JP2576282B2

JP2576282B2 - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP2576282B2
Application number: JP2309175A
Authority: JP
Inventors: 博敏安岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JPH04183593A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、位置決め精度が高く、しかも、信頼性の
高い産業用ロボットに関するものである。

〔従来の技術〕

多関節形の産業用ロボットにおいて、第１水平旋回軸
中心にケーブルその他の必要部材を配設する場合、上記
第１水平旋回軸駆動用のサーボモータおよびロボット用
減速機は、一般的には第１水平旋回軸などで構成される
駆動機構の本体とは別個の場所に設置され、駆動機構の
本体の中心軸とは歯車噛み合い等により連結される。

また、近年においては旋回運動を行う上記のような産
業用ロボットには、作業を行う経路および点での高精度
な位置決めが要求されている。

第10図は従来の産業用ロボットにおける要部の第１水
平旋回軸駆動機構の断面図である。

図において、（101）は床面に取り付けられた固定
台、（101a）は固定台（101）を床面に固定するための
ボルト穴、（102）はこの固定台（101）に載置され旋回
可能な第１水平旋回台、（103）は上記第１水平旋回台
（102）が固定台（101）に対して、水平旋回自由となる
よう支持する軸受、（104）は固定台（101）、第１水平
旋回台（102）の軸心部を挿通配設されたケーブルその
他の必要部材、（105）は第１水平旋回台（102）の外部
に取り付けられた第１水平旋回軸駆動用サーポモータ、
（106）はこの第１水平旋回軸駆動用サーボモータ（10
5）に連結されたロボット用減速機、（107）はロボット
用減速機（106）の出力側に取り付けられた歯車Ａ、（1
08）は固定台（101）に取り付けられた歯車Ｂである。

次に動作について説明する。

第１水平旋回台（102）の外部に取り付けられた第１
水平旋回軸駆動用サーボモータ（105）が駆動され回転
されると、その回転力はロボット用減速機（106）に伝
達され、歯車Ａ（107）、歯車Ｂ（108）へと伝達され
る。

歯車Ｂ（108）は固定台（101）に取り付けられている
ので、固定台（101）自身は回転できないため、結果と
してこの固定台（101）の周りを第１水平旋回台（102）
が旋回するようになっている。

また、第11図はこの発明とその目的を同じにする、例
えば特開昭61−203278号公報に示された従来の産業用ロ
ボットであり、図において、（11）はモータ、（12）は
カップリング、（13a）はボールネジのネジ軸、（13b）
はボールネジのナット部、（14）は旋回を行うリンクで
ある。また（17）は軸受、（18）は軸受（17）を固定す
るためのケーシングである。第11図（ｂ）において（1
5）は軸受、（16）は軸受（15）を固定するためのケー
シングである。ナット部（13b）には第11図（ａ）の（1
3c）に示すように溝が切ってあり、リンク（14）の突起
部（14a）がこの溝（13c）の中を摺動できるようになっ
ている。また、リンク（14）は第11図（ａ）に示すよう
に点（14b）を中心として旋回可能な構造となってい
る。

次に動作について説明する。

モータ（11）が回転すると、その回転はカップリング
（12）を介してボールネジのネジ軸（13a）に伝達さ
れ、ナット部（13b）がネジ軸（13a）上を直進運動す
る。

今、第11図（ａ）の矢印９に示す様にナット部（13
b）が位置Ｉから位置IIに移動した場合を考える。リン
ク（14）は固定点である点（14b）のまわりに回転する
ため、ナット部（13b）が位置IIに達したときは突起部
（14a）はナット部（13b）の溝（13c）の中を移動し第1
1図（ａ）の位置IIに示す位置に移動し、その結果、リ
ンク（14）は点（14b）のまわりに回転して第11図
（ａ）の一点鎖線で示す位置IIに達することにより、リ
ンク（14）の先端部は所要の旋回運動を行うことができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

第10図に示す従来の産業用ロボットにおいては、第１
水平旋回軸中心にケーブルその他の必要部材（104）を
配設した産業用ロボットの第１水平旋回軸駆動機構が固
定台（101）、第１水平旋回台（102）とは別個に第１水
平旋回軸駆動用サーボモータ（105）およびロボット用
減速機（106）と上記産業用ロボット中心軸との連結が
歯車Ａ（107）、歯車Ｂ（108）の噛み合いとなっている
ため、産業用ロボットにおいて最も望まれないバックラ
ッシュの除去機構を別途考慮しなければならず、高精度
な位置決めを要求される産業用ロボットにおいては、こ
の点が非常に厄介な課題となっていた。

また、第11図に示す従来の産業用ロボットにおいて
は、リンク（14）の突起部（14a）が、ナット部（13b）
の溝（13c）の中を摺動するように構成されているので
摺動隙間が必要不可欠となる。この摺動隙間が上記課題
と同様、バックラッシュとなる他、衝動力の発生源とな
って摩耗を加速させることに加え、リンク（14）の左右
回転時にはリンク（14）の突起部（14a）とボールネジ
のネジ軸（13a）の軸心が離れるためネジ軸（13a）には
モーメント荷重が作用することになり、一般的にボール
ネジにモーメント荷重が作用する場合は、第12図に示す
ように寿命が著しく低下することが判明しており、実用
面においてはさらに工夫する必要があるなどの課題があ
った。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、バックラッシュがなく、またロボット用減
速機の回転誤差を除去し高精度な産業用ロボットの第１
水平旋回軸駆動機構を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る産業用ロボットは、中心にケーブルや
レーザー光等を通す中空部を有する固定台と、ボールね
じおよびこのボールねじのボールねじ部を回転駆動する
モータを有するとともに固定台に揺動可能に支持されて
いる揺動体と、固定台に旋回可能に支持され、揺動体の
揺動範囲を広げる切り欠きを有する水平旋回台と、を備
え、ホールねじのナット部はボールねじ部に螺合すると
ともにモータの回転により水平旋回体が旋回するように
水平旋回体の所定位置に外周の両側で軸支され、ボール
ねじ部はナット部の可動範囲外の両側で揺動体に回転可
能に支持されているようにしたものである。

［作用亜この発明による産業用ロボットは、中心にケーブルや
レーザー光等を通す中空部を有する固定台と、ボールね
じおよびこのボールねじのボールねじ部を回転駆動する
モータを有するとともに固定台に揺動可能に支持されて
いる揺動体と、固定台に旋回可能に支持され、揺動体の
揺動範囲を広げる切り欠きを有する水平旋回台と、を備
え、ボールねじのナット部はボールねじ部に螺合すると
ともにモータの回転により水平旋回体が旋回するように
水平旋回体の所定位置に外周の両側で軸支され、ボール
ねじ部はナット部の回動範囲外の両側で揺動体に回転可
能に支持される。

［発明の実施例］以下、この発明の一実施例を第１図〜第６図について
説明する。

第１図はこの発明の産業用ロボットの第１水平旋回軸
駆動機構部の要部正面図、第２図はその平面図、第３図
は第１図におけるIII−III線による断面図のうち右旋回
端位置を示し、第４図は第１図におけるIII−III線によ
る断面図のうち、ボールネジ連結部を示す図、第５図は
第１図におけるIII−III線による断面図のうち、左旋回
端位置を示し、第６図は第１図におけるIV−IV線による
断面図である。

図において、（301）は床面に取りつけられた固定
台、（301a）は固定台（301）の外周部の一部に突設し
たボールネジ軸支部としての軸受ボックス、（302）は
固定台（301）に載置された旋回可能な第１水平旋回
台、（302a）は第１水平旋回台（302）の外周部の一部
より、第１水平旋回台（302）の軸中心に対して直角方
向に突出した一対のアームである。この一対のアーム
（302a）のアーム（302a）とアーム（302a）との間は、
第１水平旋回台（302）の旋回に伴って後述するボール
ネジ部が侵入してくるエリアを収納できるように、第１
水平旋回台（302）の両側に切り欠き（302b）が設けら
れている。（304）は固定台（301）、第１水平旋回台
（302）の軸心部に挿通配設されたケーブル、レーザ
光、その他の必要部材、（305）は駆動手段としての第
１水平旋回軸駆動用サーボモータ、（306a）はボールネ
ジ（306）のボールネジ部、例えば、ネジ軸である。（3
06b）はボールネジ（306）のナット部であり、ネジ軸
（306a）とナット部（306b）とによりボールネジ（30
6）が構成される。なお、ナット部（306b）はボールネ
ジ部（306a）に常に予圧されている。

この予圧はバックラッシュ、ボールネジ（306）の可
逆回転により生じる誤差などの隙間を微少にするための
ものであり、所望としては一例として数μｍ以下であ
る。

一方、第１水平旋回軸駆動用サーボモータ（305）は
ボールネジ（306）と連結し、さらにアーム（302a）の
先端部とボールネジ（306）のナット部（306b）と支持
軸Ｂ（315）を介して回転自由となるよう結合されてい
る。さらにボールネジ（306）は、第１水平旋回軸駆動
用サーボモータ（305）の駆動力によってボールネジ（3
06）のネジ軸（306a）が回転し、この、ネジ軸（306a）
に螺合されているナット部（306b）が直進運動に変換さ
れる。

（309）は第１水平旋回軸駆動用サーボモータ（305）
および予圧されたボールネジ（306）を取り付けるケー
ス、（310）はケース（309）と固定される支持軸Ａで、
固定台（301）の軸受ボックス（301a）内の予圧された
組合せアンギュラ軸受（311）によって回転自在にボー
ルネジ（306）を支持している。（312）〜（314）はい
ずれも予圧された組合せアンギュラ軸受、（315）は予
圧されたボールネジ（306）に取付けられ、さらに予圧
された組合せアンギュラ軸受（313）を介してアーム（3
02a）を連結する支持軸Ｂである。なお、図において
前、後とはロボットの標準姿勢において最終関節におけ
るアームが伸び出していく方向を前、その反対側を後と
している。

次に動作について説明する。

第１水平旋回台（302）を旋回させるために、まずケ
ース（309）に取付けられた第１水平旋回軸駆動用サー
ボモータ（305）を駆動されると、その回転力はボール
ネジ（306）のネジ軸（306a）に伝達されネジ軸（306
a）が回転運動する。するとこのネジ軸（306a）の回転
に伴ってナット部（306a）が直進に移動する。

そしてこのナット部（306b）の移動に伴って、ナット
部（306b）に固定されている支持軸Ｂ（315）も同じ方
向に移動するとともに、組合せアンギュラ軸受（313）
を介してアーム（302a）が動き、この結果アーム（302
a）の動きに伴って第１水平旋回台（302）が固定台（30
1）上で水平旋回する。

次に第１水平旋回台（302）の具体的な旋回動作につ
いて説明する。

上記動作によって、ナット部（306b）が第１水平旋回
軸駆動用サーボモータ（305）側からネジ軸（306a）の
先端部方向へ移動するときは、第１水平旋回台（302）
は第３図中矢印Ａで示す方向に旋回（左水平旋回）す
る。一方、ナット部（306b）がネジ軸（306a）の先端部
から第１水平旋回軸駆動用サーボモータ（305）側へ移
動するときは、第１水平旋回台（302）は第５図中矢印
Ｂで示す方向に旋回（右水平旋回）する。

第３図、第５図において矢印Ｃで示す方向は、上記動
作によって第１水平旋回台（302）が旋回し位置決めさ
れて、アームが伸びていく方向を示したものである。

なお、上述した第１図〜第６図において、第１水平旋
回軸駆動用サーボモータ（305）、予圧されたボールネ
ジ（306）および軸受ボックス（301a）、支持軸Ａ（31
0）、ケース（309）などの支持部分は、説明の都合上、
産業用ロボットの後方部に配設されている場合について
説明したが、この位置に限定されるものでなく産業用ロ
ボットの前方部、左側部、右側部あるいは斜部のいずれ
かの位置に配置されていても上記実施例と同様の効果を
奏する。

また上記図においては、軸受ボックス（301a）はケー
ス（309）の下側のみで支持するように示しているが、
寸法的な余裕があり制限されるものでなければ軸受ボッ
クス（301a）はケース（309）の上側にも配置して下
側、上側の両側から支持すればボールネジ（306）の支
持はさらに安定するものとなる。

さらにまた、上記実施例では、第１水平旋回軸駆動用
サーボモータ（305）は予圧されたボールネジ（306）の
同一軸線上に直結して配置しているが、第７図に示すよ
うに第１水平旋回軸駆動用サーボモータ（305）の駆動
力は、タイミングベルト（316）等のバックラッシュを
無くすることができる適切な手段によって予圧されたボ
ールネジ（306）と平行に配置して伝達できるものであ
ってもよい。

さらにまた、上記実施例において、予圧された組合せ
アンギュラ軸受（311）〜（314）を用いた場合について
説明したが、これら組合せアンギュラ軸受の代りに円錐
コロ軸受を用いてもよい。

さらにまた、上記実施例では第１水平旋回軸駆動機構
は、ロボットの下方（床面近く）に配置しているが、ロ
ボットの形状によっては第８図に示すようにロボットの
上方に配置してもよい。

さらにまた、旋回動作範囲をさらに拡大する必要があ
る場合は、第９図に示すように本発明による産業用ロボ
ットの第１水平旋回軸駆動機構を複数組合せれば、第１
水平旋回台の旋回に伴ってボールネジ部が侵入してくる
エリアを収納するよう、第１水平旋回台の両端に切り欠
きを設ける必要もない。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、中心にケーブルやレー
ザ光等を通す中空部を有する固定台と、ボールねじおよ
びこのボールねじのボールねじ部を回転駆動するモータ
を有するとともに固定台に揺動可能に支持されている揺
動体と、固定台に旋回可能に支持され、揺動体の揺動範
囲を広げる切り欠きを有する水平旋回台と、を備え、ボ
ールねじのナット部はボールねじ部に螺合するとともに
モータの回転により水平旋回体が旋回するように水平旋
回体の所定位置に外周の両側で軸支され、ボールねじ部
はナット部の可動範囲外の両側では揺動体に回転可能に
支持されるようにしたので、ボールねじの長大化が防止
され装置の大型化を防止できるとともに、モーメント荷
重によるボールねじの寿命の低下を防止でき、位置決め
精度および信頼性を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明の一実施例に係り、第１図は
産業用ロボットの第１水平旋回軸駆動機構部の要部正面
図、第２図は第１図の平面図、第３図は第１図における
III−III線による断面図で、右旋回端位置を示す図、第
４図は第１図におけるIII−III線による断面図のうち、
ボールネジ連結部を示す図、第５図は第１図におけるII
I−III線による断面図で、左旋回端位置を示す図、第６
図は第１図におけるIV−IV線による断面図、第７図〜第
９図はこの発明の他の実施例を示し、第７図はボールネ
ジへの伝達部を示す断面図、第８図は要部外観図、第９
図は旋回軸駆動機構部の断面図、第10図〜第12図は従来
の産業用ロボットの第１水平旋回軸駆動機構に係り、第
10図は要部断面図、第11図は同じく要部構成図、第12図
はモーメントが作用するときの寿命比を示す図である。図において、（301）は固定台、（301a）はボールネジ
軸支部（軸受ボックス）、（302）は第１水平旋回台、
（302a）はアーム、（305）は駆動手段（第１水平旋回
軸駆動用サーボモータ）、（306）はボールネジ部（ボ
ールネジ）、（306a）はネジ部（ネジ軸）、（306b）は
ナット部、（309）はケース、（310）は支持軸Ａ、（31
5）は支持軸Ｂ、（316）はタイミングベルト等である。なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心にケーブルやレーザー光等を通す中空
部を有する固定台、ボールねじとこのボールねじのボー
ルねじ部を回転駆動するモータとを有するとともに上記
固定台に揺動可能に支持されている揺動体、上記固定台
に旋回可能に支持され、上記揺動体の揺動範囲を広げる
切り欠きを有する水平旋回台、を備え、上記ボールねじ
のナット部は上記ボールねじ部に螺合するとともに上記
モータの回転により上記水平旋回体が旋回するように上
記水平旋回体の所定位置に外周の両側で軸支され、上記
ボールねじ部は上記ナット部の可動範囲外の両側で上記
揺動体に回転可能に支持されていることを特徴とする産
業用ロボット。