JPS62102989A - 産業用ロボツトの関節装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は産業用ロボットにおいて、関節の間の情報伝
送を光によっておこなう関節装置に関するものである。

従来の技術 近年産業用ロボットは、ロボット自体の信頼性が非常に
要望されている。特に出力角度位置や出力速度等をフィ
ードバックするための信号の信頼性が重視されている。

さらに、柔軟な手先の動きを達成するためにより大量の
情報がやりとりできる関節装置が望まれている。しかし
ながら、アーム内にモータを組み込む多関節型のロボッ
トにおいて、その関節間の情報のやりとりはコードを用
いている場合が多（信頼性がとぼしく、大量情報伝達に
は、問題があった。

以下図面を参照しながら従来の関節装置の一例を説明す
る。第２図、第３図は、従来の関節装置の一例を示すも
のである。第２図において、１は第１アーム、２は第２
アームであり、第２アーム２は回転軸３を中心に回転す
る。関節角駆動用のモータは第１アーム外筒４の内部に
第１アーム外筒４と同軸に、配置されており、モータの
出力は、傘歯車によって、前記回転軸３の平面方向へ変
えられる。さらに外装ケース５の内に配置されているハ
ーモニックドライブ減速機によって最終的に、第２アー
ム２を駆動する。第２図において、第２アーム２より手
先側の関節の角度信号および速度信号は、フレキシブル
管６の内部に配置されたコードによって第１アーム１へ
伝えられる。この場合、コードはまわりのものとの接触
を避ける様にしであるが、関節が回転することにより、
フレキシブル管６と共に、その曲率を大きく変化させら
れてしまう。また第３図に、ロボットの関節内部に配線
した場合の例を示す。第３図において７は第１アーム、
８は第２アームである。９はこの関節を駆動させるため
のモータであり、モータ９の出力は傘歯車１０によって
関節回転中心軸と同じ向きに変えられ、さらにハーモニ
ックドライブ減速機１１を通して第２アーム８に回転を
伝える。

この場合、第２アーム８より手先側の角度信号や速度信
号を伝えるコードは、フレキシブル管１２の内部に配置
されており、フレキシブル管１２はモータ９の裏側を通
り、傘歯車１０に当たらない様にして第２アーム８の内
部へ配管されている。

この場合も第２図に示したフレキシブル管６をロボット
関節の外側に配管した場合と同様に関節角度により、フ
レキシブル管１２および内部のコードは曲率を大きく変
化させられてしまう。また、フレキシブル管１２そのも
のも、他の部材たとえば部材１３の穴などに接触する可
能性ならびに油や潤滑剤などにより、侵される可能性が
ある。

発明が解決しようとする問題点 このように従来の技術では、コードを用いて関節角度信
号などの伝送をおこなっていたため、曲率が変化する部
分の経年変化による劣化や、曲げ疲労によって前記コー
ドが断線することがあり、ロボットの心臓部とも言える
関節角度信号などが切断される可能性があった。

本発明は上記問題点を解消することができると共に、角
度信号および速度信号などの情報を確実に伝送できる信
頼性の高いロボットの関節装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の関節装置は、関節
を支持する第１アームと、前記第１アームに揺動自在に
支持された第２アームと前記第２アームと前記第１アー
ムとの関節回転軸に対し同心であり第１アームと第２ア
ームの相対回動に速動して、その回動角の２分の１の角
度分変位して回転する回転軸と、前記回転軸に取り付け
られた鏡と、前記第１アームに固定された１つ以上の電
気一光信号変換素子または光ファイバーケーブルと、前
記第２アームに固定された１つ以上の電気一光信号変換
素子または光ファイバーケーブルと有し、第１アームと
第２アーム間の信号を前記鏡を介して光伝送によってお
こなうことを特徴とする。

作用 本発明は上記した構成によって、従来より問題となって
いる関節角度信号および角速度信号の伝送１こおける信
頼性を向上させることができる。

これを本発明の原理を簡単に表した第１図に基づき説明
する。１４．１５はそれぞれ関節を構成する第１アーム
と第２アームであり、１６は、関節軸と同心で関節角の
半分の速度で関節と同じ方向に回転する回転軸である。

回転軸１６のすぐ外側はアーム部材１５と連動した円筒
１７があり、この円筒１７には発光素子１８が取り付け
られている。円筒１７の外側は第１アーム１４であり、
第１アーム１４上には、受光素子１９が取付けられてい
る。発光素子１８から出た光は回転軸１６上に取付けら
れている鏡２０により反射して受光素子１９にはいる。

関節角度が変わってもたとえばアーム１５が右にまわる
とすると受光素子１９も右にまわりこれと同時にやはり
回転軸１６も右に、関節角変位の半分だけ回転するため
、結局常に発光素子１８より出る光は受光素子１９へ到
達することになる。以上のようにすることにより、従来
まで信頼性のとぼしかった原因であるコードの断線を無
くすことができるわけである。

実施例 以下本発明の一実施例であるロボットの関節装置につい
て、図面を参照しながら説明する。第４図に本発明の実
施例における正面図、第５図に本発明の実施例における
側面図を示す。

第４図または第５図において、２１は第１アーム、２２
は第２アーム、２３は、第１アーム２１と第２アーム２
２とで構成される関節を駆動するモータ、２４は傘歯車
、２５はハーモニックドライブ減速機である。また、２
６は関節角の回転速度の半分で回転する回転軸で前記関
節の回転軸５０と同心に配置されている。２７は回転軸
２６に取り付けられた鏡である。２８．２９．３０は、
第２アーム２２と連結された中空状の部材３１を通して
、回転軸２６．に、関節回転角の半分の回転速度を与え
る減速歯車である。３２は電気信号を光信号に変換する
発光素子であり、３３は、発光素子３２のケースであり
かつ、集光レンズ３４のハウジングを兼ねたもので、部
材３１に固定されている。また３５は受光素子であり、
光信号を電気信号に変換するものである。受光素子３５
はケース３６の中に固定されており、ケース３６はまた
、集光レンズ３７のハウジングをも兼ねている。ケース
３６は、第１アーム２１に固定されている中空の支え台
３８に支持されている。３９．４０はそれぞれ、第１ア
ーム２１、第２アーム２２に連なる配線である。

第５図は、部材３１、発光素子３２、ケース３３、レン
ズ３４および、受光素子３５、ケース３６、レンズ３７
と回転軸２６、鏡２７の位置関係を示している。

以上のように構成されたロボットの関節において、第４
図および第５図をもちいて以下にその動作を説明する。

まず、モータ２３の出力は、傘歯車２４を介して関節回
転軸方向に変換されながら若干減速され、ハーモニック
ドライブ減速機２５の入力となる。この出力は直接第２
アーム２２を動かし、第１アーム２１との間に関節運動
を与える。第２アーム２２はまた部材３１とつながって
おり、部材３１が回転することによって、歯車軸３０と
歯車２９が、歯車２８のまわりを回転する。

歯車２８と歯車２９は歯数が等しいために歯車軸３０は
第２アーム２２と同じ角度分だけ回転する。

歯車軸３０はさらに減速比１：２で回転軸２６に伝わる
ために、結局回転軸２６は歯車軸３００半分だけ回転す
ることになる。すなわち、回転軸２６は第１アーム２１
と第２アーム２２の相対回転角の半分だけ回転すること
になる。また発光素子３２は第２アームに供って回転し
、受光素子３５は第１アーム２１に固定されているため
、回転軸２６上に取り付けられた鏡２７は常に発光素子
３２からの光を受光素子３５に向けその入射方向に反射
させることが可能となる。

本実施例では、説明を簡単にするため、発光素子３２と
受光素子３５をそれぞれひとつずつを備えた構成とした
が、たとえば部材３１に受光素子３２を加え、中空の支
え台３８に発光素子３５を加えることにより、第１アー
ム２１と、第２アーム２２の間で双方向性の光伝送を行
うことが可能となる。また、本実施例においては、発光
素子、受光素子により光伝送を行っているが、これを光
ファイバーケーブルによって行ってもよい。ただしこの
場合は、第１アーム、第２アームに、発光素子、受光素
子などが必要となる。

発明の効果 以上のように本発明は、関節を構成する２つのアームと
、関節回転軸と同心に配置され、関節角の半分の角度で
回転する回転軸と、前記回転軸上に取り付けられた鏡と
、関節を構成する２つのそれぞれのアームに取り付けら
れた電気一光信号変換素子または光ファイバーケーブル
を備えることによって、関節部において従来までのよう
なコードが必要でなくなる。従って関節角の変化に応じ
てコードの曲率が変えられコードが断線するというよう
な従来例における問題点を解消でき、関節部における信
号伝送の信頼性を向上させることができる。

また、アーム間において、大量の情報を伝送することが
容易になり、また外部に配線を通す必要がないために、
外部の配線と、まわりの障害物とが干渉することがな（
なるという効果もある。更にアームおよび関節のモジュ
ール付が非常に容易になるという利点もある□

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を原理的に示す側面図、第２図お
よび第３図は従来のロボットの関節装置を表す斜視図と
縦断側面図、第４図および第５図は本発明の実施例にお
ける関節装置の正面図と側面図である。 １４・・・・・・第１アーム、１５・・・・・・第２ア
ーム、１６・・・・・・回転軸、１８・・・・・・発光
素子、１９・・・・・・受光素子、２０・・・・・・鏡
。 特許出願人　工業技術院長　等々力　達ｆ４−−−箒１
７−４ １９−々旭・ ２０−−−　ｉ丸 １１２図 第　３ｒ′４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 関節を支持する第１アームと、前記第１アームに揺動自
   在に支持された第２アームと、前記第２アームと前記第
   １アームとの関節回転軸に対し同心であり、第１アーム
   と第２アームの相対回動に連動して、その回動角の２分
   の１の角度分変位して回転する回転軸と、前記回転軸に
   取り付けられた鏡と、前記第１アームに固定された１つ
   以上の電気一光信号変換素子または光ファイバーケーブ
   ルと前記第２アームに固定された１つ以上の電気一光信
   号変換素子または光ファイバーケーブルとを有し、第１
   アームと第２アーム間の信号を前記鏡を介して光電送に
   よっておこなうことを特徴とする産業用ロボットの関節
   装置。