JPS637918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、関節型ロボツト、即ち垂直軸心廻り
に旋回する旋回基台と、この旋回基台上に設けら
れ且つ夫々互いに平行な水平軸心廻りで折曲回動
自在に結合された第一アーム、第二アーム、及び
手首アームから成る関節アーム手段とを備えた関
節型ロボツトの駆動機構に関し、アーム等被動部
を駆動するモーターは関節アーム手段の基部側に
配置して関節アーム手段駆動時の慣性モーメント
を小さくし乍ら、歯車減速装置は被動部に近い位
置に配置して高精度のアーム駆動を容易ならしめ
んとするものである。

以下、本発明の一実施例を添付の例示図に基づ
いて説明すると、第１図に於て、１は据え付け基
台、２は垂直軸心３の廻りに旋回する旋回基台、
４は該旋回基台２上に設けられた関節アーム手段
である。この関節アーム手段４は、旋回基台２に
対して水平軸心５の廻りで回動自在に内端を軸支
された第一アーム６と、この第一アーム６の外端
一側部に水平軸心７の廻りで回動自在に軸支され
た第二アーム８と、第二アーム８の外端一側部
（前記第一アーム６が位置する側）に水平軸心９
の廻りで回動自在に軸支された手首アーム１０と
を備えており、前記手首アーム１０には、水平軸
心９に対して直角な軸心１１の廻りで自転する手
首本体１２が設けられている。尚、前記各水平軸
心５，７，９は互いに平行である。

第２図及び第３図に示すように前記旋回基台２
は、円筒状の据え付け基台１の上端に外嵌した状
態で軸受１３により旋回可能に支持されている。
１４は旋回基台駆動用モーターであつて、据え付
け基台１内に垂直軸心３と同心状態に支持され、
その上向きの出力軸１４ａには歯車減速機１５
（ハーモニツク減速機等）の入力軸１５ａが結合
され、該歯車減速機１５の上向き出力軸１５ｂが
前記旋回基台２のベースプレート２ａに固定され
ている。１６は、据え付け基台１内に立設され且
つ前記モーター１４を内包するモーター支持用円
筒体であつて、この円筒体１６の上端に付設され
且つ前記歯車減速機１５を内包する円錐筒状部材
１７が、ブラケツト１８を介して前記モーター１
４を吊り下げると共に前記歯車減速機１５の入出
力軸１５ａ，１５ｂを軸受１９により支承する。

従つて、モーター１４の出力軸１４ａの回転
は、歯車減速機１５によつて減速された状態で旋
回基台２に伝達され、旋回基台２が据え付け基台
１に対して垂直軸心３の廻りで回転せしめられる
ことになる。

２０は第一アーム駆動用モーターであつて、前
記旋回基台２内のベースプレート２ａ上に、前記
垂直軸心３に接近した状態で据え付けられてい
る。このモーター２０の出力軸２０ａは、歯付き
ベルト車２１，２２及び歯付きベルト２３を介し
て減速用遊星歯車装置２４の中央入力軸２４ａと
連動連結されており、該減速用遊星歯車装置２４
は水平軸心５と同心状態に配置され、その外側固
定リング２４ｂが旋回基台２の上部に突設された
軸受部２５に支持されると共に、リング状出力回
転体２４ｃが第一アーム６の一側部に固定されて
いる。

従つて、モーター２０の出力軸２０ａの回転
は、歯付きベルト車２１，２２及び歯付きベルト
２３を介して減速用遊星歯車装置２４の中央入力
軸２４ａに伝達され、この装置２４によつて減速
された後、リング状出力回転体２４ｃより第一ア
ーム６に伝達され、この第一アーム６が旋回基台
２に対して水平軸心５の廻りで回転せしめられる
ことになる。

２６は、水平軸心５と同心状態に配置された手
首アーム駆動用モーターであつて、前記歯付きベ
ルト車２２をカバーするブラケツト２７を介して
前記軸受部２５に支持されている。このモーター
２６は、その出力軸２６ａに連結された歯車減速
機（ハーモニツク減速機等）２８及び回転軸２９
を介して無端チエン３０を駆動する。前記回転軸
２９は、前記減速用遊星歯車装置２４の中央入力
軸２４ａ内を貫通する状態で、第一アーム６の二
股状内端部間に位置するように旋回基台２上に突
設された中央軸受部３１と前記モーター支持用ブ
ラケツト２７とに両端を支承され、一端は前記歯
車減速機２８の出力回転体２８ａに結合されてい
る。前記無端チエン３０は前記第一アーム６の一
側部に張設され、前記回転軸２９の内端に固定さ
れた歯輪３２と、第４図及び第５図に示すように
第二アーム８の回動中心である水平軸心７と同心
状態の歯輪３３との間に掛張されている。この歯
輪３３は、第二アーム８に水平軸心７と同心状態
に固定され且つ第一アーム６側に突出する筒軸３
４に回転自在に支承されている。３５は第二アー
ム８の一側部に張設された無端チエンであつて、
歯輪３６，３７間に掛張されている。前記歯輪３
６は前記歯輪３３と一体に形成され、前記歯輪３
７は、前記手首アーム１０に固着され且つ水平軸
心９と同心状態で第二アーム８の外端部に支承さ
れている筒軸３８に固定されている。

従つて、モーター２６の出力軸２６ａの回転
は、歯車減速機２８によつて減速された状態で、
回転軸２９、歯輪３２、無端チエン３０、歯輪３
３，３６、無端チエン３５、及び歯輪３７を経由
して筒軸３８に伝達され、手首アーム１０が第二
アーム８に対して水平軸心９の廻りで回転せしめ
られる。

第２図に於て、３９は手首本体駆動用モーター
であつて、その出力軸３９ａに連結された歯車減
速機（ハーモニツク減速機等）４０及び回転軸４
１を介して無端チエン４２を駆動する。前記回転
軸４１は第一アーム６の回転中心である水平軸心
５と同心状態で、前記旋回基台２から上向きに突
設された軸受部４３と前記中央軸受部３１とに両
端が支承され、外端が前記歯車減速機４０の出力
回転体４０ａに結合されている。前記モーター３
９と歯車減速機４０は、前記軸受部４３に固定さ
れたブラケツト４４に水平軸心５と同心状態で支
持されている。尚、第一アーム６の二股状内端部
の内、中央軸受部３１と軸受部２５との間に遊嵌
する端部は、前記のように減速用遊星歯車装置２
４を介して回転軸２９に支承されているが、中央
軸受部３１と軸受部４３との間に遊嵌する側の端
部は前記回転軸４１に直接支承されている。前記
無端チエン４２は第一アーム６の前記無端チエン
３０のある側とは反対の側に張設され、前記回転
軸４１に固定の歯輪４５と、第４図及び第５図に
示すように前記水平軸心７と同心状態の歯輪４６
との間に掛張されている。この歯輪４６は、前記
筒軸３４内を貫通する状態で第一アーム６と第二
アーム８とにわたつて支承された回転軸４７の第
一アーム側端部に固定されている。４８は、第二
アーム８の前記無端チエン３５のある側とは反対
の側に張設された無端チエンであつて、前記回転
軸４７の第二アーム側端部に固定された歯輪４９
と、前記筒軸３８内に同心状に支承された回転軸
５０の一端に固定の歯輪５１との間に掛張されて
いる。前記回転軸５０は、前記手首本体１２の駆
動軸５２と傘歯車５５，５４を介して連動連結す
る。

従つて、モーター３９の出力軸３９ａの回転
は、歯車減速機４０によつて減速された状態で、
回転軸４１、歯輪４５、無端チエン４２、歯輪４
６、回転軸４７、歯輪４９、無端チエン４８、歯
輪５１、回転軸５０、及び傘歯車５３，５４を介
して手首本体駆動軸５２に伝達され、手首本体１
２が手首アーム１０に対して軸心１１の廻りで回
転せしめられることになる。

第３図に於て、５５は第二アーム駆動用モータ
ーであつて、第一アーム６が図示のように下動限
位置まで水平軸心５の廻りで回動したとき、水平
軸心５の略真上に位置するように、第一アーム６
の内端上側部に、その出力軸５５ａが水平軸心５
と平行になる状態で据え付けられている。このモ
ーター５５の出力軸５５ａは、第一アーム６の中
間位置に支承された中間回転軸５６と、歯付きベ
ルト車５７，５８及び歯付きベルト５９を介して
連動連結し、前記中間回転軸５６は、第５図に示
すように減速用遊星歯車装置６０の中央入力軸６
０ａと、歯付きベルト車６１，６２及び歯付きベ
ルト６３を介して連動連結している。前記減速用
遊星歯車装置６０は、その中央入力軸６０ａ内を
前記水平軸心７と同心状の回転軸４７が貫通する
状態で第一アーム６の外端内部に支承され、その
外側固定リング６０ｂは第一アーム６に固定さ
れ、リング状出力回転体６０ｃは第二アーム８側
に固定の筒軸３４の拡径筒部３４ａに固定されて
いる。

従つて、モーター５５の出力軸５５ａの回転
は、歯付きベルト車５７，５８及び歯付きベルト
５９を介して中間回転軸５６に伝達され、更に歯
付きベルト車６１，６２及び車付きベルト６３を
介して減速用遊星歯車装置６０の中央入力軸６０
ａに伝達され、当該装置６０によつて減速された
後、そのリング状出力回転体６０ｃより筒軸３４
に伝達され、第二アーム８が第一アーム６に対し
て水平軸心７の廻りで回転せしめられることにな
る。

第３図に於て、６４はスプリングバランサーで
あつて、旋回基台２に略上下方向に固定されたシ
リンダー６５と、このシリンダー６５内に摺動可
能に内装され且つ主コイルスプリング６６によつ
て下向きに付勢されたピストン６７と、このピス
トン６７から上向きに突設されたロツド６８と、
ピストン６７の上昇行程の終盤に於て圧縮作用を
受ける副コイルスプリング６９とから構成されて
いる。７０は、第一アーム６の回転中心である水
平軸心５の廻りで回転自在な回転リングであつ
て、第２図に示すように減速用遊星歯車装置２４
のリング状出力回転体２４ｃ上に回転自在に遊嵌
せしめられている。この回転リング７０には、歯
輪の一部分を利用したチエンガイド７１が突設さ
れており、このチエンガイド７１の上端に一端を
係止したチエン７２の他端を、このチエンガイド
７１上に該チエン７２を乗せた状態で前記スプリ
ングバランサー６４のロツド６８に係止させると
共に、前記回転リング７０に同心状に形成した長
孔７３内に、第２図に示すように第一アーム６の
側面から突設したピン７４を遊嵌している。そし
て、第一アーム６が、垂直に起立する位置より約
30゜後方に倒れた上動限位置Ａから約60゜前方の中
間位置Ｂまで、略前後方向の回動範囲R1に於て
回動するときは、回転リング７０が仮想線で示す
ように、チエンガイド７１の下端が旋回基台２上
に当接する戻り限に於て停止したままで、ピン７
４が長孔７３内をａ位置からｂ位置までの回動範
囲r1で遊動し、第一アーム６が、前記中間位置Ｂ
から略水平の下動限位置Ｃまで、略上下方向の回
動範囲R2に於て回動するときは、ピン７４が長
孔７３の上端に当接して、ｂ位置からｃ位置まで
の回動範囲r2に於て回動リング７０を図の時計方
向に回動させ、チエン７２、ロツド６８、及びピ
ストン６７を介して主コイルスプリング６６を圧
縮させるように構成されている。

従つて、第一アーム６が略前後方向の回動範囲
R1内を回動するときは、スプリングバランサー
６４は作用せず、第一アーム６が略上下方向の回
動範囲R2内を回動しているときのみ、中間位置
Ｂから下方への回転角に比例してスプリングバラ
ンサー６４の主コイルスプリング６６が圧縮さ
れ、その反力が、重力によつて第一アーム６に作
用する下向きの回転力を打ち消す方向に、即ち第
一アーム持ち上げ方向に作用し、この第一アーム
６を回動させるモーター２０に掛る負荷を軽減す
る。尚、第一アーム６が下動限位置Ｃに到達する
少し前から下動限位置Ｃに到達するまでの回動範
囲内にあるとき、即ち重力によつて第一アーム６
に作用する下向きの回転力が最大となる領域に於
ては、主コイルスプリング６６でけでなく副コイ
ルスプリング６９も圧縮され、第一アーム６に作
用する持ち上げ力が増強される。

以上のように構成された関節型ロボツトによれ
ば、モーター１４によつて行わせる旋回基台２の
垂直軸心３廻りの旋回動作と、モーター２０によ
つて行わせる第一アーム６の水平軸心５廻りの回
転動作と、モーター５５によつて行わせる第二ア
ーム８の水平軸心７廻りの回転動作と、モーター
２６によつて行わせる手首アーム１０の水平軸心
９廻りの回転動作と、モーター３９によつて行わ
せる手首本体１２の軸心１１廻りの回転動作とを
適宜組み合せることにより、手首本体１２に取付
けられた各種ロボツトハンドを任意の位置から他
の任意の位置へ任意の経路に於て移動させ、当該
ロボツトハンドによる所期の作業を行わせること
が出来る。

尚、本発明に於いて使用された減速用遊星歯車
装置２４，６０の詳細構造の図示及び説明は省略
したが、入力用回転体（実施例では中央入力軸２
４ａ，６０ａ）と出力用回転体（実施例ではリン
グ状出力回転体２４ｃ，６０ｃ）とを同心状態に
備えた各種の遊星歯車装置は従来周知であり、こ
れら従来周知のものから適当な遊星歯車装置を応
用することが出来る。

本発明の関節型ロボツト駆動機構は以上のよう
に実施し使用し得るものであつて、その最大の特
徴は、関節アーム手段のアームの内、少なくとも
１つのアーム（以下、特定アームと云う。実施例
では第一アーム６及び第二アーム８）の回動中心
部に、互いに同心状態に入力用回転体（実施例で
は中央入力軸２４ａ，６０ａ）と出力用回転体
（実施例ではリング状出力回転軸体２４ｃ，６０
ｃ）とを備えた減速用遊星歯車装置を同心状態に
配置し、この遊星歯車装置よりも旋回基台側に離
して設置した特定アーム駆動用モーター（実施例
ではモーター２０，５５）と前記遊星歯車装置の
入力用回転体とを巻掛伝動手段（実施例では歯付
きベルト２３を利用した伝動手段、及び歯付きベ
ルト５９，６３を利用した伝動手段）により連動
連結し、前記遊星歯車装置の出力用回転体（実施
例ではリング状出力回転体２４ｃ，６０ｃ）は前
記特定アームに結合し、この遊星歯車装置の中心
を相対回転自在に貫通支持させた回転軸（実施例
の回転軸２９，４７）を、この回転軸よりも関節
アーム手段の先端側にある他のアーム等被動部
（実施例の手首アーム１０、手首本体１２）への
回転力伝達中継軸に利用した点にある。

このような本発明の構成によれば、重量の大な
るモーターは旋回基台又はこれに近い位置に配置
されるので、当該モーターが被動部に近い位置に
配置される場合に比べて関節アーム手段駆動時の
慣性モーメントが小さくなり、モーターの小容量
化が図れると共に制御が容易になる。しかもこの
モーターに減速用遊星歯車装置を直結するのでは
なく、当該減速用遊星歯車装置は被動部であるア
ームの回動中心に直結されるので、減速された後
の低速回転軸を伝達する巻掛伝動手段が皆無とな
り、高精度のアーム駆動が可能となる。更に、こ
の減速用遊星歯車装置の中心を貫通する回転軸を
経由させて他のアーム等被動部への回転力伝達を
行わせるので、関節アームの関節部に減速用遊星
歯車装置が配置されるにも拘わらず、当該関節部
をコンパクトに構成し得ると共に、アームを前記
回転力伝達中継軸を利用して頑丈に支承し得る。

尚、実施例では第一アーム６と第二アーム８の
駆動機構として本発明の構成を利用したが、何れ
か一方にのみ利用しても良いし、手首アーム１０
の駆動機構として利用することも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は全体の斜視図、第２図は旋回基台周り
の縦断正面図、第３図はスプリングバランサー周
りの縦断側面図、第４図は関節アーム手段の側面
図、第５図は同一部横断面平面図である。 １……据え付け基台、２……旋回基台、３……
旋回中心となる垂直軸心、４……関節アーム手
段、５，７，９……回動中心となる水平軸心、６
……第一アーム、８……第二アーム、１０……手
首アーム、１２……手首本体、１４……旋回基台
駆動用モーター、１５，２８，４０……歯車減速
機（ハーモニツク減速機等）、２０……第一アー
ム駆動用モーター、２３，５９，６３……歯付き
ベルト、２４，６０……減速用遊星歯車装置、２
４ａ，６０ａ……中央入力軸、２４ｂ，６０ｂ…
…外側固定リング、２４ｃ，６０ｃ……リング状
出力回転体、２５，４３……左右一対の軸受部、
２６……手首アーム駆動用モーター、２９，４
１，４７，５０，５６……回転軸、３０，３５，
４２，４８……無端チエン、３１……中央軸受
部、３４……第二アームに固定の筒軸、３８……
手首アームに固定の筒軸、５２……手首本体駆動
軸、５５……第二アーム駆動用モーター、６４…
…スプリングバランサー、６６……主コイルスプ
リング、６７……ピストン、６９……副コイルス
プリング、７０……回転リング、７１……チエン
ガイド、７２……チエン、７３……長孔、７４…
…第一アームに固定のピン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 垂直軸心廻りに旋回する旋回基台と、この旋
   回基台上に設けられ且つ夫々互いに平行な水平軸
   心廻りで折曲回動自在に結合された第一アーム、
   第二アーム、及び手首アームから成る関節アーム
   手段とを備えた関節型ロボツトに於いて、前記各
   種アームの内、少なくとも１つのアーム（以下、
   特定アームと云う）の回動中心部に、互いに同心
   状態に入力用回転体と出力用回転体とを備えた減
   速用遊星歯車装置を同心状に配置し、この遊星歯
   車装置よりも旋回基台側に離して設置した特定ア
   ーム駆動用モーターと前記遊星歯車装置の入力用
   回転体とを巻掛伝動手段により連動連結し、前記
   遊星歯車装置の出力用回転体は前記特定アームに
   結合し、この遊星歯車装置の中心を相対回転自在
   に貫通させた回転軸を、この回転軸よりも関節ア
   ーム手段の先端側にある他のアーム等被動部への
   回転力伝達中継軸に利用した関節型ロボツトの駆
   動機構。