JPS6044288A - 工業用ロボツトの手首装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は工業用ロボットの手首装置に係り、とりわけ３
つの回転自由度ｙｘ　５ＨＢえ１こ工業用ロボットσ）
手首装置ｕｖｃ関ｆる。

〔発明１７）技術的背景とそ力問題点〕複雑な組立作業
あろい（′ｌｌ−スポット浴従等に用いられる工業用ロ
ボットにおいては、ワークあるいは工具（スポット溶接
ガン）を、杷持または支持でる手先部の姿勢を、空１■
において任意に選び１得ろことが必要である。この１こ
め　工業用ロボットの手首部分には、通常互いに直交し
１こ３軸回りの回転自由度が与えられている。

このような工業用ロボットのうち、アクチェータとして
電動機あるいは高速回転ン伴う油圧モータ馨用い１こも
のにおいては、従来は第１図に示でように、ロボットア
ーム１の後端部２に配設されｌｖ　Ｎ、１ｆｉ１７　＋
４１あるいは油圧モータ（以下「アクチュエータ」と称
でる）３ａ、３ｂ３ｃに減速機４ａ。

４ｂ、４ｃ７それぞれ直結し、まず、アクチュエータ３
ａ、３ｂ、３ｃの回転速度ケ手先部に要求される動作速
度に近い速度に減速し、アームＩＶ？−内蔵された伝動
軸５ａ、５ｂ、５ａ％ｊ介して手首装置に６に駆動力（
トルク）乞伝達でるようになっている。

しかしながら、こいような従来のロボットの構造によれ
ば１手先部７に加えられる負荷モーメントと同等程度の
大きさのトルクが各伝動軸５ａ。

５ｂ、５ｃおよび手首装置６内の傘歯車８，９゜１０　
、１１　、１２．．１３に作用し、伝動軸の径、傘歯車
のモジュールなどン比較的大きくしなげればならない。

このためアーム１の径が太くなるとともに手首装置６が
大形化し、ロボットのアームおよびその先端部が大型化
、大重量化でる要因となる。また、モジュールの増大に
より歯車ピッチ間誤差、バックラッシュも増大し、ロボ
ットアーム先端部の位置決め精度が低下１石という欠点
がある。、さらに、手首装置６の回転の自由度について
検討してみるに、まず手首装置６の回転αは、アクチュ
エータ３ａｌＣより、減速機４ａ、伝動軸５ａＹ介して
手落ケーシング６ａン回転１ル動することにより得られ
る。また、手先部７の振りβは、アクチュエータ３ｂに
より、減速＠４ｂ、伝動軸５ｂ７ａ１′介して傘歯車８
，９乞駆動でろことにより（４７られり、さらに手先部
７０回転γは、アクチュエータ３ｃにより、減速機４ｃ
、伝動軸５ｃＦｒ介して傘歯車１０．１１．＋２，１３
Ｙ駆動することにより得られろ。

こめような手首装置６の構成は、３つの自由度ケ手首装
置６の中心の１点で交わる互いに直交した軸回りの３つ
の自由度で構成（７、動作時の占有空間が小さく合理的
なものであるが１例えば手首ケーシング６ａの回転ケ行
おうとでろ場合には、回転αの動作の軸であるアーム１
の軸心と同一軸回りに配置された傘歯車８および１０と
これらに噛合う傘歯車９および１１の相対運動７派生゛
ｆるため、手先部７の振りβ２よび手先部７の回転γに
影響が現われ１両軸とも１Ｊｉｌｔ作してしまう。また
５手先部７の振りβ７行う場合においても、傘歯車９と
軸心ケ同一にでる傘歯車１２と、傘歯車１３との間に相
対運動が生じ、手先部７は回転γの動作？してしまう。

これらの動作軸相互の干渉は、各々の干渉の元となる傘
歯車８，９あるいは傘歯車１０　、１．１、更に傘歯車
１２．１３の回転角と、手首最終端、丁なわち手先部７
の回転角がほぼ等しいことにより、無視できない大きさ
となる。このため、各軸ごとに動作指令を与え、所望の
動作乞実現する教示（ティーチング）時においては、ロ
ボットの操作が困難になるという欠点がある。

このような欠点乞屏消′１″るために、手首ケ７シング
６ａΩ内部に高減速比を有でる減速機を配設し、回転部
分の最終段で減速する方法が考えられるが、回転αの動
作ケ行う手首ケーシング６ａ内に、回転β−γの動作を
行う歯車機摺が配設されている第１図に示すような構造
の手首装置６においては、構造がきわめて複雑になると
ともに、装置全体が大形化し重量の軽傾化が困難である
という欠点がある。また、構造が複雑化１−ることによ
り分解・組立・保守が困難になるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点？考慮してなされたものであり、
アームの後端部に配設された電ｌ！ｊｊ＋　４９）あろ
いは高速回転を伴う油圧モータを駆動源とした工業用ロ
ボットにおいて、小形軽量で操作性が良く、しかも組立
、保守が容易な工業用ロボットの手直装置を提供でるこ
とケ目的とでる。

〔発明の概要〕

本発明による工業用ロボットの手首装置は、ロボットの
アーム先端に固着された中空円筒状の支持ブロックと、
支持ブロックに高減速機構ン介して回転可能に取付けら
れ、凸形部ン有する平岐べ−スと、手首ベースの凸形部
が挿入される凹形部７有し、手首ベースに対し、手首ベ
ースの回転軸に直交１−る軸回りに回転可能に高減送機
構乞介して取付けられたコ字形の手釘ケーシングと、手
首ケーシングの先端に高減速機構を介して回転可能に取
付けられた手先部と、ロボットのアーム後端部に配設さ
れたアクチュエータからの１駆動力を、それぞれ手首ベ
ース、手首ケーシングおよび手先部に伝達丁６３本の伝
動軸ならびに伝動軸に連結された歯車機構と７備えたこ
とケ特徴としている。

本発明によれば、各々の駆動系の終端部に伝達でるトル
フケ、アクチュエータの出力軸の回転速度に近い高速の
まま行うことができ、アーム後端部から手首装置に至る
までの伝動系および手首装置ン構成する伝動系を小形軽
量化し、さらに手首装置における動作軸相互の動きの干
渉を小さくおさえることができろ。また手首装置が、ア
ーム先始に固着された支持ブロックと、この支持ブロッ
クにアームの軸線回りに回転可能に取付けられた凸形部
乞有する手首ベースと、この手首ベースのの凸形部に手
首ベースの回転軸と直交する＠を中心に揺動可能に挿入
連結されたコ字形手首ケーシングとから構成されている
ので、手首装置の部品の組立、保守が容易である。

〔発明の実施例〕

以下、第２図乃至第５図を参照して本発明カー実施例に
ついて説明でる。

図において符号１はロボッ）１４のアームであり、アー
ム１の後端部２には３台のアクチュエータ３ａ。

３ｂ、３ｃが設けられている。このうちアクチュエータ
３ｃの出方軸には歯付ブーｌ７１５が固着され、こび）
プーリ拓と、アーム１を貫通し一端を軸受１６で支持さ
れた軸１７に固着された歯付ブー１月８との間ニハ、タ
イミングベルト１９が巻掛けられて−・る。−また、ア
クチュエータ３ａおよび３ｂの出力軸には、各々軸継手
２０ａ、２０ｂＹ介して、同様にアーム１を貫通し一９
ｊＭケ軸受２１　ａ　、　２１　ｂにより支持された軸
２２．２”ｌが接続されている。

アーム１の先端フランジ２４には、中空円筒状の支持ブ
ロック局が固着され、軸２２および２（の一端が軸受２
６および２′７ヲ介して支持ブロック５に回転支持され
ている。支持ブロック５の先端中央には、高減速機構、
例えばハーモニックドライブ（株式会社ハーモニックド
ライブシステムズの登録商標）機構の固定側サーキュラ
スプライン２８ａが固着され、その内側にウェーブジェ
ネレータ２８ｂ乞構成する中空軸３０が軸受３１？介し
て回転可能に支持されている。この中空軸３０の後端に
は、軸２２に固着されＹｖ　歯付プーリ３２とタイミン
グベルト３３で連結された歯付ブーＩ７３４が固着され
ている。中空軸間の内側には、軸部に固着された歯付プ
ーリ３５とタイミングベルト３６で連結された歯付ブー
ＩＪ　３７カ後瑞に嵌着され、先端に傘歯車３８が固着
されている中空軸３８ａが、軸受３９ヲ介して回転可能
に支持されている。支持ブロック乙の外周τｉｌｌ　Ｋ
は、軸受４Ｑａ。

４０ｂ？介して手首ベース４３が回転可能ｖｃ１Ｍ合さ
れている。また手首ベース４３には、ハーモニックドラ
イブ機４苦の出力側］サーキュラスプライン２８ｃが固
着されている。固定側サーキュラスプライ４８ａ。

出力側サーキュラスプライン２８ｃとウェーブジェネレ
ータ２８ｂとの間には、フレックスプライン２８ｄが配
設されている。

手首ベース４３は、先端側が中空円筒状に突出ｆる凸形
部を有しており、その中央部ケ軸線方向に軸１７．中空
軸３８ａが貫通配置されている。

軸１７、中空軸３８ａの先端部には、それぞれ傘歯車４
４．３８が固着されているとともに、軸受４５゜４６に
より回転自在に支持されている。手首ベース４３の先端
部には、アーム１の軸線方向と直交ｆる方向に穴明加工
が施されている。手首ベース４３の先端部の穴明加工が
施されに両側端部には、円筒状突起４７．４８が形成さ
れ、一方の円筒状突起４７の内壁側には、ハーモニック
ドライブ機構の固定側サーキュラスプライン４９ａが固
？’ｆされ、さらにこのサーキュラスプライン４９ａの
内側には、傘歯車３８と噛合う傘歯車５０の軸が、ウェ
ーブジェネレータ４９ｂと一体で軸受５１により回転自
在に支持されている。また円筒状突起４７の外壁側には
、軸受５２を介してフランジ５５　ｆｔ’ｓ回転可能に
嵌合されている。このフランジ５５は、手百ベース４３
の凸形部が挿入される凹形部馨有するコ字形の手首ケー
シング５３の一方の側板５４Ｋ、外側からボルト＆用い
て着脱可能に嵌合同着され内側に出力μ４１］ザーキュ
ラスプライン４９ｃが固着すれている。固定側サーキュ
ラスプライン４９１１、出カイ則ザーキュラスフ”ライ
ン４９ｃとウェーブ“ジェネレータ４９ｂとの間には、
フレックスプライン４９ｄが１配設されていΦ。他方の
円筒状突起４８の内側には、傘歯車４４と噛合い、後端
に歯伺プーリ５５の嵌着され１こ傘歯車５６テ＋’、軸
受５７７ｆ介して回転自在に支持されている。また円筒
状突起４８の外側には、軸受５８ン介して、手直ケーシ
ング５３の他方側の側板５９Ｖｃ着脱可能（（固Ｍされ
ているフランジ６０が回転自在に支持されている。側板
５９には、傘歯車５６の軸と平行に、傘歯車６３の軸が
軸受６４を介して回転自在に支持され、この傘歯車６３
８の軸は、傘歯車５６の軸の後端に嵌着された歯付プー
リ５５と、傘歯車６３のｔ’ｉｌｌの後端に嵌着された
歯付プーリ６２とに巻掛けられたタイミングベルト６１
により傘歯車５６の軸と連結されている。傘歯車６３は
、手首ベース４３０回転軸と同一方向（傘歯車６３の軸
と直交でろ方向）［、軸受６５ケ介して手首ケーシング
５３の先端中央部に対１−て回転支持されている傘歯車
６７と噛合っている。傘歯車６７の軸には、ハ−モニッ
クドライブ機構のウェーブジェネレータ６６ｂが固着さ
れている。手首ケーシング５３の先端中央部には、手先
部７が軸受６８ケ介して回転自在に支持されている。こ
の手先部７は、手首ケーシング５３の先端中央部に固着
された固定側サーキュラスプライン６６ａと、手先部７
ＶＣ固着された出力１ｉｔｕサーキユラスプライン６６
ｃとゲフレックスブライン６６ｄにより連結でることに
より、傘歯車６７の軸と連結されてい局。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明でろ。

アクチュエータａａＹ駆＃ｈ−１−ろと、軸２２、タイ
ミングベルト３３ヲ介して中空軸３０が回転させられ、
ハーモニックドライブ機構により最終的に減速されて、
アーム１の先端に固着された支持ブロック５に対し手首
ベース４３が回動ｆる。この動作は、”Ｊ！　５図に示
でα軸の動作である。

次にアクチュエータ３ｂン駆動１−ると、軸重。

タイミングベルト３６ケ介して中空軸３８ａが回転させ
られ、傘歯車あ、５０の噛合いにより傘歯車５０の軸が
回１詠させられる。この回転は、）・−モニツクドライ
ブ機構により減速され、手首ケーシング５３が手首ベー
ス４３に対し揺動させられる。この動作は第５図に示で
β軸の動作であり、α軸と直交でる方向の動作である。

アクチュエータ３ｃＹ駆動ｆると、軸１７．傘歯車４４
．５６の噛合いおよびタイミングベルト６１、傘歯車６
３．６７の噛合い？経て、傘歯車６７の軸が回転さ・せ
られ、この回転はノ１−モニツクドライブ機構により最
終的に減速されて手先部７に伝達される。手先部７は５
第５図に示すγ軸の回転動作ン行う。

このように本実施例ＫＪ：れば、手首ベース４３、手首
ケーシング５３１手先部７のα、β、γ軸の動きは、？
へて高（ｔ２．速比ン有でろ）・−モニツクドライブト
幾構までは高速、小トルクで伝達されるため、伝動系の
構成要素１丁なわち軸、タイミングベルト、プーリ、傘
歯車およびこれらを支持でる軸受類は１強度的に小形化
することができ、手首装置をコンパクトにすることがで
きる。

また、高速段に用いられる傘歯車４４．５６　、６３゜
６７あるいはタイミングベルト：（３、３６、６１にお
けるバックラッシュの影響は、ハーモニックドライブ機
構での高減速により縮小されるため、バックラッシュ除
去の１こめの噛合調整は不要となる。

また、アクチュエータ３ａ、３ｂ、３ｃからアーム１の
先端に至るまでの伝動軸２２．ハ、１７は、互いに平行
に配設されているため、第１図に示で従来例のように同
心３屯管構造５ａ、５ｂ、５ｃのものと比較して軸重量
が小さく、かつ加工、組立が容易となる。

さらにβ軸の回動動作７行う手首ケーシング５３ケコ字
形の一体構造とし、手首ベース４３　ＶＣ附し両側板５
４．５９の外側からフランジ５５．６０？挿入１−ろこ
とにより組付ける構成としである１こめ、分解、組立が
容易であり、タイミングベルト６１、ハーモニックドラ
イブ機構などの保守点検も、カバー６９ａ、６９ｂ；７
取り外でことにより簡単に行うことができる。

また、手首装置６の外形形状をなで手首ケーシングり３
が、手首ベース４３に対し全体的に揺動するので、スポ
ット溶接等においては５手先部７に取付けられたガンに
接続されたケーブル、エアホースなどとの相対運動は少
なく、これらを傷付けろことがない。

−１：た、α、β、γ軸の相互の動作の干渉については
、α軸ン動作させた場合、傘歯車３８．５０と傘歯車、
ｉ４　、５６間で相対運動が生じ、また手首ケーシング
Ｎ、５３の揺動βにより、傘歯車４４　、５６間に相対
運動が生ずるが、これらはハーモニックドライブ機構の
有ｆ石高減速比により縮小され、教示時等には無視し得
る程度のものである。

なお、本実施例においては、トルク伝達部材としてタイ
ミングベルト？用いた例？示したがこの他に例えば平歯
車、チェーンなどを用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、小形軽量で組立
、保守の容易な工業用ロボットの手酊装置Ｊｖ得ること
ができる。また、動作時の占有空間が小さく、手錠の３
自由度相互のｌｌｌＩｊＪ作の干渉？小さくおさえた操
作性の良い手首装置を得ることカーできる。

第１図は従来の工業用ロボットの手首装置の一例ケ示で
模式図、第２図は本発明の用いられる工業用ロボットの
一例乞示す側面図、筆３図は本発明に、Ｊ：る手首装置
の縦断面図、第４図は手首装置の側面図、第５図は手首
装置およびアーム綬喘部ン示で部分断面ケ含む平面図で
ある。

１・・・アーム、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・アクチュエー
タ、７・・・手先部、１７．乙、２：（・・傳（ｈ、２
５・・・支持ブロック、３８ａ・・・中空軸、４３・・
・手首ベース、５〕３・・・手位ケーシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットのアーム先端に固着された中空円筒状の支
   持ブロックと；前記支持ブロックに高減速＋Ｒ４ＩＦｔ
   ゲ介して回転可能に収付けられ、凸形部ケ有する手首ベ
   ースと；前記手首ベースの凸形部が挿入される凹形部乞
   有し、前記手首ベースに対し、手首ベースＬ回転軸に直
   交′ｆｄ軸回りに回転可能に高減速機構？介して取付け
   られたコ字形の手首ケーシングと；前記手首ケーシング
   の先１’］７ｉ＋に高減速＋ｉ０４：４ヶ介して回転可
   能に敗付けられた手先部と；ロボットのアーム後端部に
   Ｌ′ｉ己設されたアクチュエーｌからのｇｉｎ　ｆｉ：
   カカン、それぞれ前記手首ベース、手首ケーシングおよ
   び手先部に伝達丁６３本の伝動！ｉ＋！Ｉ］ならびに前
   記伝動軸に連結された歯車機構と；ン備えた工業用ロボ
   ットの手首装置。 ２．３本の伝動軸は互いに平行に配設されていることケ
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の手首装置、 ａ、Ｘ減速機構がハーモニックドライブ機構であること
   を特徴と一１’−る特許請求の範囲様１項記載の手首装
   置。 ４歯車機構が傘歯車＋幾構であること／特徴と１−る特
   許請求の範囲第１項記載の手所装置。