JPH0429991Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、小形化したロボツトの関節に関す
る。

Ｂ 考案の概要 本考案は、第一部材と第二部材とを連結するロ
ボツトの関節において、 第一部材に主軸の両端を回転自在に支持すると
ともに、小歯車部と大歯車部とを有する第一歯車
を小歯車部が相互に対向し大歯車部が相互に背中
合せの状態で主軸の両端部に回転自在に設け、双
方の小歯車部と噛み合うとともに第二部材と結合
された第二歯車を主軸に直角かつ回転自在に連結
し、夫々の大歯車部と噛み合う少なくとも一対の
駆動手段を第一部材内に並設することにより、 ロボツトの関節をコンパクトにし、狭い場所で
の作業を可能にしたものである。

Ｃ 従来の技術 ロボツトの関節に関する機構としては、すでに
色々の機構が提案されている。従来のロボツトの
腕や手先等の駆動手段の代表的なものは、いわゆ
る人間にたとえれば肩やひじに相当する部分に電
動機を設け、チエーンやワイヤ等を介して腕や手
先等を駆動するようにした構造となつている。

しかし、最近では、ロボツト動作時の精度に対
する要求が厳しくなつており、それに応えるべ
く、上記構造のものに代えて、チエーンやワイヤ
等のかわりに、腕や手先等につながる軸やパイプ
等を同心状に配置し、数台の電動機によりそれぞ
れの軸やパイプ等に回転力を伝達するようにした
ものが考えられている。

第４図に示すのは従来のロボツトの関節の断面
図である。図中、１はロボツトの前腕（先端部の
み示す）で、連結部材２がその軸部３でもつて軸
受４を介して前腕１に回転自在に連結されてい
る。前腕１内には、先端にかさ歯車５を有し後端
が減速機等を介して電動機に連結されるパイプ状
の第２駆動軸６が軸受７を介して回転可能に支持
され、その内側には、先端にかさ歯車８を有し後
端が減速機等を介して電動機に連結される第１駆
動軸９が軸受１０を介して回転可能に支持されて
いる。軸部３間には軸１１が軸受１２を介して回
転自在に支持され、この軸１１には、かさ歯車５
と噛み合うかさ歯車１３が軸受１４を介して回転
自在に支持され、又かさ歯車８を噛み合うかさ歯
車１５が軸受２０を介して回転自在に支持されて
いる。一方、連結部材２には、かさ歯車１３、か
さ歯車１５と噛み合うかさ歯車１６、かさ歯車１
７を一体に有する被動軸１８が軸受１９を介して
連結部材２内に回転自在に支持されている。被動
軸１８の先端部は図示しないロボツトのハンドに
連結される。

第２駆動軸６を矢印ａ方向へ回転させると共に
第１駆動軸９も同じ方向へ同じ角速度で回転させ
ると、かさ歯車５と噛みかさ歯車１３は矢印ｃ方
向へ回転し、かさ歯車１６には矢印ｅ方向へ回転
させようとする力が作用し、一方、第１駆動軸９
と一体のかさ歯車８も矢印ａ方向へ回転し、かさ
歯車１５は矢印ｄ方向へ回転し、それと噛み合う
かさ歯車１７にはやはり矢印ｅ方向へ回転させよ
うとする力が作用し、結局被動軸１８は矢印ｅ方
向へ回転することになる。

第２駆動軸６を矢印ａ方向へ回転させ、これと
同時に第１駆動軸９を矢印ｂ方向へ同じ角速度で
回転させると、前述と同様の経路により、かさ歯
車５は矢印ａ方向へかさ歯車１３は矢印ｃ方向へ
回転し、かさ歯車１６には矢印ｅ方向へ回転させ
ようとする力が作用し、一方第１駆動軸９の矢印
ｂ方向への回転によりかさ歯車８は矢印ｂ方向に
回転し、かさ歯車８と噛み合うかさ歯車１５は矢
印ｃ方向に回転し、それと噛み合うかさ歯車１７
には一体のかさ歯車１６にかかる回転力の方向と
逆の方向（矢印ｆ方向）に回転させようとする力
が作用する。従つて、被動軸１８には互いに逆方
向へ回転させようとする力が作用することから回
転せず、軸１１上のかさ歯車１３とかさ歯車１５
とが同方向（矢印ｃ方向）へ回転する。つまり、
連結部材２と共に被動軸１８に結合した図示しな
いハンドが軸１１を中心として旋回することにな
る。

Ｄ 考案が解決しようとする問題点 ところがこのようにロボツトの関節に差動歯車
機構を用いると関節部の寸法が大きくなり、前記
のようにロボツトの関節を手首に適用すると狭い
ところへハンドを差し込んで作業をする場合は不
都合である。

そこで本考案は斯かる欠点を解消し、コンパク
トなロボツトの関節を提供することを目的とす
る。

Ｅ 問題点を解決するための手段 斯かる目的を達成するため、本考案はロボツト
の関節を以下のように構成している。

ロボツトの関節が第一部材と第二部材との連結
によつて構成されるものとし、第一部材内に主軸
を設けるとともにその両端を回転自在に支持す
る。この主軸の両端部に小歯車部と大歯車部とを
有する一対の第一歯車を回転自在に設け、小歯車
部は相互に対向し、大歯車部は相互に背中合せと
なる状態にする。そして、双方の小歯車部と噛み
合う第二歯車を、その軸心が主軸と直角な状態で
主軸の略中央に回転自在に連結し、第二歯車には
第二部材を結合する。一方、夫々の大歯車部と噛
み合う少なくとも一対の駆動手段を第一部材内に
並設する。

Ｆ 作用 まず、第一部材に対して第二部材を回転する場
合について説明する。この場合は、一対の駆動手
段の出力軸を同一方向へ回転させる。すると、一
対の第一歯車の夫々が相互に反対方向へ回転し、
第一歯車の小歯車部の双方と噛み合う第二歯車が
主軸のまわりを公転することなく主軸と直角な軸
心のまわりを自転する。第二歯車は第二部材と結
合されているので、第二部材が第一部材に対して
回転することになる。

次に、第一部材に対して第二部材を旋回する場
合について説明する。この場合は、一対の駆動手
段の出力軸を相互に反対方向へ回転させる。する
と、一対の第一歯車が同一方向へ回転することに
なつて第二歯車を相互に反対方向へ自転させる力
が働く。そのため、第二歯車は主軸と直角な軸心
のまわりに自転することはなく、第二歯車と一対
の第一歯車とが一体となつて主軸のまわりを回転
することとなり、第一部材に対しては第二部材が
旋回することになる。

このほか、一対の駆動手段の回転方向が同一で
も相対速度が異なると第一部材に対して第二部材
の旋回運動が伴ない、一対の駆動手段の回転方向
が反対でも相対速度が異なると第一部材に対して
第二部材の回転運動が伴なう。

Ｇ 実施例 以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

本考案によるロボツトの関節の外観図を第３図
に示し、第３図における部の断面図を第１図に
示し、第１図の−矢視図中を第２図に示す。
第１図のように第一部材としての前腕２１の端部
に主軸２２の両端が夫々軸受２３を介して回転自
在に支持されている。この主軸２２の両端部には
一対の第一傘歯車２４ａと２４ｂとが軸受２５，
３３を介して回転自在に具えられている。第一傘
歯車２４ａと２４ｂは、共に大傘歯車２６と小傘
歯車２７とをボルト結合した同一形状の歯車であ
る。主軸２２の中央には主軸２２と直角な連結軸
２８の一端が軸受２９を介して回転自在に嵌め込
まれ、連結軸２８の他端は第二傘歯車３０の軸心
に嵌め込まれている。第二傘歯車３０は第一傘歯
車２４ａ及び２４ｂの双方の小傘歯車２７と噛み
合つており、出力軸３９と一体化されている。出
力軸３９には、ボルト３１を介して第二部材とし
てのハンドを取り付けるための補助部材３２が結
合されている。

ここで、第一傘歯車２４ａ，２４ｂについて説
明するが、共に同一形状なので、第一傘歯車２４
ａについて説明する。第一傘歯車２４ａは、歯面
が相互に反対方向を向いた大傘歯車２６と小傘歯
車２７とをボルト結合したものであり、大傘歯車
２６の歯が小傘歯車２７の歯が位置する平面と略
同一平面上に位置するように配置されている。そ
して第一傘歯車２４ａと２４ｂとは小傘歯車２７
どうしが相互に対向するとともに大傘歯車２６ど
うしが相互に背中合せとなつた状態とされてい
る。このようにしたのは大傘歯車２６の歯をでき
るだけ前腕２１の中央寄りに配置して関節を小形
化するためである。

前記前腕２１内には第３図に示すように駆動手
段３４ａ、減速機３６ａと駆動手段３４ｂ、減速
機３６ｂとが並列に収納され、減速機３６ａの出
力軸には第一傘歯車４ａの大傘歯車２６と噛み合
う傘歯車３５ａが取り付けられる一方、減速機３
６ｂの出力軸には第一傘歯車４ｂの大傘歯車２６
と噛み合う傘歯車３５ｂが取り付けられている。
これらの減速機３６ａ，３６ｂは、本実施例では
バツクラツシユのない減速機構によつて構成され
ている。なお、３７ａ，３７ｂは速度センサ、３
８ａ，３８ｂは回転角検出センサである。

出力軸３９は主軸２２を中心として回動するた
め、出力軸３９が回動しうるように前腕２１には
溝４０が形成されている。そして、溝４０から前
腕２１内へゴミ等が侵入しないようにするため、
主軸２２の中央に形成された大径部２２ａには円
盤４１が嵌め込まれ、ボルト４２によつて固定さ
れている。円盤４１は第２図に示す形状であり、
主軸２２を通す孔４１ａと第二傘歯車３０のはい
り込む切欠部４１ｂと出力軸３９のはいり込む切
欠部４１ｃとが形成されている。切欠部４１ｃの
内面は出力軸３９の外周面に沿うアール（破線で
示す）が形成されている。円盤４１にはリング状
の第一ホルダ４３と第二ホルダ４４がボルト４５
等を介して取り付けられ、第一ホルダ４３と第二
ホルダ４４との間に挾んだ軸受４５を介して出力
軸３９が回転自在に支持されている。

次に、斯かるロボツトの関節についての作用を
説明する。

まず、前腕２１に対して出力軸３９を回転する
場合について説明する。この場合は減速機３６ａ
と３６ｂとの出力軸を同一方向へ回転させる。す
ると、第一傘歯車２４ａと２４ｂとが相互に反対
方向へ回転し、その結果、第二傘歯車３０が連結
軸２８を中心として自転する。つまり、前腕２１
に対して出力軸３９つまり図示しないハンドが回
転することになる。この場合、減速機３６ａと３
６ｂとの出力軸の回転数が相対的に異なると、第
二傘歯車３０は連結軸２８のまわりを自転するだ
けでなく主軸２２のまわりを公転し、前腕２１に
対する出力軸３９の回転に旋回が伴なう。

次に、前腕２１に対して出力軸３９を旋回する
場合について説明する。この場合は減速機３６ａ
と３６ｂとの出力軸を相互に反対方向へ回転させ
る。すると、第一傘歯車２４ａと２４ｂとが同一
方向へ回転し、第一傘歯車２４ａと２４ｂとが同
一方向へ回転すると第二傘歯車３０はいずれの方
向へも回転できないので、出力軸３９と第二傘歯
車３０と第一傘歯車２４ａ，２４ｂが一体となつ
て主軸２２のまわりを回転する。つまり、前腕２
１に対して出力軸３９が旋回することになる。こ
の場合においても、減速機３６ａと３６ｂとの出
力軸の回転数が相互に異なると、第二傘歯車３０
は主軸２２のまわりを公転するだけでなく連結軸
２８のまわりを自転し、前腕２１に対する出力軸
３９の旋回に回転が伴なう。

出力軸３９が主軸２２を中心として旋回する際
には主軸２２に固定した円盤４１が回動すること
になる。出力軸３９が回動する範囲である溝４０
内には円盤４１が嵌まり込んで回動するので、前
腕２１の内部へゴミ等が侵入しない。また、双方
の大傘歯車２６の歯ができる限り前腕２１の中央
寄りに位置するとともに歯面が相互に背中合せと
なつているので、傘歯車３５ａ，３５ｂは前腕２
１に対する中央寄りで噛み合うこととなり、小傘
歯車２７の外側の空間が埋められて小形化されて
いる。

なお、本実施例ではすべての歯車を傘歯車とし
て傘歯車どうしの噛み合せとなつているが、これ
に限るものではなくフエースギヤとピニオンギヤ
との噛み合せ等にすることもできる。また、手首
としてではなく他の関節として用いることもでき
る。

Ｈ 考案の効果 以上説明したように本考案のロボツトの関節に
よれば、差動歯車機構と関節近傍に並設した複数
の駆動手段とによつて構成したので、複数の駆動
手段の回転方向の選択によつてロボツトの関節の
回転、旋回の２自由度の動作をさせることができ
る。それゆえ、第二部材は複数の駆動手段によつ
て駆動されることになり、個々の駆動手段は小
形、小出力のものでも十分なことから一自由度ご
とに単一の駆動源を用いた場合よりも駆動手段の
占めるスペースが小さくできる。また、動力伝達
機構が簡単なので、部品数も少なく第一部材、第
二部材内の小さなスペースに部品を十分に収納で
き、駆動源を関節近傍に配置できて応答性が良
い。

更に、第一歯車における双方の大歯車の歯面を
相互に背中合せにしたので、大歯車の歯を第一部
材の中央寄りにもつてくることができ、関節が小
形化される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案によるロボツトの関節
に係り、第１図は第３図の部の拡大図、第２図
は第１図の−矢視図、第３図は一部破断して
示す外観図、第４図は従来のロボツトの関節の断
面図である。 ２１……前腕、２２……主軸、２４ａ，２４ｂ
……第一傘歯車、２６……大傘歯車、２７……小
傘歯車、３０……第二傘歯車、３４ａ，３４ｂ…
…駆動手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 第一部材と第二部材との連結部としてのロボツ
   トの関節において、 前記第一部材に主軸の両端を回転自在に支持し
   て設け、小歯車部と大歯車部とを有する一対の第
   一歯車を小歯車部が相互に対向し大歯車部が相互
   に背中合せの状態で前記主軸の両端部に回転自在
   に設け、双方の前記小歯車部と噛み合うとともに
   前記第二部材と結合された第二歯車を該第二歯車
   の軸心が前記主軸と直角な状態で前記主軸の略中
   央に回転自在に連結し、夫々の前記大歯車部と噛
   み合う少なくとも一対の駆動手段を前記第一部材
   内に並設したことを特徴とするロボツトの関節。