致動(dòng)器和多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種包括轉(zhuǎn)盤齒輪的致動(dòng)器和一種包括所述致動(dòng)器的多關(guān)節(jié)機(jī)器人 臂。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，工業(yè)機(jī)器人包括這樣的多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂：所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂利用減速設(shè) 備將驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的高速且低轉(zhuǎn)矩的輸出轉(zhuǎn)換成低速且高轉(zhuǎn)矩的輸出，由此驅(qū)動(dòng)每一個(gè)關(guān)節(jié)。 作為用于多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂的減速設(shè)備，已知一種轉(zhuǎn)盤齒輪機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)盤齒輪機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn) 盤齒輪的擺動(dòng)提供大減速比。
[0003] 作為這種類型的轉(zhuǎn)盤齒輪機(jī)構(gòu)，提出了這樣的一種機(jī)構(gòu)：其中轉(zhuǎn)盤齒輪與固定齒 輪相嚙合，以便通過輸入軸而傾斜，所述機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)盤齒輪的齒數(shù)與設(shè)置成與輸入軸同軸的 固定齒輪的齒數(shù)不同，并且控制轉(zhuǎn)盤齒輪，以便通過輸入軸的旋轉(zhuǎn)而實(shí)施擺動(dòng)（日本專利 公報(bào)No. S44-2373)。根據(jù)日本專利公報(bào)No. S44-2373,通過這樣的構(gòu)造來實(shí)施減速，其中輸 入軸每旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)盤齒輪的回轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)）的量對(duì)應(yīng)于齒數(shù)差，由此僅提取作用到輸出軸上 的回轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)）分量。
[0004] 盡管并非針對(duì)機(jī)器人使用，但是提出了一種致動(dòng)器，所述致動(dòng)器通過將這樣的構(gòu) 造與馬達(dá)一體化而獲得，在所述構(gòu)造中，輸出齒輪設(shè)置在固定齒輪的相對(duì)側(cè)上，并且輸出齒 輪和固定齒輪與轉(zhuǎn)盤齒輪相嚙合，以便通過兩組齒輪之間的差動(dòng)而不是通過提取回轉(zhuǎn)分量 來減速（參照日本專利No. 4617130)。
[0005] 順便提及，具有大體漸開線齒廓的齒輪或針齒輪被用于這些轉(zhuǎn)盤齒輪機(jī)構(gòu)中，因 此難以增加嚙合齒數(shù)。而且，以為了使得嚙合穩(wěn)定，要求用于樞轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)盤齒輪的傾斜軸 具有高精確度和高剛性，這就要求使用大容量軸承并精確組裝。因此，產(chǎn)生這樣的問題，即， 這些轉(zhuǎn)盤齒輪機(jī)構(gòu)不適合用于要求尺寸小、重量輕、高剛性和高轉(zhuǎn)矩容量的致動(dòng)器，所述致 動(dòng)器用作工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)致動(dòng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括：第一軸；第二 軸，所述第二軸布置成與第一軸同軸，并且設(shè)置成相對(duì)于第一軸自由旋轉(zhuǎn)；以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于相對(duì)于第一軸旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)第二軸，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：第一齒輪，所述第 一齒輪包括沿著軸向方向指向一側(cè)的齒，并且布置成與第一軸同軸；第二齒輪，所述第二齒 輪包括與第一齒輪的齒相對(duì)的齒，所述第二齒輪布置成與第一軸同軸并且固定至第二軸； 第一轉(zhuǎn)盤齒輪，所述第一轉(zhuǎn)盤齒輪布置在第一齒輪和第二齒輪之間，并且設(shè)置成圍繞傾斜 軸線自由旋轉(zhuǎn)，所述傾斜軸線相對(duì)于第一軸的軸線傾斜，所述第一轉(zhuǎn)盤齒輪包括：第一齒， 所述第一齒的數(shù)量與第一齒輪的齒數(shù)相差一個(gè)齒，并且所述第一齒構(gòu)造成與第一齒輪的齒 嚙合；以及第二齒，所述第二齒的數(shù)量與第二齒輪的齒數(shù)相差一個(gè)齒，并且所述第二齒構(gòu)造 成沿著徑向方向和軸向方向在第一齒與第一齒輪的齒相嗤合的嗤合部分的相對(duì)側(cè)上與第 二齒輪的齒嚙合，第一轉(zhuǎn)盤齒輪構(gòu)造成以特定的傾斜角度與第一齒輪和第二齒輪相嚙合； 轉(zhuǎn)子磁路，所述轉(zhuǎn)子磁路固定至第一轉(zhuǎn)盤齒輪；以及定子磁路，所述定子磁路固定至第一軸 并且構(gòu)造成產(chǎn)生吸引或排斥轉(zhuǎn)子磁路的電磁力，由此使第一轉(zhuǎn)盤齒輪擺動(dòng)。
[0007] 參照附圖，根據(jù)以下對(duì)示范性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的更多特征將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0008] 圖1是圖解了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的示意性構(gòu)造的透視圖；
[0009] 圖2A、2B、2C、2D和2E是圖解了根據(jù)第一實(shí)施例的致動(dòng)器的示圖；
[0010]圖3是用于獲得齒輪機(jī)構(gòu)的凸齒廓曲線的示圖，所述齒輪機(jī)構(gòu)用于根據(jù)第一實(shí)施 例的致動(dòng)器；
[0011] 圖4A、4B、4C、4D和4E是圖解了第一齒輪的齒和轉(zhuǎn)盤齒輪的齒之間的嚙合狀態(tài)的 示圖；
[0012] 圖5A、5B和5C是圖解了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的致動(dòng)器的示圖；
[0013] 圖6A和圖6B是圖解了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的致動(dòng)器的示圖；
[0014] 圖7A和圖7B是圖解了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的致動(dòng)器的示圖；
[0015] 圖8A和圖8B是圖解了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的致動(dòng)器的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 現(xiàn)將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0017] 〈第一實(shí)施例〉
[0018] 參照?qǐng)D1至圖4E，現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備500。首先，參照 圖1，描述根據(jù)第一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備500的示意性構(gòu)造。圖1是圖解了根據(jù)本發(fā)明第一 實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的示意性構(gòu)造的透視圖。
[0019] 如圖1所示，機(jī)器人設(shè)備500包括：機(jī)器人100,所述機(jī)器人100是用于實(shí)施諸如 組裝工件W的操作的工業(yè)機(jī)器人；控制裝置200,所述控制裝置200用于控制機(jī)器人100 ;以 及示教器300,所述示教器300連接至控制裝置200。
[0020] 機(jī)器人100包括多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂（在下文中稱作機(jī)器人臂）101和機(jī)器人手102， 所述機(jī)器人手102是連接至機(jī)器人臂101的遠(yuǎn)端的末端執(zhí)行器。
[0021] 機(jī)器人臂101是豎直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人臂，并且包括要被固定至工作臺(tái)的底座部分 103以及用于傳遞位移和力的多個(gè)連接件121至126。底座部分103和多個(gè)連接件121至 126相互聯(lián)接，以便能夠圍繞多個(gè)關(guān)節(jié)Jl至J6轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。而且，機(jī)器人臂101在每一個(gè) 關(guān)節(jié)Jl至J6中都包括編碼器（未示出，用于檢測旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度）和用于驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的 致動(dòng)器10。作為布置在每一個(gè)關(guān)節(jié)Jl至J6中的致動(dòng)器10,使用根據(jù)期望轉(zhuǎn)矩的量級(jí)而在 輸出上適配的致動(dòng)器。要注意的是，將在下文詳細(xì)描述致動(dòng)器10。
[0022] 機(jī)器人手102包括：多個(gè)夾持爪104,用于夾持工件W ;致動(dòng)器10,用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)夾 持爪104 ;編碼器（未示出），用于檢測致動(dòng)器10的旋轉(zhuǎn)角度；以及用于將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成夾持 動(dòng)作的機(jī)構(gòu)（未示出）。該機(jī)構(gòu)（未示出）是凸輪機(jī)構(gòu)、連接件機(jī)構(gòu)等，并且設(shè)計(jì)成適用于 所要求的夾持動(dòng)作。要注意的是，用于機(jī)器人手102的致動(dòng)器10在期望轉(zhuǎn)矩方面與機(jī)器人 臂101的關(guān)節(jié)所用的期望轉(zhuǎn)矩不同，但是基本構(gòu)造相同。而且，機(jī)器人手102包括力傳感器 (未示出），所述力傳感器能夠檢測作用在夾持爪104等上的應(yīng)力（反作用力）。
[0023] 示教器300構(gòu)造成能夠連接至控制裝置200,并且能夠在示教器300連接至控制裝 置200時(shí)將用于控制機(jī)器人臂101和機(jī)器人手102的驅(qū)動(dòng)的命令傳遞到控制裝置200。
[0024] 控制裝置200由計(jì)算機(jī)構(gòu)成。構(gòu)成控制裝置200的計(jì)算機(jī)包括例如CPU (中央處 理器）、用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RAM、用于存儲(chǔ)控制相應(yīng)部件所用程序的ROM以及輸入/輸出 接口電路。控制裝置200控制從電源主單元（未示出）向致動(dòng)器10供應(yīng)用于操作致動(dòng)器 10所需的必要電力，由此控制機(jī)器人臂101和機(jī)器人手102的位置和姿態(tài)。
[0025] 如上所述構(gòu)造的機(jī)器人設(shè)備500通過由控制裝置200基于輸入設(shè)置等控制致動(dòng)器 10在機(jī)器人臂101的相應(yīng)關(guān)節(jié)Jl至J6中的操作而使機(jī)器人手102運(yùn)動(dòng)到任意位置和任意 姿態(tài)。然后，機(jī)器人設(shè)備500在利用力傳感器檢測作用在處于任意位置和任意姿態(tài)的夾持 爪104上的應(yīng)力的時(shí)候控制致動(dòng)器10的驅(qū)動(dòng)，由此控制機(jī)器人手102夾持工件W，以用于諸 如組裝工件W的操作。
[0026] 參照?qǐng)D2A至圖4E，現(xiàn)在描述根據(jù)第一實(shí)施例的致動(dòng)器10。首先，參照?qǐng)D2A至圖 2E，描述了致動(dòng)器10的示意性構(gòu)造。圖2A至圖2E是圖解了根據(jù)第一實(shí)施例的致動(dòng)器的示 圖。圖2A是致動(dòng)器的剖視圖；圖2B是致動(dòng)器的齒輪的側(cè)視圖；圖2C是致動(dòng)器的磁路的分 解透視圖；圖2D是定子磁路的線圈的布線圖；以及圖2E是供應(yīng)到相應(yīng)線圈的驅(qū)動(dòng)電流的 波形圖。
[0027] 如圖2A所不，致動(dòng)器10包括：殼體30,所述殼體30是第一軸；輸出軸50,所述輸 出軸50是第二軸；以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70。輸出軸50布置成與殼體30同軸并且被支撐在殼體 30上，以便通過交叉滾柱軸承（軸承）51的中介作用而自由旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70相對(duì)于殼體 30旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)輸出軸50。換言之，輸出軸50通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70的驅(qū)動(dòng)而相對(duì)于殼體30相 對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0028] 在第一實(shí)施例中，第一軸是殼體30,因此驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70被容納在殼體30內(nèi)。驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)70形成為環(huán)形輪廓，并且輸出軸50布置在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70內(nèi)。
[0029] 要注意的是，殼體30和輸出軸50中的一方固定至底座部分103 (圖1)，并且殼體 30和輸出軸50中的另一方固定至連接件121 (圖1)。類似地，殼體30和輸出軸50中的一 方固定至連接件121至126中的互聯(lián)的兩個(gè)連接件中的一個(gè)（圖1)，并且殼體30和輸出軸 50中的另一方固定至這兩個(gè)連接件中的另一個(gè)。
[0030] 殼體30包括形成為大體圓柱形輪廓的本體31、呈環(huán)形輪廓且固定至本體31的一 個(gè)開口端部的蓋部件32和呈環(huán)形輪廓且固定至本體31的另一個(gè)開口端部的蓋部件33。中 空的孔53形成在輸出軸50中。交叉滾柱軸承51的外座圈固定至殼體30的本體31的內(nèi) 表面，而內(nèi)座圈固定至輸出軸50的外表面。
[0031] 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70包括第一齒輪3、第二齒輪5、構(gòu)成第一轉(zhuǎn)盤齒輪的轉(zhuǎn)盤齒輪4、定子磁 路20和轉(zhuǎn)子磁路60。第一齒輪3、第二齒輪5、轉(zhuǎn)盤齒輪4、定子磁路20和轉(zhuǎn)子磁路60形 成為環(huán)形輪廓。第一齒輪3、第二齒輪5和定子磁路20布置成與殼體30 (輸出軸50)同軸。
[0032] 定子磁路30固定至殼體30的內(nèi)側(cè)，具體地固定至殼體30的本體31的內(nèi)側(cè)。用 作支撐轉(zhuǎn)盤齒輪4的支撐單元的凸緣41固定至轉(zhuǎn)盤齒輪4,并且轉(zhuǎn)子磁路60固定至凸緣 41。結(jié)果是轉(zhuǎn)子磁路60通過凸緣41的中介作用一體地固定至轉(zhuǎn)盤齒輪4。具體地，環(huán)形輪 廓的凸緣41固定至轉(zhuǎn)子磁路60的內(nèi)側(cè)，并且轉(zhuǎn)盤齒輪4固定至凸緣41的內(nèi)側(cè)。彼此一體 化的轉(zhuǎn)盤齒輪4和轉(zhuǎn)子磁路60布置在定子磁路20內(nèi)。
[0033] 第一齒輪3、第二齒輪5和轉(zhuǎn)盤齒輪4形成為面齒輪，并且在第一齒輪3和第二齒 輪5中的每一方的一個(gè)表面上以及在轉(zhuǎn)盤齒輪4的兩個(gè)表面上形成齒。然后，將轉(zhuǎn)盤齒輪 4布置在第一齒輪3和第二齒輪5之間。
[0034] 更加詳細(xì)地，如圖2B所示，第一齒輪3包括形成在一個(gè)表面上并且沿著軸向方向 指向一側(cè)的齒36。齒36的數(shù)量是Zl。齒36包括：多個(gè)齒尖部分，所述多個(gè)齒尖部分相對(duì) 于預(yù)定高度形成在遠(yuǎn)端側(cè)上；和多個(gè)凹陷部分，所述多個(gè)凹陷部分均相對(duì)于預(yù)定高度形成 在齒根側(cè)上的齒尖部分之間，并且齒36形成環(huán)形輪廓。第一齒輪3固定至殼體30和輸出 軸50中的任意一方，并且根據(jù)第一實(shí)施例如圖2A所示固定至殼體30。具體地，第一齒輪3 固定至殼體30的內(nèi)側(cè)，也就是固定至殼體30的蓋部件33。
[0035] 如圖2B所不，第二齒輪5包括形成在與第一齒輪3相對(duì)的一側(cè)的表面上的齒57。 齒57的數(shù)量是Z2。齒57包括：多個(gè)齒尖部分，所述多個(gè)齒尖部分相對(duì)于預(yù)定高度形成在 遠(yuǎn)端側(cè)上；和多個(gè)凹陷部分，所述多個(gè)凹陷部分均相對(duì)于預(yù)定高度形成在齒根側(cè)上的齒尖 部分之間，并且齒57形成環(huán)形輪廓。第二齒輪5固定至輸出軸50,具體地固定至輸出軸50 的外側(cè)。
[0036]