專利名稱：機器人的制作方法
技術領域：
這里所討論的實施方式致力于機器人。
背景技術：
目前，在工業應用和服務應用中，所謂的多關節機器人的應用正在擴展，并且提出了通過利用機器人使高載荷和高成本的手動操作自動化的各種系統。將來，為了響應于機器人應用的進一步擴展使常規手動執行的操作自動化，期望提供一種更便宜并且具備足夠適當性能的機器人。例如，日本專利特開公報No. 2006-055936公開了一種通過使用成本較低并且重 量輕的纖維增強樹脂代替普通鑄造材料作為結構材料，來降低機器人的重量，以低成本構造機器人的技術。但是，當如在上述常規技術中那樣使用纖維增強樹脂作為結構材料時，認為由于例如根據纖維方向等的、來自機器人的熱造成的變形，所以根據使用用途無法獲得充分的性能。因此，對于提供更便宜并且具有足夠適當性能的機器人仍然存在強需求。實施方式的一個方面的目的是獲得在維持適當性能的同時可以以更低成本提供的機器人。
發明內容
根據實施方式的一個方面的機器人包括基臺、第一結構、第二結構和第三結構。第一結構連接至基臺，能夠繞第一軸線旋轉。第二結構連接至第一結構，能夠繞與第一軸線正交的第二軸線旋轉。第三結構連接至第二結構，能夠繞與第二軸線平行的第三軸線旋轉。通過使用具有相同形狀的鑄造材料來形成第一結構和第三結構。如這里使用的，“正交”不限于數學意義，所以意味著允許合理誤差。根據該實施方式的一個方面，可以提供在維持必要性能的同時，可以以更低成本提供的機器人。
由于以下詳細描述與附圖關聯考慮時參照以下詳細描述可以更好地進行理解，所以將更容易地獲得本發明的更完整的理解及其許多伴隨優點，在附圖中圖I是示出了根據實施方式的機器人系統的整體構造的示意圖；圖2是示意性地示出了根據實施方式的機器人的外觀構造的立體圖；圖3、圖4和圖6是用于說明根據實施方式的機器人的部分構造的示意性截面圖；以及圖5是示出了去除了根據實施方式的機器人的覆蓋物的狀態的示意性立體圖。
具體實施方式
此后，解釋實施方式。如圖I所示，根據該實施方式的機器人系統100包括機器人101和控制器102。機器人101從安裝面103 (基端)到機器人101的頂端按順序包括基臺10、第一結構11、第二結構12、第三結構13、第四結構14、第五結構15和第六結構16,作為結構。在基臺10的下部，連接有用于連接電纜104的電纜連接器104a，并且電纜104連接至控制器102和未示出的電源。在本實施方式中，為了以更低成本進行構造，通用計算機用作控制器102，并且基于來自控制器102的指令，控制在機器人101上安裝的后面要描述的各致動器的操作。控制器102不限于通用計算機，并且當然可以使用其他計算裝置，如專用機器人控制器和伺服控制器。對結構10-16的連接構造和各個結構10-16的可移動構造進行說明。如圖I和圖2所示，基臺10利用未示出的錨栓固定于安裝面103。第一結構11連接至基臺10，能夠繞與安裝面103大致垂直的第一軸線Al旋轉。如圖3所示，第二結構12包括主結構部12a、輔助結構部12b和連接部12c。主結構部12a和輔助結構部12b之間設置有間隔。主結構部12a和輔助結構部12b分別在基端側連接至第一結構11，能夠繞與第一軸線Al正交的第二軸線A2旋轉。連接部12c在兩端連接至主結構部12a和輔助結構部12b。第三結構13設置在主結構部12a和輔助結構部12b的頂端側上，以夾在主結構部12a和輔助結構部12b之間。第三結構13連接至主結構部12a和輔助結構部12b中的每一個，能夠繞與第二軸線A2平行的第三軸線A3旋轉。第四結構14包括第四結構基部14a、第一結構部14b和第二結構部14c。第一結構部14b和第二結構部14c的各基端側連接至第四結構基部14a,以夾著第四結構基部14a。第五結構15設置在第一結構部14b和第二結構部14c的頂端側上，以夾在第一結構部14b和第二結構部14c之間。第五結構15連接至第一結構部14b和第二結構部14c中的每一個，能夠繞與第四軸線M正交的第五軸線A5旋轉。第六結構16連接至第五結構15,能夠繞與第五軸線A5正交的第六軸線A6旋轉。第六結構16設置有未示出的嚙合部，并且各種端部執行器(如，夾持器和焊炬(torch))可以經由嚙合部附接。如這里使用的，“正交”不限于數學意義，所以意味著允許合理誤差。詳細說明結構10-16的各構造。如圖3所示，基臺10由如金屬的鑄造材料一體成型，并且在基臺10中形成有能夠容納電纜束104b的中空部10a。在基臺10的頂端側上形成以圓筒形突出的第一圓筒部10b。在第一圓筒部IOb的內側上，形成有與第一圓筒部IOb同心的第二圓筒部10c。諧波傳動機51的軸承部件嵌合在第一圓筒部IOb和第二圓筒部IOc 二者的內壁中。而且，如圖3和圖4所示，第一結構11是金屬鑄造材料，并且在第一結構11中形成有能夠容納未示出的配線電纜和致動器31的空間llj。致動器31由例如設置在空間Ilj中的伺服電動機構成，并且其輸出軸31a與齒輪 54嚙合。齒輪54的軸54a沿第一軸線Al延伸，并且連接至諧波傳動機51的輸入部。
換句話說，通過以旋轉的方式驅動致動器31，第一結構11經由諧波傳動機51相對于基臺10繞第一軸線Al旋轉。更詳細地說明第一結構11的形狀。第一結構11包括具有金屬厚度L的一側壁部Ila和面對該一側壁部Ila的具有金屬厚度I (L > I)的另一側壁部lib。而且，第一結構11包括具有金屬厚度H的底部Ilc和具有金屬厚度h(H > h)的頂部lld，底部Ilc與所述一側壁部Ila和所述另一側壁部11b，而頂部Ild面對底部Ilc并且與所述一側壁部IIa和所述另一側壁部Ilb連續。如上所述，在所述一側壁部Ila和所述另一側壁部Ilb之間形成有能夠容納電纜束104b、致動器31等的空間llj。
而且，在底部Ilc中設置有可以插入齒輪54的軸54a的孔lie，并且諧波傳動機51的軸承部件嵌合到該孔Ile中。齒輪54和軸54a是中空的，并且電纜束104b通過這些中空從基臺10的中空部IOa布線到第一結構11的空間llj。在所述一側壁部Ila的外側(空間Ilj的相對側)上形成被切成圓筒形的切口部(cutout portion) Ilf0具有同心圓筒形的圓筒部Ilg突出在切口部Ilf的圓筒形的內側上。諧波傳動機57的軸承部件分別嵌合到切口部11f和圓筒部11g的內壁中。諧波傳動機57的輸出部和第二結構12的主結構部12a由多個螺栓62接合。在主結構部12a中設置有可以插入滑輪60的軸60a的孔63，并且軸60a連接至諧波傳動機57的輸入部。在另一側壁部Ilb中，形成變薄的凹部lli，并且形成軸承孔llh，該軸承孔Ilh從凹部Ili突出為圓筒形，并且通過該軸承孔llh，空間Ilj與外部連通。軸承部件55附接到軸承孔Ilh的外側，并且具有環(圓筒)形的金屬厚度輔助部件56附接到軸承部件55的外側。第二結構12的輔助結構部12b接合到厚度輔助部件56。更具體地，環形切口部56a設置在厚度輔助部件56中，并且在輔助結構部12b中設置有用于與切口部56a的形狀相對應地進行連接的連接孔64。切口部56a嵌合到連接孔64中，并且粘合劑施加在切口部56a和連接孔64之間。換句話說，切口部56a和連接孔64在沒有焊接的情況下彼此粘結。因此，通過以旋轉的方式驅動致動器32，主結構部12a和輔助結構部12b經由諧波傳動機57相對于第一結構11繞第二軸線A2旋轉。第二結構12的主結構部12a由作為標準產品的鋼板(本實施方式中的軋制鋼板)形成，并且在板厚度上具有厚度(厚度長度)D。另一方面，輔助結構部12b也是以與主結構部12a類似的方式作為標準產品的軋制鋼板，但是，在板厚度方向上具有長度d(D > d)。主結構部12a和輔助結構部12b設置為從第一結構11平行延伸到第三結構13，并且在主結構部12a和輔助結構部12b之間存在間隙SI。如圖5所示，多個覆蓋物臺座121附接到主結構部12a和輔助結構部12b的外表面(間隙SI的相對側上的表面)，并且樹脂覆蓋物Cl和C2分別附接到主結構部12a和輔助結構部12b的覆蓋物臺座121。在主結構部12a和輔助結構部12b之間，在基端側和頂端側上分別設置有由鋼管等形成的梁部件(梁部件65和66)，作為結構增強部件。在主結構部12a中設置有內部可以插入有致動器32的孔67，并且在孔67的遠端設置有內部可以插入有致動器33的孔68。孔67和68都設置在梁部件65的遠端并且梁部件66的近端。如圖5所示，致動器32嵌合到主結構部12a的孔67中，并且通過螺栓32b固定于主結構部12a。滑輪69附接在致動器32的輸出軸32a的頂端附近。致動器33嵌合到主結構部12a的孔68中，并且通過螺栓33b固定于主結構部12a。滑輪70附接在致動器33的輸出軸33a的頂端附近。滑輪69和滑輪60通過帶BI連接，以能夠傳遞力矩，并且致動器32的驅動力可以經由帶BI傳遞到滑輪60。滑輪70和滑輪73通過帶B2連接，以能夠傳遞力矩，并且致動器33的驅動力可以經由帶B2被傳遞到滑輪73。在輔助結構部12b中設置有電纜連通孔71和72，電纜束104b等可以通過電纜連通孔71和72進行連通。兩個電纜連通孔71和72都設置在梁部件65的遠端并且梁部件66的近端。 覆蓋梁部件65和66以及致動器32和33的樹脂覆蓋物C3附接到間隙SI，以使致動器32和33與外部大致隔離。第三結構13是由熔融金屬的鑄造材料一體成型，以具有與第一結構11相同形狀。但是，第三結構13相對于第一結構11上下顛倒地附接。換句話說，以與第一結構11類似的方式，第三結構13包括能夠容納電纜束104b和致動器的空間13j。而且，第三結構13包括具有金屬厚度L的一側壁部13a和面對該一側壁部13a的具有金屬厚度I (L> I)的另一側壁部13b。而且，第三結構13包括具有金屬厚度H的底部13c和具有金屬厚度h(H > h)的頂部13d，底部13c與所述一側壁部13a和所述另一側壁部13b連續，而頂部13d面對底部13c并且與所述一側壁部13a和所述另一側壁部13b連續。在所述一側壁部13a的外側(空間13j的相對側)上形成被切成圓筒形的切口部13f。具有圓筒形的圓筒部13g(其中心軸線與切口部13f相同)突出在切口部13f的圓筒形的內側上。諧波傳動機74的軸承部件分別嵌合到切口部13f和圓筒部13g的內壁中。第二結構12的主結構部12a通過多個螺栓78接合到諧波傳動機74的輸出部。在主結構部12a中設置有內部可以插入有滑輪73的軸73a的孔79，并且軸73a連接至諧波傳動機74的輸入部。因此，通過以旋轉的方式驅動致動器33，第三結構13經由諧波傳動機74相對于主結構部12a和輔助結構部12b，繞第三軸線A3旋轉。在所述另一側壁部13b中，形成變薄的凹部13i，并且形成軸承孔13h，該軸承孔13h從凹部13i突出為圓筒形，并且通過該軸承孔13h，空間13 j與外部連通。軸承部件80附接到軸承孔13h的外側，并且具有環(圓筒)形的金屬厚度輔助部件81附接到軸承部件80的外側。環形切口部81a設置在厚度輔助部件81中，并且在輔助結構部12b中設置有用于與切口部81a的形狀相對應地進行連接的連接孔82。切口部81a嵌合到連接孔82中，并且粘合劑施加在切口部81a和連接孔82之間，使得切口部81a和連接孔82在沒有焊接的情況下，彼此粘結。
而且，在底部13c中設置有孔13e，通過該孔13e可以插入齒輪83的軸83a，并且諧波傳動機84的軸承部件嵌合到該孔13e中。致動器34由例如設置在空間13j中的伺服電動機組成，并且其輸出軸34a與齒輪83嚙合。如圖6所示，第四結構14包括由金屬鑄造材料形成的第四結構基部14a，以及通過多個螺栓85接合到第四結構基部14a的第一結構部14b和第二結構部14c。在第四結構基部14a中形成有能夠容納電纜束104b的空間14d和被切成圓筒形的圓筒部14e，并且諧波傳動機84的軸承部件嵌合到圓筒部14e的內壁側中。齒輪83和軸83a是中空的，并且電纜束104b通過中空部從空間13j布線到第四結構基部14a的空間14d。因此，通過以旋轉的方式驅動致動器34，第四結構14經由諧波傳動機84相對于第三結構13繞第四軸線A4旋轉。第一結構部14b和第二結構部14c由作為具有相同板厚度的標準產品的軋制鋼板形成，并且其板厚度(厚度長度)設置為小于第二結構12的主結構部12a的板厚度D。第一結構部14b和第二結構部14c設置為從第四結構基部14a平行延伸至第五結構15，并且在第一結構部14b和第二結構部14c之間存在間隙S2。如圖5所示，多個覆蓋物臺座121附接到第一結構部14b和第二結構部14c的外表面(間隙S2的相對側上的表面)，并且樹脂覆蓋物C4和C5分別附接到第一結構部14b和第二結構部14c的覆蓋物臺座121。在第一結構部14b和第二結構部14c之間設置有由鋼管等形成的梁部件86，作為結構增強部件。在第二結構部14c中設置孔93，電纜束104b可以通過該孔93連通。覆蓋梁部件86以及致動器35的樹脂覆蓋物C6附接到間隙S2，以使致動器35與外部大致隔離。在第一結構部14b中設置有內部可以插入有致動器35的輸出軸35a的孔87。致動器35嵌合到第一結構部14b的孔87中，并且滑輪88附接到輸出軸35a的頂端。而且，在孔87的遠端設置有內部可以插入有滑輪89的軸89a的孔90。滑輪88和滑輪89通過帶B3連接，以能夠傳遞力矩，并且致動器35的驅動力可以經由帶83傳遞到滑輪89。第五結構15由金屬鑄造材料形成，并且形成為比第一結構11和第三結構13更小且更輕。以與第一結構11和第三結構13類似的方式，第五結構15包括能夠容納電纜束104b和致動器的空間15j。第五結構15包括一側壁部15a、面對該一側壁部15a的另一側壁部15b、與所述一側壁部15a和所述另一側壁部15b連續的頂部15d、以及底部15c，該底部15c面對頂部 15d并且與所述一側壁部15a和所述另一側壁部15b連續。致動器36設置在空間15j中。在頂部15d中設置孔15e，通過該孔15e，可以插入致動器36的輸出軸36a，并且具有圓筒形的圓筒部15k形成在頂部15d的外側(空間15j的相對側)上。諧波傳動機92的軸承部件分別嵌合到孔15e和圓筒部15k中。諧波傳動機92的輸出側連接至第六結構(凸緣)16，以一體地旋轉。在一側壁部15a的外側(空間15j的相對側)上形成有被切成圓筒形的切口部15f。具有同心圓筒形的圓筒部15g突出在切口部15f的圓筒形的內側上。諧波傳動機92的軸承部件分別嵌合到切口部15f和圓筒部15g的內壁中，諧波傳動機92的輸入部連接至滑輪89的軸89a，并且諧波傳動機92的輸出側通過多個螺栓94連接至第一結構部14b。換句話說，通過以旋轉的方式驅動致動器35，第五結構15經由諧波傳動機92相對于第四結構14繞第五軸線A5旋轉。 而且，通過以旋轉的方式驅動致動器36，第六結構16經由諧波傳動機92相對于第五結構15繞第六軸線A6旋轉。第六結構16由鋼等形成，以具有圓盤形，并且在頂端側的表面上形成有能夠附接端部執行器(如，機器人手部)的嚙合部(未示出)。如上構造根據本實施方式的機器人101，并且通過使用具有相同形狀的鑄造材料，形成第一結構11和第三結構13。因此，可以減少定制部件的個數，并且通過使部件標準化，通過具有相同形狀的鑄造材料的大規模生產可以降低成本。而且，在根據本實施方式的機器人101中，比較長的第二結構12的主結構部12a和輔助結構部12b以及第四結構14的第一結構部14b和第二結構部14c通過使用可以以低價格獲得的標準化的鋼板來形成。因此，通過顯著減少如鑄造材料的定制部件的個數，可以期望明顯降低成本的效果。當標準化的鋼板用作結構部件時，無法獲得當使用各具有優化形狀的定制部件時所獲得的優點，如，根據假設應力(具體地，扭曲方向等)提供肋或厚部。關于這一點，在本實施方式中，具有較大厚度的主結構部12a和比主結構部12a更薄且更輕的輔助結構部12b平行設置進行使用，使得可以減小結構部件的重量，并且可以提高結構部件沿扭曲方向的剛性。而且，在本實施方式中，比較重的致動器32和致動器33彼此相鄰設置在主結構部12a和輔助結構部12b之間的間隙中，并且僅由主結構部12a支撐。因此，可以選擇具有較小厚度的輔助結構部12b，以能夠進一步減小重量。另一方面，在本實施方式中，輔助結構部12b的厚度被設置為小。因此，就軸承部件55和輔助結構部12b之間的嚙合裕度不足而言，厚度輔助部件56粘結到輔助結構部12b，使得可以確保軸承部件55和輔助結構部12b之間的足夠嚙合裕度。而且，在本實施方式中，因為輔助結構部12b和厚度輔助部件56在沒有焊接或使用螺栓等的情況下僅利用粘合劑進行粘結，所以縮短了用于接合輔助結構部12b和厚度輔助部件56所需要的工時。而且，因為未產生由于焊接熱造成的變形或殘余應力，所以即使當將輔助結構部12b的厚度設置為較小時，也可以精確地加工輔助結構部12b。這樣，存在的優點在于可以形成低成本且高精度的結構(只要機器人101所需要的載荷容量在不超過粘合劑的粘結強度的范圍中)。例如，在本實施方式中，第一結構和第三結構由具有相同形狀的鑄造材料形成，但是，除了第一結構和第三結構之外，第五結構也可以通過使用具有相同形狀的鑄造材料來形成。此時，在使用公共模具的同時，越靠近頂端側的結構可以通過使用具有比越靠近基端側的結構的比重小的比重的材料來形成。例如，第一結構和第三結構可以使用具有相同形狀的模具來造型，第一結構可以通過使用具有較高剛性的材料來形成，而第三結構可以通過使用具有與第一結構相比剛性小并且輕的材料來形成。而且，在本實施方式中，主結構部和輔助結構部(它們是具有不同厚度的軋制鋼板材料)被設置為第二結構，但是，主結構部和輔助結構部可以由具有相同厚度的軋制鋼板材料形成。
而且，作為鋼板材料，可以使用如鋼、鋁和不銹鋼等的各種金屬鋼板。
權利要求
1.一種機器人,其包括 基臺; 第一結構，其連接至所述基臺，能夠繞第一軸線旋轉； 第二結構，其連接至所述第一結構，能夠繞與所述第一軸線正交的第二軸線旋轉；以及 第三結構，其連接至所述第二結構，能夠繞與所述第二軸線平行的第三軸線旋轉， 其中， 所述第一結構和所述第三結構是使用相同形狀的鋳造材料形成的。
2.根據權利要求I所述的機器人，其中， 所述第一結構和所述第三結構各包括 ー側壁部， 另ー側壁部，其厚度小于所述一側壁部的厚度， 空間，其形成在所述ー側壁部和所述另ー側壁部之間， 切ロ部，其在所述ー側壁部中形成為圓筒形，以及 軸承孔，其在所述另ー側壁部中形成為圓筒形，并且與所述空間連通。
3.根據權利要求I所述的機器人，其中， 所述第二結構包括 主結構部，其由鋼板形成，并且在基端被支撐為能夠繞所述第二軸線旋轉，而在頂端被支撐為能夠繞所述第三軸線旋轉，以及 輔助結構部，其由板厚度小于所述主結構部的板厚度的鋼板形成，被設置為與所述主結構部具有間隙，并且在基端被支撐為能夠繞所述第二軸線旋轉，而在頂端被支撐為能夠繞所述第三軸線旋轉。
4.根據權利要求2所述的機器人，其中， 所述第二結構包括 主結構部，其由鋼板形成，并且在基端被支撐為能夠繞所述第二軸線旋轉，而在頂端被支撐為能夠繞所述第三軸線旋轉，以及 輔助結構部，其由板厚度小于所述主結構部的板厚度的鋼板形成，被設置為與所述主結構部具有間隙，并且在基端被支撐為能夠繞所述第二軸線旋轉，而在頂端被支撐為能夠繞所述第三軸線旋轉。
5.根據權利要求3所述的機器人，該機器人還包括至少ー個致動器，該至少一個致動器的輸出軸貫穿所述主結構部并由所述主結構部支撐，該至少ー個致動器設置在所述主結構部和所述輔助結構部之間的所述間隙中。
6.根據權利要求5所述的機器人，其中， 在所述主結構部和所述輔助結構部之間的所述間隙中設置有第二軸線致動器和第三軸線致動器，作為所述致動器，并且所述機器人還包括 第二軸線動カ傳輸機構，其能夠執行所述第二軸線致動器的貫穿所述主結構部的輸出軸和所述第一結構之間的動力傳輸，以及 第三軸線動カ傳輸機構，其能夠執行所述第三軸線致動器的貫穿所述主結構部的輸出軸和所述第三結構之間的動力傳輸。
7.根據權利要求3所述的機器人，該機器人還包括 軸承部件，其可旋轉地支撐所述輔助結構部和所述第一結構；以及厚度輔助部件，其夾在所述軸承部件和所述輔助結構部之間，并且補償所述輔助結構部在板厚方向上的長度。
8.根據權利要求3所述的機器人，該機器人還包括 軸承部件，其可旋轉地支撐所述輔助結構部和所述第三結構；以及厚度輔助部件，其夾在所述軸承部件和所述輔助結構部之間，并且補償所述輔助結構部在板厚方向上的長度。
9.根據權利要求7所述的機器人，其中， 在所述輔助結構部中形成有用于連接所述軸承部件的連接孔， 所述厚度輔助部件包括與所述連接孔匹配的切ロ部，并且 所述輔助結構部的所述連接孔和所述厚度輔助部件的所述切ロ部利用粘合劑粘結。
10.根據權利要求I所述的機器人，該機器人還包括 第四結構，其連接至所述第三結構，能夠繞與所述第三軸線正交的第四軸線旋轉； 第五結構，其連接至所述第四結構，能夠繞與所述第四軸線正交的第五軸線旋轉；以及 第六結構，其連接至所述第五結構，能夠繞與所述第五軸線正交的第六軸線旋轉。
全文摘要
本發明涉及機器人。根據實施方式的機器人包括基臺、第一結構、第二結構和第三結構。第一結構連接至基臺，能夠繞第一軸線旋轉。第二結構連接至第一結構，能夠繞與第一軸線正交的第二軸線旋轉。第三結構連接至第二結構，能夠繞與第二軸線平行的第三軸線旋轉。通過使用具有相同形狀的鑄造材料來形成第一結構和第三結構。
文檔編號B25J18/04GK102626931SQ201210001138
公開日2012年8月8日 申請日期2012年1月4日 優先權日2011年2月4日
發明者岡久學, 林祐介, 米原敬祐 申請人:株式會社安川電機