機器人的手腕結構的製作方法

2023-05-29 19:21:46

本發明涉及一種機器人的手腕結構。

背景技術：

在現有技術中，已知一種機器人的手腕結構，其具備：第一手腕單元，其能夠圍繞第一軸線旋轉；第二手腕單元，其以能夠圍繞與第一軸線正交的第二軸線進行旋轉的方式支撐於該第一手腕單元；以及第三手腕單元，其以能夠圍繞與第二軸線正交的第三軸線進行旋轉的方式支撐於該第二手腕單元(例如，參照專利文獻1)。

該手腕結構將設置於第一手腕單元的第二手腕用馬達和第三手腕用馬達的動力，分別經由具有小齒輪和齒圈(ringgear)的兩對雙曲線齒輪組，而傳遞至第二手腕單元和第三手腕單元。

兩個齒圈同軸配置，徑向外側的齒圈對一個手腕用馬達的旋轉進行減速而驅動第二手腕單元，徑向內側的齒圈對另一個手腕用馬達的旋轉進行減速，並經由第二驅動要素內的錐齒輪組而驅動第三手腕單元。

在專利文獻1的手腕結構中，第二手腕單元具備：第一殼體，其具有固定於徑向外側的齒圈的輸出凸緣；第二殼體，其固定於該第一殼體的輸出凸緣；以及第三殼體，其固定於第一殼體和第二殼體。在第一殼體容納有在徑向內側的齒圈上固定的第三手腕單元的驅動側的錐齒輪。第三殼體可旋轉地支撐第三手腕單元，並且容納有從動側的錐齒輪。

而且，第二殼體作為用於連結第一殼體與第二殼體的部件起作用。這些三個殼體利用螺釘相互緊固，並且在通過定位銷進行定位的狀態下進行固定。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4233578號公報

技術實現要素：

發明要解決的問題

但是，在專利文獻1的手腕結構中，第二殼體和第三殼體分體構成，並利用銷和螺釘固定為定位狀態，因此存在部件件數多，加工成本和組裝成本變高的不良情況。

另外，在專利文獻1的手腕結構中，第三手腕單元的驅動側的錐齒輪配置於比第一殼體的輸出凸緣的凸緣面更沿軸方向下陷的位置。因此，為了使容納於第三殼體的從動側的錐齒輪與容納於第一殼體的驅動側的錐齒輪嚙合，需要切除第一殼體的輸出凸緣的一部分從而露出驅動側的錐齒輪。

其結果，存在如下不良情況：無法採用由第一殼體的輸出凸緣和第二殼體之間的凹坑進行的定位、基於環狀密封部件的針對整個圓周的密封結構，從而無法提高組裝性、密封性。

本發明是鑑於上述情況而提出的，其目的在於，提供一種機器人的手腕結構，其能夠減少第二手腕單元的部件件數而實現低成本化，並且，能夠提高加工性、組裝性以及密封性。

用於解決問題的方案

為實現上述目的，本發明提供以下方案。

本發明的一個方案提供一種機器人的手腕結構，具備：第一手腕單元，其以能夠圍繞第一軸線進行旋轉的方式被懸臂支撐；第二手腕單元，其以能夠圍繞與所述第一軸線相交的第二軸線進行旋轉的方式懸臂支撐於該第一手腕單元；第三手腕單元，其以能夠圍繞與所述第二軸線相交的第三軸線進行旋轉的方式懸臂支撐於該第二手腕單元；兩個驅動馬達，其設置於所述第一手腕單元，並分別驅動所述第二手腕單元和所述第三手腕單元；以及兩組齒輪組，其對各個該驅動馬達的旋轉進行減速，各個所述齒輪組具備：以能夠圍繞所述第二軸線進行旋轉的方式同軸配置，並使第二手腕單元進行旋轉的從動側大直徑齒輪、或者使所述第三手腕單元進行旋轉的從動側小直徑齒輪，所述從動側小直徑齒輪固定於驅動側錐齒輪，該驅動側錐齒輪與固定於所述第三手腕單元的從動側錐齒輪嚙合，所述第二手腕單元具備：第一殼體，其具有在整個圓周配置於使所述驅動側錐齒輪沿軸向露出的位置的凸緣面，並固定於所述從動側大直徑齒輪；以及第二殼體，其固定於該第一殼體的所述凸緣面，並且能夠旋轉地支撐所述第三手腕單元。

根據本方案，如果使設置於第一手腕單元的一個驅動馬達工作，則該驅動馬達的旋轉被一個齒輪組減速，由此能夠使固定於從動側大直徑齒輪的第二手腕單元圍繞第二軸線進行旋轉。另外，如果使另一個驅動馬達工作，則該驅動馬達的旋轉被另一個齒輪組減速，由此能夠使固定於從動側小直徑齒輪的驅動側錐齒輪圍繞第二軸線進行旋轉。

由於驅動側錐齒輪與固定於第三手腕單元的從動側錐齒輪嚙合，因此驅動側錐齒輪的旋轉力傳遞至從動側錐齒輪，從而能夠使第三手腕單元圍繞第三軸線進行旋轉。

據此，通過設置於第一手腕單元的兩個驅動馬達，能夠使第二手腕單元和第三手腕單元圍繞相互相交的軸線獨立地進行旋轉。

在該情況下，構成第二手腕單元的第一殼體，具有在整個圓周配置於使驅動側錐齒輪沿軸向露出的位置的凸緣面，並且支撐第三手腕單元的第二殼體固定於第一殼體的凸緣面，因此能夠在兩個殼體之間形成圍繞第二軸線且在整個圓周連續的平坦的接合面。即，無需將第二殼體分割為兩個，由此減少部件件數，從而能夠降低成本。

另外，在兩個殼體之間圍繞第二軸線且在整個圓周形成的連續的平坦的接合面，通過單一的環狀的密封部件，能夠無切縫地容易進行密封。而且，通過將凸緣面圍繞第二軸線且在整個圓周形成，能夠容易進行基於凹坑的定位。據此，能夠提高加工性、組裝性以及密封性。

在上述方案中，所述第一殼體具備與所述凸緣面鄰接且以所述第二軸線為中心的圓筒面或圓筒內表面，所述第二殼體具有與所述圓筒面或所述圓筒內表面嵌合的嵌合面也可。

通過如此，當第二殼體緊固於第一殼體的凸緣面時，使設置於第一殼體的圓筒面或圓筒內表面和設置於第二殼體的嵌合面嵌合，從而不使用銷也能夠容易進行第二軸線和第三軸線之間的定位，從而能夠提高組裝性。

另外，在上述方案中，在所述第一殼體和所述第二殼體之間設置環狀的密封部件也可。

通過如此，利用環狀的密封部件能夠將第一殼體和第二殼體之間無切縫地容易進行密封，從而能夠提高密封性。

發明效果

根據本發明，具有減少第二手腕單元的部件件數而實現低成本化，並且能夠提高加工性、組裝性以及密封性的效果。

附圖說明

圖1是示出本發明的一個實施方式的機器人的手腕結構的縱剖視圖。

圖2是示出本發明的其他實施方式的機器人的手腕結構的縱剖視圖。

圖3是示出圖1的手腕結構的分解立體圖。

圖4是示出現有的機器人的手腕結構的縱剖視圖。

圖5是示出圖4的手腕結構的分解立體圖。

附圖標記說明

1、30機器人的手腕結構

2第一手腕單元

3第二手腕單元

4第三手腕單元

5a、5b伺服馬達(驅動馬達)

6雙曲線齒輪組(齒輪組)

8a從動側大直徑齒輪(大直徑齒輪)

8b從動側小直徑齒輪(小直徑齒輪)

16、16b第一殼體

17、17b、32、33第二殼體

19驅動側錐齒輪

21、21b、26、31凸緣面

22、22b圓筒面

24從動側錐齒輪

27圓筒內表面(嵌合面)

28密封部件

a第一軸線

b第二軸線

c第三軸線

具體實施方式

以下，參照附圖說明本發明一個實施方式的機器人的手腕結構1。

如圖1所示，本實施方式的機器人的手腕結構1具備第一手腕單元2、第二手腕單元3、第三手腕單元4。

第一手腕單元2，以能夠圍繞與機器人臂的長度方向軸一致的第一軸線a進行旋轉的方式懸臂支撐於未圖示的機器人臂的前端。

第二手腕單元3，以能夠圍繞與第一軸線a正交的第二軸線b進行旋轉的方式懸臂支撐於第一手腕單元2的前端。

第三手腕單元4，以能夠圍繞與第二軸線b正交的第三軸線c進行旋轉的方式懸臂支撐於第二手腕單元3的前端。

這些第一手腕單元2、第二手腕單元3以及第三手腕單元4，構成第一軸線a、第二軸線b以及第三軸線c在一點上相交的所謂的串聯(inline)手腕。

第一手腕單元2具備：兩個伺服馬達(驅動馬達)5a、5b，其分別驅動第二手腕單元3和第三手腕單元4；以及兩組雙曲線齒輪組(齒輪組)6，其以規定的減速比對各個伺服馬達5a、5b的旋轉進行減速。

各個組的雙曲線齒輪組6具備：由各個伺服馬達5a、5b驅動的小齒輪7；以及與該小齒輪7嚙合的齒圈8a、8b。

兩個齒圈8a、8b共有第二軸線b而可旋轉地同軸配置，並且由配置於徑向外側的從動側大直徑齒輪(以下，亦稱為大直徑齒輪8a)和配置於徑向內側的從動側小直徑齒輪(以下，亦稱為小直徑齒輪8b)構成。

兩個伺服馬達5a、5b配置於在第一軸線a的長度方向上錯開的位置。兩個伺服馬達5a、5b的輸出軸11a、11b配置於在與包含第一軸線a和第二軸線b的平面正交的方向上相互偏移的位置。

一個小齒輪7經由一對正齒輪(或螺旋齒輪等)12a、12b與一個伺服馬達5a的輸出軸11a相連接。該小齒輪7被一對軸承13可旋轉地支撐，並且在相對於包含第一軸線a和第二軸線b的平面向一個方向偏移的位置，與小直徑齒輪8b嚙合。

另一個小齒輪經由未圖示一對正齒輪(或螺旋齒輪等)、驅動軸以及其他一對正齒輪(或螺旋齒輪等)與另一個伺服馬達5b的輸出軸11b相連接。該小齒輪也被一對軸承可旋轉地支撐，在相對於包含第一軸線a和第二軸線b的平面向另一個方向偏移的位置，與大直徑齒輪8a嚙合。

據此，兩個小齒輪7在隔著包含第一軸線a和第二軸線b的平面的兩側並行配置。

第二手腕單元3通過軸承14圍繞第二軸線b可旋轉地支撐於第一手腕單元2，並具備固定於大直徑齒輪8a的第一殼體16、和組裝在該第一殼體16的第二殼體17。

在第一殼體16內容納有軸20，所述軸20通過一對軸承15圍繞第二軸線b可旋轉地被支撐，並且在其一端固定有小直徑齒輪8b，在另一端固定有驅動側錐齒輪19。

如圖1和圖3所示，在第一殼體16設置有與緊固第二殼體17的凸緣面21，並且在凸緣面21的徑向內側設置有從凸緣面21突出的圓筒面22。凸緣面21以將驅動側錐齒輪19的徑向外側的空間在整個圓周露出的方式，配置於相對於驅動側錐齒輪19在第二軸線b的軸向上向小直徑齒輪8b側錯開的位置。

據此，凸緣面21和圓筒面22圍繞第二軸線b且在整個圓周無切縫地連續配置。在第一殼體16的凸緣面21設置有圓環狀的o形圈槽23以容納o形圈(省略圖示)，該o形圈槽23在包圍圓筒面22的位置在整個圓周形成。

第三手腕單元4和固定於該第三手腕單元4的從動側錐齒輪24通過軸承25圍繞第三軸線c可旋轉地支撐於第二殼體17。另外，在第二殼體17設置有：凸緣面26，其緊貼於第一殼體16的凸緣面21；以及嵌合面，其由使圓筒面22嵌合的圓筒內表面27構成。

據此，如果使圓筒內表面27嵌合於圓筒面22而使凸緣面21、26彼此之間緊貼而進行緊固，則從第一殼體16的凸緣面21沿第二軸線b的軸向露出的驅動側錐齒輪19與容納於第二殼體17的從動側錐齒輪24嚙合。

附圖中，附圖標記28是，分別用於密封第一手腕單元2和第二手腕單元3之間、第二手腕單元3和第三手腕單元4之間的圓環狀的密封部件。

以下，說明如此構成的本實施方式的機器人的手腕結構1的作用。

根據本實施方式的機器人的手腕結構1，如果使設置於第一手腕單元2的一個伺服馬達5b工作，則伺服馬達5b的驅動力經由未圖示的一對正齒輪、驅動軸、其他一對正齒輪以及由小齒輪和大直徑齒輪8a構成的雙曲線齒輪組，傳遞至固定於大直徑齒輪8a的第二手腕單元3。據此，能夠使第二手腕單元3圍繞第二軸線b進行旋轉。

另外，如果使設置於第一手腕單元2的另一個伺服馬達5a工作，則伺服馬達5a的驅動力經由一對正齒輪12a、12b、由小齒輪7和小直徑齒輪8b構成的雙曲線齒輪組6、驅動側錐齒輪19以及從動側錐齒輪24，傳遞至固定於從動側錐齒輪24的第三手腕單元4。據此，能夠使第三手腕單元4圍繞第三軸線c進行旋轉。

在該情況下，根據本實施方式的機器人的手腕結構1，由於構成第二手腕單元3的第一殼體16的凸緣面21配置於使驅動側錐齒輪19沿軸向露出的位置，因此，為了使從動側錐齒輪24與驅動側錐齒輪19嚙合，如在圖4和圖5中作為參考例而示出的現有機器人的手腕結構30那樣，不切除凸緣面31的周向的一部分也不存在問題。即，由於凸緣面21圍繞第二軸線b在整個圓周無切縫地設置，因此如現有機器人的手腕結構30那樣，無需將第二殼體32、33分割為兩個，從而具有能夠減少部件件數而降低成本的優點。

另外，由於不切除凸緣面21也不存在問題，因此能夠圍繞第二軸線b鄰接於凸緣面21形成位於整個圓周的圓筒面22，從而能夠將第一殼體16和第二殼體17通過圓筒面22和圓筒內表面27的嵌合來進行定位。因此，無需利用銷進行定位，從而能夠減少部件件數並實現加工成本和組裝成本的降低。

而且，由於不切除凸緣面21也不存在問題，因此能夠在圍繞第二軸線b包圍圓筒面22的徑向外側的位置形成位於整個圓周的o形圈槽23，從而利用o形圈將第一殼體16和第二殼體17在整個圓周上無切縫地密封。據此，具有能夠提高密封性的優點。

此外，在本實施方式中，使從第一殼體16的凸緣面21突出的圓筒面22、和由設置於第二殼體17的圓筒內表面27構成的嵌合面進行嵌合，取而代之，使從第一殼體16的凸緣面21凹陷的圓筒內表面、和由設置於第二殼體17且突出的圓筒面構成的嵌合面進行嵌合也可。

另外，在本實施方式中，第一殼體16的凸緣面21配置於使驅動側錐齒輪19沿軸向露出的位置，取而代之，如圖2的第一殼體16b所示，通過使圓筒面22b從凸緣面21b突出，從而與設置於第二殼體17b的圓筒面27進行嵌合也可。

另外，在凸緣面21設置了o形圈槽23，並利用o形圈密封凸緣面21、26之間，取而代之，o形圈槽23也可以設置於圓筒面22或圓筒內表面27。另外，代替o形圈，也可以採用夾持在凸緣面21、26之間的由弾性材料構成的片狀的密封部件。在該情況下，密封部件可以呈圓環狀，也可以形成其他任意形狀的環狀。