71、72典型而言係金屬製之短條形狀之較薄之平板。對準部71、72之厚度薄於結合鏈節55之側面與臂外罩15之間隙之距離，例如厚度為數mm。對準部71、72之寬度短於結合鏈節55之側面之寬度，例如為結合鏈節55之側面之寬度之1/3~2/3，較佳為1/2。對準部71、72係設為與結合鏈節55之長度方向(沿著伸縮軸RA3之方向)平行。於結合鏈節55之側面之寬度方向上，對準部71、72並非配置於結合鏈節55之上下面而是配置於側面之寬度中央。藉由該厚度、寬度、安裝位置，降低對準部71、72接觸臂外罩15之危險性。藉此，將對準部71、72安裝於臂部5之前端、具體而言安裝於結合鏈節55，且使對準部71、72與結合鏈節55一併由臂外罩15覆蓋之狀態下，可不阻礙臂部5之伸縮動作地，一直進行穩定運行。即，原點校準作業時無需將臂外罩15 卸除、將對準部71、72安裝於結合鏈節55等附加之準備作業。

進而，以對準部71、72之後端位置為以自結合鏈節55之前端隔開與臂外罩15之最收縮長度等價或略長於最收縮長度之距離之位置之方式，將對準部71、72安裝於結合鏈節55。當臂部5最收縮時，對準部71、72之後端係抵接於送出機構25之框26之支承部、典型而言係前緣。可將臂部5之最收縮位置設為伸縮控制上之原點(拉伸距離為零)，且藉由機械碰撞實現對準誤差為零或極小化。

框26係將同尺寸、同形狀之一對側板261、262藉由開口板263平行地連結而成。一對側板261、262之後方部分係形成為可接合於作為兼作馬達殼體之第二關節部J2之旋轉部之圓筒體24之周面之例如圓弧形狀。一對側板261、262係將支持臂部5之輥59與導輥57可旋轉地予以支持。開口板263為矩形平板，於其中心開設有與臂部5之横剖面形狀一致或略大、此處為矩形形狀之開口。開口板263為了使臂部5相對於送出機構25對準基準位置而具備供臂部5之對準部71、72之後端抵接之凹狀之支承部264、265。支承部264、265係具備與對準部71、72之後端面相同形狀或略大之底面之剖面矩形之槽。支承部264、265之深度係以如下方式調整：於對準部71、72分別抵接於支承部264、265之底面之狀態下，連接臂外罩15之一端之圓筒外罩34之前端與連接另一端之腕部外罩 8之後端之間之距離，與臂外罩15之最收縮長度等價或略長。再者，支承部264、265並不限定於設置於開口板263，例如亦可於側板261、262設置與對準部71、72之後端抵接之凸部。於該情形時，短條形狀之對準部71、72係形成為其後端自結合鏈節55之後端略微突出之長度。

「原點校準」係用於決定臂部5之動作控制上之原點(直動伸縮關節之臂基準位置)之作業。因此，藉由於臂部5最收縮之狀態實施「原點校準」，可使臂部5之可控制之伸縮範圍最大化。於本實施形態中，臂部5係由臂外罩15覆蓋，因此臂部5之最收縮狀態係與臂外罩15之最收縮狀態等價。臂部5具備臂部5最收縮狀態下與開口板263抵接之凸狀之對準部71、72。對準部71、72係以於對準部71、72抵接開口板263之狀態下，圓筒外罩34之前端與腕部外罩8之後端之間之距離與臂外罩15之最收縮長度等價或略長之方式，調整其位置。藉此，使用者可將臂部5準確地收縮至對準部71、72碰撞開口板263之位置，以此位置作為臂部5之動作控制上之原點(直動伸縮關節之臂基準位置)不用卸除臂外罩15便可進行原點校準作業。又，藉由於開口板263設置凹狀之支承部264、265，於將對準部71、72之後端面分別抵接於支承部264、265之底面之狀態下，與伸縮軸RA3正交之方向上之臂部5之偏移被限制，藉此與未於開口板263設置支承部264、264之情形相比，可更準確地進行「原點校 準」。

再者，於本實施形態中，對準部71、72係一體地設置於結合鏈節55，但亦可相對於結合鏈節55可裝卸。例如，於結合鏈節55之兩側面設置螺孔，藉由螺釘將對準部71、72緊固於結合鏈節55。

又，對準部71、72之設置位置並不限定於本實施形態。例如，存在於臂外罩15設置加強臂外罩15之加強板之情形。加強板係對應於臂部5之横剖面之矩形狀而中心切為矩形狀之典型而言係樹脂製之薄板狀之環狀部材。加強板之外周形狀具有與臂外罩15之横剖面之形狀相應之外形。加強板為了使臂外罩15遠離直動關節機構之臂部5(可動部)等之內部構造(鏈節排)，且允許移動軸RA3之方向上之臂外罩15之變形、防止其移動方向以外之方向、即與移動方向交叉之典型而言與移動方向正交之方向上之臂外罩15之變形(崩潰)，可於臂部5之上表面滑動地安裝於臂外罩15之內側。因此，如本實施形態般，將對準部71、72設置於臂部5之兩側面，不會妨礙在臂部5之上表面滑動之加強板。當然，於將加強板可滑動地安裝於臂部之兩側面之情形時，亦可於結合鏈節55之上下面設置對準部。又，於未於臂外罩15設置加強板之情形時，亦可於上下左右之四個表面分別設置對準部。如此，對準部設置於結合鏈節55之上下左右之表面中之至少一個表面即可。

進而，本實施形態亦可應用於臂部5未由臂外罩15 覆蓋之情形。此時，以於對準部71、72抵接於開口板263之狀態下，圓筒外罩34之前端與腕部外罩8之後端之間出現微小間隙之方式，調整對準部71、72之位置。

雖對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。該等實施形態能以其它各種形態實施，且於不脫離發明之主旨之範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形包含於發明之範圍及主旨，且同樣地包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。

5‧‧‧臂部

6‧‧‧腕部

8‧‧‧腕部外罩

53‧‧‧第一鏈節

54‧‧‧第二鏈節

55‧‧‧結合鏈節

60‧‧‧圓筒部

61‧‧‧凸緣

62‧‧‧馬達單元

63‧‧‧輸出軸(驅動軸)

64‧‧‧旋轉板

71、72‧‧‧對準部

551‧‧‧凸緣

Claims (9)

1. 一種直動伸縮機構，其特徵在於具備：平板形狀之複數個第一鏈節，其等相互於前後端面可彎曲地連結；槽形狀之複數個第二鏈節，其等相互於底部之前後端面可彎曲地連結；結合部，其將上述第一鏈節之最前端與上述第二鏈節之最前端結合；及送出機構，其為了自上下及左右牢固地夾持上述第一、第二鏈節且前後移動自如予以支持，而裝備複數個輥；且上述第一、第二鏈節係當朝前方被送出時藉由上述輥而相互接合呈直線狀硬直，與上述結合部一併構成柱狀之臂部，當朝後方被拉回時於上述輥之後方相互分離並恢復成彎曲狀態，於上述結合部之側面，為了使上述臂部相對於上述送出機構對準基準位置，而設置有與上述送出機構之支承部抵接之凸狀之對準部。
2. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述臂部係由伸縮性之臂外罩覆蓋，上述對準部之厚度薄於上述結合部之側面與上述臂外罩之間隙距離。
3. 如申請專利範圍2之直動伸縮機構，其中上述對準部之後端係設置於自上述結合部之前端隔開與上述臂外罩 之最收縮長度等價或略長之距離之位置。
4. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述對準部具有平板形狀。
5. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述對準部係設置於上述結合部之側面之寬度中央。
6. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述對準部分別設置於上述結合部之兩側面。
7. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述對準部之寬度短於上述結合部之側面之寬度。
8. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述支承部係上述送出機構之前緣，且於上述前緣設置有支承上述對準部之凹部。
9. 如申請專利範圍1之直動伸縮機構，其中上述對準部相對於上述結合部可裝卸。