JP2008221457A - 関節のあるロボットの手首 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの手首それ自身に組み付けられる装置への電気及び／又は流体の供給用のケーブル類を手首構造の内部で利用でき、かつ機構の構成要素の数を劇的に減少させた手首機構を提供すること。
【解決手段】関節のあるロボットの手首２０は、第１軸ＩＶの回りで回転可能なロボットの構成要素に組み付けられる第１支持体２２と、第１軸ＩＶに対して傾斜している第２軸Ｖの回りで回転可能な様式で第１支持体に組み付けられる第２支持体２４と、シャフトが、第１ギヤ変速機を介して第２支持体と回転して接続され、第１支持体２２によって支持される第１モータ２８と、第２軸Ｖに対して傾斜している第３軸ＶＩの回りで回転可能な様式で第２支持体２４に組み付けられる第３支持体２６と、シャフトが第２ギヤ変速機を介して第３支持体２６と回転して接続され、第２支持体２４によって支持される第２モータ３０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、関節のあるロボットの手首に関するものである。その関節のあるロボットの手首は、第１軸の回りで回転可能なロボットの構成要素に組み付けられる第１支持体と、前記第１軸に対して傾斜している第２軸の回りで回転可能な様式で前記第１支持体に組み付けられる第２支持体と、シャフトが第１ギヤ変速機を介して前記第２支持体と回転して接続される前記第１支持体によって支持される第１モータと、前記第２軸に対して傾斜している第３軸の回りで回転可能な様式で前記第２支持体に組み付けられる第３支持体と、シャフトが第２ギヤ変速機を介して前記第３支持体と回転して接続される第２モータと、を備える。

上述した形式の関節のあるロボットの手首は、イタリア特許出願Ｎｏ．Ｔ０１９９６Ａ００００６１の主題で提案された。

この公知の解決策は、前述の特徴の全てを提示している。前記解決策の特に有利な特徴は、ロボットの手首それ自身に組み付けられる装置への電気エネルギー及び／又は流体の供給用のケーブル及び／又はダクトを手首の構造の内部で利用できる可能性である。この特徴を得るために、２つのモータが、装置を支持する手首の端から遠く離れた第１支持体の後ろ寄りの領域に組み付けられている。モータに由来する回転運動は、変速機システムによって、第２支持体及び第３支持体に伝達される。変速機システムは、両端に、円筒形のベベルギヤ、運動の伝達のための部材、及び回転ベアリングを支持する構成要素がある中空の同心変速機シャフトからなる。

公知の解決策による手首の模造は、このように、数多くの構成要素を使用している。それは、変速機を極端に費用がかかり、かつ構造を複雑にしている。さらに、動作の正確さは、異なった変速機の要素間で考えられる遊びの累積効果に悩まされる。

前述した公知の解決策を単純化するために、本発明の主題は、前記第２モータが、前記第２支持体によって支持されることを特徴とする、冒頭で述べた形式の関節のあるロボットの手首である。

手首の内部に、ケーブル及び／又は供給ダクトの通路のために予め配置された空間を開けるにもかかわらず、それぞれの制御部材にモータの駆動を伝えることによって、前記特別配置は、変速機の構成要素の数を劇的に減少させる。

特別に有利な実施形態に従って、おのおののモータは、単一のギヤ対の使用によって対応する支持体へ運動を伝達する。

本発明のさらなる特徴及び有利な点は、単に非限定的な例示として提供されている添付図面を参照してなされる説明から明らかになる。

図１は、公知形式の擬人化されたロボットを示す。本発明による手首の使用の前後関係の意味を明確にするため、以下に本質的部分のみを説明する。しかし、前記手首を異なったロボットにも組み付けることができるのは明白である。

図示された例の場合には、図１に示すロボット１０は、垂直軸（Ｉ）の回りで回転可能な様式で垂直材１３を支持するベース構造１２を有している。垂直材１３は、回転可能な様式で水平軸（ＩＩ）の回りで垂直アーム１４を支持している。垂直アーム１４の上端は、水平軸（ＩＩＩ）の回りで回転可能な様式でアーム１８を担持する構造１６を支持している。アーム１８は、アームの主軸と一致する軸（ＩＶ）の回りで、回転可能な様式で、構造１６によって支持されている。

図２に関して、符号２０は、全体として、関節のあるロボットの手首を示している。関節のあるロボットの手首は、ネジ１９によってロボットのアーム１８に剛結合された第１支持体２２によって構成されている。第２支持体２４は、第１支持体２２によって担持され、軸（ＩＶ）に対して傾斜している軸（Ｖ）の回りで回転可能である。第２支持体２４は、第３支持体２６を軸（Ｖ）に対して傾斜している軸（ＶＩ）の回りで回転可能な様式で担持している。

アーム１８と第１支持体２２の結合部で、第１モータ２８用ハウジングが設けられている。第１支持体２２及びロボットのアーム１８と連結することができる、第１支持体２２の円筒形部分の寸法により、第１モータ２８用ハウジングは、第１支持体２２内に、又は、他にはロボットのアーム１８内に部分的に形成される。しかし、常に第１モータ２８が、前記アームの断面の寸法に特別に関連して、アーム１８及び第１支持体２２の配置によって規定された容積の中にほぼ包含されているというような様式でもっぱら形成される。第２支持体２４に対応する位置には、第２モータ３０用ハウジングが、さらに設けられている。

第１支持体２２と第２支持体２４との間には、第１支持体２２と剛結合された内側リング３２を有する、公知形式の回転ベアリング３３が装着されている。一方で、外側リング３４は、第２支持体２４と剛結合している。さらに、回転ベアリング３７が、第２支持体２４及び第３支持体２６との間に設けられ、外側リング３６は、第２支持体２４と剛結合し、内側リング３８は、第３支持体２６と剛結合している。

本発明の出願人の欧州特許Ｎｏ．ＥＰ ０ ８７３ ８２６にも教示しているが、第３支持体には、その供給ラインを通すこと及び分配ができるようにするために半径方向の開口部５１を有する装置を取り付けるためのフランジＦが、結合されている。例えば、装置が電気スポット溶接ガンである場合には、前記供給ラインは、溶接電極の電源供給用ケーブル、溶接ガンと結合しているセンサ装置からの出力での信号の伝達用電気ケーブル、溶接ガンの作動装置と結合している圧縮空気供給用チューブ（又は電気モータによって作動するガンの場合に見込まれる電気ケーブル）及び電極を冷却するための水の供給用ダクトからなっている。

図５を参照すると、モータ２８，３０、カップリングフランジ３１、ギヤ減速機４０及びピニオンギヤ４２，４６によって構成されている、おのおののサブアセンブリ２７，２９の設置様式がより詳細に記載されている。高い速度伝達比を確保するために、第１モータ２８及び第２モータ３０のシャフトに、おのおののギヤ減速機４０が、結合している。用途が必要とする全体の寸法及び重量が制限されているため、前記ギヤ減速機４０は、遊星歯車型又はハーモニックドライブ型であることが望ましい。

おのおののギヤ減速機４０は、カップリングフランジ３１によって、その両端の一方で対応するモータ２８，３０と連結されている。カップリングフランジは、ネジ３５ａによってモータ２８，３０と、他のネジ３５ｂによってギヤ減速機と接続されている。他端では、ギヤ減速機４０は、運動の伝達のためのピニオンギヤ４２，４６を支持しており、前記ピニオンギヤは、複数のネジ３５ｃによって、ギヤ減速機へ固定されている。おのおののサブアセンブリ２７，２９は、第１支持体２２又は第２支持体２４に形成された対応するハウジングに装着することができる。

第１モータ２８、ギヤ減速機４０及びベベルピニオン４２からなる第１サブアセンブリ２７は、それぞれのハウジングの底壁３９に位置するようにネジによって固定される。ハウジングの底壁３９とベベルピニオン４２が固定されるギヤ減速機の端との間には、遊びの固定及び調整のためのフランジ４１が装着されている。手首をテストしている間に、ブッシング４１は、伝達を発生させる円錐接触(tangency of the cone)の調整をするための正確な厚さを与えるように研磨される。ベベルピニオン４２は、ベベルリングギヤ４４の内側の歯と咬合しており、ベベルリングギヤ４４はネジ（示されていない）によって、第２支持体２４と剛結合しているベアリング３３の外側リング３４に固定されている。

第２モータ３０、ギヤ減速機４０及び円筒形ピニオン４６からなる第２サブアセンブリ２９は、第２支持体２４に形成されたハウジングに挿入され、前記ハウジングの底壁４３に位置するようにネジによって固定されている。円筒形ピニオン４６は、回転ベアリング３７の内側リング３８に固定されている内歯車４８と咬合している。

モータ２８に由来する回転運動は、ギヤ減速機４０を通して変換され、ベベルピニオン４２に伝達される。その回転運動は、ベアリング３３の外側リング３４と剛結合しているベベルリングギヤ４４の回転を引き出す。そのベアリングは、第２支持体２４に固定されている。このようにして、軸（Ｖ）の回りで第２支持体２４の回転が得られる。

第２モータ３０を起動すると、回転は、ギヤ減速機４０を通して円筒形ピニオン４６に伝達される。円筒形ピニオン４６は、内歯車４８と咬合している。その内歯車は、内側リング３８及び第３支持体２６と剛結合している。このようにして、軸（ＶＩ）の回りで第３支持体２６の回転が得られる。

手首の内側空隙により、フランジＦと結合する装置（示されていない）に供給するためのケーブル及び／又はダクトＣを通すことができる。前記ケーブル及び／又はダクトＣは、ロボットの配線より前に用意されており、２つの、ハーフシェル４７ａ，４７ｂによって形成されているブッシング４７（図６に示すように）と結合している。組み立てられた構成における２つハーフシェル４７ａ，４７ｂは、孔あきゴムリング４９からなっている。その孔あきゴムリングは、ブッシング４７そのもの自身の内部で、ケーブル及び／又はダクトＣを支持している。ロボットの配線は、手首の第１及び第２支持体２２，２４を通り、第３支持体２６に至るまでの、ロボットのアーム１８の中へブッシング４７を導入することによりなされる。第３支持体２６では、傾斜面は、センタリングのためにブッシング４７の類似表面と一致している。最終的には、ブッシング４７は、ネジによって第３支持体２６に剛固定している。

図３は、本発明の他の望ましい実施形態を示す。手首の構造及び構成要素の配置は、図２の実施形態とほぼ同一のままであるが、第１モータ２８と第２支持体２４との間の伝達のためのベベルギヤ対の立体配座に関してのみ図２の実施形態とは大幅に異なっている。前記ベベルギヤ対では、図３の実施形態の場合には、べべルリングギヤ４４は、外側に歯がついたベベルギヤ５０に置換されている。この変形実施形態は、ベアリング３３の内側リング３２が、第２支持体２４と接続されており、一方では、外側リング３４が、第１支持体２２と接続されているということを暗示している。

最後に、本発明による関節のあるロボットの手首のさらなる実施形態を図４に示す。このさらなる実施形態には、第１支持体２２に関して、第２支持体２４の回転の軸（Ｖ）と平行な、その主軸Ｍを有するようにして、第１支持体２２によって支持された第１モータ２８を有するという特徴がある。前記構造は、先行する実施形態とは異なり、一対の内歯車（示していない）の第１伝達に対してもまた、使用することができる。

軸（Ｖ）の回りに第２支持体２４の回転を制御するためには、図２及び図３の場合のように、モータ２８と、軸（ＩＶ）と平行な軸とが調和しているにもかかわらず、一対の内歯車を採用することが考えられるだろう。この場合には、２つの内歯車は相互に斜めの軸（例えば、平行ではなく、かつ、お互いに交差しない軸）を有するだろう。２つの内歯車の一方は、軸（ＩＶ）と平行な軸を有し、かつ、他方は軸（Ｖ）と平行な軸を有するだろう。前記構造を備えることで、例えば、虫ネジと咬合するらせん状の歯がついたギヤの歯のように、適切な形状をした歯がついた内歯車を形成することにより、適切な咬合がなされるようになるだろう。

前の記述から、本発明によるロボットの手首は、一般に、対応する構成部品及びその費用において、かなりの節約を伴って、注目に値する構造の単純化ができることは明らかである。

別の有利な点は、伝達の単純化による動作の正確性によって構成されている。様々な量の遊びが合算されないのは、おのおのの作動装置が、作動装置が制御する支持体と隣接した支持体に収容されているということによるものである。

もちろん、本発明の原理に対する先入観なしに、構造の詳細及び実施形態を、本発明の範囲から逸脱することなく、実施例の方法によって、ここで純粋に述べられ、かつ、示されているものに関して幅広く変更してもよい。

公知技術によるロボットの実施形態の例での立面図。 本発明によるロボットの手首の第１実施形態の垂直断面図。 本発明による第２の望ましい実施形態の垂直断面図。 本発明による第３実施形態の側面図。 モータ、ギヤ減速機及びピニオンギヤのサブアセンブリの分解図。 公知技術による１つの装置の供給のための、手首の空隙の内部でのケーブル及びダクトの配置用ブッシングの図。

符号の説明

１０ ロボット
１２ ベース構造
１３ 垂直材
１４ 垂直アーム
１６ 構造
１８ アーム
１９ ネジ
２０ 総体
２２ 第１支持体
２４ 第２支持体
２６ 第３支持体
２７ サブアセンブリ
２８ 第１モータ
２９ サブアセンブリ
３０ 第２モータ
３１ カップリングフランジ
３２ 内側リング
３３ 回転ベアリング
３４ 外側リング
３５ａ ネジ
３５ｂ ネジ
３５ｃ ネジ
３６ 外側リング
３７ 回転ベアリング
３８ 内側リング
３９ 底壁
４０ ギヤ減速機
４１ フランジ
４２ ピニオンギヤ
４３ 底壁
４４ ベベルリングギヤ
４６ ピニオンギヤ
４７ ブッシング
４７ａ ハーフシェル
４７ｂ ハーフシェル
４８ 内歯車
５０ ベベルギヤ
５１ 開口部

Claims (14)

1. 第１軸（ＩＶ）の回りで回転可能なロボットの構成要素に組み付けられる第１支持体（２２）と、
   前記第１軸（ＩＶ）に対して傾斜している第２軸（Ｖ）の回りで回転可能な様式で前記第１支持体（２２）に組み付けられる第２支持体（２４）と、
   シャフトが、第１ギヤ変速機を介して前記第２支持体と回転して接続され、前記第１支持体（２２）によって支持される第１モータ（２８）と、
   前記第２軸（Ｖ）に対して傾斜している第３軸（ＶＩ）の回りで回転可能な様式で前記第２支持体（２４）に組み付けられる第３支持体（２６）と、
   シャフトが第２ギヤ変速機を介して前記第３支持体（２６）と回転して接続されている第２モータ（３０）と、を備え、
   前記第２モータ（３０）が第２支持体（２４）によって支持されることを特徴とする関節のあるロボットの手首。
2. 前記第１ギヤ変速機が、１つのギヤ対のみからなることを特徴とする請求項１に記載の関節のあるロボットの手首。
3. 第１ギヤ変速機を構成している前記ギヤがベベルギヤであることを特徴とする請求項２に記載の関節のあるロボットの手首。
4. 第１ギヤ変速機を構成している前記ギヤが内歯車であることを特徴とする請求項２に記載の関節のあるロボットの手首。
5. ギヤの回転軸が、お互いに平行であることを特徴とする請求項４に記載の関節のあるロボットの手首。
6. ギヤの回転軸が、お互いに対して斜めであることを特徴とする請求項４に記載の関節のあるロボットの手首。
7. 前記第２ギヤ変速機が、１つのギヤ対のみからなることを特徴とする請求項１に記載の関節のあるロボットの手首。
8. 前記第２ギヤ変速機を構成している前記ギヤが内歯車（４６，４８）であることを特徴とする請求項７に記載の関節のあるロボットの手首。
9. ギヤ対が、ベベルピニオンギヤ（４２）及び内側に歯がついたベベルリングギヤ（４４）によって構成されることを特徴とする請求項３に記載の関節のあるロボットの手首。
10. ギヤ対が、ベベルピニオンギヤ（４２）及び外側に歯がついているベベルギヤ（５０）によって構成されることを特徴とする請求項３に記載の関節のあるロボットの手首。
11. 前記第１モータ（２８）と前記第１ギヤ変速機との間に、ギヤ減速機（４０）が装着されることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の関節のあるロボットの手首。
12. 前記第２モータ（３０）と前記第２ギヤ変速機との間に、ギヤ減速機（４０）が装着されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の関節のあるロボット。
13. 前記第１モータ（２８）が前記第２支持体（２４）の回転の前記第２軸（Ｖ）と平行な軸（Ｍ）に配設されることを特徴とする請求項１に記載の関節のあるロボットの手首。
14. 前記第１支持体（２２）が、前記第１軸（ＩＶ）の回りで回転可能な前記ロボットのチューブ状のアーム（１８）の延長部分に固定されること、及び、前記第１モータ（２８）が、前記アームの断面の寸法にほぼ包含されることを特徴とする請求項１３に記載の関節のあるロボットの手首。

Images