专利名称：机器人关节单元及机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种小型轻量且高输出的机器人关节单元与使用该机器人关节单元的机器人。
背景技术：
通常的多关节型机器人如下，对1个关节(可动部)分配1个传动装置(马达等)， 在某个关节的动作中其他关节停止时，主要做工作的是只有在动作中分配给关节的马达， 存在停止的马达不被有效利用的普遍的技术课题。为了解决该普遍的技术课题，公知有如下机器人的关节机构(参照专利文献1)， 使用差动机构，积极地使2个马达的输出发生干涉，能够从2个输出轴分别得到最大2倍的输出转矩。在专利文献1的技术中，不固定马达定子而可旋转地支撑，在定子与转子双方上安装齿轮而将双方作为输出侧来使用。如此，在马达上产生转矩时，如果定子的负载大，则转子旋转，如果转子的负载大，则定子旋转。使用2个这样的马达来作为通过齿轮使这些定子彼此干涉和转子彼此干涉的浮动差动机构。为了避免在已旋转时定子线圈发生扭曲而使用滑动环(slip ring)。或者，也公开有如下半浮动差动机构，固定马达，使齿轮的通常被固定的部分可旋转而发生干涉。另外，也存在如下装置，在利用锥齿轮的差动机构中，在锥齿轮的内部配置马达来进行小型化(参照专利文献2)。在图7中，101至104是锥齿轮，分别通过轴承安装在十字轴105上，构成差动机构。锥齿轮103如下，在内侧固定有磁铁107，兼备作为马达的外转子的作用。线圈109与定子108固定在马达壳116上，产生使锥齿轮103旋转的转矩。锥齿轮101呈与锥齿轮103 相同的构造。锥齿轮102根据锥齿轮101与锥齿轮103的旋转量的平均而围绕十字轴105 进行摆动，根据差而围绕纵轴进行旋转。输出体106固定在锥齿轮102上，输出围绕十字轴 105的纵横2个轴的旋转。如此，现有的干涉驱动机构如下，或者做成可旋转地支撑马达定子的浮动差动机构，或者做成使用十字轴的锥齿轮差动机构。专利文献1 日本国专利第3282966号公报(第7页、图2)专利文献2 日本国特开平6-197492号公报(第4页、图2)但是，专利文献1、2的机器人关节单元如下，任意一个都呈可旋转地支撑马达定子的浮动差动机构，需要支撑马达定子的轴承；用于使马达输出轴发生干涉的平齿轮或锥齿轮；及支撑该齿轮轴的轴承等，由于不能使机构简单，因此实现小型轻量化比较困难。另外，如专利文献2的技术，在像使用十字轴的锥齿轮差动机构这样的情况下，由于在中央存在十字轴，因此不能使2个马达或齿轮靠近纵轴的宽度以下，存在实现关节单元的小型化、轻量化上受到局限的课题。
发明内容
本发明是鉴于这样的课题而进行的，其目的在于提供一种在小型、轻量地形成的同时能够提高关节部的输出转矩的机器人关节单元及机器人。为了解决上述课题，本发明如下构成。技术方案1所记载的发明为，其特征为，其由关节机构、罩兼支撑构造与摆动机构构成，该关节机构由相对的一组锥齿轮；用于使所述相对的一组锥齿轮分别独立旋转的一组马达；与所述相对的一组锥齿轮分别啮合而自转自如且在所述相对的一组锥齿轮的旋转方向上摆动自如地被支撑的输出锥齿轮；及固定在所述输出锥齿轮上的输出体构成，该罩兼支撑构造为兼做从外侧覆盖所述关节机构整体的罩的支撑构件，该摆动机构将所述罩兼支撑构造在所述相对的一组锥齿轮的旋转方向上摆动自如地支撑。另外，优选如下，具备以夹住所述一组马达的方式配置并且在内侧具有圆筒部的一组支撑圆盘，所述支撑圆盘在圆筒部的外面通过轴承来支撑所述罩兼支撑构造(技术方案2)。另外，优选如下，具有刚性齿轮与柔性齿轮，具备分别提高所述一组马达的转矩的一组波动减速器，在所述一组马达中的任意一个都是转子配设在定子外侧的外转子马达， 所述波动减速器在所述一组波动减速器的输入侧即电波发生器内部具有收纳所述外转子马达的中空部，所述电波发生器固定在所述外转子马达的所述转子的外侧，所述相对的一组锥齿轮固定在与构成所述一组波动减速器的输出体的刚性齿轮或者柔性齿轮一体旋转的构件上(技术方案3)。另外，优选如下，所述电波发生器具备磁铁，并兼做所述外转子马达的所述转子而构成(技术方案4)。另外，优选如下，支撑所述刚性齿轮或柔性齿轮的第2轴承在内部具有收纳所述外转子马达的中空部，所述第2轴承配置在所述外转子马达转子的同心圆外侧(技术方案 5)。另外，优选如下，所述一组锥齿轮分别在内部具有收纳所述马达的中空部，并配置在所述外转子马达的同心圆外侧(技术方案6)。另外，优选如下，具备以夹住所述一组马达的方式配置并且在内侧具有圆筒部的一组支撑圆盘，所述支撑圆盘通过圆筒部的端面来支撑所述波动减速器的固定部即刚性齿轮或柔性齿轮(技术方案7)。另外，优选如下，在所述一组马达中的任意一个都是转子配设在定子外侧的外转子马达，具有旋转自如地支撑所述外转子马达的转子的第3轴承，所述第3轴承在内部具有收纳所述外转子马达的中空部，该轴承配置在所述外转子马达定子的同心圆外侧(技术方案8)。另外，优选如下，具备以夹住所述一组马达的方式配置并且在内侧具有圆筒部的一组支撑圆盘，所述支撑圆盘在所述圆筒部的内面通过所述第3轴承来支撑所述外转子马达的转子(技术方案9)。另外，优选如下，在所述输出锥齿轮及所述输出体(在轴向上)中的任意一个都在内部形成有可穿通配线的中空部(技术方案10)。另外，优选如下，所述输出体从自身的转轴的外侧开始被输出体支撑轴承旋转自
6如地支撑，在所述输出体支撑轴承与所述输出锥齿轮之间具备滑动环(技术方案11)。另外，优选如下，在所述相对的一组锥齿轮及所述一组马达中的任意一个都在内部形成有可穿通配线的中空部(技术方案12)。另外，优选如下，具备用于向所述相对的一组锥齿轮及所述一组马达的所述中空部送风而冷却所述一组马达的冷却风扇(技术方案13)。另外，优选如下，具备具有1个空洞空间的支撑座；及用于使分别穿通所述一组马达的内部而左右分开的配线穿过所述支撑座的一组中空支撑臂(技术方案14)。另外，优选如下，在所述支撑座内部的空洞空间中配置有用于分别驱动所述一组马达的电路(技术方案15)。另外，优选如下，具备用于分别检测所述一组马达的转子位置的一组编码器，在所述支撑座内部的空洞空间中配置有处理所述一组编码器的信号而发送到上一级控制器的编码器电路(技术方案16)。另外，优选如下，在所述支撑座的下面开有孔，使配线穿过(技术方案17)。另外，优选如下，在所述支撑座的下面与所述输出体的上面，设有用于分别连结所述支撑座与所述输出体或者彼此连结所述支撑座或者彼此连结所述输出体的螺纹孔(技术方案18)。另外，优选如下，在所述支撑座的下面与所述输出体的上面，具备用于分别相互啮合连接所述支撑座与所述输出体或者相互彼此啮合连接所述支撑座或者相互彼此啮合连接所述输出体的啮合部(技术方案19)。另外，优选如下，通过相互共用的轴承来支撑所述一组马达的各转子。(技术方案 20)。另外，优选如下，通过相互共用的轴承来支撑一组波动减速器的所述刚性齿轮或者所述柔性齿轮(技术方案21)。技术方案22所记载的发明(机器人)为，其特征为，具有；在权利要求1至21中的任意一项所述的机器人关节单元；及用于将所述关节单元固定在地面上或者机器人主体部的机器人座。另外，优选如下，具备3个所述关节单元，直列配置3个所述关节单元，在所述关节单元内的2个以一方的所述支撑座与另一个所述输出体连结的方式被定向，剩余的1个所述关节单元的所述支撑座与在所述2个关节单元中的任意一个的所述支撑座连结(技术方 ^ 23) ο另外，优选如下，具备将一方的面固定在地面上或者机器人主体部并具备有用于使另一个面围绕垂直于已固定的面的轴进行旋转的马达的带有转轴马达的机器人座；及 3个所述关节单元，在所述3个机器人关节单元中的任意一个都是所述支撑座与所述输出体直列连结，将末端的所述关节单元的所述支撑座连结在所述带有转轴马达的机器人座上 (技术方案24)。根据技术方案1所记载的发明，由于能够在中央不配置十字轴等的情况下支撑输出锥齿轮，因此可以使马达靠近至极限位置而进行小型化或者可以将编码器配置在中央， 由于罩也兼做锥齿轮轴的支撑构件因此能够实现小型轻量化。并且，由于本申请发明(技术方案1及22)通过罩兼支撑构造来覆盖关节单元的内部与外部，因此防止来自内部的润滑油、金属磨损粉末的飞溅，防止从外部接触、干涉关节机构，能够确保安全性、耐久性。另外，根据技术方案2所记载的发明，能够在一组马达的外侧不配置轴承等的情况下立刻配置支撑构造，能够在马达轴向上实现小型化。另外，根据技术方案3所记载的发明，能够将通常在马达的周向上排列配置的波动减速器配置在马达的同心圆外侧，能够在马达轴向上实现小型化，在用于机器人的关节等时不会发生手腕过于变粗或者关节干涉等情况，能够使可动范围变宽。显然，由于通过减速器来使关节单元做动作，因此与不存在齿轮的直接传动相比， 在得到充分的转矩的同时也能够通过节省空间化来实现小型化。另外，根据技术方案4所记载的发明，由于能够减少部件个数，因此能够降低成本，能够实现小型化。另外，根据技术方案5所记载的发明，能够将通常在马达的轴向上排列配置的波动减速器的支撑轴承配置在马达的同心圆外侧，能够在马达轴向上实现小型化。另外，根据技术方案6所记载的发明，能够将通常在马达的轴向上排列配置的锥齿轮配置在马达的同心圆外侧，能够在马达轴向上实现小型化。另外，根据技术方案7所记载的发明，即使将波动减速器配置在马达的同心圆外侧时，也能够容易地固定成为固定部的刚性齿轮或柔性齿轮。另外，根据技术方案8至9所记载的发明，能够将通常在马达的轴向上排列配置的马达转子的支撑轴承配置在马达的同心圆外侧，能够在马达轴向上实现小型化。另外，根据技术方案10所记载的发明，由于能够使连接在输出体前端的仪器的配线通过输出体的转轴附近，因此在使关节活动时难以产生配线的弯曲、扭曲，可以使断线难以发生，由于能够将配线收纳于内部，因此能够难以干涉作业空间，能够容易进行示教。也就是说，与引出到外边的情况相比，能够防止容易与处在机器人作业区域的障碍物或臂的其他联杆发生干涉而可动范围变窄的情况发生。另外，根据技术方案11所记载的发明，即使在使一组马达或波动减速器靠近极限位置的情况下，也可以使配线通过关节单元的内部，因此能够难以干涉作业空间，能够容易进行示教。另外，根据技术方案12所记载的发明，由于可以使配线通过关节的旋转轴附近， 因此在使关节活动时难以产生配线的弯曲、扭曲，可以使断线难以发生，由于能够将配线收纳于内部，因此能够难以干涉作业空间，能够容易进行示教。另外，根据技术方案13所记载的发明，能够利用定子的中空来有效地冷却马达。另外，根据技术方案14所记载的发明，能够用支撑构造来盖住配线，在与外部环境发生冲撞等时也能够防止发生断线，能够难以干涉作业空间，能够容易进行示教。另外，根据技术方案15所记载的发明，能够将2个马达的驱动电路集中在1处进行配置，能够通过对电源电路进行通用化等而实现电路的小型省电化，能够降低成本。另外，根据技术方案16所记载的发明，能够将2个编码器电路集中在1处进行配置。另外，能够通过对电源电路进行通用化等而实现电路的小型省电化，能够降低成本。显然，由于通过编码器来检测马达的旋转位置，因此能够通过反馈控制来进行较高精度的动作。
另外，根据技术方案17所记载的发明，能够使来自连接在支撑座前端的仪器的配线通过关节单元的内部，或者能够相反地使来自关节单元的配线容易过渡到其他仪器上。另外，根据技术方案18至19所记载的发明，能够连结支撑座与输出体来构成机械手(manipulator)。另外，根据技术方案20所记载的发明，能够将一组马达配置在极其靠近的位置， 能够在马达轴向上实现小型化。另外，根据技术方案21所记载的发明，能够将一组波动减速器配置在极其靠近的位置，能够在马达轴向上实现小型化另外，根据技术方案23所记载的发明，能够通过差动关节单元来构成小型轻量且可搬运重量较大的普遍的6自由度构成的机械手。另外，根据技术方案M所记载的发明，能够通过差动关节单元来构成小型轻量且可搬运重量较大的普遍的7自由度构成的机械手。
图1是表示本发明第1实施例的关节单元的剖视图。图2是表示本发明第2实施例的关节单元的剖视图(上半部)。图3是表示本发明第3实施例的关节单元的剖视图(上半部)。图4是表示第1至第3实施例外观的关节单元的外观图。图5是表示第4实施例外观的7自由度机器人臂的外观图。图6是表示第5实施例外观的6自由度机器人臂的外观图。图7是现有的差动齿轮机构的剖视图。符号说明Ia-锥齿轮；Ib-锥齿轮；2a_刚性齿轮；2b_柔性齿轮；2c_电波发生器；3a_马达转子芯；3b-马达磁铁；3c-马达线圈；4-旋转中空圆筒；5a-编码器旋转部；5b_编码器固定部；6a-中空轴；6b-支撑圆盘；6c-中空支撑臂；6d-支撑座；6e_中央固定圆盘；6f-圆筒部；8a-其他机器配线；8b-编码器信号线；8c-马达电力线；9-输出体；10-罩兼支撑构 it ；Ila-轴承；lib-轴承；12-轴承；13-轴承；14-输出体支撑轴承；15-轴承；20-交叉滚柱轴承；21-滚柱轴承；22-滚柱轴承；23-滑动环；Ma-旋转中空圆筒；Mb-旋转中空圆筒；25a-马达转子芯；25b-马达转子芯；30-手；31-关节单元a ；32-关节单元b ；33-关节单元c ；34-带有转轴马达的机器人座；35-机器人座；36-关节单元；37-机器人座；50-机器人臂；51-固定面；52-机器人臂；101-锥齿轮；102-锥齿轮；103-锥齿轮；104-锥齿轮； 105-十字轴；106-输出体；107-磁铁；108-定子；109-线圈；116-马达壳。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。实施例1对本发明的第1实施例进行说明。图4是本实施方式涉及的关节单元36的外观图。罩兼支撑构造10以支撑圆盘6b为中心围绕横轴Al进行旋转，输出体9围绕纵轴A2 进行旋转。
图1是本发明的差动关节单元的剖视图。在图中，锥齿轮(输出锥齿轮)Ia与输出体9呈一体进行旋转，通过后述的一对马达(外转子马达)3的旋转来分别驱动(平行于轴Al的转轴)对于纵轴A2对称地设置的一对锥齿轮即锥齿轮Ib ( 一组锥齿轮)。在支撑圆盘6b上形成有如下圆筒部6e，圆筒部6e形成关节单元36的外轮廓的一部分，同时以夹住一对马达3的方式被配置，从圆板状的部位开始在横轴Al方向(而且是关节单元36的内侧方向)上圆筒状地延伸。该圆筒部6e接触后述的轴承13及轴承15。由一组锥齿轮lb、lb与一组马达3、3与输出锥齿轮Ia与输出体9形成用于进行关节动作的关节机构。并且，马达3及锥齿轮Ib如下，对于纵轴A2左右对称地设有分别同样构成的一组马达3与锥齿轮lb。各外转子马达3被连接成分别可独立地驱动对应的锥齿轮lb，组合锥齿轮Ia与一组锥齿轮Ib来形成差动机构1。即，输出体9根据成对的锥齿轮Ib的旋转差来围绕转轴 A2进行旋转。2a是刚性齿轮，2b是柔性齿轮，2c是电波发生器，波动减速器2由这些形成。3a是马达转子芯，3b是马达磁铁；3c是马达线圈，外转子马达转子3由这些构成。 马达线圈3c固定在圆筒形的中空轴6a的外周上。马达磁铁北与马达转子芯3a —起构成转子，在马达线圈3c之间产生转矩并进行旋转。通过轴承12及13来将马达转子芯3a支撑成可围绕横轴Al进行旋转。马达转子芯3a与电波发生器2c固定在一起，使电波发生器 2c进行旋转。并且，也可以将马达转子芯3a与电波发生器2c原本就作为一体构造来制造。如果这样制造，则也可以进一步实现小型化。换言之，也可以将电波发生器2c与马达磁铁北直接粘接或者螺合固定。电波发生器2c的旋转被减速而传递到刚性齿轮加。4是旋转中空圆筒，在马达转子芯3a外周通过轴承Ila及lib可旋转地固定在马达轴的同心圆外侧。刚性齿轮加及锥齿轮Ib固定在旋转中空圆筒4上，以被减速的速度进行旋转。在本实施例中，虽然将柔性齿轮2b固定在支撑圆盘6b上，将刚性齿轮加作为输出侧来使用，但是也可以对波动减速器整体进行左右反转而将刚性齿轮加固定在支撑圆盘6b上，做成将柔性齿轮2b作为输出侧来使用的构造。通过像这样构造的差动关节单元，能够使安装在输出体9前端的搬运物围绕横轴及纵轴进行旋转。由于该2个输出轴以成为干涉驱动机构的方式构成，因此能够通过各个轴来产生最大可成为马达单体输出的2倍的输出。中空轴6a被固定在支撑圆盘6b上，支撑圆盘6b通过中空支撑臂6c来与支撑座6d相连。编码器固定部恥被固定在马达转子3a的外侧，读取编码器旋转部fe的刻度。中空轴6a到支撑座6d的支撑构造以中空方式相连，可以使配线在内部通过。配线有向图示的差动关节单元的马达线圈3c供给电力的马达电力线8c ；及用于将来自图示的差动关节单元的编码器固定部恥的信号传递给控制器的编码器信号线8b等。另外，也包括来自连接在输出体9前端的其他的差动关节单元等仪器的配线即其他仪器配线8a。其他仪器配线8a通过输出体9的中空部分及开在中央固定圆盘6e上部的孔而通过中空轴6a 中。由于能够使配线通过纵横转轴的附近，因此在使关节做动作时不易产生配线的松弛或绷紧，能够提高在重复做动作时的耐久性。由于本发明的第1实施例涉及的机器人以及其关节单元如上构成，因此通常通过将在马达的轴向上与马达分体配置的波动减速器配置在外转子马达的同心圆外侧，从而能够使关节单元在马达轴Al的方向上呈小型化。在锥齿轮Ib及处于与此对称位置上的未图示的锥齿轮在相同方向上以相同速度旋转时，锥齿轮Ia不围绕纵轴A2进行旋转，与通过轴承15来支撑的罩兼支撑构造10及输出体9呈一体而围绕横轴Al进行旋转。在锥齿轮Ib及处于与此对称位置上的未图示的锥齿轮在旋转速度上存在转速差时，锥齿轮Ia围绕纵轴A2进行相当于该差的旋转。在图1中，在传递围绕横轴Al的旋转时，用锥齿轮Ia的齿来支撑全部的转矩，但是也可以在与锥齿轮Ia对称的下侧或在锥齿轮Ia的圆周上的多处上具备自由旋转的锥齿轮而用多个齿轮来分散并支撑转矩。这样，能够减少锥齿轮的齿的损伤。另外，也可以减小齿轮的模块(尺寸)来减少齿隙。另外，由于普遍地波动减速器与马达相比更容易制作成扁平状，因此在本实施例中将锥齿轮Ib在轴向上与波动减速器排列配置，但是也可以将电波发生器2c在轴向上与马达3排列配置，将锥齿轮Ib配置在波动减速器的刚性齿轮加的同心圆外侧。此时，马达也可以外转子马达以外的方式构成。这样，本实施例涉及的关节单元不使用十字轴而是通过兼做罩的支撑构件即罩兼支撑构造10来支撑锥齿轮la，在波动减速器2的内部设置可收纳马达3的大小的中空部， 在外转子马达3的同心圆外侧配置波动减速器2，做成在内部可进入马达的大小的孔的中空而配置在外转子马达3的同心圆外侧，将支撑转子的轴承12及13做成在内部可进入马达的大小的孔的中空而配置在外转子马达定子的同心圆外侧，将输出体9及中空轴6a做成中空而使配线通过，由于固定中空轴6a，因此在通常的机器人关节单元中，能够将在马达轴向上配置的减速器或锥齿轮以套管状收纳，能够实现关节单元的小型化。另外，由于能够使一组马达3的各自的驱动力集中在横轴Al或纵轴A2而发挥作用，因此能够提高对于关节单元尺寸的横轴Al或纵轴A2的最大输出转矩。因此，例如与专利文献2等的现有技术相比，由于在中央的十字轴与马达之间不存在轴承，因此能够使马达靠近至极限位置而实现小型化。另外，由于在中央的十字轴与马达之间不存在轴承，因此能够在此配置编码器。而且，由于将轴(输出轴)做成中空，因此能够使配线通过其中。由于罩也兼做支撑构件，因此存在小型轻量的优点。实施例2下面，对本发明的第2实施例进行说明。本实施例与上述的第1实施例具有较多的共同点，在本实施例中对于与第1实施例相同的结构省略说明并使用相同的符号。图2是表示本发明的关节单元的其他实施例的剖视图。在此，除了支撑臂、支撑座、输出体，由于呈对于横轴A2的对称构造，因此为了容易说明只示出了上半部分。另外， 在图2中，对于配置成左右对称的一对构件，将符号只标注在左右任意一方上。在本实施例中，电波发生器2c与马达转子3a呈一体。2b是柔性齿轮，凸缘部与实施例1不同，使用向外开启状的波动减速器。20是交叉滚柱轴承，外侧的环夹着柔性齿轮 2b而固定在支撑圆盘6b上。内侧的环固定在刚性齿轮上，与锥齿轮Ib—起旋转。在本实施例中，将电波发生器2c配置在外转子马达的同心圆外侧，将锥齿轮Ib配置在波动减速器的刚性齿轮加的更靠近同心圆外侧的位置。编码器固定部恥读取固定在马达转子: 外侧的编码器旋转部fe的刻度。实施例3下面，对本发明的第3实施例进行说明。本实施例与上述的第1实施例具有较多的共同点，在本实施例中对于与第1实施例相同的结构省略说明并使用相同的符号。如图3所示，除了支撑臂、支撑座、输出体，由于呈对于轴的大致对称构造，因此只示出了上半部分。另外，在图3中，对于配置成左右对称的一对构件，将符号只标注在左右任意一方上。21是滚柱轴承，使左右的马达转子芯2 及25b围绕横轴可相互相对地进行旋转地支撑轴向及径向负载。22是滚柱轴承，同样地使左右的旋转中空圆筒2 及24b围绕横轴可相互相对地进行旋转地支撑轴向及径向负载。在本实施例中，21及22是滚柱轴承，但是也可以使用推力轴承或4点接触轴承等， 只要做成可相互相对地进行旋转地支撑轴向及径向负载的现有的公知的构造即可。通过做成这样的构造，能够使一组马达3靠近至极限位置而进行配置，能够消除无信号区，能够实现关节单元36的小型化或者在相同的关节单元大小的情况下能够提高输出转矩。能够在马达轴向上进一步实现小型化。另外，在本实施例中，配置滑动环23，在支撑圆盘6b上开孔，将其他仪器配线8a穿通中空轴6a内部。由此，能够在不通过马达3之间的间隙的情况下配设其他仪器配线8a。实施例4下面，对本发明的第4实施例进行说明。本实施例对使用在第1至第3实施例中进行说明的关节单元而构成的7自由度机器人(机器人臂)进行说明。如图5所示，机器人臂50由带有转轴马达的机器人座34、关节单元a31、关节单元 b32、关节单元c33及手30构成。带有转轴马达的机器人座34为，在将机器人臂50固定在固定面(例如工厂等的地面)51上的同时具备用于使机器人臂50整体围绕铅锤方向轴进行旋转的马达的座(基台)°关节单元a31、关节单元b32、关节单元c33分别直列连结。30是手，是被本机器人臂控制位置及姿势而进行搬运、组装、焊接等工作的作业部。由于本实施例如此构成，因此在对机器人臂50进行小型化(尤其是变细)的同时也能够构成提高最大输出的7自由度垂直多关节机器人。实施例5下面，对本发明的第5实施例进行说明。本实施例也是与第4实施例相同地将在第1至3实施例中进行说明的关节单元应用于机器人(机器人臂)中的例子。图6是使用本发明的关节单元来构成的6自由度机器人臂的外观图。如图6所示，机器人臂52由机器人座37、关节单元a31、关节单元b32、关节单元 c33及手30构成。机器人座37为将机器人臂50固定在固定面(例如工厂等的地面)51上的台座。
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在本实施例中，关节单元c33的方向与第4实施例相反。即，关节单元a31的支撑座6d与关节单元b32的输出体9连结，关节单元b32的支撑座6d与关节单元c33的支撑座6d连结，关节单元c33的输出体9固定在机器人座37上。由于本实施例如此构成，因此在对机器人臂50进行小型化(尤其是变细)的同时也能够构成提高最大输出的6自由度垂直多关节机器人。由于能够通过对关节进行单元化来构成小型轻量的2自由度驱动机构，因此能够应用在通过车轮或脚来移动的宠物机器人、类人机器人等家庭用机器人、服务机器人、娱乐机器人中，之外也能够应用于机床、建筑机械、照相机或激光反射镜等测定仪器的角度姿势控制装置等用途中。
权利要求
1.一种机器人关节单元，其特征为，其由关节机构、罩兼支撑构造与摆动机构构成， 该关节机构由相对的一组锥齿轮；用于使所述相对的一组锥齿轮分别独立旋转的一组马达；与所述相对的一组锥齿轮分别啮合而自转自如且在所述相对的一组锥齿轮的旋转方向上摆动自如地被支撑的输出锥齿轮；及固定在所述输出锥齿轮上的输出体构成，该罩兼支撑构造为兼做从外侧覆盖所述关节机构整体的罩的支撑构件， 该摆动机构将所述罩兼支撑构造在所述相对的一组锥齿轮的旋转方向上摆动自如地支撑。
2.根据权利要求1所述的机器人关节单元，其特征为，具备以夹住所述一组马达的方式配置并且在内侧具有圆筒部的一组支撑圆盘， 所述支撑圆盘在圆筒部的外面通过轴承来支撑所述罩兼支撑构造。
3.根据权利要求1或2所述的机器人关节单元，其特征为， 具备分别提高所述一组马达的转矩的一组波动减速器，在所述一组马达中的任意一个都是转子配设在定子外侧的外转子马达， 所述波动减速器在所述一组波动减速器的输入侧即电波发生器内部具有收纳所述外转子马达的中空部，所述电波发生器固定在所述外转子马达的所述转子的同心圆外侧， 所述相对的一组锥齿轮固定在与构成所述一组波动减速器的输出体的刚性齿轮或者柔性齿轮一体旋转的构件上。
4.根据权利要求3所述的机器人关节单元，其特征为，所述电波发生器具备磁铁，并兼做所述外转子马达的所述转子而构成。
5.根据权利要求3或4所述的机器人关节单元，其特征为，支撑所述刚性齿轮或柔性齿轮的第2轴承在内部具有收纳所述外转子马达的中空部， 所述第2轴承配置在所述外转子马达转子的同心圆外侧。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为，所述一组锥齿轮分别在内部具有收纳所述马达的中空部，并配置在所述外转子马达的同心圆外侧。
7.根据权利要求5或6所述的机器人关节单元，其特征为，具备以夹住所述一组马达的方式配置并且在内侧具有圆筒部的一组支撑圆盘， 所述支撑圆盘通过圆筒部的端面来支撑所述波动减速器的固定部即刚性齿轮或柔性齿轮。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为， 在所述一组马达中的任意一个都是转子配设在定子外侧的外转子马达，具有旋转自如地支撑所述外转子马达的转子的第3轴承，所述第3轴承在内部具有收纳所述外转子马达的中空部，该轴承配置在所述外转子马达定子的同心圆外侧。
9.根据权利要求8所述的机器人关节单元，其特征为，具备以夹住所述一组马达的方式配置并且在内侧具有圆筒部的一组支撑圆盘，所述支撑圆盘在所述圆筒部的内面通过所述第3轴承来支撑所述外转子马达的转子。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为，在所述输出锥齿轮及所述输出体中的任意一个都在内部形成有可穿通配线的中空部。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为， 所述输出体从自身的转轴的外侧开始被输出体支撑轴承旋转自如地支撑， 在所述输出体支撑轴承与所述输出锥齿轮之间具备滑动环。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为，在所述相对的一组锥齿轮及所述一组马达中的任意一个都在内部形成有可穿通配线的中空部。
13.根据权利要求12所述的机器人关节单元，其特征为，具备用于向所述相对的一组锥齿轮及所述一组马达的所述中空部送风而冷却所述一组马达的冷却风扇。
14.根据权利要求12所述的机器人关节单元，其特征为，具备具有1个空洞空间的支撑座；及用于使分别穿通所述一组马达的内部而左右分开的配线穿过所述支撑座的一组中空支撑臂。
15.根据权利要求14所述的机器人关节单元，其特征为，在所述支撑座内部的空洞空间中配置有用于分别驱动所述一组马达的电路。
16.根据权利要求14所述的机器人关节单元，其特征为， 具备用于分别检测所述一组马达的转子位置的一组编码器，在所述支撑座内部的空洞空间中配置有处理所述一组编码器的信号而发送到上一级控制器的编码器电路。
17.根据权利要求14所述的机器人关节单元，其特征为， 在所述支撑座的下面开有孔，使配线穿过。
18.根据权利要求14所述的机器人关节单元，其特征为，在所述支撑座的下面与所述输出体的上面，设有用于分别连结所述支撑座与所述输出体或者彼此连结所述支撑座或者彼此连结所述输出体的螺纹孔。
19.根据权利要求14所述的机器人关节单元，其特征为，在所述支撑座的下面与所述输出体的上面，具备用于分别相互啮合连接所述支撑座与所述输出体或者相互彼此啮合连接所述支撑座或者相互彼此啮合连接所述输出体的啮合部。
20.根据权利要求1至19中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为， 通过相互共用的轴承来支撑所述一组马达的各转子。
21.根据权利要求3至5中的任意一项所述的机器人关节单元，其特征为， 通过相互共用的轴承来支撑一组波动减速器的所述刚性齿轮或者所述柔性齿轮。
22.一种机器人，其特征为，具有；在权利要求1至21中的任意一项所述的机器人关节单元； 及用于将所述关节单元固定在地面上或者机器人主体部的机器人座。
23.根据权利要求22所述的机器人，其特征为， 具备3个所述关节单元，直列配置3个所述关节单元，在所述关节单元内的2个以一方的所述支撑座与另一个所述输出体连结的方式被定向，剩余的1个所述关节单元的所述支撑座与在所述2个关节单元中的任意一个的所述支撑座连结。
24.根据权利要求22所述的机器人，其特征为，具备将一方的面固定在地面上或者机器人主体部并具备有用于使另一个面围绕垂直于已固定的面的轴进行旋转的马达的带有转轴马达的机器人座； 及3个所述关节单元，在所述3个机器人关节单元中的任意一个都是所述支撑座与所述输出体直列连结，将末端的所述关节单元的所述支撑座连结在所述带有转轴马达的机器人座上。
全文摘要
本发明提供一种差动关节单元与使用该差动关节单元的机器人，该差动关节单元通过干涉驱动来有效利用2个马达的输出使可搬运重量变大，同时能够呈小型轻量化。具体而言，具备兼做从外侧覆盖相对的一组锥齿轮及输出锥齿轮整体的罩的支撑构件即罩兼支撑构造，可旋转地支撑输出锥齿轮。波动减速器的电波发生器固定在外转子马达转子的同心圆外侧，锥齿轮固定在作为输出侧的刚性齿轮或柔性齿轮上。将马达、锥齿轮、波动减速器做成中空而使配线通过。
文档编号H02K7/116GK102341221SQ20108001087
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年3月6日
发明者萬羽崇 申请人:株式会社安川电机