CN112140140A

CN112140140A - 旋转轴结构以及机器人

Info

Publication number: CN112140140A
Application number: CN202010579073.6A
Authority: CN
Inventors: 中山一隆
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2040-06-23
Also published as: US20200406479A1; JP7319105B2; CN112140140B; US11331815B2; JP2021003787A; DE102020115936A1

Abstract

本发明提供一种旋转轴结构(1)，其具备：第一部件(2)；第二部件(3)，其相对于第一部件(2)，以能够围绕旋转轴线(A)旋转的方式被支撑；促动器(4)，其具备与第二部件(3)连接的输出轴部件(11)，并相对于第一部件(2)使第二部件(3)围绕旋转轴线(A)旋转驱动；传感器(5)，其检测作用于输出轴部件(11)与第二部件(3)之间的物理量；以及第一固定部件(19)，其固定在输出轴部件(11)，从第一部件(2)侧向第二部件(3)侧敷设线条体(6)，第一固定部件(19)在与传感器(5)之间隔开预定的间隙向第二部件侧延伸，从第一部件侧敷设而来的线条体(6)，在第二部件侧固定在第一固定部件(19)。

Description

旋转轴结构以及机器人

技术领域

本发明涉及旋转轴结构以及机器人。

背景技术

目前已知如下驱动机构，其能够支撑两个连杆围绕预定的旋转轴线进行旋转，并且具备检测作用于连杆间的转矩的转矩传感器(例如，参照专利文献1。)。

在该驱动机构中，使配线部件支撑于输出部件，所述输出部件配置于夹在减速器的输出轴与另一个连杆之间的位置，并固定于两者，所述减速器的输入轴固定于一个连杆上。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-124465号公报

发明内容

发明要解决的问题

配线部件沿与两个连杆的旋转轴线正交的平面进行配置。因此，为了避免与配线部件的干涉，输出部件仅在周向的一处连接减速器的输出轴与另一个连杆，无法确保充分的刚性。因此，希望能够降低由配线部件引起的反作用力的影响，以高灵敏度检测由在连杆中产生的外力引起的转矩，并且确保充分的刚性。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案是一种旋转轴结构，其具备：第一部件；第二部件，其对于该第一部件，以能够围绕旋转轴线旋转的方式被支撑；促动器，其具备与该第二部件连接的输出轴部件，并相对于所述第一部件使所述第二部件围绕所述旋转轴线旋转驱动；传感器，其检测作用于所述输出轴部件与所述第二部件之间的物理量；以及第一固定部件，其固定在所述输出轴部件，从所述第一部件侧向所述第二部件侧敷设线条体，所述第一固定部件在与所述传感器之间隔开预定的间隙向所述第二部件侧延伸，从所述第一部件侧敷设而来的所述线条体，在所述第二部件侧固定在所述第一固定部件。

附图说明

图1是部分示出具备本发明的一个实施方式的旋转轴结构的机器人的纵向剖视图。

图2是示出图1的旋转轴结构所具备的促动器以及转矩传感器的立体图。

图3是从第二部件侧观察图2的促动器以及转矩传感器的俯视图。

图4是部分示出具备图1的旋转轴结构的机器人的变形例的纵向剖视图。

图5是示出由图4的机器人的第一传感器结构部件以及第二传感器结构部件检测出的扭转量的位置的示意图。

附图标记说明：

1：旋转轴结构

2：第一部件

3：第二部件

4：促动器

5：转矩传感器(传感器)

6：线条体

11：输出轴部件

12、13、14：中央孔

18：张力缓和部

19：第一固定部件

20：第二固定部件

21：第三固定部件

22：贯穿孔

23：轴部件

24：连接部件

A：旋转轴线

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式的旋转轴结构1以及机器人进行说明。

本实施方式的机器人，例如是具有六个旋转轴的六轴多关节型机器人。如图1所示，该机器人的至少一个旋转轴，具有本实施方式的旋转轴结构1。

即，本实施方式的旋转轴结构1具备：第一部件2；第二部件3；促动器4，其相对于第一部件2围绕旋转轴线A旋转驱动第二部件3；转矩传感器(传感器)5；以及固定部件7，其固定从第一部件2侧敷设到第二部件3侧的线条体6。

在图1所示的例子中，第一部件2例如是固定在地面的基座。第二部件3例如是围绕竖直的旋转轴线A相对于基座被旋转驱动的旋转体。

促动器4具备马达8以及对马达8的旋转进行减速的减速器9。减速器9具备：输入轴部件10，其固定在第一部件2；以及输出轴部件11，其相对于输入轴部件10被旋转驱动。在输入轴部件10以及输出轴部件11设有中央孔12、13，中央孔12、13在旋转轴线A附近沿旋转轴线A贯穿，并能够使线条体6贯穿。

如图3所示，转矩传感器5具备：第一传感器结构部件15，其是在中央具备中央孔14的环状的输入部；第二传感器结构部件16，其是在第一传感器结构部件15的径向外侧隔开间隔且同心配置的环状的出力部；以及应变体(连接部)17，其连接第一传感器结构部件15和第二传感器结构部件16。应变体17在周向上隔开间隔配置多个。在应变体17固定有一个以上的应变仪(省略图示)。

转矩传感器5整体形成为圆板状。在沿周向邻接的两个应变体17之间，设有沿板厚方向贯穿的贯穿孔22。

第一传感器结构部件15，利用在周向上隔开间隔配置的多个螺栓等(省略图示)固定在减速器9的输出轴部件11。由此，输出轴部件11经由转矩传感器5间接地与第二部件3连接。第二传感器结构部件16，利用在周向上隔开间隔配置的多个螺栓等(省略图示)固定在第二部件3。设在第一传感器结构部件15的中央孔14，如图1所示，在固定在输出轴部件11时，设定为与减速器9的中央孔12、13大致一致的位置以及大小。

固定部件7具备：第一固定部件19，其固定在减速器9的输出轴部件11；第二固定部件20，其固定在第二部件3；以及第三固定部件21，其固定在减速器9的输入轴部件10。

如图2所示，第一固定部件19具备两个轴部件23，两个轴部件23以与旋转轴线A平行的方式贯穿设在转矩传感器5的第二传感器结构部件16的贯穿孔22，并延伸至隔着转矩传感器5而与减速器9相反的一侧的第二部件3侧。第一固定部件19具备连接两个轴部件23的前端彼此的平板状的连接部件24。

如图3所示，轴部件23具有足够小于设在转矩传感器5的第二传感器结构部件16的贯穿孔22的大小的外径尺寸，在与贯穿孔22的内表面之间隔开预定的间隙进行配置。

在连接部件24、第二固定部件20以及第三固定部件21，能够利用扎带等的固定工具来固定线条体6。

线条体6从第一部件2侧向第二部件3侧贯穿设在促动器4以及转矩传感器5的第一传感器结构部件15的中央孔12、13、14。线条体6，在比中央孔12、13、14更靠第一部件2侧的位置，利用第三固定部件21固定在减速器9的输入轴部件10，在比中央孔12、13、14更靠第二部件3侧的位置，固定在第一固定部件19的连接部件24以及第二固定部件20。

线条体6除了包含用于驱动机器人的各旋转轴的马达8的机构部电缆之外，还可以包含传感器用的电缆、用于驱动安装在臂或者手腕的工具的电缆、或者提供流体的管等。

以下对如此构成的本实施方式的旋转轴结构1以及机器人的作用进行说明。

根据本实施方式的旋转轴结构1，若驱动马达8，马达8的旋转被减速器9减速，输出轴部件11相对于输入轴部件10围绕旋转轴线A被旋转驱动。

输出轴部件11经由转矩传感器5间接地固定在第二部件3。因此，若输出轴部件11被旋转驱动，则输出轴部件11的转矩经由转矩传感器5传递至第二部件3，第二部件3相对于第一部件2被旋转驱动。在该情况下，若围绕旋转轴线A的转矩作用于输出轴部件11，则应变体17发生弹性变形而应变仪发生应变，从而检测出与应变量相对应的转矩(物理量)。

将在通常动作时由转矩传感器5检测出的转矩预先进行存储，通过从实际检测出的转矩减去所存储的转矩，能够检测例如通过与外部结构物或者工作人员的接触等而作用于第二部件3的转矩。

根据本实施方式，经过旋转轴的线条体6，贯穿设在减速器9以及转矩传感器5的中央孔12、13、14。并且，线条体6以长跨度固定于，配置在比中央孔12、13、14更靠第一部件2侧的位置的第三固定部件21、和配置在比中央孔12、13、14更靠第二部件3侧的位置的第一固定部件19。由此，即使第二部件3相对于第一部件2被旋转驱动，线条体6也会以长跨度扭转，因此能够大幅提升线条体6针对反复扭转运动的寿命。

在该情况下，若第二部件3相对于第一部件2被旋转驱动，则线条体6被扭转而发生弹性变形，因此其反作用力由连接部件24和第一固定部件19所承受。第一固定部件19直接固定在减速器9的输出轴部件11，而不是固定在第二部件3，并且能够贯穿第二传感器结构部件16的贯穿孔22，从而配置在不接触转矩传感器5的位置。

由此，试图从外部旋转的外力仅作用于减速器9，而在转矩传感器5仅作用有作用于第二部件3的外力。其结果，具有如下优点，能够防止因作用于第一固定部件19的线条体6的反作用力而试图恢复至原始状态的旋转方向的转矩直接施加到转矩传感器5，能够高精度地检测出转矩。

作为减速器9，在采用从外部旋转需要较大力的反效率低的减速器的情况下，能够降低线条体9的反作用力对驱动马达的影响。

即，根据本实施方式的旋转轴结构1以及机器人，例如，适用于协作机器人等，能够高精度地仅检测出通过工作人员等与第二部件3接触而产生的接触力。在工作人员直接向机器人施加外力、且向外力的方向使机器人动作而进行示教的、所谓的引导式示教中，能够高精度地检测所施加的外力，能够提高操作性。

根据本实施方式的旋转轴结构1，从第一部件2跨越至第二部件3的线条体6并不是沿与旋转轴线A正交的平面延伸，而是沿贯穿中央孔12、13、14的方向延伸，中央孔12、13、14沿旋转轴线A的方向贯穿。其结果，能够将转矩传感器5的第一传感器结构部件15和减速器9的输出轴部件11在整个圆周的多个位置利用螺栓等切实地进行固定。

因此，与为了处理线条体6，仅在周向的一处固定了输出轴部件11和转矩传感器5的第一传感器结构部件15的现有文献的旋转轴结构进行比较，具有能够大幅提升刚性的优点。

在本实施方式中，转矩传感器5具备沿板厚方向贯穿的多个贯穿孔22，第一固定部件19具有利用连接部件24连接贯穿贯穿孔22的多个轴部件23的端部的结构。由此，具有能够在第二部件3侧利用高刚性的第一固定部件19支撑线条体6的优点。

在本实施方式中，在第二部件3的内部空间内，线条体6被第一固定部件19以及第二固定部件20所支撑。并且，通过位于第一固定部件19与第二固定部件20之间的部分的线条体6松弛，构成张力缓和部18。

即，第二部件3伴随着减速器9的输出轴部件11的旋转进行旋转，因此第一固定部件19与第二固定部件20之间的线条体6，不会随着旋转轴结构1的动作而产生较大的变形。然而，若通过转矩作用于转矩传感器5从而使应变体17发生弹性变形，则在第一传感器结构部件15与第二传感器结构部件16之间产生微小的相对旋转。

因此，若在转矩未作用的状态下无松弛地固定第一固定部件19与第二固定部件20之间的线条体6，则由于转矩作用时的转矩传感器5的第一传感器结构部件15与第二传感器结构部件16之间的相对旋转，有可能产生作用于线条体6的张力。在本实施方式中，通过设置使线条体6松弛而产生的张力缓和部18，具有能够防止由线条体6的张力作用于转矩传感器5所产生的转矩传感器5的检测精度的降低的优点。

在本实施方式中，例示了作为第一部件2的基座，以及作为第二部件3的旋转体。取而代之，也可以在旋转体与第一臂之间，第一臂与第二臂之间，或者，构成手腕单元的旋转轴的至少一个采用上述旋转轴结构。

在本实施方式中，第三固定部件21也可以固定在第一部件2，以替代减速器9的输入轴部件10。

在本实施方式中，虽然例示了六轴多关节型机器人，但并不局限于此，也可以适用于其他任意形式的机器人。

在本实施方式中，作为传感器例示了检测转矩的转矩传感器5，但取而代之，也可以采用检测力(物理量)的力觉传感器。

转矩传感器5也并不局限于连接第一传感器结构部件15与第二传感器结构部件16的一体型的结构。作为转矩传感器5，如图4以及图5所示，也可以采用在第二部件3中连接第一传感器结构部件15与第二传感器结构部件16，第二部件3直接连接在输出轴部件11，设置在第二部件3上，根据第一传感器结构部件15与第二传感器结构部件16的相对旋转相位差计算出转矩的编码器方式的结构。图5的区域Z，表示由第一传感器结构部件15以及第二传感器结构部件16所检测出的旋转相位差(扭转量)的位置。

在本实施方式中，直接固定在减速器9的输出轴部件11的第一固定部件19，贯穿转矩传感器5的应变体17之间的贯穿孔22进行配置。取而代之，第一固定部件19也可以贯穿转矩传感器5的中央孔14配置在第二部件3侧。在该情况下，第一固定部件19在与转矩传感器5的第一传感器结构部件15之间隔开间隙进行配置即可。即，采用第一固定部件19不直接接触转矩传感器5的方式即可。

在本实施方式中，通过使第一固定部件19与第二固定部件20之间的线条体6松弛而构成了张力缓和部18，也可以采用其他结构的张力缓和部。例如，作为张力缓和部，也可以利用滑动机构25将第二固定部件20可滑动地安装在第二部件3，从而通过第二固定部件20的滑动来缓和作用于线条体6的张力。

Claims

1.一种旋转轴结构，其特征在于，具备：

第一部件；

第二部件，其相对于该第一部件，以能够围绕旋转轴线旋转的方式被支撑；

促动器，其具备与该第二部件连接的输出轴部件，并且相对于所述第一部件使所述第二部件围绕所述旋转轴线旋转驱动；

传感器，其检测作用于所述输出轴部件与所述第二部件之间的物理量；以及

第一固定部件，其固定在所述输出轴部件，

从所述第一部件侧向所述第二部件侧敷设线条体，

所述第一固定部件在与所述传感器之间隔开预定的间隙向所述第二部件侧延伸，

从所述第一部件侧敷设而来的所述线条体，在所述第二部件侧固定在所述第一固定部件。

2.根据权利要求1所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述促动器在所述旋转轴线的周围具备中央孔，所述中央孔沿该旋转轴线贯穿，并使所述线条体贯穿。

3.根据权利要求2所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述第一固定部件贯穿所述传感器的中央孔内部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述传感器具备与所述旋转轴线平行地贯穿的贯穿孔，

所述第一固定部件贯穿所述贯穿孔。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述旋转轴结构具备固定在所述第二部件的第二固定部件，

所述线条体在所述第二部件侧固定在所述第一固定部件以及所述第二固定部件。

6.根据权利要求5所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述旋转轴结构具备张力缓和部，所述张力缓和部防止预定以上的张力作用于配置在所述第一固定部件与所述第二固定部件之间的所述线条体上。

7.根据权利要求6所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述张力缓和部通过使所述线条体松弛而构成。

8.根据权利要求3所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述第一固定部件具备：贯穿所述贯穿孔的多个轴部件；以及连接该轴部件的前端彼此的连接部件。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的旋转轴结构，其特征在于，

所述旋转轴结构具备在所述第一部件侧固定所述线条体的第三固定部件。

10.一种机器人，其特征在于，

具备至少一个根据权利要求1～9中任一项所述的旋转轴结构。