JPS61131892A - 産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〕 本発明は産業用ロボットの手首装置に係り、特に、回転
の３自由度を有する手首装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に産業用ロボットの手首装置は、アームの先端に配
されるため軽但でコンパクトでなければならない。また
、ロボットを用いて溶接、塗装等の複雑な作業を行なう
場合には、手先の溶接トーチ、スプレィ等の向きを自由
に変えられるよう動作範囲が広くしかも連続的であるこ
とが必要となる。

こうした条件を満足させるため、従来がら各種の手首装
置が提案されているが、大別してつぎの２種類に分けら
れる。

すなわち、そのひとつは、第５図に示すように、手首の
自由度を構成する動作軸α、β、γが、アーム２の先端
に設けた手首装置１の中心で交わるようにしたもの、他
のひとつは、第６図に示すように、各動作軸α、β、γ
をアーム２より逐次オフセットして構成したものである
。

ところが前者は、手首装＠１の外形がコンパクトになり
動作時の占有空間が小さいという長所がある反面、β軸
は機械的に動作の制限を受け、第５図中破線ハツチング
を施して示す部分Ｓが欠落した不完全な球状の動作範囲
■となる欠点がある。

一方後者は、各軸α、β、γに機械的な制限がなく動作
範囲が広いという長所があるが、機構がオフセットして
いるため第６図に破線ハツチングを施して示す部分Ｓが
プツトスペースとなり、また動作時の占有空間■が大き
くなる欠点がある。

〔発明の目的〕 本発明は、前述した従来のものにおける欠点を除去し、
軽量コンパクトで動作範囲が広く、しかも動作時の占有
空間を小さくすることができる産業用ロボットの手首装
置を提供することを目的とする。

（発明の所要） 本発明は、ロボットアームの軸線と同一軸線上に配置さ
れ相互に独立して駆動される三重構造の第１駆動軸、第
２駆動軸および第３駆動軸と：ロボットアームの先端に
設けられ前記第１駆動軸により駆動されて各駆動軸の軸
線周りに回転する第１ケーシングと；第１ケーシングの
先端に設けられ前記第２駆動軸により駆動される第１減
速機を介し前記各駆動軸に対して所要の角度で交わる第
１軸周りに回転する第２ケーシングと：第２ケーシング
の先端に設けられ前記第１減速機により駆動される第２
減速機を介し前記各駆動軸に対して第１軸とは逆方向の
角度で交わる第２軸周りに回転する手先ケーシングと：
手先ケーシングの先端に設けられ第３減速機を介し前記
各駆動軸と同一軸線周りに回転する手先フランジと：前
記第３駆動輪と第３減速様とを各ケーシング内を介して
接続する接続手段とを有し、もって手首中心を基点とし
て空間的にあらゆる姿勢をとることができるようにした
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図ないし第４図を示す実施例により
説明する。

第１図は本発明に係る手首装置の一例を示すもので、こ
の手首装置１は、第２図に示すように、固定ベース３を
介して設置されたロボット４のアーム２の先端に取付け
られ密閉構造をなしている。

このアーム２の基端は、前記固定ベース３に対し旋回工
、前後傾動■、上下の揺動■の３自由度を有する上腕部
５に取付けられており、この上腕部５内には３台の７ク
チユエータ（図示せず）が組込まれている。そして各ア
クチュエータは、第１図に示すように、同一軸心で三重
構造をなしてアーム２を構成する外側中空軸６、内側中
空！に７、および中心軸８をそれぞれ独立して回転駆動
するようになっている。

前記外側中空軸６の先端には、第１図に示すように、手
首装置１の手首ベース９が取付けられており、この手首
ベース９には、アーム２の軸心に対し角度θ（第３図参
照）で傾斜する軸を有するハーモニック減速１１１０の
サーキュラスプライン１０ａが固設されている。またこ
のハーモニック減速１１１１０の出力側サーキュラスプ
ライン１０ｂは、前記手首ベース９にクロスローラ軸受
１１を介し回動自在に支持したケーシング１２に固着さ
れており、ざらにハーモニック減速橢１０のウェーブジ
ェネレータ１０ｃは、前記ケーシング１２に軸受１３ａ
、１３ｂを介し回動自在に支持されかつ両端にがさ歯車
１４．１５を有する中空軸１６に固着されている。

この中空軸１６の内部には、第１図に示すように、両端
にがさ歯車１７．１８を有する＠１９が軸受２０ａ、２
０ｂを介し回動自在に支持されている。そして、この軸
１９の一端のかき歯車１７および前記中空軸１６の一端
のかさ歯車１４は、第１図に示すように、前記内側中空
軸７の先端および中心軸８の先端にそれぞれ固設したか
さ歯車２１．２２にそれぞれ噛合している。

一方、前記ケーシング１２の先端側には、第１図に示す
ように前記ハーモニック減速機１０のサーキュラスプラ
イン１０ｂ、が固設された面と直交π する面に、アーム２の軸心に対し角度（−一〇）で傾斜
する軸を有する第２のハーモニック減速機２３のサーキ
ュラスプライン２３ａが固設さ・れており、またこのハ
ーモニック減速機２３のウェーブジェネレータ２３ｃは
、ケーシング１２に軸受２４ａ、２４ｂを介して回動自
在に支持した中空軸２５に固設されている。この中空軸
２５の一端には、かさ歯車１５と噛合するかさ歯車２６
が固設されており、またこの中空軸２５の内部には、両
端にがさ歯車２７．２８を有する軸２９が軸受３０ａ、
３０ｂを介して回動自在に支持されている。そして、軸
２９の一端のかさ歯車２７は、軸１９の端部に固設した
かさ歯車１８と噛合している。

また、前記ケーシング１２の先端には、第１図に示すよ
うに、クロスローラ軸受３１を介して・先端ケーシング
３２が回動自在に取付けられて゛おり、この先端ケーシ
ング３２には、前記ハーモニック減速ｔ１２３のサーキ
ュラスプライン２３ｂが固着され、第３図に示すように
、先端ケーシング３２周りに減速回転駆動するようにな
っている。

この先端ケーシング２３の先端部には、第１図および第
３図に示すように、手先７ランジ３３が配されており、
この手先フランジ３３は、クロスローラ軸受３４を介し
先端ケーシング３２に回転自在に支持した軸３５の一端
に固着され、アーム２の軸心と同一軸心の軸周りに回動
するようになっている。

前記軸３５の他端には、第１図に示すように、第３のハ
ーモニック減速機３６のサーキュラスプライン３６ａが
固設されており、またこのハーモニックの減速！１１３
６の他のサーキュラスプライン３６ｂは、先端ケーシン
グ３２に固設され、ざらにハーモニック減速１！３６の
ウェーブジェネレータ３６ｃは、先端ケーシング３２お
よび軸３５に軸受３７ａ、３７ｂを介し回動自在に支持
した軸３８に固設されている。そして、この軸３８の一
端には、かさ歯車２８と噛合するかさ歯車３９が固設さ
れている。

つぎに、前述した実施例の作用について説明する。

図示しないアクチュエータで外側中空軸６を回転駆動す
ると、雷閉Ｉｆｉ造をなす手首装置１は、第３図に示す
ように、アーム２の軸心周りに矢印αのように回動する
。

つぎに、中心軸８を図示しないアクチュエータで回転駆
動すると、この回動力はかさ歯車２２゜１４おにび中空
軸１６を介してハーモニック減速ＩｆｉｌＯに伝達され
、ここで減速されてケーシング１２に伝えられる。これ
によりケーシング１２は、アーム２の軸心に対して角度
θの傾きを右する軸周りに駆動される。

前記中空軸１６が回転すると、この回動力はかさ歯車１
４．２６および中空軸２５を介して第２のハーモニック
減速８１２３に伝達され、ここで減速されて先端ケーシ
ング３２に伝えられる。これにより先端ケーシング３２
は、アーム２の軸心わち前記ケーシング１２の回動軸と
直交する軸周りに駆動される。

いま、説明を簡単にするためにθ＝４５度とし、ケーシ
ング１２と先端ケーシング３２の傾動角を等しいものと
すると、手先フランジ３３のアーム軸２軸心に対する傾
動角βは次式により与えられる。

ｎ；手先７ランジの姿勢ベクトル（アームに固定した座
標系における） β；手先フランジの傾動角 ｙγ　　。

Ｅ−、Ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・・・・（１）ここで 手先フランジの傾動角βのみに着目すればβ＝０゜６−
１（。、。ｊ、　　　　　　　　°−°−（３）前記（
４）式に数値を代入すると、第４図に示寸関係が求めら
れる。

すなわち、β１　（＝β２）を変化させると、β１＝β
２−〇においてアーム２と同心で前方を向いていた（β
＝０）手首は、β　＝β２＝πにおいてアーム２と平行
に後ろ向きとなり、この間連続的に変化していることが
判る。

つぎに、内側中空＠７を図示しないアクチュエータで駆
動すると、この回動力は、かさ歯車２１゜１７、軸１９
、かざ歯車１８．２７、軸２９、かさ歯車２８，３９、
および軸３８を順次介して第３のへ〜モニツク減速機３
６に伝達され、ここで減速されて手先７ランジ３３に伝
えられる。これにより手先７ランジ３３は、第３図に示
すように、矢印γの動作を行なう。

しかして、α、β１．β２の各軸周りの動作により、手
先フランジ３３をアーム２の軸心と同心上の位置から真
後ろを向く姿勢まで連続的に変化させることができる。

しかも正面を向いた状態では、手先フランジ３３とアー
ム２の軸心との間にオフレットがないので、動作時の占
有空間を極めて小さくすることができ、従来のオフセッ
ト方式のちのレニ比較してデッドスペースが少ない。

またβ１．β２およびγの各軸は、＠柊的にバックラッ
シュの少ないハーモニック減速ｍ１ｏ。

２３．３６を用いているので、ガタが少なくしかも十分
な剛性が（りられる。

また手首装置１は全体が密閉構造となっているので、悪
環境下でも使用できる。

なお前述した実施例では、β　、β２．γの駆動系の最
終段にハーモニック減速Ｒ１０，２３゜３６を用いるも
のについて説明したが、例えば遊星歯車等の他の減速機
を用いるようにしてもよい。

また前記実施例では、β　、β２の各軸を直交させ、か
つβ１をアーム会に対して角度θ、β２をアーム２に対
して角度（−一〇）で傾ける場合につい、で説明したが
、これらは所望の動作範囲に応じて適宜選択決定するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ロボットアームの軸線と
同一軸線上に配置され相互に独立して駆動される三重構
造の第１駆動軸、第２駆動軸および第３駆動軸と：ロボ
ットアームの先端に設けられ前記第１駆動軸により駆動
されて各駆動軸の軸線周りに回転する第１ケーシングと
；第１ケーシングの先端に設けられ前記第２駆動軸によ
り駆動される第１減速礪を介し前記各駆動軸に対して所
要の角度で交わる第１軸周りに回転する第２ケーシング
と；第２ケーシングの先端に設けられ前記第１減速機に
より駆動される第２減速機を介し前記各駆動軸に対して
第１＠とは逆方向の角度で交わる第２軸周りに回転する
手先ケーシングト二手先ケーシングの先端に設けられ第
３減速別を介し前記各駆動軸と同一軸線周りに回転する
手先フランジと：前記第３駆動軸と第３減速様とを各ケ
ーシング内を介して接続する接続手段とから手首装置を
構成しているので、小形軽量で動作範囲が広く、しかも
連続動作が可能で動作時の占有空間が小さい産業用ロボ
ットの手首装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図μ本発明の一実施例を示す手首装置の断面図、第
２図は第１図の手首装置が組込まれた産業用ロボットの
全体構成図、第３図は第１図の手首装置の動作説明図、
第４図は同様の動作角相関図、第５図および第６図は従
来の手首装置の動作をそれぞれ示す説明図である。 １・・・手首装置、２・・・アーム、４・・・ロボット
、６・・・外側中空軸、７・・・内側中空軸、８・・・
中心軸、９・・・手首ベース、１０．２３．３６・・・
ハーモニック減速機、１２・・・ケーシング、３２・・
・先端ケーシング、３３・・・手先フランジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットアームの軸線と同一軸線上に配置され相互
   に独立して駆動される三重構造の第１駆動軸、第２駆動
   軸および第３駆動軸と；ロボットアームの先端に設けら
   れ、前記第１駆動軸により駆動されて各駆動軸の軸線周
   りに回転する第１ケーシングと；第１ケーシングの先端
   に設けられ、前記第２駆動軸により駆動される第１減速
   機を介し、前記各駆動軸に対して所要の角度で交わる第
   １軸周りに回転する第２ケーシングと；第２ケーシング
   の先端に設けられ、前記第１減速機により駆動される第
   ２減速機を介し、前記各駆動軸に対して第１軸とは逆方
   向の角度で交わる第２軸周りに回転する手先ケーシング
   と；手先ケーシングの先端に設けられ、第３減速機を介
   し前記各駆動軸と同一軸線周りに回転する手先フランジ
   と；前記第３駆動軸と第３減速機とを各ケーシング内を
   介して接続する接続手段とを有することを特徴とする産
   業用ロボットの手首装置。 ２、各ケーシングを密閉構造としたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の産業用ロボットの手首装置。