JP2017226028A - 手首ユニットとロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 ギアのバックラッシュの影響を低減させ、且つ、大型化と高コスト化を回避して必要な減速比を確保することができる手首ユニットとロボットを提供すること。【解決手段】 ハウジングと、上記ハウジング内に内装された揺動用駆動モータと、上記ハウジング内に内装された回転用駆動モータと、上記ハウジング内に設置された揺動中心軸と、上記揺動用駆動モータにより上記揺動中心軸を回転させることで搖動させられる回転中心軸と、上記回転用駆動モータにより上記回転中心軸の周りに回転可能に設けられた手首と、を具備し、上記揺動用駆動モータと上記揺動中心軸の間と上記回転駆動モータと上記手首の間の少なくとも一方に複数段のプーリ・ベルト機構が設置されていることを特徴とするもの。【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、産業用ロボットに用いられる手首ユニットとロボットに係り、特に、ギアのバックラッシュの影響を低減させ、且つ、大型化と高コスト化を回避して必要な減速比を確保できるように工夫したものに関する。

従来の産業用ロボットの手首ユニットには、例えば、特許文献１、特許文献２、及び、特許文献３に開示されたようなものがある。

まず、特許文献１に記載された発明は複数アクチュエータのブレーキ装置であるが、特許文献１にはロボットが開示されている。このロボットにはアームがあり、このアーム内に傾動用アクチュエータが設置されている。この傾動用アクチュエータの出力軸にはベベルギアが固着されている。上記傾動用アクチュエータの近傍にはプーリが設置されていて、このプーリと一体に回転する軸には、上記傾動用アクチュエータの出力軸のべベルギアに噛合される別のべベルギアが固着されている。
上記アーム内には上記プーリと対になる別のプーリが回転可能に設置されており、これら両プーリ間にはタイミングベルトが巻回されている。また、上記別のプーリを支持する軸にはギアが固着されている。
上記アームの先端側には手首が傾動可能に設置されており、この手首には上記ギアに噛合される別のギアが形成されている。

また、上記アーム内には回動用アクチュエータがある。この回動用アクチュエータの出力軸にはベベルギアが固着されている。上記回動用アクチュエータの近傍にはプーリが設置されていて、このプーリと一体に回転する軸には、上記ベベルギアに噛合される別のべベルギアが固着されている。
上記アーム内には上記プーリと対になる別のプーリが回転可能に設置されており、これら両プーリ間にはタイミングベルトが巻回されている。また、上記別のプーリを支持する軸にはベベルギアが固着されている。
上記手首にはフィンガーが回転可能に設置されており、このフィンガーには上記別のプーリを支持する軸に固着されたベベルギアに噛合される別のベベルギアが固着されている。
上記回動用アクチュエータと上記傾動用アクチュエータによって上記手首の傾動及び回転が行われる。

また、特許文献２に記載されたロボット装置の腕の先端には手首が設置されている。この手首には、上記腕の先端に取り付けられたケーシングがあり、このケーシング内部には、ハウジングが旋回自在に設置されている。また、このハウジング内部にはハンド取付部が回転自在に設置されている。
上記ケーシング内には２つのＤＣモータが設置されている。一方のＤＣモータの出力軸にはプーリが固着されている。また、上記ケーシングには、上記プーリと対になる別のプーリが回転可能に設置されていて、これら両プーリ間にはタイミングベルトが巻回されている。上記別のプーリには、ハーモニックドライブ（登録商標）を介して、上記ハウジングが連結されており、上記一方のＤＣモータの回転により上記ハウジングが旋回する。
また、他方のＤＣモータの出力軸にもプーリが固着されている。上記ケーシングには、このプーリと対になる別のプーリが回転可能に設置されていて、これら両プーリ間にはタイミングベルトが巻回されている。上記別のプーリを支持する軸の先端側にはベベルギアが固着されていて、このベベルギアが上記ハンド取付部の基端側に固着されたベベルギアに噛合されている。このべベルギアがハーモニックドライブ（登録商標）を介して上記ハンド取付部に固着されており、上記他方のＤＣモータの回転により上記ハンド取付部が回転する。

また、特許文献３に記載された工業用ロボットの手首部には手首本体があり、この手首本体には揺動本体が揺動可能に設置されている。この揺動本体には回転軸が回転可能に設置されている。
また、上記手首本体に２つの駆動用電動機が内装されている。一方の駆動用電動機の出力軸にはプーリが固着されている。また、上記手首本体には、上記プーリと対になる別のプーリが回転可能に設置されていて、これら両プーリ間にはタイミングベルトが巻回されている。上記別のプーリには、ハーモニック減速機を介して、上記揺動本体が連結されている。
また、他方の駆動用電動機の出力軸にもプーリが固着されている。上記手首本体には、このプーリと対になる別のプーリが回転可能に設置されていて、これら両プーリ間にはタイミングベルトが巻回されている。上記別のプーリはハーモニック減速機を介して回転駆動軸に連結されており、この回転駆動軸の先端側に設けられたベベルギアが上記回転軸の基端側に設けられたベベルギアに噛合されている。
上記２つの駆動用電動機によって上記回転軸の揺動と回転が行われる。

特許２７９９４１６号公報 実開昭６３−７０８９６号公報 特開昭５９−５９３９０号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、特許文献１に開示されたロボットにおいては、ギアが多く使用されており、バックラッシュの影響により、手首の傾動及び回転の精度が低下するという問題があった。
また、特許文献２に記載されたロボット装置や特許文献３に記載された工業用ロボットでは、ギアの数は少なくなっているものの、減速比を確保するためにハーモニックドライブ（登録商標）（ハーモニック減速機）が使用されており、手首ユニットが大型化、且つ、高コスト化してしまうという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、ギアのバックラッシュの影響を低減させ、且つ、大型化と高コスト化を回避して必要な減速比を確保できる手首ユニットとロボットを提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による手首ユニットは、ハウジングと、上記ハウジング内に内装された揺動用駆動モータと、上記ハウジング内に内装された回転用駆動モータと、上記ハウジング内に設置された揺動中心軸と、上記揺動用駆動モータにより上記揺動中心軸を回転させることで搖動させられる回転中心軸と、上記回転用駆動モータにより上記回転中心軸の周りに回転可能に設けられた手首と、を具備し、上記揺動用駆動モータと上記揺動中心軸の間と上記回転駆動モータと上記手首の間の少なくとも一方に複数段のプーリ・ベルト機構が設置されていることを特徴とするものである。
また、請求項２による手首ユニットは、請求項１記載の手首ユニットにおいて、上記回転駆動用モータの回転はプーリ・ベルト機構と一組のべベルギアを介して上記手首に伝達されることを特徴とするものである。
また、請求項３による手首ユニットは、請求項１又は請求項２記載の手首ユニットにおいて、上記プーリ・ベルト機構のプーリ相互間距離を変えることによりベルトのテンションを調整可能に構成したことを特徴とするものである。
また、請求項４によるロボットは、請求項１〜請求項３の何れかに記載の手首ユニットが移動可能に設置されたことを特徴とするものである。

以上述べたように、本願発明の請求項１による手首ユニットによると、ハウジングと、上記ハウジング内に内装された揺動用駆動モータと、上記ハウジング内に内装された回転用駆動モータと、上記ハウジング内に設置された揺動中心軸と、上記揺動用駆動モータにより上記揺動中心軸を回転させることで搖動させられる回転中心軸と、上記回転用駆動モータにより上記回転中心軸の周りに回転可能に設けられた手首と、を具備し、上記揺動用駆動モータと上記揺動中心軸の間と上記回転駆動モータと上記手首の間の少なくとも一方に複数段のプーリ・ベルト機構が設置されているので、使用する歯車を出来るだけ減らしてバックラッシュの影響を低減させることができ、且つ、減速機を使用せずに必要な減速比を確保しているので、装置の大型化と高コスト化を回避できる。
また、請求項２による手首ユニットによると、請求項１記載の手首ユニットにおいて、上記回転駆動用モータの回転はプーリ・ベルト機構と一組のべベルギアを介して上記手首に伝達されるので、上記回転駆動モータと上記手首の間については、ギアは一組で済み、上記効果をより確実に得ることができる。
また、請求項３による手首ユニットによると、請求項１又は請求項２記載の手首ユニットにおいて、上記プーリ・ベルト機構のプーリ相互間距離を変えることによりベルトのテンションを調整可能に構成したので、必要なテンションを、容易に、且つ、確実に得ることができる。
また、請求項４によるロボットによると、請求項１〜請求項３の何れかに記載の手首ユニットが移動可能に設置されたので、位置制御の精度を高めることができるとともに、ロボットとしての小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態を示す図で、手首ユニットがＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の三次元空間内の任意の位置に移動可能に設置されたロボットの斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、手首ユニットを下側であって正面側から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、手首ユニットを上側であって正面側から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図２のＶ−Ｖ断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、手首ユニットの外装カバとハウジング天板、エルボ継手、及び、吸着ハンドを外した状態を上側であって背面側から視た斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、ハウジング本体へのプーリ・モータ取付部材の取付構造を示す図で、上側であって背面側から視た分解斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、プーリ・モータ取付部材への揺動駆動用モータの取付構造を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、手首ユニットの外装カバとハウジング天板、エルボ継手、及び、吸着ハンドを外した状態を上側であって正面側から視た斜視図である。

以下、図１乃至図９を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
この一実施の形態によるロボット１には、図１に示すように、まず、２つのＸ軸用アクチュエータ３ａ、３ｂがＸ軸方向に平行に設置されている。
上記Ｘ軸用アクチュエータ３ａにはハウジング７があり、このハウジング７はベース９に固着されている。上記ハウジング７に対して、スライダ１１がＸ軸方向に移動可能に設置されている。このスライダ１１の一部は、上記ハウジング７の開口部１３を介して上記ハウジング７の外部に突出されている。また、上記スライダ１１は、上記ハウジング７内に設置された図示しないガイドによって、Ｘ軸方向に案内されている。

また、上記ハウジング７内には図示しないボールねじ軸が設置されており、上記スライダ１１にはボールねじナット（図示せず）が固着されている。上記ボールねじ軸は上記ボールねじナットに螺合されていて、上記ボールねじ軸が回転されると、上記ボールねじナットひいては上記スライダ１１がＸ軸方向に移動される。また、上記ハウジング７の開口部１３は、上記スライダ１１を貫通して設置されるカバ１５によって閉塞されている。

また、上記ハウジング７の後方（図１中右上側）にはモータケース１７が設置されている。このモータケース１７内には、上記ボールねじ軸を回転・駆動する図示しないモータが設置されている。上記Ｘ軸アクチュエータ３ａには信号の伝達や電力の供給を行うケーブル（図示せず）が接続されている。
なお、上記Ｘ軸用アクチュエータ３ｂも、上記Ｘ軸用アクチュエータ３ａと同様の構成であり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明を省略する。
そして、上記Ｘ軸アクチュエータ３ａ、３ｂは同期制御される。

上記Ｘ軸アクチュエータ３ａ、３ｂのスライダ１１、１１にはＹ軸アクチュエータ１９が懸架されている。すなわち、このＹ軸アクチュエータ１９は、上記Ｘ軸アクチュエータ３ａ、３ｂに直交するＹ軸方向に沿って配置されている。このＹ軸アクチュエータ１９は、上記Ｘ軸用アクチュエータ３ａ、３ｂと同様の構成をなしており、ハウジング２１に対してスライダ２５がＹ軸方向に移動されるように構成されている。上記ハウジング２１のＹ軸方向両端は、取付部材２３、２３を介して、上記Ｘ軸アクチュエータ３ａ、３ｂのスライダ１１、１１に固着されている。
なお、上記Ｘ軸アクチュエータ３ｂのスライダ１１に対応する取付部材２３は、図示されていないが、説明の都合上符号を使用して説明する。

また、Ｘ軸アクチュエータ３ｂの側方には、上記Ｙ軸アクチュエータ１９への信号の伝達や電力の供給を行う図示しないケーブルが内装されたケーブルキャリア２７が設置されている。このケーブルキャリア２７の一端は上記Ｘ軸アクチュエータ３ｂ側のベース９に固着され、他端は上記Ｙ軸アクチュエータ１９のモータケース（図示せず）に固着されている。

また、上記Ｙ軸アクチュエータ１９のスライダ２５には、取付部材２９を介して、Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１が設置されている。このＺ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１には、まず、ハウジング３３がある。このハウジング３３内には、図示しないＺ軸駆動用モータと、このＺ軸駆動用モータによって回転・駆動されるボールねじ軸（図示せず）が設置されている。このボールねじ軸には、図示しないボールねじナットが螺合されている。このボールねじナットには、中空ボールスプライン軸３５が、Ｚ軸方向に対して一体化された状態、Ｒ方向に対しては回転可能な状態で設置されている。

上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１には、図示しないボールスプラインナットが回転可能に設置されており、上記中空ボールスプライン軸３５はこのボールスプラインナットを貫通して、上記ハウジング３３の先端側（図１中下側）から外部に突出されている。上記中空ボールスプライン軸３５は上記ボールスプラインナットに対してＺ軸方向に対しては移動可能に構成されていて、Ｒ方向に対しては一体化されている。
また、上記中空ボールスプライン軸３５の外周側には凹部が形成されている。また、上記ボールスプラインナットの内周側にも凹部が形成されているとともに、その内部には図示しない無負荷循環路が形成されている。上記中空ボールスプライン軸３５の外周側の凹部と上記ボールスプラインナットの内周側の凹部との間の空間と上記無負荷循環路には、図示しない複数の鋼球が転動・循環されるようになっている。
また、上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１には、図示しないＲ軸駆動用モータが設置されており、例えば、図示しないプーリ・タイミングベルト機構を介して、上記Ｒ軸駆動用モータの動力が上記ボールスプラインナットに伝達される。

上記Ｚ軸駆動用モータによって、上記ボールねじ軸が回転・駆動されると、上記中空ボールスプライン軸３５がＺ軸方向に昇降される。また、上記Ｒ軸駆動用モータによって、上記ボールスプラインナットが回転されると、上記中空ボールスプライン軸３５もＺ軸を中心に回転される。

また、上記Ｙ軸アクチュエータ１９の側方には、上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１への信号の伝達や電力の供給を行う図示しないケーブルが内装されたケーブルキャリア３７が設置されている。このケーブルキャリア３７の一端は上記Ｙ軸アクチュエータ１９のハウジング２１に取付部材３９ａを介して固着され、他端は取付部材３９ｂ及び上記取付部材２９を介して、ハウジング３３に固着されている。

また、上記中空ボールスプライン軸３５の先端には、手首ユニット４１が設置されている。この手首ユニット４１は、上記Ｘ軸アクチュエータ３ａ、３ｂ、Ｙ軸アクチュエータ１９、Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１によって、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の三次元空間内で任意に移動制御されるとともに、上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１によってＲ軸方向に回転される。

また、上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１の側方には、上記手首ユニット４１への信号の伝達や電力の供給を行うケーブル４３、４３が設置されている。上記ケーブル４３、４３の一端は上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１のハウジング３３に取付部材４５を介して固定されており、他端は上記手首ユニット４１側に接続されている。また、上記Ｚ軸・Ｒ軸一体アクチュエータ３１のハウジング３３にはケーブルガイド部材４７が設置されている。上記取付部材４５とこのケーブルガイド部材４７によって、上記ケーブル４３、４３をガイドしている。

上記手首ユニット４１は次のような構成となっている。
まず、図２乃至図６に示すように、ハウジング５１がある。このハウジング５１はハウジング本体５３と、このハウジング本体５３の上側に固着されたハウジング天板５５から構成されている。

上記ハウジング本体５３には、例えば、図７に示すように、モータ収容部５７が設けられている。このモータ収容部５７は、略長方形の横断面形状を成し、図７中左上から右下に向かう方向に貫通した状態で設けられている。また、上記モータ収容部５７より図７中下側には、プーリ軸収容部５９が形成されている。このプーリ軸収容部５９も、図７中左上から右下に向かう方向に貫通した状態で設けられている。また、上記ハウジング本体５３の図７中下側には、揺動中心軸収容部６１が設けられている。また、上記ハウジング本体５３の図７中上側には、上記ハウジング天板５５が収容される天板収容部６３が形成されている。この天板収容部６３は、上記モータ収容部５７と連通されており、図７中上側が拡開されて天板設置部６５が形成されている。

上記ハウジング天板５５の外周側にはフランジ部６７が形成されており、このフランジ部６７が上記天板設置部６５上に当接される。また、上記ハウジング天板５５は、複数個（この一実施の形態の場合は６個）のボルト６９を、上記フランジ部６７に形成された貫通孔を通して上記天板設置部６５に螺合させることで固定されている。
また、上記ハウジング天板５５の下側には、放熱シート用凸部７１が突出・形成されている。

図４に示すように、上記ハウジング本体５３の図４中左側には、プーリ・モータ取付部材７３が設置されている。図７に示すように、このプーリ・モータ取付部材７３の上端側にはモータ用貫通孔７５が形成されている。また、図７に示すように、このモータ用貫通孔７５の近傍には、複数個（この一実施の形態の場合は４個）のモータ固定位置調整用長孔７７、７７、７７、７７が形成されている。これらモータ固定位置調整用長孔７７、７７、７７、７７は、図７中上下方向に長く形成されている。
また、図７に示すように、上記プーリ・モータ取付部材７３の上下方向中央付近には、プーリ・モータ取付部材位置調整用長孔７９、７９が形成されている。これらプーリ・モータ取付部材位置調整用長孔７９、７９も、図７中上下方向に長く形成されている。

また、図４に示すように、上記プーリ・モータ取付部材７３の下端側には、プーリ収容部材８１が設置されている。このプーリ収容部材８１には、プーリ収容凹部８３が形成されている。このプーリ収容凹部８３の図４中右側には軸受収容凹部８５が形成されている。また、上記プーリ・モータ取付部材７３の上記軸受収容凹部８５に対向する位置にも軸受収容凹部８７が形成されている。また、上記軸受収容凹部８７の図４中左側には、プーリ軸用貫通孔８９が形成されている。

また、図４に示すように、上記ハウジング本体５３の図４中右側には、プーリ・モータ取付部材９１が設置されている。このプーリ・モータ取付部材９１にも、上記プーリ・モータ取付部材７３と同様に、４個のモータ用貫通孔９１ａ（図９に図示する）、４個のモータ固定位置調整用長孔９１ｂ（図９に図示する）、図示しない２個のプーリ・モータ取付部材位置調整用長孔が形成されている。

また、図４に示すように、上記プーリ・モータ取付部材９１の下端側には、プーリ収容部材９３が設置されている。このプーリ収容部材９３には、プーリ収容凹部９５が形成されている。このプーリ収容凹部９５の図４中左側には軸受収容凹部９７が形成されている。また、上記プーリ・モータ取付部材９１の上記軸受収容凹部９７に対向する位置にも軸受収容凹部９９が形成されている。また、上記軸受収容凹部９９の図４中右側には、プーリ軸用貫通孔１００が形成されている。

上記プーリ・モータ取付部材７３は、図７に示すように、ボルト１０１、１０１を上記プーリ・モータ取付部材位置調整用長孔７９、７９を通して、上記ハウジング本体５３に螺合させることで固定されている。上記プーリ・モータ取付部材位置調整用長孔７９、７９の範囲内で上記プーリ・モータ取付部材７３の取付位置を調整することができる。
また、上記プーリ・モータ取付部材９１も、上記プーリ・モータ取付部材７３と同様に、図４に示すボルト１０１ａを図示しないプーリ・モータ取付部材位置調整用長孔を通して、上記ハウジング本体５３に螺合させることで固定されている。上記プーリ・モータ取付部材９１の上下方向取付位置も、上記図示しないプーリ・モータ取付部材位置調整用長孔の範囲で調整することができる。

図４乃至図６に示すように、上記モータ収容部５７内には揺動用駆動モータ１０３が収容されている。この揺動用駆動モータ１０３は、例えば、図５に示すように、モータハウジング１０４と、このモータハウジング１０４の内周面に固着されたステータ１０５と、このステータ１０５の内周側に回転可能に設置されたロータ１０６と、このロータ１０６に固着された出力軸１０７とから構成されている。また、上記揺動用駆動モータ１０３の後端側（図４中右側）には、上記出力軸１０７の回転数及び回転角度を検出するエンコーダ１０９が設置されている。

また、図５に示すように、上記揺動用駆動モータ１０３の上側と上記ハウジング天板５５の放熱シート用凸部７１との間には、放熱シート１１０が介挿されている。この放熱シート１１０によって、上記揺動用駆動モータ１０３から生じた熱を上記ハウジング天板５５側に伝達して放熱する。

また、上記揺動用駆動モータ１０３にはモータブラケット１１１が固着されている。上記揺動用駆動モータ１０３は、ボルト１１２、１１２をモータ固定位置調整用長孔７７、７７を通して、上記モータブラケット１１１に螺合させることで上記プーリ・モータ取付部材７３に取り付けられている。
また、図５に示すように、上記揺動用駆動モータ１０３の図５中下側には揺動用駆動モータアングル材１１３が固着されている。上記揺動用駆動モータ１０３は、複数本（この一実施の形態の場合は２本）のボルト１１３ａ、１１３ａを、外側から上記ハウジング本体５３に形成されたモータ固定位置調整用長孔１１３ｂ、１１３ｂ（図７に示す）に通して、上記揺動用駆動モータアングル材１１３にバーリングによって形成された雌ネジ部１１３ｃ、１１３ｃに螺合させることで固定されている。
上記揺動用駆動モータ１０３の上下方向取付位置は、上記モータ固定位置調整用長孔７７、７７、７７、７７及び上記モータ固定位置調整用長孔１１３ｂ、１１３ｂの範囲内で調整することができる。

また、図４に示すように、上記ハウジング本体５３の図４中左側には、揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ａと、揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ｂが設置されている。
まず、揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ａの構成から説明する。まず、上記揺動用駆動モータ１０３の出力軸１０７の先端側には、揺動用第１タイミングプーリ１１５が固着されている。

また、図４に示すように、上記プーリ・モータ取付部材７３の図４中左側には、揺動用第２タイミングプーリ１１７が回転可能に設置されている。これら揺動用第１タイミングプーリ１１５と揺動用第２タイミングプーリ１１７には、揺動用第１タイミングベルト１１９が巻回されている。上記揺動用第１タイミングプーリ１１５、上記揺動用第２タイミングプーリ１１７、及び、上記揺動用第１タイミングベルト１１９には、図示しない複数の歯が形成されており、上記揺動用第１タイミングベルト１１９の歯が上記揺動用第１タイミングプーリ１１５の歯及び上記揺動用第２タイミングプーリ１１７の歯と噛合されている。

次に、揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ｂの構成を説明する。まず、揺動用第３タイミングプーリ１２１が回転可能に設置されている。また、この揺動用第３タイミングプーリ１２１の図４中下側には揺動用第４タイミングプーリ１２３が回転可能に設置されている。上記揺動用第３タイミングプーリ１２１と上記揺動用第４タイミングプーリ１２３には、揺動用第２タイミングベルト１２５が巻回されている。上記揺動用第３タイミングプーリ１２１、上記揺動用第４タイミングプーリ１２３、及び、上記揺動用第２タイミングベルト１２５には、図示しない複数の歯が形成されており、上記揺動用第２タイミングベルト１２５の歯が上記揺動用第３タイミングプーリ１２１の歯及び上記揺動用第４タイミングプーリ１２３の歯と噛合されている。

また、上記揺動用第３タイミングプーリ１２１の図４中左側にはプーリ軸部１２１ａが突出・形成されている。このプーリ軸部１２１ａは、上記プーリ軸用貫通孔８９を通して上記プーリ・モータ取付部材７３の図４中左側に突出されている。上記プーリ軸部１２１ａの図４中左端側に、既に説明した揺動用第２タイミングプーリ１１７が固着されている。すなわち、上記揺動用第２タイミングプーリ１１７と上記揺動用第３タイミングプーリ１２１は一体となって回転されるようになっている。
また、上記軸受収容凹部８５には軸受１２４ａが設置されており、上記軸受収容凹部８７には軸受１２４ｂが設置されている。既に説明した揺動用第３タイミングプーリ１２１は、上記プーリ収容凹部８３内に設置されていて、これら軸受１２４ａ、１２４ｂによって回転可能に支持されている。

また、図４に示すように、上記ハウジング本体５３の図４中下側の左右方向両側には、軸受ブラケット１２６ａ、１２６ｂが設置されている。上記軸受ブラケット１２６ａには軸受１２７ａ、１２７ａが内装されていて、上記軸受ブラケット１２６ｂには軸受１２７ｂ、１２７ｂが内装されている。上記ハウジング本体５３の揺動中心軸収容部６１内には、上記軸受１２７ａ、１２７ａと上記軸受１２７ｂ、１２７ｂによって回転可能に支持された状態で、揺動中心軸１２９が設置されている。この揺動中心軸１２９の図４中左右方向中央には、図４中上下方向に指向された回転中心軸取付用貫通孔１２９ａが形成されている。

また、上記揺動中心軸１２９の図４中右側部分の内部には、揺動中心軸側通路１２９ｂが形成されている。上記揺動中心軸１２９の図４中右側には、略円筒形状のソケット１３０ａを介して、エルボ継手１３０ｂが設置されている。このエルボ継手１３０ｂ内にはエルボ継手側通路１３０ｃが形成されている。このエルボ継手側通路１３０ｃは、上記ソケット１３０ａ内の空間を介して上記揺動中心軸側通路１２９ｂに連通されている。
また、上記揺動中心軸１２９の図４中左側には、既に説明した揺動用第４タイミングプーリ１２３が固着されている。

図５、図６、及び、図９に示すように、上記モータ収容部５７内には回転用駆動モータ１３５が収容されている。この回転用駆動モータ１３５は、例えば、図５に示すように、モータハウジング１３７と、このモータハウジング１３７の内周面に固着されたステータ１３９と、このステータ１３９の内周側に回転可能に設置されたロータ１４１と、このロータ１４１に固着された出力軸１４３とから構成される。また、上記回転用駆動モータ１３５の後端側（図６中右下側）には、上記出力軸１４３の回転数及び回転角度を検出するエンコーダ１４５が設置されている。
また、図５に示すように、上記回転用駆動モータ１３５の上側と上記ハウジング天板５５の放熱シート用凸部７１との間には、既に述べた放熱シート１１０が介挿されている。上記放熱シート１１０によって、上記回転用駆動モータ１３５から生じた熱を上記ハウジング天板５５側へと伝達させる。

また、図９に示すように、上記揺動用駆動モータ１０３と同様に、上記回転用駆動モータ１３５にはモータブラケット１４７が固着されている。上記回転用駆動モータ１３５は、ボルト１４９、１４９をモータ固定位置調整用長孔９１ｂ、９１ｂを通して、上記モータブラケット１４７に螺合させることで上記プーリ・モータ取付部材９１に取り付けられている。
また、図５に示すように、上記回転用駆動モータ１３５の図５中下側は回転用駆動モータアングル材１４８を介して、上記ハウジング本体５３に固定されている。上記回転用駆動モータアングル材１４８は、複数本（この一実施の形態の場合は２本）のボルト１４８ａ、１４８ａを、外側から上記ハウジング本体５３に形成されたモータ固定位置調整用長孔１４８ｂ、１４８ｂ（図７に示す）に通して、上記回転用駆動モータアングル材１４８にバーリングによって形成された雌ネジ部１４８ｃ、１４８ｃに螺合させることで固定されている。
上記回転用駆動モータ１３５の上下方向取付位置は、上記モータ固定位置調整用長孔９１ｂ、９１ｂ、９１ｂ、９１ｂ及び上記モータ固定位置調整用長孔１４８ｂ、１４８ｂの範囲内で調整することができるように構成されている。

また、図４に示すように、上記ハウジング本体５３の図４中右側には、回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ａと、回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ｂが設置されている。
まず、回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ａの構成から説明する。まず、図９に示すように、上記回転用駆動モータ１３５の出力軸１４３の先端側には、回転用第１タイミングプーリ１５１が固着されている。

また、図４に示すように、上記プーリ・モータ取付部材９１の図４中右側には回転用第２タイミングプーリ１５３が回転可能に設置されている。これら回転用第１タイミングプーリ１５１と回転用第２タイミングプーリ１５３には、回転用第１タイミングベルト１５５が巻回されている。上記回転用第１タイミングプーリ１５１、上記回転用第２タイミングプーリ１５３、及び、上記回転用第１タイミングベルト１５５には、図示しない複数の歯が形成されており、上記回転用第１タイミングベルト１５５の歯が上記回転用第１タイミングプーリ１５１の歯及び上記回転用第２タイミングプーリ１５３の歯と噛合されている。

次に、回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ｂの構成を説明する。まず、回転可能に回転用第３タイミングプーリ１５７が設置されている。また、この回転用第３タイミングプーリ１５７の図４中下側には回転用第４タイミングプーリ１５９が回転可能に設置されている。上記回転用第３タイミングプーリ１５７と上記回転用第４タイミングプーリ１５９には回転用第２タイミングベルト１６１が巻回されている。上記回転用第３タイミングプーリ１５７、上記回転用第４タイミングプーリ１５９、及び、上記回転用第２タイミングベルト１６１には、図示しない複数の歯が形成されており、上記回転用第２タイミングベルト１６１の歯が上記回転用第３タイミングプーリ１５７の歯及び上記回転用第４タイミングプーリ１５９の歯と噛合されている。

また、上記回転用第３タイミングプーリ１５７の図４中右側にはプーリ軸部１５７ａが突出・形成されている。このプーリ軸部１５７ａは、上記プーリ軸用貫通孔１００を通して上記プーリ・モータ取付部材９１の図４中右側に突出されている。上記プーリ軸部１５７ａの図４中右端側に、既に説明した回転用第２タイミングプーリ１５３が固着されている。すなわち、上記回転用第２タイミングプーリ１５３と上記回転用第３タイミングプーリ１５７は一体となって回転されるようになっている。
上記軸受収容凹部９７には軸受１６０ａが設置されており、上記軸受収容凹部９９には軸受１６０ｂが設置されている。既に説明した回転用第３タイミングプーリ１５７は、上記プーリ収容凹部９５内に設置されていて、これら軸受１６０ａ、１６０ｂによって回転可能に支持されている。

また、図４に示すように、上記揺動中心軸１２９の図４中右側には、軸受１６２、１６２を介して、回転用第１ベベルギア１６３が上記揺動中心軸１２９の外周側を回転可能に設置されている。この回転用第１ベベルギア１６３の図４中右側には、既に説明した回転用第４タイミングプーリ１５９が固着されている。

図４に示すように、上記揺動中心軸１２９の図４中左右方向中央には、その基端側（図４中上側）を上記回転中心軸取付用貫通孔１２９ａに挿入された状態で回転中心軸１７１が固着されている。この回転中心軸１７１の内部には、上記回転中心軸１７１の基端側（図４中上側）にあり図４中左右方向に指向された回転中心軸側第１通路１７１ａが形成されている。この回転中心軸側第１通路１７１ａは上記揺動中心軸側通路１２９ｂに連通されている。また、上記回転中心軸１７１の内部には、上記回転中心軸側第１通路１７１ａと連通され図４中上下方向に指向された回転中心軸側第２通路１７１ｂが形成されている。

また、上記回転中心軸１７１には、軸受１７３、１７３を介して回転用第２ベベルギア１７５が上記回転中心軸１７１の外周側を回転可能に設置されている。上記回転用第２ベベルギア１７５は上記回転用第１ベベルギア１６３と噛合されている。なお、上記回転用第１ベベルギア１６３と上記回転用第２ベベルギア１７５の歯数は同じである。

上記回転用第２ベベルギア１７５には手首１７７が取り付けられている。この手首１７７は、基端側部材１７７ａと先端側部材１７７ｂとから構成されている。上記手首１７７の先端側部材１７７ｂには吸着ハンド１７９が固着されている。この吸着ハンド１７９の基端側（図４中上側）には吸着ハンド基部１８１があり、この吸着ハンド基部１８１内には吸着ハンド基部側通路１８１ａが形成されている。この吸着ハンド基部側通路１８１ａは、上記先端部材１７７ｂ内の空間を介して、上記回転中心軸側第２通路１７１ｂと連通されている。

上記吸着ハンド基部１８１の先端側（図４中下側）には、吸着ハンド分岐部１８３が設置されている。この吸着ハンド分岐部１８３内には、上記吸着ハンド基部側通路１８１ａに連通された吸着ハンド分岐部側通路１８３ａが形成されている。

上記吸着ハンド分岐部１８３の図４中左右方向両側には、それぞれ、チェックバルブ１８５が設置されている。このチェックバルブ１８５内には、上記吸着ハンド分岐部側通路１８３ａに連通されたチェックバルブ側通路１８５ａが形成されている。このチェックバルブ側通路１８５ａ内には、球状の弁体１８５ｂが設置されている。上記チェックバルブ側通路１８５ａの図４中上側は縮径されており、上記チェックバルブ側通路１８５ａの図４中下側にはメッシュ状のシート１８５ｃが設置されている。上記チェックバルブ側通路１８５ａ内を図４中上から下に空気が移動した場合は、上記弁体１８５ｂが上記シート１８５ｃによって受け止められ、上記チェックバルブ側通路１８５ａ内の空気の流通が許容された状態になる。上記チェックバルブ側通路１８５ａ内を図４中下から上に空気が移動した場合は、上記弁体１８５ｂが上記チェックバルブ側通路１８５ａの図４中上側を塞ぎ、上記チェックバルブ側通路１８５ａ内の空気の流通が規制された状態となる。

上記チェックバルブ１８５の先端側（図４中下側）には、ノズル１８７が設置されている。このノズル１８７内には、上記チェックバルブ側通路１８５ａと連通されたノズル側通路１８７ａが形成されている。

また、図２や図３に示すように、上記ハウジング本体５３の両側面には、外装カバ１９１ａ、１９１ｂが設置されている。また、上記ハウジング本体５３の正面側の、前記ケーブル４３、４３が接続される部分には、ケーブル接続部カバ１９２が設置されている。
図４に示すように、上記揺動中心軸収容部６１の内側の図４中左右方向両側には、内側カバ１９３ａ、１９３ｂが設置されている。上記内側カバ１９３ａ、１９３ｂには、それぞれ、上記揺動中心軸１２９によって貫通される揺動中心軸用貫通孔１９５が形成されている。この揺動中心軸用貫通孔１９５の内周面には軸受１９７が設置されている。
上記揺動中心軸収容部６１の内側には、上記揺動中心軸１２９や回転中心軸１７１を覆うように揺動部カバ１９９が設置されている。この揺動部カバ１９９には、例えば、図２に示すように、揺動部上側カバ１９９ａと揺動部下側カバ１９９ｂがある。図５に示すように、上記揺動部下側カバ１９９ｂと上記基端側部材１７７ａとの間には軸受２０１が設置されていて、上記揺動部下側カバ１９９ｂに対して上記手首１７７が回転可能となっている。

また、図４に示すように、上記揺動部カバ１９９の図４中左右方向両側には摺動部カバ揺動軸部材２０３、２０３が設置されている。上記摺動部カバ揺動軸部材２０３は略円筒形状の部材で、その外周面が上記軸受１９７と摺接されている。これにより、上記揺動部カバ１９９が上記内側カバ１９３ａ、１９３ｂに対して揺動可能になっている。
また、図５に示すように、揺動中心軸収容部６１内において、上記揺動部カバ１９９に対して十分なクリアランスが設けられており、上記手首１７７の揺動動作を図５中左側及び右側にそれぞれ９０°以上の範囲で行うことができるようになっている。この一実施の形態の場合では、上記手首１７７の揺動動作は図５中左側及び右側にそれぞれ１０５°の範囲で行うことができるようになっている。

次に、この一実施の形態による作用について説明する。
まず、ロボット１による動作の概要について説明する。手首ユニット４１は、Ｘ軸用アクチュエータ３ａ、３ｂによって図１中Ｘ軸方向の任意の位置に移動され、Ｙ軸用アクチュエータ１９によって図１中Ｙ軸方向の任意の位置に移動され、Ｚ軸Ｒ軸一体アクチュエータ３１によって図１中Ｚ軸方向の任意の位置に移動されるとともにＲ軸を中心として回転される。
上記手首ユニット４１のエルボ継手１３０ｂを介してエアを吸引すると、吸着ハンド１７９によって図示しない吸着対象物が吸着・保持される。この状態で、上記ロボット１によって、上記図示しない吸着対象物が任意の位置に移動される。その後、上記エアの吸引を解除することで、上記吸着ハンド１７９による上記図示しない吸着対象物の吸着・保持が解除され、上記図示しない吸着対象物が任意の位置に設置される。

また、上記手首ユニット４１は、上記吸着ハンド１７９を図５中紙面垂直方向の軸を中心にして回転させる揺動動作と、上記吸着ハンド１７９を図５中上下方向の軸を中心に回転させる回転動作を行う。
以下、上記揺動動作と回転動作について説明する。

まず、手首１７７、吸着ハンド１７９を揺動させる場合について説明する。この場合には、揺動用駆動モータ１０３を回転・駆動させる。この揺動用駆動モータ１０３の出力軸１０７の回転が、揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ａと揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ｂを介して、揺動中心軸１２９に伝達され、上記揺動中心軸１２９が回転されるとともに、回転中心軸１７１以降、すなわち、手首１７７、吸着ハンド１７９が揺動される。
なお、上記揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ａと上記揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ｂの２段階のタイミングプーリ・タイミングベルト機構によって、上記揺動用駆動モータ１０３の出力軸１０７の回転が伝達されるので、十分な減速比が確保される。
また、これにより、上記回転中心軸１７１に設置された回転用第２ベベルギア１７５も共に揺動される。このとき、上記回転用第２ベベルギア１７５に回転用第１ベベルギア１６３が噛合されているため、上記回転用第２ベベルギア１７５が上記回転中心軸１７１を中心に回転してしまう。その結果、手首１７７、吸着ハンド１７９が不必要に回転してしまうことになる。
そこで、上記揺動用駆動モータ１０３を回転・駆動させると同時に、上記不必要な回転を打ち消すために、上記回転用駆動モータ１３５を回転・駆動させる。それによって、手首１７７、吸着ハンド１７９の揺動動作のみが行われることになる。
また、上記手首１７７の揺動動作は、図５に示すように、図５中左側及び右側にそれぞれ１０５°の範囲で行われる。

次に、手首１７７、吸着ハンド１７９を回転させる場合について説明する。この場合には、上記回転用駆動モータ１３５のみを回転・駆動させる。この回転用駆動モータ１３５の出力軸１４３の回転が、回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ａと回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ｂを介して、上記回転用第１ベベルギア１６３に伝達される。上記回転用第１ベベルギア１６３の回転により上記回転用第２ベベルギア１７５が回転される。この回転用第２ベベルギア１７５の回転により、手首１７７、吸着ハンド１７９が回転することになる。この場合も、上記回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ａと上記回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ｂの２段階のタイミングプーリ・タイミングベルト機構によって上記回転用駆動モータ１３５の出力軸１４３の回転が伝達されるので、十分な減速比が確保される。

次に、手首１７７、吸着ハンド１７９を揺動させるとともに回転させる場合について説明する。この場合には、上記揺動用駆動モータ１０３と上記回転用駆動モータ１３５を同時に回転・駆動させることになるが、上記回転用駆動モータ１３５については、既に説明した不必要な回転を打ち消すとともに必要な回転を実現するような駆動になる。
このようにして、上記Ｘ軸用アクチュエータ３ａ、３ｂによるＸ軸方向への移動、上記Ｙ軸用アクチュエータ１９によるＹ軸方向への移動、及び、上記Ｚ軸Ｒ軸一体アクチュエータ３１によるＺ軸方向の任意の位置への移動、すなわち、直交３軸の移動と、上記Ｚ軸Ｒ軸一体アクチュエータ３１によるＲ軸を中心とする回転と、上記手首１７７の搖動動作、及び、上記手首１７７の回転動作、すなわち、回転３軸による移動の組み合わせにより、上記吸着ハンド１７９に任意の位置で任意の姿勢をとらせることができるように構成されている。

次に、揺動用第１タイミングベルト１１９、揺動用第２タイミングベルト１２５、回転用第１タイミングベルト１５５、回転用第２タイミングベルト１６１のテンションの調整について説明する。
前記したように、上記プーリ・モータ取付部材７３の上下方向取付位置を調整できるように構成されているので、上記プーリ・モータ取付部材７３の上下方向取付位置を調整することで、上記揺動用第２タイミングベルト１２５のテンションを調整する。また、上記揺動用駆動モータ１０３の上下方向取付位置を調整することができるように構成されているので、上記揺動用駆動モータ１０３の上下方向取付位置を調整することで、揺動用第１タイミングベルト１１９のテンションを調整する。
同様に、上記プーリ・モータ取付部材９１の上下方向取付位置を調整することで、上記回転用第２タイミングベルト１６１のテンションを調整し、上記回転用駆動モータ１３５の上下方向取付位置を調整することで、上記回転用第１タイミングベルト１５５のテンションを調整する。

次に、この一実施の形態による効果について説明する。
まず、ギアのバックラッシュの影響を低減させ、且つ、大型化させることなく必要な減速比を確保することができる。すなわち、手首ユニット４１には、揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ａと揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ｂ、及び、回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ａと回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ｂが設置されており、使用されている歯車は、回転用第１ベベルギア１６３と回転用第２ベベルギア１７５のみであるため、バックラッシュの影響による、吸着ハンド１７９の揺動動作の誤差を無くすことができるとともに、上記吸着ハンド１７９の回転動作の誤差を少なくすることができる。

また、上記手首ユニット４１には、揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ａと揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１１４ｂ、及び、回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ａと回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構１５０ｂ、すなわち、回転側と揺動側のそれぞれ２段階ずつのタイミングプーリ・タイミングベルト機構が設けられているので、小型化しつつ高コスト化も回避して十分な減速比を確保することができる。
なお、上記のような２段階のタイミングプーリ・タイミングベルト機構を用いることなく、例えば、ハーモニック減速機を設置すると、上記手首ユニット４１が大型化してしまうとともに高コスト化してしまうこととなる。

また、プーリ・モータ取付部材７３の上下方向取付位置を調整することで揺動用第２タイミングベルト１２５のテンションを調整し、揺動用駆動モータ１０３の上下方向取付位置を調整することで揺動用第１タイミングベルト１１９をテンションを調整するように構成されており、プーリ・モータ取付部材９１の上下方向取付位置を調整することで回転用第２タイミングベルト１６１のテンションを調整し、回転用駆動モータ１３５の上下方向取付位置を調整することで上記回転用第１タイミングベルト１５５のテンションを調整するように構成されているため、上記揺動用第１タイミングベルト１１９、上記揺動用第２タイミングベルト１２５、上記回転用第１タイミングベルト１５５、及び、上記回転用第２タイミングベルト１６１のテンションの調整を容易に行うことができる。

なお、本発明は前記一実施の形態に限定されない。
まず、タイミングプーリ・タイミングベルト機構を３段以上設置する場合も考えられる。
また、タイミングプーリ・タイミングベルト機構が、上記揺動用駆動モータと上記揺動中心軸の間と、上記回転駆動モータと上記手首の間の、何れか一方にだけ設置されている場合も考えられる。
また、タイミングプーリ・タイミングベルト機構以外にも、摩擦伝達によるプーリ・ベルト機構が用いられることも考えられる。
また、噛合される回転用第１ベベルギアと回転用第２ベベルギアの減速比にもさまざまな場合がある。
手首ユニットの先端には、吸着ハンドの他に、グリッパ等、様々な種類の装置や、工具等が設置される場合が考えられる。また、手首ユニットの先端に設置したノズルから、エアを噴出するような場合も考えられる。
また、ロボットの構成としても、前記一実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば、手首ユニットを水平多関節ロボットや垂直多節ロボットに設置する場合、等、様々な構成が考えられる。
その他、図示した構成は一例であり様々な場合が考えられる。

本発明は、例えば、産業用ロボットに設置される手首ユニットとロボットに係り、ギアのバックラッシュの影響を低減させ、且つ、大型化と高コスト化を回避して必要な減速比を確保することができるように工夫したものに関し、特に、３軸直交ロボットに好適である。

１ ロボット
４１ 手首ユニット
５１ ハウジング
１０３ 揺動用駆動モータ
１１４ａ 揺動側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構
１１４ｂ 揺動側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構
１１５ 揺動用第１タイミングプーリ
１１７ 揺動用第２タイミングプーリ
１１９ 揺動用第１タイミンクベルト
１２１ 揺動用第３タイミングプーリ
１２３ 揺動用第４タイミングプーリ
１２９ 揺動中心軸
１２５ 揺動用第２タイミングベルト
１３５ 回転用駆動モータ
１５０ａ 回転側一段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構
１５０ｂ 回転側二段目タイミングプーリ・タイミングベルト機構
１５１ 回転用第１タイミングプーリ
１５３ 回転用第２タイミングプーリ
１５５ 回転用第１タイミングベルト
１５７ 回転用第３タイミングプーリ
１５９ 回転用第４タイミングプーリ
１６１ 回転用第２タイミングベルト
１６３ 回転用第１ベベルギア
１７１ 回転中心軸
１７５ 回転用第２ベベルギア
１７７ 手首

Claims (4)

1. ハウジングと、
   上記ハウジング内に内装された揺動用駆動モータと、
   上記ハウジング内に内装された回転用駆動モータと、
   上記ハウジング内に設置された揺動中心軸と、
   上記揺動用駆動モータにより上記揺動中心軸を回転させることで搖動させられる回転中心軸と、
   上記回転用駆動モータにより上記回転中心軸の周りに回転可能に設けられた手首と、を具備し、
   上記揺動用駆動モータと上記揺動中心軸の間と上記回転駆動モータと上記手首の間の少なくとも一方に複数段のプーリ・ベルト機構が設置されていることを特徴とする手首ユニット。
2. 請求項１記載の手首ユニットにおいて、
   上記回転駆動用モータの回転はプーリ・ベルト機構と一組のべベルギアを介して上記手首に伝達されることを特徴とする手首ユニット。
3. 請求項１又は請求項２記載の手首ユニットにおいて、
   上記プーリ・ベルト機構のプーリ相互間距離を変えることによりベルトのテンションを調整可能に構成したことを特徴とする手首ユニット。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の手首ユニットが移動可能に設置されたことを特徴とするロボット。

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