CN110682325A - 机器人的手腕结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人的手腕结构(1)，该机器人的手腕结构(1)具备：第一手腕构件(2)，其支撑在前臂部(100)，且能够围绕第一轴线(A)旋转；第二手腕构件(3)，其支撑在第一手腕构件(2)上，且能够围绕与第一轴线(A)正交的第二轴线(B)旋转；以及第三手腕构件(4)，其支撑在第二手腕构件(3)上，并且能够围绕与第二轴线(B)正交且与第一轴线(A)位于同一平面内的第三轴线(C)旋转，第二手腕构件(3)在包含第二轴线(B)的位置具备沿着第二轴线(B)的方向贯穿的第二轴中空孔(7)。

Description

机器人的手腕结构
技术领域
本发明涉及机器人的手腕结构。
背景技术
已知一种机器人的手腕结构，其具备：第一手腕构件，其安装在前臂部，且能够围绕第一轴线旋转，第二手腕构件，其支撑在第一手腕构件上，且能够围绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转；第三手腕构件，其支撑在第二手腕构件上，且能够围绕与第一轴线配置在同一平面内的第三轴线旋转，前臂部设置有第一中空部，该第一中空部配置在第一轴线周围，第一手腕构件设置有沿着第一轴线贯穿且与第一中空部连通的贯穿路，第三手腕构件设置有沿着第三轴线贯穿的第二中空部(例如专利文献1)。
根据该手腕结构，能够将线条体从前臂部的后方贯穿第一中空部、贯穿路以及第二中空部布线至第三手腕构件的前端。由此具有如下优点：即使线条体不设置大的额外长度，也能够大幅降低因第一、第二及第三手腕构件的动作而施加给线条体的负担。
从前臂部的后方贯穿第一中空部、贯穿路以及第二中空部连续至第三手腕构件的前端的布线路径，一般用作经由设置在前臂部的后部的中继装置的焊丝以及大电流用的电缆等较高刚度的线条体的布线路径。并且在这种情况下，线条体以容纳在专用导线管内的方式进行布线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-001277号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，也存在需要追加安装微弱电流的传感器用电缆以及小直径的空气管等较低刚度的线条体的情况，但很难将这些线条体后追加容放在上述管道内，并且像传感器电缆这种微弱电流用的电缆，为了防止噪音，最好采用远离大电流电缆的布线路径。另一方面，对于这种后追加的线条体，也最好采用如下布线路径：能够降低为了抑制对机器人手腕附近的外部结构物的干扰而设置的尽可能少的额外长度所施加于线条体的负担。
本发明的目的在于提供一种机器人的手腕结构，其能够以如下布线路径来布线线条体：与从沿着第一轴线贯穿第一手腕构件的贯穿路延伸至沿着第三轴线贯穿第三手腕构件的第二中空部的布线路线不同的、能够降低因最小限度的额外长度而施加于线条体的负担的布线路径。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案是一种机器人的手腕结构，其具备：第一手腕构件，其支撑在前臂部，且能够围绕第一轴线旋转；第二手腕构件，其支撑在该第一手腕构件上，且能够围绕与所述第一轴线正交的第二轴线旋转；第三手腕构件，其支撑在该第二手腕构件上，并且能够围绕与所述第二轴线正交且与所述第一轴线配置在同一平面内的第三轴线旋转，所述第二手腕构件在包含所述第二轴线的位置具备沿着该第二轴线的方向贯穿的第二轴中空孔。
根据本方案，通过使第一手腕构件相对于前臂部围绕第一轴线旋转，使第二手腕构件相对于第一手腕构件围绕第二轴线旋转，使第三手腕构件相对于第二手腕构件围绕第三轴线旋转，能够将安装在第三手腕构件上的工具等的姿态设定为任意姿态。在该情况下，存在需要从第一手腕构件向工具等简易地设置电缆或者空气管等线条体的情况。
在该情况下，能够使线条体贯穿具备于第二手腕构件的包含第二轴线的位置的第二轴中空孔。由此，对于第二手腕构件相对于第一手腕构件围绕第二轴线的旋转动作，经过第二轴中空孔的线条体不会受反复弯折动作这种过度的负荷，能够持久地维持健全的状态。能够将第二轴中空孔两侧露出的部分的线条体的额外长度限制在最小限度，能够容易地避免靠近手腕的外部结构物和线条体的干扰。
在上述方案中，所述第一手腕构件在包含所述第一轴线的位置可以具备沿着所述第一轴线的方向贯穿的第一轴中空孔，所述第三手腕构件在包含所述第三轴线的位置具备沿着所述第三轴线的方向贯穿的第三轴中空孔。
通过该结构，对于较大直径的高刚度的线条体，能够从前臂部侧贯穿第一轴中空孔以及第三轴中空孔布线至固定在第三手腕构件上的工具等。
在上述方案中，可以在所述第一手腕构件配置有两个分别驱动所述第二手腕构件及所述第三手腕构件的驱动马达，并且机器人的手腕结构具备两组分别对各所述驱动马达的旋转进行减速的齿轮组，一组所述齿轮组具备从动侧第一齿轮，所述从动侧第一齿轮以所述第二轴线为中心轴固定在所述第二手腕构件上，另一组所述齿轮组具备从动侧第二齿轮，所述从动侧第二齿轮经由沿着所述第二轴线的方向延伸的轴固定在驱动侧锥齿轮上，所述驱动侧锥齿轮与固定在所述第三手腕构件的从动侧锥齿轮相啮合，所述第二轴中空孔设置在所述轴上。
通过该结构，当一个驱动马达工作时，驱动马达的旋转通过一组齿轮组减速，使得第二手腕构件围绕第二轴线旋转。当另一个驱动马达工作时，驱动马达的旋转通过另一组齿轮组减速，使得第三手腕构件围绕第三轴线旋转。
即，一个驱动马达的旋转通过一组齿轮组减速，使得从动侧第一齿轮围绕第二轴线以高扭矩旋转。由于从动侧第一齿轮被固定在第二手腕构件上，所以能够使第二腕构件相对于第一手腕构件以高扭矩旋转。
另一个驱动马达的旋转通过另一组齿轮组减速，使得从动侧第二齿轮围绕第二轴线以高转矩旋转。从动侧第二齿轮的旋转经由轴传递到驱动侧锥齿轮，能够使与驱动侧锥齿轮相啮合的从动侧锥齿轮及固定在从动侧锥齿轮上的第三手腕构件相对第二手腕构件围绕第三轴线以高转矩旋转。在该情况下，通过在轴上设置第二轴中空孔，能够在确保手腕功能的同时，简易地构成线条体的布线路径。
在上述方案中，所述轴也可以与所述驱动侧锥齿轮一体构成。
通过该结构，能够削减部件的数量。
发明效果
根据本发明，取得如下效果：能够以如下布线路径来布线线条体：与从沿着第一轴线贯穿第一手腕构件的贯穿路延伸至沿着第三轴线贯穿第三手腕构件的第二中空部的布线路径不同的、能够降低因最小限度的额外长度而施加于线条体的负担的布线路径。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的机器人的手腕结构的主视图。
图2是表示图1的手腕结构的纵剖视图。
图3是表示图1的手腕结构的第二手腕构件以及第三手腕构件的放大纵剖视图。
附图标记说明
1、手腕结构
2、第一手腕构件
3、第二手腕构件
4、第三手腕构件
6、第一轴中空孔
7、第二轴中空孔
8、第三轴中空孔
10、11：马达(驱动马达)
12、16：双曲线齿轮组(齿轮组)
13、环形齿轮(从动侧第一齿轮)
18b、环形齿轮(从动侧第二齿轮)
20、驱动侧锥齿轮
21、从动侧锥齿轮
22、轴
A、第一轴线
B、第二轴线
C、第三轴线
100、前臂部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的机器人的手腕结构进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的机器人的手腕结构1是安装在机器人的前臂部100的手腕的结构，其具备第一手腕构件2、第二手腕构件3以及第三手腕构件4。
第一手腕构件2具备支撑在前臂部100上且能够围绕第一轴线A旋转的第一手腕壳体5。
第二手腕构件3支撑在第一手腕构件2上，且能够围绕与第一轴线A正交的第二轴线B旋转。
第三手腕构件4支撑在第二手腕构件3上，并且能够围绕与第二轴线B正交且与第一轴线A配置于同一平面内的第三轴线C旋转。
如图2所示，第一手腕壳体5在包含第一轴线A的位置，具备从前臂部100后方沿第一轴线A的方向贯穿的第一轴中空孔6。第一轴中空孔6内配置有圆筒状的引导管9，该引导管9固定在前臂部100上，且贯穿后述的第一线条体27。
第三手腕构件4在包含第三轴线C的位置，具备沿着第三轴线C方向贯穿的第三轴中空孔。
在本实施方式中，如图2所示，第二手腕构件3在包含第二轴线B的位置，具备沿着第二轴线B的方向贯穿的第二轴中空孔7。
第一手腕壳体5在从第一轴线A向一个方向偏移的位置，沿着第一轴线A的方向延伸，并且在前端支撑有第二手腕构件3。在第一手腕壳体5内固定有旋转驱动第二手腕构件3及第三手腕构件4的马达(驱动马达)10、11。
旋转驱动第二手腕构件3的马达10和第二手腕构件3之间配置有双曲线齿轮组(齿轮组)12，双曲线齿轮组12以预定的减速比对马达10的旋转速度进行减速。双曲线齿轮组12包括：由马达10旋转驱动的图中未示出的小齿轮、以及固定在第二手腕构件3上且与小齿轮相啮合的环形齿轮(从动侧第一齿轮)13。
具体地，如图3所示，第二手腕构件3具备第二手腕壳体14和交叉滚子轴承15，交叉滚子轴承15的外圈固定在第一手腕构件2上，内圈固定在第二手腕壳体14上。双曲线齿轮组12的环形齿轮13固定在交叉滚子轴承15的内圈上。由此，当通过马达10的运行旋转驱动小齿轮时，与小齿轮相啮合的环形齿轮13围绕第二轴线B旋转，使得固定有环形齿轮13的交叉滚子轴承15的内圈以及固定于内圈上的第手腕壳体14围绕第二轴线B旋转。
在旋转驱动第三手腕构件4的马达11和第三手腕构件4之间配置有双曲线齿轮组(齿轮组)16和锥齿轮组17，双曲线齿轮组16以预定的减速比对马达11的旋转速度进行减速，锥齿轮组17将围绕第二轴线B的旋转转换为围绕第三轴线C的旋转。该双曲线齿轮组16也具备：由马达11旋转驱动的小齿轮18a、以及固定在第二手腕构件3上且与小齿轮18a相啮合的环形齿轮(从动侧第二齿轮)18b。
具体地，如图3所示，第三手腕构件4具备：支撑在第二手腕壳体14上且能够围绕第三轴线C旋转的圆筒状的第三手腕壳体19。
锥齿轮组17具备：被支撑为能够围绕第二轴线B旋转的驱动侧锥齿轮20、以及固定于第三手腕壳体19上的从动侧锥齿轮21。
驱动侧锥齿轮20与沿着第二轴线B延伸的轴22一体构成，并且由滚珠轴承23支撑为，能够相对于第二手腕构件3的交叉滚子轴承15的内圈围绕第二轴线B旋转。环形齿轮18b固定在轴22上。通过对交叉滚子轴承15的内圈进行加工而使其与滚珠轴承23的外圈直接嵌合，从而削减了部件的数量。通过使驱动侧锥齿轮20与轴22一体构成也削减了部件的数量。
在本实施方式中，第二轴中空孔7使轴22沿轴线方向贯穿而设置。通过将轴22支撑为能够旋转的滚珠轴承23的外圈与交叉滚子轴承15的内圈直接嵌合，能够削减部件的数量并确保滚珠轴承23的内径尺寸大。由此，确保轴22的外径大，进而确保第二轴中空孔7的内径大。
图中，附图标记24设置在第一手腕壳体5上，是对容纳两个双曲线齿轮组12、16、交叉滚子轴承15、滚珠轴承23及锥齿轮组17的空间进行封闭的外罩。轴22的一端配置成贯穿外罩24，在轴22的一端与外罩24之间配置有密封所述空间的密封部件25。轴22的另一端配置成贯穿第二手腕壳体14，在轴22的另一端与第二手腕壳体14之间配置有密封所述空间的密封部件26。
下面对如此构成的本实施方式所涉及的机器人的手腕结构1的作用进行说明。
根据本实施方式所涉及的机器人的手腕结构1，由于设置于第一手腕壳体5的第一轴中空孔6是沿着第一轴线A设置的，因此从前臂部100的后方贯穿第一轴中空孔6而布线的由点划线示出的线条体27不会受到因第一手腕壳体5围绕第一轴线A旋转而产生的大的负荷。由于设置在第三手腕外壳19的第三轴中空孔8是沿着第三轴线C设置的，因此贯穿第三轴中空孔8的第一线条体27也不会受到因第三手腕外壳19围绕第三轴线C旋转而产生的大的负荷。
由于第一轴线A和第三轴线C始终配置在同一平面内，并且第一手腕壳体5相对于第一轴线A向一个方向偏移，因此，贯穿第一轴中空孔6的第一线条体27不干扰第一手腕壳体5而直接贯穿第三轴中空孔8，并与安装在第三手腕壳体19的前端的未图示的工具相连接。当第二手腕构件3围绕第二轴线B旋转时，贯穿第一轴中空孔6和第三轴中空孔8的第一线条体27虽然受到与第二手腕构件3的旋转角度相应的角度的弯折，但是由于第二轴线B与第一轴线A以及第三轴线C正交，因此仅弯折作用于第一线条体27上，不会受到大的负荷。
根据本实施方式所涉及的机器人的手腕结构1，如图2所示，由于第二手腕构件3具备沿着第二轴线B贯穿的第二轴中空孔7，因此能够将第二线条体28从第一手腕壳体5的外侧贯穿第二轴中空孔7和第三轴中空孔8地进行布线。作为第二线条体28，选择比贯穿第一轴中空孔6的第一线条体27细且柔软的线条体。例如，可以举出传输微弱信号的电缆或供应空气压力的空气软管等。
根据该布线路径，由于第二线条体28沿着第二轴线B配置，因此对于第二手腕构件3相对于第一手腕构件2围绕第二轴线B的旋转动作，第二线条体28不会承受过度的负荷，能够持久地维持健全的状态。并具有如下优点：能够将第二轴中空孔7两侧露出部分的第二线条体28的额外长度抑制在最小限度，从而能够避免靠近手腕的外部结构物与第二线条体28的干扰。
如上所述，由于在第一手腕壳体5配置有旋转驱动第二手腕构件3以及第三手腕构件4的马达10、11，因此向这些马达10、11的布线是沿着经过机器人内部的布线路径进行的。因此，通过沿着经过机器人内部的布线路径，将与第二线条体28连接的线条体布线到第一手腕壳体5的中继箱29，从而用户只要将第二线条体28从中继箱29布线到工具为止即可。由此，能够使第二线条体28的布线作业更加容易。
根据本实施方式，由于在围绕第二轴线B旋转的轴22上设置第二轴中空孔7，因此能够使手腕结构1轻量化。由于通过密封部件25、26密封轴22的两端，将第二轴中空孔7与配置有双曲线齿轮组12、16的空间隔离开，因此能够大幅度地降低填充在空间内的润滑材料的量。由此，能够实现润滑材料的削减和进一步的轻量化。

Claims (4)

1.机器人的手腕结构，其特征在于，具备：
第一手腕构件，其支撑在前臂部，且能够围绕第一轴线旋转；
第二手腕构件，其支撑在该第一手腕构件上，且能够围绕与所述第一轴线正交的第二轴线旋转；以及
第三手腕构件，其支撑在该第二手腕构件上，并且能够围绕与所述第二轴线正交且与所述第一轴线配置于同一平面内的第三轴线旋转，
所述第二手腕构件在包含所述第二轴线的位置具备沿着该第二轴线的方向贯穿的第二轴中空孔。
2.根据权利要求1所述的机器人的手腕结构，其特征在于，
所述第一手腕构件在包含所述第一轴线的位置具备沿着该第一轴线的方向贯穿的第一轴中空孔，
所述第三手腕构件在包含所述第三轴线的位置具备沿着该第三轴线的方向贯穿的第三轴中空孔。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的手腕结构，其特征在于，
在所述第一手腕构件配置有两个分别驱动所述第二手腕构件以及所述第三手腕构件的驱动马达，
所述机器人的手腕结构具备两组分别对各该驱动马达的旋转进行减速的齿轮组，
一组该齿轮组具备从动侧第一齿轮，所述从动侧第一齿轮以所述第二轴线为中心轴固定在所述第二手腕构件上，
另一组所述齿轮组具备从动侧第二齿轮，所述从动侧第二齿轮经由沿着所述第二轴线的方向延伸的轴固定在驱动侧锥齿轮上，所述驱动侧锥齿轮与固定在所述第三手腕构件的从动侧锥齿轮相啮合，
所述第二轴中空孔设置在所述轴上。
4.根据权利要求3所述的机器人的手腕结构，其特征在于，
所述轴与所述驱动侧锥齿轮一体构成。
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