JPS629882A - 多関節型ロボツトの駆動装置 - 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」 本発明は多関節型ロボットの駆動部、置に係り特に電動
型の多関節型ロボットに合理的に通用し得る小型化され
た駆動装置に関するものである。

「発明の背景」 従来、塗装用ロボットなどのように爆発性の高い雰囲気
内で使用されるロボットの場合には、一般に着火性のな
い油圧シリンダを用いた油圧駆動型のロボットが通用さ
れている。しかし、多関節型ロボットの場合、その位置
検出は関節の回転角度によって行われるのに対し、油圧
シリンダの駆動は直線的に行われるため、両者の換算に
複雑な計算を行わざるを得す、制御装置を構成するマイ
クロコンピュータの負担が重いという欠点がある。

また、油圧シリンダの位置決め精度は油圧シリンダ自身
の精度によって決定されるのに対し、電動機を用いた電
動型タイプの場合には、減速機と共に用いられるため、
極めて細かな位置決めが可能となるという長所がある。

また、従来は上記のように電動機のスパークによる爆発
の危険性を排除するために、油圧シリンダなどを用いる
しか方法がなかったが、近年、シール性の向上により高
度に防爆処置を施した電動機が開発され、塗装用ロボッ
トなどにも通用可能の電動機が市場に提供されている。

このような電動機を用いた従来の多関節型ロボットとし
ては、例えば特開昭５９−１０７８７５号公報に記載さ
れたものが知られている。これは第１アームの揺動中心
軸に平行に電動機を配設したもので、旋回台が旋回した
時に上記電動機が移動する円弧状の空間の半径が大きく
被塗装物や溶接層ワーク等の作業対象物をロボットの見
返に置くことができず、大きい作業空間を必要とすると
いう問題がある。

また上記のような電動機は重量物であるからその旋回に
おける慣性が大きくなり旋回軸の径を太き（したり、容
量の大きい電動機を必要とし不経済である。

従って本発明の目的は旋回半径を小さくできるロボット
の駆動装置を提供することである。

「発明の構成」 上記目的を達成するために本発明が採用する主たる手段
は、その要旨とする処が旋回台上にこの旋回台の旋回軸
を含む揺動面内で揺動運動する第１アームを取り付け、
この第１アームに上記揺動面内で揺動運動する第２アー
ムを取り付け、上記第２アームの先端に屈曲駆動部材の
進退により屈曲動作をする手首部を取り付けた多関節型
ロボットの手首駆動装置において、上記第１アーム及び
第２アームを駆動する電動機をそれぞれ上記旋回台上に
立設した点にある多関節型ロボットの駆動装置である。

「実施例」 続いて添付した図面を参照して、本発明を具体化した実
施例に付き説明し、本発明の理解に供する。ここに第１
図は本発明の一実施例に係る塗装用ロボットの正面図、
第２図は第１図におけるＡ矢視図、第３図は同塗装用ロ
ボットの旋回台部分の駆動機構を示す断面図、第４図は
第１図におけるＢ−Ｂ矢視図、第５図は第４図における
Ｃ−Ｃ矢視部部分断面図、第６図は同ロボットの平面図
、第７図は同ロボットの手首部分に揺動動作を与える減
速機部分の構造を示す正面図で、第１図におけるＤ矢視
図、第８図は第７図に示した減速機の平断面図、第９図
は同ロボットの手首部分にひねり動作を与える電動機に
連結された減速機の正断面図、第１Ｏ図は同ロボットの
第２アームの揺動中心軸部分を示す正断面図、第１１図
は第２アームの平断面図、第１２図は同第２アームの正
断面図、第１３図は同ロボットの手首部分の構造を示す
部分的正断面図である。

なお、以下の実施例は本発明の一具体例にすぎず本発明
の技術的範囲を限定する性格のものではない。

まず、第１図及び第２図を用いてこの実施例にかかる塗
装用ロボット全体の構成に付き、簡単に説明する。

この塗装用ロボットは、垂直多関節型ロボットの一例で
あり、固定の基台ｌに垂直軸のまわりで旋回する旋回台
３が取り付けられ、この旋回台３の上に複数のアームを
有してなるロボットＲが設けられている。但しこれは一
例であって旋回台３の回転軸が垂直方向の場合であるが
、例えば上記旋回台３の回転軸を水平に寝かせたような
多関節型ロボットも存在し、本発明はこのような各種の
多関節型ロボットに適用可能である。

４は上記旋回台上に取り付けられ、旋回台３０回転軸で
ある垂直軸を含む垂直面内において、揺動可能の第１ア
ームである。５は上記第１アーム４の先端に上記垂直面
内において揺動可能に取り付けられた第２アーム、６は
上記第２アーム５の先端に設けられた手首部で、例えば
特開昭５２−１１１１５８号公報若しくは特開昭５８−
７１０９２号公報等に開示された軸芯Ｊを中心とするひ
ねりと２つの屈曲の自由度とを有する、いわゆる可撓性
手首部分によって構成されている。

７は前記第２アーム５に揺動の駆動力を伝達するための
連接棒、８は上記第２アーム５における片持状の荷重を
バランスさせるためのバランスバネ、９は上記第１アー
ム４．第２アーム５両方の荷重をバランスさせるために
第１アーム４をその垂直位置の方向へ付勢するバランス
バネである。

次に第３図以下の添付図面をも参照しつつ、この実施例
の塗装用ロボットについて詳しく説明する。第３図は上
記旋回台３の駆動部分を示すもので、基台１は中空円筒
状をなし、その内部に円筒状の支持ケーシング１０が垂
直方向に固定されている。この支持ケーシング１０の上
端部に軸受１１を介して前記旋回台３が回転可能に支承
され、且つ軸受１２によってラジアル方向に支承されて
いる。上記支持ケーシング１０の下端部にはサイクロイ
ド減速機」３が収容され、その入力軸１４の端部にはプ
ーリ１５が固着されている。上記サイクロイド減速機」
３の出力部１６は円筒軸１７を介して前記旋回台３の中
心に固定された旋回台輪１８に連結されている。また、
基台１の底板１９にはＡＣサーボモータ等よりなる電動
機２０が立設され、その駆動軸２１に固着されたスプロ
ケット２３と前記プーリ１５の外周に取り付けたスプロ
ケット２４とはタイミングベルト２５により連結されて
いる。

従って電動機２０の回転は、スプロケット２３、ベルト
２５．スプロケット２４．プーリ１５゜入力軸１４を経
てサイクロイド減速機１３に入力され、ここで減速され
て円筒軸１７に伝達されて、旋回台３を垂直軸Ｊ１のま
わりに旋回する。但しこの旋回は、旋回台３の底面に固
着したストッパ２６．．２６ｔ、が基台１側の図示せぬ
係合部と当接することにより、又は制御プログラムに設
定されたソフトウェア上の旋回限界によって制限される
。

上記旋回台３上には、第４図乃至第６図に詳しく示した
ようなロボットＲが載置されている。即ち旋回台３の上
面に垂直方向のブラケット２７゜２７が立設され、この
ブラケット２７によって軸受２８を介して第１アーム４
の揺動中心軸である第２アーム駆動軸２９が回動可能に
取り付けられている。

上記第２アーム駆動軸２９には軸受３０を介して゛前記
第２アーム５の下端部３１が揺動可能に取り付けられて
いる。上記第２アーム５と下端部３１の側部には、第４
図に示す如く旋回台３上にブラケット２７と平行に固定
したブラケット４０ｂに取り付けたケーシング３２を貫
通する回転軸３３が固定され、このケーシング３２上に
垂直に設けた竪型電動機３７の出力軸に設けたウオーム
３６（第５図）が上記回転軸３３に固定したウオームホ
イール３５と噛み合うている。上記ウオーム３６とウオ
ームホイール３５との減速機構により電動機３７の回転
は減速されて回転軸３３に伝えられる。従って必要とす
る減速比が小さい場合、この機構では別個の減速装置は
不要である。但し大きい減速比を要する場合には減速機
付きの電動機を用いてもよい。

従って電動機３７の回転は、ウオーム３６．ウオームホ
イール３５を経て、第１アーム４に伝達され、第１アー
ム４を第２アーム駆動軸のまわりに揺動運動させる。但
し第１アーム４の回動角度は第１アーム４に取り付けた
ストッパ３９がブラケット２７に設けた図示せぬ係合片
と当接することにより、若しくはプログラム上のソフト
ウェアによる回動限界によって制限される。

また、上記ブラケット４０＋、と平行のブラケット４０
８には、前記ケーシング３２の反対側にケーシング４１
が取り付けられている。前記第２アーム駆動軸２９の端
部２９８はこのケーシング４１内に装着されており、ケ
ーシング４１上に垂直に設けた竪型電動機４４の出力軸
に設けたウオーム４６（第５図）が、上記第２アーム駆
動軸２９の端部２９．に設けたウオームホイール４５と
噛み合っている。この間の減速機構については電動機３
７側と同様である。第２アーム駆動軸２９の略中央部に
は、第４図及び第５図に示す如くアーム４９を有するリ
ンク５０が固定され、上記アーム４９の先端にロッド５
１が揺動自在に取り付けられている。また、リンク５０
より突出するレバー５２には、ロッド５３が揺動可能に
取り付けられ、このロッド５３の端部が旋回台３より後
方へ突出して設けられたバネ受け５４に一端を固定され
た前記バランスバネ８の他端に係着され、これによって
リンク５０に常時第５図における時計方向の回動力が付
勢されている。上記リンク５０には、更に突起５６ａ、
５６ｂが一体に形成され、旋回台３上に固定した係合片
７０にこれらの突起５６ｉ、５６Ｉ、が当接することに
よりリンク５０の回動が制限される。当然ながらソフト
ウェア上の回動限界によっても回動角度は制限される。

上記ロッド５１の上端は、第４図及び第５図に示す如く
、第１アーム４の上端部に取り付けた手首駆動軸７１を
中心に揺動可能の前記第２アーム５の後端にピン６０を
介して揺動可能に係着され、第２アーム５の後端部６１
．アーム４９．第１アーム４及びロッド５１によって平
行リンクが形成されていることにより、前記電動機４４
が回転して第２アーム駆動軸２９が回転すると、これに
伴ってリンク５０が揺動し、上記平行リンクの揺動角度
と同じ角度分だけ第２アーム５が揺動することになる。

また、前記したバランスバネ８によって第２７−ム５に
手首駆動軸７１を中心とした第５図における時計方向の
回転力が常時付与されており、これにより第２アーム５
の重力がバランスされる。

また、前記第１アーム４の上端部近傍に設けたビンジョ
イン６２と前記ブラケット４０．及び４０Ｉ、の上端に
取り付けたピンジヨイント６３との間には、前記バラン
スバネ９が張着されており、第１アーム４をその垂直位
置の方向へ常時付勢することにより、第１アーム４と第
２アーム５とによる重力のバランスを図っている。

上記第２アーム５内には、前記手首部６にひねり運動（
回転運動）を与えるための伝達軸６３が収容されている
。この伝達軸６３の端部は手首部６のひねり軸６４に連
結され、他端部は軸受箱６５内に収容された軸受６７に
より支持されたベベルギヤ取付軸６６の一端６８に固着
されている。

上記ベベルギヤ取付軸６６の他端にはスプライン６９が
形成され、このスプライン６９に摺動自在に嵌合するベ
ベルギヤ７２が前記手首駆動軸７１に固定されたベベル
ギヤ７３と噛み合っている。

７４は上記ベベルギヤ取付軸６６の段付部７５とベベル
ギヤ７２との間に縮着された皿バネで、ベベルギヤ取付
軸６６の端部に摺動自在に取り付はりｆｆｎ記ベベルギ
ヤ７２をベベルギヤ７３に押し付けて両者のバンクラッ
シュを解消している。なお、ベベルギヤ取付軸６６の端
部に形成された雄ネジ部７６には組立時にベベルギヤ７
２をベベルギヤ７３から遠ざけておくためのナツト７７
を螺着するためのものである。但しこのナツト７７は組
立後には取り外し、ベベルギヤ７３に対する７２の押し
付けを阻害しないようにする。

上記した手首部６は前記ひねり軸６４の回転によってひ
ねり動作を与えられる他、その根本部分に設けた屈曲駆
動部材の一例であるボールジツイン）７８．．７８Ｉ、
を第１２図の紙面に平行に水平方向へ進退させることに
より、手首部６に屈曲動作を与え得るものであり、その
詳細は、特開昭５２−１１１１５８号公報や、特開昭５
８−７１０９２号公報等に詳しく記載されている。

第１１図および第１２図に示した２本の進退ロンドア９
ｍ、７９ｂは上記のようなボールジヨイント７８、およ
び７８ｂを第１２図の紙面に平行に水平方向へ進退させ
るためのロッドであり、その一端は前記ボールジヨイン
ト７８１および７８Ｉ、にそれぞれ係着され、他端は第
１０図および第１２図に示す如くボールジヨイント８０
８および８０Ｉ、を介して前記手首駆動軸７１に回動可
能に取り付けた回動部材の一例である回転板８１ｍ　、
　　８１１．に係着されている。上記回転板８１１およ
び８１トにはそれぞれスプロケット８２ｍ　、　　８２
Ｉ、が同軸に固着されている。上記スプロケット８２．
および８２ｂは第１Ｏ図および第４図に示す如く、第１
アーム４内にその軸芯に沿って配設されたチェーン８３
、．８３＆を介して第２アーム駆動軸２９に回転可能に
取り付けられたスプロケット８４．および８４トにそれ
ぞれ連結されている。

上記スプロケｙ）８４ｍ、８４ｈは、それぞれこれらと
同軸のギア８５ｍ、８５ｂに固着されている。ギア８５
１および８５ｂは、それぞれ第５図および第８図に示す
如くハーモニックドライブ減速機８６ｍ、８６＆、（ハ
ーモニックドライブ社商標）の出力軸８７ｍ、８７ｂに
固定したギア８８、および８８ｂとそれぞれかみ合って
いる。８９は上記ギア８８１または８８ｂの回転量を検
出するレゾルバなどの回転位置検出装置である。上記の
ようなハーモニックドライブ減速機８６１および８６＆
、は、第７図に示す如く前記第２アーム駆動軸２９を挟
んで電動機４４および３７が反対側に（ロボットの後側
に）第７図に示す如く相対向して配置され、それぞれ電
動機９０．および９０ｂに連結されている。

したがって上記電動機９０１もしくは９０Ｉ、が正方向
もしくは逆方向にそれぞれ回転すると、その回転はハー
モニックドライブ減速機ｓｅｍ、ｓ６トを経て出力軸８
７ｍ、８７１．からギア８８゜、８８ｂに伝達され、さ
らにこれらのギアとかみ合うギア８５ｍ、８５ｂおよび
スプロケット８４□、８４トが回転する。これらのスプ
ロケット８４１．８４−の回転はさらにチェーン８３ｍ
　、　　８３Ｉ。

を経てスプロケット８２ｍ、８２ｓ、および回転板８１
□、８１１．に伝達され、この回転板８１．。

８１＆、に取り付けたポールジ目インド８０．，８０Ｉ
、が扇状にスイングし、これらのボールジツイン）８０
ａ、８０ｂを介して取り付けた進退ロンドア９ｍ、７９
ｂが、それぞれ手首部６の方向へ進出又は後退し、その
先端に連結したボールジツイント７８．又は７８ｂが移
動されて手首部６の屈曲動作が行われる。

また前記手首部６のひねり軸６４に、伝達軸６３および
ベベルギア取り付は軸６６を介して連結されたベベルギ
ア７２とかみ合うベベルギア７３は、手首駆動軸７１に
固着されている。上記手首駆動軸７１にはさらにスプロ
ケット９１が固着され、このスプロケット９１に巻き掛
けられたチェーン９２は、第４図および第５図に示す如
く、第１アーム４の中間部分に水平に取り付けられたハ
ーモニックドライブ減速機９３の出力軸に取り付けられ
たスプロケット９４に巻き掛けられている。

上記ハーモニックドライブ減速機９３の入力軸に取り付
けたプーリー９５は、タイミングベルト９６を介して電
動機９７の出力軸９８に取り付けたプーリー９９に連結
されている（第９図参照）。

したがって電動機９７の回転は出力軸９８．プーリー９
９．タイミングベルト９６およびプーリー９５を経てハ
ーモニックドライブ減速機９３に伝達され、ここで減速
されてスプロケット９４に伝達される。スプロケット９
４の回転はさらにチェーン９２を経てスプロケシ）９１
．手首駆動軸７１、更にはベベルギア７３に伝達される
。ベベルギア７３が回転すると、これとかみ合うベベル
ギア７２が回転し、この回転がベベルギア取り付けＭ６
６．伝達軸６３．ひねり軸６４を経て手首部６を軸芯Ｊ
（第１図）の周りに旋回（ひねり）させる。

こうして上記ひねり運動、およびボールジツイント７８
ｍ、７８ｈの進退運動による屈曲動作により手首部６の
先端が任意の方向を指向し、その先端に取り付けたたと
えば塗装ガンなどの工具の姿勢が制御される。

上記実施例では、竪型電動機３７．４４から回転軸３３
．第２アーム駆動軸２９へ回転を伝える手段として、ウ
オームとウオームホイールを用いたが、これらは例えば
一対のベベルギア等によって置き換えることも可能であ
る。

「発明の効果」 本発明は以上述べたように、旋回台上にこの旋回台の旋
回軸を含む揺動面内で揺動運動する第１アームを取り付
け、この第１アームに上記揺動面内で揺動運動する第２
アームを取り付け、上記第２アームの先端に屈曲駆動部
材の進退により屈曲動作をする手首部を取り付けた多関
節型ロボットの手首駆動装置において、上記第１アーム
及び第２アームを駆動する電動機をそれぞれ上記旋回台
上に立設したことを特徴とする多関節型ロボットの駆動
装置であるから、従来のロボットと較べて旋回台上に設
けた電動機の旋回半径が小さくなり、作業空間の無駄が
なく、慣性も小さいので機械剛性の低下や、コストの低
減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る塗装用ロボットの正面
図、第２図は第１図におけるＡ矢？ｌＩ図、第３図は同
塗装用ロボットの旋回台部分の駆動機構を示す断面図、
第４図は第１図におけるＢ−Ｂ矢視図、第５図は第４図
におけるＣ−Ｃ矢視郡部分断面図、第６図は同ロボット
の平面図、第７図は同ロボットの手首部分に揺動動作を
与える減速機部分の構造を示す正面図で、第１図におけ
るＤ矢視図、第８図は第７図に示した減速機の平断面図
、第９図は同ロボットの手首部分にひねり動作を与える
電動機に連結された減速機の正断面図、第１０図は同ロ
ボットの第２アームの揺動中心軸部分を示す正断面図、
第１１図は第２アームの平断面図、第１２図は同第２ア
ームの正断面図、第１３図は同ロボットの手首部分の構
造を示す部分的正断面図である。 （符号の説明） ■・・・基台　　　　３・・・旋回台 ４・・・第１アーム　５・・・第２アーム６・・・手首
部　８．９・・・バランスばね２９・・・第２アーム駆
動軸 ３２．４１・・・ケーシング ３３・・・回転軸 ３５．４５・・・ウオームホイール ３６．４６・・・ウオーム ３７．４４・・・竪型電動機 ６３・・・伝達軸　　６４・・・ひねり軸７１・・・手
首駆動軸 ７８・・・ボールジヨイント（屈曲駆動部材）７９・・
・進退ロッド ８０・・・ボールジヨイント ８１・・・回転板（回動部材） ９３・・・ハーモニックドライブ減速機９７・・・電動
機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 旋回台上にこの旋回台の旋回軸を含む揺動面内で揺動運
   動する第１アームを取り付け、この第１アームに上記揺
   動面内で揺動運動する第２アームを取り付け、上記第２
   アームの先端に屈曲駆動部材の進退により屈曲動作をす
   る手首部を取り付けた多関節型ロボットの手首駆動装置
   において、上記第１アーム及び第２アームを駆動する電
   動機をそれぞれ上記旋回台上に立設したことを特徴とす
   る多関節型ロボットの駆動装置。