JP2642239B2 - 産業用ロボットの手首に装着される作業ツール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットの先端部位に設けられたロ
ボット手首に装着する作業ツールの改良構造に関し、特
に、複数の動作自由度を有したロボット腕等の可動機構
と、その可動機構の先端部位に設けられた複数の動作自
由度を有するロボット手首とを備えた産業用ロボットの
該ロボット手首に装着されて所定のロボット作業を遂行
するための作業ツールに更に動作自由度を付与して作業
性能を向上させ得るようにした産業用ロボットの手首に
装着される作業ツールに関する。

〔従来技術〕

産業用ロボット、特に、多関節腕型ロボットの先端部
位に設けられているロボット手首に種々の作業ツール、
例えば、シール材をワークの所定軌跡に沿って塗布する
シーリングツール、ワークの溶接を行う溶接トーチ、部
品の組立を行うねじドライバ等の組立工具等を装着して
ロボット腕等の可動機構とロボット手首との動作自由度
を駆使して所定のロボット作業を遂行することは周知で
ある。このような産業用ロボットの手首に装着される作
業ツールにおいて、ツール先端にロボットの動作自由度
に加えて更に適数の自由度を付与して作業対象のワーク
のコーナー部や、例えば、自動車々体の内部のような複
雑な空間内においても所定の作業を遂行できるように従
来から工夫されている。

例えば、第３図は従来の作業ツールにおいて、俯仰揺
動を付与する揺動駆動手段が具備されたツール構造を略
示している。このツール構造では、エアーシリンダ１の
往復直動によりラックピニオン機構２を正逆両方向に回
転駆動し、そのとき、ピニオン軸2aの回転を１対のかさ
歯車から成るかさ歯車機構３により方向変換してツール
アーム４を矢印で示すように俯仰揺動させるようにした
もので、ツールアーム４の先端には図示されていない作
業具が保持される構造である。

また、第４図は、Ｌ字形をしたツールアーム５の角部
5aを枢着し、一方の腕端に直動性のエアーシリンダ６を
結合してツールアーム５の前端を振子状に揺動させるよ
うにし、該ツールアーム５の前端に作業具を保持させ
て、作業具に揺動自由度を付与した従来の構造の作業ツ
ールがある。

更に、第５図は、屈曲形のツールアーム７の屈曲点7a
を枢着し、直動エアーシリンダ８により同ツールアーム
７の先端7bに２位置間の揺動作用を付与すると共に、回
転モータ９の回転を周知のユニバーサル継手10を介して
ツールアーム７の先端にブラケット11を介して保持した
作業具12に回転動作を付与するようにした構造を有した
作業ツールがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しながら、上述した第３図〜第５図の従来の作業ツ
ールの構成では、未だ、作業性能が充分に発揮し得ない
場合が多々ある。即ち、これら第３図〜第５図に示した
構造で直動エアーシリンダ１、６、８を用いたツールア
ームの揺動機構では構造のコンパクト性は得られるにし
ても、当該エアーシリンダが何れもオン−オフ動作特性
を有するために、ツールアームの揺動々作は２位置間の
往復動作だけで、中間位置で停止することが不可能であ
ると言う不利があり、往復揺動の動作範囲を変更するに
は、例えば、ストッパを殊更に設けてツールアーム４、
５、７等の揺動規制を行う必要がある。従って、作業性
能は必然的に限られた性能に止まり、特に、中間停止が
不可能な点は作業ツールに微細な動作制御が付与できな
い問題がある。即ち、このように微細な動作制御が付与
できない結果、狭小な作業領域等においては、作業ツー
ルとワークの間やロボット手首とワークの間等において
干渉を起こし易い不利もある。

また、第５図に示したユニバーサル継手10を具備して
回転駆動源からの回転を作業具12に伝動する構造では、
産業用ロボット等の重作業用途では磨耗、疲労により経
時的な性能劣化が著しく故に、かなり頻繁に交換を要す
る等の問題点もある。

上述のような問題点から本発明の目的は、産業用ロボ
ットのロボット手首先端に装着される作業ツールの構造
を改善してツール動作の微細な制御を無理なく遂行でき
ると共に作業ツールの全体的外形を直線形にして先端ツ
ールアームだけが任意量の揺動、任意位置における停止
を行うことが可能な構造を有したコンパクト化した産業
用ロボットの手首に装着される作業ツールを提供せんと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ロボット手首の下端から上方に向けて略直
方形状に延設されるアクチュエータ部とツールアーム部
とを具備した構成とし、上記アクチュエータ部には回転
モータとボール・ねじ機構とにより構成される連続直線
変位をツールアーム部に付与可能なアクチュエータを格
納する構成を備え、産業用ロボット機体の複数の動作自
由度に加えて作業ツール自体が更に動作自由度を有し、
ワークの狭小な空間や隅部においても所定のロボット作
業を遂行可能にした作業ツールを提供するものである。

すなわち、本発明によれば、複数の動作自由度を有す
る産業用ロボットの先端部位に設けられたロボット手首
に装着されて所定のロボット作業を遂行するための作業
ツールにおいて、 前記ロボット手首との結合上端とそれに対向した下端
との間に格納室を有したハウジングと、 前記ハウジング下端に設けられた支点に枢動可能に結
合され、かつ所定のロボット作業具を下端に保持するツ
ールアームと、 前記ハウジングの格納室内に収納されると共に前記ツ
ールアームとの連結端を有し、該ツールアームを所定の
枢動範囲内で任意位置に枢動、停止させることが可能な
連続作動型のアクチュエータ手段とを、 具備し、 前記ツールアームは、前記ハウジングの下端に設けら
れた支点との枢着点を有した副アームと該副アームの先
端に接合された主アームとを有して成ると共に該主アー
ムの下端に前記所定のロボット作業具支持部を備え、前
記ロボット作業具に回転変位を与える回転アクチュエー
タ手段を前記主アームに装着した構成を有する産業用ロ
ボットの手首に装着される作業ツールを提供するもので
ある。

〔作用〕

上記の連続作動型のアクチュエータ手段によりツール
アームをハウジングに対して任意量の揺動作用を付与
し、また、揺動範囲内の任意位置で停止させることがで
きる。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に従って更に詳
細に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明による産業用ロボットの手首に装着さ
れる作業ツールの具体的実施例の構成を示した斜視図、
第２図は第１図の作業ツールの揺動原理図、第３図は従
来の産業用ロボットの手首に装着される作業ツールの作
動機構の１例を示す略示斜視図、第４図は従来の産業用
ロボットの手首に装着される作業ツールの作動機構の他
の例を示した略示機構図、第５図は更に他の従来の作業
ツールの作動機構例を示す略示機構図である。

第１図、第２図において、複数の動作自由度を有した
産業用ロボットのロボット手首17にバネ支柱18を有した
取付フランジ19を介して本発明に係る作業ツール20が取
付けられている。従って、この作業ツール20自体は、ロ
ボット手首17に結合された時点で産業用ロボットの複数
の動作自由度による動作に従って三次元空間内で動作可
能となる。さて、作業ツール20は、上記のバネ支柱18と
取付フランジ19を介してロボット手首17の下端に結合さ
れる箱型のハウジング21を有し、この箱型ハウジング21
の内部は格納室22に形成されている。つまり、格納室22
内には以下に詳述する作業ツール20のツールアーム30に
所定の揺動範囲内で任意量の揺動を付与し、かつ、任意
位置で停止させることができるアクチュエータ装置23が
収納されている。このアクチュエータ装置23は電動モー
タ、特に、電動サーボモータから成る回転駆動源24と、
その出力軸25に結合された直結型の減速機26と、その減
速機26に結合されると共にハウジング21の下端から突
出、後退する突出端を有したボール・ねじ機構27とを備
えて構成されている。なお、ハウジング21の格納室22の
内部においては、室壁から突出した１対のブラケット29
にピン29aを介して減速機26のケーシングが保持され、
その結果、回転駆動源24も一体となって格納室22内で比
較的小範囲の枢動が可能に保持されている。ボール・ね
じ機構27は周知のボール・ねじ軸とボール・ねじナット
とをケーシング内に組み込んで構成されており、該ボー
ル・ねじ機構27の突出端、ないし最下端27aはハウジン
グ21の下端面に形成された開口から下方へ突出し、短い
副アーム31と選択長を有した主アーム32とを具備したツ
ールアーム30における上記副アーム31における先端部に
ピン34を介して枢着されている。また、ツールアーム30
はその副アーム31と主アーム32との接合部において、上
述したアクチュエータ装置23のハウジング21の下端面に
取付けられた二股ブラケット状のアームホルダ35にピン
36を介して揺動可能に枢着され、ハウジング21に対して
揺動可能に、かつ全体的に下方へ下垂した腕部材として
設けられている。このツールアーム30の主アーム32の内
側は後述する他のアクチュエータ装置の格納室として形
成され、又、主アーム32最下端は、例えば、シーリング
ノズル等の作業具40を保持する作業具取付部を形成して
いる。即ち、本実施例のシーリングノズルから成る作業
具40は回転軸受（図示なし）を内蔵した保持具41内に回
転可能に保持されている。シーリングノズルから成る作
業具40はロータリージョイント42、軸カップリング43を
介して主アーム32の格納室に適宜の支持台44を介して取
付られたエアー作動のロータリアクチュエータ45に接続
されている。そして、ロータリジョイント42には外部か
ら供給パイプを介して供給口42aにシーリング剤が供給
されており、そのシーリング剤がシーリングノズルであ
る作業具40より噴出される構成を有している。上記ロー
タリアクチュエータ45は、エアー作動形の２位置動作形
アクチュエータであり、エアー配管46a、46bを介して供
給される圧力エアーによる起動され、同アクチュエータ
45の作動に従って作業具40であるシーリングノズルは一
定量の回転角度（例えば、90゜の回転角）に渡って回転
可能になっている。その結果、シーリングノズルの先端
が扁平口を有しているとき、ワークの封止部の方向変換
に対応してシーリング剤の送出方向が変換されるとき、
同シーリングノズルの回動により扁平口の方向転換を行
うことができる。

なお、47はロータリジョイント42の回り止め部材であ
る。

上述した本発明の実施例による作業ツール20の構成に
よれば、第２図に示すようにピン29a、34、36を夫々揺
動支点A,B,Cとしてアクチュエータ装置23の回転駆動量
に応じてツールアーム30の副アーム31と主アーム32とが
任意量の揺動動作又はボール・ねじ機構27のストローク
量から規制される所定の揺動範囲内の任意の揺動位置へ
揺動して停止することが可能となるのである。なお、ア
クチュエータ装置23の電動モータ24はツールアーム30の
主、副アーム31、32の揺動時にピン29aの支点Ａを中心
にして小さな揺動角に渡って揺動可能に保持されてお
り、故に、ツールアーム30側の揺動動作が円滑に遂行さ
れる。

なお、上述した実施例は作業具40がシーリングノズル
である場合を例として説明したが、作業具40はシーリン
グノズルに限定されるものではなく、溶接作業具、組立
作業具等の種々のものに適用可能であることは言うまで
もない。

〔発明の効果〕

以上の本発明の説明から明らかなように、本発明に係
る産業用ロボットの手首に装着される作業ツールは、産
業用ロボットの複数の動作自由度に加えて補助的に更に
複数の動作自由度を有するために、ワークに対するロボ
ット作業の遂行時に、ワークが例えば、自動車組立ライ
ンにおける車体である等、狭小作業空間を備えたワーク
であるときにも、ロボット機体の動作を用いることな
く、作業ツール自体の動作自由度を使用して、当該作業
ツールの先端を必要に応じて連続的に動作させることが
可能になり、ワークと作業ツールとの干渉やロボット手
首とワークとの干渉等を回避しながら、複雑な経路を移
動して所定のロボット作業を遂行できる。

また、作業ツールの全体形状がロボット手首の下端か
ら下方に全体的に直線形に延長した構造に形成されてい
るので、ワークの複雑な内部空間に作業ツールが入り込
んで所定の作業を遂行するときに、突出部分が無いた
め、ワーク内に直線的に導入することが可能となり、ロ
ボットによる作業ツールの動作制御が比較的に簡単にな
る有利を備えている。また、作業具の先端を所定量の角
度だけ回動可能にするロータリアクチュエータは、従来
の作業具において用いられたユニバーサル継手を使用し
ない連結構造にあるため、故障や性能劣化等の発生率を
低減し得る効果を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による産業用ロボットの手首に装着され
る作業ツールの具体的実施例の構成を示した斜視図、第
２図は第１図の作業ツールの揺動原理図、第３図は従来
の産業用ロボットの手首に装着される作業ツールの作動
機構の１例を示す略示斜視図、第４図は従来の産業用ロ
ボットの手首に装着される作業ツールの作動機構の他の
例を示した略示機構図、第５図は更に他の従来の作業ツ
ールの作動機構例を示す略示機構図。 20……作業ツール20、21……ハウジング、 23……アクチュエータ装置、26……減速装置、27……ボ
ール・ねじ機構、30……ツールアーム、31……副アー
ム、32……主アーム、40……作業具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上松 正明 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 (56)参考文献 実開 昭57−13192（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の動作自由度を有する産業用ロボット
   の先端部位に設けられたロボット手首に装着されて所定
   のロボット作業を遂行するための作業ツールにおいて、 前記ロボット手首との結合上端とそれに対向した下端と
   の間に格納室を有したハウジングと、 前記ハウジングの下端に設けられた支点に枢動可能に結
   合され、かつ所定のロボット作業具を下端に保持するツ
   ールアームと、 前記ハウジングの格納室内に収納されると共に前記ツー
   ルアームとの連結端を有し、該ツールアームを所定の枢
   動範囲内で任意位置に枢動、停止させることが可能な連
   続作動型のアクチュエータ手段とを、 具備し、 前記ツールアームは、前記ハウジングの下端に設けられ
   た支点との枢着点を有した副アームと該副アームの先端
   に接合された主アームとを有して成ると共に該主アーム
   の下端に前記所定のロボット作業具支持部を備え、前記
   ボット作業具に回転変位を与える回転アクチュエータ手
   段を前記主アームに装着した構成を有することを特徴と
   する産業用ロボットの手首に装着される作業ツール。
2. 【請求項２】前記連続作動型のアクチュエータ手段は、
   前記ハウジングの格納室内に枢着、支持された回転駆動
   モータと、該回転駆動モータの出力軸に直結したボール
   ・ねじ機構とを具備して構成された請求項１に記載の産
   業用ロボットの手首に装着される作業ツール。
3. 【請求項３】前記ハウジングは内部に直方体状の前記格
   納室を有した箱形ハウジングから成り、また、 前記ツールアームの前記主アームは前記副アームの先端
   との接合点から該箱形ハウジングの下方に向けて延在さ
   れ、以て前記ハウジングと前記ツールアームとは全体的
   に直線形を成している請求項１又は２に記載の産業用ロ
   ボットの手首に装着される作業ツール。