JPH06297377A

JPH06297377A - ロボットの手首装置

Info

Publication number: JPH06297377A
Application number: JP5170548A
Authority: JP
Inventors: Akira Nihei; 亮二瓶; Akihiro Terada; 彰弘寺田; Takashi Iwasaki; 恭士岩崎; Yasuhiro Toida; 靖広樋田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1994-10-25
Also published as: KR950700815A; WO1994017966A1; EP0638397A4; EP0638397A1

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、ロボットの手首を駆動する
歯車のバックラッシを調整可能に構成したロボットの手
首装置を提供することにある。【構成】上述の目的を達成するために、本発明による
ロボットの手首装置は、ロボットの手首ケーシングを回
動々作させるために、歯車装置を介してモータから回転
動作を前記手首ケーシングに伝達するように構成された
ロボットの手首装置において、前記歯車装置は、前記手
首ケーシング（３２）を回動々作させる出力軸（２８）
に取着された第１の歯車（Ａ）と、該第１の歯車（Ａ）
と係合する第２の歯車（Ｂ）と、前記第２の歯車（Ｂ）
の回転軸（１４）を、同回転軸（１４）から所定距離
（ａ）偏心した偏心軸（１６）の回りに回動させる軸間
距離変位手段（１２）と、を具備する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの手首
装置に関し、特に、ロボットアーム先端部に回動自在に
軸着された、ロボットの手首を回動々作させる歯車のバ
ックラッシを調整可能に構成されたロボットの手首装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの手首は、ロボットアームの先
端部に所定の軸線回りに回動自在に軸着されている。ロ
ボットの手首を回動々作させるために、種々の駆動力伝
達装置が周知となっているが、近時、電動モータの小型
化によりロボットの手首近傍に手首ケーシング駆動用モ
ータを配置し、該モータから複数の歯車を有する歯車装
置を介して回転駆動力を伝達する装置が採られるように
なっている。然しながら、歯車装置による動力伝達装置
では、不可避的に各歯車間においてバックラッシが発生
する。ロボットの手首において該バックラッシは、ロボ
ットの手首の動作精度に直接関係する。従って、ロボッ
トの手首の先端に取着されたエンドエフェクタの位置決
め精度を改善するためには、上記バックラッシを可及的
に小さく調整することが必要となる。

【０００３】歯車の加工精度や、ロボットの製造、組み
立工程において歯車の軸間距離の精度を厳格に管理する
ことにより、バックラッシを低減可能なことは言うまで
もない。然しながら、歯車の加工精度や、歯車の軸間距
離の精度の厳格管理によりバックラッシを低減するため
には非常に厳格な寸法公差が要求され、ロボットの製
造、組み立てコストを増加させる。また、歯車は、ロボ
ットの長期間の使用により磨滅し、バックラッシもまた
経時的に増加する。従って、バックラッシの調整は、ロ
ボットがユーザーに引き渡され、工場等に据え付けられ
た後のメンテナンスにおいても必要となり、単に歯車の
製造精度を管理するだけでは、対応できないこともあ
る。また、特開昭第６２−２９２３８９号公報は、ロボ
ットの手首を駆動する歯車の軸間距離を調節可能に構成
して、バックラッシを可及的に小さくする装置を開示す
る。然しながら、上記公報に開示された装置は構成が複
雑であり、そのために、ロボットアーム先端部が重量増
加して、ロボットアームを駆動するモータの負荷が増大
すると共に、ロボットアームの位置決め精度が低下す
る。更に、製造コストが増加するという問題もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題点に鑑み、単純な構成によりロボットの手首を駆
動する歯車の軸間距離を変位させて、バックラッシを調
整可能に構成したロボットの手首装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、ロボットアームの先端部に軸着され
たロボットの手首ケーシングを回動々作させるために、
複数の歯車から成る歯車装置を介して、手首ケーシング
駆動用モータから回転動作を前記手首ケーシングに伝達
するように構成されたロボットの手首装置において、前
記手首駆動用モータは、前記手首ケーシングの近傍に配
置されており、前記歯車装置は、前記手首ケーシングを
回動々作させる出力軸に取着された第１の歯車と、該第
１の歯車と係合すると共に、前記手首ケーシング駆動用
モータからの回転駆動力を受ける第２の歯車と、前記第
１の歯車と前記第２の歯車と軸間距離を変位させて、前
記第１と第２の歯車の間のバックラッシを調整するため
に、前記第２の歯車の回転軸を、同回転軸から所定距離
偏心した偏心軸の回りに回動させる軸間距離変位手段と
を具備することを特徴とするロボットの手首装置が提供
される。本発明の１つの特徴によれば、前記軸間距離変
位手段を前記偏心軸の回りに所望の角度位置に固定する
ために、前記軸間距離変位手段は、前記偏心軸を中心と
して円弧状に形成された２つのスロットを具備してい
る。そして、該スロットの各々に、前記手首ケーシング
に設けられたボルト孔と係合する固定ボルトを通して、
前記軸間距離変位手段を前記手首ケーシングに固定す
る。また、本発明の好ましい実施例によれば、前記軸間
距離変位手段を前記偏心軸を中心として所定の角度位置
に固定するために、前記軸間距離変位手段は、前記偏心
軸を中心とする円周上に等角度間隔に配設された複数の
固定小孔を具備している。そして、該複数の固定小孔の
少なくとも１つに、前記手首ケーシングに設けられたボ
ルト孔と係合する固定ボルトを通して、前記軸間距離変
位手段を前記手首ケーシングに固定する。更に、本発明
の有利な実施例では、前記固定小孔の総数は奇数であ
る。

【０００６】

【実施例】ロボットの手首部の略示図である図１を参照
して、本発明に係るロボットの手首装置を説明する。図
１において、ロボットアーム１０の先端部にロボットの
手首ケーシング３２が、出力軸２８と、回転軸３０とに
より所定の軸線Ｘの回りに回動自在に軸着されている。
上記出力軸２８は、第１の歯車Ａと、第２の歯車Ｂと、
第３の歯車Ｃを有する歯車装置を介して、ロボットアー
ム先端部に配置された、手首ケーシング駆動用モータ３
６により駆動される。上記手首ケーシングは、同軸型の
減速装置を介して動作するように構成してもよい。手首
ケーシング３２の先端には、手首フランジ３４が具備さ
れており、該手首フランジ３４の端面にロボットハンド
等のエンドエフェクタ（図示せず）が取着される。手首
フランジ３４は、手首ケーシング３２内に備えられた電
動モータおよび減速装置（図示せず）によりＸ軸と垂直
なＹ軸回りに回転駆動される。

【０００７】手首のＸ軸回りの位置決め精度を高くする
ためには、歯車装置を構成する全ての歯車のバックラッ
シを低減することが望ましいが、非常に困難である。ま
た、手首ケーシング３２の回動々作の位置決め精度に最
も影響するのは、歯車装置の出力軸２８に取着された第
１の歯車Ａと、これと直接係合する第２の歯車Ｂとの間
のバックラッシである。そこで、本発明の最も好ましい
実施例では、第２の歯車Ｂの回転軸１４を、同回転軸か
ら所定距離偏心した偏心軸１６の回りに回動させる軸間
距離変位手段により、第１と第２の歯車Ａ、Ｂの軸間距
離を変位させて、このバックラッシが可及的に低減され
るように調整可能にした。すなわち、図１に示した本発
明によるロボット手首において、第２の歯車Ｂの回転軸
１４はフランジ１２に取着されており、該フランジ１２
は、前記回転軸１４の中心軸Ｏから微小な距離偏心した
中心軸Ｐを有する偏心軸１６の回りに回動自在にロボッ
トアーム１０の側壁に取り付けられている。従って、フ
ランジ１２を偏心軸１６の回りに適切に回動させること
により、第１と第２の歯車Ａ、Ｂの軸間距離ＸＯが調整
される。なお、本発明では、手首ケーシング３２を回動
々作させる歯車装置の出力軸２８に取着された第１の歯
車Ａと、該第１の歯車Ａと係合し、手首ケーシング駆動
用モータ３６からの回転駆動力を受ける第２の歯車Ｂと
の、軸間距離ＸＯを如何なる構成により調整するか、が
最も重要な問題となる。従って、図１において、手首ケ
ーシング駆動用モータ３６から回転駆動力を伝達する歯
車装置は、３つの歯車Ａ、Ｂ、Ｃを有しているが、歯車
の個数は本発明において重要ではない。また、第２の歯
車Ｂと第３の歯車Ｃとの間も同様に調節可能であること
は言うまでもない。

【０００８】図１においてＩＩで指示される部分の拡大
図である図２をも参照すると、第２の歯車Ｂは、玉軸受
等の軸受手段１８を介して、フランジ１２の略中心に同
フランジ１２に対して略垂直に設けれた回転軸１４の回
りに回転自在に取着されている。軸受手段１８は、滑り
軸受やローラー軸受でもよい。前記フランジ１２は、回
転軸１４の反対側の面に略垂直に設けられた偏心軸１６
を有している。回転軸１４の中心軸Ｏと偏心軸１６の中
心軸Ｐとの間の距離を偏心量ａと定義する。偏心軸１６
は、ロボットアーム１０の側壁に形成された穴部２０に
回転自在に挿入されており、従って、フランジ１２は偏
心軸１６を中心として回動自在となっている。偏心軸１
６と穴部２０との間に適宜にスリーブ（図示せず）を配
置してもよい。更に、フランジ１２を偏心軸１６を中心
とする所望の角度位置で固定するために、前記フランジ
１２を貫通して固定孔２４が形成されている。該固定孔
２４にボルト２２が貫通して挿入され、該ボルト２２
は、次いでロボットアーム１０の側壁に形成された内ネ
ジを有するボルト穴２６に螺着される。第１と第２の歯
車Ａ、Ｂのバックラッシを適切に調整するように、フラ
ンジ１２を偏心軸１６の回りに回動させた後、前記ボル
ト２２を堅く締め付けてフランジ１２を所望の角度位置
で固定する。ボルト２２とフランジ１２との間に、適宜
に座金（図示せず）を備えてもよい。

【０００９】更に、フランジ１２の略示斜視図である図
３を参照すると、フランジ１２は略円形の板部材より成
り、一方の端面に第２の歯車Ｂのための回転軸１４と、
他方の端面に偏心軸１６が設けられている。図３におい
て、偏心量ａは誇張して図示されているが、０．２ｍｍ
程度に決定される。但し、偏心量ａは歯車の形状、寸
法、工作精度等により異なることは言うまでもない。図
３において、上記固定孔２４は２つの円弧状のスリット
として形成されいるが、複数の小孔を円周上に配設して
もよい。固定孔２４を図３に示すように円弧状のスリッ
トとして形成する場合には、第１と第２の歯車Ａ、Ｂの
バックラッシは連続的に調整可能となるが、円周上に配
設された複数の小孔により構成する場合には、第１と第
２の歯車Ａ、Ｂのバックラッシは、各小孔が円周上に形
成される角度位置に依存する所定の離散的な調整量にて
調整される。

【００１０】次に、ロボットアームの先端部を模擬的に
表した図４を参照して、歯車の軸間距離変位手段の作用
原理と、バックラッシの調整について説明する。図４に
おいて、第１の歯車Ａは、図１の手首ケーシング３２を
Ｘ軸の回りに回動々作させる歯車装置の出力軸２８に取
着されており、第２の歯車Ｂが第１の歯車Ａと係合して
いる。上述のように、第２の歯車Ｂの回転軸１４は、フ
ランジ１２により偏心軸１６の回りに回動自在に構成さ
れている。これにより、第２の歯車Ｂの回転中心Ｏは、
偏心軸１６の中心軸Ｐを中心とする円周に沿ってＯ′に
移動する。このときのバックラッシの調整量Ｃは、第１
と第２の歯車Ａ、Ｂの圧力角をα、第１と第２の歯車
Ａ、Ｂの軸間距離変位量をｍとして、一般的に、Ｃ＝ｍ×２ｔａｎα ・・・（１）で表される。また、図４において、偏心量ａは誇張され
て示されているが、第１と第２の歯車Ａ、Ｂの軸間距離
（ロボットの大きさや、負荷等により異なるが、１００
ｍｍ程度）と比較して非常に小さな値である。従って、
フランジ１２を偏心軸１４の回りに回動して、バックラ
ッシを調整する場合、第１の歯車Ａの回転中心Ｘと、第
２の歯車Ｂの仮想的な回転中心Ｏを結ぶ方向に対して垂
直な方向の変位は、第１と第２の歯車Ａ、Ｂの軸間距離
の変位に寄与しない。そこで、これを無視すると、偏心
量をａ、フランジ１２の調整角度をβとして、第１と第
２の歯車Ａ、Ｂの軸間距離変位量ｍは、ｍ＝ａ×ｓｉｎβ ・・・（２）で表される。

【００１１】既述した通り、固定孔２４は図５（ａ）お
よび図５（ｂ）に図示するように、複数の小孔を偏心軸
１６の中心軸Ｐを中心として略円周上に配設して構成す
ることも可能である。図５（ａ）は偶数個の固定小孔を
配設する（同図では一例として６個の小孔が配設されて
いる）場合を、そして、図５（ｂ）は奇数個の固定小孔
を配設する（同図では一例として７個の小孔が配設され
ている）場合を示している。点Ｐを中心として偶数個の
固定小孔を等角度間隔で配設する場合、ある固定小孔に
対して中心Ｐを挟んで直径上の反対側に必ず他の固定小
孔が配設されることが理解される。例えば、図５（ａ）
を参照すると、固定小孔３に対して中心Ｐを挟んで直径
上反対側には固定小孔６が配設されている。言い換えれ
ば、図５（ａ）の固定小孔３と固定小孔６とは互いに対
称位置に配設されている。このことから、例えば図５
（ａ）に図示する配置から時計回りの方向に６０°回転
させてバックラッシを調節した場合と、時計形回りの方
向に１２０°（反時計回りの方向に２４０°）回転させ
てバックラッシを調節した場合とでは、調節量が同じに
なることが容易に理解されよう。従って、偶数個の固定
孔を配設して固定孔を構成すると、配設した半分の固定
小孔はバックラッシの調節に何ら寄与しないこととな
る。

【００１２】これに対して図５（ｂ）に示すように、奇
数個の固定小孔を配設する場合、各々の固定小孔は互い
に対称位置に配置されないので、全ての固定小孔がバッ
クラッシの調節に寄与する。従って、偶数個の固定小孔
を配設して固定孔２４を構成する場合よりも効率的であ
る。また、奇数の固定小孔を配設する場合、前記２つの
ボルト孔２６もまた、中心Ｐに対して対称位置には形成
されないことは言うまでもない。例えば、図５（ｂ）に
おいて固定小孔１に対応するボルト孔に対して、他方の
ボルト孔は、固定小孔１と該固定小孔１に隣接する固定
小孔２または７が中心Ｐを見込む角度の半分の角度を以
て、固定小孔１に対応するボルト孔を通過する直径か
ら、時計回りの方向または反時計回りの方向に偏位して
いる。更に、図５（ａ）、図５（ｂ）に示した固定小孔
は、各々６個と７個というように比較的少ない個数で形
成されている。然しながら、より微細なバックラッシの
調節を可能とするためには、可及的に多数の固定小孔を
配設することが必要となることは言うまでもない。

【００１３】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
のロボットの手首装置は、単純な構成により、コスト増
加やロボットアーム先端部の重量増加を伴わずに、しか
も簡単にロボットの手首の位置決め精度に影響する歯車
のバックラッシを可及的に低減可能である。これによ
り、上記手首装置の先端に備えられたエンドエフェクタ
の位置決め精度が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロボットの手首装置の略示断面図
である。

【図２】図１においてＩＩにより指示される部分の拡大
図である。

【図３】第２の歯車の回転軸を、偏心軸回りに回動させ
るためのフランジの略示斜視図である。

【図４】歯車の軸間距離調整手段の作用原理と、バック
ラッシの調整について説明するための図である。

【図５】軸間距離調整手段を所定の角度位置に固定する
ための固定小孔の総数が偶数の場合と奇数の場合とを比
較するための図である。

【符号の説明】

１２…フランジ１４…第２の歯車Ｂのための回転軸１６…偏心軸２８…出力軸Ａ…第１の歯車Ｂ…第２の歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎恭士山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内 (72)発明者樋田靖広山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットアームの先端部に軸着されたロ
ボットの手首ケーシングを回動々作させるために、複数
の歯車を有する歯車装置を介して、手首ケーシング駆動
用モータから回転動作を前記手首ケーシングに伝達する
ように構成されたロボットの手首装置において、前記手首駆動用モータ（３６）は、前記手首ケーシング
の近傍に配置されており、前記歯車装置は、前記手首ケーシング（３２）を回動々
作させる出力軸（２８）に取着された第１の歯車（Ａ）
と、該第１の歯車（Ａ）と係合すると共に、前記手首ケーシ
ング駆動用モータ（３６）からの回転駆動力を受ける第
２の歯車（Ｂ）と、前記第１の歯車（Ａ）と前記第２の歯車（Ｂ）と軸間距
離を変位させて、前記第１と第２の歯車（Ａ、Ｂ）の間
のバックラッシを調整するために、前記第２の歯車
（Ｂ）の回転軸（１４）を、同回転軸（１４）から所定
距離（ａ）偏心した偏心軸（１６）の回りに回動させる
軸間距離変位手段（１２）と、を具備することを特徴と
するロボットの手首装置。
【請求項２】前記軸間距離変位手段（１２）が、前記
偏心軸（１６）を中心として円弧状に形成された２つの
スロット（２４）を具備しており、該スロット（２４）
の各々に、前記手首ケーシング（１０）に設けられたボ
ルト孔（２６）と係合する固定ボルト（２２）を通し
て、前記軸間距離変位手段（１２）を前記偏心軸（１
６）を中心として所望の角度位置に固定するように構成
された請求項１に記載の手首装置。
【請求項３】前記軸間距離変位手段（１２）が、前記
偏心軸（１６）を中心とする円周上に等角度間隔に配設
された複数の固定小孔（２４）を具備しており、該複数
の固定小孔（２４）の少なくとも１つに、前記手首ケー
シング（１０）に設けられたボルト孔（２６）と係合す
る固定ボルト（２２）を通して、前記軸間距離変位手段
（１２）を前記偏心軸（１６）を中心として所望の角度
位置に固定するように構成された請求項１に記載の手首
装置。
【請求項４】前記固定小孔（２４）の総数が奇数であ
る請求項３に記載の手首装置。