技术领域
[0001] 本
发明的实施方式涉及一种
机器人手臂机构。
背景技术
[0002] 近年来，机器人与用户处于同一空间的环境不断增加。护理用机器人自不用说，即使在工业用机器人，与操作者并肩进行工作的情况今后也会继续扩大。这种机器人大多具有多关节部臂机构。多关节部臂机构对于
位置要求3个
自由度(x，y，z)，对于
姿态要求3个自由度(φ，θ，ψ)，一般而言是由被称为根部3轴的旋转关节部J1、J2、J3与被称为
手腕3轴的旋转关节J4、J5、J6分别来实现的。通过配置在基部(支柱)上的第一关节部J1实现旋转，并且通过
水平配置有旋
转轴的旋转关节部J2、J3的联动实现手腕的前后移动和上下移动。
[0003] 近年来，取代关节部J2、J3而出现了一种将2个平行
连杆机构纵列地连结的设备。通过基部侧的平行连杆机构实现上臂的运动，通过手腕侧的平行连杆机构实现前臂的运动。将上臂的平行连杆机构的驱动
电机搭载在基部上，将前臂的平行连杆结构的
驱动电机搭载在连结部上，通过这样使这些平行连杆的运动相互独立，从而提高动作的自由度。
[0004] 今后，预想到要缩短任务时间、为此与关节部的高速化有关的要求将会越来越高。在将上述2个平行连杆机构纵列地连结的机器人手臂机构中，为了满足这一要求，需要更高
扭矩的电机。而且这种高扭矩电机的重量的增加对连杆机构要求更高的
刚度，它会增加连杆机构的重量。而且重量增加会还进一步要求高扭矩的电机。这样一来，为了满足高速化要求，整个机器人手臂机构重量的增加以及电机高扭矩化是不可避免的。
发明内容
[0005] 发明要解决的课题
[0006] 目的在于，在将多个平行连杆机构纵列地连结的机器人手臂机构中，在抑制重量增加的同时实现高速化。
[0007] 解决课题的手段
[0008] 本实施方式涉及的机器人手臂机构，其特征在于，包括：第一臂，其后端被轴
支撑在固定部上，末端被轴支撑在连结部上；第一连杆，其与第一臂一起构成第一平行连杆机构；第二臂，其后端被轴支撑在连结部上，末端被轴支撑在可安装
手指执行器的可动部上；以及第二连杆，其与第二臂一起构成第二平行连杆机构。用于驱动第一臂的第一驱动电机设置在固定部或者配置有固定部的基部上。用于驱动第二臂的第二驱动电机也设置在固定部或者基部上，第二驱动电机的旋转经由传动机构传递到第二臂。传动机构具有：第一带轮，其与第一连杆的后端的支轴同轴地被轴支撑；以及第二带轮，其与第一连杆的前端的支轴同轴地被轴支撑；以及第一传动带，其架设在第一、第二带轮上。
附图说明
[0009] 图1为表示本实施方式涉及的机器人手臂机构的外观的立体图。
[0010] 图2为表示图1中的机器人手臂机构的内部结构的图。
[0011] 图3为表示图2中的机器人手臂机构的上臂起落动作的图。
[0012] 图4为表示图2中的机器人手臂机构的前臂起落动作的图。
[0013] 图5为表示图1中的机器人手臂机构的内部结构的
变形例的图。
[0014] 图6为表示图1中的机器人手臂机构的内部结构的另一变形例的图。
[0015] 图7为表示图1中的机器人手臂机构的内部结构的另一变形例的图。
[0016] 图8为表示图1中的机器人手臂机构的内部结构的另一变形例的图。
具体实施方式
[0017] 下面，参照附图对本实施方式涉及的机器人手臂机构进行说明。以垂直多关节臂机构为例对机器人手臂机构进行说明。在下面的说明中，对具有大致相同的功能以及结构的构成要素添加相同的符号，仅在必要时进行重复说明。
[0018] 图1是本实施方式涉及的机器人手臂机构的外观立体图。机器人手臂机构具有
基台1、设置在基台1上的圆柱形基部(支柱部)2、上臂部3、前臂部4以及手腕部5。上臂部3、前臂部4以及手腕部5从支柱部2依次配置。上臂部3的后端部连结在支柱部2的固定
基座7上。上臂部3的末端部连结在连结基座8上。前臂部4的后端部连结在连结基座8上。前臂部的末端部连结在手腕部5的可动基座9上。在手腕部5上设有安装部6。该安装部6上安装有手指执行器(未图示)。
[0019] 支柱部2收纳扭转关节部。扭转关节部具有平行于铅垂方向的
旋转轴RA1。机器人
坐标系Σb是以扭转关节部的旋转轴RA1上的任意位置为原点的坐标系。在机器人坐标系Σb中，规定了
正交3轴(Xb，Yb，Zb)。Zb轴是平行于旋转轴RA1的轴。Xb轴与Yb轴是互相正交且与Zb正交的轴。支柱部2由下部21和上部22组成。下部21的
框架设置在基台1上。在下部21的框架上安装有扭转关节部的固定部。上部22连接在扭转关节部的旋转部上。通过扭转关节部的旋转而使旋转部相对于固定部进行旋转，从而使得上臂部3的前方以旋转轴RA1为中心进行旋转。在形成圆柱体的支柱部2的内部中空内固定有固定基座7。上臂部3的一端旋转自如地连结在固定基座7上。上臂部3的另一端旋转自如地连结在连结基座8上。前臂部4的一端旋转自如地连结在该连结基座8上。前臂部4的另一端旋转自如地连接在可动基座9上。可动基座9收纳在手腕部5内。
[0020] 上臂部3、前臂部4分别作为平行连杆机构而提供。这2个平行连杆机构经由连结基座8纵列连结。另外，这里，对于构成平行连杆机构的2个或2个以上的杆，将驱动侧的杆称为臂，将随着该臂的移动而移动的杆称为连杆，以将其区分开。
[0021] 上臂部3具有第一臂31。第一臂31例如为前后端部分被分叉的板状体。第一臂31的后端部被轴支撑在固定基座7上，该固定基座7固定在支柱部2的上部22。第一臂31的末端部被轴支撑在连结基座8上。第一臂31与第一连杆33一起构成第一平行连杆机构。例如，第一连杆33是与第一臂31相同的板状体。典型地，第一连杆33具有与第一臂31相同的长度。第一连杆33的后端部被轴支撑在固定基座7上。轴支撑第一连杆33的后端部的位置，在正交于旋转轴RA1的两轴上被轴支撑第一臂33的位置是同一位置。这里，轴支撑第一连杆33的后端部的位置位于轴支撑第一臂31的位置的上方。第一连杆33的末端部被轴支撑在连结基座8上。轴支撑第一连杆31的末端部的位置是从轴支撑第一臂31的末端部位置分离预定距离后的位置。典型地，从轴支撑第一连杆33的末端部的位置到轴支撑第一臂31的末端部的位置为止的距离，与从轴支撑第一臂31的后端部的位置到轴支撑第一连杆33的后端部的位置为止的距离相同。更典型地，第一连杆33的前后支轴间的距离与第一臂31的前后两端支轴间的距离相同。第一连杆33相对于第一臂31平行配置。在水平基准姿态下，由第一连杆33和第一臂31等组成的第一平行连杆机构呈现矩形。
[0022] 前臂部4具有第二臂41。第二臂41例如为前后端部分被两分的板状体。第二臂41的后端部被轴支撑在连结基座8上。第二臂41的末端部被轴支撑在可动基座9上。第二臂41与第二连杆43一起构成第二平行连杆机构。例如，第二连杆43是与第二臂41相同的板状体。典型地，第二连杆43具有与第二臂41相同的长度。第二连杆43的后端部被轴支撑在连结基座8上。轴支撑第二连杆43的后端部的位置，在正交于旋转轴RA1的两轴上被轴支撑第二臂41的位置是相同位置。这里，轴支撑第二连杆43的后端部的位置位于轴支撑第二臂41的位置的下方。第二连杆43的末端部被轴支撑在可动基座9上。轴支撑第二连杆43的末端部的位置是从轴支撑第二臂41的末端部的位置分离预定距离后的位置。典型地，从轴支撑第二连杆43的末端部的位置到轴支撑第二臂41的末端部的位置为止的距离，与从轴支撑第二臂41的后端部的位置到轴支撑第二连杆43的后端部的位置为止的距离相同。更典型地，第二连杆43的前后支轴间的距离与第二臂41的前后两端支轴间的距离相同。由此，第二连杆43相对于第二臂41平行配置。在水平基准姿态下，由第二连杆43与第二臂41等组成的第二平行连杆机构呈现矩形。
[0023] 另外，在上述中，第一平行连杆机构的第一臂31配置在上侧，第一连杆33配置在下侧，但并不限定于此，也可以是第一臂31配置在下侧，第一连杆33配置在上侧。同样，第二平行连杆机构的第二臂41配置在上侧，第二连杆43配置在下侧，但并不限定于此，也可以根据第一平行连杆机构的配置而将第二臂41配置在下侧，将第二连杆43配置在上侧。
[0024] 如图2所示，第一平行连杆机构的第一臂31的前端支轴、第一连杆33的前端支轴、第二平行连杆机构的第二臂41的后端支轴以及第二连杆43的后端支轴，以成为矩形的4个
角的位置关系的方式配置在连结基座8上。
[0025] 在固定基座7或者作为配置有固定基座7的基部的支柱部2的上部22上，配置有用于驱动第一平行连杆机构的特别是第一臂31的第一驱动电机30、用于驱动第二平行连杆机构的特别是第二臂41的第二驱动电机40。第一驱动电机30的
驱动轴直接或者经由减速机构连接在第一臂31的后端的旋转轴上。作为用于驱动第二平行连杆机构的第二臂41的第二驱动电机40，并不是将其配置在连结基座8上，而是配置在固定基座7上或者作为配置有固定基座7的基部的支柱部2的上部22上，并且将第二驱动电机40的旋转传递到第二平行连杆机构的第二臂41的后端旋转轴，从而在将多个平行连杆机构纵列地连结的机器人手臂机构中，在抑制重量增加的同时实现高速化。
[0026] 在第一臂31的后端的旋转轴上固接驱动
齿轮34，或者在第一臂31的后端固接驱动齿轮34。驱动齿轮34的旋转轴与第一臂31的后端的旋转轴同轴。驱动齿轮34经由减速机构连接在第一驱动电机30的
输出轴上。如图3所示，第一驱动电机30进行驱动，驱动齿轮34正向或反向旋转，从而上臂部3进行起落动作。由此手腕部5进行平移。
[0027] 在构成前臂部4的第二平行连杆机构的第二臂41的后端部的旋转轴上固接第三从动带轮49，或者在第二臂41的后端固接第三从动带轮49。第三从动带轮49的旋转轴与第二臂41的后端部的旋转轴同轴。第三从动带轮49经由传动机构连接在第二驱动电机40的输出轴上。
[0028] 传动机构具有驱动带轮44(第一带轮44)。驱动带轮44经由减速机构连接在第二驱动电机40的输出轴上。驱动带轮44与第一连杆33的后端部的旋转轴同轴且相对于第一连杆33的后端部的旋转轴而可自由旋转地设置。第二从动带轮47与第一连杆33的末端部的旋转轴同轴且相对于第一连杆33前端部的旋转轴可自由旋转地设置。在驱动带轮44和第一从动带轮46(第二带轮46)之间，架设有具有一定张
力的环状平带45。典型地，第一从动带轮46的直径与驱动带轮44的直径相同。第一从动带轮46的直径也可以相对于驱动带轮44的直径减小而施加减速比。另外，平带45可以采用
齿形带，带轮44、带轮46可以采用齿形带轮。
[0029] 作为该驱动带轮44与第一从动带轮46之间的传动机构，这里，从振动或者噪音降低的观点来看优选采用传动带机构。但是，并不限于这种传动带机构，也可以采用线缆、链条等其他作为具有抗拉伸的柔性圆环体的旋转传动机构的卷挂传动机构。驱动带轮44和第一从动带轮46也可以根据其他种类的柔性圆环体而被代替。例如，如果采用链条代替传动带，则带轮将被
链轮代替。
[0030] 在第一从动带轮46上固接有与其同轴的第二从动带轮47。当第一从动带轮46旋转时，第二从动带轮47随之旋转并旋转相同角度。在第二从动带轮47与上述第二臂41的后端部的第三从动带轮49之间，架设有具有一定
张力的环状平带48。典型地，带轮49的直径与带轮47的直径相同。也可以相对于带轮47的直径而减小带轮49的直径而施加减速比。另外，对于平带48也可以采用齿形带，对于带轮47、带轮49也可以采用齿形带轮。驱动带轮44、平带45、第一从动带轮46、第二从动带轮47、平带48以及第三从动带轮49构成用于将第二驱动电机40的旋转传递到第二臂41的传动机构。如图4所示，第二驱动电机40进行驱动，其旋转通过传动机构传递到第二臂41，使得前臂部4进行起落动作。由此手腕部5进行平移。另外，第二从动带轮47与第三从动带轮49之间距离较近，位置关系也不变化，因此它们之间的传递并不限于传动带机构，也可以由齿轮机构来代替。
[0031] 根据本实施方式，上述传动机构实现以下情况：作为用于使纵列连结在第一平行连杆机构上的第二平行连杆机构进行动作的电机40，并不是将其配置在连结第一、第二平行连杆机构的连结基座8上，而是与用于使第一平行连杆机构进行动作的电机30一起配置在支柱部2上。从而，可以使连结基座8以及第一平行杆机构轻量化，并且不管电机30是否高扭矩化，都可以实现第一平行杆机构的动作高速化。并且由于可以将作为重物的电机40配置在支柱部2上，因此通过降低转矩也可以实现支柱部2的上部22的轴旋转(RA1)的高速化。
[0032] 另外，根据本实施方式，将第二驱动电机40的旋转传递到第二平行连杆机构的第二臂41的传动机构所具备的带轮44、46，与第一平行连杆机构的第一臂31的前后旋转轴同轴，并可自由旋转地被轴支撑，从而可以不影响第一平行连杆机构的第一臂31的起落动作地将设置在固定基座7上的电机40的旋转传递到第二臂41，并且第二平行连杆机构也不会受第一平行连杆机构的第一臂31的起落动作的影响。
[0033] (变形例1)
[0034] 在以上的说明中，第二平行连杆机构的第二臂41的后端部被轴支撑在与第一平行连杆机构的第一连杆33的前端部不同的位置。同样地，第二平行连杆机构的第二连杆43的后端部被轴支撑在与第一平行连杆机构的第一臂31的前端部不同的位置。但是，也可以将第二平行连杆机构的第二臂41的后端部轴支撑在与第一平行连杆机构的第一连杆33的前端部相同的位置，将第二平行连杆机构的第二连杆43的后端部轴支撑在与第一平行连杆机构的第一臂31的前端部相同的位置。换而言之，第二平行连杆机构的第二臂41的后端部也可以与第一平行连杆机构的第一连杆33的前端部共用旋转轴，第二平行连杆机构的第二连杆43的后端部也可以与第一平行连杆机构的第一臂31的前端部共用旋转轴。在该情况下，不需要平带48以及第三从动带轮49。第二臂41的后端部固接在第二从动带轮47上。或者，也不需要第二从动带轮47，第二臂41的后端部固接在第一从动带轮46上。
[0035] (变形例2)
[0036] 在以上说明中，第一平行连杆机构的第一臂31的前端支轴、第一连杆33的前端支轴、第二平行连杆机构的第二臂41的后端支轴以及第二连杆43的后端支轴，以成为矩形的4个角的位置关系的方式配置在连接底座8上，但并不限定于此。如图6所示，第一平行连杆机构的第一臂31的前端支轴、第一连杆33的前端支轴、第二平行连杆机构的第二臂41的后端支轴以及第二连杆43的后端支轴，也可以以成为梯形的4个角的位置关系的方式配置在连结基座8上。作为该梯形典型地为等腰梯形，但也可以是不等腰梯形或者直角梯形。而且，优选地，将连结第一臂31的前端支轴与第二连杆43的后端支轴的下边配置为，比连结第一连杆33的前端支轴与第二臂41的后端支轴的上边更长，但并不限于此，也可以将下边配置为比上边短。
[0037] 另外，如图7所示，也可以将第二平行连杆机构的第二臂41的后端部与第一平行连杆机构的第一连杆33的前端部轴支撑在连结基座8的不同位置处，另一方面，对于第二平行连杆机构的第二连杆43的后端部，与第一平行连杆机构的第一臂31的前端部共用旋转轴。另外，也可以将第一平行连杆机构的第一臂31的前端部与第二平行连杆机构的第二连杆43的后端部轴支撑在连结基座8的不同位置处，对于第二平行连杆机构的第二臂41的后端部，与第一平行连杆机构的第一连杆33的前端部共用旋转轴。
[0038] (变形例3)
[0039] 在以上的说明中，构成传动机构的驱动带轮44与第一从动带轮46，分别相对于第一平行连杆机构的第一连杆33的后端部的旋转轴与前端部的旋转轴而同轴地设置。但是，如图8所示，也可以将构成传动机构的驱动带轮44与第一从动带轮46，分别相对于第一连杆机构的第一连杆33的后端部的旋转轴与前端部的旋转轴而非同轴地设置在不同的位置。在该情况下，连结驱动带轮44的旋转轴与第一从动带轮46的旋转轴的线，与臂31以及连杆33的中心线平行，在驱动带轮44的旋转轴和第一从动带轮46的旋转轴之间的距离与臂31以及连杆33的旋转轴之间的距离相等的位置处，轴支撑驱动带轮44和第一从动带轮46。
[0040] 对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式仅为例示,并不意图限定发明的范围。这些实施方式可以采用其他各种方式来实施，在不脱离发明的要旨范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形如果包含在发明的范围或要旨内，则同样也包含在
权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。
[0041] 符号说明
[0042] 1…基台、2…支柱部、21…下部、22…上部、3…上臂部、30…第一驱动电机、31…第一臂、33…第一连杆、34…驱动齿轮、4…前臂部、40…第二驱动电机、41…第二臂、43…第二连杆、44…驱动带轮、45…平带、46…第一从动带轮、47…第二从动带轮、48…平带、49…第三从动带轮、5...手腕部、6…安装部、7…固定基座、8…连结基座、9…可动基座。
