JP5702826B2 - 産業用ロボットの手首構造 - Google Patents

Description

本発明は、回動３軸の自由度を有する手首要素を備えた産業用ロボットの手首構造に関する。

従来より、第１手首要素と、第１手首要素の先端部に回転可能に支持された第２手首要素と、第２手首要素の先端部に回転可能に支持された第３手首要素とを備え、第１手首要素に設けられた第２手首用モータおよび第３手首用モータの動力を、それぞれピニオンギアとリングギアとを有するハイポイドギアセットを介して第２手首要素および第３手首要素に伝達するようにした産業用ロボットの手首構造が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の手首構造では、第２手首用モータを第３手首用モータよりも第１手首要素の先端側に配置し、第２手首用モータの動力を、一組の平歯車を介して第２手首用ピニオンギアに入力する。

特許第４２３３５７８号公報

ところで、第２手首要素を駆動するためには第３手首要素を駆動するよりも大きな駆動トルクが必要である。このため、一般に、第２手首用モータから第２手首要素に至る動力伝達経路の減速比は大きく設定される。しかしながら、上記特許文献１記載の手首構造では、第２手首用モータの動力を一組の平歯車のみを介して第２手首用ピニオンギアに入力するので、十分な減速比を得るためにはハイポイドギアセットの減速比を大きくする必要があり、ハイポイドギアセットの減速比を大きくすると、動力の伝達効率が低下するという問題がある。

本発明による産業用ロボットの手首構造は、第１軸線方向に延在し、第１軸線回りに回転可能に設けられた第１手首要素と、第１手首要素の先端部に第２軸線回りに回転可能に支持された第２手首要素と、第２手首要素の先端部に第３軸線回りに回転可能に支持された第３手首要素と、第１手首要素に設けられ、第１軸線に平行に延在する出力軸を有する第２手首用モータと、第１手首要素に設けられ、第１軸線に平行に延在する出力軸を有する第３手首用モータと、第２手首用モータの動力を第２手首要素に伝達する第２手首用動力伝達部と、第３手首用モータの動力を第３手首要素に伝達する第３手首用動力伝達部とを備える。第３手首用モータは、第２手首用モータよりも前記第１手首要素の先端側に配置される。第２手首用動力伝達部は、第１軸線に平行な軸線を中心にして第１手首要素に回転可能に設けられた第２手首用小歯車と、第２軸線を中心として第１手首要素に回転可能に設けられ、第２手首用小歯車に噛合する第２手首用大歯車とを有する第２手首用ハイポイドギアセットと、第３手首用モータの側方に、第１軸線に平行に延設された駆動軸と、第２手首用モータの回転を減速させて駆動軸に伝達する第１減速部と、駆動軸の回転を減速させて第２手首用小歯車に伝達する第２減速部とを有する。第３手首用動力伝達部は、第１軸線に平行な軸線を中心にして第１手首要素に回転可能に設けられた第３手首用小歯車と、第２軸線を中心として第１手首要素に回転可能に設けられ、第３手首用小歯車に噛合する第３手首用大歯車とを有する第３手首用ハイポイドギアセットと、第３手首用モータの回転を減速させて第３手首用小歯車に伝達する第３減速部とを有し、第１手首要素は、第２手首用モータおよび第３手首用モータを収納するとともに、駆動軸を回転可能に支持する第１ケース部と、第１ケース部の先端部に形成された第１軸線に垂直な取付面に取り付けられ、第２手首用ハイポイドギアセットと第３手首用ハイポイドギアセットを回転可能に支持する第２ケース部とを有する。

本発明によれば、２組の減速部を介して第２手首用モータの回転をハイポイドギアセットに伝達するようにしたので、ハイポイドギアセットの減速比を大きくすることなく、第２手首要素の必要な駆動トルクを発生することができ、動力の伝達効率の低下を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る産業用ロボットの手首構造の内部構成を示す正面図。 本発明の実施形態に係る産業用ロボットの手首構造の内部構成を示す側面図。 本発明の実施形態に係る手首構造が適用される産業用ロボットの一例を示す側面図。 本発明の実施形態に係る手首構造が適用される産業用ロボットの一例を示す側面図。 本発明の実施形態に係る手首構造を構成する第１手首要素を斜め後方から見た斜視図。 図１のVI-VI線断面図。 本発明の実施形態に係る手首構造を構成する第３手首用サーボモータの取付部の構成を示す図。 本発明の実施形態に係る手首構造を構成する第２手首用サーボモータの取付部の構成を示す図。 図６の変形例を示す図。

以下、図１〜図９を参照して本発明の実施形態について説明する。図１および図２は、それぞれ本発明の実施形態に係る産業用ロボットの手首構造１００の内部構成を示す正面図および側面図である。図３および図４は、この手首構造１００が適用される産業用ロボット１Ａおよび１Ｂの一例を示す側面図である。

まず、産業用ロボット１Ａ，１Ｂの構成について説明する。図３，４に示す産業用ロボット１Ａ，１Ｂは、直交６軸の自由度を有するロボットである。とくに、図３は、最終軸の手首要素として溶接トーチ２を備えたアーク溶接用ロボット１Ａを、図４は、最終軸の手首要素としてハンドツール３を備えたハンドリングロボット１Ｂを示している。図３に示すように、溶接トーチ２には、信号ケーブル、電源ケーブル、溶接ワイヤ、ガスホース、ワイヤコンジットなどを束ねた線条体４が接続する。一方、図４に示すように、ハンドツール３には、信号ケーブル、電源ケーブル、エア配管などを束ねた線条体４が接続する。

図３，４において、基台６は、上下方向に延在する軸線を中心として回転可能であり、基台６に、上腕７が回動可能に支持されている。上腕７の先端部には、前腕８が回動可能に支持され、前腕８の先端部に手首構造１００が支持されている。基台６と上腕７と前腕８は、回動３軸の自由度で回動する。なお、図３，４の産業用ロボット１Ａ，１Ｂは、エンドエフェクタとしての第３手首要素１２の形態と、第３手首要素１２に接続する線条体４の構成と、線条体４を送給する送給装置５の構造とが両者で相違する点を除き、他の部分は共通している。すなわち、基台６と上腕７と前腕８の構成は両者で共通している。

手首構造１００は、第１手首要素１０、第２手首要素１１および第３手首要素１２から構成され、回動３軸の自由度を有する。第１手首要素１０は、前腕８の先端部に、長手方向に延在する第１軸線Ｌ１回りに回転可能に支持されている。第２手首要素１１は、第１手首要素１０の先端部に、第１軸線Ｌ１と交差する第２軸線Ｌ２回りに回転可能に支持されている。第３手首要素１２は、第２手首要素１１の先端部に、第２軸線Ｌ２と交差する第３軸線Ｌ３回りに回動可能に支持されている。

第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３とは一点で交差し、手首構造１００は、インライン手首の構成となっている。これにより、図２に示すように、第１軸線Ｌ１と第３軸線Ｌ３とが同一軸線上に位置し、第１手首要素１０の回転時における他の手首要素１１，１２の干渉半径を小さくすることができる。また、回転バランスがよく、制御性のよい手首構造１００を実現できる。以上の産業用ロボット１Ａ，１Ｂを構成する個々の駆動要素は、図示しないロボット制御装置からの指令に従い、所定の位置及び姿勢を得ることができるように、個々の駆動要素に対するサーボモータによって駆動される。

次に、手首構造１００の構成について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図１，２に示すように上下方向、前後方向および左右方向を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。図１，２に示すように、第１手首要素１０は前後方向に延在し、その後端部が前腕８の先端部に回転可能に支持されている。前腕８には、第１手首要素１０を所定の減速比で減速して回転させるための図示しないサーボモータと減速機構とが設けられている。減速機構は、その出力部が第１軸線Ｌ１と同軸に回転するように前腕８に格納され、減速機構を介して第１手首要素１０が第１軸線Ｌ１を中心に回転駆動される。

第１手首要素１０は、第１軸線Ｌ１に垂直な鉛直方向に延在する取付面ＳＡを介して一体に締結された前側ケース１０Ａと後側ケース１０Ｂとを有し、各ケース１０Ａ，１０Ｂの内側に収納空間ＳＰ１，ＳＰ２が形成されている。後側の収納空間ＳＰ２には、第２手首要素１１を駆動するサーボモータ１３と、第３手首要素１２を駆動するサーボモータ１４が配置されている。サーボモータ１４は、サーボモータ１３の前側に配置されている。

各サーボモータ１３，１４の出力軸１３ａ，１４ａは、それぞれ第１軸線Ｌ１に対し平行に前方に向けて突出している。サーボモータ１３はサーボモータ１４よりも上方に位置し、出力軸１３ａは第１軸線Ｌ１の上方を、出力軸１４ａは第１軸線Ｌ１の下方をそれぞれ延在している。換言すると、サーボモータ１３，１４の出力軸１３ａ，１４ａは、第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２とを含む平面に対し略面対称となるようにオフセットして位置しており、サーボモータ１３，１４は、第１軸線Ｌ１と第２軸線Ｌ２とを含む平面の両側で、前後にずれた状態で、かつ、一部重なった状態で互いに並設されている。

このように、第２手首用モータ１３を第１手首要素１０の基端側（後側）に、第３手首用モータ１４を第１手首要素１０の先端側（前側）に配置することで、第１軸線Ｌ１方向から見て二つのモータ１３，１４を一部重ねて配置することができる。これにより、第１手首要素１０の軸直角断面積を小さく抑えることが可能となる。

前側の収納空間ＳＰ１には、サーボモータ１３の回転速度を所定の減速比で減速するハイポイドギアセット１５と、サーボモータ１４の回転速度を所定の減速比で減速するハイポイドギアセット２０とが設けられている。各ハイポイドギアセット１５，２０は、サーボモータ１３，１４により回転駆動されるピニオンギア（原動側小歯車）１６，２１と、ピニオンギア１６，２１にそれぞれ噛合するリングギア（従動側大歯車）１７，２２とをそれぞれ有する。

ピニオンギア１６は、第１軸線Ｌ１の上方において前後方向に延在する軸部１６０の先端部に設けられ、ピニオンギア２１は、第１軸線Ｌ１の下方において第１軸線Ｌ１に延在する軸部２１０の先端部に設けられている。ピニオンギア１６（軸部１６０）は、前後両端部に設けられたベアリング１８ａ，１８ｂ（円錐ころ軸受）およびベアリング１８ａ，１８ｂの間に介装されたニードルベアリング１８ｃを介して、第１軸線Ｌ１に平行な軸線Ｌ１６を中心に、前側ケース１０Ａに回転可能に支持されている。ピニオンギア２１（軸部２１０）も同様に、前後両端部に設けられたベアリング２３ａ，２３ｂ（円錐ころ軸受）およびベアリング２３ａ，２３ｂの間に介装されたニードルベアリング２３ｃを介して、第１軸線Ｌ１に平行な軸線Ｌ２１を中心に、前側ケース１０Ａに回転可能に支持されている。

ベアリング１８ａ，１８ｂおよびベアリング２３ａ，２３ｂには、それぞれベアリングナット１８ｄ，２３ｄにより軸方向に予圧が付加され、ピニオンギア１６，２１の回転精度を最良の状態としてピニオンギア１６，２１が回転支持されている。前後一対のベアリング１８ａ，１８ｂおよび２３ａ，２３ｂの間にニードルベアリング１８ｃおよび２３ｃを設けることで、予圧を超える外力が作用してベアリング１８ａ，１８ｂおよび２３ａ，２３ｂによる支持が不完全となった場合であっても、ニードルベアリング１８ｃ，２３ｃによりピニオンギア１６，２１を良好に支持できる。なお、ニードルベアリング１８ｃ，２３ｃの代わりにスリーブを用いることもできる。

前側ケース１０Ａの前端部には、ピニオンギア１６が噛合するリングギア１７とピニオンギア２１が噛合するリングギア２２とがそれぞれ第２軸線Ｌ２を中心に回転可能に設けられている。リングギア１７はリングギア２２よりも大径であり、リングギア１７の右方にリングギア２２が配置されている。ピニオンギア１６は、歯が右方向にねじれた状態に形成され、ピニオンギア２１は、歯がピニオンギア１６とは異なる方向（左方向）にねじれた状態で形成されている。このように二つのピニオンギア１６，２１の歯形がそれぞれ対称的に形成されることで、二つのピニオンギア１６，２１を第２軸線Ｌ２の軸直角方向の対照的にオフセットした位置に配置することができる。

図２に示すように、ピニオンギア１６，２１とリングギア１７，２２の位置関係は、シムにより調整される。すなわち、ベアリング１８ａ，２３ａの前側に配置されたシムＳＭ１によりピニオンギア１６，２１の前後方向の位置が調整され、ベアリング１９およびベアリング３２ａの右方に配置されたシムＳＭ２によりリングギア１７，２２の左右方向の位置が調整される。これによりピニオンギア１６，２１とリングギア１７，２２の間のバックラッシおよび歯当りを調整できる。

リングギア１７は、第２手首要素１１に一体に連結されている。リングギア１７はベアリング１９を介して第１手首要素１０内に回転可能に支持され、リングギア１７の回転により第２手首要素１１が第２軸線Ｌ２を中心に回転駆動される。

第２手首要素１１には、第２軸線Ｌ２を回転中心として傘歯車３１が設けられている。傘歯車３１の軸部は第２軸線Ｌ２に沿って左右方向に延在し、この軸部にリングギア２２の内周面がスプライン結合されている。傘歯車３１の軸部は、左右一対のベアリング３２ａ，３２ｂを介してリングギア１７の内側に回転可能に支持され、傘歯車３１は第２軸線Ｌ２を中心にリングギア２２と一体に回転する。

第３手首要素１２には、第３軸線Ｌ３を回転中心として傘歯車３３が設けられている。傘歯車３３は傘歯車３１に噛合し、リングギア２２の回転により傘歯車３１を介して傘歯車３３が回転する。これにより、第３手首要素１２が第３軸線Ｌ３を中心にして回転駆動される。傘歯車３１の外径は傘歯車３３の外径よりも大きく、傘歯車３１から傘歯車３３に動力が伝達される際に、傘歯車３３の回転速度が増速される。

第３手首要素１２の前端部には取付面１２ａが形成され、取付面１２ａには作業内容に応じたアタッチメントＡＴ（図３の溶接トーチ２、図４のハンドツール３など）が着脱可能に取り付けられる。本実施形態の手首構造１００は３軸方向の自由度を有するため、アタッチメントＡＴの位置および姿勢を自由に変更することができる。この場合、第２軸線Ｌ２からアタッチメントＡＴの中心までの距離は、第３軸線Ｌ３からアタッチメントＡＴの中心までの距離よりも長いため、第２手首要素１１を駆動するためには第３手首要素１２を駆動するよりも大きな駆動トルクが必要となる。すなわち、第２手首用モータ１３の減速比を大きくする必要がある。この減速比をハイポイドギアセット１５のみで得ようとすると、ハイポイドギアセット１５の減速比が大きくなり、動力の伝達効率が低下する。この点を考慮して、本実施形態では、以下のように手首構造１００を構成する。

図１，２に示すように、手首構造１００は、第２手首用サーボモータ１３の動力を第２手首要素１１に伝達する第２手首用動力伝達部５０と、第３手首用サーボモータ１４の動力を第３手首要素１２に伝達する第３手首用動力伝達部５５とを有する。

第２手首用動力伝達部５０は、ハイポイドギアセット１５と、サーボモータ１３とハイポイドギアセット１５との間に設けられた第１減速部ＲＧ１および第２減速部ＲＧ２とを有する。サーボモータ１４の上方には、前後方向に駆動軸５１が延設され、駆動軸５１の前後両端部に平歯車５２，５３が取り付けられている。駆動軸５１は、後側ケース１０Ｂに、前後一対のベアリング５１ａ，５１ｂを介して第１軸線Ｌ１に平行な軸線を中心に回転可能に支持されている。なお、ベアリング５１ａの後方およびベアリング５１ｂの前方にはそれぞれオイルシール５１ｃ、５１ｄが設けられ、ベアリング５１ａ，５１ｂの潤滑油がサーボモータ１４側に浸入することが防止されている。

平歯車５３は、サーボモータ１３の出力軸１３ａに噛合され、サーボモータ１３の回転は平歯車５３を介して駆動軸５１に伝達される。平歯車５３は出力軸１３ａよりも大径であり、出力軸１３と平歯車５３は第１減速部ＲＧ１を構成する。サーボモータ１３の回転は、第１減速部ＲＧ１により所定の減速比で減速され、駆動軸５１はサーボモータ１３よりも低速で回転する。

駆動軸５１の前端部は前側ケース１０Ａ内に突出し、平歯車５２は前側ケース１０Ａ内に配置されている。ピニオンギア１６の軸部１６０の後端部には、軸線Ｌ１６を中心に回転可能に平歯車５４が取り付けられている。平歯車５２は平歯車５４に噛合され、駆動軸５１の回転は平歯車５２，５４を介してピニオンギア１６に伝達される。平歯車５４は平歯車５２よりも大径であり、平歯車５２，５４は第２減速部ＲＧ２を構成する。駆動軸５１の回転は、第２減速部ＲＧ２により所定の減速比で減速され、ピニオンギア１６は駆動軸５１よりも低速で回転する。

このように第２手首用サーボモータ１３の回転は、２組の減速部ＲＧ１，ＲＧ２を介してピニオンギア１６に伝達される。これによりハイポイドギアセット１５の減速比をそれほど大きくすることなく、第２手首要素１１を所定の駆動トルクで回転させることができる。例えば、第１減速部ＲＧ１および第２減速部ＲＧ２の減速比をそれぞれ１：１．５〜４に設定し、ハイポイドギアセット１５の減速比を１：８〜２０に設定することができる。第１減速部ＲＧ１および第２減速部ＲＧ２の減速比の配分は、それぞれの搭載箇所の構造上、最適な値を選択すべきであり、例えば、第１減速部ＲＧ１は１：１．５、第２減速部ＲＧ２は１：４にすることもできる。その結果、ハイポイドギアセット１５の減速比を２０以下に抑えることができる。すなわち、ハイポイドギアセット１５の減速比が過大となることを防止でき、伝達効率の低下を防ぐことができる。

第３手首用動力伝達部５５は、ハイポイドギアセット２０と、一対の傘歯車３１，３３と、サーボモータ１４とハイポイドギアセットとの間に設けられた第３減速部ＲＧ３とを有する。ピニオンギア２１の軸部２１０の後端部には、軸線Ｌ２１を中心に回転可能に平歯車５６が取り付けられている。平歯車５６は、サーボモータ１４の出力軸１４ａに噛合され、サーボモータ１４の回転は平歯車５６を介してピニオンギア２１に伝達される。平歯車５６は出力軸１４ａよりも大径であり、出力軸１４ａと平歯車５６は第３減速部ＲＧ３を構成する。サーボモータ１４の回転は、第３減速部ＲＧ３により所定の減速比で減速され、ピニオンギア２１はサーボモータ１４よりも低速で回転する。

第３手首用サーボモータ１４の回転は、１組の減速部ＲＧ３を介してピニオンギア２１に伝達される。第３軸線Ｌ３とアタッチメントＡＴの中心軸との距離は小さく、第３手首要素１２には第２手首要素１１ほどの大きな駆動トルクが必要とされない。このため、減速部ＲＧ３が１組であっても、ハイポイドギアセット２０の減速比をそれほど大きくすることなく、第３手首要素１２を所定の駆動トルクで回転できる。例えば、第３減速部ＲＧ３の減速比を１：３〜５に設定し、ハイポイドギアセット１５の減速比を１：１０〜２０に設定することができる。その結果、ハイポイドギアセット１５の減速比を２０以下に抑えることができる。すなわち、ハイポイドギアセット２０の減速比が過大となることを防止でき、伝達効率の低下を防ぐことができる。

図５は、第１手首要素１０を斜め後方から見た斜視図である。図５に示すように、第１手首要素１０（後側カバー１０Ｂ）の後端部には第１軸線Ｌ１に沿って貫通孔４１が開口され、貫通孔４１の後方に、第１手首要素１０の回転を減速するための図示しない減速機構が配置されている。減速機構の出力部には中空孔が形成されており、中空孔に、サーボモータ１３，１４のコネクタに接続する制御ケーブルが挿通される。これにより、第１手首要素１０が第１軸線Ｌ１回りに回転した際のケーブルの捻りが吸収され、断線などのケーブルの損傷を防止することができる。第１手首要素１０には、着脱可能にカバー４２が取り付けられている。カバー４２を取り外すことで、制御ケーブルをサーボモータ１３，１４のコネクタに容易に着脱できる。

なお、例えば図４に示すように、第３手首要素１２に相当するハンドツール３に接続される線条体４を、制御ケーブルに沿わせて配索し、線条体４の端部に設けられたコネクタを第３手首要素１２の手首フランジのコネクタに接続することもできる。これにより、手首要素１０〜１２に沿って配線される線条体４が外部に露出することを防止でき、線条体４の挙動が安定するとともに、干渉半径が小さい線条体４の配線処理構造を実現できる。

図６は、第１手首要素１０の前後ケース１０Ａ，１０Ｂの取付面ＳＡの構成を示す図（図１のVI-VI線断面図）であり、平歯車５２と平歯車５４およびサーボモータ１４の出力軸１４ａと平歯車５６の位置関係を示している。図６に示すように、第２減速部ＲＧ２を構成する小径の平歯車５２は大径の平歯車５４の左方に配置され、第３減速部ＲＧ３を構成する小径の出力軸１４ａは大径の平歯車５６の左方に配置されている。また、平歯車５２および平歯車５４は出力軸１４ａおよび平歯車５６の上方に配置され、平歯車５６の軸線Ｌ２１は平歯車５４の軸線Ｌ１６よりも右方にずれている。

図５、６および後述の図９に示すように、後側ケース１０Ｂの前端部および前側ケース１０Ａの後端部にはそれぞれフランジ部ＦＬが設けられ、一方のフランジ部ＦＬに貫通孔４３ａが開口され、他方のフランジ部ＦＬにねじ孔４３ｂ（雌ねじ部）が形成されている。すなわち、後側ケース１０Ｂの右端部および前側ケース１０Ａの左端部にそれぞれ貫通孔４３ａが開口され、これに対応して前側ケース１０Ａの右端部および後側ケース１０Ｂの左端部にそれぞれねじ孔４３ｂが形成されている。

図５，９に示すように、右側の貫通孔４３ａには後方からボルト４４が挿通し、ボルト４４がねじ孔４３ｂに螺合する。図２，９に示すように、左側の貫通孔４３ａには前方からボルト４５が挿通し、ボルト４５がねじ孔４３ｂに螺合する。これにより後側ケース１０Ｂに前側ケース１０Ａが締結される。貫通孔４３ａの径はボルト４４，４５の径よりも大きいので、ボルト４４，４５と貫通孔４３ａの径方向の隙間分だけ、取付面ＳＡ上に沿って後側ケース１０Ｂに対し前側ケース１０Ａが移動可能となる。

その結果、図６に示すように、例えば矢印Ａ方向に前側ケース１０Ａに対して後側ケース１０Ｂを相対移動することができ、これにより前側ケース１０Ａに支持された平歯車５４と後側ケース１０Ｂに支持された平歯車５２の中心間の距離ΔＬ１および前側ケースΔＬ２に支持されたサーボモータ１４の出力軸１４ａと平歯車５６の中心間の距離ΔＬ２を調整可能となる。このように中心間距離ΔＬ１，ΔＬ２を調整可能とすることで、第２減速部ＲＧ２および第３減速部ＲＧ３におけるバックラッシを低減することができる。ここで、サーボモータ１４の出力軸１４ａおよび平歯車５２，５４，５６の、第１手首要素１０の前後ケース１０Ａ，１０Ｂの取付面ＳＡ内での位置を正確に設置できるよう配慮し、サーボモータ１４の出力軸１４ａおよび平歯車５２，５４，５６の歯車の精度も精度良くすることで、第１手首要素１０の前後ケース１０Ａ，１０Ｂ間の相対位置も精度良く位置決めできるようになり、ロボットのキネマティックスに関する寸法精度も維持することができる。

本実施形態の手首構造１００は、サーボモータ１３，１４の取付位置を個別に調整できる。図７は、第３手首用サーボモータ１４の取付部の構成を示す図であり、図８は、第２手首用サーボモータ１３の取付部の構成を示す図である。

図１，７に示すように、後側ケース１０Ｂにはモータ支持部６１が設けられ、モータ支持部６１の後端部に、第１軸線Ｌ１に垂直な支持面６１ａが形成されている。サーボモータ１４の前端フランジ部には貫通孔６２が開口され、モータ支持部６１には貫通孔６２に対応してねじ孔６３が設けられている。サーボモータ１４は、貫通孔６２を貫通してねじ孔６３に螺合されたボルト６４により、支持面６１ａに取り付けられている。ボルト６４と貫通孔６２との間には径方向の隙間があり、サーボモータ１４はこの隙間分だけ支持面６１ａに沿って移動可能である。これにより、例えば図７の矢印Ａ方向に後側ケース１０Ｂに対しサーボモータ１４を相対移動することができる。その結果、サーボモータ１４の出力軸１４ａと前側ケース１０Ａに支持された平歯車５６の中心間距離ΔＬ２を調整可能となり、第３減速部ＲＧ３におけるバックラッシを低減することができる。

図１，８に示すように、後側ケース１０Ｂには、モータ支持部６１の後方にモータ支持部６６が設けられ、モータ支持部６６の後端部に、第１軸線Ｌ１に垂直な支持面６６ａが形成されている。サーボモータ１３の前端フランジ部には貫通孔６７が開口され、モータ支持部６６には貫通孔６７に対応してねじ孔６８が設けられている。サーボモータ１３は、貫通孔６７を貫通してねじ孔６８に螺合されたボルト６９により支持面６６ａに取り付けられている。ボルト６９と貫通孔６７との間には径方向の隙間があり、サーボモータ１３はこの隙間分だけ支持面６６ａに沿って移動可能である。これにより、例えば図８の矢印Ａ方向に後側ケース１０Ｂに対しサーボモータ１３を相対移動することがでできる。その結果、駆動軸５１に設けられた平歯車５３とサーボモータ１３の出力軸１３ａの中心間距離ΔＬ３を調整可能となり、第１減速部ＲＧ１におけるバックラッシを低減することができる。

図９は、図６の変形例を示す図である。図９では、第１手首要素１０の前後ケース１０Ａ，１０Ｂの取付面ＳＡに、位置決め用ピン７０が設けられている。位置決め用ピン７０は、前後ケース１０にそれぞれ設けられた位置決め孔に隙間なく嵌合し、後側ケース１０Ｂに対し前側ケース１０Ａを位置決めする。このとき、前側ケース１０Ａは取付面ＳＡ上を、位置決め用ピン７０を支点に図の矢印Ａ方向に回動可能である。これにより平歯車５２と平歯車５４の中心間距離ΔＬ１を調整することができ、第２減速部ＲＧ２におけるバックラッシを低減することができる。この場合、平歯車５２，５４の中心間距離ΔＬ１を調整した後、図７に示すようにサーボモータ１４の取付位置を調整することで、サーボモータ１４の出力軸１４ａと平歯車５６の中心間距離ΔＬ２を調整すればよい。またこの場合も、サーボモータ１４の出力軸１４ａおよび平歯車５６の、第１手首要素１０の前後ケース１０Ａ，１０Ｂの取付面ＳＡ内での位置を正確に設置し、サーボモータ１４の出力軸１４ａおよび平歯車５６の歯車の精度を確保することで、第１手首要素１０の前後ケース１０Ａ，１０Ｂ間の相対位置も精度良く位置決めができるようになる。

本実施形態では、ハイポイドギアセット１５，２０の減速比を小さくしているため、減速部ＲＧ１〜ＲＧ３におけるバックラッシの影響が大きくなり、バックラッシによってロボットの動作性能に悪影響を与えるおそれがある。この点、図６〜図９に示すように減速部ＲＧ１〜ＲＧ３の位置調整機能を設けることにより、バックラッシを最小に抑えることができ、ハイポイドギアセット１５，２０の伝達効率を向上しつつ、ロボットの良好な動作性能を得ることができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態の手首構造１００は、第２手首用サーボモータ１３と、第２手首用サーボモータ１３よりも第１手首要素１０の先端側（前側）に配置された第３手首用サーボモータ１４と、サーボモータ１３の動力を第２手首要素１１に伝達する動力伝達部５０と、サーボモータ１４の動力を第３手首要素１２に伝達する動力伝達部５５とを有する。動力伝達部５０は、ハイポイドギアセット１５と、サーボモータ１４の側方に、第１軸線Ｌ１に平行に延設された駆動軸５１と、サーボモータ１３の回転を減速させて駆動軸５１に伝達する第１減速部ＲＧ１と、駆動軸５１の回転を減速させてハイポイドギアセット１５のピニオンギア１６に伝達する第２歯車部ＲＧ２とを有し、動力伝達部５５は、ハイポイドギアセット２０と、サーボモータ１４の回転を減速させてハイポイドギアセット２０のピニオンギア２１に伝達する第３減速部ＲＧ３とを有する。

これによりサーボモータ１３の回転が２組の減速部ＲＧ１、ＲＧ２を介して減速されるので、ハイポイドギアセット１５の減速比をさほど大きくすることなく、第２手首要素１１を高トルクで駆動することができる。一方、サーボモータ１４の回転は１組の減速部ＲＧ３を介して減速されるが、第３手首要素１２は第２手首要素１１ほど大きな駆動トルクを必要としないため、ハイポイドギアセット２０の減速比をそれほど大きくする必要がない。その結果、ハイポイドギアセット１５，２０の減速比を例えば２０以下に設定することができ、ハイポイドギアセット１５，２０の伝達効率を高めることができる。また、サーボモータ１３をサーボモータ１４の後方に配置し、サーボモータ１４の側方に駆動軸５１を配置するので、第１手首要素１０を大型化することなく、第１手首要素１０内に２組の減速部ＲＧ１，ＲＧ２を容易かつ効率よく配置できる。減速部ＲＧ１〜ＲＧ３は平歯車により構成されるので、減速部ＲＧ１〜ＲＧ３の伝達効率を高めることができる。

（２）第１手首要素１０は、サーボモータ１３，１４を収納するとともに、駆動軸５１を回転可能に支持する後側ケース１０Ｂと、後側ケース１０Ｂの先端部に形成された第１軸線Ｌ１に垂直な取付面ＳＡに取り付けられ、ハイポイドギアセット１５，２０を回転可能に支持する前側ケース１０Ａとを有する。これによりサーボモータ１３，１４と駆動軸５１およびハイポイドギアセット１５，２０を第１手首要素１０内に容易に組み立てて配置することができる。第１手首要素１０は前後一対のケース１０Ａ，１０Ｂにより分割されており、第１手首要素１０の分割面（取付面ＳＡ）は１箇所のみであるので、第１手首要素１０の組立性およびシール性が向上する。また、第１手首要素１０は段差部も少なく、外部からの見栄えもよい。

（３）前後のケース１０Ａ，１０Ｂは、貫通孔４３ａを挿通したボルト４４，４５をねじ孔４３ｂに螺合することで締結される（図６）。これにより第１軸線Ｌ１に垂直な取付面ＳＡ上における後側ケース１０Ｂに対する前側ケース１０Ａの位置調整が可能であり、第２減速部ＲＧ２と第３減速部ＲＧ３のバックラッシを容易に低減することができる。

（４）取付面ＳＡに位置決め用ピン７０を嵌合する場合、位置決め用ピン７０を支点にして後側ケース１０Ｂに対し前側ケース１０Ａが回動可能となる（図９）。これにより平歯車５２，５４の位置調整が容易となり、第２減速部ＲＧ２のバックラッシを容易に低減することができる。

（５）第１手首要素１０の後側ケース１０Ｂにモータ支持部６１を設け、サーボモータ１４のフランジ部の貫通孔６２を貫通したボルト６４をモータ支持部６１のねじ孔６３に螺合することで、サーボモータ１４を第１軸線Ｌ１に垂直な支持面６１ａに固定するようにした（図７）。これにより支持面６１ａ上におけるサーボモータ１４の位置調整が可能となり、サーボモータ１４の出力軸１４ａとピニオンギア２１の平歯車５６の中心間距離ΔＬ２を単独で調整できる。したがって、ケース１０Ａ，１０Ｂ同士の位置を調整した後に、中心間距離ΔＬ２を微調整することができ、減速部ＲＧ２、ＲＧ３のバックラッシを容易に低減することができる。

（６）第１手首要素１０の後側ケース１０Ｂにモータ支持部６６を設け、サーボモータ１３のフランジ部の貫通孔６７を貫通したボルト６９をモータ支持部６６のねじ孔６８に螺合することで、サーボモータ１３を第１軸線Ｌ１に垂直な支持面６６ａに固定するようにした（図８）。これにより支持面６６ａ上におけるサーボモータ１３の位置調整が可能となり、減速部ＲＧ１のバックラッシを容易に低減することができる。

（７）第３手首用の動力伝達部５５は、さらに第２手首要素１１に設けられ、第２軸線Ｌ２を中心にしてハイポイドギアセット２０のリングギア２２と一体に回転する傘歯車３１（第１傘歯車）と、第３手首要素１２に設けられ、傘歯車３１に噛合して第３軸線Ｌ３を中心に回転する傘歯車３３（第２傘歯車）とを有し、傘歯車３１の外径を傘歯車３３の外径よりも大きくした。これにより第３手首要素１２は傘歯車３１，３３を介して増速されるため、その分、ハイポイドギアセット１５の回転数を低く抑えることができ、伝達効率を高めることができる。

なお、上記実施形態（図１，２）では、サーボモータ１３の回転を、平歯車５３を介して減速するようにしたが、第２手首用モータ１３の回転を減速させて駆動軸５１に伝達するのであれば、第１減速部の構成はいかなるものでもよい。駆動軸５１の回転を、平歯車５２，５４を介して減速するようにしたが、駆動軸５１の回転を減速させてピニオンギア１６に伝達するのであれば、第２減速部の構成はいかなるものでもよい。サーボモータ１４の回転を、平歯車５６を介して減速するようにしたが、第３手首用モータ１４の回転を減速させてピニオンギア２１に伝達するのであれば、第３減速部の構成はいかなるものでもよい。すなわち、例えば平歯車以外を用いて第１減速部〜第３減速部を構成してもよく、より多くの歯車を組み合わせて第１減速部〜第３減速部を構成してもよい。第２手首用ハイポイドギアセット１５を構成するピニオンギア１６（第２手首用小歯車）とリングギア１７（第２手首用大歯車）の構成、および第３手首用ハイポイドギアセット２０を構成するピニオンギア２１（第３手首用小歯車）とリングギア２２（第３手首用大歯車）の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態（図１，２）では、第１軸線Ｌ１に垂直な取付面ＳＡを介して第１手首要素１０を前側ケース１０Ａと後側ケース１０Ｂとに分割したが、サーボモータ１３，１４を収納するとともに、駆動軸５１を回転可能に支持するのであれば、第１ケース部としての後側ケース１０Ｂの構成はいかなるものでもよく、ハイポイドギアセット１５，２０を回転可能に支持するのであれば、第２ケース部としての前側ケース１０Ａの構成もいかなるものでもよい。上記実施形態（図６，９）では、貫通孔４３ａとボルト４４，４５の間に隙間を設けて、取付面ＳＡ上における後側ケース１０Ｂに対する前側ケース１０Ａの位置を調整するようにしたが、例えば貫通孔４３ａを長穴にしてケース１０Ａ，１０Ｂの相対移動方向を規制するようにしてもよく、ケース位置調整部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態（図７，８）では、第１手首要素１０の内部にモータ支持部６１，６６を設けて第１軸線Ｌ１に垂直な方向のサーボモータ１３，１４の位置を調整するようにしたが、モータ位置調整部の構成はこれに限らない。サーボモータ１３，１４のいずれか一方の位置をモータ位置調整部により調整可能としてもよい。上記実施形態（図３，４）では、溶接トーチ２またはハンドツール３を備えた産業用ロボット１Ａ，１Ｂに手首構造１００を適用する例を説明したが、本発明の手首構造は、シーリングやピッキングなどを行う産業用ロボット等、他の産業用ロボットにも適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１０ 第１手首要素
１０Ａ 前側ケース
１０Ｂ 後側ケース
１１ 第２手首要素
１２ 第３手首要素
１３，１４ サーボモータ
１３ａ，１４ａ 出力軸
１５，２０ ハイポイドギアセット
１６，２１ ピニオンギア
１７，２２ リングギア
１８ａ，２３ａ 貫通孔
４４，４５ ボルト
５０ 第２手首用動力伝達部
５１ 駆動軸
５２，５３ 平歯車
５５ 第３手首用動力伝達部
５６ 平歯車
６１，６６ モータ支持部
６２，６７ 貫通孔
６４，６９ ボルト
７０ 位置決め用ピン
ＲＧ１ 第１減速部
ＲＧ２ 第２減速部
ＲＧ３ 第３減速部
ＳＡ 取付面

Claims (5)

1. 第１軸線方向に延在し、該第１軸線回りに回転可能に設けられた第１手首要素と、
   前記第１手首要素の先端部に第２軸線回りに回転可能に支持された第２手首要素と、
   前記第２手首要素の先端部に第３軸線回りに回転可能に支持された第３手首要素と、
   前記第１手首要素に設けられ、前記第１軸線に平行に延在する出力軸を有する第２手首用モータと、
   前記第１手首要素に設けられ、前記第１軸線に平行に延在する出力軸を有する第３手首用モータと、
   前記第２手首用モータの動力を前記第２手首要素に伝達する第２手首用動力伝達部と、
   前記第３手首用モータの動力を前記第３手首要素に伝達する第３手首用動力伝達部とを備え、
   前記第３手首用モータは、前記第２手首用モータよりも前記第１手首要素の先端側に配置され、
   前記第２手首用動力伝達部は、
   前記第１軸線に平行な軸線を中心にして前記第１手首要素に回転可能に設けられた第２手首用小歯車と、前記第２軸線を中心として前記第１手首要素に回転可能に設けられ、前記第２手首用小歯車に噛合する第２手首用大歯車とを有する第２手首用ハイポイドギアセットと、
   前記第３手首用モータの側方に、前記第１軸線に平行に延設された駆動軸と、
   前記第２手首用モータの回転を減速させて前記駆動軸に伝達する第１減速部と、
   前記駆動軸の回転を減速させて前記第２手首用小歯車に伝達する第２減速部とを有し、
   前記第３手首用動力伝達部は、
   前記第１軸線に平行な軸線を中心にして前記第１手首要素に回転可能に設けられた第３手首用小歯車と、前記第２軸線を中心として前記第１手首要素に回転可能に設けられ、前記第３手首用小歯車に噛合する第３手首用大歯車とを有する第３手首用ハイポイドギアセットと、
   前記第３手首用モータの回転を減速させて前記第３手首用小歯車に伝達する第３減速部とを有し、
   前記第１手首要素は、
   前記第２手首用モータおよび前記第３手首用モータを収納するとともに、前記駆動軸を回転可能に支持する第１ケース部と、
   前記第１ケース部の先端部に形成された前記第１軸線に垂直な取付面に取り付けられ、前記第２手首用ハイポイドギアセットと前記第３手首用ハイポイドギアセットを回転可能に支持する第２ケース部とを有することを特徴とする産業用ロボットの手首構造。
2. 請求項１に記載の産業用ロボットの手首構造において、
   前記第１手首要素は、前記取付面上における前記第１ケース部に対する前記第２ケース部の位置を調整するケース位置調整部を有することを産業用ロボットの手首構造。
3. 請求項２に記載の産業用ロボットの手首構造において、
   前記ケース位置調整部は、前記取付面に嵌合された位置決め用ピンを有し、前記第２ケース部は、前記位置決め用ピンを支点にして前記取付面上を前記第１ケース部に対し相対回転可能であることを特徴とする産業用ロボットの手首構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の産業用ロボットの手首構造において、
   前記第１手首要素は、前記第２手首用モータおよび前記第３手首用モータの少なくとも一方の前記第１ケース部に対する前記第１軸線に垂直な方向の位置を調整するモータ位置調整部を有することを特徴とする産業用ロボットの手首構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の産業用ロボットの手首構造において、
   前記第３手首用動力伝達部は、さらに、
   前記第２手首要素に設けられ、前記第２軸線を中心にして前記第３手首用大歯車と一体に回転する第１傘歯車と、
   前記第３手首要素に設けられ、前記第１傘歯車に噛合して前記第３軸線を中心に回転する第２傘歯車とを有し、
   前記第１傘歯車の外径は前記第２傘歯車の外径よりも大きいことを特徴とする産業用ロボットの手首構造。

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