CN104245249B - 机器人关节构造 - Google Patents

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Abstract

腕部具有腕部壳体，该腕部壳体具有：腕部驱动构造部，从腕部驱动用带轮向腕部驱动构造部传递旋转；圆筒部，其被第1机械手驱动轴贯穿，该第1机械手驱动轴与腕部驱动构造部的旋转轴同轴地设置，并且从机械手驱动用带轮向第1机械手驱动轴传递旋转；线缆导入部，其与圆筒部之间形成环状的间隙；以及机械手驱动轴贯穿部，其被第2机械手驱动轴贯穿，该第2机械手驱动轴被传递第1机械手驱动轴的旋转而使机械手接口转动，使从腕部支撑部向第2手臂外伸出的线缆从环状的间隙引入至腕部壳体内，以松弛的状态穿至机械手接口支撑部。

Description

机器人关节构造
技术领域
本发明涉及机器人关节构造。
背景技术
存在将腕部驱动机构(在6轴多关节的情况下是5轴驱动机构)和机械手驱动机构(在6轴多关节的情况下是6轴驱动机构)同轴配置的垂直多关节机器人，其中，该腕部驱动机构(在6轴多关节的情况下是5轴驱动机构)利用在手臂的前端设置的腕部支撑部从两侧对腕部(在6轴多关节的情况下是5轴部)进行支撑而使腕部上下转动，该机械手驱动机构(在6轴多关节的情况下是6轴驱动机构)使设置在腕部上的末端执行器(在6轴多关节的情况下是6轴部)内外转。
如果将腕部驱动机构及机械手部驱动机构配置在相同侧的腕部支撑部上，则距手臂中心的距离在左右相差较大。因此，为了防止机器人驱动时的干涉，不得不以距手臂中心的距离较大侧的腕部支撑部为基准而设定防干涉区域。因此，导致防干涉区域变大。
在专利文献1中，公开有腕部驱动机构和机械手驱动机构不以同轴方式设置，而将机械手驱动机构组装在腕部的内部的机器人。根据该构造，与将腕部驱动机构和机械手驱动机构配置在相同侧的情况相比，能够减小对腕部进行支撑的左右腕部支撑部的尺寸之差。
专利文献1：日本特开平5-318378号公报
发明内容
在垂直多关节机器人中，如果从基座通往安装末端执行器的机械手接口的带状部件(线缆或管。以下记载为线缆但还包含空气管等管。)向外部露出，则有时对作业造成障碍，因此，大多要求具有使线缆在手臂或腕部的内部穿过的构造。
从基座通往腕部的线缆的粗细不依赖于机器人的大小，而是大致相同程度的粗细。因此，机器人越是小型，越难以在腕部的内部确保用于对线缆进行布线而所需的空间。
在专利文献1所公开的构造中，机械手驱动用电动机配置在腕部内，因此，腕部内的剩余空间减小。因此，在腕部内需要将线缆以小曲率弯曲。在该情况下，线缆容易断裂而导致机器人的耐久性降低。因此，难以将专利文献1所公开的构造用于小型机器人。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种手臂周围的防干涉区域小，从手臂通往腕部构造体的线缆不易断裂的机器人关节构造。
为了解决上述课题，实现目的，本发明是一种机器人关节构造，其具有手臂和腕部，该手臂在前端侧形成有一对腕部支撑部，该腕部在前端侧设置机械手接口，该腕部被一对腕部支撑部夹持而得到轴支撑，用于与设置在机械手接口上的末端执行器或传感器等连接的带状部件穿过腕部的内部而配设，该机器人关节构造的特征在于，手臂具有：腕部驱动用电动机及机械手驱动用电动机，它们与腕部支撑部相比配置在根部侧；腕部驱动用带轮，其设置在一对腕部支撑部中的一方上，被传递腕部驱动电动机的旋转；以及机械手驱动用带轮，其在一对腕部支撑部中的另一方上与腕部驱动用带轮同轴地设置，被传递机械手驱动用电动机的旋转，腕部具有腕部壳体，腕部壳体具有：腕部驱动构造部，从腕部驱动用带轮向腕部驱动构造部传递旋转；圆筒部，其被第1机械手驱动轴贯穿，第1机械手驱动轴与腕部驱动构造部的旋转轴同轴地设置，并且从机械手驱动用带轮向第1机械手驱动轴传递旋转；线缆导入部，其与圆筒部之间形成环状的间隙；以及机械手驱动轴贯穿部，其被第2机械手驱动轴贯穿，第2机械手驱动轴与第1机械手驱动轴正交，被传递第1机械手驱动轴的旋转而使机械手接口转动，使从一对腕部支撑部中的另一方向手臂外伸出的带状部件，从环状的间隙引入至腕部壳体内，在腕部壳体内以松弛的状态铺设并穿至机械手接口支撑部内部。
发明的效果
本发明涉及的机器人关节构造实现手臂周围的防干涉区域小并且能够提高机器人的耐久性的效果。
附图说明
图1是表示使用了本发明涉及的机器人关节构造而形成的垂直多关节机器人的实施方式的图。
图2是第2手臂及腕部的部分的俯视放大图。
图3是第2手臂及腕部的部分的斜视图。
图4是第2手臂及腕部的部分的斜视图。
图5是第2手臂及腕部的剖视图。
图6是表示腕部的结构的图。
图7是表示腕部壳体的结构的图。
图8是表示安装有线缆引导部的状态的腕部壳体的图。
图9是表示腕部壳体内的线缆的状态的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明涉及的机器人关节构造的实施方式。此外，本发明并不受该实施方式的限定。
实施方式
图1是表示使用了本发明涉及的机器人关节构造而形成的垂直多关节机器人的实施方式的图。实施方式涉及的垂直多关节机器人100是6轴垂直多关节型的机器人，具有基座1、第1手臂2、第2手臂3、腕部4。在基座1和第1手臂2之间设有：使第1手臂2在水平方向上旋转的第1轴(J1)；以及使第1手臂2在垂直方向上旋转的第2轴(J2)。另外，在第1手臂2和第2手臂3之间设有使第2手臂3在垂直方向上旋转的第3轴(J3)。第2手臂3具有以长度方向为轴向使第2手臂3的前端侧以扭转的方式旋转的第4轴(J4)，前端侧分支出2股。第2手臂3将腕部4以可在第5轴(J5)上转动的方式从两侧进行支撑。腕部4具有安装末端执行器(机械手等)的机械手接口(Interface：I/F)5，安装在机械手I/F5上的末端执行器能够以与第5轴(J5)正交的第6轴(J6)为旋转轴按照扭转的方式旋转。
图2是第2手臂及腕部的部分的俯视放大图。第2手臂3的前端侧构成腕部支撑部31、32，在它们之间夹持腕部4而对该腕部4进行轴支撑。
图3、图4是第2手臂及腕部的部分的斜视图，在图4中以透视的方式示出第2手臂3及腕部4的内部。图5是第2手臂及腕部的剖视图。此外，在图5中，省略了从基座1通往机械手I/F支撑部41的线缆39、不直接参与动力传递的轴承等部件的图示，示意地示出关节部分的构造。在第2手臂3的与腕部支撑部31、32相比更靠根部侧(第1手臂2侧)的部分上设置有腕部驱动电动机33及机械手驱动电动机34。另外，在腕部支撑部31的内部配置有机械手驱动用带轮35，在机械手驱动用电动机34和机械手驱动用带轮35之间架设有机械手驱动用皮带36。另外，在腕部支撑部32的内部配置有腕部驱动用带轮37，在腕部驱动用电动机33和腕部驱动用带轮37之间架设有腕部驱动用皮带38。
图6是表示腕部的结构的图，以透视的方式示出腕部的内部。腕部4具有：腕部壳体42，其配置在第5轴(J5)穿过的部分上；以及机械手I/F支撑部41，其设置在腕部壳体42的前端侧。图7是表示腕部壳体的结构的图。腕部壳体42具有线缆导入部421、腕部驱动构造部422、圆筒部423和机械手驱动轴贯穿部424。此外，圆筒部423及机械手驱动轴贯穿部424被外罩部425覆盖，该外罩部425以跨在线缆导入部421和腕部驱动构造部422之间的方式设置而构成外廓，但在图7中为了示出内部构造而以局部省略的方式图示出外罩部425。腕部壳体42由金属材料一体成型，在腕部壳体42的内侧以覆盖线缆导入部421、腕部驱动构造部422、圆筒部423以及机械手驱动轴贯穿部424等的方式安装有线缆引导部491、492。图8是表示安装有线缆引导部的状态的腕部壳体的图。线缆引导部491、492由与线缆39的摩擦较小的树脂形成。
如图5所示，腕部驱动构造部422经由减速器43与腕部驱动带轮37连结。腕部驱动用电动机33的旋转经由腕部驱动用皮带38、腕部驱动用带轮37及减速器43传递至腕部驱动构造部422，腕部4以第5轴(J5)为旋转轴而转动。
另外，与机械手驱动用带轮35相连的第1机械手驱动轴44穿入圆筒部423中。在从机械手驱动用带轮35伸出的第1机械手驱动轴44上安装有锥齿轮45。锥齿轮45与锥齿轮46啮合，该锥齿轮46安装在将机械手驱动轴贯穿部424贯穿而达到至腕部壳体42前端的第2机械手驱动轴47上。通过锥齿轮45、46的啮合，在腕部壳体42内部将旋转方向变换90度。在第2机械手驱动轴47的前端经由减速器48连接有机械手I/F5。因此，机械手驱动用电动机34的旋转经由机械手驱动用皮带36、机械手驱动用带轮35、第1机械手驱动轴44、锥齿轮45、锥齿轮46、第2机械手驱动轴47及减速器48传递至机械手I/F5，机械手I/F5以第6轴(J6)为旋转轴而转动。
此外，在腕部4转动时，机械手驱动用电动机34以使第1机械手驱动轴44与减速器43的旋转相对应地旋转的方式进行使机械手驱动用带轮35旋转的控制(所谓“随动旋转”)。由此，无需使机械手旋转而能够使腕部4转动。
图9是表示腕部壳体内的线缆的状态的图，在图9中以透视的方式示出第2手臂3及腕部4的内部。在腕部支撑部31的内部，布设有从基座1通往机械手I/F支撑部41的线缆39。将从腕部支撑部31向第2手臂3之外伸出的线缆39，从圆筒部423和线缆导入部421之间的环状的间隙引入至腕部壳体42的内部，在圆筒部423上方以U字状弯曲180度，在设置在圆筒部423上方的夹具底座426上方被夹紧后从腕部壳体42伸出而到达至机械手I/F支撑部41。即，线缆39在腕部壳体42内以松弛的状态铺设而通往机械手I/F支撑部41。
在腕部4转动时，线缆39的松弛量变化，线缆39在腕部壳体42的内部移动。因此，如上所述，通过安装线缆引导部491、492，从而能够防止在腕部壳体42内部线缆39受到摩擦而受伤，提高线缆39的耐久性。
另外，也可以在配置机械手驱动用皮带36的部分的附近，以覆盖线缆导入部421和圆筒部423之间的环状间隙的方式设置外罩，防止线缆39与机械手驱动用皮带36接触。
在上述结构中，能够将腕部壳体42的内部空间中的除了对应于减速器43宽度的量之外的空间用于线缆39的布线，因此，在腕部壳体42的内部无需将线缆39以小曲率弯曲。由此，能够提高线缆39的耐久性，实现机器人100产品寿命的长寿命化。另外，能够在腕部壳体42的内部充分地确保用于布设线缆39的空间，因此线缆39无需使用特殊线缆。而且，作为腕部驱动机构的腕部驱动用带轮37和作为机械手驱动机构的机械手驱动用带轮35左右分开而配置，因此，能够将左右腕部支撑部31、32设为大致相同粗细。由此，能够减小手臂周围的防干涉区域，减小设置机器人100而所需的空间。另外，能够减小第2手臂3的宽度，因此，能够使机器人100在狭小空间中进行作业。
在上述构造中，通过腕部支撑部31、32从两侧支撑腕部4，因此，能够提高关节部分的机械强度。
在上述说明中，以线缆在腕部壳体内部的圆筒部上方以U字状弯曲180度后从腕部壳体向前端侧伸出的构造作为例子，但也可以是在圆筒部的下侧以U字状弯曲180度后，从腕部壳体向前端侧伸出的构造。另外，也可以是将从环部和圆筒部之间的间隙引入至腕部壳体内部的线缆在圆筒部上卷绕后向腕部壳体的前端侧伸出的构造。
在上述实施方式中，将6轴垂直多关节机器人作为例子，但并不限于6轴型，只要是具有腕部和机械手的垂直多关节机器人就能够应用本发明。
工业实用性
如上所述，本发明涉及的机器人关节构造在其设置所需的空间小，线缆的耐久性高这方面来说是有效的，特别是适用于线缆的设置空间相对较小的小型垂直多关节机器人。
标号的说明
1基座
2第1手臂
3第2手臂
4腕部
5机械手接口
31、32腕部支撑部
33腕部驱动用电动机
34机械手驱动用电动机
35机械手驱动用带轮
36机械手驱动用皮带
37腕部驱动用带轮
38腕部驱动用皮带
39线缆
41机械手I/F支撑部
42腕部壳体
43、48减速器
44第1机械手驱动轴
45、46锥齿轮
47第2机械手驱动轴
100垂直多关节机器人
421线缆导入部
422腕部驱动构造部
423圆筒部
424机械手驱动轴贯穿部
425外罩部
426夹具底座
491、492线缆引导部

Claims (3)

1.一种机器人关节构造，其具有手臂和腕部，该手臂在前端侧形成有一对腕部支撑部，该腕部在前端侧设置机械手接口，该腕部被所述一对腕部支撑部夹持而得到轴支撑，与所述机械手接口连接的带状部件穿过所述腕部的内部而配设，
该机器人关节构造的特征在于，
所述手臂具有：
腕部驱动用电动机及机械手驱动用电动机，它们与所述腕部支撑部相比配置在根部侧；
腕部驱动用带轮，其设置在所述一对腕部支撑部中的一方上，被传递所述腕部驱动电动机的旋转；以及
机械手驱动用带轮，其在所述一对腕部支撑部中的另一方上与所述腕部驱动用带轮同轴地设置，被传递所述机械手驱动用电动机的旋转，
所述腕部具有腕部壳体，
该腕部壳体具有：腕部驱动构造部，从所述腕部驱动用带轮向该腕部驱动构造部传递旋转；圆筒部，其被第1机械手驱动轴贯穿，该第1机械手驱动轴与所述腕部驱动构造部的旋转轴同轴地设置，并且从所述机械手驱动用带轮向该第1机械手驱动轴传递旋转；线缆导入部，其与所述圆筒部之间形成环状的间隙；以及机械手驱动轴贯穿部，其被第2机械手驱动轴贯穿，该第2机械手驱动轴与所述第1机械手驱动轴正交，被传递该第1机械手驱动轴的旋转而使所述机械手接口转动，
使从所述一对腕部支撑部中设置有机械手驱动用带轮的一方向所述手臂外伸出的所述带状部件，从所述环状的间隙引入至所述腕部壳体内，在该腕部壳体内以松弛的状态穿至对所述机械手接口进行支撑的机械手接口支撑部。
2.根据权利要求1所述的机器人关节构造，其特征在于，
使从所述环状的间隙引入至所述腕部壳体内的所述带状部件在所述圆筒部上方以U字状弯曲后穿至所述机械手接口支撑部。
3.根据权利要求1或2所述的机器人关节构造，其特征在于，
具有线缆引导部，该线缆引导部由与构成所述腕部壳体的材料相比与所述带状部件的摩擦较小的材料形成，安装于所述腕部壳体并覆盖所述线缆导入部、所述腕部驱动构造部、所述圆筒部及所述机械手驱动轴贯穿部。
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