关节驱动装置和机器人装置制造方法及图纸

本发明专利技术使得机器人装置的关节驱动装置能够利用简单、便宜、较小、重量轻和坚固的构造来非常精确地测量关节驱动扭矩以及精确和可靠地执行关节扭矩控制，同时不会受到横轴力的影响。一种关节驱动装置，包括：壳体单元，固定于第一连杆；轴承，安装在壳体单元中，并适于可旋转地支撑第二连杆；驱动单元，容纳于壳体单元中，并适于旋转地驱动第二连杆；支撑单元，安装在驱动单元和壳体单元之间，并适于将驱动单元支撑在壳体单元上；以及传感器，适于检测在支撑单元上产生的扭矩。以及一种机器人装置，包括多个关节驱动装置，每个关节驱动装置驱动机器人臂的多个关节中的一个，其中，所述多个关节驱动装置中的至少一个根据上述关节驱动装置来提供。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种关节驱动装置，该关节驱动装置设有被可枢转地支撑在第一连杆上的第二连杆，并适于控制第一连杆和第二连杆的相对方位；本专利技术还涉及一种机器人装置，该机器人装置装备有所述关节驱动装置。
技术介绍
近年来，铰接式机器人操纵器已经越来越广泛地使用，并将它们的应用延伸至多个领域，例如与人的协作工作和在工厂中的装配工作，其中，机器人需要执行灵活的运动。这样的机器人装置需要稳定和宽泛的力控制功能，以便跟随外部力。因此，要求构造基于关节水平的扭矩控制(扭矩伺服机构)的控制系统，而不是通常广泛使用的、基于关节位置控制(位置伺服机构)的运动控制系统。扭矩控制需要扭矩检测单元，该扭矩检测单元能够精确检测由机器人臂的关节输出的扭矩。作为这种类型的机器人装置，例如已知一种多关节机器人，该多关节机器人由多个连杆组成，这些连杆通过多个关节驱动轴联接。这样的多关节机器人臂构造成使得作用在末端侧的部件上的力积累和作用于基部部件(基座或安装件)上。为了提高机器人的响应性和运动性，需要使得整个机器人紧凑和重量轻。为此，需要减小驱动机构的尺寸和重量。通常，对于这种类型的关节驱动装置，已知这样的构造，其中，适于经由轴承(该轴承适于可旋转地支撑输出连杆)来测量关节的输出扭矩的扭矩检测装置安装在关节驱动装置(包括马达和减速机构)的输出轴(最后级)和输出连杆的驱动轴之间。通常，这种类型的扭
矩检测装置由适于根据所施加的扭矩而变形的应变仪或弹性部件以及适于(例如光学地或磁地)检测弹性部件的变形量或扭曲量的传感器装置。例如，装备有扭矩传感器的机器人臂在“A.Albu-Schaeffer,S.Haddadin,Ch.Ott,A.Stemmer,T.Wimboeck,G.Hirzinger”的“DLR轻量化机器人：用于人类环境中的机器人的设计和控制概念”工业机器人：国际期刊，第34卷第5期第376-385页(2007年)(“The DLR lightweight robot:design and control concepts for robots in human environments”，Industrial Robot:An International Journal,Vol.34,Iss:5,pp.376-385(2007)”)中公开(下文中称为A.Albu-Schaeffer等人的文章)。在A.Albu-Schaeffer等人的文章中公开的机器人臂包括：内部环，该内部环与由伺服马达经由谐波齿轮系来驱动的轴联接；外部环，该外部环与机器人臂的第一部件联接；以及扭矩传感器，该扭矩传感器适于测量扭矩，即内部环和外部环之间的旋转扭矩。利用在A.Albu-Schaeffer等人的文章中公开的机器人臂，当扭矩环绕第一部件的旋转轴作用时在内部环和外部环之间产生的相对位移被检测作为扭矩传感器的弹性部件的扭曲，从而测量作用在第一部件上的旋转扭矩。不过，在A.Albu-Schaeffer等人的文章所述的构造中，扭矩传感器与测量物体一起旋转，从而使得例如附接在扭矩传感器上的传感器电缆随着驱动轴的运动而变形。因此存在这样的问题：当来自传感器电缆的反作用力不能忽略时，例如当机器人关节有较大操作角度时，很难精确地检测扭矩。还有，对于A.Albu-Schaeffer等人的文章所述的构造，电缆布线机构将变复杂，不容易保证传感器电缆的耐久性。还有，作为用于球形轮胎(该球形轮胎适于使机器人装置运动)的驱动系统的扭矩检测装置，例如在日本专利申请公开No.2012-047460中提出了这样的构造。在日本专利申请公开No.2012-047460中公开的构造包括驱动单元，该驱动单元由转子和定子组成，其中，转子具有沿第一轴向方向的心轴，定子使转子绕心轴
旋转。扭矩检测装置包括应变体和检测元件，其中，应变体与转子同心地布置，并设有固定于基部部分的第一端部部分和固定于定子的第二端部部分，同时检测元件附接于应变体，并适于检测应变体环绕第一轴线的扭曲。不过，在日本专利申请公开No.2012-047460介绍的构造中，扭矩检测装置的应变体(弹性部件)布置在基部部分和用于驱动机构的支撑机构(轴承)之间。对于这种构造，作用在驱动扭矩输出连杆上的力直接作用在应变体上，从而引起这样的问题：当所述构造应用于机器人装置的关节机构时，扭矩传感器对于横轴分量很敏感。因此，传感器输出值可能在扰动力(而不是环绕驱动轴的所需扭矩)的影响下波动，这可能导致不能准确地检测输出扭矩(下文中，该问题将称为与其它轴向干涉或称为串扰)。日本专利申请公开No.2012-047460提出一种构造，其中，驱动机构由支撑机构(该支撑机构由轴承和框架体组成)可枢转地支撑，以便降低如上所述的作用在扭矩传感器的弹性部件上的横轴力的影响。不过，由于支撑驱动机构的支撑机构，这种构造将增加复杂性和增大尺寸。特别是，当人们试图将日本专利申请公开No.2012-047460的构造应用于机器人装置的关节时，对于用于驱动机构的支撑机构的轴承，必须保证刚性和强度等于或高于连杆(这些连杆经由关节联接)的刚性和强度，以便维持整个关节的刚性和强度。因此，作为机器人装置的关节驱动装置，关节区域可能变得质量和尺寸都太大。
技术实现思路
考虑到上述问题，本专利技术的目的是使得机器人装置的关节驱动装置能够利用简单、便宜、较小、重量轻和坚固的结构来非常精确地测量关节驱动扭矩以及精确和可靠地执行关节扭矩控制，同时不会受到横轴力的影响。根据本专利技术的方面，一种关节驱动装置，包括：壳体单元，该壳体单元固定于第一连杆；轴承，该轴承安装在壳体单元中，并适于可
旋转地支撑第二连杆；驱动单元，该驱动单元容纳于壳体单元中，并适于旋转地驱动第二连杆；支撑单元，该支撑单元安装在驱动单元和壳体单元之间，并适于将驱动单元支撑在壳体单元上；以及传感器，该传感器适于检测在支撑单元上产生的扭矩。根据本专利技术，扭矩传感器安装在驱动单元和壳体单元之间，以便检测在适于将驱动单元支撑在壳体单元上的支撑单元上产生的扭矩。扭矩传感器能够固定于第一连杆(固定连杆)，从而不需要对用于向扭矩传感器供电和交换信号的传感器电缆进行布线。这使得整个驱动机构的结构简单和紧凑，从而使得整个机器人装置能够减轻重量。还有，能够防止由于关节驱动装置的旋转运动而引起的、传感器电缆的变形，这能够防止传感器电缆损坏以及由于传感器电缆的变形阻力而引起的扭矩检测精度降低。还有，本专利技术构造成利用轴承和壳体单元来支撑作用在第二连杆(输出连杆)上的、除了所希望的测量物体的旋转扭矩之外的力分量。因此，除了要检测的旋转扭矩之外的横轴力(扰动力)分量不会作用在用于检测在支撑单元上产生的扭矩的扭矩传感器上。这不需要安装另外的支撑机构来支撑扭矩传感器和驱动单元，能够将整个关节驱动装置构造成简单和紧凑，因此很容易减小关节驱动装置的尺寸和重量，并保证关节驱动装置的刚性。因此，本专利技术能够减小使用该关节驱动装置的整个机器人装置的尺寸和重量，并提高机器人装置的响应性和灵活性。通过下面参考附图对示例实施例的说明，将清楚本专利技术的其它特征。附图说明图1是表示能够实施本专利技术的机器人装置的示意构造的解释图。图2是表示根据本专利技术第一实施例的关节驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种关节驱动装置，包括：壳体单元，该壳体单元固定于第一连杆；轴承，该轴承安装在壳体单元中，并适于可旋转地支撑第二连杆；驱动单元，该驱动单元容纳于壳体单元中，并适于旋转地驱动第二连杆；支撑单元，该支撑单元安装在驱动单元和壳体单元之间，并适于将驱动单元支撑在壳体单元上；以及传感器，该传感器适于检测在支撑单元上产生的扭矩。

【技术特征摘要】
2015.03.13 JP 2015-0501231.一种关节驱动装置，包括：壳体单元，该壳体单元固定于第一连杆；轴承，该轴承安装在壳体单元中，并适于可旋转地支撑第二连杆；驱动单元，该驱动单元容纳于壳体单元中，并适于旋转地驱动第二连杆；支撑单元，该支撑单元安装在驱动单元和壳体单元之间，并适于将驱动单元支撑在壳体单元上；以及传感器，该传感器适于检测在支撑单元上产生的扭矩。2.根据权利要求1所述的关节驱动装置，其中：支撑单元包括弹性体，该弹性体构造成根据在支撑单元上产生的扭矩而变形；传感器经由弹性体的变形量来检测在支撑单元上产生的扭矩；以及弹性体和传感器构成扭矩检测装置。3.根据权利要求2所述的关节驱动装置，其中：弹性体构造为环形形状，并适于支撑驱动单元。4.根据权利要求3所述的关节驱动装置，其中：弹性体的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：尾形胜，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP