CN110234474A - 机器人手臂的线束连接结构、以及多关节焊接机器人 - Google Patents

Abstract

线束连接结构具备：第一臂(35)；第二臂(37)，其基端侧经由臂关节部(49)而以能够旋转的方式与第一臂(35)连结；以及线束(55)，其从第一臂(35)的前端部延伸设置，且在臂关节部(49)被导入臂内部。第一臂(35)的前端部具有保持线束(55)的长度方向一侧的线束保持部。臂关节部(49)具有将线束(55)的长度方向另一侧固定在臂关节部(49)内的线束固定部(59)，线束固定部(59)以使线束(55)从第二臂(37)的长轴朝向第一臂(35)的前端部侧倾斜的方式配置。

Description

机器人手臂的线束连接结构、以及多关节焊接机器人

技术领域

本发明涉及机器人手臂的线束连接结构、以及多关节焊接机器人。

背景技术

已知一种通过多关节机器人将电弧焊接用的焊炬支承为移动自如的多关节焊接机器人(参照专利文献1、2)。该多关节焊接机器人构成为，通过经由驱动轴将多个臂连结的多关节机器人来使安装在臂前端部的焊炬以任意姿势向空间坐标的任意位置移动。例如，在为六轴机器人的情况下，使用包括由回旋部(第一驱动轴)、下部臂(第二驱动轴)以及上部臂(第三驱动轴)构成的基本三个轴的、至少具有六自由度的多关节机器人的各轴，使焊炬的前端沿着预先设定的焊接线移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5715198号公报

专利文献2：日本专利第4142304号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，多关节机器人的臂彼此将捆束臂驱动用的马达的电源线、信号线等各种线缆类的线束在关节部附近的臂外侧以从一方的臂朝向另一方的臂的方式配设。对于这样的多关节机器人的各臂，可动范围越宽则焊炬姿势的自由度提高，因此除了从机器人的原点姿势的正向旋转方向上的可动范围，将反向旋转方向上的可动范围也设计得较宽。

然而，在将臂向反向旋转方向驱动的情况下，有时与臂连接的线束的弯曲半径在局部成为小于线束的允许弯曲半径的弯曲半径。另外，有时由扭转而产生的外力会施加于线束，或线束被臂彼此夹住。因此，将臂外侧的线束导入臂内的开口部不得不以远离将臂彼此连结的臂关节部的方式配置。然而，在臂关节部内置有臂驱动用的马达的情况下，无法将开口部设置在配置有基于马达的驱动构件等的部位，需要将开口部配置在不受马达驱动的影响的固定部位。因此，为了确保开口部的配置空间，使臂关节部延伸到远离从马达的配置位置偏离的关节中心的位置。其结果是，臂关节部大型化，臂关节部的重量增大，从而成为驱动时的振动的产生原因。例如，在为六轴机器人的情况下，在将下部臂与上部臂连结的臂关节部收容有驱动上部臂的第三驱动轴旋转的马达、以及驱动手腕回旋用的第四驱动轴旋转的马达。在该情况下，由于线束的走线而无法避免臂关节部的大型化。

因此，本发明的目的在于提供一种能够在不产生线束的弯曲半径的缩小、臂彼此干涉的情况下减小臂关节部的机器人手臂的线束连接结构、以及多关节焊接机器人。

用于解决课题的方案

本发明的一个方式是一种机器人手臂的线束连接结构，其中，具备：第一臂；第二臂，其基端侧经由臂关节部以能够旋转的方式与所述第一臂的前端部连结；以及线束，其从所述第一臂的所述前端部延伸设置，且在所述第二臂的所述臂关节部被导入臂内部，所述第一臂的所述前端部具有保持所述线束的长度方向一侧的线束保持部，所述臂关节部具有将所述线束的长度方向另一侧固定在所述臂关节部内的线束固定部，所述线束固定部以使所述线束从所述第二臂的长轴朝向所述第一臂的前端部侧倾斜的方式配置。

根据该机器人手臂的线束连接结构，线束在臂关节部以从第二臂的长轴朝向第一臂的前端侧倾斜的方式被固定，因此能够在驱动第一臂、第二臂时，防止线束以较小的曲率半径弯曲的情况、或线束被臂彼此夹住从而施加有较大的剪切力的情况。另外，使线束向臂关节部内的导入位置更接近连结臂彼此的关节轴。由此，能够在第二臂的长度方向上缩短臂关节部，从而实现臂关节部的轻量化，进而抑制臂驱动时的振动的产生。

另外，优选的是，所述线束因所述线束固定部而倾斜所产生的弯曲为所述线束的允许弯曲半径以上，所述第一臂的前端部配置在相对于所述线束的弯曲内侧表面的曲率半径的圆弧线的径向内侧。

根据该机器人手臂的线束连接结构，无论上部臂为何种姿势，都能够防止线束由于弯曲而产生的损伤。另外，即使在线束弯曲到允许弯曲半径的情况下，也能够避免线束与下部臂的前端部的干涉。

另外，优选的是，所述第一臂具有第一止动部，所述第二臂具有：第二止动部，其在所述第二臂的旋转方向前方与所述第一止动部抵接；以及开口部，其将从所述第一臂的所述前端部延伸设置的所述线束导入所述臂关节部内，所述第二止动部配置于比所述开口部更靠所述旋转方向前方的位置。

根据该机器人手臂的线束连接结构，能够在驱动臂时，防止线束被夹在第一止动件与第二止动件之间的情况。

另外，优选的是，所述线束内插有与驱动所述第二臂旋转的马达连接的导电线。

根据该机器人手臂的线束连接结构，能够将与马达连接的信号线、电源线等导电线以不会以较小的曲率半径弯曲的方式收容在线束内，从而能够长时间可靠地保护导电线。

另外，本发明的一个方式是具有上述的机器人手臂的线束连接结构的多关节焊接机器人。

根据该多关节焊接机器人，能够使臂关节部轻量化，并抑制振动的产生，因此能够进行高精度的焊接。

另外，可以的是，在上述多关节焊接机器人中，具备：回旋部，其以能够绕沿着铅垂方向的第一驱动轴回旋的方式设置在基座上；所述第一臂，其基端部经由沿着水平方向的第二驱动轴而与所述回旋部连结；以及所述第二臂，其以能够绕与所述第二驱动轴平行的第三驱动轴旋转的方式与所述第一臂的前端部连结。

根据该多关节焊接机器人，能够使具有容易产生惯性力的第三驱动轴的第二臂的臂关节部小型轻量化，并抑制由马达驱动引起的末端执行器侧的振动产生。

发明效果

根据本发明，能够在不产生线束的弯曲半径的缩小、臂彼此的干涉的情况下减小臂关节部。

附图说明

图1是焊接系统的整体结构图。

图2是示出多关节焊接机器人的一例的外观立体图。

图3是示意性示出图2所示的多关节焊接机器人的驱动轴的说明图。

图4是将下部臂与上部臂连结的臂关节部的放大立体图。

图5是图4的臂关节部的俯视图。

图6是示出将上部臂从焊接机器人的原点姿势向反向旋转方向驱动的情形的立体图。

图7是从图6的V1方向观察到的下部臂以及上部臂的立体图。

图8是示出上部臂相对于下部臂的各旋转位置处的线束固定部的开口部的位置关系的说明图。

图9是作为参考例而示出的从图8的V2方向观察到的下部臂与上部臂的示意性的仰视图。

图10是本结构的线束连接结构中的从图8的V2方向观察到的下部臂与上部臂的示意性的仰视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是焊接系统的整体结构图。

焊接系统100具备多关节焊接机器人11、控制装置13、焊接电源15、以及示教控制器17。在多关节焊接机器人(以下，简称作焊接机器人)11的前端轴连接有末端执行器19。本结构的末端执行器19是具有焊炬21的焊炬支承部23。另外，作为末端执行器19，除了焊炬支承部23之外，也可以采用使焊炬进行摆动动作的双轴摆动器、切断机等其他工具。

控制装置13根据从示教控制器17输入的示教数据驱动焊接机器人11。该控制装置13是计算机装置，其CPU读入并执行存储于ROM、RAM以及硬盘等存储部的程序，从而进行焊接系统100的各部的控制。

通过未图示的焊丝进给装置将药芯焊丝、实心焊丝等作为消耗式电极的焊丝20从焊丝桶14抽出从而向焊炬21的前端供给。焊接电源15通过电源线缆16而与焊炬21、以及工件W连接。根据来自控制装置13的指令，通过配设在焊接机器人11内的电缆而将焊接电流供给至焊炬21。另外，向焊炬21供给保护气体，对焊接时的大气的卷入进行保护。另外，也向焊炬21供给焊炬冷却用的冷却水。

控制装置13驱动焊接机器人11，从而使焊炬21向焊接位置移动。另外，控制装置13向焊丝20的前端与工件W之间供给来自焊接电源15的焊接电流，在形成保护气体环境的焊炬21的前端的焊丝20与工件W之间产生电弧。然后，在产生电弧的同时，焊接机器人11驱动焊炬21沿着预先示教的轨迹移动。由此，焊接工件W。

接下来，对焊接系统100的焊接机器人11的结构进行更详细地说明。

图2是示出焊接机器人的一例的外观立体图，图3是示意性示出图2所示的焊接机器人的驱动轴的说明图。

这里示出的焊接机器人11是通常的具有6个驱动轴的六轴机器人。对于焊接机器人11，除了这里例示的六轴机器人以外，例如也可以是七轴机器人、其他结构的多轴机器人。

焊接机器人11具备：基座31；回旋部33，其在基座31上设置为能够绕沿铅垂方向的第一驱动轴S1回旋；以及下部臂(第一臂)35，其一端部经由沿水平方向的第二驱动轴S2而与回旋部33连结，且绕第二驱动轴S2旋转自如。并且，焊接机器人11具备：上部臂(第二臂)37，其经由与第二驱动轴平行的第三驱动轴S3而与下部臂35的另一端部连接；手腕回旋部39，其设置于上部臂37，且通过第四驱动轴S4而能够绕臂轴线旋转；手腕弯曲部41，其经由第五驱动轴S5而与手腕回旋部39连接；以及手腕旋转部43，其以具有第6驱动轴S6的方式与手腕弯曲部41的前端连接。上述下部臂35、上部臂37以及手腕回旋部39、手腕弯曲部41、手腕旋转部43构成多关节臂。

在作为多关节臂的最前端轴的手腕旋转部43的第6驱动轴S6与焊炬21之间配置有前述的焊炬支承部23。

焊接机器人11的第一驱动轴S1～第6驱动轴S6分别被未图示的伺服马达等驱动马达驱动。上述驱动马达分别从控制装置13(参照图1)被输入驱动信号，从而控制各驱动轴的旋转角度。由此，焊炬21能够在X、Y、Z空间内以所希望的姿势进行定位。

图4是将下部臂35与上部臂37连结的臂关节部49的放大立体图，

图5是图4的臂关节部49的俯视图。

在固定在下部臂35的前端部51的、成为第三驱动轴S3的轴体(未图示)处支承有上部臂37的基端部53的臂关节部49。臂关节部49作为内置有S3马达(未图示)和S4马达的一个块体而构成，所述S3马达驱动上部臂37绕第三驱动轴S3，所述S4马达驱动上部臂37的前端侧绕第四驱动轴S4。即，上部臂37构成为具有基端侧的臂关节部49；以及旋转轴部45，其被臂关节部49支承为能够绕第四驱动轴S4旋转，且在前端部安装有手腕回旋部39。

在从下部臂35的前端部51到上部臂37的臂关节部49为止的臂外侧设置有线束55。线束55在下部臂35的前端部51从臂内侧向臂外侧导出，并在上部臂37的基端侧的臂关节部49从臂外侧向臂内部导入。对于该线束55，外表部由保护管构成，并在保护管内内插有朝向S3马达以及S4马达的信号线、电源线等各种导电线。需要说明的是，也可以将线束55配置在下部臂35的外侧，但无论是哪种情况，线束55都从下部臂35的前端部51朝向上部臂37延伸设置。

线束55的长度方向一侧沿着外侧面47配置，该外侧面47在下部臂35的前端部51的第三驱动轴S3的轴向上与配置有臂关节部49的一侧相反，且线束55的长度方向一侧被设置在下部臂35的前端部51的线束保持部57保持。线束保持部57可以如图示例那样是在下部臂35的壳体设置的开口，也可以是在下部臂35的外侧面47设置的捆束带等支承构件。线束保持部57将线束55在下部臂35的前端部51保持为能够沿下部臂35的长度方向抽出以及缩回。

线束55的长度方向另一侧被形成于臂关节部49的线束固定部59固定。线束固定部59具有朝向第三驱动轴S3的径向外侧突出的环状壁部61、以及覆盖环状壁部61的顶面的盖部63。在环状壁部61的、在第三驱动轴S3的轴向上为下部臂35侧的对置壁部65处形成有将线束55从臂外侧导入线束固定部59内的开口部67。在线束固定部59内，从开口部67被导入内部的线束55的前端被固定件69固定在安装面71。需要说明的是，盖部63通过未图示的螺钉等紧固构件固定在环状壁部61。

如图5所示，线束55从上部臂37的前端部朝向基端部53侧，以从上部臂37的长轴(第四驱动轴S4)倾斜倾斜角α的方式插入臂关节部49内。插入的线束55的前端以从长轴倾斜的姿势被固定在线束固定部59的安装面71。换言之，线束55从臂关节部49的开口部6插入，且配置为从上部臂37的长轴向下部臂35的前端部51侧倾斜倾斜角α。

图6是示出将上部臂37从焊接机器人11的原点姿势(在图中以虚线示出)向反向旋转方向驱动的情形的立体图，图7是从图6的V1方向观察到的下部臂35以及上部臂37的立体图。

根据具有上述线束连接结构的臂关节部49和线束55，线束55从臂关节部49朝向上部臂37的反向旋转方向的后方延伸。因此，即使将上部臂37从原点姿势向在反向旋转方向上约-180°的反向旋转位置驱动，线束55也不会在局部以较小的曲率半径弯曲，而以描绘圆滑的曲线的方式从下部臂35的前端部51配置到臂关节部49的线束固定部59。

然而，在以往的线束连接结构中，将线束55垂直地向线束固定部59的对置壁部65(参照图5)导入。因此，在向反向旋转方向驱动上部臂37的情况下，线束55扭转为Z型，在局部以较小的曲率半径弯曲。然而，根据本结构的线束连接结构，将从下部臂35至臂关节部49的区域的线束55沿着旋转移动方向配置，从而如图7所示，能够减少变形为Z型等线束55的扭转。另外，在将上部臂37向正向旋转方向驱动时，线束55也不会在局部产生较小的弯曲。

另外，如图2所示，在本结构的焊接机器人11中，在下部臂35与上部臂37具有决定上部臂37相对于下部臂35的可动范围的第一止动部73、第二止动部75、第三止动部77(参照图4)。第一止动部73设置在下部臂35。第二止动部75设置在臂关节部49，且在以第三驱动轴S3为中心的上部臂37的反向旋转方向前方与第一止动部73抵接。另外，第三止动部77设置在臂关节部49，且在上部臂37的正向旋转方向前方与第一止动部73的背面侧抵接。

如图4、图5所示，第二止动部75配置于比将线束55导入线束固定部59内的开口部67靠反向旋转方向前方的位置。由此，线束55配置在比第二止动部75更靠反向旋转方向后方的位置，并且，线束55从线束固定部59朝向上部臂37的前端侧延伸，因此其不会被夹在第一止动部73与第二止动部75之间。

接下来，对上述线束连接结构进行更详细地说明。

图8是示出上部臂37相对于下部臂35的各旋转位置处的线束固定部59的开口部67的位置关系的说明图。

在将上部臂37从原点姿势(θ＝0°)以第三驱动轴S3为中心向反向旋转方向驱动，并配置在反向旋转位置(θ＝-180°)的情况下，线束固定部59的开口部67不与下部臂35重叠。然而，在进一步向反向旋转方向驱动上部臂37，从而开口部67到达与下部臂35重叠的位置(θ＝θc)的情况下，需要使线束不被夹在上部臂37与下部臂35之间。

图9是作为参考例而示出的从图8的V2方向观察到的下部臂35与上部臂37的示意性的仰视图。

这里，考虑下述情况：在形成于上部臂37的线束固定部59的对置壁部65a与同下部臂35的臂关节部49对置的内侧面81之间，几乎不存在间隙，线束55以与第三驱动轴S3大致平行的方式被导入线束固定部59内。在该情况下，由于上部臂37的以第三驱动轴S3为中心的旋转驱动，开口部67的开口区域欲进入比下部臂35的侧面部83更靠与下部臂35的长度方向正交的宽度方向(图中上下方向)内侧的区域，即欲进入图中的下部臂35的上下方向宽度内。于是，被导入开口部67的线束55被下部臂35的侧面部83夹着，从而对线束55施加剪切力。

图10是本结构的线束连接结构中的从图8的V2方向观察到的下部臂35与上部臂37的示意性的仰视图。

这里，考虑下述情况：在配置于线束固定部59的对置壁部65与下部臂35的内侧面81之间的第二止动部75的支承部76中的、与第二止动部75的配置侧相反的一侧设置引导线束55的倾斜面76a，使线束55从开口部67倾斜地突出。

在该情况下，在上部臂37的原点姿势，开口部67形成为具有从第四驱动轴S4倾斜倾斜角α的倾斜面，且开口部67与支承部76的倾斜面76a以相同的倾斜相连。由此，线束55配置为从开口部67朝向下部臂35的侧面部83而平缓地弯曲。因此，不会由于上部臂37的以第三驱动轴S3为中心的旋转驱动而对线束55作用较大的剪切力。

另外，如图5所示，从开口部67朝向下部臂35突出的线束55以因开口部67的倾斜面、以及支承部76的倾斜面76a而从第四驱动轴S4倾斜，并平缓地弯曲的状态配置。在将该线束55的弯曲的曲率半径设为R，将曲率中心设为O，将线束55的直径设为2r时，线束55的弯曲内侧表面的最小曲率半径Rt由Rt＝R-r表示。

这里，线束55的弯曲的曲率半径R优选为线束55的允许弯曲半径以上。在该情况下，无论上部臂37为何种姿势，都能够防止线束55由于弯曲而产生的损伤。另外，在线束55成为允许弯曲半径的情况下，也优选将下部臂35的前端部51配置在上述最小曲率半径Rt的圆弧线的径向内侧。即，优选从线束55的曲率半径中心O到下部臂35的侧面部83为止的距离B小于允许弯曲半径为R时的最小曲率半径Rt。根据该结构，即使在线束55弯曲到允许弯曲半径的情况下，也能够避免线束55与下部臂35的前端部51的干涉。

如以上说明那样，根据本结构的线束连接结构，如图10所示，在上部臂37的原点姿势，将开口部67配置在比下部臂35的侧面部83更靠下部臂35的宽度方向内侧的位置。由此，能够将臂关节部49的第四驱动轴S4方向上的长度(在图示例中，以从第三驱动轴S3到上部臂37的旋转轴部45和臂关节部49的边界为止的距离La1表示)缩短为比图9所示的参考例的情况下的距离La短。

因此，根据图10所示的线束连接结构，能够缩短臂关节部49的第四驱动轴S4方向的轴长，从而实现臂关节部49的小型化和重量的减轻。因此，能够抑制由臂驱动时的臂惯性引起的振动的产生。因此，根据具有该线束连接结构的焊接机器人，能够实现与意图一致的高品质的焊接加工，从而能够提高得到的焊接品的品质。

尤其是，在使用双轴摆动器使焊炬21进行摆动动作的情况下，能够抑制由基于马达驱动的臂惯性等引起的焊炬21的无用的振动，从而能够实现更高精度的摆动动作。

另外，无论臂关节部49的旋转状态如何，都能够避免线束55与下部臂35的前端部51的干涉，从而能够预先防止线束55受到损伤的情况。

需要说明的是，若假设从第三驱动轴S3到第四驱动轴S4为止的轴间距离存在富裕，并从上部臂37的基端侧(下部臂35侧)将线束55导入上部臂37内，则能够使上部臂37朝向前后两方向的动作范围较大。然而，在该情况下，将第三驱动轴S3与第四驱动轴S4连接的臂关节部49的上下高度增加，从而导致机器人刚性降低，难以确保适当的焊炬的移动精度。并且，线束55从下部臂35、上部臂37的露出长度变长，从而容易与周围构件发生干涉，机器人动作中损伤线束55的可能性增高。另外，考虑使用中空结构的减速机作为第三驱动轴S3，并将线束从中空孔拉入，但在该情况下成本上涨。

相对于此，根据本结构的机器人手臂的线束连接结构，不会降低机器人刚性，能够防止线束55的损伤，并以低成本实现高精度的驱动。

这样，本发明并不限定于上述实施方式，本领域技术人员基于相互组合实施方式的各结构、说明书的记载内容、以及公知的技术来进行变更、应用是本发明所预见到的，包括在请求保护的范围内。

作为上述机器人手臂的线束连接结构，示出了应用于焊接机器人的例子，但并不局限于此，本结构也能够应用于进行构件的切断、组装、转移、搬运等各种动作的工业机器人的机器人手臂中。

另外，穿过线束的导电线等配线构件并不局限于马达驱动用的构件，也可以混合或单独配置朝向焊炬供给保护气体、冷却水的管、供给电弧产生用的焊接电力的电源线缆等其他构件。

本申请基于2017年2月1日提出的日本专利申请(特愿2017-17110)，并将其内容作为参照而援引于此。

附图标记说明

11 焊接机器人(多关节焊接机器人)

19 末端执行器

21 焊炬

31 基座

33 回旋部

35 下部臂(第一臂)

37 上部臂(第二臂)

49 臂关节部

51 前端部

53 基端部

55 线束

57 线束保持部

59 线束固定部

67 开口部

73 第一止动部

75 第二止动部

81 内侧面。

Claims (7)

1.一种机器人手臂的线束连接结构，其中，具备：

第一臂；

第二臂，其基端侧经由臂关节部而以能够旋转的方式与所述第一臂的前端部连结；以及

线束，其从所述第一臂的所述前端部延伸设置，且在所述第二臂的所述臂关节部被导入臂内部，

所述第一臂的所述前端部具有保持所述线束的长度方向一侧的线束保持部，

所述臂关节部具有将所述线束的长度方向另一侧固定在所述臂关节部内的线束固定部，

所述线束固定部以使所述线束从所述第二臂的长轴向所述第一臂的前端部侧倾斜的方式配置。

2.根据权利要求1所述的机器人手臂的线束连接结构，其中，

所述线束因所述线束固定部而倾斜所产生的弯曲为所述线束的允许弯曲半径以上，

所述第一臂的前端部配置在相对于所述线束的弯曲内侧表面的曲率半径的圆弧线的径向内侧。

3.根据权利要求1或2所述的机器人手臂的线束连接结构，其中，

所述第一臂具有第一止动部，

所述第二臂具有：

第二止动部，其在所述第二臂的旋转方向前方与所述第一止动部抵接；以及

开口部，其将从所述第一臂的所述前端部延伸设置的所述线束导入所述臂关节部内，

所述第二止动部配置于比所述开口部靠所述旋转方向前方的位置。

4.根据权利要求1或2所述的机器人手臂的线束连接结构，其中，

所述线束内插有与驱动所述第二臂旋转的马达连接的导电线。

5.根据权利要求3所述的机器人手臂的线束连接结构，其中，

所述线束内插有与驱动所述第二臂旋转的马达连接的导电线。

6.一种多关节焊接机器人，其中，具有：

权利要求1或2所述的机器人手臂的线束连接结构。

7.根据权利要求6所述的多关节焊接机器人，其中，

所述多关节焊接机器人具备：

回旋部，其以能够绕沿着铅垂方向的第一驱动轴回旋的方式设置在基座上；

所述第一臂，其基端部经由沿着水平方向的第二驱动轴而与所述回旋部连结；以及

所述第二臂，其以能够绕与所述第二驱动轴平行的第三驱动轴旋转的方式与所述第一臂的前端部连结。