CN107225595B - 机器人的手腕结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供机器人的手腕结构(1)，其具备：能分别围绕第一轴线(A)至第三轴线(C)旋转的第一手腕单元(2)、第二手腕单元(3)及第三手腕单元(4)；第二、第三手腕单元用驱动马达(5a、5b)；及对各驱动马达的旋转减速的齿轮组(6)，各齿轮组具备围绕第二轴线同轴配置且使第二手腕单元旋转的大直径齿轮(8a)或使第三手腕单元旋转的小直径齿轮(8b)，小直径齿轮固定在与固定于第三手腕单元的从动侧锥齿轮(24)啮合的驱动侧锥齿轮(19)，第二手腕单元具备：第一壳体，具有在整个圆周配置在使驱动侧锥齿轮沿轴向露出的位置的凸缘面(21)，固定于大直径齿轮；及第二壳体，固定于凸缘面，能旋转地支撑第三手腕单元。

Description

机器人的手腕结构
技术领域
本发明涉及一种机器人的手腕结构。
背景技术
在现有技术中，已知一种机器人的手腕结构，其具备：第一手腕单元，其能够围绕第一轴线旋转；第二手腕单元，其以能够围绕与第一轴线正交的第二轴线进行旋转的方式支撑于该第一手腕单元；以及第三手腕单元，其以能够围绕与第二轴线正交的第三轴线进行旋转的方式支撑于该第二手腕单元(例如，参照专利文献1)。
该手腕结构将设置于第一手腕单元的第二手腕用马达和第三手腕用马达的动力，分别经由具有小齿轮和齿圈(ring gear)的两对双曲线齿轮组，而传递至第二手腕单元和第三手腕单元。
两个齿圈同轴配置，径向外侧的齿圈对一个手腕用马达的旋转进行减速而驱动第二手腕单元，径向内侧的齿圈对另一个手腕用马达的旋转进行减速，并经由第二驱动要素内的锥齿轮组而驱动第三手腕单元。
在专利文献1的手腕结构中，第二手腕单元具备：第一壳体，其具有固定于径向外侧的齿圈的输出凸缘；第二壳体，其固定于该第一壳体的输出凸缘；以及第三壳体，其固定于第一壳体和第二壳体。在第一壳体容纳有在径向内侧的齿圈上固定的第三手腕单元的驱动侧的锥齿轮。第三壳体可旋转地支撑第三手腕单元，并且容纳有从动侧的锥齿轮。
而且，第二壳体作为用于连结第一壳体与第二壳体的部件起作用。这些三个壳体利用螺钉相互紧固，并且在通过定位销进行定位的状态下进行固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4233578号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1的手腕结构中，第二壳体和第三壳体分体构成，并利用销和螺钉固定为定位状态，因此存在部件件数多，加工成本和组装成本变高的不良情况。
另外，在专利文献1的手腕结构中，第三手腕单元的驱动侧的锥齿轮配置于比第一壳体的输出凸缘的凸缘面更沿轴方向下陷的位置。因此，为了使容纳于第三壳体的从动侧的锥齿轮与容纳于第一壳体的驱动侧的锥齿轮啮合，需要切除第一壳体的输出凸缘的一部分从而露出驱动侧的锥齿轮。
其结果，存在如下不良情况：无法采用由第一壳体的输出凸缘和第二壳体之间的凹坑进行的定位、基于环状密封部件的针对整个圆周的密封结构，从而无法提高组装性、密封性。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种机器人的手腕结构，其能够减少第二手腕单元的部件件数而实现低成本化，并且，能够提高加工性、组装性以及密封性。
用于解决问题的方案
为实现上述目的，本发明提供以下方案。
本发明的一个方案提供一种机器人的手腕结构，具备：第一手腕单元，其以能够围绕第一轴线进行旋转的方式被悬臂支撑；第二手腕单元，其以能够围绕与所述第一轴线相交的第二轴线进行旋转的方式悬臂支撑于该第一手腕单元；第三手腕单元，其以能够围绕与所述第二轴线相交的第三轴线进行旋转的方式悬臂支撑于该第二手腕单元；两个驱动马达，其设置于所述第一手腕单元，并分别驱动所述第二手腕单元和所述第三手腕单元；以及两组齿轮组，其对各个该驱动马达的旋转进行减速，各个所述齿轮组具备：以能够围绕所述第二轴线进行旋转的方式同轴配置，并使第二手腕单元进行旋转的从动侧大直径齿轮、或者使所述第三手腕单元进行旋转的从动侧小直径齿轮，所述从动侧小直径齿轮固定于驱动侧锥齿轮，该驱动侧锥齿轮与固定于所述第三手腕单元的从动侧锥齿轮啮合，所述第二手腕单元具备：第一壳体，其具有在整个圆周配置于使所述驱动侧锥齿轮沿轴向露出的位置的凸缘面，并固定于所述从动侧大直径齿轮；以及第二壳体，其固定于该第一壳体的所述凸缘面，并且能够旋转地支撑所述第三手腕单元。
根据本方案，如果使设置于第一手腕单元的一个驱动马达工作，则该驱动马达的旋转被一个齿轮组减速，由此能够使固定于从动侧大直径齿轮的第二手腕单元围绕第二轴线进行旋转。另外，如果使另一个驱动马达工作，则该驱动马达的旋转被另一个齿轮组减速，由此能够使固定于从动侧小直径齿轮的驱动侧锥齿轮围绕第二轴线进行旋转。
由于驱动侧锥齿轮与固定于第三手腕单元的从动侧锥齿轮啮合，因此驱动侧锥齿轮的旋转力传递至从动侧锥齿轮，从而能够使第三手腕单元围绕第三轴线进行旋转。
据此，通过设置于第一手腕单元的两个驱动马达，能够使第二手腕单元和第三手腕单元围绕相互相交的轴线独立地进行旋转。
在该情况下，构成第二手腕单元的第一壳体，具有在整个圆周配置于使驱动侧锥齿轮沿轴向露出的位置的凸缘面，并且支撑第三手腕单元的第二壳体固定于第一壳体的凸缘面，因此能够在两个壳体之间形成围绕第二轴线且在整个圆周连续的平坦的接合面。即，无需将第二壳体分割为两个，由此减少部件件数，从而能够降低成本。
另外，在两个壳体之间围绕第二轴线且在整个圆周形成的连续的平坦的接合面，通过单一的环状的密封部件，能够无切缝地容易进行密封。而且，通过将凸缘面围绕第二轴线且在整个圆周形成，能够容易进行基于凹坑的定位。据此，能够提高加工性、组装性以及密封性。
在上述方案中，所述第一壳体具备与所述凸缘面邻接且以所述第二轴线为中心的圆筒面或圆筒内表面，所述第二壳体具有与所述圆筒面或所述圆筒内表面嵌合的嵌合面也可。
通过如此，当第二壳体紧固于第一壳体的凸缘面时，使设置于第一壳体的圆筒面或圆筒内表面和设置于第二壳体的嵌合面嵌合，从而不使用销也能够容易进行第二轴线和第三轴线之间的定位，从而能够提高组装性。
另外，在上述方案中，在所述第一壳体和所述第二壳体之间设置环状的密封部件也可。
通过如此，利用环状的密封部件能够将第一壳体和第二壳体之间无切缝地容易进行密封，从而能够提高密封性。
发明效果
根据本发明，具有减少第二手腕单元的部件件数而实现低成本化，并且能够提高加工性、组装性以及密封性的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的机器人的手腕结构的纵剖视图。
图2是示出本发明的其他实施方式的机器人的手腕结构的纵剖视图。
图3是示出图1的手腕结构的分解立体图。
图4是示出现有的机器人的手腕结构的纵剖视图。
图5是示出图4的手腕结构的分解立体图。
附图标记说明
1、30 机器人的手腕结构
2 第一手腕单元
3 第二手腕单元
4 第三手腕单元
5a、5b 伺服马达(驱动马达)
6 双曲线齿轮组(齿轮组)
8a 从动侧大直径齿轮(大直径齿轮)
8b 从动侧小直径齿轮(小直径齿轮)
16、16b 第一壳体
17、17b、32、33 第二壳体
19 驱动侧锥齿轮
21、21b、26、31 凸缘面
22、22b 圆筒面
24 从动侧锥齿轮
27 圆筒内表面(嵌合面)
28 密封部件
A 第一轴线
B 第二轴线
C 第三轴线
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明一个实施方式的机器人的手腕结构1。
如图1所示，本实施方式的机器人的手腕结构1具备第一手腕单元2、第二手腕单元3、第三手腕单元4。
第一手腕单元2，以能够围绕与机器人臂的长度方向轴一致的第一轴线A进行旋转的方式悬臂支撑于未图示的机器人臂的前端。
第二手腕单元3，以能够围绕与第一轴线A正交的第二轴线B进行旋转的方式悬臂支撑于第一手腕单元2的前端。
第三手腕单元4，以能够围绕与第二轴线B正交的第三轴线C进行旋转的方式悬臂支撑于第二手腕单元3的前端。
这些第一手腕单元2、第二手腕单元3以及第三手腕单元4，构成第一轴线A、第二轴线B以及第三轴线C在一点上相交的所谓的串联(in line)手腕。
第一手腕单元2具备：两个伺服马达(驱动马达)5a、5b，其分别驱动第二手腕单元3和第三手腕单元4；以及两组双曲线齿轮组(齿轮组)6，其以规定的减速比对各个伺服马达5a、5b的旋转进行减速。
各个组的双曲线齿轮组6具备：由各个伺服马达5a、5b驱动的小齿轮7；以及与该小齿轮7啮合的齿圈8a、8b。
两个齿圈8a、8b共有第二轴线B而可旋转地同轴配置，并且由配置于径向外侧的从动侧大直径齿轮(以下，亦称为大直径齿轮8a)和配置于径向内侧的从动侧小直径齿轮(以下，亦称为小直径齿轮8b)构成。
两个伺服马达5a、5b配置于在第一轴线A的长度方向上错开的位置。两个伺服马达5a、5b的输出轴11a、11b配置于在与包含第一轴线A和第二轴线B的平面正交的方向上相互偏移的位置。
一个小齿轮7经由一对正齿轮(或螺旋齿轮等)12a、12b与一个伺服马达5a的输出轴11a相连接。该小齿轮7被一对轴承13可旋转地支撑，并且在相对于包含第一轴线A和第二轴线B的平面向一个方向偏移的位置，与小直径齿轮8b啮合。
另一个小齿轮经由未图示一对正齿轮(或螺旋齿轮等)、驱动轴以及其他一对正齿轮(或螺旋齿轮等)与另一个伺服马达5b的输出轴11b相连接。该小齿轮也被一对轴承可旋转地支撑，在相对于包含第一轴线A和第二轴线B的平面向另一个方向偏移的位置，与大直径齿轮8a啮合。
据此，两个小齿轮7在隔着包含第一轴线A和第二轴线B的平面的两侧并行配置。
第二手腕单元3通过轴承14围绕第二轴线B可旋转地支撑于第一手腕单元2，并具备固定于大直径齿轮8a的第一壳体16、和组装在该第一壳体16的第二壳体17。
在第一壳体16内容纳有轴20，所述轴20通过一对轴承15围绕第二轴线B可旋转地被支撑，并且在其一端固定有小直径齿轮8b，在另一端固定有驱动侧锥齿轮19。
如图1和图3所示，在第一壳体16设置有与紧固第二壳体17的凸缘面21，并且在凸缘面21的径向内侧设置有从凸缘面21突出的圆筒面22。凸缘面21以将驱动侧锥齿轮19的径向外侧的空间在整个圆周露出的方式，配置于相对于驱动侧锥齿轮19在第二轴线B的轴向上向小直径齿轮8b侧错开的位置。
据此，凸缘面21和圆筒面22围绕第二轴线B且在整个圆周无切缝地连续配置。在第一壳体16的凸缘面21设置有圆环状的O形圈槽23以容纳O形圈(省略图示)，该O形圈槽23在包围圆筒面22的位置在整个圆周形成。
第三手腕单元4和固定于该第三手腕单元4的从动侧锥齿轮24通过轴承25围绕第三轴线C可旋转地支撑于第二壳体17。另外，在第二壳体17设置有：凸缘面26，其紧贴于第一壳体16的凸缘面21；以及嵌合面，其由使圆筒面22嵌合的圆筒内表面27构成。
据此，如果使圆筒内表面27嵌合于圆筒面22而使凸缘面21、26彼此之间紧贴而进行紧固，则从第一壳体16的凸缘面21沿第二轴线B的轴向露出的驱动侧锥齿轮19与容纳于第二壳体17的从动侧锥齿轮24啮合。
附图中，附图标记28是，分别用于密封第一手腕单元2和第二手腕单元3之间、第二手腕单元3和第三手腕单元4之间的圆环状的密封部件。
以下，说明如此构成的本实施方式的机器人的手腕结构1的作用。
根据本实施方式的机器人的手腕结构1，如果使设置于第一手腕单元2的一个伺服马达5b工作，则伺服马达5b的驱动力经由未图示的一对正齿轮、驱动轴、其他一对正齿轮以及由小齿轮和大直径齿轮8a构成的双曲线齿轮组，传递至固定于大直径齿轮8a的第二手腕单元3。据此，能够使第二手腕单元3围绕第二轴线B进行旋转。
另外，如果使设置于第一手腕单元2的另一个伺服马达5a工作，则伺服马达5a的驱动力经由一对正齿轮12a、12b、由小齿轮7和小直径齿轮8b构成的双曲线齿轮组6、驱动侧锥齿轮19以及从动侧锥齿轮24，传递至固定于从动侧锥齿轮24的第三手腕单元4。据此，能够使第三手腕单元4围绕第三轴线C进行旋转。
在该情况下，根据本实施方式的机器人的手腕结构1，由于构成第二手腕单元3的第一壳体16的凸缘面21配置于使驱动侧锥齿轮19沿轴向露出的位置，因此，为了使从动侧锥齿轮24与驱动侧锥齿轮19啮合，如在图4和图5中作为参考例而示出的现有机器人的手腕结构30那样，不切除凸缘面31的周向的一部分也不存在问题。即，由于凸缘面21围绕第二轴线B在整个圆周无切缝地设置，因此如现有机器人的手腕结构30那样，无需将第二壳体32、33分割为两个，从而具有能够减少部件件数而降低成本的优点。
另外，由于不切除凸缘面21也不存在问题，因此能够围绕第二轴线B邻接于凸缘面21形成位于整个圆周的圆筒面22，从而能够将第一壳体16和第二壳体17通过圆筒面22和圆筒内表面27的嵌合来进行定位。因此，无需利用销进行定位，从而能够减少部件件数并实现加工成本和组装成本的降低。
而且，由于不切除凸缘面21也不存在问题，因此能够在围绕第二轴线B包围圆筒面22的径向外侧的位置形成位于整个圆周的O形圈槽23，从而利用O形圈将第一壳体16和第二壳体17在整个圆周上无切缝地密封。据此，具有能够提高密封性的优点。
此外，在本实施方式中，使从第一壳体16的凸缘面21突出的圆筒面22、和由设置于第二壳体17的圆筒内表面27构成的嵌合面进行嵌合，取而代之，使从第一壳体16的凸缘面21凹陷的圆筒内表面、和由设置于第二壳体17且突出的圆筒面构成的嵌合面进行嵌合也可。
另外，在本实施方式中，第一壳体16的凸缘面21配置于使驱动侧锥齿轮19沿轴向露出的位置，取而代之，如图2的第一壳体16b所示，通过使圆筒面22b从凸缘面21b突出，从而与设置于第二壳体17b的圆筒面27进行嵌合也可。
另外，在凸缘面21设置了O形圈槽23，并利用O形圈密封凸缘面21、26之间，取而代之，O形圈槽23也可以设置于圆筒面22或圆筒内表面27。另外，代替O形圈，也可以采用夹持在凸缘面21、26之间的由弾性材料构成的片状的密封部件。在该情况下，密封部件可以呈圆环状，也可以形成其他任意形状的环状。

Claims (2)

1.一种机器人的手腕结构，其特征在于，具备：
第一手腕单元，其以能够围绕第一轴线进行旋转的方式被悬臂支撑；
第二手腕单元，其以能够围绕与所述第一轴线相交的第二轴线进行旋转的方式悬臂支撑于该第一手腕单元；
第三手腕单元，其以能够围绕与所述第二轴线相交的第三轴线进行旋转的方式悬臂支撑于该第二手腕单元；
两个驱动马达，其设置于所述第一手腕单元，并分别驱动所述第二手腕单元和所述第三手腕单元；以及
两组齿轮组，其对各个所述驱动马达的旋转进行减速，
各个所述齿轮组中的一个齿轮组具备：以能够围绕所述第二轴线进行旋转的方式同轴配置，并且使第二手腕单元进行旋转的从动侧大直径齿轮，所述齿轮组中的另一个齿轮组具备：使所述第三手腕单元进行旋转的从动侧小直径齿轮，所述从动侧大直径齿轮和所述从动侧小直径齿轮，以能够围绕所述第二轴线进行旋转的方式同轴配置，
所述从动侧小直径齿轮固定于驱动侧锥齿轮，所述驱动侧锥齿轮与从动侧锥齿轮啮合，
所述第二手腕单元具备：第一壳体，其固定于所述从动侧大直径齿轮；以及第二壳体，其能够旋转地支撑所述第三手腕单元，
所述第一壳体内容纳有轴，该轴围绕所述第二轴线可旋转地被支撑，并在一端固定有所述从动侧小直径齿轮，在另一端固定有所述驱动侧锥齿轮，
所述驱动侧锥齿轮与固定在所述第三手腕单元的所述从动侧锥齿轮啮合，
所述第一壳体具有凸缘面，
所述凸缘面以所述驱动侧锥齿轮的径向外侧的空间在整个圆周露出的方式，配置于相对于所述驱动侧锥齿轮在所述第二轴线的轴向上向所述从动侧小直径齿轮侧错开的位置，
所述第二壳体固定于所述凸缘面，
所述第一壳体具有与所述凸缘面邻接且以所述第二轴线为中心，并从所述凸缘面凹陷的圆筒内表面，所述凸缘面是相对于所述第二轴线在径向最外侧的面，
所述第二壳体具备由突出的圆筒面构成的嵌合面，
通过将所述圆筒内表面和所述嵌合面嵌合并紧固，并紧贴所述第二壳体和所述第一壳体，使得从所述凸缘面沿所述第二轴线的轴向露出的所述驱动侧锥齿轮与容纳于所述第二壳体的所述从动侧锥齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的机器人的手腕结构，其特征在于，
在所述第一壳体和所述第二壳体之间配置有环状的密封部件。
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