工業機器人的製作方法
2023-10-10 17:14:54 4
工業機器人的製作方法
【專利摘要】本發明提供工業機器人，使纜線布線作業容易，防止臂部工作時纜線損傷及走樣。依次在機器人(100)的(上)臂部(9)設置空心部(15)、切口部(16)及肘節配置部(17)。臂部內插通連接機器人主體側與肘節(18)間的第一纜線(7a)、第一纜線貫通的撓性導管(31)、與肘節擺動驅動電動機(27)連接的第二纜線(7b)和與肘節迴轉驅動電動機(28)連接的第三纜線(7c)。撓性導管一端與肘節連接，另一側固定於設在空心部的固定構件(29)，中間部由支撐構件(32)支撐成能在軸方向移動並限制向軸直角方向移動。支撐構件(32)固定於臂部內側，在軸直角截面為四邊形，相對於軸的上下邊是以邊為軸的輥(33、34)形狀。
【專利說明】工業機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工業機器人，所述工業機器人在臂部內設置有纜線，所述臂部的一端以相對於機器人主體自由轉動的方式安裝，另一端安裝有自由轉動的肘節。
【背景技術】
[0002]一般的工業機器人(以下，僅記載為「機器人」。)具備:機器人主體、相對於機器人主體以自由轉動方式安裝的臂部、相對於臂部以自由轉動方式安裝並且安裝有末端操作器的肘節。向用於使臂部、肘節轉動的驅動機構(例如，伺服電動機)提供電源的電源線和用於向安裝在末端操作器中的氣缸提供空氣的空氣管等被集中為一束(以下，此狀態的結構被記載為「纜線」。)，容納在機器人主體的內部或固定在外面部地進行布線。
[0003]機器人的臂部、肘節被設置為只能在規定的角度進行自由轉動。在臂部、肘節轉動時纜線被極度拉伸，恐怕存在發生斷線等損傷的危險。因此，為使纜線即使在臂部、肘節最大轉動時也不發生損傷，所述纜線被以具有鬆弛度(餘量長度)的方式進行布線。但是，如果這種鬆弛度過大，則會在臂部、肘節轉動時產生阻力，恐怕存在與周邊的構件緩衝的危險性。因此，對纜線或纜線通過撓性導管進行保護，在重要位置設置支撐構件，對纜線等進行固定。但是，在臂部、肘節進行高速工作時會產生纜線「走樣(6廠』這樣的現象。進而，機器人周圍的纜線布線空間變大。另外，外觀也不美觀。
[0004]因此，出現了許多將纜線收納在臂部內，更理想的是進一步收納在撓性導管內的申請。這些申請通過將纜線等配置在臂部內以縮短纜線的長度，通過扭轉吸收臂部軸、肘節軸的迴轉，減少由肘節迴轉導致的變形量。另外，通過收納在臂部內從而阻止纜線在軸直角方向的變形，另外，通過穿過撓性導管進一步阻止變形。進而，在專利文獻1中，將設置在臂部內的撓性導管的肘節側固定在肘節，將主體臂部側設置成能夠向臂部軸方向滑動(移動)，釋放在纜線的拉伸方向上的力，以便在肘節(手腕元件)工作的情況下撓性導管及纜線不受不合理的力的影響。
[0005]專利文獻1:日本特開2009-28875號公報
【發明內容】
[0006]但是，該臂部內藏型的產品，在臂部、肘節高速工作時，纜線會走樣。另外，存在撓性導管也一併走樣的問題。另外，由於操作性、維護、輕量化、驅動電動機的安裝等原因，將臂部的一部分切開而形成開口，纜線未必一定要封閉於臂部內。另外，在專利文獻1中，撓性導管保持懸臂支撐的狀態，由於在軸方向上存在自由端，所以由離心力導致撓性導管因為拉伸而變長。因此，存在更加走樣的問題。另外，如果像外裝型的情況一樣固定撓性導管，則存在其優點被削減的問題。
[0007]本發明的課題是鑑於該問題點提供一種機器人，該機器人即使在高速工作的情況下也能使纜線不受到損傷，並且在不使外觀惡化的情況下容易地進行纜線的布線作業。
[0008]在本發明中，通過提供一種工業用機器人解決前述課題，該工業機器人具備臂部，所述臂部的一端部相對於機器人主體側以繞軸或在上下方向自由轉動的方式安裝，在另一端部安裝有繞肘節軸及在所述軸直角方向自由轉動的肘節，在所述臂部內具備:第一纜線，該第一纜線連接所述機器人主體側與所述肘節之間；撓性導管，所述第一纜線貫通該撓性導管；第二纜線，該第二纜線沿著所述第一纜線連接所述臂部與在所述軸直角方向轉動所述肘節的擺動驅動電動機之間；第三纜線，該第三纜線沿著所述第一纜線連接所述臂部與繞所述軸轉動所述肘節的迴轉驅動電動機之間，其特徵在於，所述臂部從所述一端部側起依次設置有空心部、具有配置所述兩驅動電動機的空間的切口部、和安裝所述肘節的肘節配置部，所述擺動驅動電動機固定於所述臂部的所述切口部，所述轉動驅動電動機位於所述臂部的所述切口部並且被固定於所述肘節側，所述撓性導管的一端與所述肘節連接，另一側被固定於設置在所述空心部的固定構件，進而，一端與另一側的中間部以能夠在所述軸方向移動並且限制向軸直角方向移動的方式由設置於所述切口部的支撐構件支撐。
[0009]即，由於切口部與肘節接近，受到扭轉、彎曲的影響大。因此，至少在切口部上設置撓性導管，對第一纜線進行保護。進而，在切口部上設置有能夠在一定程度上移動地支撐撓性導管的支撐構件。另一方面，在空心部中，纜線及撓性導管的全部或部分在四周被包圍，與肘節有距離，所以固定構件或支撐構件的必要性低。但是，為確保切口部上的撓性導管的穩定性，在空心部設置有固定構件，對撓性導管進行固定。理想地，固定構件被設置在空心部的端部，支撐構件被設置在切口部的中間部。支撐構件可以具有使撓性導管能夠扭轉、伸縮、前後移動程度的空隙。
[0010]此外，第一纜線及撓性導管的中心被與臂部軸心同心配置或大致沿著軸心配置在一條直線上。另外，撓性導管也可以在軸方向迴轉方向上對兩端自由連接，或者固定一端，或者將兩側分別固定於臂部側及肘節。另外，雖然撓性導管也可以將固定構件作為端部，但是也可以進一步延伸至空心部內，進而到達臂部端。
[0011]在距離肘節遠的空心部中，對於第一纜線、撓性導管的移動限制，主要是能夠扭轉即可。在切口部中，肘節的軸迴轉、擺動的影響大。因此，在技術方案2記載的發明中，工業機器人如此形成，即:所述支撐構件被固定於所述臂部內側，在所述軸直角截面上為四邊形，相對於所述軸的上下邊是以邊為軸的輥形狀。
[0012]支撐切口部的撓性導管的支撐構件為四邊形，在軸直角方向具有能夠使撓性導管扭轉、伸縮、前後移動程度的空隙。進而，上下方向的邊為輥，對肘節的擺動方向的影響進行吸收。由此允許撓性導管的彎曲、伸縮、扭轉。此外，輥也可以是非迴轉的，但理想的是可以迴轉的方式。
[0013]另一方面，第三纜線連接於肘節側的驅動電動機，比第一纜線短。因此，在技術方案3中記載的發明中，工業機器人如此形成，即:所述第二纜線在所述空心部固定於所述固定構件，在所述切口部以能夠在所述軸方向移動並且限制向軸直角方向移動的方式由支撐構件支撐。進而，第三纜線與第一纜線及撓性導管不同地沿著撓性導管配置。此外，與撓性導管用支撐構件相同，對於固定構件及支撐構件，理想的是固定構件為空心部的端部，支撐構件被設置在切口部的中間部。
[0014]另外，在技術方案4記載的發明中，工業機器人如此形成，即:對所述第三纜線向軸直角方向的移動的限制，使得與相對於所述軸的左右方向的移動相比，上下方向的移動更大。另外，支撐構件也能夠通用。因此，在技術方案5記載的發明中，工業機器人如此形成，即:所述撓性導管的支撐構件和所述第三纜線的所述切口部的支撐構件採用一體或通用的開口。
[0015]在本發明中，在空心部中設置有固定撓性導管的固定構件，在切口部中設置有支撐撓性導管的支撐構件，使撓性導管能在軸方向移動，限制向軸直角方向的移動，能夠進行撓性導管的扭轉、伸縮、前後移動，由於保護第一纜線，所以第一纜線的走樣能夠由空心部及撓性導管吸收，撓性導管的走樣能夠由支撐構件吸收。另外，因為第一纜線沒有振動、走樣，所以受到的損傷也少。另外，因為支撐構件也被安裝於機器人臂部內的切口部、切口部的附近處，所以機器人的外觀也整潔，容易維護。
[0016]另外，在技術方案2記載的發明中，支撐構件的上下方向邊為輥，吸收肘節的擺動方向的影響，能夠允許撓性導管的彎曲、伸縮、扭轉，所以工作範圍不會變小，即使高速運轉也不會出現纜線等走樣的情況。
[0017]另外，在技術方案3記載的發明中，第二纜線也由空心部的固定構件和切口部的支撐構件對向軸直角方向的移動進行限制，所以較少發生走樣、振動的情況。另外，在技術方案4記載的發明中，由於第二纜線在上下方向的移動大，所以吸收了肘節的擺動。進而，在技術方案5記載的發明中，由於撓性導管的支撐構件和第二纜線的切口部的支撐構件採用了一體或通用的開口，所以能夠實現小型、廉價。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是表示本發明的實施方式的工業機器人的立體圖。
[0019]圖2是圖1的部分剖開的工業機器人的重要部分的放大立體圖。
[0020]圖3是表示本發明的實施方式的切口部的支撐構件的部分放大立體圖。
[0021]圖4是第一纜線的放大剖視圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。首先，關於表示本發明的實施方式的工業機器人100(焊接機器人)的整體結構進行說明。如圖1所示，例如在地板面等設置面上設置的底座1上載置框架2。該框架2具備配置在底座1的上表面的基板部3和從基板部3立起的立起板部4。另外，在基板部3的上表面，安裝有用於使框架2的整體在水平面內(與地板面相平行的面內)轉動的電動機(圖中未示出)。通過使電動機的電動機軸按規定方向進行迴轉，框架2以垂直於地板面設置的第一轉動軸線5為中心進行轉動。
[0023]在框架2的立起板部4，主體側臂部(下臂部)6的下端部以懸臂支撐狀態被安裝。為使從底座2被布線來的纜線7(參照圖2)能夠通過，下臂部6為空心形狀。下臂部6被框架2的立起板部4支撐，以第二轉動軸線8為中心自由轉動。
[0024]在下臂部6的上端部，臂部(上臂部)9以懸臂支撐狀態被安裝。上臂部9具備同下臂部6相連結的第一上臂部11、從第一上臂部11的一端部延伸設置的第二上臂部12。上臂部9在同下臂部6相連結的狀態下，以第三轉動軸線13為中心進行轉動。而且，第二上臂部12相對於第一上臂部11，以第四轉動軸線14為中心進行自由轉動。
[0025]如圖1及圖2所示，在第二上臂部12的右半部(與第一上臂部11相連結的那側的端部)，形成開設有筒狀的貫通孔26的空心部(圓筒部」5。在第二上臂部12中的空心部15的左側部分，下邊部和近前側(正面側)的側壁部被削去，形成切口部16。在切口部16的內側的側壁部(內壁部)安裝擺動驅動電動機27。而且，在第二上臂部12的左半部(與第一上臂部11相連結的那側的相反側的端部)，延伸設置有切口部16的內壁部，形成肘節配置部17。
[0026]在肘節配置部17中，以懸臂支撐狀態安裝有肘節18。肘節18由主體部21和圓盤狀的法蘭部24組成，所述主體部21經過減速機(圖中未示出)與第二上臂部12的肘節配置部17連結並相對於肘節配置部17以第五轉動軸線19為中心進行自由擺動(轉動)，所述法蘭部24經過減速機22與主體部21相連結並相對於主體部21以第六轉動軸線23為中心進行自由轉動。在法蘭部24安裝有末端操作器(圖中未示出在法蘭部24的軸心部設置有貫通孔25，供從上臂部9被布線來的纜線7通過。
[0027]如前所述，本實施方式的機器人100為設置有第一至第六轉動軸線5、8、13、14、19、23的6軸多關節機器人。機器人100的纜線7從機器人100的外部向底座1內被引入，通過框架2、下臂部6、上臂部9及肘節18，被布線至末端操作器。但是，本說明書中只對於從上臂部9到肘節18之間的纜線7的布線進行了說明，省略了對在除此之外的部分中纜線7的布線的說明及圖示。
[0028]接下來，對第二上臂部12的切口部16進行說明。如圖2所示，在第二上臂部12的空心部15中，形成與上臂部9的第四中心軸線14同軸的筒狀的貫通孔26。而且，在第二上臂部12的切口部16的內壁部中，安裝有用於使肘節18轉動的擺動驅動電動機27。擺動驅動電動機27以電動機軸(圖中未示出)與第四轉動軸線14正交的形式安裝。另外，在肘節18的主體部21中，以電動機軸的中心線與第六轉動軸線23相平行地配置的形式，安裝有用於使法蘭部24轉動的迴轉驅動電動機28。
[0029]在上臂部9的切口部16中的貫通孔26的出口部分中，安裝有固定構件(託架09。此託架29被固定於撓性導管(螺旋彈簧)31的主體側端部。此外，撓性導管也可以在主體側進一步延伸出。撓性導管31的內徑大於纜線7的外徑。撓性導管31與第四轉動軸線14及第六轉動軸線23大致同軸配置，其另一端部以與肘節18的法蘭部24的貫通孔25相連接的狀態固定。穿過第二上臂部12的空心部15的貫通孔26的纜線7^穿過撓性導管31，原封不動地在肘節18的法蘭部24的貫通孔25穿過並引出。
[0030]如圖2所示，在第二上臂部12的切口部16的內壁部中，安裝有支撐構件(引導部)32。如圖3所示，支撐構件32具備:在撓性導管31的上下與撓性導管31的軸呈直角地配置的2根第一導棍33、34，和在上下的第一導棍33、34的近前側與各第一導棍33、34呈直角地配置的2根第二導輥35、36。這些導輥33、34、35、36各自獨立地自由迴轉。上下的第一導輥33、34以它們的間隔稍大於撓性導管31的外徑的方式配置。另外，從第二上臂部12的切口部16的內壁部到內側的第二導輥35的間隔稍大於撓性導管31的外徑。因此，撓性導管31能夠配置於由切口部16的內壁部、上下的第一導輥33、34及內側的第二導輥35圍成的空間(大致正方形的空間而且，2根第二導輥35、36具有規定的間隔地配置。
[0031]如圖2及圖3所示，本實施方式的機器人100的被布線至第二上臂部12的纜線7具備主纜線7^第二纜線76和第三纜線70，主纜線73通過第二上臂部12的空心部15的貫通孔26穿過撓性導管31，進一步穿過肘節18的法蘭部24的貫通孔25，第二纜線76通過空心部15的貫通孔26，不穿過撓性導管31而從撓性導管31的側方通過，同擺動驅動電動機27相連接，第三纜線7。同樣不穿過撓性導管31而從撓性導管31的側方通過，通過引導部32的2根導輥35、36之間，同迴轉驅動電動機28相連接。此處，如圖4所示，第一(主)纜線7^為由多根第一纜線37 (本實施方式的情況為3根)、信號線纜線38 (本實施方式的情況為4根〉、用於給排水及提供空氣的管道39(本實施方式的情況為合計7根)捆成一束的形態。第一纜線％的外徑最大，第二纜線(擺動驅動電動機纜線)71第三纜線(迴轉驅動電動機纜線)7^的外徑小。
[0032]在本實施方式的機器人100中，擺動驅動電動機27被安裝在同引導部32相比距第二上臂部12的空心部15更近的一側。因此，第二纜線76不通過引導部32而直接與擺動驅動電動機27相連接。因為擺動驅動電動機27在第二上臂部12以固定狀態被安裝，所以第一纜線76能夠與第二上臂部12 —體地工作。與此相對，迴轉驅動電動機28被安裝在同引導部32相比更遠的一側(靠近肘節18的一側)。因此，迴轉驅動電動機纜線7。穿過引導部32中的2根第二導輥35、36之間而與迴轉驅動電動機28相連接。因為肘節18以第五轉動軸線19為中心進行轉動，所以迴轉驅動電動機纜線7(3具有規定的鬆弛度(餘量)地與迴轉驅動電動機28相連接。
[0033]在肘節18以第五轉動軸線19為中心進行轉動時，第一纜線被拉伸。如以往的機器人一樣，在纜線被布線至上臂部9的周圍的情況下，因為伴隨著肘節的轉動纜線會受到不自然的力的作用，纜線容易受到損傷。與此相對，本實施方式的機器人100的第一纜線78因為從第一上臂部11開始以大致一條直線的狀態被配置，所以伴隨著肘節18的轉動向第一纜線73作用的拉伸力始終是一定的，所以第一纜線73不容易受到損傷。而且，因為第一纜線仏的周圍由空心部15、撓性導管31覆蓋，所以第一纜線仏和周邊構件沒有接觸，第一纜線73的被覆不會受到損傷。另外，因為第一纜線73與第六轉動軸線23大致同軸地配置，所以在肘節的法蘭部24以第六轉動軸線23為中心進行轉動時的第一纜線73的扭轉就可以為最小。進而，本實施方式的機器人100，只有被布線至肘節18的第一纜線73(外徑大的纜線)以一條直線的狀態被進行布線，向擺動、迴轉驅動電動機27、28連結的外徑小的第二纜線71迴轉驅動電動機纜線7^與第一纜線73分開地被進行布線。由此，第一纜線73的外徑變細，在其布線變容易的同時第一纜線73也變得不易受到損傷。
[0034]而且，在本實施方式的機器人100中，伴隨著肘節18的轉動而受力的第一纜線和迴轉驅動電動機28的第三纜線7(3都由支撐構件32引導，並且在一定範圍內被限制。由此，能夠防止第一纜線73和迴轉驅動電動機28的第三纜線7。由於工作中的機器人100的振動等原因導致走樣。
[0035]在對纜線7進行布線時，外徑最大的第一纜線％被以一條直線的狀態進行配置。因此，不需要下工夫彎曲第一纜線％，易於進行第一纜線％的布線作業。另外，因為第二、第三纜線717(3細，所以容易彎曲而進行布線作業。
[0036]另外，第一纜線73處於被容納在第二上臂部12的貫通孔26和撓性導管31中的狀態，從外部無法辨認。因此，機器人100的外觀良好。
[0037]在本實施方式的機器人100中，一體地設置有構成支撐構件32的第一導輥33、34和第二導輥35、36。由此，能夠實現省空間化。但是，第一導輥33、34和第二導輥35、36也可以被分別設置。
[0038]構成支撐構件32的一對第一導棍33、34，用於引導撓性導管31。而且，構成支撐構件32的一對第二導輥35、36，引導迴轉驅動電動機28的第三纜線7。。但是，第三纜線7(3也可以不穿過一對第二導輥35、36之間，而穿過構成支撐構件32的一對第一導輥33、34之間地構成(即，將引導部32作為纜線引導部地構成)。
[0039]附圖標記說明
[0040]6主體側臂部(下臂部)
[0041]7 纜線
[0042]78第一纜線(主纜線)
[0043]7?第二纜線(擺動驅動電動機纜線)
[0044]70第三纜線(轉動驅動電動機纜線)
[0045]9臂部(上臂部)
[0046]15空心部
[0047]16 切口部
[0048]17肘節配置部
[0049]18 肘節
[0050]19軸直角方向擺動軸
[0051]26肘節轉動軸
[0052]27擺動驅動電動機
[0053]28迴轉驅動電動機
[0054]29固定構件(託架)
[0055]31撓性導管(螺旋彈簧)
[0056]32支撐構件(引導部)
[0057]33、34 輥(第一導輥)
[0058]35,36 第二導輥
[0059]100工業機器人。
【權利要求】
1.一種工業機器人，該工業機器人具備臂部，所述臂部的一端部相對於機器人主體側以繞軸或在上下方向自由轉動的方式安裝，在另一端部安裝有繞肘節軸及在所述軸直角方向自由轉動的肘節，在所述臂部內具備:第一纜線，該第一纜線連接所述機器人主體側與所述肘節之間；撓性導管，所述第一纜線貫通該撓性導管；第二纜線，該第二纜線沿著所述第一纜線連接所述臂部與在所述軸直角方向轉動所述肘節的擺動驅動電動機之間；第三纜線，該第三纜線沿著所述第一纜線連接所述臂部與繞所述軸轉動所述肘節的迴轉驅動電動機之間，其特徵在於， 所述臂部從所述一端部側起依次設置有空心部、具有配置所述兩驅動電動機的空間的切口部、和安裝所述肘節的肘節配置部，所述擺動驅動電動機固定於所述臂部的所述切口部，所述轉動驅動電動機位於所述臂部的所述切口部並且被固定於所述肘節側， 所述撓性導管的一端與所述肘節連接，另一側被固定於設置在所述空心部的固定構件，進而，一端與另一側的中間部以能夠在所述軸方向移動並且限制向軸直角方向移動的方式由設置於所述切口部的支撐構件支撐。
2.如權利要求1所述的工業機器人，其特徵在於，所述支撐構件被固定於所述臂部內偵牝在所述軸直角截面上為四邊形，相對於所述軸的上下邊是以邊為軸的輥形狀。
3.如權利要求1或2所述的工業機器人，其特徵在於，所述第三纜線在所述空心部固定於所述固定構件，在所述切口部以能夠在所述軸方向移動並且限制向軸直角方向移動的方式由支撐構件支撐。
4.如權利要求3所述的工業機器人，其特徵在於，對所述第三纜線向軸直角方向的移動的限制，使得相對於所述軸的上下方向的移動比左右方向的移動更大。
5.如權利要求4所述的工業機器人，其特徵在於，所述撓性導管的支撐構件和所述第三纜線的所述切口部中間部的支撐構件採用一體或通用的開口。
【文檔編號】B25J19/00GK104440937SQ201410482130
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2013年9月20日
【發明者】伊東輝樹, 高田昌幸, 七澤幸二 申請人:株式會社不二越