JPH0451312B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は工業用ロボツトの手首装置に係り、と
りわけ３つの回転自由度を備えた工業用ロボツト
の手首装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

複雑な組立作業あるいはスポツト溶接等に用い
られる工業用ロボツトにおいては、ワークあるい
は工具（スポツト溶接ガン）を、把持または支持
する手先部の姿勢を、空間において任意に選び得
ることが必要である。このため、工業用ロボツト
の手首部分には、通常互いに直交した３軸回りの
回転自由度が与えられている。

このような工業用ロボツトのうち、アクチユエ
ータとして電動機あるいは高速回転を伴う油圧モ
ータを用いたものにおいては、従来は第１図に示
すように、ロボツトアーム１の後端部２に配設さ
れた電動機あるいは油圧モータ（以下「アクチユ
エータ」と称する）３ａ，３ｂ，３ｃに減速機４
ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ直結し、まず、アクチ
ユエータ３ａ，３ｂ，３ｃの回転速度を手先部に
要求される動作速度に近い速度に減速し、アーム
１に内蔵された伝動軸５ａ，５ｂ，５ｃを介して
手首装置６に駆動力（トルク）を伝達するように
なつている。

しかしながら、このような従来のロボツトの構
造によれば、手先部７に加えられる負荷モーメン
トと同等程度の大きさのトルクが各伝動軸５ａ，
５ｂ，５ｃおよび手首装置６内の傘歯車８，９，
１０，１１，１２，１３に作用し、伝動軸の径、
傘歯車のモジユールなどを比較的大きくしなけれ
ばならない。このためアーム１の径が太くなると
ともに手首装置６が大形化し、ロボツトのアーム
およびその先端部が大型化、大重量化する要因と
なる。また、モジユールの増大により歯車ピツチ
間誤差、バツクラツシユも増大し、ロボツトアー
ム先端部の位置決め精度が低下するという欠点が
ある。さらに、手首装置６の回転の自由度につい
て検討してみるに、まず手首装置６の回転αは、
アクチユエータ３ａにより、減速機４ａ，伝動軸
５ａを介して手首ケーシング６ａを回転駆動する
ことにより得られる。また、手先部７の振りβ
は、アクチユエータ３ｂにより、減速機４ｂ、伝
動軸５ｂを介して傘歯車８，９を駆動することに
より得られる。さらに手先部７の回転γは、アク
チユエータ３ｃにより、減速機４ｃ、伝動軸５ｃ
を介して傘歯車１０，１１，１２，１３を駆動す
ることにより得られる。このような手首装置６の
構成は、３つの自由度を手首装置６の中心の１点
で交わる互いに直交した軸回りの３つの自由度で
構成し、動作時の占有空間が小さく合理的なもの
であるが、例えば手首ケーシング６ａの回転を行
おうとする場合には、回転αの動作の軸であるア
ーム１の軸心と同一軸回りに配置された傘歯車８
および１０とこれらに噛合う傘歯車９および１１
の相対運動を派生するため、手先部７の振りβお
よび手先部７の回転γに影響が現われ、両軸とも
動作してしまう。また、手先部７の振りβを行う
場合においても、傘歯車９と軸心を同一にする傘
歯車１２と、傘歯車１３との間に相対運動が生
じ、手先部７は回転γの動作をしてしまう。これ
らの動作軸相互の干渉は、各々の干渉の元となる
傘歯車８，９あるいは傘歯車１０，１１、更に傘
歯車１２，１３の回転角と、手首最終端、すなわ
ち手先部７の回転角がほぼ等しいことにより、無
視できない大きさとなる。このため、各軸ごとに
動作指令を与え、所望の動作を実現する教示（テ
イーチング）時においては、ロボツトの操作が困
難になるという欠点がある。

このような欠点を解消するために、手首ケーシ
ング６ａの内部に高減速比を有する減速機を配設
し、回転部分の最終段で減速する方法が考えられ
るが、回転αの動作を行う手首ケーシング６ａ内
に、回転β−γの動作を行う歯車機構が配設され
ている第１図に示すような構造の手首装置６にお
いては、構造がきわめて複雑になるとともに、装
置全体が大形化し重量の軽量化が困難であるとい
う欠点がある。また、構造が複雑化することによ
り分解・組立・保守が困難になるという欠点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたもの
であり、アームの後端部に配設された電動機ある
いは高速回転を伴う油圧モータを駆動源とした工
業用ロボツトにおいて、小形軽量で操作性が良
く、しかも組立、保守が容易な工業用ロボツトの
手首装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明による工業用ロボツトの手首装置は、ロ
ボツトのアーム先端に固着された中空円筒状の支
持ブロツクと、支持ブロツクに高減速機構を介し
て回転可能に取付けられ、凸形部を有する手首ベ
ースと、手首ベースの凸形部が挿入される凹形部
を有し、手首ベースに対し、手首ベースの回転軸
に直交する軸回りに回転可能に高減送機構を介し
て取付けられたコ字形の手首ケーシングと、手首
ケーシングの先端に高減速機構を介して回転可能
に取付けられた手先部と、ロボツトのアーム後端
部に配設されたアクチユエータからの駆動力を、
それぞれ手首ベース、手首ケーシングおよび手先
部に伝達する３本の伝動軸ならびに伝動軸に連結
された歯車機構とを備えたことを特徴としてい
る。

本発明によれば、各々の駆動系の終端部に伝達
するトルクを、アクチユエータの出力軸の回転速
度に近い高速のまま行うとができ、アーム後端部
から手首装置に至るまでの伝動系および手首装置
を構成する伝動系を小形軽量化し、さらに手首装
置における動作軸相互の動きの干渉を小さくおさ
えることができる。また手首装置が、アーム先端
に固着された支持ブロツクと、この支持ブロツク
にアームの軸線回りに回転可能に取付けられた凸
形部を有する手首ベースと、この手首ベースのの
凸形部に手首ベースの回転軸と直交する軸を中心
に揺動可能に挿入連結されたコ字形手首ケーシン
グとから構成されているので、手首装置の部品の
組立、保守が容易である。

〔発明の実施例〕

以下、第２図乃至第５図を参照して本発明の一
実施例について説明する。

図において符号１はロボツト１４のアームであ
り、アーム１の後端部２には３台のアクチユエー
タ３ａ，３ｂ，３ｃが設けられている。このうち
アクチユエータ３ｃの出力軸には歯付プーリ１５
が固着され、このプーリ１５と、アーム１を貫通
し一端を軸受１６で支持された軸１７に固着され
た歯付プーリ１８との間には、タイミングベルト
１９が巻掛けられている。また、アクチユエータ
３ａおよび３ｂの出力軸には、各々軸継手２０
ａ，２０ｂを介して、同様にアーム１を貫通し一
端を軸受２１ａ，２１ｂにより支持された軸２
２，２３が接続されている。

アーム１の先端フランジ２４には、中空円筒状
の支持ブロツク２５が固着され、軸２２および２
３の一端が軸受２６および２７を介して支持ブロ
ツク２５に回転支持されている。支持ブロツク２
５の先端中央には、高減速機構、例えばハーモニ
ツクドライブ（株式会社ハーモニツクドライブシ
ステムズの登録商標）機構の固定側サーキユラス
プライン２８ａが固着され、その内側にウエーブ
ジエネレータ２８ｂを構成する中空軸３０が軸受
３１を介して回転可能に支持されている。この中
空軸３０を後端には、軸２２に固着された歯付プ
ーリ３２とタイミングベルト３３で連結された歯
付プーリ３４が固着されている。中空軸３０の内
側には、軸２３に固着された歯付プーリ３５とタ
イミングベルト３６で連結された歯付プーリ３７
が後端に嵌着され、先端に傘歯車３８が固着され
ている中空軸３８ａが、軸受３９を介して回転可
能に支持されている。支持ブロツク２５の外周側
には、軸受４０ａ，４０ｂを介して手首ベース４
３が回転可能に嵌合されている。また手首ベース
４３には、ハーモニツクドライブ機構の出力側サ
ーキユラスプライン２８ｃが固着されている。固
定側サーキユラスプライン２８ａ、出力側サーキ
ユラスプライン２８ｃとウエーブジエネレータ２
８ｂとの間には、フレツクスプライン２８ｄが配
設されている。

手首ベース４３は、先端側が中空円筒状に突出
する凸形部を有しており、その中央部を軸線方向
に軸１７，中空軸３８ａが貫通配置されている。
軸１７、中空軸３８ａの先端部には、それぞれ傘
歯車４４，３８が固着されているとともに、軸受
４５，４６により回転自在に支持されている。手
首ベース４３の先端部には、アーム１の軸線方向
と直交する方向に穴明加工が施されている。手首
ベース４３の先端部の穴明加工が施された両側端
部には、円筒状突起４７，４８が形成され、一方
の円筒状突起４７の内壁側には、ハーモニツクド
ライブ機構の固定側サーキユラスプライン４９ａ
が固着され、さらにこのサーキユラスプライン４
９ａの内側には傘歯車３８と噛合う傘歯車５０の
軸が、ウエーブジエネレータ４９ｂと一体で軸受
５１により回転自在に支持されている。また円筒
状突起４７の外壁側には、軸受５２を介してフラ
ンジ５５が回転可能に嵌合されている。このフラ
ンジ５５は、手首ベース４３の凸形部が挿入され
る凹形部を有するコ字形の手首ケーシング５３の
一方の側板５４に、外側からボルトを用いて着脱
可能に嵌合固着され内側に出力側サーキユラスプ
ライン４９ｃが固着されている。固定側サーキユ
ラスプライン４９ａ、出力側サーキユラスプライ
ン４９ｃとウエーブジエネレータ４９ｂとの間に
は、フレツクスプライン４９ｄが配設されてい
る。他方の円筒状突起４８の内側には、傘歯車４
４と噛合い、後端に歯付プーリ５５の嵌着された
傘歯車５６が、軸受５７を介して回転自在に支持
されている。また円筒状突起４８の外側には、軸
受５８を介して、手首ケーシング５３の他方側の
側板５９に着脱可能に固着されているフランジ６
０が回転自在に支持されている。側板５９には、
傘歯車５６の軸と平行に、傘歯車６３の軸が軸受
６４を介して回転自在に支持され、この傘歯車６
３ａの軸は、傘歯車５６の軸の後端に嵌着された
歯付プーリ５５と、傘歯車６３の軸の後端に嵌着
された歯付プーリ６２とに巻掛けられたタイミン
グベルト６１により傘歯車５６の軸と連結されて
いる。傘歯車６３は、手首ベース４３の回転軸と
同一方向（傘歯車６３の軸と直交する方向）に、
軸受６５を介して手首ケーシング５３の先端中央
部に対して回転支持されている傘歯車６７と噛合
つている。傘歯車６７の軸には、ハーモニツクド
ライブ機構のウエーブジエネレータ６６ｂが固着
されている。手首ケーシング５３の先端中央部に
は、手先部７が軸受６８を介して回転自在に支持
されている。この手先部７は、手首ケーシング５
３の先端中央部に固着された固定側サーキユラス
プライン６６ａと、手先部７に固着された出力側
サーキユラスプライン６６ｃとをフレツクスプラ
イン６６ｄにより連結することにより、傘歯車６
７の軸と連結されている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用に
ついて説明する。

アクチユエータ３ａを駆動すると、軸２２、タ
イミングベルト３３を介して中空軸３０が回転さ
せられ、ハーモニツクドライブ機構により最終的
に減速されて、アーム１の先端に固着された支持
ブロツク２５に対して手首ベース４３が回動す
る。この動作は、第５図に示すα軸の動作であ
る。

次にアクチユエータ３ｂを駆動すると、軸２
３，タイミングベルト３６を介して中空軸３８ａ
が回転させられ、傘歯車３８，５０の噛合いによ
り傘歯車５０の軸が回転させられる。この回転
は、ハーモニツクドライブ機構により減速され、
手首ケーシング５３が手首ベース４３に対し揺動
させられる。この動作は第５図に示すβ軸の動作
であり、α軸と直交する方向の動作である。

アクチユエータ３ｃを駆動すると、軸１７、傘
歯車４４，５６の噛合いおよびタイミングベルト
６１、傘歯車６３，６７の噛合いを経て、傘歯車
６７の軸が回転させられ、この回転はハーモニツ
クドライブ機構により最終的に減速されて手先部
７に伝達される。手先部７は、第５図に示すγ軸
の回転動作を行う。

このように本実施例によれば、手首ベース４
３、手首ケーシング５３、手先部７のα，β，γ
軸の動きは、すべて高減速比を有するハーモニツ
クドライブ機構までは高速、小トルクで伝達され
るため、伝動系の構成要素、すなわち軸、タイミ
ングベルト、プーリ、傘歯車およびこれらを支持
する軸受類は、強度的に小形化することができ、
手首装置をコンパクトにすることができる。

また、高速段に用いられる傘歯車４４，５６，
６３，６７あるいはタイミングベルト３３，３
６，６１におけるバツクラツシユの影響は、ハー
モニツクドライブ機構での高減速により縮小され
るため、バツクラツシユ除去のための噛合調整は
不要となる。

また、アクチユエータ３ａ，３ｂ，３ｃからア
ーム１の先端に至るまでの伝動軸２２，２３，１
７は、互いに平行に配設されているため、第１図
に示す従来例のように同心３重管構造５ａ，５
ｂ，５ｃのものと比較して軸重量が小さく、かつ
加工、組立が容易となる。

さらにβ軸の回動動作を行う手首ケーシング５
３をコ字形の一体構造とし、手首ベース４３に対
し両側板５４，５９の外側からフランジ５５，６
０を挿入することにより組付ける構成としてある
ため、分解、組立が容易であり、タイミングベル
ト６１、ハーモニツクドライブ機構などの保守点
検も、カバー６９ａ，６９ｂを取り外すことによ
り簡単に行うことができる。

また、手首装置６の外形形状をなす手首ケーシ
ング５３が、手首ベース４３に対し全体的に揺動
するので、スポツト溶接等においては、手先部７
に取付けられたガンに接続されたケーブル、エア
ホースなどとの相対運動は少なく、これらを傷付
けることがない。

また、α，β，γ軸の相互の動作の干渉につい
ては、α軸を動作させた場合、傘歯車３８，５０
と傘歯車４４，５６間で相対運動が生じ、また手
首ケーシング５３の揺動βにより、傘歯車４４，
５６間に相対運動が生ずるが、これらはハーモニ
ツクドライブ機構の有する高減速比により縮小さ
れ、教示時等には無視し得る程度のものである。

なお、本実施例においては、トルク伝達部材と
してタイミングベルトを用いた例を示したが、こ
の他に例えば平歯車、チエーンなどを用いること
もできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、小形軽
量で組立、保守の容易な工業用ロボツトの手首装
置を得ることができる。また、動作時の占有空間
が小さく、手首の３自由度相互の動作の干渉を小
さくおさえた操作性の良い手首装置を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の工業用ロボツトの手首装置の一
例を示す模式図、第２図は本発明の用いられる工
業用ロボツトの一例を示す側面図、第３図は本発
明による手首装置の縦断面図、第４図は手首装置
の側面図、第５図は手首装置およびアーム後端部
を示す部分断面を含む平面図である。 １…アーム、３ａ，３ｂ，３ｃ…アクチユエー
タ、７…手先部、１７，２２，２３…軸、２５…
支持ブロツク、３８ａ…中空軸、４３…手首ベー
ス、５３…手首ケーシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロボツトのアーム先端に固着された支持ブロ
   ツクと；前記支持ブロツクに回転可能に取付けら
   れた手首ベースと；前記手首ベースに対し、手首
   ベースの回転軸に直交する軸回りに回転可能に取
   付けられた手首ケーシングと；前記手首ケーシン
   グの先端に回転可能に取付けられた手先部と；ロ
   ボツトのアーム後端部に配設されたアクチユエー
   タからの駆動力を、それぞれ前記手首ベース、手
   首ケーシングおよび手先部に伝達する３本の伝動
   軸ならびに前記伝動軸に連結された歯車機構と；
   を備えた工業用ロボツトの手首装置において、 前記手首ケーシングは、凹形部を有するコ字形
   をしており、前記凹形部に前記手首ベースの凸形
   部が挿入されているとともに、前記手首ベースに
   対し、手首ケーシングの外方端側に設けられた高
   減速機構を介して手首ベースの回転軸と直交する
   軸回りに回転可能に取付けられ、前記手先部は、
   前記手首ケーシングの先端に取付けられた高減速
   機構を介して回転可能に取付けられていることを
   特徴とする手首装置。 ２ ３本の伝動軸は互いに平行に設置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の手
   首装置。 ３ 高減速機構がハーモニツクドライブ機構であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   手首装置。 ４ 歯車機構が傘歯車機構であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の手首装置。