JPS6274592A - ロボツト装置用手首機構 - Google Patents

ロボツト装置用手首機構

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Publication number
JPS6274592A
JPS6274592A JP61220831A JP22083186A JPS6274592A JP S6274592 A JPS6274592 A JP S6274592A JP 61220831 A JP61220831 A JP 61220831A JP 22083186 A JP22083186 A JP 22083186A JP S6274592 A JPS6274592 A JP S6274592A
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JP
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axis
wrist mechanism
gear
knuckle
bevel
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Application number
JP61220831A
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English (en)
Inventor
ダーク　エイ　ピーター
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Federal Mogul Ignition LLC
Original Assignee
Champion Spark Plug Co
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Publication date
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0283—Three-dimensional joints
    • B25J17/0291—Three-dimensional joints having axes crossing at an oblique angle, i.e. other than 90 degrees
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
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    • Y10T74/19023—Plural power paths to and/or from gearing
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    • Y10T74/1906—Nonparallel
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
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    • Y10T74/1966—Intersecting axes
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
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    • Y10T74/20329—Joint between elements
    • Y10T74/20335—Wrist

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

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】 発明の分野 本発明は、一般にはロボット装置に関し、詳細にはロボ
ットアーム用の改良された手首機構に関する。
ロボット装置は、多くの産業でより一般的なものになっ
ている。かかるロボット装置は、一般的には支持ユニッ
トと、支持ユニット上に取付けられ、垂直軸まわりに回
転自在なベースと、ベースに取付けられ水平軸線まわり
に枢動自在な下方アームとから成る。下方アームの上端
部には上方アームが取付けられ、水平軸線のまわりを枢
動でき、手首機構を介して上方アームの上端部には工具
支持ユニットがユニバーサルに接続される。過去におい
て、これら手首機構は、かろうじて満足できる性能を与
えるだけで複雑でかつ高価なものであった。更にかかる
手首機構の多（は、作動ラインを支持されている工具ま
で延長するための内部通路を有していなかった。この結
果、空気圧、液圧または電気のゆるいラインが露出し、
ロボットア−ムの運動によりからみ合ったり、破損する
ことがあった。作動ラインに対する内部通路を有してい
ない従来の手首機構はロボットアームの運動中に極端な
曲げ角を受けることが多く、このためラインの疲労およ
びその後破損が促進された。
従来技術の説明 マラーズ外に対する米国特許第４，４０２，２３４号は
、交点を備えた３つの独立した回転軸線を有する手首機
構を開示している。固定ハウジングは、軸線のうちの一
つを決定するが、第２軸線は工具支持部材により画定さ
れ、第３軸線は、固定ノ＼ウジングと工具支持部材の間
にて中間ハウジングによって決定され、これら３つの軸
線は一つの点で交差する。複数のギアトレインが３つの
軸線のまわりで構成部品を独立して回転し、実質的に半
円球包絡面内で工具支持部材を選択的に位置決めできる
。
固定ベースと工具支持部材の間に妨害のない密閉された
通路が維持され、支持部材に取付けられた工具用の作動
ラインを収容するようギアトレインが配置されている。
しかしながら、作動ラインは３つの軸が交差する点のま
わりでねじられたり、曲げられたりするので、不必要な
応力を受けることがある。
ダールキスト外に対する英国特許出願第２，１４７゜８
７７Ａ号は、工具作動ラインを収容するため妨害されて
いない通路および大きな配列容量を有する工業用ロボッ
ト用手首を商示している。第１．第２、第３および第４
の旋回可能な部品が互いに直列に配置され、第１手首部
品は第１軸線まわりで回転自在であり、第２手首部品は
第１部品内に軸支され、第１軸と交差する第２軸のまわ
りを回転できる。第３手首部品は第２部品内に軸支され
、第２軸線と交差する第３軸線まわりで回転できる。
第４手首部品を構成する工具取付手段は、第３軸線と交
差する第４軸線まわりに回転できるよう第３手首部品内
に軸支されている。
スタックハウスに対する米国特許第４，０６８，５３６
号は、複数の直列に接続されたドライブシャフトの一端
部に取付けられたエンドエフェクタを配列するマニピュ
レータを開示している。このマニピュレータは、２組の
同心状シャフトを有し、各組の個々のシャフトは組に共
通な軸線まわりに独立して回転できる。二組の共通軸線
は互いに斜めに配列されている。第３の軸線のまわりを
回転できる第３シヤフトは最も遠い組のシャフトに角度
をなして配列されて、これに接続されている。
ナスビティス外に対する米国特許第３，３７５，７２７
号、サスジャラ外に対する同第４，３５３，６７７号、
ベイジー外に対する同第４，３６５，９２８号およびシ
ュンに対する同第４．４９９，７８４号には他の同じよ
うな装置が開示されている。
発明の概要 本発明は、ロボットアーム用の改善された手首機構に関
する。第１軸線まわりで回転できるようになっている中
空の上方ナックル部分を含む第１ドライブ機構が設けら
れ、上方ナックル部分は傾斜した端部で終端する。第２
ドライブ機構が設けられるが、この第２ドライブ機構は
上方ナックル部分に対して回転できるようこの上方ナッ
クル部分に軸支された第１中空トルクチューブと、第２
軸線まわりで回転できるよう上方ナックル部分の傾斜し
た端部に軸支された傾斜した端部を有する下方ナックル
部分を含む。第１トルクチューブおよび下方ナックル部
分は共に回転するよう相互に係合し、第１回転軸線およ
び第２回転軸線は第１点にて交差する。第３ドライブ機
構が設けられるが、この機構は、第１トルクチューブに
対して回転できるよう第１トルクチューブ内に軸支され
た第２中空トルクと、下方ナックル部分の傾斜した端部
内に軸支された中間ドライブ手段と、第３軸線のまわり
を回転できるよう下方ナックル部分内に軸支された出力
チューブとを含む。出力チューブは工具を取付けるため
の工具取付表面を担持し、第２トルクチューブ、中間ド
ライブ手段、出力チューブは共に回転できるよう互いに
係合し、第２回転軸線および第３回転軸線は第２点で相
互に交差する。第１交点および第２交点は、手首機構の
中空内部通路内を通ってこの機構に取付けられた工具ま
で延長する作動または供給ラインの曲率半径を大きくす
るよう互いに所定距離だけ相互にずれている。
本発明の目的は、ロボットアーム用の改良された手首機
構を提供することにある。
本発明の別の目的は、手首機構に取付けられた工具まで
作動ラインを延長するための大きな内部通路および大き
な曲率半径をかかる手首機構に設けることにある。
本発明の更に別の目的は、構造および作動が簡単で安価
であるかかる手首機構を提供することにある。
添付図面を参照して次の好ましい実施態様の説明を読め
ば、当業者には本発明の上記以外の目的と利点が明らか
となろう。
好ましい実施態様の詳細な説明 次に添付図面を参照すると、第１図には、本発明に係る
ロボットアーム（図示せず）用の改良された手首機構（
一般に番号１０で表示）が図示されている。この手首機
構１０は、傾斜した端部１２で終端した中空の上方ナッ
クル部分１１を含む。この上方ナックル部分１１は、従
来の態様でロボットアームに対して回転できるよう支持
されている。第１回転軸線１３は上方ナックル部分１１
によって画定され、第２回転軸線２７は、上方ナックル
部分１１の傾斜端部１２によって画定されている。第２
回転軸線２７は、点２８で第１回転軸線１１と交差して
いる。
上方ナックル部分１１内にはベアリング１６によって第
１中空トルクチューブ１５が同心状に回転自在に支持さ
れている。第１トルクチューブ１５はフレア状の端部部
分１７で終端し、この上にベベルギア１８が形成されて
いる。このベベルギア１８は、中空下方ナックル部分２
２の傾斜端部２１上に形成された対応するベベルギア２
０と協働するようになっている。下方ナックル部分２２
の傾斜した端部２１はベアリング２３により上方ナック
ル部分１１の傾斜した端部１２に回転自在に固定されて
いるので、下方ナックル部分２２は第２軸線２７を中心
にして回転できる。下方ナックル部分２２の傾斜した端
部２１の内部には傾斜した端部２１の内側表面に形成さ
れた一対の内側に延長するアーム２６または他の手段に
より中空取付ブラケット２５が固定されている。この取
付ブラケット２５は、第２回転軸線２７と同心状に延長
している。
第１トルクチューブ１５内にはベアリング３１により第
２中空トルクチューブ３０が同心状に回転自在に支持さ
れている。第１トルクチューブ３０はフレア状の端部部
分３２で終端し、この上にベベルギア３３が形成されて
いる。ベベルギア３３は、中間ドライブ手段と協働し、
このドライブ手段はベアリング３６によって取付ブラケ
ット２５のまわりに回転自在に同心状に支持された第１
ベベルリングギア３５を含む。この第１ベベルリングギ
ア３５は、それぞれのアーム２６上に回転自在に支持さ
れた２つの対向するベベルアイドラーギア３７と協働し
ている。アイドラーギア３７は、第２ベベルリングギア
３８の両側と協働し、ギア３８もベアリング３９によっ
て取付ブラケット２５のまわりに回転自在に同心状に支
持されている。第２ベベルリングギア３９は、中空出力
チューブ４２のフレア状端部部分４１上に形成されたベ
ベルギア４０と協働する。出力チューブ４２は、ベアリ
ング４３によって下方ナックル部分２２内に同心状に回
転自在に支持され、第３回転軸線４５を画定している。
第３回転軸線４５は、点４６で第２回転軸線２７に交差
している。出力チューブ４２のフレア状端部４１と反対
側の端部には工具取付表面４７が固定されている。
作動について説明すると、工具取付表面に所望の工具が
固定され、第２トルクチューブ３ｏ、取付ブラケット２
５および出力チューブ４２によって画定される大きな妨
害されていない通路に１本以上の作動ライン（図示せず
）が通過されている。
所望の場合、通過する作動ラインを案内するため中空通
路を画定する部品の内部に１つ以上のガイド４８を固定
できる。このガイド４８は、作動ラインを解放自在に把
持または他の態様で位置決めし、更にかかるラインを部
品の内側表面から離間する手段を含むことができる。次
に上方ナックル部分１１、第１トルクチューブ１５、第
２トルクチューブ３０は公知の態様でそれぞれのモータ
手段（図示せず）に接続され、これらモータ手段はロボ
ット装置内に配置またはこの装置に接続される。モータ
手段は、上方ナックル部分１１、第１トルクチューブ１
５および第２トルクチューブ３０を相互に回転し、工具
取付表面４７を所望位置に配列するよう公知の態様で選
択的に作動する。
上方ナックル部分１１が回転すると、図示した手首機構
１０の全体は第１回転軸線１３のまわりを回転する。第
１トルクチューブ１５が回転すると、下方ナックル部分
２２およびそれに支持された手首機構１０の一部は第２
回転軸線２７のまわりを回転する。第２トルクチューブ
３０が回転すると、第１ベベルリングギア３５、アイド
ラーギア３６、第２ベベルリング３７および出力チュー
ブ４２が回転する。従って、出力チューブ　４２および
工具取付表面２７は、第３回転軸線　４５のまわりを回
転する。従って、手首機構１０内では工具取付表面４７
を配列するための３つの独立したドライブ機構が設けら
れていることが理解されよう。
交点２８と４６は所定距離だけ互いにずれている。一般
に、第１回転軸線１３と第２回転軸線２７の交点に形成
された鋭角は、４５°であり、この角度は第２回転軸線
２７と第３回転軸線４５の交点の鋭角ともなっている。
従って、モータ手段を作動することにより、第３回転軸
線４５は、第１回転軸線１３に対して０°（第１図に示
すように）から９Ｑ’までの任意の角度に配列できる。
第３回転軸線４５が第１回転軸線に対して配列している
角度がどんな角度でも、この角度により画定された弧の
曲率半径は、第１交点２８と第２交点４６が上記のよう
にずれているので、比較的大きい。この結果、手首機構
１０を介して搬送される作動ラインは、疲労または破損
を起こし得るような極端な曲げ角を受けない。上記のよ
うな傾斜角を使用するには、作動ラインは、苛酷な９０
゜の曲げとなる１回の曲げでなくて互いに所定距離だけ
ずれた４５°の曲げを２回常に受ける。当然ながら、ロ
ボットマシンの異なる用途に対しては他の傾斜角を利用
できる。第１交点２８と第２交点４６との間のずれ距離
は、異なる寸法、強度、曲げ抵抗力を有する作動ライン
に合わせるように変えることができるし、ロボットアー
ムを作動しなければならないスペースの寸法に応じて変
えることができる。
次に第２図を参照すると、この図には本発明の別の手首
機構５０が示されている。簡略化のため上記手首機構１
０の構造および作動が同じである別の手首機構５０の部
分には第２図では同じ参照番号を使用している。更に簡
略にするためガイド４８は省略しである。第２図に示す
ように取付ブラケ・ノド２５、第１ベベルリングギア３
５および第２ベベルリングギア３７およびアイドラーギ
ア３６から成る第３ドライブ機構の中間ドライブ手段は
チューブ状ベベルギア５１と置換されている。
チューブ状ベベルギア５１はベアリング５２によって下
方ナックル部分２２の傾斜端部２１内に同心状に回転自
在に軸支されている。チューブ状ベベルギア５１は第２
トルクチューブ３０が回転するとこれに対応してチュー
ブ状ベベルギア５１および出力チューブ４２が回転する
ように第２トルクチューブ３０上に形成されたベベルギ
ア３３および出力チューブ４２上に形成されたベベルギ
ア４０と協働する。別の手首機構は、設計上簡単で安価
であり、チューブ状ベベルギア５１内の内部キャビティ
を大きくでき、２つのギアをなくしたことによりギアの
バックラッシュ効果が少なくなるので、有利である。・ この手首機構１０は種々のロボット取付工具と共に使用
できる。例えば、手首機構を通る通路は、塗料および噴
霧化空気供給ライン、手首機構に取付けられたスプレィ
ガン用制御ライン、または手首機構に取付けられた溶接
工具用電気またはガス供給ラインを搬送できる。他のタ
イプの工具を作動するため空気圧、液圧または電気ライ
ンが通路を貫通してもよい。以上で特許法の規定に従い
、本発明の作動の原理とモードを好ましい実施態様で説
明し、図示した。しかしながら本発明はその精神と範囲
から逸脱することなく特定して説明した剥取外の態様で
も実施できると解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係るロボットアーム用の改良された
手首機構の一部破断側断面図、第２図は本発明の別の実
施態様の第１図に同じ側断面図である。 １１・・・・・・中空上方ナックル、 １３・・・・・・第１回転軸線、 ２２・・・・・・中空下方ナックル、 ２７・・・・・・第２回転軸線、 ２８・・・・・・第１交点、 ４６・・・・・・第２交点、 ４７・・・・・・工具取付表面。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１交点において第１軸線と交差する第２軸線に
    沿って延長する傾斜端部を有し、第１軸線のまわりを回
    転するようになっている中空上方ナックルと、 前記第１交点と所定距離ずれた第２交点にて前記第２軸
    線と交差する第３軸線を画定する第２端部を有し、前記
    第２軸線のまわりを回転できるよう前記傾斜した上方ナ
    ックル端部に軸支された傾斜端部を有する中空下方ナッ
    クルと、前記第２下方ナックル端部に工具を取付けるた
    めの手段を含み、前記上方ナックル、前記下方ナックル
    および前記工具取付手段は前記第１、第２および第３軸
    に沿って前記手首機構を貫通する開いた通路を画定し、 更に前記第２軸線まわりに前記下方ナックルを回転自在
    に位置決めするための第１ドライブ手段を含むロボット
    装置用手首機構。
  2. （２）前記上方ナックルは前記第２軸線が前記第１軸線
    から４５°に傾斜するような形状となっており、前記下
    方ナックルは前記第３軸線が前記第２軸線から４５°に
    傾斜するような形状となっており、第１軸線と第３軸線
    は前記下方ナックルが前記第２軸線まわりのある位置に
    あるとき互いに平行に延長し、前記下方ナックルが前記
    第２軸線まわりの別の位置にあるとき互いに垂直に延長
    する特許請求の範囲第１項記載のロボット装置用手首機
    構。
  3. （３）前記工具取付手段は前記第３軸線のまわりで前記
    第２下方ナックルに対して回転できるよう第２下方ナッ
    クルに軸支された中空工具マウントと、前記工具マウン
    トを前記第３軸線まわりに回転自在に位置決めするため
    の第２ドライブ手段とを含む特許請求の範囲第１項記載
    のロボット装置用手首機構。
  4. （４）前記傾斜した下方ナックル端部は前記第２軸線と
    同心状の第１ベベルギアを含み、前記第１ドライブ手段
    は前記第１軸線まわりで上方ナックルに対して回転でき
    るよう前記上方ナックル内に軸支された第１中空トルク
    チューブを含み、前記第１トルクチューブは第２ベベル
    ギアで終端し、第２ベベルギアは前記第１トルクチュー
    ブが前記第１軸線のまわりで回転するとき前記下方ナッ
    クルを前記第２軸線のまわりで回転するように前記第１
    ベベルギアと係合する特許請求の範囲第３項記載のロボ
    ット装置用手首機構。
  5. （５）前記工具マウントは外側工具取付端部と第３ベベ
    ルギアで終端する内側端部を有し、前記第２ドライブ手
    段は前記第１軸線まわりで前記第１トルクチューブに対
    して回転できるよう前記第１トルクチューブ内に軸支さ
    れ、第４ベベルギアで終端した第２中空トルクチューブ
    と、前記第３ベベルギアと第４ベベルギアを共に回転す
    るようこれらギアを相互接続する中間ドライブギアアセ
    ンブリを含む特許請求の範囲第４項記載のロボット装置
    用手首機構。
  6. （６）前記中間ドライブギアアセンブリは前記傾斜した
    下方ナックル端部に固定された取付ブラケットと、前記
    取付ブラケットに回転自在に支持された中間ギアとを含
    み、前記中間ギアは前記第３および第４ベベルギアを共
    に回転するようこれらギアを相互接続し、前記手首機構
    を通る通路は前記取付ブラケットを貫通する特許請求の
    範囲第５項記載のロボット装置用手首機構。
  7. （７）前記中間ギアは前記第２軸線まわりを回転するよ
    うに前記取付ブラケット上に支持された第１および第２
    ベベルリングギアを含み、前記第１ベベルリングギアは
    前記第２トルクチューブ上の前記第４ベベルギアおよび
    前記第１ベベルリングギアに係合するよう前記取付ブラ
    ケット上に回転自在に支持された少なくとも一つのアイ
    ドラーギアと係合するよう位置し、前記第２ベベルリン
    グギアは前記工具マウント上の前記第３ベベルギアおよ
    び前記アイドラーギアの双方に係合するよう位置する特
    許請求の範囲第６項記載のロボット装置用手首機構。
  8. （８）前記第２軸線に垂直な軸線まわりに回転するよう
    前記取付ブラケットの径方向に対向する側にて２つのア
    イドラーギアが支持されており、前記２つのアイドラー
    ギアの各々は前記第１および第２ベベルリングギアの双
    方に係合する特許請求の範囲第７項記載のロボット装置
    用手首機構。
  9. （９）前記上方ナックルは前記第２軸線が前記第１軸線
    から４５°に傾斜するような形状となっており、前記下
    方ナックルは前記第３軸線が前記第２軸線から４５°に
    傾斜するような形状となっており、前記第１軸線と第３
    軸線は前記下方ナックルが前記第２軸線まわりのある位
    置にあるとき互いに平行に延長し、前記下方ナックルが
    前記第２軸線まわりの別の位置にあるとき互いに垂直に
    延長する特許請求の範囲第８項記載のロボット装置用手
    首機構。
  10. （１０）前記第２トルクチューブ、前記取付ブラケット
    および前記工具マウントの内側までの通路内に固定され
    たガイドを更に含む特許請求の範囲第６項記載のロボッ
    ト装置用手首機構。
JP61220831A 1985-09-25 1986-09-18 ロボツト装置用手首機構 Pending JPS6274592A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/779,899 US4703668A (en) 1985-09-25 1985-09-25 Wrist mechanism for a robot arm
US779899 1985-09-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6274592A true JPS6274592A (ja) 1987-04-06

Family

ID=25117933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61220831A Pending JPS6274592A (ja) 1985-09-25 1986-09-18 ロボツト装置用手首機構

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4703668A (ja)
JP (1) JPS6274592A (ja)
DE (1) DE3630190A1 (ja)
GB (1) GB2182017B (ja)
IT (1) IT1213347B (ja)
NO (1) NO163175C (ja)
SE (1) SE460837B (ja)

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