JPS6263072A

JPS6263072A - 多関節ロボツト

Info

Publication number: JPS6263072A
Application number: JP60200097A
Authority: JP
Inventors: 員仁安川
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1987-03-19
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: US4706515A; JPH0630852B2

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、産業用の多関節ロボットに関し、特に回動ア
ームの関節部分の構造に係る。

従来技術一般に、この種の多関節ロボットは、ロボ−／　トの基
台部分で複数のアームを回動自在に連結状態で支持し、
先端のアームで作業用のヘッドを備えている。このヘッ
ドに回転運動が必要とされるとき、アームの先端に回転
可能な作業軸が取り付けられ、それにロボット側から回
転力が与えられる。

その駆動源がアームの部分に取り付けられると、それが
負荷となるため、旋回運動の高速化に限界があり、また
、それが大きな慣性力を発生するため、高精度の位置決
めが困難となる。

したがって、通常、作業軸の駆動源は、多関節ロボット
の基台側に取り付けられ、その回転力は、アームの内部
、またはアーム０下方のタイミングベルト、および両端
で支持された関節軸の中間位置のプーリにより、中継し
ながら、伝達される。

ところで、タイミングベルトの交換時のために、そのベ
ルトは、エンドレスでなく、例えばターンバックル型式
の継手を用いて、環状とし、関節部でいわゆる両持ち状
態の軸まわりに巻き掛けられるようになっている。この
ため、継手がプーリに当たらない範囲でしか、回転の伝
達ができず、回転力の連続的な伝達ができなかった。

もっとも、関節部を分解してしまって、ベルトの交換を
することとするか、あるいは関節部の軸をいわゆる片持
ち状態とし、一端部を開放とすれば、エンドレスベルト
が使用できる。しかし、その分解は、繁雑であり、技術
的な作業になるため、ベルト交換の対策として不適当で
ある。また、軸の片持ち支持は、軸ぶれの原因となるか
ら、構造上不利である。

発明の目的したがって、本発明の目的は、多関節ロボットの関節部
分を両持ち状態で支持しながら、エンドレス状のベルト
の交換を容易にできるようにし、関節部の軸の支持部分
を安定化し、しかもエンドレス状のベルトを連続的に駆
動できるようにすることである。

発明の概要そこで、本発明は、基台側で第１アームの後端部を下方
の第１軸により、またその軸線上で上方の中空軸によっ
て、両持ち状態で支持するとともに、上記中空軸の内部
に減速機を組み込み、その入力軸を基台側のモータに連
結し、またその出力側の回転軸を中空軸から突出させ、
第１軸に連結しないまま、その突出部分にプーリを取り
付けるようにしている。そして、このプーリは、上記モ
ータからの回転をエンドレス状のベルトを介して、作業
軸を回転させる。このベルトは、第１アームの下側にあ
って、回転軸のプーリに対して簡単に巻き掛けられ、ま
た取り外せ・る状態にある。しかも、第１アームは、基
台に対して両持ち状態で回動自在に支持されている。

発明の構成第１図は、多関節ロボット１の全体的な構成を示してい
る。この多関節ロボット１は、据え付は位置に取り付け
られる基台２の部分で、第１アーム３を垂直方向の軸線
を中心として、回動自在に支持し、またこの第１アーム
３の先端部分で、第２アーム４の後端部分に連結され、
同様に垂直方向の軸線を中心として回動自在に備えてい
る。

また、第２図は内部の構成を示している。

前記基台２は、側面から見てコの字状に組み立てられて
おり、３つの部材、すなわち台枠７、機枠８、および保
持枠９によって一体的に組み立てられている。上記台枠
７は、中空体であり、その内部でハーモニックドライブ
式の減速機５を収納しており、また上記機枠８は、下向
きの状態で、駆動用のモータ６を保持している。このモ
ータ出力軸１０の回転は、プーリ１１．１２およびこれ
らに巻き掛けられたエンドレス状のベルト１３によって
、減速機５の入力軸１４に伝達される。またこの入力軸
１４の回転は、減速機５のウェーブジェネレータ１５に
よって、これと台枠７に固定されたサーキュラスプライ
ン１６との間の出力側のフレクスプライン１７に大きな
減速比の下に伝達される。なお、入力軸１４は、上下位
置で、軸受け１４ａによって回転自在に支えられている
。

一方、上記第１アーム３は、その後端の下側部分で、そ
の回動中心に取り付けられた第１軸１８によって、基台
２、すなわち台枠７に対し、軸受け１９を介し、回動自
在に支持されている。この第１軸１８は、上記減速機５
の出力側のフレクスプライン１７に連結されており、ま
たその中心部分で上記入力軸１４を回転自在に支持して
いる。

なおこの第１軸１８の外周面に第１アーム３の回動角の
範囲で、円周方向の溝２０が形成されており、これと台
枠７の上面に取り付けられた度当り２１との当接関係に
よって、第１アーム３の回動範囲が規制されている。ま
た、この第１アーム３の回転角度は、その下面に取り付
けられた回転板２２と、台枠７の上面に取り付けられた
センサー２３とによって、電気的に検出される。

そして、前記保持枠９は、第”１軸１８と同じ軸線上で
、作業軸２６を駆動するためのモータ２７、および、中
空軸２４を固定している。この中空軸２４は、第１アー
ム３の後端部分の内部に臨み、軸受け２５によって第１
アーム３の後端上方部分の軸受は孔３ａを回動自在に支
持している。この結果、この第１アーム３は、下方の部
分で、第１軸１日により、台枠７に対し、また上方部分
で、同軸上の中空軸２４によって、保持枠９に対し、い
わゆる両持・ちの状態で回動自在に支持されている。

そして、この中空軸２４は、その内部でハーモニックド
ライブ式の減速機２９を収納している。

モータ出力軸２８の回転は、その減速機２９のつ工−プ
ジェネレータ３０に与えられ、これと中空軸２４に固定
されたサーキユラスプライン３１との間のフレクスプラ
イン３２に大減速比の下に伝達され、出力側の回転軸３
３に伝達される。この回転軸３３は、上記中空軸２４の
下方の部分で軸受け３４によって回転自在に支持され、
その一部を中空軸２４から突出させ、これの下端部と第
１軸１８との間にベルト交換可能な空間を形成しながら
、その突出部分で、プーリ３５およびセンサー板３６を
保持している。このセンサー板３６は、作業軸２６の回
転量を検出するためのものであり、中空軸２４に取り付
けられたセンサー３７と対応している。

また、上記第２アーム４は、その後端部分で、第２軸３
８、および中空突軸３９により、第１アーム３の先端部
分に対し、回動自在に支持されている。すなわち、第２
軸３８は、第１アーム３の先端部分下方側に取り付は座
４０によって固定されており、第２アーム４の後端の中
空孔４４部分に対し、軸受け４１により、回転自在とな
っている。なおこの第２軸３８は、その下端部分で、中
継用の２つのプーリ４２．４３を回転自在に支持してい
る。また上記中空突軸３９は、第２アーム４の中空孔４
４の上面側で、この第２アーム４に対し、固定されてお
り、第１アーム３側の支持板４５に対し、軸受け４６に
よって回転可能な状態となっており、またその内部で上
下の軸受け４７によって、回転軸４８を第２軸３８と同
軸上で回転自在に保持している。上記支持板４５は、取
り付けねじなどによって、第１アーム３の先端側上面に
位置決めピン４９などの嵌り合いによって正確に位置決
めされた状態で取り付けられており、第３図に示すよう
に、軸受はハウジング５０の部分で、上記軸受け４６を
保持している。また上記第２アーム４は、その中空孔４
４の内部でハーモニックドライブ式の減速機５１を収納
している。

この減速機５１は、回転軸４８を入力軸とし、入力側の
ウェーブジェネレータ５２、中空孔４４に固定された出
力側のサーキユラスプライン５３、および固定側のフレ
クスプライン５４によって、大きな減速比で、第２アー
ム４に回転を伝達する。

この第２アーム４の駆動源は、例えば第１アーム３の中
間部分に取り付けられたモータ５５となっている。その
モータ出力軸５６の回転は、プーリ５７．５８およびベ
ルト５９によって、上記回転軸４８に伝達される。なお
中空突軸３９の上端部分に位置検出用の円板状の検出板
６０が取り付けられており、これと対応し、支持板４５
にセンサー６１が取り付けられている。

次に、第２アーム４は、その先端部分で、垂直方向の作
業軸２６、およびこれに平行な送りねじ６２を軸受け６
３．６４により、それぞれ回転自在に支持している。こ
の送りねじ６２は、ねじ部分で送りナツト６５とねじ対
偶をなしており、さらに上端部分で、軸受け６６により
、第２アーム４の上面に取り付けられた支持ブラケット
６７に対し回転自在に支持されている。そして、上記送
りナツト６５は、連結体６８、その内部の軸受け６９に
よって、作業軸２６の上端部分にその回転を許す状態で
連結されている。なお、この作業軸２６の上方にエアチ
ャックなどを駆動するため、回転継手７０が取り付けら
れている。

この送りねじ６２の駆動用のモータ７１は、第２アーム
４のほぼ中間部分に取り付けられており、そのモータ出
力軸７２の回転は、ハーモニックドライブ式の減速機７
３の入力となり、また、その減速機７３の中空出力軸７
４、そのブーＩＪ７５．７６およびベルト７７によって
送りねじ６２に伝達される。また上記作業軸２６はスプ
ライン７８によって、スプライン筒７９に対し、軸線方
向に移動可能で、回転のみを受ける状態で支持されてお
り、下端部分でエアチャックなどの作業部材を保持する
。そして、前記回転軸３３の回転は、プーリ３５．４２
に巻き掛けられたエンドレス状のベルト８０を介し、さ
らにブーＩＪ４３、スプライン筒７９の下端に取り付け
られたブーＩＪ８１、それらに巻き掛けられたエンドレ
ス状のベルト８２によって、作業軸２６に伝達される。

これらのベルト８０．８２の中間部分に張力調整用のプ
ーリ８３．８４がそれぞれ設けられている。

なお基台２、ベルト５９．８２、作業軸２６、送りねじ
６２、モータ７１などは、それぞれカバー８５．８６．
８７．８８．８９によって覆われている。またモータ５
５．７１などに対する配線はカバー８５．８６．８９の
間にフレキシブルチューブ９０．９１などで連絡し、そ
の内部を通すようになっている。またこのフレキシブル
チューブ９０．９１は、それぞれのセンサー６１などの
出力を基台２の側に導くための配線などにも用いられる
。そして前記モータ６．２７．５５．７１は、回転量制
御できる型式のものであり、そのためにエンコーダ９２
．９３．９４．９５と連結されている。

発明の作用実施例の作用上記多関節ロボット１は、基台２の部分で作業位置に据
え付けられ、第１アーム３、第２アーム４の旋回運動、
および作業軸２６の上下運動、および回転運動によって
、必要な作業を行う。すなわち、駆動用のモータ６が回
転すると、その回転が減速機５によって減速され、第１
軸１８に伝達されるため、第１アーム３は、その第１軸
１８に駆動されて、第１軸１８および中空軸２４の軸線
を回転中心として、旋回運動を行う。また第２アーム４
の旋回運動は、モータ５５によって与えられる。すなわ
ちそのモータ５５の回転は、回転軸４８に与えられ、減
速機５１によって減速され、出力側のサーキュラスプラ
イン５３に伝達されるため、第２アーム４は下方の第２
軸３８、および上方の中空突軸３９を中心として、第１
アーム３に対し、旋回運動を行う。このような第１アー
ム３、および第２アーム４の旋回運動によって、作業軸
２６は、動作範囲内で、所定の位置に位置決めされる。

一方、この作業軸２６の回転は、モータ２７によって与
えられる。すなわちこのモータ２７の回転は、減速機２
９によって減速され、出力側の回転軸３３、ベルト８０
．８２、さらにスプライン筒７９によって、作業軸２６
に伝達される。またこの作業軸２６の上下運動は、モー
タ７１によって与えられる。このモータ７１の回転は、
ベルト７７を介し送りねじ６２に伝達され、その回転方
向に応じて、送りナツト６５は、送りねじ６２の方向に
沿って上下方向に移動する。これによって、作業軸２６
は上下運動、および回転運動を行いながら、必要な作業
を行うことになる。このような運動時に、第１アーム３
、第２アーム４が上下の両側部分で、いわゆる両持ち状
態で支持されているから、それらの回転が安定であり、
しかも円滑に行われ、高い制御の下に位置決めが可能と
なる。

ここで、第１アーム３の旋回運動が出力軸３３の回転運
動から独立しているため、モータ２７が停止しておれば
、第１アーム３が、旋回運動を行っても、作業軸２６の
据え付は位置に対する方向は変化しない。その理由は、
プーリ３５．４２．４３．８１が同じ大きさであり、こ
れらに対しベルト８０．８２が平行四辺形の状態で、組
み合わせられており、いわゆる平行運動機構を構成して
いるからである。なおこれらのベルト８０．８２は、エ
ンドレス状となっているが、プーリ８３．８４の取り付
は位置を調節することによって、ゆるみ状態となるため
、下側部分から簡単に取り外しできる状態となる。

このようなそれぞれの旋回運動の運動量、および原点位
置は、センサー２３．３７．６１によって検出される。

なおオーバーランの検出が必要な場合には、これらとは
別のセンサーが追加される。

発明の変形例上記構成は、この発明による具体的な一例であるから、
各部分の配置の関係は、図示のものと異なる関係にあっ
てもよい。例えばモータ６は、第１軸１８の下方に設け
られていてもよい。またモ−夕５５は、第１アーム３の
中間部分に限らず、例えば基台２の保持枠９の部分に取
り付けらでぃてもよい。その場合、そのモータ軸５６の
回転は、回転軸３３の部分に同心的な中間軸を配置し、
その中間軸によって伝達するようにする。このような具
体的な構成は、特許出願人の先願に係る特願昭６０−１
０５２４号の「多関節ロボット」の明細書、および図面
に詳しく例示されている。

また位置検出用の回転板２２、センサー板３６、および
検出板６０などは、スリット板、カム板などで構成する
こともできる。またこれらとセンサー２３．３７．６１
との関係は、いわゆる近接スイッチに限定されず、他の
形式のものであってもよい。

発明の効果本発明では、次のような効果が得られる。

まず、第１アームの内部で、回転軸が突出し、しかも対
向の第１軸に対して空間を形成しつつ不連続であるため
、ベルトがエンドレス状のものとでき、したがって回転
伝達が連続的にでき、しかも、ベルト交換が簡単にでき
る。

つぎに、中空軸が第１アームの支え軸としても機能して
いるため、第１アームの運動が安定化し、またその中空
軸が固定されているため、第１アームなどの回動によっ
ても、作業軸の方向が一定となり、その方向制御が容易
である。

また、中空軸の内部に減速機が納められており、しかも
これに作業軸駆動用のモータが同心的に直結できるから
、回転駆動系のロスがな（、しかも駆動系や関節軸の支
持構造が合理的に配置できる。

作業軸の駆動系が従来のように、基台側で第１アームの
下に第１アームと同じ方向に張り出すように設けられて
いると、作業軸に大きなワークが堰り付けられると、運
動時に、ワークの一部がその駆動系と干渉するが、本発
明ではその干渉がなくなる。

さらに、中空軸が第１アームの一方の支持を分担してい
るため、実施例のような第１軸の採用によって、第１ア
ームの基台側が両持ち状態で支持でき、安定化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節ロボットの側面図、第２図はその内部の
拡大断面図、第３図は支持板の拡大平面図である。ｌ・・多関節ロボット、２・・基台、３・・第１アーム
、４・・第２アーム、５．２９．５１．７３・・減速機
、６．２７．５５．７１・・モータ、１８・・第１軸、
２４・・中空軸、２６・・作業軸、２８・・モータ出力
軸、３３・・回転軸、３５・・プーリ、３８・・第２軸
、３９・・中空突軸、４２．４３・・中継用のプーリ、
４４・・中空孔、４５・・支持板、４８・・回転軸、６
０・・検出板、６１・・センサー、６２・・送りねじ、
６５・・送りナツト、７９・・スプライン筒、８０．８
２・・ベルト。第１図手続主甫正書惰発）昭和６１年０９月０８日特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殴１、事件の
表示昭和６０年特許願第２０００９７号２、発明の名称　　多関節ロボット３、補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　　長野県諏訪郡下諏訪町５３２９番地名　称　
　（２２３）株式会社三協精ｍ製作所代表者　　山　１
）六　− ４、代理人＠１６０氏名　（８３７７）弁理土中用國男５、補正台、令の日付　　な　　　　し６、補正の対象
　　明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面の簡単な説
明の欄７、補正の内容（１１明細書第１０頁第１３行ないし第１７行の「ハー
モニックドライブ式の減速機７３・・上記作業軸２６は
」を［中空出力軸７４、そのプーリ７５．７６およびベ
ルト７７によって、送りねじ６２に伝達される。また、
上記中空出力軸７４は、第１アーム４に固定された電磁
ブレーキ７３にも連結されている。上記作業軸２６は、
」と訂正する。（２）明細書第１２頁第３行の「実施例の作用」を削除
する。（３）明細書第１３頁第１４行の「・・必要な作業を行
うことになる。」のあとに「なお、モータ７１の回転中
に、電磁ブレーキ７３は、通電状態にあって、非制動状
態にあるが、モータ７１の停止中には、制動力を働かせ
、送りねじ６２の回転を阻止している。」を加入する。（４）明細書第１７頁第７行の「７３」を削除する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

基台に第１アームを回動自在に支持し、第１アーム先方
に第２アームを回転自在に支持し、第２アームの先端に
作業軸を有し、それぞれの第１アーム、第２アームの下
側にベルトを設けて連結し、基台に設けたモータが作業
軸を回転させるようにした多関節ロボットにおいて、基
台に中空軸を固定して、この中空軸で第１アームを回転
自在に支持し、この中空軸にモータを固定し、モータ出
力軸と対向して回転軸を回転自在に支持し、この回転軸
とモータ出力軸との間に減速機を設け、回転軸を下側に
空間をおいて突出させ、この突出部にプーリを固定し、
上記ベルトをかけ、このベルトをエンドレスとしたこと
を特徴とする多関節ロボット。