JP4464073B2 - Robot joint structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方のアーム体を他方のアーム体に対して、円錐回転可能に連結するロボットの関節構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6〜図8は、従来技術のロボットの関節構造16〜18を示す断面図である。従来技術のロボットは、第1アーム体1に保持されるモータ7によって、第2アーム体2を第1アーム体1に対して傾斜軸線L3まわりに円錐回転させる。傾斜軸線L3は、第1および第2のアーム体の軸線L1,L2に対して予め定める角度で傾斜する。
【0003】
ロボットは、第1アーム体1と第2アーム体2とを連結する連通体8を有する。連通体8は、第2アーム体2に固定されるとともに、第1アーム体1に対して傾斜軸線L3まわりに回転可能に設けられる。また連通体8は、傾斜軸線L3に沿って延びる連通孔5が形成される。連通孔5は、第1アーム体の内部空間3と第2アーム体の内部空間4とを連通する。ロボットは、第1アーム体の内部空間3から連通孔5を挿通して、第2のアーム体の内部空間4に延びるケーブル6が配設される(たとえば特許文献1および特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭56−163624号公報
【特許文献2】
特開平10−225881号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図6および図7に示す従来技術のロボットの関節構造16,17は、平歯車対11,12によってモータ7からの回転力を連通体8に伝達する。モータ7は、傾斜軸線L3に平行に延びる。すなわちモータ7は、第1アーム体の軸線L1に沿う軸線方向Aに連通体8から遠ざかるにつれて、第1アーム体1の軸線L1に対して、第1アーム体1の軸線方向Aに交差する方向に離反する。
【0006】
したがって図6に示す従来技術のように、第1アーム体1と第2アーム体2とを同じ外周形状にすると、モータ7が第1アーム体1の外方に突出する場合がある。また図7に示す従来技術のように、第1アーム体1にモータ7を内蔵すると、第1アーム体1の外周形状が、第2アーム体2の外周形状よりも大型化する場合がある。
【0007】
図8に示す従来技術は、傘歯車対13,14によってモータ7からの回転力を連通体8の出力部10に伝達する。傘歯車対13,14のうち、一方の傘歯車13は、モータ7に設けられる外歯傘歯車であり、他方の傘歯車14は、連通体8の内周部に設けられる内歯傘歯車14である。これによって連通孔5を外歯傘歯車13が塞いでしまい、ケーブル6を収容するための空間を十分に確保することができないという問題がある。
【0008】
したがって本発明の目的は、アーム体の外周形状を小さくすることが可能で、ケーブルなどの挿通体を収容するための空間を十分に確保することができるロボットの関節構造を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状の第1アーム体と、
筒状の第2アーム体と、
第1アーム体の軸線に沿って延び、第1アーム体内に保持されるモータと、
第1アーム体の内部空間と第2アーム体の内部空間とを連通する第1連通孔が形成され、第2アーム体に固定されて各アーム体の軸線に対して傾斜する傾斜軸線まわりに第1アーム体に対して回転可能に設けられる連通体と、
モータに設けられる第1伝達体と、
連通体に設けられ、第1連通孔と第1アーム体の内部空間とを連通する第2連通孔が形成される第2伝達体と、
第2連通孔の開口を形成する第2伝達体の開口部が臨む開口近傍空間から、傾斜軸線に交差する交差方向に退避して配置され、第1伝達体の回転力を第2伝達体に伝達する中間伝達体とを含むことを特徴とするロボットの関節構造である。
【0010】
本発明に従えば、各伝達体を用いることによって回転力を伝達する方向を変換可能であり、本発明では、モータは第1アーム体内に第1アーム体の軸線に沿って配置される。したがってモータが傾斜軸線と平行に配置される場合に比べて、第1アーム体の軸線に垂直な仮想平面におけるモータの占有領域を小さくすることができる。これによってモータを内蔵する第1アーム体の外周形状を可及的に小さくすることができる。
【0011】
また各アーム体をケーブルなどの挿通物が挿通する場合、挿通物は、連通孔から開口近傍空間に延びるとともに、開口近傍空間から中間伝達体と反対側の開放空間へ延びる。中間伝達体は開口近傍空間から退避して配置されるので、中間伝達体が連通孔および開口近傍空間を塞ぐことがなく、挿通物が第1アーム体内に収容されるための十分な空間を確保することができる。
【0012】
さらに中間伝達体を用いることで、連通体に伝達できる回転力の自由度を広げることができる。これによって既存の連通体およびモータを用いることができ、アーム体を回転させるために必要なトルクおよび回転速度を大きく変更する必要がない。
【0013】
また本発明は、中間伝達体は、第1伝達体の回転力を減速して第2伝達体に伝達することを特徴とする。
【0014】
本発明に従えば、中間伝達体を介することによって、連通体には、モータによって発生されるトルクよりも大きいトルクが伝達される。たとえば第2アーム体に伝達すべきトルクが設定されている場合には、モータの発生するトルクを小さくても、設定されるトルクを第2アーム体に与えることができる。このようにモータの発生するトルクを小さくすることができるので、モータを小型化することができ、ひいては第1アーム体の外周形状を小型化することができる。
【0015】
また本発明は、第1伝達体は、モータに固定される第1歯車を有し、
第2伝達体は、連通体に固定される第2歯車を有し、
中間伝達体は、第1歯車に噛合する第1中間歯車と、第2歯車に噛合する第2中間歯車と、第1中間歯車と第2中間歯車とを同軸に連結する歯車軸とを有することを特徴とする。
【0016】
本発明に従えば、歯車を介して回転力が伝達されることによって、大きなトルクの回転力を伝達することができる。またベルト伝達などに比べて、回転力伝達系の剛性を高めることができ、伝達すべきトルクが大きい場合でも、精度よくアーム体を回転させることができる。また第1中間歯車と第1歯車との歯数比、第2中間歯車と第2歯車との歯数比を調整することによって、モータの発生した回転力のトルクおよび回転速度を、容易に変換して、変換した回転力を連通体に伝達することができる。
【0017】
また本発明は、第1歯車の軸線と第1中間歯車の軸線とが成す第1軸角が90度以下に選ばれ、第2歯車の軸線と第2中間歯車の軸線とが成す第2軸角が90度以上に選ばれ、
第1および第2歯車ならびに第1および第2中間歯車は、それぞれ外歯傘歯車から成り、第1中間歯車は、傾斜軸線に対して第2中間歯車よりも前記交差方向に離反し、かつ傾斜軸線に関して第2中間歯車と交差方向に同一側に配置されることを特徴とする。
【0018】
本発明に従えば、歯車軸は、連通体から交差方向に遠ざかるにつれて、連通体から傾斜軸線方向に遠ざかる方向に傾斜する。また第1中間歯車は、第2中間歯車よりも開口近傍空間から離れた位置に配置される。これによって歯車軸および第2中間歯車を連通体から離れた位置に配置することができ、挿通物を収容可能な空間を大きく確保することができる。また第1歯車を、連通体から第1アーム体の軸線方向に退避した位置に配置することができ、さらに挿通物を収容可能な空間を大きく確保することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態であるロボットの関節構造20を簡略化して示す断面図である。ロボットは、第1および第2アーム体21,22を有する多関節ロボットである。ロボットは、第2アーム体22を第1アーム体21に対して屈曲させて、第2アーム体22に設けられる対象物を移動させる。
【0020】
ロボットは、関節構造として第1アーム体21と、第2アーム体22と、減速機26と、回転伝達機構24と、回転駆動源25とを含む。各アーム体21,22は、筒状に形成され、内部空間30,31が形成される。各アーム体21,22は、傾斜軸線L3まわりに相互に回転可能に連結される。
【0021】
この回転軸線L3は、各アーム体21,22の軸線L1,L2に対して傾斜する。これによって第2アーム体22は、第1アーム体21に対して円錐回転可能となる。すなわち第2アーム体22は、第2アーム体の軸線L2と傾斜軸線L3との交点Sを中心として、傾斜軸線L3まわりに回転する。なお本発明では、回転は、角変位する場合も含む。
【0022】
各アーム体21,22は、挿通物であるケーブル23を内部空間30,31に内蔵する。ケーブル23は、第1アーム体21から第2アーム体22を挿通して、各アーム体21,22の配列方向に沿って延びる。ケーブル23は、可撓性を有し、第2アーム体22の回転とともに、変形可能に設けられる。ケーブル23は、たとえば電気配線用のケーブルである。
【0023】
回転駆動源25は、外形形状が柱状に形成される。回転駆動源25は、第1アーム体の軸線方向Aに延び、第1アーム体21の内部空間30に配置される。具体的には回転駆動源25は、その軸線L25が第1アーム体の軸線L1に対して同軸、平行または略平行に延びる。回転駆動源25は、サーボモータによって実現され、回転軸25aを有する。回転駆動源25は、制御装置に接続され、制御装置の指令に基づいて回転軸25aを回転駆動する。
【0024】
図1に示す減速機26は、理解を容易にするために簡略化して示す。減速機26は、各アーム体21,22を連結する関節体を兼用し、各アーム体21,22を傾斜軸線L3まわりに相互に回転可能に連結する。
【0025】
減速機26は、中空円筒状に形成され、傾斜軸線L3と同軸に設けられる。減速機26は、第1アーム体の内部空間30と第2アーム体の内部空間31とを連通する第1連通孔33aが形成される連通体となる。この第1連通孔33aは、傾斜軸線L3に沿って同軸に延びる。
【0026】
減速機26は、保持部27と、入力部28と、出力部29とを有し、それらは傾斜軸線L3を中心とする円筒状に形成される。保持部27は第1アーム体21に固定され、出力部29は第2アーム体22に固定される。入力部28および出力部29は、保持部27に支持され、傾斜軸線L3まわりに回転可能に設けられる。入力部28は、少なくとも一部が第1アーム体21の内部空間に配置される。また入力部28と出力部29とは、互いに回転力を伝達可能に連結される。
【0027】
入力部28に伝達された回転力は、そのトルクが予め定める増幅比で増幅されるとともに、その回転速度が予め定める減速比で減速されて、出力部29から第2アーム体22に伝達される。回転力が伝達された第2アーム体22は、傾斜軸線L3まわりに第1アーム体21に対して回転する。このような減速機26は、中空形状の波動歯車機構、たとえばハーモニックドライブ(登録商標)によって実現される。
【0028】
回転伝達機構24は、回転駆動源25によって発生される回転力を、傾斜軸線L3まわりに回転する回転力に変換し、減速機26の入力部28に伝達する。回転伝達機構24は、第1伝達体40と、第2伝達体41と、中間伝達体42とを含む。第1伝達体40は、回転駆動源25によって発生される回転力を中間伝達体42に伝達する。中間伝達体42は、第1伝達体40から伝達される回転力を、傾斜軸線L3まわりにまわる回転力に変換して第2伝達体41に伝達する。第2伝達体41は、中間伝達体42から伝達される回転力を、減速機26の入力部28に伝達する。
【0029】
回転伝達機構24は、複数の歯車によって回転力を伝達する。第1伝達体40は、回転駆動源25の回転軸25aと同軸に固定される第1歯車46を有する。第1歯車46は、回転軸25aの周方向全周にわたって複数の歯が形成される。
【0030】
第2伝達体41は、減速機26の入力部28に同軸に固定される第2歯車47を有する。第2歯車47は、第1連通孔33aの内径以上の内周径を有して、円筒状に形成される。これによって第2歯車47は、第1連通孔33aと第1アーム体の内部空間30とを連通する第2連通孔33bが形成され、第2連通孔33bは、第1連通孔33a以上の内周径を有する。また第2歯車47は、入力部28の周方向全周にわたって、半径方向外方に突出する突出部47aが形成され、突出部47aの周方向全周にわたって複数の歯が形成される。
【0031】
中間伝達体42は、第1中間歯車43と、第2中間歯車44と、歯車軸45とを備える。第1中間歯車43は、第1歯車46と噛合して回転力伝達可能に形成される。第2中間歯車44は、第2歯車47と噛合して回転力伝達可能に形成される。歯車軸45は、第1中間歯車43および第2中間歯車44を同軸に連結し、回転可能に第1アーム体21に支持される。第1歯車46と第1中間歯車43とによって構成される第1歯車対48は、外歯傘歯車対を構成する。同様に第2歯車47と第2中間歯車44とによって構成される第2歯車対49もまた、外歯傘歯車対を構成する。
【0032】
このような中間伝達体42は、開口近傍空間32から退避して配置される。開口近傍空間32は、第2連通孔33bの開口を形成する第2歯車47の開口部が臨む空間である。開口近傍空間32の大きさは、第2連通孔33bから出たケーブル23の湾曲具合によって決定される。開口近傍空間32は、ケーブル23が最も変形したとしても、ケーブル23と中間伝達体42とが接触することがないような大きさに設定される。言い換えると、ケーブル23の変形可能範囲から退避した位置に中間伝達体42が配置される。
【0033】
ケーブル23は、第1および第2連通孔33a,33bを挿通して、第2連通孔33bから開口近傍空間32に延びる。またケーブル23は、開口近傍空間32から中間伝達体42と反対側の開放空間34へ延び、第1アーム体の軸線方向Aに沿って延びる。ケーブル23は、各アーム体21,22に設けられる係止片50によって、可撓性を保った状態で係止される。これによってケーブル23は、アーム体内で大きく変形することが阻止される。係止片50は、第2アーム体22の回転とともにケーブル23が変形したとしても、ケーブル23が開口近傍空間32を超えて中間伝達体42に向かって移動しないようにケーブル23を係止する。
【0034】
図2は、本発明の実施の一形態である回転伝達機構24を示す側面図である。図3は、第1の比較例の回転伝達機構124を示す側面図である。図4は、第2の比較例の回転伝達機構224を示す側面図である。本発明の実施の一形態に対応する第1の比較例の構成については、実施の一形態の参照符号に100を加算して付する。また本発明の実施の一形態に対応する第2の比較例の構成については、実施の一形態の参照符号に200を加算して付する。
【0035】
回転駆動源25は、第1アーム体の軸線L1に沿う軸線方向Aと平行または略平行に延び、好ましくは第1アーム体の軸線L1と同軸に延びる。また回転駆動源25は、第1アーム体の軸線方向Aに沿って、減速機26から予め定める距離退避して配置される。
【0036】
傾斜軸線L3が第1アーム体の軸線L1に平行な仮想軸線L4に対して傾斜する傾斜角度αが決定されると、第1歯車対48の軸角である第1軸角γと、第2歯車対49の軸角である第2軸角βとは、以下の関係式に選ばれる。
α=180−(β+γ)
【0037】
ここで、αは、傾斜角度であり、γは、第1軸角であり、βは、第2軸角である。
【0038】
図2に示すように、本実施の形態では、第1軸角γは90度以下に選ばれ、第2軸角βは90度以上に選ばれる。また第1中間歯車43は、傾斜軸線L3に大して、第2中間歯車44よりも傾斜軸線L3に交差する交差方向Bに離反し、かつ傾斜軸線L3に関して、第2中間歯車44と交差方向Bに同一側に配置される。これによって歯車軸45は、減速機26から第1アーム体の軸線方向Aに遠ざかるにつれて、傾斜軸線L3に関して交差方向Bに遠ざかるように延びる。
【0039】
第1の比較例では、第1軸角γは、90度を越えて選ばれ、第2軸角βは、90度未満に選ばれる。また第1中間歯車143は、傾斜軸線L3に関して、第2中間歯車144よりも交差方向Bに近接し、かつ傾斜軸線L3に関して、第2中間歯車144と交差方向Bに同一側に配置される。
【0040】
第2の比較例では、第1軸角γは、90度未満に選ばれ、第2軸角βは、90度未満に選ばれる。また第1中間歯車243は、傾斜軸線L3に関して、第2中間歯車244と交差方向Bに反対側に配置される。
【0041】
本実施の形態では、図2に示すように、第1中間歯車43は、第2中間歯車44よりも、開口近傍空間32から交差方向Bに離れた位置に配置される。また歯車軸45を第2中間歯車44から突出させる必要がない。これによって第1中間歯車43および歯車軸45を減速機26から離れた位置に配置することができる。また第1および第2連通孔33a,33bを傾斜軸線L3に沿う方向に延長した延長空間が、第1中間歯車43および歯車軸45によって塞がれることがなく、ケーブル23を収容可能な空間を大きく確保することができる。
【0042】
これに対して図3に示す第1の比較例では、第1中間歯車143によって延長空間が塞がれ、開口近傍空間132を大きくすることができない。また図4に示す第2の比較例では、歯車軸245によって延長空間が塞がれ、ケーブル23を収容可能な空間を大きく確保することができない。
【0043】
また本発明の実施の形態では、傾斜軸線L3に関して、第1中間歯車43および第2中間歯車44が交差方向Bに同一側に配置される。これによって、開口近傍空間32のうち、第2中間歯車44が配置される側と反対側を開放することができる。これによってケーブル23を傾斜軸線L3に沿って配設することができる。さらに開口近傍空間32の開放側を、第1アーム体の軸線L1に関して、傾斜軸線L3の延長線側に形成することによって、ケーブル23を大きく屈曲させることなく、第1アーム体21に配設することができる。
【0044】
このように本発明の実施の一形態に示すような、第1軸角γ、第2軸角βを選ぶことによって、第1中間歯車43および歯車軸45が延長空間を塞ぐことをなくし、ケーブル23を収容するための空間を大きく確保することができる。また傾斜軸線L3に関して、第2中間歯車44と交差方向Bに同一側に第1中間歯車を配置することで、配設されるケーブル23を大きく屈曲させなくてもよい。
【0045】
たとえば前記傾斜角度が15度の場合、第1歯車対48は、モジュールが1.5であって、その第1軸角γが45度に選ばれる。第2歯車対49は、モジュールが1.5であって、その第2軸角βが120度に選ばれる。また駆動側歯車46の歯数は16に選ばれ、第1中間歯車43の歯数は24に選ばれる。また第2歯車47の歯数は32に選ばれ、第2中間歯車44の歯数は24に選ばれる。このような回転伝達機構を用いることによって、回転駆動源25の発生可能なトルクの2.4倍のトルクを減速機の入力部28に伝達することができる。また減速機26によって、第2アーム体に伝達されるトルクがさらに増幅される。たとえば減速機26は、入力部28に伝達されるトルクの100倍のトルクを出力部29から出力して、第2アーム体22に伝達する。
【0046】
このような関節構造の具体例は、一例示であって、各アーム体21,22の外周径、第2アーム体22を回転するために必要なトルクおよび回転速度、ケーブル23の太さ、ケーブル23の可撓性などの設計条件によって最適な形状が選択される。
【0047】
以上のように本発明の実施の一形態によれば、回転駆動源25によって発生される回転力は、第1伝達体40、中間伝達体42および第2伝達体41を順に介して、減速機26の入力部28に伝達される。これによって第2アーム体22は、第1アーム体21に対して傾斜軸線L3まわりに回転する回転力が伝達され、第1アーム体21に対して傾斜軸線L3まわりに回転する。
【0048】
各伝達体40,41,42を用いることによって回転力を伝達する方向が変換可能である。本発明では、回転駆動源25は第1アーム体の軸線L1に沿って配置される。したがって図6および図7に示す従来の技術に比べて、第1アーム体の軸線L1に垂直な仮想平面における回転駆動源25の占有領域を小さくすることができ、第1アーム体21の外周形状を可及的に小さくすることができる。
【0049】
第1アーム体21の外周形状を小さくするためには、回転駆動源25を小型化する必要がある。しかしモータを小型化した場合には、第2アーム体22を回転するために必要なトルクを得るために、回転駆動源25から減速機26に伝達する回転力の減速比を大きくする必要がある。
【0050】
第1伝達体40と第2伝達体41とを直接連結した場合には、必要な減速比を得るためには、第1伝達体40または第2伝達体が大型化して、第1アーム体21の外周形状が大きくなってしまう。本発明の実施の形態では、中間伝達体42を用いることによって、第1および第2伝達体40,41の個々の歯車を小型化して必要な減速比を得ることができる。すなわち小型の第1および第2伝達体40,41ならびに小型の回転駆動源25を用いて、必要なトルクを減速機26に伝達することができ、第1アーム体22の外周形状を小型化することができる。
【0051】
また特殊な回転駆動源25および減速機26ならびに回転駆動源25の制御動作を行う必要がなく、回転駆動源25が発生した回転力を、第2アーム体22に伝達すべき回転力に適した回転力に容易に変換することができる。これによって既存の減速機26および回転駆動源25を用いることができ、第2アーム体22を回転させるために必要な回転駆動源25のトルクおよび回転速度を大きく変更する必要がない。
【0052】
また中間伝達体42を用いることによって、回転駆動源25を配置できる配置位置の自由度を広げることができ、回転駆動源25を第1アーム体の軸線L1に近づけた位置に配置することができる。回転駆動源25を第1アーム体21の軸線L1に可及的に近づけることによって、第1アーム体21の外周形状をより小さくすることができる。また回転駆動源25を減速機26から第1アーム体の軸線方向Aに退避させることができ、開口近傍空間32を大きく形成することができる。
【0053】
またケーブル23は、第2連通孔33bから開口近傍空間32に延びるとともに、開口近傍空間32から中間伝達体42と交差方向Bに反対側の開放空間34へ延びる。中間伝達体42が開口近傍空間32から退避して配置されることによって、ケーブル23が開口近傍空間内で変形したとしても、ケーブル23と中間伝達体42とが接触することを防ぐことができる。
【0054】
また減速機26には、回転伝達機構24によって、回転駆動源25によって発生されるトルクよりも大きいトルクが伝達される。第2アーム体22に伝達すべきトルクが予め定められている場合には、回転駆動源25の発生すべきトルクを小さくすることができ、ひいては回転駆動源25を小型化することができる。したがって回転駆動源25を内蔵する第1アーム体21の外周形状をさらに小型化することができる。また中間伝達体42を用いることによって、第1伝達体40および第2伝達体41を大型化することなく、大きなトルクの回転力を伝達することができ、第1および第2アーム体21,22をほぼ同じ外周形状に形成することができる。
【0055】
また歯車を介して回転力が伝達されることによって、大きなトルクの回転力を伝達することができる。またベルト伝達などに比べて、動力伝達系の剛性を高めることができ、伝達するトルクが大きい場合でも、正確に第2アーム体22を回転させることができる。また第1中間歯車43と第1歯車46との歯数比、第2中間歯車44と第2歯車47との歯数比を調整することによって、回転駆動源25が発生したトルクを増幅して減速機26の出力部28に伝達することができる。
【0056】
また実施の形態に示すような、第1軸角γ、第2軸角βを選ぶことによって、第1中間歯車43、歯車軸45が第1および第2連通孔33a,33bを傾斜軸線L3に沿って延長した延長空間を塞ぐことをなくし、ケーブル23を収容するための空間を大きく確保することができる。また傾斜軸線L3に関して、第2中間歯車44と交差方向Bに同一側に第1中間歯車43を配置しやすく、ケーブル23を大きく屈曲させなくてもよい。これによってケーブル23をより確実に第1アーム体に収容することができる。また第2歯車47は、入力部28の半径方向外方に突出する突出部47aに歯が形成されるので、開口近傍空間32をさらに大きくすることができる。
【0057】
また傾斜軸線L3と第1アーム体の軸線L1とを含む仮想平面において、交点Sから第2アーム体側に傾斜軸線方向に延びる仮想線と、交点Sから第1アーム体側に第1アーム体の軸線方向Aに延びる仮想線とが成す仮想線とによって2分割される領域のうち、交点Sまわりの角度が小さい領域に中間伝達体42が配置される。これによって第1歯車46から第2歯車47を短い距離で連結することができ、中間伝達対42の占有体積を小さくすることができる。
【0058】
以上のような本発明の実施の構成は、発明の一例示であって、発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば減速機26を介して、回転駆動源25からの回転力を第2アーム体22に伝達したが、大きなトルクを伝達する必要がない場合には、減速機26を用いずに回転力を伝達してもよい。また回転伝達機構24として歯車伝達機構を用いたが、他の伝達機構を用いてもよい。たとえば実施の形態では、回転伝達機構24は、2つの歯車対48,49を用いて実現したが、別の平歯車対、傘歯車対、ベルトとプーリとから成るベルト伝達機構、ラックとピニオンとから成るトルク伝達機構を含んでいてもよい。また2つ以上の歯車対によって、回転伝達を行ってもよい。また傾斜軸線L3と第1のアーム軸線L1とは、同一平面に配置されなくてもよい。
【0059】
また本実施の形態では、第2アーム体22が第1アーム体21に対して傾斜軸線L3まわりに回転するとした。他の実施の形態として、第2アーム体22に回転力が伝達されると、反力によって第1アーム体21が第2アーム体22に対して傾斜軸線L3まわりに回転するようにしてもよい。
【0060】
図5は、本発明のロボットの関節構造20が用いられる風洞試験支持装置300の一部を示す断面図である。風洞模型支持装置300は、予め定める流れ方向に気流324が形成される風洞内で、姿勢を変更可能に試験模型327を支持する。風洞模型支持装置300は、第1〜第4アーム体340,341,333,334と、第1〜第3アーム体335,336,337を含む。
【0061】
第1アーム体340は、試験模型327に対して流れ方向下流側で試験模型327を支持し、予め定める第1軸線L301を有する。第2アーム体341は、第1アーム体340に対して流れ方向下流側で、第1アーム体340を第1軸線L301まわりに回転可能に支持する。
【0062】
第3アーム体333は、第2アーム体341に対して流れ方向324下流側で、第2アーム体341を第1軸線L301に対して傾斜する第2軸線L302まわりに回転可能に支持するとともに、第2軸線L302に対して傾斜する第3軸線L303を有する。第4アーム体334は、第3アーム体333に対して流れ方向下流側で、第3アーム体を第3軸線L3まわりに回転可能に支持する。
【0063】
各回転駆動源335〜337は、各回転駆動源のいずれかにそれぞれ内蔵される。第1回転駆動源335は、第2アーム体341に対して第1アーム体340を、第1軸線L301まわりに回転駆動する。第2回転駆動源336は、第3アーム体333に対して第2アーム体341を、第2軸線L302まわりに回転駆動する。第3回転駆動源337は、第4アーム体334に対して第3アーム体333を、第3軸線L303まわりに回転駆動する。
【0064】
風洞模型試験装置300は、さらに第4アーム体337を支持する支持体と、支持体を互いに直交する3つの方向に相対変位駆動する相対変位回転駆動源とをさらに含む。第1〜第3回転駆動源335〜337によって主に試験模型327の姿勢を調整し、相対変位回転駆動源によって主に試験模型327の位置を調整することによって、試験模型327の位置および姿勢を調整することができる。
【0065】
試験模型327は、試験模型327の状態を検出する検出手段329が接続される。検出手段329によって計測される計測結果は、状態信号ケーブル344によって計測結果処理装置356に伝えられる。また各回転駆動源335〜337は、動力供給ケーブル345および駆動量伝達ケーブル346が接続される。
【0066】
これらの各ケーブル344〜346は、各アーム体の内部空間361,363,365を挿通する挿通物となる。各ケーブル344〜346は、各アーム体が回転した場合であっても、各アーム体の内部空間を挿通可能に配置される。
【0067】
第1〜第3回転駆動源335〜337および各ケーブル44,45,46は、各アーム体のいずれかに内蔵され、各アーム体の外周面から突出することがない。これによって各アーム体の外形形状を、気流の流れ方向に沿って先鋭形状に形成することができる。したがって風洞模型支持装置300を流線形形状に近づけることができ、各回転駆動源335〜337および各ケーブル344〜346に起因する気流の乱れをなくすことができる。
【0068】
風洞模型支持装置300は、第2回転駆動源336から第2アーム体361に回転力を伝達する関節構造について、本発明の実施である一形態のロボットの関節構造20を有する。これによって第2アーム体333の外周形状を小型化することができる。したがって風洞試験における気流の状態を、現実的な気流の状態に近づけることができ、風洞試験の測定精度を向上することができる。
【0069】
また本発明のロボットの関節構造20は、風洞模型支持装置300以外にも用いることができる。たとえば本発明のロボットの関節構造20を有するロボットは、そのアーム体の外周形状を小型化することができるので、占有領域を小さくすることができ、他の装置および壁面と干渉することを防止することができる。これによって狭隘な作業空間であっても、可動領域を広くすることがきる。また本発明のロボットの関節構造20は、複数の関節構造を有するロボットのうち一部の関節構造に設けられればよい。
【0070】
【発明の効果】
以上のように請求項1記載の本発明によれば、第1アーム体の外周形状を可及的に小さくすることができる。これによってロボットの占有領域を小さくすることができ、他の装置および壁に干渉することを防いで、可動領域を広げることができる。
【0071】
また挿通物を収容するための収容空間を十分に確保することができるので、挿通物が太い場合であっても第1アーム体内に確実に収容することができる。また挿通物が湾曲する曲率半径が小さい場合であっても収容することができる。また挿通物と中間伝達体とが接触することを防いで、ロボットの損傷を防止することができる。
【0072】
さらに既存の連通体およびモータを用いるとともに、トルクおよび回転速度を大きく変更することがないので、利便性を向上するとともに、安価に製造することができる。
【0073】
また請求項2記載の本発明によれば、モータの発生するトルクを小さくすることができ、モータを小型化することができる。したがって第1アーム体の外周形状をさらに小型化することができる。
【0074】
また請求項3記載の本発明によれば、歯車を介して回転力が伝達されることによって、大きなトルクの回転力を伝達することができる。したがってアーム体を回転させるために必要なトルクが大きい場合であっても、精度よくアーム体を回転させることができる。また第1中間歯車と第1歯車との歯数比、第2中間歯車と第2歯車との歯数比を調整することによって、モータの発生する回転力のトルクおよび回転速度を容易に変更して、変更した回転力を連通体に伝達することができる。
【0075】
また請求項4記載の本発明によれば、歯車軸、第2中間歯車および第1歯車を連通体から離れた位置に配置することができ、挿通物を収容可能な空間を大きく確保することができる。これによって挿通物が歯車軸、第2中間歯車および第1歯車に接触することを防いで、ロボットの損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態であるロボットの関節構造を簡略化して示す断面図である。
【図2】本発明の実施の一形態である回転伝達機構24を示す側面図である。
【図3】第1の比較例の回転伝達機構124を示す側面図である。
【図4】第2の比較例の回転伝達機構224を示す側面図である。
【図5】本発明のロボットの関節構造が用いられる風洞試験支持装置300の一部を示す断面図である。
【図6】第1の従来技術のロボットである関節構造を示す断面図である。
【図7】第2の従来技術のロボットである関節構造を示す断面図である。
【図8】第3の従来技術のロボットである関節構造を示す断面図である。
【符号の説明】
20 ロボットの関節構造
21 第1のアーム体
22 第2のアーム体
23 ケーブル
24 回転伝達機構
25 回転駆動源
26 減速機
28 入力部
29 出力部
30 第1アーム体の内部空間
31 第2アーム体の内部空間
32 開口近傍空間
33a 第1連通孔
33b 第2連通孔
40 第1伝達体
41 第2伝達体
42 中間伝達体
43 第1中間歯車
44 第2中間歯車
45 歯車軸
46 第1歯車
47 第2歯車
48 第1歯車対
49 第2歯車対
L1 第1アーム体の軸線
L2 第2アーム体の軸線
L3 傾斜軸線
L25 回転駆動源の軸線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a joint structure of a robot in which one arm body is connected to the other arm body so as to be conically rotatable.
[0002]
[Prior art]
6 to 8 are cross-sectional views showing
[0003]
The robot has a communication body 8 that connects the
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-56-163624
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-225881
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The
[0006]
Therefore, as in the prior art shown in FIG. 6, when the
[0007]
In the prior art shown in FIG. 8, the rotational force from the
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a joint structure of a robot that can reduce the outer peripheral shape of an arm body and can sufficiently secure a space for accommodating an insertion body such as a cable.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a cylindrical first arm body,
A cylindrical second arm body;
It extends along the axis of the first arm body and is held in the first arm body. motor When,
A first communication hole is formed to communicate the internal space of the first arm body and the internal space of the second arm body. The first communication hole is fixed to the second arm body and is arranged around an inclination axis that is inclined with respect to the axis of each arm body. A communicating body provided rotatably with respect to one arm body;
motor A first transmission body provided in
A second transmission body provided in the communication body, wherein a second communication hole is formed to communicate the first communication hole and the internal space of the first arm body;
The second transmission body forming the opening of the second communication hole is retracted from the space near the opening where the opening of the second transmission body faces and intersects the inclined axis, and the rotational force of the first transmission body is applied to the second transmission body. A joint structure of a robot including an intermediate transmission body for transmission.
[0010]
According to the present invention, the direction in which the rotational force is transmitted can be converted by using each transmission body. motor Is In the first arm It arrange | positions along the axis line of a 1st arm body. Therefore motor Compared to the case where is arranged in parallel to the tilt axis, in a virtual plane perpendicular to the axis of the first arm body motor The occupied area can be reduced. by this motor The outer periphery shape of the 1st arm body which incorporates can be made as small as possible.
[0011]
When an insertion object such as a cable is inserted through each arm body, the insertion object extends from the communication hole to the space near the opening and extends from the space near the opening to the open space on the opposite side of the intermediate transmission body. Since the intermediate transmission body is retracted from the space in the vicinity of the opening, the intermediate transmission body does not block the communication hole and the space in the vicinity of the opening, and a sufficient space for the inserted material to be accommodated in the first arm body is secured. can do.
[0012]
Further, by using the intermediate transmission body, the degree of freedom of the rotational force that can be transmitted to the communication body can be expanded. This allows existing communicators and motor It is not necessary to greatly change the torque and the rotational speed necessary for rotating the arm body.
[0013]
Further, the present invention is characterized in that the intermediate transmission body decelerates the rotational force of the first transmission body and transmits it to the second transmission body.
[0014]
According to the present invention, through the intermediate transmission body, motor A torque larger than the torque generated by is transmitted. For example, when the torque to be transmitted to the second arm body is set, motor Even if the generated torque is small, the set torque can be applied to the second arm body. in this way motor Because the torque generated can be reduced, motor Can be reduced, and as a result, the outer peripheral shape of the first arm body can be reduced.
[0015]
In the present invention, the first transmitter is motor A first gear fixed to the
The second transmission body has a second gear fixed to the communication body,
The intermediate transmission body has a first intermediate gear that meshes with the first gear, a second intermediate gear that meshes with the second gear, and a gear shaft that coaxially connects the first intermediate gear and the second intermediate gear. It is characterized by.
[0016]
According to the present invention, a rotational force with a large torque can be transmitted by transmitting the rotational force via the gear. Further, the rigidity of the rotational force transmission system can be increased as compared with belt transmission and the like, and the arm body can be rotated with high accuracy even when the torque to be transmitted is large. Also, by adjusting the gear ratio between the first intermediate gear and the first gear and the gear ratio between the second intermediate gear and the second gear, motor The torque and rotational speed of the generated rotational force can be easily converted, and the converted rotational force can be transmitted to the communicating body.
[0017]
In the present invention, the first axis angle formed by the axis of the first gear and the axis of the first intermediate gear is selected to be 90 degrees or less, and the second axis formed by the axis of the second gear and the axis of the second intermediate gear. The angle is chosen to be over 90 degrees,
The first and second gears and the first and second intermediate gears are respectively composed of external bevel gears, and the first intermediate gear is farther away from the tilting axis in the intersecting direction than the second intermediate gear and is inclined. It is characterized by being arranged on the same side in the crossing direction as the second intermediate gear with respect to the axis.
[0018]
According to the present invention, the gear shaft is inclined in the direction away from the communication body in the tilt axis direction as it is moved away from the communication body in the crossing direction. The first intermediate gear is disposed at a position farther from the space near the opening than the second intermediate gear. As a result, the gear shaft and the second intermediate gear can be arranged at positions away from the communicating body, and a large space for accommodating the insertion object can be secured. In addition, the first gear can be arranged at a position retracted from the communicating body in the axial direction of the first arm body, and a large space for accommodating the insertion object can be secured.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
[0020]
The robot includes a
[0021]
The rotation axis L3 is inclined with respect to the axis L1, L2 of each
[0022]
Each
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The rotational force transmitted to the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
Such an
[0033]
The
[0034]
FIG. 2 is a side view showing the
[0035]
The
[0036]
When the inclination angle α at which the inclination axis L3 is inclined with respect to the virtual axis L4 parallel to the axis L1 of the first arm body is determined, the first axis angle γ that is the axis angle of the
α = 180− (β + γ)
[0037]
Here, α is an inclination angle, γ is a first axis angle, and β is a second axis angle.
[0038]
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the first axis angle γ is selected to be 90 degrees or less, and the second axis angle β is selected to be 90 degrees or more. Further, the first
[0039]
In the first comparative example, the first axis angle γ is selected to exceed 90 degrees, and the second axis angle β is selected to be less than 90 degrees. The first
[0040]
In the second comparative example, the first axis angle γ is selected to be less than 90 degrees, and the second axis angle β is selected to be less than 90 degrees. The first
[0041]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first
[0042]
In contrast, in the first comparative example shown in FIG. 3, the extension space is blocked by the first
[0043]
In the embodiment of the present invention, the first
[0044]
Thus, by selecting the first shaft angle γ and the second shaft angle β as shown in the embodiment of the present invention, the first
[0045]
For example, when the inclination angle is 15 degrees, the
[0046]
A specific example of such a joint structure is an exemplification, and the outer peripheral diameters of the
[0047]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the rotational force generated by the
[0048]
By using each of the
[0049]
In order to reduce the outer peripheral shape of the
[0050]
When the
[0051]
Further, there is no need to perform a special control operation of the
[0052]
Further, by using the
[0053]
The
[0054]
Further, a torque larger than the torque generated by the rotation drive
[0055]
Moreover, a rotational force with a large torque can be transmitted by transmitting the rotational force via the gear. Further, the rigidity of the power transmission system can be increased as compared with belt transmission, and the
[0056]
Further, by selecting the first shaft angle γ and the second shaft angle β as shown in the embodiment, the first
[0057]
Further, in a virtual plane including the tilt axis L3 and the axis L1 of the first arm body, a virtual line extending in the tilt axis direction from the intersection S toward the second arm body, and an axis of the first arm body from the intersection S toward the first arm body The
[0058]
The configuration of the present invention as described above is an example of the invention, and the configuration can be changed within the scope of the invention. For example, when the rotational force from the
[0059]
In the present embodiment, it is assumed that the
[0060]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a wind tunnel
[0061]
The
[0062]
The
[0063]
Each of the
[0064]
The wind tunnel
[0065]
The
[0066]
Each of these
[0067]
The first to third
[0068]
The wind tunnel
[0069]
Further, the
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the outer peripheral shape of the first arm body can be made as small as possible. As a result, the occupation area of the robot can be reduced, and interference with other devices and walls can be prevented and the movable area can be expanded.
[0071]
Moreover, since the accommodation space for accommodating the insert can be sufficiently secured, even when the insert is thick, it can be reliably accommodated in the first arm body. Further, even when the radius of curvature at which the insert is curved is small, it can be accommodated. Further, it is possible to prevent the inserted article and the intermediate transmission body from coming into contact with each other, thereby preventing the robot from being damaged.
[0072]
In addition, existing communicators and motor Since the torque and the rotational speed are not significantly changed, the convenience can be improved and the manufacturing can be performed at a low cost.
[0073]
According to the present invention as set forth in
[0074]
According to the third aspect of the present invention, a large torque torque can be transmitted by transmitting the torque via the gear. Therefore, even when the torque required for rotating the arm body is large, the arm body can be rotated with high accuracy. Also, by adjusting the gear ratio between the first intermediate gear and the first gear and the gear ratio between the second intermediate gear and the second gear, motor It is possible to easily change the torque and the rotation speed of the rotational force generated by the transmission force and transmit the changed rotational force to the communication body.
[0075]
Moreover, according to this invention of Claim 4, a gear shaft, a 2nd intermediate | middle gear, and a 1st gear can be arrange | positioned in the position away from the communicating body, and it can ensure large space which can accommodate an insertion thing. it can. This prevents the insert from coming into contact with the gear shaft, the second intermediate gear, and the first gear, thereby preventing damage to the robot.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a joint structure of a robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a
FIG. 3 is a side view showing a
FIG. 4 is a side view showing a
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a wind tunnel
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a joint structure which is a first prior art robot.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a joint structure which is a second prior art robot.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a joint structure which is a third prior art robot.
[Explanation of symbols]
20 Robot joint structure
21 First arm body
22 Second arm body
23 Cable
24 Rotation transmission mechanism
25 Rotation drive source
26 Reducer
28 Input section
29 Output section
30 Internal space of the first arm body
31 Internal space of the second arm body
32 Space near the opening
33a First communication hole
33b Second communication hole
40 First transmission body
41 Second transmitter
42 Intermediate transmission
43 1st intermediate gear
44 Second intermediate gear
45 Gear shaft
46 1st gear
47 Second gear
48 First gear pair
49 Second gear pair
L1 Axis of first arm body
L2 Axis of second arm body
L3 tilt axis
L25 Axis of rotation drive source
Claims (4)
筒状の第2アーム体と、
第1アーム体の軸線に沿って延び、第1アーム体内に保持されるモータと、
第1アーム体の内部空間と第2アーム体の内部空間とを連通する第1連通孔が形成され、第2アーム体に固定されて各アーム体の軸線に対して傾斜する傾斜軸線まわりに第1アーム体に対して回転可能に設けられる連通体と、
モータに設けられる第1伝達体と、
連通体に設けられ、第1連通孔と第1アーム体の内部空間とを連通する第2連通孔が形成される第2伝達体と、
第2連通孔の開口を形成する第2伝達体の開口部が臨む開口近傍空間から、傾斜軸線に交差する交差方向に退避して配置され、第1伝達体の回転力を第2伝達体に伝達する中間伝達体とを含むことを特徴とするロボットの関節構造。A cylindrical first arm body;
A cylindrical second arm body;
A motor extending along the axis of the first arm body and held in the first arm body;
A first communication hole is formed to communicate the internal space of the first arm body and the internal space of the second arm body. The first communication hole is fixed to the second arm body and is arranged around an inclination axis that is inclined with respect to the axis of each arm body. A communicating body provided rotatably with respect to one arm body;
A first transmission body provided in the motor ;
A second transmission body provided in the communication body, wherein a second communication hole is formed to communicate the first communication hole and the internal space of the first arm body;
The second transmission body forming the opening of the second communication hole is retracted from the space near the opening where the opening of the second transmission body faces and intersects the inclined axis, and the rotational force of the first transmission body is applied to the second transmission body. A joint structure of a robot comprising an intermediate transmission body for transmission.
第2伝達体は、連通体に固定される第2歯車を有し、
中間伝達体は、第1歯車に噛合する第1中間歯車と、第2歯車に噛合する第2中間歯車と、第1中間歯車と第2中間歯車とを同軸に連結する歯車軸とを有することを特徴とする請求項1または2記載のロボットの関節構造。The first transmission body has a first gear fixed to the motor ,
The second transmission body has a second gear fixed to the communication body,
The intermediate transmission body has a first intermediate gear that meshes with the first gear, a second intermediate gear that meshes with the second gear, and a gear shaft that coaxially connects the first intermediate gear and the second intermediate gear. The joint structure of a robot according to claim 1 or 2, wherein
第1および第2歯車ならびに第1および第2中間歯車は、それぞれ外歯傘歯車から成り、第1中間歯車は、傾斜軸線に対して第2中間歯車よりも前記交差方向に離反し、かつ傾斜軸線に関して第2中間歯車と交差方向に同一側に配置されることを特徴とする請求項3記載のロボットの関節構造。The first axis angle formed by the first gear axis and the first intermediate gear axis is selected to be 90 degrees or less, and the second axis angle formed by the second gear axis and the second intermediate gear axis is 90 degrees or more. Chosen
The first and second gears and the first and second intermediate gears are respectively composed of external bevel gears, and the first intermediate gear is farther away from the tilting axis in the intersecting direction than the second intermediate gear and is inclined. 4. The joint structure of the robot according to claim 3, wherein the joint is disposed on the same side in the direction intersecting with the second intermediate gear with respect to the axis.
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