JPS5856791A - 産業用ロボツトのための３つの回動軸心を有する方向決め自在なハンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、′１気的に制御される産業用ロボットの腕
の先熾に取付けられるようにした、３つの回動軸心の回
りに方向決め自在なハンドルないしヘッドに関する。

裏道用、特に量産用の工具を自動化するＷｆＪｌｌに応
えるために利用される産業用ロボットは、その装置形態
に従って、可動キャリッジを含む並進運動ユニット或い
は腕を備えている。腕ないしキャリッジの先端には、３
つの回動軸心をもった方向決め自在なモジュールないし
はハンドルが設けられている。このハンドルは、多数の
製造及び移送操作例えば溶接、切断または荷扱いの自動
化を可能にするための％棟の工具を備えていてもよい。

従来は、方向決め自在なハンドルの３軸心回りのいろい
ろの回動運動の制御は、中央の液圧源から圧液を受けて
作動する液圧装置またはハンドルの支持キャリッジ或い
は腕に取付けた７台以上の電動機を含む電気的手段によ
り行なっていた。そのため駆動チェーンまたはベルト或
は歯車列から一般に形成される伝動装置が腕とハンドル
との間に配設される。この構成は、各部材間の動作の遊
び、特に伝動部材としてベルトを用いた場合にはすべり
や遊びを生じさせる。

特に、３つの回動軸心の各々について符号器及び切位置
検出器を備えた、ハンドルの３つの回動軸心に共通の制
御電動機を使用することは、実用上非常に困難である。

符に、従来技術によるハンドルは１作業の変更に伴なっ
て異なる構造のハンドルに変換したり構造の異なるロボ
ットに適合させたりすることが容易）こはできなかった
。

従って、この発明の目的は、電気的に制御される産業用
ロボットの、３つの回動軸心を有する（すなわちいわゆ
る３自由度の）方向決め自在なハンドルにおいて５変換
が容易にでき、あらゆる種類の産業用ロボット、＋４こ
水平型のもの、　１ｉｉｉ［＋１のもの及びハンドル支
持キャリッジ付門型ロボットに任意に取付は得るように
したハンドルを提供することにある。

この発明は更に従来技術によるハンドルに比べて非常に
小形化された方向決め自在なハンドルを提供することを
目的としている。

この発明による３つの回動軸心を備えた方向決め自在な
ハンドルは、電気的に操作ないし制御される産業用ロボ
ットの腕の先端に取付けられるようになっている。この
発明による方向決め自在なハンドルは、３つの減速ユニ
ットを有し、これらの各々の減速ユニットは、３つの回
動輪心の回りの３つの運動を各々制御するために別々の
符号装置を備えている。方向決め自在なハンドルないし
ヘッドの内部に別々の３つの電動減速ユニットを配設し
た仁とｋより、水平型、垂直型または門証などのあらゆ
る種類のロボットに取付けできる完全な互換性をもった
電動式のロボットのハンドルが実現される。

この発明によるハンドルは、非常に小形の特別の構造を
も好ましくは備えている。この目的のために、この発明
によるハンドルは、符号器を備えた第７１１１１１１１
減速ユニツトを受けいれるための、ロボットの腕の先趨
に固定される固定部材と、符号器を備えた第１電動減速
ユニツトを受けいれるための、上記第１電動減速ユニツ
トにより第１回動軸心の回りに回動駆動される中間部材
と、符号器を備えた第３電動減速ユニツトを受けいれる
ための、上記第１電動減速ユニツトにより第１回動軸心
の回りに回動駆動される、工具支持体を備えた先端部材
とを有する。

工具支持体は第３１１動減速ユニツトにより第ＪＩＰｉ
ｌｌＩＩＪ軸心の回りに回動駆動される。第１とＩＩコ
の回動細心並びに第一と第３の回動軸心は２つずつ互に
整列されている。特に、第１と第一の回動軸心が整列さ
れた時に第２と第３の回動軸心は同一平面内に含まれる
。

各々のＩＩＣＩＩＩＩ減速ユニットの出力軸は、対応す
る減速装置の軸と平行であり、この軸は、形成される運
動の回動細心に従って取付けられてい更に、第一の電動
減速ユニットの電動機は、第一回動軸心に従って配設さ
れた減速装置の細心に対し奸才しくはずらされている。

＠Ｊの電動減速ユニットの電動機は、＃Ｉｌλの電動減
速ユニットの一部をなす減速装置の延長上において横断
方向に配役される。この構成のため、装置の互換性を上
述したように保つように、方向決め自在なハンドル自身
の構造中に３つの独立した電動減速ユニットを取付けた
ことによる制約条件にも拘らず、特に支持腕の長手方向
において装置が著しく小形化される。

各々の電動減速ユニットについて、令々の減速装置の出
力部材に１個の初期状態検出器が直接に取付けてあり、
それぞれの回動細心の回りに得られる運動に測定値が非
常に正確に対応するようになっている。

各々の減速装置は１ｍ平行の歯車列により形成された！
／減速段′と、この嬉／減速段に後続する同軸伝達式の
第２減速段とを有し、この第一減速段は、関連する電動
減速ユニットによって得られる運動の回動軸心上に取付
けられている。

この発明の好ましい実施態様によれば、容積及び重量の
少い機械的ユニットにより大きな減速比を実現し、効率
を高くし、角度遊びを著しく減少させる。商品名［ハー
モニック・ドライブ」で市販されている差動減速装置に
よって第一減速段を形成する。

この様な第２減速段に歯車列から成る第１減速段を組合
せたことにより、ハンドルの回動輪心に対し各別の電動
機の出力軸をずらせることの必要性と、商品名「ハーモ
ニツタ・ドライブ」により知られる同軸伝達式の差動減
速装置の利点とが組合される。

商品名「ハーモニック・ドライブ」の下に知られる減速
装置は、内部楕円ブツシュと軸受保持器と可撓性外部ブ
ツシュとにより形成された楕円軸受にすぎないところの
変形発生装置である。可撓性外部ブツシュは外歯クラウ
ンを有し、楕円軸受の回動により生じた変形を受ける。

堅強な内歯クラウンの一部は、可読性外歯クラウンの特
性と同一の特性を有し、また一般にコ個よりも多くの讃
を有し、可撓性外歯クラウンの外歯の一部と噛合い、こ
れら２つの部材の歯部の約ｉｎ＠は常時噛合っている。

そのため減速比が非常に高くなる。

回動軸心に従う寸法を非常に小さくしたにも拘らず、ト
ルク伝達を大きくするために、可撓性外部ブツシュの歯
部と同じ特性及び歯数の歯部を有する堅強な第２の内歯
クラウンを上記減速装置に付加してもよい。また、第一
の楕円軸受を取付けると装置の荷重能力が大きくなる。

次にこの発明の限定的でない実施例を示す図面を参照し
て更に説明する。

各図に示すように、この発明による方向決め可能なハン
ドルないしヘッド、ないしモジュールは、第１回動軸心
ｌと、第１回動軸心コと第Ｊｔｇ１ｍ軸心Ｊとを有し、
これらの回動軸心は、この発明によるハンドルを備えた
産業用ロボットの作動時において所望のいろいろの運動
を限定するための３つの細心を形成している。第１゜２
図の実線位置では、３つの回転軸６八−１Ｊは、第１図
の平面である同一の平面内に金談れ、軸心へ３は整列し
ている。３第一図の破線位置では３つの軸心／、、２．
Ｊはコ本ずつ互に合致している。

笑際に第一図に示すように、軸心／／コは互に合致し、
軸心コ艷も互い合致し、更に軸心／、Ｊも互に合致し４
ている。

３つの回動軸心／、Ｌ、３回りの回転運動は、３つの電
動減速ユニツ）　Ｆ、ｊ、４によってひき起こされる。

第１回動軸心１の回りの回動運動をひき起こす第１電動
減速ユニツトｔｔは、軸方向寸法の小さな電動機７を有
し、電動機７は符号器ｊ　ｌＣ組台され、多軸コネクタ
ーデからの直流の供給を受ける。電動機７は、好猿しく
は、Ｏａ１転速度に対するトルク特性が良好な非常に小
形の永久磁石型直流電動機である。電動減速ユニットダ
は、第１減速段／／及び第コ減速威ｌコを有する減速装
置により完全にされる。

第１電動減速ユニツト５は第１電動減速ユニツ）４１Ｆ
と同一の部材を備えている。すなわち。

同一の電動機りが符号器ｌに組合せてあり、コネクター
デにより％流の供給を受ける。関連する減速装置は、第
１減速段ｌダと、上記第１減速段と同じ構造の第一減速
段／Ｓとを備えている。

縞Ｊ１に動減速ユニット６は永久輯石凰直１ｆｔ％動機
１６を有し、電動機７６はそれに組込まれた符号器を有
し、コネクター１７からｙｉｍ電流の供給を受ける。関
連された減速装置は、上記と同様に、第λ減速段ｉｖ＆
ｃ組合された第１減速段／ｌを備えている。

各々の電動減速ユニットダ、！１番はそのほかに、サイ
クル開始時においての各々の回転運動の状態を確認し得
るようにするための初期状態検出器を備えている。第１
図に示すように、初期状態検出器２０，２／、２λは、
電動減速ユニットダ。

５．４のそれぞれの第一減速Ｒ／コ、／１，１９の出力
軸と一体の磁石コＪと各別に共働する。

回転軸心ｌ、λ、Ｊをもったｍ気的に制御されるこの発
明による方向決め自在なハンドルは、ハンドル自身中に
取付けた電動機を別々に含む駆動ユニットを、その別々
の軸心を中心とした各々の回転運動のために使用する。

この発明によるハンドルは、歯車箱ないし固定部材コ亭
を有し、固定部材λダは１図示しない産業用ロボットの
腕の先端に固着して詔くことができる。大体円筒状のこ
の固定部材は、第１ハウジングＪ、ｔを有し、ハウジン
グλ書の内部には電動機？とその符号器Ｓ及び給電用の
多軸コネクターデが取付けられている。

固定部材λゲは、′電動機７を固定するための壁部λ７
及び減速装置の第１及び第コ減速段／／、／コの支持用
の閉止板２１により画定された第１ハウジングＪ６を有
し、閉止板Ｊｆは、出力軸＝９により伝達された電動機
りの出力トルクを受ける（ｗｃＪ図）。第２図に示すよ
うに、出力軸コツと一体のピニオン３０は、第一減速ｌ
＆／２の入力部を形成する被験ピニオンＪ／と噛合い、
ピニオンＪ／は第１図に示すようｉこ編／Ｑ動軸心ｌに
従って取付けられている。

萬２滅連段ｌコの出力軸Ｊコは、中間歯車箱ないし中間
部材３４１に側板３Ｊを介し一体化されている。この固
定は、第１回動軸心１と同軸状のディスク状部材Ｊ＃ａ
によって行われる。

そのため、電＃横７により生じ減速段／／　、　／Ｊに
より伝達される第１回動軸心１回りの回動は、１１／回
動軸心１回りの中間部材Ｊｌの回動とし″て現出される
。

中間部材３′ダは、篇コ電動機グ、その符号器を及びコ
ネクターｔを収容する第１ハウジングＪ！から成ってい
る。出力軸Ｊ６は出力ピニオンＪ７を担持し、出力ピニ
オンＪ７は、出力軸Ｊ６と平行な軸＃０を有する中間ピ
ニオン３ｔと協同する。中間ビニオン３１は第２減速段
／ｊの入力部を形成する被動ピニオンＪ９と共働する。

出力軸２６と、中間ビニオンＳｔの軸ダ０と、纂−減速
Ｒ１ｊの入力軸とは、中間部材Ｊダの壁部４＜／上に取
付けられている。第コ減速段ｉｓ自身は、平たん而４１
７により画定された中間１材３ダの第一ハウジング４Ｉ
２中に取付けられている。第一電動減速ユニット５の２
つの減速段は、ｔｉｃ１図に示すように、第１回動軸心
ｌの一部に全体として配設されている。その反対に、第
一電動減速ユニット５の電動機り、符号器を及び多軸ス
ピンドルデは、回動軸心ｌの両側に配設されている。

第一電動減速ユニットよの電動機りは、運行用の側板１
ｊと一体にした第一減速段ｌｊの出力軸４１ケを回転駆
動する。側板４１ｔは先端の歯車箱ないし先端部材弘り
の平たんｉｉｉ＋ｂに固着されている。

そのため、第一電動減速ユニット５の電動機７を回転さ
せると、先端部材ダ７が第コ回転軸心λの回りに回転さ
れる。成る一方向においてのこの角度運動の最大変位は
、第１図に破線により表わされている。ピニオン３り、
Ｊｔ、Ｊｔは、壁部Ｑ／とほぼ平行に配設した閉鎖ボン
ネット４１ｔにより保護される。

第一　’（動減速ユニット６の電動機１６は、先端部材
ダクの一部をなす第３回動軸心Ｊの同軸状ディスク部分
ａｔ上に取付けられている。電動機１１の出力ピニオン
よθは第一減速段１９の入力ビニオンｊ／に作用する。

ピニオンｘｉはＪ＃！３回動軸心３及び第コ減速Ｒ／９
と同軸状になっている。第一減速段ｌ？の出カ軸ｊコは
、図示しない工具の支持体として役立つ側板６７と一体
化されている。

そのため電動機／Ａを駆動すると、工具支持体である側
板ｊ３及びその上に固着された工具の、第３回動軸心Ｊ
の回りの回動がひき起こされる。

中間部材３１Ｉに固着した閉鎖ボンネン）３１は電動機
７６のコネクター／７を保護する。

第一１１１ｃ動減速ユニツト６の電動機／６は、第１図
に示すように、中間部材Ｊダのハウジング亭−により第
１回動輪心ｌの上方に自由番ζ残されたスペース中にお
いて、壁部ダＪの外偽上方に取付けられている。電動機
／６は、比較的横置で直径が小さい構造をもつため、上
記のスペース中に電動機１６を有効に城付けることがで
きる。そのため先端部材ダクのうち電動機１６を収納す
る部分は、第１回動軸心ｌについて。

第２減速段ｉｓを受けいれるハウジング４（Ｊの他側に
ある。この構成は籍に、３個のピニオン３７、ＪｔＩ３
すにより形成された第１減速段ｌ蓼の存在のため、電動
減速ユニッ）ｊの電動機７の出力軸Ｊ６が第、２［ｇｌ
回動軸心と平行にそれ−からずらせて配設されているこ
とにより可能になる。同様に、Ｍ１回動軸心ｌと第１の
電動機７の回動軸心との間のずれ並びに第３回動軸心Ｊ
と電動機／ｂの出力軸とのずれにより、これらの電動機
を別々の固定部材ηへ３亭、ダ７のハウジングの内部に
配設することができ、ハンドルの全寸法が低減される。

なお、図示した実施例によれば、回動軸心ｌ。

−の電動機７．符号器を及び多軸コネクターを製造コス
トが低減されると共に、標準化にとっても好つごうであ
る。同軸上の第コ減速ｌＲ１コ。

／！ｔ、／９についても同様である。なお、各図におい
て外面図により示したこれらの差動減速装置は既知の型
式のもので、「ハーモニック・ドライブ」という商品名
の下ｉこ市販ξれている。

このように、軽量の負荷に対して減速比が非常に大きく
効率が高く、しかも角度遊隙の少い減速装置が実現され
る。また、この減速装置は大きな回転トルクの伝達も可
能にする。３個の初期状態検出器２０．２／、２コは同
一であり、関連する第一減速段の通力部材と直接に協同
するように取付けられる。そのため３つの回動軸心／、
コ、３に従った正確な角度位置についての非常に正確な
情報が得られる。

このように、交換が容易にでき、小形で、コストが安く
、回転運動を正確に制御できるＪ軸すなわち３自由度に
従って方向決め自在なハンドルが実現される。

第７図はこの発明による３つの回動軸心に従って方向決
め自在なハンドルの一部を断面して示す１１面図、ｇコ
図は第１図のハンドルの一部を断面して示す上面図であ
る。

／、コ、３：回動軸心、ダニ第１１１１ｔ動減速ユニツ
ト、ｊ：第３電動減速ユニツト、６：第３電動減速ユニ
ツト、り、１６：電動機、ｔ：符号器、コ４１：固定部
材、、３ダニ中間部材、　４（７：先端部材、！Ｆ３：
１ｌｉｌ板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　電気的に制御される産業用ロボットの腕の先端に取
   付けられるようにした、Ｊつの回動軸心（／、Ｊ、Ｊ　
   ）の回りに方向決め自在なハンドルであって、符号＊　
   ＜１＞を備えた第７電動減速ユニツト（４Ｉ）を受けい
   れるための、゛ロボットの腕の先端に固定される固定部
   材（ハ）と。 符号器（「）を備えた第１電動減速ユニツト（りを受け
   いれるための、上記第１電動減速ユニツト（参）により
   第１回動軸心（１）の回りに回動駆動される中間部材（
   ３ダ）と、符号器を備えた第１電動減速ユニツト（６）
   を受けいれるための、上記第１電動減速ユニツト（５）
   により第一回動軸心（λ）の回りに回動駆動される、工
   具支持体ＣｊＪ）を備えた先端部材（ｌＩり）とを有し
   、該工具支持体（ｊｊ）は第Ｊ′１ｌＩＬ動減速ユニッ
   ト（６）により第３回動輪心（３）の回りに回動駆動さ
   れ、第１回動輪心（１）と第１回動軸心（萄並びに第一
   回動輪心（刀と第３回動輪心（Ｊ）はλつずつ互に整列
   され、第１回動軸心（１）と第一回動輪心（コ）とＷＩ
   Ｊ回動軸心（Ｊ）とは、＃Ｉ１回動輪心（１）と第３回
   動軸心（Ｊ）とが互に整列された時に同一平面内に含ま
   れるよう化したもの尋こおいて、各々の電動減速ユニッ
   ト（ダ＋ｊ＋ｉ）の電動機（７＋　ｉ　ｂ　）の軸を取
   Ｋｇれる運動の回動軸心に従って配された対応の電動減
   速ユニットの軸と平行にしたことを！黴とするハンドル
   。 １　第コ電動減速ユ二ッ）　（ｊ）の電動機（ワ）を、
   ｔｓＪ回動輪心（易に従って配された減速段（／３）の
   軸に対してずらせ、第３電動減速ユニツト（荀の電動機
   （１４）は上記減速段（ｌりの延長上において横方向に
   配したことを特徴とする特許−求の範囲第１項記載のハ
   ンドル。 ユ　各々の減速’＠　（ｉａ、ｔｚ、ｔｔ　）の出力部
   材と協同するように３個の初期状態検出器（コＱ、コへ
   ココ）を取付けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   乃至３項いずれか１項記載のハンドル。 ４Ａ４！ｒ々の減速装置が、軸平行の歯車列（ｉｔ。 ｉｏ、ｔｔ）を備えた第１減速段と、関連する電動減速
   ユニット（ダ、！、６　）により取％される運動の回動
   軸心に従って取付けた第１減速段とを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１乃至３項いずれか１項記載の
   ハンドル。 よ　第λ減速ＰＲ（／＝Ｔ　ｔ　ｓ；　ｐ　ｉ　ｔ　）
   の各々を、楕円形内部リングにより形成された少くとも
   １つの楕円形ころ、軸受保持器、歯部を備えた可撓性外
   部リング、並びに該可撓性外部リングのｍ部と同じ特性
   であるがそれよりも歯数の多い歯部を内面に備えた１１
   強なＪｌｉ／クラウンとを有する型式としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第参項記載のハンドル。 暴　＃！λ減速Ｒ（／２．／ｒ、／デ）の各々が、Ｗｉ
   強なｔＭｓを内面に備えた第コクラウンを更に有し、該
   ｇλクラウンは、上記可撓性外部リングの歯部と同じ特
   性及び歯数の一部を備えたことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載のハンドル。