專利名稱：齒輪單元和機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及齒輪單元和機器人。
背景技術：
常規(guī)地，作為用于驅動使機器人的臂或手互連的關節(jié)的構造，已知有一種驅動機構，在該驅動機構中，正時帶纏繞在設置在多個同心旋轉軸中的帶輪上，并且其中所述旋轉軸通過所述正時帶被獨立驅動(例如，參見日本特開2007-216364號公報)。然而，由于使用帶輪和正時帶，難以將日本特開2007-216364號公報中所公開的驅動機構形成為小單元。

發(fā)明內容
鑒于上述，本公開內容提供一種齒輪單元和機器人，該齒輪單元和機器人能夠減小用于機器人等的關節(jié)驅動機構的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供有一種齒輪單兀，其包括內軸和外軸，該內軸和該外軸同心布置以組成兩個同心的輸出軸；以及第一輸入軸和第二輸入軸，該第一輸入軸和該第二輸入軸沿正交于所述輸出軸的方向延伸并且分別操作地連接到所述內軸和所述外軸，其中所述內軸包括附接到其上的內齒輪并且所述外軸包括附接到其上的外齒輪，所述內齒輪和所述外齒輪以相互對置的關系布置，所述第一輸入軸和所述第二輸入軸沿著所述輸出軸的軸向方向彼此隔開特定距離，所述第一輸入軸包括與所述內齒輪哨合的第一輸入齒輪，所述第二輸入軸包括與所述外齒輪嚙合的第二輸入齒輪。根據(jù)本公開內容，所述齒輪單元能形成為小齒輪，并且，因此能期望地用于例如用于使機器人的臂或手互連的關節(jié)的驅動機構。


從結合附圖給出的下列實施方式的描述將清楚本發(fā)明的目的和特征，附圖中圖1是示出根據(jù)第一實施方式的齒輪單元的豎直剖面圖；圖2是該齒輪單元的平面圖；圖3是該齒輪單元的后視圖；圖4A是示出根據(jù)第一改進示例的齒輪單元的平面圖；圖4B是示出根據(jù)第二改進示例的齒輪單元的平面圖；圖4C是示出根據(jù)第三改進示例的齒輪單元的平面圖；圖4D是示出根據(jù)第四改進示例的齒輪單元的平面圖；圖5是示出其中根據(jù)第一實施方式的齒輪單元被應用于機器人的情況的示意性說明圖；圖6是示出根據(jù)第二實施方式的齒輪單元的豎直剖面圖；圖7A是示出其中根據(jù)第二實施方式的齒輪單元被應用于機器人的一種情況的示意性說明圖；圖7B示出其中根據(jù)第二實施方式的齒輪單元被應用于機器人的另一情況的示意性說明圖；以及圖7C示出其中根據(jù)第二實施方式的齒輪單元被應用于機器人的又一情況的示意性說明圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照形成主題申請的一部分的附圖來描述該主題申請中所公開的齒輪單元和機器人的實施方式。然而，本公開內容不限于下面描述的實施方式。(第一實施方式)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的齒輪單元的豎直剖面圖。圖2是該齒輪單元的平面圖。圖3是該齒輪單元的后視圖。首先，將對根據(jù)本實施方式的齒輪單元I進行描述。如圖1至圖3所示，齒輪單元I包括兩個同心輸出軸，這兩個同心輸出軸包括內軸2和外軸3，該內軸2和該外軸3兩者都具有同心中心軸線；以及兩個輸入軸，這兩個輸入軸包括第一輸入軸4和第二輸入軸5。第一輸入軸4操作地連接到第一馬達11。第二輸入軸5操作地連接到第二馬達12。第一馬達11的功率能從第一輸入軸4通過齒輪直接傳遞到內軸2。第二馬達12的功率能從第二輸入軸5通過齒輪直接傳遞到外軸3。因此齒輪單元1、第一馬達11和第二馬達12能用作用于驅動從動構件(諸如待稍后描述的機器人的臂)的驅動單元。如圖1所示，內齒輪6設置在作為其中一個輸出軸的內軸2的一端(圖1中的下端)附近。外齒輪7設置在比內軸2短的外軸3的一端(圖1中的下端)附近。另一方面，第一輸入齒輪8設置在作為其中一個輸入軸的第一輸入軸4的末端處。第二輸入齒輪9設置在第二輸入軸5的末端處。輸入軸和輸出軸以相互正交的關系通過軸承15和密封構件16附接到單元外殼10。在單元外殼10的一個表面(圖1中的上表面)上形成通孔。輸出軸(內軸2和外軸3)插入該通孔中。在單元外殼10的另一表面(圖1的左表面)上形成與通孔正交的開口。輸入軸插入穿過該開口。在單元外殼10內，內齒輪6和外齒輪7以相互對置關系布置。換言之，設置在相對長的內軸2的一端附近的內齒輪6和設置在相對短的外軸3的一端附近的外齒輪7以相互對置關系布置，其中在內齒輪6和外齒輪7之間留有特定間隙D，使得內齒輪6的齒陣列和外齒輪7的齒陣列能相互面對。形成在特定間隙D中的空間變成齒輪嚙合空間Q。在本實施方式中，通過盡可能小地形成齒輪嚙合空間Q來減小齒輪單元I的尺寸。在盡可能小地形成的齒輪嚙合空間Q內，第一輸入軸4和第二輸入軸5沿著包括內軸2和外軸3的輸出軸的同心軸線的方向彼此間隔開特定距離L。
在其中輸入軸沿水平方向延伸的姿勢中，本實施方式的齒輪單元I構造成使得，如圖1所示，布置在相對低的位置中的第一輸入軸4操作地連接到內軸2，而布置在相對高的位置中的第二輸入軸5操作地連接到外軸3。如此，第一輸入軸4和第二輸入軸5沿著輸出軸相互偏移,使得在形成于內齒輪6和外齒輪7之間的齒輪哨合空間Q內，第一輸入軸4的第一輸入齒輪8與內齒輪6哨合,并且第二輸入軸5的第二輸入齒輪9與外齒輪7哨合。因此，根據(jù)本實施方式的齒輪單元I構造成具有小尺寸。然而，內齒輪6和第一輸入齒輪8的組與外齒輪7和第二輸入齒輪9的組不會彼此干涉并且能組成獨立功率傳遞系統(tǒng)。在根據(jù)本實施方式的齒輪單元I中，內齒輪6和第一輸入齒輪8的組以及外齒輪7和第二輸入齒輪8的組由準雙曲面齒輪組成。因此，設置有第一輸入齒輪8的第一輸入軸4的軸線不會和設置有與第一輸入齒輪8嚙合的內齒輪6的內軸2的軸線交叉。同樣地，設置有第二輸入齒輪9的第二輸入軸5的軸線不會和設置有與第二輸入齒輪9嚙合的外齒輪7的外軸3的軸線交叉。因此，第一輸入軸4和第二輸入軸5能任意布置,而不必使第一輸入軸4和第二輸入軸5的軸線與內軸2或外軸3的軸線對齊。這可以增大包括第一馬達11和第二馬達12的驅動單元的布局的自由度。例如,如圖2所不,第一輸入軸4和第二輸入軸5可以布置成彼此處于平行關系。因為第一輸入軸4和第二輸入軸5能利用準雙曲面齒輪布置成彼此平行，因此可以將第一馬達11和第二馬達12并排地沿同一取向布置。這可以與具有特定間隙D的盡可能小地形成的齒輪嚙合空間Q協(xié)作而進一步減小齒輪單元I的尺寸。如上所述，根據(jù)本實施方式的齒輪單元I基本上構造成包括內軸2 ;與該內軸2同心的外軸3 ;操作地連接到該內軸2的第一輸入軸4 ;以及操作地連接到外軸3的第二輸入軸5。內軸2和外軸3組成兩個同心輸出軸。第一輸入軸4和第二輸入軸5沿正交于輸出軸的方向延伸。附接到內軸2的內齒輪6和附接到外軸3的外齒輪7布置成處于相互對置關系。第一輸入軸4和第二輸入軸5沿輸出軸的軸向方向彼此間隔開特定距離L。第一輸入軸4的第一輸入齒輪8布置成與內齒輪6哨合,而第二輸入軸5的第二輸入齒輪9布置成與外齒輪7嚙合。該構造可以減小齒輪單元I的尺寸。連接到第一馬達11的第一輸入軸4的轉矩通過第一輸入齒輪8和內齒輪6直接傳遞到內軸2。連接到第二馬達12的第二輸入軸5的轉矩通過第二輸入齒輪9和外齒輪7直接傳遞到外軸3。如圖1所示，內軸2和外軸3分別包括空心軸體21和空心軸體31。因此，能穿過內軸2的軸體21進行布線/布管。在齒輪單元I應用于機器人并且臂或手連接到輸出軸的情況下(如稍后將描述的)，通向設置在臂或手中的傳感器和致動器的布線線路和空氣管道能插入穿過內軸2的軸體21。(齒輪單元I的改進示例)接著，將參照圖4A至圖4D描述齒輪單元I的某些改進示例。參看圖4A，根據(jù)第一改進示例的齒輪單元I包括止動機構100，其用于將輸出軸的旋轉角沿向前旋轉方向以及沿反向旋轉方向機械地限制到180+α度。在根據(jù)第一改進示例的齒輪單元I的止動機構100中，如圖4Α所示，止動銷61從內齒輪6的齒陣列表面突出。帶銷62從單元外殼10的內壁突出。帶銷62定位在穿過作為輸出軸的內軸2和外軸3的同心軸線的中心線CL上。止動帶63繞帶銷62和內軸2以適當張力纏繞。優(yōu)選地，止動帶63是具有合適彈性的彈性帶。在該構造的情況下，如果內齒輪6借助通過第一輸入軸4 (第一輸入齒輪8)傳遞的第一馬達11的轉矩而旋轉，則止動銷61也和內齒輪6的旋轉一起旋轉，如圖4Α中的箭頭f所示。當旋轉到特定角度時，止動銷61與止動帶63接觸。如圖4A所示，在止動銷61推動止動帶63特定量的狀態(tài)下約束內齒輪6的旋轉。因此和具有止動銷61的內齒輪6 —起 旋轉的內軸2被約束不能進一步旋轉。雖然內軸2的旋轉角在例示示例中被約束，但是相同的構造可以應用于外軸3或應用于內軸2和外軸3兩者。接著，將參照圖4B描述第二改進示例。在圖4B所示的第二改進示例的齒輪單元I中，中間齒輪機構200插設在第一馬達11和第一輸入軸4之間以及在第二馬達12和第二輸入軸5之間。該構造使得可以應付第一馬達11或第二馬達12的布置位置在某些情況下被限制的情況或者第一馬達11或第二馬達12具有過大尺寸的情況。換言之，該構造使得可以應付以下情況，即，如果第一輸入軸4和第二輸入軸5直接連接到馬達軸110和120則第一輸入齒輪8和第二輸入齒輪9不能與內齒輪6和外齒輪7嚙合的情況。圖4B所示的示例針對以下情況，即，對馬達連接器210的布局強加限制并且在第一馬達11和第二馬達12之間需要形成間隙。換言之，圖4B所示的示例針對以下情況，即，如果第一輸入軸4和第二輸入軸5連接到馬達軸110和120，則馬達軸110和120之間的距離D如此大使得第一輸入齒輪8和第二輸入齒輪9不能與內齒輪6和外齒輪7嚙合。如圖4B所示，第一正齒輪220附接到第一馬達11的馬達軸110的末端。第二正齒輪230附接到第一輸入軸4的基端。第一正齒輪220和第二正齒輪230布置成相互嚙合。如果以該方式使用包括第一正齒輪220和第二正齒輪230的中間齒輪機構200，則對可用馬達的種類不加限制。這有助于提高齒輪單元I的靈活性。接著，將參照圖4C和圖4D描述第三改進示例和第四改進示例。在根據(jù)第三改進示例和第四改進示例的齒輪單元I中，內齒輪6和第一輸入齒輪8由傘齒輪形成。同樣地，外齒輪7和第二輸入齒輪9由傘齒輪形成。不同于準雙曲面齒輪，傘齒輪的使用可以自由地設定第一輸入軸4和內軸2的軸線的交叉角以及第二輸入軸5和外軸3的軸線的交叉角。更具體而言,在相互哨合的第一輸入齒輪8和內齒輪6中，具有第一輸入齒輪8的第一輸入軸4的軸線和具有內齒輪6的內軸2的軸線能以特定角度交叉。同樣地，在相互嚙合的第二輸入齒輪9和外齒輪7中，具有第二輸入齒輪9的第二輸入軸5和具有外齒輪7的外軸3的軸線能以特定角度交叉。因此，如圖4C所示，第一輸入軸4和第二輸入軸5之間的角Θ能被適當?shù)卦O定。如圖4D所不,角Θ可以設定成180度,在該情況下第一輸入軸4和第二輸入軸5布置在直線上。正如內齒輪6和外齒輪7 —樣,第一輸入齒輪8和第二輸入齒輪9可以布置成處于相互對置關系。在本改進示例中，如使用準雙曲面齒輪的情況，可以減小齒輪單元I沿輸出軸方向的長度(高度)。這可以減小齒輪單元I的尺寸。參看圖5，上述齒輪單元I能應用于包括臂310和320以及手330和340的機器人300。如圖5所示，機器人300是水平關節(jié)式的。支柱360安裝成從基座350突出。第一臂310的基端以可旋轉的方式連接到支柱360的上端。第二臂320的基端以可旋轉的方式連接到第一臂310的末端。第一手330和第二手340以豎直重疊的狀態(tài)并且以可獨立旋轉的方式附接到第二臂320的末端的上側。第一手330和第二手340構造成支承或握持特定工件。 在本實施方式中，齒輪單元I布置在第二臂320的末端部中從而單獨驅動第一手330和第二手340。換言之，第一馬達11和第二馬達12操作地連接到齒輪單元I的第一輸入軸4和第二輸入軸5。第一手330連接到內軸2，而第二手340連接到外軸3。在該構造的情況下，如果第一馬達11旋轉，則第一馬達11的轉矩通過第一輸入軸4的第一輸入齒輪8和內齒輪6傳遞到內軸2，由此連接到內軸2的第一手330沿水平方向以可旋轉的方式被驅動。類似地，如果第二馬達12旋轉，則第二馬達12的轉矩通過第二輸入軸5的第二輸入齒輪9和外齒輪7傳遞到外軸3，由此連接到外軸3的第二手340沿水平方向以可旋轉的方式被驅動。如此，圖5所示的機器人300的第一手330和第二手340繞同心旋轉軸線彼此獨
立地操作。如圖5所示，機器人300電連接到控制單元370，該控制單元370包括設置有中央處理單元的計算機和用于存儲機器人操作控制程序的存儲器。第一馬達11和第二馬達12的操作取決于工作內容而由控制單元370控制。彼此獨立地旋轉的第一手330和第二手340按照操作控制程序來執(zhí)行特定操作。齒輪單元I的單元外殼10的形狀和尺寸與第二臂320對應。例如，齒輪單元I從外面附接到具有開口末端的第二臂320，由此第二臂320和齒輪單元I能成一體。不必說，可以采用這樣的構造，在該構造中，齒輪單元I的單元外殼10布置在第二臂320的末端部內。在上述實施方式中，內齒輪6和外齒輪7的直徑基本上彼此相等。然而，內齒輪6和外齒輪7的直徑不必彼此相等。內齒輪6和外齒輪7的尺寸可以彼此不同。換言之，唯一必要的是，第一輸入齒輪8和第二輸入齒輪9與內齒輪6和外齒輪7對應,并且還必要的是，第一馬達11的功率獨立且直接地傳遞到內軸2，并且第二馬達12的功率獨立且直接地傳遞到外軸3。(第二實施方式)接著，將描述根據(jù)第二實施方式的齒輪單元500，其中重點放在與第一實施方式不同的部分。在下列描述中，與根據(jù)第一實施方式的齒輪單元I的那些部件相同的部件或者具有與根據(jù)第一實施方式的齒輪單元I的那些功能相同的功能的部件將由相同的附圖標記表示，并且其描述簡化或省略。圖6示出了比圖1更示意性的齒輪單元500。在圖6中未示出與外軸3的外齒輪7嚙合的第二輸入齒輪9以及在其末端處設置有第二輸入齒輪9的第二輸入軸5。根據(jù)第二實施方式的齒輪單元500能夠從輸出軸的相反兩端(圖6中的上端和下端)輸出功率。更具體而言，在根據(jù)第一實施方式的齒輪單元I的情況下，從內軸2和外軸3的一端(圖1中的上端)輸出功率。相反，如圖6所示，根據(jù)第二實施方式的齒輪單元500能夠從內軸2的與外軸3相反的端部(圖6中的下端)輸出功率。換言之，根據(jù)第二實施方式的齒輪單元500能夠從單兀外殼10的相反兩端輸出功率。將參照圖7A至圖7C描述其中上述結構的齒輪單元500應用于機器人的示例。在下列描述中，與根據(jù)第一實施方式的機器人300的那些部件相同的部件或具有與根據(jù)第一實施方式的機器人300的那些功能相同的功能的部件將由相同的附圖標記來表示，并且其描述簡化或省略。圖7A至圖7C所示的機器人400比圖5更示意性地示出。在圖7A至圖7C中未不出用于支承第一臂310的基端的支柱360。在圖7A所不的機器人400中，正如根據(jù)第一實施方式的機器人300 —樣,齒輪單元500設置在第二臂320的末端部中。因為齒輪單元500能夠從單元外殼10的相反兩端輸出功率，因此第一手330連接到內軸2從而從第二臂320的下側而不是其上側延伸。在圖7B所示的機器人400中，齒輪單元500布置在第一臂310的末端部中。第二臂320連接到外軸3從而從第一臂3 10的上側延伸。第三臂380連接到到第二臂320的末端。另一方面，特定手390連接到齒輪單元500的內軸2從而從第一臂310的下側延伸。換言之，臂從第一臂310的上側和下側中的一個延伸，而手從第一臂310的上側和下側中的另一個延伸。在圖7C所示的機器人400中，齒輪單元500布置在第一臂310的末端部中。第二臂320連接到外軸3，而第三臂321連接到內軸2。換言之，第二臂320從第一臂310的上側延伸。第三臂321從第一臂310的下側延伸。在該構造中，這些臂從第一臂310的上側和下側延伸。在圖7C所示的示例中，單個特定手390連接到到從第一臂310的下側延伸的第三臂321的末端。另一方面，根據(jù)第一實施方式的齒輪單兀I布置在從第一臂310的上側延伸的第二臂320的末端部中。第一手330和第二手340連接到齒輪單元I。如上所述，齒輪單元I和500能期望地用于機器人300和400的臂或手的關節(jié)中。因為齒輪單元I和500的尺寸小，因此它們能布置在臂的末端部內或能附接到臂的外表面。因為能從輸出軸的一端或兩端輸出功率，因此可以增大設計機器人300和400的自由度。齒輪單元I的應用不限于機器人。即使齒輪單元I應用于機器人，機器人的種類也不必限于上述機器人300和300。本領域技術人員能容易得出上述實施方式的新效果和其它改進示例。為此，本發(fā)明的寬泛方面不限于所示且在上描述的特定公開內容以及代表實施方式。因此，本發(fā)明能以許多不同的形式改進，而沒有脫離由所附的權利要求和其等同物限定的一般發(fā)明概念的精神和范圍。
權利要求
1.一種齒輪單元，該齒輪單元包括 內軸和外軸，所述內軸和所述外軸同心布置以組成兩個同心的輸出軸；以及 第一輸入軸和第二輸入軸，所述第一輸入軸和所述第二輸入軸沿正交于所述輸出軸的方向延伸并且分別操作地連接到所述內軸和所述外軸， 其中，所述內軸包括附接到其上的內齒輪并且所述外軸包括附接到其上的外齒輪，所述內齒輪和所述外齒輪布置成處于相互對置關系，所述第一輸入軸和所述第二輸入軸沿著所述輸出軸的軸向方向彼此間隔開特定距離，所述第一輸入軸包括與所述內齒輪嚙合的第一輸入齒輪，所述第二輸入軸包括與所述外齒輪哨合的第二輸入齒輪。
2.根據(jù)權利要求1所述的齒輪單元，其中，所述內齒輪、所述第一輸入齒輪、所述外齒輪和所述第二輸入齒輪由準雙曲面齒輪形成，所述第一輸入軸和所述第二輸入軸布置成彼此平行。
3.根據(jù)權利要求1所述的齒輪單元，其中，所述內齒輪、所述第一輸入齒輪、所述外齒輪和所述第二輸入齒輪由傘齒輪形成。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的齒輪單元，其中，所述內軸和所述外軸分別包括空心軸體，并且穿過所述內軸的所述軸體進行布線和/或布管。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的齒輪單元，其中，從所述內齒輪的齒陣列表面突出有止動銷，并且從所述齒輪單元的外殼的內壁突出有帶銷，所述帶銷定位在穿過所述內軸和所述外軸的同心軸線的中心線上，圍繞所述帶銷和所述內軸纏繞有止動帶。
6.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的齒輪單元，其中，所述第一輸入軸通過第一中間齒輪機構連接到第一馬達，并且所述第二輸入軸通過第二中間齒輪機構連接到第二馬達。
7.一種機器人，該機器人包括 基座； 從所述基座延伸的臂； 一對手，這一對手操作地連接到所述臂的末端；以及 布置在所述臂的所述末端中的根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的齒輪單元，這些手獨立地連接到所述齒輪單元的所述內軸和所述外軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及齒輪單元和機器人。該齒輪單元包括內軸和外軸，所述內軸和所述外軸同心布置以組成兩個同心的輸出軸；以及第一輸入軸和第二輸入軸，所述第一輸入軸和所述第二輸入軸沿正交于所述輸出軸的方向延伸并且分別操作地連接到所述內軸和所述外軸。所述內軸包括附接到其上的內齒輪并且所述外軸包括附接到其上的外齒輪。所述內齒輪和所述外齒輪布置成處于相互對置關系。所述第一輸入軸和所述第二輸入軸沿著所述輸出軸的軸向方向彼此間隔開特定距離。所述第一輸入軸包括與所述內齒輪嚙合的第一輸入齒輪，所述第二輸入軸包括與所述外齒輪嚙合的第二輸入齒輪。
文檔編號B25J9/06GK103016629SQ20121036106
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權日2011年9月27日
發(fā)明者古市昌稔, 實政泰樹 申請人:株式會社安川電機