JPH06791A - ロボットの手首機構 - Google Patents

ロボットの手首機構

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JPH06791A
JPH06791A JP16134992A JP16134992A JPH06791A JP H06791 A JPH06791 A JP H06791A JP 16134992 A JP16134992 A JP 16134992A JP 16134992 A JP16134992 A JP 16134992A JP H06791 A JPH06791 A JP H06791A
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JP
Japan
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arm
wrist
shaft
weight
drive shaft
Prior art date
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Withdrawn
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JP16134992A
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English (en)
Inventor
Shoichi Tsuchiya
昭一 土屋
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Tokico Ltd
Original Assignee
Tokico Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06791A publication Critical patent/JPH06791A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボットの手首部の重量、外形を変え
ることなく、手首軸に作用する重力トルクを低減させ
る。 【構成】 アーム胴部8に同軸をなすように設けられた
駆動軸26の外周面に重り(トルク付加手段)56を取
り付ける。重り56の取り付け位置は、手首10が重力
により最も大きな回転モーメントを生じる位置にある時
に、重り56が最も大きな回転モーメントを生じる位置
とし、かつ前記回転モーメントの方向は重力を相殺する
方向とする。重り56の重さを適当なものにすると重力
との間でバランスがとれ、DDモータ21の出力がフリ
ーの状態でも手首は静止する。また、傘歯車30と傘歯
車33のギア比は1:1であるため、手首10がどの位
置にある場合でもバランスをとることができる。

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
機構に係り、特に、手首軸に生じる重力方向のトルク
(以下、重力トルクと称する)が低減された手首機構に
関する。
【0002】
【従来の技術】図11は、産業用ロボットの構造の一例
を示すロボットの全体図である。基台1は床面に固定さ
れ、その上部には旋回ベース2が矢印A方向に回転自在
に支持されている。旋回ベース2には第一アーム3の下
端が矢印B方向に旋回自在に支持され、第一アーム3の
上端には第二アーム6が矢印C方向に旋回自在に支持さ
れている。また、第二アーム6と旋回ベース2の間はリ
ンク部材4,5で連結されている。
【0003】第二アーム6はアーム基部7,アーム胴部
8,アーム前部9からなり、このアーム前部9には手首
10が取り付けられている。この手首10は、アーム前
部9の第一の軸11回りを矢印D方向に旋回する第一ケ
ース部材12と、第一ケース部材12の第二の軸13回
りを矢印E方向に回転する第二ケース部材14および第
二ケース部材14の第三の軸15回りを矢印F方向に回
転する軸部材16から構成されている。更に、軸部材1
6には取り付けブラケット17を介し塗装ガン18が取
り付けられており、取り付けブラケット17にはダイレ
クトティーチング用のティーチングハンドル(操作ハン
ドル)19が設置されている。
【0004】ここで、第一の軸11はアーム軸線20に
直交し、かつアーム軸線20を含む平面上に位置し、第
二の軸13は第一の軸11に直交し、また、第三の軸1
5は第二の軸13に直交し、かつ第一の軸11を含む平
面上に位置している。
【0005】そして、第2アーム6の基部7内に3個の
DDモータを直列に固定し、アーム胴部8の内部に、ア
ーム軸線20を中心に設けられた同軸をなす筒状の駆動
軸により、前記DDモータの動力がそれぞれ手首10の
軸11,13,15に伝達される。また、第一の軸11
に対し、第二の軸13がオフセットを持つ構造となって
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術の場合、第一の軸11には、第二、第三の軸1
3,15の重量がかかるが、第一の軸11は前記駆動軸
を介して前記DDモータと連結しているため、結果的に
前記DDモータへの負荷が大きくなるという問題があっ
た。一方、ダイレクトティーチングを行う際には、これ
ら第二、第三の軸13,15の重さを作業者が支えなけ
ればならず、その結果、ダイレクトティーチングが行い
にくく、かつ作業者が疲労するという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決するためになされたもので、駆動源により駆動され、
アーム内に前記アームと同軸をなすように設けられた駆
動軸と、前記アームの先端に設けられ、前記駆動軸によ
り駆動される手首軸とを具備するロボットの手首機構に
おいて、前記駆動軸に、前記手首軸に生じる重力トルク
と反対方向に作用するトルクを付加するための手段を設
けたものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、アーム内に設けられた駆動軸
に設けたトルク付加手段により手首軸に作用する重力ト
ルクと反対方向に作用するトルクが付加されるため、手
首部の重量、外形を変えることなく、前記手首軸に作用
する重力トルクのバランスをとることができる。
【0009】
【実施例】以下、図面に基づき、本発明の実施例につい
て更に詳しく説明する。ここで、上記従来例と同様の構
成を有する部分については、同一の符号を賦してその説
明を省略する。
【0010】図1および図2に本発明の第一実施例を示
す。本発明に係るロボットは外形的には前記図11に示
した従来のロボットと全く異なるところがない。すなわ
ち、床面に固定された基台1の上部には旋回ベース2が
支持され、旋回ベース2には、第一アーム3を介して第
二アーム6が搭載されている。また、第二アーム6と旋
回ベース2の間はリンク部材4,5で連結されている。
【0011】第二アーム6のアーム前部9には、第一ケ
ース部材12と第二ケース部材14および軸部材16か
らなる手首10が取り付けられている。更に、軸部材1
6には取り付けブラケット17が取り付けられ、取り付
けブラケット17には塗装ガン18およびティーチング
ハンドル19が設置されている。
【0012】図1は、第2アーム6の図11中X−X線
に沿った断面図である。アーム基部7の後部には、駆動
源たるダイレクトドライブモータ(以下DDモータと称
する)21のステータ21aが固定され、ステータ21
aには軸受21c,21dを介してロータ21bが回転
自在に支持されている。アーム基部7には同様に、DD
モータ22,23のステータ22a,23aが固定さ
れ、ステータ22a,23aには軸受22c,22d,
23c,23dを介してロータ22b,23bが支持さ
れている。
【0013】各ロータ20b,21b,22bには、ア
ーム胴部8と同軸をなすように設けられた円筒状の駆動
軸24,25,26の後端がそれぞれ固定されている。
また、動軸24,25,26の前部は、アーム前部9内
の軸受27,28,29でそれぞれ支持され、かつ前端
には傘歯車30,31,32がそれぞれ取り付けられて
いる。
【0014】傘歯車30は傘歯車33と噛み合ってお
り、傘歯車33は軸受34によりアーム前部9に回転自
在に支持されるとともに、フランジ35を介して第一ケ
ース部材12のケース腕部12aに固定されている。ま
た、第1ケース部材12の反対側のケース腕部12bは
フランジ36を介して軸受37によりアーム前部9に回
転自在に支持されている。
【0015】傘歯車31は傘歯車38と噛み合ってお
り、この傘歯車38は軸39を介し平歯車40aと一体
に結合されるとともに、軸受41により傘歯車33,フ
ランジ35に回転自在に支持されている。また、平歯車
40aには、ケース腕部12aと一体の軸42に軸受4
3を介し回転自在に支持された平歯車40bが噛み合っ
ており、この平歯車40bには平歯車40cが噛み合っ
ている。平歯車40cは軸44を介し傘歯車45と一体
に結合されるとともに、軸受46によりケース胴部12
cに回転自在に支持されている。
【0016】傘歯車32は傘歯車47と噛み合ってお
り、傘歯車47は手首軸48を介し平歯車49aと一体
に結合されるとともに、軸受50によりフランジ36に
回転自在に支持されている。平歯車49には、ケース胴
部12cと一体の軸51に軸受52により回転自在に支
持された平歯車49bが噛み合っており、平歯車49b
には平歯車49cが噛み合っている。平歯車49cは軸
53を介し傘歯車54と一体に結合されるとともに、軸
受55によりケース胴部12cに回転自在に支持されて
いる。
【0017】更に、傘歯車45,54はピッチ円錐が重
なるようにアーム軸線20に対して同一の側に配置さ
れ、傘歯車45,54には第二ケース部材14および軸
部材16をそれぞれ旋回させる傘歯車(いずれも図示せ
ず)と噛み合っている。
【0018】ここで、本発明においては、アーム胴部8
に同軸をなすように設けられた駆動軸26の外周面に、
図1および図2に示すように重り(トルク付加手段)5
6を取り付ける。重り56の取り付け位置は、手首10
が重力によって最も大きな回転モーメントを生じる位置
にある時に、重り56が最も大きな回転モーメントを生
じる位置とする。しかも、前記回転モーメントの方向
は、手首10を上方に動かす向き、即ち重力を相殺する
方向とする。
【0019】図2のような状態において、駆動軸26に
は重り56により反時計方向に回転しようとする力が働
く。この力は、傘歯車30から傘歯車33に伝わり、手
首10を上方に向けようとする。手首10は、重力によ
って下方に向こうとするため、重り56の重さを適当な
ものにすると重力との間でバランスがとれ、DDモータ
21の出力がフリーの状態でも手首は静止する。また、
傘歯車30と傘歯車33のギア比は1:1であるため、
手首10は、上方でも下方でもどの位置でもバランスを
とることができる。また、アーム胴部8の内周面に、内
周方向に突出するストッパ57を設けることによって、
DDモータ23の回転範囲を制限することもできる。
【0020】図3は、本発明の第二実施例を示すもの
で、DDモータ23のロータ23b外周面に重り56a
を取り付ける方法を採用している。駆動軸26とロータ
23bの両方に重り56,56aを取り付ける方法もあ
る。
【0021】図4は、本発明の第三実施例を示すもの
で、上記第一実施例が駆動軸26に重り56を取り付け
のたのに対し、自らの回転中心に対し外側に偏心した駆
動軸26aを使用したものである。これらの実施例にお
いても、上記第一実施例と同様の効果が得られる。
【0022】本発明の第四実施例を図5ないし図8に示
す。これは、駆動軸26の外周面にワイヤ58の一端を
固定し、プーリ59を介して、アーム基部7の端面側か
らバネ60によって引っ張ることにより手首軸48のバ
ランスをとるためのトルクを得るものである。プーリ5
9はブラケット61に回転自在に取り付けられ、ブラケ
ット61は、アーム基部7の内周側に、軸受62を介し
て、バネ60からプーリ59に至るワイヤ58の軸線を
中心に回転自在に支持されている。その結果、プーリ5
9からのワイヤ58の外れを防止することができる。
【0023】この場合、バネ60は、第二アーム6を水
平とした際、手首軸48が重力によって最も大きな回転
モーメントを受ける位置、すなわち図7で示す位置でバ
ランスするように設定する。図7に示す位置で完全にバ
ランスするようにバネ60を設定すると、駆動軸26が
更に回転し、ワイヤ58が駆動軸26に巻き付く。その
結果、回転モーメントがバネ力の増加に比例して増大す
るため、モータ電源オフ時に第一の軸11を一定角度以
上上向きに保つことができる。また、第二アーム6が水
平かつ手首10が上向きで重力によって回転モーメント
を受けないような位置にあるとき、駆動軸26とワイヤ
58の位置は、図8に示すように、駆動軸26に回転モ
ーメントが生じない位置となるようにする。
【0024】本実施例においては、手首軸48回りの慣
性モーメントを増すことなく重力バランスをとることが
できるため、加減速時のモータの負荷、操作力を、上記
第一ないし第三実施例に比して更に軽減可能である。ま
た、モータ電源をオフとすることにより中立姿勢に自動
的に復帰するため、ワークや周辺装置との干渉を防止で
きるという効果もある。
【0025】本発明の第五実施例を図9および図10に
示す。これは駆動軸26の周囲にウズ巻きバネ62を巻
回し、その両端をそれぞれアーム基部7の内周面と駆動
軸26の外周面に接続したものである。このウズ巻きバ
ネ62は、手首軸48が重力によって最も大きな回転モ
ーメントを受ける位置で釣り合うように調整する。この
場合にも、手首軸48回りの慣性モーメントを増すこと
なく重力バランスをとることが可能で、かつモータ電源
オフ時には第一の軸11が一定位置に自動的に戻ること
になるため、上記第四実施例と同様の効果が得られる。
【0026】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、手
首部の重量、外形を変えることなく、手首軸に作用する
重力トルクのバランスがとれるため、ロボット操作時に
手首軸の負荷が軽減され、モータの容量を小さくするこ
とが可能である。また、ダイレクトティーチング時に要
する操作力が低下するため、ダイレクトティーチングが
容易となるとともに、作業者の疲労が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す第二アームのX−X
線に沿った断面図である。
【図2】本発明の第一実施例を示す第二アームのY−Y
線に沿った断面図である。
【図3】本発明の第二実施例を示す第二アームのX−X
線に沿った断面図である。
【図4】本発明の第三実施例を示す第二アームのY−Y
線に沿った断面図である。
【図5】本発明の第四実施例を示す第二アームのX−X
線に沿った断面図である。
【図6】本発明の第四実施例に係るブラケットの構造を
示す図である。
【図7】本発明の第四実施例におけるブラケットおよび
ワイヤの位置を示す第二アームのZ−Z線に沿った断面
図である。
【図8】本発明の第四実施例におけるブラケットおよび
ワイヤの位置を示す第二アームのZ−Z線に沿った断面
図である。
【図9】本発明の第五実施例を示す第二アームのX−X
線に沿った断面図である。
【図10】本発明の第五実施例を示す第二アームのW−
W線に沿った断面図である。
【図11】産業用ロボットの構造の一例を示すロボット
の全体図である。
【符号の説明】
1 基台 2 旋回ベース 3 第一アーム 4,5 リンク部材 6 第二アーム 7 アーム基部 8 アーム胴部 9 アーム前部 10 手首 11 第一の手首軸 12 第一ケース部材 12a,12b ケース腕部 12c ケース胴部 13 第二の軸 14 第二ケース部材 15 第三の軸 16 軸部材 17 取付ブラケット 18 塗装ガン 19 ティーチングハンドル 20 アーム軸線 21,22,23 ダイレクトドライブモーター(DD
モーター) 21a,22a,23a ステータ 21b,22b,23b ロータ 21c,21d,22c,22d,23c,23d,2
7,28,29,34,37,41,43,46,5
0,52,55 軸受 30,31,32,33,38,45,47,54 傘
歯車 35,36 フランジ 39,42,51,53 軸 40a,40b,40c,49a,49b,49c 平
歯車 48 手首軸 56,56a 重り 57 ストッパ 58 ワイヤ 59 プーリ 60 バネ 61 ブラケット 62 ウズ巻きバネ A 旋回ベースの回転方向 B 第一アームの旋回方向 C 第二アームの旋回方向 D 第一ケース部材の旋回方向 E 第二ケース部材の旋回方向 F 軸部材の回転方向

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動源により駆動され、アーム内に前記
    アームと同軸をなすように設けられた駆動軸と、前記ア
    ームの先端に設けられ、前記駆動軸により駆動される手
    首軸とを具備するロボットの手首機構において、 前記駆動軸に、前記手首軸に生じる重力方向へのトルク
    に対し反対方向に作用するトルクを付加する手段を設け
    たことを特徴とする手首機構。
  2. 【請求項2】 前記トルク付加手段が、前記駆動軸に対
    し偏心して設けられた重りであることを特徴とする請求
    項1記載の手首機構。
  3. 【請求項3】 前記トルク付加手段が、自らの回転中心
    に対し外側に偏心した断面形状を有する駆動軸であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の手首機構。
  4. 【請求項4】 前記トルク付加手段が、前記アームと前
    記駆動軸間に連結されたバネであることを特徴とする請
    求項1記載の手首機構。
JP16134992A 1992-06-19 1992-06-19 ロボットの手首機構 Withdrawn JPH06791A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
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