JPS62120992A - ロボツトの作業ヘツド用ジヨイント機構 - 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】 本発明はロボットの作業ヘッド用ジヨイント機構に関し
、一層詳細には、ロボットのアームに装着するハンド等
の作業ヘッドの直線的変位のストロークが大きく且つ前
記作業ヘッドの回動および旋回変位が自在なロボットの
作業ヘッド用ジヨイント機構に関する。

近年、工場等の生産現場において、産業用ロボットを導
入することにより生産ラインの自動化を達成すると共に
生産性の向上が図られている。一般的な産業用ロボット
は、例えば、搬送用ロボット、溶接用ロボット等その用
途に応じて種々区分することが可能である。この種のロ
ボットの中、従来技術に係る搬送用ロボ−／　）を第１
図に例示する。

すなわち、第１図において、参照符号２は搬送用ロボッ
トとしての直交座標型ロボットを示す、この直交座標型
ロボット２は脚部４および６上に架設された水平レール
部８と、前記水平レール部８に装着された直動機構１０
と、前記直動機構１０に装着されたハンド１２とからな
る。すなわち、直動機構１０は水平レール部８に沿って
矢印方向に摺動可能であり、直動機構１０本体の長手方
向に変位自在な軸１４を介してハンド１２が上下方向に
変位する構成を採用している。また、直交座標型ロボッ
ト２の作業空間内にはベルトコンベア１６によってワー
クＷが搬送されるよう構成されており、さらに、ベルト
コンベア１６の端部近傍には収納ケース１８が配設され
ている。

この場合、ベルトコンベア１６によって搬送されたワー
クＷを直交座標型ロボット２によって収納ケース１８内
へ移送する作業が行われる。従って、直交座標型ロボッ
ト２の基本的な動作として、直動機構１０の水平レール
部８に沿った変位と、ハンド１２の上下方向の変位と、
ハンド１２の開閉動作とが適宜実行される。

然しなから、このような場合、ベルトコンベア１６と収
納ケース１８との距離に応じた水平レール部８の長さが
必要であり、結果的に、水平レール部８を支持する脚部
４から脚部６までの距離は比較的長くならざるを得す、
この結果、直交座標型ロボット２は動作領域に対して設
置床面積が大きくなるという欠点がある。さらにまた、
一般的には直交座標型ロボットは動作速度が遅いという
不都合もあり、以上のような問題点の改善が従来から要
望されている。

一方、多関節型ロボットは設置床面積が比較的小さく動
作が迅速であり、前記の問題点を解消するものであるが
、回転型あるいは旋回型の運動機構を採用しているため
、′その構造上、アーム先端部の直線的なストロークが
小さくならざるを得ないという欠点がある。従って、こ
のような多関節型ロボットはワークを多数積重する場合
に鉛直方向のストロークが不足することがあるため、積
重作業には適さないという不都合がある。

そこで、このような不都合を解消するために従来から第
２図および第３図に示すような構成を採用した多関節型
ロボットが案出されている。

すなわち、第２図において、多関節型ロボットのアーム
２０の先端部に軸２２を介して旋回部２４が軸着されて
おり、前記旋回部２４の先端部には連結部材２６を介し
て直動機構２８が装着されている。また、前記直動機構
２８にはハンド３０を装着している。この場合、図示し
ない駆動装置によって旋回部２４は軸２２を中心にして
旋回し、さらに、連結部材２６は旋回部２４内に設けら
れた図示しない回転駆動軸の軸線Ａを中心にして回動可
能である。また、直動機構２８はハンド３０を図の矢印
Ｂ、Ｃ方向に直線的に変位させるための機構である。従
って、このような構成では、ハンド３０の角度を変更す
るために連結部材２６を回転させる場合、連結部材２６
の回転に伴って直動機構２８が軸線Ａを中心にして回転
することになり、アーム２０と直動機構２８とが衝突す
る干渉領域があるため、軸線Ａを中心とするハンド３０
の回転角度に一定範囲での制約がある。

一方、第３図に示すロボットでは、アーム３２、軸３４
および旋回部３６は第２図に示すアーム２０、軸２２お
よび旋回部２４と同様な構成を採用している。この場合
、ハンド３８が装着された直動機構４０は前記旋回部３
６と直線的に連結されている。

このような構成では、旋回部３６内に設けられた図示し
ない回転駆動軸の軸線りを中心とするハンド３８の回転
変位は自在であり、第２図に示す構成のような不都合は
ない。ところが、図から容易に諒解されるように、アー
ム３２の先端部とハンド３８との距離が必然的に長くな
るため、ロボット本体を比較的高い位置に設置する必要
があり、さらに、作業空間内のワークおよび装置等の配
置状態によってはアーム３２の動作経路がかなり制限さ
れるため好ましくない。

以上のように、従来技術によれば、ロボットハンド等の
作業ヘッドの直線的動作のストロークが大きく且つ当該
作業ヘッドの回転角度を自由に選択することが可能で、
しかもアームの先端部から作業ヘッドまでの距離が比較
的短い多関節型ロボットは得られていなかった。従って
、例えば、運搬用のパレット上にワークを積み重ねるパ
レタイジング作業を行う場合に、積み重ねの高低差およ
びワークの角度変更が大きい作業を簡便に行うことが出
来ないという不都合があった。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ロボットの作業ヘッドの直線的変位が大きくと
れ、且つ前記直線的変位方向を軸線として当該ヘッドの
回転を自在に行うことが出来、従って、動作自由度の大
きいロボットの作業ヘッド用ジヨイント機構を提供する
ことを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は第１の回転駆動
体に第１の回転体を係合させ且つ前記第１回転駆動体の
回動の中心軸線と前記第１回転体の回動の中心軸線とを
交差させ、前記第１回転体に第２の回転体を係合させる
と共に前記第１回転体の回動中心軸線と前記第２回転体
の回動中心軸線とを交差させ、前記第２回転体に第３の
回転体を係合させ、直線的変位動力を発生する直動装置
に連結して変位する支持部材を前記第３回転体に係合さ
せ、前記支持部材に作業ヘッドを装着することにより前
記第１回転駆動体、第１回転体、第２回転体、第３回転
体、支持部材および作業ヘッドが連動して回動するよう
に構成し、第２の回転駆動体に第４の回転体を係合させ
且つ前記第４回転体を前記第１回転体と同心的に配設し
、前記第２回転体、第３回転体および支持部材を保持す
る保持部材を前記第４回転体に固着することにより、前
記第２回転駆動体の回動に伴って前記保持部材が前記第
４回転体と一体的に回動するように構成することを特徴
とする。

次に、本発明に係るロボットの作業ヘッド用ジヨイント
機構について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照し
ながら以下詳細に説明する。

第４図において、参照符号５０は本発明に係るジヨイン
ト機構を示し、前記ジヨイント機構５０は多関節型ロボ
ット５２を構成するアーム５４の先端部に配設される。

前記多関節型ロボット５２は軸′ａＥを中心とする回動
が可能なボディ５８を有し、前記ボディ５８には軸６０
を中心に旋回自在にアーム６２が装着されている。前記
アーム６２の先端部には軸６４を介してアーム５４が軸
着されており、アーム５４には図に示す矢印Ｆ、Ｇ方向
に変位可能にアーム６６が軸６８を介して軸着されてい
る。すなわち、前記ジヨイント機構５０が設けられる多
関節型ロボット５２は基本的には軸線Ｅを中心にして回
動するボディ５８と、軸６０を中心にして旋回するアー
ム６２と、軸６４を中心にして旋回するアーム５４とか
らなる自由度３を有するロボットであることが諒解され
よう。

次に、第５図を参照しながら前記ジヨイント機構５０に
ついて説明する。なお、第５図は矢印Ｈ方向（第４図参
照）から見た一部省略縦断面図である。

そこで、第５図に示す略円筒形のアーム５４ａは、軸６
４（第４図参照）を中心にして旋回するアーム５４の先
端部に位１し、前記アーム５４ａの先端には連結部材７
６がボルト７Ｂを介して固着され、さらに、前記連結部
材７６の外縁端部には第１のハウジング７４が取着され
る。この第１ハウジング７４は前記連結部材７６に接合
される筒状部７４ａと、下方向に大きく開口する開口部
が画成された先端部７４ｂと、前記先端部７４ｂの上方
部位にあって水平方向に指向する空間を画成した円筒部
７４ｃとを含む、なお、図示するように、第１ハウジン
グ７４の対向する側面部には第１ハウジング７４内に配
設される構成要素を組み込むための開口部を閉塞する蓋
部材１０６ａ、１０６ｂが取着される。

アーム５４ａの内側には略円筒形の第１の回転駆動軸８
０が回動自在に挿通され、この第１回転駆動軸８０は図
示しない第１の回転駆動装置に接続される。前記第１回
転駆動軸８０の先端部には第１の歯車８２を軸着し、第
１回転駆動軸８ｏの内側には図示しない第２の回転駆動
装置に接続される第２の回転駆動軸８４を前記第１回転
駆動軸８０と同心的に配設する。前記第２回転駆動軸８
４の先端部には第２の歯車８６を固着する。

一方、第１ハウジング７４の円筒部７４ｃの内側には略
円筒状の第１の軸部材９４を回動自在に配設し、この第
１軸部材９４の一端部にはボルト９６を介して第３の歯
車９８を固着する。次いで、前記第１軸部材９４の内側
には歯車部１００が形成された第２の軸部材１０２を第
１軸部材９４と同心的に且つ回動自在に配設する。さら
に、前記第２軸部材１０２の一端部には第４の歯車１０
４を軸着すると共に、この第４歯車１０４を前記第２歯
車８６と噛合させておく。

なお、第３歯車９８は第１歯車８２に噛合させる。

しかも、第１軸部材９４と第２軸部材１０２の回動中心
軸線■は第１回転駆動軸８ｏおよび第２回転駆動軸８４
の回動中心軸線Ｊに対して鉛直に交差するよう構成して
おく。

また、第２のハウジング１０Ｂは平行に形成された二つ
の円筒部１１０および１１２を有する。前記円筒部１１
０には一端部に歯車部１１４が形成された第３の軸部材
１１６を回動自在に内装し、この第３軸部材１１６の他
端部に第１のブー盲月１８を固着する。さらに、円筒部
１１０の先端部は前記第１軸部材９４に保合固着する。

この場合、歯車部１１４は前記歯車部１００に噛合し、
第３軸部材１１６の回動の中心軸線Ｋが前記中心軸線Ｉ
に対して鉛直どなる。一方、前記円筒部１１２の内側に
は第２のブー１月２２を回動自在に装着する。

前記第２１−リ１２２にはその中心部に貫通してスプラ
イン孔１２０が形成される。さらに、タイ゛ミングベル
ト１２４を前記第１プーリ１１８と第２１−１月２２と
に張架すると共に、第２ハウジング１０８の開口部に孔
部１２６が穿設された蓋部材１２８を装着する。前記孔
部１２６からはスプラインを刻設した支持部材１３０の
一端部が外部に露呈する。一方、支持部材１３０の他端
部には直動装置１３２が接続され、この直動装置１３２
を前記円筒部１１２の先端部に固着する。すなわち、前
記支持部材１３０は第２プーリ１２２に形成されたスプ
ライン孔１２０を貫通するように配設される。

次いで、ロボットの作業ヘッドであるハンド１３４を支
持部材１３０の先端部に装着する。なお、前記直動装置
１３２の内部には図の上下方向に摺動する図示しないピ
ストンが配設されて直線的な変位力を発生するように構
成されており、前記ピストンに支持部材１３０が連結さ
れている。この場合、支持部材１３０は中心軸線りを中
心にして回動可能なように構成される。

本発明に係るロボットの作業ヘッド用ジヨイント機構は
基本的には以上のように構成される　　　゛ものであり
、次にその作用並びに効果について説明する。

先ず、第２回転駆動軸８４を第２回転駆動装置（図示せ
ず）によって回転させると、第２歯車８６が回転するに
至る。すなわち、第２回転駆動軸８４および第２歯車８
６は中心軸線Ｊを中心にして第１の回転駆動体として回
動する。

そこで、第２歯車８６には第４歯車１０４が噛合してい
るため、第２歯車８６の回転に伴って第４歯車１０４が
回転する。この場合、第４歯車１０４は第２軸部材１０
２に固着されているため、第２軸部材１０２は第４歯車
１０４と一体的に回転する。

すなわち、第４歯車１０４および第２軸部材１０２は中
心軸線■を中心にして回動する第１の回転体を構成する
ことになる。

このようにして、第２回転駆動軸８４の回転動力は第２
軸部材１０２に伝達され、この第２軸部材１０２に形成
された歯車部１００が第３軸部材１１６に形成された歯
車部１１４に噛合しているため、前記第２軸部材１０２
の回転に伴って第３軸部材１１６が回転する。さらに、
第３軸部材１１６には第１ブーｌ７１１８が固着されて
いるため、第３軸部材１１６と第１プーリ１１８は一体
的に回転する。

すなわち、歯車部１１４が形成された第３軸部材１１６
および第１１−リ１１８は中心軸線Ｋを中心にして回動
する第２の回転体を構成することになる。

一方、第３軸部材１１６と平行に配設された第２ブー１
７１２２はタイミングベルト１２４を介して第１１−ｌ
７１１８と連動するように構成されているため、第３軸
部材１１６の回転に伴って第２１−リ１２２が中心軸線
りを中心にして回転する。

すなわち、第２プーリ１２２は第３軸部材１１６および
第１プーリ１１８からなる第２回転体に係合して回転す
る第３の回転体を構成することになる。

さらに、第２プーリ１２２の中心軸部に形成されたスプ
ライン孔１２０にはスプライン軸からなる支持部材１３
０が挿通されているため、第３軸部材１１６と共に回転
する第２プーリ１２２の回転に伴って支持部材１３０が
中心軸線りを中心にして回転する。この結果、支持部材
１３０に装着されたハンド１３４が中心軸線りを中心に
して回転する。また、支持部材１３０は直動装置１３２
に接続されているため、直動装置１３２を駆動すること
によって支持部材１３０はスプライン孔１２０に沿って
変位し、この結果、ハンド１３４が図に示す矢印Ｍおよ
びＮ方向に直線的に変位する。すなわち、ハンド１３４
が装着された支持部材１３０は第２１−リ１２２に係合
すると共に中心軸線りを中心にして回動し、且つ、直動
装置１３２に連動して前記中心軸線りに沿って変位し、
十分なストロークを得ることが可能となる。

一方、第１回転駆動軸８０を第１回転駆動装置（図示せ
ず）によって回転させた場合、前記第１回転駆動軸８０
に固着された第１歯車８２が一体的に回転する。すなわ
ち、第１回転駆動軸８０および第１歯車８２は中心軸線
Ｊを中心にして回動する第２の回転駆動体を構成してい
る。

前記第１歯車８２には第３歯車９８が噛合しているため
、第１回転駆動軸８０の回転動力は第１歯車８２を介し
て第３歯車９８に伝達される。この場合、第３歯車９８
は略円筒状の第１軸部材９４に固着されており、さらに
、前記第１軸部材９４には第２ハウジング１０８が固着
されているため、第１回転駆動軸８０の回転に伴って第
３歯車９８、第１軸部材９４、第２ハウジング１０８お
よび第２ハウジング１０８に装着された全ての構成要素
が中心軸線■を中心にして旋回する。なお、この場合、
第３軸部材１１６は歯車部１１４を介して第２軸部材１
０２に形成された歯車部１００に噛合する構成であるた
め、第２ハウジング１０Ｂの旋回動作は阻止されないこ
とが容易に諒解されよう。

すなわち、第３歯車９８および第１軸部材９４は第１歯
車８２に係合すると共に中心軸線■を中心にして回動す
る第４の回転体を構成している。

さらにまた、前記第４回転体に固着された第２ハウジン
グ１０８は第３軸部材１１６からハンド１３４に回転動
力を伝達する各構成要素を保持するための保持部材を構
成している。従って、前記保持部材は第１軸部材９４と
一体的に回動し、結局、ハンド１３４は中心軸線Ｉを中
心にして揺動するように旋回変位する。なお、この場合
の旋回の方向を第４図において矢印Ｐ、Ｑで示す。

以上のように、ハンド１３４は第２回転駆動軸８４の回
転に伴って中心軸線りを中心にして回転すると共に、第
１回転駆動軸８０の回転に伴って中心軸線Ｉを中心に矢
印Ｐ、Ｑ方向（第４図参照）に旋回し、しかも、直動装
置１３２によって矢印Ｍ、Ｎ方向に直線的に変位する。

従って、第４図に示すアーム５４が軸６４を中心にして
旋回した場合、または、アーム６２が軸６０を中心にし
て旋回した場合には、第１回転駆動軸８０を適宜回動さ
せることによってハンド１３４の矢印Ｍ、Ｎ方向への直
線的変位を常に鉛直方向とするように設定することが可
能である。

このため、例えば、第４図に示すパレット１４２の上面
部に箱型形状のワークＷを積重するパレタイジング作業
を不都合なく容易に行うことが出来る。さらに、第２回
転駆動軸８４を回動させることによってハンド１３４は
中心軸線Ｌ（第５図参照）を中心にして回動するため、
ワークＷを把握または離脱させる際のハンド１３４の角
度を自由に選択することが可能である。

第３図に示す従来の構成によれば、アーム３２の先端部
からハンド３８までの距離が比較的長尺とならざるを得
なかったが、本実施例では、図から容易に諒解されるよ
うに、ハンド１３４はアーム５４の先端部に比較的近い
位置に設けられている。すなわち、第３図に示すような
構成を採用した場合には、ハンドの上下方向のストロー
ク範囲を所定の高さに維持するためには多関節型ロボッ
トを格別に高（設置する必要があるが、本発明ではその
必要はなく、しかも、ハンドの動作自由度は十分に確保
される。

なお、本実施例においては、ロボットの作業ヘッドとし
てハンド１３４を用いているが、その他の作業ヘッドを
採用することによって種々の作業に対応した産業用ロボ
ットを構成することが可能である。

本発明によれば以上のように、ロボットの作業ヘッドの
回動動作が自在となり、且つ当該作業ヘッドの直線的変
位のストロークを長く出来、しかも前記直線的変位の方
向が選択可能となり、この結果、当該作業ヘッドの動作
自由度が十分に確保されるため種々の作業を簡便に実行
することが出来るという効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る直交座標型ロボットによる作業
の説明に供する概略斜視図、第２図は多関節型ロボット
のアーム先端部における構成の第１の従来例を示す側面
図、第３図は多関節型ロボットのアーム先端部における
構成の第２の従来例を示す側面図、第４図は本発明に係
るロボットの作業ヘッド用ジヨイント機構が設けられた
多関節型ロボットの設置状態を示す概略側面図、 第５図は本発明に係るロボットの作業ヘッド用ジヨイン
ト機構の概略縦断面図である。 ５０・・・ジヨイント機構　　５２・・・多関節型ロボ
ット５４．５４ａ・・・アーム　　　８０・・・回転駆
動軸８２・・・歯車　　　　　　　８４・・・回転駆動
軸８６・・・歯車　　　　　　　９４・・・軸部材９８
・・・歯車　　　　　　　１００・・・歯車部１０２・
・・軸部材　　　　　１０４・・・歯車１０８・・・ハ
ウジング　　　１１４・・・歯車部１１６・・・軸部材
　　　　　１１８・・・プーリ１２０・・・スプライン
孔　　１２２・・・プーリ１２４・・・タイミングベル
ト １３０・・・支持部材　　　　１３２・・・直動装置１
３４・・・ハンド 特許出願人　　　東芝機械株式会社 ＦＩＧ、２

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の回転駆動体に第１の回転体を係合させ且つ
   前記第１回転駆動体の回動の中心軸線と前記第１回転体
   の回動の中心軸線とを交差させ、前記第１回転体に第２
   の回転体を係合させると共に前記第１回転体の回動中心
   軸線と前記第２回転体の回動中心軸線とを交差させ、前
   記第２回転体に第３の回転体を係合させ、直線的変位動
   力を発生する直動装置に連結して変位する支持部材を前
   記第３回転体に係合させ、前記支持部材に作業ヘッドを
   装着することにより前記第１回転駆動体、第１回転体、
   第２回転体、第３回転体、支持部材および作業ヘッドが
   連動して回動するように構成し、第２の回転駆動体に第
   ４の回転体を係合させ且つ前記第４回転体を前記第１回
   転体と同心的に配設し、前記第２回転体、第３回転体お
   よび支持部材を保持する保持部材を前記第４回転体に固
   着することにより、前記第２回転駆動体の回動に伴って
   前記保持部材が前記第４回転体と一体的に回動するよう
   に構成することを特徴とするロボットの作業ヘッド用ジ
   ョイント機構。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の機構において、第１
   回転駆動体および第２回転駆動体はロボットのアームに
   配設されてなるロボットの作業ヘッド用ジョイント機構
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の機構において、第３
   回転体にはスプライン孔が形成され、支持部材はスプラ
   イン軸からなり、前記スプライン孔に前記支持部材を挿
   通することによって前記第３回転体と支持部材とを係合
   させてなるロボットの作業ヘッド用ジョイント機構。
4. （４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の機構に
   おいて、第１回転駆動体と第２回転駆動体の少なくとも
   いずれか一方を略円筒形に形成し、その他方を前記円筒
   内に配設して前記第１回転駆動体と第２回転駆動体とを
   同心的に配設するように構成してなるロボットの作業ヘ
   ッド用ジョイント機構。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載の機構において、第２
   回転体と第３回転体とは平行状態で係合されてなるロボ
   ットの作業ヘッド用ジョイント機構。