JP2005014100A - Wrist mechanism of industrial robot - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットのアーム先端に回動自在に取り付ける手首機構に係り、特に、手首機構における配線ケーブルの設置構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の手首機構として、図2に示す構造が知られている(例えば特許文献1参照)。
この手首機構101は、ロボットアーム111の先端に回動自在に取り付けられている。手首機構101は、ロボットアーム111に対して回動するように設けた回動アーム102と、回動アーム102に揺動自在に取り付けた揺動アーム103と、揺動アーム103に搭載した回転自在なフランジ104の3つの部分からなっている。回動アーム102は、先端部が二股に分岐してハウジング部102a,102bを形成している。
【特許文献1】特開昭60−197387号公報
【0003】
回動アーム102は、この回動アームの回転軸線からずらしてロボットアーム111内に設置したモータ121により、減速機122、駆動歯車123および従動歯車124を介して駆動される。揺動アーム103は、回動アーム102上に取り付けたモータ125により駆動される。揺動アーム103とモータ125は、ハウジング部102a側に配設した減速機126とベルト伝達機構127を介してつながっている。フランジ104は、揺動アーム103に搭載したモータ128により、減速機129を介して駆動される。
【0004】
揺動用モータ125の配線ケーブル125aは、回動アームの回転軸線に沿って設けた経路107を通して設置している。フランジ回転用モータ128の配線ケーブル128aも、同様に回動アームの回転軸線上を通し、さらに、ハウジング部102b側から揺動アーム103の揺動軸線上を通して設置されている。
【0005】
この手首機構は、配線ケーブルを外部に露出せずに設置するために、回動アーム102を二股に分岐して、一方に揺動アームの駆動系統を納め、他方に配線ケーブルを納めている。その為、手首機構1の幅寸法aが大きい。また、回動アーム102の形状が複雑であり、部品点数も多くなる。さらに、フランジ104に取り付けるエンドエフェクタ(図示なし)への配線ケーブルの設置方法については、全く考慮されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑みて、配線ケーブルの設置が容易で、構造が簡単で、部品点数が少ない、コンパクトな産業用ロボットの手首機構の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による、ロボットアームの先端に取り付ける産業用ロボットの手首機構は、ロボットアームに対して回動自在に設けた回動アームと、この回動アームに対して揺動自在に設けた揺動アームと、この揺動アームに搭載した回動自在なフランジとを有する。この手首機構は、回動アーム、揺動アームおよびフランジの駆動装置を、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータで構成し、これら回動アーム、揺動アームおよびフランジを対応するモータにそれぞれ直接連結するとともに、各モータに、その回転軸線上を通る貫通穴を設けて、配線ケーブルを通すことを特徴とする。
この構成によると、各アームとフランジの駆動系は、別途に伝動機構を要さない独立ユニットであり、部品点数が少なく、コンパクトである。また、各アームとフランジをモータに直接取り付けるので、連結構造も簡単である。ケーブル類の配線経路を各モータを通して設けるので、配線のために複雑な特別構造を要さず、手先のエンドエフェクタに至るまで、配線ケーブルの設置も容易である。
【0008】
モータの貫通穴には、保護スリーブを設けて配線ケーブルのこすれを防止することが好ましい。
また、手首機構は、隣接する2つの減速機一体型モータ間に設けた配線ケーブルの覆いを有することが好ましい。こうすることによって、配線ケーブル類の露出を防ぎ、例えば溶接ロボットなどの環境において、配線ケーブルの損傷を防止する。
【0009】
さらに、モータの貫通穴は、フランジに取り付けるエンドエフェクタへ電力、電気信号、エア、冷却水等を供給するケーブル類を通すことが好ましい。この場合、これらケーブル類の設置経路を別途に設ける必要がなく、手首機構は構造がさらに簡単にコンパクトになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図1と3を参照して説明する。
図1において、手首機構1は、回動アーム2、揺動アーム3、フランジ4、そしてこれらを駆動するための、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ21,31,41を有する。
モータ21は、回転軸線をロボットアーム11の長手軸線にそろえて、そのケース22をロボットアーム先端にボルト付けしている。回動アーム2が、モータ21の減速機構出力軸23に連結され、同モータの駆動により、ロボットアーム11に対して回動する。
【0011】
回動アーム2は、円筒ケースの胴部にフランジを付けた形状をもち、このフランジをモータ21の出力軸23にボルト付けしている。モータ31は、回転軸線をモータ21の回転軸線と直交させる向きで、回動アーム21の円筒ケース内に収容されている。モータ31は、そのケース32を回動アーム2の円筒ケースに固定している。揺動アーム3が、モータ31の減速機構出力軸33に連結され、同モータの駆動により、回動アーム2に対して揺動する。
【0012】
揺動アーム3は、円筒ケースの外周から中空部分を軸線方向に突きだした形状で、この中空部分をモータ31の出力軸33にボルト付けしている。モータ41は、回転軸線を手先方向に向けて、揺動アーム3の円筒ケース内に収容されている。モータ41は、そのケース42を揺動アーム3の円筒ケースにボルト付けしている。フランジ4が、モータ41の減速機構出力軸43に連結され、同モータの駆動により回動する。
【0013】
かくして、手首機構1は、図1にみられるように、フランジ4の回転軸線がロボットアーム11の長手軸線と整合したインライン手首を成している。
この手首機構は、オフセット手首を成すように変更することも可能である。この場合、揺動アーム3は、その向きを図1に示した状態と逆にして、モータ31に取り付ける。すなわち、揺動アーム3の円筒ケースがロボットアーム11の長手軸線から外れるように、揺動アーム3の中空部分の反対側をモータ31に固定するのである。このような僅かな変更によって、簡単にオフセット手首を実現することができる。
【0014】
さらに、減速機一体型モータ21,31,41には、それぞれ回転軸の中心に貫通穴24,34,44を設けている。これに対応して、回動アーム2のフランジには、モータ21の貫通穴24につながる開口を設けている。揺動アーム3の中空部分にも、同様に、モータ31の貫通穴34につながる開口を穿設している。さらに、フランジ4にも、モータ41の貫通穴44につながる開口が有る。
【0015】
ここで、図3を参照して、本発明に用いる減速機一体型モータの構造例を説明する。
図3に示す例は、モータ部61と、ハーモニックドライブ減速機構62と、鍔付き円筒状のケース68とを有する。
モータ部61は、従来のACモータと同様の構成であり、モータ部と同軸状に配した減速機構62と共に、モータの静止ないし固定側部分となるケース68内に配設している。
【0016】
減速機構62は、モータ部61の出力軸に連結したウェーブジェネレータ64と、それに隣接して軸受63で回転可能に支承した出力軸69と、ケース68の内周壁に形成したサーキュラスプライン65から成る。出力軸69は、ウェーブジェネレータ64とサーキュラスプライン65の間に入るフレクスプライン66を有し、これらの噛み合いを介して、モータ部61により駆動される。
主軸受63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。なお、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。
【0017】
モータの貫通穴60は、ケース68とモータ部61の回転軸とウェーブジェネレータ64とを貫いて、回転軸線上に形成している。この貫通穴60には、スリーブ67が設けられている。スリーブ67は、減速機構の出力軸69に一端を固定していて、出力軸69と共に低速で回転する。
【0018】
図1を再び参照すると、手首装置1への配線ケーブル7は、ロボットアーム11内をその軸線に沿って伸び、モータ21の貫通穴24を通って、回動アーム2内に入る。次いで、配線ケーブル7は、その一部71がモータ31につながり、残りのケーブルがモータ31の貫通穴34を通って、揺動アーム3内に入る。揺動アーム3内では、配線ケーブルの一部72がモータ41に接続される。残りのケーブル73は、モータ41の貫通穴44とフランジ4の開口を通り、フランジに取り付けたエンドエフェクタ5につながっている。
【0019】
ロボットの運転時、手首機構1では、モータ21,31,41が回動するが、配線ケーブル7はスリーブ67に覆われていて、回動に伴う擦れなどから保護される。
また、図1に見られるように、配線ケーブル7は、ロボットアーム11、回動アーム2、そして揺動アーム3に覆われて、外部に露出していない。そのため、配線ケーブル7は、外部からの損傷原因、例えば溶接ロボットにおける火花などから保護される。
【0020】
このような実施形態の手首機構によると、モータケーブルとエンドエフェクタのケーブル類を、減速機一体型モータの貫通穴と各アーム内を通して、外部に露出すること無く設置できる。
さらに、回動アーム2と揺動アーム3の連結が片持ち構造となり、手首機構の幅寸法aが小さくなり、構造部材の形状が簡単で、部品点数も少なくなる。
【0021】
以上、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のみに限定されず、上述した実施形態に種々の変更を加え、或いは別の実施形態とすることができる。
一例として、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。また、減速機一体型モータは、モータ部と減速機構とを別個のケースに収めて、これらケース同士を結合する構造でも良い。このモータの貫通穴は、配線ケーブル以外にも、溶接ケーブルなど、作業用のケーブル類を通すように形成することもできる。さらに、図1の手首機構1とモータ3の取付関係を裏返して、モータの出力軸をロボットアームに、モータのケースを手首機構のケーシングに固定するようにしても良い。
【0022】
また、上述の実施態様では、回動および揺動アームが円筒ケースを備えるものとしているが、これらアームを例えばL字形状の平板状ブラケットに代えて、その一端部をモータケース32,42に固定して、各モータを支承しても良い。この場合、モータ21と31の間、そしてモータ31と41の間で、配線ケーブル7が外部に露出することになるが、必要な場合には、別途にカバー部材を設けて、配線ケーブルを覆って保護することが出来る。
【0023】
【発明の効果】
本発明は、手首機構の回動駆動に、貫通穴のある減速機一体型モータを用いるので、駆動系と回転軸をコンパクトにし、余分な構造を設けることなく、配線ケーブルの設置を可能にする。減速機一体型モータによる駆動ユニットは、部品点数が少なく、作動信頼性も高い。このような手首機構を採用することによって、小型で汎用性が高く、作動の確実な産業用ロボット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】本発明の実施の形態である産業用ロボットの手首機構を示す概略断面図である。
【図2】従来の産業用ロボットの手首機構を示す概略図である。
【図3】本発明の手首機構に用いる減速機一体型モータの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 手首機構
2 回動アーム
3 揺動アーム
4 フランジ
7 配線ケーブル
11 ロボットアーム
21,31,41 減速機一体型モータ
24,34,44 貫通穴
60 貫通穴
61 モータ部
62 減速機構
69 出力軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wrist mechanism that is rotatably attached to the tip of an arm of an industrial robot, and more particularly to a wiring cable installation structure in the wrist mechanism.
[0002]
[Prior art]
As this type of wrist mechanism, a structure shown in FIG. 2 is known (see, for example, Patent Document 1).
The
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-197387
The rotating
[0004]
The
[0005]
In this wrist mechanism, in order to install the wiring cable without exposing it to the outside, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a compact industrial robot wrist mechanism that is easy to install a wiring cable, has a simple structure, and has a small number of parts.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The wrist mechanism of the industrial robot attached to the tip of the robot arm according to the present invention includes a pivot arm provided so as to be pivotable with respect to the robot arm, and a pivot arm provided so as to be pivotable with respect to the pivot arm. And a rotatable flange mounted on the swing arm. In this wrist mechanism, the rotation arm, the swing arm and the flange drive device are constituted by a reduction gear integrated motor in which a speed reduction mechanism is integrated, and the rotation arm, swing arm and flange are used as the corresponding motors. Each of the motors is directly connected, and each motor is provided with a through hole passing through the rotation axis thereof, and a wiring cable is passed therethrough.
According to this configuration, the drive system for each arm and flange is an independent unit that does not require a separate transmission mechanism, has a small number of parts, and is compact. In addition, since each arm and flange are directly attached to the motor, the connection structure is simple. Since the wiring routes of the cables are provided through each motor, a complicated special structure is not required for the wiring, and the wiring cables can be easily set up to the end effector at the hand.
[0008]
It is preferable to provide a protective sleeve in the through hole of the motor to prevent the wiring cable from being rubbed.
Moreover, it is preferable that a wrist mechanism has the cover of the wiring cable provided between two adjacent motors integrated with a reduction gear. By doing so, the exposure of the wiring cables is prevented, and damage to the wiring cables is prevented in an environment such as a welding robot.
[0009]
Furthermore, it is preferable to pass cables for supplying electric power, electrical signals, air, cooling water, and the like to the end effector attached to the flange through the through hole of the motor. In this case, it is not necessary to separately provide an installation route for these cables, and the wrist mechanism is more easily and compact in structure.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, the wrist mechanism 1 includes a
The
[0011]
The
[0012]
The swing arm 3 has a hollow portion protruding in the axial direction from the outer periphery of the cylindrical case, and the hollow portion is bolted to the
[0013]
Thus, as shown in FIG. 1, the wrist mechanism 1 forms an in-line wrist in which the rotation axis of the
This wrist mechanism can be modified to form an offset wrist. In this case, the swing arm 3 is attached to the
[0014]
Further, the speed reducer integrated
[0015]
Here, with reference to FIG. 3, the structural example of the reduction gear integrated motor used for this invention is demonstrated.
The example shown in FIG. 3 includes a
The
[0016]
The
The
[0017]
The through
[0018]
Referring again to FIG. 1, the
[0019]
During the operation of the robot, the
Further, as seen in FIG. 1, the
[0020]
According to the wrist mechanism of such an embodiment, the motor cable and the end effector cables can be installed through the through hole of the reduction gear integrated motor and each arm without being exposed to the outside.
Further, the connection between the
[0021]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited only to these specific forms, A various change can be added to embodiment mentioned above, or it can be set as another embodiment.
As an example, the speed reducer-integrated motor may use other speed reducing means such as an RV speed reducer, a cyclo speed reducer, or a planetary gear speed reducer instead of the above-described harmonic drive speed reducer. The reduction gear integrated motor may have a structure in which the motor unit and the reduction mechanism are housed in separate cases and the cases are coupled to each other. The through hole of the motor can be formed so as to pass working cables such as a welding cable in addition to the wiring cable. Further, the mounting relationship between the wrist mechanism 1 and the motor 3 in FIG. 1 may be reversed so that the motor output shaft is fixed to the robot arm and the motor case is fixed to the wrist mechanism casing.
[0022]
In the above embodiment, the pivoting and swinging arms are provided with a cylindrical case. However, these arms are replaced with, for example, L-shaped flat brackets, and one end portions thereof are fixed to the
[0023]
【The invention's effect】
The present invention uses a reduction gear integrated motor with a through-hole for rotational driving of the wrist mechanism, so that the drive system and the rotating shaft are made compact, and installation of a wiring cable is possible without providing an extra structure. . A drive unit using a reduction gear integrated motor has a small number of parts and high operation reliability. By adopting such a wrist mechanism, there is an effect that it is possible to provide an inexpensive industrial robot that is small, highly versatile, and reliable in operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a wrist mechanism of an industrial robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a wrist mechanism of a conventional industrial robot.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a reduction gear integrated motor used in the wrist mechanism of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記回動アーム、揺動アームおよびフランジの駆動装置を、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータで構成し、これら回動アーム、揺動アームおよびフランジを対応するモータにそれぞれ直接連結するとともに、各モータに、その回転軸線上を通る貫通穴を設けて、配線ケーブルを通すことを特徴とする、産業用ロボットの手首機構。A wrist mechanism for an industrial robot attached to the tip of a robot arm, a pivot arm provided so as to be pivotable with respect to the robot arm, and a pivot arm provided so as to be pivotable with respect to the pivot arm; In the wrist mechanism having a rotatable flange mounted on the swing arm,
The rotation arm, swing arm, and flange drive device are constituted by a speed reducer-integrated motor integrally incorporating a speed reduction mechanism, and the rotation arm, swing arm, and flange are directly connected to corresponding motors, respectively. In addition, a wrist mechanism for an industrial robot, wherein each motor is provided with a through-hole passing through the rotation axis thereof, and a wiring cable is passed therethrough.
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