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申请/专利权人：发那科株式会社

摘要：本发明提供一种机器人用驱动单元以及机器人，能够实现中空结构而易于进行电缆等的布线，实现机器人的轻量化和低成本化。机器人具备：围绕预定轴线相对旋转的第一部件和第二部件、以及机器人用驱动单元，该机器人用驱动单元具备：固定在第一部件上的壳体；输出轴部件，其以能够围绕轴线旋转的方式支撑在壳体上并固定在第二部件上；圆筒状的中空轴，其与轴线同轴配置并固定在输出轴部件上，并以能够围绕轴线旋转的方式支撑在壳体上；旋转体密封部件，其分别对壳体和输出轴部件之间、以及壳体和中空轴之间进行密封，中空轴具备由非铁材料构成的轴主体和接触面部件，该接触面部件由表面硬度高于轴主体的材质构成并构成与旋转体密封部件接触的接触面。

主权项：1.一种机器人用驱动单元，其特征在于，机器人具备围绕预定的轴线相对旋转的第一部件和第二部件，并且所述机器人用驱动单元具备：壳体，其固定在所述第一部件上；输出轴部件，其以能够围绕所述轴线旋转的方式支撑在所述壳体上，并且固定在所述第二部件上；圆筒状的中空轴，其与所述轴线同轴配置，并固定在所述壳体或者所述输出轴部件中的一个上，并且以能够围绕所述轴线旋转的方式支撑在所述壳体或者所述输出轴部件中的另一个上；旋转体密封部件，其对所述壳体和所述输出轴部件之间、以及所述壳体或者所述输出轴部件中的所述另一个和所述中空轴之间进行密封，并允许分别围绕所述轴线进行的相对旋转，所述中空轴具备由非铁材料构成的轴主体、和接触面部件，所述接触面部件固定在该轴主体上，且由表面硬度高于该轴主体的材质构成，并构成与所述旋转体密封部件接触的接触面，所述接触面部件以相对于所述轴主体在该轴主体的长度方向上不能移动的方式固定在该轴主体上。

全文数据：机器人用驱动单元以及机器人技术领域本发明涉及机器人用驱动单元以及机器人。背景技术现有技术中，已知一种用于在机器人的机构内部中处理电缆的中空促动器，其是将设置于两个相对旋转的部件之间的促动器形成为中空而成的例如参照专利文献1。专利文献1的中空促动器使电机和减速器为同轴并在沿着中心轴的方向上并排排列，采用易于形成中空结构的波动齿轮减速器作为减速器，并且使用围绕中心轴旋转驱动的中空轴作为向减速器的输入轴传递电机旋转力的轴。通过中空轴，能够利用径向的内侧空间作为用于对电缆等进行布线的空间，并易于与配置在中空轴的径向外侧的封入有润滑油的减速器的空间间隔开。由于中空轴需要保持用于传递动力的强度，因此由铁等高强度的金属构成。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第5263162号公报发明内容发明要解决的问题然而，在具备不需要由围绕中心轴旋转驱动的轴输入旋转力的减速机构、例如齿轮减速机构的驱动单元的情况下，由于中空轴专门用作沿径向将用于对电缆等进行布线的空间和封入有润滑油的空间间隔开的部件，因此，当中空轴由铁等高强度的金属构成时，则会存在如下的不良情况：机器人的重量增加，并且因形状而导致成本增高。本发明是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供一种机器人用驱动单元以及机器人，能够实现中空结构而易于进行电缆等的布线，能够实现机器人的轻量化。用于解决问题的方案本发明的一个方案是一种机器人用驱动单元，机器人具备围绕预定的轴线相对旋转的第一部件和第二部件，并且所述机器人用驱动单元具备：壳体，其固定在所述第一部件上；输出轴部件，其以能够围绕所述轴线旋转的方式支撑在所述壳体上，并且固定在所述第二部件上；圆筒状的中空轴，其与所述轴线同轴配置，并固定在所述壳体或者所述输出轴部件中的一个上，并且以能够围绕所述轴线旋转的方式支撑在所述壳体或者所述输出轴部件中的另一个上；旋转体密封部件，其对所述壳体和所述输出轴部件之间、以及所述壳体或者所述输出轴部件中的所述另一个和所述中空轴之间进行密封，并允许分别围绕所述轴线进行的相对旋转，所述中空轴具备由非铁材料构成的轴主体、和接触面部件，所述接触面部件固定在该轴主体上，且由表面硬度高于该轴主体的材质构成，并构成与所述旋转体密封部件接触的接触面。根据本方案，通过使固定在第二部件上的输出轴部件相对于固定在第一部件上的壳体旋转驱动，能够使第一部件和第二部件围绕预定的轴线相对旋转。在该情况下，与相对旋转的轴线同轴配置的圆筒状的中空轴固定在第一部件或者第二部件中的一个上，并且以能够围绕轴线旋转的方式支撑在第一部件或者第二部件中的另一个上，因此能够允许输出轴部件相对于壳体围绕轴线进行的旋转，并且在中空轴的内侧形成有沿着轴线方向贯穿轴线近旁的空间。因此，利用该空间，能够将电缆等线条体从相互相对旋转的第一部件的内部铺设到第二部件的内部。而且，通过分别配置在壳体和输出轴部件之间、以及壳体或者输出轴部件中的另一个和中空轴之间的旋转体密封部件，对由壳体、输出轴部件和中空轴包围的空间进行密封。即，能够将由润滑剂润滑的减速机构等配置在该包围的空间中。在该情况下，通过使构成中空轴的轴主体由非铁材料构成、即树脂或铝等轻金属构成，从而能够实现机器人的轻量化。而且，即使因使用非铁材料而导致表面硬度下降，也能够通过由表面硬度高于非铁材料的材质构成的接触面部件构成与旋转体密封部件接触的接触面，从而实现高密封性能。并且，通过用树脂制造中空轴，能够降低与经过中空孔的线条体等的摩擦，维持线条体的健全性。在上述方案中，机器人用驱动单元可以具备轴承，所述轴承支撑所述中空轴相对于所述壳体或者所述输出轴部件中的所述另一个能够旋转。通过该结构，能够利用轴承补偿因轴主体由非铁材料构成而导致的中空轴的刚性下降，防止因中空轴的芯偏斜而导致的密封性能下降。在上述方案中，所述轴承可以配置在与所述接触面部件的沿所述轴线方向的至少一部分接触的位置。通过该结构，支撑中空轴旋转的轴承直接支撑接触面部件，能够更加可靠地防止与密封部件的接触面的偏斜，确保稳定的密封性能。在上述方案中，所述接触面部件形成为，在整个圆周上包覆所述轴主体的沿着所述轴线方向的一部分外周面的圆筒状。通过该结构，能够将接触面部件构成得较薄，从而实现轻量化。在上述方案中，所述机器人用驱动单元具备密封部件，所述密封部件对所述接触面部件的内周面和所述轴主体的外周面之间进行密封。通过该结构，能够防止内部的润滑剂等经过接触面部件的内周面和轴主体的外周面之间而泄漏。在上述方案中，所述密封部件可以在所述轴线方向上排列有多个。在上述方案中，所述接触面部件形成为圆筒状，并且配置在从所述轴主体的前端沿着所述轴线方向延长的位置。通过该结构，与整个中空轴由铁构成的情况相比，能够实现轻量化。在上述方案中，所述接触面部件的内周面由包覆部件包覆，所述包覆部件由高分子化合物构成。通过该结构，能够利用包覆接触面部件的内周面的包覆部件，降低与经过中空轴的中空孔内的线条体等的摩擦，维持线条体的健全性。本发明的另一方案是一种机器人，其具备：围绕预定的轴线相对旋转的第一部件和第二部件；以及上述任一种机器人用驱动单元，其使第二部件相对于第一部件相对地旋转驱动。发明效果根据本发明，具有以下效果：能够实现中空结构而易于进行电缆等的布线，能够实现机器人的轻量化。附图说明图1是表示本发明一个实施方式的机器人用驱动单元以及机器人的局部纵向剖视图。图2是表示图1的机器人用驱动单元的中空轴的前端部的局部放大纵向剖视图。图3是表示图1的机器人用驱动单元的变形例的中空轴的前端部的立体图。图4是表示图1的机器人用驱动单元的另一个变形例的中空轴的截面图。图5是表示图1的机器人用驱动单元的变形例的中空轴的前端部的局部放大纵向剖视图。图6是表示图1的机器人用驱动单元的又一个变形例的局部纵向剖视图。附图标记说明10：机器人用驱动单元11：壳体12：输出轴部件13：中空轴14：第一密封部件旋转体密封部件15：第二密封部件旋转体密封部件20、26：轴承21：轴主体22：轴环接触面部件23：密封部件32：接触面部件37：衬套包覆部件110：第一部件120：第二部件A：轴线具体实施方式下面参照附图，对本发明一个实施方式的机器人用驱动单元10和机器人100进行说明。如图1所示，本实施方式的机器人100具备：中空的第一部件110；中空的第二部件120，其被支撑为相对于第一部件110能够围绕预定的轴线A旋转；以及本实施方式的机器人用驱动单元10，其使第二部件120相对于第一部件110旋转驱动。机器人用驱动单元10具备：固定在第一部件110上的壳体11；输出轴部件12，其以能够围绕轴线A旋转的方式支撑在壳体11的内部，并固定在第二部件120上；中空轴13，其固定在输出轴部件12上，并且以能够旋转的方式支撑在壳体11上；对壳体11和输出轴部件12之间进行密封的第一密封部件旋转体密封部件14；以及对壳体11和中空轴13之间进行密封的第二密封部件旋转体密封部件15。壳体11具备：筒状的外周部16和具有贯穿孔17的端板18，所述贯穿孔17从该外周部16在轴线A方向的一端向径向内侧延伸并且在中央在沿着轴线A的方向上贯穿。输出轴部件12形成为圆形的圆环板状，在中央具有沿板厚方向贯穿的贯穿孔19，并且以能够旋转的方式由轴承20支撑在壳体11的外周部16的另一端的内周面上。中空轴13具备：由树脂或铝等轻金属等非铁材料形成的圆筒状的轴主体21；以及圆筒状的轴环接触面部件22，其嵌合在包覆该轴主体21的一端的一部分外周面的位置。轴环22由表面硬度高于轴主体21的材质、例如铁构成。轴环22的表面硬度优选为HRC30以上。轴主体21和轴环22通过摩擦而一体化，并且在轴主体21和轴环22之间配置有对二者的嵌合面进行密封的O形环等密封部件23。对于轴主体21和轴环22，通过高精度地管理轴主体21的外径尺寸、轴环22的内径尺寸和轴环22的厚度尺寸，从而将轴主体21与轴环22的外表面之间的同轴度公差设定地很小。如图2所示，在轴主体21的前端部设置有大径部38和锥形面39，所述大径部38比轴环22的内径尺寸稍大，所述锥形面39从大径部38朝向轴主体21的前端侧逐渐变细。由此，当从轴主体21的前端侧将轴环22与轴主体21嵌合时，通过弹性变形使大径部38缩径，在嵌合结束时，通过轴主体21的弹性恢复力使大径部38扩径，即能够以卡扣配合的方式简便地进行组装。在轴主体21的另一端具有向径向外方延伸的凸缘部24。中空轴13以如下方式固定：在使轴主体21嵌合在输出轴部件12的贯穿孔19中的状态下，将凸缘部24与输出轴部件12的轴向的端面抵接，并利用未图示的螺栓固定在输出轴部件12上。中空轴13与输出轴部件12的嵌合面由O形环等密封部件25进行密封。如图1和图2所示，第二密封部件15配置在壳体11的端板18的贯穿孔17的内表面和中空轴13的一端之间。在中空轴13的沿着轴线A方向的基端侧在与第二密封部件15相邻的位置配置有轴承26，所述轴承26支撑中空轴13相对于壳体11能够围绕轴线A旋转。轴承26配置在轴环22的一部分与该轴承26的内圈的内周面接触的位置。即，轴承26和轴环22以在沿着轴线A的方向上重叠的位置关系进行配置。由此，由壳体11、输出轴部件12和中空轴13包围的环状空间由第一密封部件14和第二密封部件15密封且允许输出轴部件12和中空轴13相对于壳体11进行旋转。在该密封的空间中配置有未图示的减速机构，所述减速机构使来自未图示的电机的驱动力减速并且传递到输出轴部件12。减速机构由润滑剂进行润滑。电机例如安装在端板18的外部，并且电机轴沿板厚方向贯穿端板18，且插入到密封的空间内部。中空轴13配置在横跨壳体11一端的端板18和壳体11另一端的输出轴部件12的位置，中空轴13的内部空间在沿着轴线A的方向上贯穿机器人用驱动单元10并且在中空轴13的两端开口。由此，中空轴13的内部空间与第一部件110的内部空间和第二部件120的内部空间连通，如图1所示，利用该内部空间，能够将引导到第一部件110内部的电缆等线条体130经过轴线A近旁而布线在第二部件120的内部。附图中，附图标记27是用于将线条体130分别固定在第一部件110和第二部件120中的固定件。下面，对这种结构的本实施方式的机器人用驱动单元10和机器人100的作用进行说明。根据本实施方式的机器人用驱动单元10，利用中空轴13，能够形成用于使线条体130贯穿轴线A近旁的空间，所述轴线A为输出轴部件12相对于壳体11旋转的旋转中心。经过该空间的线条体130，因旋转主要仅发生扭曲，因此不会受到很大的反复弯折，所以能够持久地维持健全的状态。在该情况下，根据本实施方式，与由铁构成中空轴13的情况相比，通过由非铁材料构成中空轴13，能够实现大幅度的轻量化。尤其在本实施方式中，中空轴13主要是将减速机构和封入润滑剂的环状的空间间隔开，不需要传递扭矩，因此不要求大的机械强度。因此，即使由低强度的非铁材料构成，也不会产生强度上的问题。由于轴主体21由轴承26支撑为相对于壳体11的端板18能够旋转，因此即使轴主体21由机械强度低的非铁材料构成，也能够抑制因中空轴13的旋转而导致的芯偏斜。因此，抑制了与轴承26相邻设置的第二密封部件15的密封面的变动，从而能够维持稳定的密封状态。而且，根据本实施方式，由表面硬度高于轴主体21的材料构成的轴环22配置在轴主体21的前端外周面上，并在轴环22的外表面和贯穿孔17之间配置第二密封部件15，因此与直接使第二密封部件15与轴主体21的表面接触的情况相比，具有如下优点：能够防止磨损，持久地维持轴环22和第二密封部件15之间的密封状态。根据本实施方式的机器人100，仅通过将壳体11固定在第一部件110上，并将第二部件120固定在输出轴部件12上，就能够将经由第一部件110内部布线来的线条体130经由中空轴13的内部空间引导到第二部件120的内部。由此，能够以不露出到外部的方式铺设线条体130。而且，即使通过机器人用驱动单元10工作使第二部件120相对于第一部件110围绕轴线A旋转，也不会使大的反复弯曲应力作用于铺设在内部的线条体130上，从而能够使机器人100持久地做动作。通过由树脂等软性材质构成轴主体21，还能够降低因线条体130与轴主体21之间的摩擦而导致的磨损，维持线条体130的健全性。还具有如下优点：通过使机器人用驱动单元10轻量化，能够实现机器人100自身的轻量化。在本实施方式中，轴主体21和轴环22利用摩擦一体地做动作，但取而代之，如图3所示，也可以在轴主体21上设置凹部28，并在轴环22上设置在周向上与凹部28卡合的凸部29。通过凹部28与凸部29的卡合，能够使轴主体21和轴环22围绕轴线A一体地旋转。为了无缝隙地实施凹部28与凸部29的卡合，可以在使设置于轴主体21侧的凹部28在周向上向扩展的方向弹性变形的同时，使轴环22的凸部29与其卡合。也可以在轴主体21上设置凸部29，在轴环22上设置凹部28。在该情况下，可以在使设置于轴主体21侧的凸部29在周向上向压缩的方向发生弹性变形的同时，使其与轴环22的凹部28卡合。也可以设置两个以上的凸部29和凹部28。代替凹部28与凸部29之间的卡合，如图4所示，也可以配置为将键31插入到分别设置在轴主体21和轴环22的嵌合面上的键槽30的状态。键31可以是单个键，也可以沿周向隔开间隔地设置多个。轴主体21和轴环22之间可以采用花键联轴器或锯齿型联轴器。例示了用卡扣配合的方式将轴环22组装在轴主体21的情况，但取而代之，也可以通过插入成型进行一体成型。例示了在轴主体21和轴环22之间配置有单个O形环等的密封部件23的情况，但取而代之，如图5所示，也可以在轴主体21的长轴方向轴线A的方向上配置多个O形环等密封部件23。由此，使轴主体21和轴环22之间的摩擦增大，能够提高止转效果。在本实施方式中，作为接触面部件，例示了包覆轴主体21的一部分外周面的轴环22，但取而代之，如图6所示，也可以由圆筒状的接触面部件32构成，该接触面部件32与轴主体21的前端部连接并从轴主体21沿轴线A的方向延伸。在轴主体21的前端和接触面部件32的基端分别设置有凸缘34、35，所述凸缘34、35在沿着轴线A的方向上抵接，并利用螺栓33而贴合。轴主体21和接触面部件32由定位销36进行定位。需要在轴主体21与接触面部件32的接合面之间插入密封部件，以具有密封功能。在该情况下，优选地，接触面部件32由表面硬度高于轴主体21的材质、例如铁构成，接触面部件32的内周面由衬套包覆部件37覆盖，所述衬套37由四氟乙烯等高分子化合物构成。由此，使轴主体21与接触面部件32一体化，从而能够更加可靠地防止错位。利用衬套37，能够减少因与内部的线条体130的摩擦而导致的磨损，维持线条体130的健全性。在本实施方式中，中空轴13固定在输出轴部件12上，并以能够旋转的方式由第二密封部件15对其和壳体11之间进行密封，但取而代之，也可以将中空轴13固定在壳体11的端板18上，并以能够旋转的方式由第二密封部件15对其和输出轴部件12之间进行密封。作为第一部件110和第二部件120，可以采用构成任意形式的机器人100的任意关节的结构部件。例如，在垂直多关节机器人的情况下，可以应用于旋转体和第一臂之间的关节、第一臂和第二臂之间的关节等。

权利要求：1.一种机器人用驱动单元，其特征在于，机器人具备围绕预定的轴线相对旋转的第一部件和第二部件，并且所述机器人用驱动单元具备：壳体，其固定在所述第一部件上；输出轴部件，其以能够围绕所述轴线旋转的方式支撑在所述壳体上，并且固定在所述第二部件上；圆筒状的中空轴，其与所述轴线同轴配置，并固定在所述壳体或者所述输出轴部件中的一个上，并且以能够围绕所述轴线旋转的方式支撑在所述壳体或者所述输出轴部件中的另一个上；旋转体密封部件，其对所述壳体和所述输出轴部件之间、以及所述壳体或者所述输出轴部件中的所述另一个和所述中空轴之间进行密封，并允许分别围绕所述轴线进行的相对旋转，所述中空轴具备由非铁材料构成的轴主体、和接触面部件，所述接触面部件固定在该轴主体上，且由表面硬度高于该轴主体的材质构成，并构成与所述旋转体密封部件接触的接触面。2.根据权利要求1所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述机器人用驱动单元具备轴承，所述轴承支撑所述中空轴相对于所述壳体或者所述输出轴部件中的所述另一个能够旋转。3.根据权利要求2所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述轴承配置在与所述接触面部件的沿着所述轴线方向的至少一部分接触的位置上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述接触面部件形成为，在整个圆周上包覆所述轴主体的沿着所述轴线方向的一部分外周面的圆筒状。5.根据权利要求4所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述机器人用驱动单元具备密封部件，所述密封部件对所述接触面部件的内周面和所述轴主体的外周面之间进行密封。6.根据权利要求5所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述密封部件在所述轴线方向上排列有多个。7.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述接触面部件形成为圆筒状，并且配置在从所述轴主体的前端沿所述轴线方向延长的位置。8.根据权利要求7所述的机器人用驱动单元，其特征在于，所述接触面部件的内周面由包覆部件包覆，所述包覆部件由高分子化合物构成。9.一种机器人，其特征在于，具备：围绕预定的轴线相对旋转的第一部件和第二部件；以及权利要求1至8中任一项所述的机器人用驱动单元，其使所述第二部件相对于所述第一部件相对地旋转驱动。

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