JPH0415345A - ロボットアームの回転駆動装置 - Google Patents

ロボットアームの回転駆動装置

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JPH0415345A
JPH0415345A JP2117648A JP11764890A JPH0415345A JP H0415345 A JPH0415345 A JP H0415345A JP 2117648 A JP2117648 A JP 2117648A JP 11764890 A JP11764890 A JP 11764890A JP H0415345 A JPH0415345 A JP H0415345A
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JP
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robot arm
roller
motor
planetary
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JP2117648A
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Yasuhiro Sawada
沢田 康宏
Yusaku Azuma
雄策 我妻
Takeo Tanida
武雄 谷田
Hiroo Karube
軽部 裕夫
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Original Assignee
Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)
  • Manipulator (AREA)

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〕 本発明は太陽ローラの周囲に複数の遊星ローラを配設し
た遊星ローラ減速機によりロボットアームを駆動するロ
ボットアームの回転駆動装置に関する。
(従来の技術) 従来、遊星ローラを2段構造とした遊星ローラ減速機と
しては、特開昭58−39873号公報、特開昭58−
57554号公報および特開昭60−18651号公報
に記載のものがある。
これらにポされた減速機は、出力軸の回転角を検出する
ための回転角検出手段を減速機と一体化して具備してお
らず、回転角検出のためにはモータの出力軸にロータリ
・エンコーダ等の位置検出装置を具備していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の減速機は、モータの出力軸に取り付けら
れたエンコーダ等の位置検出機で回転角を検出している
ため、ロボットアーム等の高し\位置決め精度を必要と
する装置に用いると、内部で発生するすべりのために高
鯖度な位置決め再現性を得ることができないという欠点
かある。
本発明は上記欠点のない遊星ローラ減速機でロボットア
ームを駆動するロボットアームの回転駆動装置を提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のロボットアームの回転駆動装置は、基台に回転
自在に取り付けられ、モータによって駆動される太陽ロ
ーラと、円筒の中央部の径が細くなった外形をし、前記
基台に回転自在に取り付けられた複数の遊星ローラとを
具備し、前記遊星ローラの第1減速部分となる太い径の
部分に太陽ローラが外接し、第2′g速部分となる細い
径の部分に出力軸となる外輪が内接し、さらに、前記基
台に固定され、前記太陽ローラの延長上で前記外輪内に
配設された支持台と、前記支持台と前記外輪との間の回
転角を検出する回転角検出手段とを有する遊星ローラ減
速機の外輪にロボットアームを連結している。
〔作用〕
モータによって太陽ローラが駆動されると、外輪が減速
されて駆動され、外輪に連結されたロボットアームが駆
動されるとともに、ロボットアームの位置は前記外輪の
回転を直接検出させるための回転角検出手段により正確
に検出される。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明のロボットアームの回転駆動装置の第1
の実施例を示す構成図、第2図は第1図の実施例に用い
られた遊星ローラ減速機を詳細に示す縦断面図、第3図
は第2図の予圧リング6周辺の拡大断面図、第4図は第
2図のX−X断面図、第5図は予圧リング6を示し、(
a)は平面図、(b)は(a)のY−Y断面図である。
まず、遊星ローラ減速機について説明する。駆動用モー
タ1(以降、モータエと記す)は基台となる減速機ベー
ス8のモータ取付フランジ15に取り付けられ、減速機
ベース8は減速機固定台14に固定されている。モータ
1の回転出力を伝達する出力軸1aはカップリング2に
より太陽ローラ3に結合されている。太陽ローラ3は、
表面か平滑な円柱状をしている。さらに3個の遊星ロー
ラ4A、4B、4Cの圧接により、太陽ローラ3がふれ
回らないように太陽ローラ3は上部がヘアリング16a
、下部が1組のベアリング16bの計3個のヘアリング
で回転自在に支持されている(本実施例の場合、ベアリ
ング16aは太陽ローラ3に固定されている)。太陽ロ
ーラ3の回転力は太陽ローラ3の周囲に3個配置された
最大外径の等しい遊星ローラ4A、4B、4Cに摩擦力
により伝達される。
各遊星ローラ4A、4B、4Cは、一対のベアリング1
8を介して、減速機ベース8に挿入固定された遊星ロー
ラシャフト17aに回転自在に取り付けらねている。各
遊星ローラ4A、4B。
4Cは外形か円筒の中程を細くした形状、すなわちHを
90′横にした形状をしており、第1減速部4Aa、4
Ba、4Ca、第2減速部4Ab。
4Bb、4Cb、補助ローラ部4Ac、4Bc。
4Cc、補助ローラ用固定ボルト4Ad。
4Bd、4Cdおよび位置決めビン4Ae。
4Be、4Ceにより構成されている。各遊星ローラ4
A、4B、4Cの第1減速部4Aa。
4Ba、4Caと補助ローラtg54Ac、4Bc。
4Ccとはそわぞれ外表面が平滑な円筒形状をし、第2
減速部4Ab、4Bb、4Cbを介L7同軸的に結合さ
れている。各第2減速部4Ab。
4Bb、4Cbも同様に外表面は平滑な円筒形状をして
おり、さらに第1減速部4Aa、4Ba。
4Caとは同軸となっている。各遊星ローラの上部に位
置する補助ローラ4Ac、4Bc、4Ccは、固定ボル
ト4Ad、4Bd、4Cdおよび位置決めビン4Ae、
4Be、4Ceにより、取りはずし可能に組立てられて
いるが、これは出力軸5、予圧リング6、予圧フランジ
7aをスペーサ7b、ボルト7Cによりセットするとき
のためのものである。
太陽ローラ3の回転力は、遊星ローラ4A。
4B、4Cの第1減速部4Aa、4Ba、4Caと、そ
れに一体にされた第2減速部4Ab。
4Bb、4Cbとに伝達され、さらに外輪である出力軸
5へと伝達される。出力軸5は、ねじで結合された上部
5dと下部5Cとからなり、全体的には中空円筒状をし
ている。その下部5Cはベアリング19を介して減速機
ベース8に回転可能に固定され、中空円筒内側の一部分
が内側方向にくびれ、突出部5bを形成し、その端面5
aは、上に開くテーパ形状すなわち円すい形状となって
いる。出力軸5の円すい形状の端面5aには、予圧ソン
グ6かセットさねでいる。予圧リング6が遊星ローラ4
A、4B、4Cの第2減速部と接する表面は、平滑な円
柱状をしており、出力軸5の端面5aと接する部分は、
出力軸の円すい形状にならう形状となっている。さらに
、予圧リング6は予圧を与え易いようにスリ割り6aか
一カ所入れられている(第5図)。この予圧リング6の
役目は、太陽ローラ3、遊星ローラ4Aa。
4Ba、4Ca、出力軸5をただ組付けたたけでは、各
接触部分で滑りを生じ伝達トルクにむらが生じ、動力が
安定に伝達できないので、予圧を加えることにより動力
を正確に伝達させようとすることである。
次に予圧の加え方について説明する。
前述のように減速機ベース8に太陽ローラ3、補助ロー
ラ4Ac、4Bc、4Ccをはずした遊星ローラ4A、
4B、4Cを仮り組みする。この状態で出力軸5、予圧
リング6、予圧フランジ7a、スペーサ7bを組み込み
ボルト7Cで仮止めする。次に遊星ローラの補助ローラ
部4Ac。
4Bc、4Ccを組み込み、位置決めビン4Ae、4B
e、4Ceで位置決めし、固定ボルト4Ad、4Bd、
4Cdで固定する。最後に環状の予圧フランジ部用のボ
ルト7Cを締め付けることにより所望の予圧をかける。
このとき、出力軸5を回転させながらボルト7Cを締め
ることにより、予圧リング6に均一に力を加えることが
でき、さらに補助ローラ4Ac、4Bc、4Ccにかく
れたボルト7Cも締めることかできる。また、第6図に
示されるように事前に予圧量とすべり出しトルクの値を
測定しておくことにより、安定駆動に必要なトルクを生
ずる厚さのスペーサ7bを用意することができ、ひいて
は適正トルクを得ることかできる。
支持台は、一端が減速機ベース8に固定され、遊星ロー
ラ4A、4B、4C間を立ち上がる複数の柱9と5出力
軸5の回転軸上に突出部を有し、各社9に取り外し可能
に固定された支持プレート10とからなり、さらに支持
プレート10は、ねじで取り外し可能に結合された上部
tOaと下部10bとからなる。エンコーダ12は、入
力軸12aが支持プレート10の上部10aに設けられ
、出力軸5の回転軸と同軸な突出部にカップリング11
を介して結合され、本体はねじで結合された連結部材1
2b、12cを介して出力軸5に固定されている。連結
部材12cと出力軸5とはねしで取り外し可能とされて
いる。
次に第1図の実施例に用いられている遊星ローラ減速機
の動作について説明する。
モータ1が起動し、出力軸1aが回転すると、出力1i
klaにカップリング2て結合された太陽ローラ3も出
力軸1aの回転数と同一の回転数で回転する。太陽ロー
ラ3の回転は、接触している遊星ローラ4A、4B、4
Cを摩擦力によって回転させる。太陽ローラ3と接触し
ている遊星ローラ4A、4B、4Cの第1g速部4Aa
4Ba、4Caおよび補助ローラ部4Ac。
4Bc、4Ccの径は太陽ローラ3の径より大きいので
、遊星ローラ4A、4B、4Cの回転は太陽ローラ3の
回転より減速される。
出力軸5は、突出部5bの端面5aと遊星ローラ4A、
4B、4Cの第2減速部4Ab。
4Bb、4Cbとに挟まれた予圧リング6を介して第2
減速部4Ab、4Bb、4Cbから摩擦により駆動力を
得て回転する。第1減速部4Aa。
4Ba、4Caより径の小さな第2減速部4Ab  4
Bb、4Cbにより予圧リング6を介して駆動される出
力軸5の実質的な内径は第2g速部4Ab、4Bb、4
Cbの径より大きいので出力軸5の回転はさらに減速さ
れる。
太陽ローラ3の直径をdl、遊星ローラ第1減速部4A
a、4Ba、4Caの直径をdl、遊星ローラの第2減
速部4Ab、4Bb、4Cbの直径をd3、出力軸5の
実質的内径をd4とすると、減速比は式(1)で求めら
れる。
圧力軸5が回転すると、ロータリ・エンコーダ!2の本
体は接続部材12b、12cで出力軸5に固定されてい
るので、ロータリ・エンコーダ12は出力軸5とともに
回転する。一方、ロータリ・エンコーダ12の入力軸1
2aは、カップリング11により支持プレート】0の上
部Jobの突出部に結合されているので回転しない。し
たかって、ロータリ・エンコーダ12は支持台の支持プ
レート10と出力軸5との間の回転角を検出することと
なる。支持プレート10の上部10bの突出部とロータ
リ・エンコーダ12の入力軸12aとは出力軸50回転
軸上に配置されているので、出力軸5の回転に何ら妨害
を与えない。
本実施例に用いられた遊星ローラ減速機は、出力軸5の
回転角を直接ロータリ・エンコーダにより検出する構造
となっているため、モータ1から出力軸5に至る伝達経
路のすべり等による回転角の伝達誤差を無視できる。こ
の構造のためロータリ・エンコーダを高精度化するのみ
で高精度なロボットアームの位置決め制御が可能であり
、さらに遊星ローラ減速機を用いると、伝達トルクが複
数のローラに均等に分散されて伝えられるため、ローラ
面圧を低下でき摩耗により短くなるべき寿命を延ばすこ
とができる。また、遊星ローラを2段化形状とすること
により減速機の外径を大きくせずに高減速比が得られモ
ータに加えられる負荷イナーシャも小さくされている。
前記実施例に用いられた遊星ローラ減速機では、入力軸
12aを支持プレート10に固定したロータリ・エンコ
ーダ12を用いたが、ロータリ・エンコーダを支持プレ
ート10側に取り付けてもよいし、支持プレーヒエ0上
にエンコーダ等のスリット円板に対応する複数の反射板
を配設し、出力軸に発光素子および受光素子を配設して
、反射板に反射される発光素子からの光を受光素子で受
光して回転角を非接触で検出してもよい。
次に、第1図の実施例の制御系について第7図を参照し
つつ説明する。
制御部120は、速度制御部121、位置制御部122
、メモリ123、操作部124、I10制御回路125
およびCPU126を有し、ロボットアーム13が結合
された遊星ローラ減速機の出力軸5を制御すべく駆動用
モータ1に指令を出力する。指令に従って出力軸5がモ
ータ1によって駆動され、モータ1からはロータリ・エ
ンコーダ1bおよびF/V変換器1cを介して速度デー
タが速度制御部121にフィードバックされ、出力軸5
からはロータリ・エンコータ12を介して位置データか
位置制御部122にフィードバックされる。従って、こ
の制御系は位置ループに関して完全なりローズドループ
(closed 1oop)となっており、モータ1か
ら出力軸5に至る駆動力伝達経路において、たとえすべ
りが発生したとしても、すべりにはまったく影響されな
いで出力軸5の回転位置を正確に制御できる。尚、出力
軸5の位置制御は、公知の数値制御手段を用いることに
より問題なく制御可能であり、鯖度を高めるためにはロ
ータリ・エンコーダ12を高精度化するのみで、ロボッ
トアームが結合された出力軸を高精度に回転させること
が可能である。
次に本発明の第2の実施例について説明する。
第8図は複数の遊星ローラ減速機が用いられた多関節ロ
ボットを示す構成図、第9図は第8図の実施例の制御系
を示すブロック図、第10図は第9図の制御系に用いら
れる各バラン〜りを示す図、第1!図は第9図に示され
た制御系の制御内容を示すフローチャートである。
多関節ロボットの制御系は、制御ユニットとしてのCP
U82を備えている。このCPU82には、パスライン
84を介して、第1の水平アーム31の回転駆動制御を
行う第1の制御回路86と、第2の水平アーム32の回
転駆動制御を行う第2の制御回路88と、垂直アーム3
3の上下駆動制御を行う第3の制御回路90と、垂直ア
ーム33の回転駆動制御を行う第4の制御回路92とが
接続されている。ここで、第1の制御回路86は、第1
の駆動モータ51に接続され、第2の制御回路88は、
第2の駆動モータ52に接続され、第3及び第4の制御
回路90.92は、第3及び第4の駆動モータ53,5
4にそわぞれ接続されている。
また、このCPU82には、同じパスライン84を介し
て、記憶手段としてのメモリ94と、CPU82に対し
て、制御動作を指示するための操作部96と、信号の入
・出力を制御するための110制御回路98とが接続さ
れている。更に、二のCPU82には、同じパスライン
84を介してインターフェイス回路100が接続されて
あり、このインターフェイス回路100には、第1及び
第2のロータリ・エンコータ72.78が接続されると
共に、F/V及びA/D変換器102を介してロータリ
・エンコーダ80が接続されている。
ここで、この制御系においては、例えば、フィンガ装置
66(第8図参照)を、第10図に示すように、符合α
で示す初期位置から、符合βで示す目的位置まで移動さ
せる場合において、第11図に示すフローチャートに従
い、制御動作を実行するよう設定されている。また、フ
ィンガ装置66が初期位置αに位置する状態において、
基準軸として機能するX軸と第1の水平アーム31とは
、角度θ1を成しており、第1の水平アーム3!と第2
の水平アーム32とは、角度θ2を成しているものとす
る。また、フィンガ装置66が目的位置βに位置する状
態においで、X軸と第1の水平アーム31とは、角度θ
3を成しており、第1の水平アーム31と第2の水平ア
ーム32とは、角度θ4を成しているものとする。
このような条件の下で、この制御系は第12図に示すよ
うな手順で制御動作を実行するものである。即ち、この
制御手順がスタートすると、ステップSIOにおいて、
初期位置α及び操作部96を介して人力された目的位置
βの読み込みが実行される。この後、ステップ512に
おいて、初期位置α及び目的位置βに基づき、メモリ9
4に予め記憶された相関関係に基ついて、初期位置αと
目的位置βとにおける第1及び第2の水平アーム31.
32の角度データθ5.θ2゜θ3.θ4を夫々読み込
む。そして、ステップS14において、第1の水平アー
ム31の必要移動角度Δθ1 (=01−〇、)と第2
の水平アーム32の必要移動角度Δθ2 (=02−0
4)を演算する。この後、このステップS14における
演算結果に基ついて、ステップ516において、第1及
び第2の水平アーム31.32の回動速度V、、V2が
、これら第1及び第2の水平アーム31.32の動作か
同時に終了するように演算される。
この後、ステップ518において、タイマ(タウンカウ
ンタ)に5 m5ecをセットするリモして一ステップ
Shoにおいて、フィンガ装置66の現在位置γを演算
する。この演算は第1の駆動用子−タ51に駆動される
出力軸に接続さゎた第1のロータリ・エンコーダ72と
、第2の駆動モータ52に接続された第2のロータリ・
エンコータ78とからの夫々の検出結果に基つい−C演
算する。そして、ステップ322において、この演算さ
れた現在位置γに基づいて、メモリ94を介して、この
現在位置γに位置するために必要な第1及び第2の水平
アーム31.32の夫々の角度θ5.θ6を読み込む。
尚、この角度θ5.θ6を、以下において現在値として
定義する。また、角度θ3.θ4を、以下において目標
値として定義する。尚、この制御手順において、最初に
このステップS20が実行される際において、初期位置
αと現在位置γとは一致する。
この後、ステップS24において、目的値と現在値との
差の絶対偵から、偏差ΔSが演算される。そして、ステ
ップS26において、この偏差ΔSが、所定の閾値TH
よりも小さいかが判別される。このステップS26にお
いて、NOと判断された場合、即ち、現在値が閾値TH
で現される所の、目的値にあると判別される許容範囲に
無いと判断された場合には、ステップ528において、
上述したステップS16で演算した回動速度v、、Vz
に夫々基づき、第1及び第2の駆動モータ51,52に
、駆動制御信号を出力する。
この後、ステップS30において、タイマが零に至った
か否かを判別する。このステップS30において、No
と判断ざわた場合、即ち、未だタイマが零に到達してい
ないと判断される場合には、このステップS30が繰り
返し実行される。
そして、このステップS30において、YESと判断さ
れる場合、即ち、タイマが零に至フたと判断されると、
上述したステップ518に進み、再び、タイマに5 n
+secを設定して、上述した手順を繰り返す。
一方、上述したステップS26において、YESと判断
された場合、即ち、偏差ΔSが閾値THよりも小さくな
り、目的値の許容範囲内に至ったと判断される場合には
、ステップS32に進み、ここで、駆動制御信号の出力
を停止し、連の制御手順を終了する。
(発明の効果) 以上説明したように本発明は、二段構成の遊星ローラと
、出力軸である外輪の回転角を直接検出できる回転角検
出手段とを具備した遊星ローラ減速機の外輪にロボット
アームを連結して、ロボットアームを駆動することによ
り、正確なロボットアームの制御ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明のロボットアームの回転駆動装置の第1
の実施例を示す構成図、第2図は第1図の実施例に用い
られた遊星ローラ減速機を詳細に示す縦断面図、第3図
は第2図の予圧リングの周辺の拡大断面図、第4図は第
2図のX−X断面図、第5図は予圧リングを示し、(a
)は平面図、(b)は(a)のY−Y断面図、第6図は
予圧リングの調整に対する特性を示す図、第7図は第1
の実施例の制御系を示すブロック図、第8図は第2の実
施例を示す多関節ロボットを示す構成図、第9図は第2
の実施例の制御系を示すブロック図、第10図は第9図
の制御系に用いられる各パラメータを示す図、第11図
は第9図に示された制御系の制御内容を示すフローチャ
ートである。 1・・・駆動モータ、 1a・・・モータ出力軸、 Ib、12・・・ロータリ・エンコーダ、1c・・・F
/V変換器。 2.11・・・カップリング、 3・ ・・太陽ローラ、 4A、4B、4C・・・遊星ローラ、 4Aa、4Ba、4Ca −−−第1減速部、4Ab、
4Bb、4Cb・・・第2減速部、4Bc、4Cc−・
・補助ローラ、 4Bd、4Cd・・・固定ボルト、 4Be、4Ce −−−ビン、 一出力軸、 ・・端面、 ・・突出部、 ・予圧リング、 ・ ・スリ割り、 ・・予圧フランジ、 ・・スペーサ、 ・・ボルト、 ・ペース、 ・柱、 ・支持プレート、 ・・入力軸、 12c・・・連結部材、 ・第1アーム、 ・減速機固定台、 ・モータ取付7ランジ、 16b、19・・・ベアリング、 4Ac。 4Ad。 4Ae。 5 ・ ・ 5 a ・ 5 b ・ 6 ・ ・ 6 a ・ 7 a ・ 7 b ・ 7 c ・ 8 ・ ・ 9 ・ ・ 10 ・ ・ 12a  ・ 12b。 13 ・ ・ 14 ・ ・ 15 ・ ・ 16a。 17 ・ ・ 18 ・ ・ 31 ・ ・ 32 ・ ・ 33 ・ ・ 51 ・ ・ 52 ・ ・ 53 ・ ・ 54 ・ ・ 66 ・ ・ 72 ・ ・ 80 ・ ・ 82 ・ ・ 86 ・ ・ 100 ・ ・ 102 ・ ・ 120 ・ ・ ・遊星ローラシャフト、 ・遊星ローラ用ベアリング、 ・第1の水平アーム、 ・第2の水平アーム、 ・垂直アーム、 ・第1の駆動モータ、 ・第2の駆動モータ、 ・第3の駆動モータ、 ・第4の駆動モータ、 ・フィンガ装置、 ・第1のロータリ・エンコーダ、 ・ロータリ・エンコーダ、 ・CPU。 ・第1の制御回路、 ・インターフェース回路、 ・F/VおよびA/D変換機、 ・制御回路。 特許出願人  キャノン株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基台に回転自在に取り付けられ、モータによって駆
    動される太陽ローラと、円筒の中央部の径が細くなった
    外形をし、前記基台に回転自在に取り付けられた複数の
    遊星ローラとを具備し、前記遊星ローラの第1減速部分
    となる太い径の部分に太陽ローラが外接し、第2減速部
    分となる細い径の部分に出力軸となる外輪が内接し、さ
    らに、前記基台に固定され、前記太陽ローラの延長上で
    前記外輪内に配設された支持台と、前記支持台と前記外
    輪との間の回転角を検出する回転角検出手段とを有する
    遊星ローラ減速機の外輪にロボットアームを連結し、ロ
    ボットアームを駆動するロボットアームの回転駆動装置
    。 2、前記遊星ローラ減速機を水平多関節スカラー形ロボ
    ットのアームの駆動に用いたことを特徴とする前記第一
    項記載のロボットアームの回転駆動装置。 3、前記遊星ローラ減速機を水平多関節スカラー形ロボ
    ットの第1アームの駆動に用いたことを特徴とする前記
    第一項記載のロボットアームの回転駆動装置。
JP2117648A 1990-05-09 1990-05-09 ロボットアームの回転駆動装置 Pending JPH0415345A (ja)

Priority Applications (2)

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