专利名称：机器人的制作方法
技术领域：
这里所讨论的实施方式致力于机器人。
背景技术：
目前，在工业应用和服务应用中，所谓的多关节机器人的应用正在扩展，并且提出了通过利用机器人使高载荷和高成本的手动操作自动化的各种系统。将来，为了响应于机器人应用的进一步扩展使常规手动执行的操作自动化，期望提供一种更便宜并且具备足够适当性能的机器人。例如，日本专利特开公报No. 2006-055936公开了一种通过使用成本较低并且重 量轻的纤维增强树脂代替普通铸造材料作为结构材料，来降低机器人的重量，以低成本构造机器人的技术。但是，当如在上述常规技术中那样使用纤维增强树脂作为结构材料时，认为由于例如根据纤维方向等的、来自机器人的热造成的变形，所以根据使用用途无法获得充分的性能。因此，对于提供更便宜并且具有足够适当性能的机器人仍然存在强需求。实施方式的一个方面的目的是获得在维持适当性能的同时可以以更低成本提供的机器人。
发明内容
根据实施方式的一个方面的机器人包括基台、第一结构、第二结构和第三结构。第一结构连接至基台，能够绕第一轴线旋转。第二结构连接至第一结构，能够绕与第一轴线正交的第二轴线旋转。第三结构连接至第二结构，能够绕与第二轴线平行的第三轴线旋转。通过使用具有相同形状的铸造材料来形成第一结构和第三结构。如这里使用的，“正交”不限于数学意义，所以意味着允许合理误差。根据该实施方式的一个方面，可以提供在维持必要性能的同时，可以以更低成本提供的机器人。
由于以下详细描述与附图关联考虑时参照以下详细描述可以更好地进行理解，所以将更容易地获得本发明的更完整的理解及其许多伴随优点，在附图中图I是示出了根据实施方式的机器人系统的整体构造的示意图；图2是示意性地示出了根据实施方式的机器人的外观构造的立体图；图3、图4和图6是用于说明根据实施方式的机器人的部分构造的示意性截面图；以及图5是示出了去除了根据实施方式的机器人的覆盖物的状态的示意性立体图。
具体实施方式
此后，解释实施方式。如图I所示，根据该实施方式的机器人系统100包括机器人101和控制器102。机器人101从安装面103 (基端)到机器人101的顶端按顺序包括基台10、第一结构11、第二结构12、第三结构13、第四结构14、第五结构15和第六结构16,作为结构。在基台10的下部，连接有用于连接电缆104的电缆连接器104a，并且电缆104连接至控制器102和未示出的电源。在本实施方式中，为了以更低成本进行构造，通用计算机用作控制器102，并且基于来自控制器102的指令，控制在机器人101上安装的后面要描述的各致动器的操作。控制器102不限于通用计算机，并且当然可以使用其他计算装置，如专用机器人控制器和伺服控制器。对结构10-16的连接构造和各个结构10-16的可移动构造进行说明。如图I和图2所示，基台10利用未示出的锚栓固定于安装面103。第一结构11连接至基台10，能够绕与安装面103大致垂直的第一轴线Al旋转。如图3所示，第二结构12包括主结构部12a、辅助结构部12b和连接部12c。主结构部12a和辅助结构部12b之间设置有间隔。主结构部12a和辅助结构部12b分别在基端侧连接至第一结构11，能够绕与第一轴线Al正交的第二轴线A2旋转。连接部12c在两端连接至主结构部12a和辅助结构部12b。第三结构13设置在主结构部12a和辅助结构部12b的顶端侧上，以夹在主结构部12a和辅助结构部12b之间。第三结构13连接至主结构部12a和辅助结构部12b中的每一个，能够绕与第二轴线A2平行的第三轴线A3旋转。第四结构14包括第四结构基部14a、第一结构部14b和第二结构部14c。第一结构部14b和第二结构部14c的各基端侧连接至第四结构基部14a,以夹着第四结构基部14a。第五结构15设置在第一结构部14b和第二结构部14c的顶端侧上，以夹在第一结构部14b和第二结构部14c之间。第五结构15连接至第一结构部14b和第二结构部14c中的每一个，能够绕与第四轴线M正交的第五轴线A5旋转。第六结构16连接至第五结构15,能够绕与第五轴线A5正交的第六轴线A6旋转。第六结构16设置有未示出的啮合部，并且各种端部执行器(如，夹持器和焊炬(torch))可以经由啮合部附接。如这里使用的，“正交”不限于数学意义，所以意味着允许合理误差。详细说明结构10-16的各构造。如图3所示，基台10由如金属的铸造材料一体成型，并且在基台10中形成有能够容纳电缆束104b的中空部10a。在基台10的顶端侧上形成以圆筒形突出的第一圆筒部10b。在第一圆筒部IOb的内侧上，形成有与第一圆筒部IOb同心的第二圆筒部10c。谐波传动机51的轴承部件嵌合在第一圆筒部IOb和第二圆筒部IOc 二者的内壁中。而且，如图3和图4所示，第一结构11是金属铸造材料，并且在第一结构11中形成有能够容纳未示出的配线电缆和致动器31的空间llj。致动器31由例如设置在空间Ilj中的伺服电动机构成，并且其输出轴31a与齿轮 54啮合。齿轮54的轴54a沿第一轴线Al延伸，并且连接至谐波传动机51的输入部。
换句话说，通过以旋转的方式驱动致动器31，第一结构11经由谐波传动机51相对于基台10绕第一轴线Al旋转。更详细地说明第一结构11的形状。第一结构11包括具有金属厚度L的一侧壁部Ila和面对该一侧壁部Ila的具有金属厚度I (L > I)的另一侧壁部lib。而且，第一结构11包括具有金属厚度H的底部Ilc和具有金属厚度h(H > h)的顶部lld，底部Ilc与所述一侧壁部Ila和所述另一侧壁部11b，而顶部Ild面对底部Ilc并且与所述一侧壁部IIa和所述另一侧壁部Ilb连续。如上所述，在所述一侧壁部Ila和所述另一侧壁部Ilb之间形成有能够容纳电缆束104b、致动器31等的空间llj。
而且，在底部Ilc中设置有可以插入齿轮54的轴54a的孔lie，并且谐波传动机51的轴承部件嵌合到该孔Ile中。齿轮54和轴54a是中空的，并且电缆束104b通过这些中空从基台10的中空部IOa布线到第一结构11的空间llj。在所述一侧壁部Ila的外侧(空间Ilj的相对侧)上形成被切成圆筒形的切口部(cutout portion) Ilf0具有同心圆筒形的圆筒部Ilg突出在切口部Ilf的圆筒形的内侧上。谐波传动机57的轴承部件分别嵌合到切口部11f和圆筒部11g的内壁中。谐波传动机57的输出部和第二结构12的主结构部12a由多个螺栓62接合。在主结构部12a中设置有可以插入滑轮60的轴60a的孔63，并且轴60a连接至谐波传动机57的输入部。在另一侧壁部Ilb中，形成变薄的凹部lli，并且形成轴承孔llh，该轴承孔Ilh从凹部Ili突出为圆筒形，并且通过该轴承孔llh，空间Ilj与外部连通。轴承部件55附接到轴承孔Ilh的外侧，并且具有环(圆筒)形的金属厚度辅助部件56附接到轴承部件55的外侧。第二结构12的辅助结构部12b接合到厚度辅助部件56。更具体地，环形切口部56a设置在厚度辅助部件56中，并且在辅助结构部12b中设置有用于与切口部56a的形状相对应地进行连接的连接孔64。切口部56a嵌合到连接孔64中，并且粘合剂施加在切口部56a和连接孔64之间。换句话说，切口部56a和连接孔64在没有焊接的情况下彼此粘结。因此，通过以旋转的方式驱动致动器32，主结构部12a和辅助结构部12b经由谐波传动机57相对于第一结构11绕第二轴线A2旋转。第二结构12的主结构部12a由作为标准产品的钢板(本实施方式中的轧制钢板)形成，并且在板厚度上具有厚度(厚度长度)D。另一方面，辅助结构部12b也是以与主结构部12a类似的方式作为标准产品的轧制钢板，但是，在板厚度方向上具有长度d(D > d)。主结构部12a和辅助结构部12b设置为从第一结构11平行延伸到第三结构13，并且在主结构部12a和辅助结构部12b之间存在间隙SI。如图5所示，多个覆盖物台座121附接到主结构部12a和辅助结构部12b的外表面(间隙SI的相对侧上的表面)，并且树脂覆盖物Cl和C2分别附接到主结构部12a和辅助结构部12b的覆盖物台座121。在主结构部12a和辅助结构部12b之间，在基端侧和顶端侧上分别设置有由钢管等形成的梁部件(梁部件65和66)，作为结构增强部件。在主结构部12a中设置有内部可以插入有致动器32的孔67，并且在孔67的远端设置有内部可以插入有致动器33的孔68。孔67和68都设置在梁部件65的远端并且梁部件66的近端。如图5所示，致动器32嵌合到主结构部12a的孔67中，并且通过螺栓32b固定于主结构部12a。滑轮69附接在致动器32的输出轴32a的顶端附近。致动器33嵌合到主结构部12a的孔68中，并且通过螺栓33b固定于主结构部12a。滑轮70附接在致动器33的输出轴33a的顶端附近。滑轮69和滑轮60通过带BI连接，以能够传递力矩，并且致动器32的驱动力可以经由带BI传递到滑轮60。滑轮70和滑轮73通过带B2连接，以能够传递力矩，并且致动器33的驱动力可以经由带B2被传递到滑轮73。在辅助结构部12b中设置有电缆连通孔71和72，电缆束104b等可以通过电缆连通孔71和72进行连通。两个电缆连通孔71和72都设置在梁部件65的远端并且梁部件66的近端。 覆盖梁部件65和66以及致动器32和33的树脂覆盖物C3附接到间隙SI，以使致动器32和33与外部大致隔离。第三结构13是由熔融金属的铸造材料一体成型，以具有与第一结构11相同形状。但是，第三结构13相对于第一结构11上下颠倒地附接。换句话说，以与第一结构11类似的方式，第三结构13包括能够容纳电缆束104b和致动器的空间13j。而且，第三结构13包括具有金属厚度L的一侧壁部13a和面对该一侧壁部13a的具有金属厚度I (L> I)的另一侧壁部13b。而且，第三结构13包括具有金属厚度H的底部13c和具有金属厚度h(H > h)的顶部13d，底部13c与所述一侧壁部13a和所述另一侧壁部13b连续，而顶部13d面对底部13c并且与所述一侧壁部13a和所述另一侧壁部13b连续。在所述一侧壁部13a的外侧(空间13j的相对侧)上形成被切成圆筒形的切口部13f。具有圆筒形的圆筒部13g(其中心轴线与切口部13f相同)突出在切口部13f的圆筒形的内侧上。谐波传动机74的轴承部件分别嵌合到切口部13f和圆筒部13g的内壁中。第二结构12的主结构部12a通过多个螺栓78接合到谐波传动机74的输出部。在主结构部12a中设置有内部可以插入有滑轮73的轴73a的孔79，并且轴73a连接至谐波传动机74的输入部。因此，通过以旋转的方式驱动致动器33，第三结构13经由谐波传动机74相对于主结构部12a和辅助结构部12b，绕第三轴线A3旋转。在所述另一侧壁部13b中，形成变薄的凹部13i，并且形成轴承孔13h，该轴承孔13h从凹部13i突出为圆筒形，并且通过该轴承孔13h，空间13 j与外部连通。轴承部件80附接到轴承孔13h的外侧，并且具有环(圆筒)形的金属厚度辅助部件81附接到轴承部件80的外侧。环形切口部81a设置在厚度辅助部件81中，并且在辅助结构部12b中设置有用于与切口部81a的形状相对应地进行连接的连接孔82。切口部81a嵌合到连接孔82中，并且粘合剂施加在切口部81a和连接孔82之间，使得切口部81a和连接孔82在没有焊接的情况下，彼此粘结。
而且，在底部13c中设置有孔13e，通过该孔13e可以插入齿轮83的轴83a，并且谐波传动机84的轴承部件嵌合到该孔13e中。致动器34由例如设置在空间13j中的伺服电动机组成，并且其输出轴34a与齿轮83啮合。如图6所示，第四结构14包括由金属铸造材料形成的第四结构基部14a，以及通过多个螺栓85接合到第四结构基部14a的第一结构部14b和第二结构部14c。在第四结构基部14a中形成有能够容纳电缆束104b的空间14d和被切成圆筒形的圆筒部14e，并且谐波传动机84的轴承部件嵌合到圆筒部14e的内壁侧中。齿轮83和轴83a是中空的，并且电缆束104b通过中空部从空间13j布线到第四结构基部14a的空间14d。因此，通过以旋转的方式驱动致动器34，第四结构14经由谐波传动机84相对于第三结构13绕第四轴线A4旋转。第一结构部14b和第二结构部14c由作为具有相同板厚度的标准产品的轧制钢板形成，并且其板厚度(厚度长度)设置为小于第二结构12的主结构部12a的板厚度D。第一结构部14b和第二结构部14c设置为从第四结构基部14a平行延伸至第五结构15，并且在第一结构部14b和第二结构部14c之间存在间隙S2。如图5所示，多个覆盖物台座121附接到第一结构部14b和第二结构部14c的外表面(间隙S2的相对侧上的表面)，并且树脂覆盖物C4和C5分别附接到第一结构部14b和第二结构部14c的覆盖物台座121。在第一结构部14b和第二结构部14c之间设置有由钢管等形成的梁部件86，作为结构增强部件。在第二结构部14c中设置孔93，电缆束104b可以通过该孔93连通。覆盖梁部件86以及致动器35的树脂覆盖物C6附接到间隙S2，以使致动器35与外部大致隔离。在第一结构部14b中设置有内部可以插入有致动器35的输出轴35a的孔87。致动器35嵌合到第一结构部14b的孔87中，并且滑轮88附接到输出轴35a的顶端。而且，在孔87的远端设置有内部可以插入有滑轮89的轴89a的孔90。滑轮88和滑轮89通过带B3连接，以能够传递力矩，并且致动器35的驱动力可以经由带83传递到滑轮89。第五结构15由金属铸造材料形成，并且形成为比第一结构11和第三结构13更小且更轻。以与第一结构11和第三结构13类似的方式，第五结构15包括能够容纳电缆束104b和致动器的空间15j。第五结构15包括一侧壁部15a、面对该一侧壁部15a的另一侧壁部15b、与所述一侧壁部15a和所述另一侧壁部15b连续的顶部15d、以及底部15c，该底部15c面对顶部 15d并且与所述一侧壁部15a和所述另一侧壁部15b连续。致动器36设置在空间15j中。在顶部15d中设置孔15e，通过该孔15e，可以插入致动器36的输出轴36a，并且具有圆筒形的圆筒部15k形成在顶部15d的外侧(空间15j的相对侧)上。谐波传动机92的轴承部件分别嵌合到孔15e和圆筒部15k中。谐波传动机92的输出侧连接至第六结构(凸缘)16，以一体地旋转。在一侧壁部15a的外侧(空间15j的相对侧)上形成有被切成圆筒形的切口部15f。具有同心圆筒形的圆筒部15g突出在切口部15f的圆筒形的内侧上。谐波传动机92的轴承部件分别嵌合到切口部15f和圆筒部15g的内壁中，谐波传动机92的输入部连接至滑轮89的轴89a，并且谐波传动机92的输出侧通过多个螺栓94连接至第一结构部14b。换句话说，通过以旋转的方式驱动致动器35，第五结构15经由谐波传动机92相对于第四结构14绕第五轴线A5旋转。 而且，通过以旋转的方式驱动致动器36，第六结构16经由谐波传动机92相对于第五结构15绕第六轴线A6旋转。第六结构16由钢等形成，以具有圆盘形，并且在顶端侧的表面上形成有能够附接端部执行器(如，机器人手部)的啮合部(未示出)。如上构造根据本实施方式的机器人101，并且通过使用具有相同形状的铸造材料，形成第一结构11和第三结构13。因此，可以减少定制部件的个数，并且通过使部件标准化，通过具有相同形状的铸造材料的大规模生产可以降低成本。而且，在根据本实施方式的机器人101中，比较长的第二结构12的主结构部12a和辅助结构部12b以及第四结构14的第一结构部14b和第二结构部14c通过使用可以以低价格获得的标准化的钢板来形成。因此，通过显著减少如铸造材料的定制部件的个数，可以期望明显降低成本的效果。当标准化的钢板用作结构部件时，无法获得当使用各具有优化形状的定制部件时所获得的优点，如，根据假设应力(具体地，扭曲方向等)提供肋或厚部。关于这一点，在本实施方式中，具有较大厚度的主结构部12a和比主结构部12a更薄且更轻的辅助结构部12b平行设置进行使用，使得可以减小结构部件的重量，并且可以提高结构部件沿扭曲方向的刚性。而且，在本实施方式中，比较重的致动器32和致动器33彼此相邻设置在主结构部12a和辅助结构部12b之间的间隙中，并且仅由主结构部12a支撑。因此，可以选择具有较小厚度的辅助结构部12b，以能够进一步减小重量。另一方面，在本实施方式中，辅助结构部12b的厚度被设置为小。因此，就轴承部件55和辅助结构部12b之间的啮合裕度不足而言，厚度辅助部件56粘结到辅助结构部12b，使得可以确保轴承部件55和辅助结构部12b之间的足够啮合裕度。而且，在本实施方式中，因为辅助结构部12b和厚度辅助部件56在没有焊接或使用螺栓等的情况下仅利用粘合剂进行粘结，所以缩短了用于接合辅助结构部12b和厚度辅助部件56所需要的工时。而且，因为未产生由于焊接热造成的变形或残余应力，所以即使当将辅助结构部12b的厚度设置为较小时，也可以精确地加工辅助结构部12b。这样，存在的优点在于可以形成低成本且高精度的结构(只要机器人101所需要的载荷容量在不超过粘合剂的粘结强度的范围中)。例如，在本实施方式中，第一结构和第三结构由具有相同形状的铸造材料形成，但是，除了第一结构和第三结构之外，第五结构也可以通过使用具有相同形状的铸造材料来形成。此时，在使用公共模具的同时，越靠近顶端侧的结构可以通过使用具有比越靠近基端侧的结构的比重小的比重的材料来形成。例如，第一结构和第三结构可以使用具有相同形状的模具来造型，第一结构可以通过使用具有较高刚性的材料来形成，而第三结构可以通过使用具有与第一结构相比刚性小并且轻的材料来形成。而且，在本实施方式中，主结构部和辅助结构部(它们是具有不同厚度的轧制钢板材料)被设置为第二结构，但是，主结构部和辅助结构部可以由具有相同厚度的轧制钢板材料形成。
而且，作为钢板材料，可以使用如钢、铝和不锈钢等的各种金属钢板。
权利要求
1.一种机器人,其包括 基台; 第一结构，其连接至所述基台，能够绕第一轴线旋转； 第二结构，其连接至所述第一结构，能够绕与所述第一轴线正交的第二轴线旋转；以及 第三结构，其连接至所述第二结构，能够绕与所述第二轴线平行的第三轴线旋转， 其中， 所述第一结构和所述第三结构是使用相同形状的鋳造材料形成的。
2.根据权利要求I所述的机器人，其中， 所述第一结构和所述第三结构各包括 ー侧壁部， 另ー侧壁部，其厚度小于所述一侧壁部的厚度， 空间，其形成在所述ー侧壁部和所述另ー侧壁部之间， 切ロ部，其在所述ー侧壁部中形成为圆筒形，以及 轴承孔，其在所述另ー侧壁部中形成为圆筒形，并且与所述空间连通。
3.根据权利要求I所述的机器人，其中， 所述第二结构包括 主结构部，其由钢板形成，并且在基端被支撑为能够绕所述第二轴线旋转，而在顶端被支撑为能够绕所述第三轴线旋转，以及 辅助结构部，其由板厚度小于所述主结构部的板厚度的钢板形成，被设置为与所述主结构部具有间隙，并且在基端被支撑为能够绕所述第二轴线旋转，而在顶端被支撑为能够绕所述第三轴线旋转。
4.根据权利要求2所述的机器人，其中， 所述第二结构包括 主结构部，其由钢板形成，并且在基端被支撑为能够绕所述第二轴线旋转，而在顶端被支撑为能够绕所述第三轴线旋转，以及 辅助结构部，其由板厚度小于所述主结构部的板厚度的钢板形成，被设置为与所述主结构部具有间隙，并且在基端被支撑为能够绕所述第二轴线旋转，而在顶端被支撑为能够绕所述第三轴线旋转。
5.根据权利要求3所述的机器人，该机器人还包括至少ー个致动器，该至少一个致动器的输出轴贯穿所述主结构部并由所述主结构部支撑，该至少ー个致动器设置在所述主结构部和所述辅助结构部之间的所述间隙中。
6.根据权利要求5所述的机器人，其中， 在所述主结构部和所述辅助结构部之间的所述间隙中设置有第二轴线致动器和第三轴线致动器，作为所述致动器，并且所述机器人还包括 第二轴线动カ传输机构，其能够执行所述第二轴线致动器的贯穿所述主结构部的输出轴和所述第一结构之间的动力传输，以及 第三轴线动カ传输机构，其能够执行所述第三轴线致动器的贯穿所述主结构部的输出轴和所述第三结构之间的动力传输。
7.根据权利要求3所述的机器人，该机器人还包括 轴承部件，其可旋转地支撑所述辅助结构部和所述第一结构；以及厚度辅助部件，其夹在所述轴承部件和所述辅助结构部之间，并且补偿所述辅助结构部在板厚方向上的长度。
8.根据权利要求3所述的机器人，该机器人还包括 轴承部件，其可旋转地支撑所述辅助结构部和所述第三结构；以及厚度辅助部件，其夹在所述轴承部件和所述辅助结构部之间，并且补偿所述辅助结构部在板厚方向上的长度。
9.根据权利要求7所述的机器人，其中， 在所述辅助结构部中形成有用于连接所述轴承部件的连接孔， 所述厚度辅助部件包括与所述连接孔匹配的切ロ部，并且 所述辅助结构部的所述连接孔和所述厚度辅助部件的所述切ロ部利用粘合剂粘结。
10.根据权利要求I所述的机器人，该机器人还包括 第四结构，其连接至所述第三结构，能够绕与所述第三轴线正交的第四轴线旋转； 第五结构，其连接至所述第四结构，能够绕与所述第四轴线正交的第五轴线旋转；以及 第六结构，其连接至所述第五结构，能够绕与所述第五轴线正交的第六轴线旋转。
全文摘要
本发明涉及机器人。根据实施方式的机器人包括基台、第一结构、第二结构和第三结构。第一结构连接至基台，能够绕第一轴线旋转。第二结构连接至第一结构，能够绕与第一轴线正交的第二轴线旋转。第三结构连接至第二结构，能够绕与第二轴线平行的第三轴线旋转。通过使用具有相同形状的铸造材料来形成第一结构和第三结构。
文档编号B25J18/04GK102626931SQ201210001138
公开日2012年8月8日 申请日期2012年1月4日 优先权日2011年2月4日
发明者冈久学, 林祐介, 米原敬祐 申请人:株式会社安川电机