JPS60108291A - 関節部構造 - 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】 本発明は多自由度のアームおよび（または）リストをも
つロボットもしくは工作機械等に用いられる関節部構造
に関し、具体的にはユニット化されたアーム関節部ある
いはリスト関節部の溝道に関する。

多関節ロボットとしては種々のものが開発されているが
、いずれもその関節部は歯車およびリンクの組み合せで
構成され、またその駆動線も１本の出力軸をもつ空油圧
あるいは電気モータを用い、関節部内で歯車列を介して
他の部材へ動力を伝達するのが普通でら９．装置全体が
大形になり、作動も円滑さに欠けるという問題がδつた
。また地動部分あるいは関節部分を自由に取り付けたり
取シ外したり］−で必要に応じて継ぎ足していくという
構１戊にはなっておらず、使用箇所あるいは使用目的ご
とに新たに設計、製作するという構造であった。

本発明の出願人は先に、＊願昭５８−７９１７４号明細
書において、複数個のモータを同芯状に積み重ねＣそれ
ぞれの出力軸を互いに入子式に突出させた駆動ユニット
、および球面接触で相対回転可能に連結された一対のハ
ウジング内にそれぞれ中央回転軸および少なくとも２本
のネジ式伸縮軸を配置し対応する各軸どおしを等速ジヨ
イントで連結ｌ−かつ前記中央回転軸の一端に伸縮部材
または回転部材を取り付けた関節ユニットを設け、前記
駆動ユニットの出力軸を前記中央回転軸および前記イ・
ジ式伸縮軸に連結したモジュラ−型多関節ロボットを開
示Ｉ７た。この多関節ロボットは、ロボット各Ｍｌ駆動
ユニット、アームユニットあるいはリストユニットに分
割し、必要に応じて複数個のユニット金目山に継ぎ足し
ていくことができるので、ロボットの総体的な自由度を
旨めることができ、機能的でしかもコンパクトにまとめ
得る点では優れたものである。しかしながら、この多関
節ロボットは、上述の如く一対の中央回転軸および伸縮
軸を等速ジヨイントで連結しているため。

等速ジヨイント及び歯車等を高精度に製作する必要が必
るので、製作費用が高くなる１頃向があった。

本発明は、上述したモジュラ−型多関節ロボットと同様
に関節自体が独立したユニットの形態を成しまた総体的
な自由度が高く、しかも全体の動作がきわめて円滑かつ
精緻であり、全体形状もコンパクトで製作も容易な関節
部構造を提供することを自白りとするものである。

この目的のために本発明の関節部構造は、各々少なくと
も２本の同窓の出力軸を有しかつ１１１１方向に離隔し
て対向配置された一対の駆動ユニットと。

ｇｆＪ記一対の駆動ユニットの間に２個づつ軸方向に対
向しかつ全体として方形になるように点対称に配置され
た軸方向両側に４個づつ合計８個のねじ式直線スライド
機構とを設け、前記ねじ式直線−スライド機構は、その
軸方向に対向したスライド１１１＋どおｊ−か球面１沃
合状態で連結され、かつ前記駆動ユニットにより仁の対
向したスライド軸とおしが互いに向って同ｉ′Ｉ’、づ
つ同時伸長あるいは同時収縮するように設定して成るも
のである。

以−１・、本発明を、図面を参照］−ながら、実施例に
ついてｆ況明する。

第１図は本発明の実施例に係るロボット及び工作機械等
に用いられるリスト関節部の縦断面図である。この実ｈ
ｉｒｒ例でのロボット基部側のハウジングＩ　Ｌ７）軸
方向先端に、離隔してリストハウジング２が配置さ才し
、これらのハウジング間を閉塞するようＶこ蛇腹状で曲
げ方向にＱｆ　院のカバー３が取り４＝Ｊけられている
。各ハウジング１，２内にはそれぞれ２軸の駆動ユニッ
ト４．５が、互いにその出力＋ｌ？１１＋　（ｒｒ向き
合せて固定されている。この駆動ユニットについてはさ
らに後述するが、各々その２本の出力＋ｌＱｂ　６　、
７　、および８，９は同窓で入子式にモータハウジング
１０．１１から突出しており、各々の先端ＶＣ１輔方向
に位置をずらせて、歯車１２．１３および１４．１５が
取り例けられている。一方の駆動ユニットの出カニｉｑ
Ｉ＋　６と７は生いに独立して回転する。他方の７ｙ；
、動ユニットの出力軸８と９についても同様である。ハ
ウジング１．２内には、各ハウジング毎に４個づつ合計
８個のネジ式直線スライド機構が取シ付けられる。図７
］ｅの実施例では、関節部のひとつの縦中心断面（佃１
方向中心Ｉｊｒ面）内に、２個づつ互いに相手側の２１
１ｉ’ｉｌと対向するように向き合って、４個のネジ式
直線スライド機構１６．１７および１８．１９が配置さ
れ、これと９０°の方向にある縦中心１θｊ面（図の紙
面に対して垂直な縦中心断面）内に同４）Ｑの関係で４
個のネジ式直線スライド機構（図示省略）が配置されて
いる。しかしながら本発明は必ずしもこのような９０°
異なる縦中心断面上にネジ式直線スライド機構が配置さ
れることに限定されるものでなく、スペース上杵される
範囲で９０’以外の用度関係にある２つの縦中心断面上
に４閏づつ合計８個、あるいは異なる３つの縦中心断面
上に一対づつ即ち全体として各側のハウジングに３個っ
つ合計６個、配置されてもよい。

ィ・ン式！α（嵌スライド機購１６は、ハウジング１に
固Ａ１１された筒体２０内に、被動歯車２１をもつボー
ルスクリューナツト２２が回転口」能に軸支され、１９
ナツト２２と螺合するボールスクリュー２３の先方部分
が角形横１所面を成すスライドｌｌ’ｌ１１部２４に形
成され、を波スライド軸部を支承する角形大全もつガイ
ド部材２５が筒体２０に螺着されて構成される。ネジ式
直線スライド機ｉ＃ｊ　１６のスライド１１１１１１１
Ｘ１（２４の先端は、図示の如くこれと対向する他力の
ハウジング２のネジ式直線スライド機構１８のスライド
！１１１１１部２６の先端と球面嵌合状態で連結さｉし
ている。このような関係にある一対のスライド（幾構１
６，１８（にこでは軸方向に対向１〜だネジ式直線スラ
イド機構と称する。他のイ・ジ式直線スライド機１１１
ＩＩも上述と同様の構成であり、重複しプ（説明は省略
する。なお１図示実施例では互いに球面嵌合しＣいる４
組のスライド軸ｉｆμの球面中心Ａ　、　１３　、　ｅ
　、　ＩＪ　（Ｃ、υは図示断］用に対し垂直な＋ｌＪ
ｉ而上Ｖ面あるうは同一平面上に存在している。

ハウジングｌ内の駆動ユニット４の入子式となつた一方
の出力軸１６の歯車１２は、）１１２列配ｊ１：ｉさｆ
’したネジ式直線スライド機構１６，１７の被動歯車２
１．２７と噛み合い、同ユニット４の他方の出力軸７の
歯車１３は、該スライド機Ｙ（Ｌｊ　１６　、１７を含
む平面と垂直な平面（縦中心断面）上しこある並列配置
のネジ式直線スライド機構（図示省略）のボールスクリ
ューナツトに固着し／こ被動歯車と噛み合っている。他
方のハウジング２側の駆動ユニット５についても同４子
にその一方の出力軸８の歯車１４がハウジング２側のネ
ジ式直線スライド機構１８．１９の被動歯車２８．２９
と噛み合い、他方の出力軸９の歯車１５は、図示１１１
面と垂直な断面内の図示しないネジ式直線スライド機４
１なのボールスクリューナツトの被動歯車と噛み合って
いる。

駆動ユニット４，５の駆動により、ネジ式１１線スライ
ド機構のスライド軸部は、該機構のネジ作用で直線方向
へ移動する。このような８本のスライド軸部のうち、同
一平面内にある４本のスライド軸部２４．３３．２６．
３４に関しては互いに球面嵌合しているスライド軸部２
４．２６とおし、および３　］　、　３４どおしがそれ
ぞれ互いに反対方向に移動し、］−かも軸方向に対して
横方向に並列配置さ〕ルでいるスライド軸部２４．３３
どおし、および２６．３４どおしもそれぞれ互いに反対
方向に移動する、という関係に設定される。スライド軸
部２４．２６の移！Ｉｄｒ量は共に等しく、スライド軸
部３３．３４の移動量も共に等しい。これと垂直な１Ｖ
−凹円にあるネジ式直線スライド（幾構の４本のスライ
ド佃１部に関しても同様である。第１図の断面に示され
るものについてＵえば、軸方向に対向するスライド軸部
２４．２６が斤いに向って伸長すれば他方の軸方向に対
向するスライド軸部３３．３４が各々のハウジング１，
２内へ向って収輸ｉし、悪ＶＣ＋ｉｉＪ記スライスライ
ド軸部２４６が収縮すれｔ」：他力の１１ｉｌ記スライ
ド軸部３３．３４が伸長する。という関係にある。この
関係は、駆動ユニット４，５の出力１Ｎ１１の回転方向
あるいはネジ式直線スライド１幾構のネジ方向の設定に
よって得られるが、ただ１ｊｆＪ　ｔｉ己１１ｊ４動ユ
ニットの出力Ｉ抽の回転方向に拘らず同じハウジング内
（ｌ　ｔたは２）Ｖこある同一平面内の２個の並列した
ネジ入直５線スライド機構１６．１７どおし、および１
８，１９どおしく他の垂直断面内のものについても同様
）は、常に一互いに逆ネジの関係に設定される。そ１．
て両側の駆動ユニット４，５の出力軸の回転方向が関節
部の一端からみて同じ方向である場合には、　リ（＋１
方向に対向する各々一対のネジ式直線スライド（幾構１
６．１８および１７．１９（他の垂直断面のものも同じ
）は、対向するものどおし、互いに逆ネジとなるように
設定される。この関係を図示（７にのが第２図（ａ）で
ある。前記出力軸の回転方向が両側で異なる（関節部の
一端からみて）場合例−１、第２図（ｂ）のように両側
の軸方向に対向するものどおし互いに同方向ネジのスラ
イド機構としなければならない。

上述１−だネジ式直線スライド機構の組み合せ構造によ
り、各ハウジング１．２内の駆動ユニット４．５を駆動
すればその各モータの回転数ｖｔｃＬｖじてリスト側ハ
ウジング２は、該ハウジング２内部の機構部と一緒Ｖこ
、基部側ハウジング１に対し所望方向にかつ１ジ［Ｗ）
の角度で灯振９の関節運動を行う。この場合、前述の如
く球面嵌合したスライド軸部の同時同量収縮、同時同量
収縮の関係により、各ハウジング１，２内の横に並列し
たスライド軸部とおしの軸間距離は全く変化せず、した
がって関節内＋ｙｂ機構の各部に無理な力をもたらすこ
となくきわめて円滑かつ稍緻な関節運動を行わせること
ができる。

第３図および第４図はそれぞれ本発明の他の実施例に係
る関節部の縦断面図である。なお、これらの図で第１図
と同様の部分には同じね号を付し、かつ同一の構成にな
る部分は説明を省略する。まず第３図の実施例ではロボ
ット及び」二作機械等基部側のハウジング１内に収容さ
れる駆動ユニット４が互いに入子式に組み合せられた３
本の出力１ｆ（１＋６．７．３０を有しており、−省内
側の出力軸３０がハウジングｌｔ−貞通して蛇腹状の可
焼カバー３内へ突出している。また他方のハウジング２
内の駆動ユニット５の内側出力軸８がシ空状に形成され
、この９窒出力軸８を貫通して回転作業軸３１がハウジ
ング２０両端へ突出している。（継動ユニット４の前述
した第３の出力軸３０とこの回転作業軸３１は可焼カバ
ー３内でベロースカップリング３２を介して連結されて
いる。出力１１１１１　：３０やま他の２本の出力軸６
，７とは独立して回転し、この回転がベローズカップリ
ング３２を介して回転作業軸３１に伝達され、したがっ
て該回転作業軸３１はリスト側ハウジング２と同じ首撮
りの変位を行いかつその軸芯まわりの回転運動を行う。

回転作業ＩｐＨ１３１の先端に適当な仕事部材例えばド
リル、エンドミル等の加工工具、ドライバーなどの作業
工具あるいは放電加工機の電極（いずれも図示省略）な
どを取り付けてそれぞれ所望の角度位置でげ「望の仕事
を行わせることができる。

第４図の実施例は伸縮アームの仕事部拐を取り付けて３
自由度関節部に構成した例である。基部側ハウジング１
内の３軸駆動ユニツト４および回転作業軸３１の構成は
第３図の実施例と同じであるが、第４図の場合はさらに
リスト側ハウジング２先ψｌＡｉに用ｊ稲アーム・・ウ
ジング４０が固層され。

該ハウジング４０内にボールスクリューナツト４１が回
転１ｊ能に’ｌ’ｌｌｌ支されている。ボールスクリュ
ーナツト４１に螺合するボールスクリュー４２はその先
☆１１４に角スライド軸部４２ａが形成され、伸縮アー
ムハウジング４０に螺着した角形穴をもつガイド部月４
３ＶｒＣガイドされて軸方向に伸縮するよりになってい
る。ボールスクリューナツト４１は、その片端部に形成
された内歯ｉ１？−４１ａおよび前記回転作業軸３１先
端に１１５１着された平歯車４４を介して該回転作業軸
３１０回転動作により回転ＩＪＡ動される。したがって
この角スライド軸部４２ａで構成される伸縮アームはリ
スト側ハウジング２の盾（辰り変位位置で該アームの軸
方向に伸縮動作を行うので、該アームの先ｙｉｉｍに適
当な仕事部拐例えば錐状の穿孔工具、プッシャーなどの
作・　業工具、溶接工具あるいはロボットハンドなト’
ｆｒ取９例けて）Ｅ意Ｆ９［望の仕事を行わせることが
できる。

第５図および第６図はそれぞれ本発明の他の実施例を示
（−だ縦中心断面図であって、いずオしも第４図の実施
例の変形例である。これらの図を参照すれば、基部側ハ
ウジング１内の駆動ユニット４が第１図の場合と同様の
２軸構成であり、第３図。

第４図のようなハウジング１からｔ＋Ｉ　Ｗｅカバー３
内へ突出する第３の出力軸３０およびベロースカップリ
ング３２は設けられていない。その代り第５図の変形実
施例ではリスト側ハウジング２内の、１駆動ユニツト５
′が３軸構成となっているがそのうちの１本の出力軸３
１′は、基部側へのびる他の２本の出力軸８，９とは反
対方向に突出（−１この出力ｍ（Ｉｉｌ’の先端に第４
図で説明し／こ伸縮アームハウジング４０内の平歯車４
４が固着さえ１．ている。そのほかは第４図と同様でろ
シ、したがってこの出力１ｉ４１１３１’はＭｉＪ述し
た回転作業軸３１と同じ機能を有するものである。駆動
ユニット５′の（＝ｌ勢により出力軸３１′、平歯車４
４およびボールスクリューナツト４１を介してボールス
クリュー４２０角スライド軸部４２ａが軸方向に伸縮す
る。第６図の変形実施例ではハウジング１，２内の駆動
ユニット４，５がともに２輔構成であり、したかつて両
ハウジング１．２の内ＢＩＳ　４’ｉ＃　ｊｉ　’ｌま
第１１：Ｕの実施例と全く同じである。た／ピ第６図の
Ｊ易合ｔまリスト…リハウジング２の端１？Ｂに取り付
けられる１申訂６アームハウジング４０の基ｒ’ｊ：Ｉ
側に角スライドｌ油部４２ａの駆動部が１没けら、ル′
Ｃいる。ＩＩＩＪ縮アームハウジング４０の貼＋’＋ｂ
　’１１１１１内端部に前６＋２駆動部の固定子コイル
４５がＩＩ／す（＝Ｊけら）Ｌ、これに対応してボール
スクリューナラ）４１の外周端部に、前記コイルと同君
に、水入イ融荀４６が固着さ才している。この構成によ
りホールＺクリ」−一ナット４１は前記固定子コイル４
５１Ｃ対しＣ＋’＋ｉＪ記駆動′ｔＸ１１の回転子の（
幾能を兼ね、したがってパルス信号等による（ろ１定子
コイル４５の（Ｊ”５＞により、ボールスクリューナツ
ト４１ケ介してホールスクリュー４２の角スライド１ｆ
ｔ＋部４２ａが・１ｊ１１刀向に伸扁する。第６図の実
施例は基部側およびリスト側の］・ウジング１，２の関
耐ｉ部（（Ｉ（造を共用（一つつ伸蝉１アームノ・つ／
フグ４０１１１１の１１駆動７５３内成ユニツトのみを
必狭にｌ（：＝ｒして取りイで１け、取り外しできるの
で便利である。Ｊ＞ｊ＜　Ｌだ３軸構造の駆動ユニット
４を説明する。この実施例の駆動ユニット４は、七−タ
ハウジング１０内に第１．第２．第３の３個の嘔気モー
タ３５．３６．３７が同芯状に上下に重ね合せて配置さ
れている。最上端の第３モータ３７の出力軸７は中空状
に形成さ第１２．その外周に固着した歯車１３が第１図
に関連して説明した同図と垂直な断面内にある図外ネジ
式直線スライド（幾４１４の被動歯車と噛み合う。中間
部にある第２毛−夕３６の出カー袖６も中を状足形成さ
れ、かつ前１［ｉ第３千−タ３７の出力軸７内を貫通し
てモータハウジングｌＯ外へ延在し、この出力軸６の外
周Ｖこ固５ｈ　ｌ−だ別の歯車■２が第１図に示すネジ
式直線スライド機構１６．１７の被動歯車２１．２７と
噛み合っている。最下段の第１モータ３５の出力軸１３
０は同様に第２モータ３６の前記中空状出力軸１６を貝
通し′Ｃ延在１７、その先端が第３図、第４Ｍで１況明
したべ「１−ズカツプリング３２に連結される。これら
の第１゛、第２および第３の各モータ３５．：３Ｇ。

３７はそれぞれ別１固に鳴動され、このようにして同一
＋ｆＱＩＩ　練土の位１１〆Ｃから３つの異なるパワー
のＪ騒動力が取り出される。第３図における他方のりス
トＩＩＩハウ／ンク２内の２佃１駆動ユニツト５および
第５図のような両１１１１１　′＼出力軸が突出した駆
動ユニット５′も、その′決ｉ、（ｌｉの（構造は同じ
である。

関節部は一×１のハウジング１．２によってユニット化
され、こ才りらを必要に応じて軸方向に複数個連結１〜
．最先ψ；Ｍの］・ウジングに第３図ないし第６図で：
ｉｔＭ明１−だ仕事部材を取り付けることにより、総体
的な目由朋および機能性のきわめて高いモジュラ−型多
１月願ロボット及び１幾械部品が得られる。

さらに本発明では関節運動を与えるモータ（パルスモー
タ）が駆動ユニット内に一体に組み込−１：れ、駆動ユ
ニット自体も関節部のハウジング内にコンバク）　ＶＣ
収納さ７１．ているので、幌数個連結したハウジング内
に＋４４９１ＺＩの如くパワーケーブル、アドレスバス
、テータバスを取り入れ、これから駆動ユニット内の谷
士−夕に市ツバ信号ケ供給することができ、こオＬによ
っていくらでも関節数を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

８Ｉ！１図は本発明の１実施例に係る関節ｆｌ（構造の
縦中心断面図、第２図（ａ）、　（ｂ）は本発明に係る
関ｉ＋ｉ″１部構造のイ・ジ酸直線２２４ド機構のネジ
方向を示した図、第３図は本発明の他の実施例を示した
図、第４図は本発明のさらに他の実施例を示した図。 第５図および第６図Ｖｉ、第４図の変形実施例を示１゜
た図、第７図は本発明に適用される駆動ユニットの斜視
図、第８図は第７図の縦断面図、第９図は駆動ユニット
の電源、信号供稍系統を示した図である。 ■・・・基部１１１１ハウジング、 ２・・・リスト１１１１ハウジング、３・・・ｎＪ撓カ
バー、４　、５　、５’・・・駆動ユニット、６．７，
８，９，３０．３１’・・・出力軸、３１・・・回転作
業軸、 １６．１７，１８．１９・・・ネジ式直線スライド機構
、　２２．４１・・・ボールスクリューナツト、２３．
４２・・・ボールスクリュー、 ４２＆・・・１１１スライド軸部、 ２４，２６，３３．３４・・・スライド軸部、：３２・
・ぺ■］−ズカツプリング、 ４０・・・仲４・１１１アームハウジング。 ４５・・・固定子コイル、　４６・・・永久磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、各々少なくとも２本の出力軸を有しかつ軸方向
   に離隔１．て対向配置され渣一対の駆動ユニットと、前
   記一対の駆動ユニットの間に２個つつ軸方向に対向しか
   つこれらが少なくとも２組以上並置された複数閘のねじ
   式直線スライド機構とを有し、前記ねじ式ｌａ線ススラ
   イド機構、その軸方向に対向したスライド軸部どおしが
   球面嵌合状態で連結されかつ前記駆動ユニットによシ互
   いに同量づつ同時伸長あるいは同時収縮を行うように設
   定されることを特徴とする関節部構造。 ｆ２）　、　ｉｉＪ　５”（：ねじ式ｉｒ４　ｍＡスラ
   イド機構は、前記一対の駆動ユニットの間に２個づつ軸
   方向に対向しかつ全体として方形になるように点対称に
   合計８個配置されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載した関Ｉ￥ｌＩ都４１’ｉ　Ｊ告。 Ｌ３１−　ｉｉ口；已−女・ｌの五嘔１１Ｕ１ユニット
   のうもの一方は３本の同芯状の出力軸を有し、その最内
   側の出力軸がベローズカップリング又はばね接手を介し
   て他方の駆動ユニットの中心を貫通してのび、さらにそ
   の先端に回転または伸縮スライドする仕事部材が取り付
   けられることを特徴とする特許請求の範Ｗｊ第１項また
   は第２項に記載１−だ関節部構造。