JP2017170558A - ロボットの手首構造 - Google Patents

Abstract

【課題】第２手首要素の部品点数を削減して低コスト化を図り、かつ、加工性、組立性および密封性を向上する。
【解決手段】第１軸線Ａから第３軸線Ｃ回りにそれぞれ回転可能な第１手首要素２、第２手首要素３および第３手首要素４と、第２、第３手首要素用の駆動モータ５ａ，５ｂと、各駆動モータの回転を減速するギアセット６とを備え、各ギアセットが第２軸線Ｂ回りに同軸に配置され、第２手首要素を回転させる大径ギア８ａまたは第３手首要素を回転させる小径ギア８ｂを備え、小径ギアが、第３手首要素に固定された従動側ベベルギア２４に噛み合う駆動側ベベルギア１９に固定され、第２手首要素が、駆動側ベベルギアを軸方向に露出させる位置に全周にわたって配置されたフランジ面２１を有し、大径ギア８ａに固定された第１ハウジング１６と、フランジ面に固定され、第３手首要素を回転可能に支持する第２ハウジング１７とを備えるロボットの手首構造１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの手首構造に関するものである。

従来、第１軸線回りに回転可能な第１手首要素と、該第１手首要素に第１軸線に直交する第２軸線回りに回転可能に支持された第２手首要素と、該第２手首要素に第２軸線に直交する第３軸線回りに回転可能に支持された第３手首要素とを備えるロボットの手首構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この手首構造は、第１手首要素に設けられた第２手首用モータおよび第３手首用モータの動力を、それぞれピニオンギアとリングギアとを有する２対のハイポイドギアセットを介して第２手首要素および第３手首要素に伝達している。
２つのリングギアは同軸に配置され、径方向外側のリングギアは一方の手首用モータの回転を減速して第２手首要素を駆動し、径方向内側のリングギアは他方の手首用モータの回転を減速し、第２駆動要素内のベベルギアセットを介して第３手首要素を駆動するようになっている。

特許文献１の手首構造では、第２手首要素は、径方向外側のリングギアに固定された出力フランジを備える第１ハウジングと、該第１ハウジングの出力フランジに固定される第２ハウジングと、第１ハウジングおよび第２ハウジングに固定される第３ハウジングとを備えている。第１ハウジングには、径方向内側のリングギアに固定された第３手首要素の駆動側のベベルギアが収容されている。第３ハウジングは、第３手首要素を回転可能に支持するとともに、従動側のベベルギアを収容している。

そして、第２ハウジングは、第１ハウジングと第２ハウジングとを連結する部材として機能している。これら３つのハウジングは相互にネジによって締結されるとともに、位置決めピンによって位置決めされた状態で固定されていた。

特許第４２３３５７８号公報

しかしながら、特許文献１の手首構造では、第２ハウジングおよび第３ハウジングを別体により構成し、ピンおよびネジによって位置決め状態に固定していたため、部品点数が多く、加工コストおよび組立コストが高くつくという不都合がある。

また、特許文献１の手首構造では、第１ハウジングの出力フランジのフランジ面よりも軸方向に引っ込んだ位置に第３手首要素の駆動側のベベルギアが配置されている。このため、第３ハウジングに収容している従動側のベベルギアと第１ハウジングに収容されている駆動側のベベルギアとを噛み合わせるには、第１ハウジングの出力フランジの一部を切り欠いて駆動側のベベルギアを露出させる必要があった。

その結果、第１ハウジングの出力フランジと第２ハウジングとのインローによる位置決めや環状のシール部材による全周にわたる密封構造を採用することができず、組立性や密封性を向上することができないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、第２手首要素の部品点数を削減して低コスト化を図り、かつ、加工性、組立性および密封性を向上することができるロボットの手首構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、第１軸線回りに回転可能に片持ち支持された第１手首要素と、該第１手首要素に、前記第１軸線に交差する第２軸線回りに回転可能に片持ち支持された第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線に交差する第３軸線回りに回転可能に片持ち支持された第３手首要素と、前記第１手首要素に設けられ、前記第２手首要素および前記第３手首要素をそれぞれ駆動する２つの駆動モータと、各該駆動モータの回転を減速する２組のギアセットとを備え、各前記ギアセットが、前記第２軸線回りに回転可能に同軸に配置され、第２手首要素を回転させる従動側大径ギア、または、前記第３手首要素を回転させる従動側小径ギアを備え、該従動側小径ギアが、前記第３手首要素に固定された従動側ベベルギアに噛み合う駆動側ベベルギアに固定され、前記第２手首要素が、前記駆動側ベベルギアを軸方向に露出させる位置に全周にわたって配置されたフランジ面を有し、前記従動側大径ギアに固定された第１ハウジングと、該第１ハウジングの前記フランジ面に固定され、前記第３手首要素を回転可能に支持する第２ハウジングとを備えるロボットの手首構造を提供する。

本態様によれば、第１手首要素に設けられた一方の駆動モータを作動させると、該駆動モータの回転が一方のギアセットによって減速されて、従動側大径ギアに固定された第２手首要素を第２軸線回りに回転させることができる。また、他方の駆動モータを作動させると、該駆動モータの回転が他方のギアセットによって減速されて、従動側小径ギアに固定された駆動側ベベルギアを第２軸線回りに回転させる。

駆動側ベベルギアは第３手首要素に固定された従動側ベベルギアに噛み合っているので、駆動側ベベルギアの回転力が従動側ベベルギアに伝達されて、第３手首要素が第３軸線回りに回転させられる。
これにより、第１手首要素に設けられた２つの駆動モータによって、相互に交差する軸線回りに第２手首要素と第３手首要素とを独立して回転させることができる。

この場合において、第２手首要素を構成している第１ハウジングが、駆動側ベベルギアを軸方向に露出させる位置に全周にわたって配置されたフランジ面を有し、第３手首要素を支持する第２ハウジングが第１ハウジングのフランジ面に固定されるので、２つのハウジングの間に第２軸線の回りに全周にわたって連続する平坦な接合面を形成することができる。すなわち、第２ハウジングを２つに分ける必要がなく、部品点数を削減して、コストを低減することができる。

また、２つのハウジングの間に第２軸線の回りに全周にわたって形成された連続する平坦な接合面は、単一の環状のシール部材によって、容易に切れ目なく密封することができる。さらに、フランジ面を第２軸線の回りに全周にわたって形成することにより、インローによる位置決めを容易に構成することができる。これにより、加工性、組立性および密封性を向上することができる。

上記態様においては、前記第１ハウジングが、前記フランジ面に隣接して、前記第２軸線を中心とする円筒面または円筒内面を備え、前記第２ハウジングが、前記円筒面または前記円筒内面に嵌合する嵌合面を備えていてもよい。
このようにすることで、第１ハウジングのフランジ面に第２ハウジングを締結する際に、第１ハウジングに設けられた円筒面または円筒内面と、第２ハウジングに設けた嵌合面とを嵌合させることにより、ピンを用いることなく、第２軸線と第３軸線との位置決めを容易に行うことができ、組立性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの間に、環状のシール部材が配置されていてもよい。
このようにすることで、環状のシール部材によって第１ハウジングと第２ハウジングとの間を、容易に切れ目なく密封することができ、シール性を向上することができる。

本発明によれば、第２手首要素の部品点数を削減して低コスト化を図り、かつ、加工性、組立性および密封性を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットの手首構造を示す縦断面図である。 図１の手首構造を示す分解斜視図である。 従来のロボットの手首構造を示す縦断面図である。 図３の手首構造を示す分解斜視図である。

本発明の一実施形態に係るロボットの手首構造１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットの手首構造１は、図１に示されるように、第１手首要素２と、第２手首要素３と、第３手首要素４とを備えている。

第１手首要素２は、図示しないロボットアームの先端に、ロボットアームの長手軸に一致する第１軸線Ａ回りに回転可能に片持ち支持されている。
第２手首要素３は、第１手首要素２の先端に、第１軸線Ａに直交する第２軸線Ｂ回りに回転可能に片持ち支持されている。

第３手首要素４は、第２手首要素３の先端に、第２軸線Ｂに直交する第３軸線Ｃ回りに回転可能に片持ち支持されている。
これら第１手首要素２、第２手首要素３および第３手首要素４は、第１軸線Ａ、第２軸線Ｂおよび第３軸線Ｃが一点で交差する、いわゆるインライン手首を構成している。

第１手首要素２には、第２手首要素３および第３手首要素４をそれぞれ駆動する２つのサーボモータ（駆動モータ）５ａ，５ｂと、各サーボモータ５ａ，５ｂの回転を所定の減速比で減速する２組のハイポイドギアセット（ギアセット）６とを備えている。
各組のハイポイドギアセット６は、各サーボモータ５ａ，５ｂにより駆動されるピニオンギア７と、該ピニオンギア７に噛み合うリングギア８ａ，８ｂとを備えている。

２つのリングギア８ａ，８ｂは、第２軸線Ｂを共有して同軸に回転可能に配置され、径方向外側に配置された従動側大径ギア（以下、大径ギア８ａともいう。）と径方向内側に配置された従動側小径ギア（以下、小径ギア８ｂともいう。）とから構成されている。
２つのサーボモータ５ａ，５ｂは、第１軸線Ａの長手方向にずれた位置に配置されている。２つのサーボモータ５ａ，５ｂの出力軸１１ａ，１１ｂは、第１軸線Ａと第２軸線Ｂとを含む平面に直交する方向に相互にオフセットした位置に配置されている。

一方のサーボモータ５ａの出力軸１１ａには、一対の平歯車（またはヘリカルギア等）１２ａ，１２ｂを介して一方のピニオンギア７が接続されている。このピニオンギア７は、一対のベアリング１３によって回転可能に支持され、第１軸線Ａと第２軸線Ｂとを含む平面に対して一方向にオフセットした位置で、小径ギア８ｂに噛み合っている。

他方のサーボモータ５ｂの出力軸１１ｂには、図示しない一対の平歯車（またはヘリカルギア等）、ドライブシャフトおよび他の一対の平歯車（またはヘリカルギア等）を介して他方のピニオンギアが接続している。このピニオンギアも、一対のベアリングによって回転可能に支持され、第１軸線Ａと第２軸線Ｂとを含む平面に対して他方向にオフセットした位置で大径ギア８ａに噛み合っている。
これにより、２つのピニオンギア７は、第１軸線Ａと第２軸線Ｂとを含む平面を挟んで両側に、並行して配置されている。

第２手首要素３は、第１手首要素２に、ベアリング１４によって第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持され、大径ギア８ａに固定された第１ハウジング１６と、該第１ハウジング１６に組み付けられる第２ハウジング１７とを備えている。
第１ハウジング１６内には、一対のベアリング１５によって第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持され、一端に小径ギア８ｂが固定され、他端に駆動側ベベルギア１９が固定されたシャフト２０が収容されている。

第１ハウジング１６には、図１および図２に示されるように、第２ハウジング１７を締結するフランジ面２１が設けられるとともに、フランジ面２１の径方向内方には、フランジ面２１から突出する円筒面２２が設けられている。フランジ面２１は、駆動側ベベルギア１９の径方向外方の空間を全周にわたって露出させるように、駆動側ベベルギア１９に対して第２軸線Ｂの軸方向に小径ギア８ｂ側にずれた位置に配置されている。

これにより、フランジ面２１および円筒面２２は、第２軸線Ｂ回りに全周にわたって切れ目なく連続して配置されている。第１ハウジング１６のフランジ面２１には、円筒面２２を取り囲む位置に全周にわたって形成された円環状のＯリング溝２３が設けられ、Ｏリング（図示略）が収容されるようになっている。

第２ハウジング１７には、第３手首要素４および該第３手首要素４に固定された従動側ベベルギア２４がベアリング２５によって第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。また、第２ハウジング１７には、第１ハウジング１６のフランジ面２１に密着させられるフランジ面２６と、円筒面２２を嵌合させる円筒内面２７からなる嵌合面とが設けられている。

これにより、円筒内面２７を円筒面２２に嵌合させてフランジ面２１，２６どうしを密着させるように締結していくと、第１ハウジング１６のフランジ面２１から第２軸線Ｂの軸方向に露出している駆動側ベベルギア１９と、第２ハウジング１７に収容されている従動側ベベルギア２４とが噛み合うようになっている。
図中、符号２８は、第１手首要素２と第２手首要素３との間、第２手首要素３と第３手首要素４との間をそれぞれ密封する円環状のシール部材である。

このように構成された本実施形態に係るロボットの手首構造１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットの手首構造１によれば、第１手首要素２に設けられた一方のサーボモータ５ｂを作動させると、サーボモータ５ｂの駆動力が、図示しない一対の平歯車、ドライブシャフト、他の一対の平歯車およびピニオンギアと大径ギア８ａとからなるハイポイドギアセットを介して、大径ギア８ａに固定された第２手首要素３に伝達される。これにより、第２手首要素３を第２軸線Ｂ回りに回転させることができる。

また、第１手首要素２に設けられた他方のサーボモータ５ａを作動させると、サーボモータ５ａの駆動力が、一対の平歯車１２ａ，１２ｂ、ピニオンギア７と小径ギア８ｂとからなるハイポイドギアセット６、駆動側ベベルギア１９および従動側ベベルギア２４を介して、従動側ベベルギア２４に固定された第３手首要素４に伝達される。これにより、第３手首要素４を第３軸線Ｃ回りに回転させることができる。

この場合において、本実施形態に係るロボットの手首構造１によれば、第２手首要素３を構成している第１ハウジング１６のフランジ面２１が、駆動側ベベルギア１９を軸方向に露出させる位置に配置されているので、駆動側ベベルギア１９に従動側ベベルギア２４を噛み合わせるために、図３および図４に参考例として示される従来のロボットの手首構造３０のように、フランジ面３１の周方向の一部を切り欠かなくて済む。すなわち、フランジ面２１が第２軸線Ｂ回りに全周にわたって切れ目なく設けられているので、従来のロボットの手首構造３０のように、第２ハウジング３２，３３を２つに分ける必要がなく、部品点数を削減してコストを低減することができると言う利点がある。

また、フランジ面２１を切り欠かずに済むので、第２軸線Ｂ回りにフランジ面２１に隣接して全周にわたる円筒面２２を形成することができ、第１ハウジング１６と第２ハウジング１７とを円筒面２２と円筒内面２７との嵌合によって位置決めすることができる。従って、ピンにより位置決めを行う必要がなく、部品点数の削減、加工コストおよび組立コストの低減を図ることができる。

さらに、フランジ面２１を切り欠かずに済むので、第２軸線Ｂ回りに円筒面２２の径方向外側を取り囲む位置に全周にわたるＯリング溝２３を形成することができ、Ｏリングによって、第１ハウジング１６と第２ハウジング１７とを全周にわたって切れ目なく密封することができる。これにより、シール性を向上することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、第１ハウジング１６のフランジ面２１から突出する円筒面２２と、第２ハウジング１７に設けられた円筒内面２７からなる嵌合面とを嵌合させることとしたが、これに代えて、第１ハウジング１６のフランジ面２１から凹む円筒内面と、第２ハウジング１７に設けられた突出する円筒面からなる嵌合面とを嵌合させることにしてもよい。

また、フランジ面２１にＯリング溝２３を設け、Ｏリングによってフランジ面２１，２６間を密封することとしたが、これに代えて、Ｏリング溝２３は、円筒面２２または円筒内面２７に設けてもよい。また、Ｏリングに代えて、フランジ面２１，２６間に挟まれる弾性材料からなるシート状のシール部材を採用してもよい。この場合、シール部材は円環状であってもよい、他の任意の形状の環状に形成されていてもよい。

１，３０ ロボットの手首構造
２ 第１手首要素
３ 第２手首要素
４ 第３手首要素
５ａ，５ｂ サーボモータ（駆動モータ）
６ ハイポイドギアセット（ギアセット）
８ａ 従動側大径ギア（大径ギア）
８ｂ 従動側小径ギア（小径ギア）
１６ 第１ハウジング
１７，３２，３３ 第２ハウジング
１９ 駆動側ベベルギア
２１，２６，３１ フランジ面
２２ 円筒面
２４ 従動側ベベルギア
２７ 円筒内面（嵌合面）
２８ シール部材
Ａ 第１軸線
Ｂ 第２軸線
Ｃ 第３軸線

Claims (3)

1. 第１軸線回りに回転可能に片持ち支持された第１手首要素と、
   該第１手首要素に、前記第１軸線に交差する第２軸線回りに回転可能に片持ち支持された第２手首要素と、
   該第２手首要素に、前記第２軸線に交差する第３軸線回りに回転可能に片持ち支持された第３手首要素と、
   前記第１手首要素に設けられ、前記第２手首要素および前記第３手首要素をそれぞれ駆動する２つの駆動モータと、
   各該駆動モータの回転を減速する２組のギアセットとを備え、
   各前記ギアセットが、前記第２軸線回りに回転可能に同軸に配置され、第２手首要素を回転させる従動側大径ギア、または、前記第３手首要素を回転させる従動側小径ギアを備え、
   該従動側小径ギアが、前記第３手首要素に固定された従動側ベベルギアに噛み合う駆動側ベベルギアに固定され、
   前記第２手首要素が、前記駆動側ベベルギアを軸方向に露出させる位置に全周にわたって配置されたフランジ面を有し、前記従動側大径ギアに固定された第１ハウジングと、該第１ハウジングの前記フランジ面に固定され、前記第３手首要素を回転可能に支持する第２ハウジングとを備えるロボットの手首構造。
2. 前記第１ハウジングが、前記フランジ面に隣接して、前記第２軸線を中心とする円筒面または円筒内面を備え、
   前記第２ハウジングが、前記円筒面または前記円筒内面に嵌合する嵌合面を備える請求項１に記載のロボットの手首構造。
3. 前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの間に、環状のシール部材が配置されている請求項１または請求項２に記載のロボットの手首構造。
   

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