TW202319200A - 旋轉軸構造及機械 - Google Patents

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TW202319200A
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中山一隆
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日商發那科股份有限公司
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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

先前,例如於使旋轉軸構造小型化之要求之下,謀求一種於旋轉軸構造之內部可配線更多線條體之技術。旋轉軸構造50具備:中空之固定部136;旋轉部134,其係以可繞旋轉軸線J4旋轉之方式設置於固定部136之中空之旋轉部134,且與固定部136一起劃定向旋轉軸線J4之方向貫通旋轉部134及固定部136並且內部通過有線條體26之貫通孔138;及拘束構件58,其以線條體26於自貫通孔138之一開口端138a至另一開口端138b之區間A與旋轉部134一起旋轉之方式,將該線條體26拘束於該旋轉部134。

Description

旋轉軸構造及機械
本揭示係關於一種旋轉軸構造及機械。
已知一種機械之旋轉軸構造(所謂,致動器)(例如,專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2017-159397號公報
[發明所欲解決之問題]
先前,例如於使旋轉軸構造小型化之要求之下,謀求一種於旋轉軸構造之內部可配線更多線條體之技術。 [解決問題之技術手段]
旋轉軸構造具備:中空之固定部;旋轉部,其係以可繞旋轉軸線旋轉之方式設置於固定部之中空之旋轉部,且與上述固定部一起劃定向上述旋轉軸線之方向貫通上述旋轉部及上述固定部並且內部通過有線條體之貫通孔;及拘束構件,其以線條體於自貫通孔之一開口端至另一開口端之區間與旋轉部一起旋轉之方式,將該線條體拘束於該旋轉部。 [發明之效果]
根據本揭示,即使旋轉部旋轉,於貫通孔之內部線條體亦不會扭轉。因此,因可將線條體密集地配線於貫通孔之內部,故例如即使於使旋轉軸構造小型化之情形時,亦可將充足之條數之線條體配線於貫通孔之內部。
以下,基於圖式詳細地說明本揭示之實施形態。另,於以下說明之各種實施形態中,對同樣之要件標註相同符號,省略重複之說明。首先,參照圖1,對一實施形態之機械10進行說明。於本實施形態中,機械10係垂直多關節機器人,且具備機器人基座12、回轉主體14、上臂部16、前臂部18、及手腕部20。於本實施形態中,回轉主體14、上臂部16、前臂部18、及手腕部20之各者為中空。
機器人基座12固定於作業單元之地板、或無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)之上。回轉主體14以可繞第1旋轉軸線J1旋動之方式設置於機器人基座12。第1旋轉軸線J1亦可與鉛直方向平行地配置。上臂部16以其基端部16a可繞與第1旋轉軸線J1正交之第2旋轉軸線J2旋動之方式設置於回轉主體14。
於本實施形態中,前臂部18具有基端臂22、及前端臂24。基端臂22具有:基部22a,其以可繞與第2旋轉軸線J2平行之第3軸線J3旋動之方式設置於上臂部16之前端部16b;及圓筒部22b,其自該基部22a,向與第3旋轉軸線J3正交之第4旋轉軸線J4之方向延伸。另一方面,前端臂24以其基端部24a可繞第4旋轉軸線J4旋動之方式設置於圓筒部22b。
手腕部20具有手腕基座20a、及手腕凸緣20b。手腕基座20a具有大致L字狀之外形,以可繞與第4旋轉軸線J4正交之第5旋轉軸線J5旋動之方式設置於前端臂24之前端部24b。手腕凸緣20b以可繞與第5旋轉軸線J5正交之第6旋轉軸線J6旋動之方式設置於手腕基座20a。
未圖示之末端執行器(機器人手、焊接槍、切削工具、雷射加工頭等)可裝卸地安裝於手腕凸緣20b。機械10藉由分別使回轉主體14、上臂部16、前臂部18(基端臂22、前端臂24)、及手腕部20(手腕基座20a、手腕凸緣20b)繞各旋轉軸線J1~J6旋動,而將末端執行器定位於任意之位置,藉由該末端執行器對工件進行特定之作業(工件操作、焊接、切削加工、雷射加工等)。
機械10進而具備線條體26、及旋轉軸構造50。線條體26例如包含向內置於機械10之電動機(例如,伺服馬達)供給電力之動力線、傳送用以控制末端執行器之信號之控制用信號線、或空氣管等。
線條體26其一端連接於機械10之控制裝置(未圖示),另一方面,其另一端連接於末端執行器。線條體26以通過機器人基座12、回轉主體14、上臂部16、前臂部18、及手腕部20之內部連接於末端執行器之方式配線。
旋轉軸構造50係稱為致動器者,配置於基端臂22與前端臂24之間,將該前端臂24相對於該基端臂22繞第4旋轉軸線J4旋轉驅動。以下,參照圖2,對旋轉軸構造50進行說明。另,於以下之說明中,將第4旋轉軸線J4之方向設為軸向,將以第4旋轉軸線J4為中心之圓之半徑方向設為徑向,將該圓之圓周方向設為周向。又,為方便起見,將圖2中之箭頭D所示之方向作為軸向前側提及。
旋轉軸構造50具備電動機52、減速機54、感測器56、及拘束構件58。於本實施形態中,電動機52、減速機54、及感測器56以第4旋轉軸線J4為基準大致同軸配置,排列配置於軸向。電動機52具有框體62、定子64、轉子66、編碼器68及剎車機構70。
框體62係筒狀,將定子64、轉子66、編碼器68及剎車機構70收納於內部。框體62固定於基端臂22(圖1)之圓筒部22b。定子64具有固定於框體62之筒狀之定子芯72、與捲繞於該定子芯72之線圈74。
轉子66可旋轉地配置於定子64之徑向內側。具體而言,轉子66具有轉子軸76、及轉子芯78。轉子軸76係圓筒狀,於軸向筆直延伸。轉子軸76藉由圓環狀之軸承80及82,可旋轉地指示於框體62。
軸承80介插於框體62之支持壁62a與轉子軸76之間,軸承82介插於框體62之支持壁62b與轉子軸76之間。又,於支持壁62b與轉子軸76之間介插有圓環狀之油封83。
支持壁62a配置於定子64及轉子芯78之軸向後側,另一方面,支持壁62b配置於定子64及轉子芯78之軸向前側。藉由支持壁62a及62b,於框體62之內部劃定收納定子64及轉子芯78之空間S1。
轉子芯78係內置排列於周向之複數個磁鐵(未圖示)之圓筒狀之構件,以與轉子軸76一體旋轉之方式固設於該轉子軸76之外周面。定子64藉由施加於線圈74之電壓產生周向之旋轉磁場,藉此,產生將轉子芯78於周向旋轉驅動之動力。如此,轉子66相對於框體62及定子64,繞第4旋轉軸線J4旋轉。
編碼器68檢測轉子66之旋轉(例如,旋轉位置或旋轉角度)。具體而言,編碼器68具有旋轉縫隙68a、發光部68b、及受光部68c。旋轉縫隙68a具有複數個縫隙,以與轉子軸76一體旋轉之方式固設於該轉子軸76之外周面。旋轉縫隙68a配置於發光部68b與受光部68c之間。
發光部68b相對於框體62固定,朝向旋轉縫隙68a輸出光。受光部68c相對於框體62固定,接收發光部68b輸出之光。更具體而言,發光部68b輸出之光藉由通過形成於旋轉縫隙68a之縫隙而圖案化,入射至受光部68c。編碼器68基於受光部68c接收之圖案化之光,檢測轉子66之旋轉。
剎車機構70制動轉子66之旋轉。具體而言,剎車機構70具有剎車盤70a、端板70b、銜鐵70c、及剎車芯70d。剎車盤70a以與轉子軸76一體旋轉之方式固設於該轉子軸76之外周面。
端板70b固定於剎車芯70d。銜鐵70c與端板70b對向配置,以於軸向可動之方式設置於剎車芯70d。剎車盤70a配置於端板70b與銜鐵70c之間,銜鐵70c藉由線圈彈簧等之賦能構件(未圖示)朝向剎車盤70a被賦能。
剎車芯70d固定於框體62,於該剎車芯70d捲繞有剎車線圈(未圖示)。若於該剎車線圈施加電壓,則剎車芯70d被激磁,藉此,銜鐵70c被剎車芯70d吸引,自剎車盤70a分離。如此,剎車機構70解除對於轉子66之制動,該轉子66可旋轉。
另一方面,若向剎車線圈施加之電壓變為零,則剎車芯70d之激磁被解除,銜鐵70c藉由賦能構件之作用,被按壓於剎車盤70a。如此,剎車機構70制動轉子66之旋轉。編碼器68及剎車機構70配置於支持壁62a之軸向後側,藉由支持壁62a、與框體62之軸向後側之端壁62c,於框體62之內部劃定收納編碼器68及剎車機構70之空間S2。
減速機54設置於電動機52之軸向前側,將轉子66之旋轉減速。具體而言,減速機54係例如行星齒輪減速機、波動齒輪減速機、或擺線減速機,具有框體84、內齒輪86、外齒輪88、及輸出軸90。框體84係筒狀,固定於電動機52之框體62。
內齒輪86以環繞轉子軸76之軸向前端部之方式配置,與形成於該軸向前端部之齒輪部嚙合。外齒輪88經由圓環狀之軸承92可旋轉地支持於框體84,配置於內齒輪86之徑向外側與該內齒輪86嚙合。
輸出軸90係圓環狀,以可繞第4旋轉軸線J4旋轉之方式,設置於框體84之軸向前側。更具體而言,輸出軸90具有本體部94、外凸緣96、及內凸緣98。本體部94經由輸出銷95連結於外齒輪88,外齒輪88之旋轉通過輸出銷95向本體部94傳遞。另,亦可替代輸出銷95使用螺栓等,直接結合本體部94與外齒輪88。
又,於本體部94之內周面94a與轉子軸76之間介插有圓環狀之油封100。油封83及100防止填充於旋轉軸構造50之內部之潤滑劑漏出,且防止異物自旋轉軸構造50之外部向內部進入。
外凸緣96自本體部94之外周面94b向徑向外側突出,向周向延伸。另一方面,內凸緣98自本體部94之內周面94a向徑向內側突出,向周向延伸。內凸緣98自轉子軸76之軸向前端76a隔開配置於軸向前側。
感測器56相鄰配置於輸出軸90之軸向前側,檢測作用於該感測器56之力(例如,扭矩)。以下,參照圖3,對感測器56進行說明。感測器56係圓環狀,且具有內環102、外環104、複數個樑部106、及複數個應變計108。
內環102於其中心部具有貫通孔。外環104隔開配置於內環102之徑向外側。樑部106於內環102與外環104之間向徑向延伸,於周向以大致等間隔排列配置。於周向上彼此相鄰之2個樑部106之間劃定有空隙110。
應變計108設置於各個樑部106,將樑部106中產生之應變轉換為電性信號。於本實施形態中,內環102藉由螺栓等之緊固件(未圖示)固定於輸出軸90之本體部94,另一方面,外環104藉由螺栓等之緊固件(未圖示)固定於前端臂24之基端部24a。於該狀態下,內環102抵接於輸出軸90(具體而言,本體部94),另一方面,外環104及樑部106與輸出軸90隔開。
若電動機52之定子64使轉子66以速度V1於周向旋轉,則藉由轉子軸76,減速機54之內齒輪86及外齒輪88亦分別旋轉。內齒輪86及外齒輪88介插於轉子軸76與輸出軸90之間,將該轉子軸76之旋轉自速度V1減速至速度V2(≪V1)之後,經由輸出銷95傳遞至輸出軸90。
如此,減速機54將轉子66之旋轉減速。例如,速度V2為速度V1之1%以下。感測器56與輸出軸90一起一體地以速度V2於周向旋轉,其結果,固定於感測器56之外環104之前端臂24亦以速度V2於周向旋轉。如此,前端臂24相對於基端臂22旋轉。
如此,藉由定子64產生之動力,轉子66(轉子軸76、轉子芯78)、旋轉縫隙68a、剎車盤70a、內齒輪86、外齒輪88、輸出軸90、及感測器56分別旋轉。因此,於本實施形態中,轉子66、旋轉縫隙68a、剎車盤70a、內齒輪86、外齒輪88、輸出軸90、及感測器56構成旋轉軸構造50之旋轉部134。且,轉子66、旋轉縫隙68a、剎車盤70a、內齒輪86、外齒輪88、輸出軸90、及感測器56之各者可定義為旋轉部134之旋轉要件。
另一方面,電動機52之框體62及定子64(定子芯72、線圈74)、編碼器68之發光部68b及受光部68c、剎車機構70之端板70b及剎車芯70d、及減速機54之框體84相對於基端臂22固定。
因此,於本實施形態中,框體62及84、發光部68b及受光部68c、端板70b及剎車芯70d、以及定子64構成旋轉軸構造50之固定部136。且,框體62及84、發光部68b及受光部68c、端板70b及剎車芯70d、以及定子64之各者可定義為固定部136之固定要件。
旋轉部134以可向周向旋轉之方式設置於固定部136,旋轉部134及固定部136之各者為中空,於旋轉部134及固定部136之內部劃定向軸向貫通該旋轉部134及該固定部136之貫通孔138。
於本實施形態中,貫通孔138具有與第4旋轉軸線J4大致同軸配置且於轉子軸76之軸向後端76b(或,端壁62c之軸向後端)向外部開口之第1開口端138a、與於感測器56(具體而言,內環102)之軸向前端向外部開口之第2開口端138b。線條體26以通過貫通孔138之內部之方式配線。
拘束構件58以線條體26於自第1開口端138a至第2開口端138b之軸向之區間A與旋轉部134一起旋轉之方式,將該線條體26拘束於該旋轉部134。具體而言,拘束構件58具有拘束管140、第1固定構件142、及第2固定構件144。
拘束管140以遍及區間A自徑向外側環繞線條體26之方式配置於貫通孔138之內部。更具體而言,拘束管140例如由金屬、樹脂、橡膠、或其等之組合等構成,具有於區間A環繞線條體26之筒狀部146、及自該筒狀部146向徑向外側延伸之凸緣部148。
於本實施形態中,筒狀部146係圓筒狀,其軸向後端部146a向較轉子軸76之軸向後端76b、及端壁62c之軸向後端面更靠軸向後側突出,另一方面,其軸向前端部146b以向較感測器56之軸向前端面更靠軸向前側突出之方式於貫通孔138內延伸。
凸緣部148配置於較筒狀部146之軸向後端部146a更靠近軸向前端部146b之位置,遍及該筒狀部146之外周面146c之全周於周向延伸。於本實施形態中,凸緣部148被夾持於感測器56之內環102、與輸出軸90之內凸緣98之間,藉此,拘束管140以第4旋轉軸線J4為基準與轉子軸76大致同軸配置,以筒狀部146與軸向平行地延伸之方式,保持於貫通孔138之內部。
如此,拘束管140藉由凸緣部148被夾持於內環102與內凸緣98之間,而固定於旋轉部134之感測器56及輸出軸90,與該感測器56及該輸出軸90一體以速度V2旋轉。此時,筒狀部146之外周面146c與轉子軸76之內周面76c大致平行,且,自該內周面76c向徑向內側隔開。
因此,與感測器56及該輸出軸90一起以速度V2旋轉之筒狀部146不與以速度V1旋轉之轉子軸76干涉。因此,可防止因與以更高速旋轉之轉子軸76干涉而導致筒狀部146損傷。
另,亦可於凸緣部148與內環102之間介插彈性構件(O環等)。於該情形時,凸緣部148與內環102亦可相互於軸向隔開。根據該構成,因可減少自凸緣部148向內環102施加之力,故可提高感測器56之力檢測精度。
又,拘束管140亦可藉由凸緣部148由螺栓等之緊固件緊固於內凸緣98(或內環102),而固定於該內凸緣98(或內環102)。於該情形時,凸緣部148亦可以自內環102隔開之方式配置。
第1固定構件142以與第1開口端138a相鄰之方式,設置於筒狀部146之軸向後端部146a,將線條體26無法相對旋轉地固定於該軸向後端部146a。於本實施形態中,第1固定構件142自第1開口端138a(或,轉子軸76之軸向後端76b、及端壁62c之軸向後端面)稍隔開配置於軸向後側。
第1固定構件142係例如熱收縮性樹脂(所謂,熱收縮管)、形狀記憶樹脂、或拘束帶(例如,尼龍帶)等,藉由將線條體26及軸向後端部146a自外周側緊固,而將線條體26無法相對旋轉地固定於該軸向後端部146a。
另一方面,第2固定構件144以與第2開口端138b相鄰之方式,設置於筒狀部146之軸向前端部146b,將線條體26無法相對旋轉地固定於軸向前端部146b。於本實施形態中,第2固定構件144自第2開口端138b(或,感測器56之軸向前端面)稍隔開地配置於軸向前側。
第2固定構件144與第1固定構件142同樣,由熱收縮性樹脂、形狀記憶樹脂、或拘束帶等構成,藉由將線條體26及軸向前端部146b自外周側緊固,而將該線條體26無法相對旋轉地固定於該軸向前端部146b。另,亦可於第1固定構件142及第2固定構件144之至少一者之內周面塗佈接著劑。
又,筒狀部146其軸向後端部146a亦可隔開配置於轉子軸76之徑向內側(換言之,收納於貫通孔138之內部)。於該情形時,筒狀部146之軸向後端部146a不向較轉子軸76之軸向後端76b、及端壁62c之軸向後端面更靠軸向後側突出。
同樣地,筒狀部146其軸向前端部146b亦可隔開配置於感測器56之內環102之徑向內側(換言之,收納於貫通孔138之內部)。於該情形時,筒狀部146之軸向前端部146b不向較感測器56之軸向前端面更靠軸向前側突出。
如此,於筒狀部146之軸向後端部146a及軸向前端部146b收納於貫通孔138之內部之情形時,第1固定構件142及第2固定構件144之至少一者亦可以不與轉子軸76及感測器56之內環102接觸之方式收納於貫通孔138之內部。
線條體26藉由第1固定構件142及第2固定構件144固定於拘束管140,藉此無法相對旋轉地拘束於筒狀部146之內周面146d之內側,且以於該內周面146d之內側於軸向延伸之方式配線。且,線條體26經由拘束管140、第1固定構件142及第2固定構件144,相對於旋轉部134之感測器56及輸出軸90固定。
藉由此種拘束構件58(拘束管140、第1固定構件142及第2固定構件144),線條體26於感測器56及輸出軸90旋轉之時,以於區間A與該感測器56及該輸出軸90一起以速度V2旋轉之方式,拘束於該感測器56及該輸出軸90。
如以上般,於本實施形態中,旋轉軸構造50具備:中空之固定部136;中空之旋轉部134,其可旋轉地設置於固定部136,與固定部136一起劃定貫通孔138;及拘束構件58,其以線條體26於區間A與旋轉部134(具體而言,感測器56及輸出軸90)一起旋轉之方式將該線條體26拘束於旋轉部134。
根據該構成,即使旋轉部134旋轉,於貫通孔138之內部線條體26亦不會於區間A扭轉。因此,因可於貫通孔138之內部密集地配線線條體26,故例如即使於使旋轉軸構造50小型化之情形時,亦可將充足之條數之線條體26配線於貫通孔138之內部。
又,於本實施形態中,拘束構件58具有:筒狀之拘束管140,其以於區間A環繞線條體26之方式配置於貫通孔138之內部,並以與旋轉部134(感測器56及輸出軸90)一起旋轉之方式固定於該旋轉部134;且線條體26無法相對旋轉地拘束於拘束管140之內部。根據該構成,因可經由拘束管140遍及區間A將線條體26有效地拘束於旋轉部134,故可有效地防止於旋轉部134之旋轉時線條體26於區間A扭轉。
又,於本實施形態中,拘束管140具有:筒狀部146,其於區間A環繞線條體26;及凸緣部148,其自筒狀部146向徑向外側延伸,固定於旋轉部134(感測器56、輸出軸90)。根據該構成,可將線條體26遍及區間A拘束於筒狀部146,另一方面,可經由凸緣部148將拘束管140簡單地固定於旋轉部134。
又,於本實施形態中,拘束構件58進而具有:第1固定構件142,其與第1開口端138a相鄰設置,將線條體26相對於旋轉部134(感測器56、輸出軸90)固定;及第2固定構件144,其與第2開口端138b相鄰設置,將線條體26相對於旋轉部134固定。
根據該構成,因可將線條體26於與第1開口端138a相鄰之位置、及與第2開口端138b相鄰之位置拘束於旋轉部134,故可更有效地防止於旋轉部134之旋轉時線條體26於區間A扭轉。
另,亦可自拘束構件58省略第1固定構件142、及第2固定構件144之至少一者。於該情形時,拘束構件58亦可具有拘束管140、與塗佈於拘束管140之筒狀部146之內周面146d之接著劑。於該情形時,亦可將線條體26拘束於筒狀部146之內部。
替代地,亦可替代於內周面146d設置接著劑,而以線條體26伴隨壓力密接於筒狀部146之內周面146d之方式,於拘束管140之內部密集地配線線條體26。於該情形時,線條體26藉由與內周面146d之間之摩擦力,被拘束於拘束管140之內部。如此,拘束構件58亦可具有用以將線條體26無法移動地拘束於筒狀部146之任意構造。
接著,參照圖4及圖5,對其他實施形態之機械30進行說明。機械30與上述之機械10之不同點在於,具備第1種線條體26A、第2種線條體26B、固定構造32、及旋轉軸構造150。固定構造32設置於基端臂22(具體而言,基部22a或圓筒部22b),隔開配置於貫通孔138之軸向後側。
更具體而言,固定構造32具有固定於基端臂22之本體部32a、與固設於該本體部32a之夾固部32b。第2種線條體26B插通固定於夾固部32b之內部,藉此,相對於基端臂22及固定部136固定。
旋轉軸構造150與上述之旋轉軸構造50於拘束構件152不同。具體而言,拘束構件152除了上述之拘束管140、第1固定構件142、及第2固定構件144外,亦進而具有電路中繼部154。於本實施形態中,電路中繼部154一體組入於第1固定構件142,經由拘束管140,相對於旋轉部134之感測器56及輸出軸90固定。
作為一例,電路中繼部154係連接器,使第1種線條體26A與第2種線條體26B導通。作為其他例,電路中繼部154係電路基板(印刷基板:PCB(Printed Circuit Board)等),亦可使第1種線條體26A與第2種線條體26B藉由焊接等導通。作為進而其他例,電路中繼部154亦可替代電路基板,為連接第1種線條體26A與第2種線條體26B之焊接自身。作為進而其他例,電路中繼部154亦可具有連接第1種線條體26A與第2種線條體26B之壓著端子。
第1種線條體26A係例如非可動用線條體,自電路中繼部154向軸向前側延伸,通過區間A。另一方面,第2種線條體26B係例如可動用線條體,較第1種線條體26A對於變形(具體而言,扭轉或彎曲)具有更高之耐性。第2種線條體26B配置於貫通孔138之軸向後側,於該貫通孔138(具體而言,電路中繼部154)、與固定構造32(具體而言,夾固部32b)之間之區間B(第2區間)延伸,經由電路中繼部154連接於第1種線條體26A。
於本實施形態中,電路中繼部154其整體收納於第1固定構件142之內部,藉此,連接於電路中繼部154之第2種線條體26B之前端26B'藉由第1固定構件142環繞固定。另,線條體26A或26B其至少一部分亦可由電路基板構成。
若感測器56及輸出軸90旋轉,則電路中繼部154相對於固定構造32之夾固部32b向周向旋轉,其結果,第2種線條體26B於區間B扭轉。此處,如上述般,因第2種線條體26B較第1種線條體26A對於變形(扭轉或彎曲)之負荷具有更高之耐性,故即使於區間B扭轉亦可防止斷線。
又,於本實施形態中,如上述般,第2種線條體26B之前端26B'由第1固定構件142環繞固定。根據該構成,即使伴隨感測器56及輸出軸90之旋轉,第2種線條體26B於區間B扭轉,亦可防止第2種線條體26B之扭轉通過前端26B'傳遞至電路中繼部154。
因此,可防止第1種線條體26A與第2種線條體26B之導通於電路中繼部154切斷。另,亦可藉由於第1固定構件142之內部內置圓環狀之夾固構件,將第2種線條體26B之前端26B'夾固於該夾固構件,而將該前端26B'無法移動地固定於第1固定構件142之內部。
另,區間B之軸向距離L B亦可設定為區間A之軸向距離L A以上(即,L B≧L A)。藉由如此般設定距離L B,於第2種線條體26B於區間B被扭轉時降低施加於該線條體26B之剪切力,藉此,可有效地防止斷線。
如以上般,於本實施形態中,機械30進而具備將線條體26B於貫通孔138之外側相對於固定部136固定之固定構造32,隨著旋轉部134(感測器56及輸出軸90)旋轉,線條體26B於區間B扭轉。根據該構成,可藉由將線條體26B固定於基端臂22,而於該基端臂22之內部有效地配線。另,固定構造32亦可經由安裝具固定於旋轉軸構造150之固定部136。
又,於本實施形態中,線條體26具有:第1種線條體26A,其於區間A延伸;及第2種線條體26B,其於區間B延伸並連接於第1種線條體26A,且較該第1種線條體26A對於變形(扭轉或彎曲)之負荷具有更高之耐性。根據該構成,即使第2種線條體26B於區間B扭轉,亦可有效地防止斷線。
又,於本實施形態中,拘束構件152具有相對於旋轉部134(感測器56及輸出軸90)固定,使第1種線條體26A與第2種線條體26B導通之電路中繼部154。根據該構成,可簡單地連接及拔出第1種線條體26A與第2種線條體26B。另,於本實施形態中,於區間A及B之兩者中,作為線條體26,亦可使用第2種線條體26B(或,第1種線條體26A)。於該情形時,可省略電路中繼部154。
接著,對旋轉軸構造150與線條體26A及26B之組裝方法進行說明。首先,製造者藉由將第1種線條體26A插通於拘束管140、第1固定構件142、及第2固定構件144之內部,將其一端連接於電路中繼部154,而製造作為第1種線條體26A與拘束構件152之組裝體之線條體單元156。
接著,製造者製造電動機52及減速機54之組裝體。接著,製造者以將拘束管140之凸緣部148介插於感測器56與輸出軸90之間之狀態,將該感測器56固定於輸出軸90。如此,凸緣部148被夾持於感測器56與輸出軸90之間,線條體單元156相對於旋轉部134(具體而言,感測器56與輸出軸90)固定。
接著,製造者將第2種線條體26B插通固定於固定構造32之夾固部32b,將其一端連接於電路中繼部154。如此,以通過區間A及B之方式配線線條體26A及26B,因此,製造旋轉軸構造150與線條體26A及26B之組裝體。
另,上述之拘束管140亦可由樹脂與金屬(例如鐵)之組合構成。例如,凸緣部148由金屬構成,另一方面,筒狀部146亦可由樹脂構成。於該情形時,凸緣部148之軸向後端面為了提高平面度亦可藉由切削加工而形成。根據該構成,可使凸緣部148之軸向後端面、與面向該後端面之內凸緣98之軸向前端面密接,使兩者之間之摩擦力增大。另,亦可使拘束管140僅由金屬構成。又,亦可使第1種線條體26A由第2種線條體26B構成。於該情形時,於區間A及B中配線第2種線條體26B。
接著,參照圖6及圖7,對其他實施形態之旋轉軸構造160進行說明。旋轉軸構造160與上述之旋轉軸構造150於拘束構件162不同。拘束構件162例如由金屬或樹脂等構成,與上述之拘束構件58同樣,以線條體26於區間A與旋轉部134之感測器56及輸出軸90一起旋轉之方式,將該線條體26拘束於感測器56及輸出軸90。
更具體而言,拘束構件162具有安裝部164、第1臂部166、第2臂部168、第1固定構件170、及第2固定構件172。安裝部164係如圖7所示般具有大致四角形之外形之中空之平板構件,藉由複數個緊固件174(例如,螺栓),以於感測器56之軸向前側隔開之方式固定於輸出軸90。於本實施形態中,各者之緊固件174通過感測器56之空隙110,其前端緊固於形成於輸出軸90之本體部94之緊固孔94c。
第1臂部166自形成安裝部164之一頂角之部分之內面向徑向內側延伸,於徑向延伸至與第2開口端138b相鄰之位置。第2臂部168自第1臂部166之徑向內端部向軸向後側延伸,於軸向延伸至與第1開口端138a相鄰之位置。
第1固定構件170係例如圓環狀之構件,以與第1開口端138a相鄰之方式一體地設置於第2臂部168之軸向後端部。第1固定構件170藉由於其內部插通固定線條體26,而將該線條體26相對於旋轉部134之感測器56及輸出軸90固定。於本實施形態中,第1固定構件170配置於貫通孔138之內部。
另,第1固定構件170亦可為具有可開閉之一對爪部,藉由利用該一對爪部夾持線條體26而夾固該線條體26者。替代地,第1固定構件170亦可為由保護用之彈性體包裹線條體26,以拘束帶(尼龍帶等)將該彈性體之外周捆綁拘束於第2臂部168者。
或,第1固定構件170亦可為如上述之第1固定構件142般,將線條體26捆綁於第2臂部168之熱收縮性樹脂等,亦可除第1固定構件170外亦應用第1固定構件142,藉由該第1固定構件142將線條體26捆綁於第1固定構件170。
另一方面,第2固定構件172具有與第1固定構件170同樣之構成,以與第2開口端138b相鄰之方式一體地設置於第2臂部168之軸向前端部。第2固定構件172藉由於其內部插通固定線條體26,而將該線條體26相對於旋轉部134之感測器56及輸出軸90固定。於本實施形態中,第2固定構件172配置於感測器56之內環102之內部。
另,第2固定構件172亦可為如上述之第2固定構件144般,將線條體26捆綁於第2臂部168之熱收縮性樹脂等,亦可除第2固定構件172外亦應用第2固定構件144,藉由該第2固定構件144將線條體26捆綁於第2固定構件172。
於本實施形態中,拘束構件162與感測器56隔開,不與該感測器56接觸。又,如上所述,緊固件174亦藉由通過感測器56之空隙110而不與該感測器56接觸。如此,可藉由將拘束構件162及緊固件174自感測器56空間上完全分離,而將自拘束構件162及緊固件174施加於感測器56之力實質上設為零。藉此,可提高感測器56之力檢測精度。
拘束構件162藉由第1固定構件170及第2固定構件172將線條體26拘束為無法相對旋轉。藉此,線條體26於感測器56及輸出軸90旋轉之時,以於區間A與該感測器56及該輸出軸90一起以速度V2旋轉之方式,拘束於該感測器56及該輸出軸90。
如以上般,於本實施形態中,拘束構件162具有:第1固定構件170,其與第1開口端138a相鄰設置,將線條體26相對於旋轉部134(感測器56、輸出軸90)固定;及第2固定構件172,其與第2開口端138b相鄰設置,將線條體26相對於旋轉部134固定。
根據該構成,因可將線條體26於與第1開口端138a相鄰之位置、及與第2開口端138b相鄰之位置拘束於旋轉部134,故可更有效地防止於旋轉部134之旋轉時線條體26於區間A扭轉。
另,可組合上述之旋轉軸構造50、150及160之特徵。例如,亦可自旋轉軸構造50之拘束管140省略凸緣部148之後應用於旋轉軸構造160,將線條體26插通於拘束管140之內側,且,將拘束管140夾固於拘束構件162之第1固定構件170及第2固定構件172。或,亦可將旋轉軸構造150之電路中繼部154一體設置於旋轉軸構造160之第1固定構件170,於區間A配線第1種線條體26A,另一方面,於區間B配線第2種線條體26B,於電路中繼部154連接兩者。
另,上述之機械10或30(或,後述之機械30')亦可進而具備配置於貫通孔138內之基板等之電子零件。又,亦可自上述之旋轉軸構造50、150或160省略減速機54(所謂,直接驅動方式)。
又,於上述之實施形態中,已對電動機52、減速機54、及感測器56以第4旋轉軸線J4為基準大致同軸配置,排列配置於軸向之情形進行敘述。然而,未限於此,例如,電動機52亦可配置於自旋轉軸線J4偏移之位置。
於該情形時,電動機52亦可具有:定子64,其配置於自旋轉軸線J4偏移之位置;輸出軸,其由定子64旋轉驅動;轉子軸76,其與旋轉軸線J4同軸配置;及旋轉傳遞機構(例如,皮帶輪機構),其將該輸出軸之旋轉向該轉子軸76傳遞。又,電動機52亦可配置於減速機54及感測器56之徑向外側。
又,感測器56未限於具有內環102、外環104、及樑部106之形態,例如,亦可為於如內環102之圓環構件設置應變計108之形態。又,於旋轉軸構造50、150或160中,亦可替代減速機54或感測器56,將任意圓環狀之構件作為旋轉要件應用。
又,於上述之實施形態中,已對拘束管140以軸線J4為基準與轉子軸76同軸配置之情形進行敘述。然而,並未限於此,拘束管140其中心軸亦可配置於自第4旋轉軸線J4向徑向偏移之位置。於該情形時,筒狀部146以與第4旋轉軸線J4平行地延伸之方式被保持,另一方面,筒狀部146之中心軸自第4旋轉軸線J4向徑向僅偏移特定之距離而配置。
又,於上述之實施形態中,已對框體62固定於基端臂22之圓筒部22b,感測器56(外環104)固定於前端臂24之基端部24a之情形時進行敘述。然而,並未限定於此,框體62亦可固定於前端臂24之基端部24a,感測器56(例如外環104)亦可固定於基端臂22之圓筒部22b。於圖8顯示此種形態。
於圖8所示之機械30'中,將圖4及圖5所示之旋轉軸構造150以使軸向之前後反轉之狀態配置於基端臂22及前端臂24之內部,感測器56之外環104固定於基端臂22之圓筒部22b,另一方面,電動機52之框體62固定於前端臂24之基端部24a。
又,固定構造32設置於前端臂24之內部,自貫通孔138(具體而言,開口端138a),向朝向前端臂24之前端部24b之方向隔開配置。且,第2種線條體26B自旋轉軸構造150朝向前端臂24之前端部24b延伸,插通固定於固定構造32之夾固部32b(圖5)之內部。藉此,第2種線條體26B相對於前端臂24及固定部136固定。
於本實施形態中,若電動機52之定子64產生旋轉驅動轉子66之動力,則旋轉部134之感測器56及輸出軸90相對於基端臂22之圓筒部22b固定,另一方面,固定部136相對於旋轉部134繞第4旋轉軸線J4旋轉,藉此,前端臂24被相對於基端臂22繞第4旋轉軸線J4旋轉驅動。
於該情形時,亦可視作旋轉部134相對於固定部136相對旋轉。即,於本文中,所謂「旋轉部」,可定義為相對於「固定部」相對旋轉者。且,伴隨固定部136及前端臂24之旋轉,第2種線條體26B於區間B(參照圖5)扭轉。
根據本實施形態,可將區間B設置於前端臂24側,其結果,可將區間B設定為較長。又,因可將旋轉軸構造150配置於前端臂24之基端側,故亦可減少旋轉時之前端臂24之慣性力。
另,於上述之實施形態中,已對旋轉軸構造50、150及160配置於基端臂22與前端臂24之間,將前端臂24相對於基端臂22繞第4旋轉軸線J4旋轉驅動之情形進行敘述。然而,旋轉軸構造50、150或160亦可設置於機械10中任一個關節之旋轉軸線J1、J2、J3、J5、或J6。
例如,旋轉軸構造50、150或160可配置於機器人基座12、與上臂部16之基端部16a之間,將上臂部16相對於機器人基座12繞第2旋轉軸線J2旋轉驅動,或,亦可配置於上臂部16之前端部16b、與前臂部18之基部22a之間,將前臂部18相對於上臂部16繞第3旋轉軸線J3旋轉驅動。
又,機械10或30未限於垂直多關節機器人,亦可為水平多關節機器人、或並聯機器人等之任意類型之機器人、或是可旋轉地支持工件之旋轉式定位器等具備可繞旋轉軸線J旋動驅動之可動組件之任意類型之機械。以上,通過實施形態說明本揭示,但上述之實施形態並非限定申請專利範圍之發明者。
10,30,30':機械 12:機器人基座 14:回轉主體 16:上臂部 16a:基端部 16b:前端部 18:前臂部 20:手腕部 20a:手腕基座 20b:手腕凸緣 22:基端臂 22a:基部 22b:圓筒部 24:前端臂 24a:基端部 24b:前端部 26,26A,26B:線條體 26B':前端 32:固定構造 32a:本體部 32b:夾固部 50,150,160:旋轉軸構造 52:電動機 54:減速機 56:感測器 58,152,162:拘束構件 62:框體 62a:支持壁 62b:支持壁 62c:端壁 64:定子 66:轉子 68:編碼器 68a:旋轉縫隙 68b:發光部 68c:受光部 70:剎車機構 70a:剎車盤 70b:端板 70c:銜鐵 70d:剎車芯 72:定子芯 74:線圈 76:轉子軸 76a:軸向前端 76b:軸向後端 76c:內周面 78:轉子芯 80:軸承 82:軸承 83:油封 84:框體 86:內齒輪 88:外齒輪 90:輸出軸 92:軸承 94:本體部 94a:內周面 94b:外周面 94c:緊固孔 95:輸出銷 96:外凸緣 98:內凸緣 100:油封 102:內環 104:外環 106:樑部 108:應變計 110:空隙 134:旋轉部 136:固定部 138:貫通孔 138a,138b:開口端 140:拘束管 142,144,170,172:固定構件 146:筒狀部 146a:軸向後端部 146b:軸向前端部 146c:外周面 146d:內周面 148:凸緣部 154:電路中繼部 164:安裝部 166:第1臂部 168:第2臂部 174:緊固件 A:區間 B:區間 D:箭頭 J1:第1旋轉軸線 J2:第2旋轉軸線 J3:第3旋轉軸線 J4:第4旋轉軸線 J5:第5旋轉軸線 J6:第6旋轉軸線 S1:空間 S2:空間
圖1係一實施形態之機械之立體圖。 圖2係圖1所示之旋轉軸構造之剖視圖。 圖3係自軸向觀察圖2所示之感測器之圖。 圖4係其他實施形態之機械之立體圖。 圖5係圖4所示之旋轉軸構造之剖視圖。 圖6係其他實施形態之旋轉軸構造之剖視圖。 圖7係自軸向前側觀察圖6所示之旋轉軸構造之圖。 圖8係進而其他實施形態之機械之立體圖。
26:線條體
50:旋轉軸構造
52:電動機
54:減速機
56:感測器
58:拘束構件
62:框體
62a:支持壁
62b:支持壁
62c:端壁
64:定子
66:轉子
68:編碼器
68a:旋轉縫隙
68b:發光部
68c:受光部
70:剎車機構
70a:剎車盤
70b:端板
70c:銜鐵
70d:剎車芯
72:定子芯
74:線圈
76:轉子軸
76a:軸向前端
76b:軸向後端
76c:內周面
78:轉子芯
80:軸承
82:軸承
83:油封
84:框體
86:內齒輪
88:外齒輪
90:輸出軸
92:軸承
94:本體部
94a:內周面
94b:外周面
95:輸出銷
96:外凸緣
98:內凸緣
100:油封
102:內環
104:外環
110:空隙
134:旋轉部
136:固定部
138:貫通孔
138a:開口端
138b:開口端
140:拘束管
142:固定構件
144:固定構件
146:筒狀部
146a:軸向後端部
146b:軸向前端部
146c:外周面
146d:內周面
148:凸緣部
A:區間
D:箭頭
J4:第4旋轉軸線
S1:空間
S2:空間

Claims (8)

  1. 一種旋轉軸構造,其具備: 中空之固定部; 旋轉部,其係以可繞旋轉軸線旋轉之方式設置於上述固定部之中空之旋轉部,且與上述固定部一起劃定向上述旋轉軸線之方向貫通上述旋轉部及上述固定部並且內部通過有線條體之貫通孔;及 拘束構件,其以上述線條體於自上述貫通孔之一開口端至另一開口端之區間與上述旋轉部一起旋轉之方式,將該線條體拘束於該旋轉部。
  2. 如請求項1之旋轉軸構造,其中上述拘束構件具有:筒狀之拘束管,其以於上述區間環繞上述線條體之方式配置於上述貫通孔之內部,以與上述旋轉部一起旋轉之方式固定於該旋轉部;且 上述線條體無法相對旋轉地拘束於上述拘束管之內部。
  3. 如請求項2之旋轉軸構造,其中上述拘束管具有: 筒狀部,其於上述區間環繞上述線條體;及 凸緣部,其自上述筒狀部向徑向外側延伸,固定於上述旋轉部。
  4. 如請求項1至3中任一項之旋轉軸構造,其中上述拘束構件具有以下構件之至少一者: 第1固定構件,其與上述一開口端相鄰設置,將上述線條體相對於上述旋轉部固定;及 第2固定構件,其與上述另一開口端相鄰設置,將上述線條體相對於上述旋轉部固定。
  5. 一種機械,其具備:如請求項1至4中任一項之旋轉軸構造;及 上述線條體。
  6. 如請求項5之機械,其進而具備將上述線條體於上述貫通孔之外側相對於上述固定部固定之固定構造,且 隨著上述旋轉部旋轉,上述線條體於上述貫通孔與上述固定構造之間之第2區間扭轉。
  7. 如請求項6之機械,其中上述線條體具有: 第1種線條體,其於上述區間延伸;及 第2種線條體,其於上述第2區間延伸並連接於上述第1種線條體,且較該第1種線條體對於變形具有更高之耐性。
  8. 如請求項7之機械,其中上述拘束構件具有相對於上述旋轉部固定,使上述第1種線條體與上述第2種線條體導通之電路中繼部。
TW111137803A 2021-11-05 2022-10-05 旋轉軸構造及機械 TW202319200A (zh)

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