TWI438066B - 機器人臂部件及機器人 - Google Patents

Description

機器人臂部件及機器人

本發明涉及一種機器人臂部件及應用該機器人臂部件之工業機器人。

習知工業機器人包括複數依次相連之機械臂，其末端之機械臂可裝設夾具、切削工具及探測器等以執行各種動作。彼此連接之二機械臂藉由關節結構實現繞單軸之旋轉。該關節結構通常設有與驅動裝置連接之減速機，減速機具有殼體及輸出軸。殼體固定設置於第一機械臂之第一安裝孔中，輸出軸與第二機械臂之一端固定連接，第二機械臂之另一端由設於第一機械臂之第二安裝孔內之軸承元件支承。裝配時需確保減速機之輸出軸與第二機械臂之轉動軸線之同軸度公差小於一設定值，以避免第二機械臂相對減速機之輸出軸作不同軸運動而損傷第二機械臂及減速機。該同軸度公差由各相關之尺寸構成之尺寸鏈決定，為使該同軸度公差較小，一種方法係提高各相關零件或結構之加工精度，如提高第一安裝孔及第二安裝孔之加工精度，來保證裝配精度，其加工難度較大。另一種方法係藉由尺寸鏈中設置一調整環，如於第二安裝孔設置一調整環，裝配時進行尺寸測量並修磨調整環來減少減速機輸出軸與第二機械臂旋轉軸線同軸度誤差，然，如此需進行反復調整與修磨，裝配難度較大，效率較低。

鑒於以上內容，有必要提供一種結構簡單、便於裝配且機械臂之運動性能較佳之機器人臂部件以及具有該臂部件之機器人。

一種機器人臂部件，其包括第一機械臂、與第一機械臂可轉動連接之第二機械臂及波動齒輪裝置。波動齒輪裝置包括波動產生器、位於該波動產生器外之柔輪及位於柔輪外與柔輪相嚙合之剛輪。該第二機械臂包括相對設置之第一連接壁及第二連接壁。柔輪與剛輪其中之一與第一機械臂固定連接，另一個與第二機械臂之第一連接壁固定連接以驅動並支撐該第二機械臂，且該第二機械臂僅由與該第一連接壁連接之該柔輪與剛輪其中之另一個支撐，該第二連接壁懸置。

又，一種機器人，其包括上述之機器人臂部件、驅動裝置及控制裝置。驅動裝置用於驅動該波動齒輪裝置之波動產生器轉動，該控制裝置控制該驅動裝置動作。

上述機器人臂部件之第二機械臂採用一側懸置之方式設置，可省卻於第一機械臂上設置用於可轉動支承第二機械臂之支承結構，從而簡化了結構且便於裝配，可避免採用兩端支承第二機械臂時，因加工或組裝誤差造成之第二機械臂與減速機輸出軸作不同軸轉動而對波動齒輪裝置及第二機械臂之損害。藉由波動齒輪裝置本身之大扭矩及高扭轉剛性等特點，還可保證第二機械臂運動靈活、穩定。

100‧‧‧機器人臂部件

12‧‧‧第二機械臂

131‧‧‧波動產生器

134‧‧‧剛輪

21‧‧‧驅動組件

1321‧‧‧嚙合部

1351‧‧‧外圈

1354‧‧‧交叉滾子

137‧‧‧第二端蓋

113‧‧‧第一支撐部

116‧‧‧容置空間

122‧‧‧轉動部

1213‧‧‧第二連接壁

1131‧‧‧支撐壁

1134‧‧‧側蓋板

1153‧‧‧擋圈

1154‧‧‧側擋板

11‧‧‧第一機械臂

13‧‧‧波動齒輪裝置

132‧‧‧柔輪

135‧‧‧交叉滾子軸承

22‧‧‧帶傳動結構

1323‧‧‧法蘭部

1353‧‧‧內圈

136‧‧‧第一端蓋

112‧‧‧本體

115‧‧‧第二支撐部

121‧‧‧連接座

1212‧‧‧第一連接壁

1215‧‧‧貫穿孔

1132‧‧‧安裝孔

1151‧‧‧輔助安裝孔

1158‧‧‧防塵圈

圖1係本發明較佳實施方式之機器人臂部件之立體圖。

圖2係圖1所示機器人臂部件之部分結構分解圖。

圖3係圖2所示之機器人臂部件沿另一方向之部分結構分解圖。

圖4係圖1所示機器人臂部件之剖視圖。

下面結合附圖及實施方式對本發明之機器人臂部件及機器人作進一步之詳細說明。

請同時參閱圖1至圖4，本發明實施方式之機器人臂部件100包括第一機械臂11、與第一機械臂11轉動連接之第二機械臂12及波動齒輪裝置13。波動齒輪裝置13包括波動產生器131、設於該波動產生器131外之柔輪132、設於柔輪132外之剛輪134以及交叉滾子軸承135。柔輪132之外表面設有外齒(圖未示)，剛輪134之內表面設有可與柔輪132之外齒相嚙合之內齒(圖未示)，外齒與內齒齒數不相等，且一般相差幾個。柔輪132與剛輪134其中之一與第一機械臂11固定連接，另一個與第二機械臂12固定連接以驅動並單邊支撐該第二機械臂12，即第二機械臂12之一側與波動齒輪裝置13連接，另一側懸置。

波動產生器131之輸入端與驅動元件21之輸出端連接。本實施例中，波動產生器131與驅動元件21藉由帶傳動結構22連接。柔輪132包括圓筒形嚙合部1321及由嚙合部1321之邊緣垂直延伸之法蘭部1323。波動產生器131具有一長軸(圖未標)，於驅動組件21之驅動下，波動產生器131之長軸轉動並擠壓與之接觸之柔輪132之嚙合部1321，嚙合部1321受擠壓產生於波動產生器131長軸方向伸長之形變，從而柔輪132於長軸方向附近之外齒與剛輪134之內齒相嚙合，剛輪134相對柔輪132轉動。因柔輪132之外齒齒數與剛輪134之內齒齒數相差較少，藉由柔輪132與剛輪134輪齒 之相互嚙合可實現較大之減速比。

交叉滾子軸承135包括外圈1351、設於外圈1351內之內圈1353及設於外圈1351與內圈1353間之複數交叉滾子1354。其中，外圈1351與第一機械臂11固定連接，內圈1353與用於驅動第二機械臂12之柔輪132或剛輪134固定連接。交叉滾子軸承135優選薄璧交叉滾子軸承。

波動齒輪裝置13還可進一步包括第一端蓋136及第二端蓋137，波動產生器131、柔輪132、剛輪134以及交叉滾子軸承135設於第一端蓋136與第二端蓋137間。第一端蓋136及第二端蓋137分別與第一機械臂11及第二機械臂12固定連接。

具體於本實施方式中，機器人臂部件100應用於六軸機器人，其中第一機械臂11設於六軸機器人之第五軸，第二機械臂12設於六軸機器人之末端，即第六軸。

第一機械臂11包括本體112及形成於本體112一端之第一支撐部113及第二支撐部115。第一支撐部113與第二支撐部115大致相對平行延伸，並與本體112共同形成一容置空間116。

第二機械臂12包括連接座121及轉動部122。轉動部122用於與執行部件，如夾具、探測裝置、刀具等連接，並由設於連接座121內之驅動及減速裝置帶動(圖未示)。連接座121設於容置空間116內並與波動齒輪裝置131連接。連接座121大致為方形殼體，其包括相對設置之第一連接壁1212及第二連接壁1213。第二連接壁1213開設有沿連接座121之轉動軸線方向延伸之貫穿孔1215。

第一支撐部113包括支撐壁1131及貫穿該支撐壁1131之安裝孔 1132。波動齒輪裝置13之波動產生器131之輸入端伸出該安裝孔1132外與驅動元件21連接。第一端蓋136、交叉滾子軸承135之外圈1351以及柔輪132之法蘭部1323與支撐壁1131固定連接。第二端蓋137、內圈1353及剛輪134固定連接。第一支撐部113還可進一步包括一側蓋板1134。側蓋板1134與連接壁131固定連接以遮蔽驅動元件21及波動齒輪裝置13之端部，起到保護和防塵之作用。

第二支撐部115開設有輔助安裝孔1151，輔助安裝孔1151大致與安裝孔1132共軸設置。輔助安裝孔1151之內緣設置一擋圈1153，擋圈1153外緣可套設防塵圈1158。第二支撐部113還可進一步包括一用於封住輔助安裝孔1151之側擋板1154。

第二機械臂12之第一連接壁1212與第二端蓋137、內圈1353及剛輪134固定連接，從而波動產生器131可接收驅動元件21提供之動力並藉由剛輪134輸出至第二機械臂12。第二連接壁1213鄰近第二支撐部115，擋圈1153穿設貫穿孔1215並與貫穿孔1215之孔相配合形成一容納防塵圈1158之環形容置部(圖未標)。

可以理解，亦可將柔輪132與第二機械臂12固定連接作為輸出，而將剛輪134與第一機械臂11及交叉滾子軸承135之外圈1351固定連接。

本發明之機器人臂部件100不限在於六軸機器人中使用，作為較佳方案，第二機械臂12作為機器人之末端臂。第二機械臂12之負載應與波動齒輪裝置13之負載相匹配，以使第二機械臂12運動時獲得較佳之剛性、穩定性及精確性等。作為較佳方案，第二機械臂12之最大負載小於30千克。

本發明之機器人臂部件100之第二機械臂12採用一側懸置之方式設置，可省略於第一機械臂11上設置用於轉動支承第二機械臂12另一端之支承結構，如安裝孔及設置於安裝孔內之軸承元件等，從而不僅簡化了結構、便於進行裝配，還避免了採用兩端支承結構支撐第二機械臂12時，因加工或組裝誤差造成第二機械臂12與減速機作不同軸運動而對減速機及第二機械臂12之損害。利用波動齒輪裝置13本身之大扭矩及高扭轉剛性等特點，可保證第二機械臂12運動靈活、穩定。波動齒輪裝置13還具有傳動比大、可靠性高、結構緊湊之優點。藉由設置交叉滾子軸承135可進一步提高波動齒輪裝置100之最大之軸向負荷、徑向負荷和傾覆力矩等。

本發明實施方式之應用該機器人臂部件100之機器人(圖未示)，還包括驅動裝置(圖未示)及控制裝置(圖未示)。驅動裝置用於驅動該波動齒輪裝置100之波動產生器131轉動，控制裝置控制該驅動裝置按照預設之指令動作。驅動裝置可選擇伺服電機驅動、液壓驅動或氣動驅動等。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

12‧‧‧第二機械臂

132‧‧‧柔輪

21‧‧‧驅動組件

1323‧‧‧法蘭部

1353‧‧‧內圈

136‧‧‧第一端蓋

121‧‧‧連接座

1213‧‧‧第二連接壁

1134‧‧‧側蓋板

1158‧‧‧防塵圈

131‧‧‧波動產生器

134‧‧‧剛輪

22‧‧‧帶傳動結構

1351‧‧‧外圈

1354‧‧‧交叉滾子

137‧‧‧第二端蓋

1212‧‧‧第一連接壁

1131‧‧‧支撐壁

1153‧‧‧擋圈

1154‧‧‧側擋板

Claims (9)

1. 一種機器人臂部件，其包括第一機械臂、與第一機械臂可轉動連接之第二機械臂及波動齒輪裝置，該波動齒輪裝置包括波動產生器、位於該波動產生器外之柔輪及位於柔輪外與柔輪相嚙合之剛輪，其改良在於：該第二機械臂包括相對設置之第一連接壁及第二連接壁，該柔輪與剛輪其中之一與第一機械臂固定連接，另一個與第二機械臂之第一連接壁固定連接以驅動並支撐該第二機械臂，且該第二機械臂僅由與該第一連接壁連接之該柔輪與剛輪其中之另一個支撐，該第二連接壁懸置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人臂部件，其中該波動齒輪裝置還包括交叉滾子軸承，該交叉滾子軸承包括外圈、設於外圈內之內圈及設於外圈與內圈間之交叉滾子，該外圈與第一機械臂固定連接，該內圈與第二機械臂固定連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器人臂部件，其中該柔輪、交叉滾子軸承之該外圈與該第一機械臂固定連接，該剛輪、交叉滾子軸承之該內圈與該第二機械臂固定連接。
4. 如申請專利範圍第1至3任一項所述之機器人臂部件，其中該第一機械臂包括本體及形成於本體端部之相對設置之第一支撐部及第二支撐部，該波動齒輪裝置設於該第一支撐部內，該第二機械臂包括連接座及與該連接座可轉動連接之轉動部，該連接座設於該第一支撐部與第二支撐部之間，該連接座包括該第一連接壁及該第二連接壁。
5. 如申請專利範圍第4項所述之機器人臂部件，其中該第二連接壁還開設有輔助安裝孔，該第二支撐部還包括一擋圈，該擋圈穿設該輔助安裝孔並與該輔助安裝孔相配合形成一容置防塵圈之容置部。
6. 一種機器人，其包括申請專利範圍1至3任一項所述之機器人臂部件、驅動裝置及控制裝置，該驅動裝置用於驅動該波動齒輪裝置之波動產生器轉動，該控制裝置控制該驅動裝置動作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之機器人，其中該第二機械臂位於該機器人之末端。
8. 如申請專利範圍第6項所述之機器人，其中該機器人為六軸機器人，該第一機械臂及第二機械臂分別為該機器人之第五軸與第六軸。
9. 如申請專利範圍第6項所述之機器人，其中該第二機械臂之負載小於30千克。