JPH0426995B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高度のオリエンテーシヨンキヤパシテ
イーすなわち配列能力を有するロボツト腕関節に
関する。配列能力はここでは空間の一断面内で工
具を作動させる可能性を意味する。θ＝0.8の配
列能力に対して、ロボツトの腕の中心軸線から計
算して全ての平面で腕関節の最大偏角±135°が要
求される。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 箱状物体の内側、例えば自動車の車体の内側の
アーク溶接、接着、パテ接合、まくれ加工などの
ような作業のために、苛酷な要求が産業用ロボツ
トに課せられている。

ロボツトはその動作範囲内においてそれぞれの
所望の位置、整合及び調節を与えられる工具のた
めの少なくとも６つの軸線をもたねばならない。
通常、３つの軸線がロボツト自体にありかつ他の
３つの軸線がロボツトの腕関節にある。

ロボツト腕及び腕関節は中空であつてそれらの
中にケーブル及び他の線のための通路を納めてい
る。この通路は曲つた関節の場合及びその他のケ
ーブル及び線を注意して扱う形状の場合に大きな
曲率半径を有する。

箱中の加工表面の方へ一定の角度をもつて工具
又は溶接火口を移動させるために、θ＝0.8の配
列能力が要求される。これは前述したように腕関
節の偏角が±135°以上であるべきことを意味す
る。

多くの六軸産業用ロボツトは現今では３つの軸
線を有する腕関節を有する。若干のロボツトが中
空ロボツト腕と３つの軸線を有する中空腕関節と
を有している。多数のロボツトはθ＝0.8の配列
能力を有する腕関節を有している。

発明が解決しようとする問題点 本発明は大きな配列能力を有するロボツト腕関
節に３つの軸線を備えかつ異なる種類の線を中空
ロボツト腕から腕関節によつて支持された工具へ
通し得る通路を腕関節を通して設けることを目的
とする。

問題点を解決するための手段及び作用 本発明によれば、腕関節は互いに直列に配置さ
れた複数個の回転可能の部分を形成しており、該
部分はそれぞれ軸線の周りを回転し得る。第一の
部分は第一の軸線の周りを回転し得る。第二の部
分は第一の部分に軸接されておりかつ第一の軸線
と交差する第二の軸線の周りを回転し得る。第三
の部分は第二の部分に軸接されておりかつ第二の
軸線と交差する第三の軸線の周りを回転し得る。
第一及び第三の腕関節部分は部分を相互連結する
ための歯車ピニオンを設けている。これらの歯車
ピニオンは互いに直接に協働することができ、又
は中間歯車ピニオンと協働することが可能であ
る。

腕関節の第三の部分で、工具取付具がロボツト
腕の第三の軸線と交差する第四の軸線の周りに回
転可能に配置されることができる。しかしなが
ら、若干の簡単な応用例では、工具を腕関節の第
三の部分に直接に取付けることを妨げるものがな
いので相当に簡単化された腕関節を得られる。

第二の腕関節部分はロボツト腕の駆動軸及びこ
の駆動軸及び第二の腕関節部分のかさ歯車ピニオ
ンを介して駆動手段に連結されている。第三の腕
関節部分の工具取付具はロボツト腕の駆動軸及び
第二の腕関節に直列に配置された多数の歯車ピニ
オンを有する中間歯車ユニツトを介してロボツト
の駆動装置に適当に連結されている。これらの歯
車ピニオンは適当に環状であつて、ケーブル及び
他の線を例えば溶接工具のような工具まで延ばす
ことができる貫通した開口又は通路を腕関節中に
得る。また、工具取付具のための駆動モータを腕
関節中に配置することは可能である。

実施例 第１図において、１は６つの軸線を有する産業
用ロボツトであり、その３つの軸線はロボツト自
体にありかつ３つの軸線は腕関節にある。基盤２
上に、柱３が軸線Ａ−Ａの周りに回転可能に軸接
されている。この柱に、第一の腕４が軸線Ｂの周
りに回転可能に軸接されている。第一の腕の上方
部分に、第二の腕５が軸線Ｃの周りに回転可能に
軸接されている。柱は駆動手段（図示せず）によ
つて作動され、腕４は駆動装置６によつて作動さ
れかつ腕５は駆動装置７によつて作動され、その
主要部分は駆動装置６によつてかくれている。腕
関節１０を駆動するための駆動装置８は腕５に設
けられている。

腕関節１０は、前後して配置されかつ相互に回
転し得る３つの部分１１，１２，１３で構成され
る。第一の腕関節部分１１は軸線Ｄ−Ｄの周りに
回転可能であり、第二の部分１２は軸線Ｅ−Ｅの
周りに回転可能であり、かつ第三の部分１３は軸
線Ｆ−Ｆの周りに回転可能である。腕関節１０全
体はその第一の部分がロボツトの腕５の軸受１４
に軸接された管状駆動軸１５に連結し得るので容
易に交換可能なユニツトを構成する。

腕関節部分１１は軸線Ｄ−Ｄと直角に切られか
つねじ切りされたフランジ１７を形成した端部を
有する管スリーブ１６と、ボルト１８によつてス
リーブ１６に連結されかつ軸受２１及び２２のた
めの座を形成するリング２０と、軸線Ｅ−Ｅと直
角にありかつ軸受２３のための座を形成した斜め
に切られた端部とからなる。腕関節１０は、ねじ
切りされたフランジ１７と、駆動軸のフランジ２
４に設けられたねじ切りされたリング２５と、部
品を相互に正しい角度位置に固定する鎖錠ピン２
６とによつて駆動軸１５に連結されている。環状
かさ歯車ピニオン２７はボルト２８によつてスリ
ーブ１６の斜めに切られた端部に連結されかつ軸
受２３のための固定リングを形成する。

腕関節１０の第二の部分１２は、両端で斜めに
切られかつ軸受２３のための座を形成する管スリ
ーブ３０と、対応する軸受３１及び軸受３２，３
３，３４，３５と、ボルト３８によつて管スリー
ブ３０に連結されかつ軸受２３及び３２のための
固定リングを形成する環状かさ歯車ピニオン３７
と、ボルト４１によつて管スリーブ３０に連結さ
れかつ軸受３１及び３２のための固定リングを形
成するリング４０と、緊定装置４３によつて管ス
リーブ３０に連結された保護装置４２とからな
る。腕関節１０の第二の部分１２はスリーブ４５
のかさ歯車ピニオン４４に連結されており、スリ
ーブ４５はリング２０中で軸受２１及び２２に軸
接されておりかつリング４８によつて軸線方向に
固定されている。スリーブ４５は内部スプライン
を設けた管状駆動軸５０と連結する外部スプライ
ンを設けている。この駆動軸５０は駆動軸１５の
内側の軸受５１に軸接されている。

腕関節１０の第三の部分１３は、基部において
斜めに切られかつそこに軸受３１のための座を形
成しておりかつ先端部においてその軸線Ｇ−Ｇに
対して直角に切られかつそこに軸受５３及び５４
のための座を形成している截頭円錐体５２と、ボ
ルト５６によつて円錐体５２に連結されかつ軸受
５１のための固定リングを構成する環状かさ歯車
ピニオン５５とからなる。歯車ピニオン５５は第
一の腕関節部分１１の歯車ピニオン２７と協働す
る。腕関節部分１１及び１３はこのようにして一
緒に連結される。軸線Ｄ−Ｄの周りでの腕関節部
分１１の回転時に、腕関節部分は軸線Ｆ−Ｆの周
りへ回転する。第三の腕関節部分１３に、軸線Ｇ
−Ｇの周りを回転し得る工具取付具５７がある。
この取付具は、軸受５３及び５４に軸接されかつ
その内方部分にかさ歯車ピニオン６０を形成した
スリーブ５８と、工具を支持するためスリーブ５
８上で軸線方向に取外し得る固定リング６１と、
スリーブ５８を軸受５３，５４に及び固定リング
６１をスリーブ５８に固定するためのくさび６２
及び鎖錠リング６３とを有する。工具取付具５７
は、軸受６２によつて駆動軸５０に軸接されかつ
内部スプラインを設けた駆動軸６５へ、外部スプ
ラインを設けたスリーブ６６、その歯車ピニオン
６７、歯車ピニオン６８及び６９、歯車ピニオン
７１及び７２を有するスリーブ７０、歯車ピニオ
ン７３及び７４、及びスリーブ５８の歯車ピニオ
ン６０を介して連結されている。スリーブ６６は
軸受７５及び７６によつてスリーブ４５に軸接さ
れておりかつ鎖錠装置７７によつて固定されてい
る。歯車ピニオン６８及び６９、スリーブ７０及
び歯車ピニオン７３及び７４は軸受３２，３４及
び３５及び３３によつて第二の腕関節に回転可能
に軸接されている。環状歯車ピニオン６８及び６
９はねじ切りされたリング７７によつて保持さ
れ、そのねじ部分は環状歯車ピニオン６９の内部
ねじ部分と協働する。環状歯車ピニオン７３及び
７４はねじ切りされたリング７８によつて保持さ
れ、そのねじ部分は環状歯車ピニオン７３の内部
ねじ部分と協働する。スリーブ７０は鎖錠リング
７９によつて軸受３４，３５に軸線方向へ固定さ
れている。

図示した実施例では、第２図による位置で、腕
関節の軸線Ｄ−Ｄ及びＧ−Ｇ並びに腕関節部分１
２の中心軸線Ｈ−Ｈは一致している。軸線Ｄ−Ｄ
及びＥ−Ｅの間の角度α及び軸線Ｅ−Ｅ及びＨ−
Ｈの間の角度α′は等しく大きく、かつ軸線Ｈ−Ｈ
及びＦ−Ｆの間の角度γ及び軸線Ｆ−Ｆ及びＧ−
Ｇの間の角度γ′は等しく大きく、α＝α′＝γ＝
γ′である。角度βは180°−（α＋γ）になり、α
＝γの時にβは180°−2αに等しい。α＝α′＝γ＝
γ′＝35°の時、ηは140°に等しくなり、かつ非常に
良好な接近性が得られ、それは特に箱形構造の内
側を溶接する時に非常に価値がある。

上記した角度の大きさは多様な利用分野をもつ
た非常に実用的な腕関節を作るが、角度の大きさ
は更に広い限界内で選ぶことができかつ異なる大
きさにすることができる。

腕関節１０中に配置された別の駆動モータで工
具取付具５７を駆動することは可能である。この
駆動モータは例えば第二又は第三の腕関節１２又
は１３中に配置され得る。この場合、駆動軸６
５、及び該軸及び工具取付具５７の間に示されて
いる伝動装置は省略され、このためいくつかの機
械的部品の省略により大きく簡単化する。歯車ピ
ニオン７４を工具取付具で置換えることも可能で
ある。更に、簡単な応用例のために、第三の腕関
節１３の円錐形スリーブ５２を工具取付具として
利用することが可能である。また、その場合に、
駆動軸６５及びそのために配設された伝動装置が
省略される。

以上の説明及び図面から明らかなように、腕関
節は中空であるので、例えば溶接棒のためのケー
ブル及び保護ガス導管及び線がロボツト腕を通し
てかつ更に腕関節を通して作業ステーシヨンまで
通ることができる。

発明の効果 本発明による腕関節の利点は腕関節を曲げる時
に環状歯車ピニオン６８，６９，７１，７２，７
３，７４を通る開口によつて形成される通路が比
較的大きな曲率半径を有することである。この曲
率半径は従来技術の腕関節の対応する通路におけ
る曲率半径より大きい。通路の直径は腕関節の外
径に関連して大きい。別の重要な利点は工具の回
転中に管状軸６５及びロボツト腕関節中及び軸６
５を通るケーブル組立体を取囲む全ての要素が同
じ方向へ回転することである。ケーブル組立体の
捩れがなくかつ摩耗が重大ではない。また、腕関
節１０に形状は曲げモーメントが軸受及び歯車ピ
ニオンによつて都合よく吸収されるようになつて
いる。腕関節は剛性が大きくかつ精度が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による腕関節を有するコンピユ
ータ制御産業用ロボツトの側面図、第２図及び第
３図は好適な実施例における腕関節の断面図であ
つて、それぞれ腕関節の最遠軸線をロボツトの外
方腕の軸線に一致させるように配列しており、ま
たこの軸線と最大角度をなしている図である。 １……産業用ロボツト、４……第一の腕、５…
…第二の腕、１０……腕関節、１１……第一の部
分、１２……第二の部分、１３……第三の部分、
１５，５０，６５……駆動軸、５７……工具取付
具、６６……スリーブ、６８，６９，７１，７
２，７３，７４……かさ歯車ピニオン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第一の軸線Ｄ−Ｄの周りを回転し得る第一の
   部分１１と、第一の部分１１に軸接されかつ第一
   の軸線Ｄ−Ｄと交差する第二の軸線Ｅ−Ｅの周り
   を回転し得る第二の部分１２とを有する相互に直
   列に配置された複数個の回転可能な部分を有する
   ロボツト腕関節において、更に第二の部分１２に
   軸接されかつ第二の軸線Ｅ−Ｅと交差する第三の
   軸線Ｆ−Ｆの周りに回転し得る第三の部分１３
   と、前記第一及び第三の各部分に設けられお互い
   にかみあい係合させて第一及び第三の部分を相互
   に連結するかさ歯車装置２７，５５と、 前記第三の軸線Ｆ−Ｆと交差する第四の軸線Ｇ
   −Ｇの周りに回転し前記第三の部分１３に支持さ
   れる工具取付具５７と、前記第一、第二及び第三
   の部分に例えばケーブル等のための貫通孔を設け
   た通路装置とを備えていることを特徴とするロボ
   ツト腕関節。 ２ 特許請求の範囲第１項によるロボツト腕関節
   において、工具取付具５７が駆動軸６５，６６の
   かさ歯車ピニオン６７、工具取付具５７の歯車ピ
   ニオン６０及び第二の腕関節部分１２に回転可能
   に軸接されたかさ歯車ピニオン６８，６９，７
   １，７２，７３，７４を介して駆動手段に連結さ
   れていることを特徴とするロボツト腕関節。 ３ 特許請求の範囲第２項によるロボツト腕関節
   において、第二の腕関節部分のかさ歯車ピニオン
   ６８，６９，７１，７２，７３，７４が環状であ
   ることを特徴とするロボツト腕関節。 ４ 特許請求の範囲第１項によるロボツト腕関節
   において、駆動モータが腕関節の第二又は第三の
   部分１２，１３中に配置されて回転可能の工具取
   付具５７を駆動することを特徴とするロボツト腕
   関節。 ５ 特許請求の範囲第１項によるロボツト腕関節
   において、腕関節の第一の部分１１がロボツト腕
   ５に回転可能に軸接された中空の軸１５に連結す
   るように形成されていることを特徴とするロボツ
   ト腕関節。 ６ 特許請求の範囲第１項によるロボツト腕関節
   において、腕関節の第一及び第二の部分１１，１
   ２及び工具取付具５７が支持ロボツト腕５の同心
   状駆動軸１５，５０，６５を介して駆動手段に連
   結されていることを特徴とするロボツト腕関節。