關節驅動裝置和機器人的製作方法

2023-06-10 14:29:06 1

關節驅動裝置和機器人的製作方法
【專利摘要】本發明提供小型、輕量、低成本且內置布線及配管的關節驅動裝置以及機器人。關節驅動裝置包括：將減速器(30)的轉矩輸出向第二連杆(11)傳遞的減速器輸出軸(33)、將轉矩輸出的反作用力從減速器的機架向第一連杆(10)傳遞的動力傳遞軸(14)、配置在減速器輸出軸(33)的外周並與減速器輸出軸(33)連接的減速器輸出軸外筒(13)、配置在動力傳遞軸(14)的外周並與動力傳遞軸(14)連接的動力傳遞軸外筒(12)、以及配置於第一連杆(10)與第二連杆(11)之間且包含布線以及配管的至少一方的管線(40)，動力傳遞軸(14)包括電機機架(21)作為至少一部分，管線(40)被收納在夾在減速器輸出軸(33)與減速器輸出軸外筒(13)的空間、和夾在動力傳遞軸(14)與動力傳遞軸外筒(12)的空間。
【專利說明】關節驅動裝置和機器人

【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及關節驅動裝置和機器人。

【背景技術】
[0002]利用旋轉關節依次連接多個連杆而構成的垂直多關節型機器人、SCARA型機器人從其基部向手臂前端部，除配置用於驅動電機的動力線和信號線之外，還必須配置用於驅動用戶使用的手柄等設備的信號線、空氣配管、用於使用用於檢測物體的照相機等的高速通信用信號線。
[0003]提出有將旋轉關節的旋轉中心部設成中空，在其中使布線及配管通過，從而使電機、減速器、以及軸承一體化的方法。(例如參照專利文獻I)。
[0004]此外，還提出有如下方法，即，在使伺服電機的旋轉軸彎折於電機側的旋轉側電纜導件內將多個電纜設成扁平狀並配置成U字彎曲狀的方法中，通過以省空間的方式收納布線及配管，並利用布線及配管的U字彎曲構造來吸收關節的旋轉運動，從而降低布線及配管的負荷並降低斷線、磨損的風險(例如參照專利文獻2)。
[0005]專利文獻1:國際公開第2004-078423號手冊
[0006]專利文獻2:日本特開2010-284777號公報


【發明內容】

[0007]然而，在專利文獻I中，若將使布線.配管通過的孔設置於電機軸、減速器的輸入輸出軸的中心，則使關節的徑向尺寸增加，因此使手臂形狀變粗，手臂重量增加。此外，若在電機軸、減速器輸入軸設置使布線.配管通過的孔，則高速旋轉的電機軸、減速器輸入軸的外徑增大，因此它們的軸外周部的周速增加，使由油封的唇部與高速旋轉軸的接觸部引起的發熱增加，這導致關節動作速度受到限制，該油封的唇部防止潤滑電機軸承和減速器的油脂、潤滑油的流失、進入。此外，由於油封唇部與高速旋轉軸的摩擦電阻增大而消耗電機產生的轉矩，使關節的加速受到限制。另外，若在電機軸、減速器輸入軸設置使布線及配管通過的孔，則使減速器輸入軸側的慣性增加，從而在加減速時消耗電機轉矩，因此使關節的加減速收到限制。越是軸徑小的小容量的關節驅動裝置，這些技術問題就越變得顯著，因此基於中空構造的布線方式不適用於小型機器人的關節構造。
[0008]此外，在專利文獻2中，在伺服電機的外周設置電機蓋，並在其外周配置電纜導件，因此需要設置於電機與電機蓋之間的空間，這導致關節的外徑擴大。此外，由於沿電纜導件將電纜在軸向上配置成扁平狀，所以為了排列電纜而需要軸向的空間，這導致關節的寬度增加。由於這些理由，該方式需要布線?配管收納部的空間，因此只能應用於機器人手臂的基部等限定的地方。
[0009]本發明正是為了解決上述的技術問題的至少一部分而完成的，能夠作為以下的方式或者應用例來實現。
[0010]應用例I
[0011]本應用例中的關節驅動裝置的特徵在於，第一連杆和第二連杆相對地旋轉運動，該關節驅動裝置包括:電機，其包括轉子、轉子軸、定子、電機機架以及支承轉子軸的軸承；減速器，其對來自上述電機的旋轉進行減速，使該旋轉的轉矩輸出增大並輸出；減速器輸出軸，其將上述轉矩輸出從上述減速器向上述第二連杆傳遞；動力傳遞軸，其將上述轉矩輸出的反作用力從上述減速器的機架向上述第一連杆傳遞；動力傳遞軸外筒，其配置在上述動力傳遞軸的外周，並與該動力傳遞軸連接；減速器輸出軸外筒，其配置在上述減速器輸出軸的外周，並與該減速器輸出軸連接；以及管線，其配置於上述第一連杆與上述第二連杆之間，包含布線以及配管的至少一方，上述動力傳遞軸包括上述電機機架作為至少一部分，上述管線被收納在收納空間中，該收納空間由夾在上述動力傳遞軸外筒與上述動力傳遞軸或者上述減速器的機架或者上述減速器輸出軸之間的空間、和夾在上述減速器輸出軸外筒與上述減速器輸出軸或者上述減速器的機架或者上述動力傳遞軸之間的空間構成。
[0012]根據本應用例，在使第一連杆和第二連杆相互轉動的關節驅動裝置的構造中，將電機機架作為動力傳遞軸的一部分而使用，因此能夠使構造簡單化，並能夠使關節驅動裝置的外徑較小。此外，通過該構造，將收納管線的空間設置於減速器輸出軸或者減速器的機架或者動力傳遞軸的外周，從而能夠較大地確保管線的彎曲半徑，從而能夠減少作用於管線的變形應力，進而能夠提供使管線的耐久性提高的關節驅動裝置。
[0013]應用例2
[0014]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，包括與上述減速器輸出軸連接，並配置在上述減速器的機架或者上述動力傳遞軸的外周的減速器輸出軸套。
[0015]根據本應用例，在減速器輸出軸轉動的區域，管線跟隨減速器輸出軸外筒運動，另一方面，減速器的機架和動力傳遞軸向與此相反的方向轉動，因此減速器的機架以及動力傳遞軸與管線的相對運動產生從而容易產生摩擦，但是通過減速器輸出軸套，防止管線與減速器的機架以及動力傳遞軸的接觸，不產生與管線的摩擦，因此提高管線的耐久性。
[0016]應用例3上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線包括可動部和位於該可動部的兩端的固定部，上述管線的上述固定部的一方在上述動力傳遞軸外筒和上述動力傳遞軸之間沿該動力傳遞軸的周向配置，上述管線的上述固定部的另一方在上述減速器輸出軸外筒和上述減速器的機架或者上述動力傳遞軸之間沿上述減速器輸出軸的周向配置，上述管線的上述可動部在上述動力傳遞軸以及上述減速器輸出軸的周向以U字形狀彎折地配置。
[0017]根據本應用例，若第一連杆和第二連杆相互轉動，則U字形狀的彎折部移動，由此能夠使作用於管線的彎曲應力分散於管線整體，從而能夠確保管線的耐久性。
[0018]應用例4
[0019]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線的上述固定部的一方靠近上述動力傳遞軸側而固定，上述管線的上述固定部的另一方靠近上述減速器輸出軸外筒側而固定。
[0020]根據本應用例，使管線的各固定部的固定位置在動力傳遞軸的徑向偏移而配置，因此使管線與減速器的機架、減速器輸出軸、減速器輸出軸外筒、動力傳遞軸以及動力傳遞軸外筒的接觸壓減少從而能夠防止摩擦，進而能夠提高管線的耐久性。
[0021]應用例5
[0022]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線包括第I管線和第2管線，使上述第I管線與上述第2管線的固定部對置配置，上述管線的各自的U字形狀的彎折部在不重疊的範圍內配置。
[0023]根據本應用例，通過設置兩個系統的管線，使布線以及配管的數量增加至兩倍，使布線.配管分開為兩個系統，從而能夠使管線的粗細變細，因此能夠抑制布線.配管的收納空間，從而能夠構成緊湊的關節。
[0024]應用例6
[0025]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線沿上述動力傳遞軸以及上述減速器輸出軸的周向被配置多個系統。
[0026]根據本應用例，通過設置多個管線的系統，從而能夠增加布線.配管的數量，因此能夠收納必要的管線。
[0027]應用例7
[0028]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線沿上述動力傳遞軸以及上述減速器輸出軸的徑向被配置多個系統。
[0029]根據本應用例，通過設置多個管線的系統，能夠增加布線.配管的數量，因此能夠收納必要的管線。
[0030]應用例8
[0031]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線沿上述動力傳遞軸和上述減速器輸出軸的軸向被配置多個系統。
[0032]根據本應用例，通過設置多個管線的系統，能夠增加布線.配管的數量，因此能夠收納必要的管線。
[0033]應用例9
[0034]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，包括機械制動器，上述機械制動器被配置在上述第一連杆或者上述第二連杆的內部的空間。
[0035]根據本應用例，能夠利用第一連杆或者第二連杆的內部的空間來配置機械制動器，因此能夠縮小關節驅動裝置的旋轉軸向的寬度，從而能夠使關節驅動裝置小型化。
[0036]應用例10
[0037]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，包括位置檢測器，上述位置檢測器被配置在上述第一連杆或者上述第二連杆的內部的空間。
[0038]根據本應用例，能夠利用第一連杆或者第二連杆的內部的空間來配置位置檢測器，因此能夠縮短關節驅動裝置的旋轉軸向的寬度，從而能夠使關節驅動裝置小型化。
[0039]應用例11
[0040]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，包括電機驅動電路和位置檢測器處理電路，上述電機驅動電路以及上述位置檢測器處理電路被配置在上述第一連杆或者上述第二連杆內。
[0041]根據本應用例，能夠使電機與電機驅動電路、以及位置檢測器與位置檢測電路接近地配置，因此能夠縮短電機與電機驅動電路之間的布線以及位置檢測器與位置檢測電路之間的布線，從而能夠使關節驅動裝置小型化。
[0042]應用例12
[0043]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述電機的上述定子被燒嵌或者壓入到上述電機機架。
[0044]根據本應用例，通過燒嵌或者壓入定子，能夠減少將定子固定於電機機架的部件，從而能夠使關節驅動裝置小型化，並降低成本。
[0045]應用例13
[0046]上述應用例所記載的關節驅動裝置的特徵在於，上述管線在上述收納空間、或者上述減速器輸出軸外筒以及上述動力傳遞軸外筒中，與電路板或者連接器連接。
[0047]根據本應用例，在收納空間、或者減速器輸出軸外筒以及動力傳遞軸外筒，能夠使管線轉接或者分叉，因此提高組裝以及分解的操作性。
[0048]應用例14
[0049]本應用例所涉及的機器人的特徵在於，具備上述的任一項所記載的關節驅動裝置。
[0050]根據本應用例，在通過旋轉關節依次連接連杆而構成手臂的垂直多關節型機器人、SCARA型機器人中，將管線收納於手臂內部，減少管線的彎曲、扭轉的變形，從而能夠防止斷線、破損而延長壽命。此外，能夠將管線緊湊地收納與關節內部，因此能夠構成小型輕型且可動範圍廣的機械手臂。並且，管線能夠從組裝機身後卷繞於軸地配置，因此能夠實現組裝簡單、容易進行管線的追加、更換的機器人。另外，容易將管線收納於手臂內部而成為防水.防塵構造，因此能夠實現防水.防塵式的機器人。由此，能夠提供小型.輕型.低成本的機器人。
[0051]應用例15
[0052]上述應用例所記載的機器人的特徵在於，上述關節驅動裝置的上述第二連杆向相對於上述第一連杆彎曲關節的方向轉動。
[0053]根據本應用例，能夠使連接連杆的關節的寬度較小，因此能夠實現纖細的手臂。此夕卜，能夠得到較廣的關節動作範圍，因此能夠擴大機器人手臂的可動範圍。
[0054]應用例16
[0055]上述應用例所記載的機器人的特徵在於，上述關節驅動裝置的上述第二連杆向相對於上述第一連杆扭轉關節的方向轉動。
[0056]根據本應用例，能夠使機器人手臂的外徑較細，因此能夠抑制連杆間的幹擾，從而能夠擴大機器人手臂的可動範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1是表示第I實施方式的促動器的外形的立體圖。
[0058]圖2是表示在第I實施方式的促動器中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖和剖視圖。
[0059]圖3是表示第I實施方式的促動器的內部構造的剖視圖。
[0060]圖4是表示第I實施方式的促動器的管線的動作的示意圖。
[0061]圖5是表不第I實施方式的SCARA型機器人的結構的不意圖。
[0062]圖6是表示第I實施方式的六軸垂直多關節型機器人的結構的示意圖。
[0063]圖7是表示第I實施方式的雙臂7軸機器人的結構的示意圖。
[0064]圖8是表示在第2實施方式的使管線對置地配置的促動器中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0065]圖9是表示第2實施方式的促動器的管線的動作的示意圖。
[0066]圖10是表示在將第3實施方式的多個管線配置於周向的促動器中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0067]圖11是表示在將第4實施方式的多個管線配置於徑向的促動器中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0068]圖12是表示在將第5實施方式的多個管線配置於軸向的促動器中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。

【具體實施方式】
[0069]第I實施方式
[0070]圖1是表示本實施方式的促動器I的外形的立體圖，圖2是表示在本實施方式的促動器I中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖。
[0071]如圖1所示，將本實施方式的促動器I配置為基點連杆(第一連杆)10與轉動連杆(第二連杆)11能夠相互轉動，在它們之間配置有傳動軸外筒12和減速器輸出軸外筒13。在傳動軸外筒12設置有基點連杆管線取出口 16，並配置有基點連杆固定管線41。在減速器輸出軸外筒13設置有轉動連杆管線取出口 17，並配置有轉動連杆固定管線42。
[0072]如圖2所示，促動器I在基點連杆10與轉動連杆11之間配置有電機20、減速器30、減速器輸出軸套35以及管線40。
[0073]管線40收納於傳動軸外筒12、減速器輸出軸外筒13、傳動軸14、減速器30、減速器輸出軸套35、以及基點連杆10與轉動連杆11所夾著的空間。管線40是布線以及配管至少一方。此外，管線40是總稱電力線、信號線、輸送氣體的氣體用配管、以及輸送液體的液體用配管等。此外，氣體用配管還包括真空用配管。
[0074]管線40通過基點連杆管線夾45被固定於基點連杆10，通過轉動連杆管線夾46被固定於轉動連杆11。管線40由基點連杆管線夾45與轉動連杆管線夾46所夾著的管線可動部43、固定於基點連杆10的基點連杆固定管線41、以及相對於轉動連杆11固定的轉動連杆固定管線42構成。
[0075]基點連杆管線夾45也可以靠近傳動軸14側固定管線40。轉動連杆管線夾46可以靠近減速器輸出軸外筒13固定管線40。通過像這樣固定管線40，能夠減少管線40與傳動軸外筒12的內周以及、傳動軸14接觸，從而能夠提高管線40的耐久性。
[0076]管線40沿著傳動軸14、減速器機架31、減速器輸出軸套35、以及減速器30的外周與傳動軸外筒12的內周、減速器輸出軸外筒13的內周配置。管線可動部43沿著傳動軸14以及減速器輸出軸33 (參照圖3)的周向彎折配置為U字形狀。
[0077]若轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉，則管線可動部43的U字彎曲部的位置移動。由此，作用於管線40的應力變緩和。此時，管線40僅彎曲變形沒有伴隨扭轉變形，U字部移動，從而通過管線可動部43整體吸收作用於管線的應力，因此作用於管線40的應力較小，從而能夠提高管線40的耐久性。
[0078]圖3是表示本實施方式的促動器I的內部構造的剖視圖。如圖3所示，促動器I由電機20、減速器30、減速器輸出軸套35、減速器輸出軸33、以及至少包括電機20的電機機架21作為一部分的傳動軸14、傳動軸外筒12、減速器輸出軸外筒13、位置檢測器50、機械制動器51、關節支承軸承15、轉子軸支承主軸承25、轉子軸支承副軸承26、電機油封27、減速器油封34、電機驅動電路18、位置檢測器處理電路19構成。
[0079]電機20由電機機架21、轉子22、轉子軸23、定子24、轉子軸支承主軸承25、轉子軸支承副軸承26以及電機油封27構成。轉子軸23被轉子軸支承主軸承25與轉子軸支承副軸承26支承，且在減速器輸入軸32與減速器30的內部連接。電機油封27防止對減速器30的內部進行潤滑的潤滑脂或者潤滑油侵入轉子22與定子24之間。
[0080]減速器30由減速器機架31、減速器輸入軸32、減速器輸出軸33、減速器油封34、關節支承軸承15以及齒輪機構構成。減速器機架31經由電機機架21或者傳動軸14與基點連杆10連接，減速器輸出軸33與轉動連杆11連接。減速器輸入軸32在減速器30的內部與電機20的轉子軸23連接，通過齒輪機構使電機20產生的扭矩增大而取出至減速器輸出軸33，對轉動連杆11進行驅動。
[0081]在本實施方式中，減速器30的齒輪機構使用波動齒輪、其他減速機構。
[0082]減速器輸出軸套35與減速器輸出軸33連接，配置於減速器機架31或者傳動軸14的外周。減速器輸出軸套35防止管線40與減速器機架31或者與傳動軸14接觸。
[0083]減速器油封34防止對減速器30的內部進行潤滑的潤滑脂或者潤滑油向機械制動器51側流出。
[0084]傳動軸14兼作電機機架21，並在內部配置有構成電機20的轉子22、轉子軸23、定子24、轉子軸支承主軸承25、轉子軸支承副軸承26以及電機油封27。傳動軸14 一側的端面與減速器機架31連接，另一側的端面與基點連杆10連接。傳動軸14將用於驅動轉動連杆11的扭矩的反作用力傳遞至基點連杆10。
[0085]通過使傳動軸14的至少一部分與電機機架21成為一體，與使電機機架21與傳動軸14獨立地配置的情況相比，能夠縮短促動器I的徑向長度，因此能夠使促動器I小型化、輕型化。另外，能夠使在驅動電機20時從定子24產生的熱量經由傳動軸14散熱，因此能夠構成散熱性好的促動器I。
[0086]管線40收納於被傳動軸外筒12與電機機架21或者傳動軸14圍起的空間、和被減速器輸出軸外筒13與減速器機架31或者傳動軸14圍起的空間。
[0087]關節支承軸承15相對於基點連杆10通過懸臂構造對轉動連杆11進行支承。在本實施方式中，使用了懸臂構造的關節支承方法，也可以使用雙支撐構造的關節支承方法。
[0088]位置檢測器50也可以配置於基點連杆10的內部。由此，能夠縮短基點連杆10與轉動連杆11之間的長度，從而能夠使促動器I小型化。位置檢測器50可以使用單元構造，也可以使用模塊構造。
[0089]機械制動器51也可以使轉子軸23貫通減速器輸出軸33的中心部而與機械制動器51的輸入軸連接，並配置於轉動連杆11的內部。由此，能夠縮短基點連杆10與轉動連杆11之間的長度，從而能夠使促動器I小型化。
[0090]關節驅動裝置I也可以具備電機驅動電路18和位置檢測器處理電路19。電機驅動電路18以及位置檢測器處理電路19也可以配置於傳動軸外筒12與傳動軸14之間、減速器輸出軸外筒13與減速器機架31之間、或者基點連杆10、轉動連杆11的內部。由此，能夠縮短基點連杆10與轉動連杆11之間的長度，從而能夠使促動器I小型化。
[0091]另外，電機20的定子24可以燒嵌或者按壓插入到電機機架21。由此，通過燒嵌或者按壓插入定子24，能夠減少將定子24固定於電機機架21的部件，從而能夠使促動器I小型化，進而降低成本。
[0092]圖3是示意圖，故省略了剖視圖，縮尺也以容易看清圖的方式設定。管線40是捆綁一個或者多個管線而形成的。另外，管線40能夠彎曲，並能夠跟隨於基點連杆10與轉動連杆11相互旋轉的動作而彎曲。
[0093]對這樣構成的本實施方式的動作進行說明。
[0094]若對電機20進行驅動，則連接於減速器輸出軸33的轉動連杆11相對於連接於傳動軸14的基點連杆10而轉動。管線40通過使U字形狀的管線可動部43在由減速器輸出軸33與減速器輸出軸外筒13或者傳動軸14與傳動軸外筒12夾著的空間內移動，來吸收基點連杆10與轉動連杆11的角度變化。
[0095]若轉動連杆11相對於基點連杆10順時針(CW)旋轉，則管線40以被捲入的形式移動，從而一邊卷繞於減速器輸出軸套35—邊移動。相反地若逆時針(CCW)旋轉，則管線40以被推出的形式移動，從而沿著減速器輸出軸外筒13以及傳動軸外筒12移動。在該動作中，管線40僅作用有彎曲變形，U字形狀的彎曲部伴隨著連杆的旋轉在管線40上移動，因此彎曲變形的應力被管線整體吸收，從而能夠提高管線40的耐久性。
[0096]根據本實施方式，轉子軸23通過實心構造，相對於中空構造的軸慣性小，並能夠進行高速的加速減速的動作。另外，轉子軸23通過實心構造，相對於中空構造的軸外徑較小，與油封的接觸部的相對速度較低，因此發熱較少，能夠進行高速旋轉。
[0097]圖4是表示本實施方式的促動器I的管線40的動作的示意圖。換言之，是表示管線40伴隨著本實施方式的連杆的旋轉的變形的示意圖。利用該圖，對轉動連杆11相對於基點連杆10的旋轉與管線可動部43的U字彎曲部的移動的關係進行說明。
[0098]在圖4(a)中，在基點連杆管線取出口 16與轉動連杆管線取出口 17成為促動器I的相同周向的基準位置，使基點連杆10與轉動連杆11所成的角度為O度。
[0099]圖4(b)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉+180度旋轉時的管線40的變形。由於管線彎折為U字形狀，因此管線可動部43的U字彎曲部的位置移動相對於轉動連杆11的旋轉角度的1/2的角度。在該情況下，U字彎曲部移動至270度(=初始位置180+移動量180/2)的位置。
[0100]圖4(c)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉+330度時的管線40的變形。在該情況下，U字彎曲部移動至345度(=初始位置180+移動量330/2)的位置。
[0101]圖4(d)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉-180度時的管線40的變形。在該情況下，U字彎曲部移動至90度(=初始位置180-移動量180/2)的位置。
[0102]圖4(e)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉+330度旋轉時的管線40的變形。在該情況下，U字彎曲部移動至15度(=初始位置180-移動量330/2)的位置。
[0103]對於轉動連杆11相對於基點連杆10能夠旋轉的角度範圍而言，正方向為U字彎曲部不越過管線的基點連杆固定部的範圍，負方向為U字彎曲部不越過轉動連杆固定部的範圍。根據該條件，理想情況下，轉動連杆11能夠相對於基點連杆10旋轉±360。
[0104]接下來，針對具備本實施方式的促動器的機器人的實施方式進行例示。圖5、圖6以及圖7是表示本實施方式的機器人的機械手臂的示意圖。
[0105]圖5是表示本實施方式的SCARA型機器人201的結構的示意圖。換言之，是在SCARA型機器人201應用本發明的示意圖。
[0106]機械手主體依次配置有Jl軸促動器61、J2軸促動器62、J3軸促動器63、J4軸促動器64以及末端執行器60。在由旋轉關節構成的Jl軸促動器61、J2軸促動器62、以及J4軸促動器64中能夠應用本發明。Jl軸促動器61、J2軸促動器62以及J4軸促動器64被配置於彎曲關節的方向。
[0107]根據本實施方式，能夠使構成SCARA型機器人101的關節的寬度與高度變小，因此能夠實現小型的SCARA型機器人101。
[0108]圖6是表示本實施方式的六軸垂直多關節型機器人102的結構的示意圖。換言之，是在六軸垂直多關節型機器人102應用本發明的示意圖。
[0109]從機械手主體依次配置有Jl軸促動器71、J2軸促動器72、J3軸促動器73、J4軸促動器74、J5軸促動器75、J6軸促動器76以及末端執行器70。Jl軸促動器71、J4軸促動器74、J6軸促動器76配置於扭轉關節的方向，J2軸促動器72、J3軸促動器73以及J5軸促動器75配置於彎曲關節的方向。
[0110]根據本實施方式，能夠使扭轉的關節的直徑較小，因此能夠構成小型化的六軸垂直多關節型機器人102。另外，能夠使彎曲的關節的直徑與寬度較小，因此能夠構成防止連杆間的幹擾而保持較廣的動作範圍的六軸垂直多關節型機器人102。
[0111]圖7是表示本實施方式的雙臂7軸機器人的結構的示意圖。換言之，在雙手臂7軸垂直多關節型機器人103中應用本發明的示意圖。
[0112]從機械手主體依次配置有右手臂ii Jl軸促動器81、J2軸促動器82、J3軸促動器83、J4軸促動器84、J5軸促動器85、J6軸促動器86、J7軸促動器87以及末端執行器80。左手臂依次配置有Jl軸促動器91、J2軸促動器92、J3軸促動器93、J4軸促動器94、J5軸促動器95、J6軸促動器96、J7軸促動器97以及末端執行器90。Jl軸促動器81、91、J3軸促動器83、93、J5軸促動器85、95、J7軸促動器87、97配置於扭轉關節的方向，J2軸促動器82、92、J4軸促動器84、94、J6軸促動器86、96配置於彎曲關節的方向。
[0113]根據本實施方式，能夠使扭轉的關節的直徑較小，因此能夠構成小型化的雙臂7軸垂直多關節型機器人103。另外，能夠使彎曲的關節的直徑與寬度較小，因此能夠構成防止連杆間的幹擾並保持較廣的動作範圍的雙手臂7軸垂直多關節型機器人103。
[0114]接下來，對關於管線的配置方法的實施方式進行說明。
[0115]第2實施方式
[0116]圖8是表示在使本實施方式的管線對置配置的促動器2中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0117]如圖8(a)以及(b)所示，本實施方式的促動器2包括第一管線111和第二管線112，使第一管線111與第二管線112的固定部對置配置，並使各個管線可動部43以彎折為U字形狀的方式配置。如圖8(b)所示，第一管線111與第二管線112在將傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周分割為兩等份的區域不與U字部重疊的範圍內配置。
[0118]根據本實施方式，通過設置雙系統的管線，使布線及配管的數量增加至兩倍、使布線及配管分開為兩條線路，從而能夠使管線粗細較細，進而抑制布線及配管的空間，能夠構成緊湊的關節。
[0119]圖9是表示本實施方式的促動器2的管線的動作的示意圖。換言之，是表示伴隨著本實施方式的轉動連杆11相對於基點連杆10的旋轉的第一管線111與第二管線112的變形的示意圖。利用該圖，對轉動連杆11相對於基點連杆10的轉動、和第一管線111與第二管線112的U字彎曲部的移動的關係進行說明。
[0120]在圖9(a)中，在基點連杆管線取出口 16與轉動連杆管線取出口 17成為促動器2的相同周向的基準位置，將基點連杆10與轉動連杆11所成的角度設為O度。此時，第一管線111的U字部與第二管線112的U字部配置於對置的位置。
[0121]圖9 (b)是表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉+180度時的第一管線111與第二管線112的變形。第一管線111與第二管線112的U字部保持對置的位置關係而移動。由於管線彎折為U字形狀，因此管線可動部43的U字彎曲部的位置移動相對於轉動連杆11的旋轉角度的1/2的角度。在該情況下，U字彎曲部移動至270度(=初始位置180+移動量180/2)的位置。
[0122]圖9(c)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉+330度時的第一管線111與第二管線112的變形。在該情況下，U字彎曲部移動至345度(=初始位置180+移動量330/2)的位置。
[0123]圖9 (d)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉-180度時的第一管線111與第二管線112的變形。在該情況下，U字彎曲部移動至90度(=初始位置180-移動量180/2)的位置。
[0124]圖9 (e)表示轉動連杆11相對於基點連杆10旋轉-330度時的第一管線111與第二管線112的變形。在該情況下，U字彎曲部移動至15度(=初始位置180-移動量330/2)的位置。
[0125]對於轉動連杆11相對於基點連杆10能夠旋轉的角度範圍而言，正方向與負方向都為第一管線111以及第二管線112的U字彎曲部不越過基點連杆固定管線41以及轉動連杆固定管線42的範圍。根據該條件，理想情況下，轉動連杆11能夠相對於基點連杆10旋轉±360。
[0126]第3實施方式
[0127]圖10是表示在將本實施方式的多個管線配置於周向的促動器3中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0128]如圖10(a)以及(b)所示，本實施方式的促動器3包括第一管線111、第二管線112、第三管線113以及第四管線114，並使第一管線111與第二管線112的固定部對置配置，使第三管線113與第四管線114的固定部對置配置，使各自的管線可動部43彎折為U字形狀，並使傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周分割為兩等分配置。如圖10(b)所示，第一管線111與第三管線113、以及第二管線112與第四管線114在傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周不與U字部重疊的範圍配置。
[0129]根據本實施方式，通過設置四個系統的管線，使布線及配管的數量增加至四倍、使布線及配管分開為四個系統，從而能夠使管線的粗細變細，因此能夠抑制布線及配管的空間，能夠構成緊湊的關節。在本實施方式中，轉動連杆11相對於基點連杆10的旋轉範圍在理想情況下，能夠確保±180度。並且，通過將傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周分割η等份，配置nX 2個系統的布線.配管，能夠增加布線.配管的數量，因此能夠收納必要的管線。
[0130]此外，在本實施方式中，使第一管線111與第二管線112、以及第三管線113與第四管線114對置配置，但也可以僅配置一方的管線。
[0131]第4實施方式
[0132]圖11是表示在將本實施方式的多個管線配置於徑向的促動器4中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0133]如圖11(a)所示，本實施方式的促動器4包括第一管線111、第二管線112、第三管線113以及第四管線114，並使第一管線111與第二管線112的固定部對置配置，使第三管線113與第四管線114的固定部對置配置，使各自的管線可動部43彎折為U字形狀地配置。如圖11 (b)所示，第一管線111與第二管線112在傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周不與U字部重疊的範圍內配置。並且，第三管線113與第四管線114在上述外周不與U字部重疊的範圍內配置。
[0134]根據本實施方式，通過設置四個系統的管線，使布線及配管的數量增加至四倍，使布線及配管分開為四個系統，從而能夠使管線的粗細變細，因此能夠抑制布線及配管的空間，從而能夠構成緊湊的關節。在本實施方式中，轉動連杆11相對於基點連杆10的旋轉範圍在理想情況下能夠確保±180度。並且，通過在傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周周向配置布線及配管，能夠增加布線及配管的數量，因此能夠收納必要的管線。
[0135]此外，在本實施方式中，使第一管線111與第二管線112、以及第三管線113與第四管線114對置配置，但也可以僅配置一方的管線。
[0136]第5實施方式
[0137]圖12是表示在將本實施方式的多個管線配置於軸向的促動器5中取下筒狀外筒的狀態的內部的立體圖與剖視圖。
[0138]如圖12(a)所示，本實施方式的促動器5包括第一管線111、第二管線112、第三管線113以及第四管線114，並使第一管線111與第二管線112的固定部對置配置，使第三管線113與第四管線114的固定部對置配置，使各自的管線可動部43彎折為U字形狀地配置。如圖12(b)所示，第一管線111與第二管線112在傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的外周不與U字部重疊的範圍內配置。並且，第三管線113與第四管線114在第一管線111與第二管線112的U字形狀的彎折配置的內側不與U字部重疊的範圍內配置。
[0139]根據本實施方式，通過設置四個系統的管線，使布線及配管的數量增加至四倍，使布線及配管分開為四個系統，從而能夠使管線粗細較細，因此能夠抑制布線及配管的空間，從而能夠構成緊湊的關節。在本實施方式中，轉動連杆11相對於基點連杆10的旋轉範圍在理想情況下能夠確保±180度。並且，通過在傳動軸14、減速器機架31以及減速器輸出軸33的軸向配置布線.配管，能夠增加布線.配管的數量，因此能夠收納必要的管線。
[0140]此外，在本實施方式中，使第一管線111與第二管線112、以及第三管線113與第四管線114對置配置，但也可以僅配置一方的管線。
[0141]本實施方式能夠共通地適用於機械裝置的旋轉部，除了機器人101、102、103的關節之外，還能夠在伴隨著旋轉運動的機械裝置內置各管線111，112，113，114的機器中應用。另外，使減速器與電機一體化，並在此應用本實施方式，從而能夠構成內置各管線111、112、113、114的旋轉驅動單元。
[0142]符號說明
[0143]1，2，3，4，5…促動器(關節驅動裝置);10…基點連杆(第一連杆);11…轉動連杆(第二連杆)；12…傳動軸外筒；13...減速器輸出軸外筒；14...傳動軸；15…關節支承軸承；16…基點連杆管線取出口 ；17…轉動連杆管線取出口 ；18...電機驅動電路；19…位置檢測器處理電路;20…電機;21…電機機架;22…轉子;23…轉子軸;24…定子;25…轉子軸支承主軸承；26…轉子軸支承副軸承；27...電機油封；30…減速器；31…減速器機架；32...減速器輸入軸；33…減速器輸出軸；34…減速器油封；35…減速器輸出軸套；40...管線；4L...基點連杆固定管線；42…轉動連杆固定管線；43…管線可動部；45…基點連杆管線夾；46...轉動連杆管線夾；50...位置檢測器；51...機械制動器；60、70、80、90…末端執行器；61、71、81、91…Jl軸促動器；62、72、82、92…J2軸促動器；63、73、83、93…J3軸促動器；64、74、84、94...J4軸促動器;75、85、95…J5軸促動器；76、86、96…J6軸促動器；87、97…J7軸促動器；101...SCARA型機器人；102…六軸垂直多關節型機器人；103…雙臂七軸多關節型機器人；111…第一管線；112…第二管線；113…第三管線；114…第四管線。
【權利要求】
1.一種關節驅動裝置，其特徵在於，第一連杆和第二連杆相對地旋轉運動， 所述關節驅動裝置包括: 電機，其包括轉子、轉子軸、定子、電機機架以及支承轉子軸的軸承； 減速器，其對來自所述電機的旋轉進行減速，使該旋轉的轉矩輸出增大並輸出； 減速器輸出軸，其將所述轉矩輸出從所述減速器向所述第二連杆傳遞； 動力傳遞軸，其將所述轉矩輸出的反作用力從所述減速器的機架向所述第一連杆傳遞; 動力傳遞軸外筒，其配置在所述動力傳遞軸的外周，並與該動力傳遞軸連接； 減速器輸出軸外筒，其配置在所述減速器輸出軸的外周，並與該減速器輸出軸連接；以及 管線，其配置於所述第一連杆與所述第二連杆之間，包含布線以及配管的至少一方， 所述動力傳遞軸包括所述電機機架作為至少一部分， 所述管線被收納在收納空間中，該收納空間由夾在所述動力傳遞軸外筒與所述動力傳遞軸或者所述減速器的機架或者所述減速器輸出軸之間的空間、和夾在所述減速器輸出軸外筒與所述減速器輸出軸或者所述減速器的機架或者所述動力傳遞軸之間的空間構成。
2.根據權利要求1所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述關節驅動裝置包括與所述減速器輸出軸連接，並配置在所述減速器的機架或者所述動力傳遞軸的外周的減速器輸出軸套。
3.根據權利要求1或2所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線包括可動部和位於該可動部的兩端的固定部， 所述管線的所述固定部的一方在所述動力傳遞軸外筒和所述動力傳遞軸之間沿所述動力傳遞軸的周向配置， 所述管線的所述固定部的另一方在所述減速器輸出軸外筒和所述減速器的機架或者所述動力傳遞軸之間沿所述減速器軸的周向配置， 所述管線的所述可動部在所述動力傳遞軸以及所述減速器輸出軸的周向以U字形狀彎折地配置。
4.根據權利要求3所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線的所述固定部的一方靠近所述動力傳遞軸側而固定， 所述管線的所述固定部的另一方靠近所述減速器輸出軸外筒側而固定。
5.根據權利要求1?4中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線包括第一管線和第二管線， 使所述第一管線與所述第二管線的固定部對置配置， 所述管線各自的U字形狀的彎折部在不重疊的範圍內配置。
6.根據權利要求1?5中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線沿所述動力傳遞軸以及所述減速器輸出軸的周向被配置多個系統。
7.根據權利要求1?6中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線沿所述動力傳遞軸以及所述減速器輸出軸的徑向被配置多個系統。
8.根據權利要求1?6中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線沿所述動力傳遞軸以及所述減速器輸出軸的軸向被配置多個系統。
9.根據權利要求1?8中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 包括機械制動器， 所述機械制動器被配置在所述第一連杆或者所述第二連杆的內部的空間。
10.根據權利要求1?8中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 包括位置檢測器， 所述位置檢測器被配置在所述第一連杆或者所述第二連杆的內部的空間。
11.根據權利要求1?8中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 包括電機驅動電路和位置檢測器處理電路， 所述電機驅動電路以及所述位置檢測器處理電路被配置在所述第一連杆或者所述第二連杆內。
12.根據權利要求1?8中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述電機的所述定子被燒嵌或者壓入到所述電機機架。
13.根據權利要求1?8中任一項所述的關節驅動裝置，其特徵在於， 所述管線在所述收納空間、或者所述減速器輸出軸外筒以及所述動力輸出軸外筒中，與電路板或連接器連接。
14.一種機器人，其特徵在於，具備權利要求1?13中任一項所述的關節驅動裝置。
15.根據權利要求14所述的機器人，其特徵在於， 所述關節驅動裝置的所述第二連杆向相對於所述第一連杆彎曲關節的方向轉動。
16.根據權利要求14所述的機器人，其特徵在於， 所述關節驅動裝置的所述第二連杆向相對於所述第一連杆扭轉關節的方向轉動。
【文檔編號】B25J19/00GK104416580SQ201410455870
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】平林友一 申請人:精工愛普生株式會社