具備使臂擺動的馬達的機器人的關節(jié)構造
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機器人的關節(jié)構造，其中，馬達在臂的內(nèi)部空間中固定于臂的一方的壁部?？招妮S承插入到在臂的另一方的壁部上形成的第一開口部內(nèi)。空心軸部能夠裝拆地固定于殼體，且支撐空心軸承的內(nèi)圈?？招妮S部的空心部形成為比馬達小。第一開口部形成為能夠使馬達通過。在形成支撐部的殼體的壁部上形成有能夠使空心軸承和馬達能夠通過的第二開口部。
【專利說明】
具備使臂擺動的馬達的機器人的關節(jié)構造
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人的關節(jié)構造，其具備:空心構造的臂；殼體，其形成擺動自如地支撐臂的支撐部；以及使臂擺動的馬達。
【背景技術】
[0002]在機器人的關節(jié)構造中公知有所謂兩點支撐型的關節(jié)構造，即利用相互對置的一對支撐部夾持并擺動自如地支撐臂的構造。
[0003]如日本特開平8—141968號公報所示，這種關節(jié)構造具備:空心構造的臂；以及U字形狀的殼體，其形成夾持臂的一端部而相互對置的一對支撐部且利用一對支撐部擺動自如地支撐臂。
[0004]圖3是現(xiàn)有技術的機器人的關節(jié)構造的剖視圖。如圖3所示，U字形狀的殼體10形成有夾持臂14而相互對置的一對支撐部A、B，并利用一對支撐部A、B將臂14支撐為繞擺動軸X自由擺動。在殼體10和臂14的各內(nèi)部空間中容納有使臂14擺動的旋轉裝置。作為旋轉裝置使用了圖3所示那樣的馬達15及減速器17等。如圖3所示，將馬達15及減速器17的各旋轉軸配置在與臂14的擺動軸X相同的軸線上。
[0005]如圖3所示，馬達15在臂14的內(nèi)部空間中裝配于臂14的兩側壁中一方的壁部14a。另外，在臂14的另一方的壁部14b形成有開口部14c，在開口部14c內(nèi)配置有空心軸承16。在空心軸承16內(nèi)插入有筒形的空心軸部10a。空心軸部1a形成于殼體10且空心軸部1a的中心軸與臂14的擺動軸X—致。另外，以使馬達15通過空心軸部1a內(nèi)的方式使空心軸部1a的內(nèi)徑比馬達15的外徑大，從而能夠進行馬達15的裝配和更換。因此，當馬達15的外徑增大時，則需要使空心軸部1a的空心部的內(nèi)徑D增大，并且增大空心軸承16的尺寸。
[0006]通常，空心軸承的成本會隨著軸承尺寸的增大而升高。如日本特開平8 —141968號公報所示的機器人的手腕關節(jié)那樣，由于對關節(jié)軸進行驅動的馬達的外徑比較小，因此空心軸承的尺寸較小即可。
[0007]但是，對于比手腕關節(jié)施加更大負荷的關節(jié)例如肘關節(jié)或肩關節(jié)，則需要使用比手腕關節(jié)的馬達更大的馬達。其結果是，空心軸承的尺寸增大，空心軸承的成本也會上升。這種問題會在將日本特開平8 —141968號公報公開的關節(jié)構造適用于機器人的手腕關節(jié)以外的關節(jié)時發(fā)生。
[0008]圖4是表示垂直多關節(jié)型機器人的立體圖。如圖4所示，在垂直多關節(jié)型機器人的臂的前端部安裝有把持工件W的手部41。另外，作為臂的關節(jié)有手腕關節(jié)42、肘關節(jié)43及肩關節(jié)44等。對肘關節(jié)43或肩關節(jié)44等的關節(jié)軸進行驅動的馬達通常比驅動手腕關節(jié)42的關節(jié)軸的馬達更大。
[0009]為了解決上述的成本問題，提出了一種能夠使U字形狀的殼體10分割而由兩個零件制成的關節(jié)構造的方案。圖5示出了具備這種能夠分割的U字形狀的殼體10的關節(jié)構造的剖視圖。另外，在圖5中對與圖3所示的結構要素相同的結構要素附加相同符號。
[0010]參照圖5，U字形狀的殼體10是通過將L字形狀的第一零件11和I字形狀的第二零件12利用螺栓13緊固而形成的。另外，第一零件11和第二零件12夾持臂14相互對置，將臂14支撐為繞擺動軸X自由擺動。特別是在第二零件12形成有筒形的空心軸部12a。空心軸部12a插入到位于臂14的另一方的壁部14b的開口部14c內(nèi)的空心軸承16中。另外，空心軸部12a的中心軸與臂14的擺動軸X—致。
[0011]采用這種構造時，通過松動螺栓13而能夠將第二零件12從第一零件11取下。取下第二零件12后也能夠將空心軸承16從臂14的開口部14c取下。因此，僅通過使開口部14c的內(nèi)徑比馬達15的外徑大，便能夠從開口部14c進行馬達15的裝配、更換。
[0012]S卩，在圖5所示的現(xiàn)有關節(jié)構造中，無需使空心軸承16或空心軸部12a的內(nèi)徑比馬達15的外徑大。因此，能夠與馬達15的外徑無關地選定空心軸承16的尺寸。
[0013]但是，機器人的外殼通常由鑄件制成。因此，通過使由鑄件制成的第一零件11及第二零件12利用螺栓13結合而形成殼體10。采用這種構造時，與使整個殼體10由單一鑄件形成的構造相比，殼體10的剛性會降低。
[0014]另外，由于使第一零件11及第二零件12相互結合而形成殼體10，因此會在機器人的外殼面上增加分割線，從而導致機器人外觀性降低。
[0015]如以上所述，在日本特開平8 —141968號公報公開的機器人的關節(jié)構造中，存在隨著馬達外徑增大而導致空心軸承成本顯著上升的問題。為了解決該問題，有一種構造是如圖5所示那樣使對臂進行兩點支撐的U字形的殼體由兩個零件制成而能夠分割。但是，在該構造中，存在殼體的剛性和機器人的外觀性降低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明提供一種機器人的關節(jié)構造，其不會使擺動自如地支撐臂的殼體的剛性和機器人的外觀性降低，并且即使馬達的外徑增大也不會導致成本增加。
[0017]本發(fā)明的第一方式提供一種機器人的關節(jié)構造，其特征在于，具備:
[0018]空心構造的臂；
[0019]U字形狀的殼體，其形成夾持臂而相互對置的一對支撐部，并利用一對支撐部將臂支撐為繞擺動軸自由擺動；
[0020]馬達，其容納在臂的內(nèi)部空間中，且固定在與一對支撐部中一方的支撐部鄰接的臂的一方的壁部上，使臂相對于一方的支撐部繞擺動軸擺動；
[0021 ]空心軸承，其插入到在與一對支撐部中另一方的支撐部鄰接的臂的另一方的壁部上形成的第一開口部內(nèi)，該空心軸承的中心軸與擺動軸一致;以及
[0022]空心軸部，其對插入到第一開口部內(nèi)的空心軸承的內(nèi)圈進行支撐，
[0023]空心軸部能夠裝拆地固定于與臂的另一方的壁部鄰接的形成另一方的支撐部的殼體的壁部，在該壁部形成有能夠使空心軸承和馬達通過的第二開口部，
[0024]第一開口部形成為能夠使馬達通過，
[0025]空心軸部的空心部形成為比馬達小。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供第一方式的機器人的關節(jié)構造，其特征在于，還具備形成有第三開口部的軸承適配器，軸承適配器插入到第一開口部內(nèi)，并且能夠裝拆地固定于臂的另一方的壁部，在第三開口部內(nèi)插入有空心軸承，第二開口部形成為能夠使空心軸承、馬達和軸承適配器通過。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供第一方式或第二方式的機器人的關節(jié)構造，其特征在于，還具備使馬達的轉速降低的減速器，該減速器容納在殼體的內(nèi)部空間中且固定于臂的一方的壁部，馬達及減速器的各旋轉軸配置在與擺動軸相同的軸線上。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供第一方式至第三方式中任一個的機器人的關節(jié)構造，其特征在于，殼體由單一零件制成。
[0029]根據(jù)附圖所示的本發(fā)明典型實施方式的詳細說明，可以對本發(fā)明的這些目的、特征、優(yōu)點和其它目的、特征、優(yōu)點更加明了。
【附圖說明】
[0030]圖1是表示第一實施方式的機器人的關節(jié)構造的剖視圖。
[0031 ]圖2是表示第二實施方式的機器人的關節(jié)構造的剖視圖。
[0032]圖3是表示現(xiàn)有技術的機器人的關節(jié)構造的剖視圖。
[0033]圖4是通常的垂直多關節(jié)型機器人的立體圖。
[0034]圖5是表示現(xiàn)有技術的機器人的關節(jié)構造的另一個例子的剖視圖。
【具體實施方式】
[0035]接下來，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。在以下圖中，對相同部件附加相同的參照符號。為了容易理解而對這些附圖適當?shù)刈兏壤?。另外，對與圖5所示現(xiàn)有關節(jié)構造相同的結構要素附加相同符號進行說明。
[0036](第一實施方式)
[0037]圖1是表示第一實施方式的機器人的關節(jié)構造的剖視圖。
[0038]如圖1所示，第一實施方式的機器人的關節(jié)構造具備:空心構造的臂14;以及U字形狀的殼體10，其形成夾持臂14的一端部而相互對置的一對支撐部A、B。殼體10利用這樣的一對支撐部A、B將臂14支撐為自由擺動。
[0039]在殼體10及臂14的內(nèi)部空間中容納有使臂14擺動的旋轉裝置。作為該旋轉裝置設有如圖1所示的馬達15及減速器17等。
[0040]如圖1所示，馬達15容納在臂14的內(nèi)部空間中而裝配于臂14的兩側壁中一方的壁部14a。更具體而言，在面對臂14的內(nèi)部空間的壁部14a的一面上利用螺栓固定有環(huán)狀的適配器18，在適配器18上利用螺栓固定有馬達15。另外，臂14的壁部14a是與U字形狀的殼體10的一對支撐部A、B中一方的支撐部A鄰接的壁部。
[0041]另一方面，在壁部14a的另一面上固定有減速器17。作為減速器17可以采用行星齒輪減速器、CYCL0(fY夕口:注冊商標)減速器、或波動齒輪裝置等。這種減速器17由輸出部17a、輸入部17b和固定部17c構成。在圖1中簡略地圖示了減速器17的輸出部17a、輸入部17b及固定部17c的各形態(tài)。
[0042 ]減速器17的輸出部17a利用螺栓固定在壁部14a的另一面上。將馬達15的輸出向減速器17的輸入部17b輸入，由此能夠將馬達15的轉速向減速器17傳遞。減速器17的固定部17c利用螺栓固定在殼體1的內(nèi)壁面上。
[0043]在上述結構中，若使馬達15旋轉，則利用減速器17使馬達15的轉速降低后向臂14傳遞。然后，該臂14會相對于殼體10繞擺動軸)(擺動。
[0044]另外，將馬達15固定到適配器18上的理由是為了避免馬達15與將減速器17的輸出部17a固定在臂14的壁部14a上的螺栓19相互干涉。因此，適配器18的厚度比螺栓19的頭部的厚度大。另外，只要達成避免馬達15與螺栓19干涉的目的，則適配器18的形狀不限于環(huán)狀而可以為任意形狀。
[0045]另外，馬達15及減速器17的各旋轉軸配置在與臂14的擺動軸X相同的軸線上。采用該配置時能夠使將馬達15的動力向臂14傳遞的傳動機構的零件個數(shù)為最少。
[0046]在殼體10的一方的支撐部A上形成有能夠使減速器17通過的開口部10b，開口部1b被第一蓋罩20封閉。
[0047]另外，在與另一方的支撐部B鄰接的臂14的另一方的壁部14b(即與固定有馬達15及減速器17的壁部14a相反的壁部14b)上形成有開口部14c。在開口部14c內(nèi)利用軸承安裝部件21安裝有空心軸承16。
[0048]軸承安裝部件21具備:支撐空心軸承16的內(nèi)圈的筒形的空心軸部21a;以及用于將軸承安裝部件21能夠裝拆地固定于殼體10的凸緣部21b。
[0049]軸承安裝部件21配置在殼體10的內(nèi)部空間中。凸緣部21b能夠裝拆地固定在與臂14的另一方的壁部14b鄰接的、形成另一方的支撐部B的殼體10的壁部1c上裝拆。特別是，以空心軸承16及空心軸部21a的各中心軸與臂14的擺動軸X—致的方式，利用螺栓將凸緣部21b固定在殼體10的內(nèi)壁面上。
[0050]另外，空心軸部21a具有規(guī)定的軸向長度，使得在如上所述將凸緣部21b固定于殼體10的內(nèi)壁面的狀態(tài)下，能夠將被空心軸部21a支撐的空心軸承16收納在開□部14c內(nèi)。另夕卜，在固定有凸緣部21b的殼體10的壁部1c上形成有開口部10d，其能夠使被空心軸部21a支撐的空心軸承16通過。采用以上結構，臂14相對于殼體10介由空心軸承16繞擺動軸X自由擺動。
[0051]另外，雖然圖1所示的空心軸承16以滾動軸承的形態(tài)進行了描述，但是在本發(fā)明中也可以對空心軸承16使用滑動軸承。
[0052]另外，空心軸承16的外圈與臂14的開口部14c的內(nèi)周面利用間隙嵌合而進行松配。另一方面，空心軸承16的內(nèi)圈與軸承安裝部件21的空心軸部21a利用緊密嵌合而進行緊配。因此，將軸承安裝部件21從殼體10的壁部1c取下后，則能夠將空心軸承16也與軸承安裝部件21—起從臂14的開口部14c取下。另外，在本實施方式中，臂14的開口部14c形成為能夠使馬達15通過，殼體10的開口部1d形成為能夠使馬達15和空心軸承16通過。由此，空心軸承16的外徑只要是能夠在馬達15通過所需的最小限度的內(nèi)徑的開口部14c內(nèi)嵌合空心軸承16的尺寸即可。即，在本申請發(fā)明中，能夠將空心軸承16的內(nèi)徑設定為比馬達15的外徑小，因此空心軸部21a的空心部形成為比馬達15小。
[0053]因此，根據(jù)以上說明的第一實施方式，在進行馬達15的安裝或更換時與需要使馬達15通過空心軸部21a的空心部的關節(jié)構造(參照圖3)相比，能夠選定更小尺寸的空心軸承
16。其結果是，能夠削減機器人的關節(jié)構造所需的軸承的成本和機器人的成本。
[0054]另外，由于在進行馬達14的安裝或更換時不必使馬達15通過空心軸部21a的空心部，因此能夠減小空心軸部21的空心部的容積而提高關節(jié)軸的剛性。另外，在第一實施方式中，將用于驅動馬達15的電纜22(在圖中以虛線圖示)通過軸承安裝部件21的空心軸部21a的空心部。
[0055]另外，在殼體10的另一方的支撐部B上形成有開口部10e，其能夠使馬達15、空心軸承16和軸承安裝部件21通過，開口部1e被第二蓋罩23封閉。由此，能夠使馬達15、空心軸承16和軸承安裝部件21通過殼體10并安裝于臂14。
[0056]另外，采用第一實施方式時，無需如圖5所示的現(xiàn)有關節(jié)構造那樣使U字形狀的殼體10能夠分割而由兩個鑄件制成。即，第一實施方式的U字形狀的殼體10由單一零件的鑄件制成。因此，與現(xiàn)有關節(jié)構造(圖5)相比，能夠提高殼體10的剛性，并且不會降低機器人的外觀性。
[0057](第二實施方式)
[0058]接下來，對上述實施方式的變形例進行說明。這里，在圖中對與第一實施方式相同的結構要素附加相同符號而主要對與第一實施方式的不同之處進行說明。
[0059]圖2是表示第二實施方式的機器人的關節(jié)構造的剖視圖。
[0060]在第二實施方式中，如圖2所示，在空心軸承16與臂14之間設置有環(huán)狀的軸承適配器24。在軸承適配器24形成有與空心軸承16嵌合的開口部24a。另外，在軸承適配器24形成有凸緣部24b，用于由螺栓將軸承適配器24固定于臂14的開口部14c的周緣部。
[0061]另外，空心軸承16的外圈與軸承適配器24的開口部24a的內(nèi)周面利用間隙嵌合而進行松配。另一方面，空心軸承16的內(nèi)圈與軸承安裝部件21的空心軸部21a利用緊密嵌合而進行緊配。因此，將軸承安裝部件21從殼體10的壁部1c取下后，則能夠將空心軸承16也與軸承安裝部件21—起從軸承適配器24的開口部24a取下。另外，在本實施方式中，臂14的開口部14c形成為能夠使馬達15通過，殼體10的開口部1d形成為能夠使馬達15、空心軸承16和軸承適配器24通過。
[0062]在上述第一實施方式(圖1)中，需要空心軸承16的外圈與開口部14c嵌合，該開口部14c形成為能夠使馬達15通過。與此相對，在圖2所示的第二實施方式中，只要空心軸承16的外圈與軸承適配器24嵌合即可。即，空心軸承16的外徑只要是能夠在軸承適配器24的開口部24c內(nèi)嵌合空心軸承16的尺寸即可，其中該軸承適配器24插入到馬達15通過所需的最小限度的內(nèi)徑的開口部14c內(nèi)。
[0063]因此，采用第二實施方式時，與第一實施方式的關節(jié)構造(圖1)相比，能夠選定更小尺寸的空心軸承16。其結果是，能夠削減機器人的關節(jié)構造所需的軸承的成本和機器人的成本。
[0064]另外，不必如圖5所示的現(xiàn)有關節(jié)構造那樣使U字形狀的殼體10能夠分割而由兩個鑄件制成。由于能夠以一個鑄件形成U字形狀的殼體10，因此不會導致殼體10的剛性和機器人的外觀性降低。
[0065]發(fā)明效果
[0066]根據(jù)本發(fā)明的第一方式，夾持容納有馬達的臂而相互對置的一對支撐部由U字形狀的殼體形成，利用一對支撐部將臂支撐為自由擺動。在與這種一對支撐部中另一方的支撐部鄰接的臂的另一方的壁部上形成有第一開口部，在該第一開口部中插入有空心軸承。另外，空心軸承的內(nèi)圈被空心軸部支撐，空心軸部能夠裝拆地固定于與臂的另一方的壁部鄰接的、形成另一方的支撐部的殼體的壁部。
[0067]在形成上述另一方的支撐部的殼體的壁部上，形成能夠使空心軸承和馬達通過的第二開口部，并且上述第一開口部形成為能夠使馬達通過。在本申請發(fā)明中，空心軸部的空心部形成為比馬達小，因此無法使殼體內(nèi)的馬達通過空心軸部的空心部取下，但是空心軸部相對于殼體的壁部能夠裝拆。因此，通過將空心軸部從殼體的壁部取下，從而使第一開口部內(nèi)的空心軸承通過第二開口部取下，進而也能夠使臂內(nèi)的馬達通過第一開口部及第二開口部從臂內(nèi)取出。
[0068]這樣使空心軸部能夠裝拆地構成，因此空心軸承的外徑只要是能夠在馬達通過所需的最小限度的內(nèi)徑的第一開口部內(nèi)嵌合空心軸承的尺寸即可。即，空心軸承的內(nèi)圈或空心軸部的空心部的內(nèi)徑能夠比馬達的外徑小。
[0069]因此，根據(jù)第一方式，與在進行馬達的安裝或更換時需要使馬達通過空心軸的空心部的關節(jié)構造(參照圖3)相比，能夠選定更小尺寸的空心軸承。其結果是，能夠削減機器人的關節(jié)構造所需的軸承的成本和機器人的成本。
[0070]另外，采用第一方式時，不必如圖5所示的現(xiàn)有關節(jié)構造那樣使U字形狀的殼體能夠分割而由兩個鑄件制成。即，能夠使U字形狀的殼體由單一零件的鑄件制成。因此，相對于圖5所示的現(xiàn)有關節(jié)構造，不會降低殼體的剛性和機器人的外觀性，能夠削減機器人的成本。
[0071]另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在第一方式的機器人的關節(jié)構造中，還具備形成有第三開口部的軸承適配器。該軸承適配器插入到第一開口部內(nèi)，并且能夠裝拆地固定于臂的另一方的壁部。另外，在第三開口部內(nèi)插入有空心軸承，第二開口部形成為能夠使空心軸承、馬達和軸承適配器通過。這樣將軸承適配器設于第一開口部與空心軸承之間，因此空心軸承的外徑只要是能夠在插入到馬達通過所需的最小限度的內(nèi)徑的第一開口部內(nèi)的軸承適配器的第三開口部內(nèi)嵌合空心軸承的尺寸即可。
[0072]因此，根據(jù)第二方式，與第一方式相比，能夠選定更小尺寸的空心軸承，進一步削減機器人的成本。
[0073]另外，根據(jù)本發(fā)明的第三方式，在將馬達容納及固定在臂內(nèi)并且將使該馬達的轉速降低的減速器容納及固定在殼體內(nèi)的機器人的關節(jié)構造中，將馬達及減速器的各旋轉軸配置在與臂的擺動軸相同的軸線上。通過這樣配置馬達及減速器，能夠使將馬達的動力向臂傳遞的傳動機構的零件個數(shù)為最少。
[0074]另外，根據(jù)本發(fā)明的第四方式，能夠由單一零件制成將臂支撐為自由擺動的U字形狀的殼體。由此，與使多個鑄造零件結合而形成U字形狀的殼體的情況相比，能夠防止殼體的剛性降低和機器人的外觀性降低。
[0075]雖然以上示出了典型的實施方式，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，而能夠在不脫離本發(fā)明思想的范圍內(nèi)將上述實施方式變更為各種形式、構造或材料等。因此，本發(fā)明不僅對機器人的關節(jié)軸適用，而且對于具備容納馬達的框體、支撐軸承的軸部的各種構造體也適用。
【主權項】
1.一種機器人的關節(jié)構造，其特征在于，具備: 空心構造的臂； U字形狀的殼體，其形成夾持上述臂而相互對置的一對支撐部，并利用上述一對支撐部將上述臂支撐為繞擺動軸自由擺動； 馬達，其容納在上述臂的內(nèi)部空間中，且固定在與上述一對支撐部中一方的支撐部鄰接的上述臂的一方的壁部上，使上述臂相對于上述一方的支撐部繞上述擺動軸擺動； 空心軸承，其插入到在與上述一對支撐部中另一方的支撐部鄰接的上述臂的另一方的壁部上形成的第一開口部內(nèi)，該空心軸承的中心軸與上述擺動軸一致;以及空心軸部，其對插入到上述第一開口部內(nèi)的上述空心軸承的內(nèi)圈進行支撐， 上述空心軸部能夠裝拆地固定于與上述臂的上述另一方的壁部鄰接的形成上述另一方的支撐部的上述殼體的壁部，在該壁部形成有能夠使上述空心軸承和上述馬達通過的第二開口部， 上述第一開口部形成為能夠使上述馬達通過， 上述空心軸部的空心部形成為比上述馬達小。2.根據(jù)權利要求1所述的機器人的關節(jié)構造，其特征在于， 還具備形成有第三開口部的軸承適配器， 上述軸承適配器插入到上述第一開口部內(nèi)，并且能夠裝拆地固定于上述臂的上述另一方的壁部， 在上述第三開口部內(nèi)插入有上述空心軸承， 上述第二開口部形成為能夠使上述空心軸承、上述馬達和上述軸承適配器通過。3.根據(jù)權利要求1或2所述的機器人的關節(jié)構造，其特征在于， 還具備使上述馬達的轉速降低的減速器，該減速器容納在上述殼體的內(nèi)部空間中且固定于上述臂的上述一方的壁部， 上述馬達及上述減速器的各旋轉軸配置在與上述擺動軸相同的軸線上。4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的機器人的關節(jié)構造，其特征在于，上述殼體由單一零件制成。
【文檔編號】B25J17/00GK106041988SQ201610095219
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年2月19日 公開號201610095219.3, CN 106041988 A, CN 106041988A, CN 201610095219, CN-A-106041988, CN106041988 A, CN106041988A, CN201610095219, CN201610095219.3
【發(fā)明人】足立悟志, 木下聰, 田中康好
【申請人】發(fā)那科株式會社