JPH0438549B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽量化、動作の高速化が進んだ工業
用ロボツトの作動アームの駆動機構に関するもの
であつて、工業用ロボツトの作動アームが他のも
のに衝突したときなど、作動アームの駆動系に所
定の負荷以上の負荷がかかつたとき、当該駆動系
による駆動トルクの伝達を完全に遮断して駆動系
から作動アームを解放することにより、作動アー
ムの破損を有効に阻止することをその目的とする
ものである。

ワークテーブルの基台の側面の支持部材に鉛直
な支柱を固定し、当該支柱内に回転自在に配置さ
れたドライブシヤフトの上端に水平な作動アーム
を取付け、支柱の下端に駆動モータを取付けた従
来の工業用ロボツトの作動アーム駆動機構におい
て、作動アームの駆動系にトルクリミツタを介在
させるについては、減速機と別にトルクリミツタ
を介在させるか、或は減速機にトルクリミツタを
組み込んだ機構を採用することができる。しかし
従来の駆動系に単純にトルクリミツタを介在させ
るときは、上記のいずれの場合においても伝動機
構の高さが高くなる。このことは鉛直な支柱に旋
回自在に作動アームが支持されている上記従来の
工業用ロボツトにあつては、作動アーム支持高さ
の制約のため、また全体の安定性を確保するため
に重心を可及的に低くする必要があるために避け
なければならないことである。このためには、ト
ルクリミツタを介在させるための高さの増分を減
速機の高さを低くすることによつて吸収しなけれ
ばならない。

本発明は、上記の機構上の要請に応えるために
減速機を小型化し、コンパクトな形態で支柱内に
組み込んで、その高さを十分低くすることをその
課題とするものである。

上記、課題解決のために講じた本発明の手段は
次のとおりである。

水平多関節ロボツトの支柱と駆動モータとの間
にケーシングを設け、ドライブシヤフトと支柱と
を同心軸上に配置し、上記駆動モータの出力軸を
ドライブシヤフトと同一軸線上に配置し、上記ケ
ーシング内に減速機を配置した工業用ロボツトに
おいて、 イ 上記減速機をハーモニツクドライブ減速機と
したこと、 ロ 上記支柱に取り付けらたれケーシングにハモ
ニツクドライブ減速機の駆動内歯車を固定し、
駆動内歯車の上方に位置する従動内歯車を筒状
の伝達部材の下端内側に嵌合固定したこと、 ハ ドライブシヤフトの下端に上記伝達部材を設
けたこと、 ニ 上記従動内歯車の歯底径と、この従動内歯車
を取り付けた上記伝達部材の内径とを略同径に
したこと、 ホ 上記駆動モータの出力軸に楕円形のカムを固
定し、該ガムの外周にベアリングを介して、外
歯付き弾性筒体を嵌合させ、この弾性筒体を上
記従動内歯車および上記駆動内歯車と噛み合わ
せたこと、 ヘ 上記弾性筒体の上端を従動内歯車上端より上
方に突設してその突出部を上記伝達部材の内面
に支承させたこと。

そして、上記の通りに構成された減速機は、駆
動内歯車と従動内歯車とが縦に近接して並び、そ
の中に楕円形のカムおよび弾性筒体が収納され、
しかもこれによつて極めて大きな減速比を得るこ
とができるので、支柱内に極めて合理的に、コン
パクトな形態で減速機を組み込むことができ、そ
の高さは、極めて低い。

また、駆動モータの出力軸とドライブシヤフト
とがハモニツクドライブ減速機を介して連結され
ているので、両軸心が精度良く一致していなくて
もそれはハモニツクドライブ減速機が吸収し、ド
ライブシヤフトの駆動に不具合を生じることはな
い。さらに、伝達部材の内径が従動内歯車の歯底
径と略等しいので、その内面が剛性の高くない弾
性筒体の上端の突出部を支承することができ、こ
のために弾性筒体の形状の変化が少なく、伝達部
材の内面によつて弾性筒体がガイドされるので、
従動内歯車と弾性筒体の外歯との歯当りにむらが
なくなり、両歯の噛み合いがスムーズに行われ、
歯の噛み合いが飛ぶという現象が生じることを防
止することができる。また弾性筒体が伝達部材の
内面によつて案内されるので、その取り付け状態
がしつかりして安定する。

次に本発明の実施例を図面を参照しつつ説明す
る。

第１図において、１は基台２の上に載置された
ワークであり、Ａは工業用ロボツトである。この
工業用ロボツトは基台２の側面に突出した支持部
材３に固定、支持された中空円筒状の垂直な支柱
ａとその上端にドライブシヤフトを介して旋回自
在に連結された作動アームｂを有し、支柱の下端
にケーシングＣを介して固定されたモータ４を有
するものである。

６は前記モータ４により駆動されるドライブシ
ヤフトであり、支柱ａ内部に軸受７を介して支持
され上端がピン１０を介して作動アームｂの付根
に連結されると共に下端が減速機８及びトルクリ
ミツタ９を介してモータ４に連繋されている。前
記減速機８は所謂ハーモニツクドライブと呼ばれ
る一種のふしぎ歯車機構を利用した公知のもので
あるが、その構造を第３図及び第４図に示す。

減速機８はモータ４の出力軸４ａにキー１１を
介して連結された楕円形のカム８ａと、その外周
にベアリング８ｂを介して嵌め合い外周が歯車と
された弾性材からなる筒体８ｃと該筒体８ｃの外
周に部分的に噛み合うそれより歯数が僅かに多い
駆動内歯車８ｄと、同じく筒体８ｃ外周に部分的
に噛み合うそれと同歯数の従動内歯車８ｅとから
なり、前記駆動内歯車８ｄがネジ１２で支柱ａの
壁面に固定され、従動内歯車８ｅが伝達部材１３
にネジ１４で固定され該部材１３及びトルクリミ
ツタ９を介してドライブシヤフト６に連繋されて
いる。

従動内歯車８ｅは伝達部材１３下端の大径内面
に嵌合されているが、その歯底径は伝達部材１３
の内面ｆの内径と略等しい。また弾性筒体８ｃの
上端が従動内歯車８ｅの上端から上方に突出して
いて、この突出部ｅが伝達部材１３の内面ｆに当
接して半径方向に支承されている。

筒体８ｃは楕円形のカム８ａの長軸の延長線上
の２点で駆動内歯車８ｄ、従動内歯車８ｅと噛み
合つている。モータの出力軸４ａと共に楕円形の
カム８ａが回転すると、筒体８ｃは弾性変形しな
がら、その噛み合い点を移動させる。楕円形のカ
ム８ａが１回転すると、駆動内歯車８ｄがケーシ
ングＣに固定されているので、筒体８ｃと両内歯
車との歯数差によつて、従動内歯車８ｅが減速さ
れて駆動される。歯数差が小さいほど減速比は大
きい。この伝動の原理は通常のハーモニツクドラ
イブ機構の動作原理である。また、伝達部材１３
の内面ｆが、剛性の高くない弾性筒体８ｃの上方
に突出した突出部ｅを半径方向に支承するため
に、筒体８ｃの形状の変形が少なく、伝達部材１
３の内面ｆによつて筒体８ｃがガイドされるので
従動内歯車８ｅと筒体８ｃの外歯との歯当りにむ
らがなくなり、両歯の噛み合いがスムーズに行わ
れ、歯の噛み合いが飛ぶという現象が生じること
を防止することができる。さらに、筒体８ｃが伝
達部材１３の内面ｆによつて案内されるので、そ
の取り付け状態がしつかりして安定する。

トルクリミツタ９は支柱ａにおける駆動系に所
定以上の負荷が作用した際該駆動系を遮断するた
めのもので、減速機８とドライブシヤフト６との
間即ち支柱ａの下位に配置することによりロボツ
トＡの全体の重心低下を図つてある。

しかして、トルクリミツタ９の構造及び作動を
第３図、第５図及び第６図により説明する。

９ａはドライブシヤフト６の外周に固着された
ボス部材であり、その入力側即ち減速機８側の端
部外周にドライブフランジ９ｂがベアリング１
５，１６を介して取付支持されている。

前記フランジ９ｂは上記伝達部材１３にネジ１
７で連結され、ドライブシヤフト６側の端面外周
部１８に複数例えば５つの断面半円状の溝１９が
不等間隔をおいて設けられている。９ｃは前記ボ
ス部材９ａの中間部外周に一体に突設されたフラ
ンジ部であり、その外周縁には前記ドライブフラ
ンジ９ｂの各溝１９に対応させて５つの切欠部２
０が設けられている。９ｄは前記各溝１９と切欠
部２０とにまたがつて嵌め合うローラであり、こ
のローラ９ｄを介してドライブフランジ９ｂとフ
ランジ部９ｃとが連結され、ドライブフランジ９
ｂからボス部材９ａに回転が伝達されるようにな
つている。

９ｅは前記フランジ部９ｃにおけるドライブフ
ランジ９ｂと反対側の端面に係合する過負荷検出
パネルであり、複数枚の皿バネ９ｆによりフラン
ジ部９ｃに圧接されている。９ｇは前記バネ９ｆ
の弾圧力を調整して後述するようにトルクリミツ
タ９が作動する所定負荷の大きさを設定するナツ
トであり、ボス部材９ａの外周に螺合されてい
る。

一方、上記作動アームｂは軽金属鋳物製で軽量
化が図られ、支柱ａのドライブシヤフト６上端に
連結された第１アームb₁と、この第１アームb₁の
先端に支軸２１を介して揺動自在に連結された第
２アームb₂とからなり、それら両アームb₁，b₂の
連結部即ち関節部分２２から屈曲自在に構成され
ている。

２３は第１アームb₁内部に軸受２４を介して支
持されたドライブシヤフトであり、その一端が第
１アームb₁の基部に設けられたサーボユニツト２
５つきのモータ２６に減速機２７を介して連繋さ
れ他端がベベルギア２８，２９を介して第２アー
ムb₂に連繋されている。

３０は第２アームb₂の先端に設けられて上記ワ
ーク１に対して所定の作業例えばネジ締めを行う
ネジ締め装置である。

斯るロボツトＡは支柱ａに設けられたモータ４
を駆動させることにより作動アームｂが全体的に
揺動し、又第１アームb₁のモータ２６を駆動させ
ることにより第２アームb₂が単独で揺動して、そ
の第２アームb₂先端のネジ締め装置３０をワーク
１上方の所定位置へ移動させる。

しかして、上記作動アームｂの動作時において
該アームｂに外力が作用し支柱ａの駆動系に過大
な負荷が作用すると、トルクリミツタ９における
ローラ９ｄが皿バネ９ｆに抗してドラブフランジ
９ｂの溝１９から夫々脱出し、該フランジ９ｂの
外周部１８へ乗り上げ過負荷検出パネル９ｅをフ
ランジ部９ｃから離間させる。

前記ドライブフランジ９ｂの外周部１８に乗り
上げたローラ９ｄはフランジ部９ｃの切欠部２０
に嵌め合つたままそこで自転可能であり、従つて
フランジ部９ｃとドライブフランジ９ｂとの連結
状態が解除されそれら両者間の動力伝達が遮断さ
れる。

以上の様にしてトルクリミツタ９ドライブシヤ
フト６と減速機８との間で駆動系を遮断すること
により、該駆動系から作動アームｂが解放され外
力に逆らわずにその作用方向へ逃げ、作動アーム
ｂの破損が防止される。

また、減速機８へ前記外力による負荷が作用し
ないので、該減速機８の損傷も合わせて防止され
る。

一方、上記作動アームｂが外力を受けた際は通
常それと同時に作動アームｂの動作が停止され、
その後逃げた作動アームｂを元の位置即ち外力を
受ける前に動力伝達を行つていた駆動系の接続位
置へ戻すが、その際トルクリミツタ９のローラ９
ｄが自転することによつて前記操作を手動により
軽力で行うことができる。

また、トルクリミツタ９におけるフランジ部９
ｃの切欠部２０ドラブフランジ９ｂの溝１９とが
夫々不当間隔をおいて設けられていることによ
り、フランジ部９ｃがドライブシヤフト６と共に
１回転する間に前記切欠部２０と溝１９とが一度
しか合致しないので、ドライブシヤフト６の１回
転に応じた作動アームｂの揺動操作を行えば、そ
の間にローラ９ｄが脱出する前の各溝１９に嵌め
合い、作動アームｂを簡単且つ確実に駆動系との
元の接続位置に戻すことができる。

次に、第７図乃至第９図に示した他の実施例に
ついて説明する。

先ず、第７図に示したものは駆動系における減
速機８及びトルクリミツタ９の配置が前記第１実
施例のものと逆になつている。

即ち、トルクリミツタ９がモータ４と減速機８
との間に設けられ、前記第１実施例と同様ロボツ
トＡの重心の低下が計られている。

次に、第８図に示したものはトルクリミツタ９
がドライブシヤフト６上端と作動アームｂの付根
との間に設けられている。

しかして、この様な配置構造とすればトルクリ
ミツタ９と減速機８とが前記二つの実施例の様に
隣接せずに離れて設けられるから、それらの組付
けが簡単である。

一方、第９図に示したものは第１実施例のもの
において更に第１アームb₁における第２アームb₂
の駆動系にもトルクリミツタ３１を設けてある。

前記トルクリミツタ３１は支柱ａにおけるトル
クリミツタ９と同一構造で且つそれと同様減速機
２７とドライブシヤフト２３との間に配置されて
いる。

しかして、上記の如く第２アームb₂の駆動系に
トルクリミツタ３１が設けられたことにより、作
動アームｂの先端側即ち第２アームb₂への外力が
支柱ａの軸心へ向かつて作用し該支柱ａにおける
駆動系に回転トルクとして作用しない場合でも、
第２アームb₂の駆動系をトルクリミツタ３１で遮
断して第２アームb₂を逃すことができ、作動アー
ムｂの破損をより確実に防止できる。

尚、上記トルクリミツタ３１の配置は減速機２
７とドライブシヤフト２３との間に限定されるも
のではなく、例えば減速機２７と入れ換えて逆に
するか又はドライブシヤフト２３における第２ア
ームb₂側であつてもよい。また、前記第７図及び
第８図に示したものにおいてその第２アームb₂の
駆動系にトルクリミツタを設けてもよいことは勿
論である。

本発明は、支柱の下端とモータとの間に介在す
るケーシングにハーモニツクドライブ減速装置を
ケーシングに合理的にコニパクトに組み込んだも
のであるので、その高さを低くすることができ、
これによつてトルクリミツタを駆動系に組み込む
ための高さの余裕を確保することができる。従つ
て、トルクリミツタを駆動系に組み込んでも作動
アームの支持高さの制約、また全体の安定性を確
保するために重心を可及的に低くすることの要請
に対して、何等の支障も生じることはない。

また、トルクリミツタを支柱下端内に、減速機
に隣接して設けることができ、更に、減速機が小
型化、軽量化されることから、トルクリミツタを
支柱下端内に設ければ上記の従来の工業用ロボツ
トの作動アームの重量増加、慣性増加を招くこと
も、また工業用ロボツト全体の重量増加を招くこ
ともなく、重量バランスの不均一化を招くことも
ない。

さらに、駆動モータの出力軸とドライブシヤフ
トがハーモニツクドライブ減速機を介して連結し
ているので、両軸心が精度よく一致していなくて
もそれをハーモニツクドライブ減速機が吸収し、
ドライブシヤフトの駆動に不具合を生じことはな
い。

さらに、伝達部材の内面が、剛性の高くない弾
性筒体の上端を支承するために、弾性筒体の形状
の変形が少なく、伝達部材の内面によつて弾性筒
体がガイドされるので従動内歯車と弾性筒体の外
歯との歯当りにむらがなくなり、両歯の噛み合い
がスムーズに行われ、歯の噛み合いが飛ぶという
現象が生じることを防止することができる。ま
た、弾性筒体が伝達部材の内面によつて案内され
るので、その取り付け状態がしつかりして安定す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を示す一部切欠き正面図、
第２図は同平面図、第３図は要部の拡大断面図、
第４図は第３図の−線に沿える拡大断面図、
第５図はトルクリミツタの作動状態を示す断面
図、第６図は同トルクリミツタの分解斜視図、第
７図乃至第９図は他の実施例を示す一部切欠正面
図である。 尚図中、Ａ……工業用ロボツト、ａ……支柱、
ｂ……作動アーム、b₁……第１アーム、b₂……第
２アーム、４，２６……モータ、６，２３……ド
ライブシヤフト、８，２７……減速機、９，３１
……トルクリミツタ、２２……関節部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平多関節ロボツトの支柱と駆動モータとの
   間にケーシングを設け、ドライブシヤフトと支柱
   とを同心軸上に配置し、上記駆動モータの出力軸
   をドライブシヤフトと同一軸線上に配置し、上記
   ケーシング内に減速機を配置した工業用ロボツト
   において、 上記減速機をハーモニツクドライブ減速機と
   し、 上記支柱に取り付けられたケーシングにハモニ
   ツクドライブ減速機の駆動内歯車を固定し、駆動
   内歯車の上方に位置する従動内歯車を筒状の伝達
   部材の下端内側に嵌合固定し、 ドライブシヤフトの下端に上記伝達部材を設
   け、 上記従動内歯車の歯底径と、この従動内歯車を
   取り付けた上記伝達部材の内径とを略同径にし、 上記駆動モータの出力軸に楕円形のカムを固定
   し、該カムの外周にベアリングを介して、外歯付
   き弾性筒体を嵌合させ、この弾性筒体を上記駆動
   内歯車と上記従動内歯車とに噛み合わせると共
   に、その上端を従動内歯車上端より上方に突設し
   てその突出部を上記伝達部材の内面に支承させた
   工業用ロボツトの作動アームの駆動減速機構。