專利名稱：工業(yè)用機(jī)器人手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)用機(jī)器人手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景在用電弧焊接機(jī)器人或搬運(yùn)機(jī)器人等的工業(yè)用機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)的場合，需 要由用于向設(shè)置于手腕前端上的焊炬或機(jī)械手等的作業(yè)工具傳遞動(dòng)力或信號 的配線、配管等的管線。在將這些管線沿著機(jī)器人的手臂或手腕周邊布設(shè)時(shí)， 存在管線與手臂或手腕周邊干涉而損壞或磨損的情況。為了消除這種不良情 況，迄今提出有幾種方案。例如，在日本特開2004-358649號公報(bào)中公開了將焊絲進(jìn)給裝置配置在上 部手臂的后部，構(gòu)成為當(dāng)手腕的姿勢為水平時(shí)，焊絲進(jìn)給裝置、上部手臂及手 腕大致成一條直線的工業(yè)用機(jī)器人。還有，在日本特開2005-96073號公報(bào)中 公開了將用于從機(jī)體引出纜線的通過口設(shè)置在與第一軸的軸心相交的位置上， 并將從該通過口引出的纜線延長設(shè)置到末端執(zhí)行器的構(gòu)成。再有，本申請的申請人例如在日本特開2006-15360號公報(bào)中，提出了通 過將焊絲進(jìn)給裝置搭載在不同于前臂的其它位置上而簡化前臂上部的構(gòu)造，避 免在機(jī)器人后部及其上方產(chǎn)生較大的干涉區(qū)域的構(gòu)成的方案。還有，在日本特 開2006-51581號7〉報(bào)中，提出了通過在前臂和第一手腕單元之間配置中空構(gòu) 造的減速器，即使手腕軸工作使得作業(yè)工具的姿勢較大地變化，管線的動(dòng)作也 變化不大，從而能夠使施加在構(gòu)成管線的配線或配管上的負(fù)擔(dān)減小的構(gòu)造的方 案。在現(xiàn)有的工業(yè)用機(jī)器人中，在將安裝在手腕前端部上的焊炬等的作業(yè)工具 用設(shè)備(例如為焊絲進(jìn)給裝置)搭載在前臂上的場合，使機(jī)器人前臂擺動(dòng)的電 動(dòng)機(jī)或使前臂轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成障礙，其結(jié)果，限制了作業(yè)工具用設(shè)備的搭 載空間。于是，在搭載各種作業(yè)工具用設(shè)備的場合，不一定存在能夠搭載在最 適合的位置上的情況，存在或者管線的導(dǎo)出部向前臂側(cè)方突出，或者作業(yè)工具
用設(shè)備從前臂后部突出，從而機(jī)器人的使用方便性受限制的情況。例如，日本特開2004-358649號公l艮所公開的構(gòu)成的場合，雖然能夠?qū)⒑?絲進(jìn)給裝置等的作業(yè)工具用設(shè)備使其突出較小地容納在前臂后部，但由于前臂 轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)位于附近，因此，若要將作業(yè)工具用設(shè)備向與U軸平行的 方向調(diào)節(jié)，則存在來自干涉方面的制約。還有，由于在較窄的空間內(nèi)密集配置 設(shè)備，因此，也存在增加維修保養(yǎng)作業(yè)的難度的問題。尤其對于如焊絲進(jìn)給裝 置等的平常需要維修保養(yǎng)的設(shè)備，該維修保養(yǎng)作業(yè)的難度增加成了較大的問 題。上述的專利文獻(xiàn)無論是哪一篇都沒有連維修保養(yǎng)等也考慮進(jìn)去而最優(yōu)化配 置作業(yè)工具用設(shè)備的前臂周圍的構(gòu)成。還有，在將控制安裝到手腕前端部上的作業(yè)工具的焊絲進(jìn)給裝置等的設(shè)備 4荅載在前臂后部的場合，為了防止與外部設(shè)備的干涉，也有使連接到作業(yè)工具 上的焊炬纜線等的管線穿通前端中空部的例子。然而，管線種類繁多，在管線 較粗的場合、難以扭轉(zhuǎn)的場合以及從作業(yè)工具控制設(shè)備的拉出位置較偏時(shí)，也 存在在機(jī)器人手臂內(nèi)無法安裝管線的情況，因此，有必要構(gòu)成具有按照各自的 形態(tài)的前臂的機(jī)器人。 發(fā)明內(nèi)容于是，為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雖然機(jī)器人的基本 手臂構(gòu)成與現(xiàn)有技術(shù)相同卻以簡單的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將作業(yè)工具用的管線的導(dǎo)出部 定位在最適合的位置上，而且配置成作業(yè)工具用設(shè)備不會(huì)向前臂突出的機(jī)器人 手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。還有，本發(fā)明的目的在于提供一種在管線較粗的場合、難以扭轉(zhuǎn)的場合以 及從作業(yè)工具控制設(shè)備的拉出位置較偏的場合，能夠擇一地適當(dāng)選擇從使管線 穿通前端中空部以及沿著前臂的外側(cè)布設(shè)的機(jī)器人手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)器人手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有 上臂；可繞與上述上臂的長度方向大致垂直的第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)在上臂的前 端的前臂；可繞與該前臂的長度方向大致一致的第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在上述前 臂的前端，而且具有上述第二軸線所貫通的中空部的第一手腕單元；配置于上 述第一手腕單元的前方的作業(yè)工具；連接有向上述作業(yè)工具供給動(dòng)力、信號或 材料的管線的作業(yè)工具控制裝置；以及配置于上述前臂上的驅(qū)動(dòng)上述第一手腕
單元轉(zhuǎn)動(dòng)的第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)及第一手腕單元用減速裝置，其特征在于， 在上述前臂和上述上臂之間的區(qū)域內(nèi)，使得上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 中心軸在與上述第二線軸垂直的方向上，而且在比上述第一軸線還靠近上述前臂的前端一側(cè)的位置上配置上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)，從上述作業(yè)工具控制 裝置到上述作業(yè)工具之間，以通穿上述第一手腕單元的上述中空部或沿上述第 一手腕單元的側(cè)面的任一方式，都可處理上述管線。理想的是，上述前臂具有在上述第一軸線的方向觀察時(shí)呈L形的凹部，在形成該L形的凹部的垂直部上配置上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)及上述第一 手腕單元用減速裝置，在形成該L形的凹部的底部上配置前臂用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 及前臂用減速裝置。具體來講，上述第一手腕單元用減速裝置具有包括輸入雙曲線齒輪及輸出 雙曲線齒輪的至少一組雙曲線齒輪，上述輸出雙曲線齒輪配置成與上述第二軸 線同軸，而且與上述第一手腕單元結(jié)合，上述輸入雙曲線齒輪借助于沿著與上 述前臂的上述底部的面大致垂直的方向延伸的動(dòng)力傳遞軸與上述第 一手腕單 元用電動(dòng)4幾連才妻。理想的是，上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)其在關(guān)于上述第一軸線方向的側(cè)方 由上述前臂的一部分包圍。機(jī)器人手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可進(jìn)一步具有可繞與上述第二軸線垂直地相交的 第三軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于上述第一手腕單元上的第二手腕單元；以及可繞與上述 第三軸線大致垂直地相交的第四軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于上述第二手腕單元上且安 裝有上述作業(yè)工具的第三手腕單元。此時(shí)，以上述第一手腕單元、上述第二手 腕單元及上述第三手腕單元配置成上述第二軸線、上述第三軸線及上述第四軸線相交于一點(diǎn)為宜。理想的是，上述第一手腕單元構(gòu)成為關(guān)于上述第二軸線線對稱。 機(jī)器人手臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以進(jìn)一步具有連接到上述作業(yè)工具控制裝置的機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線。此時(shí)，上述機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線從上述上臂上部的側(cè)面向外部引出一回，而后在上述前臂的側(cè)面從上述前臂的上述垂直部及上述底部的連接部附近再次引導(dǎo)到機(jī)構(gòu)部內(nèi)為宜。理想的是，上述第一手腕單元具有具備有與上述第二軸線構(gòu)成角度的斜面 的中空部。


本發(fā)明的上述或其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)通過參照

以下的優(yōu)選實(shí)施方式將更加清楚。圖中圖la及l(fā)b分別是具有涉及本發(fā)明的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工業(yè)用電弧焊 接機(jī)器人的整體構(gòu)成的主視圖及右視圖；圖2是表示焊炬纜線的截面構(gòu)造的圖；圖3a、 3b及3c分別是表示前臂周圍的構(gòu)造俯視圖、側(cè)視圖及主視圖； 圖4a是表示在沿第一手腕單元的側(cè)方布設(shè)了管線的情況下第一手腕單元轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的管線的動(dòng)作圖；圖4b是表示第一手腕單元從圖4a的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)了 90度的狀態(tài)圖；圖4c是表示第一手腕單元從圖4b的狀態(tài)再轉(zhuǎn)動(dòng)了 90度的狀態(tài)圖；圖5a是表示在沿第一手腕單元的側(cè)方布設(shè)了管線的情況下第二手腕單元轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的管線的動(dòng)作圖；圖5b是表示第二手腕單元從圖5a的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)了 90度的狀態(tài)圖；圖5c是表示第二手腕單元從圖5b的狀態(tài)再轉(zhuǎn)動(dòng)了卯度的狀態(tài)圖；圖6是反轉(zhuǎn)了第一手腕單元的狀態(tài)圖；圖7是表示在第 一手腕單元的中空孔內(nèi)穿通了管線的例子圖；圖8a是表示在第一手腕單元的中空孔內(nèi)穿通了管線的情況下第一手腕單元轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的管線的動(dòng)作圖；圖8b是表示第一手腕單元從圖8a的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)了卯度的狀態(tài)圖；圖8c是表示第一手腕單元從圖8b的狀態(tài)再轉(zhuǎn)動(dòng)了 90度的狀態(tài)圖；圖9a是表示在第一手腕單元的中空孔內(nèi)穿通了管線的情況下第二手腕單元轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的管線的動(dòng)作圖；圖9b是表示第二手腕單元從圖9a的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)了 90度的狀態(tài)圖；圖9c是表示第二手腕單元從圖9b的狀態(tài)再轉(zhuǎn)動(dòng)了卯度的狀態(tài)圖；圖IO是表示變更了送絲裝置的搭載位置的例子的圖；圖ll是表示變更了送絲裝置的搭載位置的其它例子的圖；圖12a是表示配置在前臂上的第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)及減速裝置的側(cè)截
面圖；圖12b是從后方觀察圖12a的構(gòu)成的截面圖；圖13a及13b分別是具有涉及本發(fā)明的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工業(yè)用搬運(yùn) 機(jī)器人的整體構(gòu)成的主視圖及右視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。圖1 a及l(fā)b是作為具備了涉及本發(fā)明的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng) 的第一實(shí)施方式，是表示作為作業(yè)用工具使用了焊炬的電弧焊接機(jī)器人系統(tǒng)的 構(gòu)成的主視圖及右視圖。機(jī)器人10是具有6軸自由度的電弧焊接機(jī)器人，具有基體12、設(shè)置在基 體12上的上臂14和可繞與上臂14的長度方向大致垂直的第一軸線16轉(zhuǎn)動(dòng)地 連結(jié)在上臂14上的前端前臂18。前臂18包括在其前端可繞與前臂18的長 度方向大致一致的第二軸線20轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)的第一手腕單元22;在第一手腕單 元22的前端可繞與第二軸線20大致垂直的第三軸線24轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)的第二手 腕單元26;以及在第二手腕單元26的前端可繞與第二手腕單元26的長度方 向大致一致的第四軸線28轉(zhuǎn)動(dòng)地連接的第三手腕單元30。還有，在第四軸線 28的前端安裝有焊炬32。再有，在前臂18上配置有將在后面敘述的向焊炬 32供給焊絲的送絲裝置34。送絲裝置34具有驅(qū)動(dòng)輥36及從動(dòng)輥38，成為在 這一組以上的輥組夾入焊絲的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)輥36由送絲裝置用電動(dòng)機(jī)(未圖示) 驅(qū)動(dòng)并進(jìn)給焊絲的構(gòu)造。機(jī)器人控制裝置40借助于機(jī)器人控制纜線42向機(jī)器人10傳遞指令，控 制分別安裝在機(jī)器人10的6軸驅(qū)動(dòng)部上的伺服電動(dòng)機(jī)(未圖示)，改變焊炬 32的位置及姿勢以能夠焊接規(guī)定的零部件。應(yīng)向焊炬32供給的焊接電流由焊 接電源44借助于焊接電流用導(dǎo)體60供給。機(jī)器人控制裝置40在向機(jī)器人10 的伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)出動(dòng)作指令的同時(shí)也控制焊接電源44,由此，焊炬32能夠與 機(jī)器人10的動(dòng)作同步按照規(guī)定的焊接條件進(jìn)行焊接。還有，機(jī)器人控制裝置 40借助于連接焊接電源44和送絲裝置34的送絲裝置控制纜線48向送絲裝置 34輸出用于控制送絲裝置34的信號及電力。信號的一部分可反饋。還有，如圖lb所示，第一手腕單元22、第二手腕單元26及第三手腕單
元30最好配置成笫二軸線20、第三軸線24及第四軸線28相交于一點(diǎn)。由此， 即使在為了將管線54相對于第一手腕單元22配置在與圖lb的位置相反的一 側(cè)而180度轉(zhuǎn)動(dòng)了第一手腕單元22的場合，也能夠使其它的構(gòu)成單元尤其焊 炬32的姿勢實(shí)質(zhì)上保持不變。在焊炬32上借助于送絲裝置34連接有包括從未圖示的焊絲巻筒或焊絲盤 等供給的焊絲的焊絲導(dǎo)管50，還有，從未圖示的儲(chǔ)氣罐供給輔助氣體的氣體 輸送管52及從焊接電源供給焊接電流的焊接電流用導(dǎo)體60通過機(jī)器人機(jī)構(gòu)部 內(nèi)并借助于送絲裝置34連接在焊炬32上。但氣體輸送管52及焊接電流用導(dǎo) 體60也可以與焊絲導(dǎo)管50相同地從外部直接連接在送絲裝置34上。還有， 在焊炬32上也可以連接冷卻用的水冷管(未圖示)等。下面將連接焊炬32 和送絲裝置34之間的上述配線、配管等管線統(tǒng)稱為焊炬纜線54。圖2是表示 焊炬纜線54的優(yōu)選截面構(gòu)造的圖。如圖所示，在由包括焊絲56在內(nèi)的套管 58構(gòu)成的焊絲導(dǎo)管50的外側(cè)同心地配置有輔助氣體輸送管52,氣體輸送管 52與焊接電流用導(dǎo)體即多心纜線60 —起容納在柔性導(dǎo)管62內(nèi)，作為整體形 成焊炬纜線54。圖3a、 3b及3c分別是詳細(xì)表示前臂18的俯視圖、側(cè)視圖及主視圖。從 第一軸線16的方向觀察時(shí)(圖3b)前臂18具有長度方向彼此正交的第一部 分即垂直部64及第二部分即底部66，作為整體形成大致L形的凹部。在垂直 部64上連接第一手腕單元22,在底部66上搭載送絲裝置34。如圖2所示， 在焊炬纜線54的徑向截面上，焊絲56大致配置在焊炬纜線54的大致中心。 由于與焊炬纜線內(nèi)的其它管線相比，有必要使焊絲56的曲率半徑為最大，因 此，很多焊炬纜線具有這種構(gòu)造，因而供電纜線、輔助氣體配管等配置在焊絲 的周圍。因此，焊炬纜線54以從送絲裝置34進(jìn)給焊絲56的位置為中心連接 在送絲裝置34上。再有，焊炬纜線54從送絲裝置34的焊絲導(dǎo)出部68朝向手 腕前端引出。引出到手腕前端一側(cè)的焊炬纜線54沿著前臂18通過第二軸線 20的附近連接在第三手腕單元30上。送絲裝置34的構(gòu)造因制造該裝置的廠家而不同的場合居多。由于電弧焊 接機(jī)器人中的焊絲的進(jìn)給位置由送絲裝置34的構(gòu)造及向前臂18的底部66的 搭載位置所決定，因此，前臂18的底部66的送絲裝置搭載用空間最好盡可能大以便能夠?qū)?yīng)各種送絲裝置。由于在圖3的例子中，前臂18構(gòu)成為形成大 致L形的凹部，因此，能夠調(diào)節(jié)送絲裝置34在俯-現(xiàn)圖(圖3a)中的上下方向 (即水平方向)上的搭載位置，而且在側(cè)視圖(圖3b)中的上下方向(即垂 直方向)上也確保尺寸余地。因此，送絲裝置34的搭載位置的自由度較高。 由此，即使是不同的送絲裝置也可將焊絲的進(jìn)給位置相對前臂18定位在相同 的位置上。還有，如圖3b所示，在前臂18的垂直部64上配置包括第一手腕單元用 電動(dòng)機(jī)70及將在后面敘述的第 一手腕單元用減速器即雙曲線齒輪在內(nèi)的第一 手腕驅(qū)動(dòng)裝置72，另一方面，在前臂18的底部66上配置包括前臂用驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)74及未圖示的前臂用減速器在內(nèi)的前臂驅(qū)動(dòng)裝置76。第一手腕單元用電 動(dòng)機(jī)70其在關(guān)于第一軸線16方向的側(cè)方由前臂18的一部分即凸緣78所包圍。 由此，前臂18 —部分能夠有效地緩解由前臂18的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作在前臂18上所產(chǎn) 生的彎曲應(yīng)力。再有，若用前臂18的一部分包圍其第一軸線16方向的兩側(cè)， 則即使在第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)70與位于機(jī)器人周圍的外部設(shè)備干涉的場合 也能夠保護(hù)電動(dòng)機(jī)。控制圖lb所示的送絲裝置34的纜線48及氣體輸送管52與焊接電流用導(dǎo) 體60相比其彎曲性、扭曲性良好，作為機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線較容易安裝在機(jī)器人IO 的機(jī)構(gòu)部內(nèi)。詳細(xì)地講，從焊接電源44伸出的纜線48通過基體12及上臂14 并引導(dǎo)到前臂18后部。這里如圖3c所示，纜線48及氣體輸送管52從上臂 14上部的側(cè)面向外部引出一回，而后在前臂18的側(cè)面從前臂18的垂直部64 及底部66的連接部附近再次引導(dǎo)到機(jī)構(gòu)部內(nèi)。還有此時(shí)，機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線最好 通過設(shè)置于前臂18上的切口部21。通過這樣使纜線穿過切口部21,使得纜線 不從前臂18向外部露出，可連接在送絲裝置34上。也就是說，如圖3b所示， 纜線48連接在設(shè)置于前臂18的垂直部64上的連接器80上，使得對送絲裝置 34搭載到前臂18不構(gòu)成障礙，再有，在焊炬纜線54配置在前臂18的上臂14 一側(cè)的側(cè)方的場合不妨礙焊炬纜線。再有，連接器80通過中繼纜線82與送絲 裝置34連接。但也能夠不使用中繼纜線而將安裝在機(jī)器人的手臂內(nèi)的纜線直 接連接在送絲裝置34上。還有，通過上述機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線的構(gòu)成，即使是單純的纜線處理也確保前臂 18的可動(dòng)范圍，而且能夠?qū)崿F(xiàn)管線54和機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線48、 82互不干涉的構(gòu) 成。即，由于機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線固定在包括前臂18的第一軸線16在內(nèi)的部件的側(cè) 面上，因此，即使在前臂后部上搭載送絲裝置34并在沿前臂18的側(cè)方布設(shè)焊 炬纜線54的場合，也能夠避免從送絲裝置34伸出的管線和機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線的干 涉。這里，即使前臂18相對上臂14轉(zhuǎn)動(dòng)，也由于在管線和機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線之間 能夠確保規(guī)定距離，因而仍不發(fā)生干涉。因此，能夠?qū)⑺徒z裝置34等的作業(yè) 工具控制裝置較自由地配置在前臂后部。還有，如圖3c所示，前臂18的垂直部64的內(nèi)側(cè)面64a、 64b及上內(nèi)面 64c各自與第二軸線20的距離最好相等。由此，在使作業(yè)工具用的管線54沿 上述三個(gè)內(nèi)壁面的任意一個(gè)布設(shè)的場合，也可進(jìn)行實(shí)質(zhì)上相同(具體來講，相 對第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)對稱)的管線處理。再有，通過對沿第二軸線方向觀察的前臂 18的垂直部64的上方角部進(jìn)行倒角處理，也能夠使包括所形成的內(nèi)壁面64d 及64e在內(nèi)的5個(gè)內(nèi)壁面各自與第二軸線的距離完全相等。如上所述，在本發(fā)明中，第一手腕單元22的轉(zhuǎn)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)70配置成在前 臂18和上臂14之間的區(qū)域內(nèi)，使得第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)70的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸 與第二線軸20垂直。再有，由于電動(dòng)機(jī)70配置于從第一軸線16沿著前臂18 的長度方向向前臂前端一側(cè)即手腕一側(cè)移動(dòng)的位置上，因此，在配置于前臂 18的底部66的前臂驅(qū)動(dòng)裝置76的上方能夠確保較大的空間。從而可在前臂 18上搭載送絲裝置34,使得從其導(dǎo)出部68引出的焊炬纜線54不向前臂18 的側(cè)方突出且送絲裝置34本身也不向前臂18后方突出。下面對上述構(gòu)成的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行說明。如以示意方式表 示前臂18的圖4a所示，像引出到手腕前端一側(cè)的焊炬纜線54那樣的管線， 沿前臂18引導(dǎo)到手腕前端一側(cè)，通過第二軸線20的附近，連接在第三手腕單 元30上。這里如圖4b或4c所示，由于即使第一手腕單元22即使轉(zhuǎn)動(dòng)卯度 或180度，焊炬纜線54呈現(xiàn)出沿著或巻繞在第一手腕單元22上的舉動(dòng)，因此， 不發(fā)生焊炬纜線54與外部設(shè)備等的干涉。另一方面，即使在第二手腕單元26轉(zhuǎn)動(dòng)的場合，如圖5a 5c所示，焊炬 纜線54也在通過第二軸線20的附近后在第二手腕單元26的跟前彎曲，因此， 仍不會(huì)發(fā)生從前臂較大地突出的情況。再有，在第三手腕單元30轉(zhuǎn)動(dòng)的場合，
由于第三手腕單元30大致相對焊炬32的長度方向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，實(shí)質(zhì)上只不 過是在焊炬纜線54上作用扭曲而已。圖3c雖然表示了在正面觀察的情況下焊絲的進(jìn)給位置位于送絲裝置34右 側(cè)的例子，但也有焊絲的進(jìn)給位置位于左側(cè)的場合。雖然通過沿圖3a中的上 下方向調(diào)整送絲裝置34的搭載位置可應(yīng)對這種場合，但送絲裝置34相對上臂 14向側(cè)方的突出將變大。在這種情況下，如俯視圖6所示，在反轉(zhuǎn)(180度) 了第一手腕單元22的狀態(tài)下可處理焊炬纜線54。即，若使前臂18的配置為 與圖3a的配置上下對稱，且配置成焊炬纜線54與送絲裝置34的連接位置為 相對第二軸線20對稱的位置，則在第一手腕單元22轉(zhuǎn)動(dòng)了 180度的場合，能 夠使焊炬纜線54的舉作為與圖3a的配置相同的舉作。在這種場合，在于前臂 上部通穿焊炬纜線時(shí)，只要使第一手腕單元22轉(zhuǎn)動(dòng)90度即可。此外，雖然在前臂的內(nèi)部裝有第二及第三手腕單元驅(qū)動(dòng)用的控制纜線(未 圖示)，但只要控制纜線針對扭曲具有充分的抵抗性能，則無須改編焊炬纜線， 只要矯正第一手腕單元22的基準(zhǔn)位置即可對應(yīng)。另一方面，如焊炬纜線54 這種管線，需要定期維修保養(yǎng)的場合較多，做成一般容易重新組裝的構(gòu)造。因 此，即使因機(jī)器人的反復(fù)的姿勢變更等產(chǎn)生復(fù)雜的松弛，只要進(jìn)行重新組裝則 也能夠容易地適合手臂構(gòu)成。還有，即使在包括機(jī)器人在內(nèi)的系統(tǒng)啟動(dòng)后，因工件更換等要進(jìn)行機(jī)器人 的動(dòng)作變更時(shí)，也只要在機(jī)器人的程序變更時(shí)進(jìn)行離機(jī)編程以使手臂形態(tài)返回 初始位置，則與現(xiàn)有管線處理相關(guān)的工作減少，機(jī)器人的適用自由度顯著提高。 再有，若預(yù)先注冊也包括初始位置在內(nèi)的幾個(gè)管線的通過模式的話，則在離機(jī) 編程時(shí)用戶只進(jìn)行其選擇即可生成包括優(yōu)選管線的處理方法在內(nèi)的離機(jī)編程。 雖然圖3a 圖6表示焊炬纜線54通過第一手腕單元22的側(cè)方的形態(tài)，但 如圖3a所示，第一手腕單元22具有包括第二軸線20的可插通焊炬纜線54的 中空孔84，還有，第一手腕單元用減速器的輸出單元(例如將在后面敘述的 雙曲線齒輪)也具有中空孔96(將在后面敘述)。在這種情況下，如圖7所示， 在該中空孔84、 96中也可通穿焊炬纜線54。如上所述，由于沿圖中的箭頭方 向能夠自由地調(diào)整送絲裝置34的搭載位置，因此，圖7的實(shí)施例也可以以與 圖3相同的手臂構(gòu)成來實(shí)現(xiàn)。還有，雖然未圖示，但通過在與前臂的垂直部所
延伸的方向正交的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)并^^載送絲裝置34，能夠適當(dāng)?shù)刈兏徒z裝置 34的導(dǎo)出部68的位置及焊炬纜線54的導(dǎo)出方向。 一般來講，焊炬纜線的舉 動(dòng)因機(jī)器人的焊接姿勢及焊炬纜線的特性中的任意一個(gè)而較大地變化。但根據(jù) 本發(fā)明能夠容易地進(jìn)行適合各種系統(tǒng)的優(yōu)選的焊炬纜線的處理。還有，如圖7所示，在第一手腕單元22上形成中空孔84的場合，劃定中 空孔84的中間部85以與第二軸線20構(gòu)成角度為宜，最好具有以第二軸線20 為中心的圓錐側(cè)面狀的斜面85a。由此，即使在如圖3a 3c那樣不使焊炬纜線 等的管線通過中空孔84而通過第一手腕單元22的側(cè)方的場合，由于管線也漸 近第二軸線20,因此，即使第一手腕單元22轉(zhuǎn)動(dòng)，也無須在管線上施加較大 的外力而能順利地將其巻繞在第一手腕單元22上。還有，就這種形態(tài)的第一 手腕單元22而言，由于越靠近前臂其截面積越大，因此，也具有容易使其剛 度維持理想狀態(tài)的好處。圖8a 8c是與圖4a 4c相同地以示意方式表示前臂18的圖。如圖8a所示， 像引出到手腕前端一側(cè)的焊炬纜線54那樣的管線，通過第一手腕單元22的中 空孔84引導(dǎo)到手腕前端一側(cè)，通過第二軸線20的附近，連接在第三手腕單元 30上。這里如圖8b或8c所示，由于即使第一手腕單元22轉(zhuǎn)動(dòng)90度或180 度，焊炬纜線54也大致通過第二軸線20，因此，焊炬纜線54通過扭曲能夠 吸收其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。另一方面，即使在第二手腕單元26轉(zhuǎn)動(dòng)的場合，如類似于圖5a 5c的圖 9a 9c所示，焊炬纜線54也在通過第二軸線20的附近后在第二手腕單元26 的跟前彎曲，因此，通過該彎曲能夠吸收其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。再有，在第三手腕單元 30轉(zhuǎn)動(dòng)的場合，由于第三手腕單元30大致繞焊炬32的長度方向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因 此，實(shí)質(zhì)上只不過是在焊炬纜線54上作用扭曲而已。在本發(fā)明中，由于能夠 將送絲裝置34配置在前臂18的優(yōu)選的位置上，因此，能夠非常自由地選擇上 述的焊絲導(dǎo)出部的位置。圖10是類似于圖3b的側(cè)視圖，是表示在相對L形的前臂18底部66的 面大致垂直方向上調(diào)整送絲裝置34搭載位置的一例的圖。在該例中，通過襯 墊86將送絲裝置34的位置向上方提高。在朝下焊接較多的場合，為了盡可能 加大焊炬纜線54的曲率以提高焊絲的進(jìn)給性而將送絲裝置34的導(dǎo)出部68定 位在比前臂18還高的位置上時(shí)，這種配置是有效的。還有，圖11是與圖10同樣地類似于圖3b的側(cè)一見圖，是表示使送絲裝置 34繞第一軸線16轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)的圖。這種配置在焊炬纜線54因重力從前臂18 下垂而有可能與周邊發(fā)生干涉的場合有效。圖12a及圖12b分別是從側(cè)方及后方觀察包括本發(fā)明的主要部分即第一手 腕單元22的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在內(nèi)的前臂18的截面圖。設(shè)置于前臂18上的第一 手腕單元用電動(dòng)機(jī)70的轉(zhuǎn)矩借助于一組正齒輪或斜齒輪88及動(dòng)力傳遞軸90 傳遞到輸入雙曲線齒4A 92上，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)固定于與輸入雙曲線齒輪92配合的輸 出雙曲線齒輪94上的第一手腕單元22。雖然上述一組正齒輪或斜齒輪88也 可以為多組，但簡化構(gòu)造起見最好為一組。由于通過這樣的構(gòu)成，防止第一手 腕單元用電動(dòng)機(jī)70從前臂18后部突出，因此，能夠在前臂18的底部66上增 大送絲裝置34的搭載空間。還有，輸出雙曲線齒輪94配置成與第二軸線20 同軸，在其中心部形成中空孔96。在中空孔96中能夠穿通笫二及第三手腕單 元驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)(未圖示)的控制纜線(未圖示)及其它必要的纜線。如上所 述，通過使用一組正齒輪或斜齒輪，能夠得到較大的減速比，而且也更容易實(shí) 現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的最適合的位置。當(dāng)然，只用一組正齒輪也可構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。還有， 雖然也可以用錐齒輪等替換正齒輪，但最好為能夠得到較高的減速比且驅(qū)動(dòng)部 的體積能夠最小化，并且噪音較少的正齒輪。如圖所示，動(dòng)力傳遞軸卯與前臂18的底部66大致垂直地延伸，并連4妄 正齒輪88和輸入雙曲線齒輪92。因此，即使在第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)70的 凸緣尺寸變大的場合，由于第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)70位于靠近底部66的部位， 因此，僅靠加長動(dòng)力傳遞軸90即可容易地加長前臂18的垂直部64的長度。 通過加長垂直部64的長度，在底部66的上方能夠確保更寬的空間。在現(xiàn)有的機(jī)器人中，由于第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)與第二軸線平行地配置在 前臂上，因此，會(huì)發(fā)生作業(yè)用設(shè)備與第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)干涉的問題。在本 發(fā)明中，通過使用雙曲線齒輪，盡管為單極減速卻確保較高的減速比，并且使 向減速器的輸出軸傳遞轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)源即第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸與第二 軸線垂直，從而在夾在前臂和上臂之間的區(qū)域內(nèi)，將第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)配 置在從第一軸線沿著前臂長度方向移動(dòng)到向手腕凸緣一側(cè)移動(dòng)的位置上。通過 在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上采用雙曲線齒輪，不必使用價(jià)格昂貴的減速裝置或多級齒輪。還 有，由于作業(yè)工具用設(shè)備搭載在前臂上，因而也不會(huì)與外部裝置干涉。由此， 盡管為廉價(jià)的構(gòu)成，卻解決了成為問題的第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)與作業(yè)用設(shè)備 干涉的問題，并能夠自由地調(diào)節(jié)作業(yè)工具用設(shè)備的搭載位置。還有，也能夠使 設(shè)備的維修保養(yǎng)的空間較大。圖13a及13b是作為具備了涉及本發(fā)明的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人系 統(tǒng)的第二實(shí)施方式，表示搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)110的構(gòu)成的主視圖及右視圖。與圖 1的電弧焊接機(jī)器人IO相比，送絲裝置34替換為內(nèi)部裝有未圖示的電磁閥的 電磁閥箱134，焊炬32替換為機(jī)械手132。隨之，在電磁閥箱134上作為管線 154連接信號線148及氣體配管152，在機(jī)械手132和電i茲閥箱134之間也連 接用于用電磁閥控制機(jī)械手132的信號線及氣體配管。機(jī)器人控制裝置140 借助于信號線148控制電磁閥，電磁閥按照該信號將氣體向機(jī)械手132供給。 在機(jī)械手132上安裝有吸附墊和氣動(dòng)夾具133等，由上述供給氣體驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行 搬運(yùn)對象的工件的吸附、把持。信號線148也能夠使用于將吸附或把持的確認(rèn) 信號反饋到機(jī)器人控制裝置140上。在搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)110中，也可將電磁閥 箱134搭載在具備了機(jī)械手132的手腕前端部135上。在這種場合，從控制裝 置140延伸的管線154直接連接在位于手腕前端部135上的電磁閥箱上。還有， 由于連接到機(jī)械手132上的信號線及配管比較細(xì)，因此，可使之插通在機(jī)器人 IIO的內(nèi)部，連接到手腕前端部的電磁閥上。此外，雖然圖13a及13b表示使管線154沿第一手腕單元122的側(cè)面布設(shè) 的方式，但與第一實(shí)施方式同在在前臂垂直部及第一手腕單元上形成有中空 孔，因此，采用使管線通穿這些中空孔的方式當(dāng)然也可以。通過以上的構(gòu)成，即使在管線較粗的場合，不易扭曲的場合，或從焊絲進(jìn) 給裝置等的作業(yè)工具控制設(shè)備的纜線拉出位置較偏的場合，也能夠使管線通穿 中空部，而且也能夠適宜地選擇管線沿前臂的外側(cè)布設(shè)。還有，作業(yè)工具控制 設(shè)備的周圍的維修保養(yǎng)空間也較寬地敞開，因此，能夠容易地進(jìn)行其維修保養(yǎng) 作業(yè)。根據(jù)本發(fā)明，能夠突出較少地將焊絲進(jìn)給裝置等的作業(yè)工具用設(shè)備搭載在 前臂上，而且，可將其搭載位置調(diào)整到作業(yè)工具用設(shè)備的管線的導(dǎo)出部對前臂 由于作業(yè)工具用設(shè)備的周圍的維修"床養(yǎng)空間敞開，因 此，能夠容易地進(jìn)行其維修保養(yǎng)作業(yè)。還有，可以使管線穿通第一手腕單元的 中空部，也能夠使管線不通過中空部而沿側(cè)面布設(shè)。因此，按照管線的物性或 形態(tài)能夠適宜地選擇其處理方式。由于對于作業(yè)工具用設(shè)備要求有容納作業(yè)工具用的驅(qū)動(dòng)源等的功能，因 此， 一般長方體設(shè)備居多。根據(jù)本發(fā)明，通過以形成L形的凹部的方式構(gòu)成 前臂，將焊絲進(jìn)給裝置等的作業(yè)工具用設(shè)備搭載在前臂的底部的上面，從而可 有效地利用底部上方的空間。為了擴(kuò)大搭載作業(yè)工具用設(shè)備的空間，有必要使第 一手腕單元用減速裝置 的第二軸線方向的厚度減薄，同時(shí)，使前臂的垂直部的長度變長。根據(jù)本發(fā)明， 通過將一組正齒4侖作為第一手腕單元用減速裝置的最終輸出部使用，能夠使第 一手腕單元用減速裝置的第二軸線方向的厚度變薄，再有，由于在正齒輪上連 結(jié)有動(dòng)力傳遞軸，因此，僅僅調(diào)整動(dòng)力傳遞軸的長度即可最優(yōu)化前臂的垂直部 的長度。根據(jù)本發(fā)明，該前臂的一部分能夠有效地緩解因前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作而在前臂 上產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。再有，若用前臂的一部分圍住其第一軸方向上的兩側(cè)，則 即使在第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)萬一與機(jī)器人周圍的外部裝置干涉的場合，也能 夠保護(hù)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，即使在為了將管線配置在相對第一手腕單元相反的一側(cè)而180度轉(zhuǎn)動(dòng)了第一手腕單元的場合，也能夠使其它的構(gòu)成單元的姿勢實(shí)質(zhì)上保持不變。根據(jù)本發(fā)明，能夠進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)動(dòng)第一手腕單元的場合下管線的對稱性。根據(jù)本發(fā)明，即使是單純的纜線處理也能夠確保前臂的可動(dòng)范圍，而且能 夠?qū)崿F(xiàn)管線和機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線互不干涉的構(gòu)成。再有，根據(jù)本發(fā)明，即使在使管線不通過第一手腕單元的中空部而通過其 側(cè)面的場合，由于管線能夠漸進(jìn)第二軸線，因此，即^^第一手腕單元轉(zhuǎn)動(dòng)，也 無須在管線上施加較大的外力就能順利地將其巻繞在第一手腕單元上。為了進(jìn)行說明，參照選定的特定的實(shí)施方式說明了本發(fā)明，顯然，在不超 出本發(fā)明的基本概念以及范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可做出種種變 更。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有上臂(14)；可繞與該上臂(14)的長度方向大致垂直的第一軸線(16)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在上述上臂(14)的前端的前臂(18)；可繞與該前臂(18)的長度方向大致一致的第二軸線(20)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在上述前臂(18)的前端，而且具有上述第二軸線(20)所貫通的中空部(84)的第一手腕單元(22)；配置于上述第一手腕單元(22)的前方的作業(yè)工具(32)；連接有向上述作業(yè)工具(32)供給動(dòng)力、信號或材料的管線(54)的作業(yè)工具控制裝置(34)；以及配置于上述前臂(18)上的驅(qū)動(dòng)上述第一手腕單元(22)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)(70)及第一手腕單元用減速裝置(72)，其特征在于，在上述前臂(18)和上述上臂(14)之間的區(qū)域內(nèi)，使得上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)(70)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸在與上述第二線軸(20)垂直的方向上，而且在比上述第一軸線(16)還靠近上述前臂(18)的前端一側(cè)的位置上，配置該第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)(70)，從上述作業(yè)工具控制裝置(34)到上述作業(yè)工具(32)之間，以穿通上述第一手腕單元(22)的上述中空部(84)或沿上述第一手腕單元(22)的側(cè)面的任一方式，都可處理上述管線(54)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 上述前臂(18)具有沿上述第一軸線(16)的方向觀察時(shí)呈L形的凹部(64、 66)，在形成該L形的凹部(64、 66)的垂直部(64)上配置上述第一 手腕單元用電動(dòng)機(jī)(70)及上述第一手腕單元用減速裝置(72),在形成該L 形的凹部(64、 66)的底部(66)上配置前臂用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(74)及前臂用減 速裝置(76 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 上述第一手腕單元用減速裝置(72)具有包括輸入雙曲線齒輪(92)及輸出雙曲線齒輪(94)的至少一組雙曲線齒輪，上述輸出雙曲線齒輪(94)配置 成與上述第二軸線(20)同軸，而且結(jié)合在上述第一手腕單元(22)上，上述 輸入雙曲線齒輪(92)借助于沿著與上述前臂(18)的上述底部(66)的面大 致垂直的方向延伸的動(dòng)力傳遞軸(90)與上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)(70)連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 上述第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)(70)其在關(guān)于上述第一軸線(16)方向的側(cè)方由上述前臂(18)的一部分包圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 進(jìn)一步具有可繞與上述第二軸線(20)垂直地相交的第三軸線(24)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于上述第一手腕單元(22)上的第二手腕單元(26);以及可繞與上 述第三軸線(24)大致垂直地相交的第四軸線(28)轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于上述第二手 腕單元(26)上且安裝有上述作業(yè)工具(32)的第三手腕單元(30)，上述第一手腕單元(22)、上述第二手腕單元(26)及上述第三手腕單元 (30)配置成上述第二軸線(20)、上述第三軸線(2"及上述第四軸線(28) 相交于一點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 上述第一手腕單元(22)構(gòu)成為關(guān)于上述第二軸線(20)線對稱。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 進(jìn)一步具有連接到上述作業(yè)工具控制裝置(34)上的機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線(48、52)，上述機(jī)構(gòu)部內(nèi)纜線(48、 52)從上述上臂(14)上部的側(cè)面向外部引出 一次，而后在上述前臂(18)的側(cè)面從上述前臂(18)的上述垂直部(64)及 上述底部(66)的連接部附近再次引導(dǎo)到機(jī)構(gòu)部內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 上述第一手腕單元(22)具有具備有與上述第二軸線(20)構(gòu)成角度的斜面(85a)的中空部(85)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雖然機(jī)器人的基本手臂構(gòu)成與現(xiàn)有技術(shù)相同卻能以簡單的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將作業(yè)工具用的管線的導(dǎo)出部定位在最適合的位置上，而且配置成作業(yè)工具用設(shè)備不會(huì)向前臂突出的機(jī)器人手臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。第一手腕單元用電動(dòng)機(jī)在前臂和上臂之間的區(qū)域內(nèi)，配置成其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸與第二線軸垂直。再有，由于電動(dòng)機(jī)配置在從第一軸線沿著前臂長度方向向前臂前端即手腕凸緣一側(cè)移動(dòng)的位置上，因此，在前臂底部的上方能夠確保用于焊絲進(jìn)給裝置的較大的空間。
文檔編號B25J19/00GK101130247SQ20071014652
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者中山一隆, 井上俊彥, 巖山貴敏 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社