JP5293263B2

JP5293263B2 - マニピュレータの関節部用軸受ユニットおよびマニピュレータの関節部

Info

Publication number: JP5293263B2
Application number: JP2009042584A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎坂上; 乃一北川; 晴三宮崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010194675A

Description

本発明は、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータにおいて複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータの関節部用軸受ユニットおよびマニピュレータの関節部に関する。

産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。
ロボットアームは、複数のアームを関節部を介して連結した装置であり、関節部の構成部材として、並列に２個の転がり軸受を組み込んだ装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の関節部に組み込まれている転がり軸受は、軸受の軸方向断面幅と半径方向断面高さの比を所定値に設定することで内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させ、高剛性、高回転精度、低トルク、低発熱を図っている。

特開２００６−３２９４２０号公報

ところで、ロボットアームのような大型の装置ではなく、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータの技術開発も行われているが、マニピュレータの関節部に、前述した特許文献１に記載のロボットアーム用転がり軸受を採用することはできない。
すなわち、内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させる特許文献１の転がり軸受の諸元を適用するとマニピュレータ用の転がり軸受が大型になってしまうので、小型化が必要なマニピュレータ用関節に採用することはできない。

また、特許文献１は、転がり軸受の構成部材である外輪及び内輪が、固定部品（外輪押さえ、内輪押さえ等）を介して関節部に固定されており、固定部品の組み込みに多くの手間と時間を要し、しかも、並列に２個の転がり軸受を組み込まなければならないので、関節部の組立てコストの面で問題がある。
そこで、本発明は、組立てが容易な転がり軸受を採用することで組立てコストの低減化を図ることができるとともに、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータの関節部用軸受ユニットおよびマニピュレータの関節部を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基部アームと回動アームとを関節軸回りに相対回動可能に連結している関節部に用いられる、ロボットのマニピュレータの関節部用軸受ユニットであって、
前記回動アームに形成したユニット装着孔に嵌入される外輪ハウジングと、該外輪ハウジングに内嵌され前記関節部の軸方向に所定間隔をもって設けられた２個の玉軸受と、該２個の玉軸受に内嵌され前記基部アームに連結された軸部材と、を備え、
前記２個の玉軸受はそれぞれ、前記外輪ハウジングに内嵌された外輪と、前記軸部材が内嵌された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に設けられた複数の玉と、を備え、
前記外輪ハウジングは、外周面が前記回動アームに形成したユニット装着孔の内周面と噛み合って前記回動アームに対して周方向の相対変位が防止されるとともに、軸方向中間部の内周面に前記２個の玉軸受を所定間隔をもって隔てるために前記２個の玉軸受間に内方に突出する内方突出部が形成されている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のマニピュレータの関節部用軸受ユニットにおいて、
前記外輪ハウジングの外周面に設けられた凹部又は凸部と前記ユニット装着孔の内周面に設けられた凸部又は凹部が係合する。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のマニピュレータの関節部用軸受ユニットと、前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、を備えたマニピュレータの関節部であって、
該駆動機構は、前記外輪ハウジングの外周、或いは前記回動アームの前記関節部側の端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えている。
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載のマニピュレータの関節部用軸受ユニットと、前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、を備えたマニピュレータの関節部であって、
該駆動機構は、前記外輪ハウジングの外周、或いは前記回動アームの前記関節部側の端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えている。

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のマニピュレータの関節部において、前記入力ギヤが前記外輪ハウジング或いは前記回動アームとは異種材料で形成され、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に固定されている。

本発明によると、マニピュレータの関節部用軸受ユニットおよびマニピュレータの関節部は、組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。

本発明に係るマニピュレータの概略を示す斜視図である。図１のマニピュレータに採用した第１実施形態の関節部を示す要部断面図である。第２実施形態の関節部を示す要部断面図である。第３実施形態の関節部の要部断面図である。第４実施形態の関節部の斜視図である。図５の関節部を上方から見た図である。図５の関節部を構成する軸受ユニットを備える回動アームを上方から見た図である。図６のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係るマニピュレータの概略を示す斜視図、図２は図１のマニピュレータに採用した第１実施形態の関節部を示す要部断面図、図３は第２実施形態の関節部を示す要部断面図、第４は第３実施形態の関節部の要部断面図である。

マニピュレータ１は、図１に示すように、中空円筒形状の第１アーム２と、小径部３ａ及び大径部３ｂからなる中空円筒形状の第２アーム３と、一端側を中空円筒形状とし、他端部を球面形状とした中空円筒形状の第３アーム４と、第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結している第１関節部５と、第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結している第２関節部６とを備えている。

（第１実施形態のマニピュレータ用関節部）
第２アーム３及び第３アーム４を連結している第２関節部６は、図１及び図２に示すように、第３アーム４の一端側に形成したユニット装着孔７と、このユニット装着孔７に嵌入された軸受ユニット８と、この軸受ユニット８の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃに固定される連結ネジ９と、軸受ユニット８の外周に掛け渡されており、軸受ユニット８を介して第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、軸受ユニット８を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１とを備えている。

ユニット装着孔７は、第３アーム４の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。軸受ユニット８は、並列に配設された２個の玉軸受１２，１３と、単一の外輪ハウジング１４と、単一の軸部材１５とを一体化した部品である。
２個の玉軸受のうち一方の玉軸受１２は、外輪１２ａ及び内輪１２ｂと、外輪１２ａの軌道溝及び内輪１２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉１２ｃと、外輪１２ａ及び内輪１２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１２ｄとを備えている。また、他方の玉軸受１３も、一方の玉軸受１２と同一形状の外輪１３ａ及び内輪１３ｂと、外輪１３ａの軌道溝及び内輪１３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉１３ｃと、外輪１３ａ及び内輪１３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１３ｄとを備えている。

外輪１２ａ，１３ａ、内輪１２ｂ，１３ｂ及び玉１２ｃ，１３ｃの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等）を採用してもよい。

外輪ハウジング１４は、２個の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ，１３ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔７に内嵌される円筒形状の部材である。また、軸部材１５は、玉軸受１２，１３の内輪１２ｂ，１３ｂに内嵌される円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ９が螺合する雌ネジが形成されている。
駆動ワイヤ１０は、その先端部が外輪ハウジング１４の外周に固定されたワイヤ止め部材１６に係止されているとともに、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。

また、第１アーム２及び第２アーム３を連結している第１関節部５も、詳細には説明しないが、第２アーム３の小径部３ａに形成したユニット装着孔と、このユニット装着孔に嵌入された２個の玉軸受１２，１３を内蔵した軸受ユニット１８と、この軸受ユニット１８の回転中心位置に装着され、第１アーム２の一端に形成した連結板２ｃに固定される連結ネジ１９と、軸受ユニット１８の外周に掛け渡され、軸受ユニット１８を介して第２アーム３を連結ネジ１９回りに回動させる駆動ワイヤ２０とを備えており、駆動ワイヤ２０は、前述した駆動力伝達装置１１に連結されている。

ここで、図１に示すマニピュレータ１には、詳細には図示しないが、第１関節部５には、駆動ワイヤ２０の引張力により軸受ユニット１８が回動する方向に対して軸受ユニット１８を逆方向（図１の符号Ｙ１で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているとともに、第２関節部６にも、駆動ワイヤ１０の引張力により軸受ユニット８が回動する方向に対して軸受ユニット８を逆方向（図１の符号Ｙ２で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているものとする。

なお、本発明の基部アームが第１アーム２及び本発明の回動アームが第２アーム３に対応し、本発明の基部アームが第２アーム３及び本発明の回動アームが第３アーム４に対応し、本発明の並列に２個配設した転がり軸受が２個の単列の玉軸受１２，１３に対応し、本発明のマニピュレータ用関節部が第１関節部５及び第２関節部６に対応し、本発明の関節軸が連結ネジ９，１９に対応し、本発明の転動体が玉１２ｃ，１３ｃに対応し、本発明の線状部材が駆動ワイヤ１０に対応し、本発明の張力付与装置が駆動力伝達装置１１に対応している。

上記構成のマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ２０に引張力を付与すると、軸受ユニット１８の２個の玉軸受１２，１３に支持された外輪ハウジング１４がスムーズに連結ネジ１９回りに回動するので、第２アーム３が、図１に示すＹ１方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与すると、軸受ユニット８の２個の玉軸受１２，１３に支持された外輪ハウジングがスムーズに連結ネジ９回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示すＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ２０を所定量だけ戻すと、第２アーム３は反力部材の力によりＹ１方向に所定角度まで回動する。さらに、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ１０を所定量だけ戻すと、第２アーム４は反力部材の力によりＹ２方向に所定角度まで回動する。

したがって、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に小型の２個の玉軸受１２，１３を配置して第２アーム３及び第３アーム４を回動させることができるので、小型のマニピュレータ用関節部（第１関節部５及び第２関節部６）を提供することができる。
また、第１関節部５及び第２関節部６は、ユニット化された軸受ユニット１８，８を構成部材としているので組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。

また、軸受ユニット８，１８は、単一の外輪ハウジング１４と単一の軸部材１５との間に並列に配設された２個の玉軸受１２，１３が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受１２，１３の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。
さらに、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に掛け渡した駆動ワイヤ１０，２０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ９，１９の軸心を回転中心として第２アーム３、第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。

（第２実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第２実施形態のマニピュレータ用関節部について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の関節部は、図１で示した第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結する関節部として使用されるものとして説明する。また、本実施形態の関節部は、図１で示した第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結する関節部として使用してもよい。

本実施形態の関節部２１は、第３アーム４の一端側に形成したユニット装着孔２２と、このユニット装着孔２２に嵌入された軸受ユニット２３と、この軸受ユニット２３の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃにねじ固定される連結ネジ２４と、ユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ２４（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１（図１参照）とを備えている。

軸受ユニット２３は、互いに隣接配置した２個の玉軸受２６，２７と、単一の外輪ハウジング２８と、単一の軸部材２９とを一体化した部品である。
２個の玉軸受のうち一方の玉軸受２６は、外輪２６ａ及び内輪２６ｂと、外輪２６ａの軌道溝及び内輪２６ｂの間に転動自在に配設された多数の玉２６ｃと、外輪２６ａ及び内輪２６ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２６ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２６ｃを配置している保持器２６ｅとを備えている。また、他方の玉軸受２７も、一方の玉軸受２６と同一形状の外輪２７ａ及び内輪２７ｂと、外輪２７ａの軌道溝及び内輪２７ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉２７ｃと、外輪２７ａ及び内輪２７ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２７ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２７ｃを配置している保持器２７ｅとを備えている。

これら２個の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には、所定量の潤滑剤が乗せられている。潤滑剤は、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油であり、高温環境用途などではフッ素系グリースまたはフッ素系の油、あるいはフッ素樹脂、ＭｏＳ₂ などの固体潤滑剤である。但し、固体潤滑剤は玉２６ｃ，２７ｃや外輪２６ａ，２７ａ、内輪２６ｂ，２７ｂの軌道溝に直接塗布する。

また、外輪ハウジング２８は、２個の玉軸受２６，２７の外輪２６ａ，２７ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔２２に内嵌される円筒形状の部材であるとともに、ユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出したワイヤ係合部２５を外方から囲む環状の鍔部２８ａが形成されている。
軸部材２９は、玉軸受２６，２７の内輪２６ｂ，２７ｂを内嵌する円筒形状の部材であり、連結ネジ２４が挿通する一端側の内周面にはテーパ面２９ａが形成されているとともに、テーパ面２９ａに連続して軸心位置に貫通孔２９ｂが形成されている。

そして、上記構成の軸受ユニット２３は、ワイヤ係合部２５が形成されているユニット装着孔２２の開口部側から挿入し、軸部材２９の貫通孔２９ｂに挿通した連結ネジ２４を連結板３ｃに形成した雌ネジ３ｃ１にねじ込んでいき、連結ネジ２４のテーパ面形状の頭部が軸部材２９のテーパ面２９ａに当接することで軸受ユニット２３全体がユニット装着孔２２内に嵌入されていく。そして、外輪ハウジング２８の鍔部２８ａが、ユニット装着孔２２の開口周縁のワイヤ係合部２５に当接した時点で軸受ユニット２３の組み込みが完了する。ここで、軸受ユニット２３及び第２アーム３の連結板３ｃに固定された連結ネジ２４の頂部には、玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。

駆動ワイヤ１０は、その先端部がユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周の一部に固定された後に、ワイヤ係合部２５に掛け渡され、図１に示すように、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。

上記構成の関節部２１を使用したマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与してワイヤ係合部２５に回転力を伝達すると、軸受ユニット２３の２個の玉軸受２６，２７に支持された外輪ハウジング２８がスムーズに連結ネジ２４回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示したＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。

したがって、本実施形態も、軸受ユニット２３に小型の２個の玉軸受２６，２７を近接して配置して第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用の小型の関節部２１を提供することができる。
また、関節部２１は、ユニット化された軸受ユニット２３を構成部材としているので組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。

また、軸受ユニット２３は、単一の外輪ハウジング２８と単一の軸部材２９との間に並列に配設された２個の玉軸受２６，２７が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受２６，２７の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。
また、本実施形態は、第３アーム４の端部に形成した環状のワイヤ係合部２５に掛け渡した駆動ワイヤ１０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ２４の軸心を回転中心として第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。

さらに、軸受ユニット２３を構成する２個の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には所定量の潤滑剤が乗せられており、連結ネジ２４の軸心を回転中心として玉軸受２６，２７が回転する際のトルクが抑制されるので、駆動ワイヤ１０に小さな引張力を付与するだけで関節部２１をスムーズに可動させることができる。

（第３実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第３実施形態のマニピュレータ用関節部について、図４を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の関節部３１は、第２実施形態のように第３アーム４の一端側（ワイヤ係合部２５）に駆動ワイヤ１０を掛け渡さず、第３アーム４の一端の外周に、連結ネジ２４の軸心（回転中心Ｐ）を中心とした円弧形状に第３アームギヤ３２が形成されている。
また、第２アーム３の他端側には回転モータ３３が配置されており、この回転モータ３３の出力軸３４に同軸に固定したはすば歯車（ヘリカルギヤ）３５が第３アームギヤ３２に噛合している。

なお、本発明の入力ギヤが第３アームギヤ３２に対応し、本発明のはすば歯車３５が出力ギヤに対応している。
上記構成の関節部３１を使用したマニピュレータ１は、回転モータ３３の正逆方向の駆動によりはすば歯車３５が正逆方向に回転すると、このはすば歯車３５に第３アームギヤ３２が噛合している第３アーム４が、図１に示したＹ２方向、或いはＹ２方向に対して逆方向に回動する。

したがって、本実施形態は、第２実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、回転モータ３３が正逆方向に駆動すると、はすば歯車３５及び第３アームギヤ３２を介して第３アームギヤ３２が連結ネジ２４の軸心を回転中心としてスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。

（第４実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第４実施形態のマニピュレータ用関節部について、図５〜８を参照して説明する。なお、本実施形態の関節部は、１つの基部アームと１つの回動アームのみに焦点を当てて説明するものであり、図１で示した第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結する関節部としても、図１で示した第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結する関節部としても使用することができる。なお、本実施形態の回動アーム４４は断面略長方形状の中実部材であり、例えばＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ、スチール、アルミ、銅から構成されている。

基部アーム４３及び回動アーム４４を連結している関節部４１は、回動アーム４４の一端側に形成したユニット装着孔４７と、このユニット装着孔４７に嵌入された軸受ユニット４８と、この軸受ユニット４８の回転中心Ｐ位置に装着され、基部アーム４３の一端に形成した連結板４３ｃに固定される連結ネジ４９と、回動アーム４４の一端の端部外周に固定され連結ネジ４９の軸心（回転中心Ｐ）を中心とした円弧形状のアームギヤ７２と、基部アーム４３内に収容されアームギヤ７２と噛合するはすば歯車（ヘリカルギヤ）７５を備える回転モータ７３と、を備えている。

ユニット装着孔４７は、回動アーム４４の一端に長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成され、内周面４７ａには周方向に９０゜間隔で４つの凸部４７ｂが軸方向に延設されている。
軸受ユニット４８は、並列に配設された２個の玉軸受５２，５３と、単一の外輪ハウジング５４と、単一の軸部材５５とを一体化した部品である。
２個の玉軸受のうち一方の玉軸受５２は、外輪５２ａ及び内輪５２ｂと、外輪５２ａの軌道溝及び内輪５２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉５２ｃと、を備えている。また、他方の玉軸受５３も、一方の玉軸受５２と同一形状の外輪５３ａ及び内輪５３ｂと、外輪５３ａの軌道溝及び内輪５３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉５３ｃと、を備えている。なお、第１〜第３実施形態のように、玉軸受５２、５３は外輪５２ａ、５３ａ及び内輪５２ｂ、５３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体を備えていても良い。

外輪ハウジング５４は、２個の玉軸受５２，５３の外輪５２ａ，５３ａを内嵌し、回動アーム４４のユニット装着孔４７に内嵌される円筒形状の部材である。外輪ハウジング５４の外周面５４ａには周方向に９０゜間隔で４つの凹部５４ｂが軸方向に延設されており、軸受ユニット４８が回動アーム４４のユニット装着孔４７に装着されると、凹部５４ｂがユニット装着孔４７の内周面４７ａに形成された凸部４７ｂと係合し、回動アーム４４と軸受ユニット４８の相対回転が防止される。
また、軸部材５５は、玉軸受５２，５３の内輪５２ｂ，５３ｂに内嵌される円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ４９が螺合する雌ネジが形成されている。

また、回動アーム４４の一端の端部外周には軸方向中央部に貫通孔４４ａが穿設されるとともに、回動アーム４４のユニット装着孔４７に内嵌された外輪ハウジング５４と回動アーム４４の端部外周に固定されたアームギヤ支持部７２ａには貫通孔４４ａに重なる貫通孔５４ｃ、７２ｂがそれぞれ穿設されており、回動アーム４４の一端外周側、即ちアームギヤ支持部７２ａの外側からピン７７が装着され、これらの部材の位置決めがなされる。なお、ピン７７はねじでもよい。

アームギヤ７２は、回動アーム４４より高強度の材料、例えばＭＣナイロン（登録商標）(モノマーキャストナイロン)、ポリアセタール、ポリアミド６６、ＳＵＳ、黄銅から構成され、回動アーム４４の一端外周に溶接等により固定されている。なお、本実施形態では回動アーム４４に入力ギヤ７２を固定したが、これに限定されず、回動アーム４４の一端外周の軸方向長さを軸受ユニット４８の軸方向長さより短くし、軸受ユニット４８の外周、即ち外輪ハウジング５４の外周に入力ギヤ７２を固定してもよい。

上記構成の関節部４１を使用したマニピュレータは、回転モータ７３の正逆方向の駆動によりはすば歯車７５が正逆方向に回転すると、このはすば歯車７５にアームギヤ７２が噛合し回動アーム４４が、図５に示したＹ３方向、或いはＹ３方向に対して逆方向に回動する。

したがって、本実施形態は、第１実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、回転モータ７３が正逆方向に駆動すると、はすば歯車７５及びアームギヤ７２を介して回動アーム４４が連結ネジ４９の軸心を回転中心としてスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。

また、本実施形態の関節部４１によれば、ユニット装着孔４７の内周面４７ａに形成された凸部４７ｂと外輪ハウジング５４の外周面５４ａに形成された凹部５４ｂが周方向で係合する。これにより、ユニット装着孔４７が形成された回動アーム４４と外輪ハウジング５４が相対回転不能となっており、回動アーム４４に大きな荷重がかかった場合でも外輪ハウジング５４がユニット装着孔４７内ですべることによる互いの相対位置のずれを防止することができる。

また、回動アーム４４と入力ギヤ７２が別々の部品でできているため、入力ギヤ７２を回動アーム４４より高強度の材料で構成することができる。これにより、回動アームと入力ギヤが一体型である場合、歯車強度をあげようとすると回動アーム全体を変える必要があるが、別部材で構成することにより歯車部分、即ち入力ギヤのみ材料を変更すればよいため低コスト化を図ることができる。

なお、上記各実施形態の関節部で使用した転がり軸受は、外輪、内輪、転動体、保持器等の構成は、上記各態様の実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。

１…マニピュレータ、２…第１アーム、２ｃ…連結板、３…第２アーム、３ａ…小径部、３ｂ…大径部、３ｃ…連結板、３ｃ１…雌ネジ、４…第４アーム、５…第１関節部、６…第２関節部、７…ユニット装着孔、８，１８，２３，３１…軸受ユニット、９，１９…連結ネジ、１０，２０…駆動ワイヤ、１１…駆動力伝達装置、１２，１３…玉軸受、１２ａ，１３ａ…外輪、１２ｂ，１３ｂ…内輪、１２ｃ，１３ｃ…玉、１２ｄ，１３ｄ…環状シール体、１４…外輪ハウジング、１５…軸部材、１６…ワイヤ止め部材、１７…プーリ、２１，３１，４１…関節部、２２…ユニット装着孔、２４…連結ネジ、２５…ワイヤ係合部、２６，２７…玉軸受、２６ａ，２７ａ…外輪、２６ｂ，２７ｂ…内輪、２６ｃ，２７ｃ…玉、２６ｄ，２７ｄ…環状シール体、２６ｅ，２７ｅ…保持器、２８…外輪ハウジング、２８ａ…鍔部、２９…軸部材、２９ａ…テーパ面、２９ｂ…貫通孔、３０…閉塞板、３２…第３アームギヤ、３３…回転モータ、３４…出力軸、３５…はすば歯車、４３…基部アーム、４３ｃ…連結板、４４…回動アーム、４７…ユニット装着孔、４７ｂ…凸部、４８…軸受ユニット、４９…連結ネジ、５２，５３…玉軸受、５２ａ，５３ａ…外輪、５２ｂ，５３ｂ…内輪、５２ｃ，５３ｃ…玉、５４…外輪ハウジング、５４ｂ…凹部、５５…軸部材、７２…アームギヤ、７３…回転モータ、７５…はすば歯車、７７…ピン

Claims

基部アームと回動アームとを関節軸回りに相対回動可能に連結している関節部に用いられる、ロボットのマニピュレータの関節部用軸受ユニットであって、
前記回動アームに形成したユニット装着孔に嵌入される外輪ハウジングと、該外輪ハウジングに内嵌され前記関節部の軸方向に所定間隔をもって設けられた２個の玉軸受と、該２個の玉軸受に内嵌され前記基部アームに連結された軸部材と、を備え、
前記２個の玉軸受はそれぞれ、前記外輪ハウジングに内嵌された外輪と、前記軸部材が内嵌された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に設けられた複数の玉と、を備え、
前記外輪ハウジングは、外周面が前記回動アームに形成したユニット装着孔の内周面と噛み合って前記回動アームに対して周方向の相対変位が防止されるとともに、軸方向中間部の内周面に前記２個の玉軸受を所定間隔をもって隔てるために前記２個の玉軸受間に内方に突出する内方突出部が形成されていることを特徴とするマニピュレータの関節部用軸受ユニット。
前記外輪ハウジングの外周面に設けられた凹部又は凸部と前記ユニット装着孔の内周面に設けられた凸部又は凹部が係合することを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの関節部用軸受ユニット。
請求項１又は２に記載のマニピュレータの関節部用軸受ユニットと、
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、を備え、
該駆動機構は、前記外輪ハウジングの外周、或いは前記回動アームの前記関節部側の端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とするマニピュレータの関節部。
請求項１又は２に記載のマニピュレータの関節部用軸受ユニットと、
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、を備え、
該駆動機構は、前記外輪ハウジングの外周、或いは前記回動アームの前記関節部側の端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とするマニピュレータの関節部。
前記入力ギヤが前記外輪ハウジング或いは前記回動アームとは異種材料で形成され、前記軸受ユニットの外周、或いは前記回動アームの前記関節軸側の端部外周に固定されていることを特徴とする請求項４記載のマニピュレータの関節部。