CN101779363B

CN101779363B - 中空传动装置

Info

Publication number: CN101779363B
Application number: CN2008801023662A
Authority: CN
Inventors: 富永竜一郎; 松尾智弘
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: CN101779363A; EP2190104A1; JP5263162B2; WO2009034817A1; TWI431904B; TW200931774A; US20100107814A1; JPWO2009034817A1; US8067869B2

Abstract

本发明提供一种中空传动装置，能够缩短轴向长度以便能够应用于机器人的关节部，同时能够切实地使制动器发挥作用。具体为，一种中空传动装置，其由电动机部(1)、减速器部(9)、制动器部(11)、旋转位置检测部(16)构成，且传递旋转的轴(15)形成为中空形状，其为，所述电动机部(1)和所述制动器部(11)配置在同一室内。

Description

中空传动装置

技术领域

本发明涉及用于机器人关节的中空传动装置。

背景技术

工业用机器人代替人工作业进行汽车组装线中的汽车组装或其它零部件的组装等或与人共同进行作业这样的情况正在增多。进行这种组装作业时，要求机器人进行复杂的动作，同时要求到现在还没有实现的迂回动作、较大的可动范围等。另外，由于需要配置较多的机器人来进行作业，所以要求减小占地面积，从而希望从现有的通过基端关节使各臂进行动作的机器人转变为通过配置于各关节的传动装置使各臂进行动作的像人的手臂那样进行动作的机器人。

为了实现这种机器人，需要能够在臂内布线的结构，以避免电缆露在机器人的臂壳外侧而与外界发生干涉，但是在现有的将电动机和减速器的组合配置于关节部的情况下，会产生因电缆处理而使关节部增大的问题。因此，期望利用传动装置内部进行布线的中空传动装置。

作为现有的中空传动装置提出有使轴为中空轴的由AC伺服电动机和减速机构构成的中空传动装置（例如，参照专利文献1及专利文献2）。参照图2说明现有的中空传动装置。在波动齿轮装置101的减速器壳111的内侧通过轴承112设置有杯状输出轴113，在输出轴113的内侧设置有刚轮（CircularSpline）114。另外，在减速器壳111的端面上固定有设置于挠性转筒115的一侧端部的磁场铁心部151，设置在另一侧端部附近的外齿116与刚轮114卡合。在挠性转筒115的内侧接触有波形轴承（Wave Bearing）117并从波形轴承117传递转矩。波形轴承117固定于将由后述的电动机102产生的转矩输入波动齿轮装置101的电动机轴121，电动机轴121的一个侧端通过轴承118被支撑于输出轴113的内侧。另外，在减速器壳111的端面上固定有磁场铁心132，在磁场铁心132上隔着空隙以***挠性转筒115内侧的形式设置有杯状的中空磁轭131。在中空磁轭131的内侧固定有旋转检测器104的固定部141，旋转部142在固定部141的内侧隔着空隙与其相对地固定在电动机轴121上。在磁场铁心132的另一个端面上固定有圆筒状的电动机壳122，在电动机壳122的内侧固定有由具备电枢绕组123的环状定子铁心124构成的定子125。在定子125的内侧设置有转子127，其具备构成电动机102的场磁铁的永久磁铁126，永久磁铁126隔着空隙与定子铁心124相对并固定于固定在电动机轴121上的杯状电动机磁轭128。在壳122的输出相反侧端面上固定有第2支架105，通过在突出设置于支架105内侧的台架部152上设置的轴承153支撑电动机轴121的另一个侧端。在杯状电动机磁轭128的内周以在圆周方向上等间隔且相邻磁极为异极的形式固定有具备与电动机102的极数相同极数的制动器103的旋转侧永久磁铁133而电动机102的永久磁铁126的磁路处于共有状态。在由在圆周上以等间距磁化的环状永久磁铁构成的旋转侧永久磁铁133的内侧，固定侧永久磁铁134与其隔着间隙固定于支架105的台架部152。

另外，在图3中示出内插有电磁制动器的中空传动装置。电动机202由固定于壳201的定子221和杯状转子222构成。中空轴203固定于壳201，在其周围固定有电磁制动器204。位置检测器205由安装于固定轴203的角度检测用磁传感器251和固定于转子222的负载相反侧的角度检测用磁铁252构成。减速器207由结合在转子222上的波发生器（Wave Generator）271、固定在壳201上的柔轮272及被旋转自如地支撑的刚轮273构成。输出磁场铁心部为兼作高速侧轴承209的支撑部的中空结构。另外，转子222被高速侧轴承209支撑。

以上说明的中空传动装置可应用于机器人的关节部。

专利文献1：日本国实开平7-42215号公报（第3页，图1）

专利文献2：日本国特开2006-149139号公报（第3页，图1）

将这种中空传动装置应用于工业用机器人的关节时，在传动装置上必须具备制动器。也就是说，在工厂停电或进行原点位置的姿势保持时，如果不具备制动器，则无法取得正确的姿势，因此，在安全性上存在问题。

在现有的中空传动装置中具备与永久磁铁相对的电磁制动器，其为通过永久磁铁之间的吸引力来保持位置的机构。在这种机构的情况下，由于能够以非接触的方式使制动器发生作用，所以具有不产生由制动器所引起的产生粉尘的问题这一优点，但是另一方面，由于当转速变高时除永久磁铁之间的磁吸引力以外还作用有涡流所引起的制动力，所以制动力变大。因此，产生制动力根据速度发生变化的问题。另外，由于停止中是由永久磁铁之间的磁吸引力进行保持，所以产生了当作用有大于该磁吸引力的外力时则位置发生变化的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种中空传动装置，能够缩短轴向长度以便能够应用于机器人的关节部，同时能够切实地使制动器发挥作用。

为了解决上述问题，本发明构成为如下的控制方式。

方案1所述的发明为一种中空传动装置，其由电动机部、减速器部、制动器部、旋转位置检测部构成，且传递旋转的轴形成为中空形状，其为，所述制动器部在磁场铁心的密封板上配置有制动线圈，并与所述制动线圈相对地配置有衔铁，其中，所述旋转位置检测部在所述磁场铁心上配置有检测器，并与所述检测器相对地配置有狭缝底板和LED，所述制动器部的所述磁场铁心兼作所述检测器的支撑构件，所述电动机部和所述制动器部配置在同一室内，所述制动器部的制动衬片配置在所述电动机部的端面上。

方案2所述的发明为，所述衔铁配置为位于所述电动机部的端部附近。

方案3所述的发明为，所述中空传动装置从负载侧依次配置有所述减速器部、所述电动机部、所述制动器部、所述旋转位置检测部。

方案4所述的发明为，还包括分离所述电动机部与所述减速器部的油封。

根据方案1至4所述的发明，将电动机部和制动器部配置在同一室内，通过构成为兼用制动器部和编码器部的固定，能够提供轴向长度短的中空传动装置。另外，通过在制动器部使用基于衔铁和制动衬片的摩擦的制动方法，能够得到切实的制动。

通过得到这种中空传动装置，而能够配置于机器人臂的各关节，可实现像人的手臂那样的动作。另外，即使在工厂停电或进行原点复归的姿势保持时，也能够容易地保持正确的姿势。而且，由于通过机械摩擦力得到制动力，所以即使针对来自外部的力也能够进行制动，能够实现切实的制动。

附图说明

图1是本发明的中空传动装置的侧剖视图。

图2是表示第1现有例的侧剖视图。

图3是表示第2现有例的侧剖视图。

符号说明

1-电动机部；2-永久磁铁；3-定子磁轭；4-电枢绕组；5-转子磁轭；6-轴承；7-密封件；8-波形衬套；9-减速器部；91-波形轴承；92-刚轮；93-柔轮；10-输出轴；11-制动器部；12-制动线圈；13-制动衬片；14-衔铁；15-中空轴；16-编码器部；17-LED；18-狭缝底板；19-检测器；101-波动齿轮装置；102-电动机；103-制动器；104-旋转检测器；105-支架；111-减速器壳；112-轴承；113-输出轴；114-刚轮；115-挠性转筒；116-外齿；117-波形轴承；118-轴承；121-电动机轴；122-电动机壳；123-电枢绕组；124-定子铁心；125-定子；126-永久磁铁；127-转子；128-电动机磁轭；131-中空磁轭；132-磁场铁心；133-旋转侧永久磁铁；134-固定侧永久磁铁；141-固定部；142-旋转部；151-磁场铁心部；152-台架部；153-轴承；222-转子；221-定子；251-磁传感器；252-角度检测用磁铁；271-波发生器；272-柔轮；273-刚轮。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施例1

图1是表示本发明实施方式的侧剖视图。1是电动机部，2是永久磁铁，3是定子磁轭，4是电枢绕组，5是转子磁轭，6是轴承，7是油封，8是波形衬套（Wave Plug），9是减速器部，10是输出轴，11是制动器部，12是制动线圈，13是制动衬片，14是衔铁，15是中空轴，16是编码器部，17是LED，18是狭缝底板，19是检测器。

电动机部1和减速器部9通过油封7分离。另外，电动机部1和编码器部16也通过将编码器部16安装在制动线圈12的固定构件上而分离。电动机部1和制动器部11配置在同一室内。

通过这种构成，制动时产生的来自制动器部11的微小粉尘不会混入减速器部9及编码器部16。另外，构成为通过由制动器部11的磁场铁心兼作编码器部16的检测器19的支撑构件来进行零部件的共通化，将制动衬片13配置在电动机部1的端面上。通过这种构成，得到了能够缩短中空传动装置的轴向长度的结构。

下面，对各部的构成进行说明。电动机部1由以与卷绕在定子磁轭3上的电枢绕组4隔着空隙相对的形式配设在转子磁轭5上的永久磁铁2构成。转子磁轭5安装在中空轴15上，中空轴15是通过轴承6被旋转自如地支撑并通过向电枢绕组4通电而旋转的部件。另外，电枢绕组4是实施了端部处理，并经由制动器部11的开口部向外部连通的部件。

下面，对减速器部进行说明。减速器部9由波形轴承91、刚轮92、柔轮93构成。在中空轴15上连接有波形衬套8，在波形衬套8上结合有波形轴承91。另外，柔轮93固定在壳上。在柔轮93的外周上具备旋转自如地被支撑的刚轮92。中空轴15的旋转通过结合在中空轴15上的波形衬套8传递给波形轴承91，并基于柔轮93和刚轮92的齿数差而减速，并从输出轴10输出。

下面，对制动器部进行说明。制动器部11由制动线圈12、衔铁14、制动衬片13及未图示的制动弹簧构成。制动衬片13连接于中空轴15，并与中空轴15一起旋转。制动时当向制动线圈12通电时则在制动弹簧上作用有作用力，通过使衔铁14和制动衬片13接触而产生制动力。通过这种接触制动，能够切实地进行制动。

下面，对编码器部进行说明。编码器部16由LED17、狭缝底板18及检测器19构成。狭缝底板18与中空轴15连接，在狭缝底板18上形成有透射光线的狭缝。以夹着该狭缝底板18的形式配置有LED17和检测器19，由检测器19接收LED17的光从而检测出旋转位置。

下面，对制动器部11产生粉尘的影响进行说明。制动时通过在衔铁14和制动衬片13之间产生摩擦而得到制动力。由于此时的摩擦，各种构件产生数微米大小的磨损粉末。制动衬片13的摩擦板由树脂类模具、半金属或烧结合金制成，衔铁14由碳钢构成，该磨损成分是硬度低的制动衬片13的摩擦板所产生的成分。对此，定子磁轭3和永久磁铁2之间的空隙为0.3mm～0.5mm左右，由于与产生粉尘的磨损粉末相比即使混入磨损粉末也具有足够的空隙，所以产生粉尘的影响极低。例如，在减速器部9中混入磨损粉末时，会成为在刚轮和柔轮之间因磨损粉末而损伤齿面的原因。另外，在编码器部16中混入磨损粉末时，会成为产生LED光的漫反射的原因。因此，为了缩短中空传动装置的轴向长度，构成为将电动机部1和制动器部11内置在同一室内。

Claims

1.一种中空传动装置，其由电动机部、减速器部、制动器部、旋转位置检测部构成，且传递旋转的轴形成为中空形状，其特征在于，

所述制动器部在磁场铁心上配置有制动线圈，并与所述制动线圈相对地配置有衔铁，其中，所述旋转位置检测部在所述磁场铁心的密封板上配置有检测器，并与所述检测器相对地配置有狭缝底板和LED，所述制动器部的所述磁场铁心兼作所述检测器的支撑构件，所述电动机部和所述制动器部配置在同一室内，所述制动器部的制动衬片配置在所述电动机部的端面上。

2.根据权利要求1所述的中空传动装置，其特征在于，所述衔铁配置为位于所述电动机部的端部附近。

3.根据权利要求1所述的中空传动装置，其特征在于，所述中空传动装置从负载侧依次配置有所述减速器部、所述电动机部、所述制动器部、所述旋转位置检测部。

4.根据权利要求1所述的中空传动装置，其特征在于，还包括分离所述电动机部与所述减速器部的油封。