JP2005014097A - 産業用ロボットアーム - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が簡単で、構成が自由な関節型の産業用ロボットアームの提供。
【解決手段】ロボットアームの第１と第２の軸ユニット（１，２）は、それぞれ、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ（１０，２０）を備える。第２軸ユニット（２）は、この第２軸ユニットのモータの静止部分を第１軸ユニット（１）のモータの減速機構出力軸に直接固定して、或いは第２軸ユニットのモータ（２０）の静止部分または減速機構出力軸を一方の側に固定し、他方の側を第１軸ユニットのモータ（１０）の減速機構出力軸に固定したブラケット（２１）を介して、第１軸ユニット（１）に連結する。
【選択図】 図１
【解決手段】ロボットアームの第１と第２の軸ユニット（１，２）は、それぞれ、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ（１０，２０）を備える。第２軸ユニット（２）は、この第２軸ユニットのモータの静止部分を第１軸ユニット（１）のモータの減速機構出力軸に直接固定して、或いは第２軸ユニットのモータ（２０）の静止部分または減速機構出力軸を一方の側に固定し、他方の側を第１軸ユニットのモータ（１０）の減速機構出力軸に固定したブラケット（２１）を介して、第１軸ユニット（１）に連結する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの関節を有する産業用ロボットアームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、垂直多関節型ロボットのアームの駆動系は、別個の減速装置と電動モータから構成されている（例えば、特許文献１参照）。それら減速装置と電動モータは、一つのユニットとして組み合わせて、位置精度と密閉性を確保しながらアームに取り付ける必要がある。そのため、アームを自由に構成することが難しい。
【０００３】
一方、水平多関節型の産業用ロボットでは、減速機構を廃して、ＤＤモータでアームを直接駆動する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構造は、駆動系が小型になるが、ＤＤモータの容量が比較的小さいために、重力の下で稼動する垂直多関節ロボットには適用が難しい。
【特許文献１】特開平１０−２９１８９号公報
【特許文献２】特開平６−１９０７７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、駆動系を簡潔に構成して、構造が簡単で、構成が自由な関節型の産業用ロボットアームを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による、関節型の産業用ロボットアームは、少なくとも２つの軸ユニットを有する。このロボットアームでは、第１と第２の軸ユニットがそれぞれ減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータを含み、第２軸ユニットは、この第２軸ユニットのモータの静止部分を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に直接固定して、或いは第２軸ユニットのモータの静止部分または減速機構出力軸を一方の側に固定し、他方の側を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に固定したブラケットを介して、第１軸ユニットに連結される。
この構成では、減速機一体型モータは、減速機構とモータが予め１つのモジュールとなっているので、構造が簡単であり、設置が容易である。また、これらモータ同士を直接に、或いはブラケットを介して連結して、軸ユニットとそれらの関節を形成しているので、軸構造および関節構造が極めて簡単になる。
【０００６】
前述の第２軸ユニットのモータ静止部分またはブラケットは、第１と第２の軸ユニット間の所望設置角度に応じた角度をもって形成することが好ましい。
さらに、第１軸ユニットのモータは、このモータの静止部分を相手部材に直接取り付けて、或いはこのモータの静止部分を把持したベース部材を相手部材に取り付けて設置し、第１軸ユニットのモータ静止部分またはベース部材は、ロボットの据え付け姿勢に応じた形状に形成することが好ましい。
こうすることによって、ロボットアームの軸ユニット間の角度およびロボット自体の据え付け姿勢を、複雑な関節構造や、据え付け構造を設けることなく、容易に設定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の実施形態を、図１から図７を参照して説明する。なお、これらの図面においては、同様な構成部分に同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０００８】
図１に示す関節型ロボットアームは、第１の軸ユニット１に対して第２の軸ユニット２を４５度傾けて設置している。
軸ユニット１は、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ１０を備えている。このモータの静止ないし固定側部分の端面に、円筒状のベース部材１１がボルト付けされている。ロボットアームは、このベース部材を相手側部材に取り付けて、据え付けられる。
軸ユニット２も、同様な減速機一体型モータ２０を備えており、このモータは、ブラケット２１を介して、軸ユニット１につながっている。ブラケット２１は、一方の端部に対して４５度の傾斜部分のある板状部材である。ブラケット２１は、この傾斜部分をモータ２０の固定側部分に、また一方の端部を軸ユニット１のモータ１０の出力軸端面にそれぞれボルト付けている。
【０００９】
図２に示す実施形態のロボットアームは、第１の軸ユニット３に対して、第２の軸ユニット４を直角に配置している。
軸ユニット３，４はそれぞれ減速機一体型モータ３０，４０を有しており、これは前述の第１実施形態と同様である。一方、第２の軸ユニット４のブラケット４１は断面がＬ字形状で、第１実施形態のものと異なっている。さらに、第１の軸ユニット３のベース部材３１は、モータ３０の固定側端面にボルト付けするための取付部分と、この部分に対して直角な、ロボット据え付けのための部分とを有する形状である。
【００１０】
ここで、図７を参照して、本発明のロボットアームに用いる減速機一体型モータの一例を説明する。
図７の減速機一体型モータは、モータ部１０１と、ハーモニックドライブ減速機構１０２と、鍔付き円筒状のケース１０９とを主要部品としている。
モータ部１０１は、従来のＡＣモータと同様の構成であり、モータの静止ないし固定側部分となるケース１０９内に配設されている。減速機構１０２も、モータ部１０１と同心となるように、ケース１０９に設けている。
【００１１】
減速機構１０２は、ウェーブジェネレータ１０４と、出力軸１０８を含んでいる。ウェーブジェネレータ１０４は、モータ部１０１の出力軸に連結されている。ケース１０９の内周壁には、ウェーブジェネレータ１０４の外周に対向して、サーキュラスプライン１０５が形成されている。また、出力軸１０８には、ウェーブジェネレータ１０４とサーキュラスプライン１０５の間に入るフレクスプライン１０６を設けている。
【００１２】
出力軸１０８は、主軸受１０３によりケース１０９に回転可能に支承され、モータ部１０１により、ウェーブジェネレータ１０４とサーキュラスプライン１０５とフレクスプライン１０６とを介して駆動される。
主軸受１０３はクロスローラ軸受であり、ラジアル荷重とスラスト荷重とモーメント荷重を同時に支持することができる。減速機一体型モータは、オイルシ−ル１０７によって内部が密封され、その他の接合面もＯリングで密閉されていて、防滴構造となっている。
【００１３】
なお、減速機一体型モータは、上述のハーモニックドライブ減速機のかわりに、例えば、ＲＶ減速機、サイクロ減速機、遊星歯車減速機など、その他の減速手段を用いても良い。主軸受は、クロスローラ軸受のかわりに、アンギュラ玉軸受、テーパコロ軸受など、その他の軸受を用いることができる。
【００１４】
図３から図６に示す４つの実施形態では、ロボットアームがそれぞれ３つの軸ユニットを有している。
図３と図４のロボットアームは、図１の第１軸ユニット１と図２の第２軸ユニット４とを組み合わせて備える。図３のロボットアームは、第３の軸ユニット５を、第２の軸ユニット４と平行に設置している。この第３軸ユニットも、他の軸ユニットと同様に減速機一体型モータ５０を含むものである。細長い平板状のブラケット５１が、一端を第２軸ユニットのモータ出力軸端面に、また他端を第３軸ユニットのモータ出力軸端面にそれぞれボルト付けして、第３の軸ユニット５を第２の軸ユニット４に連結している。
一方、図４のロボットアームでは、減速機一体型モータ６０を含む第３の軸ユニット６は、第１の軸ユニット１と平行になっている。Ｌ字状のブラケット６が、一方の端部を第３軸ユニットのモータ固定側部分に、また、他方の端部を第２軸ユニットのモータ出力軸端面にそれぞれ取り付けて、第２と第３の軸ユニット４，６をつないでいる。
【００１５】
図５と図６のロボットアームは、図１に示した４５度配置の第１および第２軸ユニット１，２を備えている。図５に示すロボットアームの第３軸ユニット７は、減速機一体型モータ７０を含んでいる。第２と第３軸ユニットをつなぐブラケット７１は、４５度に曲がった形状である。ブラケット７１は、一端を第２軸ユニットのモータ出力軸端面に固定し、他方の端部を第３軸ユニットのモータの固定側部分に取り付けている。
図６の実施形態では、減速機一体型モータ８０を含む第３の軸ユニット８が、第１の軸ユニット１と平行である。第２と第３軸ユニットをつなぐブラケット８１は、一端を４５度に曲げ、他端を９０度に曲げた形状である。ブラケット８１の９０度曲げ部分は第３軸ユニットのモータ固定側部分に、また、４５度曲げ部分は第２軸ユニットのモータ出力軸端面に取り付けている。
【００１６】
以上説明した本発明の実施形態のロボットアームは、作動時に、第１軸ユニットの減速機一体型モータの駆動によって、第２軸ユニットが第１軸ユニットの軸線回りを回動し、さらに、第３軸ユニットあるいは第２軸ユニットに取り付けたエフェクタなどが、第２軸ユニットのモータの駆動によって第２軸ユニットの軸線回りを回動する。
【００１７】
本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら特定の形態のみに限定されるものではなく、説明した実施形態に様々な変更を加え、或いは別の実施形態とすることも可能である。
例えば、図１のロボットアームでは、第２軸ユニットのモータ２０を、ブラケット２１を介して第１軸ユニットに連結しているが、モータの固定側部分ないしケース自体を図示ブラケットの形状に形成して、モータを第１軸ユニットに連結しても良いことは、図示例をあげて説明するまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、軸ユニットの駆動系は構造が簡単で、設置が容易である上に、軸および関節構造が極めて簡単になるので、設計や製造が容易であり、小型で汎用性に優れたロボットアームの安価な提供を可能にする効果がある
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である、第１と第２の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態である、第１と第２の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図７】本発明の実施形態に用いる減速機一体型モータの一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，３ 第１の軸ユニット
２，４ 第２の軸ユニット
５，６，７，８ 第３の軸ユニット
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 減速機一体型モータ
１１，３１ ベース部材
２１，４１，５１，６１，７１，８１ ブラケット
１０２ 減速機構
１０８ 出力軸
１０９ ケース（静止部分）
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの関節を有する産業用ロボットアームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、垂直多関節型ロボットのアームの駆動系は、別個の減速装置と電動モータから構成されている（例えば、特許文献１参照）。それら減速装置と電動モータは、一つのユニットとして組み合わせて、位置精度と密閉性を確保しながらアームに取り付ける必要がある。そのため、アームを自由に構成することが難しい。
【０００３】
一方、水平多関節型の産業用ロボットでは、減速機構を廃して、ＤＤモータでアームを直接駆動する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構造は、駆動系が小型になるが、ＤＤモータの容量が比較的小さいために、重力の下で稼動する垂直多関節ロボットには適用が難しい。
【特許文献１】特開平１０−２９１８９号公報
【特許文献２】特開平６−１９０７７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、駆動系を簡潔に構成して、構造が簡単で、構成が自由な関節型の産業用ロボットアームを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による、関節型の産業用ロボットアームは、少なくとも２つの軸ユニットを有する。このロボットアームでは、第１と第２の軸ユニットがそれぞれ減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータを含み、第２軸ユニットは、この第２軸ユニットのモータの静止部分を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に直接固定して、或いは第２軸ユニットのモータの静止部分または減速機構出力軸を一方の側に固定し、他方の側を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に固定したブラケットを介して、第１軸ユニットに連結される。
この構成では、減速機一体型モータは、減速機構とモータが予め１つのモジュールとなっているので、構造が簡単であり、設置が容易である。また、これらモータ同士を直接に、或いはブラケットを介して連結して、軸ユニットとそれらの関節を形成しているので、軸構造および関節構造が極めて簡単になる。
【０００６】
前述の第２軸ユニットのモータ静止部分またはブラケットは、第１と第２の軸ユニット間の所望設置角度に応じた角度をもって形成することが好ましい。
さらに、第１軸ユニットのモータは、このモータの静止部分を相手部材に直接取り付けて、或いはこのモータの静止部分を把持したベース部材を相手部材に取り付けて設置し、第１軸ユニットのモータ静止部分またはベース部材は、ロボットの据え付け姿勢に応じた形状に形成することが好ましい。
こうすることによって、ロボットアームの軸ユニット間の角度およびロボット自体の据え付け姿勢を、複雑な関節構造や、据え付け構造を設けることなく、容易に設定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の実施形態を、図１から図７を参照して説明する。なお、これらの図面においては、同様な構成部分に同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０００８】
図１に示す関節型ロボットアームは、第１の軸ユニット１に対して第２の軸ユニット２を４５度傾けて設置している。
軸ユニット１は、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ１０を備えている。このモータの静止ないし固定側部分の端面に、円筒状のベース部材１１がボルト付けされている。ロボットアームは、このベース部材を相手側部材に取り付けて、据え付けられる。
軸ユニット２も、同様な減速機一体型モータ２０を備えており、このモータは、ブラケット２１を介して、軸ユニット１につながっている。ブラケット２１は、一方の端部に対して４５度の傾斜部分のある板状部材である。ブラケット２１は、この傾斜部分をモータ２０の固定側部分に、また一方の端部を軸ユニット１のモータ１０の出力軸端面にそれぞれボルト付けている。
【０００９】
図２に示す実施形態のロボットアームは、第１の軸ユニット３に対して、第２の軸ユニット４を直角に配置している。
軸ユニット３，４はそれぞれ減速機一体型モータ３０，４０を有しており、これは前述の第１実施形態と同様である。一方、第２の軸ユニット４のブラケット４１は断面がＬ字形状で、第１実施形態のものと異なっている。さらに、第１の軸ユニット３のベース部材３１は、モータ３０の固定側端面にボルト付けするための取付部分と、この部分に対して直角な、ロボット据え付けのための部分とを有する形状である。
【００１０】
ここで、図７を参照して、本発明のロボットアームに用いる減速機一体型モータの一例を説明する。
図７の減速機一体型モータは、モータ部１０１と、ハーモニックドライブ減速機構１０２と、鍔付き円筒状のケース１０９とを主要部品としている。
モータ部１０１は、従来のＡＣモータと同様の構成であり、モータの静止ないし固定側部分となるケース１０９内に配設されている。減速機構１０２も、モータ部１０１と同心となるように、ケース１０９に設けている。
【００１１】
減速機構１０２は、ウェーブジェネレータ１０４と、出力軸１０８を含んでいる。ウェーブジェネレータ１０４は、モータ部１０１の出力軸に連結されている。ケース１０９の内周壁には、ウェーブジェネレータ１０４の外周に対向して、サーキュラスプライン１０５が形成されている。また、出力軸１０８には、ウェーブジェネレータ１０４とサーキュラスプライン１０５の間に入るフレクスプライン１０６を設けている。
【００１２】
出力軸１０８は、主軸受１０３によりケース１０９に回転可能に支承され、モータ部１０１により、ウェーブジェネレータ１０４とサーキュラスプライン１０５とフレクスプライン１０６とを介して駆動される。
主軸受１０３はクロスローラ軸受であり、ラジアル荷重とスラスト荷重とモーメント荷重を同時に支持することができる。減速機一体型モータは、オイルシ−ル１０７によって内部が密封され、その他の接合面もＯリングで密閉されていて、防滴構造となっている。
【００１３】
なお、減速機一体型モータは、上述のハーモニックドライブ減速機のかわりに、例えば、ＲＶ減速機、サイクロ減速機、遊星歯車減速機など、その他の減速手段を用いても良い。主軸受は、クロスローラ軸受のかわりに、アンギュラ玉軸受、テーパコロ軸受など、その他の軸受を用いることができる。
【００１４】
図３から図６に示す４つの実施形態では、ロボットアームがそれぞれ３つの軸ユニットを有している。
図３と図４のロボットアームは、図１の第１軸ユニット１と図２の第２軸ユニット４とを組み合わせて備える。図３のロボットアームは、第３の軸ユニット５を、第２の軸ユニット４と平行に設置している。この第３軸ユニットも、他の軸ユニットと同様に減速機一体型モータ５０を含むものである。細長い平板状のブラケット５１が、一端を第２軸ユニットのモータ出力軸端面に、また他端を第３軸ユニットのモータ出力軸端面にそれぞれボルト付けして、第３の軸ユニット５を第２の軸ユニット４に連結している。
一方、図４のロボットアームでは、減速機一体型モータ６０を含む第３の軸ユニット６は、第１の軸ユニット１と平行になっている。Ｌ字状のブラケット６が、一方の端部を第３軸ユニットのモータ固定側部分に、また、他方の端部を第２軸ユニットのモータ出力軸端面にそれぞれ取り付けて、第２と第３の軸ユニット４，６をつないでいる。
【００１５】
図５と図６のロボットアームは、図１に示した４５度配置の第１および第２軸ユニット１，２を備えている。図５に示すロボットアームの第３軸ユニット７は、減速機一体型モータ７０を含んでいる。第２と第３軸ユニットをつなぐブラケット７１は、４５度に曲がった形状である。ブラケット７１は、一端を第２軸ユニットのモータ出力軸端面に固定し、他方の端部を第３軸ユニットのモータの固定側部分に取り付けている。
図６の実施形態では、減速機一体型モータ８０を含む第３の軸ユニット８が、第１の軸ユニット１と平行である。第２と第３軸ユニットをつなぐブラケット８１は、一端を４５度に曲げ、他端を９０度に曲げた形状である。ブラケット８１の９０度曲げ部分は第３軸ユニットのモータ固定側部分に、また、４５度曲げ部分は第２軸ユニットのモータ出力軸端面に取り付けている。
【００１６】
以上説明した本発明の実施形態のロボットアームは、作動時に、第１軸ユニットの減速機一体型モータの駆動によって、第２軸ユニットが第１軸ユニットの軸線回りを回動し、さらに、第３軸ユニットあるいは第２軸ユニットに取り付けたエフェクタなどが、第２軸ユニットのモータの駆動によって第２軸ユニットの軸線回りを回動する。
【００１７】
本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら特定の形態のみに限定されるものではなく、説明した実施形態に様々な変更を加え、或いは別の実施形態とすることも可能である。
例えば、図１のロボットアームでは、第２軸ユニットのモータ２０を、ブラケット２１を介して第１軸ユニットに連結しているが、モータの固定側部分ないしケース自体を図示ブラケットの形状に形成して、モータを第１軸ユニットに連結しても良いことは、図示例をあげて説明するまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、軸ユニットの駆動系は構造が簡単で、設置が容易である上に、軸および関節構造が極めて簡単になるので、設計や製造が容易であり、小型で汎用性に優れたロボットアームの安価な提供を可能にする効果がある
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である、第１と第２の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態である、第１と第２の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態である、第１から第３の軸ユニットを備えたロボットアームの部分断面図である。
【図７】本発明の実施形態に用いる減速機一体型モータの一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，３ 第１の軸ユニット
２，４ 第２の軸ユニット
５，６，７，８ 第３の軸ユニット
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 減速機一体型モータ
１１，３１ ベース部材
２１，４１，５１，６１，７１，８１ ブラケット
１０２ 減速機構
１０８ 出力軸
１０９ ケース（静止部分）
Claims (3)
- 少なくとも２つの軸ユニットを有する関節型の産業用ロボットアームにおいて、
第１と第２の軸ユニットがそれぞれ減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータを含み、第２軸ユニットは、この第２軸ユニットのモータの静止部分を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に直接固定して、或いは第２軸ユニットのモータの静止部分または減速機構出力軸を一方の側に固定し、他方の側を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に固定したブラケットを介して、第１軸ユニットに連結されることを特徴とする、産業用ロボットアーム。 - 請求項１記載のロボットアームにおいて、前記モータの静止部分またはブラケットは、前記第１と第２の軸ユニット間の所望設置角度に応じた角度をもって形成される、産業用ロボットアーム。
- 請求項１または２記載のロボットアームにおいて、前記第１軸ユニットのモータは、このモータの静止部分を相手部材に直接取り付けて、或いはこのモータの静止部分を把持したベース部材を相手部材に取り付けて設置され、前記第１軸ユニットのモータ静止部分またはベース部材は、ロボットの据え付け姿勢に応じた形状に形成される、産業用ロボットアーム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003177897A JP2005014097A (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 産業用ロボットアーム |
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2003
- 2003-06-23 JP JP2003177897A patent/JP2005014097A/ja active Pending
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