JP3894647B2 - 産業用ロボットの手首構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば塗装作業等を行う産業用ロボットの手首先端に設置する工具類へ、エアー等を供給するホースや配線などの配管配線部材を内蔵することのできる産業用ロボットの手首構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より産業用ロボットのアーム先端には、作業目的にあった工具類を支持させ、ワイヤー、塗料、エアー、電源などの材料や動力源供給の為の配線などの配管配線部材をロボットのアームに添って引き回す事が多い。また、作業時発生する飛散物などで手首付近は汚れやすく、たとえば塗装時では、シンナーなどの希釈材に対し耐溶剤性のある高価な素材を使用する必要がある事や、外部からの希釈材自身の侵入や、反対に駆動部の油分流出に注意する必要があった。
通常、ロボット手首先端に取り付けられる工具類から接続された配管配線部材の処理として、例えばUSP 5,437,207 号公報に示すように、上下可動アームの周囲へ自由に配設しているが、配管配線部材を手首及びアームの周囲に引き回すことによって、手首軸の回転動作を吸収するに充分な配管配線部材の長さを必要とすることとなり、ロボットの手首周辺の動作領域（空間）は制約を受け、周辺装置や工作物との干渉に注意を払わなければいけなくなり、操作性の面で困難さを増す事になる。また、長さによる悪影響として、たとえば塗装作業における色替え時に損失塗料の増大や色替え時間の延長となり、生産時間短縮化の中で弊害になる。さらにそれら配管配線部材は外部からの付着物や度重なる自己のこすれ等によって、消耗品として扱われメンテナンスの対象となる。
従来からも、ロボット先端の工具類や工具支持部材からの配管配線部材配設方法として、例えば特公平04-46720号公報に示す方法があるが、このものでは、手首先端部の工具類から接続される配管配線部材は手首ユニット内部を通過しアーム中央を通過して反手首方向のアーム端面まで完全に駆動力伝達材やアーム構造材で覆われるため、内部の配管配線部材の点検や交換が困難な構造であり、さらに手首を充分曲げることができなかった。また、特公平04-26995号公報では、手首ユニット構造材を内部に中空穴および連続通路を設けた概略４つの部材で構成し、手首先端工具への配管配線部材ホース類をアーム側から手首先端部まで接続する構成となっており、手首は充分曲げることができるが、中空管路が歯車等の回転部材自身で構成される為、配管配線部材に擦れや傷が付きやすいこと、また前記特公平04-46720号公報のものと同様内部の配管配線部材の点検・交換が困難であるという課題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
産業用ロボットの手首構造において、手首先端の工具類からの配管配線部材が、手首先端の各軸の動作によって、手首周辺に引き回される動作空間の制約を排除すると同時に配管配線部材を短くし、点検・交換などの保守性を改善し、配管配線部材の耐久性を向上させ、かつ手首を充分曲げることができる産業用ロボットの手首構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、アームと接合する構造部材 (3)に第１の軸線(13)と同軸に、回転可能に支持された中空軸 (7)と、中空軸 (7)内に回転可能に支持された軸(17)と、前記構造部材 (3)に前記第１の軸線に対し傾いてかつ偏心した第２の軸線(14)の回りに回転可能に支持された第１ハウジング (2)と、第１ハウジング (2)に第２の軸線(14)と交差する第３の軸線(15)の周りに回転可能に支持された第２ハウジング (1)と、第２ハウジング (1)に第３の軸線(15)と交差する第４の軸線(16)の周りに回転可能に支持された工具支持部材 (4)と、を有し、作業工具等を位置決め及び動作させる産業用ロボットの手首ユニットにおいて、
前記工具支持部材、第２ハウジング、第１ハウジング及び構造部材は直列に配置されかつそれぞれ内部に中空穴を有し手首先端から前記構造部材に設けられたアーム側開口部(51)まで連続した中空経路を形成し、
前記工具支持部材は、前記第１、第２ハウジング及び構造部材のそれぞれの内部を環状中空歯車装置と前記中空軸 (7)に設けられた歯車と噛み合うことで、第１、第２ハウジングの動作と相違した回転が可能にされており、
前記第２ハウジング (1)のアーム側端部に第１歯車(10)が設けられて前記構造部材 (3)に設けられた歯車(10') と噛み合い、前記第１ハウジング (2)のアーム側端部に前記軸(17)に設けられた歯車(11)と噛み合う第２歯車(54)が設けられた中空シャフト(18)を有し、該中空シャフトから回転力を伝達され第２の軸線(14)の回りに第１ハウジング (2)が回転すると共に、従動して第２ハウジング (1)が第３の軸線(15)の回りに回転するようにされ、それにより、先端の作業工具の姿勢を変化させる事ができることを特徴とする産業用ロボットの手首構造を提供することによって上述した従来技術の課題を解決した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下添付した図１及び図２に基づきこの発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の産業用ロボットの手首構造の要部断面図、図２は図１の手首を充分曲げた状態を示す要部断面図、図３は図１及び図２の手首構造の縮小外観図である。この産業用ロボットの手首構造は、アームと接合する構造部材３に第１の軸線１３と同軸に、回転可能に支持された中空軸７と、中空軸７内に回転可能に支持された軸１７とを有する。さらに本手首構造は構造部材３に第１の軸線１３に対し傾いてかつ偏心した第２の軸線１４の回りに回転可能に支持された第１ハウジング２と、第１ハウジング２に第２の軸線１４と交差する第３の軸線１５の周りに回転可能に支持された第２ハウジング１と、第２ハウジング１に第３の軸線１５と交差する第４の軸線１６の周りに回転可能に支持された工具支持部材４と、を有し、工具支持部材４に取り付けられた作業工具等１９を位置決め及び動作させるようにされている。
【０００６】
工具支持部材４、第２ハウジング１、第１ハウジング２及び構造部材３は直列に配置されかつそれぞれ内部に中空穴５３を有し手首先端から構造部材３の開口部５１を通り、図示しないアーム側面まで連続した中空経路を形成する。工具支持部材４は、第１、第２ハウジング２、１及び構造部材３のそれぞれの内部に回転可能に支持された環状中空歯車装置１２、２９、９と中空軸７に設けられた歯車３０と噛み合うことで、第１、第２ハウジングの動作と相違した回転が可能にされている。 第２ハウジング１のアーム側端部に第１歯車１０が設けられ、構造部材３に設けられた歯車１０′と噛み合う。第１ハウジング２のアーム側端部の中空シャフト１８に第２歯車５４が設けられ、軸７に設けられた歯車１１と噛み合い、第１ハウジング２は中空シャフト１８から回転力を伝達されて第２の軸線１４の回りに回転すると共に、第２ハウジング１が第１ハウジング２に従動して第３の軸線１５の回りに回転するようにされ、それにより、先端の作業工具類１９の姿勢を変化させる事ができる。これにより、図２に示すように、手首を充分にまげることができる。環状中空歯車装置２９、９は、それぞれ両側に（傘）歯車が切られた別個の部材を中間で連結固定している。
【０００７】
手首先端の工具支持部材４には、軸芯付近に中空穴を有し工具類１９が取り付けられている。第２ハウジング１内部には中空穴５３を有するガイド６がボルト２３を介して取り付けられており、ガイド６の両端面付近には回転用のシール６４及び６８が介設されている。第１ハウジング２の内部には中空穴５３を有するガイド５がボルト２２を介して取り付けられてている。ガイド５の両端面付近には回転用シール６２及び６３が介設され、ガイド６の端面とガイド５の端面は面直に向き合っている。構造部材３にはガイド５の一端に面直に向き合うガイド５２があり同様に中空穴５３を有しており、ガイド５側の端面付近に回転用シール６１が介設されている。構造部材３の中空穴５３は軸線１４と同軸上にあり、アーム側端部には開口部５１が軸線１３に対し、偏心した位置に存在する。アーム部側面の開口部５１から構造部材３の中空穴５３を通り、さらにガイド５の中空穴及びガイド６の中空穴５３を通り、工具支持部材４の中空穴を通過する連続した中空経路が形成されている。これらシールにより、外気と駆動部及び駆動部と中空経路をそれぞれ遮断し、相異なる環境を独立に維持できるようにされている。
【０００８】
手首先端の工具類は工具支持部材４の端面に設置され、前記した工具支持部材４の中空穴には、工具類に塗料や電力を供給するホースやケーブル類の配管配線部材３３を締結する継ぎ手３２を収納できる空間があり、ホースやケーブル類の配管配線部材３３は、一連の中空経路の中で自由に屈曲及び回転が可能になる。また、構造部材３に設けられた開口部５１からアーム側面に引き出された配管配線部材３３を外気に対し遮断できる、着脱自在なカバー２０を設置する事ができる。
【０００９】
【発明の効果】
手首先端の工具類から接続されたホース等の配管配線部材３３は、手首ユニットから全く露出しない構造となるため、これまで振り回しによる周辺装置等との干渉に注意を払わなくてすみ、自由度を高め、作業効率やロボットへの教示操作等を容易にすることになる。同時に、上下可動アーム上にカラーチェンジバルブ等を設置する場合には、ホースなどの配管配線部材が短くでき、塗装作業における色替え時に損失塗料の軽減や色替え時間の短縮となり、かつ手首を充分曲げることができる産業用ロボットの手首構造を提供するものとなった。また、手首構造内部の中空経路にはガイドがあり、ホース等の配管配線部材が直接手首内の駆動伝達回転部材に直接接触することがないため、内部で屈曲や接触を繰り返す配管配線部材の被覆保護が可能となり耐久性がより向上する。
好ましくは、ガイドおよび手首外周の可動部分の摺動部には回転用シールを設けることで、外気と歯車伝達部と内部中空経路部を遮断する事となり、油分など互いに相容れない空間を作ることから作業環境に適したものとなる。さらに好ましくは、手首ユニット横の保護用カバーが着脱可能であるため、内部で動作する事による摩耗などの点検が容易となり、交換においても作業しやすくなるので保守性が向上するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の産業用ロボットの手首構造の要部断面図である。
【図２】図１の手首を充分曲げた状態を示す要部断面図である。
【図３】図１及び図２の手首構造の縮小外観図である。
【符号の説明】
１．第２ハウジング
２．第１ハウジング
３．構造部材
４．工具支持部材
５、６、５２．ガイド
７．軸
９、１２、２９ 環状中空歯車装置
１３、１４、１５、１６．第１、第２、第３、第４の軸線
１７．中空シャフト
１９．工具類
２０．カバー
６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８．回転用シール
３３．配管配線部材

Claims (4)

1. アームと接合する構造部材 (3)に第１の軸線(13)と同軸に、回転可能に支持された中空軸 (7)と、中空軸 (7)内に回転可能に支持された軸(17)と、前記構造部材 (3)に前記第１の軸線に対し傾いてかつ偏心した第２の軸線(14)の回りに回転可能に支持された第１ハウジング (2)と、第１ハウジング (2)に第２の軸線(14)と交差する第３の軸線(15)の周りに回転可能に支持された第２ハウジング (1)と、第２ハウジング (1)に第３の軸線(15)と交差する第４の軸線(16)の周りに回転可能に支持された工具支持部材 (4)と、を有し、作業工具等を位置決め及び動作させる産業用ロボットの手首ユニットにおいて、
   前記工具支持部材、第２ハウジング、第１ハウジング及び構造部材は直列に配置されかつそれぞれ内部に中空穴を有し手首先端から前記構造部材に設けられたアーム側開口部(51)まで連続した中空経路を形成し、
   前記工具支持部材は、前記第１、第２ハウジング及び構造部材のそれぞれの内部を環状中空歯車装置と前記中空軸 (7)に設けられた歯車と噛み合うことで、第１、第２ハウジングの動作と相違した回転が可能にされており、
   前記第２ハウジング (1)のアーム側端部に第１歯車(10)が設けられて前記構造部材 (3)に設けられた歯車(10') と噛み合い、前記第１ハウジング (2)のアーム側端部に前記軸(17)に設けられた歯車(11)と噛み合う第２歯車(54)が設けられた中空シャフト(18)を有し、該中空シャフトから回転力を伝達され第２の軸線(14)の回りに第１ハウジング (2)が回転すると共に、従動して第２ハウジング (1)が第３の軸線(15)の回りに回転するようにされ、それにより、先端の作業工具の姿勢を変化させる事ができることを特徴とする産業用ロボットの手首構造。
2. 前記第１、第２ハウジング及び構造部材の前記中空穴にそれぞれガイド (6) 、 (5) 、 (52)を設け、ホースを含む配管配線部材を保護することを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットの手首構造。
3. 前記工具支持部材、第１、第２ハウジング及び構造部材相互の摺動部、及びその各内部の中空経路を構成する前記ガイド (6)、 (5)、(52)、相互の摺動部に回転用のシール(65)、(66)、(67)、 (61) 、 (62) 、 (63) 、 (64) 、 (68)を設置し、外気と駆動部及び駆動部と中空経路をそれぞれ遮断し、相異なる環境を独立に維持できることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットの手首構造。
4. 前記構造部材に設けられた開口部(51)からアーム側面に引き出された前記配管配線部材を外気に対し遮断できる、着脱自在なカバー(20)を設けたことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットの手首構造。

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