JPS632315Y2 - - Google Patents

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JPS632315Y2
JPS632315Y2 JP1983015814U JP1581483U JPS632315Y2 JP S632315 Y2 JPS632315 Y2 JP S632315Y2 JP 1983015814 U JP1983015814 U JP 1983015814U JP 1581483 U JP1581483 U JP 1581483U JP S632315 Y2 JPS632315 Y2 JP S632315Y2
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JP
Japan
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wrist
shaft
wrist element
rotation
driven
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JP1983015814U
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Japanese (ja)
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JPS59124093U (en
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、工業用ロボツト、マニプレータ等に
用いることの出来る手首機構に関し、特に位置決
め精度等を向上させた折曲自在な手首機構に関す
るものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a wrist mechanism that can be used in industrial robots, manipulators, etc., and particularly relates to a bendable wrist mechanism with improved positioning accuracy.

工業用ロボツトやマニプレータ等のうち、特に
溶接用、シーリング用等に用いるものは、狭隘な
場所で作業させる必要のある場合が多く、工具を
有するロボツトの手首は柔軟に任意の位置、姿勢
をとり得ると共に、その先端が折曲してロボツト
の適用率(全溶接線長さ、シーリング長さ、塗装
線長さ等に対するロボツトが使用可能な溶接線長
さ、シーリング長さ、塗装線長さ等の割合)の大
きいことが必要である。このような適用率の大小
は、手首の構造による処が大きく、多くの自由度
を持つことの他に手首が自由に折曲し得る所謂フ
レキシブルな手首であることが望ましい。
Among industrial robots and manipulators, those used for welding, sealing, etc. are often required to work in narrow spaces, and the wrist of the robot holding the tool can be flexibly moved to any position or posture. At the same time, the tip of the robot is bent to increase the robot's application rate (total welding line length, sealing length, painted line length, etc. that can be used by the robot). %) is required. The magnitude of such application rate largely depends on the structure of the wrist, and it is desirable that the wrist be a so-called flexible wrist that can bend freely in addition to having many degrees of freedom.

併し、従来のフレキシブル手首として知られて
いる例えば実開昭56−156581号や実開昭56−
160790号公報に記載された手首は、その機構上遊
びやガタが多く、溶接作業のような高度の精度を
要求される作業には適したものではなく、又手首
先端座標の位置決め計算が難しい等の難点があつ
た。
However, conventional flexible wrists such as Utility Model No. 156581 and Utility Model Application No. 156581
The wrist described in Publication No. 160790 has a lot of play and backlash due to its mechanism, and is not suitable for work that requires a high degree of precision such as welding work. Also, it is difficult to calculate the position of the wrist tip coordinates, etc. There was a problem.

従つて、本考案は折曲自在であると共に、手首
先端の位置決め精度が高く、而も折曲自在の手首
先端に旋回の自由度を付与した工業用ロボツトや
マニプレータ等の手首機構を提供することを目的
とするものである。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a wrist mechanism for industrial robots, manipulators, etc., which is bendable, has a high positioning accuracy of the wrist tip, and has a degree of freedom in turning the bendable wrist tip. The purpose is to

続いて本考案を溶接用ロボツトの手首機構に適
用した場合について添付図面を参照して詳しく説
明する。ここに第1図は上記溶接ロボツト全体の
側面図、第2図は同ロボツトの第2アーム先端に
取り付けた本考案の一実施例にかかる手首部分の
平断面図である。
Next, a case in which the present invention is applied to a wrist mechanism of a welding robot will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a side view of the entire welding robot, and FIG. 2 is a plan sectional view of a wrist portion according to an embodiment of the present invention attached to the tip of the second arm of the robot.

第1図に於いて、架台101上には紙面に垂直
のビーム102が水平に取り付けられており、こ
のビーム102の上面及び側面に取り付けられた
レール104をガイドとして台車103がビーム
102に沿つて走行する。台車103を水平方向
に貫通する運びネジ121は、台車側の雌ネジと
噛み合つており、この運びネジ121の回転によ
り、台車103がビーム102に沿つて紙面に垂
直の方向に駆動される。台車103の側面に取り
付けた基台105の先端には、矢印θ1の方向に揺
動自在の第1アーム109が取り付けられ、この
第1アーム109の先端には、この先端を中心と
して矢印θ2の方向へ揺動可能の第2アーム110
が取り付けられている。基台105の側面に取り
付けたモータ106は、第1アーム109の揺動
角度を規制するものであり、このモータ106の
裏側(不図示)には、第2アーム110を駆動す
る第2アームレバー107を回転させる為の第2
アーム用モータが取り付けられ、上記第2アーム
レバー107の先端は、リンク108を介して第
2アーム110の後端に設けた支点122と連結
されている。上記第2アームレバー107と第2
アーム110とは平行で、且つ第1アーム109
とリンク108とが平行である平行リンクが形成
されている為、図示せぬモータによつて第2アー
ムレバー108が回動されると、第2アーム11
0がこれと同じ角度だけ第1アーム109の先端
を中心に矢印θ2の方向に揺動される。第2アーム
110の先端には第1手首要素1、第2手首要素
2、第3手首要素3を順次連結した本考案にかか
るフレキシブル手首機構4が取り付けられてい
る。
In FIG. 1, a beam 102 that is perpendicular to the plane of the paper is horizontally attached to a pedestal 101, and a cart 103 is guided along the beam 102 using rails 104 attached to the top and side surfaces of this beam 102. Run. A carriage screw 121 that passes through the carriage 103 in the horizontal direction is engaged with a female screw on the carriage side, and rotation of the carriage screw 121 drives the carriage 103 along the beam 102 in a direction perpendicular to the plane of the paper. A first arm 109 that is swingable in the direction of arrow θ1 is attached to the tip of the base 105 attached to the side of the trolley 103. A second arm 110 that can swing in the direction
is installed. A motor 106 attached to the side surface of the base 105 regulates the swing angle of the first arm 109, and a second arm lever that drives the second arm 110 is mounted on the back side of the motor 106 (not shown). 2nd for rotating 107
An arm motor is attached, and the tip of the second arm lever 107 is connected via a link 108 to a fulcrum 122 provided at the rear end of the second arm 110. The second arm lever 107 and the second
parallel to arm 110 and first arm 109
Since a parallel link is formed in which the and link 108 are parallel, when the second arm lever 108 is rotated by a motor (not shown), the second arm 11
0 is swung by the same angle in the direction of the arrow θ2 around the tip of the first arm 109. A flexible wrist mechanism 4 according to the present invention is attached to the tip of the second arm 110, in which a first wrist element 1, a second wrist element 2, and a third wrist element 3 are sequentially connected.

上記第2、第3の手首要素2,3を取り付けた
第1手首要素1は、第2アーム110の末端に取
り付けたモータ112によつて第2アーム110
の軸芯113の回りに矢印θ3の方向に旋回され、
前記第3手首要素3の先端に取り付けた工具取り
付け軸5は、第2アーム110の末端に取り付け
たモータ111aによつて第3手首要素3の軸芯
115の回りに矢印θ5の方向に旋回される。又第
2手首要素2は第1手首要素1に対してθ41の方
向に揺動可能で、第3手首要素3は第2手首要素
2に対してθ42の方向に揺動可能であり、これら
第2、第3手首要素2,3の揺動運動は、前記第
2アーム110の末端に取り付けたモータ111
aの裏側に設けたモータ111b(不図示)によ
つて引き起こされる。前記工具取り付け軸5に
は、ブラケツト114を介して溶接トーチ119
が取り付けられている。尚第1アーム109の動
方向を矢印θ1で、又第2アーム110の揺動方向
を矢印θ2で表し、第3手首要素3の第2アーム1
10に対する揺動(折曲)角度、即ちθ41とθ42の
合成された角度をθ4で表す。120は前記溶接ト
ーチ119に接続されたコンジツトケーブル、パ
ワーケーブル、ガスケーブル等を一纏めにしたケ
ーブルである。
The first wrist element 1 to which the second and third wrist elements 2 and 3 are attached is moved to the second arm 110 by a motor 112 attached to the end of the second arm 110.
is rotated in the direction of arrow θ3 around the axis 113 of
The tool attachment shaft 5 attached to the tip of the third wrist element 3 is rotated in the direction of arrow θ5 around the axis 115 of the third wrist element 3 by the motor 111a attached to the end of the second arm 110. Ru. Further, the second wrist element 2 is swingable in the direction of θ41 relative to the first wrist element 1, and the third wrist element 3 is swingable in the direction θ42 relative to the second wrist element 2. 2. The rocking movement of the third wrist elements 2 and 3 is controlled by a motor 111 attached to the end of the second arm 110.
This is caused by a motor 111b (not shown) provided on the back side of a. A welding torch 119 is connected to the tool attachment shaft 5 via a bracket 114.
is installed. Note that the moving direction of the first arm 109 is indicated by arrow θ1, the swinging direction of the second arm 110 is indicated by arrow θ2, and the second arm 1 of the third wrist element 3 is
The swinging (bending) angle with respect to 10, that is, the combined angle of θ41 and θ42 is expressed as θ4. Reference numeral 120 denotes a cable that is a combination of a conduit cable, a power cable, a gas cable, etc. connected to the welding torch 119.

続いて第2図を参照して前記第1手首要素1の
θ3の方向への旋回、第2、第3手首要素2,3の
θ4の方向への揺動及び工具取り付け軸5のθ5の方
向への旋回を起こさせる為の手首機構につき説明
する。
Next, referring to FIG. 2, the first wrist element 1 is rotated in the direction of θ3, the second and third wrist elements 2 and 3 are swung in the direction of θ4, and the tool attachment shaft 5 is moved in the direction of θ5. The wrist mechanism for causing the rotation to occur will be explained.

第2図に於いて、6は前記旋回用モータ112
に連結された軸で第2アーム110の先端に取り
付けた軸受7によつて第2アーム110に回転可
能に支承され、この先端に歯車8を有している。
又軸9は前記工具取り付け軸5に旋回運動を起き
させるモータ111aに連結された回転軸で、第
2アーム110の先端に設けた軸受10によつて
回転可能に支承されていると共に、その先端部に
歯車11を有している。前記歯車8は第2アーム
110に軸受12を介して支承された中空軸13
の一端に固着された歯車14と噛み合つており、
中空軸13にはハーモニツクドライブ減速機(ハ
ーモニツクドライブシステムズ社製、商標)15
の駆動円盤15aが固着されており、このハーモ
ニツクドライブ減速機15の固定側外歯車15b
は、第2アーム側に固着され、且つその従動側外
歯車15cは軸受16を介して前記中空軸13に
回転可能に支承された回転伝達盤17に固着され
ている。この回転伝達盤17は、第2アーム11
0に軸受18により回転可能に支承された前記第
1手首要素1に固定されている。
In FIG. 2, 6 is the turning motor 112.
The shaft is rotatably supported by the second arm 110 by a bearing 7 attached to the tip of the second arm 110, and has a gear 8 at the tip.
The shaft 9 is a rotating shaft connected to a motor 111a that causes the tool attachment shaft 5 to rotate, and is rotatably supported by a bearing 10 provided at the tip of the second arm 110. It has a gear 11 in the section. The gear 8 has a hollow shaft 13 supported by a second arm 110 via a bearing 12.
It meshes with a gear 14 fixed to one end of the
The hollow shaft 13 is equipped with a Harmonic Drive reducer (manufactured by Harmonic Drive Systems, trademark) 15.
A drive disk 15a is fixedly attached to the fixed external gear 15b of the harmonic drive reducer 15.
is fixed to the second arm side, and its driven external gear 15c is fixed to a rotation transmission disk 17 rotatably supported by the hollow shaft 13 via a bearing 16. This rotation transmission disk 17 is connected to the second arm 11
The wrist element 1 is fixed to the first wrist element 1 which is rotatably supported by a bearing 18 at the same time.

前記軸9に取り付けられた歯車11は、第2ア
ーム110に取り付けられた軸受19及び20に
よつて回転可能に支承された前記中空軸13と同
軸に該中空軸13内に挿通された中空軸21の端
部に固着された歯車22と噛み合つており、この
中空軸21の他端に取り付けられた傘歯車23
は、前記第1手首要素1に軸受24を介して回転
可能に取り付けられた中空状の伝達軸25の末端
に固定された傘歯車26と直交状に噛み合つてい
る。
The gear 11 attached to the shaft 9 is a hollow shaft inserted into the hollow shaft 13 coaxially with the hollow shaft 13 rotatably supported by bearings 19 and 20 attached to the second arm 110. 21 and a bevel gear 23 attached to the other end of the hollow shaft 21.
meshes perpendicularly with a bevel gear 26 fixed to the end of a hollow transmission shaft 25 rotatably attached to the first wrist element 1 via a bearing 24.

上記中空軸25に軸受27を介して揺動可能に
取り付けられた前記第2手首要素2の中央部に
は、この第2手首要素2に取り付けられた軸受2
8によつて両持ち状で、且つ回転自在の中間歯車
29が取り付けられており、この中間歯車29は
前記伝達軸25の端部に固着された第2の回転伝
達部材の一種である歯車30と噛み合つている。
A bearing 2 attached to the second wrist element 2 is provided at the center of the second wrist element 2, which is swingably attached to the hollow shaft 25 via a bearing 27.
A rotatable intermediate gear 29 is mounted on both sides by 8, and this intermediate gear 29 is attached to a gear 30, which is a type of second rotation transmission member, fixed to the end of the transmission shaft 25. It's meshing with each other.

第2手首要素2に前記伝達軸25と平行になる
ように軸受31を介して回転可能に支承された中
空状の伝達軸32は、その端部に第2の回転伝達
部材の一種である歯車33を固着しており、この
歯車33と前記中間歯車29とが噛み合つてい
る。尚上記伝達軸25及び32は共に各手首要素
の軸芯に対して直角となるように配設されてい
る。
A hollow transmission shaft 32 rotatably supported on the second wrist element 2 via a bearing 31 so as to be parallel to the transmission shaft 25 has a gear at its end, which is a type of second rotation transmission member. 33 is fixed, and this gear 33 and the intermediate gear 29 mesh with each other. The transmission shafts 25 and 32 are both arranged perpendicular to the axis of each wrist element.

上記伝達軸32によつて軸受34を介して一端
を回動可能に支承された前記第3手首要素3は、
その端部に略円筒状の先端部材35を一体的に有
しており、この先端部材35に取り付けた軸受3
6によつて回転可能に支承された軸37の末端に
固定した傘歯車38は、前記伝達軸32の端部に
固定した傘歯車39と直交状に噛み合つている。
上記先端部材35内には、ハーモニツクドライブ
減速機40が内蔵されており、上記軸37はこの
ハーモニツクドライブ減速機の駆動円盤40aを
一体的に有しており、先端部材35に固定された
固定側外歯車40bと、上記駆動円盤40aとの
間に介在するフレクスプライン40dの一端が前
記先端部材35に軸受41を介して支承された前
記工具取り付け軸5に接続されている。
The third wrist element 3 is rotatably supported at one end by the transmission shaft 32 via a bearing 34.
It has a substantially cylindrical tip member 35 integrally at its end, and a bearing 3 attached to this tip member 35
A bevel gear 38 fixed to the end of the shaft 37 rotatably supported by the transmission shaft 32 meshes orthogonally with a bevel gear 39 fixed to the end of the transmission shaft 32.
A harmonic drive reducer 40 is built in the tip member 35, and the shaft 37 integrally has a driving disk 40a of the harmonic drive reducer, and is fixed to the tip member 35. One end of a flexspline 40d interposed between the fixed external gear 40b and the drive disc 40a is connected to the tool attachment shaft 5 supported by the tip member 35 via a bearing 41.

更に各手首要素に曲げの自由度を起こさせる図
示せぬモータ111bに接続された軸42は、前
記中空軸21に固着した傘歯車23の内径部に取
り付けた軸受43によつてその一端が回転可能に
支承され、且つその先端部に傘歯車44を固定的
に有している。この傘歯車44は前記伝達軸25
に軸受45を介して一端を支承され、且つ第1手
首要素1に取り付けた軸受46によつて他端を回
転可能に支承された連結軸47の中央部に設けた
傘歯車48と直交状に噛み合つている。この連結
軸47は図に示すように中空状の伝達軸25の中
空部に同軸状に挿通され、従つて第1手首要素1
の軸芯に対して直角に配設されている。この連結
軸47は中間部にハーモニツクドライブ減速機4
9の駆動円盤49aを固着しており、このハーモ
ニツクドライブ減速機49の固定側外歯車49b
は第1手首要素1に固着され、且つ従動側外歯車
49cは第2手首要素2に固着さている。尚第2
手首要素2は第1及び第3手首要素1及び3の両
側に配設された構造でその間をリブ50によつて
連結されている。
Further, a shaft 42 connected to a motor 111b (not shown) that allows each wrist element to bend freely has one end rotated by a bearing 43 attached to the inner diameter of a bevel gear 23 fixed to the hollow shaft 21. The bevel gear 44 is fixedly supported at the distal end thereof. This bevel gear 44 is connected to the transmission shaft 25
is perpendicular to a bevel gear 48 provided at the center of a connecting shaft 47 which has one end supported via a bearing 45 and the other end rotatably supported by a bearing 46 attached to the first wrist element 1. They mesh together. As shown in the figure, this connecting shaft 47 is coaxially inserted into the hollow part of the hollow transmission shaft 25, and therefore the first wrist element 1
is arranged perpendicular to the axis of the This connecting shaft 47 has a harmonic drive reducer 4 in the middle part.
9 is fixed to the drive disk 49a, and the fixed external gear 49b of this harmonic drive reducer 49 is fixed.
is fixed to the first wrist element 1, and the driven external gear 49c is fixed to the second wrist element 2. Furthermore, the second
The wrist element 2 is disposed on both sides of the first and third wrist elements 1 and 3, and is connected therebetween by a rib 50.

上記連結軸47はその端部(伝達軸25とは反
対側の端部)に第1の回転伝達部材の一種である
歯車51を固着しており、この歯車51は第2手
首要素2に軸受51によつて両持ち状で且つ回転
自在に支承された中間歯車53と噛み合つてい
る。更にこの中間歯車53は第2手首要素2に軸
受54によつて一端を回転自在に支承され、他端
を伝達軸32に取り付けた軸受55によつて回転
自在に支承された連結軸56の先端部に設けた歯
車57と噛み合つている。
The connecting shaft 47 has a gear 51 fixed to its end (the end opposite to the transmission shaft 25), which is a type of first rotation transmission member, and this gear 51 is attached to the second wrist element 2 with a bearing. It meshes with an intermediate gear 53 which is rotatably supported on both sides by 51. Furthermore, this intermediate gear 53 is rotatably supported at one end by a bearing 54 on the second wrist element 2, and at the tip of a connecting shaft 56 whose other end is rotatably supported by a bearing 55 attached to the transmission shaft 32. It meshes with a gear 57 provided in the section.

上記連結軸56は、第2手首要素と第3手首要
素との間に嵌入したハーモニツクドライブ減速機
58の駆動円盤58aを一体的に有しており、こ
のハーモニツクドライブ減速機58の固定側外歯
車58bは第2手首要素2に固着され、且つ従動
側外歯車58cは第3手首要素3に固着されてい
る。
The connecting shaft 56 integrally has a driving disk 58a of the harmonic drive reducer 58 fitted between the second wrist element and the third wrist element, and the fixed side of the harmonic drive reducer 58 The external gear 58b is fixed to the second wrist element 2, and the driven external gear 58c is fixed to the third wrist element 3.

ここでハーモニツクドライブ減速機について第
3図を参照して簡単に説明する。図に示すように
ハーモニツクドライブ減速機は、軸Aに楕円盤状
の駆動円盤Bを取り付け、この駆動円盤Bの外周
に複数の回転ローラRを介して容易に撓み得る材
質よりなるリング状のフレクスプラインCを密着
状に有しており、フレクスプラインCはその外周
上に複数の外歯Dを有し、この外歯Dはその外側
に装着された固定側外歯車E内に真円状に形成さ
れた内歯Fと長径部に於いて噛み合い、且つ短径
部に於いて離れている。外歯Dの歯数は、内歯F
に対して若干少なく形成されており、両者のピツ
チは同一である。例えば外歯Dが200枚の場合、
内歯Fは202枚程度に形成されている。又フレク
スプラインCには固定側外歯車Eに隣接する図示
せぬ従動側外歯車Gが噛み合つており、従動側外
歯車Gの内歯の歯数はフレクスプラインCの外歯
の歯数と同一となるように調整されている。即ち
従動側外歯車の内歯とフレクスプラインCの外歯
とはフレクスプラインCの外歯のピツチの方が従
動側外歯車Gの内歯のピツチより若干広くなるよ
うに形成されている。従つて駆動円盤Bを矢印H
で示すように回転させると、フレクスプラインC
の外歯Dと固定側外歯車Eの内歯Fとが順次噛み
合つていき、駆動円盤Bが一回転した時点で、フ
レクスプラインCは2歯分遅れた位置まで逆方向
に回転する。フレクスプラインCと従動側外歯車
Gとはおなじ歯数であるから、フレクスプライン
の回転に同期して従動側外歯車Gが回転し、従つ
て駆動円盤Bの一回転に対して従動側外歯車Gは
2歯分逆回転する如くなり、その減速比は2/
200=1/100となる。上記の説明ではEを固定
し、Gを従動側とした為、Gは駆動円盤37とは
逆方向に1/100の減速速度で回転することにな
るが、逆にGを固定した場合、外歯車Eは駆動円
盤37と同じ方向に減速されて回転する。
Here, the harmonic drive reduction gear will be briefly explained with reference to FIG. As shown in the figure, the harmonic drive reducer has an elliptical drive disc B attached to the shaft A, and a ring-shaped drive disc B made of a material that can be easily bent through a plurality of rotating rollers R on the outer periphery of the drive disc B. The flexible spline C has a plurality of external teeth D on its outer periphery, and the external teeth D have a perfect circular shape in the fixed external gear E mounted on the outside thereof. The long diameter portion meshes with the internal teeth F formed in the inner teeth F, and the short diameter portion is separated from the inner teeth F. The number of teeth of external teeth D is the same as that of internal teeth F.
The pitch of both is the same. For example, if there are 200 external teeth D,
The number of internal teeth F is approximately 202. Further, a driven external gear G (not shown) adjacent to the fixed external gear E is meshed with the flexspline C, and the number of internal teeth of the driven external gear G is equal to the number of external teeth of the flexspline C. adjusted to be the same. That is, the internal teeth of the driven external gear and the external teeth of the flexspline C are formed such that the pitch of the external teeth of the flexspline C is slightly wider than the pitch of the internal teeth of the driven external gear G. Therefore, drive disk B is indicated by arrow H
When rotated as shown, the flexspline C
The external teeth D of the fixed side external gear E and the internal teeth F of the stationary external gear E are successively meshed with each other, and when the drive disk B rotates once, the flexspline C rotates in the opposite direction to a position delayed by two teeth. Since the flexspline C and the driven external gear G have the same number of teeth, the driven external gear G rotates in synchronization with the rotation of the flexspline. G now rotates in the opposite direction by two teeth, and its reduction ratio is 2/
200=1/100. In the above explanation, E is fixed and G is set to the driven side, so G will rotate in the opposite direction to the drive disk 37 at a deceleration speed of 1/100. The gear E rotates at a reduced speed in the same direction as the drive disk 37.

従つて例えば連結軸47に取り付けたハーモニ
ツクドライブ減速機49についてみると、減速比
が1/100の場合、連結軸47が20回転すると従
動側外歯車49c及びこれに固着された第2手首
要素2が0.2回転即ち第1手首要素1に対して72゜
減速されて回転する。又連結軸47の回転は、歯
車51,53,57を介して他の連結軸56に伝
達され、連結軸56は47と同じ方向に回動し、
この回動によつて連結軸56に組み合わされたハ
ーモニツクドライブ減速機58の従動側外歯車5
8c、及びこれに固着された第3手首要素3が前
記のハーモニツクドライブ減速機49の場合と同
様に連結軸56の回転に対して1/100の減速比
で第2手首要素2の回動方向と同じ方向に低速回
転する。但し第2手首要素以後の回転運動に於い
ては、連結軸56の回転数は第2手首要素2の回
転角度によつて影響を受けるので、第3手首要素
の最終揺動角度はこれらの手首要素の回動角度分
だけ修正して演算する必要がある。
Therefore, for example, regarding the harmonic drive reducer 49 attached to the connecting shaft 47, when the reduction ratio is 1/100, when the connecting shaft 47 rotates 20 times, the driven external gear 49c and the second wrist element fixed thereto are 2 rotates at a speed of 0.2 rotations, that is, 72 degrees relative to the first wrist element 1. Further, the rotation of the connecting shaft 47 is transmitted to the other connecting shaft 56 via the gears 51, 53, 57, and the connecting shaft 56 rotates in the same direction as the connecting shaft 47.
Due to this rotation, the driven external gear 5 of the harmonic drive reducer 58 is combined with the connecting shaft 56.
8c, and the third wrist element 3 fixed thereto rotates the second wrist element 2 at a reduction ratio of 1/100 with respect to the rotation of the connecting shaft 56, as in the case of the harmonic drive reducer 49 described above. Rotate at low speed in the same direction as the direction. However, in the rotation movement after the second wrist element, the number of rotations of the connecting shaft 56 is affected by the rotation angle of the second wrist element 2, so the final swing angle of the third wrist element is determined by the rotation angle of the second wrist element 2. It is necessary to calculate by correcting the rotation angle of the element.

次いで上記の構造を有する手首機構に付いてθ3
からθ5の自由度に対する作動につき説明し本考案
の理解に供する。まずモータ112が回転して軸
6が回転すると、この回転は歯車8,14を介し
て中空軸13に伝達され、中空軸13の回転によ
つてハーモニツクドライブ減速機15の従動側外
歯車15cが中空軸13の回転数に対して減速さ
れて回転し、この従動側外歯車15cに回転伝達
円盤17を介して固定された第1手首要素1が軸
42の回りに低速回転し、第1手首要素1及びこ
れに取り付けられた第1手首要素1以降の手首要
素よりなる手首機構4全体が軸42の回りに低速
回転する。
Next, for the wrist mechanism with the above structure, θ3
The operation for the degree of freedom of θ5 will be explained to help understand the present invention. First, when the motor 112 rotates and the shaft 6 rotates, this rotation is transmitted to the hollow shaft 13 via the gears 8 and 14, and the rotation of the hollow shaft 13 causes the driven external gear 15c of the harmonic drive reducer 15 to rotate. rotates at a reduced speed with respect to the rotational speed of the hollow shaft 13, and the first wrist element 1 fixed to this driven side external gear 15c via the rotation transmission disk 17 rotates at a low speed around the shaft 42. The entire wrist mechanism 4 consisting of the wrist element 1 and the wrist elements after the first wrist element 1 attached thereto rotates around the shaft 42 at a low speed.

又モータ111aの回転により軸9が回転する
と、この回転は歯車11,22を介して中空軸2
1に伝達され、この中空軸21に固着された傘歯
車23及びこれと噛み合う傘歯車26、更にはこ
の傘歯車26と一体の伝達軸25が高速で回転す
る。伝達軸25の回転は更に歯車30,29,3
3を介して他方の伝達軸32に伝えられ、更に傘
歯車39,38を経て軸37を回転する。軸37
が回転すると、この回転はハーモニツクドライブ
減速機40に伝えられ、ハーモニツクドライブ減
速機40のフレクスプライン40dに固着された
工具取り付け軸5が低速で回転する。
Further, when the shaft 9 rotates due to the rotation of the motor 111a, this rotation is transmitted to the hollow shaft 2 through the gears 11 and 22.
1, the bevel gear 23 fixed to the hollow shaft 21, the bevel gear 26 meshing with the bevel gear 23, and the transmission shaft 25 integral with the bevel gear 26 rotate at high speed. The rotation of the transmission shaft 25 is further caused by gears 30, 29, 3.
3 to the other transmission shaft 32, and further rotates the shaft 37 via bevel gears 39 and 38. axis 37
When rotates, this rotation is transmitted to the harmonic drive reducer 40, and the tool attachment shaft 5 fixed to the flex spline 40d of the harmonic drive reducer 40 rotates at a low speed.

上記ハーモニツクドライブ減速機15及び40
は種々の回転伝達用の歯車列の最後に取り付けら
れ、最終的な回転対象である第1手首要素1や工
具取り付け軸5がハーモニツクドライブ減速機に
直接取り付けられるように構成されているが、前
記のようにこれらの減速機によつて回転速度が大
きい減速比で低下する為、ハーモニツクドライブ
減速機の入力側に設けた歯車のバツクラツシユや
図示せぬチエーン、タイミングベルト等によるガ
タや回転ムラがこの減速機による減速比の分だけ
縮小されて最終的な回転対象に伝達されるので、
結果的に第1手首要素1や工具取り付け軸4の回
転ムラがなくなり、極めて高い位置決め精度を得
ることが出来る。このような効果は次に述べる手
首に曲げの自由度を与える為のハーモニツクドラ
イブ減速機49や58についても同様に発揮され
る。
The above harmonic drive reducer 15 and 40
is attached to the end of various rotation transmission gear trains, and is configured so that the first wrist element 1 and tool attachment shaft 5, which are the final targets of rotation, are directly attached to the harmonic drive reducer. As mentioned above, these reducers reduce the rotational speed at a large reduction ratio, so there may be backlash or uneven rotation due to the backlash of the gears installed on the input side of the harmonic drive reducer, a chain (not shown), a timing belt, etc. is reduced by the reduction ratio of this reducer and transmitted to the final rotating object, so
As a result, uneven rotation of the first wrist element 1 and the tool attachment shaft 4 is eliminated, and extremely high positioning accuracy can be obtained. Such an effect is similarly exhibited by the harmonic drive reduction gears 49 and 58 for giving the wrist flexibility in bending, which will be described below.

更に図示せぬモータ111bの回転によつて軸
42が回転すると、その回転は傘歯車44,48
を経て連結軸47に伝達され、その回転は同時に
前記したように歯車11,53,57を経て隣合
う連結軸56に伝達される。同時に連結軸47の
回転によりハーモニツクドライブ減速機49の駆
動円盤49aが回転され、この回転が減速されて
従動側外歯車49cに伝達されて、この外歯車4
9cに固定された第2手首要素2を連結軸47を
中心として低速で回転せしめると共に、上記連結
軸56の回転も同様の作用でハーモニツクドライ
ブ減速機58を介して減速されたかたちで第3手
首要素3に伝えられ、第2、第3手首要素が同じ
方向に前記θ41及びθ42の量だけ折曲され、第3手
首要素及びこれに内蔵された工具取り付け軸5が
第2アーム110に対してθ4の分だけ折曲され
る。こうして軸6の回転によつて手首機構4全体
が第2アーム110の軸芯の回りに旋回すると共
に、軸9の回転によつて工具取り付け軸5が手首
機構4の動きに関係なく第3手首要素の軸芯の回
りに旋回し、更に軸42の回転によつて第2、第
3手首要素が夫々第1手首要素に対して同じ方向
に揺動、折曲されることが理解され、而もこれら
の駆動系に於ける被駆動物は全て減速機に直結さ
れて駆動されるので、減速機以前の回転ムラやガ
タによる影響が無視され、被駆動物の位置決め精
度が向上する。
Furthermore, when the shaft 42 rotates due to the rotation of the motor 111b (not shown), the rotation is caused by the bevel gears 44, 48.
The rotation is simultaneously transmitted to the adjacent connecting shaft 56 via the gears 11, 53, 57 as described above. At the same time, the rotation of the connecting shaft 47 rotates the drive disk 49a of the harmonic drive reducer 49, and this rotation is decelerated and transmitted to the driven external gear 49c.
The second wrist element 2 fixed to the second wrist element 9c is rotated at a low speed about the connecting shaft 47, and the rotation of the connecting shaft 56 is similarly slowed down via the harmonic drive reducer 58. This is transmitted to the wrist element 3, and the second and third wrist elements are bent in the same direction by the amount of θ41 and θ42, and the third wrist element and the tool attachment shaft 5 built therein are bent with respect to the second arm 110. and is bent by θ4. In this way, the rotation of the shaft 6 causes the entire wrist mechanism 4 to pivot around the axis of the second arm 110, and the rotation of the shaft 9 causes the tool attachment shaft 5 to rotate to the third wrist regardless of the movement of the wrist mechanism 4. It is understood that the second and third wrist elements are pivoted about the axis of the element, and that rotation of the shaft 42 causes the second and third wrist elements to swing and bend, respectively, in the same direction relative to the first wrist element; Since all of the driven objects in these drive systems are directly connected to the reducer and driven, the effects of uneven rotation and backlash before the reducer are ignored, improving the positioning accuracy of the driven objects.

上記の説明は本考案の一つの代表例について述
べたにすぎず、例えば減速機として使用した各ハ
ーモニツクドライブ減速機は遊星ギア減速機や遊
星ローラ減速機、その他に置き換えることが可能
であり、又第1及び第2の回転伝達手段として用
いた歯車30,29,33や51,53,57は
チエーンやタイミングベルトその他の回転伝達手
段に置き換えることが可能で、又噛み合い伝達手
段として示した傘歯車44,48や39,38等
は、その他の球面継手やウオームとウオームホイ
ール等に置き換えることも可能である。
The above explanation merely describes one representative example of the present invention; for example, each harmonic drive reducer used as a reducer can be replaced with a planetary gear reducer, a planetary roller reducer, or others. Further, the gears 30, 29, 33 and 51, 53, 57 used as the first and second rotation transmission means can be replaced with a chain, a timing belt, or other rotation transmission means, and the umbrella shown as the mesh transmission means It is also possible to replace the gears 44, 48, 39, 38, etc. with other spherical joints, worms, worm wheels, etc.

更に第2図には工具取り付け軸5を連結軸56
に直角となるように配置した場合を示したが、こ
れは一例であつて必ずしも直角とする必要はな
く、単に交差状に連結されているものであれば良
い。又上記の説明では懸架型の溶接用ロボツトに
ついて述べたが、これは一例であつて他の一般的
な多関節形ロボツト、マニプレータや直交型のそ
れらにも当然応用可能であり、又溶接用に限らず
シーリング作業や塗装用のロボツト、マニプレー
タその他種々の工作機械等にも適用することがで
きる。更に手首の折曲の自由度を第2手首要素及
び第3手首要素だけについて説明したが、第3手
首要素の先端に更に第4、第5と手首要素を接続
した場合についても同様に適用可能である。
Furthermore, in FIG. 2, the tool mounting shaft 5 is connected to the connecting shaft 56.
Although a case has been shown in which they are arranged at right angles to each other, this is just an example, and they do not necessarily have to be arranged at right angles, but may just be connected in a cross-like manner. Also, in the above explanation, the suspension type welding robot was described, but this is just an example, and it is naturally applicable to other general articulated robots, manipulators, and orthogonal types. It can also be applied to sealing work, painting robots, manipulators, and various other machine tools. Furthermore, although the degree of freedom of bending the wrist has been explained only for the second wrist element and the third wrist element, the same applies to the case where the fourth and fifth wrist elements are further connected to the tip of the third wrist element. It is.

本考案は以上述べた如く、一個の駆動側手首要
素と、該駆動側手首要素に対して揺動する一個の
従動側手首要素とによつて一組の手首関節を構成
し、二以上の手首関節を順次連結して自在に折曲
し得るようになした工業用ロボツト等の手首機構
に於いて、駆動側手首要素と従動側手首要素とを
両手首要素の軸芯に直角の連結軸を介して揺動自
在に連結し、各連結軸と従動側手首要素との間に
減速機を介在させて連結軸の回転を減速させて従
動側手首要素に伝達し、更に相隣合う連結軸を第
1の回転伝達部材によつて連結して手首要素間に
曲げの自由度を与えると共に、上記各手首要素に
それぞれ上記連結軸と同軸のな伝達軸を取り付
け、且つ相隣合う伝達軸を第2の回転伝達部材に
より連結し、更に最先端部の伝達軸と工具取り付
け軸とを噛み合い伝達機構を介して交叉状に連結
して工具取り付け軸に旋回の自由度を与えたこと
を特徴とする工業用ロボツト等の手首機構である
から、手首部分を駆動する機構が全て単純な回転
運動によつて制御されるので、手首先端の位置座
標を決定する演算が従来のフレキシブル手首機構
に比べて極めて容易となり、更に従来のリンク形
フレキシブル手首に対しても一つの関節の曲げ角
度を大きくとることが出来、ロボツトの適用率を
向上させることが出来る。而も最終的な被駆動要
素が減速機の出力側によつて直接駆動されるの
で、減速機以前のガタや回転ムラによる影響が被
駆動物の位置精度に影響することが無く極めて高
い位置決め精度を得ることが出来、又手首先端が
手首全体の旋回や手首の揺動運動とは別個に自由
に旋回運動することが出来るので、例えば塗装用
ロボツト等のように塗装ガン自身の旋回を必要と
するロボツトやマニプレータに適用して極めて好
適である。
As described above, the present invention constitutes a set of wrist joints by one driving side wrist element and one driven side wrist element that swings with respect to the driving side wrist element. In wrist mechanisms such as industrial robots in which the joints are successively connected and can be bent freely, the driving side wrist element and the driven side wrist element are connected by a connecting shaft perpendicular to the axes of both wrist elements. A speed reducer is interposed between each connecting shaft and the driven wrist element to decelerate the rotation of the connecting shaft and transmit it to the driven wrist element. The wrist elements are connected by a first rotation transmission member to provide flexibility in bending between them, and each wrist element is provided with a transmission shaft coaxial with the connection shaft, and the adjacent transmission shafts are connected to each other by a first rotation transmission member. The tool mounting shaft is connected by two rotation transmission members, and furthermore, the transmission shaft at the most distal end portion and the tool mounting shaft are connected in a cross-shaped manner via an interlocking transmission mechanism to give the tool mounting shaft a degree of freedom in turning. Since this is a wrist mechanism for an industrial robot, etc., the mechanism that drives the wrist part is all controlled by simple rotational movement, so the calculations to determine the position coordinates of the tip of the wrist are much easier than with conventional flexible wrist mechanisms. Furthermore, the bending angle of one joint can be increased compared to the conventional link type flexible wrist, and the application rate of the robot can be improved. Furthermore, since the final driven element is directly driven by the output side of the reducer, the positioning accuracy of the driven object is not affected by backlash or uneven rotation before the reducer, resulting in extremely high positioning accuracy. In addition, since the tip of the wrist can freely rotate independently of the rotation of the entire wrist and the swinging movement of the wrist, it is not necessary to rotate the painting gun itself, as in the case of, for example, painting robots. It is extremely suitable for application to robots and manipulators.

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

第1図は本考案の一実施例である手首要素を有
する溶接用ロボツト全体の側面図、第2図は同手
首要素の平断面図、第3図は同実施例に用いるこ
との出来るハーモニツクドライブ減速機の原理を
示す正断面図である。 符号の説明、1,2,3……手首要素、4……
手首機構、5……工具取り付け軸、6,9,42
……軸、47,56……連結軸、25,32……
伝達軸、15,40,49,58……ハーモニツ
クドライブ減速機、51,53,57……歯車
(第1の回転伝達部材)、29,30,33……歯
車(第2の回転伝達部材)、38,39……傘歯
車(噛み合い伝達機構)。
Fig. 1 is a side view of the entire welding robot having a wrist element which is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional plan view of the wrist element, and Fig. 3 is a harmonic that can be used in the embodiment. FIG. 2 is a front sectional view showing the principle of a drive reducer. Explanation of symbols, 1, 2, 3...Wrist element, 4...
Wrist mechanism, 5... Tool attachment axis, 6, 9, 42
...Shaft, 47, 56...Connection shaft, 25, 32...
Transmission shaft, 15, 40, 49, 58... Harmonic drive reducer, 51, 53, 57... Gear (first rotation transmission member), 29, 30, 33... Gear (second rotation transmission member) ), 38, 39...Bevel gear (meshing transmission mechanism).

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 1 一個の駆動側手首要素と、該駆動側手首要素
に対して揺動する一個の従動側手首要素とによ
つて一組の手首関節を構成し、二以上の手首関
節を順次連結して自在に折曲し得るようになし
た工業用ロボツト等の手首機構に於いて、駆動
側手首要素と従動側手首要素とを両手首要素の
軸芯に直角の連結軸を介して揺動自在に連結
し、各連結軸と従動側手首要素との間に減速機
を介在させて連結軸の回転を減速させて従動側
手首要素に伝達し、更に相隣合う連結軸を第1
の回転伝達部材によつて連結して手首要素間に
曲げの自由度を与えると共に、上記各手首要素
にそれぞれ上記連結軸と同軸の伝達軸を取り付
け、且つ隣合う伝達軸を第2の回転伝達部材に
より連結し、更に最先端部の伝達軸と工具取り
付け軸とを噛み合い伝達機構を介して交叉状に
連結して工具取り付け軸に旋回の自由度を与え
たことを特徴とする工業用ロボツト等の手首機
構。 2 噛み合い伝達機構と工具取り付け軸とが減速
機を介して連結されている実用新案登録請求の
範囲第1項に記載した手首機構。
[Claims for Utility Model Registration] 1. A pair of wrist joints is composed of one driving wrist element and one driven wrist element that swings with respect to the driving wrist element, and two or more In a wrist mechanism such as an industrial robot in which the wrist joints are sequentially connected and can be bent freely, the driving side wrist element and the driven side wrist element are connected by a connecting axis perpendicular to the axes of both wrist elements. A reducer is interposed between each connecting shaft and the driven wrist element to decelerate the rotation of the connecting shaft and transmit it to the driven wrist element. The first
A rotation transmission member connects the wrist elements to provide a degree of freedom in bending between the wrist elements, and a transmission shaft coaxial with the connection shaft is attached to each wrist element, and the adjacent transmission shaft is connected to a second rotation transmission member. An industrial robot, etc., which is connected by a member, and furthermore, a transmission shaft at the leading end and a tool mounting shaft are connected in a cross-shaped manner through an interlocking transmission mechanism to give the tool mounting shaft a degree of freedom in rotation. wrist mechanism. 2. The wrist mechanism as set forth in claim 1 of the utility model registration claim, in which the meshing transmission mechanism and the tool attachment shaft are connected via a speed reducer.
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