JPS60186393A

JPS60186393A - 関節機構

Info

Publication number: JPS60186393A
Application number: JP4098084A
Authority: JP
Inventors: 上田　耕成
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1985-09-21

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】本発明はロボット、マニプレータ等の手首やアームを構
成する特殊な関節機構に関するもので、特に複数の屈曲
部を節として柔軟に折れ曲がることができ、剛性が高く
且つガタや遊び等がない為に位置決め精度の高い関節機
構に関するものである。

工業用ロボットやマユブレーク等の内、特に塗装用等に
用いるものは、被塗装物の複雑な形状に対応して塗装ガ
ンを有する手首が柔軟に屈曲する必要があり、しかもそ
の屈曲角度の大きいことが要求される。また溶接用シー
リング用等に用いるものは、狭隘な場所で作業させる必
要のある場合が多く、工具を有するロボットの手首は、
柔軟に任意の位置、姿勢を取り得ると共に、その先端が
折曲した時のロボットの適用率（全溶接線長さ。

シーリング長さ、塗装線長さ等に対するロボットが使用
可能な溶接線長さ、シーリング長さ、塗装線長さ等の割
合）の大きいことが必要である。このような適用率の大
小は手首機構の機能による処が大きく、多くの自由度を
持つことの他に手首やアームが蛇のように自由に折曲し
うる所謂フレキシブルな手首であることが望ましい。ま
た特に溶接用ロボ・ノド等では、極めて高度の位置決め
精度が要求される為、剛性が高く、且つガタや遊びのな
いことが要求される。

しかし、従来のフレキシブル手首として知られている、
例えば（特開昭５２−１１１１５８号公報や特開昭５８
−７１０９２号公報に記載された手首機構は、リンクの
組合せを用いるものである為、たわみ遊び畢ガタが多く
溶接作業のような高度の精度を要求される機構としては
適したものではなく、また手首先端座標の位置決め計算
が難しい等の難点があった。

従って本発明は複数の節部で屈曲自在であると共に、手
首先端の位置決め精度が高く、しかも折曲自在の手首先
端に旋回の自由度を付与した工業用ロボットやマユブレ
ーク等の手首機構、更にはアーム機構に用いることので
きる関節機構を提供することを目的とするものである。

その為本発明が採用する主たる構成要素は、夫々独立し
て回転可能の最外周軸と、中間軸と、中心軸とよりなる
三重軸と、上記最外周軸に固定されたフレームの先端に
設（Ｊたセクタ山車と噛み合い、該セクタ歯車のまわり
に公転しつつ自転する遊星歯車と、」−記フレームに取
り付けられ、三重軸に直角で、前記中間軸により回動駆
動される第１の屈曲中心軸と、上記第１の屈曲中心軸に
一端を固定され、他端に取り付けた第２の屈曲中心軸を
介して前記遊星歯車を回転自在に支承するリンクと、前
記遊星歯車に回転自在に支承され、前記中心軸によって
歯車列及び前記第２の屈曲中心軸を介して回転駆動され
る第２の屈曲中心軸に直角の制御対象軸とを具備してな
る点にある関節機構を提供するものである。

続いて添付した図面を参照しつつ本発明を具体化した実
施例に付き説明し、本発明の理解に供する。

ここに第１図は本発明を手首機構Ａに適用した一実施例
を示す平断面図、第２図は同手首機構の側面図である。

これらの図において、■は中空状のロボットアームで、
その先端部に三重軸２を内蔵している。

この三重軸２は、最外周軸３．と、これに同軸でその中
空部に同軸に内蔵された中空上の中間軸３しと、十記中
間軸の中空部に同軸に内蔵された中心軸３゜とより構成
され、３本の軸３ａ、３ｔ、、３ｃは夫々独立して回転
可能で、図示せぬモータ等の駆動源によって夫々別個に
回転駆動される。軸受４ａ　、４１．、ｔｃは、この三
重軸２をロボットアームｌの先端に回転目゛在に支承す
る為のものである。ト記最外周軸３８の先端にはフラン
ジ５及びこれよりアーム１の先端方向へ突出する２又状
部５ａを介して前記ロボットアーム１の先端方向へ突出
するフレーム６が固設され、このフレーム６には軸受７
を介して、前記三重軸２の軸芯に直角の第１の屈曲中心
軸８が回動自在に取り付けられている。この第１の屈曲
中心軸８の一端にはピン９によって傘歯車１０が同軸に
固着されている。

また上記傘歯車１０には、ピン１１及びボルト１２によ
って前記第１の屈曲中心軸８に直角のリンク１３が固定
され、更に上記第１の屈曲中心軸８の他端には、上記リ
ンク１３に平行のリンク１４が固着されている。前記傘
歯車１０は、前記中間軸３１．の先端に同軸に固着した
傘歯車１５と噛み合っている。

前記リンク１４の先端には、軸受１６を介して前記第１
の屈曲中心軸８に平行の第２の屈曲中心軸１７が回転自
在に取り付けられ、他方のリンク１３の先端には、上記
第２の屈曲中心軸１７と同軸の支持軸１８が固着されて
いる。上記第２の屈曲中心軸１７には、平歯車１９が同
軸に固定され、この平歯車１９のボス部１９．には、軸
受２０を介して平歯車１９と同軸の遊星歯車２１が回転
自在に支承されている。且つ前記支持軸１８には軸受２
２を介して上記支持軸１８と同軸で、前記遊星歯車２１
と同径の遊星歯車２１．が回転自在に取り付けられ、上
記遊星歯車２１及び２１．の間には、工具取付軸等の制
御対象軸２３を具備するホルダ２４が固着されている。

前記フレーム６には、ボルト２５によって、前記第１の
屈曲中心軸８を中心とする大径のセクタ歯車２６及び２
６ａが固着され、該セクタ歯車２６及び２６．には、前
記遊星歯車２１及び２１ａが夫々噛み合い、これらの遊
星歯車２１及び２１゜は、リンク１３及び１４の第１の
屈曲中心軸８を中心とする揺動によって、セクタ歯車２
６及び２６ａの外周に沿って公転しつつ自転する。

前記中心軸３ｃの先端に同軸に取り付けた傘歯車２７は
、前記第１の屈曲中心軸２８に軸受２８を介して同軸に
回転自在に取り付けた傘歯車２９と噛み含っており、こ
の傘歯車２９に同軸に固設した平歯車３０は、前記リン
ク１４の中間部に軸受３１を介して回転自在に取り付け
た平歯車３２と噛み合っており、平歯車３２は前記第２
の屈曲中心軸１７に固定した平歯車１９と噛み合ってい
る。

前記ホルダ２４に取り付けた前制御対象軸２３は、軸受
３３，３４によって回転自在で且つ前記第２の屈曲中心
軸１７に直角に支承され、その中央部に同軸に取り付け
た傘歯車３５と前記第２の屈曲中心軸１７の先端に取り
付けた傘歯車３６とが噛み合っていることにより、第２
の屈曲中心軸１７の回転が傘歯車３５．３６を介して制
御対象軸２３に伝達される。こうして手首機構Ａが構成
されている。

次に上記した手首機構Ａの作動について説明する。

まず図せぬモータ等の駆動源により最外周軸３ａが回転
すると、この最外周軸３ａに一体的に取り付けたフレー
ム６が、三重軸２の軸芯のまわりに旋回し、このフレー
ム６に取り付けた第１の屈曲中心軸８、これに取り付け
たリンク１３，１４、フレーム６に固定したセクタ歯車
２６．２６．、リンク１４に取り付けた第２の屈曲中心
軸１７及びこれと傘歯車３５．３６を介して連結された
制御対象軸２３、更にはセクタ歯車２６及び２６ａに噛
み合う遊星歯車２１及び２１８等よりなる手首機構Ａ全
体が三重軸２の軸芯のまわりに旋回する。但し当該手首
機構Ａの姿勢を一定に保った状態で旋回させる為には、
最外周軸３ａの回転と共に中間軸３ｂ及び中心軸３ｃも
同じ角度だけ回転される必要がある。

次に上記最外周軸３ａを固定した状態で中間軸３ｂを回
転させると（この場合中心軸３゜も同じ分だけ回転させ
る）、傘歯車１５と噛み合う傘歯車１０及びこれに一体
状の第１の屈曲中心軸８が回転すると共に、これに取り
付けたリンク１３及び１４が第１の屈曲中心軸８を中心
として揺動し、その先端に取り付けた第２の屈曲中心軸
１７及びこれと同軸の遊星歯車１９が停止しているセク
タ歯車２６のまわりにリンク１３．１４の揺動角度分だ
け公転し、更にセクタ歯車２６と遊星歯車２１とが噛み
合っていることにより、その噛み合い位置がずれること
によって遊星歯車２１がセクタ歯車２６と遊星歯車２１
の歯数の比に相当する分だけ自転する。この遊星歯車２
１の公転及び自転によって公転量と自転量とを加えた分
だけ、遊星歯車２１にホルダ２４を介して取り付けた制
御対象軸２３が第２の屈曲中心軸１７のまわりに回動す
る。従ってこの手首機構Ａは、リンク１３゜１４が第１
の屈曲中心軸１７の部分で折曲すると共に、リンク１３
及び１４に対して制御対象軸２３が第２の屈曲対象軸１
７の部分で折曲する。このような２段階の折曲機構によ
って手首機構Ａは、全体として滑らかに折曲することに
なる。

この場合例えばセクタ歯車２６と遊星歯車２１との半径
の比をｎとすると、遊星歯車２１の公転角度、即ちリン
ク１３．１４の揺動角度をθとすると、制御対象軸２３
は公転角度θと自転角度ｎθとを加算した分だけ回動し
、合計（１−１−ｎ）ｘθ分だけ回動することになる。

また中心軸３゜を回転させると、その回転は傘歯車２７
．２９及び平歯車３０．３２及び１９を経て第２の屈曲
中心軸１７に伝達され、その回転は更に傘歯車３６．３
５を経て制御対象軸２３に伝達されることにより、手首
機構Ａがいかなる姿勢位置をとる場合であっても制御対
象軸２３は独立して回転することができる。

本発明は以上述べたように、夫々独立して回転可能の最
外周軸と、中間軸と、中心軸とよりなる三重軸と、上記
最外周軸に固定されたフレームの先端に設けたセクタ歯
車と噛み合い、該セクタ歯車のまわりに公転しつつ自転
する遊星歯車と、−１−記フレームに取り付けられ、三
重軸に直角で、前記中間軸により回動駆動される第１の
屈曲中心軸と、］−記第１の屈曲中心軸に一端を固定さ
れ、他端に取り付けた第２の屈曲中心軸を介して前記遊
星歯車を回転自在ゝに支承するリンクと、前記′１１星
歯車に回転自在に支承され、前記中心軸によって歯車列
及び前記第２の屈曲中心軸を介して回転駆動される第２
の屈曲中心軸に直角の制御対象軸とを具備してなる関節
機構であるから、中間軸の回転によって第１及び第２の
屈曲中心軸の部分を節部として柔軟に折曲し得ると共に
、全体として大きな折曲角度を得ることができ、適用率
の増大を可能とする関節機構であり、しかも駆動力が全
て歯車によって伝達されるものであり、極めて剛性が高
い為、従来のフレキシブル手首機構のようなリンクの組
合せや球面歯車等を用いないので、たわみや遊びが少な
く制御対象軸の位置決め精度を向上し得、しかも負荷が
作用したとしてもたわみが著しく少ないので、位置決め
精度の低下を招くような不都合が起きない。

また最外周軸を回転さゼることにより関節機構全体を独
立して、旋回させることができ、中心軸の回転によって
制対象軸を独立して回転させることができ、これら３つ
の軸の回転によって制御対象軸の回転、揺動、旋回の３
つの自由度を可能とする極めて実用性の高い関節機構を
提供するものである。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例に係る関節機構の平断面図、
第２図は同側面図である。（符号の説明）１・・・ロボットアーム　２・・・三重軸３、・・・最
外周軸　３Ｉ、・・・中間軸３ｏ・・・中心軸　６・・
・フレーム８・・・第１の屈曲中心軸１４・・・リンク１１７・・・第２の屈曲中心軸１８・・・支持軸２１・・・遊星歯車　２３・・・制御対象軸２４・・・
ホルダ　２６・・・セクタ歯車Ａ・・・手首機構。出願人　株式会社神戸製鋼所代理人　弁理士　本庄　武勇２特開昭ＧＯ−１８６３９３（５）

Claims

【特許請求の範囲】夫々独立して回転可能の最外周軸と、中間軸と、中心軸
とよりなる三重軸と、上記最外周軸に固定されたフレームの先端に設けたセク
タ歯車と噛み合い、該セクタ歯車のまわりに公転しつつ
自転する遊星歯車と、上記フレームに取り付けられ、三重軸に直角で、前記中
間軸により回動駆動される第１の屈曲中心軸と、上記第１の屈曲中心軸に一端を固定され、他端に取り付
けた第２の屈曲中心軸を介して前記遊星歯車を回転自在
に支承するリンクと、前記遊星歯車に回転自在に支承され、前記中心軸によっ
て歯車列及び前記第２の屈曲中心軸を介して回転駆動さ
れる第２の屈曲中心軸に直角の制御対象軸と、を具備してなる関節機構。