關節(jié)機構和機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種關節(jié)機構和機器人。所述關節(jié)機構包括：馬達，該馬達包括馬達軸和設置在該馬達軸的末端處的準雙曲面小齒輪；以及減速器，該減速器被構造成以一減速比將所述馬達的轉速降低。所述減速器包括螺桿狀輸入軸和環(huán)狀齒輪，該環(huán)狀齒輪與所述螺桿狀輸入軸嚙合并且以直角與所述螺桿狀輸入軸三維相交。另外，所述螺桿狀輸入軸包括設置有螺旋部的軸本體和布置在該螺桿狀輸入軸的一端處并且被構造成與所述準雙曲面小齒輪嚙合的準雙曲面齒輪。此外，所述螺桿狀輸入軸的軸線以直角與所述馬達軸三維相交。
【專利說明】關節(jié)機構和機器人
【技術領域】
[0001]這里公開的實施方式涉及關節(jié)機構和機器人。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)上，可獲得包括其中連桿以可旋轉的方式連接至彼此的臂單元和腕部單元的機器人。在這種機器人中，例如，連桿的軸被形成為中空的，從而可以將電纜等布置在臂單元中。
[0003]作為將中空軸以可旋轉的方式互連的關節(jié)機構的示例，已知一種關節(jié)機構，在該關節(jié)機構中，使用斜齒輪作為輸送馬達動力的動力輸送機構(例如參見日本專利申請公報N0.H08 - 229874)。
[0004]然而，當將上述傳統(tǒng)構造應用于設置有減速器的關節(jié)機構時，難以充分地增加連桿軸的中空部的直徑。此外，在使用斜齒輪作為齒輪驅動機構的情況下，產生較大的齒輪隙。這使得難以精確地操縱連桿。

【發(fā)明內容】

[0005]鑒于上述問題，這里公開的實施方式提供了一種能夠充分地增加具有中空軸的連桿的中空部的直徑并且能夠減小齒輪隙的關節(jié)機構和機器人。
[0006]根據這里公開的實施方式的一方面，提供了一種關節(jié)機構，該關節(jié)機構包括:馬達，該馬達包括馬達軸和設置在該馬達軸的末端處的準雙曲面小齒輪；以及減速器，該減速器被構造成以一減速比將所述馬達的轉速降低。另外，該減速器包括螺桿狀輸入軸和環(huán)狀齒輪，該環(huán)狀齒輪與所述螺桿狀輸入軸嚙合并且以直角與所述螺桿狀輸入軸三維相交，所述螺桿狀輸入軸包括設置有螺旋部的軸本體和布置在該螺桿狀輸入軸的一端處并且被構造成與所述準雙曲面小齒輪嚙合的準雙曲面齒輪，并且所述螺桿狀輸入軸的軸線以直角與所述馬達軸三維相交。
[0007]通過這里公開的實施方式，能夠提供一種能夠充分地增加連桿的中空部的直徑并且能夠盡可能地減小齒輪隙的關節(jié)機構和機器人。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示出了根據一實施方式的機器人的視圖。
[0009]圖2是示出了設置在圖1中所示的機器人的腕部單元中的關節(jié)單元的視圖。
[0010]圖3是沿著圖2中的線II1-1II截取的說明圖，示出了腕部框架與馬達之間的位
置關系。
[0011]圖4是沿著圖2中的線IV-1V的說明圖，示出了在根據該實施方式的關節(jié)機構中采用的減速器。
【具體實施方式】[0012]現(xiàn)在將參照附圖詳細地描述這里公開的關節(jié)機構和機器人的實施方式。當前公開不限于下面描述的實施方式。
[0013]首先，將參照圖1描述根據當前實施方式的機器人I。在如下描述中，將彼此正交的X軸和Y軸限定為與機器人I的安裝表面(例如水平表面)平行。將Z軸限定為正交于安裝表面。
[0014]在當前實施方式中，機器人I例如是多關節(jié)機器人。如圖1所示，機器人I包括基座11、布置在基座11上的本體單元12、連接至本體單元12的臂單元13以及布置在臂單元13的末端處的腕部單元14。
[0015]基座11通過座部Ila固定至安裝表面。本體單元12被布置在基座11上以繞豎直軸線(圖1中的Z軸)水平旋轉。本體單元12借助馬達單元20的操作而水平旋轉。
[0016]連接至本體單元12的臂單元13包括作為多個連桿的第一臂131和第二臂132。第一臂131和第二臂132借助關節(jié)單元以可旋轉的方式彼此連接。
[0017]也就是說，第一臂131通過第一關節(jié)單元2a連接至本體單元12以在前后方向(Y方向)上擺動。第二臂132通過第二關節(jié)單元2b連接至第一臂131的末端部以在上下方向(Z方向)上擺動。用于使第一臂131擺動的第一關節(jié)單元2a設置有第一馬達單元21。用于使第二臂132擺動的第二關節(jié)單元2b設置有第二馬達單元22。
[0018]腕部單元14包括作為多個連桿的第一腕部71和第二腕部72。第一腕部71和第二腕部72借助關節(jié)單元以可旋轉的方式彼此連接。第一腕部71的腕部框架710包括:通過第三關節(jié)單元2c連接至臂單元13的第二臂132的末端以繞第二臂的旋轉軸線旋轉的基端部；以及形成為分叉形狀的末端部。
[0019]電纜8等布置在腕部框架710內(參見圖2和圖3)。包括軟管等的附加電纜80沿著第二臂132的縱向方向延伸穿過第一腕部71的中央空間。之后，電纜80等穿過第二腕部72的下述中空部53 (圖2至圖4)。
[0020]同時，第二腕部72形成為基本筒狀形狀并且借助第四關節(jié)單元2d連接至第一腕部71的分叉腕部框架710的末端部以繞擺動軸線(例如在圖1中的Z方向上)擺動。第二腕部72借助布置在其中的第五關節(jié)單元2e繞其旋轉軸線旋轉。
[0021]如圖2所示，第四關節(jié)單元2d包括:布置在第二腕部72中的減速機構9 ;擺動馬達(未示出);以及動力輸送機構。擺動馬達可以被安裝在第一腕部71的分叉部的基端處并且通過諸如驅動軸、齒輪機構或帶機構之類的動力輸送機構操作地連接至減速機構9。
[0022]另外，如圖2所示，第二腕部72借助第五關節(jié)單元2e連接至第一腕部71并且繞其旋轉軸線旋轉。第五關節(jié)單元2e布置在作為從動構件的第二腕部72內。根據當前實施方式的關節(jié)機構3被安裝在第五關節(jié)單元2e中。
[0023]接下來，將參照圖2至圖4詳細地描述用于使第二腕部72繞其旋轉軸線旋轉的設置在第五關節(jié)單元2e中的關節(jié)機構3。
[0024]如圖2所示，安裝在第五關節(jié)單元2e中的關節(jié)機構3包括馬達4和減速器5，該減速器5用于以預定減速比將馬達4的轉速降低。馬達4被安裝成沿著腕部單元14的縱向方向延伸并且布置在腕部框架710的分叉末端部的內部。
[0025]馬達4包括由軸承42支撐的馬達軸41。馬達軸41朝向第二腕部72延伸。馬達軸41設置有位于其末端處的準雙曲面齒輪61。馬達4的本體單元具有包括以可旋轉的方式安裝的轉子和固定至殼體的內表面的定子的一般結構，其中在轉子和定子之間留有預定間隙。
[0026]如圖4所示，操作地連接至馬達4的減速器5形成為具有中空部53的中空結構。更具體地說，減速器5包括:環(huán)狀齒輪52,該環(huán)狀齒輪52設置有與布置在該環(huán)狀齒輪52的外周上的齒輪齒對應的多個凸輪隨動件52a ;以及螺桿狀輸入軸51，該螺桿狀輸入軸51被構造成將馬達4的動力輸送到環(huán)狀齒輪52。
[0027]螺桿狀輸入軸51包括軸本體51b和形成在軸本體51b上的螺旋部51a。螺旋部51a用作使凸輪隨動件52a移動以使環(huán)狀齒輪52繞其自身軸線旋轉的凸輪構件。準雙曲面齒輪62布置在螺桿狀輸入軸51的一端。準雙曲面齒輪62與布置在馬達軸41中的準雙曲面小齒輪61嚙合。
[0028]螺桿狀輸入軸51具有軸線A，該軸線A以直角與馬達軸41三維相交。具體地說，減速器5被布置成使得馬達軸41定位成相比于螺桿狀輸入軸51的中心更靠近環(huán)狀齒輪52并且使得螺桿狀輸入軸51的軸線以直角與馬達軸41三維相交。因而，如圖4所示，螺桿狀輸入軸51和馬達軸41偏離距離D，并且馬達4能夠更靠近減速器5的中空部53偏離所述
距離D。
[0029]也就是說，如圖3所示，馬達4可以布置成盡可能靠近腕部框架710，而不從期望區(qū)域100突出。該區(qū)域100例如是容納腕部單元14的最外周緣并且具有指定直徑的圓形區(qū)域。
[0030]在與螺桿狀輸入軸51嚙合的環(huán)狀齒輪52中，中空部53的軸線以直角與螺桿狀輸入軸51三維相交。具體地說，螺桿狀輸入軸51和環(huán)狀齒輪52具有類似于蝸輪的構造。螺桿狀輸入軸51相當于蝸桿，而環(huán)狀齒輪52相當于蝸輪。
[0031]通過上述構造，馬達4的旋轉被輸送至減速器5。因而，第二腕部72繞其旋轉軸線旋轉，且其速度以預定減速比降低。具體地說，馬達4的旋轉被從馬達軸4輸送至準雙曲面小齒輪61、準雙曲面齒輪62、螺桿狀輸入軸51，并且然后輸送至環(huán)狀齒輪52。因而，第二腕部72繞其旋轉軸線旋轉。這樣，馬達4到第二腕部72的動力輸入路線由準雙曲面小齒輪61和準雙曲面齒輪62以及由螺桿狀輸入軸51和環(huán)狀齒輪52在兩個階段改變。
[0032]根據當前實施方式的減速器5設置有具有中空部53的環(huán)狀齒輪52。為此，如果減速器5被布置在機器人I的腕部單元14的末端處，則可以使中空部(中空孔)獲得足夠直徑，同時維持腕部單元14的軸線的定位精度。
[0033]如上所述，在環(huán)狀齒輪52中，對應于與螺桿狀輸入軸51嚙合的齒輪齒的構件由凸輪隨動件52a形成。由于這個原因，對于環(huán)狀齒輪52來說可以盡可能抑制齒輪隙的產生。因而，機器人I能夠實現(xiàn)腕部單元14的精準運動。
[0034]作為具有與上述相同的構造的減速器5，可以適當?shù)厥褂美鐫L子驅動器(RollerDrive,注冊商標)。
[0035]如上所述，根據當前實施方式的關節(jié)機構3安裝在旋轉連桿(例如第二腕部72)中。更具體地說，馬達4的旋轉通過附接至馬達軸41的末端的準雙曲面小齒輪61和附接至用作減速器5的輸入軸的螺桿狀輸入軸51的準雙曲面齒輪62輸入。
[0036]因而，馬達4的旋轉在其速度首先由準雙曲面小齒輪61和準雙曲面齒輪62降低的情況下被輸送至減速器5。這使得可以減小減速器5的尺寸。因而，可以將減速器5布置在第二腕部72內，這使得可以減小機器人I的腕部單元14的尺寸。
[0037]通過采用準雙曲面小齒輪61和準雙曲面齒輪62，可以將減速器5的螺桿狀輸入軸51的方向改變至與馬達軸41垂直的方向。因而，如圖2所示，可以沿著腕部單元14的縱向方向布置馬達4并且將減速器5安裝在第二腕部72內。這使得可以進一步減小機器人I的腕部單元14的尺寸。
[0038]由于馬達4可以布置成鄰近第二腕部72，因此可以將馬達4的動力從馬達軸41直接輸送至減速器5。因此，無須在馬達4和減速器5之間安裝驅動軸或其他驅動齒輪。這能夠有助于降低部件數(shù)量和重量。
[0039]如上所述，根據當前實施方式的關節(jié)機構3，可以增加設計自由度，同時實現(xiàn)減小減速器5的尺寸。這有助于減小腕部單元14的尺寸。
[0040]在上述實施方式中，在驅動腕部單元14的第二腕部72時使用關節(jié)機構3。另選地，根據當前實施方式的關節(jié)機構3可以應用于例如圖1中所示的第二關節(jié)單元2b。在這種情況下，如果第二臂132形成為中空結構，則可以確保與中空結構連通的中空孔并且可以將電纜等布置在第二臂132內。
[0041]本領域技術人員應該理解，可以根據設計要求和其他因素進行各種修改、組合、子組合和改變，只要它們在所附權利要求或其等同物的范圍內即可。
【權利要求】
1.一種關節(jié)機構，該關節(jié)機構包括: 馬達，該馬達包括馬達軸和設置在該馬達軸的末端處的準雙曲面小齒輪；以及 減速器，該減速器被構造成以一減速比將所述馬達的轉速降低，該減速器包括螺桿狀輸入軸和環(huán)狀齒輪，該環(huán)狀齒輪與所述螺桿狀輸入軸嚙合并且以直角與所述螺桿狀輸入軸三維相交，所述螺桿狀輸入軸包括設置有螺旋部的軸本體和布置在該螺桿狀輸入軸的一端處并且被構造成與所述準雙曲面小齒輪嚙合的準雙曲面齒輪，所述螺桿狀輸入軸的軸線以直角與所述馬達軸三維相交。
2.一種機器人，該機器人包括權利要求1所述的關節(jié)機構。
3.根據權利要求2所述的機器人，該機器人還包括被構造成借助所述關節(jié)機構旋轉的可旋轉連桿。
4.根據權利要求3所述的機器人，其中，所述關節(jié)機構被安裝在所述可旋轉連桿中。
5.根據權利要求3或4所述的機器人，該機器人還包括:臂單元，該臂單元具有多個彼此串聯(lián)連接的連桿；和腕部單元，該腕部單元被安裝在所述臂單元的端部處，其中所述可旋轉連桿是借助所述關節(jié)機構連接至所述臂單元的所述腕部單元。
【文檔編號】B25J17/00GK103978494SQ201410047323
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權日:2013年2月12日
【發(fā)明者】田中謙太郎, 一番瀨敦, 堤真吾 申請人:株式會社安川電機