多关节机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种在确保宽广活动范围的同时，作业性能与结构性能卓越的多关节机器人。机器人（2）设置有：第一连杆构件（7）；以能绕第一关节轴线（14）旋转的方式连接至所述第一连杆构件（7）的中间连杆构件（8A,8B）；第二连杆构件（9），该第二连杆构件以能绕第二关节轴线（15）旋转的方式连接至所述中间连杆构件(8A,8B)，并具有在其内连接的小型连杆构件（9A,9B），使得这些小型连杆构件能够绕旋转轴线（17）相对旋转；以及关节(5,6)。关节(6)具有由所述第一连杆构件(7)、所述中间连杆构件(8A,8B)以及所述第二连杆构件(9)组成的双关节结构。所述机器人（2）具有：在所述第二关节轴线(15)上相互面对地布置的伞齿轮（19,20）；用于向所述伞齿轮（19,20）传递驱动力的马达（12,13）；以及与所述伞齿轮（19,20）两者相啮合并通过沿所述旋转轴线（17）布置的旋转轴（28）连接至第二小型连杆构件（9B）的伞齿轮（21）。
【专利说明】多关节机器人
【技术领域】
[0001]本公开的实施方式涉及一种多关节机器人，其在关节中具有使用伞齿轮的差动机构。
【背景技术】
[0002]在诸如操纵器及机器人臂之类的多关节机器人中，公知这样一种多关节机器人，其在关节中具有使用伞齿轮的差动机构(例如，参见专利文献I )。该多关节机器人包括第一及第二齿轮、用于使各自的齿轮旋转的驱动源以及布置在与第一齿轮的中心轴线相交的方向上的杆状构件，通过使第一与第二齿轮沿相同的方向旋转，杆状构件绕第一齿轮的中心轴线旋转，通过使第一与第二齿轮沿不同的方向旋转，杆状构件绕自身的中心轴线旋转。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2010-264519号公报
【发明内容】
_6] 本发明要解决的问题
[0007]在多关节机器人的关节中设置使用伞齿轮的差动机构可能会出现以下问题。例如，作为多关节机器人，在上臂部与下臂部借助能够屈曲的肘关节连接的机器人臂的情况下，如果肘关节的关节轴线设置在臂厚度方向上的大致中心位置，那么上臂部与下臂部相互干涉，上臂部与下臂部之间的相对角度受到限制，活动范围变窄。因此，关节轴线通常偏移设置在臂厚度方向上的一端侧。然而，如果在肘关节中设置使用伞齿轮的差动机构，由于关节轴线与沿一侧臂部(位于被差动驱动的那一侧的臂部，例如下臂部)的纵向的旋转轴线不能在臂厚度方向上偏移设置，关节轴线构造成仅相对于另一侧臂部(例如上臂部)偏移。因此，当臂伸展时，上臂部与下臂部彼此不共轴，从而所述另一侧臂部的肘关节部变得笨重。因此，机器人的作业性能与结构性能变差。
[0008]鉴于上述问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种在确保宽广活动范围的同时，作业性能与结构性能卓越的多关节机器人。
_9] 解决问题的手段
[0010]为了解决上述问题，根据本发明的一方面，提供一种具有多个连杆构件及多个关节的多关节机器人，其中所述多个关节中的至少一个包括:双关节结构，该双关节结构包括第一连杆构件、以能绕第一关节轴线旋转的方式连接至所述第一连杆构件的中间连杆构件以及以能绕第二关节轴线旋转的方式连接至所述中间连杆构件的第二连杆构件，并且在所述第二连杆构件中，两个小型连杆构件连接成能够绕沿连杆构件的纵向的旋转轴线相对旋转；相互面对地布置在所述第二关节轴线上的第一伞齿轮及第二伞齿轮；构造成向所述第一伞齿轮传递驱动力的第一致动器以及构造成向所述第二伞齿轮传递驱动力的第二致动器；以及与所述第一伞齿轮及所述第二伞齿轮两者相啮合并借助沿所述旋转轴线布置的旋转轴连接至所述小型连杆构件之一的第三伞齿轮。
[0011]发明效果
[0012]根据本发明，可实现一种在确保宽广活动范围的同时，作业性能与结构性能卓越的多关节机器人。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是用于说明设置有根据一个实施方式的机器人的机器人系统的概念性说明图。
[0014]图2是用于说明具有双关节结构的关节的详细结构的概念性说明图。
[0015]图3是用于说明第一连杆构件、中间连杆构件及第二连杆构件的操作的概念性说明图。
[0016]图4是用于说明根据比较例的关节的问题的概念性说明图。
[0017]图5是用于说明在伞齿轮中布置有马达的变型例中，具有双关节结构的关节的详细结构的概念性说明图。
[0018]图6是用于说明在由带轮传递马达驱动力的变型例中，具有双关节结构的关节的详细结构的概念性说明图。
[0019]图7是用于说明在由伞齿轮传递马达驱动力的变型例中，具有双关节结构的关节的详细结构的概念性说明图。
【具体实施方式】
[0020]以下将参照附图描述一个实施方式。
[0021]如图1所示，机器人系统I包括机器人2 (多关节机器人)及用于控制此机器人2操作的控制单元(本实施例中为微电脑3)。机器人2与微电脑3借助缆线4连接成能够相互通信(或者可以无线连接)。控制单元可安装在机器人2侦U。
[0022]在本实施例中，机器人2是两关节机器人，并且包括两个关节5与6、第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB，第二连杆构件9以及末端执行器(本实施例中为机器人手10)。第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB以及第二连杆构件9对应于权利要求书中所述的多个连杆构件。
[0023]在位于机器人2的基端侧的关节5上安装有马达11。位于机器人2的前端侧的关节6具有由第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9组成的双关节结构，并且具有设置在第一连杆构件7与中间连杆构件8A与8B之间的第一关节部6A，还具有设置在中间连杆构件8A与8B与第二连杆构件9之间的第二关节部6B。两个马达12与13安装在位于关节6的前端侧的第二关节部6B上。稍后将描述关节6的详细结构。
[0024]第一连杆构件7通过关节5连接至地板部。中间连杆构件8A与8B通过位于关节6的基端侧的第一关节部6A以能绕第一关节部6A的第一关节轴线14旋转的方式连接至第一连杆构件7。第二连杆构件9通过位于关节6的前端侧的第二关节部6B以能绕第二关节部6B的第二关节轴线15旋转的方式连接至中间连杆构件8A与8B。该第二连杆构件9由第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B组成。第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B相互连接成能够绕沿着整个第二连杆构件9的纵向的旋转轴线17相对旋转。第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B对应于权利要求书中所述的两个小型连杆构件。
[0025]机器人手10安装在位于第二连杆构件9的前端侧的第二小型连杆构件9B的前端。
[0026]在上述的基本构造中，机器人2可通过驱动每个马达11、12与13而驱动第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB以及第二连杆构件9，借此使机器人手10移近抓握目标18。在机器人手10抓握住抓握目标18后，可通过进一步驱动第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9而移动抓握目标18。
[0027]微电脑3通过产生/传送分别对应于机器人2的每个马达11、12与13的控制指令而协同控制每个马达11、12与13，从而控制机器人手10的抓握，使得整个机器人2能够顺畅操作。
[0028]随后，将应用图2描述位于机器人2的前端侧的关节6的详细结构。图2中未示出位于机器人2的基端侧的关节5以及机器人手10等。而且，图2中所示的跨越两个构件的双线表示这两个构件相互连接。
[0029]如图2中所示，关节6具有由第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9组成的双关节结构，并且具有第一关节部6A与第二关节部6B、相互面对地布置在第二关节轴线15上的伞齿轮19 (第一伞齿轮)与伞齿轮20 (第二伞齿轮)、用于向伞齿轮19传递驱动力的马达12 (第一致动器)、用于向伞齿轮20传递驱动力的马达13 (第二致动器)、伞齿轮21 (第三伞齿轮)及伞齿轮22、两个正齿轮23A与23B以及两个正齿轮24A与24B。
[0030]马达12具有输出轴12A (转子)以及定子12B，并且以输出轴12A的轴线与第二关节轴线15—致的方式在中间连接构件8A的外壁部上布置在第二关节轴线15上。定子12B连接至中间连杆构件8A。输出轴12A连接至伞齿轮19，并且以能相对于中间连杆构件8A、正齿轮24A以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承25A、26A及27A支撑。因此，通过马达12的驱动使输出轴12A绕第二关节轴线15旋转，借此能够使伞齿轮19绕第二关节轴线15旋转。
[0031]马达13具有输出轴13A (转子)以及定子13B，并且以输出轴13A的轴线与第二关节轴线15 —致的方式在中间连杆构件8B的外壁部上布置在第二关节轴线15上。定子13B连接至中间连杆构件8B。输出轴13A连接至伞齿轮20，并且以能相对于中间连杆构件8B、正齿轮24B以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承25B、26B及27B支撑。因此，通过马达13的驱动使输出轴13A绕第二关节轴线15旋转，借此能够使伞齿轮20绕第二关节轴线15旋转。
[0032]伞齿轮21与伞齿轮19及20两者相啮合，并借助旋转轴28连接至位于第二连杆构件9的前端侧的第二小型连杆构件9B。旋转轴28以能绕与该旋转轴28的轴线一致的旋转轴线17旋转的方式被轴承29支撑。
[0033]而且，通过旋转轴28连接至伞齿轮21的第二小型连杆构件9B的前端部装配插入第一小型连杆构件9A内部。尽管未详细地示出，但是，例如，第二小型连杆构件9B的装配部形成为柱形，而第一小型连杆构件9A的装配部形成为具有与第二小型连杆构件9B的柱形部的外周大致相当的内直径。因此，第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B相互连接成能够绕旋转轴线17相对旋转，或者换言之能够相对扭转移位，并且由这些装配部构成扭转接合部16。而且，轴承30设置在第一小型连杆构件9A的内周与第二小型连杆构件9B的外周之间，并且该轴承30使第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B在径向上的滑动顺畅，并防止第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B之间在推力方向上的移除动作。
[0034]伞齿轮22与伞齿轮19及20两者相啮合，并连接至旋转轴32。旋转轴32以能绕与该旋转轴32的轴线一致的旋转轴线31旋转的方式被轴承33支撑。
[0035]在此实施方式中，如果伞齿轮19与20沿相同方向旋转，那么这些伞齿轮21与22绕第二关节轴线15旋转，然而如果伞齿轮19与20沿不同方向旋转，那么伞齿轮21与22绕第二关节轴线17与31旋转。因此，借助马达12与13的驱动使伞齿轮19与20沿相同方向旋转，从而使伞齿轮21与22绕第二关节轴线15旋转，使得第二连杆构件9及中间连杆构件8A与SB绕第二关节轴线15相对旋转，或者换言之，可使第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与8B旋转操作。而且，借助马达12与13的驱动使伞齿轮19与20沿不同的方向旋转，从而使伞齿轮21与22绕旋转轴线17与31旋转，使得第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B绕旋转轴线17相对旋转，或者换言之，可使第二小型连杆构件9B绕旋转轴线17旋转。
[0036]正齿轮23A与23B以能绕沿第一关节轴线14布置的轴构件34A与34B旋转的方式布置，并固定至第一连杆构件7。轴构件34A以能相对于第一连杆构件17、正齿轮23A及中间连杆构件8A绕第一关节轴线14旋转的方式被轴承35A、36A及37A支撑，轴构件34A的轴线与第一关节轴线14 一致。轴构件34B以能相对于第一连杆构件17、正齿轮23B及中间连杆构件8B旋转的方式被轴承35B、36B及37B支撑，轴构件34B的轴线与第一关节轴线
14一致。
[0037]正齿轮24A与24B以能绕沿第二关节轴线15布置的输出轴12A与13A旋转的方式布置，并固定至位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A，还与正齿轮23A与23B啮合。
[0038]正齿轮23A与23B以及正齿轮24A与24B能够使第一连杆构件7相对于中间连杆构件8A与8B的旋转操作以及第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与8B的旋转操作同步，使得第二连杆构件9与中间连杆构件8A、8B之间的相对角度变成大致等于第一连杆构件7与中间连杆构件8A、8B之间的相对角度。S卩，当伞齿轮19与20借助马达12与13的驱动沿相同方向旋转并且第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作时，固定至第二连杆构件9的正齿轮24A与24B旋转。借助此旋转，与正齿轮24A、24B啮合的正齿轮23A、23B沿与正齿轮24A、24B相反的方向仅转过相同的旋转角度，从而使供固定正齿轮23A与23B的第一连杆构件7以及中间连杆构件8可与此类似地相对旋转操作。正齿轮23A、23B以及正齿轮24A、24B对应于权利要求中所述的旋转同步构件，其中正齿轮23A与23B对应于第一正齿轮，正齿轮24A与24B对应于第二正齿轮。
[0039]在此实施方式中，假定从伞齿轮19看伞齿轮20时顺时针旋转的方向(由图2中的箭头A所指示的方向)为A方向，逆时针旋转的方向(由图2中的箭头B所指示的方向)为B方向。而且，假定从伞齿轮21看伞齿轮22时顺时针旋转的方向(由图2中的箭头C所指示的方向)为C方向，逆时针旋转的方向(由图2中的箭头D所指示的方向)为D方向。[0040]随后，将描述此实施方式中第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9的操作。
[0041]首先，将描述伞齿轮19与20沿相同方向旋转的情况。
[0042]如图2与图3所示，例如，如果伞齿轮19与20借助马达12与13的驱动沿A方向旋转，那么伞齿轮19与20沿相反方向向以旋转轴线17与31作为中心轴线的伞齿轮21与22施加旋转力。具体地说，对于伞齿轮21，伞齿轮19施加沿D方向的旋转力，伞齿轮20施加沿C方向的旋转力。而且，对于伞齿轮22，伞齿轮19施加沿C方向的旋转力，伞齿轮20施加沿D方向的旋转力。这样，因为将在C方向及D方向上的旋转力同时施加至伞齿轮21与22，所以伞齿轮21与22不会绕旋转轴线17与31旋转。另一方面，因为沿A方向的旋转力在与伞齿轮19、20形成的啮合面处作用在伞齿轮21与22上，伞齿轮21与22绕沿着伞齿轮19与20的第二关节轴线15沿A方向旋转。因此，使第二连杆构件9沿A方向相对于中间连杆构件8A与8B旋转操作，即，第二连杆构件9执行绕第二关节轴线15沿A方向的旋转操作，并且正齿轮24A与24B绕第二关节轴线15沿A方向旋转。随同此旋转一起，正齿轮23A与23B绕第一关节轴线14沿B方向仅转过与正齿轮24A与24B相同的旋转角度，第一连杆构件7相对于中间连杆构件8A与8B沿B方向旋转操作，即，第一连杆构件7执行绕第一关节轴线14沿B方向的旋转操作。因此，如果伞齿轮19与20沿A方向旋转，那么第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB以及第二连杆构件9被沿屈曲方向(图3中的箭头E所指示的方向)驱动，关节6执行屈曲操作。
[0043]而且，例如，如果伞齿轮19与20借助马达12与13的驱动沿B方向旋转，那么与上述类似，伞齿轮19与20沿相反方向向以旋转轴线17与31作为中心轴线的伞齿轮21与22施加旋转力。具体地说，对于伞齿轮21，伞齿轮19施加沿C方向的旋转力，伞齿轮20施加沿D方向的旋转力。而且，对于伞齿轮22，伞齿轮19施加沿D方向的旋转力，伞齿轮20施加沿C方向的旋转力。因此，伞齿轮21与22不会绕旋转轴线17与31旋转。另一方面，因为B方向上的旋转力在与伞齿轮19、20形成的啮合面处作用在伞齿轮21与22上，伞齿轮21与22绕沿着伞齿轮19与20的第二关节轴线15沿B方向旋转。因此，第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与8B沿B方向旋转操作，即，第二连杆构件9执行绕第二关节轴线15沿B方向的旋转操作，并且正齿轮24A与24B绕第二关节轴线15沿B方向旋转。随同此旋转一起，正齿轮23A与23B绕第一关节轴线14沿A方向仅转过与正齿轮24A与24B相同的旋转角度，第一连杆构件7相对于中间连杆构件8A与SB沿A方向旋转操作，即，第一连杆构件7执行绕第一关节轴线14沿A方向的旋转操作。因此，如果伞齿轮19与20沿B方向旋转，那么第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9被沿伸展方向(图3中的箭头F所指示的方向)驱动，关节6执行伸展操作。
[0044]如上所述，如果伞齿轮19与20沿相同方向操作，那么第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9被沿屈曲方向或伸展方向驱动，关节6执行屈曲或伸展操作。
[0045]随后，将描述伞齿轮19与20沿不同方向旋转的情况。
[0046]例如，如果借助马达12与13的驱动，伞齿轮19沿A方向旋转而伞齿轮20沿B方向旋转，那么伞齿轮21绕旋转轴线17沿D方向旋转，伞齿轮22绕旋转轴线31沿C方向旋转。因此，位于第二连杆构件9的前端侧的第二小型连杆构件9B与旋转轴28 —起绕旋转轴线17沿D方向旋转，并且旋转轴32绕旋转轴线31沿C方向旋转。另一方面，因为伞齿轮21与22绕作为中心轴线的旋转轴线17与31旋转，所以在伞齿轮21与22上不会作用使伞齿轮21与22绕第二关节轴线15旋转的作用力。因此，伞齿轮21与22不会绕第二关节轴线15旋转。
[0047]而且，例如，如果借助马达12与13的驱动，伞齿轮19沿B方向旋转而伞齿轮20沿A方向旋转，那么伞齿轮21绕旋转轴线17沿C方向旋转，伞齿轮22绕旋转轴线31沿D方向旋转。因此，位于第二连杆构件9的前端侧的第二小型连杆构件9B与旋转轴28 —起绕旋转轴线17沿C方向旋转，并且旋转轴32绕旋转轴线31沿D方向旋转。另一方面，与以上类似，在伞齿轮21与22上不会作用使伞齿轮21与22绕第二关节轴线15旋转的作用力。因此，伞齿轮21与22不会绕第二关节轴线15旋转。
[0048]如上所述，如果伞齿轮19与20沿不同方向旋转，那么第二小型连杆构件9B绕旋转轴线17旋转。即，第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B相对旋转。
[0049]在此，在说明上述实施方式的效果之前，将应用图4描述用于说明此实施方式的效果的比较例。
[0050]在图4的(a)所示的比较例的机器人中，第一连杆构件V以及第二连杆构件9’通过关节6’连接成能够屈曲，并且关节6’的关节轴线60设置在连杆构件厚度方向上的大致中心位置。在这个比较例的机器人中，通过将关节轴线60设置在连杆构件厚度方向上的大致中心位置，当关节6’屈曲时，第一连杆构件7’以及第二连杆构件9’相互干涉，第一连杆构件7’与第二连杆构件9’之间的相对角度受限，机器人的活动范围狭窄，这是有问题的。因此，可考虑这样的构造，即通过偏移将关节轴线60设置在连杆构件厚度方向上的一端侧。即，在图4的(b)所示的另一比较例的机器人中，通过偏移将关节6’的关节轴线60从连杆构件厚度方向上的大致中心位置设置到连杆构件厚度方向上的一端侧。
[0051]另一方面，可考虑将使用伞齿轮的差动机构设置在关节轴线60上的构造。S卩，在图4的(c)所示的再一比较例的机器人中，使用伞齿轮差动驱动第二连杆构件9’的差动机构被设置在关节6’的关节轴线60上，并且仅相对于第一连杆构件7’偏移关节轴线60。在这样的比较例的机器人中，关节轴线60与沿第二连杆构件9’的纵向的旋转轴线17’不能通过沿连杆构件厚度方向偏移而设置，因此，当关节6’伸展时，第一连杆构件7’与第二连杆构件9’不会变成共轴，关节6’部(由图4的(c)中的椭圆环绕的G部分)变得笨重。因此，会出现机器人的作业性能与结构性能变差这样的问题。
[0052]另一方面,在此实施方式的机器人2中,米用关节6由第一连杆构件6、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9组成的双关节结构。因此，当关节6屈曲时,第一连杆构件7与第二连杆构件9不会相互干涉，并且第一连杆构件7与第二连杆构件9之间的相对角度不会受限，从而可使机器人2的活动范围变宽。而且，此实施方式的机器人2具有相互面对地布置在第二关节轴线15上的伞齿轮19与20、用于向伞齿轮19传递驱动力的马达12、用于向伞齿轮20传递驱动力的马达13以及与伞齿轮19与20两者相啮合的伞齿轮21与22。即，采用其中使用伞齿轮的差动机构设置在第二关节轴线15上这样的构造。因此，借助马达12与13的驱动，如果伞齿轮19与20沿相同方向旋转，那么可沿屈曲或伸展方向驱动第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9，相反如果伞齿轮19与20沿不同方向旋转，那么可驱动构成第二连杆构件9的第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B相对旋转。
[0053]如上所述，借助双关节结构与差动机构的结合，即便将使用伞齿轮的差动机构设置在第二关节轴线15上，第二关节轴线15与沿第二连杆构件9的纵向的旋转轴线17也不必在连杆构件厚度方向上偏移。因此，当关节6伸展时，第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9变成共轴，可防止关节6部突出。因此，可实现在确保宽广活动范围的同时具有卓越的作业性能与结构性能的机器人2。
[0054]而且，尤其在本实施方式中，当伞齿轮19与20借助马达12与13的驱动沿相同方向旋转从而使第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作时，可使第一连杆构件7与中间连杆构件8A与8B借助于正齿轮23A与23B及正齿轮24A与24B以与此类似的方式相对旋转操作。即，当使第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作时，固定至第二连杆构件9的正齿轮24A与24B被转动。因此，与正齿轮24A、24B啮合的正齿轮23A、23B沿与正齿轮24A、24B相反的方向仅转过相同的旋转角度，因此第一连杆构件7与中间连杆构件8A与8B可与此类似地被相对旋转操作。因此，两个马达12与13使由第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B及第二连杆构件9组成的双关节操作以屈曲或伸展。
[0055]而且，尤其是在本实施方式中，马达12与13两者构造成布置在中间连杆构件8A与8B的外壁部上。因此，可简化连杆构件的内部结构，便于马达12与13的维修工作。
[0056]本实施方式不限于上述内容，而是能在不脱离其主旨及技术理念的范围内做出多种变型例。以下将依次描述这些变型例。
[0057]( I)如果马达布置在伞齿轮中:
[0058]在前述实施方式中，马达12与13布置在中间连杆构件8A与8B的外壁部上，但是并不限于此，马达可布置在伞齿轮中。
[0059]如图5中所示，此变型例中机器人2的关节106的构造大致类似于前述实施方式的机器人2的关节6的构造，其不同之处在于代替伞齿轮19与伞齿轮20设置相互面对地布置在前述第二关节轴线15上的伞齿轮119 (第一伞齿轮)与伞齿轮120 (第二伞齿轮)，并且代替马达12与马达13设置用于向伞齿轮119传递驱动力的马达112 (第一致动器)与用于向伞齿轮120传递驱动力的马达113 (第二致动器)。
[0060]马达112具有输出轴112A (转子)以及定子112B，并且马达112以输出轴112A的轴线与第二关节轴线15 —致的方式在伞齿轮119中布置在第二关节轴线15上。定子112B连接至伞齿轮119。输出轴112A连接至前述中间连杆构件8A，并且以能相对于前述正齿轮24A以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承26A及27A支撑。
[0061]马达113具有输出轴113A (转子)以及定子113B，并且马达113以输出轴113A的轴线与第二关节轴线15 —致的方式在伞齿轮120中布置在第二关节轴线15上。定子113B连接至伞齿轮120。输出轴113A连接至前述中间连杆构件8B，并且以能相对于前述正齿轮24B以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承26B及27B支撑。
[0062]除以上以外，关节106的构造与前述实施方式中机器人2的关节6的构造相同。
[0063]在此变型例中，通过借助马达112与113的驱动使输出轴112A与113A沿相同方向旋转，使伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转，并且可使伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转。如果伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转并且伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转，那么与伞齿轮119、120两者相啮合的前述伞齿轮21、22与中间连杆构件8A、8B绕第二旋转轴线15相对旋转。而且，如果借助马达112与113的驱动使输出轴112A与113A沿不同方向旋转，则因为输出轴112A与113A由于被连接至中间连杆构件8A与8B而不能转动，所以可使连接至定子113A与113B的伞齿轮119与120沿不同方向旋转。如果伞齿轮119与120沿不同方向旋转，那么伞齿轮21与22绕前述旋转轴线17与31旋转。
[0064]因此，通过借助马达112与113的驱动，使伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转，并使伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转，并且通过使伞齿轮21、22与中间连杆构件8A、8B绕第二旋转轴线15相对旋转，使第二连杆构件9与中间连杆构件8A、8B绕第二关节轴线15相对旋转。换言之，可使第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作。而且，如果第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与8B旋转操作，那么固定至第二连杆构件9的前述正齿轮24A与24B被转动。随之，使与齿轮24A与24B啮合的前述正齿轮23A与23B沿与齿轮24A与24B相反的方向仅转过相同的旋转角度，并且可供固定正齿轮23A与23B的第一连杆构件7与中间连杆构件8A、8B与此类似地相对旋转操作。而且，通过借助马达112与113的驱动使伞齿轮119与120沿不同方向旋转，使伞齿轮21与22绕旋转轴线17与31旋转，借此使第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B绕旋转轴线17相对旋转。换言之，可使第二小型连杆构件9B绕旋转轴线17旋转。
[0065]随后，将简要描述此变型例中第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB及第二连杆构件9的操作。
[0066]首先，描述这样的情况，其中伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转，并且伞齿轮120及中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转。
[0067]例如，通过借助马达112与113的驱动使输出轴112A与113A沿A方向旋转，使伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转，并且使伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转，借此第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与8B沿B方向旋转操作，即，第二连杆构件9绕第二关节轴线15绕B方向旋转操作，并且正齿轮24A与24B绕第二关节轴线15沿B方向旋转。随之，正齿轮23A与23B绕第一旋转轴线14沿A方向仅转过与正齿轮24A与24相同的旋转角度，并且第一连杆构件7相对于中间连杆构件8A与8B沿A方向旋转操作，即，第一连杆构件7绕第一旋转轴线14沿A方向旋转。因此，如果输出轴112A与113A沿A方向旋转，使得伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转并且伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转，则第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9沿伸展方向被驱动，关节106执行伸展操作。
[0068]例如，如果通过借助马达112与113的驱动使输出轴112A与113A沿B方向旋转，使伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转，并且使伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转，那么第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与8B沿A方向旋转操作，即，第二连杆构件9绕第二关节轴线15沿A方向旋转操作，并且正齿轮24A与24B绕第二关节轴线15沿A方向旋转。随之，正齿轮23A与23B绕第一旋转轴线14仅转过与正齿轮24A与24B相同的旋转角度，并且第一连杆构件7相对于中间连杆构件8A与8B沿B方向旋转操作，即，第一连杆构件7绕第一旋转轴线14沿B方向旋转操作。因此，如果输出轴112A与113A沿B方向旋转，使得伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转，并且伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转,贝U第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB以及第二连杆构件9沿屈曲方向被驱动，关节106屈曲操作。
[0069]如上所述，如果伞齿轮119与中间连杆构件8A相对旋转并且伞齿轮120与中间连杆构件8B沿与伞齿轮119及中间连杆构件8A的相对旋转方向相同的方向相对旋转，那么第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9沿屈曲或伸展方向被驱动，从而关节106执行屈曲或伸展操作。
[0070]随后，将描述伞齿轮190与120沿不同方向旋转的情况。
[0071 ] 例如，如果借助马达112与113的驱动，使伞齿轮119沿A方向旋转并且使伞齿轮120沿B方向旋转，那么伞齿轮21绕旋转轴线17沿D方向旋转，并且伞齿轮22绕旋转轴线31沿C方向旋转。因此，位于第二连杆构件9的前端侧的第二小型连杆构件9B与前述旋转轴28 —起绕旋转轴线17沿D方向旋转，并且前述旋转轴32绕旋转轴线31沿C方向旋转。另一方面，因为伞齿轮21与22绕作为中心轴线的旋转轴线17与31旋转，所以在伞齿轮21与22上不会作用使伞齿轮21与22绕第二关节轴线15旋转的作用力。因此，伞齿轮21与22不会绕第二关节轴线15旋转。
[0072]而且，例如，如果借助马达112与113的驱动，使伞齿轮119沿B方向旋转并且使伞齿轮120沿A方向旋转，那么伞齿轮21绕旋转轴线17沿C方向旋转，而伞齿轮22绕旋转轴线31沿D方向旋转。因此，位于第二连杆构件9的前端侧的第二小型连杆构件9B与旋转轴28 —起绕旋转轴线17沿C方向旋转，并且旋转轴32绕旋转轴线31沿D方向旋转。另一方面，与以上类似，在伞齿轮21与22上不会作用使伞齿轮21与22绕第二关节轴线15旋转的作用力。因此，伞齿轮21与22不会绕第二关节轴线15旋转。
[0073]如上所述，如果伞齿轮119与120沿不同方向旋转，那么第二小型连杆构件9B绕旋转轴线17旋转。即，第一小型连杆构件9A与第二小型连杆构件9B相对旋转。
[0074]根据此变型例，可获得与上述实施方式类似的效果。而且，在此变型例中，马达112与113两者均布置在伞齿轮119与120中。结果，由于马达112与113可容纳于连杆构件中，所以可使机器人2细小，并且可进一步提高作业性能与结构性能。
[0075](2)如果借助带轮传递马达的驱动力:
[0076]如图6中所示，在此变型例的机器人2的关节206中，马达212 (第一致动器)与马达213 (第二致动器)布置在第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB以及第二连杆构件9的外部。
[0077]马达212具有输出轴212A (转子)与定子212B (定子)。带轮250A固定至输出轴212A，并且带252A在该带轮250A与固定至沿第一关节轴线14布置的轴构件234A的带轮251A之间延伸。轴构件234A以能相对于第一连杆构件7、正齿轮23A以及中间连杆构件8A绕第一关节轴线14旋转的方式被轴承35A、36A与37A支撑，使得其轴线与第一关节轴线14一致。除了带轮25IA外，带轮253A也固定至该轴构件234A，并且带256A在该带轮253A与固定至沿第二关节轴线15布置的轴构件254A的带轮255A之间延伸。轴构件254A连接至伞齿轮19，并且以能相对于中间连杆构件8A、正齿轮24A以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承25A、26A与27A支撑，使得其轴线与第二关节轴线15 —致。因此，马达212的驱动产生的驱动力可通过带轮250A与251A、带轮253A与255A以及轴构件234A传递至伞齿轮19，从而可使伞齿轮19绕第二关节轴线15旋转。输出轴212A的旋转方向与伞齿轮19的旋转方向变成相同。S卩，可通过使输出轴212A沿A方向旋转而使伞齿轮19沿A方向旋转，并且可通过使输出轴212A沿B方向旋转而使伞齿轮19沿B方向旋转。
[0078]马达213具有输出轴213A (转子)与定子213B (定子)。带轮250B固定至输出轴213A，并且带252B在该带轮250B与固定至沿第一关节轴线14布置的轴构件234B的带轮251B之间延伸。轴构件234B以能相对于第一连杆构件7、正齿轮23B以及中间连杆构件8B旋转的方式被轴承35B、36B与37B支撑，使得其轴线与第一关节轴线14 一致。除了带轮251B外，带轮253B也固定至该轴构件234B，并且带256B在该带轮253B与固定至沿第二关节轴线15布置的轴构件254B的带轮255B之间延伸。轴构件254B连接至伞齿轮20，并且以能相对于中间连杆构件SB、正齿轮24B以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A旋转的方式被轴承25B、26B与27B支撑，使得其轴线与第二关节轴线15 —致。因此，由马达213的驱动产生的驱动力可通过带轮250B与251B、带轮253B与255B以及轴构件234B传递至伞齿轮20，从而可使伞齿轮20绕第二关节轴线15旋转。输出轴212B的旋转方向与伞齿轮20的旋转方向变成相同。即，可通过使输出轴212B沿A方向旋转而使伞齿轮20沿A方向旋转，并且可通过使输出轴212B沿B方向旋转而使伞齿轮20沿B方向旋转。
[0079]除以上外，关节206的构造与前述实施方式中机器人2的关节6的构造类似。
[0080]根据此变型例，因为马达212与213可布置在第一连杆构件7中，与马达在连杆构件外部布置在第二关节轴线15上的情况相比，可防止关节206部发生突出等。因此，可进一步提高作业性能与结构性能。
[0081](3)如果利用伞齿轮传递马达的驱动力:
[0082]如图7中所示，在此变型例的机器人2的关节306中，马达312 (第一致动器)与马达313 (第二致动器)布置在第一连杆构件7、中间连杆构件8A与SB以及第二连杆构件9的外部。
[0083]马达312具有输出轴312A (转子)与定子312B (定子)。伞齿轮350A连接至输出轴312A。伞齿轮350A与连接至沿第二关节轴线15布置的轴构件351A的伞齿轮352A啮合。对于轴构件351A，与连接伞齿轮352A的一侧相反的那一侧以其轴线与第二关节轴线15—致的方式连接至伞齿轮19，并且以能相对于中间连杆构件8A、正齿轮24A以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承25A、26A与27A支撑。因此，由马达312驱动产生的驱动力可通过伞齿轮350A与352A以及轴构件351A传递至伞齿轮19，从而可使伞齿轮19绕第二关节轴线15旋转。可通过使输出轴312A沿C方向旋转而使伞齿轮19沿A方向旋转，并且可通过使输出轴312A沿D方向旋转而使伞齿轮19沿B方向旋转。[0084]马达313具有输出轴313A (转子)与定子313B (定子)。伞齿轮350B连接至输出轴313A。伞齿轮350B与连接至沿第二关节轴线15布置的轴构件351B的伞齿轮352B啮合。对于轴构件351B，与连接伞齿轮352B的一侧相反的那一侧以其轴线与第二关节轴线
15—致的方式连接至伞齿轮20，并且以能相对于中间连杆构件8B、正齿轮24B以及位于第二连杆构件9的基端侧的第一小型连杆构件9A绕第二关节轴线15旋转的方式被轴承25B、26B与27B支撑。因此，由马达313的驱动产生的驱动力可通过伞齿轮350B与352B以及轴构件351B传递至伞齿轮20，从而可使伞齿轮20绕第二关节轴线15旋转。可通过使输出轴312B沿C方向旋转而使伞齿轮20沿B方向旋转，并且可通过使输出轴312B沿D方向旋转而使伞齿轮20沿A方向旋转。
[0085]除以上外，关节306的构造与前述实施方式中机器人2的关节6的构造相同。
[0086]根据此变型例，与马达在连杆构件外部布置在第二关节轴线15上的情况相比，可防止关节306部发生突出等。因此，可进一步提高作业性能与结构性能。
[0087](4)如果设置摩擦齿轮代替正齿轮:
[0088]在前述实施方式中，当第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作时，两个正齿轮23A与23B及两个正齿轮24A与24B设置成使第一连杆构件7与中间连杆构件8A与SB与此类似地相对旋转操作，但并不限于此。即，代替两个正齿轮23A与23B，可设置以能绕第一关节轴线14旋转的方式布置并固定至第一连杆构件7的两个第一摩擦齿轮，并且代替两个正齿轮24A与24B，可设置以能绕第二关节轴线15旋转的方式布置并固定至第二连杆构件9的两个第二摩擦齿轮，这两个第二摩擦齿轮无游隙地与第一摩擦齿轮接触。这两个第一摩擦齿轮与这两个第二摩擦齿轮对应于权利要求中所述的旋转同步构件。
[0089]在此情况下，如果借助马达12与13的驱动使伞齿轮19与20沿相同方向旋转并且使第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作，那么第一连杆构件7与中间连杆构件8A与SB可借助第一摩擦齿轮与第二摩擦齿轮与此类似地相对旋转操作。即，如果第二连杆构件9相对于中间连杆构件8A与SB旋转操作，那么固定至第二连杆构件9的第二摩擦齿轮被转动。因此，与第二摩擦齿轮接触的第一摩擦齿轮沿与第二摩擦齿轮相反的方向仅转过相同的旋转角度，并因此第一连杆构件7与中间连杆构件8A与SB可与此类似地相对旋转操作。因此，与前述实施方式类似，由第一连杆构件7、中间连杆构件8A与8B以及第二连杆构件9组成的双关节可借助两个马达12与13操作成屈曲或伸展。
[0090](5)其它:
[0091]在上述中，作为示例说明了机器人2是具有两个关节的两关节机器人的情况，但是并不限于此，前述实施方式以及每个变型例也可应用于具有三个或更多个关节的多关节机器人。
[0092]而且，在上述中，在机器人2中设置的两个关节5与6中，前端侧的关节6构造成具有双关节结构，但是并不限于此，基端侧上的关节5也可具有双关节结构。
[0093]而且，除了以上所述的那些外，前述实施方式及变型例的方法可适当组合使用。
[0094]尽管未具体例示，但是前述实施方式及每个变型例可在不脱离其主旨的范围内以各种变更投入实践。
[0095]附图标记说明
[0096]2机器人(多关节机器人)[0097]5 关节
[0098]6关节(具有双关节结构的关节)
[0099]7第一连杆构件(连杆构件)
[0100]8A，8B中间连杆构件(连杆构件)
[0101]9第二连杆构件(连杆构件)
[0102]9A第一小型连杆构件(小型连杆构件)
[0103]9B第二小型连杆构件(小型连杆构件)
[0104]12马达(第一致动器)
[0105]12A输出轴(转子)
[0106]12B 定子
[0107]13马达(第二致动器)
[0108]13A输出轴(转子)
[0109]13B 定子
[0110]14第一关节轴线
[0111]15第二关节轴线
[0112]17旋转轴线
[0113]19伞齿轮(第一伞齿轮)
[0114]20伞齿轮(第二伞齿轮)
[0115]21伞齿轮(第三伞齿轮)
[0116]23A，23B正齿轮(第一正齿轮)
[0117]24A, 24B正齿轮(第二正齿轮)
[0118]106关节(具有双关节结构的关节)
[0119]112马达(第一致动器)
[0120]112A输出轴(转子)
[0121]112B 定子
[0122]113马达(第二致动器)
[0123]113A输出轴(转子)
[0124]113B 定子
[0125]119伞齿轮(第一伞齿轮)
[0126]120伞齿轮(第二伞齿轮)
[0127]206关节(具有双关节结构的关节)
[0128]212马达(第一致动器)
[0129]212A输出轴(转子)
[0130]212B 定子
[0131]213马达(第一致动器)
[0132]213A输出轴(转子)
[0133]213B 定子
[0134]306关节(具有双关节结构的关节)
[0135]312马达(第一致动器)[0136]312A输出轴(转子)
[0137]312B 定子
[0138]313马达(第一致动器)
[0139]313A输出轴(转子)
[0140]313B 定子 ο
【权利要求】
1.一种具有多个连杆构件及多个关节的多关节机器人，其特征在于: 所述多个关节中的至少一个包括: 双关节结构，该双关节结构包括第一连杆构件、以能绕第一关节轴线旋转的方式连接至所述第一连杆构件的中间连杆构件以及以能绕第二关节轴线旋转的方式连接至所述中间连杆构件的第二连杆构件，并且在所述第二连杆构件中，两个小型连杆构件连接成能够绕沿连杆构件的纵向的旋转轴线相对旋转； 相互面对地布置在所述第二关节轴线上的第一伞齿轮及第二伞齿轮； 构造成向所述第一伞齿轮传递驱动力的第一致动器以及构造成向所述第二伞齿轮传递驱动力的第二致动器；以及 与所述第一伞齿轮及所述第二伞齿轮两者相啮合并借助沿所述旋转轴线布置的旋转轴连接至所述小型连杆构件之一的第三伞齿轮。
2.根据权利要求1所述的多关节机器人，其中: 包括双关节结构的所述关节还包括旋转同步构件，该旋转同步构件构造成使所述第一连杆构件相对于所述中间连杆构件的旋转操作与所述第二连杆构件相对于所述中间连杆构件的旋转操作同步，使得所述第二连杆构件与所述中间连杆构件之间的相对角度变成大致等于所述第一连杆构件与所述中间连杆构件之间的相对角度。
3.根据权利要求2所述的多关节机器人，其中: 所述旋转同步构件包括: 以能绕所述第一关节轴线旋转·的方式布置并固定至所述第一连杆构件的第一正齿轮；以及 以能绕所述第二关节轴线旋转的方式布置，固定至所述第二连杆构件并与所述第一正齿轮啮合的第二正齿轮。
4.根据权利要求2所述的多关节机器人，其中: 所述旋转同步构件包括: 以能绕所述第一关节轴线旋转的方式布置并固定至所述第一连杆构件的第一摩擦齿轮；以及 以能绕所述第二关节轴线旋转的方式布置，固定至所述第二连杆构件并与所述第一摩擦齿轮无游隙地接触的第二摩擦齿轮。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多关节机器人，其中: 所述第一致动器与第二致动器均包括转子与定子，并且分别布置在所述第二关节轴线上； 就所述第一致动器而言，所述定子连接至所述中间连杆构件，并且所述转子连接至所述第一伞齿轮；以及 就所述第二致动器而言，所述定子连接至所述中间连杆构件，并且所述转子连接至所述第二伞齿轮。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的多关节机器人，其中: 所述第一致动器与第二致动器均包括转子与定子，并且分别布置在所述第二关节轴线上； 就所述第一致动器而言，该第一致动器布置在所述第一伞齿轮中，所述定子连接至所述第一伞齿轮，并且所述转子连接至所述中间连杆构件；以及 就所述第二致动器而言，该第二致动器布置在所述第二伞齿轮中，所述定子连接至所述第二伞齿轮，并且所述转子连接至所述中间连杆构件。
【文档编号】B25J17/00GK103596733SQ201180071310
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2011年6月1日 优先权日:2011年6月1日
【发明者】万羽崇 申请人:株式会社安川电机