JPS6122794Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 本考案は、幾つかの関節からなるアームおよび
手首を、屈曲・回転および首振り運動させること
ができる工業用ロボツトアームに関し、詳しく
は、アームを回転させる際生じるアームの屈曲お
よび手首の首振り誘起を防止するための動力を、
軽減することができるようにした工業用ロボツト
アームに関する。

(b) 従来技術 工業用ロボツトは、ロボツト本体から供給され
る動力により、そのアームならびに手首を必要に
応じて変化させ、例えば、溶接や塗装などの所望
の作業を自動的に行なわせるために採用されてい
る。このような工業用ロボツトアームは従来より
種々提案されているが、本出願人は昭和57年特許
願第118809号（特開昭59−14490号公報を参照）
において、以下のようなものを提案した。その構
成と作動を第１図ａおよびｂに基づいて略述する
と以下の通りである。

先ず、駆動軸１を矢符２方向に回転すると、傘
歯車３が回動し、これに噛合しかつ基部支承体４
に固着された軸体５Ａに遊嵌されている傘歯車６
が回動する。この傘歯車６には、第１歯車列体７
の幾つかの２面歯車８のうちの端部の２面歯車８
Ａが一体化され、その一方の円筒歯車面８ａの中
心が前記軸体５Ａに遊嵌されているので、その２
面歯車８Ａが第１図ｂに示すように軸体５Ａを中
心に矢符９方向に傾転する。その結果、この２面
歯車８Ａの他の円筒歯車面８ｂの中心に遊嵌され
た軸体５ＢもL1なる半径で傾転する。一方、軸
体５Ａには、第１歯車列体７に並列なもう１つの
第２歯車列体１０の端部の１面歯車１１が固着さ
れていて、常時回転しないように固定されている
ので、これに噛合している２面歯車１２Ａの円筒
歯車面１２ａは、前記軸体５Ｂの傾転により１面
歯車１１の回りを公転する。その結果、その２面
歯車１２Ａの他の円筒歯車面１２ｂの中心に遊嵌
されている軸体５Ｃは、軸体５Ｂを中心にさらに
傾転する。このような動作が第１歯車列体７と第
２歯車列体１０の協働により行なわれると、各軸
体５Ａ，５Ｂ…が１対のリンク１３Ａ，１３Ｂで
接続されているので、前記各軸体を関節としてア
ーム１４が順次屈曲する。

次に、アーム１４が真直な状態にあるとき、駆
動軸１５を回転させると、基部支承体４が回転す
るので、この回転力が各軸体５Ａ，５Ｂ…および
リンク１３Ａ，１３Ｂを介して伝達され、アーム
１４の先端の手首台１６を含めてアーム１４全体
を回転させることができる。もちろん、アーム１
４が上述のように屈曲している状態で駆動軸１５
を回転させれば、手首台１６は基部支承体４の軸
線１７を中心に振れ回り運動をする。したがつ
て、駆動軸１や１５を適宜回転すると手首台１６
を所望の位置に変位させることができる。

ところで、上述した作動においては１つの要素
例えばアーム回転機構が作動しているとき、その
作動が他の要素例えば屈曲機構に影響を与え、そ
の結果、所望しない挙動が誘起される。すなわ
ち、駆動軸１を静止させた状態で駆動軸１５を回
転させると、傘歯車６が静止している傘歯車３に
噛合しているので公転し、傘歯車６は軸体５Ａを
中心に自転することになる。その結果、最初に説
明したよううアーム１４は各軸体を中心にして屈
曲し、アーム１４の回転をさせるだけでよい場合
にアームの屈曲挙動が誘起され、手首台１６が所
望外の位置に変位する。そこで、駆動軸１５の回
転量と同じ回転量を駆動軸１にも与えると、傘歯
車６の傘歯車３に対する噛合関係が変わらないの
で、前記誘起の発生を防止することができる。

しかし、この誘起を防止するため駆動軸１を回
転させるには、それだけ余分な動力（以下、無効
動力という）をロボツトに供給しなければならな
い。ここで、この無効動力を計算すると次のよう
になる。駆動軸１５の駆動回動量を360度（通常
は360度に設定されている）とすると、傘歯車３
の無効回動量も360度となる。したがつて、駆動
軸１の駆動回動量は、アーム１４に所定の傾動を
行なわせるために必要な本来の駆動回動量に誘起
を防止するための無効回動量360度を加えたもの
となる。ところで、本来の駆動回動量は θＢ×（Z2／Z1） で表わされ、ここで、θＢは傘歯車６の回動量、
Z1は傘歯車３の歯数、Z2は傘歯車６の歯数であ
る。

いま、θＢ＝90度、Z1＝Z2とすると、前記無
効回動量は全体の駆動回動量に比べて、 360／｛360＋θＢ×（Z1／Z2）｝＝0.8 となり、駆動装置にとつてはこの比率は大きなも
のであり無視できない。

(c) 考案の目的 本考案は、上述の誘起を防止するために消費さ
れる動力の比率をできるだけ小さくし、ロボツト
の駆動効率を向上させることができる工業用ロボ
ツトアームを提供することを目的とする。

(d) 考案の構成 本考案の特徴とするところを、後述する第２図
の実施例において付された符号を引用して述べる
と、２つの円筒歯車面８ａ，８ｂが両側に形成さ
れ相互に噛合する複数の２面歯車８を含む第１歯
車列体７を設け、２つの円筒歯車面１２ａ，１２
ｂが両側に形成され相互に噛合する複数の２面歯
車１２と、その端部の２面歯車１２Ａに噛合する
１つの円筒歯車面が形成された１面歯車２６とを
含む第２歯車列体１０を、第１歯車列体７に並列
に設け、第２歯車列体１０の２面歯車１２の各円
筒歯車面１２ａ，１２ｂの中心を、第１歯車列体
７の噛合側２５の円筒歯車面８ａ，８ｂのそれぞ
れの中心と一致させ、かつ、その中心に軸体５を
設け、第２歯車列体１０の１面歯車２６が固着さ
れた軸体５Ａを基部支承体２７に固着し、第１歯
車列体７の端部の２面歯車８Ａに、その円筒歯車
面８ｂより歯数の少ない１面歯車２３を噛合さ
せ、この１面歯車２３にアーム屈曲動力を伝達す
るための傘歯車２２を同軸状に一体化すると共
に、その中心を基部支承体２７に設けられた基部
軸体２１に取付け、屈曲用傘歯車２２に噛合する
傘歯車３および基部支承体２７を、それぞれ独立
に回転する駆動軸１，１５を備えた工業用ロボツ
トアーム２０としたことである。

(e) 実施例 以下、本考案をその実施例に基づいて詳細に説
明する。

第２図は本考案の工業用ロボツトアーム２０の
断面図で、相互に並列な第１歯車列体７、第２歯
車列体１０と、それらを支承する軸体５、基部２
１と、アーム屈曲動力を伝達する屈曲用傘歯車２
２と、誘起動力低減用の歯車２３と、軸体５を接
続するリンク１３と、駆動軸１，１５とを、その
主たる構成としている。詳述すると、前記第１歯
車列体７は、第３図に示すように２つの円筒歯車
面８ａ，８ｂが両側に形成され相互に噛合する複
数の２面歯車８と、この２面歯車列の端部の２面
歯車８Ｂに噛合する１つの円筒歯車面２４ａが形
成された１つの１面歯車２４とからなつている。
さらに、前記第２歯車列体１０は、上述の第１歯
車列体７に並行しかつ２面歯車１２Ａの円筒歯車
面１２ａ，１２ｂのそれぞれの中心を、第１歯車
列体７の例えば２つの２面歯車８Ａ，８Ｂの噛合
側２５の円筒歯車面８ｂ，８ａの中心と一致され
ている。そして、これらの第１、第２歯車列体
７，１０の２面歯車８，１２の各円筒歯車面８
ａ，８ｂ，１２ａ，１２ｂの中心に軸体５Ｂ〜５
Ｄが設けられていると共に、第１歯車列体７の１
面歯車２４の中心に軸体５Ｅが設けられ、第２歯
車列体１０の１面歯車２６の中心は基部支承体２
７に固着された軸体５Ａに固着されている。さら
に、アーム屈曲動力を伝達する屈曲用傘歯車２２
が、基部支承体２７に設けられた基部軸体２１に
支承されていて、第２歯車列体７の端部の２面歯
車８Ａに、前記傘歯車２２に一体でかつ前記２面
歯車８Ａより歯数の少ない１面歯車２３が無効動
力を低減させるために噛合されている。なお、相
互に隣り合う２つの前記軸体５は、それぞれ左右
１対のリンク１３Ａ，１３Ｂで順次接続され、前
記傘歯車２２に噛合する傘歯車３および基部支承
体２７をそれぞれ独立に回転する駆動軸１および
１５が備えられている。

このような構成の実施例によれば、次のように
作動させることによつて、無効動力を低減するこ
とができる。

先ず、駆動軸１を矢符２方向に回転すると、傘
歯車３が回動し、これに噛合しかつ基部支承体２
７に固着された基部軸体２１に支承されている屈
曲用傘歯車２２が回動する。この傘歯車２２に
は、第１歯車列体７の幾つかの２面歯車８のうち
の端部の２面歯車８Ａに噛合する１面歯車２３が
一体化され、かつ、その２面歯車８Ａの一方の円
筒歯車面８ａの中心が前記軸体５Ａに遊嵌されて
いるので、その２面歯車８Ａが基部支承体２７に
固着されている軸体５Ａを中心に第４図に示す矢
符９方向に傾転する。その結果、この２面歯車８
Ａの他の円筒歯車面８ｂの中心の軸体５ＢもL1
なる半径で傾転する。一方、軸体５Ａには、第１
歯車列体７に並列なもう１つの第２歯車列体１０
の端部の１面歯車２６が固着され、常時回転しな
いように固定されているので、これに噛合してい
る２面歯車１２Ａの円筒歯車面１２ａは、前記軸
体５Ｂの傾転により１面歯車２６の回りを公転す
る。その結果、その２面歯車１２Ａの他の円筒歯
車面１２ｂの中心を支承している軸体５Ｃは、軸
体５Ｂを中心にさらに傾転する。このような動作
が第１歯車列体７と第２歯車列体１０の協働によ
り行なわれると、各軸体間が１対のリンク１３
Ａ，１３Ｂで接続されているので、前記軸体を関
節とするアーム２０が順次屈曲する。

次に、アーム２０が真直な状態にあるとき、駆
動軸１５を回転させると、基部支承体２７が回転
するので、この回転力が各軸体５およびリンク１
３を介して伝達され、アーム２０の先端の手首台
１６を含めてアーム２０全体を回転させることが
できる。もちろん、アーム２０が上述のように屈
曲している状態で駆動軸１５を回転させれば、手
首台１６は基部支承体２７の軸線１７を中心に振
れ回り運動をする。したがつて、駆動軸１や１５
を適宜回転すると手首台１６は所望の位置に変位
させることができる。

ところで、いま、駆動軸１を静止させた状態で
駆動軸１５を回転させると、屈曲用傘歯車２２が
静止している傘歯車３の回りを公転するので、屈
曲用傘歯車２２は基部軸体２１を中心に回転す
る。その結果、アーム２０は各軸体５を中心にし
て屈曲し、誘起が生じて手首台１６が所望外の位
置に変位しようとする。しかし、屈曲用傘歯車２
２と一体の１面歯車２３の歯数が、これに噛合す
る第１歯車列体７の２面歯車８Ａの円筒歯車面８
ａのそれより少なくなつているので、誘起による
アーム２０の屈曲量は少なくなる。したがつて、
この少ない誘起屈曲を防止するため回動させる駆
動軸１の動力の全動力に対する比率は以下のよう
になる。

第５図を参照して、屈曲誘起を防止するための
傘歯車３の全体の駆動回動量θｔとその時に要す
るトルクTtは、それぞれ、 θｔ＝θｂ×（Z2／Z1）×（Z4／Z3）＋θｓ Tt＝Tb×（Z1／Z2）×（Z3／Z4） となる。ここで、 θｂ は軸体５Ａ回りの２面歯車８Ａの回動
量、 θｓ はアーム２０が回転運動を行うための駆
動軸１５の回動量、 Z1 は傘歯車３の歯数、 Z2 は屈曲用傘歯車２２の歯数、 Z3 は１面歯車２３の歯数、 Z4 は２面歯車８Ａの円筒歯車面８ａの歯
数、 Tb は軸体５Ａ回りの２面歯車８Ａの回動に
要するトルク、 である。

その結果、無効回動量の割合は、 θｓ／θｔ＝θｓ／｛θｂ×（Z2／Z1） ×（Z4／Z3）＋θｓ｝ ＝１／｛（θｂ／θｓ）×（Z2／Z1） ×（Z4／Z3）＋１｝ となる。つまり、Z4／Z3＞１とすればθｓ／θ
ｔを小さくさせることができる。そして、その時
に要する動力Ptは、 Pt＝Tt×（ｄθｔ／dt） ＝Tb×（ｄθｂ／dt）＋Tb（ｄθｓ／dt） ×（Z1／Z2）×（Z3／Z4） となり、この場合にもZ4／Z3＞１とすれば誘起
防止に消費される動力Ptも小さくなることが判
る。

次に、上述の動力を具体的な数字を用いて、無
効回動量の割合およびその動力の減少量を説明す
る。初期条件として、１面歯車２３の歯数Z3と
２面歯車８Ａの円筒歯車面８ａの歯数Z4との比
を１：６、すなわち、Z3＝Z4／６、およびZ1＝
Z2、θｂ＝90度、Tb＝５Kg−ｍ、θｓ＝360度と
すると、１面歯車２３がないときは、従来技術の
ところで述べたように、 θｓ／θｔ＝１／｛（90／360） ＋１｝＝0.8 となり、そのときの動力Ptは、 Pt＝Tt（ｄθｔ／dt）＝５×90＋５×360 ＝５×450［Kg−ｍ度／ｓ］ ＝５×450×π／180［Kg−ｍ／ｓ］ となる。一方、１面歯車２３を設けると、 θｓ／θｔ＝１／｛（90／360）×１×６＋１｝ ＝0.4 となり、その動力Ptは、 Pt＝Tt×（ｄθｔ／dt） ＝５×90＋５×360×１×（１・６） ＝５×150［Kg−ｍ度／ｓ］ ＝（５×150×π）／180［Kg−ｍ／ｓ］ となつて、動力も１／３の消費で誘起を防止でき
ることになる。

第６図は異なる実施例で、上記実施例の構成に
前記手首台１６を貫通して突出された手首２９を
回動させることのできる工業用ロボツトアーム３
０である。なお、上記の実施例と異ならない部分
には同一の符号を付して説明を省く。

この実施例では前述のそれの構成である第１歯
車列体７、第２歯車列体１０に加えて、これらに
並列にさらに１つの平歯車面３１ａが形成され相
互に噛合する複数の１面歯車３１からなる第３歯
車列体３２が設けられ、そして、その各１面歯車
３１の中心が前記軸体５に遊嵌されている。そし
て、この第３歯車列体３２の端部の１面歯車３１
Ｅには、首振り動力を伝達するための傘歯車３３
が同軸状に一体固着され、他端部の１面歯車３１
Ａには首振り動力を伝達するための手首用傘歯車
３４と一体になつている１面歯車３５が噛合され
ている。なお、この歯車３４，３５は基部支承体
２７に固着されてた基部軸体２１に支承され、そ
の手首用傘歯車３４に噛合する傘歯車３６が、前
記駆動軸１内に同心状に組み込まれた駆動軸３７
に固着されている。

このような構成によれば、前記実施例のロボツ
トアーム２０と同様の作動をさせることができる
ことに加えて、駆動軸３７を回転させると、傘歯
車３６，３４、１面歯車３５、１面歯車３１Ａ〜
３１Ｅ、傘歯車３３，３８が順次回転し、手首２
９の首回り作動をさせることもできる。

以上述べた２つの実施例において、各歯車列体
に採用される歯車数は、その機能を果たす限り所
望のアーム長さを得るため幾つ採用してもよいこ
とはいうまでもない。また、歯車による動力伝達
が部分的に不可能な場合は、図示しないが一部チ
エーンなどを用いてもよい。加えて、各歯車面の
軸体による支承は、リンク１３が軸体に回動自在
に接続されているか固着して接続されているかに
よつて異なる。したがつて、各歯車面の軸体によ
る支承は、第１図ａに示すように遊嵌しておいて
もよいし、第２図、第６図に示すように適所で固
着しておいてもよい。また、第７図ａ，ｂに示す
ように第１歯車列体７および第２歯車列体１０を
構成する各歯車は、アーム２０の所望の挙動が可
能な限り選択することができる。

(f) 考案の効果 以上の実施例の詳細な説明から判るように、第
１歯車列体に屈曲用傘歯車に固着された歯数の少
ない１面歯車を噛合させたので、アームを回転す
る際生じる屈曲誘起の防止動力を低減させること
ができる。したがつて、誘起防止に消費される動
力の無効比率が小さくなり、ロボツトの駆動効率
を一段と向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは先行技術の工業用ロボツトアームの
断面図、第１図ｂはその模式的作動説明図、第２
図は本考案の実施例である工業用ロボツトアーム
の断面図、第３図は第２図の歯車列体の斜視図、
第４図はその模式的作動説明図、第５図は動力計
算における模式図、第６図は異なる実施例の工業
用ロボツトアームの断面図、第７図ａはさらに異
なる実施例の工業用ロボツトアームの断面図、第
７図ｂは同図ａの歯車列体の斜視図である。 １，１５，３７……駆動軸、５，５Ａ〜５Ｅ…
…軸体、７……第１歯車列体、８，８Ａ，８Ｂ…
…２面歯車、８ａ，８ｂ……円筒歯車面、１０…
…第２歯車列体、１２，１２Ａ，１２Ｂ……２面
歯車、１２ａ，１２ｂ……円筒歯車面、２０，３
０……工業用ロボツトアーム、２１……基部軸
体、２２……屈曲用傘歯車、２３……１面歯車、
２５……噛合側、２６……１面歯車、２７……基
部支承体、２９……手首。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ２つの円筒歯車面が両側に形成され相互に噛合
   する複数の２面歯車を含む第１歯車列体を設け、 ２つの円筒歯車面が両側に形成され相互に噛合
   する複数の２面歯車と、その端部の２面歯車に噛
   合する１つの円筒歯車面が形成された１面歯車と
   を含む第２歯車列体を、前記第１歯車列体に並列
   に設け、 前記第２歯車列体の２面歯車の各円筒歯車面の
   中心を、第１歯車列体の噛合側の円筒歯車面のそ
   れぞれの中心と一致させ、かつ、その中心に軸体
   を設け、 前記第２歯車列体の１面歯車が固着された軸体
   を基部支承体に固着し、 前記第１歯車列体の端部の２面歯車に、その円
   筒歯車面より歯数の少ない１面歯車を噛合させ、
   この１面歯車にアーム屈曲動力を伝達するための
   傘歯車を同軸状に一体化すると共に、その中心を
   基部支承体に設けられた基部軸体に取付け、 前記屈曲用傘歯車に噛合する傘歯車および基部
   支承体を、それぞれ独立に回転する駆動軸を備え
   たことを特徴とする工業用ロボツトアーム。