工業用機器人的手腕結構部的製作方法

2023-08-12 21:18:01

工業用機器人的手腕結構部的製作方法
【專利摘要】本發明提供工業用機器人的手腕結構部。減速機構部包括安裝在手腕內框驅動馬達的輸出軸上的第一正齒輪、能旋轉地支撐在安裝於手腕外殼用機框上的第一輔助軸上的第二正齒輪、與第二正齒輪一體且能旋轉地支撐在第一輔助軸上的第三正齒輪、能旋轉地支撐在第二輔助軸上的第四正齒輪、與第四正齒輪一體且能旋轉地支撐在第二輔助軸上的五正齒輪、能旋轉地支撐在第三輔助軸上的第六正齒輪、以及安裝在手腕內框的轉動軸上並與第六齒輪配合的第七正齒輪，第四正齒輪比第一正齒輪靠近手腕外殼用機框而配置。
【專利說明】工業用機器人的手腕結構部
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業用機器人的手腕結構部。本發明尤其涉及設在工業用機器人的臂前端的手腕結構部。
【背景技術】
[0002]工業用機器人的手腕結構部包括手腕機框及能相對於手腕機框轉動的手腕內框。在手腕內框上通過作業部件安裝部安裝有手腕單元、例如手、工具等。內置在手腕機框的驅動馬達的輸出軸的旋轉利用正齒輪減速機構部減速，由此，手腕內框相對於手腕機框轉動。
[0003]在日本特開平7-52074號公報中，在手腕機框的一側配置有由多級正齒輪列構成的正齒輪減速機構部。在正齒輪減速機構部中，能繞手腕內框的動作軸轉動的輸出正齒輪與能繞輔助軸旋轉的小徑正齒輪配合。在該小徑正齒輪上一體地形成有大徑正齒輪。在日本特開平6-297377號公報中也公開了大致同樣的結構的減速機構部。
[0004]在日本特開平7-52074號公報記載的結構中，為了在手腕內框的轉動軸方向使手腕機框與上述小徑正齒輪之間的間隔為最小，上述大徑正齒輪配置在遠離手腕機框的中心軸線的位置。因此，正齒輪減速機構部從手腕機框的一側在手腕內框的轉動軸方向向外側突出，其結果，覆蓋減速機室的罩也向外側突出。由此，在現有技術中，手腕機框在手腕內框的轉動軸方向上的寬度變大，因此，存在從手腕正面觀察時的幹涉半徑也變大之類的問題。

【發明內容】

[0005]本發明是鑑於這種情況而完成的，其目的在於提供能夠減小手腕機框在手腕內框的轉動軸方向上的寬度，並減小從手腕正面觀察時的幹涉半徑的工業用機器人的手腕結構部。
[0006]為了實現上述目的，根據第一方案，一種手腕結構部，其結合在機器人的臂的前端，具有多個動作自由度，具備:在手腕機框內形成相互分離的不同的手腕室的手腕外殼用機框；能轉動地保持在上述手腕室中的一個手腕室內的手腕內框；手腕內框驅動馬達，其在上述手腕室中的另一個手腕室中配置為輸出軸與上述手腕內框的轉動軸平行，並驅動上述手腕內框；另一驅動馬達，其收放在上述手腕內框，並且輸出與上述手腕內框的轉動軸正交的旋轉輸出；罩，其覆蓋上述手腕外殼用機框的一側而形成減速機室；正齒輪減速機構部，其配置在上述減速機室內，將從上述手腕內框驅動馬達的輸出軸得到的旋轉力減速後向上述手腕內框傳遞，在手腕結構部中，上述正齒輪減速機構部包括:第一正齒輪，其安裝在上述手腕內框驅動馬達的輸出軸上；第二正齒輪，其能旋轉地支撐在安裝於上述手腕外殼用機框上的第一輔助軸上，並且直徑比上述第一正齒輪大，並與上述第一正齒輪配合；第三正齒輪，其與上述第二正齒輪一體且能旋轉地支撐在上述第一輔助軸上，並且直徑比上述第二正齒輪小；第四正齒輪，其能旋轉地支撐在安裝於上述手腕外殼用機框上的第二輔助軸，並且直徑比上述第三正齒輪大，並與上述第三正齒輪配合；第五正齒輪，其與上述第四正齒輪一體且能旋轉地支撐在上述第二輔助軸上，並且直徑比上述第四正齒輪小；第六正齒輪，其能旋轉地支撐在安裝於上述手腕外殼用機框內的第三輔助軸上，並且直徑比上述第五正齒輪大，並與上述第五正齒輪配合；以及第七正齒輪，其安裝在上述手腕內框的轉動軸上，並與上述第六齒輪配合，上述第四正齒輪比上述第一正齒輪靠近手腕外殼用機框而配置。
[0007]根據第二方案，在第一方案中，上述手腕內框驅動馬達的輸出軸的前端比上述第一正齒輪至上述第七正齒輪向外側突出。
[0008]本發明的效果如下。
[0009]在第一方案中，作為輸出正齒輪的第七正齒輪與作為空轉齒輪的第六正齒輪配合。並且，小徑的第五正齒輪在與第七正齒輪和第六正齒輪的配合位置相反側與第六正齒輪配合。由於是這種結構，因此與現有技術不同，能將與第五正齒輪一體的第四正齒輪配置在相對於手腕的中心軸線較近的位置，並且將第五正齒輪配置在相對於手腕的中心軸線較遠的位置。其結果，能夠使覆蓋減速室的罩與手腕外殼用機框之間的距離為最小限。即，能夠減小手腕機框在手腕內框的轉動軸方向上的寬度。因此，還能夠減小從手腕正面觀察時的幹涉半徑。
[0010]在第二方案中，在手腕內框驅動馬達的輸出軸的前端比第一正齒輪至第七正齒輪向外側突出的場合，即使是手腕內框驅動用馬達的全長較長的場合，也能夠將正齒輪減速機構部鄰近手腕的中心軸線地配置。因此，能夠進一步減小從手腕正面觀察時的幹涉半徑。
[0011]從附圖所表示的本發明的優選的實施方式的詳細的說明中，本發明的這些目的、特徵及優點及其他目的、特徵及優點變得更明確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是表示具備本發明的手腕結構部的機器人的整體結構的圖。
[0013]圖2是本發明的手腕結構部的立體圖。
[0014]圖3A是本發明的手腕結構部的剖視圖。
[0015]圖3B是卸下圖3A所示的手腕結構部的罩的狀態的側視圖。
[0016]圖3C是從圖3A所示的手腕結構部的手腕前端觀察的端面圖。
【具體實施方式】
[0017]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。在以下的圖中，對同樣的部件標註相同的參照符號。為了容易地理解，這些附圖適當改變比例尺。
[0018]圖1是表示具備本發明的手腕結構部的機器人的整體結構的圖。圖1所示的機器人I是六軸結構的垂直多關節機器人。位於機器人I的前端的手腕2以六自由度安裝。在機器人I的各軸上內置有用於驅動各軸的伺服馬達(圖1中未圖示)。這些伺服馬達利用從該伺服馬達分別延伸的控制電纜連接在機器人控制裝置5上，各伺服馬達由機器人控制裝置5控制。
[0019]如圖1所示，在機器人I的手腕2的前端安裝有作業工具3、例如夾鉗或焊接火炬等。作業工具3用於把持、搬運部件或焊接工件。圖1所示的作業工具用線條體4用於向作業工具3供給電力或空氣等。
[0020]圖2是本發明的手腕結構部的立體圖。在圖2中，手腕2主要包括手腕機框11、能相對於手腕機框11繞J5軸轉動地安裝的手腕內框12。手腕內框12具備作業工具安裝部18，與作業工具3 (圖2中未圖示)一起繞J6軸被旋轉驅動。
[0021]另外，如圖2所示，在手腕機框11的一側安裝有罩15。罩15是稍向外側彎曲的形狀，在罩15與手腕機框11之間配置有正齒輪減速機構部30。
[0022]圖3A是本發明的手腕結構部的剖視圖，圖3B是卸下圖3A所示的手腕結構部的罩的狀態的側視圖。下面，參照圖2至圖3B對正齒輪減速機構部20進行說明。
[0023]如圖3A所示，在手腕機框11內配置有手腕外殼用機框13。從圖3A可以看出，手腕外殼用機框13將手腕機框11內部隔離為多個手腕室。並且，在這些手腕室中的一個手腕室中能繞J5軸轉動地配置手腕內框12。如圖所示，在手腕內框12內配置用於驅動作業工具3 (圖3A中未表示)的驅動馬達22。
[0024]另外，在另一手腕室中配置旋轉驅動手腕內框12的手腕內框驅動馬達21。如圖3A所示，手腕內框驅動馬達21以其輸出軸與手腕2的中心軸線(在圖3A中與J6軸相同)垂直的方式配置。
[0025]另外，手腕外殼用機框13的一側由罩15覆蓋。罩15與手腕外殼用機框13的一側之間的空間是減速機室16，在減速機室16中配置有正齒輪減速機構部30。
[0026]正齒輪減速機構部30主要包括第一正齒輪31?第七正齒輪37、第一輔助軸41?第三輔助軸43。如圖3A所示，第一正齒輪31安裝在手腕內框驅動馬達21的輸出軸上。另夕卜，在手腕外殼用機框13的一側與手腕內框驅動馬達21的輸出軸平行地配置第一輔助軸41、第二輔助軸42及第三輔助軸43。從圖3B可以看出，這些第一輔助軸41?第三輔助軸43與手腕2的中心軸線垂直。
[0027]在第一輔助軸41上能旋轉地支撐有第二正齒輪32，並與第一正齒輪31配合。如圖3A等所示，第二正齒輪32直徑比第一正齒輪31大，在某些實施方式中，第二正齒輪32的直徑大約是第一正齒輪31的直徑的4倍。
[0028]從圖3A及圖3B可以看出，與第二正齒輪32—體的第三正齒輪33能旋轉地支撐在第一輔助軸41上。如圖3A所示，第三正齒輪33位於比第二正齒輪32靠手腕2的中心軸線的位置。
[0029]另外，第二正齒輪32直徑比第三正齒輪33大，在某些實施方式中，第二正齒輪32的直徑大約是第一正齒輪31的直徑的4倍。並且，第三正齒輪33與能旋轉地支撐在第二輔助軸42上的第四正齒輪34配合。
[0030]從圖3A及圖3B可以看出，與第四正齒輪34—體的第五正齒輪35能旋轉地支撐在第二輔助軸42上。如圖3A所示，第五正齒輪35位於比第四正齒輪34遠離手腕2的中心軸線的位置。
[0031]另外，第四正齒輪34直徑比第五正齒輪35大，在某些實施方式中，第四正齒輪34的直徑大約是第五正齒輪35的直徑的4倍。並且，第五正齒輪35與能旋轉地支撐在第三輔助軸43上的第六正齒輪36配合。該第六正齒輪36起到作為空轉齒輪的作用。
[0032]另外，從圖3A及圖3B可以看出，在手腕內框12的轉動軸J5上能旋轉地支撐第七正齒輪37。並且，第七正齒輪37與第六正齒輪36配合。第六正齒輪36的旋轉傳遞到第七正齒輪37上，由於使手腕內框12繞轉動軸J5旋轉，因此第七正齒輪37起到作為輸出正齒輪的作用。[0033]在進行動作時，手腕內框驅動馬達21的驅動轉矩通過第一正齒輪31傳遞到第二正齒輪32。並且，驅動轉矩通過與第二正齒輪32 —體的第三正齒輪33傳遞到第四正齒輪34。接著，驅動轉矩通過與第四正齒輪34 —體的第五正齒輪35傳遞到第六正齒輪36，並通過第六正齒輪36傳遞到第七正齒輪37。由此，手腕內框驅動馬達21的驅動轉矩傳遞到第七正齒輪37，手腕內框12繞轉動軸J5轉動。
[0034]配置在手腕內框12的驅動馬達22的輸出軸連接在未圖示的其他減速機上，對驅動馬達22的驅動力進行減速，並對作業工具安裝部18進行旋轉驅動。其他減速機可以內置在作業工具安裝部18上。驅動馬達22的尺寸根據其輸出軸的樣式，普遍與手腕內框驅動馬達21的尺寸相同，驅動馬達22的J6軸方向的長度與第七正齒輪37的直徑大致相等。
[0035]在本發明中，作為輸出正齒輪的第七正齒輪37與作為空轉齒輪的第六正齒輪36配合。並且，小徑的第五正齒輪35在與第七正齒輪37和第六正齒輪36的配合位置相反側與第六正齒輪36配合。由於是這種結構，因此與現有技術不同，能夠將與第五正齒輪35 —體的第四正齒輪34配置在比第一正齒輪31靠近手腕的中心軸線的位置，並且將第五正齒輪35配置在遠離手腕的中心軸線的位置。
[0036]其結果，能夠使覆蓋減速室16的罩15與手腕外殼用機框13之間的距離為最小限。換言之，在本發明中，能減小手腕機框11在手腕內框12的轉動軸J5的方向上的寬度。
[0037]在此，圖3C是從圖3A所示的手腕結構部的手腕前端觀察的端面圖。如圖3C所示，從J6軸到位於最遠處的罩15的一部分的距離是手腕2的幹涉半徑R。在本發明中，由於是上述結構，因此能夠在轉動軸J5方向減小手腕機框11，其結果，罩15也能夠在轉動軸J5的方向上變小。即，在本發明中，與現有技術相比，能夠減小手腕的幹涉半徑R。
[0038]另外，第一正齒輪31的直徑由齒輪的齒數與齒形的大小(以下為模塊)決定，配合的第二正齒輪32的直徑由與第一正齒輪31的速度比決定。由於需要配合的齒輪間的模塊相同，因此速度比為第一正齒輪31的齒數與第二正齒輪32的齒數比。為了使罩15的高度為最小限而減小第二正齒輪32的直徑,需要減少第二正齒輪32的齒數而減小速度比,或減小第一正齒輪31的直徑。當減小速度比時，輸出的轉矩也變小，當減小第一正齒輪31的直徑時，模塊變小，齒面強度不足。在大部分的場合，第一正齒輪31的齒數根據手腕內框驅動馬達21的軸的直徑與模塊而為最小的齒數。
[0039]在本發明中，由於第一正齒輪31及第二正齒輪32之間的速度比、第三正齒輪33及第四正齒輪34間的速度比、以及第五正齒輪35及第六正齒輪36間的速度比任一個都大約為1:4、並使正齒輪間的速度比互相大致相等，因此將罩15的高度抑制為必要最小限。在上述場合，在手腕內框驅動馬達21的最高轉數是5000rpm的場合，轉動軸J5的最高速度為400deg / sec。
[0040]另外，與驅動馬達22及作業工具安裝部18 —體的手腕內框12優選配置為其長度方向的中心位於轉動軸J5上。其理由在於，為了得到手腕內框12的平衡。換言之，當手腕內框12在J6軸方向向外側突出時，難以將有重量的作業工具3安裝在作業工具安裝部18上，另外，當手腕內框12在J6軸方向向內側後退時，手腕內框12容易與作業工具用線條體4幹涉。因此，如圖3A所示，優選與第七正齒輪37配合的第六正齒輪36的第三輔助軸43定位在與驅動馬達22的後端對應的部位。
[0041]另外，由於減小圖3C所示的幹涉半徑R，因此轉動軸J5方向的手腕內框12的寬度也抑制為最小限。並且，第七正齒輪37配置在手腕的中心軸線附近。在這種結構中，作為空轉齒輪的第六正齒輪36是必須的。並且，在排除了第六正齒輪36的場合，需要如現有技術那樣將第四正齒輪34配置在遠離手腕2的中心軸線的位置。
[0042]因此，在本發明中，能夠維持正齒輪減速機構部36的長處、例如維修作業的簡單化、結構的簡單化、製造成本的降低等，並且減小距J6軸的幹涉半徑R。
[0043]並且，如參照圖3A可以看出，手腕內框驅動馬達21的輸出軸的前端比第一正齒輪31?第七正齒輪37遠離手腕2的中心軸線。換言之，手腕內框驅動馬達21的輸出軸的前端比第一正齒輪31?第七正齒輪37向外側突出。在這種場合，能抑制手腕機框11的大部分向外側突出，能夠進一步減小手腕2在轉動軸J5方向上的寬度。另外，在這種結構中，還能夠減小作用在手腕內框驅動馬達21內的軸承上的力矩，也不需要在手腕內框驅動馬達21的外部配置軸承。
[0044]使用了優選的實施方式說明了本發明，但只要是本領域技術人員，則當然能夠理解能夠不脫離本發明的範圍地進行上述改變及多種其他改變、省略、追加。
【權利要求】
1.一種手腕結構部，其結合在機器人(I)的臂的前端，具有多個動作自由度，具備: 手腕外殼用機框(11)，其在手腕機框內形成相互分離的不同的手腕室； 手月:?內框(12)，其能轉動地保持在上述手1?室中的Iv手1?室內； 手腕內框驅動馬達(21)，其在上述手腕室中的另一個手腕室中配置為輸出軸與上述手腕內框的轉動軸平行，並驅動上述手腕內框； 另一驅動馬達(22)，其收放在上述手腕內框中，並且輸出與上述手腕內框的轉動軸正交的旋轉輸出； 罩(15),其覆蓋上述手腕外殼用機框的一側而形成減速機室(16); 正齒輪減速機構部(30)，其配置在上述減速機室內，將從上述手腕內框驅動馬達的輸出軸得到的旋轉力減速後向上述手腕內框傳遞， 該手腕結構部的特徵在於， 上述正齒輪減速機構部(30)包括: 第一正齒輪(31)，其安裝在上述手腕內框驅動馬達的輸出軸上； 第二正齒輪(32)，其能旋轉地支撐在安裝於上述手腕外殼用機框上的第一輔助軸(41)上，並且直徑比上述第一正齒輪大，並與上述第一正齒輪配合； 第三正齒輪(33)，其與上述第二正齒輪(32)—體且能旋轉地支撐在上述第一輔助軸上，並且直徑比上述第二正齒`輪小； 第四正齒輪(34)，其能旋轉地支撐在安裝於上述手腕外殼用機框上的第二輔助軸(42)上，並且直徑比上述第三正齒輪大，並與上述第三正齒輪配合； 第五正齒輪(35)，其與上述第四正齒輪一體且能旋轉地支撐在上述第二輔助軸上，並且直徑比上述第四正齒輪小； 第六正齒輪(36)，其能旋轉地支撐在安裝於上述手腕外殼用機框內的第三輔助軸(43)上，並且直徑比上述第五正齒輪大，並與上述第五正齒輪配合；以及 第七正齒輪(37)，其安裝在上述手腕內框的轉動軸上，並與上述第六齒輪配合， 上述第四正齒輪(34)比上述第一正齒輪(31)靠近手腕外殼用機框而配置。
2.根據權利要求1所述的手腕結構部，其特徵在於， 上述手腕內框驅動馬達(21)的輸出軸的前端比上述第一正齒輪(31)至上述第七正齒輪(37)向外側突出。
【文檔編號】B25J17/02GK103507080SQ201310168093
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年5月6日 優先權日:2012年6月15日
【發明者】足立悟志 申請人:發那科株式會社