JPH0451313B2 - - 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の改良に
関する。

〔発明の技術的背景〕

複雑な組立作業あるいはスポツト溶接などに用
いられる工業用ロボツトにおいては、スポツト溶
接ガンのような工具あるいはワークを把持または
支持する手先部材の姿勢を空間において任意に選
べることが必要であるため、手首装置には互いに
直交した３軸周りの回転の自由度が与えられてい
るのが一般的である。

まず、このように３自由度が与えられ、しかも
電動機あるいは流体圧モータのようなアクチユエ
ータにより駆動される工業用ロボツトの手首装置
１の従来のものを第１図により説明する。

アーム２の後端のケーシング３内には、電動機
あるいは流体圧モータといつた３つのアクチユエ
ータ４ａ，４ｂ，４ｃが配設されており、各アク
チユエータ４ａ，４ｂ，４ｃには減速機５ａ，５
ｂ，５ｃが直結され、各アクチユエータ４の回転
速度を、後述する手先部材６に要求される動作速
度に近い速度へと減速するようになつている。前
記アーム２内には、前記の各減速機５とそれぞれ
一対の平歯車７，７を介して接続された３本の伝
動軸８ａ，８ｂ，８ｃが同心状にしかもアーム２
から一端部が突出するように配設されている。こ
のうち最外側の伝動軸８ａには、手首装置１のケ
ーシング９が突設されており、このケーシング９
は、前記アクチユエータ４ａの駆動により第１図
のα方向に回転されるようになている。前記ケー
シング９内には、ケーシング９に前記伝動軸８と
直交するように回転自在に回転軸１０が配置され
ており、この回転軸１０には、中間の伝動軸８ｂ
に突設された傘歯車１１と噛合している傘歯車１
２が支持されている。さらに、前記傘歯車１２に
はスリーブ１３が固着されており、このスリーブ
１３は、前記アクチユエータ４ｂの駆動により第
１図のβ方向に回転されるようになつている。前
記スリーブ１３の前端には、前記ケーシング９の
前面開口１４を介して外部に突出する小径部１５
が一体に突設されており、この小径部１５には前
記手先部材６の回転軸１６が回転自在に支持され
ている。この回転軸１６は前記回転軸１０と直交
するように配置されており、この回転軸１６は、
相互に噛合する二対の傘歯車１７，１８および１
９，２０を介して前記の最内側の伝動軸８ｃと接
続されている。したがつて、前記手先部材６は、
前記アクチユエータ４ｃの駆動により第１図のγ
方向に回転されるようになつている。

このような従来の工業用ロボツトの手首装置１
は、各アクチユエータ４ａ，４ｂ，４ｃを駆動す
ることにより手先部材６に突設されている工具あ
るいはワーク（図示せず）を任意に移動すること
ができる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、前述した従来の工業用ロボツト
の手首装置１においては、手先部材６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８および歯車類に作用するため、このト
ルクに耐え得る伝動軸８の強度が必要となり、各
伝動軸８の径が大きくなる。この結果、アーム２
が太くかつ重くなるし、また、各傘歯車などにも
大形で強力なものを選ばざるを得ず、手首装置１
の小形軽量を妨げる要因となつており、しかもモ
ージユールの増大とともに増加するピツチ間誤
差、バツクラツシユの影響により位置決め精度が
低下するという欠点があつた。

一方、駆動については、例えば手首装置１のケ
ーシング９をα方向に回転させようとする場合、
回転方向αの動作の軸であるアーム２の軸心と同
一軸周りに配置された傘歯車１１，１７とこれら
に噛合する傘歯車１２，１８の相対運動が派生す
るため、手先部材６のβ方向の振りおよびγ方向
の回転に影響が現われることになる。また、手先
部材６のβ方向の振りを行なう場合も傘歯車１２
と同軸心の傘歯車１８，１９との間に相対運動が
生じ、手先部材６はγ方向に回転してしまう。

このような各伝動軸８の干渉は、各々の干渉の
元となる傘歯車１１と１２、あるいは傘歯車１７
と１８、さらに傘歯車１９と２０の回転角と手首
最先端すなわち手先部材６の動作角がほぼ等しい
ことにより無視できない大きさとなり、各伝動軸
８ごとに動作指令を与え、所望の動作を実現する
教示時においてはロボツトの操作が困難になると
いう問題点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、前述した点に鑑み、小形軽量でしか
も歯車のバツクラツシユなどに起因する位置決め
精度の低下を極力抑えることができ、さらには自
由度相互の動作の干渉を無視し得るようにした工
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〕

上記目的を達成するため、本発明は、３自由度
を有し、アームの基部に設けられたアクチユエー
タにより駆動される工業用ロボツトの手首装置に
おいて、それぞれ独立したアクチユエータにより
回転駆動されアームから同心状に突出するように
配置された３本の伝動軸と、前記アームの先端に
回転自在に支承され前記伝動軸の内の最外側に位
置する伝動軸の先端に該伝動軸と一体に回転する
ように連結された手首ケーシングと、前記手首ケ
ーシングの前部に前記伝動軸と直交する方向に延
びる軸を中心として回転自在に支承されてこの内
部に収納された円筒状軸と、前記円筒状軸の前部
に該円筒状軸と直交する方向に延びる軸を中心と
して回転自在に支承されてこの内部に収納された
手先部材と、前記手首ケーシングの一側面側に配
置され、前記伝動軸の内の中間または最内側に位
置する伝動軸の一方の回転を前記円筒状軸の回転
中心となる軸の一端に伝達する第１動力伝達機構
と、前記第１動力伝達機構の動力伝達方向に沿つ
て配置され、前記伝動軸の内の中間または最内側
に位置する伝動軸の他方の伝動軸の回転を前記手
先部材の回転中心となる軸の一端に伝達する第２
動力伝達機構と、前記円筒状軸の回転中心となる
軸の他端側と該円筒状軸との間に介装された高減
速比の第１減速機と、前記手先部材の回転中心と
なる軸の他端側と該手先部材との間に介装された
高減速比の第２減速機とを有することを特徴とす
るものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明す
る。

第２図は本発明に係る手首装置１Ａを適用した
工業用ロボツトＲの全体を示すものであり、ベー
ス２１上には平行リンク機構２２を介してアーム
２の後部のケーシング３が支持され、前記アーム
２の先端に手首装置１Ａが突設されている。

前記アーム２内には手首装置１Ａの３本の伝動
軸８ａ，８ｂ，８ｃが同心状に配置されており、
このうち最外側の伝動軸８ａは、前記ケーシング
３に配設されたアクチユエータ４ａと減速機５ａ
および相互に噛合する一対の平歯車７，７を介し
て接続されている。また、中間の伝動軸８ｂおよ
び最内側の伝動軸８ｃはそれぞれ前記ケーシング
３内に配設された対応するアクチユエータ４ｂ，
４ｃと減速機を介することなく接続されている。

前記手首装置１Ａの詳細は第３図ないし第５
図、特に第５図に示されいる。

第５図に詳示するように、中空の最外側の伝動
軸８ａは、同じく中空のアーム２の内端部に設け
られた軸受２３に回転自在に支持され、アーム２
の先端から突出している。前記伝動軸８ａの端部
にはフランジ２４が周設されており、このフラン
ジ２４には凹形の手首ケーシング２５がねじ部材
２６により固着されている。一方、このフランジ
２４の内端部に設けられた軸受２７には中空の中
間の伝動軸８ｂが回転自在に支持され、この伝動
軸８ｂの先端は前記手首ケーシング２５内に臨ん
でいる。そして、この伝動軸８ｂの先端には傘歯
車２８が嵌着されている。一方、前記手首ケーシ
ング２５には、前記伝動軸８の軸心と直交する方
向のスリーブ２９がねじ部材３０により固着され
ており、このスリーブ２９には軸受３１を介して
中空軸３２が回転自在に支持されている。この中
空軸３２の下端には、前記傘歯車２８と噛合する
傘歯車３３が嵌着されており、上端には平歯車３
４がピン３５により固着されている。前記傘歯車
２８の内側には軸受３６が配設され、この軸受３
６には最内側の伝動軸８ｃが回転自在に支持され
ており、この伝動軸８ｃの先端には傘歯車３７が
嵌着されている。一方、前記中空軸３２内には軸
受３８を介して軸３９が支持されており、この軸
３９の下端には、前記傘歯車３７と噛合する傘歯
車４０が嵌着され、上端には平歯車４１がピン４
２により固着されている。

前記手首ケーシング２５の上下端には、それぞ
れ手首ケーシング２５より前方に突出する覆い板
４３，４４が螺着されており、各覆い板４３，４
４の前端は、それぞれ前記手首ケーシング２５と
一体の前面カバー４５，４６にねじ部材４７によ
り螺着され、両カバー４５，４６間には大きな間
隙が形成されている。前記手首ケーシング２５お
よび第５図において上部の前面カバー４５間また
手首ケーシング２５および下部の前面カバー４６
間にはそれぞれ軸受４８，４９が設けられてお
り、これらの軸受４８，４９には、前記手首ケー
シング２５の前方に位置する円筒状軸５０が回転
自在に支持されている。なお、軸受４８の軸受押
え５１により保持されている。前記円筒状軸５０
の軸心は前記アーム２の軸心と直交している。こ
の円筒状軸５０には、前記スリーブ２９とほぼ同
一高さに円筒状軸５０と同軸心となるようにスリ
ーブ５２がねじ部材３０により固着されており、
このスリーブ５２には軸受５３を介して中空軸５
４が回転自在に支持されている。この中空軸５４
の上端には前記平歯車３４と噛合する平歯車５５
がピン５６により固着されており、下端には傘歯
車５７が嵌着されている。前記中空軸５４内に
は、この中空軸５４と同心的に軸５８が配設され
ており、この軸５８は、前記中空軸５４、円筒状
軸５０および覆い板４４にそれぞれ設けられた軸
受５９，６０，６１に回転自在に支持されてい
る。前記軸５８の上端には前記平歯車４１と噛合
する平歯車６２がピン６３により固着されてお
り、下端部にはハーモニツクドライブ機構６４の
ウエブジエネレータ６５が嵌着されている。この
ウエブジエネレータ６５の外周面６６は楕円形状
とされており、このウエブジエネレータ６５の外
周面６６には、この外周面６６に沿うように軸受
６７，６７が介装されている。また、この軸受６
７の外側には、外周に鋸歯状の多数の歯が形成さ
れた可撓性のリング６８が回転自在に配設されて
いる。一方、前記覆い板４４および円筒状軸５０
には、それぞれ前記可撓リング６８の歯に噛合す
る多数の内歯を備えたサーキユラスプライン６
９，７０がピン７１，７２により固着されてい
る。そして、前記覆い板４４のサーキユラスプラ
イン６９の内歯の数は可撓リング６８の歯の数と
等しくされており、また、円筒状軸５０のサーキ
ユラスプライン７０の内歯の数は可撓リング６８
の歯の数より少し多い数とされている。

したがつて、軸５８に嵌着されたウエブジエネ
レータ６５が回転すると可撓リング６８は弾性変
形し、可撓リング６８と円筒状軸５０のサーキユ
ラスプライン７０の歯数が異なつているため可撓
リング６８とこのサーキユラスプライン７０との
噛合位置が順次移動していく。そして、ウエブジ
エネレータ６５が１回転したとき、円筒状軸５０
のサーキユラスプライン７０は可撓リング６８よ
り歯数の多い分だけ軸５８の回転方向とは逆の方
向に移動する。

例えば、円筒状軸５０のサーキユラスプライン
７０の歯数が可撓リング６８の歯数より２枚多い
とした場合の減速比ｉは、可撓リング６８の歯数
をZ_f、サーキユラスプライン７０の歯数をZ_c（す
なわちZ_f＋２）とすると、 ｉ＝Z_f−Z_c／Z_f＝−２／Z_f となり、一般にｉ＝1/80〜1/265といつた大きな
減速比が得られる。

前記円筒状軸５０の前方には円筒状の先端ケー
シング７３が前記両軸受４８，４９の内側におい
て突設されており、この先端ケーシング７３の内
側には軸受７４を介して支持部材７５が回転自在
に支持され、この支持部材７５の前面には、図示
しない工具やワークを把持あるいは支持するため
の前記手先部材６がねじ部材７６やピン７７によ
り固着されている。前記支持部材７５の内側には
軸受７８を介して軸７９が回転自在に支持されて
おり、この軸７９の端部には前記傘歯車８７と噛
合する傘歯車８０が嵌着されている。この傘歯車
８０は前記円筒状軸５０に設けられた軸受８１に
より支持されており、前記軸７９の軸心は前記円
筒状軸５０の軸心と直交している。前記軸７９に
はハーモニツクドライブ機構８２のウエブジエネ
レータ８３が嵌着されている。このハーモニツク
ドライブ機構８２の構成は前述したハーモニツク
ドライブ機構６４と同様なので詳述は避けるが、
前記ウエブジエネレータ８３の外周には軸受８
４，８４を介して可撓リング８５が配設され、こ
の可撓リング８５の歯には、前記円筒状軸５０お
よび支持部材７５にそれぞれピン８６，８７にに
より固着されたサーキユラスプライン８８，８９
の内歯が噛合している。そして、前記円筒状軸５
０のサーキユラスプライン８８の内歯の数は可撓
リング８５の歯の数と等しくされており、また、
支持部材７５のサーキユラスプライン８９の内歯
の数は可撓リング８８の歯の数より少し多い数と
されている。

したがつて、前記軸７９の回転は大きく減速さ
れて支持部材７５に伝達される。

つぎに、前述した実施例の作用について説明す
る。

第２図にαで示す捩りの動作を行なうには、ア
クチユエータ４ａを駆動すればよい。すると、減
速機５ａおよび平歯車７，７を介して最外側の伝
動軸８ａが回転し、手首装置１Ａはα方向に捩ら
れる。また、アクチユエータ４ｃを駆動すると、
伝動軸８ｃ、傘歯車３７，４０、平歯車４１，６
２を介して軸５８が回転され、この軸５８の回転
がハーモニツクドライブ機構６４を介して大きく
減速されて円筒状軸５０に伝達され、円筒状軸５
０は第２図β方向に振られる。さらに、アクチユ
エータ４ｂを駆動すると、伝動軸８ｂ、傘歯車２
８，３３、平歯車３４，５５、傘歯車５７，８０
を介して軸７９が回転され、この軸７９の回転が
ハーモニツクドライブ機構８２を介して大きく減
速されて支持部材７５に伝達され、この支持部材
７５と一体の手先部材６は第２図のα方向に回転
される。

前述した本実施例は、円筒状軸５０の振りと手
先部材６の回転を行なう動力伝達系の最終段にハ
ーモニツクドライブ機構６４，８２を設けたの
で、このハーモニツクドライブ機構６４，８２に
至る傘歯車２８，３３，３７，４０，５７，８０
および平歯車３４，４１，５５，６２の噛合にお
けるバツクラツシユは、減速比により縮小され、
最終出力部材たる円筒状軸５０および手先部材６
の動作においては無視し得るほどの微小なものと
なり、位置決め精度はよくなる。しかも、バツク
ラツシユを除去するために要する組立時の労力も
大幅に軽減される。

また、手首装置１Ａを概略、コの字状の手首ケ
ーシング２５と、円筒状軸５０と、この円筒状軸
５０の前方に取付けられた先端ケーシング７３に
より構成し、円筒状軸５０および先端ケーシング
７３の接合面を、第３図に示すように軸受４９の
外径より内側としたことにより、先端ケーシング
７３を取外した状態で円筒状軸５０を手首ケーシ
ング２５内に挿入することが可能であり、組立お
よび分解がきわめて容易である。しかも、独立し
て回転自在とされた二重軸２９および３０、また
は５４および５８のそれぞれの両端に傘歯車３３
および平歯車３４，４０および４１，５７および
５５、または６２を取付け、さらに、スリーブ２
９，５２を介して手首ケーシング２５、円筒状軸
５０に固定するようにしたので、歯当りの調整あ
るいは歯面のチエツクなどの保守も容易に行なう
ことができる。

さらに、手首装置１Ａ内に使用される傘歯車、
平歯車、軸および軸受類は伝動が高速低トルクで
行なわれるため、小形のものを使用することがで
き、手首装置１Ａの全体も小形軽量化できる。ま
た、動作の干渉についても、α方向の手首装置１
Ａの捩り動作により傘歯車２８と３３および３７
と４０の噛合によつて生ずる相対運動は、それぞ
れハーモニツクドライブ機構６４，８２により大
きな減速比で減速され、一方、β方向の円筒状軸
５０の振り動作により傘歯車５７と８０の噛合に
よつて生ずる相対運動は同じくハーモニツクドラ
イブ機構８２により減速されるため、出力軸の動
作に対する影響はほとんど無視し得るほど小さな
もので、教示時に問題となることはない。

なお、本実施例においては、手首装置１Ａ内に
おける動力の伝達に２対の平歯車３４と５５、お
よび４１と６２を用いたが、これらの代りにタイ
ミングベルトおよびプーリあるいはチエーンおよ
びスプロケツトなどを用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、伝動の
高速低トルクを図ることによつて、小型軽量でし
かも歯車のバツクラツシユに起因する位置決め精
度を低下を極力抑えこことができ、さらに自由度
相互の動作の干渉を無視するようにすることがで
きる。

また、高速減速の減速機を手首ケーシングの外
側に配置することができ、これによつて頻繁に行
われる樹脂交換等の保守を容易となすことができ
るといつた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の手首装置を示す縦断面図、第２
図は本発明に係る手首装置を適用した工業用ロボ
ツトの実施例を示す正面図、第３図は第２図の手
首装置の一部縦断拡大図、第４図は第３図の左側
面図、第５図は第３図および第４図の手首装置の
縦断面図である。 Ｒ…工業用ロボツト、１，１Ａ…手首装置、２
…アーム、４ａ，４ｂ，４ｃ…アクチユエータ、
６…手先部材、８ａ，８ｂ，８ｃ…伝動軸、１
１，１２，１７，１８，１９，２０，２８，３
３，３７，４０，５７，８０…傘歯車、２５…手
首ケーシング、２９，５２…スリーブ、３２，５
４…中空軸、３４，４１，５５，６２…平歯車、
３９，５８，７９…軸、５０…円筒状軸、６４，
８２…ハーモニツクドライブ機構、６５，８３…
ウエブジエネレータ、６９，７０，８８，８９…
サーキユラスプライン、７３…先端ケーシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３自由度を有し、アームの基部に設けられた
   アクチユエータにより駆動される工業用ロボツト
   の手首装置において、 それぞれ独立したアクチユエータにより回転駆
   動されアームから同心状に突出するように配置さ
   れた３本の伝動軸と、 前記アームの先端に回転自在に支承され前記伝
   動軸の内の最外側に位置する伝動軸の先端に該伝
   動軸と一体に回転するように連結された手首ケー
   シングと、 前記手首ケーシングの前部に前記伝動軸と直交
   する方向に延びる軸を中心として回転自在に支承
   されてこの内部に収納された円筒状軸と、 前記円筒状軸の前部に該円筒状軸と直交する方
   向に延びる軸を中心として回転自在に支承されて
   この内部に収納された手先部材と、 前記手首ケーシングの一側面側に配置され、前
   記伝動軸の内の中間または最内側に位置する伝動
   軸の一方の回転を前記円筒状軸の回転中心となる
   軸の一端に伝達する第１動力伝達機構と、 前記第１動力伝達機構の動力伝達方向に沿つて
   配置され、前記伝動軸の内の中間または最内側に
   位置する伝動軸の他方の伝動軸の回転を前記手先
   部材の回転中心となる軸の一端に伝達する第２動
   力伝達機構と、 前記円筒状軸の回転中心となる軸の他端側と該
   円筒状軸との間に介装された高減速比の第１減速
   機と、 前記手先部材の回転中心となる軸の他端側と該
   手先部材との間に介装された高減速比の第２減速
   機と、 を有することを特徴とする工業用ロボツトの手首
   装置。