JPS606392A

JPS606392A - 産業用ロボツトの手首構造

Info

Publication number: JPS606392A
Application number: JP11270583A
Authority: JP
Inventors: 健次前田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1983-06-24
Publication date: 1985-01-14
Also published as: JPS639956B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は産業用ロボットの３自由度を有する手首構造に
関するものである。

〔発明の背景〕

従来、６自由度を有し円弧状に手首を曲げることができ
る産業用ロボットの手首構造として、ベベルギアと平歯
車の組合せたものが提案されている。この手首は、第１
図に示すような手首のひねり１と曲げ（円弧状）２と、
更にひねり３の３自由度を有しているが、手首駆動入力
方式の関係上駆動部重量が犬となる。また、手首の姿勢
によっては、まずひね９１を行ってからでないとねらえ
ない個所がある等の欠点がある。

従来一般の曲げ及び振りの機能を有する手首で、第２図
における点Ａより点Ｂを経由して点Ｃに到達する動作を
行なわせた場合、線速一定で動作させようとすると、点
Ｂにおいてひねり軸が無限大の速度で９０度回転する必
要が生じる。現実的には無限大の速度で回転することは
不可能な為、点Ｂにおいていったんひねり軸を有限の速
度で９０度回転させる必要を生じその分だけ余分に時間
を要す。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、曲げ、振り、ひねりの５自由度を有し
、曲げ及び振りの動作を円弧状に行い軽量化を計ること
ができる産業用ロボットの手首構造を提案するにある。

〔発明の概要〕

本発明による産業用ロボットの手首構造は、次の（ａ）
〜（ｅ）の構成要素を有することを特徴とする手首構造
である。

（ａ）互に枢動的に結合されて延伸する第１リンク群と
、互に自在継手により連結される第２リンク群よりなる
。

（ｂ）第２リンク群の各リンクは、第１リンク群の連接
する２個のリンクに旨りそれぞれに自在継手により連結
されている。

（Ｃ）第１リンク群の両端部のリンクを除く各リンクは
、第２リンク群の連接する２個のリンクにりそれぞれに
自在継手により連結されている。

（ｄ）第１リンク群９両端部のリンクの一方の端部は、
それぞれ第２リンク群の両端部のリンクに自在継手によ
り連結されていると共に、他方の端部は手首駆動軸又は
治具取付軸に固結されている。

（ｅ）第２リンク群の手首駆動軸側の端部のリンクには
、駆動リングが該リンクとの相対的回転運動可能に嵌着
され、リング駆動手段九より該リングを前記手首駆動軸
に対して傾斜することができるようにしである。

本発明による産業用ロボットの手首構造の好ましい態様
として、次の（１）〜（５）の態様をあげることができ
る。

（１）前記第１リンク群の各リンクが、第２リンク群と
連結する２個の自在継手の間で軸方向に伸縮可能としで
ある。

（２）　前記第１リンク群の各リンクを相互に枢動的に
結合する手段が、それぞれのリンクの第２リンク群との
接合の自在継手の中心点を中心として互に当接する球面
により結合する球面座継手であり、好ましくは該球面に
互に嵌合するリッジを設けである。

（３）前記第１リンク群の各リンクを相互に枢動的に結
合する手段が自在継手である。

（４）前記手庁駆動軸がロボットアームに回転自在に押
通され、前記リング駆動手段が、該ロボットアームと前
記駆動リングに、それぞれ基部及びロッド先端部を枢着
した流体圧シリンダであり、好１しくは、該流体圧シリ
ンダが、前記駆動リングに対して互に１８０度とならな
い個所に２個設けてあり、更に好ましくは、前記駆動リ
ングに、前記ロボットアームに対する回動防止手段を設
けである。

（５）前記Ｑ１１Ｊンク群が円筒体又は円柱体よりなり
、前記第２リンク群が円筒体よりなり、該第１リンク群
が、第２リンク群内に収容されている。

本発明の装置においては、手首の自由度として、曲げ、
振り、ねじりの構成を採用することにより従来の装置の
問題点を解決している。即ち、第２Ｎにおける点Ａと点
３間は曲げ軸を動作させ、点Ｂと点Ｃ間は振り軸を動作
させろことにより、経路ＡＢＣ上を連続して動作するこ
とができる。そこで不発明の装置においては、曲げ、振
りの動作を行うことができ、ひねり動作を伝達できる要
素として自在継手を採用している。スリムな形状で大き
な動作角を得る為には、円弧状に曲がる動作を得るため
、複数個の自在継手を剛体リンクで接続しである。

しかしながら、自在継手で接続された１系列のリンク群
のみでは、基部リンクで他のリンクの荷重を支承するこ
とができない。そこで、自在継手又はこれに代る継手で
接続された２系列のリンク群を用い、両者を特定の接合
方法で自在継手で接合しである。これにより１つの系列
のリンク群の基部リンクを傾斜させると、傾斜がつぎつ
きと隣接するリンクに伝達され、手首全体が円弧状に曲
がる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による手首構造を実施例の図面に基づいて
説明する。実施例としては、リンクの数が最も少ない例
、即ち第１リンク群は、両端部の手首駆動軸及び治具取
付軸に固結されているリンクを含めて６個のリンクより
なり、第２リンク群は２個のリンクよりなる例を示しで
ある。リンクの数は、勿論更に増加しても差支えなく、
同様な機能を有するものが増加するに過ぎないので、リ
ンク数の多い手首について重ねて説明するまでもない。

第６図は上述の如き本発明による手首の実施例の縦断面
図、第４図は第３図におけるイーイ線矢視断面図、第５
図は第４図におげろローロ線矢視断面図である。

この手首は第１リンク群と第２リンク群よりなり、第１
リンク群は、手首駆動軸に固結されたリンク２　（以下
駆動軸とも称呼する。）、リンク８及び塗装治具のガン
取伺軸に固結されたリンク１５（以下ガン取付軸とも称
呼する。ン　よりなる。第２リンク群はリンク７及びリ
ンク１０よりなる。

第１リンク群の各リンク２，８．１３は円筒体又は円柱
体よりなり、第２リンク群のリンク７゜１０は円筒体を
なし、第１す／り群は第２リンク群内に収容されている
。

第１リンク群の各リンク２，８．１３は互に枢動的に結
合され、第２リンク群のリンク７とリンク１０とは自在
継手９により連結されている。

第２リンク群のリンク７は、第１リンク群の連接する２
個のリンク２，８に司り、それぞれに自在継手６及び６
′により連結されている。同様に、第２リンク群のリン
ク１０は、第１リンク群の連接する２個のリンク８．１
６に跣り、それぞれに自在継手１１及び１１′により連
結されている。

次の説明は、第２リンク群のリンクと第１リンク群のリ
ンクとの上述の如き連結要領を裏を返して再度述べる部
を含むが、第１リンク群と第２リンク群とのリンク数を
明確にする為必要である。

即ち、第１リンク群の両端部のリンク２．１３を除くリ
ンク８は、第２リンク群の連接する２個のリンク７、ｌ
０ＩＣ’４つ自在継手６′及び１１により連結されてい
る。第１リンク群の両端部のリンク２及び１３は、前述
の如く一端部は手Ｎ駆動軸及びガン取付軸に固結され、
これらと一体をなしていて、他端部はそれぞれ第２リン
ク群の両端部のリンク７及び１０に自在継手６及び１１
′により連結されている。

図示の実施例における第１リンク群のリンク２゜８．１
６を互に枢動的に結合する手段は次の如く構成されてい
る。即ち、リンク２と８の接合部は、それぞれのリンク
の第２リンク群のリンク７との接合の自在継手６及び６
′の中心点Ａ及びＣを中心として互に当接する球面Ｂ、
Ｂにより結合している。即ち、一方のリンクが他方に対
して傾斜せしめられると、球面Ｂ、Ｂの中心間距離が一
定であるので、球面Ｂ、Ｂの当接点を移動し、傾斜を許
容する。球面Ｂ、Ｂ間が滑らないように互に嵌合するリ
ッジ（隆起、凹凸、４提状のエツジ）を設けておくこと
が望ましい。リンク８と１３の接合部の構造も全く同じ
である。球面をＢ、Ｅで、それぞれの中心をり、Ｆで示
しである。

第１リンク群の、２個の自在継手により連接する第２リ
ンク群の２個のリンクに接合されているリンク（実施例
２゛はリンク８ｔである。）は、入れ予成とされ、即ち
８Ａと８Ｂよりなり、軸方向に伸縮可能としである。勿
論、入れ子部をスプライン結合、角形断面とする等によ
り回り止めをしておく必要がある。

手首駆動軸２は、ロボットアーム１に挿通され、ロボッ
トアーム１に回転可能に支承されている。

第２リンク群の手首駆動軸２側の端部のリンク７には、
軸受４を挾み駆動リング６が嵌着され、駆動リング３と
リンク７との相対的回転運動が許容されている。駆動リ
ング３には駆動レバー５が取付けてあり１．駆動レバー
５とロボットアーム１にそれぞれ流体圧シリンダ１２の
ロッド先端部と基部が枢着されている。第４図に示すよ
うに駆動リング３に対して互に１８０度とならない個所
に、もう１個の流体圧シリンダ１２’（５’はもう１つ
の駆動レバーである。）が設けである。また、第４図及
び第５図に示すよう駆動リング３に側方に向けて軸１４
を立設し、軸１４の先端に回転子１５が回転自在に取付
けである。駆動リング３は流体圧シリンダ１２及び１２
′により傾斜せしめられるが、駆動リング６が回動する
ことなく傾斜せしめられた場合の回転子１５の描（軌跡
にそってガイド１６が設けられ、ガイド１６はロボット
アームに固定されている。回転子１５はガイド１６の間
に微小な隙間を有する状態で保持される。従って、駆動
リング３は自由に傾斜することができ、しかも第４図に
おける矢印方向の回転は防止される。

次に、この手首の動作について説明する。

流体圧シリンダ１２，１２７を作動して駆動リング６を
ロボットアーム１に対して、即ち駆動軸２に対して傾斜
させると、リンク７　（第２リンク群）が点Ａを中心と
して同じ角度だけ傾斜する。点Ａと点Ｃを結ぶ線が駆動
軸２に対して傾斜するので、駆動軸２とリンク８　（第
１リンク群ンの球面Ｂ。

Ｂの当接点が移動し、リンク８は、リンク７の傾斜の２
倍の角度で傾斜する。リンク８は伸縮可能とされ、リン
ク７はリンク１０（ｇ１％２リンク群）に自在継手９に
より接続されているので、リンク１０はリンク７に対し
て傾斜すると同時にリンク８に対しても傾斜する。リン
ク８とガン取付軸１６とは、手首駆動軸２とリンク８と
の場合と同様に、球面Ｅ、Ｅにより接合しているので、
ガン取付軸１３はリンク１０に対して更に傾斜する。こ
のようにして、２本の流体圧シリンダ１２．１２’の駆
動パターンの組合せにより、駆動リング３を任意な方向
に傾斜させることができるので、手首先端のガン取付軸
１６を任意な方向鎖駆動することができる。更に、駆動
リング３とリンク７とは軸受４により回転自由に接続さ
れているので、駆動軸２を回転させると、その回転は、
手首の曲げ、振り動作とは独立に手首全体に伝達される
。

また、駆動軸２の回転による手首全体の回転動作におい
て、駆動リング３はガイド１６、回転子１５及び軸１４
により共回りすることを防止される０また、前述の如く
、回転子１５はガイド１６の間に微小な隙間を有する状
態で保持されているため、駆動リング３は自由に傾斜す
ることができる。

図示の実施例においては、第１リンク群の隣接するリン
クを互に枢動的に結合する手段として、球面座継手を使
用する例を示したが、他の手段、例えば自在継手を使用
してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の産業用ロボットの手首は、曲げ、振り、ひねり
の３自由度を有し、曲げ及び振りの動作をスリムな形状
で円弧状に行い、大きな動作角を得ることができる。ま
た、手首の軽量化を１！ることができるので産業上有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の手首の一例の外観図、第２図は従来の手
首の一例の動作　路説明図、第３図は本発明による手首
の実施例の縦断面図、第４図は第６図におけるイーイ線
矢視断面図、第５囚は第４図におけるローロ線矢視断面
図である０１・・・ロボットアーム、２，８．１３・・
・第１リンク群を構成する手首駆動軸、リンク、ガン（
治具）取付軸、８Ａ、８Ｂ・・・リンク８を構成する入
れ予成リンク、７，１０−・・第２リンク群を構成する
リンク、６．　６’、１１．１１’・・・第１リンク群
と第２リンク群を連結する自在継手、９・・・リンク７
と１０を連結する自在継手、Ｂ、Ｂ及びに、Ｋ・・・球
面座面、４・・・軸受、６・・・駆動リング、５．５′
・・・駆動レバー、１２．１２’・・・流体圧シリンダ
、１４・・・軸、１５・・・回転子、１６・・・ガイド／第３図ノ３昇　４　図汁−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　（ａ）互に枢動的に結合されて延伸する第１リ
ンク群と、互に自在継手に工り連結される第２リンク群
よりなり、（ｂｌ第２リンク群の各リンクは、第１リンク群の連接
する２個のリンクＫｉりそれぞれに自在継手により連結
され、（Ｃ）第１リンク群の両端部のリンクを除く各リンクは
、第２リンク群の連接する２個のリンクにりそれぞれに
自在継手により連結され、（ｄ）第１リンク群の両端部
のリンクの一方の端部は、それぞれ第２リンク群の両端
部のリンクに自在継手忙より連結されていると共に、他
方の端部は手首駆動軸又は治具取付軸に固結され、（ｅ
）第２リンク群の手首駆動軸側の端部のリンクには、駆
動リングが該リンクとの相対的回転運動可能に嵌着され
、リング駆動手段により該リングを前記手首駆動軸に対
して傾斜することができるようにしである。ことを特徴とする産業用ロボットの手首構造。
（２）前記第１リンク群の各リンクが、第２リンク群と
連結する２個の自在継手の間で軸方向に伸縮可能としで
ある特許請求の範囲第１項に記載の産業用ロボットの手
首構造。
（３）前記第１リンク群の各リンクを相互に枢動的に結
合する手段が、それぞれのリンクの第２リンク群との接
合の自在継手の中心点を中心として互に当接する球面に
より結合する球面座継手である特許請求の範囲第１項又
は第２項に記載の産業用ロボットの手首構造。
（４）前記球面座継手の球面に互に嵌合するリッジを設
けである特許請求の範囲第３項に記載の産業用ロボット
の手首構造。
（５）前記第１リンク群の各リンクを相互に枢動的罠結
合する手段が自在継手である特許請求の範囲第１項又は
第２項に記載の産業用ロボットの手首構造。
（６）　前記手首駆動軸がロボットアームに回転自在に
挿通され、前記リング駆動手段が、該ロボットアームと
前記駆動リングに、それぞれ基部及びロッド先端部を枢
着した流体圧シリンダである特許請求の範囲第１項又は
第２項に記載の産業用ロボットの手首構造。
（７）前記流体圧シリンダが、前記駆動リングに対して
互に１８０度とならない個所に２側設けである特許請求
の範囲第６項に記載の産業用ロボットの手首構造。
（８）前記駆動リングに、前記ロボットアームに対する
回動防止手段を設けである特許請求の範囲第６項又は第
７項に記載の産業用ロボットの手首構造。
（９）前記第１リンク群が円筒体又は円柱体よりなり、
前記第２リンク群が円筒体よりなり、該第１リンク群が
該第２リンク群内に収容されている特許請求の範囲第１
項、第２項、第４項、第５項又は第８項のに記載の産業
用ロボット手首構造。