JPH01177985A - 多関節機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多関節機構に関し、より具体的には工場用のロ
ボット等の多関節機構における其の配管機構の改良に関
する。

（従来の技術） 油圧で駆動される関節型の機械、例えば工場用のロボッ
ト或いはパワーショベルにおいては関節毎に油圧で駆動
されるモータが配置されているが、これらモータに圧油
を送り又使用済みの作動油をタンクに戻すには高圧・低
圧２本の配管が必要である。この場合、一般に各関節で
結ばれたリンクは互いに相対運動をするから、これらの
配管としてはフレキシブルなゴムホースが用いられる。

その−例としては特開昭５７−４８０３９号公報記載の
技術を挙げることが出来る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、斯るフレキシブルホースは第一に高価で
あり、又ホースの両端における継手も大きくなると共に
組立て・保守のための作業スペースを確保しなければな
らないので、機器の設計に際しモータの廻りをコンパク
トに纏めることが出来ない不都合がある。更に、フレキ
シブルホースは整然とした配置をとることが原理上出来
ず、鋼管等を用いた配管に較べて雑然とした感じを与え
ることは避けられない。斯る場合にフレキシブルホース
を必要としない機構にスイーヘル継手と云うものがある
が、これは回転体の表面に回転式のオイルシールを軸方
向に並べて各オイルシール間のスペースを圧力流体の通
路として利用するものであり、この機構を使用すれば関
節部を経由して圧油を伝送するのにフレキシブルホース
を必要としない。

従って、本発明の目的は斯るスイーベル継手を利用する
ことによって最早フレキシブルホースを必要とすること
なく、各関節に高圧流体を送ると共に戻り流体を受は取
ることが出来るコンパクトな機構を提供することにあり
、もってコスト的にも安価であると共に組立て・保守の
作業スペースも減少することが出来、更には体裁におい
ても良好な多関節機構を提供することにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）上記の目的を
達成するために本発明は、各関節に駆動用流体モータを
配置してなる多関節機構において、各関節を接続するア
ーム内に高圧流体を伝達する管路を連通せしめると共に
、該関節位置において前記モータへの供給路を分岐せし
める如く構成した。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。第
１図は本発明に係る多関節機構を概略的に説明する説明
図であり、工場の作業ロボットを例にとって示したもの
である。この作業ロボットは天井部から吊下されており
、３個のアーム（リンク＞１０．２０．２０’を３個の
関節１゜２．３で連結してなると共に、先端にハンド等
の効果器を備える。各関節には前記したスイーベル継手
４が設けられており、油圧源５とクンクロとの間を循環
する油圧は関節及びアーム間を連通する管路７．７°を
通じて伝送される。該管路は一方では連続する次段部に
油圧を圧送すると共に、各関節部で分岐してモータ８に
切換弁９を介して駆動エネルギとして供給するものであ
る。

以下、モータ８に揺動モータを例にとって本発明に係る
多関節機構をより詳細に説明する。第２図は該揺動モー
タ８が前記アーム１０．２０間の関節２に収容された状
態を示す説明断面図であるが、同図においてアーム１０
の上端は揺動モータ８を収納するケーシング１１に連結
しており、このケーシング１１とカバー１２とで形づく
られた空間内に揺動モータ８が其の出力軸１３を回転自
在に軸受される形で収容される。出力軸１３の同図にお
いて右端側にはスプライン１４が刻設されており、この
スプラインＩ４を介して其の出力トルクは他方のアーム
２０に伝達される。

他方のアーム２０の下端はヨーク形状となっており、同
図において左側のヨーク２１は軸受２２でカバー１２と
回転自在に結合され、右側のヨーク２３の内部には油路
２４，２５が形成されると共に、前記出力軸１３に継手
２６を介して該出力軸を抱擁する如く連結される。継手
２６は前記したトルクを伝達すべく、スプライン１４と
噛合しつつヨーク２３に複数のボルト２７を介して固定
されている。ヨーク２１とヨーク２３とは、第３図一部
切欠左側面図及び第４図右側面図並びに第５図断面図に
示す如く、ヨーク本体２１ａ、２３ａとキャップ２１ｂ
、２３ｂとで構成されており、それぞれポル）２１ｃ、
２３ｃで固定されている。又、第４図に示す如く、継手
２６はスリ割りとなっており、スプライン１４が嵌めら
れた後ボルト２３ｄで締め上げられてスプラインのガタ
を取り除く如く構成される。尚、ヨーク２１には軸受２
２を固定するための座金２８が皿ビス２９で添設されて
いる。

第２図に再び戻ると、同図左側においてカバー１２にも
前記軸受２２の軸方向の移動を規制するモータフランジ
１５がボルト１６を介して取り付けられる。該モータフ
ランジ１５は、後述する様に制御ＢＤＣモータのケーシ
ング１００と一体に成形される。尚、揺動モータの移動
角を検出するために、ポテンショメータ（図示せず）が
アーム２０側の適宜位置に設けられており、該メータに
移動角を伝達するためにタイミングベルト１７及び該ベ
ルトを掛けるためのベルトプーリ１８が設けられる。

前記した揺動モータ８の出力軸１３はケーシング１１に
設けられた第２の軸受３０と、カバー１２に設けられた
第３の軸受３１によって回転自在に支承される。該出力
軸１３の右半分（第２図において）には油路を構成する
ためのセンターシャフト３２が圧入されると共に、左半
分には回転弁を構成するスリーブ３３が圧入される。こ
のスリーブ３３を取り囲む形で２本の環状溝３４．３５
が設けられる。

出力軸１３において第２及び第３の軸受３０．３１で挾
まれた部分は比較的径大に構成されて回転ピストン３６
を形成しており、このピストン３６を挟持する形で前記
カバー１２と側板６０とが組み込まれる。回転ピストン
３６の形状は第６図に良く示される如く其の上部が扇型
になっており、該回転ピストン部には出力軸１３と平行
に開けられた小孔３７と、該小孔から半径方向に外方に
延出する幅一定の２群の溝３８．３９が穿設される。こ
れら溝群３８．３９には摺動自在にべ一７４０がそれぞ
れ挿入される。而して、−群の溝３８はピストン３６の
側面に穿設された油路（溝）４１を介して該ピストンで
区画される作動室の一つ４２に、又他方の溝群３９は同
じくピストン３６の側面に形成された溝４３を介して別
の作動室４４に夫々液圧的に連通される。油圧が発生す
る以前の状態においてもベーン４０が図示位置に正常に
保持される様に、各ベーンにはリーフスプリング４６が
用意され、ベーンに初期張力を与えている（第２図）。

又、シリンダ４５内の下方位置には固定子４８が設けら
れ、該固定子４８は複数個の第２のベーン４７を摺動自
在に其の中に収納する。尚、固定子４８は揺動モータの
作動に際してピストンの反力を受けるので、その廻り止
めのためにカバー１２からピン４９が突出して固定子側
に穿設される孔内に挿入される。更に、側板６０が揺動
モータの回動につられて従動するｒつれ回り」を防止す
るために、固定子４８と側板６０との間にも比較的小径
の第２のピン５０が設けられる。

側板６０の作動室と反対側の裏面側には第２図及び第７
図に示される如く、深さ一定の溝６１が穿設されており
、そこにゴム類のシール部材６２が嵌装される。シール
部材６２は第７図に良く示す如く、一体に成形された大
略半円形状であって其の周縁部に゛は８個の窓が開けら
れると共に其の中央部に環状孔が形成され、更に其の下
部は切り欠かれてシール外領域とする構成とされ、それ
によって複数個の圧力室６３．６４，６５，６６．６７
．６８，６９．７０．７１．７２を形成する。又、各室
には側板６０の表裏を連通ずる細孔７３が穿設される。

尚、この連通孔７３は各室の上部位置、即ちアーム１０
，２０に組み立てた状態で垂直方向において上方の位置
に形成され、後述の如く其処を流通する圧油の空気抜き
を促進させる。又、細孔７３の直径は、前述のピストン
側のベーン４０の厚みよりも小さく形成する。

再び第２図に戻ると、符号８０は油圧切換弁を示してお
り、該弁は前述のスリーブ３３と共同して回転弁を構成
する。この油圧切換弁８０は良く知られたものであるが
、第８図に示す如くスリーブ３３内に回転自在に収容さ
れ、スリーブ３３との相対回転変位に基づいて作動室４
２．４４の一方を油圧源（図示せず）に、他方をタンク
（図示せず）に切り換え接続して揺動モータを駆動制御
する。該弁は形式上は４方向切換弁の一種であるが、本
発明の要旨は該弁自体にはないので、これ以上の説明を
省略する。油圧切換弁８０に所定の変位角を与えるため
に制御用のＤＣモータ８１が設けられ、該ＤＣモータ８
１は第２図に示す如くモータフランジ１５と一体に形成
されたケーシング１００内に収容される。該ＤＣモータ
の出力軸８３からは半径方向にピン８２が突出しており
、切換弁８０側に穿設された溝８４内に挿入される（第
８図に良く示す）。ＤＣモータ８１に隣接して其の回転
角度を検出するロークリエンコーダ８５が設けられると
共に、必要に応じ減速機が組み合わされる（図示せず）
、切換弁８０の出力たる切換圧は弁の回転位置に応じて
スリーブ３３の開口部、３３ａ又は３３ｂを出た後、ピ
ストン３６内に其の半径方向に穿設された２本の油路８
６゜８７を介して其の開口部８６ａ、８７ａから作動室
４４又は４２に供給される。尚、油路開口部８６ａ、８
７ａは第６図に良く示す如（，３個づつ並列されるベー
ンの中で最も外側のベーンの出来る限り近傍で且つ其の
外側に位置させられ、タンク接続時（戻り時）の空気の
残留量を最小にしている。

而して、本発明の特徴は斯る多関節機構の配管機構にあ
るが、その点に付いて以下説明すると、該切換弁８０を
通じて作動室に油圧源５から圧油を供給する乃至不要と
なった圧油をタンク６に戻すために、アーム１０及び２
０の内部には２本の油路が設けられる。即ち、アーム１
０内には前記した管路たる２本のパイプ９０．９１がシ
ール用の０−リング９２を装着されて差し込まれており
、第２図では此れ等２本のパイプが重なり合って見える
が、図において手前側のパイプ９１が往路用であり、背
部側のパイプ９０が帰還路用である。而して、矢印で示
す如く、往路用のパイプ９１を経て同図下方より供給さ
れて来た圧油は、ケーシング１１に穿設された孔９３を
介して前述のセンタシャフト３２の軸芯に導かれており
、この軸芯を通って切換弁８０の高圧ポートに供給され
る（尚、第２図では油路８７側が高圧ポート、油路８６
側が低圧ポートとなる弁位置を示している）。又、戻り
側の圧油は矢印で示す如（、該センタシャフト３２の外
側に設けられた油路９４を通って一度環状溝９５に集め
られ、そこからケーシング１１に穿設された第２の孔（
油路）９６を介して帰還用のパイプ９０に導かれる。往
路用のパイプ９１は油圧源５に、帰還用のパイプ９０は
タンク６に接続される。尚、出力軸１３上にはシール１
１０，１１２，１１４からなる前記したスイーベル継手
４が形成され、関節部を経由して圧油を伝送することを
可能としている。従って、第５図に示した如く、ヨーク
２３においてセンタシャフト３２の軸芯からの圧油は左
側（同図において）の油路２４を経て次の関節の揺動モ
ータ（図示せず）へ圧油を供給するために送り出され、
又その関節からの帰還油は油路２５を経て送り返されて
来、この帰還油もセンタシャフト３２の外側に設けられ
た環状溝９５を介して前記油路９６に集合させられてタ
ンク６に戻される（第９図）。尚、第５図に示される様
に出力軸１３の面上には次の関節に送られる圧油が帰還
路側へ漏れることがないように適切なシール材９７が設
けられる。又、第２図の上方に示す如く、アーム２０側
にも第２組のパイプ９０°、９１′とが設けられて第１
図に示した如き多関節機構を構成するものである。尚、
アーム２０内に下半分が見える２本のパイプは図示位置
に保持出来る様に盲栓のネジ乃至バネで上向きの力を与
えられており、その上部はアーム１０に見る様に相手方
に設けられた孔に挿入される。又、第２図において符号
９３ａ及び２４ａ　（２５ａ）は油路の開口端を閉塞す
る栓を示す続いて、本発明に係る多関節機構の動作を説
明する。

ＤＣモータ８１が制御装置（図示せず）から指令を受け
て其の出力軸８３を回動させると、切換弁８０も相対変
位して油路を切り換えて作動室４２．４４の一方を油圧
源５に、他方をタンク６に接続する。その結果、ピスト
ン３６の左右に圧力差が生じて揺動モータは液圧的に駆
動させられ、その出力軸１３は所定の方向に回動する。

その回動力はスプライン１４を介して２つのアーム１０
．２０間に曲げモーメントを生ずるので、２つのアーム
は互いに揺動モータを軸として関節運動を行う。このと
き側板６０のピストン３６とは反対側の裏面にバランス
用の圧力室６４乃至７１を設けて夫々細孔７３で作動室
側と連通させる如（構成しているのでピストン３６が移
動して順次ベーン４０が８個の細孔７３を通過するに伴
って作動室の圧力がバランス用の圧力室にも導かれ、バ
ランス圧力の作用する有効受圧面積をストロークと共に
増大させて側板６０にかかる変形力を僅少化している。

上記の如く、油圧モータを各関節に配置してなる多関節
機構において、その出力軸をスイーベル軸とし、且つ其
の軸内で作動油の流れを分岐し一方の分岐路を次の関節
のために用い、他方の分岐路を其の関節のモータの駆動
に用いることで極めてコンパクトに配管の処理が行え、
且つ各関節に送る管路をアーム内に埋設したから外観形
状がスリムになって外傷に弱いフレキシブルホースを用
いる場合に比してシステムの安全性を著しく高めること
か出来る。

尚、上記実施例では作動流体に油圧を用いたが、これに
限らず空気圧でも良く（その場合には戻り側の配管が不
要となって本発明の実施が一層容易となる）、更にパイ
プ９０．９１の固定方法としてＯ−リングを用いた分解
組立可能なものを例示したが、これもヨーク乃至ケーシ
ングに直接ロー付けして半永久的に固定しても良いもの
である。又、本実施例に示す揺動モータも此れに限定す
るものではなく、他の流体モータ、例えばアキシャル・
ピストン・モータでも良いことは云うまでもない。

（発明の効果） 本発明は各関節に駆動用流体モータを配置してなる多関
節機構において各関節を接続するアーム内に高圧流体を
伝達する管路を連通せしめると共に該関節位置において
前記モータへの供給路を分岐せしめる如く構成したので
、フレキシブルホースを最早使用することがないことか
ら構造がコンパクトになる利点に加えて、機器の設計自
由度が増して組立て・保守時の作業スペースを低減する
ことが出来ると共に、体裁も良い利点を備える

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多関節機構を概略的に示す説明図
、第２図は其の機構の要部を示す説明断面図、第３図は
第２図の一部切欠左側面図、第４図は第２図の左側面図
、第５図は第２図Ｖ−Ｖ線断面図、第６図は第２図Ｖｌ
−Ｖｌ線断面図、第７図は側板の裏面図、第８図は揺動
モータ出力軸内に挿入されたスリーブと油圧切換弁を示
す説明斜視図及び第９図はスリーブの説明斜視図である
。 １．２．３・・・関節、４スイ一ベル継手（シール１１
０，１１２，１１４）、５・・・油圧源、６・・・タン
ク、７．７１・・・管路（パイプ９０．９１．９０’、
９１　’）、８・　・　・モータ、９・・・切換弁（油
圧切換弁８０）、１０，２０．２０′・・・アーム（リ
ンク）、１１・・・ケーシング、１２・・・カバー、１
３・・・揺動モータ出力軸、１４・・・スプライン、１
５・・・モータフランジ、２１．２３・・・ヨーク、２
４．２５・・・油路、２６・・・継手、２２，３０．３
１・・・軸受、３２・・・センタシャフト、３３・・・
スリーブ、３４．３５・・・環状溝、３６・・・ピスト
ン、３７・・・小孔、３８，３９・・・溝、４０．４７
・・・ベーン、４２．４４・・・作動室、４１．４３・
・・溝、４５・・・シリンダ、４８・・・固定子、６０
・・・側板、６１・・・溝、６２・・・シール部材、６
３゜６４．６５，６６．６７．６８，６９，７０，７１
．７２・・・圧力室、７３・・・細孔、８０・・・油圧
切換弁、８１・・・ＤＣモータ、８３・・・ＤＣモータ
出力軸、８６．８７・・・油路、９０．９１．９０’、
９１’　・・・パイプ、９３・・・孔、９４・・・油路
、９５・・・環状孔、９６・・・孔、１１０，１１２，
１１４・・・シール 第１図 第３図 第４図 第５図 手続（甫正書（自発） 平成元年　３月２８日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １、　事件の表示 昭和６２年特許願第３３２７２４号 ２、発明の名称 多関節機構 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京都港区南青山２丁目１番１号本シダ　　ギ
ケーコウギ讐つ 名　称　本田技研工業株式会社 タ　　　メ　　　フグ　　Ｉ 代表者久米是志 ４、代理人 ◎１６２電話０３　（２３５）　４５３７住　所　東京
都新宿区市谷本村町３番地２５号６、補正の対象 （１）明細占の発明の詳細な説明の欄 （２）図面の第１図 ■明細書第４頁第３行の「天井部から吊下されており」
を「天井部から吊下されており（図においてけられてお
り（関節１についてのみ示す）Ｊと補正する。 （２）図面の第１図を別紙の通り補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各関節に駆動用流体モータを配置してなる多関節機構に
   おいて、各関節を接続するアーム内に高圧流体を伝達す
   る管路を連通せしめると共に、該関節位置において前記
   モータへの供給路を分岐せしめたことを特徴とする多関
   節機構。