专利名称：机器人、机器人系统及旋转电机的制作方法
技术领域：
在此讨论的实施方式涉及机器人、机器人系统及旋转电机。
背景技术：
公知一种控制机器人的机器人控制装置，在该机器人控制装置中，多个连杆通过关节连接。机器人控制装置控制设置在机器人关节部分的马达，并且通过减速器将马达的动カ传递给连杆。減速器存在扭转。因此，所提出的机器人控制装置通过补偿減速器的扭转提高定位精度。例如，美国专利申请公开号2010/0191374的说明书提出一种机器人控制装置，该机器人控制装置基于设置在減速器的输出轴侧的编码器的输出与预设位置指令之间的差值来修正位置指令，借此补偿減速器的扭转。希望以更高的精度检查减速器的输出轴的旋转角，从而更精确地补偿减速器的扭转。本实施方式的一方面的目标是提供能以更高精度检测减速器的输出轴的旋转角的机器人、机器人系统及旋转电机。
发明内容
根据实施方式的一方面的机器人包括马达、将马达的驱动カ传递给连杆的减速器、以及检测减速器的输出轴的旋转角的检测单元，并且该检测单元借助联轴器连接到减速器的输出轴。根据实施方式的一方面，能够提供能以更高精度检测减速器的输出轴的旋转角的机器人、机器人系统及旋转电机。
联系附图，參照下面的详细描述将会更好地理解本发明及本发明的相关优点，从而容易更全面地理解本发明及本发明的相关优点，在附图中图I是根据一个实施方式的机器人的示意侧视图；图2是根据本实施方式的机器人的示意前视图；图3是示出根据本实施方式的机器人的关节部分的结构的示意图；图4是示出图3中所示的联轴器的结构的示图；图5是示出根据本实施方式的机器人系统的结构的示图；图6是示出根据本实施方式的指令产生单元的结构的示图。
具体实施例方式在下文中，基于附图详细描述本申请中公开的机器人系统的实施方式。本发明不局限于本实施方式。、
根据本实施方式的机器人系统包括机器人和机器人控制装置。在机器人中相邻连杆通过关节相互连接，而机器人控制装置通过驱动关节来控制机器人。将多关节机器人作为机器人的实施例进行说明，然而该机器人是包括至少ー个关节的机器人就足够了。虽然例示出了基部、旋转头部、臂以及通过关节连接的连杆，但是连杆不受此限制。首先解释根据本实施方式的机器人的结构。图I是是根据本实施方式的机器人的示意侧视图，而图2是根据本实施方式的机器人的示意前视图。如图I和图2所示，机器人2是多关节机器人，其包括基部25、旋转头部26a、下臂26b、上臂26c以及关节29a至29c。关节29a将旋转头部26a可旋转地连接至基部25。关节29b将下臂26b可旋转地连接至旋转头部26a。关节29c将上臂26c可旋转地连接至下臂26b。在下文中，某些情况下为了方便起见，将各关节29a至29c统称为关节29，并将旋转头部26a、下臂26b、以及上臂26c统称为连杆26。基部25利用未示出的锚定螺栓固定到固定面上，例如地板以及天花板。基部25、旋转头部26a、下臂26b、以及上臂26c是例如由金属铸件等制成的结构支撑件，并通过关节29从基部25开始依次布置。关节29a至29c分别包括旋转电机27a至27c。旋转电机27a包括致动器10a、第一编码器13a以及第二编码器14a。以相似的方式，旋转电机27b包括致动器10b、第一编码器13b以及第二编码器14b，并且旋转电机27c包括致动器10c、第一编码器13c、以及第ニ编码器14c。第一编码器13a至13c (作为马达角检测单元的实施例)是分别检测致动器IOa至IOc的输入轴的旋转角的编码器。第二编码器14a至14c是分别检测致动器IOa至IOc的输出轴的旋转角的编码器(作为检测単元的实施例)。在下文中，某些情况下为了方便起见，将致动器IOa至IOc统称为致动器10。以相似的方式，在某些情况下，将第一编码器13a至13c统称为第一编码器13，将第二编码器14a至14c统称为第二编码器14。对旋转电机27a至27c的结构进行说明。旋转电机27a至27c具有相似的结构，因此在此实施方式中仅说明旋转电机27b。图3是示出根据本实施方式的旋转电机27b的结构的示图，并且与沿图I中的A-A线剖取的截面图相对应。如图3所示，旋转电机27b包括致动器10b、第一编码器13b以及第二编码器14b。致动器IOb包括马达11和減速器12，该减速器将马达11的驱动カ传递至作为连杆的下臂26b。在上述旋转电机27b中，第二编码器14b借助联轴器140连接至減速器12的输出轴125。因此，在第二编码器14b中，可精确检测減速器12的输出轴125的旋转角。下面更详细地解释旋转电机27b的结构。在下文中，以行星辊式减速器说明减速器12，但是，减速器12并不受此限制。例如，可使用行星齿轮式減速器作为减速器12。此外，马达11的结构也不局限于图3所示的结构。马达11包括框架110、第一支架111、第二支架112、轴113、定子114以及转子115。框架110形成管状，并且定子114附接至框架110的内周。第一支架111在外周部连接至框架110的一端，并且该第一支架在内周部中包括开ロ，轴113穿过该开ロ。第二支架112 在外周部连接至框架110的另一端，并在内周部中支撑轴承116。轴113以可旋转的方式由轴承116支撑。
定子114包括定子芯151和定子绕组152。在定子114的内周侧上，将转子115布置成使其隔着间隔面对定子114。转子115包括筒形的转子芯153以及布置在转子芯153的外周侧上的多个永久磁体154，并且转子115以轴113为旋转轴旋转。在如上述配置的马达11中，通过使电流在定子114的定子绕组152中流动，在定子114的内侧产生旋转磁场。转子115通过该旋转磁场与转子115的永久磁体154产生的磁场的相互作用而旋转，并且轴113随转子115的旋转而旋转。減速器12包括形成为管状的壳体120，并且壳体120的一端固定到马达11的第二支架112。壳体120中包括太阳辊121、环形件122、行星辊123、行星辊轴124、输出轴125以及轴承126。太阳辊121是减速器12的输入轴。太阳辊121与轴113结合，并且太阳辊121的中心轴线与轴113的中心轴线一致。环形件122是装配到壳体120中的槽内的筒形弹性环，行星辊123可旋转地布置在环形件122的内周与太阳辊121的外周之间。行星辊轴124在 行星辊123的旋转中心位置固定到行星辊123，并且行星辊轴124固定到输出轴125。轴承126固定到壳体120的另一端的内周，并且输出轴125以可旋转地方式由轴承126支撑。此外，壳体120的另一端固定到旋转头部26a的框架127。另ー方面，以可旋转的方式相对于壳体120支撑的输出轴125固定到下臂26b。在如上述配置的减速器12中，太阳辊121随马达11的轴113的旋转而旋转。随着太阳辊121的旋转，行星辊轴124在绕其轴线自转的同时绕太阳辊121公转。随着行星棍轴124的公转,输出轴125旋转。输出轴125的前端周部固定至下臂26b,这样下臂26b随输出轴125的旋转而绕输出轴125旋转。第一编码器13b与马达11相邻而布置在减速器12的相反侧，并且由盖130覆盖。第一编码器13b检测轴113的旋转角。另ー方面，第二编码器14b借助联轴器140连接至減速器12的输出轴125。具体地说，连接轴141固定到減速器12的输出轴125的前端的中央，并且第二编码器14b的检测轴195借助联轴器140和连接轴141连接至减速器12的输出轴125。第二编码器14b包括检测器，该检测器对检测轴195的旋转进行检测并且根据检测轴195的旋转输出检测结果。以此方式，因为第二编码器14b借助联轴器140连接至減速器12的输出轴125，所以可准确检测減速器12的输出轴125的位置，这样能执行高度精确定位。此外，第二编码器14b由固定到旋转头部26a的框架127的支撑件128支撑。在下臂26b中，通过在减速器12的输出轴125与第二编码器14b之间的区域设置开ロ 142，而将第二编码器14b和減速器12布置成使得下臂26b位于二者之间。因此，第二编码器14b与减速器12的输出轴125可借助联轴器140容易地相互连接。此外，可通过将联轴器140布置在下臂26b中设置的开ロ 142中而使第二编码器14b靠近下臂26b。因此，可使旋转电机27的尺寸减小，从而使机器人2的尺寸减小。可通过扩大开ロ 142并将第二编码器14b布置在开ロ 142中而进ー步减小机器人2的尺寸。此外，可利用树脂在联轴器140中形成位于轴间的至少ー个中间构件，借此抑制被连接的轴之间的热传递。因此，可抑制減速器12发热而避免影响第二编码器14b，这样可保持第二编码器14b中的检测准确性。此外，可通过使用与联轴器140 —样吸收偏心和偏角的Oldham联轴器而增加第二编码器14b的布置自由度。參照图4详细解释联轴器140的结构示例。图4是示出联轴器140的结构示例的示图。在图4中，为了方便起见，连接轴141的延伸方向是Y方向，看图时向上的方向是Z方向，并且垂直于Y轴和Z轴的方向是X方向。如图4所示，联轴器140是Oldham联轴器，其包括第一毂160、滑块170以及第二毂180。联轴器140是连接轴端相互面对的作为旋转轴的连接轴141与第二编码器14b的检测轴195的联轴器。第一毂160和第二毂180例如由金属制成，例如铝合金，而作为中间联接件(中间构件的示例)的滑块170由树脂制成，例如缩醛树脂和尼龙树脂。因此，可抑制轴之间的热传递。第一毂160和第二毂180可由树脂构件代替金属制成。
在第一毂160中，在中央部中形成作为轴孔的中心孔161，在中心孔161的径向两侧相对于中心孔161对称地形成两个侧孔162。以相似的方式，在第二毂180中，在中央部中形成作为轴孔的中心孔181，在中心孔181的径向两侧相对于中心孔181对称地形成两个侧孔182。以此方式，第一毂160和第二毂180分别包括侧孔162和182，并且通过设置侧孔162和182作为接合滑块170的区域而抑制轴向方向(Y方向)上的厚度增加。此外，在第一毂160中，每个侧孔162的Z方向上的两侧形成具有梯形截面的突出部163，并且在第一毂160的外周中形成有装配槽165。以相似的方式，在第二毂180中，在每个侧孔182的X方向上的两侧形成具有梯形横截面的突出部183，并且在第二毂180的外周中形成有装配槽185。在滑块170中，形成从平坦部分174a和174b突出的突出部171a和171b。然而，两个突出部171a布置成沿X方向对齐，两个突出部171b布置成沿Z方向对齐。换言之，突出部171a和171b的布置方向相互间隔90度。此外，在突出部171a中形成有缝172a，而在突出部171b中形成有缝172b。此外，在滑块170中，分别在突出部171a和171b的两侧形成从平坦部分174a和174b突出的侧壁173a和173b。侧壁173b位于突出部171a的后侧，而侧壁173a位于突出部171b的后侧。因此，可増加滑块170的轴向(Y方向)強度，从而使得能够减小滑块170的轴向厚度。此外，在滑块170中，在每个突出部171a的两侧形成从平坦部分174a凹进去的凹槽175a，并且以相似的方式，在每个突出部171b的两侧形成从平坦部分174b凹进去的凹槽175b。此外，在滑块170的外周中形成装配槽177和178。如上构置的第一毂160、滑块170以及第ニ毂180形成联轴器140。下面解释联轴器140的装配方式。通过将连接轴141装配到第一毂160中的中心孔161中，将第一毂160连接至连接轴141。此外，通过将第二编码器14的检测轴195装配到第二毂180中的中心孔181中，将第二编码器14的检测轴195连接至第二毂180。进而，将滑块170的突出部171a装配到第一毂160中的侧孔162中，并将滑块170的凹槽175a装配到第一毂160中的突出部163中。因此，第一毂160装配到滑块170中。以相似的方式，将滑块170的突出部171b装配到第二毂180中的侧孔182中，并将滑块170的凹槽175b装配到第二毂180中的突出部183中。
在突出部171a和171b中形成有缝172a和172b，这样突出部171a和171b分别在与缝172a和172b的延伸方向正交的方向上具有柔性。此外，因为在每个侧壁173b中形成有两个凹槽176b使得侧壁173b的厚度不会变大，所以侧壁173b具有柔性。对于侧壁173a来说也是如此。因此，第一毂160和第二毂180以高可滑动性装配到滑块170中。第一毂160和第二毂180具有相似的结构。因此，将第一毂160附接到滑块170上，使得第一毂160的装配槽165和滑块170的装配槽177连续。此外，将第二毂180附接至Ij滑块170上，使得第二毂180的装配槽185和滑块170的装配槽178连续。因此，装配便利。
将说明上述装配的联轴器140的操作。连接轴141根据减速器12的输出轴125的旋转而旋转，并且第一毂160根据减速器12的输出轴125的旋转而旋转。于是，随着第ー毂160的旋转，滑块170和第二毂180旋转，从而第二编码器14的检测轴195旋转。当连接轴141和检测轴195的轴中心未相互对齐而偏心时，滑块170的突出部171a和171b在第一轮毂160和第二毂180中的侧孔162和182中滑动并将连接轴141的旋转传递给检测轴195，联轴器140借此吸收偏心。当连接轴141和检测轴195的轴中心未相互对齐而具有偏角时，以同样的方式，滑块170的突出部171a和171b在第一轮毂160和第二毂180中的侧孔162和182中滑动并将连接轴141的旋转传递给检测轴195，联轴器140借此吸收偏角。如上所述，因为第一轮毂160和第二毂180以高可滑动性装配到滑块170中，所以能以高精度传递转动。此外，因为滑块170设置有侧壁173a和173b，因此可增加滑块170的強度，从而可减小滑块170的轴向厚度。接着，说明控制机器人2的机器人控制装置的结构和运行。图5是示出根据本实施方式的机器人系统I的结构的示图。在此实施方式中，说明驱动ー个致动器10的示例。例如，就控制致动器IOb而言，机器人控制装置3基于从第一编码器13b和第二编码器14b获得的信息控制致动器10b。机器人控制装置3驱动设置在机器人2的关节处的马达11。因此，马达11的驱动カ通过减速器12传递至连杆26而驱动连杆26。如图5所示，机器人控制装置3包括输出马达11的位置指令Pref 的指令产生单元20和控制马达11使得马达11的旋转角与位置指令Pref 相匹配的伺服控制单元21。位置指令Pref 是限定马达11的旋转角的位置指令。指令产生单元20将基于从第一编码器13和第二编码器14获得的旋转角Pfbl和Pfb2而修正过的位置指令Pref 输出至伺服控制单元21。第一编码器13检测马达11的轴113的旋转角作为旋转角Pfbl，第二编码器14检测减速器12的输出轴125的旋转角作为旋转角Pfb2。伺服控制单元21从指令产生单元20获得位置指令Pref，并从第一编码器13获得马达11的旋转角Pfbl。伺服控制单元21基于位置指令Pref和旋转角Pfbl计算当前指令Eref，以使马达11的旋转角Pfbl和位置指令Pref匹配，并将当前指令Eref输出给马达11。如上所述，基于马达11的旋转角Pfbl和减速器12的输出轴125的旋转角Pfb2，修正从指令产生单元20输出的位置指令Pref。由于马达11的旋转角Pfbl和减速器12的输出轴125的旋转角Pfb2中不包括伺服控制的延时因素，所以可不执行用于补偿伺服控制的延时的设定操作而补偿减速器12的扭转。图6是示出根据本实施方式的指令产生单元20的结构的示图。如图6所示，指令产生单元20包括位置指令产生单元30和位置指令修正単元31。位置指令产生单元30基于预定的指令分布图产生马达11的位置指令PrefO。然后，位置指令产生单元30将产生的位置指令PrefO输出给位置指令修正単元31。例如，指令分布图如下产生。首先，计算末端执行器位置指令(XYZ坐标)，使得附接至机器人2的连杆的前端的未示出的末端执行器的轨迹以预定的加速度和速度通过。XYZ坐标是末端执行器作为控制点操作的空间坐标。然后，通过对末端执行器位置指令进行坐标转换而产生马达11的位置指令PrefO (马达坐标)。马达坐标是驱动机器人2的连杆26的马达11的旋转角坐标。通过根据末端执行器的轨迹产生的位置指令PrefO群形成指令分布图。 位置指令修正单元31产生位置补偿值Padd,该位置补偿值Padd是位置指令修正信号，并且位置指令修正単元31利用位置补偿值Padd修正从位置指令产生单元30输出的位置指令PrefO。具体来说，位置指令修正単元31包括扭转位置计算单元32、扭转位置初始值存储单元33、扭转位置差值计算単元34、位置补偿值计算单元35、位置补偿积分単元36以及补偿位置指令计算单元37。基于作为马达11的旋转轴的轴113的旋转角Pfbl和减速器12的输出轴125的旋转角Pfb2，扭转位置计算单元32产生扭转位置Pdif并将产生的扭转Pdif 输出给扭转位置差值计算単元34。扭转位置Pdif是表示減速器12的扭转的信息。具体地说，扭转位置计算单元32从基于減速比从减速器12的输出轴125的旋转角Pfb2计算出的旋转角Pfb2减去马达11的旋转角Pfbl，并将此差值设为扭转位置Pdif。例如，当减速器12的减速比设为n时，扭转位置计算单元32从乘以n的旋转角Pfb2减去马达11的旋转角Pfbl，并将此差值设为扭转位置Pdif。当输入初始化信号Init吋，扭转位置初始值存储单元33存储从扭转位置计算单元32输出的扭转位置Pdif作为扭转位置初始值PdifO。例如，当机器人2的姿势是基本姿势时，将初始化信号Init输入给扭转位置初始值存储单元33，并且此时从扭转位置计算单元32输出的扭转位置Pdif作为扭转位置初始值PdifO存储在扭转位置初始值存储单元33中。扭转位置差值计算装置34从由扭转位置计算单元32得到的扭转位置Pdif减去由扭转位置初始值存储单元33得到的扭转位置初值PdifO，以生成扭转位置差值Perr (=Pdif-PdifO)。扭转位置差值Perr是表明扭转位置Pdif从扭转位置初值PdifO开始的位移的信息。位置补偿值计算单元35从扭转位置差值Perr减去位置补偿积分值Padded以生成位置补偿值Padd。位置补偿值Padd是位置指令修正信号，并且从位置补偿值计算单元35输出给补偿位置指令计算单元37。位置补偿积分值Padded是从位置补偿积分単元36输出的信息，并且位置补偿积分単元36对从位置补偿值计算单元35输出的位置补偿值Padd进行积分，以生成位置补偿积分值Padded。补偿位置指令计算单元37将从位置补偿值计算单元35得到的位置补偿值Padd加到由位置指令生成単元30得到的位置指令PrefO，以生成新的位置指令Pref。然后，ネト偿位置指令计算单元37将生成的位置指令Pref输出给伺服控制单元21。以这样的方式，在根据本实施方式的机器人系统I中，指令生成单元20通过将从马达11的旋转角Pfbl和减速单元12的输出轴125的旋转角Pfb2之间的差值得到的位置补偿值Padd作为指令修正信号加到位置指令PrefO而修正位置指令PrefO。尽管在位置指令PrefO和马达11的旋转角Pfbl之间包括伺服控制的延时因素，但是在马达11的旋转角Pfbl和减速器12的输出轴125的旋转角Pfb2之间并不包括伺服控制的延时因素。因此，在根据本实施方式的机器人系统I中，可不执行用于补偿伺服控制装置的延时的设定操作而减少由減速器12的扭转引起的位置误差。
此外，在位置补偿值计算单元35中，由于从扭转位置差值Perr减去位置补偿积分值Padded,因此扭转位置差Perr —旦作为位置补偿值Padd加算过下次就不会被加算。因此，可根据扭转位置差值Perr精确补偿位置指令Pref。在上述的实施方式中，第二编码器14设置在三个轴上，然而，由于每个轴单独受控，因此，第二编码器14可适当设置在仅ー个轴或两个轴上。可设置限制単元，例如限制器和过滤器，以避免由于修正而产生的位置指令Pref的急剧波动。在此情况下，可将该限制单元设置在扭转位置差值计算単元34和补偿位置指令计算单元37之间的路径中。例如，可通过在位置补偿值计算单元35和补偿位置指令计算单元37之间设置限制器，将补偿位置指令计算单元37获得的位置补偿值Padd限定在限定值。此外，例如，可通过在位置补偿值计算单元35和补偿位置指令计算单元37之间设置过滤器，限制补偿位置指令计算单元37得到的位置补偿值Padd的变化率。此外，编码器被作为检测马达11的旋转角Pfbl的第一检测单元的实施例进行说明，然而第一检测单元可检测马达11的旋转角Pfbl就足够了。例如，第一检测单元可是观察者。以相似的方式，编码器被作为检测減速器12的输出轴125的旋转角Pfb2的第二检测单元的实施例进行说明，然而第二检测单元可检测减速器12的输出轴125的旋转角Pfbl就足够了。例如，第二检测单元可是观察者。如上所述，在根据本实施方式的机器人系统I中，第二编码器14借助联轴器140与减速器12的输出轴125连接，这样可精确检测减速器12的输出轴125的位置，并且因此可执行高度精确定位。此外，将从马达11的旋转角Pfbl和减速器12的输出轴125的旋转角Pfb2得到的位置补偿值Padd加到位置指令PrefO。因此，可不执行用于补偿伺服控制的延时的设定操作而减少由于减速器12的扭转产生的位置误差，从而可执行高度精确地定位。
权利要求
1.一种机器人，该机器人包括 马达； 将所述马达的驱动カ传递给连杆的減速器；以及 检测所述减速器的输出轴的旋转角的检测单元，其中 所述检测単元借助联轴器连接到所述减速器的所述输出轴。
2.根据权利要求I所述的机器人，其中所述检测単元穿过设置在所述连杆中的开ロ借助所述联轴器连接到所述减速器的所述输出轴。
3.根据权利要求2所述的机器人，其中所述联轴器布置在所述开口中。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的机器人，其中所述联轴器的位于被连接的轴之间的中间构件由树脂制成。
5.—种机器人系统,该机器人系统包括 机器人，该机器人包括马达、将所述马达的驱动カ传递给连杆的減速器、以及检测所述減速器的输出轴的旋转角的检测单元，并且其中所述检测単元借助联轴器连接到所述减速器的所述输出轴； 驱动所述机器人的所述马达的机器人控制装置；以及 检测所述马达的旋转角的马达角检测单元，其中 所述机器人控制装置基于所述检测单元的检测结果和所述马达角检测单元的检测结果修正所述马达的位置指令。
6.—种旋转电机,该旋转电机包括 马达 将所述马达的驱动カ传递给连杆的減速器；以及 检测所述减速器的输出轴的旋转角的检测单元，其中 所述检测単元借助联轴器连接到所述减速器的所述输出轴。
全文摘要
本发明提供一种机器人、机器人系统及旋转电机。根据实施方式的机器人包括马达、将马达的驱动力传递给连杆的减速器以及检测减速器的输出轴的旋转角的检测单元，并且该检测单元借助联轴器连接到减速器的输出轴。
文档编号B25J9/08GK102649271SQ20111042091
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年2月23日
发明者泉哲郎 申请人:株式会社安川电机