TW201733751A - 機械臂機構及旋轉關節裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於削減機械臂機構之特別是起伏部之維護工時。機械臂機構之起伏部(4)具有：一對側框(57)，其等載置於迴旋旋轉關節部(J1)之旋轉部(24)；圓筒體(60)，其軸旋轉自如地支持於側框；馬達單元(77)，其包含用於使圓筒體旋轉駆動之馬達及齒輪箱；連接部(71、72)，其等用於連接將臂部(5)移動自如地支持之臂支持部；以及導引構造，其將自第1鏈節分離之第2鏈節引導至支柱部(2)內。馬達單元、連接部及導引構造係與圓筒體一體化。馬達單元係收納於圓筒體之內部，馬達單元之輸出軸係連接於側框之一方。連接部係固定於圓筒體之外周面。導引構造係設置於圓筒體之外周面之圓環體(73)。

Description

機械臂機構及旋轉關節裝置

本發明之實施形態係關於一種機械臂機構及旋轉關節裝置。

自先前，多關節機械臂機構被用於產業用機器人等各種領域。發明者等人實現了直動伸縮機構之實用化。該直動伸縮機構無需肘關節，係實現臨界點消除之於今後非常有利之構造。

直動伸縮機構係具有彎曲自如地連結之複數個平板形狀之鏈節(第1鏈節)、及同樣彎曲自如地於底部側連結之複數個字槽形狀之鏈節(第2鏈節)而成，該等鏈節籍由相互接合而直線狀硬直，構成具有一定剛性之柱狀之臂部。臂部係以被支持部(輥單元)之上下左右所配設之複數個輥牢固且前後移動自如地夾持之狀態被支持。於輥之後方配置有驅動齒輪，其嚙合於第1鏈節之內側面所設之線性齒輪。若連結於馬達之驅動齒輪正向旋轉則成為柱狀體之臂部自支持部朝前方送出，若逆向旋轉則臂部朝後 方被拉回。第1、第2鏈節於輥與驅動齒輪之間分離，自硬直狀態恢復成彎曲狀態。支持部係固定於起伏部之旋轉部。

於該起伏部施加有臂部、腕部、末端效應器及工件等之重量，故而需要定期維護，當然亦需要適當之不定期維護。起伏部包括固定部、由固定部旋轉自如地支持之旋轉部、使旋轉部旋轉駆動之馬達及齒輪箱、將輥單元固定於固定部之構造、以及於輥單元與支柱部之間引導第2鏈節之構造等大量之構成要素。因此，維護需要花費大量之工時。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本專利第5435679號公報

本發明之目的在於削減機械臂機構中起伏部之維護工時。

本實施形態之機械臂機構係於基台支持具備迴旋旋轉關節部之支柱部，於支柱部上載置具備起伏旋轉關節部之起伏部，於起伏部設置有具備直動伸縮性之臂部之直動伸縮機構，於臂部之前端裝備有可安裝末端效應器之腕部， 於腕部裝備用於變更末端效應器之姿勢之至少一個旋轉關節部而成者。臂部包括可彎曲地連結之板形狀之複數個第1鏈節、及於底面側可彎曲地連結之橫剖面字或口字形狀之複數個第2鏈節。當第2鏈節於與底面側相反之表面側接合第1鏈節時，第1、第2鏈節之彎曲被約束而構成為硬直之柱狀體，當第1、第2鏈節相互分離時恢復成彎曲狀態。起伏部具有：一對側框，其等載置於迴旋旋轉關節部之旋轉部；圓筒體，其軸旋轉自如地支持於側框；馬達單元，其包含用於使圓筒體旋轉駆動之馬達及齒輪箱；連接部，其用於連接將臂部移動自如地支持之直動伸縮機構之臂支持部；以及導引構造，其將自第1鏈節分離之第2鏈節引導至支柱部內。馬達單元、連接部及導引構造係與圓筒體一體化。馬達單元係收納於圓筒體之內部，馬達單元之輸出軸係連接於側框之一方。連接部係固定於圓筒體之外周面。導引構造係設置於圓筒體之外周面之圓環體。

1‧‧‧基部

2‧‧‧支柱部

4‧‧‧起伏部

5‧‧‧臂部

6‧‧‧腕部

J1、J2、J4、J5、J6‧‧‧旋轉關節部

J3‧‧‧直動伸縮關節部(直動伸縮機構)

53‧‧‧第1鏈節

54‧‧‧第2鏈節

56‧‧‧送出機構

57‧‧‧側框

59、62‧‧‧輥

60‧‧‧圓筒體

64‧‧‧驅動齒輪

69‧‧‧導輥

71、72‧‧‧連接部

73‧‧‧導輪

75‧‧‧齒輪箱

76‧‧‧輥

77‧‧‧馬達單元

78‧‧‧輸出軸

圖1係本實施形態之機械臂機構之外觀立體圖。

圖2係圖1之機械臂機構之側視圖。

圖3係自剖面方向觀察圖1之機械臂機構之內部構造之圖。

圖4係藉由圖符號表現來表示圖1之機械臂機構之構成之圖。

圖5係表示圖1之起伏部之構造之立體圖。

圖6係表示圖5之圓筒形之旋轉部之構造之立體圖。

圖7係表示圖5之圓筒形之旋轉部之構造之側視圖、橫剖面圖、縱剖面圖。

圖8係表示圖5之圓筒形之旋轉部引導第2鏈節之情形之側視圖。

以下，一面參照圖式一面對本實施形態之旋轉關節裝置進行說明。此處，係以裝備本實施形態之旋轉關節裝置之機械臂機構為例進行說明。作為機械臂機構，此處係說明具備直動伸縮機構之垂直多關節型之機械臂機構，但亦可為其它類型之機械臂機構。

分別用圖1表示裝備本實施形態之旋轉關節裝置之垂直多關節型之機械臂機構之立體圖，用圖2表示其側視圖，用圖3表示卸除側面罩後之機械臂機構之側視圖。圖4係藉由圖符號表現來表示機械臂機構之關節構成。本實施形態之旋轉關節裝置係應用於第2關節部J2之起伏旋轉關節部。於該機械臂機構之基座1，形成圓筒體之支柱部2係典型地鉛垂設置。支柱部2收容作為迴旋旋轉關節部之第1關節部J1。第1關節部J1具備扭轉旋轉軸RA1。旋轉軸RA1係與鉛垂方向平行。藉由第1關節部J1之旋轉而臂部5水平地迴旋。支柱部2包括下部2-1及上部2-2。下部2-1係連接於第1關節部J1之固定部。上 部2-2係連接於第1關節部J1之旋轉部，且以旋轉軸RA1為中心進行軸旋轉。於形成圓筒體之支柱部2之內部中空收納有後述作為直動伸縮機構之第3關節部J3之第1、第2鏈節排。於支柱部2之上部2-2設置有收容作為起伏旋轉關節部之第2關節部J2之起伏部4。第2關節部J2係彎曲旋轉關節。第2關節部J2之旋轉軸RA2係與旋轉軸RA1垂直。第2關節部J2係載置於支柱部2之上部2-2。藉由第2關節部J2之旋轉而臂部5上下起伏。

第3關節部J3係藉由直動伸縮機構提供。詳情於後文敘述，直動伸縮機構具備發明者等人新開發之構造，自可動範圍之觀点而言明確區別於所謂之先前之直動關節。第3關節部J3之臂部5彎曲自如，但當沿著中心軸(伸縮中心軸RA3)自臂部5之根部之送出機構56朝前方被送出時彎曲被限制，以確保直線剛性。臂部5朝後方被拉回時恢復彎曲。臂部5具有第1鏈節排51及第2鏈節排52。第1鏈節排51包含彎曲自如地連結之複數個第1鏈節53。第1鏈節53構成為大致平板形。第2鏈節排52包含複數個第2鏈節54。第2鏈節54形成橫剖面字形狀之槽狀體。第2鏈節54係藉由底板之連結軸而彎曲自如地連結。第2鏈節排52之彎曲係於第2鏈節54之側板之端面彼此抵接之位置被限制。於此位置，第2鏈節排52係直線排列。第1鏈節排51之中最前端之第1鏈節53、第2鏈節排52之中最前端之第2鏈節54係藉由結合鏈節55而連接。例如，結合鏈節55具有將第1鏈節53 與第2鏈節54合成後之形狀。

第1、第2鏈節排51、52係於通過在送出機構56上下排列之複數個輥59之間時相互按壓並接合。藉由接合而第1、第2鏈節排51、52發揮直線剛性，構成角柱狀之臂部5。於送出機構56之輥59之後方設置有驅動齒輪64。驅動齒輪64係經由未圖示之減速器而連接於步進馬達。於第1鏈節53之內側之面之寬度中央沿著連結方向形成有線性齒輪。複數個第1鏈節53呈直線狀整齊排列時鄰接之線性齒輪呈直線狀相連，而構成較長之線性齒輪。驅動齒輪64係嚙合於被導輥69按壓之第1鏈節53之線性齒輪。直線狀相連之線性齒輪係與驅動齒輪64一併構成齒輪齒條機構。當驅動齒輪64正向旋轉時，第1、第2鏈節排51、52自輥單元56朝前方送出。當驅動齒輪64逆向旋轉時，第1、第2鏈節排51、52朝後方被拉回。被拉回之第1、第2鏈節排51、52係於輥59與驅動齒輪64之間分離。分離後之第1、第2鏈節排51、52分別恢復成可彎曲之狀態。恢復成可彎曲狀態之第1、第2鏈節排51、52均朝相同方向(內側)彎曲，鉛垂地收納於支柱部2之內部。此時，第1鏈節排51係與第2鏈節排52大致平行地以大致對齊之狀態收納。

於臂部5之前端安裝有腕部6。腕部6裝備第4~第6關節部J4~J6。第4~第6關節部J4~J6分別具備正交3軸之旋轉軸RA4~RA6。第4關節部J4係以與伸縮中心軸RA3大致一致之第4旋轉軸RA4為中心之扭轉旋轉關 節，藉由該第4關節部J4之旋轉而末端效應器擺動旋轉。第5關節部J5係以與第4旋轉軸RA4垂直配置之第5旋轉軸RA5為中心之彎曲旋轉關節，藉由該第5關節部J5之旋轉而末端效應器前後傾動旋轉。第6關節部J6係以與第4旋轉軸RA4及第5旋轉軸RA5垂直配置之第6旋轉軸RA6為中心之扭轉旋轉關節，藉由該第6關節部J6之旋轉而末端效應器軸旋轉。

末端效應器(末端效應器)係安裝於腕部6之第6關節部J6之旋轉部下部所設之轉接器7。末端效應器係具有讓機器人直接作用於作業對象(工件)之功能之部分，例如有固持部、真空吸附部、螺母緊固件、焊槍、噴槍等根據任務而存在各種工具。末端效應器係藉由第1、第2、第3關節部J1、J2、J3而移動至任意位置，且藉由第4、第5、第6關節部J4、J5、J6而配置為任意姿勢。特別是第3關節部J3之臂部5之伸縮距離之長度可使末端效應器到達自基台1之近接位置至遠隔位置之廣範圍之對象。第3關節部J3之特徵為藉由構成其之直動伸縮機構而實現之直線伸縮動作及其伸縮距離之長度不同於先前之直動關節。

第1關節部J1具有圓筒形狀或圓環形狀之旋轉基座23。旋轉基座23係連接於支柱部2之基座1。旋轉自如地支持於旋轉基座23上之旋轉框24係形成為圓筒形狀或圓環形狀。於旋轉框24之內部中空收納有被拉回之第1、第2鏈節排51、52。於旋轉框24直接連接有未圖示 之馬達之旋轉軸、或經由動力傳遞機構而間接地連接。

於旋轉框24上，載置有作為第2關節部J2之固定部(支持部)之一對側框57。於一對側框57旋轉自如地支持有作為旋轉部之圓筒體60。於圓筒體60之內部固定有具備馬達及齒輪箱之馬達單元。馬達單元之輸出軸(駆動軸)係固定於另一方之側框57。伴隨輸出軸之旋轉而圓筒體60以旋轉軸RA2為中心旋轉。

如圖5所示，於圓筒體60之周面安裝有送出機構56。伴隨圓筒體60之軸旋轉而送出機構56轉動，支持於送出機構56之臂部5起伏。送出機構56係裝備複數個上下輥59、未圖示之複數個左右輥、驅動齒輪64、導輥69之、與第1、第2鏈節排51、52一併構成直動伸縮機構(第3關節部J3)之主要構造體。上下輥59例如為4個，其中2個配設於上側，剩餘之2個配設於下側。上側、下側各自之2個輥59係以旋轉軸相互平行之方式排列成一排。上側之2個輥59、與下側之2個輥59係隔開與已接合之第1、第2鏈節53、54之合計厚度等價之距離。藉此，可將第1、第2鏈節53、54接合，自上下牢固地夾持且前後移動自如地支持。左右輥例如為6個，其中3個配設於左側，剩餘之3個配設於右側。左側、右側各自之3個輥係相互平行地於與旋轉軸垂直之方向直線排列。左側之3個輥、與右側之3個輥係隔開與第1、第2鏈節53、54之寬度等價之距離。藉此，自左右牢固地夾持第1、第2鏈節53、54且前後移動自如地支持。

於本實施形態中，係於旋轉部(圓筒體)60一體地構成起伏部4之馬達單元、與送出機構56之連接構造、第2鏈節54之引導構造，藉此僅藉由自側框57卸除圓筒體60，便可對該等圓筒體60、起伏部4之馬達單元、與送出機構56之連接構造、第2鏈節之引導構造實施維護，從而實現維護性之提升。即，於將圓筒體60、起伏部4之馬達單元、與送出機構56之連接構造及第2鏈節54之引導構造個別地安裝於側框57之情形時，需要維護其等之任一個、例如馬達單元時，為了卸除馬達單元，必須卸除圓筒體60、起伏部4之馬達單元，此外亦必須自側框57卸除連接構造及引導構造，維護性非常差。

圖6係表示圓筒體60之構造之立體圖。圖7(a)係圓筒體60之側視圖，圖7(b)係圖7(a)之A-A橫剖面圖，圖7(c)係圖7(a)之B-B縱剖面圖。如圖6、圖7所示，於圓筒體60之外周，作為與送出機構56之連接構造，半圓弧形狀之一對連接部71、72隔開與送出機構56之寬度相應之距離而牢固地安裝。

作為第2鏈節54之引導構造，如圖8所示，係由圓筒體60之外周面兼具，此處特別是將圓環體(導輪)73經由於圓筒體60之外周分散配置之複數個、此處為3個輥76而可自由旋轉地設置。輥76及導輪73係配置於一對連接部71、72之間。為了抑制第2鏈節54之破損等，導輪73較佳為硬度低於第2鏈節54、例如為樹脂。作為第2鏈節54之引導構造，亦可代替導輪73，而為固定於 圓筒體60之外周之聚縮醛(POM)、聚醯胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE：氟樹脂)等自潤滑性樹脂製之滑動皮帶，於此情形時，第2鏈節54於滑動皮帶上滑動，被引導至支柱部2之內部。

於圓筒體60之內部，收納有包括馬達74及齒輪箱75之馬達單元77。馬達單元77相對於圓筒體60固定於其內部。馬達單元77之輸出軸78係連接於側框57之一方。馬達單元77係固定於圓筒體60，且輸出軸78連接於側框57，故而若馬達單元77之輸出軸78旋轉，則馬達單元77旋轉，且伴隨馬達單元77之旋轉而圓筒體60旋轉。

如此，於圓筒體60之外周面安裝連接送出機構56之連接部71、72，使馬達單元77收納於旋轉體60之內部，作為第2鏈節54之引導構造，活用旋轉體60之外周面而於其外周自由旋轉自如地設置導輪73，藉此實現其等部件之一體化。該一體化係如上述般實現維護性之提升。進而亦實現起伏部4之小型化。

雖對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。該等實施形態能以其它各種形態實施，且於不脫離發明之主旨之範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形包含於發明之範圍及主旨，且同樣包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。

56‧‧‧送出機構

57‧‧‧側框

59‧‧‧輥

60‧‧‧圓筒體

64‧‧‧驅動齒輪

69‧‧‧導輥

71、72‧‧‧連接部

73‧‧‧導輪

Claims (4)

1. 一種機械臂機構，其係於基座支持具備迴旋旋轉關節部之支柱部，於上述支柱部上載置具備起伏旋轉關節部之起伏部，於上述起伏部設置有具備直動伸縮性之臂部之直動伸縮機構，於上述臂部之前端裝備可安裝末端效應器之腕部，且於上述腕部裝備有用於變更上述末端效應器之姿勢之至少一個旋轉關節部而成者，其特徵在於，上述臂部包括：可彎曲地連結之板形狀之複數個第1鏈節；及於底面側可彎曲地連結之橫剖面字或口字形狀之複數個第2鏈節，當上述第2鏈節於與上述底面側相反之表面側接合上述第1鏈節時，上述第1、第2鏈節之彎曲被約束而構成為硬直之柱狀體，當上述第1、第2鏈節相互分離時恢復成彎曲狀態；且上述起伏部具有：一對側框，其等載置於上述迴旋旋轉關節部之旋轉部；圓筒體，其軸旋轉自如地支持於上述側框；馬達單元，其包含用於使上述圓筒體旋轉駆動之馬達及齒輪箱；連接部，其用於連接將上述臂部移動自如地支持之上述直動伸縮機構之臂支持部；以及導引構造，其將自上述第1鏈節分離之上述第2鏈節引導至上述支柱部內；且 上述馬達單元、上述連接部及上述導引構造係與上述圓筒體一體化，上述馬達單元係收納於上述圓筒體之內部，上述馬達單元之輸出軸連接於上述側框之一方，上述連接部係固定於上述圓筒體之外周面，上述導引構造係設置於上述圓筒體之外周面之圓環體。
2. 如申請專利範圍1之機械臂機構，其中上述圓環體係自由旋轉自如地支持於上述圓筒體。
3. 如申請專利範圍1之機械臂機構，其中上述圓環體係使上述第2鏈節滑動之安裝於上述圓筒體之外周面之滑動皮帶。
4. 一種旋轉關節裝置，其特徵在於具有：固定部；圓筒體，其軸旋轉自如地支持於上述固定部；馬達單元，其包含用於使上述圓筒體旋轉駆動之馬達及齒輪箱；以及連接部，其用於連接鏈路；且上述馬達單元及上述連接部係與上述圓筒體一體化，上述馬達單元係收納於上述圓筒體之內部，上述馬達單元之輸出軸係連接於上述固定部，上述連接部係固定於上述圓筒體之外周面。