机器人的手腕结构的制作方法

本发明涉及机器人的手腕结构。

背景技术：

以往，作为安装于机器人的臂的前端的手腕结构，已知有内置线条体用的导管部件的手腕结构，该线条体用的导管部件将线条体从前端的两轴部分的驱动马达以及臂引导至手腕前端(例如，1参照专利文献。)。

在专利文献1的手腕结构中，相对于臂沿着使手腕旋转的轴线笔直地配置导管部件，并在隔着导管部件的位置配置有两个驱动马达。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5833836号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，由于在专利文献1的手腕结构中导管部件被两个驱动马达夹住，因此不拆卸任一个驱动马达，则无法接近导管部件，存在难以进行线条体的安装或维修作业的不良情况。

本发明是鉴于上述的事情而做出的，其目的在于提供能够容易进行驱动马达以及线条体的安装或维修的机器人的手腕结构。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案是一种机器人的手腕结构，其具备：第一手腕元件，其以能够围绕第一轴线旋转的方式支撑于机器人的臂的前端；第二手腕元件，其以能够围绕与所述第一轴线相交的第二轴线旋转的方式支撑于该第一手腕元件的前端；以及第三手腕元件，其以能够围绕与所述第二轴线相交的第三轴线旋转的方式支撑于该第二手腕元件的前端，所述第一手腕元件具备：中空结构的外壳；两个驱动马达，其容纳于该外壳的内部空间并驱动所述第二手腕元件以及所述第三手腕元件；以及导管部件，其在所述内部空间内，使线条体从所述臂侧至所述第二手腕元件侧为止向沿着所述第一轴线的方向通过，在所述外壳的位于隔着包含所述第一轴线以及所述第二轴线的平面的两侧的第一侧壁以及第二侧壁，设置有将所述内部空间向外部敞开的第一开口部以及第二开口部，所述第一开口部具有能够通过所述驱动马达的大小，两个所述驱动马达的旋转轴中心配置于所述第一侧壁与所述平面之间，所述导管部件配置于所述第二侧壁与所述驱动马达之间，在绕开所述驱动马达而弯曲的路径配置所述线条体。

根据本方案，经由设置于第一侧壁的第一开口部，能够将两个驱动马达从外部容纳于外壳的内部空间内。在该情况下，在旋转轴配置于包含第一轴线以及第二轴线的平面与第一侧壁之间的位置中，在外壳安装于两个驱动马达。由此，在外壳的内部空间内，驱动马达偏向第一侧壁侧而配置，因此在驱动马达与第二侧壁之间形成空间。而且，能够在形成后的空间配置导管部件。

而且，通过从臂侧进入内部空间内并沿着第一轴线延伸至第二手腕元件侧为止的线条体，通过导管部件内，从而配置于绕开两个驱动马达的弯曲的路径。即，优选地，在臂与相对于臂围绕第一轴线旋转的第一手腕元件的连接位置附近中，线条体通过作为旋转中心的第一轴线附近。优选地，在相对于第一手腕元件旋转的第二手腕元件附近中，通过作为第二手腕元件的旋转角度范围的中央的第一轴线附近。而且，即使在内部空间的中央附近中，经过从第一轴线分离的路径而绕开驱动马达，对线条体施加的负担也较少。

根据本方案，使驱动马达接近第一侧壁，由此能够提高经由设置于第一侧壁的第一开口部而对驱动马达进行安装或更换之时的作业性。使导管部件接近第二侧壁，由此无需拆卸驱动马达，即可经由设置于第二侧壁的第二开口部而对线条体进行安装或维修，从而能够提高作业性。并且，导管部件配置于第二侧壁与驱动马达之间，因此线条体无需与第二侧壁接触，线条体也不会向第二侧壁的外侧露出。由此，抑制因线条体的露出而针对外围设备的干扰，能够更容易进行脱机示教。

在上述方案中，所述驱动马达的一部分还可以配置于所述平面与所述第二侧壁之间。

根据该结构，与在包含第一轴线和第二轴线的平面与第一侧壁之间的空间配置驱动马达整体的情况进行比较，能够抑制驱动马达从上述平面的突出高度。由此，针对外壳而言，也抑制从上述平面的突出高度实现小型化，并且能够使围绕第一轴线的第一手腕元件的干扰半径变小。

在上述方案中，还可以在两个所述驱动马达以及由两个该驱动马达夹住的区域，包含有所述内部空间的中央附近。

根据该结构，若驱动马达配置于内部空间的中央附近，则导管部件也配置于中央附近。由此，在内部空间的中央附近中，即使经过从第一轴线分离的路径而绕开驱动马达，也能够减少对线条体施加的负担。

在上述方案中，两个所述驱动马达的至少一部分还可以在所述第一轴线方向上重叠配置。

根据该结构，能够缩短两个驱动马达的第一轴线方向的位置。由此，线条体经过从第一轴线分离的路径而绕开驱动马达的区间变小，因此能够减少对线条体施加的负担。能够使设置于第一侧壁的第一开口部变小，因此能够抑制外壳的刚性降低。

在上述方案中，所述外壳还可以在所述第二轴线方向的两侧中能够旋转地支撑所述第二手腕元件。

根据该结构，能够相对于第一手腕元件利用双支撑结构以较高的刚性支撑第二手腕元件。

在上述方案中，在所述外壳的位于所述第二轴线方向的两侧的第三侧壁以及第四侧壁，还可以设置有：贯穿孔，其使安装任一个所述驱动马达的安装面以及所述旋转轴贯穿；以及加工用开口部，其在与所述安装面对置的位置开口且用于加工所述安装面。

根据该结构，能够使容纳于内部空间的两个驱动马达的旋转轴，贯穿设置于第三侧壁以及第四侧壁的贯穿孔，并将驱动马达安装于安装面。从向与该安装面对置的位置开口的加工用开口部，加工各安装面，由此能够由一个部件构成外壳。加工用开口部具有加工所需的最小限度的大小即可，因此能够所需最小限度地抑制开口面积，而防止外壳的刚性降低。

两个驱动马达能够从外部经由设置于第一侧壁的第一开口部，并从外部容纳于外壳的内部空间，因此加工用开口部不需要具有能够使驱动马达通过的大小。由此，与加工用开口部具有能够使驱动马达通过的大小的情况进行比较，能够进一步缩短两个驱动马达的第一轴线方向的位置。

使驱动马达的至少一部分在第一轴线方向上重叠配置，由此使设置于第一侧壁的第一开口部变小，抑制外壳的刚性降低，能够对导管部件进行小型化。

在上述方案中，在至少一个的所述驱动马达的所述旋转轴固定有带轮，所述带轮绕挂用于驱动所述第二手腕元件或所述第三手腕元件的带，所述驱动马达还可以具备接口，所述接口沿着所述安装面而向使施加于所述带的张力变化的方向进行位置调整，并且能够经由形成于与该安装面相同的侧壁的所述加工用开口部而将位置调整用夹具安装于所述驱动马达。

根据该结构，经由加工用开口部并且在设置于驱动马达的接口安装位置调整用夹具，使驱动马达沿着安装面进行移动，由此能够调整对绕挂带轮的带施加的张力。

发明效果

根据本发明，起到能够容易进行驱动马达以及线条体的安装或维修的效果。

附图说明

图1是表示具备本发明的一个实施方式的手腕结构的机器人的立体图。

图2是表示图1的手腕结构的图。

图3是表示图1的手腕结构的纵剖视图。

图4是将图1的手腕结构沿着基准平面而切断的纵剖视图。

图5是将图2的手腕结构拆卸罩而从内侧观察的图。

图6是拆卸了图2的手腕结构的罩的图。

图7是表示图2的手腕结构的第一外壳的立体图。

图8是将图7的第一外壳从不同的方向观察的立体图。

图9是将图1的机器人的第二臂从背面侧观察的局部的图。

图10是表示图3的手腕结构的内部空间内的线条体的路径的纵剖视图。

图11是表示图3的手腕结构的内部空间内的驱动马达以及导管部件的位置关系的横向剖视图。

图12是图1的手腕结构的主视图。

图13是表示在图1的手腕结构中所具备的第二手腕元件驱动用的驱动马达安装适配器的状态的立体图。

图14是表示在图1的手腕结构中所具备的第三手腕元件驱动用的驱动马达安装适配器的状态的立体图。

图15是表示在图1的手腕结构的加工用开口部露出的第二手腕元件用的适配器的接口的侧视图。

图16是表示在图1的手腕结构的加工用开口部露出的第三手腕元件用的适配器的接口的侧视图。

图17是对在图15的接口安装了位置调整用夹具的带的张力调整作业进行说明的图。

图18是对在图16的接口安装了位置调整用夹具的带的张力调整作业进行说明的图。

附图标记说明：

1：手腕单元(手腕结构)

2：第一手腕元件

3：第二手腕元件

4：第三手腕元件

5：第一外壳(外壳)

6、7：驱动马达

8：线条体

9：导管部件

10：第一侧壁

11：第二侧壁

12：第三侧壁

13：第四侧壁

16：第一开口部

17：第二开口部

19、20：贯穿孔

21、22：安装面

23、24：加工用开口部

36、37、49、50:带轮

38、51：带

56、57：接口

100：机器人

60、61：位置调整用夹具

140：第二臂(臂)

a：第一轴线

b：第二轴线

c：第三轴线

d、e：旋转轴

f：基准平面

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式的机器人100的手腕结构1进行说明。

如图1所示，具备本实施方式的手腕结构1的机器人100例如是六轴多关节型的机器人，并具备：基座110，其设置于地面；回转体120，其相对于基座110围绕铅直轴线旋转；第一臂130，其相对于回转体120围绕水平轴线摆动；第二臂(臂)140，其相对于第一臂130围绕水平轴线摆动；以及手腕单元(手腕结构)1，其安装于第二臂140的前端。

如图2所示，手腕单元1具备：第一手腕元件2，其以相对于第二臂140能够围绕第一轴线a旋转的方式被支撑；第二手腕元件3，其以相对于第一手腕元件2能够围绕与第一轴线a正交的第二轴线b旋转的方式被支撑；以及第三手腕元件4，其以相对于第二手腕元件3能够围绕第三轴线c旋转的方式被支撑，所述第三轴线c与第二轴线b正交且通过第一轴线a与第二轴线b的交点。

如图3所示，第一手腕元件2具备：中空结构的第一外壳(外壳)5；两个驱动马达6、7，其容纳于第一外壳5的内部空间；以及导管部件9，在内部空间内使线条体(参照图10。)8通过。

第一外壳5是箱状的单一零件，并具备：第一侧壁10以及第二侧壁11，如图3所示，其配置于隔着包含第一轴线a以及第二轴线b的平面(以下，称为基准平面f。)的两侧；第三侧壁12以及第四侧壁13，如图4所示，其位于第二轴线b方向的两侧；以及第五侧壁14以及第六侧壁15，如图3所示，其位于第一轴线a方向的两侧，第一外壳5限定出用这些六个侧壁10、11、12、13、14、15包围的内部空间。

如图5所示，在第一侧壁10设置有将内部空间向外部敞开的第一开口部16。如图6所示，在第二侧壁11设置有将内部空间向外部敞开的第二开口部17。第一开口部16具有能够使驱动马达6、7通过的大小。如图2所示，第一开口部16以及第二开口部17分别利用能够装卸的罩18进行封堵。

如图2所示，第三侧壁12以及第四侧壁13的一部分延伸至比第六侧壁15更靠前端侧的位置，而形成叉形状，在第二轴线b方向的两侧能够旋转地支撑插入于第三侧壁12与第四侧壁13之间的第二手腕元件3。由此，第二手腕元件3相对于第一外壳5利用双支撑结构以较高的刚性被支撑。

如图7以及图8所示，在第三侧壁12以及第四侧壁13分别设置有：贯穿孔19、20，其使驱动马达6、7的旋转轴d、e从第一外壳5的内部空间侧贯穿；以及驱动马达6、7的安装面21、22，其形成于贯穿孔19、20的周边的内表面。

如图4所示，第三侧壁12以及第四侧壁13的贯穿孔19、20以及安装面21、22，使两个驱动马达6、7的旋转轴d、e平行并朝反方向配置，而且设置于沿第一轴线a方向并列安装的位置。即，如图7以及图8所示，第三侧壁12以及第四侧壁13的贯穿孔19、20以及安装面21、22，配置于在第一轴线a方向错开的位置。

如图7所示，在第三侧壁12中，用于加工第四侧壁13内表面的安装面22的加工用开口部23，设置于在第二轴线b方向上与第四侧壁13的安装面22对置的位置。如图8所示，在第四侧壁13中，用于加工第三侧壁12内表面的安装面21的加工用开口部24，设置于在第二轴线b方向上与第三侧壁12的安装面21对置的位置。由此，第三侧壁12的贯穿孔19与加工用开口部23在沿着第一轴线a的方向上并列配置，第四侧壁13的贯穿孔20与加工用开口部24在沿着第一轴线a的方向上并列配置。

如图2以及图4所示，在第三侧壁12以及第四侧壁13的外侧能够装卸地安装有罩25、26，所述罩25、26限定出容纳下述的动力传递机构34的空间。

第三侧壁12以及第四侧壁13的安装面21、22设置在相对于基准平面f向第一侧壁10侧偏移的位置。由此，如图3所示，安装于各安装面21、22的驱动马达6、7的旋转轴d、e中心，配置于基准平面f与第一侧壁10之间。针对驱动马达6、7而言，不是整体配置于基准平面f与第一侧壁10之间，而是一部分配置于比基准平面f更向第二侧壁11的空间突出的位置。

在第一外壳5的内部空间，两个驱动马达6、7配置于向第一侧壁10侧偏移的位置，因此在驱动马达6、7与第二侧壁11之间形成空的空间，导管部件9利用该空间配置于内部空间内。

具体而言，如图3所示，导管部件9形成直管状，并且使其长轴与第一轴线a平行地固定于驱动马达6、7与第二侧壁11之间的空间。导管部件9的前端侧朝向前端扩展。导管部件9例如由树脂等摩擦系数较小的材质构成。或者，还可以采用在金属的内表面施加由摩擦系数较小的材质构成的衬套或涂层的部件。

作为贯穿导管部件9内的线条体8，能够例举向安装于第三手腕元件4的工具供给电力的电缆、供给流体的配管、或焊丝等能够弹性变形的长尺寸的部件。

如图8所示，第五侧壁14形成为圆形，并且如图3所示，固定于减速器150的输出轴，减速器150固定在第二臂140。如图3以及图9所示，在第二臂140以及减速器150形成有中空部160，该中空部160从第二臂140的背面侧向第一轴线a的周围，沿着第一轴线a笔直地贯穿。在图3中，附图标记170是驱动马达，该驱动马达向减速器150供给围绕第一轴线a旋转驱动第一手腕元件2的驱动力。如图8所示，在第五侧壁14的第一轴线a的周围，设置有与减速器150的中空部160连接的贯穿孔27。如图7所示，在第六侧壁15的第一轴线a的周围也设置有贯穿孔28。

如图10所示，线条体8从第二臂140的背面侧经由中空部160以及第五侧壁14的贯穿孔27进入到第一外壳5的内部空间内，并且经由第六侧壁15的贯穿孔28向第二手腕元件3侧被引导，线条体8的长度方向的中途位置配置于导管部件9内，从而沿着第一轴线a延伸的线条体8的中途位置，沿着绕开驱动马达6、7的弯曲的路径而配置。

如图11所示，拆卸螺栓，由此导管部件9能够沿着与基准平面f平行的分割线在径向上进行二等分。由此，经由第二开口部17而分割导管部件9，由此能够容易从第二开口部17接近贯穿导管部件9内的线条体8。

如图4所示，第二手腕元件3具备第二外壳31，该第二外壳31以相对于第一外壳5能够围绕第二轴线b旋转的方式，利用减速器29以及轴承30，以双支撑结构被支撑。在第二外壳31的前端固定有构成第三手腕元件4的减速器32。在第二外壳31以及减速器32设置有沿着第三轴线c贯穿的贯穿孔33。能够使经由第六侧壁15的贯穿孔28向第一外壳5的内部空间外露出的线条体8，穿过设置于第二外壳31以及减速器32的贯穿孔33，并能够引导至安装于第三手腕元件4的前端的未图示的工具为止。

在容纳于第一外壳5的内部空间的两个驱动马达6、7、与第二手腕元件3以及第三手腕元件4之间，如图4所示，设置有传递来自驱动马达6、7的动力的动力传递机构34、41。

向第二手腕元件3传递动力的动力传递机构34具备：轴35，其以能够围绕第二轴线b旋转的方式利用轴承30支撑于第一外壳5的第三侧壁12；带轮36，其固定于驱动马达7的旋转轴e；带轮37，其固定于轴35；以及带38，其架设于带轮36、37之间。在轴35的前端设置有与减速器29的输入轴齿轮39啮合的齿轮40。

由此，驱动马达7的动力经由带轮36、37以及带38传递到轴35，通过轴35的旋转而使减速器29的输入轴齿轮39旋转，从而使第二手腕元件3围绕第二轴线b旋转。

向第三手腕元件4传递动力的动力传递机构41具备：第一轴43，其以能够围绕第二轴线b旋转的方式，利用轴承42支撑于第一外壳5的第四侧壁13；第一齿轮44，其设置于第一轴43；第二轴45，其以能够围绕与第三轴线c平行的轴线旋转的方式，利用轴承42支撑于第二外壳31；第二齿轮46，其设置于第二轴45的一端且与第一齿轮44啮合；第三齿轮48，其设置于第二轴45的另一端且与减速器32的输入轴齿轮47啮合；带轮49，其固定于驱动马达6的旋转轴d；带轮50，其固定于第一轴43；以及带51，其架设于带轮49、50之间。

由此，驱动马达6的动力经由带轮49、50以及带51而传递到第一轴43，并且通过第一齿轮44与第二齿轮46的啮合而传递到第二轴45，通过第二轴45的旋转而使减速器32的输入轴齿轮47旋转，由此使作为第三手腕元件4的减速器32的输出轴围绕第三轴线c旋转。

以下对如此构成的本实施方式的机器人100的手腕结构1的作用进行说明。

根据本实施方式的机器人100的手腕结构1，具有如下优点：在第一外壳5的内部空间，驱动马达6、7配置于比中央的基准平面f更靠第一侧壁10侧偏移的位置，因此接近设置于第一侧壁10的第一开口部16，经由第一开口部16向第一外壳5的内部空间插入以及安装驱动马达6、7的作业、以及从内部空间取出驱动马达6、7的作业，能够容易进行。

使驱动马达6、7偏向第一侧壁10侧配置的结果，能够将线条体8配置于驱动马达6、7与第二侧壁11之间的空间。即，具有如下优点：能够直接接近经由在第二侧壁11所设置的第二开口部17而配置于第一外壳5的内部空间的线条体8，对线条体8的安装或更换等维修作业，也可以无需拆卸驱动马达6、7而容易进行。导管部件9固定于驱动马达6、7与第二侧壁11之间的空间，因此线条体8未与第二侧壁11接触，线条体8也不会向第二侧壁11的外侧露出。由此，抑制由于线条体8的露出而引起的对外围设备的干扰，能够更容易执行脱机示教。

从第一外壳5的第五侧壁14的贯穿孔27至第六侧壁15的贯穿孔28为止，在沿着第一轴线a的方向上横穿第一外壳5的内部空间的线条体8，在其中途位置遵照绕开驱动马达6、7的弯曲路径，但通过使驱动马达6、7偏向第一侧壁10侧，从而如图10所示，使线条体8缓慢弯曲即可。

在围绕第一轴线a旋转的第一手腕元件2与第二臂140的连接位置，线条体8随着旋转而进行位移，但是使线条体8通过第一轴线a附近，由此无需受到因旋转而引起的较大的负荷。在从第一外壳5朝向第二手腕元件3的第六侧壁15的位置，线条体8也随着第二手腕元件3围绕第二轴线b的旋转而弯曲，但是使线条体8通过第一轴线a附近的贯穿孔28，从而对线条体8施加的负荷被均匀分配。

而且，具有如下优点：在第一外壳5的内部空间中使线条体8的弯曲缓慢，由此在第一手腕元件2相对于第二臂140围绕第一轴线a旋转时，有效地吸收作用于线条体8的扭转，并且能够进一步降低对线条体8施加的负荷。

在本实施方式中，在第一外壳5的内部空间，不是将驱动马达6、7整体配置于比基准平面f更靠第一侧壁10侧的位置，而是使驱动马达6、7的一部分向比基准平面f更靠第二侧壁11侧突出，因此与将驱动马达6、7整体配置于比基准平面f更靠第一侧壁10侧的情况进行比较，如图12所示，作为结果，能够较小地抑制从基准平面f到两侧的第一外壳5的高度，并且较小地抑制作为围绕第一轴线a的最大旋转半径的手腕干扰半径r。

在本实施方式中，使工具经由第三侧壁12(或第四侧壁13)的加工用开口部23而插入到第一外壳5的内部空间，在第四侧壁13(或第三侧壁12)的内表面加工安装面22，因此第一外壳5无需分割而能作为单一零件进行制造。由此，能够减少部件数量，提高刚性。加工用开口部23、24不需要具有能够通过驱动马达6、7的大小，相比于具有能够通过驱动马达6、7的大小的情况，能够进一步缩短两个驱动马达6、7在第一轴线a方向的位置。并且，加工用开口部23、24具有加工所需的最小限度的大小即可，以小于安装面21、22的大小的方式抑制，能够防止第一外壳5的刚性降低。

在本实施方式中，作为从驱动马达6、7传递驱动第二手腕元件3以及第三手腕元件4的动力的动力传递机构34、41，举例说明了具备带轮36、37、49、50和带38、51的动力传递机构，但不限于此，还可以采用齿轮等其他任意的动力传递机构。

在作为动力传递机构34、41而采用具备带轮36、37、49、50以及带38、51的动力传递机构的情况下，需要调整带38、51的张力。

例如，如图13以及图14所示，预先在驱动马达6、7安装适配器52、53。预先在第一外壳5的安装面21、22设置沿第一轴线a方向延伸的长孔，在适配器52、53设置紧固贯穿了长孔的螺栓的螺纹孔54、55。如图15以及图16所示，在适配器52、53设置有接口56、57，该接口56、57在将带适配器52、53的驱动马达6、7安装于第一外壳5时从加工用开口部23、24露出。接口56、57具有两个以上的螺纹孔58、59，能够使位置调整用夹具60、61经由加工用开口部23、24固定于适配器52、53。

如图17以及图18所示，位置调整用夹具60、61例如是利用螺栓固定于适配器52、53的接口56、57的l字状的块，并且在沿与第一轴线a平行的方向延伸的螺纹孔支撑螺栓62、63。螺纹孔配置于如下位置：在将位置调整用夹具60、61安装于适配器52、53的状态下，加工用开口部23、24的内表面与螺纹孔的延长线一致的位置。对紧固于螺纹孔的螺栓62、63进行紧固，由此利用螺栓62、63的前端按压加工用开口部23、24的内表面，使适配器52、53向反作用力的方向移动，从而能够调整带38、51的张力。

在本实施方式中，优选地，在由两个驱动马达6、7以及两个该驱动马达6、7夹住的区域包含有内部空间的中央附近。更有选地，在第二臂140与相对于第二臂140围绕第一轴线a旋转的第一手腕元件2的连接位置附近，线条体8通过作为旋转中心的第一轴线a附近。更有选地，在相对于第一手腕元件2旋转的第二手腕元件3附近，通过作为第二手腕元件3的旋转角度范围的中央的第一轴线a附近。

由此，若驱动马达6、7配置于内部空间的中央附近，则导管部件9也配置于中央附近，在内部空间的中央附近，即使线条体8经过从第一轴线a分离的路径而绕开驱动马达6、7，也能够降低对线条体8施加的负担。

在本实施方式中，两个驱动马达6、7的至少一部分在第一轴线a方向中还可以重叠配置。

由此，能够缩短两个驱动马达6、7的第一轴线a方向的位置。由于线条体8经过从第一轴线a分离的路径而绕开驱动马达6、7的区间变小，因此能够降低对线条体8施加的负担。并且，能够使设置于第一侧壁10的第一开口部16变小，抑制第一外壳5的刚性降低，对导管部件9进行小型化。