JPH04141390A - 産業用ロボットの手首装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、産業用ロボットの手首装置の改良に関する。

（従来の技術） いわゆる垂直多関節型と呼ばれる６自由度のロボットは
、回転軸の組み合わせで空間での手先の位置と姿勢を決
めることができる。この６自由度の内の３自由度で空間
の位置を決め、残りの３自由度は姿勢を決めるようにな
っている。そして、このような姿勢を決める３自由度が
人の手首の動きに相当するところの３自由度と同様とな
っている。

従来の産業用ロボットの手首駆動装置を、第５図および
第６図に示す。

はじめ、第５図のものから説明すると、１はア−ムケー
ス２内に収容される第１の駆動モータであり、この回転
軸には減速機３が連結され、さらにその出力を手首基端
部４を構成する手首ひねり軸ρａにしている。この手首
基端部４の手首ひねり軸１ａには、手首部５が連結され
る。上記手首部５は、第２の駆動モータ６と、この回転
軸に連結される減速機７などからなり、その出力を手首
曲げ軸ρｂにしている。この手首曲げ軸ｐｂには、第３
の駆動モータ８と、この回転軸に連結される減速機９な
どが設けられ、その出力を手先回転軸ρＣにして手先部
１０を構成している。

したがって、第１の駆動モータ１を駆動することにより
、第２および第３の駆動モータ６６８を支持した状態で
手首部５全体が回転駆動され、いわゆる手首ひねり動作
がなされる。上記第２の駆動モータ６を駆動すれば、手
首部５が旋回駆動され、いわゆる手首曲げ動作がなされ
る。上記第３の駆動モータ７を駆動すれば、手先部１０
が駆動され、いわゆる手先ひねり動作がなされるように
なっている。

第６図のものは、図示しないアームケース内に第１２第
２．第３の駆動モータ２０　２１　２２が同一方向に平
行に並べた状態で収容される。上記第１の駆動モータ２
０は、一対のプ〜す２３゜２３とベルト２４を介してア
ームケースの中心軸に沿って回転自在に枢支される輔シ
ャフ）・２５の一端部と連結される。この輔シャフ（・
２５の他端部は、手首部２６に収容される複数のギヤの
組合わせからなる手先駆動機構２７を介して、その端部
に設けられるハーモニック減速機２７ａに連結される。

すなわち、手首部２６先端に構成される手先部２８の手
先回転軸ｆｌｃに出力されるようになっている。また、
上記第２の駆動モータ２］は、上記輔シャフト２５と同
心で、かつこれよりも直径が大である中間パイプ２つの
一端部に、一対のプーリ３０．３１およびベルト３２を
介して連結される。上記中間パイプ２９の他端部には、
上記手首部２６内に収容される複数のギヤの組合ゎせか
らなる手首曲げ機構３３を介してハーモニック減速機３
４か連結される。すなわち、手首部２６の側方に出力す
る手首曲げ軸ρｂに出力するようになっている。上記第
３の駆動モータ２２は、上記中間パイプ２９と同心で、
かつこれより直径の大なる外側パイプ３５の一端部と減
速機３６および一対のギヤ３７．３８を介して連結され
る。この外側パイプ３５の他端部は、手首部ケース３つ
と連結される。すなわち、外側パイプ３５の軸芯である
手首ひねり軸ｇａに出力するようになっている。

したがって、第１の駆動モータ２０は手先回転軸ρＣに
出力し、第２の駆動モータ２１は手首曲げ軸ｇｂに出力
し、第３の駆動モータ２２は手首ひねり軸Ｊ７ａに出力
することになる。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記第５図のロボット手首装置においては、
第１ないし第３の駆動モーター、６゜８は、それぞれを
支持した状態のまま必要な部位を駆動しなければならず
、大きな動力が要求される。また、全体的に極めて頑丈
な構造であることが要求され、そのため大型になって軽
快な動作が相殺されてしまう。

また、上記第６図のロボット手首装置においては、特に
手首ひねり軸ｐａを出力して手首部２６を回転駆動する
のに、第３の駆動モータ２２の回転数を減速機３６で落
として低速回転に変えた後、一対のギヤ３７．３８を介
して外側パイプ３５に回転力を伝達しなければならない
。このようなギヤ３７，３ｇによる回転力の伝達は、手
首部２６の回転角を広くとれる反面、ギヤ３７．３８の
バックラッシュなどによる位置精度を高く保持すること
ができない欠点がある。

上記ロボットの手首装置をコンパクトにして、しかもギ
ヤバックラッシュなどによる位置決め精度の低下を防止
することは容易ではない。たとえば、先に第５図で説明
したロボットのように、ギヤの後に減速機７，９のある
駆動モータ６．８では、ギヤのバックラッシュが大きく
なっても上記減速機７，９でその影響を］１５０〜１／
１００程度に低減できる。ただし、この構成では手首の
大きなロボットに限定され、機構的に簡素で小口りのき
く、小型のロボットに適用できない。また、第６図で説
明したロボットは、駆動モータ２０ないし２２を方向を
揃えて配置するとともに、作動軸を３重パイプ状にして
スペースのコンパクト化を図るなど小型ロボットとして
最適であるが、上記減速機３６と外側パイプ３５との間
に介在されるギヤ３７．３８のバックラッシュの影響を
無視することができず、位置決め精度の低下がある。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その
目的とするところは、駆動機構のコンパクト化を図ると
ともにギヤのバックラッシュなどによる位置決め精度の
低下阻止を得られる産業用ロボットの手首装置を提供し
ようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）すなわち本発
明は、中心軸に沿って軸シャフトを回転自在に枢支し、
この軸シャフトの一端部に軸シャフトを回転駆動する第
］の駆動モータを連結し、上記軸シャフトの他端部に上
記第１の駆動モータの駆動力を軸シャフトを介して手先
回転軸に出力する手先駆動機構を連結し、上記軸シャフ
トと同心でかっこの直径より大である中間パイプて軸シ
ャフトを覆うとともに回転自在に枢支し、この中間パイ
プの一端部に中間パイプを回転駆動する第２の駆動モー
タを連結し、上記中間パイプの他端部に第２の駆動モー
タの駆動力を上記中間パイプを介して手首曲げ軸に出力
する手首曲げ機構を連結し、上記中間パイプと同心でか
っこの直径より大である外側パイプで中間パイプを覆う
とともに回転自在に枢支し、この外側パイプの一端部と
たすき掛けのベルトを介して第３の駆動モータおよび減
速機からなる駆動ユニットを連結し、外側パイプを回転
駆動して手首ひねり軸に出力することを特徴とする産業
用ロボットの手首装置である。

このような構成であるから、駆動源と必要な駆動機構と
を３重にしたパイプで伝達し、特に手１１回転をなすた
めの駆動力を伝達するのにたすき掛けのベルトを用いる
ところから、駆動力の伝達が確実でバックラッシュの発
生がない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第３図に示すように、５０は基端部が径の
大きい矩形状で、先端部が径の細い矩形状のアームケー
スである。このアームケース５０の基端部内には、第１
の駆動モータ５１および第２の駆動モータ５２が上下に
平行に配設され、さらにこれら駆動モータ５１，５２の
側部に平行に第３の駆動モータ５３が配設される。

上記第１の駆動モータ５１の出力軸は、一対のギヤ５４
．５５を介して軸シャフト５６の一端部に連結される。

上記軸シャフト５６は、アームケース５０の中心軸ρに
沿って回転自在に枢支され、その他端部はアームケース
５０の先端部から突出して、後述する手首部５７内に延
出する。上記手首部５７内には、複数のギヤの組合わせ
とハーモニック減速機からなる手先駆動機構５８が収容
され、上記軸シャフト５６が連結される。この手先駆動
機構５８は、手首部５７の先端面から突出する手先回転
軸ρＣに沿った手先部５９を駆動するようになっている
。

上記第２の駆動モータ５２は、一対のギヤ６０６１を介
して中間バイブロ２の一端部に連結される。この中間バ
イブロ２は、上記軸シャフト５６と同心でかつこの直径
よりもわすかに大なるパイプ体であり、軸シャフト５６
を覆うとともに回転自在に枢支される。上記中間バイブ
ロ２の他端部は、上記手首部５７内に設けられる一対の
ギヤとハーモニック減速機からなる手首曲げ機構６３に
連結される。この手首曲げ機構６３は、手首部５７の手
首曲げ軸ρｂを中心として手首部５７を所定方向に曲げ
駆動するようになっている。

上記第３の駆動モータ５３には減速機６５が一体に連結
され、これらで駆動ユニッＩ−Ｋを構成する。上記減速
機６５の出力軸にはドラム６６が嵌着され、このドラム
６６にスチールベルト６７が巻装される。また、上記中
間バイブロ２と同心でかつこれよりも直径が大である外
側バイブロ８が、中間バイブロ２を覆うとともに回転自
在に枢支され、この外側バイブロ８の一端部にドラム６
９が嵌着される。上記スチールベルト６７は、第４図に
示すように、互いのドラム６６．６９相互をたすき掛け
にして、互いのドラム６９．６９に固定されている。

再び第１図および第２図に示すように、上記外側バイブ
ロ８の他端部は手首部５７を構成するケース本体７０に
連結され、結局、手首部５７の中心軸である手首ひねり
軸ｒ！ａに出力するようになっている。

この産業用ロボットの手首装置において、第１の駆動モ
ータ５１を駆動すれば、軸シャフト５６を回転駆動して
、この駆動力が手首部５７に伝達され、さらに手首部５
７内の手先駆動機構５８を介して手先回転軸ｆｌｃに出
力される。この手先回転軸Ｏｃを中心軸とする手先部５
９は回転駆動される。

上記第２の駆動モータ５２を駆動すれば、上記軸シャフ
ト５６外側の中間バイブロ２を介して手］１ 首部５７の手首曲げ機構６３に駆動力か伝達され、手先
曲げ軸Ωｂに出力される。この手先曲げ軸Ωｂを中心軸
とする上記手首部５７は所定方向に曲げ駆動される。

上記第３の駆動モータ５３を駆動すれば、ドラム６６と
たすき掛はスチールベルト６７およびドラム６９を介し
て外側バイブロ８が回転駆動され、上記手首部５７の手
首ひねり軸Ωａに出力される。

すなわち、手首部５７全体は周方向に回転駆動される。

上記スチールベルト６７をたすき掛けにしであるので、
その固定部がドラム６６．６９から離れるまでの回転角
を大きくとることができ、広い動作角が得られる。

特に手首部５７全体を回転駆動力するのに、第３の駆動
モータ５３と減速機６５で駆動ユニットＫを構成すると
ともに、この駆動ユニッｌ−Ｋから外側バイブロ３に駆
動力を伝達するのにたすき掛けに固定したスチールベル
ト６７を用いるところから、駆動力の伝達が確実でバッ
クラッシュの発生がない。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、第１の駆動モータ
から軸シャフトおよび手先駆動機構を介して手先回転軸
に出力し、上記第２の駆動モータから上記軸シャフトと
同志の中間パイプと手首曲げ機構を介して手首曲げ軸に
出力し、第３の駆動モータと減速機とからなる駆動ユニ
ットからたすき掛は固定のベルトを介して上記中間パイ
プと同心の外側パイプと連結し、この外側パイプから手
首ひねり軸に出力するようにしたから、ギヤによるバッ
クラッシュの発生がなく、ハーモニックドライブの精度
を維持して位置決め精度の向上化を図れ、しかもコンパ
クトな構成のロボット手首を得られるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示し、第１図
は産業用ロボットの手首装置の縦断面図、第２図は第１
図の■−■線に沿う横断面図、第３図はその概略駆動系
統図、第４図はたすき掛けべルトの斜視図、第５図およ
び第６図は本発明の従来例を示し、第５図は産業用ロボ
ットの手首装置の縦断面図、第６図は第５図とは異なる
構造の手首装置における概略駆動系統図である。 ρ・・・中心軸、５６・・・軸シャフト、５］−・・・
第１の駆動モータ、ΩＣ・・・手先回転軸、５８・・・
手先駆動機構、６２・・・中間パイプ、５２・・・第２
の駆動モータ、Ωｂ・・・手首曲げ軸、６３・・・手首
曲げ機構、６８・・・外側パイプ、Ｊ７ａ・・・手首ひ
ねり軸、６７・・・スチールベルｌ−５５Ｂ・・第３の
駆動モータ、６５・・・減速機、Ｋ・・・駆動ユニット
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心軸に沿って回転自在に枢支される軸シャフトと、こ
   の軸シャフトの一端部に連結され軸シャフトを回転駆動
   する第１の駆動モータと、上記軸シャフトの他端部と連
   結され上記第１の駆動モータの駆動力を軸シャフトを介
   して手先回転軸に出力する手先駆動機構と、上記軸シャ
   フトと同心でかつこの直径より大であり軸シャフトを覆
   い回転自在に枢支される中間パイプと、この中間パイプ
   の一端部と連結され中間パイプを回転駆動する第２の駆
   動モータと、上記中間パイプの他端部に連結され第２の
   駆動モータの駆動力を上記中間パイプを介して手首曲げ
   軸に出力する手首曲げ機構と、上記中間パイプと同心で
   かつこの直径より大であり中間パイプを覆い回転自在に
   枢支される外側パイプと、この外側パイプの一端部とた
   すき掛けのベルトを介して連結され外側パイプを回転駆
   動して手首ひねり軸に出力する第３の駆動モータおよび
   減速機からなる駆動ユニットとを具備したことを特徴と
   する産業用ロボットの手首装置。