JPH01228789A - ロボット関節部のエンコーダ取付構造 - 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、産業用ロボットの関節部における改良に関し
、特にロボット関節部の相対回転部の間に介挿されて相
対回転による回転量や回転位置の信号を発生するエンコ
ーダ装置の取付構造における改良に関する。

〔従来技術〕

産業用ロボットにおいて、ロボット関節部にエンコーダ
装置を取付けた構造は既に種々、提供されている。例え
ば、水平多関節型ロボ・ノドにおける第１のロボット腕
と第２のロボット腕との間ではロボット作用に応じて相
対回転が生ずる。そして、この相対回転角度量をエンコ
ーダ装置により検出し、その検出結果をロボット制御装
置にフィードバンクすることにより、両腕の動作制御が
行われる。この場合に、コード板要素と発光・受光器要
素とを具備して構成されるエンコーダを該ロボット関節
部に取付ける構造として、従来から用いられていた構造
は、エンコーダ装置の固定側要素をロボット関節部の相
対回転する一方の腕、例えば、第１のロボット腕に固定
し、エンコーダ装置の回転側要素を第２のロボット腕に
カップリング機構を介して結合する構造が採用されてい
る。

〔発明が解決すべき課題〕

然しなから、従来用いられた上記のカップリング機構は
、ギアカップリング、オルダムカップリング、ベローズ
カップリングであり、前２者の場合にはバンクラッシュ
を回避することができず、エンコーダ装置による高精度
の回転角度量検出には適さず、また、後者のカップリン
グでは、バックラッシュの除去と偏心、偏角の吸収は可
能であるが、ベローズの構造上から軸方向に長さを有す
ることになり、それだけ余分なスペースを確保しなけれ
ばならない不利がある。依って、本発明の目的は、これ
らの従来の問題点、不利を解消し得るカンプリング手段
を創作して、ロボット関節部におけるエンコーダ装置の
取付は構造を改善せんとするものである。また、本発明
の他の目的は、カップリング手段を単一の板状部材化し
てロボット関節部におけるエンコーダ装置の取付けに要
するスペースを縮小化すると共に比較的に安価に製造加
工が可能なカップリング手段を提供することにある。

〔解決手段と作用〕

すなわち、本発明に依れば、コード板と発光・受光器と
を有して成るエンコーダをロボットの関節部の相対回転
部材間に介挿するロボット関節部のエンコーダ取付構造
において、前記ロボット関節部の相対回転部材の一方の
部材に、前記コード板部分又は発光・受光器の一方のエ
ンコーダ要素をカップリングを介して取付け、かつ、そ
の他方を前記相対回転部材における他方の部材に結合し
、前記カップリングは、中間剛板に対して一平面内で直
交配置により節結合された第１、第２の二組の平行リン
ク部を有して構成され、第１の組の平行リンク部が前記
ロボット関節部の一方の相対回転部材に結合され、第２
の組の平行リンク部がエンコーダ要素に結合された構成
を具備したロボット関節部のエンコーダ取付構造を提供
して、上記の課題を解決するものである。ここで、上述
の中間剛板と第１、第２の平行リンク部を有して成るカ
ンプリングは、前記平面内において変位剛性を有する一
つの板状体から形成されているものである。以下、本発
明を添付図面に示す実施例に基づいて、更に詳細に説明
する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係るロボット関節部のエンコーダ取
付構造を、水平多関節ロボットの２つのロボット腕間の
関節部に設けた実施例の略示断面図、第２図は、同実施
例におけるエンコーダとカップリングとを取出し図示し
た斜視図、第３図は同カップリングの拡大平面図、第４
図は本発明に係るロボット関節部のエンコーダ取付構造
を有した水平多関節ロボットの１例の外観斜視図、第５
図はカンプリングを構成する中間剛板と２組の平行リン
ク部との作用原理を説明する略示機構図である。また、
第６図と第７図とは従来のロボット関節部におけるエン
コーダ取付構造を説明する略示断面図である。

先ず、第６図を参照すると、水平多関節型ロボットのダ
イレクト駆動型関節部におけるエンコーダ取付構造例を
示しており、第１のロボット腕１０と第２のロボット腕
１２とが軸受１３を介して枢着された関節部には、中空
形のダイレクト・ドライブ・モータから成る関節駆動モ
ータ１４が設けられ、同関節駆動モータ１４のステータ
１４ａは、上記第１のロボット腕ｌＯに固定され、ロー
タ１４ｂは、上記第２のロータ腕１２に固定されている
。ここで、両口ボット腕１０，１２の相対回転角度を検
出するためのエンコーダ１６の固定要素が第１のロボッ
ト腕１０に取付けられ、同エンコーダ１６の回転要素が
カンプリング機構Ａと軸１８を介して第２のロボット腕
１２に結合されている。このカップリング機構Ａが既述
のオルダムカップリングで構成されている場合には、同
第６図に拡大図示のように、３つのカップリング要素２
０ａ、２０ｂ、２０ｃから構成される。

このオルダムカップリングでは、凹溝と突起部との係合
部にバンクラッシュを生じ、このバックラッシュを原因
にしてエンコーダ１６が、必ずしも第１０ボツト腕１０
、第２０ボツト腕１２間の相対回転角度を高精度に検出
し得ないのである。

第７図は他の従来例として、水平多関節形ロボットの関
節部が駆動モータとベルト・ブーり機構から成る駆動機
構を具備した第１、第２の水平ロボット腕１０°、１２
°間の関節部にエンコーダ１６を取付ける構造を示して
おり、第１のロボット腕１０゛内に設けた駆動モータ１
１からベルト・プーリ機構１３、減速装置１５を経由し
て第２のロボット腕１２を回転駆動するもので、このと
き、第１のロボット腕１０゛に結合されたエンコーダ１
６の固定要素に対し、同エンコーダ１６の回転要素はカ
ップリングＢを介して上記減速装置１５に結合した構成
として、両口ボット腕１０’　、１２”間の相対回転を
エンコーダ１６で検出するものである。この場合に、カ
ップリングＢは、ベローズカップリング２２として形成
された例を拡大図示している。この場合には、既述のよ
うに偏心、偏角を同ベローズカップリング２２により吸
収することが可能であるが、複数襞のベローズを配置す
る必要から、軸方向に長くなり、それに伴って、スペー
スの確保のため、関節部が大きくなる不利を回避できな
いのである。

本発明は、上述した不利を解消し得るエンコーダ取付構
造を提供するものである。

第１図を参照すると、本発明のエンコーダ取付構造を水
平多関節ロボットの２つのロボット腕間の関節部に゛適
用した構造が示されており、ロボット第１腕３０はロボ
ット第゛２腕３２とが回転軸受３４を介してＵ軸回りに
相対回転可能に枢着されている。本実施例はダイレクト
駆動型のロボット関節構造を有し、従って、ダイレクト
・ドライブ・モータ３６の環状ステータ３６ａが、第１
のロボット腕３０に取付けられており、他方、同ダイレ
クト・ドライブ・モータ３６の環状ロータ３６ｂが第２
のロボット腕３２にブラケット３８を介して取付けられ
ている。第２０ボツト腕３２の内部にはロボット手首機
構（図示なし）を駆動する駆動源モータＭ（手首に２つ
の動作自由度があるときには２つの駆動源モータが並設
される）と、回転伝達用のベルト・プーリ機構３３とが
設けられている。ここで、両口ボット腕３０，３２の相
対回転角度量を検出するエンコーダ４０は、コード板４
２が固定装着された中空軸部材４６と、周知の発光素子
及び受光素子をそなえた発光・受光器４４が固定装着さ
れたフランジ部材４８とを有して構成され、両者は回転
軸受５０を介して互いに相対回転可能に設けられている
。又、カバー５２が被着されている。そして、このエン
コーダ４０のコード板４２を有した中空軸部材４６はそ
の上端４６ａ　（第２図）が適宜の固着結合方法、例え
ば、締りばめ嵌合、ねじ結合、接着結合等の結合方法に
よって、第２０ボツト腕３２の後端に形成された結合孔
部のフランジ３２ａに固定されている。他方、エンコー
ダ４０の発光・受光器４４が固定装着されたフランジ部
材４８は、カップリング５６を介して第１のロボット腕
３０の先端に形成されたフランジ部３０ａの下端に結合
されている。つまり、第１、第２のロボット腕３０．３
２の相対回転は、エンコーダ４０のコード板４２を有し
た中空軸部材４６と発光・受光器４４を有したフランジ
部材４８との間に対応した相対回転を生起し、故に両口
ボット腕３０．３２間の相対回転角度をエンコーダ４０
は検出することができるのである。しかも、本発明によ
れば、第１ロボット腕３０と第２０ボツト腕３２とが枢
着され関節部において、両腕の軸心の機械的な不一致、
つまり、偏心、偏角等が生じていてもこれらを吸収し、
かつ、所謂、バックラッシュを伴うことなく、更には、
腕の組み立てにおけるＵ軸々線方向の位置誤差をも吸収
して、両口ボット腕３０．３２の相対回転を１対１の関
係でエンコーダ４０側に再現させるために、上記カップ
リング５６は後述する平行リンク機構を内蔵した構造に
形成されているのである。なお、第１図においては、エ
ンコーダ４０が中空軸部材４６を中心部に具備した構造
であることから、第１０ボツト腕３０側から第２０ボツ
ト腕側３２に向けて信号線や作動流体の配管類を挿通さ
せ得る用になっており、従って、図示されていないロボ
ット手首に対する作動電力、電気信号、圧力空気等の作
動流体等を供給することができるように成っている。

さて、第２図を参照すると、エンコーダ４０と共にカン
プリング５６の立体的構造が図示されている。同第２図
において、カップリング５６は、１個の板状部材として
形成され、エンコーダ４０のフランジ部材４８の下面に
ねじ結合等で結合される１組みの平行リンク部分５８ａ
、５８ａと、第１０ボツト腕３０のフランジ部３０ａの
下端に矢印方向に結合される他の１組の平行リンク部分
６０ａ、６０ａと、これら２組の平行リンク部分５８ａ
、５８ａ及び６０ａ、６０ａが一平面内で直交する方向
に配設されるように両者間に介在する中央空洞の中間剛
板部６２とを備えて構成されている。このとき、両組の
平行リンク５８ａ、５８ａ及び６０ａ、６０ａの夫々は
、中間剛板部６２の平面に対して外側に一体と成って弾
性的な撓み変位は容易に行うが平面内においては、リン
ク部と中間剛板部６２との間に設けた特定なリンク節に
おける変位のみが許容され、両リンク部５８ａ、５８ａ
及び６０ａ、６０ａを一体に平面内で捩れ変位させる外
力に対しては大きな剛性を発揮する。つまり、第１０ボ
ツト腕３０のフランジ部３０ａの変位とエンコーダ４０
のフランジ部材４８との一体結合度を保持しながら、第
１０ボツト腕３０と第２０ボツト腕３２の関節部におけ
る偏心、偏角、軸方向の位置誤差を吸収してエンコーダ
４０のコード板４２を有した中空軸部材４６と発光・受
光器４４を有したフランジ部材・４８とを軸受５０によ
り円滑に相対回転し得る同心位置に維持せしめ得るので
ある。なお、板状構造を有したこのカップリング５Ｇは
、弾性力に冨む鋼材として知られるリンセイ銅鋼板、ス
テンレス鋼板等を用いて打ち抜き法により形成すること
ができる。このとき、平面内での剛性を維持するため、
板材の厚さは適宜選定して適当な厚みを保有せしめるよ
うにする。

ここで、第３図は上記カップリング５６の平面図であり
、中間剛板６２に対して各組みの平行リンク５８ａ、５
８ａ及び６０ａ、６０ａにおける各リンクが板素材を切
り欠いて狭小部構造にした節部分６４を２つ有しており
、このようにリンク節６４を設けることにより、上述し
た偏心、偏角、軸方向位置誤差の吸収を行い、且つ平面
内剛性により、バックラッシュを伴うことなく、動作伝
達を行い得るカップリング装置を構成するのである。

孔６６は、ねじ結合に利用されるねじ挿通孔である。な
お、中間剛板６２は剛性を高めるために６２３で示すよ
うに開放部を閉じた構造としても良い。第５図は、この
カップリング５６の平行リンク構造を原理的に示した図
で、上述したリンク節６４を有した２組の平行リンク５
８ａ、５８ａ及び６０ａ、６０ａが中間剛板６２に結合
されると共に２つの部材３０ａと４８との間をカップリ
ングしており、部材３０ａに対して部材４８は捩れなく
任意の位置をとることが可能となる。つまり、偏心を吸
収できるのである。同時に、各リンク要素が適宜の厚さ
により剛性を有しかつ、中間剛板６２に直交配置で結合
されていることから平面内で充分な剛性を発揮して部材
３０ａと４８との一体性を確保し、しかも、面外への弾
性撓み変位は許容されて偏角と軸方向位置誤差の吸収を
行い得るのである。

第４図は、上述したエンコーダの取付構造を備えたロボ
ット関節部が第１、第２のロボット腕３°０．３２間に
設けられた水平多関節腕型の産業用ロボットの全体の外
観例であり、第１の腕３０は旋回胴７０の頂部に装着さ
れて、該旋回胴７０と共に基台７２に対してθ軸回りに
旋回可能に形成され、このｅ軸回りの旋回はダイレクト
・ドライブ・モータ７４によって駆動される。第２０ボ
ツト腕３２の先端にはロボット手首７６がα軸回りの旋
回とＺ軸方向（上下方向）の動作とが可能に設けられ、
これらの旋回と直線動作とは２つの駆動モータＭ＋、Ｍ
ｚとにより生起される構成にある。そして、両口ボット
腕３０．３２の関節部にエンコーダ４０が取付けられて
いるのである。

以上の実施例の説明は、産業用ロボットにおける水平腕
と他の水平腕とが枢着された関節部にエンコーダを取付
ける構造について説明したが、水平腕以外の多関節腕を
有した産業用ロボットに対しても同じ構造でエンコーダ
を取付けることが可能なことは言うまでもない。また、
ロボット腕の関節部のみならず、旋回胴と基台との間に
エンコーダを介挿する場合やロボット手首内にエンコー
ダを取付るときにも同様の平行リンク型カップリングを
介在してエンコーダを取付けることが可能なことも容易
に理解できよう。そして、本発明に係るカップリングは
上述のように、板状構造を有していることから、従来の
オルダムカップリングやベローズカップリングに対比し
て長さ寸法を充分に縮小化しており、故に、エンコーダ
をロボット関節部に取付けるスペースの確保が極めて容
易になるのである。また、−枚の板構造であるカップリ
ングは、製造加工も容易であり、エンコーダ装置のコス
ト低減にも寄与することができる。

〔発明の効果〕

以上の実施例に基づく説明から明らかなように、本発明
によれば、ロボット関節部にエンコーダを取付ける構造
において、１つの板状カンプリングを用いることで、関
節部の相対回転部材間における偏心、偏角、軸方向の位
置誤差を吸収し、またバックラッシュを除去してエンコ
ーダにおいて１対ｌの相対回転角度変位を高精度に再現
させ得るから、ロボット関節部における回転角度量の検
出精度が向上し、以てロボット関節部における制御精度
の向上を達成できる。また、上述のようにロボｙ　）関
節部におけるエンコーダ取付構造に要するスペースを充
分に節減して関節部の小型化を図ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るロボット関節部のエンコーダ取
付構造を水平多関節ロボットの２つのロボット腕間の関
節部に設けた実施例の略示断面図、第２図は、同実施例
におけるエンコーダとカップリングとを取り出し図示し
た斜視図、第３図は同カップリングの拡大平面図、第４
図は本発明に係るロボット関節部のエンコーダ取付構造
を有した水平多関節ロボットの１例を示した外観斜視図
、第５図はカップリングを構成する中間剛板と二組の平
行リンク部との作用原理を説明する略示機構図、第６図
と第７図とは従来のロボット関節部におけるエンコーダ
取付構造を説明する略示断面図。 ３０・・第１のロボット腕、３２・・第２のロボット腕
、４０・・エンコーダ、４２・・コード板、４４・・発
光・受光器、４６・・中空軸部材、４８・・フランジ部
材、５６・・カップリング、５８ａ、６０ａ・・平行リ
ンク部、６２・・中間剛板、６４・・節。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コード板と発光・受光器とを有して成るエンコーダ
   をロボットの関節部の相対回転部材間に介挿するロボッ
   ト関節部のエンコーダ取付構造において、前記ロボット
   関節部の相対回転部材の一方の部材に、前記コード板部
   分又は発光・受光器の一方のエンコーダ要素をカップリ
   ングを介して取付け、かつ、その他方を前記相対回転部
   材における他方の部材に結合し、前記カップリングは、
   中間剛板に対して一平面内で直交配置により節結合され
   た第１、第２の二組の平行リンク部を有して構成され、
   第１の組の平行リンク部が前記ロボット関節部の一方の
   相対回転部材に結合され、第２の組の平行リンク部がエ
   ンコーダ要素に結合された構成を具備したことを特徴と
   するロボット関節部のエンコーダ取付構造。 ２、前記中間剛板と前記第１、第２の平行リンク部を有
   して成るカップリングは、前記平面内において変位剛性
   を有する一つの板状体から形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲１、に記載のロボット関節部のエン
   コーダ取付構造。 ３、前記カップリングの中間剛板に節結合された前記第
   １、第２の二組の平行リンク部の該節部分は、前記板状
   体に形成された切り欠き狭小部によって形成されている
   特許請求の範囲２、に記載のロボット関節部のエンコー
   ダ取付構造。