JP2002370190A - 産業ロボットの手首・アーム構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】手首を勝手違いに変更するたびに、ケーブル・
ホース、作業工具および手首を取り外す多くの工数を必
要とせずかつ第１軸又は第２軸を回転させることによる
第２軸、第３軸のつれ回りを調整する必要がない手首・
アーム構造。 【解決手段】上腕１に第１軸ａの回りを回転自在に支持
された中空シャフト２、中空シャフト先端に固定された
中空手首基部３、第１軸ａに直交する第２軸ｂの回りに
揺動可能に中空手首基部３に支持された第１中空ケーシ
ング４及び第２軸ｂに直交する第３軸ｃの回りに回転可
能に第１中空ケーシング４に支持された第２中空ケーシ
ング５及びそれに固着された中空手首フランジ６を有
し、第３軸モータ９と第２軸モータ８とを中空手首フラ
ンジ６と中空手首基部３に取付け、かつ作業工具38に供
給するケーブル・ホース40、モータ８、９用ケーブル1
0、12は、上腕ケーシング32と中空手首フランジ６にそ
れぞれクランプ43、44で固定。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は手首フランジに取付
けられた作業工具へ供給する有限のねじれ角を有するケ
ーブル・ホースを取付けた産業用ロボットにおいて、ロ
ボット、作業工具およびケーブル・ホースを分解するこ
となく簡単に勝手違い手首を有するロボットに変更する
とともにケーブル・ホースの初期ねじれを取り除くこと
を可能にした産業ロボットの手首・アーム構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の産業ロボットの手首・アーム構造
は、図３に示すように、手首５８の各軸を図１に示すよ
うな第１軸、第２軸、第３軸の回りにそれぞれを駆動す
るモータが上腕５７の後方に配置されており、第１軸、
第２軸、第３軸の回りを駆動する図示しない同軸の各中
空シャフトが上腕内を通っている。そこで、スポット溶
接用ロボットの場合、作業工具５３であるスポットガン
への溶接ケーブルや冷却水用ホース、ガン駆動用モータ
への電力供給および信号供給用のケーブルは、図３のよ
うに上腕の外側をスポットガンまで引き回しており、ケ
ーブル・ホース５１をサポートするサポート部品５２が
必要となるだけでなく、ケーブル・ホース５１が周辺装
置あるいはロボットの手首部５８やアーム５７と干渉し
たり引っ掛けたりする可能性があるため、手首５８の動
作範囲に制約を受けた。

【０００３】手首フランジに取付けられた作業工具へ供
給するケーブル・ホースのねじれ角は、寿命の面から見
て有限であり、ねじれ角が大きくなると寿命は低下す
る。産業ロボットは狭い場所でロボットの手首及びアー
ムが周囲と干渉しないように配置され、通常、手首フラ
ンジに支持された作業工具と連結するケーブル・ホース
類は、ロボットの手首及びアームの回りに引き回され、
関節毎に適当なクランプ５２で手首及びアームの関節部
に固定されている。このため、これらクランプされたケ
ーブル・ホース類又はロボットの手首及びアームが周囲
と干渉するおそれがあるときは、作業工具の姿勢は変え
ず、ケーブル・ホース類のクランプ位置を変更したり、
ロボットの手首及びアームの姿勢を変えて勝手違いにす
る調整が行われる。９０度といった少ない場合はロボッ
トの手首及びアームの姿勢を変えて対応できるが、１８
０度といった大きい角度を調整するときは、従来のロボ
ットは、ケーブル・ホースの初期ねじれを取り除いて寿
命を低下させないために、図３に示すように手首を勝手
違いに変更する場合、（ａ）に示す初期姿勢から、
（ｂ）に示すようにケーブル・ホース５１を取り外し、
作業工具５３を手首５８から外し、手首５８をアーム５
７から外した上、手首５８の位相を１８０度回転させて
（ｃ）の状態にし、そして（ｃ）に示すように、１８０
度回転させた手首５８をアーム５７に取付け、作業工具
５３を手首５８に取付け、ケーブル・ホースの初期ねじ
れを取り除きクランプで手首及びアームの関節部に固定
して、（ｄ）の状態に再取付する必要があった。従来の
産業ロボットの手首・アーム構造では、手首を取り外さ
ずに機械的に動かして勝手違いに変更する場合、第２軸
と第３軸のモータが上腕後方に配置され、第２軸と第３
軸の駆動系が上腕内を通っているため、第１軸を回転さ
せると第２軸と第３軸が回転し、第２軸を回転させると
第３軸が回転するという「つれ回り」現象があり、第１
軸、第２軸、第３軸の順に回転させて位相を合わせる必
要があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の産
業用ロボットにおいて、手首を勝手違いに変更するたび
に、ケーブル・ホース、作業工具および手首を取り外す
のは多くの工数を要し、かつ第１軸を回転させることに
よる第２軸と第３軸のつれ回りを調整する必要があっ
た。本発明の課題は、産業用ロボットにおいて、手首を
勝手違いに変更するたびに、ケーブル・ホース、作業工
具および手首を取り外す多くの工数を必要としない、か
つ第１軸を回転させることによる第２軸と第３軸のつれ
回りを調整する必要がなくかつ第２軸を回転させること
による第３軸のつれ回りを調整する必要がない産業用ロ
ボットの手首・アーム構造を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、上腕
に第１軸の回りを回転自在に支持された中空シャフト
と、前記中空シャフト先端に固定された中空手首基部
と、前記第１軸に直交する第２軸の回りに揺動可能に前
記中空手首基部に支持された第１中空ケーシングと、前
記第２軸に直交する第３軸の回りに回転可能に前記第１
中空ケーシングに支持された第２中空ケーシングと、前
記第２中空ケーシングに固着された中空手首フランジ
と、を有し、前記第２中空ケーシングを第３軸の回りに
駆動する第３軸モータを前記中空手首フランジ、前記第
２中空ケーシング又は前記第１中空ケーシングに取付
け、前記第２中空ケーシングを前記第３軸の回りに駆動
する第３軸モータを前記第２中空ケーシング又は前記第
１中空ケーシングに取付け、かつ前記第１軸と第３軸の
交点付近に大きな開口部を設け、前記中空シャフト及び
中空手首基部の各内周中空部、前記開口部及び前記第２
中空ケーシング及び中空手首フランジの各内周中空部と
により、前記上腕後方から前記中空手首フランジまで連
続した中空の通路を確保し、前記連続した中空の通路内
に前記作業工具と連結するケーブル・ホース、及び前記
第２軸モータ、第３軸モータとそれぞれ連結されるケー
ブルを挿通させるようにし、前記ケーブル・ホースと前
記第２軸モータ、第３軸モータ用のケーブルを前記上腕
後方と前記手首フランジ又は前記作業工具に配置された
クランプでクランプしたことを特徴とする産業ロボット
の手首・アーム構造を提供することによって上述した従
来品の課題を解消した。

【０００６】

【作用】本発明により、第１軸、第２軸、第３軸の回り
を駆動する各中空シャフトを短縮し、部品点数の削減、
軽量化、低イナーシャ化を図ることが可能となり、ま
た、コンパクト・スリムでかつ干渉の少ない手首・アー
ム構造を低コストで提供することが可能となった。さら
に、手首フランジに取付けられた作業工具へ供給するケ
ーブル・ホースの引き回しを容易にし、ロボットに付帯
装置を取付けた状態でもケーブル・ホースの干渉や引っ
掛かりを防止し、かつケーブル・ホースの長寿命化を可
能とした。かつ本発明により第２中空ケーシングを第３
軸の回りに駆動する第３軸モータを中空手首フランジ、
第２中空ケーシング又は第１中空ケーシングに取付け、
第２中空ケーシングを第３軸の回りに駆動する第３軸モ
ータを第２中空ケーシング又は第１中空ケーシングに取
付けたので、図２に示すように、他の軸の回転による
「つれ回り」がなくなるため、回転させる軸の順番に関
係なく第１軸と第３軸を互いに反対方向にそれぞれ１８
０°回転させるだけで、作業工具、手首、アームおよび
内蔵されたケーブル・ホースなどのいかなる部品も分解
することなく簡単に勝手違い手首を有するロボットに変
更することが可能となった。また、同時に有限のねじれ
角を有するケーブル・ホースの初期ねじれを取り除くこ
とが可能になるため、ケーブル・ホースの寿命を低下さ
せることがない。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に示
す。図１の（ａ）は本発明の実施の形態の上腕に取付ら
れた手首を示す外観側面図、（ｂ）は（ａ）の正面図、
（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った概略断面図、（ｄ）
は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図、をそれぞれ示
す。図１（ｃ）において、上腕１の内部に、第１軸ａの
まわりに中空部２７を有する中空シャフト２を有し、中
空シャフト２は１対の軸受１４を介して上腕１に回転自
在に支持されている。上腕１は、軸線ａのまわりに中空
部２７と連続する中空部２８を有する上腕ケーシング３
２に締結されており、上腕ケーシング３２には中空シャ
フト２を回転駆動させるための第１軸モータ７を有し、
第１軸モータ７の出力軸先端部には歯車１８を有する。
中空シャフト２の後端には、歯車１８とかみ合う中空歯
車１７を有し、前記中空シャフト２の前端には、第１軸
ａのまわりに中空部２７と連続する中空部２９を有する
中空手首基部３が取付けられている。

【０００８】中空手首基部３は、第１軸ａに直交する第
２軸ｂのまわりに軸受１５を介して第１中空ケーシング
４を回転自在に支持する。中空手首基部３に、第１中空
ケーシング４を回転駆動させるための第２軸モータ８が
配置されており、第２軸モータ８の出力軸１９は１対の
軸受３４を介して回転自在に中空手首基部３に支持され
た歯車軸２０を回転させ、歯車軸２０の先端歯車は第１
中空ケーシング４に固着されたフランジ３７に取付けら
れた歯車軸２１の先端歯車とかみ合う。

【０００９】第１中空ケーシング４は、第２軸ｂに直交
する第３軸ｃのまわりに中空部３０を有し、第１軸ａと
第２軸ｂの交点付近には大きな開口部３３が設けられ、
中空部３０は開口部３３を介して中空部２９と空間的に
連続している。第１中空ケーシング４は軸受１６を介し
て第３軸ｃのまわりに回転自在に第２中空ケーシング５
を支持する。第２中空ケーシング５には第３軸ｃのまわ
りに中空部３０と連続する中空部３１を有する中空手首
フランジ６が固着されている。第１中空ケーシング４の
前方先端部に中空歯車２６が固定されている。第２中空
ケーシング５を第３軸ｃの回りに駆動する第３軸モータ
９が第２中空ケーシング５に固定された中空手首フラン
ジ６の作業工具３８取付側に配置されているが、第２中
空ケーシング５に取付てもよい。第３軸モータ９の出力
軸歯車２２は中空手首フランジ６内に１対の軸受３６を
介して回転自在に支持された歯車軸２３の歯車と噛み合
い、歯車軸２３のの反対の端部には、歯車２４が設けら
れ、歯車２４は、第２中空ケーシング５に取付けられた
シャフト３９に１対の軸受３５を介して回転自在に支持
された歯車２５とかみ合っており、歯車２５は第１中空
ケーシング４に固着された中空歯車２６とかみ合ってい
る。第３軸モータ９が回転すると、第２中空ケーシング
５に固着された中空手首フランジ６が回転させられる。

【００１０】上腕後方の上腕ケーシング３２から中空手
首フランジ６までの連続した空間（順に、中空部２８、
中空部２７、中空部２９、開口部３３、中空部３０及び
中空部３１）に作業工具３８に供給するケーブル・ホー
ス４０および第２軸モータ８用ケーブル１０、第３軸モ
ータ９用ケーブル１２を挿通させ、作業工具３８に供給
するケーブル・ホース４０第２軸モータ８用ケーブル１
０及び第３軸モータ９用ケーブル１２は、上腕ケーシン
グ３２と中空手首フランジ６にそれぞれクランプ４３、
４４で固定され、第２軸モータ８用ケーブル１０は再び
中空部３１から中空部３０を通って開口部３３より第２
軸モータ８へ配線される。

【００１１】図２に勝手違い手首を調整する方法を示
す。図２（ａ）（ｄ）に示す原姿勢から、第１軸の中空
シャフト２を第２中空ケーシング５・中空手首フランジ
６と共に１８０°回転させ、（ｂ）（ｅ）に示す姿勢と
し、そのあとで、第２中空ケーシング５・中空手首フラ
ンジ６と共に第３軸を１８０°回転させ、（ｃ）（ｆ）
に示す姿勢として、調整を完了する。本発明により第２
中空ケーシングを第３軸の回りに駆動する第３軸モータ
を中空手首フランジ又は第２中空ケーシングに取付けた
ので、図２に示すように、他の軸の回転による「つれ回
り」がなくなるため、回転させる軸の順番に関係なく第
１軸と第３軸を互いに反対方向にそれぞれ１８０°回転
させるだけで、作業工具、手首、アームおよび内蔵され
たケーブル・ホースなどのいかなる部品も分解すること
なく簡単に勝手違い手首を有するロボットに変更するこ
とが可能となった。また、同時に有限のねじれ角を有す
るケーブル・ホースの初期ねじれを取り除くことが可能
になるため、ケーブル・ホースの寿命を低下させること
がない。

【００１２】

【発明の効果】本発明により、第１軸、第２軸、第３軸
の回りを駆動する同軸の各中空シャフトを上腕内を通す
ことなく、駆動系の短縮、部品点数の削減、軽量化、低
イナーシャ化をはかることとともに、コンパクト・スリ
ムでかつ干渉の少ない手首・アーム構造を提供すること
が可能となった。さらに図２に示すように、他の軸の回
転による「つれ回り」がなくなるため、第１軸、第２
軸、第３軸の順に回転させて位相を合わせる必要はな
く、回転させる軸の順番に関係なく第１軸と第３軸を互
いに反対方向にそれぞれ１８０°回転させるだけで、作
業工具、手首、アームおよび内蔵されたケーブル・ホー
スなどのいかなる部品も分解することなく簡単に勝手違
い手首を有するロボットに変更することが可能となっ
た。また、同時に有限のねじれ角を有するケーブル・ホ
ースの初期ねじれを取り除くことが可能になるため、ケ
ーブル・ホースの寿命を低下させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ）は本発明の実施の形態の産業用ロ
ボットの上腕に取付けられた手首を示す外観側面図、
（ｂ）は（ａ）の正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に
沿った概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った
部分断面図、をそれぞれ示す。

【図２】図１に示す上腕に取付けられた手首において、
手首の勝手違い変更方法を示す概略説明図である。

【図３】従来の産業用ロボットの上腕に取付けられた手
首において、手首の勝手違い変更方法を示す概略説明図
である。

【符号の説明】

１・・ 上腕 ２・・ 中空シャ
フト ３・・ 中空手首基部 ４・・ 第１中空
ケーシング ５・・ 第２中空ケーシング ６・・ 中空手首
フランジ ７・・ 第１軸モータ ８・・ 第２軸モ
ータ ９・・ 第３軸モータ 10・・第２軸モー
タ用ケーブル 12・・第３軸モータ用ケーブル 13・・ガイド 14,15,16・・軸受 17,18,20,21,22,23,
24,25,26・・歯車 27,28,29,30,31・・中空部 32・・上腕ケーシン
グ 33・・開口部 34,35,36・・軸受 37・・フランジ 38・・作業工具 39・・シャフト 40・・ケーブル・ホ
ース 41,4２・・ オイルシール 43,4４・・ クラ
ンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上腕に第１軸の回りを回転自在に支持され
   た中空シャフトと、前記中空シャフト先端に固定された
   中空手首基部と、前記第１軸に直交する第２軸の回りに
   揺動可能に前記中空手首基部に支持された第１中空ケー
   シングと、前記第２軸に直交する第３軸の回りに回転可
   能に前記第１中空ケーシングに支持された第２中空ケー
   シングと、前記第２中空ケーシングに固着された中空手
   首フランジと、を有し、前記第２中空ケーシングを第３
   軸の回りに駆動する第３軸モータを前記中空手首フラン
   ジ、前記第２中空ケーシング又は前記第１中空ケーシン
   グに取付け、前記第２中空ケーシングを前記第３軸の回
   りに駆動する第３軸モータを前記第２中空ケーシング又
   は前記第１中空ケーシングに取付け、かつ前記第１軸と
   第３軸の交点付近に大きな開口部を設け、前記中空シャ
   フト及び中空手首基部の各内周中空部、前記開口部及び
   前記第２中空ケーシング及び中空手首フランジの各内周
   中空部とにより、前記上腕後方から前記中空手首フラン
   ジまで連続した中空の通路を確保し、前記連続した中空
   の通路内に前記作業工具と連結するケーブル・ホース、
   及び前記第２軸モータ、第３軸モータとそれぞれ連結さ
   れるケーブルを挿通させるようにし、前記ケーブル・ホ
   ース及び前記第２軸モータ、第３軸モータ用のケーブル
   を前記上腕後方と前記手首フランジ又は前記作業工具に
   配置されたクランプで固定するようにしたことを特徴と
   する産業ロボットの手首・アーム構造。
2. 【請求項２】前記第１軸モータ及び第３軸モータの位置
   検出器を原点リセットするだけで、勝手違いの手首を有
   するロボットに変更するようにしたことを特徴とする請
   求項１記載の産業ロボットの手首・アーム構造。