JPS6229194B2 - - Google Patents

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JPS6229194B2
JPS6229194B2 JP58215490A JP21549083A JPS6229194B2 JP S6229194 B2 JPS6229194 B2 JP S6229194B2 JP 58215490 A JP58215490 A JP 58215490A JP 21549083 A JP21549083 A JP 21549083A JP S6229194 B2 JPS6229194 B2 JP S6229194B2
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JP
Japan
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housing
shaft
linear slide
screw
type linear
Prior art date
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Application number
JP58215490A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS60108291A (en
Inventor
Kenji Kishinami
Mamoru Tanaka
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP21549083A priority Critical patent/JPS60108291A/en
Publication of JPS60108291A publication Critical patent/JPS60108291A/en
Publication of JPS6229194B2 publication Critical patent/JPS6229194B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多自由度のアームおよび(または)リ
ストをもつロボツトもしくは工作機械等に用いら
れる関節部構造に関し、具体的にはユニツト化さ
れたアーム関節部あるいはリスト関節部の構造に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a joint structure used in a robot or machine tool, etc., having an arm and/or wrist with multiple degrees of freedom, and specifically relates to a joint structure used in a robot or machine tool having an arm and/or wrist having multiple degrees of freedom. Regarding the structure of

多関節ロボツトとしては種々のものが開発され
ているが、いずれもその関節部は歯車およびリン
クの組み合せで構成され、またその駆動源も1本
の出力軸をもつ空油圧あるいは電気モータを用
い、関節部内で歯車列を介して他の部材へ動力を
伝達するのが普通であり、装置全体が大形にな
り、作動も円滑さに欠けるという問題があつた。
Various types of articulated robots have been developed, but all of them have joints made up of a combination of gears and links, and their drive source uses a pneumatic hydraulic or electric motor with a single output shaft. Normally, power is transmitted to other members within the joint via a gear train, resulting in the overall size of the device and the problem of lack of smooth operation.

本発明の出願人は先に、特開昭59−205292号公
報に示されるモジユラー形関節ロボツトを開示し
た。この関節ロボツトによれば、複数個のロータ
を同芯に配置したモータの夫々の出力軸を互いに
入子式に突出させた駆動ユニツトと関節ユニツト
とを有したモジユラー形関節ロボツトユニツトを
少くとも1つ備え、前記関節ユニツトは、少くと
も2つのナツトを内側に取り付けた円筒部の一方
の端部に中空の球状部を設けた第1のハウジング
および第2のハウジングを、前記球状部を球面接
触させることにより相対回動自在に結合し、前記
第1のハウジング及び前記第2のハウジング内に
夫々軸方向移動不能に軸支された中央回転軸と前
記円筒部のナツトに夫々螺合させたネジ式伸縮軸
とを配設し、前記中央回転軸及び前記ネジ式伸縮
軸の対応する軸どおしを前記球状部の中心点を含
む平面上において夫々等速ジヨイントで連結し、
前記一方のハウジングの円筒部に摺動自在に嵌挿
した作動部材を該ハウジングに設けた中央回転軸
に係合させて構成し、前記モジユラー形関節ロボ
ツトユニツトは、前記駆動ユニツトの出力軸が前
記ハウジングの中央回転軸及びネジ式伸縮軸に回
転を伝達すべく連結されている。このような構成
により、ロボツト各部を駆動ユニツト、アームユ
ニツトあるいはリストユニツトに分割し、必要に
応じて複数個のユニツトを自由に継ぎ足していく
ことができるので、ロボツトの総体的な自由度を
高めることができ、機能的でしかも全体としてコ
ンパクトにまとめることができる。しかしなが
ら、この多関節ロボツトは、上述の如く一対の中
央回転軸および伸縮軸を等速ジヨイントで連結し
ているため、等速ジヨイント及び歯車等を高精度
に製作する必要があるので、製作費用が高くなる
傾向がある。また、このモジユラー形関節ロボツ
トは、1つの駆動ユニツトにより等速ジヨイント
を介して他方のねじ軸に、つまり第1のハウジン
グ内に収容された駆動ユニツトによつて第2のハ
ウジング内のねじ軸に回転を伝えるものであり、
機構上どうしても誤差が累積し、精度の高い作動
を行わせるのに若干難点があつた。さらに第1、
第2のハウジングは球面接触で嵌合しており、ね
じり方向の力を支持できない構造であるからロボ
ツトユニツトとしてのねじりに対する剛性が低い
といつた欠点があつた。
The applicant of the present invention previously disclosed a modular articulated robot shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-205292. According to this articulated robot, at least one modular articulated robot unit has a drive unit and an articulated unit in which the respective output shafts of motors having a plurality of rotors arranged concentrically protrude from each other in a telescoping manner. The joint unit includes a first housing having a hollow spherical part at one end of a cylindrical part having at least two nuts attached thereto, and a second housing, the spherical part being in spherical contact with the first housing and the second housing. screws screwed into the nuts of the cylindrical portion and a central rotating shaft that is coupled to be relatively rotatable by rotating the central rotating shaft and that is supported in the first housing and the second housing so as not to be able to move in the axial direction; a screw-type telescopic shaft, and the corresponding axes of the central rotating shaft and the screw-type telescopic shaft are each connected by a constant velocity joint on a plane including the center point of the spherical part,
The modular articulated robot unit is configured such that an operating member slidably inserted into the cylindrical portion of the one housing is engaged with a central rotating shaft provided in the housing, and the output shaft of the drive unit is It is connected to the central rotating shaft of the housing and the threaded telescoping shaft to transmit rotation. With this configuration, each part of the robot can be divided into drive units, arm units, or wrist units, and multiple units can be freely added as needed, increasing the overall degree of freedom of the robot. It is functional and can be put together compactly as a whole. However, as mentioned above, in this multi-jointed robot, the pair of central rotating shafts and telescopic shafts are connected by a constant velocity joint, so it is necessary to manufacture the constant velocity joints, gears, etc. with high precision, resulting in high production costs. It tends to be higher. In addition, in this modular articulated robot, one drive unit connects the screw shaft to the other screw shaft through the constant velocity joint, that is, the drive unit housed in the first housing connects the screw shaft to the screw shaft in the second housing. It conveys rotation,
Errors inevitably accumulate due to the mechanism, and there were some difficulties in achieving highly accurate operation. Furthermore, the first
The second housing is fitted with spherical contact and has a structure that cannot support forces in the torsional direction, resulting in a drawback that the rigidity against torsion as a robot unit is low.

本発明は上述したモジユラー形関節ロボツトの
もつ欠点をなくし、関節部分のねじり剛性を高め
るとともに屈曲性を向上させ、また関節自体が独
立したユニツトの形態を成し、また総体的な自由
度が高く、しかも複数個連結しても累積誤差が発
生せず、全体の動作がきわめて円滑かつ精緻であ
り、全体形状もコンパクトで製作も容易な関節部
構造を提供することを目的とするものである。
The present invention eliminates the drawbacks of the above-mentioned modular type jointed robot, increases the torsional rigidity of the joint part and improves flexibility, the joint itself forms an independent unit, and the overall degree of freedom is high. Moreover, it is an object of the present invention to provide a joint structure that does not cause cumulative errors even when a plurality of joints are connected, has an extremely smooth and precise operation, has a compact overall shape, and is easy to manufacture.

この目的のために本発明の関節部構造は、円筒
状の第1のハウジングおよび第2のハウジング
と、前記第1および第2のハウジング内に夫々回
転自在に支持されたナツトと該ナツトに螺合され
たねじ部を一方の端部に備え他方の端部に前記ハ
ウジングの端部から軸方向に突出し該ハウジング
に回転不能かつ軸方向移動自在に支持された軸部
を備えたスライド軸とから成り該スライド軸が
夫々互いに平行に配され各ハウジングに夫々4体
ずつ配置されたねじ式直線スライド機構とを有
し、各ハウジングの前記ねじ式直線スライド機構
はそれぞれ関節アームの中心軸線に対して2体ず
つが互いに異なる方向に対向するように配置され
ており、さらに前記第1のハウジングから突出す
るスライド軸とこれと対向する前記第2のハウジ
ングから突出するスライド軸の対向する軸部どお
し夫々球面嵌合により屈曲自在に接続する接続手
段と、前記第1および第2のハウジングに夫々固
定された駆動ユニツトと、前記駆動ユニツトの出
力軸の回転を前記ナツトに伝達する出力伝達手段
と、前記第1および第2のハウジングの対向端部
を相対回転不能かつ屈曲自在に接続するベローズ
とを有し、前記関節アームの中心軸線に対して対
向するねじ式直線スライド機構のスライド軸の一
方が、これと前記球面嵌合で接続されたねじ式直
線スライド機構のスライド軸とともに伸長し、他
方が、これと前記球面嵌合で接続されたねじ式直
線スライド機構のスライド軸とともに、収縮動作
するように設定したものである。
For this purpose, the joint structure of the present invention includes a cylindrical first housing and a second housing, a nut rotatably supported in the first and second housings, and a screw threaded into the nut. a slide shaft having a mated threaded portion at one end and a shaft portion at the other end that projects in the axial direction from the end of the housing and is supported by the housing in a non-rotatable and axially movable manner; The slide shafts are arranged parallel to each other and each housing has four threaded linear slide mechanisms arranged in each housing, and the threaded linear slide mechanisms of each housing are arranged in parallel with each other with respect to the central axis of the articulated arm. The two bodies are arranged so as to face each other in different directions, and further include opposing shaft portions of a slide shaft protruding from the first housing and a slide shaft opposing the slide shaft protruding from the second housing. a connecting means that connects each of the housings in a flexible manner by spherical fitting, a drive unit fixed to the first and second housings, respectively, and an output transmission means that transmits the rotation of the output shaft of the drive unit to the nut. , a bellows connecting opposing ends of the first and second housings in a relatively non-rotatable and bendable manner, and one of the slide shafts of the screw-type linear slide mechanism that faces the central axis of the articulated arm. is extended together with the slide shaft of the threaded linear slide mechanism connected to this by the spherical fit, and the other is contracted together with the slide shaft of the threaded linear slide mechanism connected to this by the spherical fit. It is set as follows.

以下、本発明を、図面を参照しながら、実施例
について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例に係るロボツト及び工
作機械等に用いられるリスト関節部の縦断面図で
ある。この実施例でのロボツト基部側のハウジン
グ1の軸方向先端に、離隔してリストハウジング
2が配置され、これらのハウジング間を閉塞する
ように蛇腹状で曲げ方向に可撓の金属製のベロー
ズ3が取り付けられている。各ハウジング1,2
内にはそれぞれ2軸の駆動ユニツト4,5が、互
いにその出力軸を向き合せて固定されている。こ
の駆動ユニツトについてはさらに後述するが、
各々その2本の出力軸6,7、および8,9は同
芯で入子式にモータハウジング10,11から突
出しており、各々の先端に、軸方向に位置をずら
せて、歯車12,13および14,15が取り付
けられている。一方の駆動ユニツトの出力軸6と
7は互いに独立して回転する。他方の駆動ユニツ
トの出力軸8と9についても同様である。ハウジ
ング1,2内には、各ハウジング毎に4個づつ合
計8個のネジ式直線スライド機構が取り付けられ
る。図示の実施例では、関節部のひとつの縦中心
断面(軸方向中心断面)内に、2個づつ互いに相
手側の2個と対向するように向き合つて、4個の
ネジ式直線スライド機構16,17および18,
19が配置され、これと90゜の方向にある縦中心
断面(図の紙面に対して垂直な縦中心断面)内に
同様の関係で4個のネジ式直線スライド機構(図
示省略)が配置されている。しかしながら本発明
は必ずしもこのような90゜異なる縦中心断面上に
ネジ式直線スライド機構が配置されることに限定
されるものでなく、スペース上許される範囲で90
゜以外の角度関係にある2つの縦中心断面上に4
個づつ合計8個、配置されてもよい。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a wrist joint used in robots, machine tools, etc., according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a wrist housing 2 is arranged at a distance in the axial direction of the housing 1 on the robot base side, and a metal bellows 3 having an accordion shape and flexible in the bending direction is arranged to close the gap between these housings. is installed. Each housing 1, 2
Two drive units 4 and 5 each having two shafts are fixed therein with their output shafts facing each other. This drive unit will be described further later, but
Each of its two output shafts 6, 7 and 8, 9 protrudes concentrically and telescopically from the motor housing 10, 11, and has gears 12, 13 at the tip of each with an axially shifted position. and 14, 15 are attached. The output shafts 6 and 7 of one drive unit rotate independently of each other. The same applies to the output shafts 8 and 9 of the other drive unit. A total of eight threaded linear slide mechanisms, four for each housing, are mounted within the housings 1 and 2. In the illustrated embodiment, four screw-type linear slide mechanisms 16 are arranged in one vertical center cross section (axial center cross section) of the joint, two each facing the other two. , 17 and 18,
19 is arranged, and four screw-type linear slide mechanisms (not shown) are arranged in the same relationship in the vertical center cross section in the direction of 90 degrees (vertical center cross section perpendicular to the paper plane of the figure). ing. However, the present invention is not necessarily limited to arranging screw-type linear slide mechanisms on vertical center cross sections that differ by 90 degrees, but as long as space permits.
4 on two vertical center cross sections with an angular relationship other than °
A total of 8 pieces may be arranged.

ネジ式直線スライド機構16は、ハウジング1
に固着された筒体20内に、被動歯車21をもつ
ボールスクリユーナツト22が回転可能に軸支さ
れ、該ナツト22と螺合するボールスクリユー2
3の先方部分が角形横断面を成すスライド軸部2
4に形成され、該スライド軸部を支承する角形穴
をもつガイド部材25が筒体20に螺着されて構
成される。ネジ式直線スライド機構16のスライ
ド軸部24の先端は、図示の如くこれと対向する
他方のハウジング2のネジ式直線スライド機構1
8のスライド軸部26の先端と球面嵌合状態で連
結されている。このような関係にある一対のスラ
イド機構16,18をここでは軸方向に対向した
ネジ式直線スライド機構と称する。他のネジ式直
線スライド機構も上述と同様の構成であり、重複
した説明は省略する。なお、図示実施例では互い
に球面嵌合している4組のスライド軸部の球面中
心A,B,C,D(C,Dは図示断面に対し垂直
な断面上にある)は同一平面上に存在している。
The screw type linear slide mechanism 16 is attached to the housing 1
A ball screw nut 22 having a driven gear 21 is rotatably supported in a cylindrical body 20 fixed to the cylindrical body 20.
Slide shaft part 2 whose front part forms a rectangular cross section
A guide member 25 having a rectangular hole formed in 4 and supporting the slide shaft portion is screwed onto the cylinder body 20. As shown in the figure, the tip of the slide shaft portion 24 of the screw type linear slide mechanism 16 is connected to the screw type linear slide mechanism 1 of the other housing 2 facing thereto.
It is connected to the tip of the slide shaft portion 26 of No. 8 in a spherical fit state. A pair of slide mechanisms 16 and 18 having such a relationship are referred to herein as axially opposed screw-type linear slide mechanisms. The other screw-type linear slide mechanisms have the same configurations as described above, and redundant explanation will be omitted. In the illustrated embodiment, the spherical centers A, B, C, and D (C and D are on the cross section perpendicular to the illustrated cross section) of the four sets of slide shafts that are spherically fitted to each other are on the same plane. Existing.

ハウジング1内の駆動ユニツト4の入子式とな
つた一方の出力軸6の歯車12は、並列配置され
たネジ式直線スライド機構16,17の被動歯車
21,27と噛み合い、同ユニツト4の他方の出
力軸7の歯車13は、該スライド機構16,17
を含む平面と垂直な平面(縦中心断面)上にある
並列配置のネジ式直線スライド機構(図示省略)
のボールスクリユーナツトに固着した被動歯車と
噛み合つている。他方のハウジング2側の駆動ユ
ニツト5についても同様にその一方の出力軸8の
歯車14がハウジング2側のネジ式直線スライド
機構18,19の被動歯車28,29と噛み合
い、他方の出力軸9の歯車15は、図示断面と垂
直な断面内の図示しないネジ式直線スライド機構
のボールスクリユーナツトの被動歯車と噛み合つ
ている。
The gear 12 of one output shaft 6 of the drive unit 4 in the housing 1 is meshed with the driven gears 21 and 27 of the threaded linear slide mechanisms 16 and 17 arranged in parallel, The gear 13 of the output shaft 7 is connected to the slide mechanism 16, 17.
Screw-type linear slide mechanism (not shown) arranged in parallel on a plane (vertical center section) perpendicular to the plane containing
It meshes with a driven gear fixed to a ball screw nut. Similarly, for the drive unit 5 on the other housing 2 side, the gear 14 of one output shaft 8 meshes with the driven gears 28 and 29 of the screw type linear slide mechanisms 18 and 19 on the housing 2 side, and The gear 15 meshes with a driven gear of a ball screw nut of a screw type linear slide mechanism (not shown) in a cross section perpendicular to the illustrated cross section.

駆動ユニツト4,5の駆動により、ネジ式直線
スライド機構のスライド軸部は、該機構のネジ作
用で直線方向へ移動する。このような8本のスラ
イド軸部のうち、同一平面内にある4本のスライ
ド軸部24,33,26,34に関しては互いに
球面嵌合しているスライド軸部24,26どお
し、および33,34どおしがそれぞれ互いに反
対方向に移動し、しかも軸方向に対して横方向に
並列配置されているスライド軸部24,33どお
し、および26,34どおしもそれぞれ互いに反
対方向に移動する、という関係に設定される。ス
ライド軸部24,26の移動量は共に等しく、ス
ライド軸部33,34の移動量も共に等しい。こ
れと垂直な平面図にあるネジ式直線スライド機構
の4本のスライド軸部に関しても同様である。第
1図の断面に示されるものについて言えば、軸方
向に対向するスライド軸部24,26が互いに向
つて伸長すれば他方の軸方向に対向するスライド
軸部33,34が各々のハウジング1,2内へ向
つて収縮し、逆に前記スライド軸部24,26が
収縮すれば他方の前記スライド軸部33,34が
伸長する、という関係にある。この関係は、駆動
ユニツト4,5の出力軸の回転方向あるいはネジ
式直線スライド機構のネジ方向の設定によつて得
られるが、ただ前記駆動ユニツトの出力軸の回転
方向に拘らず同じハウジング内(1または2)に
ある同一平面内の2個の並列したネジ式直線スラ
イド機構16,17どおし、および18,19ど
おし(他の垂直断面内のものについても同様)
は、常に互いに逆ネジの関係に設定される。そし
て両側の駆動ユニツト4,5の出力軸の回転方向
が関節部の一端からみて同じ方向である場合に
は、軸方向に対向する各々一対のネジ式直線スラ
イド機構16,18および17,19(他の垂直
断面のものも同じ)は、対向するものどおし、互
いに逆ネジとなるように設定される。この関係を
図示したのが第2図aである。前記出力軸の回転
方向が両側で異なる(関節部の一端からみて)場
合には、第2図bのように両側の軸方向に対向す
るものどおし互いに同方向ネジのスライド機構と
しなければならない。
By driving the drive units 4 and 5, the slide shaft portion of the screw type linear slide mechanism is moved in the linear direction by the screw action of the mechanism. Among these eight slide shafts, the four slide shafts 24, 33, 26, and 34 that lie in the same plane are spherically fitted to each other, and 33, 34 move in opposite directions, and the slide shaft parts 24, 33 and 26, 34, which are arranged in parallel in the lateral direction with respect to the axial direction, also move in opposite directions. The relationship is set to move in the direction. The amount of movement of the slide shaft portions 24, 26 is equal, and the amount of movement of the slide shaft portions 33, 34 is also equal. The same applies to the four slide shafts of the screw type linear slide mechanism in a plan view perpendicular to this. Regarding what is shown in the cross section of FIG. 1, when the axially opposing slide shafts 24 and 26 extend toward each other, the other axially opposing slide shafts 33 and 34 extend toward each housing 1, 2, and conversely, when the slide shaft portions 24, 26 contract, the other slide shaft portions 33, 34 expand. This relationship can be obtained by setting the rotational direction of the output shafts of the drive units 4 and 5 or the screw direction of the screw type linear slide mechanism, but regardless of the rotational direction of the output shafts of the drive units, the output shafts in the same housing ( Two parallel threaded linear slide mechanisms 16 and 17 in the same plane in 1 or 2), and 18 and 19 (the same applies to those in other vertical sections)
are always set in a reverse screw relationship with each other. When the rotational directions of the output shafts of the drive units 4 and 5 on both sides are the same direction when viewed from one end of the joint, a pair of screw-type linear slide mechanisms 16, 18 and 17, 19 ( The same applies to other vertical sections), so that the opposing screws are oppositely threaded to each other. This relationship is illustrated in FIG. 2a. If the rotational direction of the output shaft is different on both sides (as viewed from one end of the joint), both sides facing in the axial direction must have a sliding mechanism with screws in the same direction. It won't happen.

上述したネジ式直線スライド機構の組み合せ構
造により、各ハウジング1,2内の駆動ユニツト
4,5を駆動すればその各モータの回転数に応じ
てリスト側ハウジング2は、該ハウジング2内部
の機構部と一緒に、基部側ハウジング1に対し所
望方向にかつ所望の角度で首振りの関節運動を行
う。この場合、前述の如く球面嵌合したスライド
軸部の同時同量伸長、同時同量収縮の関係によ
り、各ハウジング1,2内の横に並列したスライ
ド軸部どおしの軸間距離は全く変化せず、したが
つて関節内部機構の各部に無理な力をもたらすこ
となくきわめて円滑かつ精緻な関節運動を行わせ
ることができる。
With the above-mentioned combination structure of the screw-type linear slide mechanism, when the drive units 4 and 5 in each housing 1 and 2 are driven, the wrist-side housing 2 moves the mechanism part inside the housing 2 according to the rotation speed of each motor. At the same time, a swinging joint movement is performed with respect to the base housing 1 in a desired direction and at a desired angle. In this case, as mentioned above, due to the simultaneous expansion and contraction of the same amount of the spherically fitted slide shafts, the distance between the horizontally parallel slide shafts in each housing 1 and 2 is completely different. Therefore, it is possible to perform extremely smooth and precise joint movements without applying excessive force to each part of the joint internal mechanism.

第3図および第4図はそれぞれ本発明の他の実
施例に係る関節部の縦断面図である。なお、これ
らの図で第1図と同様の部分には同じ符号を付
し、かつ同一の構成になる部分は説明を省略す
る。まず第3図の実施例ではロボツト及び工作機
械等基部側のハウジング1内に収容される駆動ユ
ニツト4が互いに入子式に組み合せられた3本の
出力軸6,7,30を有しており、一番内側の出
力軸30がハウジング1を貫通して蛇腹状のベロ
ーズ3内へ突出している。また他方のハウジング
2内の駆動ユニツト5の内側出力軸8が中空状に
形成され、この中空出力軸8を貫通して回転作業
軸31がハウジング2の両端へ突出している。駆
動ユニツト4の前述した第3の出力軸30とこの
回転作業軸31はベローズ3内でベローズカツプ
リグ32を介して連結されている。出力軸30は
他の2本の出力軸6,7とは独立して回転し、こ
の回転がベローズカツプリング32を介して回転
作業軸31に伝達され、したがつて該回転作業軸
31はリスト側ハウジング2と同じ首振りの変位
を行いかつその軸芯のまわりの回転運動を行う。
回転作業軸31の先端に適当な仕事部材例えばド
リル、エンドミル等の加工工具、ドライバーなど
の作業工具あるいは放電加工機の電極(いずれも
図示省略)などを取り付けてそれぞれ所望の角度
位置で所望の仕事を行わせることができる。
FIGS. 3 and 4 are longitudinal cross-sectional views of joints according to other embodiments of the present invention, respectively. In these figures, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the explanation of the parts having the same configuration will be omitted. First, in the embodiment shown in FIG. 3, a drive unit 4 housed in a housing 1 on the base side of a robot or a machine tool has three output shafts 6, 7, and 30 that are nested together. , the innermost output shaft 30 passes through the housing 1 and projects into the bellows 3. Further, an inner output shaft 8 of the drive unit 5 in the other housing 2 is formed in a hollow shape, and a rotary working shaft 31 passes through the hollow output shaft 8 and projects to both ends of the housing 2. The aforementioned third output shaft 30 of the drive unit 4 and this rotary working shaft 31 are connected within the bellows 3 via a bellows coupling ring 32. The output shaft 30 rotates independently of the other two output shafts 6, 7, and this rotation is transmitted via the bellows coupling 32 to the rotary working shaft 31, so that the rotary working shaft 31 It performs the same oscillating displacement as the side housing 2 and rotates around its axis.
A suitable work member such as a processing tool such as a drill or an end mill, a work tool such as a screwdriver, or an electrode of an electrical discharge machine (all not shown) is attached to the tip of the rotating work shaft 31, and the desired work is performed at a desired angular position. can be made to do so.

第4図の実施例は伸縮アームの仕事部材を取り
付けて3自由度関節部に構成した例である。基部
側ハウジング1内の3軸駆動ユニツト4および回
転作業軸31の構成は第3図の実施例と同じであ
るが、第4図の場合はさらにリスト側ハウジング
2先端に伸縮アームハウジング40が固着され、
該ハウジング40内にボールスクリユーナツト4
1が回転可能に軸支されている。ボールスクリユ
ーナツト41に螺合するボールスクリユー42は
その先端に角スライド軸部42aが形成され、伸
縮アームハウジング40に螺着した角形穴をもつ
ガイド部材43にガイドされて軸方向に伸縮する
ようになつている。ボールスクリユーナツト41
は、その片端部に形成された内歯車41aおよび
前記回転作業軸31先端に固着された平歯車44
を介して該回転作業軸31の回転動作により回転
駆動される。したがつてこの角スライド軸部42
aで構成される伸縮アームはリスト側ハウジング
2の首振り変位位置で該アームの軸方向に伸縮動
作を行うので、該アームの先端に適当な仕事部材
例えば錐状の穿孔工具、プツシヤーなどの作業工
具、溶接工具あるいはロボツトハンドなどを取り
付けて任意所望の仕事を行わせることができる。
The embodiment shown in FIG. 4 is an example in which a work member of a telescoping arm is attached to form a three-degree-of-freedom joint. The configuration of the three-axis drive unit 4 and the rotary work shaft 31 in the base housing 1 is the same as in the embodiment shown in FIG. 3, but in the case of FIG. is,
A ball screw nut 4 is disposed within the housing 40.
1 is rotatably supported. A ball screw 42 that is screwed into the ball screw nut 41 has a square slide shaft portion 42a formed at its tip, and expands and contracts in the axial direction while being guided by a guide member 43 having a square hole screwed onto the telescoping arm housing 40. It's becoming like that. ball screw nut 41
is an internal gear 41a formed at one end thereof and a spur gear 44 fixed to the tip of the rotating work shaft 31.
It is rotationally driven by the rotational movement of the rotary work shaft 31 via the rotary work shaft 31 . Therefore, this square slide shaft portion 42
The telescoping arm consisting of a extends and contracts in the axial direction of the wrist housing 2 at the oscillating position, so a suitable work member such as a cone-shaped drilling tool, pusher, etc. can be attached to the tip of the arm. Tools, welding tools, or robot hands can be attached to it to perform any desired work.

第5図および第6図はそれぞれ本発明の他の実
施例を示した縦中心断面図であつて、いずれも第
4図の実施例の変形例である。これらの図を参照
すれば、基部側ハウジング1内の駆動ユニツト4
が第1図の場合と同様の2軸構成であり、第3
図、第4図のようなハウジング1からベローズ3
内へ突出する第3の出力軸30およびベローズカ
ツプリング32は設けられていない。その代り第
5図の変形実施例ではリスト側ハウジング2内の
駆動ユニツト5′が3軸構成となつているがその
うちの1本の出力軸31′は、基部側へのびる他
の2本の出力軸8,9とは反対方向に突出し、こ
の出力軸31′の先端に第4図で説明した伸縮ア
ームハウジング40内の平歯車44が固着されて
いる。そのほかは第4図と同様であり、したがつ
てこの出力軸31′は前述した回転作業軸31と
同じ機能を有するものである。駆動ユニツト5′
の付勢により出力軸31′、平歯車44およびボ
ールスクリユーナツト41を介してボールスクリ
ユー42の角スライド軸部42aが軸方向に伸縮
する。第6図の変形実施例ではハウジング1,2
内の駆動ユニツト4,5がともに2軸構成であ
り、したがつて両ハウジング1,2の内部構造は
第1図の実施例と全く同じである。ただ第6図の
場合はリスト側ハウジング2の端部に取り付けら
れる伸縮アームハウジング40の基部側に角スラ
イド軸部42aの駆動部が設けられている。伸縮
アームハウジング40の基部側内端部に前記駆動
部の固定子コイル45が取り付けられ、これに対
応してボールスクリユーナツト41の外周端部
に、前記コイルと同芯に、永久磁石46が固着さ
れている。この構成によりボールスクリユーナツ
ト41は前記固定子コイル45に対して前記駆動
部の回転子の機能を兼ね、したがつてパルス信号
等による固定子コイル45の付勢により、ボール
スクリユーナツト41を介してボールスクリユー
42の角スライド軸部42aが軸方向に伸縮す
る。第6図の実施例は基部側およびリスト側のハ
ウジング1,2の関節部構造を共用しつつ伸縮ア
ームハウジング40側の駆動部内蔵ユニツトのみ
を必要に応じて取り付け、取り外しできるので便
利である。
5 and 6 are longitudinal cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, both of which are modifications of the embodiment shown in FIG. 4. Referring to these figures, the drive unit 4 in the base housing 1 can be seen.
is the same two-axis configuration as in Fig. 1, and the third
From the housing 1 to the bellows 3 as shown in Fig. 4
A third output shaft 30 and a bellows coupling 32 projecting inward are not provided. Instead, in the modified embodiment shown in FIG. 5, the drive unit 5' in the wrist-side housing 2 has a three-shaft configuration, one of which has an output shaft 31' that connects the other two output shafts extending toward the base. A spur gear 44 in a telescoping arm housing 40, described in FIG. 4, is fixed to the tip of the output shaft 31', which protrudes in the opposite direction to the shafts 8 and 9. The other parts are the same as those in FIG. 4, and therefore, this output shaft 31' has the same function as the rotary work shaft 31 described above. Drive unit 5'
Due to this bias, the square slide shaft portion 42a of the ball screw 42 expands and contracts in the axial direction via the output shaft 31', the spur gear 44, and the ball screw nut 41. In the modified embodiment shown in FIG.
The drive units 4 and 5 therein both have a two-axis configuration, and therefore the internal structures of both housings 1 and 2 are exactly the same as the embodiment shown in FIG. However, in the case of FIG. 6, the driving part of the square slide shaft part 42a is provided on the base side of the telescopic arm housing 40 attached to the end of the wrist side housing 2. A stator coil 45 of the drive unit is attached to the inner end of the base side of the telescoping arm housing 40, and a permanent magnet 46 is attached to the outer peripheral end of the ball screw nut 41 concentrically with the coil. It is fixed. With this configuration, the ball screw nut 41 also functions as a rotor of the drive section with respect to the stator coil 45, so that the ball screw nut 41 is activated by biasing the stator coil 45 by a pulse signal or the like. The square slide shaft portion 42a of the ball screw 42 expands and contracts in the axial direction through the ball screw 42. The embodiment shown in FIG. 6 is convenient because while the joint structure of the housings 1 and 2 on the base side and the wrist side is shared, only the drive unit built-in unit on the telescopic arm housing 40 side can be attached and removed as necessary.

次に、第7図および第8図を参照して第3図に
示した3軸構造の駆動ユニツト4を説明する。こ
の実施例の駆動ユニツト4は、モータハウジング
10内に第1、第2、第3の3個の電気モータ3
5,36,37が同芯状に上下に重ね合せて配置
されている。最上端の第3モータ37の出力軸7
は中空状に形成され、その外周に固着した歯車1
3が第1図に関連して説明した同図と垂直な断面
内にある図外ネジ式直線スライド機構の被動歯車
と噛み合う。中間部にある第2モータ36の出力
軸6も中空状に形成され、かつ前記第3モータ3
7の出力軸7内を貫通してモータハウジング10
外へ延在し、この出力軸6の外周に固着した別の
歯車12が第1図に示すネジ式直線スライド機構
16,17の被動歯車21,27と噛み合つてい
る。最下段の第1モータ35の出力軸30は同様
に第2モータ36の前記中空状出力軸6を貫通し
て延在し、その先端が第3図、第4図で説明した
ベローズカツプリング32に連結される。これら
の第1、第2および第3の各モータ35,36,
37はそれぞれ別個に駆動され、このようにして
同一軸線上の位置から3つの異なるパワーの駆動
力が取り出される。第3図における他方のリスト
側ハウジング2内の2軸駆動ユニツト5および第
5図のような両側へ出力軸が突出した駆動ユニツ
ト5′も、その要部の構造は同じである。
Next, the three-axis drive unit 4 shown in FIG. 3 will be explained with reference to FIGS. 7 and 8. The drive unit 4 of this embodiment includes three electric motors 3, a first, a second, and a third, in a motor housing 10.
5, 36, and 37 are arranged concentrically one on top of the other. Output shaft 7 of the third motor 37 at the top end
is formed into a hollow shape, and the gear 1 is fixed to its outer circumference.
3 meshes with the driven gear of the screw-type linear slide mechanism (not shown), which is located in a cross section perpendicular to FIG. 1 and described in connection with FIG. The output shaft 6 of the second motor 36 located in the intermediate portion is also formed in a hollow shape, and the third motor 3
The motor housing 10 passes through the output shaft 7 of 7.
Another gear 12 extending outward and fixed to the outer periphery of this output shaft 6 meshes with driven gears 21, 27 of screw linear slide mechanisms 16, 17 shown in FIG. The output shaft 30 of the first motor 35 at the lowest stage similarly extends through the hollow output shaft 6 of the second motor 36, and its tip is connected to the bellows coupling 32 described in FIGS. 3 and 4. connected to. These first, second and third motors 35, 36,
37 are each driven separately, and in this way three different driving powers are extracted from positions on the same axis. The two-shaft drive unit 5 in the other wrist-side housing 2 in FIG. 3 and the drive unit 5' with output shafts protruding to both sides as shown in FIG. 5 have the same structure of essential parts.

関節部は一対のハウジング1,2によつてユニ
ツト化され、これらを必要に応じて軸方向に複数
個連結し、最先端のハウジングに第3図ないし第
6図で説明した仕事部材を取り付けることによ
り、総体的な自由度および機能性のきわめて高い
モジユラー型多関節ロボツト及び機械部品が得ら
れる。さらに本発明では関節運動を与えるモータ
(パルスモータ)が駆動ユニツト内に一体に組み
込まれ、駆動ユニツト自体も関節部のハウジング
内にコンパクトに収納されているので、複数個連
結したハウジング内に第9図の如くパワーケーブ
ル、アドレスバス、データバスを取り入れ、これ
から駆動ユニツト内の各モータに電力、信号を供
給することができ、これによつていくらでも関節
数を増大させることができる。
The joint part is made into a unit by a pair of housings 1 and 2, and a plurality of these are connected in the axial direction as necessary, and the work members explained in FIGS. 3 to 6 are attached to the most advanced housing. As a result, a modular articulated robot and mechanical parts with an extremely high overall degree of freedom and functionality can be obtained. Furthermore, in the present invention, the motor (pulse motor) that provides joint motion is integrated into the drive unit, and the drive unit itself is also compactly housed within the housing of the joint. As shown in the figure, a power cable, an address bus, and a data bus are installed, and power and signals can be supplied from these to each motor in the drive unit, thereby making it possible to increase the number of joints as desired.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の1実施例に係る関節部構造の
縦中心断面図、第2図a,bは本発明に係る関節
部構造のネジ式直線スライド機構のネジ方向を示
した図、第3図は本発明の他の実施例を示した
図、第4図は本発明のさらに他の実施例を示した
図、第5図および第6図は第4図の変形実施例を
示した図、第7図は本発明に適用される駆動ユニ
ツトの斜視図、第8図は第7図の縦断面図、第9
図は駆動ユニツトの電源、信号供給系統を示した
図である。 1……基部側ハウジング、2……リスト側ハウ
ジング、3……ベローズ、4,5,5′……駆動
ユニツト、6,7,8,9,30,31′……出
力軸、31……回転作業軸、16,17,18,
19……ネジ式直線スライド機構、22,41…
…ボールスクリユーナツト、23,42……ボー
ルスクリユー、42a……角スライド軸部、2
4,26,33,34……スライド軸部、32…
…ベローズカツプリング、40……伸縮アームハ
ウジング、45……固定子コイル、46……永久
磁石。
FIG. 1 is a vertical center sectional view of a joint structure according to an embodiment of the present invention, FIGS. 3 shows another embodiment of the present invention, FIG. 4 shows still another embodiment of the invention, and FIGS. 5 and 6 show modified embodiments of FIG. 4. 7 is a perspective view of the drive unit applied to the present invention, FIG. 8 is a longitudinal sectional view of FIG. 7, and FIG.
The figure shows the power supply and signal supply system of the drive unit. 1... Base side housing, 2... Wrist side housing, 3... Bellows, 4, 5, 5'... Drive unit, 6, 7, 8, 9, 30, 31'... Output shaft, 31... Rotating work axis, 16, 17, 18,
19... Screw type linear slide mechanism, 22, 41...
...Ball screw nut, 23, 42...Ball screw, 42a...Square slide shaft, 2
4, 26, 33, 34...Slide shaft portion, 32...
...Bellows coupling spring, 40...Telescopic arm housing, 45...Stator coil, 46...Permanent magnet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 円筒状の第1のハウジングおよび第2のハウ
ジングと、前記第1および第2のハウジング内に
夫々回転自在に支持されたナツトと該ナツトに螺
合されたねじ部を一方の端部に備え他方の端部に
前記ハウジングの端部から軸方向に突出し該ハウ
ジングに回転不能かつ軸方向移動自在に支持され
た軸部を備えたスライド軸とから成り該スライド
軸が夫々互いに平行に配され各ハウジングに夫々
4体ずつ配置されたねじ式直線スライド機構とを
有し、各ハウジングの前記ねじ式直線スライド機
構はそれぞれ関節アームの中心軸線に対して2体
ずつが互いに異なる方向に対向するよう配置され
ており、さらに前記第1のハウジングから突出す
るスライド軸とこれと対向する前記第2のハウジ
ングから突出するスライド軸の対向する軸部どお
し夫々球面嵌合により屈曲自在に接続する接続手
段と、前記第1および第2のハウジングに夫々固
定された駆動ユニツトと、前記駆動ユニツトの出
力軸の回転を前記ナツトに伝達する出力伝達手段
と、前記第1および第2のハウジングの対向端部
を相対回転不能かつ屈曲自在に接続するベローズ
とを有し、前記関節アームの中心軸線に対して対
向するねじ式直線スライド機構のスライド軸の一
方が、これと前記球面嵌合で接続されたねじ式直
線スライド機構のスライド軸とともに伸長し、他
方が、これと前記球面嵌合で接続されたねじ式直
線スライド機構のスライド軸とともに、収縮する
ように駆動されることを特徴とする関節部構造。 2 前記駆動ユニツトは、2本の出力軸が入子式
に突出されており、その一方の出力軸が4体ある
前記ねじ式直線スライド機構のうちの前記関節ア
ームの中心軸線に対して対向関係にある2体のね
じ式直線スライド機構のナツトに連結され、他方
の出力軸が残り2体のねじ式直線スライド機構の
ナツトに連結されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項に記載した関節部構造。
[Scope of Claims] 1. A cylindrical first housing and a second housing, a nut rotatably supported within the first and second housings, and a threaded portion screwed into the nut. a slide shaft provided at one end, and a slide shaft provided at the other end with a shaft projecting axially from the end of the housing and supported by the housing in a non-rotatable and axially movable manner; and four screw-type linear slide mechanisms arranged in parallel to each other in each housing, and the two screw-type linear slide mechanisms of each housing are different from each other with respect to the central axis of the articulated arm. The slide shaft protruding from the first housing and the slide shaft opposing the slide shaft protruding from the second housing are bent by spherical fitting between the opposing shaft parts, respectively. a connection means for freely connecting the housings; a drive unit fixed to the first and second housings respectively; an output transmission means for transmitting rotation of the output shaft of the drive unit to the nut; and a bellows that connects opposing ends of the housing in a relatively non-rotatable and bendable manner, and one of the slide shafts of the threaded linear slide mechanism facing the central axis of the articulated arm is connected to the bellows with the spherical fitting. The screw type linear slide mechanism is driven to extend together with the slide shaft of the screw type linear slide mechanism that is connected to the screw type linear slide mechanism by the spherical fit, and the other is driven to contract together with the slide axis of the screw type linear slide mechanism that is connected to the screw type linear slide mechanism by the spherical fit. joint structure. 2 The drive unit has two output shafts protruding in a telescoping manner, one of which is in an opposing relationship with respect to the central axis of the articulated arm of the four screw type linear slide mechanisms. According to claim 1, the output shaft is connected to the nuts of the two screw-type linear slide mechanisms located in the other two screw-type linear slide mechanisms, and the other output shaft is connected to the nuts of the remaining two screw-type linear slide mechanisms. joint structure.
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JPS5128763U (en) * 1974-08-26 1976-03-02
JPS5840288A (en) * 1981-08-31 1983-03-09 富士通株式会社 Joint unit

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