机械手的关节驱动结构的制作方法

本申请主张基于2016年3月4日申请的日本专利申请第2016-042736号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种机械手的关节驱动结构。

背景技术：

专利文献1中公开有机械手的关节驱动结构。

该关节驱动结构具有组装有第1减速机的第1关节及组装有第2减速机的第2关节。

第1减速机具有内齿轮、与该内齿轮内啮合的外齿轮、以从内齿轮的轴心偏移的方式设置的多根曲轴、设置在该曲轴上的分配齿轮、与该分配齿轮啮合并且输入有来自马达的旋转的中心齿轮及支承曲轴的轮架。

第1关节的第1减速机及第2关节的第2减速机分别被专用马达单独驱动。

专利文献1：日本实开平6-6786号公报

然而，在上述关节驱动结构中，由于第1关节的第1减速机及第2关节的第2减速机分别被专用马达驱动，因此存在结构复杂、成本增大的问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决这种问题而完成的，其课题在于提供一种能够使结构简单、使成本降低的机械手的关节驱动结构。

本发明通过设为如下结构解决上述课题，即，一种机械手的关节驱动结构具有组装有第1减速机的第1关节及组装有第2减速机的第2关节，所述第1减速机具有内齿轮、与该内齿轮内啮合的外齿轮、以从所述内齿轮的轴心偏移的方式设置的多根曲轴、设置在该曲轴上的分配齿轮、与该分配齿轮啮合并且输入有来自马达的旋转的中心齿轮及支承所述曲轴的轮架，所述中心齿轮具有沿轴向贯穿所述第1减速机的筒状部，所述筒状部经由轴承支承于所述第1减速机的所述轮架，在所述筒状部的与马达相反一侧的端部设置有第1动力传递部件，在所述第2减速机的输入轴上设置有第2动力传递部件，所述第1动力传递部件的旋转能够传递至所述第2动力传递部件。

在本发明中，第1减速机具备输入有来自马达的旋转的中心齿轮，中心齿轮具有沿轴向贯穿该第1减速机的筒状部，筒状部经由轴承支承于第1减速机的轮架。而且，旋转从设置在筒状部的与马达相反一侧的端部上的第1动力传递部件传递至设置在第2减速机的输入轴上的第2动力传递部件。

由此，能够将一个马达的旋转分配到第1减速机及第2减速机以驱动两个减速机。

根据本发明能够获得可将一个马达的驱动力分配到两个减速机，并且能够使结构简单、使成本降低的机械手的关节驱动结构。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的一例所涉及的机械手的关节驱动结构的剖视图。

图2是放大表示图1的第1减速机附近的剖视图。

图中：r-机械手，g1-第1减速机，g2-第2减速机，j1-第1关节，j2-第2关节，m1-马达，20-外壳，24-轮架，24a-负载侧轮架，24b-负载相反侧轮架，30-内齿轮，32-外齿轮，34-曲轴，36-分配齿轮，40-中心齿轮，41-筒状部，61-第1带轮(第1动力传递部件)，162-第2带轮(第2动力传递部件)。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式的一例进行详细说明。

图1是表示本发明的实施方式的一例所涉及的机械手的关节驱动结构的剖视图，图2是放大表示图1的第1减速机附近的剖视图。

若概略说明整体结构，则该机械手r(省略整体图示)的关节驱动结构例如优选应用于液晶面板传送用机械手，并且该机械手r具有第1关节j1及第2关节j2。第1关节j1使机械手r的规定的轴与轴相对旋转，例如在该例子中，使前级的u轴(upperarm)12与后级的r轴(wristrotation)14相对旋转。第2关节j2使该r轴14与其后级的b轴(wristbending)16相对旋转。

在第1关节j1中组装有第1减速机g1。第1减速机g1的外壳20经由螺栓18与u轴12连结，第1减速机g1的负载侧轮架24a(即输出部件)经由螺栓19与r轴14连结。

在第2关节j2组装有第2减速机g2。第2减速机g2的外壳120经由螺栓118与r轴14连结，第2减速机g2的负载侧轮架124a(即输出部件)经由螺栓119与b轴16连结。

第1减速机g1是被称为偏心摆动型的减速机。第1减速机g1具备内齿轮30、与该内齿轮30内啮合的外齿轮32及以从内齿轮30的轴心c30偏移r34的方式设置的多根曲轴34(该例子中为三根，图中仅图示一根)。第1减速机g1还具有设置在该曲轴34上的(共计三个)分配齿轮36、与该分配齿轮36啮合并且输入有来自马达m1的旋转的中心齿轮40及支承各个曲轴34的轮架24(负载侧轮架24a及负载相反侧轮架24b)。

中心齿轮40具有沿轴向贯穿第1减速机g1的筒状部41。筒状部41经由负载侧圆锥滚子轴承56及负载相反侧圆锥滚子轴承57支承于第1减速机g1的轮架24。在筒状部41的与马达相反一侧的端部设置有第1带轮(第1动力传递部件)61。在第2减速机g2的筒状部(输入轴)141设置有第2带轮(第2动力传递部件)162。第1带轮61的旋转能够传递至第2带轮162。

以下，进行详述。

在本关节驱动结构中，关于第1关节j1的第1减速机g1及第2关节j2的第2减速机g2的驱动，仅设置有一个马达m1。在该例子中，马达m1经由马达安装螺栓44安装在机械手r的u轴12(即第1关节j1的前级轴)上。换言之，马达m1安装在与第1减速机g1的外壳20一体化的部件(即u轴12)上。

在马达轴46的前端设置有输入小齿轮48。输入小齿轮48与输入齿轮50啮合。由输入小齿轮48及输入齿轮50构成第1减速机g1的初级减速级组。

在第1减速机g1中，以与输入齿轮50在轴向上并排并且与该输入齿轮50同轴的方式配置有中心齿轮40。中心齿轮40具有与其同轴的筒状部41。然而，在该例子中，中心齿轮40及筒状部41由两个部件构成，并且中心齿轮40经由花键42a与筒状部41连结而成为一体。中心齿轮40也可以(不经由花键)以相同的材料一体地具有筒状部41。

所述输入齿轮50经由花键42b与该中心齿轮40的筒状部41连结。另外，花键42a与花键42b连续形成。总而言之，中心齿轮40经由筒状部41与输入齿轮50连结，并且能够与接受马达m1的旋转而进行旋转的输入齿轮50及筒状部41一体旋转。中心齿轮40同时与经由花键31设置在曲轴34上的(三个)分配齿轮36同时啮合。

另外，在本说明书中，“中心齿轮”被定义为“与设置在曲轴上的分配齿轮啮合并且输入有来自马达的旋转的齿轮”。来自马达的旋转不管以何种方式输入于中心齿轮均可。关于这一点，将在后面进行说明。

另外，在该第1减速机g1中，与筒状部41成为一体的中心齿轮40的旋转以稍微减速的状态传递到三个分配齿轮36。

各个曲轴34一体地具备两个用于使外齿轮32摆动旋转的偏心部35。各个偏心部35的外周相对于曲轴34的轴心c34偏心e。各个偏心部35的偏心相位彼此偏离180度(向彼此远离的方向偏心)。多个曲轴34的在轴向上位于相同位置的偏心部35的相位均一致。

外齿轮32经由偏心体轴承37组装在曲轴34的偏心部35。因此，通过使各个曲轴34沿相同方向以相同转速旋转，从而能够使两个外齿轮32以180度的偏心相位差绕内齿轮30的轴心c30摆动旋转。

另外，之所以设置两个外齿轮32是为了加大传递容量并且为了进一步提高旋转平衡。两个外齿轮32分别与内齿轮30内啮合。内齿轮30具有与外壳20成为一体的内齿轮主体30a及以旋转自如的方式组装于内齿轮主体30a并且构成该内齿轮30的内齿的圆柱状的销部件30b。内齿轮30的内齿的数量(销部件30b的根数)稍多于外齿轮32的外齿的数量(该例子中仅多一个)。

在外齿轮32的轴向上的两侧配置有轮架24，该轮架24包括负载侧轮架24a及负载相反侧轮架24b。负载侧轮架24a与负载相反侧轮架24b经由轮架销24c连结在一起从而构成质量较大的轮架24。具体而言，轮架销24c从负载侧轮架24a一体地突出且与负载相反侧轮架24b的轴向端面24b1抵接，并且经由轮架螺栓24d连结负载侧轮架24a与负载相反侧轮架24b。负载侧轮架24a及负载相反侧轮架24b经由主轴承25a、25b支承于外壳20。

另外，三根曲轴34经由以面对面的方式组装的圆锥滚子轴承38、39而支承于负载侧轮架24a及负载相反侧轮架24b。

接着，对将马达m1的动力经由中心齿轮40分配并传递给第1减速机g1及第2减速机g2的结构进行详细说明。

如上所述，中心齿轮40具有与其同轴的筒状部41。筒状部41沿轴向(内齿轮30的轴向)贯穿第1减速机g1。具体而言，筒状部41延伸至负载相反侧轮架24b的在轴向上与负载相反的一侧，并且在该负载相反侧轮架24b的在轴向上与负载相反的一侧位置上与输入齿轮50连结。并且，筒状部41还延伸至负载侧轮架24a的轴向上的负载侧，并且在该负载侧轮架24a的轴向上的负载侧位置上与第1带轮61(第1动力传递部件)连结。

筒状部41通过以面对面的方式组装的负载侧圆锥滚子轴承56及负载相反侧圆锥滚子轴承57支承于第1减速机g1的轮架24(负载侧轮架24a及负载相反侧轮架24b)。

更具体而言，负载侧圆锥滚子轴承56具备外圈56a、内圈56b及滚动体56c。通过设置在负载侧轮架24a上的挡圈58限制负载侧圆锥滚子轴承56的外圈56a在轴向上向负载侧移动。通过形成在筒状部41的负载相反侧台阶部41a限制负载侧圆锥滚子轴承56的内圈56b在轴向上向与负载相反的一侧移动。

并且，负载相反侧圆锥滚子轴承57具备外圈57a、内圈57b及滚动体57c。通过设置在负载相反侧轮架24b上的挡圈59限制负载相反侧圆锥滚子轴承57的外圈57a在轴向上向与负载相反的一侧移动。通过形成在筒状部41的负载侧台阶部41b限制负载相反侧圆锥滚子轴承57的内圈57b在轴向上向负载侧移动。

在筒状部41的内周形成有凹部(内径较大的部分)60。这是为了使筒状部14进一步轻型化以减轻筒状部41的惯性质量而形成的。

另外，从径向观察时，主轴承25a、圆锥滚子轴承38及负载侧圆锥滚子轴承56重叠(排列在与内齿轮30的轴心c30垂直的相同的平面上)。从径向观察时，主轴承25b、圆锥滚子轴承39及负载相反侧圆锥滚子轴承57也重叠(排列在与内齿轮30的轴心c30垂直的相同的平面上)。

在筒状部41的与马达相反一侧的端部设置有第1带轮(第1动力传递部件)61。第1带轮61经由带轮螺栓64与筒状部41的与马达相反一侧的端部连结。具体而言，第1带轮61的与负载相反一侧的台阶部的内周端部与筒状部41的负载侧的台阶部的外周端部锁扣嵌合，并且与筒状部41的轴向上的负载侧端面抵接。

在筒状部41的内侧(径向内侧)配置有用于保护配线68的中心管70。中心管70的在轴向上与负载相反一侧的端部具备向径向外侧扩开的平板部70a，并且该平板部70a经由螺栓73安装在u轴12上。

中心管70与筒状部41是相对旋转的部件，而且互不接触。因此，为了防止(第1减速机g1的)润滑剂从中心管70与筒状部41之间的空间p1泄漏，还具备密封部件72。

在该结构例中，在第1带轮61的在轴向上与马达相反的一侧(带轮螺栓64的头部64a与第1带轮61的负载侧端面61a之间)配置有衬套(或垫圈)66。换言之，第1带轮61配置在筒状部41与衬套66之间。而且，密封部件72配置在该衬套66的内周与中心管70的外周之间。

如此设置的原因如下：从用途特性考虑，在该机械手r中，第1减速机g1配置成第1带轮61位于比中心齿轮40更靠铅垂方向上侧(或，有时会配置成如此)，因此在这种情况下，为了使密封部件72位于比封入于该第1减速机g1内的润滑剂的液位更靠铅垂方向上侧的位置。

另外，除了该密封部件72以外，在外壳20与负载侧轮架24a之间也配置有密封部件75。并且，在负载侧轮架24a与筒状部41之间也配置有密封部件77。密封部件75、77也位于比封入于第1减速机g1内的润滑剂的液位更靠铅垂方向上侧的位置。

在第2减速机g2中，在作为输入轴而发挥作用的中心齿轮140的筒状部141设置有第2带轮(第2动力传递部件)162。在第1带轮61与第2带轮162之间卷绕有皮带74。即，第1减速机g1的第1带轮61的旋转能够传递至第2减速机g2的第2带轮162。

第2减速机g2的结构与第1减速机g1的结构大致相同。

但是，在第1减速机g1中，马达m1的旋转经由输入小齿轮48及输入齿轮50而输入至中心齿轮40，而与此相对，在第2减速机g2中，第1减速机g1的第1带轮(第1动力传递部件)61的旋转经由第2带轮(第2动力传递部件)162而输入至中心齿轮140。

并且，在第1减速机g1中，中心管70安装在第1关节j1的前级侧的u轴12(经由螺栓18与外壳20连结在一起的部件)上，而与此相对，在第2减速机g2中，中心管170安装在第2关节j2的后级侧的b轴16(经由螺栓119与负载侧轮架124a连结在一起的部件)上。

并且，在第1减速机g1中，防止第1减速机g1内的润滑剂从中心管70与筒状部41之间的空间p1泄漏的密封部件72配置在(配置于第1带轮61的在轴向上与马达相反的一侧的)衬套66与中心管70之间，而与此相对，在第2减速机g2中，在筒状部141的外周配置有衬套(或垫圈)166，以使第2减速机g2内的润滑剂根本无法进入中心管170与筒状部141之间的空间p101。并且，将(防止润滑剂从中心管170与筒状部141之间的空间p101泄漏的)密封部件172配置在该衬套166的外周与r轴14的内周之间。

另外，在第1减速机g1中也可以采用该密封部件172的配置结构。即，在第1减速机g1中，也可以将防止第1减速机g1内的润滑剂从中心管70与筒状部41之间的空间p1泄漏的密封部件72配置在与上述密封部件172相同的位置。

而且，密封部件72也可以配置在第1带轮61与中心管70之间，当然，还可以直接配置在中心管70与筒状部41之间。总之，防止第1减速机g1内的润滑剂从中心管70与筒状部41之间的空间p1泄漏的密封部件72只要配置在中心管70与筒状部41的附近位置即可。

并且，在第1减速机g1中，与筒状部41成为一体的中心齿轮40的旋转以稍微减速的状态传递到三个分配齿轮36，而与此相对，在第2减速机g2中，中心齿轮140的旋转以稍微增速的状态传递到三个分配齿轮136。其结果，第2减速机g2的曲轴134的转速设定成第1减速机g1的曲轴34的转速的两倍。因此，第2减速机g2的输出转速(第2减速机g2的负载侧轮架124a的转速；b轴16的转速)成为第1减速机g1的输出转速(第1减速机g1的负载侧轮架24a的转速；r轴14的转速)的两倍。

第2减速机g2的其他结构具有与第1减速机g1相同或实际上相同的结构。因此，在图1中，对与第1减速机g1相同或实际上相同的部位标注后两位符号与第1减速机g1的符号相同的符号，并省略重复说明。

接着，对该关节驱动结构的作用进行说明。

若马达m1的马达轴46旋转，则第1减速机g1的输入机构的构成初级减速级组的输入小齿轮48及输入齿轮50旋转，已减速的旋转经由花键42b传递至中心齿轮40的筒状部41。筒状部41的旋转经由花键42a传递至中心齿轮40，而且同时传递至与该中心齿轮40啮合的三个分配齿轮36。其结果，三根曲轴34同时向相同方向旋转，并且经由偏心部35及偏心体轴承37使外齿轮32摆动旋转。

外齿轮32与内齿轮30内啮合，并且内齿轮30的内齿的数量比外齿轮32的外齿的数量仅多一个。因此，外齿轮32每摆动一次，外齿轮32相对于内齿轮30偏移与一个齿相应的相位(自转)。

该外齿轮32相对于内齿轮30的相对旋转成为贯穿外齿轮32的曲轴34围绕内齿轮30的轴心c30的公转并且从支承该曲轴34的负载侧轮架24a及负载相反侧轮架24b输出。其结果，能够使与负载侧轮架24a连结在一起的r轴14相对于与内齿轮30(外壳20)连结在一起的机械手r的u轴12进行旋转(具体而言，使其进行范围被限定的转动)。即，第1减速机g1能够作为连结u轴12与r轴14的第1关节j1而发挥作用。

另一方面，第1减速机g1的中心齿轮40的筒状部41沿轴向贯穿该第1减速机g1。筒状部41的旋转传递至在负载侧轮架24a的负载侧(与马达相反的一侧)设置在该筒状部41的轴向端部的第1带轮61。

第1带轮61的旋转(在第1减速机g1的与马达相反的一侧)经由皮带74传递至第2带轮162。其结果，在第2减速机g2中，获得与第1减速机g1相同的减速作用，并且能够使第2减速机g2的与负载侧轮架124a连结在一起的b轴16相对于第2减速机g2的与外壳120连结在一起的r轴14进行旋转。其结果，第2减速机g2能够作为连结r轴14与b轴16的第2关节j2而发挥作用。

在此，通过设定第1减速机g1的中心齿轮40与分配齿轮36之间的减速比以及第2减速机g2的中心齿轮140与分配齿轮136之间的增速比，第2减速机g2的曲轴134的转速成为了第1减速机g1的曲轴34的转速的两倍。因此，第2减速机g2的输出转速(负载侧轮架124a的转速；b轴16的转速)成为了第1减速机g1的输出转速(负载侧轮架24a的转速；r轴14的转速)的两倍。由此，能够使由b轴16驱动的对象物以在规定的面内(例如水平面内)进退移动的方式进行运动。

由上述说明明确可知，在本关节驱动结构中，关于第1关节j1的第1减速机g1及第2关节j2的第2减速机g2的驱动，仅设置有一个马达m1。因此，与对各个减速机分别设置专用马达的结构相比，能够减轻重量(或小型化)并且能够降低成本。并且，还能够使结构简单化。尤其，通过减轻重量，能够促进在这类机械手r中作为重要设计目标之一的惯性质量的减少，从而能够进一步提高机械手r的基本性能。

在本关节驱动结构中，第1减速机g1的输出转速与第2减速机g2的输出转速始终维持一定比率(该例子中为1:2)。但是，例如，在现实中，使被驱动对象物在特定的面内进退移动等的使机械手r重复进行规定的简单运动的情况非常多。因此，在这种情况下，能够用一个马达m1使两个关节“能够联动地移动”，这在能够简化控制程序的方面反而成为很大的优点。

另外，在本结构例中，采用了马达m1的旋转经由初级减速级组(输入小齿轮48及输入齿轮50)而输入至中心齿轮40的结构。但是，将马达的旋转输入于中心齿轮40的结构并不限定于此。例如，也可以采用使旋转(不经由初级减速级组等)从马达m1直接输入于中心齿轮40的结构。此时，输入小齿轮48与中心齿轮40啮合，输入小齿轮48并未与输入齿轮50啮合。

而且，例如，也可以采用如下结构：马达的旋转从马达首先传递至多个分配齿轮中的“特定的一个分配齿轮”(即，输入小齿轮48与特定的一个分配齿轮36啮合)，然后经由该“特定的一个分配齿轮”输入至与该“特定的一个分配齿轮”啮合的中心齿轮的结构。另外，在采用了这种结构的情况下，通过中心齿轮的旋转，马达的旋转传递至与该中心齿轮啮合的“其他分配齿轮”。换言之，马达的旋转直接输入于“特定的一个分配齿轮”，而马达的旋转经由“特定的一个分配齿轮”及“中心齿轮”而传递至“其他分配齿轮”。如此，马达的旋转无需一定以相同的方式传递到所有分配齿轮。

并且，也可以设置一对带轮，并通过卷绕在两个带轮上的皮带将马达的旋转输入至中心齿轮40，从而代替输入小齿轮48及输入齿轮50。

而且，在上述任何情况下，只要能够将某一齿轮看作是“与设置在曲轴上的分配齿轮啮合并且输入有来自马达的旋转的齿轮”，该齿轮就能够作为本发明的“中心齿轮”而发挥作用。

并且，在上述结构例中，组装在第1关节j1的第1减速机g1具有内齿轮30、与该内齿轮30内啮合的外齿轮32、以从内齿轮30的轴心c30偏移的方式设置的多根曲轴34、设置在该曲轴34上的分配齿轮36、与该分配齿轮36啮合并且输入有来自马达m1的旋转的中心齿轮40及支承各个曲轴34的轮架24。本关节驱动结构在第1减速机g1为上述结构的减速机的前提下成立。

但是，关于第2减速机g2，在结构上并不受特别限定。关于第2减速机g2，只需在输入轴上设置接受第1动力传递部件(上述结构例中为第1带轮61)的旋转的第2动力传递部件(上述结构例中为第2带轮162)即可，其具体结构并不受特别限定。例如，可以是具有在内齿轮的轴心上仅具有一个曲轴的被称作中心曲柄式的偏心摆动型减速机构的减速机，也可以是具有简单行星减速机构的减速机。

并且，在上述结构例中，第1动力传递部件及第2动力传递部件分别由第1带轮61及第2带轮162构成，旋转的传递采用了通过卷绕在两个带轮61、162之间的皮带74来进行的结构。但是，第1动力传递部件及第2动力传递部件的具体结构或旋转传递方式并不限定于此，例如，也可以采用齿轮彼此啮合而传递旋转的结构，或者，也可以采用通过基于牵引辊彼此压接的牵引传动来传递旋转的结构。

并且，在上述结构例中，第2减速机g2的输出转速设定为第1减速机g1的输出转速的两倍，但并不限定于此，第1减速机g1的输出转速与第2减速机g2的输出转速也可以设定为适当的比率。

并且，在上述结构例中，第1减速机g1的中心管70安装在第1关节j1的前级侧的轴(u轴12；与外壳20成为一体的部件)上。但是，在具有相同结构的第2减速机g2中，中心管170安装在第2关节j2的后级侧的轴(b轴16；与负载侧轮架124a成为一体的部件)上。由该结构例明确可知，在第1减速机中，中心管无需一定设置在第1关节的前级侧的轴上，也可以设置在第1关节的后级侧的轴(上述例子中为r轴)上。而且，中心管也可以设置在第1减速机的外壳上。

并且，在上述结构例中，马达m1安装在第1关节j1的前级侧的轴(u轴12；与外壳20成为一体的部件)上。但是，马达m1例如也可以安装在负载相反侧轮架24b(或与负载相反侧轮架24b成为一体的部件)上。此时，马达与负载相反侧轮架一体地围绕内齿轮的轴心公转并且向(在筒状部的部分支承于轮架的)中心齿轮传递旋转，从而驱动第1减速机。而且，与上述结构例相同，经由该中心齿轮的筒状部向设置在该筒状部的与马达相反一侧的端部的第1动力传递部件传递旋转，由此能够与上述结构例同样地驱动第2减速机。