JP2007229874A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 移動対象物を駆動させるために必要なトルクを小さくすることができる産業用ロボットを提供する。
【解決手段】 第３減速機９６と第３駆動機９７とが別体に形成されることで、第３減速機９６の第３軸線方向寸法を小さくすることができ、第２軸線Ｌ２からエンドエフェクタまでの距離を短くすることができる。これによって第１駆動機８２および第２駆動機８８によってエンドエフェクタを回転駆動させるために必要なトルクを小さくすることができる。したがってエンドエフェクタの重量が大きくなった場合に、第１駆動機８２および第２駆動機８８に必要なトルクの増加を抑えることができる。これによって従来技術の産業ロボットに比べて、高速動作を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンドエフェクタに接続されるケーブルを案内する案内機構を備える産業用ロボットに関する。

図１５は、従来技術の産業用ロボットを示す図である。従来技術の産業用ロボットとして、３つの関節部１１，１２，１３を有する手首機構を備えるものがある。各関節部１１〜１３は、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータによって実現される。

第１関節部１１は、アーム８に設けられ、アーム８に対して第１軸線Ｌ１１まわりに第１回転部分１１ａを回転駆動する。第２関節部１２は、第１回転部分１に固定される第１固定部２に設けられ、第１固定部２に対して第２軸線Ｌ１２まわりに第２回転部分３を回転駆動する。第３関節部１３は、第２回転部分３に固定される第２固定部４に設けられ、第２固定部４に対して第３軸線Ｌ１３まわりに第３回転部分５を回転駆動する。第３回転部分５にエンドエフェクタが固定される。

第２軸線Ｌ１２は、第１軸線Ｌ１１に垂直に延びる。また第３軸線Ｌ１３は、第２軸線Ｌ１２に垂直に延びる。第１〜第３関節部１１〜１３が、対応する回転部分１，３，５を予め定める回転量でそれぞれ回転させることで、アーム８に対してエンドエフェクタを可動範囲内で任意の位置に移動させることができる。

第１関節部１１および第３関節部１３は、中空形状に形成される。また第２関節部１２は、第１軸線Ｌ１１から退避した位置に配置される。これによってアーム８を挿通してエンドエフェクタまで延びるケーブルは、第１関節部１１と第３関節部１２を挿通するとともに、第２関節部１２を迂回する。これによってケーブルは、手首機構の外周を延びることが防がれる。このような従来技術の産業用ロボットが特許文献１に開示されている。

特開２００５−１４１０３号公報

第３関節部１３を第２軸線Ｌ１２に過剰に近接させると、第３関節部１３が第２軸線Ｌ１２まわりに回転するにときに、湾曲したケーブルと第３関節部１３とが干渉してしまう。したがってケーブルと第３関節部１３との干渉を防ぐために、第３関節部１３は、第２軸線Ｌ１２から第３軸線の軸線方向に離間させる必要がある。上述したように従来技術では、第３関節部１３が減速機一体型モータで実現されるので、減速機単体に比べて、モータが配設される分だけ第３軸線方向の寸法が大きくなってしまう。したがって従来技術では、第２軸線Ｌ１２から第３関節部１３を離間させる距離を大きくする必要がある。

第２軸線Ｌ１２から第３関節部１３を離間させる距離が大きくなると、第２軸線Ｌ１２からエンドエフェクタまでの距離が長くなる。この場合、第１関節部１１および第２関節部１２によってエンドエフェクタを回転駆動させるために必要なトルクが大きくなってしまうという問題がある。この場合、エンドエフェクタの重量が大きい場合には、エンドエフェクタを高速で移動させることが困難となったり、第１関節部１１および第２関節部１２の駆動源を小形化することが困難となったりするおそれがある。またエンドエフェクタ以外の移動対象物が第３関節部１３の第３回転部分に固定される場合も同様の問題が生じる。

したがって本発明の目的は、移動対象物を駆動させるために必要なトルクを小さくすることができる産業用ロボットを提供することである。

本発明は、（ａ）予め定める第１軸線が設定されるとともに、ケーブル挿通可能な内部空間が形成される基部と、
（ｂ）基部に設けられて、第１入力軸および第１出力軸を有して、第１入力軸に与えられる回転力を減速して第１出力軸に伝達する第１減速機であって、第１出力軸が第１軸線まわりに回転可能に構成され、第１軸線に同軸に延びて基部の内部空間に連なる第１貫通孔が形成される中空構造の第１減速機と、
（ｃ）基部に設けられて、第１減速機の第１入力軸に回転力を与える第１駆動機と、
（ｄ）第１減速機の第１出力軸に固定されて、基部から第１軸線方向に離間した位置で第１軸線に垂直に延びる第２軸線が設定されるとともに、第１軸線方向に延びて第２軸線を通過して第１貫通孔に連なる第１可動部空間が形成される第１可動部と、
（ｅ）第１可動部に設けられて、第２入力軸および第２出力軸を有して、第２入力軸に与えられる回転力を減速して第２出力軸に伝達する第２減速機であって、第１軸線から第２軸線方向に離間した位置に第２出力軸が配置され、第２出力軸が第２軸線まわりに回転可能に構成される第２減速機と、
（ｆ）第１可動部に設けられて、第２減速機の第２入力軸に回転力を与える第２駆動機と、
（ｇ）第２減速機の第２出力軸に固定されて、第２減速機の第２出力軸よりも第２軸線方向について第１軸線に近づいた位置を通過して第２軸線に垂直に延びる第３軸線が設定されるとともに、第２軸線を通過する第１可動部空間に連なって、第３軸線方向に延びる第２可動部空間が形成される第２可動部と、
（ｈ）第２可動部に設けられて、第３入力軸および第３出力軸を有して、第３入力軸に与えられる回転力を減速して第３出力軸に伝達する第３減速機であって、第３出力軸が第３軸線まわりに回転可能に構成され、第３軸線に同軸に延びて第２可動部空間に連なる第３貫通孔が形成される中空構造の第３減速機と、
（ｉ）第３減速機の第３出力軸に固定されて、エンドエフェクタが装着可能であって第３軸線と同軸に延びて第３貫通孔から外部空間に連なる第３可動部空間が形成される第３可動部と、
（ｊ）第２可動部に設けられ、第３減速機の第３入力軸に回転力を与える第３駆動機であって、第２可動部に対して第３減速機とは第３軸線方向に関して反対側に配置されるとともに、第３軸線から第３軸線に垂直な方向に離間して配置される第３駆動機とを含むことを特徴とする産業用ロボットである。

本発明に従えば、第１駆動機が、第１減速機の第１入力軸に回転力を与えることによって、第１減速機の第１出力軸が第１軸線まわりに回転する。このとき第１出力軸に固定される第１可動部もまた、基部に対して第１軸線まわりに回転する。また第２駆動機が、第２減速機の第２入力軸に回転力を与えることによって、第２減速機の第２出力軸が第２軸線まわりに回転する。このとき第２出力軸に固定される第２可動部もまた、第１可動部に対して第２軸線まわりに回転する。また第３駆動機が、第３減速機の第３入力軸に回転力を与えることによって、第３減速機の第３出力軸が第３軸線まわりに回転する。このとき第３出力軸に固定される第３可動部およびエンドエフェクタもまた、第２可動部に対して第３軸線まわりに回転する。したがって第１〜第３駆動機によって、第１〜第３可動部を予め定める回転量でそれぞれ回転させることによって、エンドエフェクタを可動範囲内で任意の位置に移動させることができる。またそれぞれ駆動機の動力を、減速機を介して対応する可動部に伝達することで、可動部に与えるトルクを大きくすることができる。

また基部の内部空間と、第１可動部の第１可動部空間とが、第１減速機の第１貫通孔によって連通される。第１貫通孔は、第１軸線と同軸に延びるので、基部に対して第１可動部が第１軸線まわりに回転したとしても、内部空間と第１可動部空間との連通状態が保たれる。同様に、第２可動部の第２可動部空間と、第３減速機の第３出力軸の外部空間とが、第３減速機の第３貫通孔によって連通される。第３貫通孔は、第３軸線と同軸に延びるので、第２可動部に対して第３可動部が第１軸線に回転したとしても、第２可動部空間と第３出力軸の外部空間との連通状態が保たれる。また第１可動部空間と第２可動部空間と第２軸線近傍で連なる。また第２可動部は第２軸線を中心に回転するので、第２可動部が回転したとしても、第２可動部空間と、第１可動部空間のうちで第２軸線を通過する領域との連通状態を維持することができる。

したがって基部の内部空間、第１貫通孔、第１可動部空間、第２可動部空間、第３貫通孔および第３可動部空間によって、１つのケーブル挿通路が形成する。このケーブル挿通路は、第１可動部、第２可動部および第３可動部が回転しても、ケーブル挿通路の連通状態を維持することができる。したがってケーブルを、前記ケーブル挿通路について通過させて、基部の内部空間から第３可動部の外部空間まで延ばすことで、各可動部が変位して産業用ロボットが変形しても、ケーブル挿通路を挿通するケーブルの変形を少なくすることができる。

また本発明では、第３減速機と第３駆動機とが別体に形成される。これによって第３減速機と第３駆動機とが一体のものに比べて、第３減速機の第３軸線方向寸法を小さくすることができる。これによって第３減速機とケーブルとが干渉することが防がれ、第３減速機と第２軸線との距離を近接させることができる。したがって第２軸線からエンドエフェクタまでの距離を短くすることができ、第１駆動機および第２駆動機によってエンドエフェクタを回転駆動させるために必要なトルクを小さくすることができる。さらに第３駆動機が、第２可動部に対して第３減速機とは第３軸線方向に関して反対側に配置されることによって、第３駆動機が第３減速機から第３軸線方向に突出することを防ぎ、エンドエフェクタと第３減速機の第３出力軸とを固定するにあたって、第３駆動機が干渉することを防ぐことができる。また第３駆動機は、第３軸線から第３軸線に垂直な方向に退避して配置されることで、第３減速機を第２可動部に対して第３軸線方向に関して反対側に第３駆動機を配置しても、第３駆動機がケーブルと干渉することを防ぐことができる。

本発明は、第１軸線と第２軸線と第３軸線とは、１点で交差することを特徴とする。
本発明に従えば、第１軸線と第３軸線とが同軸に配置される基準状態が存在する。この基準状態から第１軸線まわりに第１可動部を回転させた場合、または前記基準状態から第３軸線まわりに第３可動部を回転させた場合には、実質的なケーブル挿通路の長さはほぼ一定である。また前記基準状態から第２軸線まわりに第２可動部を予め定める設定回転範囲、回転させた場合、前記ケーブル挿通路は、基部の内部空間から第１〜第３軸の交点まで直線状に進み、交点で折り返して交点から第３可動部の外部空間まで直線状に進む。したがって実質的なケーブル挿通路の長さはほぼ一定である。

したがってケーブル挿通路にケーブルを挿通させた場合には、各可動部を回転させてもケーブルに曲げまたはねじれが生じるだけで、ケーブルに与えられる引張力および軸圧縮力、いわゆる座屈力を少なくすることができる。またケーブルの経路を極力短くすることができる。

本発明は、第３駆動機は、第３軸線から第２軸線方向に離間して配置されることを特徴とする。

本発明に従えば、第３駆動機は、第２可動部に固定されるので、第２可動部とともに第２軸線まわりに回転する。第３駆動機が第３軸線から第２軸線方向に離間することで、第２可動部が第２軸線まわりに回転したとしても、第３駆動機が第３軸線と交差することを防ぐことができる。これによって第２可動部空間をケーブルが挿通したとしても、ケーブルと第３駆動機とが干渉することをより確実に防ぐことができる。

本発明は、第２減速機と第３駆動機とは、第３軸線を挟んで第２軸線方向に並んで配置されることを特徴とする。

本発明に従えば、第２可動部は、第２軸線方向一方に第２減速機が連結され、第２軸線方向他方に第３駆動機が連結される。これによって産業用ロボットの重心が偏ることを防ぐことができ、重心が偏る場合に比べて、第１駆動機および第２駆動機に必要なトルク出力が不所望に増大することを防ぐことができる。

本発明は、第２減速機は、第２出力軸に対して第２入力軸が基部寄りに配置されて、第２入力軸から第２出力軸に動力を伝達するための動力伝達機構を有し、
第２駆動機は、第２軸線に平行に延びるとともに、第１軸線から第２軸線方向に離間して配置されることを特徴とする。

本発明に従えば、第２入力軸を基部寄りに配置することによって、第２入力軸に回転力を与える第２駆動機を可及的に基部寄りに配置することができる。これによってエンドエフェクタ寄りに配置される第３駆動機と第２駆動機とが干渉することを防ぐことができる。また第２駆動機が、第１軸線から第２軸線方向に離間して配置されることで、ケーブルと干渉することを防ぐことができる。さらにケーブルの干渉を防ぐことで、第２駆動機を第１軸線の近傍を横切るように配置することができ、第２軸線と平行に配置したとしても、第２駆動機が第２可動部から第２軸線方向に突出することを抑えることができる。

本発明は、第２可動部は、第１可動部によって第２軸線方向一端部と第２軸線方向他端部とが両持ち支持されることを特徴とする。

本発明に従えば、第１可動部によって第２可動部を片持ち支持する場合に比べて、産業用ロボットの剛性を高めることができる。これによってエンドエフェクタのたわみおよび振動を防ぐことができ、位置決め精度を向上することができる。

本発明は、基部が予め定める３次元位置に移動可能に構成されることを特徴とする。
本発明に従えば、６軸多関節ロボットを実現することができ、そのうちエンドエフェクタ寄りの手先の３軸が、上述した第１〜第３軸線となる。したがって動作範囲内で、エンドエフェクタを任意の位置および姿勢に位置決めすることができる。またエンドエフェクタに連なるケーブルについて、ロボットの手先部分に内蔵させることができるので、手先先端でケーブルを保護することができる。

請求項１記載の本発明によれば、基部の内部空間、第１貫通孔、第１可動部空間、第２可動部空間、第３貫通孔および第３可動部空間によって、１つのケーブル挿通路を形成することができる。このケーブル挿通路にケーブルを挿通することで、各可動部を動作させた場合にケーブルが大きく引っ張られたり圧縮されたりすることを防ぐことができ、ケーブルにかかる負荷を減らして、ケーブルの寿命を延ばすことができる。

さらに第３減速機と第３駆動機とが別体に形成されることで、第３減速機の第３軸線方向寸法を小さくすることができ、第２軸線からエンドエフェクタまでの距離を短くすることができる。これによって第１駆動機および第２駆動機によってエンドエフェクタを回転駆動させるために必要なトルクを小さくすることができる。したがってエンドエフェクタの重量が大きくなった場合に、第１駆動機および第２駆動機に必要なトルクの増加を抑えることができる。また従来技術の産業ロボットに比べて、高速動作を行うことができる。

また第３駆動機を第２可動部に対して第３減速機とは第３軸線方向に関して反対側に配置することで、第３駆動機が第３減速機から突出することを防ぎ、産業用ロボットが大形化することを防ぐことができる。また第３駆動機を、第３軸線から第３軸線に垂直な方向に退避して配置することで、第３駆動機と第３減速機とを別体としても、第３駆動機がケーブルと干渉することを防ぐことができ、ケーブルの損傷を防ぐことができる。

請求項２記載の本発明によれば、第１軸線と第２軸線と第３軸線とが一点で交差することによって、第１〜第３可動部を回転させたときの影響を小さくすることができる。具体的には、ロボットの外周にケーブルを這わす場合に比べて、ケーブルに大きな引っ張り力、座屈力および軸圧縮力が生じることを防ぐことができ、ケーブルの寿命を延ばすことができる。またケーブルの経路を極力短くすることができ、製造コストを低減することができる。

請求項３記載の本発明によれば、第３駆動機が第３軸線から第２軸線方向に離間することで、第３駆動機とケーブルとが干渉することをより確実に防ぐことができるので、ケーブルの寿命をさらに延ばすことができる。またケーブルの干渉の影響を想定する必要がないので、第３駆動機の設計の自由度を向上することができる。

請求項４記載の本発明によれば、第２可動部は、第２軸線方向一方に第２減速機が連結され、第２軸線方向他方に第３駆動機が連結される。これによって産業用ロボットの重心が偏ることを防ぐことができ、重心が偏る場合に比べて、第１駆動機および第２駆動機に必要なトルクが不必要に増大することができる。

請求項５記載の本発明によれば、第２入力軸を基部寄りに配置することによって、第２入力軸に回転力を与える第２駆動機を可及的に基部寄りに配置することができる。これによってエンドエフェクタ寄りに配置される第３駆動機と第２駆動機とが干渉することを防ぐことができ、第２駆動機と第３駆動機とを選択する自由度を広げることができる。またまた第２駆動機が、第１軸線から第２軸線方向に離間して配置されることで、ケーブルとの干渉を防ぐとともに第２駆動機を第１軸線の近傍を横切るように配置することができ、第２駆動機が第２可動部から第２軸線方向に突出することを抑えることができる。

請求項６記載の本発明によれば、第１可動部によって第２可動部を片持ち支持する場合に比べて、産業用ロボットの剛性を高めることができる。これによってエンドエフェクタのたわみおよび振動を防ぐことができ、位置決め精度を向上することができる。

請求項７記載の本発明によれば、６軸多関節ロボットを実現することができ、そのうちエンドエフェクタ寄りの３つの軸線が、上述した第１〜第３軸線となる。したがって動作範囲内で、エンドエフェクタを任意の位置および姿勢に位置決めすることができる。またエンドエフェクタに連なるケーブルについて、ロボットの手先部分に内蔵させることができるので、手先先端でケーブルを保護することができる。

図１は、本発明の第１実施形態の産業用ロボット２０の一部を簡略化して示す正面図であり、図２は、図１に示す産業用ロボット２０の一部を示す斜視図である。図３は、産業用ロボット２０を簡略化して示す図である。

図３に示すように、本発明の第１実施形態の産業用ロボット２０は、垂直多関節型６軸ロボットであり、スポット接合を行う。産業用ロボット２０は、相互に回転可能に複数の可動部が連結され、先端部に溶接ガン２１が装着される。産業用ロボット２０は、各可動部を相互に回転することによって、溶接ガン２１を予め定める溶接位置に移動させて、溶接位置でスポット接合を行う。溶接ガン２１は、ロボットの先端部に装着されるエンドエフェクタとなる。溶接ガン２１は、ケーブル２２の一端部が接続される。このケーブル２２の他端部は、ロボットに対して離反した位置に設けられる供給体２３に接続される。

本実施の形態では供給体２３は、溶接ガン２１に溶接用の電流を供給する電源装置、溶接ガン２１が駆動するための動力を供給する電源装置、溶接ガン２１の動作信号を与えるロボットコントローラ、冷却ガンを冷却する冷却水を供給する冷却水の供給ポンプなどの１または複数の装置である。したがってケーブル２２は、供給体から動力、信号、電力、気体および液体などを溶接ガン２１に供給する配線および配管の束となる。

産業用ロボット２０は、主に溶接ガン２１の３次元位置を決定するための３つの関節部３０，３１，３２と、主に溶接ガン２１の姿勢を決定するための３つの関節部３３，３４，３５とを有する。また各関節部３０〜３５によって連結される複数の可動部３７〜４２を有する。

具体的には、産業用ロボット２０は、基台３６と、アーム第１関節部３０と、第１アーム３７と、アーム第２関節部３１と、第２アーム３８と、アーム第３関節部３２と、第３アーム３９とを含む。基台３６は、予め定める固定位置に固定される。第１アーム３７は、アーム第１関節部３０を介して基台３６に連結される。第２アーム３８は、アーム第２関節部３１を介して第１アーム３７に連結される。第３アーム３９は、アーム第３関節部３２を介して第２アーム３８に連結される。

アーム第１関節部３０は、アーム第１軸線まわりに回転可能に第１アーム３７を連結する。アーム第１軸線は、予め基台３６に設定され、たとえば鉛直に延びる。アーム第２関節部３１は、アーム第２軸線まわりに回転可能に第２アーム３８を連結する。アーム第２軸線は、第１アーム３７に設定される。

アーム第２軸線は、前記アーム第１軸線に交差し、アーム第１軸線に対して垂直に延びる。アーム第３関節部３２は、アーム第３軸線まわりに回転可能に第３アーム３９を連結する。アーム第３軸線は、第２アーム３８に設定され、前記アーム第２軸線に対して平行に延びる。本実施の形態では、第３アーム３９を手首基部３９と称する場合がある。

また産業用ロボット２０は、手首第１関節部３３と、第１手首可動部４０と、手首第２関節部３４と、第２手首可動部４１と、手首第３関節部３５と、第３手首可動部４２とを含む。

第１手首可動部４０は、手首第１関節部３３を介して手首基部３９に連結される。第２手首可動部４１は、手首第２関節部３３を介して第１手首可動部４０に連結される。第３手首可動部４２は、手首第３関節部３５を介して第２手首可動部４１に連結される。

手首第１関節部３３は、手首第１軸線Ｌ１まわりに回転可能に第１手首可動部４０を連結する。手首第１軸線Ｌ１は、手首基部３９に設定され、手首基部３９と同軸に延びて、アーム第３軸線に垂直に延びる。したがって手首第１軸線Ｌ１は、手首基部３９の変位とともに変位する。

手首第２関節部３４は、手首第２軸線Ｌ２まわりに回転可能に第２手首可動部４１を連結する。手首第２軸線Ｌ２は、第１手首可動部４０に設定される。手首第２軸線Ｌ２は、前記手首第１軸線Ｌ１に交差し、手首第１軸線Ｌ１に対して垂直に延びる。したがって手首第２軸線Ｌ２は、第１手首可動部４０の変位とともに変位する。

手首第３関節部３５は、手首第３軸線Ｌ３まわりに回転可能に第３手首可動部４２を連結する。手首第３軸線Ｌ３は、第２手首可動部４１に設定され、前記手首第２軸線Ｌ２に対して垂直に延びる。したがって手首第２軸線Ｌ２は、第２手首基部４１の変位とともに変位する。手首第１軸線Ｌ１、手首第２軸線Ｌ２および手首第３軸線Ｌ３は、互いに１点で交差する。また第３手首可動部４２は、エンドエフェクタである溶接ガン２１が装着される。

上述した各アーム３７〜３９および各手首可動部４０〜４２は、ロボットの可動部となり、関節部に設けられるモータによって対応する軸線まわりに回転駆動される。これによって第３手首可動部４２に装着される溶接ガン２１を任意の位置および姿勢に配置することができる。また本明細書において回転は、３６０°未満の角変位も含む。また、可動部に沿って溶接ガン２１に向かう方向を先端方向Ｘ１と称し、可動部に沿って基台３６に向かう方向を基端方向Ｘ２と称する場合がある。

溶接ガン２１と供給体２３とを接続するケーブル２２は、少なくとも基部３９と各手首可動部４０〜４２とに沿って延びる。産業用ロボット２０は、ケーブル２２を案内するケーブル案内機構を有する。案内機構は、各手首可動部４０〜４２が変位した場合でも、ケーブル２２を各手首可動部４０〜４２に沿わせた状態に保つ。

以下、本発明の重要な構成である手首機構について説明する。手首第１関節部３３〜手首第３関節部３５を、単に第１関節部３３〜第３関節部３５とそれぞれ称する。同様に第１手首可動部４０〜第３手首可動部４２を、単に第１可動部４０〜第３可動部４２とそれぞれ称する。また手首基部３９を単に基部３９と称する。また手首第１軸線Ｌ１〜手首第３軸線Ｌ３を、単に第１軸線Ｌ１〜第３軸線Ｌ３とそれぞれ称する。また各軸線に沿って平行に進む方向を軸線方向と称する。たとえば手首第１軸線に沿って平行に延びる方向を第１軸線方向と称し、手首第２軸線に沿って平行に延びる方向を第２軸線方向と称し、手首第３軸線に沿って平行に延びる方向を第３軸線方向と称する。

基部３９は、外形形状が略円柱状に形成され、第１軸線Ｌ１と同軸に延びる。また基部３９は、ケーブル２２が軸線方向に挿通可能な内部空間８０が形成される。基部３９は、先端方向Ｘ１一端部である軸線方向一端部７９に内部空間８０の開口が形成される。

第１関節部３３は、中空構造の第１減速機８１と、第１駆動機８２とを含んで構成される。第１減速機８１は、円環状に形成され、第１軸線Ｌ１と同軸に基部３９に設けられる。第１減速機８１は、第１入力軸と、第１出力軸と、第１筐体部とを有する。第１筐体部は、基部３９の軸線方向一端部７９に固定される。第１減速機８１は、第１入力軸に与えられる回転力を減速して第１出力軸に伝達する。第１減速機８１は、第１軸線Ｌ１に同軸に延びて基部３９の内部空間８０に連なる第１貫通孔８５が形成される。第１出力軸は、基部３９に対して第１軸線Ｌ１まわりに回転可能に構成される。

第１駆動機８２は、基部３９に設けられて、第１減速機８１の第１入力軸に回転力を与える。第１減速機８１は、たとえば中空構造のサイクロ減速機（登録商標）によって実現される。また第１駆動機８２は、サーボモータによって実現される。

第１可動部４０は、第１減速機８１の第１出力軸に固定され、基部３９に対して第１軸線Ｌ１まわりに回転可能に構成される。本実施の形態では、第１可動部４０は、略Ｌ字状に形成される。第１可動部４０は、第１減速機８１の第１出力軸に固定される第１固定部分８３と、第１固定部分８３から屈曲して第２軸線Ｌ２が設定される第１支持部分８４とを有する。第１固定部分８３は、第１減速機８１の第１出力軸の端面に固定されるとともに、第１出力軸から第２軸線方向一方に延びる。第２軸線方向は、第１軸線Ｌ１に垂直な方向である。また第１固定部分８３は、第１減速機８１の第１貫通孔８５に連なって第１軸線Ｌ１と同軸に貫通する第１可動部貫通孔８６が形成される。

第１支持部分８４は、第１固定部分８３のうちで、第２軸線方向に関して第１出力軸とは反対側の端部に連なって、第１軸線方向に延びる。したがって第１支持部分８４は、第１軸線Ｌ１から第２軸線方向に離間して、第１固定部分８３から第１軸線方向に延びる。第１支持部分８４には、上述した第２軸線Ｌ２が設定される。第２軸線Ｌ２は、第１軸線Ｌ１に垂直に延びて、基部３９から第１軸線方向に関して先端方向Ｘ１に離間する位置を通過する。また第１可動部４０は、第１軸線方向に延びて第２軸線Ｌ２を通過して第１貫通孔８６に連なる第１可動部空間９０が形成される。第１可動部空間９０は、上述した第１可動部貫通孔８６と、第１可動部貫通孔８６から第１軸線方向に延びて、第２軸線Ｌ２まで延びる第１可動部規定空間８９とを含んで構成される。本実施の形態では、第１可動部貫通孔８６は、第１軸線Ｌ１に同軸に延びる。

第２関節部３４は、第２減速機８７と、第２駆動機８８とを含んで構成される。第２減速機８７は、円柱状に形成され、第２軸線Ｌ２と同軸に第１可動部４０に設けられる。第２減速機８７は、第２入力軸と、第２出力軸と、第２筐体部とを有する。第２筐体部は、第１可動部４０の支持部分８４のうちで、第１軸線Ｌ１に臨む部分に固定される。したがって第２筐体部は、第１軸線Ｌ１から第２軸線方向に離間した位置に配置される。第２減速機８７は、第２入力軸に与えられる回転力を減速して第２出力軸に伝達する。第２出力軸は、第１可動部４０に対して第２軸線Ｌ２まわりに回転可能に構成される。

第２駆動機８８は、第１可動部４０の第１支持部分８４のうちで、第１軸線Ｌ１に臨み、第２減速機８７よりも基端方向Ｘ２に設けられて、動力伝達機構であるベルト伝達機構を介して第２減速機８７の第２入力軸に回転力を与える。第２減速機８７は、たとえばサイクロ減速機によって実現される。また第２駆動機８８は、サーボモータによって実現される。

第２可動部４１は、第２減速機８７の第２出力軸に固定され、第１可動部４０に対して第２軸線Ｌ２まわりに回転可能に構成される。本実施の形態では、第２可動部４１は、略Ｌ字状に形成される。第２可動部４１は、第２減速機８７の第２出力軸に固定される第２固定部分９１と、第２固定部分９１から屈曲して第３軸線Ｌ３が設定される第２支持部分９２とを有する。第２固定部分９１は、第２減速機８７の第２出力軸の端面に固定されるとともに、第２出力軸から第３軸線方向一方に延びる。また第２固定部分９１は、第２出力軸から第２軸線Ｌ２に垂直な方向であって、第２出力軸から離反する方向に延びる。

第２支持部分９２は、第２固定部分９１のうちで、第３軸線方向に関して第２出力軸とは反対側の端部に連なって、第２出力軸から遠ざかる方向に第２軸線方向に延びる。したがって第２支持部分９２は、第２軸線Ｌ２から第３軸線方向に離間して、第２固定部分９１から第２軸線方向に延びる。第２支持部分９２には、上述した第３軸線Ｌ３が設定される。

第３軸線Ｌ３は、第２軸線Ｌ２に垂直に延びて、第１可動部４０から第２軸線方向に関して第１軸線Ｌ１に近づいた位置を通過する。また第３軸線Ｌ３は、第２減速機８７の第２出力軸よりも第２軸線方向について第１軸線Ｌ１に近接した位置を通過する。本実施の形態では、第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに回転することで、第３軸線Ｌ３は、第１軸線Ｌ１と同軸に延びる状態と、第１軸線Ｌ１と交差する状態とのいずれかの状態を取り得る。また第１支持部分９２は、第３軸線Ｌ３に同軸に貫通する第２可動部貫通孔９３が形成される。

また第２可動部４１は、第３軸線方向に延びて第２軸線Ｌ２を通過して第１可動部規定空間８９に連なる第２可動部空間９５が形成される。第２可動部空間９５は、上述した第２可動部貫通孔９３と、第２可動部貫通孔９３から第３軸線Ｌ３に同軸に延びて、第２軸線Ｌ２まで延びる第２可動部規定空間９４とを含んで構成される。第２可動部規定空間９４は、第２軸線Ｌ２を通過する第１可動部規定空間８９に連なる。

第３関節部３５は、中空構造の第３減速機９６と、第３駆動機９７とを含んで構成される。第３減速機９６は、円環状に形成され、第３軸線Ｌ３と同軸に第２可動部４１に設けられる。第３減速機９６は、第３入力軸と、第３出力軸と、第３筐体部とを有する。第３筐体部は、第２可動部４１の第２支持部分９２のうちで、第２軸線Ｌ２に臨む部分と反対側の部分に固定される。

第３減速機９６は、第３入力軸に与えられる回転力を減速して第３出力軸に伝達する。第３減速機９６は、第３軸線Ｌ３に同軸に延びて第２可動部４１の第２可動部貫通孔９３に連なる第３貫通孔９８が形成される。第３出力軸は、第２可動部４１に対して第３軸線Ｌ３まわりに回転可能に構成される。

第３駆動機９７は、第２可動部４１の第２支持部分９２のうちで、第３軸線Ｌ３を挟んで第２固定部分９１と反対側の端部に設けられる。第３駆動機９７は、第３減速機９６の第３入力軸に回転力を与える。第３駆動機９７は、第２可動部４１に対して第３減速機９６とは第３軸線方向に関して反対側に配置されるとともに、第３軸線Ｌ３から第３軸線Ｌ３に垂直な方向に離間して配置される。第３減速機９６は、たとえば中空構造のサイクロ減速機によって実現される。また第３駆動機９７は、サーボモータによって実現される。

第３可動部４２は、第３減速機９６の第３出力軸に固定される。第３可動部４２は、第３軸線Ｌ３と同軸に延びて第３減速機９６の第３貫通孔９８から外部空間１００に連なる第３可動部空間９９が形成される。また第３可動部４２は、エンドエフェクタが装着可能に形成される。第３可動部４２に装着されるエンドエフェクタは、第３可動部４２とともに第３軸線Ｌ３まわりに回転可能に構成される。

図４は、産業用ロボット２０の手先機構を示す正面断面図であり、図５は、産業用ロボット２０の手先機構を示す側面断面図である。本実施の形態では、第１駆動機８２は、筐体部分と、出力軸とを有する。第１駆動機８２の筐体部分は、略四角柱状に形成され、第１軸線Ｌ１から第１軸線Ｌ１に垂直な方向に離間して、第１軸線Ｌ１と平行に延びて基部３９に固定される。第１駆動機８２の筐体部分は、基部３９の外周部に隣接して配置される。これによって第１駆動機８２を基部３９から容易に取外すことができる。第１駆動機８２の出力軸は、第１歯車５０が同軸に固定される。また第１減速機８１の入力軸は、中空円筒状に形成され、中空形状の第２歯車５１が同軸に固定される。第１歯車５０と第２歯車５１とが回転可能に噛合することで、第１駆動機８２がその出力軸を回転することで、歯車動力伝達によって第１減速機８１の入力軸に回転力を与えることができる。

同様に、第３駆動機９７は、筐体部分と、出力軸とを有する。第３駆動機９７の筐体部分は、略四角柱状に形成され、第３軸線Ｌ３から第３軸線Ｌ３に垂直な方向に離間して、第３軸線Ｌ３と平行に延びて第２可動部４１に固定される。第３駆動機９７の筐体部分は、第３軸線Ｌ３から第２軸線方向に離間した位置に配置される。本実施の形態では、第３駆動機９７が第３軸線Ｌ３から離間する距離は、第１駆動機８２が第１軸線Ｌ１から離間する距離と等しく設定される。

第３駆動機９７の出力軸は、第３歯車５２が同軸に固定される。また第３減速機９６の入力軸は、中空円筒状に形成され、中空形状の第４歯車５３が同軸に固定される。第３歯車５２と第４歯車５３とが回転可能に噛合することで、第３駆動機９７がその出力軸を回転することで、歯車動力伝達によって第３減速機９６の入力軸に回転力を与えることができる。また図４に示すように、第３駆動機９７は、第２可動部４１に固定された状態で外方に露出する位置に配置される。これによって第３駆動機９７を第２可動部４１から容易に着脱することができる。

また第２駆動機８８は、筐体部分と、出力軸とを有する。第２駆動機８８の筐体部分は、略四角柱状に形成され、第２軸線Ｌ２から第２軸線Ｌ２に垂直な方向に離間して、第２軸線Ｌ２と平行に延びて第１可動部４０に固定される。第２駆動機８８は、第１減速機８１よりも第２軸線Ｌ２寄りに配置され、かつ第１減速機８１に対向する。第２駆動機８８の出力軸は、第１プーリ５４が同軸に固定される。また第２減速機８７の入力軸は、円筒状に形成され、第２プーリ５５が同軸に固定される。第１プーリ５４と第２プーリ５５とにベルト５６が巻回される。第２駆動機８８がその出力軸を回転することで、ベルト動力伝達によって第２減速機８７の入力軸に回転力を与えることができる。

第２駆動機８８は、第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２とを含む第１平面に対して、その第１平面に垂直な方向に離間して配置される。これによってケーブル２２と第２駆動機８８とが干渉することを防ぐことができる。また第２駆動機８８の軸線は、第２軸線Ｌ２と平行に延びる。また第２駆動機８８は、第２軸線Ｌ２に垂直な第２平面が交差するように配置される。これによって第２駆動機８８が基部３９から第２軸線方向に突出することを抑えることができる。また第２駆動機８８は、可及的に基部３９寄りに配置される。また図５に示すように、第２駆動機８８は、第１可動部４０に固定された状態で外方に露出する位置に配置される。これによって第２駆動機８８を第１可動部４０から容易に着脱することができる。本実施の形態では、第１〜第３駆動機８２，８８，９７は、それぞれ同一種類の電気モータによって実現される。また第１減速機８１および第３減速機９６は、それぞれ同一種類の減速機によって実現される。

このように本実施の形態では、各減速機８１，８７，９６と、各駆動機８２，８８，９７とが別体に形成される。また駆動機８２，８８，９７の軸線を、第１〜第３軸線Ｌ１〜Ｌ２からずらして取付けられるとともに、駆動機８２，８８，９７の固定位置が外方に露出する位置に設定されることで、駆動機の着脱を容易に行うことができる。また駆動機８２，８８，９７を、第１〜第３軸線Ｌ１〜Ｌ３からずらして配置することで、第１減速機８１と第３減速機９６との間で、ケーブル２２が湾曲するであろう空間に各駆動機８２，８８，９７が侵入することを防ぐことができ、ケーブル２２と、駆動機とが干渉することを防ぐことができる。また駆動機と減速機とを別体とすることで、ケーブルがロボット内で湾曲する湾曲領域が小さくなることを防ぐことができ、ケーブル２２の干渉を防ぐことができる。

図６は、第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに回転した状態を示す図である。図６（１）は、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸となる基準状態を示し、図６（２）は、基準状態から第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに回転した状態を示す。図６には、ロボット内をケーブル２２が挿通した状態を示す。

本実施の形態では、図６（１）に示すように、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸に配置された基準状態では、第２可動部４１は、第２軸線Ｌ２に垂直な平面に関して、第２軸線Ｌ２と第１軸線Ｌ１との交点Ｐを中心として予め定める角度分放射状に開放する空間が形成される。具体的には、交点Ｐを中心として進む直線は、第１軸線Ｌ１と同軸となる角度位置から、予め定める角度範囲内で交点Ｐまわりに角変位したとしても、第２可動部４１に接触することが防がれる。本実施の形態では、角度範囲は、±α度に設定される。本実施の形態では、たとえばαは、±１３５度に設定される。

この場合、図６（２）に示すように、第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに前記設定角度範囲内で回転したとしても、第２可動部４１とケーブル２２とが干渉することを防ぐことができる。

また図５に示すように、第１可動部４０が、少なくとも第２軸線Ｌ２近傍で、第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２とを含む平面に垂直でかつ、第１軸線を通過する方向に開放して形成されることで、変形したケーブル２２が、第２可動部４１と干渉することを防ぐことができる。本実施の形態では、基部３９の近傍から第２軸線までの領域で、第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２とを含む平面に垂直でかつ、第１軸線を通過する方向に開放して形成される。

また第２可動部４２の角変位とともに、第３駆動機９７が角変位しても、第３駆動機９７と、第１可動部４０および第１駆動機８８が干渉しないように、充分な間隔が形成される。具体的には、第２軸線Ｌ２を中心として第３駆動機９７が移動する移動領域を避けて第１可動部４０が形成される。本実施の形態では、第１可動部４０が第２減速機８７を介して第２可動部を片持ち支持することで、第１可動部４０と第３駆動機９７とが干渉することを防ぐことができる。

図７は、本実施形態の産業用ロボット２０の手先機構の一部を簡略化して示す図である。また図８は、比較例の産業用ロボット１２０の手先機構の一部を簡略化して示す図である。比較例の産業用ロボット１２０は、減速機と駆動機とが一体である場合を示す。比較例の産業用ロボット１２０については、本実施形態の産業用ロボット２０と対応する構成については、本実施形態の産業用ロボット２０の構成に付される参照符号に１００を追加して示す。図８（１）は、第２軸線Ｌ１０２と第２可動部１４１との間の距離Ａ１が大きい場合の第１比較例を示し、図８（２）は、第２軸線Ｌ１０２と第２可動部１４１との間の距離Ａ２が小さい場合の第２比較例を示す。

図７に示すように、本実施形態では、第３減速機９６と第３駆動機９７とが別体に形成され、第３駆動機９７が第２可動部４１よりも第２軸線Ｌ２寄りに配置される。したがって第２軸線Ｌ２から第３可動部４２までの注目距離Ｄｔ１は、第２軸線Ｌ２から第３減速機９６の手前までの第３軸線方向距離Ｄ１と、第３減速機９６の第３軸線方向距離Ｇとを合計した距離（Ｄｔ１＝Ｄ１＋Ｇ）となる。

これに対して、図８（１）に示すように、減速機一体型モータ２００は、駆動機１９７と減速機１９６とが合体した分だけ前記注目距離Ｄｔ２が大きくなる。具体的には、第１比較例の注目距離Ｄｔ２は、第２軸線Ｌ２から第３減速機１９６の手前までの第３軸線方向距離Ｄ１と、第３減速機１９６の第３軸線方向距離Ｇと、第３駆動機１４２の第３軸線方向距離Ｍとを合計した距離（Ｄｔ２＝Ｄ１＋Ｇ＋Ｍ）となる。

また図８（２）に示すように、減速機一体型モータ２００を用いて、本実施形態の注目距離Ｄｔ１を実現しようとすると、第２軸線Ｌ１０２と第２可動部１４１との間の距離Ａ２が、本実施の形態に比べて小さくなる（Ａ２＜Ａ１）。この場合には、第２軸線Ｌ１０２と第２可動部１４１との間の距離Ａ２が小さくなることで、第２可動部１４１が第２軸線Ｌ２まわりに回転した場合に、ケーブル２２が第２可動部１４１および減速機一体型モータに干渉しやすく現実的でない。したがって比較例では、図８（１）に示すように、本実施形態の注目距離Ｄｔ１よりも、大きい注目距離Ｄｔ２にする必要がある。

このように本実施形態では、第３減速機９６と第３駆動機９７とが一体の場合における減速機一体型モータ２００の第３軸線方向寸法（Ｍ＋Ｇ）に比べて、第３減速機９６の第３軸線方向寸法（Ｇ）を小さくすることができる。したがって第１比較例における第２軸線Ｌ２からエンドエフェクタまでの注目距離Ｄｔ２に対して、本実施形態における第２軸線Ｌ２からエンドエフェクタまでの注目距離Ｄｔ１を短くすることができる。また第１軸線方向の寸法Ｄｔ１１，Ｄｔ１２についても、本実施形態のほうが、比較例に比べて小さくすることができる。これによって産業用ロボットの手先機構を第２軸線方向に小形化することができる。

図９は、注目距離Ｄｔに起因して駆動機８２，８８がエンドエフェクタを回転させるのに必要なトルクを説明するための図である。図９（１）は、第２駆動機８８が必要なトルクを示すための図であり、図９（２）は、第１駆動機８２が必要なトルクを示すための図である。図９（３）は、図９（１）および図９（２）とは異なるエンドエフェクタが装着された場合に、第２駆動機８８が必要なトルクを示すための図である。

図９（１）に示すように、第２軸線Ｌ２から第３可動部４２までの距離である注目距離Ｄｔが大きくなることで、第２軸線Ｌ２からエンドエフェクタ４９までの第２回転距離Ｂ２が大きくなる。逆に注目距離Ｄｔが小さくなることで、前記第２回転距離Ｂ２が小さくなる。第２駆動機８８は、エンドエフェクタ４９を第２軸線Ｌ２まわりに回転させるのに必要なトルクは、第２回転距離Ｂ１とエンドエフェクタ４９の自重との乗算で表わされる。本実施の形態では、上述したように比較例に比べて注目距離Ｄｔを小さくすることができるので、第２駆動機８８によってエンドエフェクタ４９を第２軸線Ｌ２まわりに回転させるに必要なトルクを小さくすることができる。

また図９（２）に示すように、第１軸線Ｌ１から第１軸線に垂直な方向にエンドエフェクタ４９がずれた状態では、第２軸線Ｌ２から第３可動部４２までの距離である注目距離Ｄｔが大きくなることで、第１軸線Ｌ１からエンドエフェクタ４９までの第１回転距離Ｂ１が大きくなる。逆に注目距離Ｄｔが小さくなることで、前記第１回転距離Ｂ１が小さくなる。この場合、第１駆動機８２は、エンドエフェクタ４９を第１軸線Ｌ１まわりに回転させるのに必要なトルクは、第１回転距離Ｂ１とエンドエフェクタ４９の自重との乗算で表わされる。本実施の形態では、上述したように比較例に比べて注目距離Ｄｔを小さくすることができるので、第１駆動機８２によってエンドエフェクタ４９を第１軸線Ｌ１まわりに回転させるに必要なトルクを小さくすることができる。

図９（３）を用いて、第２駆動機８８に必要なトルクの一例を計算する。エンドエフェクタ４９の重心が第３軸線上に位置する場合には、第２回転距離Ｂ２は、注目距離Ｄｔと一致する。理解を容易にするために、本実施形態と第１比較例とで、第２軸線Ｌ２から第３減速機９６，１９６の手前までの第３軸線方向距離Ｄ１と、第３減速機９６，１９６の第３軸線方向距離Ｇとが等しいと仮定すると、本実施の形態では、第１比較例の第３駆動機１９７の第３軸線方向寸法Ｍ分短くすることができる。

たとえば第１比較例では注目距離Ｄｔ２が０．３７ｍであり、第１比較例の第３駆動機１９７の第３軸線方向寸法Ｍが０．１ｍであるとする。この場合、本実施の形態の注目距離Ｄｔ１は、第１比較例の注目距離Ｄｔ２から、第１比較例の第３駆動機１９７の第３軸線方向寸法Ｍを減算した距離（Ｄｔ２−Ｍ）となる。したがって本実施の形態では、第１比較例に比べて注目距離Ｄｔが０．１ｍ短くなる。

たとえばエンドエフェクタの質量Ｅｇが２００ｋｇであるとすると、第２駆動機８８がエンドエフェクタ４９を第２軸線Ｌ２まわりに回転するのに必要なトルク（Ｅｇ×Ｄｔ）は、第１比較例（Ｅｇ×９．８×Ｄｔ２）では、７２５．２Ｎｍ（＝２００×９．８×０．３７）となる。これに対して本実施の形態では、必要なトルク（Ｅｇ×９．８×Ｄｔ１）は、５２９．２Ｎｍ（＝２００×９．８×０．２７）となる。すなわち本実施の形態では、第１比較例に比べてエンドエフェクタ４９を第２軸線Ｌ２まわりに回転させるのに必要なトルクを約２７％低減することができる。

図９（３）に示す状態においては、本実施の形態では、第１比較例に比べて、本実施形態の注目距離Ｄｔ１を第１比較例の注目距離Ｄｔ２で除算した値（Ｄｔ１／Ｄｔ２）分だけ、エンドエフェクタ４９を第２軸線Ｌ２まわりに回転させるトルクを低減することができる。このことは第１駆動機８２についても同様である。一般化すると、本実施形態の回転距離を第１比較例の回転距離で除算した値分だけ、エンドエフェクタ４９を第１軸線Ｌ１または第２軸線Ｌ２まわりに回転させるトルクを低減することができる。

このように本実施形態では、第１および第２駆動機８２，８８について、第１比較例に比べてエンドエフェクタ４９を回転させるのに必要なトルクを低減、たとえば２７％低減することができる。これによって、第１比較例に比べて、第１駆動機８２および第２駆動機８８の電力消費量を低減することができる。またエンドエフェクタ４９を回転させる角加速度および回転速度を向上することができる。またトルクを低減することで、小形の出力トルクを有する第１駆動機８２および第２駆動機８８を用いることができる。小形のモータを用いることで、製造コストを低下させることができとともに産業用ロボットを小形化および軽量化を図ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１〜第３駆動機８２，８８，９７によって、第１〜第３可動部４０，４１，４２を予め定める回転量でそれぞれ回転させることによって、エンドエフェクタ４９を可動範囲内で任意の位置に移動させることができる。またそれぞれ駆動機８２，８８，９７の動力を、減速機８１，８７，９６を介して対応する可動部に伝達することで、可動部４０，４１，４２にそれぞれ与えることが可能なトルクを大きくすることができる。また手先機構のほかに、基部３９を変位駆動するためのアーム関節部３０〜３２を有することで、産業用ロボットは、６軸多関節ロボットを実現することができ、エンドエフェクタを任意の位置および姿勢に位置決めすることができる。

また基部３９の内部空間８０、第１貫通孔８５、第１可動部空間９０、第２可動部空間９５、第３貫通孔９８および第３可動部空間９９によって、１つのケーブル挿通路が形成する。このケーブル挿通路は、第１可動部４０、第２可動部４１および第３可動部４２がそれぞれ回転しても、ケーブル挿通路の連通状態を維持することができる。したがってケーブル２２を、前記ケーブル挿通路について通過させて、基部３９の内部空間８０から第３可動部４２の外部空間まで延ばすことで、各可動部４０〜４２が回転変位して産業用ロボット２０が変形しても、ケーブル挿通路を挿通するケーブル２２の変形を少なくすることができる。したがってケーブル２２が大きく引っ張られたり座屈力が与えられたり軸圧縮力が与えらたりすることを防ぐことができ、ケーブル２２にかかる負荷を減らして、ケーブル２２の寿命を延ばすことができる。

また本実施の形態では、第３減速機９６と第３駆動機９７とが別体に形成される。これによって第３減速機９６と第３駆動機９７とが一体のものに比べて、第３減速機９６の第３軸線方向寸法を小さくすることができる。これによって第３減速機９６とケーブル２２とが干渉することが防がれ、第３減速機９６と第２軸線Ｌ２との距離を近接させることができる。したがって第２軸線Ｌ２からエンドエフェクタ４９までの距離を短くすることができ、第１駆動機８２および第２駆動機８８によってエンドエフェクタ４９を回転駆動させるために必要なトルクを小さくすることができる。したがってエンドエフェクタ４９の重量が大きくなった場合に、第１駆動機８２および第２駆動機８８に必要なトルクの増加を抑えることができる。また従来技術の産業ロボットに比べて、高速動作を行うことができる。

さらに第３駆動機９７が、第２可動部４１に対して第３減速機９６とは第３軸線方向に関して反対側に配置されることによって、第３駆動機９７が第３減速機９６から第３軸線方向に突出することを防ぎ、エンドエフェクタ４９と第３減速機９６の第３出力軸とを固定するにあたって、第３駆動機９７が干渉することを防ぐことができる。また第３駆動機９７は、第３軸線Ｌ３から第３軸線Ｌ３に垂直な方向に離間して配置されることで、第３減速機９６を第２可動部４１に対して第３軸線方向に関して反対側に第３駆動機９７を配置しても、第３駆動機９７がケーブル２２と干渉することを防ぐことができ、ケーブル２２の損傷を防ぐことができる。

さらに本実施の形態によれば、第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３とは、１点Ｐで交差する。これによって、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸に配置される基準状態から第１軸線Ｌ１まわりに第１可動部４０を回転させた場合、または第３軸線Ｌ３まわりに第３可動部４２を回転させた場合には、実質的なケーブル挿通路の長さはほぼ一定である。

また前記基準状態から第２軸線Ｌ２まわりに第２可動部４１を予め定める設定回転範囲、回転させた場合、前記ケーブル挿通路は、基部３９の内部空間８０から第１〜第３軸の交点Ｐまで直線状に進み、交点Ｐで折り返して交点Ｐから第３可動部４２の外部空間１００まで直線状に進む。したがって実質的なケーブル挿通路の長さはほぼ一定である。したがってケーブル挿通路にケーブル２２を挿通させた場合には、各可動部４０〜４２を回転させてもケーブル２２に曲げまたはねじれが生じるだけである。したがってケーブル２２に対して距離の変動に関する力、すなわち、引張力および圧縮力がケーブル２２に伝達することが防がれる。またケーブル２２の経路を極力短くすることができ、製造コストを低減することができる。

また本実施の形態では、第３駆動機９７は、第３軸線Ｌ３から第２軸線方向に離間して配置される。これによって第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに回転したとしても、第３駆動機９７が第３軸線Ｌ３と交差することを防ぐことができる。これによって第２可動部空間９５をケーブル２２が挿通したとしても、ケーブル２２と第３駆動機９７とが干渉することをより確実に防ぐことができる。

また第２減速機８７と第３駆動機９７とは、第３軸線Ｌ３を挟んで第２軸線方向に並んで配置される。これによって産業用ロボット２０の重心が偏ることを防ぐことができ、重心が偏る場合に比べて、第１駆動機８２および第２駆動機８８に必要なトルク出力が不所望に増大することを防ぐことができる。

また第２減速機８７は、第２出力軸に対して第２入力軸が基部寄りに配置されて、第２入力軸から第２出力軸に動力を伝達するための動力伝達機構を有する。また第２駆動機８８は、第２軸線Ｌ２に平行に延びるとともに、第１軸線Ｌ１から第２軸線方向に離間して配置される。

これによってエンドエフェクタ寄りに配置される第３駆動機９７と第２駆動機８８とが干渉することを防ぐことができる。また第２駆動機８８が、第１軸線Ｌ１から第２軸線方向に離間して配置されることで、ケーブル２２と干渉することを防ぐことができる。さらにケーブル２２の干渉を防ぐことで、第２駆動機８８を第１軸線Ｌ１の近傍を横切るように配置することができ、第２軸線Ｌ２と平行に配置したとしても、第２駆動機８８が第２可動部４１から第２軸線方向に突出することを抑えることができる。また第２軸線Ｌ２に平行に配置することで、ベルトドライブ機構、アイドラギア機構などの単純な機構によって、動力伝達機構を実現することができる。

図１０は、本発明の第２実施形態の産業用ロボット２２０の一部を簡略化して示す正面図である。本発明の第２実施形態の産業用ロボット２２０は、第１実施形態の産業用ロボット２０と類似する構成を有し、類似する構成については説明を省略して、同様の参照符号を付する。

第２実施形態の産業用ロボット２２０は、第１実施形態の産業用ロボット２０に比べて、第１可動部４０が、第２可動部４１を間接的に両持ち支持する。言い換えると、第２可動部４１は、第１可動部４０によって、第２軸線方向一端部と第２軸線方向他端部とが両持ち支持される。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

具体的には、第１可動部４０は、略Ｃ字状に形成される。第１可動部４０は、第１減速機８１の第１出力軸に固定される第１固定部分８３と、第１固定部分８３から屈曲して第２軸線Ｌ２が設定される第１支持部分８４と、第１回転支持部分３００とを有する。

第１固定部分８３は、第１減速機８１の第１出力軸の端面に固定されるとともに、第１出力軸から第２軸線方向両方に延びる。第１固定部分８３の第２軸線方向一方端部に前記第１支持部分８４が固定される。また第１固定部分８３の第２軸線方向他方端部に前記第１回転支持部分３００が固定される。第１回転支持部分３００は、第１固定部分８３の他端部に連なって、第１軸線方向に延びる。したがって第１回転支持部分３００は、第１支持部分８４と平行に延びて、第１軸線Ｌ１から第２軸線方向に離間して、第１固定部分８３から第１軸線方向に延びる。第１回転支持部分３００は、第２軸線Ｌ２が挿通する。

第２可動部４１は、略Ｃ字状に形成される。第２可動部４１は、第２減速機８７の第２出力軸に固定される第２固定部分９１と、第２固定部分９１から屈曲して第３軸線Ｌ３が設定される第２支持部分９２と、第２支持部分９２から屈曲して第３軸線に延びる第２回転支持部分３０１とを有する。また第２回転支持部分３０１は、第３軸線から第２軸線方向に離間して配置される。

第１回転支持部分３００と第２回転支持部分３０１とは、軸受３０３によって互いに回転可能に連結される。軸受３０３は、第２軸線Ｌ２と同軸に延びる。したがって軸受３０３によって第１回転支持部分３００と、第２回転支持部分３０１とは、第２軸線Ｌ２まわりに回転可能に支持される。これによって第２可動部４１は、第２軸線方向Ｌ２両端部で支持されることになり、片持ち支持される場合に比べて剛性を向上することができる。また第３駆動機９７は、第１回転支持部分３００および第２回転支持部分３０１よりも、第３軸線に対して第２軸線方向に離間して配置される。これによって第３駆動機９７が、第１回転支持部分３００と干渉することを防ぐことができる。

図１１は、本発明の第３実施形態の産業用ロボット３２０の手先機構を示す正面断面図である。図１２は、産業用ロボット３２０を示す斜視図である。図１１には、ケーブル２２がロボット３２０に挿通された状態を示す。本発明の第３実施形態の産業用ロボット３２０は、第１実施形態の産業用ロボット２０と類似する構成を有し、対応する構成については説明を省略して、同様の参照符号を付する。

第３実施形態の産業用ロボット３２０は、第１実施形態の産業用ロボット２０に比べて、第２駆動機８８の筐体部分が、第１軸線Ｌ１と平行に延びて第１可動部４０に固定される。その他の構成は、本質的に第１実施形態と同様の構成となる。第１〜第３駆動機８２，８８，９７は、同一のモータによってそれぞれ実現され、第１〜第３減速機８１，８７，９６もまた同一の減速機によってそれぞれ実現される。本実施形態では、第１実施形態と同様に減速機は、中空形状のサイクロ減速機によって実現される。

第２駆動機８８は、筐体部分と、出力軸とを有する。第２駆動機８８の筐体部分は、略四角柱円筒状に形成され、第１軸線Ｌ１から第１軸線Ｌ１に垂直な方向に離間して、第１軸線Ｌ１と平行に延びて基部３９に固定される。第２駆動機８８の筐体部分は、基部４０の外周部に露出して配置される。これによって第２駆動機８２を第１可動部４０から容易に取外すことができる。また第２駆動機８８は、第２減速機８７の入力軸よりも基端方向Ｘ２に位置する。

第２駆動機８８の出力軸は、第２軸線Ｌ１に隣接した位置に配置され、かさ歯車である第１ベベルギア３０１が同軸に固定される。また第２減速機８７の入力軸は、かさ歯車である第２ベベルギア３０２が同軸に固定される。第１ベベルギア３０１と第２ベベルギア３０２とは、回転可能に噛合する。これによって、第２駆動機８８がその出力軸を回転することで、歯車動力伝達によって第２減速機８７の入力軸に回転力を与えることができる。歯車で動力を伝達することで、ベルトで動力を伝達する場合に比べて動力伝達誤差を抑えることができる。

ここで、第２駆動機８８の出力軸と、第２駆動機８７の入力軸とが９０度となった状態で、動力を伝達できればかさ歯車対以外の動力伝達機構で第２駆動機８８から第２減速機８７に動力を伝達してもよい。たとえばはすば歯車、ウォームギア、フェースギアおよびハイポイドギアを用いてもよく、ベルト伝達駆動を用いてもよい。

第２駆動機８８が、第１可動部４０よりも第１軸線Ｌ１に関して、第１軸線Ｌ１から垂直な方向に離れた位置に配置される。これによって第１減速機８１の第１貫通孔８５を大きくするなどして、ロボット３２０に挿通させるケーブル２２の束が太くなったとしても、ケーブル２２が第２駆動機８８と干渉することを確実に防ぐことができる。言い換えると、第１実施形態のように、第１可動部４０よりも第１軸線寄りの空間に第２駆動着８８が配置される場合に比べて、第１可動部４０よりも第１軸線寄りの空間を広くすることができる。これによって多くのケーブル２２をロボットに挿通させることができるとともに、第１減速機８１と第３減速機９６との間でケーブル２２が第２駆動機８８に干渉することが防がれるので、緩やかに湾曲させることができる。

さらに第２駆動機８８と、第３駆動機９７とが干渉することが防がれる。これによって、第１実施形態のように第２駆動機８８と第３駆動機９７との干渉を考慮することなく、第３減速機９７を配置することができ、設計の自由度を向上することができる。これによってたとえば産業用ロボットの手先機構の小形化を実現することができる。

また本実施の形態では、基部３９は、円筒状に形成される。そして第２駆動機８８は、第１軸線に関して、基部３９の半径方向寸法よりも離れた位置に配置される。また第１軸線に垂直な方向に、基部３９と第２駆動機８８とが部分的に重なる。この場合でも、第２駆動機８８が第１可動部４０とともに第１軸線Ｌ１まわりに回転したとしても、基部３９と第２駆動機８８とが干渉することを防ぐことができ、第２駆動機８８を可及的に基端方向Ｘ２に位置させることができる。

また第１駆動機８２は、第１減速機８１の入力軸よりも基端方向Ｘ２に位置する。本実施の形態では、第１駆動機８２の筐体部が、基部３９の外周部から露出して固定され、第１軸線Ｌ１と平行に延びる。第２駆動機８２の基端方向Ｘ２端部は、第１駆動機８１の先端方向Ｘ１端部と、基部３９に形成される第１歯車５０を回転可能に支持するギアボックス部分よりも、第１軸線方向に関して、先端方向Ｘ１に離間する。これによって、第２駆動機８８は、第１駆動機８２と干渉すること防がれる位置に配置される。

また第２減速機８７は、第１軸線Ｌ１から基部３９の外周面までの距離と同様の距離分、第１軸線Ｌ１から離間して配置される。また第２減速機８７は、ケーブルが通過する空間を形成したうえで、少なくとも一部が基部３９の外周部よりも第１軸線Ｌ１に、第１軸線Ｌ１に垂直な方向に近接する。第３減速機９６は、第２減速機８７第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸となる基準状態で、第１減速機８１と同軸となる。また第３減速機９６は、第２減速機８７と干渉することが防がれた状態で、可及的に第２軸線Ｌ２に近接して配置される。したがって本実施の形態では、第３減速機９６の第３軸線方向基端Ｘ２側の端部は、第２減速機８７のうちで第２軸線Ｌ２まわりの周面部に近接して対向する。これによって手先機構を小形化することができる。また第３駆動機９７は、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸の基準状態において、ケーブル２２が通過する空間を形成したうえで、少なくとも一部が基部３９の外周部よりも第１軸線Ｌ１に、第１軸線Ｌ１に垂直な方向に近接する。これによっても手先機構を小形化することができる。

また第１駆動機８２は、基部３９の外周部から露出して固定される。第２駆動機８８は、第１可動部４０の第１軸線方向外周部から露出して固定される。第３駆動機９７は、第２可動部４１のうちで、第２減速機８７とは反対側の第１軸線方向外周部から露出して固定される。このように各駆動機８２，８８，９７は、固定される部分から露出することによって、固定される部分に対する着脱を容易に行うことができる。

図１３は、図１２とは異なる角度から産業用ロボット３２０を見て示す斜視図である。図１３（１）は、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸である基準状態を示す。図１３（２）は、基準状態に対して、第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに９０度回転して、第３軸線Ｌ３が第１軸線Ｌ１に対して９０度傾いた状態を示す。このように第３実施形態の産業用ロボット３２０もまた、第１〜第３駆動機８２，８８，９７によって、第１〜第３可動部４０，４１，４２を、対応する軸線Ｌ１〜Ｌ３まわりに回転させることができる。

図１４は、産業用ロボット３２０の手先機構を部分的に省略して示す側面断面図である。図１４（１）は、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同軸である基準状態を示す。図１４（２）は、基準状態に対して、第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに１２０度回転して、第３軸線Ｌ３が第１軸線Ｌ１に対して１２０度傾いた状態を示す。

上述したように、第１可動部４０には、第１軸線方向に延びて第２軸線Ｌ２を通過して第１貫通孔８５に連なる第１可動部空間９０が形成される。また第２可動部４１には、第２軸線Ｌ２を通過する第１可動部空間９０に連なって、第３軸線方向に延びる第２可動部空間９５が形成される。したがって第１可動部空間９０と第２可動部空間９５とは、第２軸線近傍で連なる。

第２可動部４２は第２軸線Ｌ２を中心に回転するので、第２可動部４１が回転したとしても、第２可動部空間９５と、第１可動部空間９０のうちで第２軸線Ｌ２を通過する領域との連通状態を維持することができる。したがって第１減速機８１の第１貫通孔８５を通過して、第３減速機９６の第３貫通孔９８まで延びるケーブル２２は、可動範囲内で、第２可動部４２が第２軸線Ｌ２まわりに回転したとしても、ケーブル２２が第２軸線近傍で湾曲する程度であり、ケーブル２２が大きく湾曲することが防がれる。

以上のような第３実施形態の産業用ロボット３２０は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち図８（１）に示す第１比較例に比べて、第２軸線Ｌ２から第３可動部４１までの第３軸線方向寸法を短くすることができる。これによって第１および第２駆動機８２，８８について、第１比較例に比べてエンドエフェクタ４９を回転させるのに必要なトルクを低減することができる。これによって第１比較例に比べて、第１および第２駆動機８２，８８の電力消費量を低減することができ、エンドエフェクタ４９を回転させる角加速度および回転速度を向上することができる。

また第２駆動機８８を第１軸線Ｌ１に垂直に配置した以外の構成は、第１実施形態の産業用ロボット２０と同様である。また第２駆動機８８を第１軸線Ｌ１に垂直に配置した以外の構成であって第３実施形態で示した構成は、第１実施形態の産業用ロボット２０にも適用してもよいことは言うまでもない。また第３実施形態の産業用ロボット３２０は、第２実施形態のように第２可動部４１を第１可動部４０によって両持ち支持する構成にすることも可能である。

上述する本発明の各実施の形態は、発明の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。本実施の形態では、産業用ロボットは、抵抗スポット溶接を行うとしたがこれに限定されない。たとえば溶接機のほかに、ハンドリング装置、塗装装置、アーク溶接装置、バリ取り装置およびシーリング装置、プレス間搬送装置、車体搬送装置および位置決め装置など、エンドエフェクタにケーブルが接続される産業用ロボット全般に適用することができる。またケーブルは、抵抗スポット溶接をロボットが行う場合には、溶接電流、ガン駆動用の動力、冷却水および動作信号を供給するための配管および配線の束であるが、この他、エンドエフェクタに接続される可撓性を有する線状体であれば、他の線材料であってもよい。また産業用ロボットは、６軸多関節ロボットに限らず、７軸以上または５軸以下の多関節ロボットであっても適用可能である。また移動対象物をエンドエフェクタとしたが、エンドエフェクタ以外の移動対象物であってもよい。

また各減速機８２，８７，９６は、サイクロ減速機であるとしたが、これに限定しない。サイクロ減速機のほかに、波動歯車減速機であるハーモニックドライブ（登録商標）減速機またはＲＶ（Rotor Vector）減速機であってもよい。また第１ハイポイドギアと、第１ハイポイドギアに噛合する第２ハイポイドギアとによって減速機を実現してもよい。このように歯車対などによって減速機を構成してもよい。したがって第１減速機８２および第３減速機９６は、中空構造の減速機であればよく、第２減速機８７は、中空構造でなくてもよい。このように各減速機８２，８７，９６は、種類および形状は限定されない。

本発明では、減速機および駆動機は、汎用の減速機および駆動機を用いることができる。また本実施の形態では、各駆動機は、同じモータが用いられたが、それぞれ異なる種類のものが用いられてもよい。また第１減速機８２および第３減速機９６も同じものが用いられたが、異なるものが用いられてもよい。

また第１可動部空間９０と、第２可動部空間９５とが同軸であるとしたが、同軸でなくともよい。また第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とは同一平面上に配置されなくてもよい。また基部３９は、ケーブル挿通可能な内部空間が形成されればよく、筒状に形成されなくてもよい。

本発明の第１実施形態の産業用ロボット２０の一部を簡略化して示す正面図である。 図１に示す産業用ロボット２０の一部を示す斜視図である。 産業用ロボット２０を簡略化して示す図である。 産業用ロボット２０の手先機構を示す正面断面図である。 産業用ロボット２０の手先機構を示す側面断面図である。 第２可動部４１が第２軸線Ｌ２まわりに回転した状態を示す図である。 本実施形態の産業用ロボット２０の手先機構の一部を簡略化して示す図である。 比較例の産業用ロボット１２０の手先機構の一部を簡略化して示す図である。 注目距離Ｄｔに起因して駆動機８２，８８がエンドエフェクタを回転させるのに必要なトルクを説明するための図である。 本発明の第２実施形態の産業用ロボット２２０の一部を簡略化して示す正面図である。 本発明の第３実施形態の産業用ロボット３２０の手先機構を示す正面断面図である。 産業用ロボット３２０を示す斜視図である。 図１２とは異なる角度から産業用ロボット３２０を見て示す斜視図である。 産業用ロボット３２０の手先機構を部分的に省略して示す側面断面図である。 従来技術の産業用ロボットを示す図である。

符号の説明

２０ 産業用ロボット
２２ ケーブル
３９ 基部
４０ 第１可動部
４１ 第２可動部
４２ 第３可動部
８１ 第１減速機
８２ 第１駆動機
８７ 第２減速機
８８ 第２駆動機
９６ 第３減速機
９７ 第３駆動機

Claims (7)

1. （ａ）予め定める第１軸線が設定されるとともに、ケーブル挿通可能な内部空間が形成される基部と、
   （ｂ）基部に設けられて、第１入力軸および第１出力軸を有して、第１入力軸に与えられる回転力を減速して第１出力軸に伝達する第１減速機であって、第１出力軸が第１軸線まわりに回転可能に構成され、第１軸線に同軸に延びて基部の内部空間に連なる第１貫通孔が形成される中空構造の第１減速機と、
   （ｃ）基部に設けられて、第１減速機の第１入力軸に回転力を与える第１駆動機と、
   （ｄ）第１減速機の第１出力軸に固定されて、基部から第１軸線方向に離間した位置で第１軸線に垂直に延びる第２軸線が設定されるとともに、第１軸線方向に延びて第２軸線を通過して第１貫通孔に連なる第１可動部空間が形成される第１可動部と、
   （ｅ）第１可動部に設けられて、第２入力軸および第２出力軸を有して、第２入力軸に与えられる回転力を減速して第２出力軸に伝達する第２減速機であって、第１軸線から第２軸線方向に離間した位置に第２出力軸が配置され、第２出力軸が第２軸線まわりに回転可能に構成される第２減速機と、
   （ｆ）第１可動部に設けられて、第２減速機の第２入力軸に回転力を与える第２駆動機と、
   （ｇ）第２減速機の第２出力軸に固定されて、第２減速機の第２出力軸よりも第２軸線方向について第１軸線に近づいた位置を通過して第２軸線に垂直に延びる第３軸線が設定されるとともに、第２軸線を通過する第１可動部空間に連なって、第３軸線方向に延びる第２可動部空間が形成される第２可動部と、
   （ｈ）第２可動部に設けられて、第３入力軸および第３出力軸を有して、第３入力軸に与えられる回転力を減速して第３出力軸に伝達する第３減速機であって、第３出力軸が第３軸線まわりに回転可能に構成され、第３軸線に同軸に延びて第２可動部空間に連なる第３貫通孔が形成される中空構造の第３減速機と、
   （ｉ）第３減速機の第３出力軸に固定されて、エンドエフェクタが装着可能であって第３軸線と同軸に延びて第３貫通孔から外部空間に連なる第３可動部空間が形成される第３可動部と、
   （ｊ）第２可動部に設けられ、第３減速機の第３入力軸に回転力を与える第３駆動機であって、第２可動部に対して第３減速機とは第３軸線方向に関して反対側に配置されるとともに、第３軸線から第３軸線に垂直な方向に離間して配置される第３駆動機とを含むことを特徴とする産業用ロボット。
2. 第１軸線と第２軸線と第３軸線とは、１点で交差することを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
3. 第３駆動機は、第３軸線から第２軸線方向に離間して配置されることを特徴とする請求項１または２記載の産業用ロボット。
4. 第２減速機と第３駆動機とは、第３軸線を挟んで第２軸線方向に並んで配置されることを特徴とする請求項３記載の産業用ロボット。
5. 第２減速機は、第２出力軸に対して第２入力軸が基部寄りに配置されて、第２入力軸から第２出力軸に動力を伝達するための動力伝達機構を有し、
   第２駆動機は、第２軸線に平行に延びるとともに、第１軸線から第２軸線方向に離間して配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の産業用ロボット。
6. 第２可動部は、第１可動部によって第２軸線方向一端部と第２軸線方向他端部とが両持ち支持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の産業用ロボット。
7. 基部が予め定める３次元位置に移動可能に構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の産業用ロボット。

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