CN109672296A - 凸轮型手部机构 - Google Patents

Abstract

能提供一种凸轮型手部机构，使立体凸轮和具有随着其旋转动作而打开关闭的爪部的手部机构的更换零件控制在必要的最小限度，从而降低维护成本，并且抑制随着手部机构的多功能化而变得大型化。凸轮底座部(11)的、多个凸轮引导面(11c)从设于凸轮基部(11a)的中心部的贯通孔(11e)连续到外周侧的立体凸轮(11b)立起形成于多处，在凸轮基部(11a)的、形成于相邻的立体凸轮(11b)彼此的径向内侧端部(L1)与径向外侧端部(L2)之间的间隙区域(S)，在多处形成有连结部(11d)，所述连结部(11d)用于直接或间接连结凸轮底座部(11)和转子轴(2)。

Description

凸轮型手部机构

技术领域

本发明涉及一种具有立体凸轮的凸轮型手部机构。

背景技术

以往，在机械手、机械臂的关节等弯曲伸展的过程中，通过齿轮机构、线移动机构等各种各样的驱动机构对驱动源的旋转驱动进行传递。齿轮机构存在由齿轮的齿隙造成的控制性低、由齿轮组导致的大型化、重量化等技术问题，线移动机构存在由线材的张力调节、线材的伸缩等造成的控制性低、由于需要使线材旋转的机构而使零件个数增加从而造成大型化等技术问题。

对此，提出了一种立体凸轮机构，与电动机轴连结的凸轮旋转轴被支承构件支承，在以凸轮旋转轴为中心旋转的立体凸轮的凸轮引导面上，由上述支承构件支承的跟随侧连杆被引导，并将立体凸轮的旋转运动转换成跟随侧连杆的摆动运动。藉此，不会像齿轮机构那样发生齿隙，通过凸轮引导面形状的自由设计，能使跟随侧连杆实现顺畅的摆动运动(参照专利文献1：日本专利特许第4448554号公报，专利文献2：日本专利特许第4388566号公报)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第4448554号公报

专利文献2：日本专利特许第4388566号公报

在上述专利文献1、2的立体凸轮机构中，例如，为了改变跟随侧连杆的轨迹而需要更换立体凸轮，为此，需要更换包含对与电动机轴连结的凸轮旋转轴进行支承的支承构件、由支承构件支承的立体凸轮以及跟随侧连杆等在内的所有零件，导致更换零件的个数较多、更换很费工夫并且维护成本也很高。

此外，为了实现机械手的多功能化，除了手的打开关闭操作以外，还存在希望能一边从手的中心部拍摄一边控制手的打开关闭操作这样的需求。在这种情况下，由于需要使用与电动机轴连结的中空旋转轴并使立体凸轮旋转，因此，零件整体容易大型化、重量化，还存在使更换零件控制在必要的最小限度这样的需求。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种凸轮型手部机构，使立体凸轮和具有随着其旋转动作而打开关闭的爪部的手部机构的更换零件控制在必要的最小限度，从而降低维护成本，并且抑制随着手部机构的多功能化而导致大型化。

为了达成上述目的，以下详述的实施方式具有如下结构。

其特征在于，包括：电动机；凸轮底座部，上述凸轮底座部的凸轮基部能装拆地直接或间接组装于从上述电动机延伸设置的转子轴，并且多个凸轮引导面从设于上述凸轮基部的中心部的贯通孔连续到外周侧的立体凸轮立起形成于多处；以及手部机构，上述手部机构始终与上述立体凸轮抵接而组装于上述电动机，具有多个爪部，上述爪部随着上述立体凸轮的旋转动作而以上述转子轴的轴线为中心能打开关闭，在上述凸轮基部的、形成于相邻的上述立体凸轮彼此的径向内侧端部与径向外侧端部之间的间隙区域，在多处形成有连结部，上述连结部用于将上述凸轮底座部直接或间接地连结到上述转子轴。

根据上述结构，在形成有多个立体凸轮的凸轮基部的、相邻的立体凸轮彼此的径向内侧端部与径向外侧端部之间的间隙区域，在多处形成有将凸轮底座部和转子轴直接或间接连结的连结部，因此，与在比形成于凸轮基部上的立体凸轮更靠外周侧设置连结部的情况相比，能使凸轮底座部和手部机构小型化，通过相对于转子轴直接或间接装拆凸轮底座部，从而能更换爪部数量、形状不同的手部机构。尤其是，由于连结部设置于相邻的立体凸轮彼此的径向内侧端部与径向外侧端部之间的间隙区域，因此，不仅不会使凸轮底座部在径向上大型化，而且即使进行在设于凸轮基部的中心部的贯通孔内设置拍摄部等的多功能化，也不会发生大型化。

较为理想的是，在上述转子轴的轴端，在多处形成有与设于上述凸轮基部的凸轮侧连结部对应的电动机侧连结部。藉此，仅使凸轮侧连结部与电动机侧连结部位置对准，在转子轴的轴端装拆凸轮底座部，就能更换手部机构。

上述凸轮侧连结部和上述电动机侧连结部可以是螺纹孔，使螺纹孔相互重合并使螺钉螺纹嵌合，从而使上述凸轮底座部能装拆地组装于上述转子轴的轴端。

藉此，使凸轮底座部侧的螺纹孔与电动机侧的螺纹孔位置对准并螺纹紧固，能使凸轮底座部相对于转子轴的轴端进行装拆，从而能更换成爪部数量、形状不同的手部机构。

较为理想的是，上述手部机构包括：手部基部，上述手部基部组装于上述电动机；以及爪支承部，上述爪支承部将上述爪部轴支承成以与上述转子轴的轴线方向正交配置的轴为中心能转动，上述爪部以设置于根端部的多个凸轮从动面始终与对应的多个上述凸轮引导面抵接的方式滑动。

藉此，随着电动机的旋转，直接或间接组装于转子轴的凸轮底座部也旋转，随着立体凸轮的旋转动作，设置于根端部的多个凸轮从动面以始终与对应的立体凸轮的凸轮引导面抵接的方式滑动，从而能使以转子轴的轴线为中心的多个爪部不产生推力不均地进行打开关闭动作。

上述转子轴是设置有中空轴孔的中空轴，以与设于上述凸轮底座部的上述凸轮基部的上述贯通孔连通的方式组装。

藉此，穿过与从电动机延伸设置的转子轴的中空轴孔连通的凸轮基部的贯通孔，能在手部机构的中心部从电动机侧沿轴线方向***摄像头或者使空气喷出，从而实现多功能化。

能提供一种凸轮型手部机构，使立体凸轮和具有随着其旋转动作而打开关闭的爪部的手部机构的更换零件控制在必要的最小限度，从而降低维护成本，并且抑制随着手部机构的多功能化而变得大型化。

附图说明

图1是具有三爪部的凸轮型手部机构的主视图、右视图、垂直剖视图、后视图以及立体图。

图2是凸轮底座部和手部机构(未图示)从电动机轴拆下的状态的立体图。

图3是图1的凸轮底座部的俯视图、前后左右侧视图、箭头X-X方向剖视图以及立体图。

图4是电动机轴的主视图、左右侧视图、箭头Y-Y方向剖视图以及立体图。

图5是具有双爪部的凸轮型手部机构的立体图。

图6是凸轮底座部和手部机构(未图示)从图5的凸轮型手部机构的电动机轴拆下的状态的立体图。

图7是图5的凸轮型手部机构的除了编码器部的垂直剖视图。

图8是图5的凸轮底座部的俯视图、前后左右侧视图、箭头X-X方向剖视图以及立体图。

图9是从凸轮型手部机构的电动机轴更换三爪用凸轮底座部和双爪用凸轮底座部时的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的凸轮型手部机构的一实施方式进行说明。首先，参照图1至图4，对具有三爪部的凸轮型手部机构进行说明。

如图1C所示，作为凸轮型手部机构的驱动源，采用步进电动机1。代替步进电动机1，也可以采用无刷电动机等其它电动机。步进电动机1的设置有转子极齿的转子3一体地组装于转子轴2(电动机轴)。转子3也可以是转子铁芯夹入有永磁体的混合型。转子轴2在长边方向一端部2a通过轴承5a以能旋转的方式支承于轴承保持构件5，在长边方向另一端部2b通过轴承4a、4b以能旋转的方式支承于轴承保持构件4。作为转子轴2，优先采用中空轴。在上述转子3的周围，设置有具有定子铁芯的定子6。定子极齿与转子极齿相对地设置于定子铁芯。定子极齿隔着绝缘体地被线圈卷绕。在转子轴2的一端部2a，设置有具有编码器盘的编码器7(参照图1C、1D)。此外，连接有向线圈供电的连接线8a和连接器8b、与编码器7连接的信号线9a和连接器9b。此外，在转子轴2的另一端部2b，设置有手部机构10(参照图1A、1B、1C、1E)，上述手部机构10在三处具有以轴线为中心能打开关闭的爪部12。在三处设置的爪部12以转子轴2为中心能打开关闭地设置于错开120度相位的位置(参照图1A)。

在图1C中，在转子轴2的另一端部2b，能装拆地组装有凸轮底座部11。在凸轮底座部11形成有多个立体凸轮。手部机构10始终与后述的立体凸轮11b抵接而与轴承保持构件4一体地组装，随着立体凸轮11b的旋转动作，多个爪部12进行打开关闭动作。

另外，凸轮底座部11是与转子轴2直接组装，但在步进电动机1的转子轴2组装有减速器的情况下，也可以通过该减速器与转子轴2间接组装。

参照图3A～3G，对凸轮底座部11的结构进行说明。凸轮底座部11的凸轮基部11a能装拆地直接或间接地组装于从步进电动机1延伸设置的转子轴2。多个凸轮引导面11c从设置于上述凸轮基部11a的中心部的贯通孔11e连续形成到外周侧的立体凸轮11b立起形成于多处(例如三处)。在图3A中，立体凸轮11b设置成从凸轮基部11a的贯通孔11e的附近延伸到外周缘部。立体凸轮11b的各凸轮引导面11c形成为沿立体凸轮11b的长边方向连续的曲面状。此外，在凸轮基部11a的、形成于相邻的立体凸轮11b彼此的径向内侧端部L1与径向外侧端部L2之间的间隙区域S(参照图3A、3G)，轴对称地形成有三处凸轮侧螺纹孔11d(连结部)，上述凸轮侧螺纹孔11d用于连结转子轴2和凸轮底座部11。此外，在凸轮基部11a的中心部，穿孔有与转子轴2的中空轴孔2c(参照图1C)连通的贯通孔11e。另外，凸轮侧螺纹孔11d没有必要一定形成为轴对称。

根据上述结构，在形成有多个立体凸轮11b的凸轮基部11a上，在形成于相邻的立体凸轮11b彼此的径向内侧端部L1与径向外侧端部L2之间的间隙区域S，在多处形成有用于连结转子轴2和凸轮底座部11的凸轮侧螺纹孔11d，因此，与在形成于凸轮基部11a上的立体凸轮11b的外周侧设置凸轮侧螺纹孔11d的情况相比，能使凸轮底座部11和手部机构10小型化，通过相对于转子轴2装拆凸轮底座部11，从而能更换爪部数量、形状不同的手部机构10。尤其是，由于凸轮侧螺纹孔11d设置于相邻的立体凸轮11b彼此的径向内侧端部L1与径向外侧端部L2之间的间隙区域S，因此，不仅不会使凸轮底座部11在径向上大型化，而且即使进行在凸轮基部11a的中心部设置拍摄部等的多功能化，也不会发生大型化。此外，如果使多个凸轮侧螺纹孔11d形成为轴对称，那么凸轮底座部11向转子轴2装拆时不存在方向性，从而能容易地进行手部机构10的更换作业。

接着，参照图4A～4E，对转子轴2的结构进行说明。

如图4A～4E所示，转子轴2的一端部2a与步进电动机1连结。转子轴2的供转子3组装的轴径形成得细，转子轴铁芯抵接并组装于阶梯部2d。此外，转子轴2的另一端部2b的轴径形成得粗，轴承保持构件4隔着轴承4a、4b组装于外周部(参照图1C)。在上述转子轴2的另一端部2b，在三处形成有与设置于凸轮基部11a的凸轮侧螺纹孔11d对应的电动机侧螺纹孔2e(连结部)。藉此，将凸轮侧螺纹孔11d和电动机侧螺纹孔2e位置对准，从而能使凸轮底座部11与转子轴2的另一端部装拆。另外，在与电动机侧螺纹孔2e中的至少一个螺纹孔2e的相位相差180度的位置，再设置电动机侧螺纹孔2e(参照图4B)。如后所述，是用于将凸轮底座部11取下并更换成设置有两个爪部12的手部机构10。

这样，使凸轮侧螺纹孔11d与电动机侧螺纹孔2e相互重合并使连结螺钉螺纹嵌合，从而使凸轮底座部11能装拆地组装于转子轴2。因此，仅更换凸轮底座部11，就能容易地更换为爪部的数量、形状不同的手部机构10。

在此，对手部机构10的一个示例进行说明。手部基部10a以覆盖凸轮基部11a的外周的方式组装于步进电动机1。具体而言，使设置于手部基部10a的四角的螺纹孔10d与设置于轴承保持构件4的对应的端面4c的螺纹孔4d(参照图2)位置对准，通过未图示的螺钉进行螺钉紧固，从而使手部基部10a一体地组装于步进电动机1侧(参照图1E)。在手部基部10a，设置有爪支承部10b。在爪支承部10b，设置于三处的爪部12分别轴支承成以与转子轴线方向正交配置的轴10c为中心能转动(参照图1B、1E)。各爪部12以设置于根端部12a的多个凸轮从动面12b始终与对应的多个凸轮引导面11c抵接的方式滑动(参照图1C、图3A)。此外，也在爪支承部10b的中心部设置有与贯通孔11e连通的贯通孔10e(参照图1A)。

藉此，随着电动机1的旋转，组装于转子轴2的凸轮底座部11也旋转，随着立体凸轮11b的旋转动作，设置于根端部12a的凸轮从动面12b以始终与对应的立体凸轮11b的凸轮引导面11c抵接的方式滑动，从而能使以转子轴2的轴线为中心在三处设置的爪部12不产生推力不均地进行打开关闭动作(参照图1C)。

此外，如上所述，转子轴2是中空轴，在凸轮基部11a设置有与中空轴孔2c连通的贯通孔11e(参照图3A)，在爪支承部10b设置有与贯通孔11e连通的贯通孔10e(参照图1A)。藉此，穿过与转子轴2的中空轴孔2c连通的凸轮基部11a的贯通孔11e和爪支承部10b的贯通孔10e(参照图1A)，能从电动机1侧***摄像头或者使空气喷出来实现多功能化。

在更换手部机构10时，将未图示的螺钉从设置于手部基部10a的四角的螺纹孔10d(参照图1A、1E)取下，从而将手部机构10从步进电动机1拆下。接着，如图2所示，将未图示的螺钉从凸轮底座部11的设置了三处的凸轮侧螺纹孔11d取下，从而将凸轮底座部11从转子轴2的另一端部2b拆下。这样，能更换成新的凸轮底座部11和手部机构10。如图9所示，更换成在两处设置有立体凸轮11b的凸轮底座部11，从而可以更换成在两处设置有爪部12的手部机构10(参照图5)。

在这种情况下，使在凸轮底座部11上设于相位相差180度位置的两处的凸轮侧螺纹孔11d(参照图9)与对应的设置于转子轴2的电动机侧螺纹孔2e位置对准并螺纹紧固，从而能对凸轮底座部11进行更换。

如以上说明所述，能提供一种凸轮型手部机构，使立体凸轮11b和具有随着其旋转动作而打开关闭的爪部12的手部机构10的更换零件控制在必要的最小限度，从而降低维护成本，并且抑制随着手部机构10的多功能化而变得大型化。

图5至图9示出了凸轮型手部机构的其它示例。示出了不改变步进电动机的结构(图7中省略了编码器7的图示)、更换凸轮底座部11和具有两处爪部12的手部机构10的实施例。对与上述实施例相同的构件标注相同的符号并引用说明。

参照图8A～8G，对凸轮底座部11的结构进行说明。凸轮底座部11的、多个凸轮引导面11c在凸轮基部11a上从转子轴2的轴线中心部附近连续到外周缘部的立体凸轮11b立起形成于相位相差180°的轴对称位置的两处(参照图8A、8G)。此外，在凸轮基部11a的、形成于相邻的立体凸轮11b彼此的径向内侧端部L1与径向外侧端部L2之间的间隙区域S，轴对称地形成有两处凸轮侧螺纹孔11d(连结部)。凸轮侧螺纹孔11d用于连结凸轮底座部11和转子轴2。此外，在凸轮基部11a的中心部，穿孔有与转子轴2的中空轴孔2c连通的贯通孔11e(参照图8A、8F、8G)。另外，凸轮侧螺纹孔11d没有必要一定形成为轴对称。

如图7所示，手部机构10的手部基部10a以覆盖凸轮基部11a的外周的方式组装于步进电动机1。具体而言，使设于手部基部10a的四角的螺纹孔10d(参照图5)与轴承保持构件4的对应的螺纹孔位置对准，通过未图示的螺钉进行螺钉紧固，从而使手部基部10a一体地组装于电动机侧。在图5中，在手部基部10a设置有爪支承部10b。在爪支承部10b的相位相差180°的位置设于两处的爪部12分别轴支承成以与转子轴线方向正交配置的轴10c(参照图7)为中心能转动。各爪部12以设置于根端部12a的多个凸轮从动面12b(参照图7)始终与对应的多个凸轮引导面11c抵接的方式滑动。

在更换手部机构10时，首先，将螺钉从设于图5所示的手部基部10a的四角的螺纹孔10d取下，从而将手部机构10从图6所示的轴承保持构件4的端面4c(参照图6)拆下。接着，如图6所示，将未图示的螺钉从凸轮底座部11的设置于两处的凸轮侧螺纹孔11d取下，从而将凸轮底座部11从转子轴2的另一端部2b拆下。藉此，能更换成新的凸轮底座部11和手部机构10。例如，如图9所示，更换成在三处设置有立体凸轮11b的凸轮底座部11，从而可以更换成在三处设置有爪部12的手部机构10(参照图1E)。在这种情况下，使在凸轮底座部11的相位相差120度的位置设于三处的凸轮侧螺纹孔11d(参照图9)与对应的设置于转子轴2的电动机侧螺纹孔2e位置对准并螺纹紧固，从而能进行更换。

上述实施例使用步进电动机作为电动机，但也可以使用其它电动机，例如DC无刷电动机。

此外，凸轮底座部11直接安装于转子轴2，但在设置有减速器的情况下，也可以将凸轮底座部11以能装拆的方式设置于减速器的旋转传递构件。

此外，设置于手部机构10的爪部12的数量也可以是四个以上，爪部12的形态也并不局限于图示的形态。包括与爪部12的数量对应的立体凸轮11b的凸轮底座部11也是同样的。

Claims (5)

1.一种凸轮型手部机构，其特征在于，包括：

电动机；

凸轮底座部，所述凸轮底座部的凸轮基部能装拆地直接或间接组装于从所述电动机延伸设置的转子轴，并且在多处立起形成有立体凸轮，在所述立体凸轮中，多个凸轮引导面从设于所述凸轮基部的中心部的贯通孔连续到外周侧；以及

手部机构，所述手部机构始终与所述立体凸轮抵接而组装于所述电动机，具有多个爪部，所述爪部随着所述立体凸轮的旋转动作而以所述转子轴的轴线为中心能打开关闭，

在所述凸轮基部的、形成于相邻的所述立体凸轮彼此的径向内侧端部与径向外侧端部之间的间隙区域，在多处形成有连结部，所述连结部用于将所述凸轮底座部和所述转子轴直接或间接连结。

2.如权利要求1所述的凸轮型手部机构，其特征在于，

在所述转子轴的轴端，在多处形成有与设于所述凸轮基部的凸轮侧连结部对应的电动机侧连结部。

3.如权利要求2所述的凸轮型手部机构，其特征在于，

所述凸轮侧连结部和所述电动机侧连结部是螺纹孔，相互重合并使连结螺钉螺纹嵌合，从而使所述凸轮底座部能装拆地组装于所述转子轴的轴端。

4.如权利要求1至3中任一项所述的凸轮型手部机构，其特征在于，

所述手部机构包括：手部基部，所述手部基部组装于所述电动机；以及爪支承部，所述爪支承部将所述爪部轴支承成以与所述转子轴的轴线方向正交配置的轴为中心能转动，所述爪部以设置于根端部的多个凸轮从动面始终与对应的多个所述凸轮引导面抵接的方式滑动。

5.如权利要求1至4中任一项所述的凸轮型手部机构，其特征在于，

所述转子轴是设置有中空轴孔的中空轴，以与设于所述凸轮底座部的所述凸轮基部的所述贯通孔连通的方式组装。