CN104440937A - 工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供工业机器人，使缆线布线作业容易，防止臂部工作时缆线损伤及走样。依次在机器人(100)的(上)臂部(9)设置空心部(15)、切口部(16)及肘节配置部(17)。臂部内插通连接机器人主体侧与肘节(18)间的第一缆线(7a)、第一缆线贯通的挠性导管(31)、与肘节摆动驱动电动机(27)连接的第二缆线(7b)和与肘节回转驱动电动机(28)连接的第三缆线(7c)。挠性导管一端与肘节连接，另一侧固定于设在空心部的固定构件(29)，中间部由支撑构件(32)支撑成能在轴方向移动并限制向轴直角方向移动。支撑构件(32)固定于臂部内侧，在轴直角截面为四边形，相对于轴的上下边是以边为轴的辊(33、34)形状。

Description

工业机器人

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，所述工业机器人在臂部内设置有缆线，所述臂部的一端以相对于机器人主体自由转动的方式安装，另一端安装有自由转动的肘节。 

背景技术

一般的工业机器人(以下，仅记载为“机器人”。)具备：机器人主体、相对于机器人主体以自由转动方式安装的臂部、相对于臂部以自由转动方式安装并且安装有末端操作器的肘节。向用于使臂部、肘节转动的驱动机构(例如，伺服电动机)提供电源的电源线和用于向安装在末端操作器中的气缸提供空气的空气管等被集中为一束(以下，此状态的结构被记载为“缆线”。)，容纳在机器人主体的内部或固定在外面部地进行布线。 

机器人的臂部、肘节被设置为只能在规定的角度进行自由转动。在臂部、肘节转动时缆线被极度拉伸，恐怕存在发生断线等损伤的危险。因此，为使缆线即使在臂部、肘节最大转动时也不发生损伤，所述缆线被以具有松弛度(余量长度)的方式进行布线。但是，如果这种松弛度过大，则会在臂部、肘节转动时产生阻力，恐怕存在与周边的构件缓冲的危险性。因此，对缆线或缆线通过挠性导管进行保护，在重要位置设置支撑构件，对缆线等进行固定。但是，在臂部、肘节进行高速工作时会产生缆线“走样(あばれる)”这样的现象。进而，机器人周围的缆线布线空间变大。另外，外观也不美观。 

因此，出现了许多将缆线收纳在臂部内，更理想的是进一步收纳在挠性导管内的申请。这些申请通过将缆线等配置在臂部内以缩短缆线的长度，通过扭转吸收臂部轴、肘节轴的回转，减少由肘节回转导 致的变形量。另外，通过收纳在臂部内从而阻止缆线在轴直角方向的变形，另外，通过穿过挠性导管进一步阻止变形。进而，在专利文献1中，将设置在臂部内的挠性导管的肘节侧固定在肘节，将主体臂部侧设置成能够向臂部轴方向滑动(移动)，释放在缆线的拉伸方向上的力，以便在肘节(手腕元件)工作的情况下挠性导管及缆线不受不合理的力的影响。 

专利文献1：日本特开2009-28875号公报 

发明内容

但是，该臂部内藏型的产品，在臂部、肘节高速工作时，缆线会走样。另外，存在挠性导管也一并走样的问题。另外，由于操作性、维护、轻量化、驱动电动机的安装等原因，将臂部的一部分切开而形成开口，缆线未必一定要封闭于臂部内。另外，在专利文献1中，挠性导管保持悬臂支撑的状态，由于在轴方向上存在自由端，所以由离心力导致挠性导管因为拉伸而变长。因此，存在更加走样的问题。另外，如果像外装型的情况一样固定挠性导管，则存在其优点被削减的问题。 

本发明的课题是鉴于该问题点提供一种机器人，该机器人即使在高速工作的情况下也能使缆线不受到损伤，并且在不使外观恶化的情况下容易地进行缆线的布线作业。 

在本发明中，通过提供一种工业用机器人解决前述课题，该工业机器人具备臂部，所述臂部的一端部相对于机器人主体侧以绕轴或在上下方向自由转动的方式安装，在另一端部安装有绕肘节轴及在所述轴直角方向自由转动的肘节，在所述臂部内具备：第一缆线，该第一缆线连接所述机器人主体侧与所述肘节之间；挠性导管，所述第一缆线贯通该挠性导管；第二缆线，该第二缆线沿着所述第一缆线连接所述臂部与在所述轴直角方向转动所述肘节的摆动驱动电动机之间；第三缆线，该第三缆线沿着所述第一缆线连接所述臂部与绕所述轴转动所述肘节的回转驱动电动机之间，其特征在于，所述臂部从所述一端 部侧起依次设置有空心部、具有配置所述两驱动电动机的空间的切口部、和安装所述肘节的肘节配置部，所述摆动驱动电动机固定于所述臂部的所述切口部，所述转动驱动电动机位于所述臂部的所述切口部并且被固定于所述肘节侧，所述挠性导管的一端与所述肘节连接，另一侧被固定于设置在所述空心部的固定构件，进而，一端与另一侧的中间部以能够在所述轴方向移动并且限制向轴直角方向移动的方式由设置于所述切口部的支撑构件支撑。 

即，由于切口部与肘节接近，受到扭转、弯曲的影响大。因此，至少在切口部上设置挠性导管，对第一缆线进行保护。进而，在切口部上设置有能够在一定程度上移动地支撑挠性导管的支撑构件。另一方面，在空心部中，缆线及挠性导管的全部或部分在四周被包围，与肘节有距离，所以固定构件或支撑构件的必要性低。但是，为确保切口部上的挠性导管的稳定性，在空心部设置有固定构件，对挠性导管进行固定。理想地，固定构件被设置在空心部的端部，支撑构件被设置在切口部的中间部。支撑构件可以具有使挠性导管能够扭转、伸缩、前后移动程度的空隙。 

此外，第一缆线及挠性导管的中心被与臂部轴心同心配置或大致沿着轴心配置在一条直线上。另外，挠性导管也可以在轴方向回转方向上对两端自由连接，或者固定一端，或者将两侧分别固定于臂部侧及肘节。另外，虽然挠性导管也可以将固定构件作为端部，但是也可以进一步延伸至空心部内，进而到达臂部端。 

在距离肘节远的空心部中，对于第一缆线、挠性导管的移动限制，主要是能够扭转即可。在切口部中，肘节的轴回转、摆动的影响大。因此，在技术方案2记载的发明中，工业机器人如此形成，即：所述支撑构件被固定于所述臂部内侧，在所述轴直角截面上为四边形，相对于所述轴的上下边是以边为轴的辊形状。 

支撑切口部的挠性导管的支撑构件为四边形，在轴直角方向具有能够使挠性导管扭转、伸缩、前后移动程度的空隙。进而，上下方向的边为辊，对肘节的摆动方向的影响进行吸收。由此允许挠性导管的 弯曲、伸缩、扭转。此外，辊也可以是非回转的，但理想的是可以回转的方式。 

另一方面，第三缆线连接于肘节侧的驱动电动机，比第一缆线短。因此，在技术方案3中记载的发明中，工业机器人如此形成，即：所述第二缆线在所述空心部固定于所述固定构件，在所述切口部以能够在所述轴方向移动并且限制向轴直角方向移动的方式由支撑构件支撑。进而，第三缆线与第一缆线及挠性导管不同地沿着挠性导管配置。此外，与挠性导管用支撑构件相同，对于固定构件及支撑构件，理想的是固定构件为空心部的端部，支撑构件被设置在切口部的中间部。 

另外，在技术方案4记载的发明中，工业机器人如此形成，即：对所述第三缆线向轴直角方向的移动的限制，使得与相对于所述轴的左右方向的移动相比，上下方向的移动更大。另外，支撑构件也能够通用。因此，在技术方案5记载的发明中，工业机器人如此形成，即：所述挠性导管的支撑构件和所述第三缆线的所述切口部的支撑构件采用一体或通用的开口。 

在本发明中，在空心部中设置有固定挠性导管的固定构件，在切口部中设置有支撑挠性导管的支撑构件，使挠性导管能在轴方向移动，限制向轴直角方向的移动，能够进行挠性导管的扭转、伸缩、前后移动，由于保护第一缆线，所以第一缆线的走样能够由空心部及挠性导管吸收，挠性导管的走样能够由支撑构件吸收。另外，因为第一缆线没有振动、走样，所以受到的损伤也少。另外，因为支撑构件也被安装于机器人臂部内的切口部、切口部的附近处，所以机器人的外观也整洁，容易维护。 

另外，在技术方案2记载的发明中，支撑构件的上下方向边为辊，吸收肘节的摆动方向的影响，能够允许挠性导管的弯曲、伸缩、扭转，所以工作范围不会变小，即使高速运转也不会出现缆线等走样的情况。 

另外，在技术方案3记载的发明中，第二缆线也由空心部的固定构件和切口部的支撑构件对向轴直角方向的移动进行限制，所以较少发生走样、振动的情况。另外，在技术方案4记载的发明中，由于第 二缆线在上下方向的移动大，所以吸收了肘节的摆动。进而，在技术方案5记载的发明中，由于挠性导管的支撑构件和第二缆线的切口部的支撑构件采用了一体或通用的开口，所以能够实现小型、廉价。 

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的工业机器人的立体图。 

图2是图1的部分剖开的工业机器人的重要部分的放大立体图。 

图3是表示本发明的实施方式的切口部的支撑构件的部分放大立体图。 

图4是第一缆线的放大剖视图。 

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，关于表示本发明的实施方式的工业机器人100(焊接机器人)的整体结构进行说明。如图1所示，例如在地板面等设置面上设置的底座1上载置框架2。该框架2具备配置在底座1的上表面的基板部3和从基板部3立起的立起板部4。另外，在基板部3的上表面，安装有用于使框架2的整体在水平面内(与地板面相平行的面内)转动的电动机(图中未示出)。通过使电动机的电动机轴按规定方向进行回转，框架2以垂直于地板面设置的第一转动轴线5为中心进行转动。 

在框架2的立起板部4，主体侧臂部(下臂部)6的下端部以悬臂支撑状态被安装。为使从底座2被布线来的缆线7(参照图2)能够通过，下臂部6为空心形状。下臂部6被框架2的立起板部4支撑，以第二转动轴线8为中心自由转动。 

在下臂部6的上端部，臂部(上臂部)9以悬臂支撑状态被安装。上臂部9具备同下臂部6相连结的第一上臂部11、从第一上臂部11的一端部延伸设置的第二上臂部12。上臂部9在同下臂部6相连结的状态下，以第三转动轴线13为中心进行转动。而且，第二上臂部12相对于第一上臂部11，以第四转动轴线14为中心进行自由转动。 

如图1及图2所示，在第二上臂部12的右半部(与第一上臂部11相连结的那侧的端部)，形成开设有筒状的贯通孔26的空心部(圆筒部)15。在第二上臂部12中的空心部15的左侧部分，下边部和近前侧(正面侧)的侧壁部被削去，形成切口部16。在切口部16的内侧的侧壁部(内壁部)安装摆动驱动电动机27。而且，在第二上臂部12的左半部(与第一上臂部11相连结的那侧的相反侧的端部)，延伸设置有切口部16的内壁部，形成肘节配置部17。 

在肘节配置部17中，以悬臂支撑状态安装有肘节18。肘节18由主体部21和圆盘状的法兰部24组成，所述主体部21经过减速机(图中未示出)与第二上臂部12的肘节配置部17连结并相对于肘节配置部17以第五转动轴线19为中心进行自由摆动(转动)，所述法兰部24经过减速机22与主体部21相连结并相对于主体部21以第六转动轴线23为中心进行自由转动。在法兰部24安装有末端操作器(图中未示出)。在法兰部24的轴心部设置有贯通孔25，供从上臂部9被布线来的缆线7通过。 

如前所述，本实施方式的机器人100为设置有第一至第六转动轴线5、8、13、14、19、23的6轴多关节机器人。机器人100的缆线7从机器人100的外部向底座1内被引入，通过框架2、下臂部6、上臂部9及肘节18，被布线至末端操作器。但是，本说明书中只对于从上臂部9到肘节18之间的缆线7的布线进行了说明，省略了对在除此之外的部分中缆线7的布线的说明及图示。 

接下来，对第二上臂部12的切口部16进行说明。如图2所示，在第二上臂部12的空心部15中，形成与上臂部9的第四中心轴线14同轴的筒状的贯通孔26。而且，在第二上臂部12的切口部16的内壁部中，安装有用于使肘节18转动的摆动驱动电动机27。摆动驱动电动机27以电动机轴(图中未示出)与第四转动轴线14正交的形式安装。另外，在肘节18的主体部21中，以电动机轴的中心线与第六转动轴线23相平行地配置的形式，安装有用于使法兰部24转动的回转驱动电动机28。 

在上臂部9的切口部16中的贯通孔26的出口部分中，安装有固定构件(托架)29。此托架29被固定于挠性导管(螺旋弹簧)31的主体侧端部。此外，挠性导管也可以在主体侧进一步延伸出。挠性导管31的内径大于缆线7的外径。挠性导管31与第四转动轴线14及第六转动轴线23大致同轴配置，其另一端部以与肘节18的法兰部24的贯通孔25相连接的状态固定。穿过第二上臂部12的空心部15的贯通孔26的缆线7a，穿过挠性导管31，原封不动地在肘节18的法兰部24的贯通孔25穿过并引出。 

如图2所示，在第二上臂部12的切口部16的内壁部中，安装有支撑构件(引导部)32。如图3所示，支撑构件32具备：在挠性导管31的上下与挠性导管31的轴呈直角地配置的2根第一导辊33、34，和在上下的第一导辊33、34的近前侧与各第一导辊33、34呈直角地配置的2根第二导辊35、36。这些导辊33、34、35、36各自独立地自由回转。上下的第一导辊33、34以它们的间隔稍大于挠性导管31的外径的方式配置。另外，从第二上臂部12的切口部16的内壁部到内侧的第二导辊35的间隔稍大于挠性导管31的外径。因此，挠性导管31能够配置于由切口部16的内壁部、上下的第一导辊33、34及内侧的第二导辊35围成的空间(大致正方形的空间)。而且，2根第二导辊35、36具有规定的间隔地配置。 

如图2及图3所示，本实施方式的机器人100的被布线至第二上臂部12的缆线7具备主缆线7a、第二缆线7b和第三缆线7c，主缆线7a通过第二上臂部12的空心部15的贯通孔26穿过挠性导管31，进一步穿过肘节18的法兰部24的贯通孔25，第二缆线7b通过空心部15的贯通孔26，不穿过挠性导管31而从挠性导管31的侧方通过，同摆动驱动电动机27相连接，第三缆线7c同样不穿过挠性导管31而从挠性导管31的侧方通过，通过引导部32的2根导辊35、36之间，同回转驱动电动机28相连接。此处，如图4所示，第一(主)缆线7a，为由多根第一缆线37(本实施方式的情况为3根)、信号线缆线38(本实施方式的情况为4根)、用于给排水及提供空气的管道39(本实施 方式的情况为合计7根)捆成一束的形态。第一缆线7a的外径最大，第二缆线(摆动驱动电动机缆线)7b、第三缆线(回转驱动电动机缆线)7c的外径小。 

在本实施方式的机器人100中，摆动驱动电动机27被安装在同引导部32相比距第二上臂部12的空心部15更近的一侧。因此，第二缆线7b不通过引导部32而直接与摆动驱动电动机27相连接。因为摆动驱动电动机27在第二上臂部12以固定状态被安装，所以第一缆线7b能够与第二上臂部12一体地工作。与此相对，回转驱动电动机28被安装在同引导部32相比更远的一侧(靠近肘节18的一侧)。因此，回转驱动电动机缆线7c穿过引导部32中的2根第二导辊35、36之间而与回转驱动电动机28相连接。因为肘节18以第五转动轴线19为中心进行转动，所以回转驱动电动机缆线7c具有规定的松弛度(余量)地与回转驱动电动机28相连接。 

在肘节18以第五转动轴线19为中心进行转动时，第一缆线7a被拉伸。如以往的机器人一样，在缆线被布线至上臂部9的周围的情况下，因为伴随着肘节的转动缆线会受到不自然的力的作用，缆线容易受到损伤。与此相对，本实施方式的机器人100的第一缆线7a因为从第一上臂部11开始以大致一条直线的状态被配置，所以伴随着肘节18的转动向第一缆线7a作用的拉伸力始终是一定的，所以第一缆线7a不容易受到损伤。而且，因为第一缆线7a的周围由空心部15、挠性导管31覆盖，所以第一缆线7a和周边构件没有接触，第一缆线7a的被覆不会受到损伤。另外，因为第一缆线7a与第六转动轴线23大致同轴地配置，所以在肘节的法兰部24以第六转动轴线23为中心进行转动时的第一缆线7a的扭转就可以为最小。进而，本实施方式的机器人100，只有被布线至肘节18的第一缆线7a(外径大的缆线)以一条直线的状态被进行布线，向摆动、回转驱动电动机27、28连结的外径小的第二缆线7b、回转驱动电动机缆线7c与第一缆线7a分开地被进行布线。由此，第一缆线7a的外径变细，在其布线变容易的同时第一缆线7a也变得不易受到损伤。 

而且，在本实施方式的机器人100中，伴随着肘节18的转动而受力的第一缆线7a和回转驱动电动机28的第三缆线7c都由支撑构件32引导，并且在一定范围内被限制。由此，能够防止第一缆线7a和回转驱动电动机28的第三缆线7c由于工作中的机器人100的振动等原因导致走样。 

在对缆线7进行布线时，外径最大的第一缆线7a被以一条直线的状态进行配置。因此，不需要下工夫弯曲第一缆线7a，易于进行第一缆线7a的布线作业。另外，因为第二、第三缆线7b、7c细，所以容易弯曲而进行布线作业。 

另外，第一缆线7a处于被容纳在第二上臂部12的贯通孔26和挠性导管31中的状态，从外部无法辨认。因此，机器人100的外观良好。 

在本实施方式的机器人100中，一体地设置有构成支撑构件32的第一导辊33、34和第二导辊35、36。由此，能够实现省空间化。但是，第一导辊33、34和第二导辊35、36也可以被分别设置。 

构成支撑构件32的一对第一导辊33、34，用于引导挠性导管31。而且，构成支撑构件32的一对第二导辊35、36，引导回转驱动电动机28的第三缆线7c。但是，第三缆线7c也可以不穿过一对第二导辊35、36之间，而穿过构成支撑构件32的一对第一导辊33、34之间地构成(即，将引导部32作为缆线引导部地构成)。 

附图标记说明 

6 主体侧臂部(下臂部) 

7 缆线 

7a 第一缆线(主缆线) 

7b 第二缆线(摆动驱动电动机缆线) 

7c 第三缆线(转动驱动电动机缆线) 

9 臂部(上臂部) 

15 空心部 

16 切口部 

17 肘节配置部 

18 肘节 

19 轴直角方向摆动轴 

26 肘节转动轴 

27 摆动驱动电动机 

28 回转驱动电动机 

29 固定构件(托架) 

31 挠性导管(螺旋弹簧) 

32 支撑构件(引导部) 

33、34 辊(第一导辊) 

35、36 第二导辊 

100 工业机器人。 

Claims (5)

1.一种工业机器人，该工业机器人具备臂部，所述臂部的一端部相对于机器人主体侧以绕轴或在上下方向自由转动的方式安装，在另一端部安装有绕肘节轴及在所述轴直角方向自由转动的肘节，在所述臂部内具备：第一缆线，该第一缆线连接所述机器人主体侧与所述肘节之间；挠性导管，所述第一缆线贯通该挠性导管；第二缆线，该第二缆线沿着所述第一缆线连接所述臂部与在所述轴直角方向转动所述肘节的摆动驱动电动机之间；第三缆线，该第三缆线沿着所述第一缆线连接所述臂部与绕所述轴转动所述肘节的回转驱动电动机之间，其特征在于，

所述臂部从所述一端部侧起依次设置有空心部、具有配置所述两驱动电动机的空间的切口部、和安装所述肘节的肘节配置部，所述摆动驱动电动机固定于所述臂部的所述切口部，所述转动驱动电动机位于所述臂部的所述切口部并且被固定于所述肘节侧，

所述挠性导管的一端与所述肘节连接，另一侧被固定于设置在所述空心部的固定构件，进而，一端与另一侧的中间部以能够在所述轴方向移动并且限制向轴直角方向移动的方式由设置于所述切口部的支撑构件支撑。

2.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述支撑构件被固定于所述臂部内侧，在所述轴直角截面上为四边形，相对于所述轴的上下边是以边为轴的辊形状。

3.如权利要求1或2所述的工业机器人，其特征在于，所述第三缆线在所述空心部固定于所述固定构件，在所述切口部以能够在所述轴方向移动并且限制向轴直角方向移动的方式由支撑构件支撑。

4.如权利要求3所述的工业机器人，其特征在于，对所述第三缆线向轴直角方向的移动的限制，使得相对于所述轴的上下方向的移动比左右方向的移动更大。

5.如权利要求4所述的工业机器人，其特征在于，所述挠性导管的支撑构件和所述第三缆线的所述切口部中间部的支撑构件采用一体或通用的开口。