JPH065106Y2 - 産業用ロボットの手首装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は手首を動かしてもハン
ドの作用点が決められた直線上を移動し、また、ハンド
作用点を上下左右任意の曲線軌跡を以てウェービングさ
せたりすることのできる産業用ロボットの手首装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚い鉄板を切断する方法の１つと
して、図７のように鉄板１を切断用トーチ２を用いて溶
断する方法がある。この切断方法においては、例えば鉄
板１を１点鎖線に沿って切断した場合、トーチ２からア
ークが放射状に噴射されるため、鉄板１の切口は図７の
斜線のようになり、垂直に切断することができない。こ
のため、図８のようにトーチ２を傾けると片側の切断面
を垂直にすることができる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかし、この作業を手
動で行うと危険なばかりかトーチ２の傾き角度を一定に
保つのがむずかしく、産業用ロボット等の導入が検討さ
れる。ところが、鉄板１の厚さやトーチ２のノズル口径
がかわるとトーチ２から噴射されるアークの勢いがかわ
り、切断角度もかわってくる。このため、その都度トー
チ２の傾き角度の訂正が必要となるが、訂正のたびにト
ーチ２の先端が切断線上から外れてしまい、手首の回転
動作ばかりでなく、ロボットのアームも移動させなけれ
ばならないので、ティーチングに時間がかかってしま
う。

【０００４】本考案の目的は、手首を動かしてもハンド
の作用点が決められた直線上を移動して一方向に対して
位置ずれを生せず、しかも、ハンド作用点を上下左右任
意の曲線軌跡を以てウェービングさせたり、所望の直径
でハンド作用点を同一平面内で回転させることが容易な
産業用ロボットの手首装置を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】まず、この考案の原理に
ついて説明する。図２のように長さの等しいアームＡ
Ｂ，ＢＣを点Ｂで回転自在に連結した状態において、ア
ームＡＢを点Ａを中心に垂線ＡＺから左回りに角度θだ
け回転させた時、アームＢＣを点Ｂを中心としてアーム
ＡＢに対し右回りに角度２θ回転させると、∠ＢＡＣと
∠ＢＣＡは等しくなり、点Ｃは常にＡＺ上をたどる。

【０００６】今、図１のように点Ａに対して回転自在に
プーリＰ１（直径２Ｒ）を固定し、この固定されたプー
リＰ１の軸Ａを中心にアームＡＢが回転自在となるよう
にする。また、点ＢにプーリＰ２（直径Ｒ）をアームＡ
Ｂに対しては回転自在に取付けると共に、アームＢＣに
対しては固定する。そして、プーリＰ１とプーリＰ２と
をベルトＤで連結する。

【０００７】このような状態において、アームＡＢを垂
線ＡＺに対して左回りに角度θだけ回転させると、プー
リＰ１はアームＡＢに対して右回りに角度θ回転したこ
とになり、ベルトＤが２πＲθ／３６０移動する。ただ
し、πは円周率である。ベルトＤが２πＲθ／３６０移
動すると、プーリＰ２もそれにつれて回転する。その回
転角度をＹとすると、 ２πＲθ／３６０＝２π（Ｒ／２）Ｙ／３６０ となり、 Ｙ＝２θ とを得る。

【０００８】したがって、プーリＰ１とプーリＰ２との
直径比が２：１でかつアームＡＢ，ＢＣの長さが等しけ
れば点Ｃは垂線ＡＺ上をたどることになる。

【０００９】さらに、垂線ＡＺに固定されたプーリＰ１
をモータＭ等により回転可能にすると、点Ｃがたどる直
線ＡＺ´の垂線ＡＺに対する角度∠ＺＡＺ´を任意に変
えることができる。また、アームＡＢを回転駆動すると
共にモータＭを駆動してプーリＰ１を交互に正逆回転さ
せれば、その動きに追従してハンド作用点は上下左右任
意の曲線軌跡を以てウェービングする。また、Ｃ点は常
に直線ＡＺ上にあるため、ハンド作用点をアームＣＢの
中間部に配置して、直線ＡＺを中心に手首装置全体を回
転すると、直線ＡＺに対するハンドの成す角度を一定に
保ったまま同ハンドを所望の直径をもって同一平面内で
回転させることができる。

【００１０】

【実施例】

上記原理をもとに、この考案の一実施例を説明する。

【００１１】まず、この実施例の手首装置が取付けられ
る産業用ロボットの一例について説明する。図３に示さ
れる前記産業用ロボットは、台座３内に設けられた駆動
装置により第１アーム４が水平面上に回動し、また第１
アーム４に設けられた駆動装置５により第１アーム４の
先端に取付けられた第２アーム６がリンク７を介して水
平面上を回動するようになっている。

【００１２】このような産業用ロボットの第２アーム６
の先端に取付けられる手首装置がこの実施例の手首装置
で、図４は手首装置の正面図、図５は図４のＡ−Ａ線断
面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【００１３】この手首装置の構成は次のようになってい
る。まず、図３の第２アーム６先端に水平に固定される
ブラケット８が設けられ、その先にはα軸駆動装置９が
回転軸１０を下方に向けて軸受１１により保持されてい
る。なお、α軸駆動装置９は減速装置１２、ブレーキ１
３、モータ１４、エンコーダ１５を備えている。

【００１４】回転軸１０の先にはフランジ１６を介して
Ｌ字状の支持アーム１７が固定されている。この支持ア
ーム１７にはβ軸駆動装置１８が固定され、この駆動装
置１８の回転軸１９は支持アーム１７に保持された軸受
２０で支持されると共に第１手首アーム２１に固定され
ている。なお、駆動装置１８は減速装置２２、モータ２
３、ブレーキ２４、エンコーダ２５を備えている。さら
に前記軸受２０の周面には、軸受２６を介してプーリ２
７（回転車）および歯車２８が設けられている。

【００１５】また、支持アーム１７には図６に示すよう
に軸受２９を介してγ軸駆動装置３０が固定され、駆動
装置３０の回転軸３１は歯車３２を介して歯車２８と連
結されている。なお、駆動装置３０は減速装置３３、ブ
レーキ３４、モータ３５、エンコーダ３６を備えてい
る。

【００１６】一方、第１手首アーム２１の遊端には軸受
３７を介して回転軸３８が軸支され、この回転軸３８の
一端にプーリ３９（回転車）が固定されている。このプ
ーリ３９は直径が前記プーリ２７の１／２のものであ
る。そしてこのプーリ３９とプーリ２７とはベルト４０
（条体）で連結されている。また回転軸３８の他端には
第２手首アーム４１の一端が固定され、このアーム４１
の他端には直角にブラケット４２（保持部）が設けられ
ている。このブラケット４２はハンド、例えば溶断用ト
ーチや溶接用トーチ等のトーチＴを保持するもので、ト
ーチＴの先端と回転軸３８の軸心との間の距離Ｌ１と、
回転軸１９の軸心と回転軸３８の軸心との間の距離Ｌ２
とが等しくなるようにトーチＴを固定する。

【００１７】なお、この考案でいうハンドとはメカニカ
ルハンドやバキュームハンド等の一般的なハンドばかり
でなく上記のような溶断用トーチや溶接用トーチ等ブラ
ケット４２に取付けられ作業ができるものすべてをさ
す。また、図中の符号４３，４４はリミットスイッチ、
符号４５はカバーを示している。

【００１８】このような構成において、動作は次のよう
になる。今、駆動装置３０を不動作状態にして駆動装置
１８を動作させると、プーリ２７は回転しないが第１手
首アーム２１が回転する。例えば第１手首アーム２１が
垂線に対して左回りに角度θだけ回転したとすると、ベ
ルト４０は長さ２πＲθ／３６０移動する。ベルト４０
が２πＲθ／３６０移動するとプーリ３９もそれにつれ
て回転する。その回転角度Ｙは、Ｙ＝２θとなる。

【００１９】したがって、第２手首アーム４１は第１手
首アーム２１に対して右回りに２θ回転し、垂線と第２
アーム４１とのなす角度はθとなる。このため、フラン
ジ４２に取付けられたトーチＴの先端は垂線上を動く。

【００２０】このような状態において、駆動装置９を動
作すると、第１手首アーム２１、第２手首アーム４１全
体が水平面に対して回転するが、トーチＴの先端は垂線
上の１点を中心として回転する。

【００２１】また、駆動装置３０を動作させると、その
回転力は歯車３２を介して歯車２８に伝達され、プーリ
２７が回転する。このためプーリ２７の回転角の２倍だ
けプーリ３９が左回りに回転し、トーチ先端が垂線から
外れる。このような状態において、駆動装置１８を動作
させると今度はトーチ先端が所定の角度傾斜した直線上
を移動することになる。

【００２２】上記のようにこの実施例によれば、トーチ
Ｔの角度を変更させてもトーチ先端が同一直線上を移動
し、その直線方向に対しては位置ずれが生じないので、
鉄板の切断作業において鉄板の厚さやトーチがかわって
もトーチ角度を変更するだけで切断線上にトーチ先端を
持っていくことができる。このため、ティーチングが簡
単であると共に、精度のよい切断が可能となる。また、
溶接に際してはトーチ角度をすみ肉溶接や突合せ溶接に
適した姿勢に変更でき、溶接作業にも非常に適した手首
装置である。さらに、駆動装置３０を正逆回転交互に行
なうことによって、第１手首アーム２１、第２手首アー
ム４１が左右または前後に振れるので、溶接のウィービ
ング作業も簡単に行なえる。

【００２３】また、例えば垂線上でトーチＴを回転させ
た場合、その先端が１点をさしたまま回転するので、ト
ーチＴのフランジ４２への取付位置を内側にずらしてト
ーチＴを回転させると鉄板を円形に切断したり、円状に
溶接することを極めて簡単に行なうことができる。

【００２４】なお、この考案は前記実施例に限定される
ものではない。例えば、前記実施例では回転車としてプ
ーリ、条体としてベルトを示したが、回転車は歯車等で
あってもよい。また条体はチェーンやワイヤー等であっ
てもよい。その他、この考案の要旨を変更しない範囲で
種々変形可能なことは勿論である。

【００２５】

【考案の効果】以上説明したようにこの考案によれば、
第１手首アームと、この手首アームとの接続部からハン
ド作用点までの長さを前記第１手首アームの長さに等し
くした第２手首アームとを接続すると共に、第１手首ア
ームの基端に第１手首アームに回転自在に第１回転車を
取付け、第１手首アームと第２手首アームとの接続部に
第１回転車の１／２の直径の第２回転車を第１手首アー
ムに対して回転自在でかつ第２手首アームに対して固定
であるように取付け、第１回転車と第２回転車とを条体
で連結したので、手首を動かしてもハンドの作用点が決
められた直線上を移動して一方向に対して位置ずれの生
じない産業用ロボットの手首装置を得ることができる。

【００２６】さらに、第１回転車を第２駆動装置で回動
させれば、ハンド作用点がたどる直線の向きを任意に変
えることができる。また、第１駆動装置で手首アームを
回動させると共に第２駆動装置で第１回転車を交互に正
逆回転させることにより、その動きに追従してハンド作
用点を上下左右任意の曲線軌跡を以てウェービングさせ
ることができる。しかも、第２手首アームは、第１回転
軸の中心と第２回転軸の中心との間の距離よりも短い位
置にハンド作用点を設定可能であるから、そのように設
定して手首装置全体を回転すれば、その回転中心に対し
てハンドの成す角度を一定に保ったまま同ハンドを同一
平面内で回転させることもできる。これらにより、比較
的簡単な構成でありながら種々の作業用途に対応させる
ことができるという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案に係る手首装置の原理的な構成説
明図である。

【図２】図２はハンド作用点を一直線上に保つための原
理説明図である。

【図３】図３は産業用ロボットの一例を示した斜視図で
ある。

【図４】図４は手首装置の正面図である。

【図５】図５は図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】図７はトーチによって鉄板を溶断する従来技術
の第１の説明図である。

【図８】図８はトーチによって鉄板を溶断する従来技術
の第２の説明図である。

【符号の説明】

８，４２ ブラケット ９ α軸駆動装置 １７ 支持アーム １８ β軸駆動装置 １９，３８ 回転軸 ２１ 第１手首アーム ２７，３９ プーリ ２８，３２ 歯車 ３０ γ軸駆動装置 ４０ ベルト ４１ 第２手首アーム Ｔ トーチ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットのアームに取付けられる
   手首装置において、前記アームに支持された第１駆動装
   置と、この第１駆動装置の回転力が伝達される第１回転
   軸に一端が固定された第１手首アームと、この第１手首
   アームの他端に回転自在に取付けられた第２回転軸に一
   端が固定され、この第２回転軸の中心から、前記第１回
   転軸の中心と前記第２回転軸の中心との間の距離に等し
   い位置並びにその距離より短い位置に、ハンド作用点を
   位置調整可能にして、ハンドを保持する保持部を有する
   第２手首アームと、前記第１回転軸に回転自在に取付け
   られた第１回転車と、この第１回転車の半分の直径を有
   し、前記第２回転軸に固定された第２回転車と、この第
   ２回転車と前記第１回転車との外周に張設した条体と、
   前記第１回転車を可逆転可能に駆動させる第２駆動装置
   と、を備えた産業ロボットの手首装置。