JP2797421B2 - ロボットのアーム駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、アームの中心軸を中心として旋回する旋回
アームより先端に配設された先端アームを駆動するアー
ム駆動機構であって、特に、アームの最先端部に配設さ
れる加工器具等に給電するケーブル等を、これにその旋
回アームの旋回動作によりねじれを生じさせないように
配線可能なロボットのアーム駆動機構に関する。

（従来の技術） 一般に、近年の自動化技術の進歩により、各種製造工
場等にあっては、例えば、スポット溶接等の各種溶接作
業等をロボットによって自動的に行なっている場合があ
り、従来、このような溶接作業を行なうロボットとして
は、複雑な動作を必要とすることから、例えば第３図に
示すようないわゆる多関節ロボットを使用することがあ
る。

同図に示すロボットは、図中矢印に示すように８か所
の回動部を有するいわゆる８軸ロボットであり、図示す
るように、このロボットを取付けるための取付台１に
は、水平方向に旋回する胴部２が取付けられており、こ
の胴部２には、夫々独立して回動するリンクアーム３、
４が回動自在に取付けられている。そして、これらのリ
ンクアーム３、４には、アームの中心軸を中心として旋
回する旋回アーム５が取付けられており、この旋回アー
ム５は、リンクアーム３、４により、前進、後退及び任
意の角度に傾斜し、この旋回アーム５より先端に連結さ
れるアームを自在に移動することができるようになって
いる。又、旋回アーム５には、さらに旋回アーム５の中
心軸に対して任意の角度に回動する第１アーム６及び第
２アーム７が接続され、第２アーム７の先端部には、こ
の第２アーム７の回動方向に対して直角方向に回動する
ハンド８、及びこのハンド８の回動方向に対してさらに
直角方向に回動するスポット溶接ガン（以下に単にガン
という。）９が取付けられている。

そして、胴部２は、取付台１に配設され、図示省略し
た胴部駆動モータにより駆動され、リンクアーム２、３
は、胴部２に配設されたリンクモータ10、11により夫々
駆動されるようになっている。又、旋回アーム５、第１
アーム６及び第２アーム７は、旋回アーム５に取付けら
れた旋回モータ12及びアーム駆動モータ13により駆動す
るようになっており、さらに、ハンド８及びガン９は、
夫々ハンドモータ14及びガン駆動モータ15により駆動さ
れるようになっている。そして、これらのモータは、図
示省略する外部の制御装置により制御され、各アームを
駆動することによりガン９を被溶接物に対して任意の位
置に移動し、被溶接物の各部をスポット溶接することが
できるようになっている。

さらに、図示するロボットにあっては、旋回アーム５
より先端の重量を軽減し、アームの移動速度等を向上さ
せるために、第２アーム７が、第１アーム６の移動に応
じて同時に移動するようになっており、アーム駆動モー
タ13により第１アーム６及び第２アーム７の夫々を駆動
するアーム駆動機構は、第４図に示すような構造となっ
ている。

同図に示すように、旋回アーム５の内部には、アーム
駆動モータ13に接続され、このアーム駆動モータ13の回
転力を伝達する伝達軸16が配設されており、この伝達軸
16は、旋回アーム５に取付けられた出力軸17にかさ歯車
18を介して接続され、この出力軸17にそのアーム駆動モ
ータ13の回転力を伝達することができるようになってい
る。そして、この出力軸17は、タイミングプーリ23及び
タイミングベルト24を介し、第１アーム６が出力軸に接
続された減速機19の入力軸20に接続され、アーム駆動モ
ータ13の回転力をこの減速機19に伝達し、第１アーム６
は、この減速機19の減速比に応じて回動するようになっ
ている。

又、出力軸20は、タイミングプーリ25及びタイミング
ベルト26を介し、第２アーム７が出力軸に接続された減
速機21の入力軸22に接続されており、アーム駆動モータ
13の回転力は、この減速機21にも伝達され、第２アーム
７は、この減速機21の減速比に応じて第１アーム６と同
様に回動するようになっている。

そして、ロボットを制御する制御装置によりアーム駆
動モータ13が駆動されると、このアーム駆動モータ13の
回転力は、伝達軸16、かさ歯車18、出力軸17、タイミン
グプーリ23及びタイミングベルト24を介して入力軸20に
伝達され第１アーム６を駆動し、同時に、入力軸20から
同様にタイミングプーリ25及びタイミングベルト26を介
して入力軸22に伝達され、第２アーム７を駆動する。

このように、従来には、１つのモータにより複数のア
ームを同時に駆動すると共に、駆動するアームに重量の
重いモータを取付けることなくアームを駆動することが
でき、アームの軽量化を計り、アームを高速移動させる
ことができるアームの駆動機構がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のアーム駆動機構をも
ってしても、例えば、前記した旋回アームより先端に取
付けられたアームを駆動するモータのすべてを旋回アー
ムの後方に取付けるわけにはいかず、これは、そのよう
にすべての部材を駆動させるには、アーム駆動機構が複
雑になり、返ってアームの重量が増加する虞れがあるた
めであり、これにより、それらのアームを駆動するモー
タに給電するためのケーブル、及び例示したようなスポ
ット溶接ガン等の加工器具に給電するケーブル等が夫々
のアームに沿って配線されることになり、これらのケー
ブルには、旋回アームの旋回動作によりねじれが生じ、
負荷がかかり、耐久性が著しく低下する虞れがあった。

又、このようなケーブルは、アームからあまりに離れ
て配線すると、周囲の機器等に干渉する虞れがあるた
め、できる限りアームに密着させて配線することが望ま
しいが、上記のように、旋回アームの動きに応じてアー
ムに対して余裕を持って配線しなければならないので、
アームに密着した配線を行なうことが困難であり、場合
によっては、ケーブルが周囲の機器等に干渉する虞れも
あった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために
成されたものであり、先端部のアームを駆動する駆動モ
ータ等に接続されるケーブルを旋回アームの旋回動作に
よるねじれが生じないようないように、かつアームに密
着させて配線することが可能なロボットのアーム駆動機
構を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的と達成するために本発明は、複数のアームが
連結されたロボットのアームのうち、アームの中心軸を
中心として旋回する旋回アームより先端の先端アームに
駆動力を伝達するアーム駆動機構であって、前記旋回ア
ームの中心軸上に取付けられ、前記旋回アームを旋回さ
せる中空形状の旋回軸を、前記旋回アームを支持する支
持部材に回動自在に取付け、当該旋回軸に接続され、前
記旋回アームを旋回させる旋回駆動手段を前記支持部材
に取付け、前記先端アームを駆動する先端アーム駆動手
段を前記支持部材に取付け、当該先端アーム駆動手段に
接続され、当該先端アーム駆動手段の駆動力を入力する
入力軸を、前記旋回軸の回転中心軸と同一中心軸となる
ように、かつ前記旋回軸と独立して回転可能に前記旋回
軸内に取付け、当該入力軸に駆動力伝達手段を介して接
続され、前記先端アーム駆動手段の駆動力を伝達する伝
達軸を、当該伝達軸の中心軸を前記旋回アームの中心軸
に対して離間並行させて前記旋回アーム内部に回動自在
に取付け、当該伝達軸に接続され、前記先端アームに前
記先端アーム駆動手段からの駆動力を出力する出力軸
を、前記旋回アームに取付けたことを特徴とする。

（作用） 上記のように構成された本発明では、以下のように作
用する。

旋回駆動手段により発生した回転力は、旋回軸に伝達
され、旋回アームは、この回転力によりアームの中心軸
を中心として任意の角度に旋回し、又、先端アーム駆動
手段により発生した回転力は、入力軸、旋回アームの中
心軸に対して離間並行させて旋回アームに内設した伝達
軸及び出力軸を介して先端アームに伝達され、先端アー
ムは、同様に任意の角度に回動する。そして、これらの
アームより先端に取付けられる加工部材及び駆動部材に
動力を供給するケーブルは、その旋回アームの中心軸近
傍を通過してアームに沿って配線することができ、この
ケーブルには、旋回アームの旋回移動によってねじれが
生じることなく、又、アームに対して密着させて配線す
ることが可能となる。

（実施例） 以下に、本発明に係るロボットのアーム駆動機構を図
面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るロボットのアーム駆動機構の
概略構成図であり、同図には例えば、従来の技術で説明
したロボットと同様の多関節ロボットにあって、先端部
のアームを駆動するモータ及び加工器具等に給電するケ
ーブルが、旋回アームの旋回動作によって、ねじれを生
じることなくアーム密着させて配線可能なアームの駆動
機構が示されている。尚、例示する多関節ロボットにつ
いては、従来の技術で説明したロボットと同様のもので
あり、従来の技術で説明した部材と同一部材には同一符
号が付してあり、ここでは、本発明に係るアーム駆動機
構が取付けられた旋回アーム５以外の部材の説明は省略
する。

図示するように、アームの中心軸を中心に旋回する旋
回アーム５は、前記したリンクアーム３、４により前
進、後退及び任意の角度に傾斜するホルダー30により支
持されるようになっている。このホルダー30には、旋回
アーム５を挿通する挿通孔31が形成されており、この挿
通孔31は、旋回アーム５の外周をベアリング32を介して
回動可能に支持するようになっている。又、ホルダー30
の他端には、出力軸33が旋回アーム５に接続された減速
機34を取付けるための取付孔35が形成され、この取付孔
35には、その出力軸33の軸心が旋回アーム５の中心軸と
一致するよう減速機34が取付けられている。そして、こ
れら挿通孔31及び取付孔35により旋回アーム５は、中心
軸を中心として旋回可能にホルダー30に支持されるよう
になっている。

さらに、その減速機34には、ブラケット36が取付けら
れており、このブラケット36には、旋回アーム５を駆動
する旋回モータ12及び第１アーム６を駆動するアーム駆
動モータ13が取付けられている。尚、これらのモータ
は、従来と同様に図示省略する外部の制御装置に接続さ
れ、この制御装置により夫々駆動制御されるようになっ
ている。

旋回モータ12の出力軸は、タイミングプーリ37及びタ
イミングベルト38を介して減速機34の中空形状の入力軸
39に接続されている。つまり、旋回モータ12から出力さ
れた回転力は、回転数が減速機34により減速され、旋回
アーム５に伝達されるようになっており、旋回アーム５
は、減速機34の減速比に応じて出力軸33の中心軸、すな
わち、旋回アーム５の中心軸を中心として旋回するよう
になっている。

又、先端アーム駆動モータ13の出力軸は、タイミング
プーリ40及びタイミングベルト41を介して、減速機34の
入力軸39の中央部に挿通して取付けられた伝達入力軸42
の一端に接続されている。この伝達入力軸42は、中空形
状の入力軸39の中央部を挿通し、ベアリング43により入
力軸39と同一中心軸となるように回動自在に支持され、
又この伝達入力軸42の他端は、減速機34の出力軸33に取
付けられたキャップ44にベアリング45を介して回動自在
に支持されており、伝達入力軸42は、入力軸39とは独立
して回転可能になっている。

この伝達入力軸42には、伝達されたアーム駆動モータ
13の回転力を伝達軸16に伝達する伝達駆動ギア46が取付
けられており、伝達軸16の一端には、この伝達駆動ギア
46に噛み合う伝達従動ギア47が取付けられている。この
伝達軸16は、従来と同様に、旋回アーム５の先端部に配
設された出力軸17にアーム駆動モータ13の回転力を伝達
するものであり、伝達軸16は、軸心が旋回アーム５の旋
回の中心となる中心軸と離間並行するように旋回アーム
５に形成された伝達軸受孔48に、ベアリング49を介して
回動可能に支持されており、伝達駆動ギア46及び伝達従
動ギア47によりアーム駆動モータ13の回転力を伝達入力
軸42から伝達するようになっている。そして、伝達軸16
の他端には、従来と同様にかさ歯車18が取付けられ、伝
達軸16は、このかさ歯車18を介して出力軸17にアーム駆
動モータ13の回転力を伝達することができるようになっ
ている。

さらに、この出力軸17は、従来と同様にタイミングプ
ーリ23及びタイミングベルト24を介し、第１アーム６が
出力軸に接続された減速機19の入力軸20に接続されてお
り、これによりアーム駆動モータ13の回転力をこの減速
機19に伝達し、第１アーム６は、この減速機19の減速比
に応じて回動するようになっている。

さらに、旋回アーム５には、前記したように、先端部
の他のアームを駆動するモータ及びアームの最先端部に
配設される加工器具等に給電するためのケーブル50を旋
回アーム５内部に通すための挿通孔51が、伝達軸16の下
部に位置して形成されており、ケーブル50は、それらの
モータ及び加工器具からアームに沿って配線され、挿通
孔51を通り旋回アーム５の内部の旋回中心軸近傍を通
り、旋回アーム５の後方に配線され、外部の制御装置に
接続されるようになっている。つまり、伝達軸16が旋回
アーム５の旋回中心軸から離間並行して配設されること
により、ケーブル50を、第２図に示すように旋回アーム
５の旋回中心軸近傍を通して配線することができるよう
になっている。

このように構成されたアーム駆動機構は、以下のよう
に旋回アーム５及び第１アーム６を駆動することにな
る。

まず、外部の制御装置により旋回モータ12が駆動され
ると、この旋回モータ12により発生する回転力は、この
旋回モータ12の出力軸からタイミングプーリ37及びタイ
ミングベルト38を介して減速機34の入力軸39に伝達さ
れ、この減速機34により回転数が減速されて出力軸33に
出力されることにより、この出力軸33に接続された旋回
アーム５は、この出力軸33の軸心を中心として旋回す
る。

又、同様に外部の制御装置によりアーム駆動モータ13
が駆動されると、このアーム駆動モータ13により発生す
る回転力は、このモータの出力軸からタイミングプーリ
40及びタイミングベルト41を介して伝達入力軸42に伝達
され、この伝達入力軸42に伝達された回転力は、さら
に、伝達駆動ギア46及び伝達従動ギア47を介して伝達軸
16に伝達される。そして、この伝達軸16に伝達された回
転力は、かさ歯車18、出力軸17、タイミングプーリ23及
びタイミングベルト24を介して減速機19の入力軸20に伝
達され、減速機19により回転数が減速された回転力が減
速機19の出力軸に接続された第１アーム６に伝達され、
第１アーム６は、この減速機19の減速比に応じて回動す
る。

そして、このように旋回アーム５及び第１アーム６が
移動する際に、先端部の他のアームを駆動するモータ及
び最先端部に配設された加工器具に給電するために、旋
回アーム５の後方から旋回アーム５の内部の旋回中心軸
近傍及び前記挿通孔51を通り、それらのモータ及び加工
器具に配線されたケーブル50には、旋回中心軸近傍を通
過するように配線してあるので、旋回アーム５の旋回動
作によるねじれが生じない。

したがって、このように、旋回アーム５より先端に連
結された第１アーム６に回転力を伝達する伝達軸16を、
旋回アーム５内部にあって、旋回中心軸に対して離間並
行するよう配設することにより、旋回アーム５の旋回中
心軸近傍にケーブル50を通過させて配線することがで
き、これにより、旋回アーム５が旋回しても、このケー
ブル50には、ねじれが生じなくなる。

尚、本実施例にあっては、従来の技術で説明したロボ
ットと同様の８軸の多関節型ロボットを例示したが、こ
れに限ることなく、アームの中心軸を中心として旋回す
る旋回アームを有し、この旋回アームより先端に連結さ
れたアームを駆動するものであれば良いのはもちろんで
ある。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明にあっては
以下のような効果を奏す。

伝達軸を旋回アームの内部にあって、旋回中心軸に対
して離間並行した位置に配設することにより、複数のア
ームの先端に取付けられる加工部材等に動力を供給する
ケーブルを、旋回アームの中心軸近傍を通過させてアー
ムに沿って配線することができ、このケーブルには、旋
回アームの旋回動作によるねじが生じることなく、又、
アームに対して密着させて配線することが可能となるの
で、このケーブルには、ねじれによる負荷がかからなく
なり、アームの動作に対するケーブルの寿命を伸すこと
ができ、ケーブルの断線により生じるメンテナンス時間
を節約できるので、生産性を向上させることができる。

又、ケーブルは、旋回アーム内部を通過することにな
り、アームに密着させて配線されるので、ケーブルが周
囲の機器等に干渉する等の虞れがなくなり、例えば、ア
ームをより高速で移動させることが可能となるばかり
か、いわゆるティーチング作業にあって、そのような干
渉に対する考慮を低減でき、作業性が良好になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボットのアーム駆動機構の概略
構成図、第２図は第１図の矢視図、第３図、第４図は従
来のアーム駆動機構の説明図である。 ５……旋回アーム、６……第１アーム（先端アーム）、
12……旋回モータ（旋回駆動手段）、13……アーム駆動
モータ（先端アーム駆動手段）、16……伝達軸、17……
出力軸、30……ホルダー（支持部材）、39……入力軸
（旋回軸）、42……伝達入力軸（入力軸）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のアームが連結されたロボットのアー
   ムのうち、アームの中心軸を中心として旋回する旋回ア
   ームより先端の先端アームに駆動力を伝達するアーム駆
   動機構であって、 前記旋回アームの中心軸上に取付けられ、前記旋回アー
   ムを旋回させる中空形状の旋回軸を、前記旋回アームを
   支持する支持部材に回動自在に取付け、 当該旋回軸に接続され、前記旋回アームを旋回させる旋
   回駆動手段を前記支持部材に取付け、 前記先端アームを駆動する先端アーム駆動手段を前記支
   持部材に取付け、 当該先端アーム駆動手段に接続され、当該先端アーム駆
   動手段の駆動力を入力する入力軸を、前記旋回軸の回転
   中心軸と同一中心軸となるように、かつ前記旋回軸と独
   立して回転可能に前記旋回軸内に取付け、 当該入力軸に駆動力伝達手段を介して接続され、前記先
   端アーム駆動手段の駆動力を伝達する伝達軸を、当該伝
   達軸の中心軸を前記旋回アームの中心軸に対して離間並
   行させて前記旋回アーム内部に回動自在に取付け、 当該伝達軸に接続され、前記先端アームに前記先端アー
   ム駆動手段からの駆動力を出力する出力軸を、前記旋回
   アームに取付けてなるロボットのアーム駆動機構。