专利名称：机器人手腕结构和机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人手腕结构和机器人。
背景技术：
日本专利No. 4099628公开了一种工业机器人，其中，末端执行器附接至设置在臂的末端处的手腕单元的末端，并且用于将动力、信号或材料供给到末端执行器的线缆布置成从臂延伸到末端执行器。在该工业机器人中，末端执行器通过中间构件固定至手腕单元。 中间构件包括第一凸缘，该第一凸缘直接附接至手腕单元；第二凸缘，该第二凸缘以与第一凸缘平行间隔开的关系布置并且直接附接至末端执行器；以及连接构件，该连接构件用于使第一凸缘和第二凸缘在与该第一凸缘和第二凸缘的旋转轴线间隔开的位置处互相连接，使得在第一凸缘和第二凸缘之间可以保证用于线缆通过的空间。线缆与第一凸缘和第二凸缘的旋转轴线交叉着延伸通过第一凸缘和第二凸缘之间的空间，第一凸缘和第二凸缘的旋转轴线与手腕单元的末端轴同轴。
发明内容
本发明提供一种机器人手腕结构和机器人，该机器人手腕结构和机器人能够减少它们与外围设备的干涉。根据本发明的第一方面，提供一种机器人手腕结构，该机器人手腕结构包括第一腕臂，该第一腕臂能绕第一轴线旋转；第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转； 中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束，该线缆束连接至固定于所述中间构件的末端执行器，所述线缆束延伸通过所述第二腕臂、所述腕凸缘以及所述中间构件并且被从所述中间构件拉出以到达所述末端执行器。所述第二腕臂可以包括在沿着所述第三轴线的相反两端处打开的中空部，所述腕凸缘可以包括具有孔的旋转中央部，所述中间构件可以构造成限定布线路径，该布线路径的至少一端与所述腕凸缘的所述孔连通，所述线缆束可以沿着所述第一腕臂的侧面延伸并且穿过所述中空部、所述孔以及所述布线路径以到达所述末端执行器。所述中间构件可以包括固定部，该固定部设置有第一开口部并且固定至所述腕凸缘；以及末端执行器附接部，所述末端执行器附接至该末端执行器附接部，所述中间构件具有第二开口部，被引入所述第一开口部的所述线缆束通过所述第二开口部被拉出。被从所述中间构件拉出的所述线缆束可以由固定装置固定就位，防止该中间构件与该线缆束接触。所述第二腕臂可以包括电机，该电机设置有绕从所述第三轴线偏移的轴线旋转的旋转轴；以及中空旋转主体，该中空旋转主体借助所述电机绕所述第三轴线旋转，所述中空旋转主体构造成驱动所述腕凸缘，所述线缆束延伸通过所述中空旋转主体。
所述第二腕臂还可以包括中空电机，该中空电机设置有绕所述第三轴线旋转的中空轴并且构造成经由所述中空轴驱动所述腕凸缘，所述线缆束延伸通过所述中空电机的所述中空轴。根据本发明的第二方面，提供一种机器人，该机器人包括摆动臂；第一腕臂，该第一腕臂设置在所述摆动臂的末端部中并且构造成绕第一轴线旋转；第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转；中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束， 该线缆束延伸通过所述第二腕臂、所述腕凸缘和所述中间构件，所述线缆束被从所述中间构件拉出。根据本发明的第三方面，提供一种机器人，该机器人包括摆动臂；第一腕臂，该第一腕臂设置在所述摆动臂的末端部中并且构造成绕第一轴线旋转；第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转；中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束， 该线缆束连接至固定于所述中间构件的末端执行器，所述线缆束延伸通过所述第二腕臂、 所述腕凸缘以及所述中间构件，所述线缆束被从所述中间构件拉出并且布置成到达所述末端执行器。通过这种构造，可以减少它们与外围设备的干涉。
从结合附图给出的下列优选实施方式的描述中将清楚本发明的目的和特征，其中图IA至IC分别是根据本发明的一个实施方式的机器人的侧视图、平面图以及前视图；图2是机器人的结构视图；图3A至3C分别是示出机器人的手腕单元的内部结构的侧视图、平面图以及前视图；图4A是描绘机器人的中间构件的立体图；图4B是用于说明形成在机器人的中间构件中的第二开口部的视图；以及图4C是描绘机器人的中间构件的另一个实施例的立体图。
具体实施例方式为了理解本发明，现在将参照形成发明的一部分的附图描述本发明的一个实施方式。在相应的附图中，有时存在与描述无关的那些部分未被示出的情况。参看图IA至1C，根据本发明的一个实施方式的点焊机器人10(机器人的一个实施例)包括基座12、旋转单元14、下臂16、上臂18以及手腕单元20。点焊机器人10还包括设置在手腕单元20的末端处的点焊枪(末端执行器的一个实施例)22，并且能执行点焊作业。点焊机器人10例如是六轴工业机器人(具有关节轴Jl至J6)。
关节轴Jl布置成和供安装点焊机器人10的安装面相交。关节轴J2布置成大体上平行于安装面。关节轴J3布置成大体上平行于关节轴J2。关节轴J4(第一轴线的一个实施例)布置成与关节轴Jl相交。本文所用的术语“相交”可以不是严格意义上的相交。 换言之，术语“相交”旨在意味着在设计和制造中的误差许可的情况下的“大体上相交”(该定义在下列描述中同样适用)。关节轴J5(第二轴线的一个实施例)布置成与关节轴J4相交。关节轴J6(第三轴线的一个实施例)布置成与关节轴J4相交。关节轴J6不与关节轴 J5相交并且当在侧视图或平面图(见图IA和图1B)中观看点焊机器人10时关节轴J6偏移距离D。换言之，关节轴J5和J6相对于彼此处于偏斜位置。基座12固定至用于安装点焊机器人10的安装面。旋转单元14可旋转地设置在基座12上并且能绕关节轴Jl (旋转轴)旋转。旋转单元14由第一伺服电机SMl驱动(见图 1C)。下臂16具有基端部，该基端部支撑在旋转单元14上以能绕关节轴J2旋转。因此， 下臂16能沿前后方向(图IA中的左右方向)摆动。下臂16由第二伺服电机SM2驱动。上臂18具有基端部，该基座端部支撑在下臂16的末端部上以能绕关节轴J3旋转。因此，上臂18能沿上下方向摆动。上臂18由第三伺服电机SM3驱动(见图2)。手腕单元20附接至上臂18的末端部。稍后将详细描述手腕单元20。在点焊机器人10中布置包括第一线缆束2 和第二线缆束2 的线缆束单元25。 第一线缆束2 通过用Zipper Tube (注册商标)捆扎例如连接至用于驱动上臂18和手腕单元20的第四伺服电机SM4和第五伺服电机SM5的电缆以及连接至第四伺服电机SM4和第五伺服电机SM5的编码器的电源线和信号线而构成。第二线缆束2 连接至点焊枪22 和第六伺服电机SM6并且通过将例如多个电线等等捆扎在一起而构成。例如，第二线缆束 2 可以通过将下列部件捆扎在一起而构成连接至点焊枪22的电源线(包括地线的三根电源线)；用于冷却点焊枪22的软管(总共四个软管)；连接至用于加压点焊枪22的电极的伺服电机(未示出)的电源线和连接至该伺服电机的编码器的信号线；以及连接至第六伺服电机SM6的电源线和连接至该第六伺服电机的编码器的信号线。第一线缆束2 和第二线缆束2 通过形成在基座12的后部中的连接口 30 (见图1A)延伸到基座12中并且通过旋转单元14被拉出。第一线缆束2 在下臂16的侧面上与第二线缆束2 分离。第一线缆束2 被引入上臂18并且被连接至第四伺服电机SM4和第五伺服电机SM5以及它们的编码器。换言之，第二线缆束2 在下臂16的侧面上与第一线缆束2 分离并且被引入上臂18的线缆束导向部35中。在这点上，线缆束导向部35保持第二线缆束2 在其内部处于松弛状态，因此能引导第二线缆束25b随着手腕单元20绕关节轴J4的旋转一起移动。第二线缆束2 从线缆束导向部35出来并且沿着上臂18的侧面延伸。然后，第二线缆束2 被从手腕单元20的侧面引入手腕单元20并且被连接至点焊枪22。接下来，将详细描述手腕单元20。如图3AJB和3C所示，手腕单元20至少包括第一腕臂40a、第二腕臂40b、腕凸缘 42以及中间构件44。第一腕臂40a设置在上臂18的末端部中并且能绕关节轴J4旋转。更具体地，第一腕臂40a经由延伸通过上臂18的中空第一驱动轴50a由第四伺服电机SM4驱动。
第二腕臂40b设置在第一腕臂40a的末端部中并且能绕大体上平行于关节轴J3 的关节轴J5旋转(摆动)。第二腕臂40b经由延伸通过第一驱动轴50a的中空部的第二驱动轴50b由第五伺服电机SM5驱动。第六伺服电机SM6设置在第二腕臂40b中。该第六伺服电机SM6具有与关节轴J6 平行并且从该关节轴J6偏移的旋转轴。如图IB所示，当在平面图中观看时第六伺服电机 SM6设置在关节轴J4的与第二线缆束2 相反的一侧(即，第二腕臂40b的一侧)。参看图3C，滑轮60附接至第六伺服电机SM6的旋转轴。滑轮60的旋转经由正时皮带62被传递到中空旋转主体65，该旋转主体65能绕关节轴J6旋转。旋转主体65的旋转经由齿轮63被传递到中空减速器67的输入轴67a。由旋转主体65的中空部和减速器67的中空部在第二腕臂40b中限定腕臂孔部 64，该腕臂孔部64沿着关节轴J6延伸并且在其相反两端处打开。腕凸缘42是例如设置在第二腕臂40b的末端部中的盘形构件。腕凸缘42在其旋转中央部中形成有孔68。腕凸缘42固定至减速器67的输出轴并且能绕关节轴J6旋转。 减速器67是例如RV减速器。因为腕凸缘42由设置在第二腕臂40b中的第六伺服电机SM6 驱动，所以本机器人与传统机器人相比结构简单且非常可靠，在传统机器人中关节轴J4至 J6由延伸通过上臂的同心三轴线的轴驱动。延伸通过腕臂孔部64的中空轴66的一端固定至腕凸缘42的旋转中央部。因此， 腕凸缘42和中空轴66随着第六伺服电机SM6的旋转一起旋转。中间构件44固定至腕凸缘42。如图3C和4A所示，布线路径被限定在中间构件44 中，该布线路径在一端打开以与腕凸缘42的孔68连通并且在另一端沿与关节轴J6的方向不同的方向打开。第二线缆束2 能延伸通过布线路径。更具体地，中间构件44包括固定部72，该固定部72固定至腕凸缘42并且设有第一开口部70a ；和末端执行器附接部74， 点焊枪22附接至该末端执行器附接部74。固定部72和末端执行器附接部74借助连接部 76互相连接。中间构件44具有第二开口部70b，引入第一开口部70a的第二线缆束2 通过该第二开口部70b被拉出到外面。第二开口部70b如图4A所示优选地形成在连接部76 中但不是必需形成在连接部76中。另选地，如图4B所示，除了形成在连接部76中的开口部之外的开口部70c可以用作第二开口部。如图4C所示，除了第一开口部70a和第二开口部70b以外，中间构件44可以不具有开口。中间构件44可以具有任何形状，例如如图4C 所示的立方体形状。在中间构件44中，固定部72的面向腕凸缘42的表面不必总是平行于末端执行器附接部74的供附接点焊枪22的表面。限定在中间构件44中的布线路径的至少一端需要被打开以与腕凸缘42的孔68 连通。布线路径的另一端可以任意地朝外面打开，使得第二线缆束25b能被拉出到外面。参看图3B，从上臂18的线缆束导向部35延伸的第二线缆束25b由固定装置80a 和80b固定就位。当在平面图中观看时，第二线缆束2 沿着第一腕臂40a和第二腕臂40b 的侧面布置(见图3B)。第二线缆束2 被引入中空轴66并且延伸通过中间构件44的第一开口部70a。然后，第二线缆束2 通过中间构件44的第二开口部70b被拉出到外面并且被连接至点焊枪22的连接口 82 (见图1A)。因为第二线缆束2 延伸通过第二腕臂40b、 腕凸缘42和中间构件44 (即，通过腕臂孔部64、孔68以及布线路径)，所以可以减少第二线缆束2 与外围设备干涉的可能性。
参看图3C，中间构件44设置有固定装置86。第二线缆束2 在正好位于第二开口部70b外面的位置处由固定装置86固定就位。另选地，固定装置86可以设置在中间构件44内或点焊枪22中。仅必要的是，当腕凸缘42绕关节轴J6旋转时，固定装置86能阻止第二线缆束2 与中间构件44(尤其是，第二开口部70b周围的区域)接触。虽然附图中未示出，但是连接至第六伺服电机SM6的线缆88a和连接至该第六伺服电机的编码器的线缆88b (见图3A和3B)被在固定至第二腕臂40b的固定装置80b和中空轴66的上端部之间从第二线缆束2 拉出。在根据本实施方式的点焊机器人10中，第一线缆束2 和第二线缆束2 如上所述布置。第二线缆束2 主要由线缆束导向部35引导。手腕单元20总体上能绕关节轴J4 旋转。第二线缆束2 在固定装置80a和80b之间弯曲，从而允许第二腕臂40b绕关节轴 J5旋转。第二线缆束2 在中空轴66和中间构件44内扭曲，由此点焊枪22能绕关节轴 J6旋转。根据本实施方式，当点焊枪22绕关节轴J6旋转时，第二线缆束2 的在中间构件 44和点焊枪22的连接口 82之间延伸的部分随点焊枪22和中间构件44 一起旋转。这有助于阻止第二线缆束2 与点焊机器人10的手腕单元20或中间构件44干涉。这消除了大至足以断开第二线缆束25b的负荷被施加于该第二线缆束25b的可能性。另外，关节轴J5和J6相对于彼此处于偏斜位置。因此，与关节轴J5和J6彼此相交的情况相比，当第二腕臂40b绕关节轴J5旋转时，阻止了第二线缆束25b与上臂18 (或第一腕臂40a)干涉。这有助于增大第二腕臂40b绕关节轴J5的操作范围。本发明不限于前述实施方式，而是在不脱离发明的范围和精神的情况下可以被修改。例如，前述实施方式和其修改可以部分或全部地组合。这些组合应被解释为落在本发明的范围内。虽然点焊机器人10已经被视为前述实施方式中的一实施例，但是本发明不限于点焊机器人10而是可以应用于弧焊机器人、涂漆机器人、密封机器人、磨削机器人、操作机器人以及其它机器人。换言之，末端执行器可以是气焊枪、喷涂枪、密封喷嘴、磨削工具或机械手。第二线缆束2 可以是管道线缆、油漆供应软管、密封剂供应软管、用于气动驱动工具的空气软管，用于电力工具的电力线或其组合。在前述实施方式中，第二腕臂40b的中空轴66固定至腕凸缘42并且通过正时皮带62由第六伺服电机SM6驱动，该第六伺服电机SM6的旋转轴从关节轴J6偏移。另选地， 腕凸缘42可以由中空电机直接驱动，该中空电机具有绕关节轴J6旋转的中空轴。换言之， 腕凸缘42可以固定至中空电机的中空轴的一端并且由该中空电机驱动。在该情况下，第二线缆束25b延伸通过中空电机的中空轴。
权利要求
1.一种机器人手腕结构，该机器人手腕结构包括第一腕臂，该第一腕臂能绕第一轴线旋转；第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转；中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束，该线缆束连接至固定于所述中间构件的末端执行器，该线缆束延伸通过所述第二腕臂、所述腕凸缘以及所述中间构件并且被从所述中间构件拉出以到达所述末端执行ο
2.根据权利要求1所述的机器人手腕结构，其中，所述第二腕臂包括中空部，该中空部在沿着所述第三轴线的相反两端处打开，所述腕凸缘包括具有孔的旋转中央部，所述中间构件构造成限定布线路径，该布线路径的至少一端与所述腕凸缘的所述孔连通，所述线缆束沿着所述第一腕臂的侧面延伸并且穿过所述中空部、所述孔以及所述布线路径以到达所述末端执行器。
3.根据权利要求1所述的机器人手腕结构，其中，所述中间构件包括固定部，该固定部设置有第一开口部并且固定至所述腕凸缘；以及末端执行器附接部，所述末端执行器附接至该末端执行器附接部，所述中间构件具有第二开口部，引入所述第一开口部的所述线缆束通过所述第二开口部被拉出。
4.根据权利要求3所述的机器人手腕结构，其中，从所述中间构件拉出的所述线缆束由固定装置固定就位，防止该中间构件与该线缆束接触。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的机器人手腕结构，其中，所述第二腕臂包括 电机，该电机设置有绕从所述第三轴线偏移的轴线旋转的旋转轴；以及中空旋转主体，该中空旋转主体借助所述电机绕所述第三轴线旋转，所述中空旋转主体构造成驱动所述腕凸缘，所述线缆束延伸通过所述中空旋转主体。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的机器人手腕结构，其中，所述第二腕臂还包括中空电机，该中空电机设置有绕所述第三轴线旋转的中空轴并且构造成经由所述中空轴驱动所述腕凸缘，所述线缆束延伸通过所述中空电机的所述中空轴。
7.一种机器人，该机器人包括摆动臂；第一腕臂，该第一腕臂设置在所述摆动臂的末端部中并且构造成绕第一轴线旋转；第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转；中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束，该线缆束延伸通过所述第二腕臂、所述腕凸缘和所述中间构件，所述线缆束被从所述中间构件拉出。
8.一种机器人，该机器人包括摆动臂；第一腕臂，该第一腕臂设置在所述摆动臂的末端部中并且构造成绕第一轴线旋转； 第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转；中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束，该线缆束连接至固定于所述中间构件的末端执行器，所述线缆束延伸通过所述第二腕臂、所述腕凸缘和所述中间构件，所述线缆束被从所述中间构件拉出以到达所述末端执行器。
全文摘要
本发明涉及一种机器人手腕结构和机器人。所述机器人手腕结构包括第一腕臂，该第一腕臂能绕第一轴线旋转；第二腕臂，该第二腕臂设置在所述第一腕臂的末端部中并且构造成绕大体上与所述第一轴线相交的第二轴线摆动；腕凸缘，该腕凸缘设置在所述第二腕臂的末端部中并且构造成绕相对于所述第二轴线处于偏斜位置的第三轴线旋转；中间构件，该中间构件固定至所述腕凸缘；以及线缆束，该线缆束连接至固定于所述中间构件的末端执行器。所述线缆束延伸通过所述第二腕臂、所述腕凸缘以及所述中间构件并且被从所述中间构件拉出以到达所述末端执行器。
文档编号B25J19/00GK102463571SQ201110343679
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月3日 优先权日2010年11月4日
发明者一番瀬敦, 真田孝史, 蒲原圭 申请人:株式会社安川电机