JPS59161294A - 二軸手首モジユ−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】 本発明は、たとえば爆接及び物品ハンドリング作業を行
なう産業用ロボット等に用いることのできるような多軸
型手首モジュールに関する。

米国特許第３，８２６，３８３号及び４゜０６８．５３
６号明細書により例示されるように、多軸型手首は当該
技術分野において知られており、当該特許には３つの異
なる軸の周りで運動可能な装置の記載がある。

本発明の目的は、比較的小型、低重量で、比較的簡単な
構造を有し、実質的に流体の透過しない構造にするのに
便利で、二軸運動を得るための駆動手段がモジュールそ
れ自身内にあるといる意味において基本的に自蔵式であ
る二軸手首モジュールを提供することにある。更に、本
発明の実施例では、手首モジュール内にハーモニックド
ライブユニットが比較的高い減速比を得るために設けら
れ、そのため駆動手段として高速で低トルクのモータを
用いることができる手首モジュールが提供される。

本発明による二軸手首モジュールは、４つの主要ハウジ
ング、即ち第１及び第２の駆動モータ手段を収容する動
力部ハウジング、その動力部ハウジングに取付けた開放
端部付き中空駆動部ハウジングと、駆動部ハウジングの
開放端部により回転自在に支持され第１の軸の周りに回
転可能なロール部と、前記第１の軸に関し斜めの第２の
軸の周りに回転自在に前記ロール部に最付けたハウジン
グを有する屈曲部とより成る。駆動部ハウジングは減速
手段として作用するハーモニックドライブユニットを有
し、現在好ましい実施例ではそのハーモニックドライブ
ユニットのカップが手首ロール部に結合され、第１のモ
ータ手段の動作によりそのロール部が回転する。手首の
屈曲部は減速手段として働くように取付けた第２のハー
モニックドライブユニットを有し、現在好ましい実施例
ではそのハーモニックドライブユニットのカップは手首
ロール部に固定され、動力部ハウジングライン内の第２
のモータ手段が第１の軸線上にあって第２の軸線上の軸
に結合された軸を駆動し、この第２の軸線上の軸がハー
モニックドライブ手段のウェーブ発生器を駆動し、その
結果、外側の円形スプラインが屈曲部へ固定接続されて
いるためその屈曲部を回転させることになる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説
明する。

手首の主要部分としては、動力部ハウジング１０、駆動
部ハウジグ１２、ロール部１４、及び屈曲部１６がある
。動力部ハウジングは密閉型である。

動力部ハウジング１０は、第１及び第２のモータ手段を
収容し、それらはたとえばプーリ２０を駆動する電気モ
ータ１８とプーリ２４を駆動する電気モータ２２より成
る。駆動プーリとは反対側のモータ端部には、プーリ及
びベルト手段３０及び３２を介してそれぞれレゾルバ２
６及び２８のような位置フィードバック手段が結合され
る。

開放端部付きの中空駆動部ハウジング１２は開口３６を
有する動力ハウジングｌＯの端壁３４へ固定され、その
間口３６内へは第１の中空回転軸３８が設けられ、その
軸の一端にはプーリ４０が固定されて、調時ベルトによ
り第１モータのプーリ２０から動力を受ける。駆動部ハ
ウジング１２は４２で示す第１のハーモニックドライブ
ユニットを収容し、そのユニットは軸３８の出力端部を
ロール部１４と減速関係に結合し、その中空軸部分４４
は駆動部ハウジング１２の開放端部へ回転可能に取付け
られている。ハーモニックドライブユニットは当該技術
分野で良く知られており、ＵＳＭのハーモニックドライ
ブ事業部から市販されている。米国特許第２，９０６．
１４３号明細書は本発明に用いることのできるような普
通の型のハーモニックドライブユニットを開示するが、
かかるユニットはウェーブ発生器、フレックススプライ
ン（ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ）及び円形スプラインの３つ
の主要構成要素を含み、これら構成要素の作用について
は当業者に良く知られている。

第１の４＼−モニックドライブ４２は、本発明の実施例
では、そのウェーブ発生器４６が軸３８と共に回転する
ようにその軸へ固定され、円形スプラン４８が駆動部ハ
ウジング１２へ固定されて静止状態にある。非剛性的な
円、筒状の薄壁カップであるフレックススプライン５０
は、その自由端部がロール部１４の軸部分４４に固定さ
れている。この構成では、ハーモニックドライブユニッ
トは減速手段として働き、手首モジュールの現在提案さ
れている構成では１００対１のオーダの減速比と増加し
たトルクが得られる。かくして、第１の軸Ａ−Ａの周り
のロール部１４の回転をもたらす第１のモータ１８から
の動力の伝達は、プーリ２０からプーリ４０、中空軸３
８、ハーモニックドライブユニット４２、そして手首モ
ジュールのロール部１４のハウジング部５２と固定関係
にある軸４４を介して行なわれる。

手首モジュールの屈曲部１６は、ロール部１４により回
転自在に支持されるハウジング５４を含み、そのハウジ
ング内には第２のハーモニックドライブユニットが収容
される。このユニットはフレックススプライン５８のウ
ェーブ発生器６４とは反対側の端部が６２においてロー
ル部に固定され、その円形スプライン６４は屈曲部に固
定されている。

ロール部に対する屈曲部の回転力は、第２のモータ２２
からプーリ２４と調時ベルトによりそのプーリ２４に結
合された、動力部ノ＼ウジング内の軸６８の端部に固定
したブー９６６を介して得られる。軸６８は軸Ａ−Ａに
沿い第１の軸３８及び第２の軸４４を貫通してロール部
内へ延び、そこで傘歯車７０により第４の軸７２へ結合
され、その第４の軸にはウェーブ発生器６０が固定され
ている。第４の軸７２は第１の軸Ａ−Ａに関し斜めの軸
Ｂ−Ｂに沿って延びる。ウェーブ発生器と反対側の第４
の軸７２の端部は、ロール部／＼ウジング５２により支
持される軸受け７４内に支承される。

図示のような第２の／＼−モニ・ツクユニット５６Ｌ用
い、フレック・ンススプライン５８をロール部に関して
静止状態に保つと、ウェーブ発生器６０は第４の軸７２
の回転に関し入力として働き、円形スプライン６４は出
力として働く。円形スプライン６４は屈曲部に固定され
ているため、その屈曲部はその円形スプラインと共に回
転する。第１のハーモニックドライブユニット４２の構
成では、入力と出力の回転は反対方向であるが、第２の
ハーモニックドライブユニット５６の構成ではその回転
は同一方向となる。入力及び出力の相対的な回転方向は
円形スプラインあるいはフレックススプラインのカップ
を静止状態に保つかどうかにより選択することができる
。第２のハーモニックドライブユニットはまた、１００
対１のオーダの減速比と増加したトルクを与えるよう選
択される。

手首モジュールの内部空間は、動力部ハウジングの端壁
３４まで実質的に液体潤滑剤を充填して可動部分が本質
的にその潤滑剤に浸されるようにすることが望ましいと
考えられる。この目的のために、互いに静止関係にある
かあるいは相対的に回転可能である（共に漏洩の可能性
が存在する）部分間のインターフェイスを封止する手段
が設けられる。従って、必要と考えられる所に０リング
が設けられる。番号７６で示す０リングは相対的に回転
可能な部分間に設けたものであり、７６で示す０リング
は静止した部品間に設けたものである。

屈曲部１６には取付はフランジ８ｏが固定され、手首モ
ジュールと共に用いる特定の工具がそのフランジに取付
けられる。屈曲部は３６０度回転可能であり、ロール部
もまた３６０度回転可能であって、取付は用フランジは
その点線で示した範囲を運動できる。

２つのハーモニックドライブユニットは有意な減速を与
えかつその手首内に収容されて出力運動部直接結合され
るため、永久磁石直流サーボモータのような高速低トル
クモータを用いて手首モジュールを比較的小型で低重量
のものにすることが可能である。手首モジュールは手首
の二軸運動を得るための固有の動力手段を有しその意味
において自蔵式であり、モジュールをロボット前腕の端
部に取付けることが可能となるため、二軸運動を得るた
めその前腕を通して動力を伝達する必要はない。モジュ
ールは、前腕あるいは第１図に示したモジュールの右側
の裏板８２を介してそのモジュールの運動を制御する装
置であれば如何なる装置にも取付けることができる。ま
た、この構成により手首モジュール全体を取外したりあ
るいは取換えたりすることが容易にでき、その際前腕等
を介して伝達される動力手段を切離す必要はない。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の実施例による手首モジュールの断面
を示す側面図である。 第２図は、動力部ハウジングの端量面図である。 １０・・・・動力ハウジング １２・・・・駆動部ハウジング １４・・・・ロール部 １６・・・・屈曲部 ４２・・・・第１のハーモニックドライブユニット ５６・・・・第２のハーモニツクドライブユニット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、第１及び第２のモータ手段を収容し祷端壁に開口部
   を有する動力部ハウジングと、前記端壁から延び第１の
   ハーモニックドライブユニットを収容する開放端部付き
   中空駆動部ハウジングと、前記端壁の開口内にあって前
   記動力部ハウジング内のその一端が前記第１モータ手段
   に回転駆動されるべく結合され前記駆動部ハウジング内
   のその他端が前記第１ハーモニツクドライブユニツトの
   ウェーブ発生器部分に結合された第１の中空回転軸と、
   前記駆動部ハウジングの前記開放端部に回転自在に取付
   けられて前記第１ハーモニツクドライブユニツトにより
   駆動されるべく結合された第２の中空軸と、前記第２の
   中空軸により支持されるハウジングより成り前記第１及
   び第２の中空軸の軸線と同軸な第１の軸線上で回、転さ
   れるロール部分と、前記ロール部分により回転自在に支
   持され前記第１の軸線に関して斜めな第２の軸線の周り
   に回転可能なハウジングを含む屈曲部と、被駆動端部が
   前記動力部ハウジング内にあり前記第１の軸線に沿い前
   記第１及び第２の軸を貫通して前記ロール部ハウジング
   内へ延びる第３の軸、前記第２の軸線に沿って延び前記
   ロール部ハウ□ジング内の前記第３の軸により駆動され
   るべく結合された第４の軸、及びウーーブ発生器が前記
   第４の軸により駆動される前記屈曲部ハウジング内の第
   ２のハーモニックドライブユニットを含む前記屈曲部回
   転手段とより成り、前記第２のハーモニックドライブユ
   ニットが前記屈曲部ハウジングを駆動すべく接続された
   、自蔵式でロボットの前腕端部に取付は可能であり前記
   前腕内の動力伝達手段とは独立に前記第１及び第２のモ
   ータ手段により二軸運動を直接与えるよう動作すること
   を特徴とする二軸手首モジュール。 ２、前記動力部ハウジング内の前記第１及び第２のモー
   タ手段には第１及び第２の位置フィードバック手段がそ
   れぞれ結合されていることを特徴とする前記第１項記載
   のモジュール。 ３、前記駆動部ハウジング、前記ロール部及び前記屈曲
   部は漏洩がないよう封止され、前記ハウジング、ロール
   部、屈強部の内部空間の実質的全部を液体潤滑剤が占め
   ることを特徴とする前記第１項記載の手首モジュール。 ４、前記第１のハーモニックドライブユニットは前記駆
   動部ハウジングに非回転関係に固定した剛性的な円形ス
   プラインを含むことを特徴とする前記第１項記載の手首
   モジュール。 ５、前記第２のハーモニックドライブユニットのフレッ
   クススプラインは前記ロール部ハウジングに固定されて
   いることを特徴とする前記第４項記載の手首モジュール
   。 ６、前記第１及び第２のハーモニックドライブユニット
   は１００対１のオーダの減速比を与える減速手段として
   作用することを特徴とする前記第１項記載の手首モジュ
   ール。 ７、前記第１及び第２のモータ手段は高速低トルク電気
   モータより成ることを特徴とする前記第６項記載の手首
   モジュール。