JP2006341336A - ロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡素な構成で回動角度範囲を広く確保でき、かつ、より容易に回動制御することが可能なロボットアームを得る。
【解決手段】 関節部１０を介して、二つのアーム１Ａ，１Ｂの端部同士を所定の平面に沿って相対回動可能に接続してなるロボットアームにおいて、関節部１０に、二つのアーム１Ａ，１Ｂの双方に対して回動可能なサブアーム２を設ける一方、二つのアーム１Ａ，１Ｂの端部にそれぞれ設けたギヤ７，８同士を噛合し、一方のアーム１Ａに設けた駆動機構によって、当該アーム１Ａに対してサブアーム２を回動させることにより、当該アーム１Ａに対して他方のアーム１Ｂを回動させるようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、二つのアームの端部同士を所定の平面に沿って相対回動可能に接続してなるロボットアームに関する。

従来のこの種のロボットアームとして、例えば、特許文献１に開示されるものが知られている。

この特許文献１に開示されるように、この種のロボットアームでは、一方のアームに他方のアームを回動可能に取り付け、モータによっていずれか一方のアームに対して他方のアームを回動するように構成されている。
特開２００４−２９９０２４号公報

しかしながら、かかる構造のロボットアームでは、二つのアームの端部同士の干渉によって回動角度範囲が制限されるという問題があった。

この点、多関節ロボットアームとすれば、回動角度範囲については改善が見込めるが、構造が複雑化して、重量が増大し、関節が増える分、その制御も難しくなるという問題がある。

そこで、本発明は、比較的簡素な構成で回動角度範囲を広く確保でき、かつ、より容易に回動制御することが可能なロボットアームを得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、関節部を介して、二つのアームの端部同士を所定の平面に沿って相対回動可能に接続してなるロボットアームにおいて、前記関節部に、二つのアームの双方に対して回動可能なサブアームを設ける一方、二つのアームの端部にそれぞれ設けたギヤ同士を噛合し、いずれか一方のアームに設けた駆動機構によって、当該一方のアームに対してサブアームを回動させることにより、当該一方のアームに対して他方のアームを回動させるようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、前記駆動機構としてのモータと、ギヤを内蔵し前記モータの回転を減速する回転減速機構と、を備え、前記回転減速機構の筐体を、当該モータが設けられるアームに固定する一方、前記回転減速機構の出力軸をサブアームに固定したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、駆動機構が設けられたアームに対するサブアームの回動角度と、駆動機構が設けられたアームに対する他方のアームの回動角度とが一対一で対応する構成となるため、サブアームを回動させるための比較的簡素な構成を設けることによって、二つのアームの角度を比較的容易に可変制御することができる。

請求項２の発明によれば、回転減速機構を設けたため、駆動機構としてのモータを小型化することができる上、回転減速機構の出力軸とサブアームとを直結することで、関節部をより簡素な構成によって具現化することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかるロボットアームの平面図、図２は、ロボットアームの関節部の（ａ）側面図と（ｂ）平面図（下面図）、図３は、ロボットアームの関節部の斜視図、図４および図５は、ロボットアームの二つのアームの種々の回動状態を示す図である。

本実施形態にかかるロボットアームは、関節部１０を介して、二つのアーム１Ａ，１Ｂの端部同士を所定の平面に沿って相対回動可能に接続してなるものである。

関節部１０では、二つのアーム１Ａ，１Ｂの双方に対して回動可能なサブアーム２が設けられるとともに、二つのアーム１Ａ，１Ｂの端部にそれぞれ設けたギヤ７，８同士を噛合させている。そして、駆動機構としてのモータ３によって一方のアーム１Ａに対してサブアーム２を回動させ、そのサブアーム２に連動させて他方のアーム１Ｂを回動させるようにしている。

すなわち、アーム１Ａおよびギヤ７を固定した場合を考えると、アーム１Ｂのギヤ８は、ギヤ７の外周に接して、自転しながら公転することになる。ここで、ギヤ７の外周上のギヤ８の位置をサブアーム２によって変化させるように構成する。一例としては、サブアーム２のアーム１Ａ側の軸心Ｘａをギヤ７の中心と一致させ、このサブアーム２によってギヤ８の回動中心を回転自在に支持すればよい。こうすれば、アーム１Ａに対してサブアーム２を回動させることによって、ギヤ８は、ギヤ７の外周上を回動（自転）しながら移動（公転）する（すなわちギヤ７の外周に沿って転動する）ことになり、各位置でのギヤ８の転動姿勢に応じて、このギヤ８に直結したアーム１Ｂと、ギヤ７に直結したアーム１Ａとの角度が定まることになる。

ここで、本実施形態にかかるロボットアームにおけるアーム１Ａ，１Ｂ同士の回動動作について、図４および図５を参照しながら考察する。

図４の（ｃ）（＝図１）に示すように、アーム１Ａの延伸方向に沿ってギヤ７，８およびアーム１Ｂを配置し、ギヤ７とギヤ８とで、直径および歯数が同じになるように構成した場合、サブアーム２を図４の反時計回り方向に４５°（ｄｅｇ）回動させると、ギヤ８は、このサブアーム２に従って、ギヤ７に対して４５°の角度位置に配置される（図４の（ｂ））。このとき、ギヤ８は、ギヤ７との噛合によって４５°分だけ反時計回り方向に回動することになるが、上述したように、ギヤ７に対しては４５°の角度位置まで反時計回り方向に移動しているため、ギヤ７の固定座標で見ると、ギヤ８は、合計９０°分だけ反時計回りに回動していることになる。よって、図４の（ｂ）に示すように、アーム１Ａに対してサブアーム２を図４の反時計回り方向に４５°回動させると、ギヤ７，８同士の噛合により、ギヤ８に直結されるアーム１Ｂは、反時計回り方向に９０°回動し、アーム１Ａと直交することになる。

全く同様に、図４の（ａ）に示すように、サブアーム２を図４の反時計回り方向に９０°回動させると、ギヤ８に直結されるアーム１Ｂは、反時計回り方向に１８０°回動し、アーム１Ａとアーム１Ｂとは、関節部１０で反転して折り返した状態となる。なお、アーム１Ａおよびアーム１Ｂの幅を、それぞれギヤ７，８の直径以下としておけば、相互に干渉させることなく二つのアーム１Ａ，１Ｂの折り返し状態を構築できることが、容易に理解できよう。

もちろん、時計回り方向の回動についても全く同様であって、図５の（ｄ）に示すように、アーム１Ａに対してサブアーム２を図５の時計回り方向に４５°回動させると、ギヤ７，８同士の噛合により、ギヤ８に直結されるアーム１Ｂは、時計回り方向に９０°回動し、アーム１Ａと直交することになる。

また、図５の（ｅ）に示すように、サブアーム２を図５の時計回り方向に９０°回動させると、ギヤ８に直結されるアーム１Ｂは、時計回り方向に１８０°回動し、アーム１Ａとアーム１Ｂとは、関節部１０で反転して折り返した状態となる。

以上のように、本実施形態にかかるロボットアームによれば、ギヤ８をギヤ７の周りに、図４の（ｃ）を基準として±９０°の範囲で移動させることで、アーム１Ｂはその倍の±１８０°の範囲で動くことができ、アーム１Ｂは、アーム１Ａに対して略３６０°の範囲で回動可能であることが理解できよう。

そして、本実施形態では、かかるアーム１Ａ，１Ｂ同士の相対回動を、より小さな駆動力によって、よりコンパクトな構成で実現させるべく、図２および図３に示す関節部１０を設けている。

アーム１Ａの端部には、アーム１Ｂの回動する平面に沿う板状の支持プレート１４がアーム１Ａの延伸方向に沿って突設されるとともに、この支持プレート１４と直交する方向の軸心Ｘａを有するギヤ７が固定されている。

また、支持プレート１４の根元側には、当該支持プレート１４と直交する方向の軸心を備えたモータ３が取り付けられている。

さらに、このモータ３の回転を減速してサブアーム２に伝達すべく、本実施形態では、回転減速機構６が設けられている。回転減速機構６の筐体は、アーム１Ａ側に固定されており、少なくともその出力軸は、アーム１Ａに対するサブアーム２の回転軸（軸心Ｘａ）となる。そして、回転減速機構６の出力軸が、サブアーム２（下側サブアーム２ａ）に固定される一方、入力軸にギヤ５が取り付けられている。なお、この回転減速機構６は、例えば、波動歯車式減速機として構成することができる。

よって、モータ３の回動は、その出力軸に固定されたギヤ４と、回転減速機構６の入力軸に固定されたギヤ５との噛み合いによって減速され、さらに回転減速機構６内で減速される。回転減速機構６は、例えば減速比１／１００程度に構成することができ、さらに、ギヤ４，５による減速（例えば減速比１／４程度）を合わせると、１／４００まで大幅に減速することができる。よって、モータ３の駆動トルクを小さくし、より小型に構成することができる。

なお、上側のサブアーム２ｂは、支持プレート１４に設けられた軸受（図示せず）を介して、回動可能に支持されている。また、二つのサブアーム２ａ，２ｂは、所定の間隔をあけた状態で、一対のピン２ｃ，２ｃによって固定されている。

一方、アーム１Ｂの端部には、一対の板状の支持プレート１１，１２が所定の間隔をあけてアーム１Ｂの延伸方向に突設されるとともに、この支持プレート１１，１２と直交する方向の軸心Ｘｂを有するギヤ８が固定されている。

シャフト１３は、支持プレート１１，１２およびギヤ８のうち少なくともいずれか一つに設けられた軸受（図示せず）によって回転自在に支持され、このシャフト１３に、サブアーム２（上側サブアーム２ｂ，下側サブアーム２ａ）が固定されており、かくして、サブアーム２が、アーム１Ｂに対して、軸心Ｘｂまわりに回動可能に支持される構成が得られている。

そして、アーム１Ａに固定したギヤ７と、アーム１Ｂに固定したギヤ８とは、関節部１０の長手方向および軸心Ｘａ，Ｘｂに沿う方向のほぼ中央部で相互に噛み合っている。

以上の本実施形態によれば、関節部１０を介して、二つのアーム１Ａ，１Ｂの端部同士を所定の平面に沿って相対回動可能に接続してなるロボットアームにおいて、関節部１０に、二つのアーム１Ａ，１Ｂの双方に対して回動可能なサブアーム２を設ける一方、二つのアーム１Ａ，１Ｂの端部にそれぞれ設けたギヤ７，８同士を噛合し、いずれか一方のアーム１Ａに設けた駆動機構としてのモータ３によって、当該一方のアーム１Ａに対してサブアーム２を回動させることにより、当該一方のアーム１Ａに対して他方のアーム１Ｂを回動させるようにしたため、駆動機構としてのモータ３が設けられたアーム１Ａに対するサブアーム２の回動角度と、アーム１Ａに対する他方のアーム１Ｂの回動角度とが一対一で対応する構成となるため、サブアーム２を回動させるための比較的簡素な構成を設けることによって、二つのアーム１Ａ，１Ｂの角度を比較的容易に可変制御することができる。

また、本実施形態によれば、駆動機構としてのモータ３と、ギヤを内蔵しモータ３の回転を減速する回転減速機構６と、を備え、回転減速機構６の筐体を、当該モータ３が設けられるアーム１Ａに固定する一方、回転減速機構６の出力軸をサブアーム２に固定したため、モータ３を小型化することができる上、回転減速機構の出力軸とサブアーム２とを直結することで、関節部１０をより簡素な構成によって具現化することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、サブアームを伸縮自在に構成すれば、サブアームの回動軸心とギヤの中心とを離間配置することができる。また、支持プレートやサブアームその他の構成についても、種々に変形可能である。

また、ロボットアームの使用状況に合わせて、噛み合わせる二つのギヤの直径や歯数を相互に異ならせるようにしてもよいし、二つのギヤの配置と各ギヤに対するアームの取り付け角度との組み合わせを適宜に設定し、アームの相対回動の角度範囲や、アーム回動区間を適宜に設定してもよい。

また、二つのアームが、種々の軸に対して（平面に沿って）相互回動できるよう、同様の関節部を複数縦列に設けてもよいし、上記構造の関節部を介してさらに多数のアームを接続し、多関節アームを構築してもよい。

本発明の実施形態にかかるロボットアームの平面図。 本発明の実施形態にかかるロボットアームの関節部の平面図であって、（ａ）側面図および（ｂ）平面図（下面図）。 本発明の実施形態にかかるロボットアームの関節部の斜視図。 本発明の実施形態にかかるロボットアームの二つのアームの種々の回動状態を示す図。 本発明の実施形態にかかるロボットアームの二つのアームの種々の回動状態を示す図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ アーム
２ サブアーム
３ モータ（駆動機構）
６ 回転減速機構
７，８ ギヤ
１０ 関節部

Claims (2)

1. 関節部を介して、二つのアームの端部同士を所定の平面に沿って相対回動可能に接続してなるロボットアームにおいて、
   前記関節部に、二つのアームの双方に対して回動可能なサブアームを設ける一方、二つのアームの端部にそれぞれ設けたギヤ同士を噛合し、
   いずれか一方のアームに設けた駆動機構によって、当該一方のアームに対してサブアームを回動させることにより、当該一方のアームに対して他方のアームを回動させるようにしたことを特徴とするロボットアーム。
2. 前記駆動機構としてのモータと、
   ギヤを内蔵し前記モータの回転を減速する回転減速機構と、
   を備え、
   前記回転減速機構の筐体を、当該モータが設けられるアームに固定する一方、
   前記回転減速機構の出力軸をサブアームに固定したことを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。

Images