WO1984001539A1 - Wrist mechanism for industrial robot - Google Patents

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WO1984001539A1
WO1984001539A1 PCT/JP1983/000368 JP8300368W WO8401539A1 WO 1984001539 A1 WO1984001539 A1 WO 1984001539A1 JP 8300368 W JP8300368 W JP 8300368W WO 8401539 A1 WO8401539 A1 WO 8401539A1
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WO
WIPO (PCT)
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wrist
industrial
motion
robot
wrist mechanism
Prior art date
Application number
PCT/JP1983/000368
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English (en)
French (fr)
Inventor
Seiichiro Nakashima
Shigemi Inagaki
Susumu Ito
Original Assignee
Fanuc Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Ltd filed Critical Fanuc Ltd
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Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1005—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means
    • B25J9/101—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means using limit-switches, -stops

Definitions

  • the present invention relates to a wrist mechanism for an industrial ⁇ -bot, and particularly to a robot wrist having at least two substantially orthogonal two-axis centers.
  • the present invention relates to a wrist mechanism for an industrial lot in which detection means for detecting one part trap and an operation origin are provided on one axis in a coaxial arrangement.
  • a robot arm and a robot wrist are provided at the end of the robot arm, and a robot han is attached to the end of the robot wrist. It is formed so as to perform various ⁇ -bottom operations such as gripping, transporting, or special work such as assembly by a hand. For this reason, in the case of an industrial mouth pot, it is possible to move and change the posture of a robot hand in space by giving freedom of movement to the arm and wrist, respectively. Grasping and work are performed depending on the degree of freedom of operation of the robot hand.])
  • the robot is configured to achieve a desired robot operation. Therefore, a driving source for driving the arm and wrist of the industrial robot can be attached to the industrial robot itself.
  • the wrist movement drive source is the mouth pot arm
  • Rotational motion is transmitted to the wrist from an electric motor or the like provided on the top or near the end of the robot arm via a motion transmission mechanism housed in the arm, and this rotational motion is transmitted.
  • a method of obtaining the above-described swinging motion, swivel (turning) motion, and the like by the motion mechanism provided in the wrist is adopted.
  • the robot controller In order to control this to a desired and appropriate amount in the movement, swivel movement, etc., and to obtain the desired rotation, the robot controller must In general, a taught control program is stored, and a command is given from the control program to a drive source such as the electric motor.
  • An object of the present invention is to provide, when the above-mentioned over-label detecting means and operating origin detecting means are provided on a wrist of an industrial rot, at least a biaxial center which is at least substantially orthogonal. In this case, an improved configuration is not provided in the case where an upper trap detecting means and an operating origin detecting means are provided on a wrist having two degrees of freedom.
  • a bevel gear mechanism is provided on one of the oscillation transmitting mechanism and the swinging mechanism to change the motion direction by 90 °.
  • the industrial ⁇ is characterized in that the overtravel detecting means or the operating origin detecting means for both operations are coaxially arranged on one of the orthogonal two axes.
  • a wrist mechanism for the bot is provided.
  • the above-mentioned over-label detecting means or operation detecting means is engaged with the rotating disk type dog and the rotating disk circular dog.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment showing the outer structure of an articulated arm-shaped industrial rod as an example of an industrial ⁇ -pot equipped with a wrist mechanism according to the present invention
  • FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a motion transmitting mechanism for a wrist applied to a wrist
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a specific configuration example of a wrist mechanism according to the present invention
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an articulated arm-shaped industrial ⁇ -port provided with a wrist mechanism according to the present invention.
  • an industrial lot is a robot.
  • the robot base 10 is mounted on the revolving base 12 so as to be rotatable in a direction indicated by an arrow wI ".
  • the mounting is performed by a root means or the like.
  • the tail end of the mouth pot upper arm 16 is pivotally mounted around the axis 3].
  • the robot arm 16 is provided so as to be able to swing in both directions indicated by an arrow " ⁇ ⁇ ".
  • mouth pop preparative forearm 2 0 at the upper end 1 8 of the ⁇ Tsu preparative upper arm 1 6 is about the C 2 axis, and undulating rotatably to set only be in both directions indicated by arrows "in".
  • the forearm 20 is a tip of the forearm main part 22 extending forward from the axis C2.
  • wrist 3 0 is attached to, whereas, were or are have a relatively short rear extension portion 2 6 to whether we rearwardly C 2 axis, wrist portion 3 0 the wrist base 3 2, the wrist base
  • An inner wrist 36 fixed to 32 and held by an outer wrist 34 and a hand holding portion 38 attached to the inner wrist 36 are provided.
  • the wrist base 32 is free to pivot with the outer wrist 34 in both directions with respect to the forearm main part 22 in the direction indicated by the arrow "] V", while the inner wrist 36 is opposed to the outer wrist 34. It is formed to rotate freely in both directions indicated by arrows "V”.
  • a drive source for driving various operations of the above-described robot base 10 ⁇ robot upper arm 16 ⁇ robot, robot forearm 20, and wrist 30 is provided.
  • b ball to swivel base 1 2 are arranged close motors M 5 is then via the motion-transmitting mechanism in the base table 1 2, arrow Tsu bets base 1 0 '' I "is driven in the direction the drive
  • the motor M1 is the drive source for the swing of the robot upper arm 16 in the direction of the arrow, C "of the robot upper arm 16.
  • the motor is located behind the upper arm 16
  • Motors arranged parallel to 1 Is provided as a drive source for the undulating operation in the direction of the arrow "1E" of the n-t forearm 20.
  • various mechanisms such as the operation transmission mechanism, the direction changing mechanism, and the speed reduction mechanism are provided between the motors forming these drive sources and the respective driven parts, as described above. , 48 and 50 are a part of those mechanisms.
  • ⁇ 2 , ⁇ 3, ⁇ 4 collectively act on the rear extension 26 of the forearm 20, that is, apply a momentary force about the C 2 axis to the rear extension 26, and 2 0 and about the C 2 axis is attached, et al. are Ni Let 's Ru door an eye M o d e n t convex to for work with respect to the main body portion 2 2.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an articulated arm type industrial robot in which the robot base body 10 is swiveled on a swivel base.
  • the wrist mechanism of the present invention described below can also be applied to an articulated industrial ⁇ -boat in which the rod base moves laterally on the bur.])
  • the present invention can also be applied to, for example, an industrial robot having a cylindrical coordinate system having a linear motion arm and a wrist at the tip of the linear motion arm.
  • the three movement degrees of freedom of the wrist part 30 are driven by the motors M 2 , M 3, and M 4 as described above, but these motors are connected to external robots.
  • G. It is formed by an electric motor that operates in response to a command signal from the control device.
  • the outer shaft 5 second inner end disposed inside the main body portion 2 2 of the forearm 2 0 after deceleration by the reduction gear device 6 0 of the motor M 2 Is transmitted to the outer shaft 52 through a pair of combined gear mechanisms 62, and is transmitted to the wrist base 32 and the outer wrist 34 connected to the outer end of the outer shaft 52.
  • 3 Turn 4 in the direction of arrow IV (Fig. 1).
  • Reference numerals 64 and 64 denote rotating bearings provided between the forearm main part 22 and the outer shaft 52. It is to be noted that a well-known Harmonic Drive (registered trademark) reduction gear as the reduction gear 60 is advantageous because it can obtain a high-speed ratio with a contact II shape. Also, motor - rotary driving force of the motor M 3 are Bae Le bets: ° - Re mechanism 7 4 through the, inner end of the hollow center shaft 5 4 provided coaxially arranged inside the outer shaft 5 2 Bevel gear combining mechanism consisting of a pair of bevel gears 78a and 78b
  • the reason why the bevel tooth combination mechanism 78 is provided here is that the forearm 20 and the wrist 3 are coaxially arranged with an operation transmission mechanism for transmitting the rotational force from the motor M4 described later. Con- nection within both 0s. This is because the three motion transmission mechanisms are housed in the cut, and the motors M 3 and M 4 are separately arranged on both sides of the forearm 20 to obtain a lens structure.
  • the tiller transmitted to the center shaft 54 is a pair of bevel gears 80 a provided at the outer end of the center shaft 54 and inside the outer wrist 34.
  • the bevel gear combining mechanism 80 composed of 80b is transmitted to the reduction gear 84 via a pair of belt pulley machines 82 provided inside the outer wrist 34 as well.
  • apparatus Hardmonic drive
  • the output vehicle 84a is transmitted to the fixed wrist 36, and the inner wrist
  • the head is swung about an axis that is substantially perpendicular to the rotation axis of step 5. That is, this swinging motion is the motion indicated by the arrow "V" in FIG.
  • This wrist is swung about an axis that is substantially perpendicular to the rotation axis of step 5. That is, this swinging motion is the motion indicated by the arrow "V" in FIG.
  • This wrist is swung about an axis that is substantially perpendicular to the rotation axis of step 5. That is, this swinging motion is the motion indicated by the arrow "V" in FIG.
  • the swing motion of the outer wrist 3 4 is performed in the direction of the arrow '' V ".], And the hand holding portion 3 8 provided inside the inner wrist 36 is also integrated. It goes without saying that they operate in the same direction.
  • the rotational force transmitted to the inner shaft 56 is provided at the outer end of the inner shaft 56 and inside the outer wrist 34 by the arrangement facing the above-described bevel gear combination machine 80.
  • a reduction device 9 4 (from the inner wrist 36) from the hybrid drive is provided through a pair of belt pulley mechanisms 92 provided inside 34. Provided on the inner side), and a pair of bevel gear combination mechanisms 9 composed of a bevel gear 96 b that is coupled to a fixed bevel gear 96 a to which an output wheel 94 a of the reduction gear 94 is fixed. 6 via hand It is transmitted to the holding unit 3 8. Accordingly, the hand holding portion 38 pivots around an axis centered substantially coaxially with the rotation center of the inner shaft 56 indicated by an arrow "I" in FIG.
  • the hand holding portion 38 pivots in the direction of the arrow “V [” with respect to the inner wrist 36, and the robot and the head hank attached to the hand holding portion 38.
  • the motors M 2 , M a, and M 4 are formed by electric motors, the operation of the three degrees of freedom described above at the wrist 30 is performed by the lock control device. Needless to say, it is possible to control the desired amount of turning according to these commands.
  • the above-mentioned motion transmission nucleus is provided with two reduction gears 84, 94 inside the wrist 30, so that the forearm
  • the high-speed rotating shafts 54 and 56 are coaxially arranged inside the low-speed rotating shaft 52 during the rotation of the forearm 20. This is a significant point in that the shape of the forearm 20 is slender and the mechanical rigidity can be improved. Advantageous forces The wrist mechanism of the present invention described below
  • the motor M 3 may also be applied to an example in which the reduction gear in the same manner as the motor M 2 in the proximity of the motor M 4.
  • the swing range of the inner wrist 36 is set to about 200 ° around the axis of the operation.
  • One full turn (360.) or more in holding section 38 The swivel motion angle is set.
  • the hand holding section 38 is 180 in the clockwise direction and 180 ° in the counterclockwise direction. Is set so as to have a total operating angle range of 360 °, and is thus formed so as to achieve a desired locking operation.
  • the gear ratio between the large-diameter bevel gear 96a and the small-diameter bevel gear 96 is appropriately set.
  • the hand holding portion 38 is designed so that a desired scroll operation angle range can be obtained.
  • both the personal label and the near zero detecting means are provided in a coaxial arrangement.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a specific configuration example of the wrist portion 30 provided with the above-mentioned super-trap and detecting means
  • FIG. the IV of FIG. 3 - is a -f H, earthenware pots partial plan view on IV lines.
  • the same reference numerals as in Fig. 2 indicate the corresponding concrete elements or parts of the elements or parts shown in Fig. 2.
  • the inner wrist 36 of the wrist 3 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ is connected to the outer wrist 34 by rotating bearings 100, 102 of these bearings 100, 102. It is configured to be able to swing around the center axis (arrow "V" in Fig. 1). )
  • the rotation input of the turning operation is input from the driven side pulley 8 2 b of the 7 ⁇ -ary mechanism 82 with a rotating center that is coaxial with the center line of the bearings 100 and 102. Is done. Needless to say, the rotation input is transmitted from the center shaft 54 to the bevel-tooth coupling mechanism 80 and the drive-side pulley 82 a of the belt pulley mechanism 82].
  • the hand holding portion 38 is rotatably provided by the rotating bearings 104 and 106, and the center of the rotating shaft, that is, the center of the rotating bearings 104 and 106 is the inner wrist. 36
  • the swing is almost perpendicular to the center of rotation. That is, the wrist 30 has a configuration having two degrees of freedom around three axes substantially perpendicular to the inside of the outer wrist 34.
  • the rotation input of the hand holding unit 38 is also the same as that of the pulley 82 of the belt pulley mechanism 82.
  • the direction is input from the side pool, and the direction is changed by a pair of bevel gear combination mechanisms 96.
  • the travel detecting means and the knaze ⁇ (operation origin) detecting means are provided on the dog holding ring 108 fixed to the wrist 36. Up ⁇ Two dog discs 110a and 110b with a lower two-stage structure are provided. For example, a swinging motion is placed on the dog disc 110a.) If a well-known signal generator such as a limit switch or a photoelectric switch provided at a predetermined position on the outer wrist 34 by the dog is provided, the swing of the head can be changed. When the operation deviates from its operation limit, the dog of the dog disk 110a activates the signal generator when the overtravel operation deviates from its operating limit, thereby causing the power to travel.
  • a well-known signal generator such as a limit switch or a photoelectric switch provided at a predetermined position on the outer wrist 34 by the dog
  • Pell detection can be performed.
  • a dog is provided on the dog disc 1 110 b at the operation origin position of the inner wrist 36, and a signal generator is fixed to the outer wrist 34 in the same manner as the dog.
  • the operation origin position is detected according to the engagement state between the signal generator and the dog of the disk 110b, and at present, either direction from the operation origin (No. It is possible to detect in which direction (the direction of the arrow in the direction of the arrow "V" in Fig. 1) the vehicle is displaced.
  • Dog discs 11a and 11b mounted concentrically with 11Ob and two signal generators fixed to the dog holding ring 108 at the positions respectively selected in advance If, for example, limit switches are provided separately, bevel gears can be used.
  • FIG. 4 shows the relationship between the dog discs 110a, 110b, 112a, and 112b and the limit switch provided as a signal generator. They are arranged.
  • the limit switches 120a and 120b that generate the super trapezoidal signal and the Nyerro signal of the inner wrist 36 are circular.
  • Limit suites that are provided at the same position on the circumference, above and below, and generate the overlap signal and the zero signal of the hand holding unit 38 in the same manner.
  • the switches 122a and 122b are also provided at the same position on the circumference at the top and bottom, and the dog disks 110a, 110b, and 110b, which are formed in the shape of cam disks, respectively.
  • 1 10 a-0 i, 1 10 a-OT 2 is operated when the dog disk 1 10 a activates the over-label detection limit switch 12 a.
  • Dog position for overtravel detection
  • the dog disk 110b engages with the limit switch for nyzero detection 120 to detect the operating origin (-a zero point).
  • Dog position, 1 1 2a-OT !, 1 1 2a—0 T2 is the dog, and the disc 1 1a is the limit switch for detecting the bar label 1 2 2a is actuated, and the dog position for detecting the part trap is detected.
  • 1 1 2b-NZ is the dog disc 1 1 2b is the limit seat for zero-zero detection. This is the dog position at which the origin of operation is detected by engaging with the switch 122b.
  • the over-label detection of these operations and the -zero detection of each operation unit are arranged concentrically in the joints. Since the detection can be performed by the label detection means and the Niise ⁇ detection means,

Description

明 細 書
発明の名称
工業用 ロ ボ ッ ト の手首機構 技術分野
本発明は工業用 α ボ ッ ト の手首機構に関 し、 特に 少 く と も二つの略直交する二軸心ま わ ]5 に二つの動 作自 由度を有する ロ ボ ッ ト 手首の才一パー ト ラ ペ ル および動作原点を検出する検出手段を同軸配置に よ 一つ の軸心上に設ける よ う に した工業用 ロ ッ ト の手首機構に関する。 '
背景技術
工業用 口 ポ ッ ト は、 ロ ボ ッ ト 腕の先に ロ ポ、 ッ ト 手 首を設け、 更に該ロ ボ ッ ト 手首の先端に ロ ボ ッ ト ハ ン を取付け、 この ロ ボ ッ ト ハン ドに よ って物品の 把持、 運搬、 或いは組立等の特殊作業等の種 々 の α ボ、 ッ ト 動作を行 う よ う に形成されている。 このため に工業用 口 ポ ッ ト においては、 腕、 手首にそれぞれ 動作自 由度を与える こ と に よ っ て ロ ボ ッ 卜 ハン ド、に 空間内における移動、 姿勢変更を可能に し、 次いで ロ ボ ッ ト ハ ン ド の動作自 由度に よ っ て把持や作業を 行 う こ と に よ ]) 所望の ロ ボ ッ ト 動作を達成する よ う に構成 している。 従って、 工業用 ロ ボ ッ ト の腕、 手 首の動作を駆動する駆動源 も工業用 ロ ボ ッ ト 自体に 取付け られる。 特に手首の動作駆動源は 口 ポ ッ ト 腕 上又はロ ボ ッ ト腕の末尾端近 く に設け られた電気モ 一タ 等か ら該腕内に収納された 動作'伝達機構を介 して手首部分に回転動作を伝達 し、 この回転動作か ら手首内に設け られた動作機構によ 前記 した首振 動作ゃ ス ィ ベル ( 旋回 ） 動作等を得る方式が採ら れる。 そ して手首の首振 ]? 動作、 ス ィ ベ ル動作等に おいて、 これを所望の適正量に制御して 目的の ロ ッ ト 動作を得るためには、 ロ ッ ト 制御装置に予め 教示した制御プ ロ グ ラ ム を記憶させ、 この制'御プロ グ ラ ム か ら前記電気モータ等の駆動源に指令を与え る方式が一般的である。 この場合に制御プ ロ グ ラ ム には—励作指令と共に手首の首振 動作、 ス ィ ペ ル動 作等の各動作が予め定めた動作範囲を越えて無制御 動作とな らない よ う ¾ 、 所謂オー バ ー ト ラ ベル防止 プ ロ グ ラ ム が一般に組み込ま れる。 然し ¾力；ら、 こ の よ う な ソ フ ト ウ ェ ア方式の才ー パー ト ラ ベ ル防止 対策と共に実際に手首の各動作部が予め定めた動作 範囲を越えたと き に、 それを迅速に検出 し、 無制御 動作を直ちに停止させる機構を も 同時に具備させる こ とが、 ロ ッ ト の安全対策上から必要と され、 ま た手首内に組み込まれた配線、 配管類の破損防止上 から も必要と される。 更に一般に電気モータを駆動 源とする工業用 π ポ ッ ト の手首機構では電源投入時 に必ず手首部の各動作部を動作原点に復帰させ、 各 動作部の位置を確認 してか ら所望の ロ ボ ッ ト 動作を 遂行させる方式が一般的に採 られてお 、 こ のため に動作原点検出のために所謂 - ァ ゼ π 検出手段が設 け られる。
発明の開示
本発明の 目 的は上述 したオ ー バ ー ト ラ ベ ル検出手 段お よび動作原点検出手段を工業用 ロ ッ 卜 の手首 に設ける場合において、 特に少 く と も、 略直交する 二軸心回 ]) に二つの動作 自 由度を有する手首にォー パ ー ト ラ ペ ル検出手段 と動作原点検出手段を設け る 場合の改良構成を提供せん とする も のであ る。
本発明に よれば、 π ボ ッ ト 腕の先端に設け られ、 少 く と も 略直交する二軸心ま わ ]? に首振 動作 と ス ィ ベ ル動作の二つの動作 自 由度を有する工業用 口 ポ、 ッ ト の手首にお て、 前記首振 動作 と 前記ス ィ ぺ ル動作の両動作伝達機構における何れか一方に傘歯 車機構を設けて 9 0 °の運動方向変換をおこ う と と も に前記両動作のオ ー バ ー 卜 ラ ベ ル検出手段又は動 作原点検出手段を前記直交二軸心の一方の軸心上に 同軸配置 した こ と を特徴とする工業用 π ボ ッ 卜 の手 首機構が提供される。 こ の場合に、 本発明の好実施 例では、 前記のオ ー バ ー ト ラ ベ ル検出手段ま たは動 作検出手段が回転円板形 ドグ と、 この回転円板円形 ドグに係合又は解離する ス ィ ツ チ手段 とか ら構成さ れる， 上述した本発明に よ る手首機溝に よれば、 手 首の各動作のォ一パー ト ラ ベルを該手首の動作部に よ つて直接検出する こ とができ るために検出精度が 高 く、 かつ二つの動作の各々 に就いて一つの軸心上 に配設 した検出手段によ っ て才ーパー ト ラ ベル と 二 ァ ゼ口 の検出がおこなえるので構造のコ ン ハ。ク ト 化 を達成する こ とができ るのである。
図面の簡単る説明
第 1 図は本発明に よる手首機構を具備した工業用 π ポ ッ ト の例と して関節腕形の工業用 ロ ッ 卜 の外 形構造を示す実施例の斜視図、 第 2 図は同 ッ ト に適用される手首に対する動作伝達機構の構成実施 例を示す機構略示図、 第 3 図は本発明に よ る手首機 構の具体的構成例を示す縦断面図、 第 4 図は第 3 図 の - IV線に ¾ ぅ矢視平面図。
発明を実施するための最良の態様
第 1 図は本発明に よ る手首機構が具備された関節 腕形の工業用 π ポ ッ ト の実施例を示す斜視図である 同第 1 図において、 工業用 ロ # ッ ト は ロ ボ ッ ト 基体 1 0 を有 し、 この ロ ボ ッ ト基体 1 0 は旋回基台 1 2 上で矢印 w I " で示す方向に旋回可能に取付け られ ている。 取付けは ル ト手段等で行われる。 この 口 ポ ッ ト基体 1 0 の上方端には口 ポ ッ ト上腕 1 6 の末 尾端が 軸線周 ] 3 に枢着取付けされてお ]?、 従つ て ロ ボ ッ ト 腕 1 6 は矢印 " Π " で示す両方向に揺動 可能に設け られている。 ま た、 この π ッ ト 上腕 1 6 の上端部 1 8 には 口 ポ ッ ト 前腕 2 0 が C 2 軸線 に関 し、 矢印 " in " で示す両方向に起伏動可能に設 け られている。 この ロ ポ、 ッ ト 前腕 2 0 は しか も上記 C 2 軸線か ら前方に延長 した前腕主部 2 2 の先端
2 4 に手首部 3 0 が取付け られ、 一方、 C 2 軸線か ら後方に も 比較的短い後方延長部 2 6 を有 している ま た、 手首部 3 0 は手首基部 3 2 と、 この手首基部
3 2 に固着された、 外手首 3 4 に保持されている内 手首 3 6 と、 この内手首 3 6 に取付け られたハ ン ド 保持部 3 8 と を具備 して構成されている。 手首基部 3 2 は前腕主部 2 2 に対して矢印 " ] V " で示す両方 向に外手首 3 4 と共に旋回自 由に形成され、 ま え内 手首 3 6 は、 該外手首 3 4 に対 して矢印 " V " で示 す両方向に回転自 由に形成されている。 ま た、 上述 したロ ボ ッ ト基体 1 0 ヽ ロ ボ ッ ト 上腕 1 6 ヽ ロ ボ、 ッ ト 前腕 2 0、 手首部 3 0 の諸動作を駆動する駆動源 が設け られてお ]? 、 旋回基台 1 2 に接近配置された モ ー タ M 5 が該基台 1 2 内の動作伝達機構を介 して ロ ボ、 ッ ト 基台 1 0 を矢印 '' I " 方向に駆動する駆動 源、 モ ー タ M 1 がロ ボ ッ ト 上腕 1 6 の矢印 ，， C " 方 向の揺動用駆動源、 上腕 1 6 の後方に前記モー タ
1 と平行に配設されたモー タ （ 図には現われてい ない ） が n ッ ト 前腕 2 0 の矢印 " 1E " 方向の起伏 動作用駆動源と してそれぞれ設け られている。 も ち ろん、 これらの駆動源を形成するモータ とそれぞれ の被駆動部分との間には上記の如 く 動作伝達機構や 方向変換機構、 減速機構等の諸機構が設け られて、 被駆動部分の適正な動作制御が行われる よ う に構成 されてお ]?、 4 8 , 5 0 はそれらの機構の一部分で ある。
一方、 上述した前腕先端の手首部 3 0 における手 首基部 3 2、 外手首 3 4、 内手首 3 6 、 ハ ン ド保持 部 3 8 の各部の動作を駆動する駆動源と して三つの モータ Μ 2 , Μ 3 ， Μ 4 が前腕 2 0 の後方延長部 2 6 に対して集合的に、 つま この後方延長部 2 6 に対して C 2 軸線に関するモ ー メ ン ト 力を作用させ、 前腕 2 0 の主体部 2 2 に対して C 2 軸線に関 して作 用するモ ーメ ン ト とつ 合いをと る よ う に取付け ら れている。 4 0 はモータ M 3 ， M 4 の出力軸の回転 を伝達する動作伝達機構又は減速機構が収納される 機枠部分であ ])、 ま た 4 2 はモータ M 2 の出力軸の 回 ¾を伝達する動作伝達機構又は滅速機構が収納さ れる機箱部分である。 この よ う に手首部 3 0 の三自 由度の動作駆動源を形成するモータ M 2 , M a ， M4 が前腕 2 0 の後方延長部 2 6 に設け られる こ とに よ つて前腕 2 0 の C 2 軸線ま わ！） の平衡ど j9が達成で き る と共に手首部 3 0 の各動作源が該手首部 3 0 か ら離れた位置に設け られ、 手首部 3 0 自体の重量軽 減が達成されている こ とに よ ]?、 これらモータ M 2 ， M 3 , M 4 の各駆動源に掛る負荷の軽減を達成でき る。 なお、 第 1 図に示した実施例は、 ロ ボ ッ ト 基体 1 0 が旋回基台上で旋回する形式の関節腕形の工業 用 ロ ボ ッ ト の実施例を示 したが、 水平テ ー ブ ル上を ロ ッ ト基体が横移動する形式の関節形の工業用 π ボ ッ ト に対して も以下に後述する本発明の手首機構 は適用可能であ ])、 ·更に一本の伸縮直動腕を有 し、 該直動腕先端に手首を有した例えば円筒座標形のェ 業用 ロ ボ ッ ト に も適用する こ とができ る。
次に、 第 1 図に示 した関節腕形の工業用 ロ ボ、 ッ ト において、 前腕 2 0 と手首部 3 0 とに設け られて手 首部 3 0 に少 く と も二つの動作自 由度の例と して三 つの動作自 由度を得る よ う に した動作伝達機構に就 き、 第 2 図に示す機構略示図に よ っ て説明する。
同第 2 図において、 手首部 3 0 の三つの動作自 由 度は既述の よ う にモー タ M 2 , M 3 , M 4 を駆動源 とするが、 これらのモータは外部の ロ ボ ッ ト 制御装 置か らの指令信号に応 じて作 する電気サ 一 モ ー タ に よ って形成される。 さて、 モータ M 2 の回転駆 動力は減速装置 6 0 で減速後に前腕 2 0 の主体部 2 2 の内部に設け られ 外軸 5 2 の内方端に設け ら れた一対の嚙合歯車機構 6 2 を介して該外軸 5 2 に 伝達され、 この外軸 5 2 の外方端に結合された手首 基部 3 2、 外手首 3 4 に伝達されて、 外手首 3 4 を 矢印 IV方向 （ 第 1 図 ） に旋回動作させる。 6 4 ， 64 は前腕主部 2 2 と外軸 5 2 との間に揷設された回転 軸受である。 なお、 減速装置 6 0 と しては周知のハ — モ ニ ッ ク ドラ イ ブ （ 登録商標 ） 減速装置がコ ン ク ト ¾形状と高滅速比を得られる こ とから有利であ る。 ま た、 モ—タ M 3 の回転駆動力はペ ル ト ： °— リ 機構 7 4 を介して上記，外軸 5 2 の内側に同軸配置で 設け られた中空中軸 5 4 の内方端に設け られた、 1 対の傘歯歯車 7 8 a ， 7 8 b からな る傘歯嚙合機構
7 8 を介して該中軸 5 4 に伝達される。 こ こで傘歯 嚙合機構 7 8 が設け られた理由は後述するモ ータ M 4 からの回転力を伝達する動作伝達機構と同軸配 置を採る こ とに よ 、 前腕 2 0、 手首部 3 0 の両者 内にコ ン ハ。ク ト に三つの動作伝達機構を収納する と 共にモータ M 3 , M 4 を前腕 2 0 の両側に分離配置 して ラ ン ス構造を得るためである。 上記中軸 5 4 に伝達された回耘カは該中軸 5 4 の外方端、 且つ外 手首 3 4 の内部に設け られた、 一対の傘歯車 8 0 a
8 0 b からな る傘歯嚙合機構 8 0、 同 じ く 外手首 3 4 の内部に設け られた一対のベ ル ト ' プー リ 機搆 8 2 を介して減速装置 8 4 に伝達され、 該減速装置 ( ハーモ ニ ッ ク ド ラ イ ブ ） の出力車 8 4 a が固定さ れた內手首 3 6 に伝達され、 該内手首 ·3 6 を中軸
5 4 の回転軸心に略直交する軸心ま わ に首振 ]?動 作させるのである。 すなわち、 こ の首振 ]? 動作が第 1 図に矢印 " V " で示 した動作である。 こ の内手首
3 6 の首振 ] 動作は外手首 3 4 に対して矢印 '' V " 方向に作動する も のであ ]?、 内手首 3 6 の内部に設 け られたハ ン ド保持部 3 8 も一体と な って同方向に 動作する こ とは言 う ま で も ない。
更にモータ Μ 4 の同転駆動力はベ ル ト プー リ 機構
8 6 を介 して上記外軸 5 2、 中軸 5 4 の最も 内側に 同軸配置で設け られた内軸 5 6 の内方端に設け られ た、 1 対の傘歯車 8 8 a ， 8 8 b か ら ¾ る傘歯嚙合 機構 8 8 を介して該内軸 5 6 に伝達される。 内軸 56 に伝達された回転力は該内軸 5 6 の外方端、 且つ外 手首 3 4 の内部に、 前述の傘歯嚙合機'構 8 0 と対向 配置に よ って設けられた、 一対の傘歯車 9 0 a ，
9 O b からな る傘歯嚙合機構 9 0、 同 じ く 外手首
3 4 の内部に設け られた一対のベ ル 卜 ' プ一 リ 機構 9 2 を介して前述と同様にハ "モ ニ ッ ク ド ラ イ ブか らるる減速装置 9 4 ( 内手首 3 6 の内側に設け られ る ） に伝達され、 該減速装置 9 4 の出力車 9 4 a が 固定された傘歯車 9 6 a と嚙合する傘歯車 9 6 b と か らな る一対の傘歯嚙合機構 9 6 を介してハ ン ド保 持部 3 8 に伝達される。 従って、 該ハ ン ド保持部 38 は第 1 図に矢印 " I " で示 した内軸 5 6 の回転中心 と略同軸の軸心ま わ ]3 に旋回動作するのである。 す るわち、 ハ ン ド保持部 3 8 は内手首 3 6 に対して矢 印 " V [ " 方向に旋回 し、 該ハ ン ド保持部 3 8 に取付 け られる ロ ボ、 ッ ト ハ ン ドを同方向に旋回させるので ある。 ¾お、 既述の如 く、 モータ M 2 , M a ， M 4 は電気サー モータで形成されているので、 手首部 3 0 における上述した三つの 自 由度の動作は ロ ッ ト制御装置か らの指令に従って所望の各旋回量に制 御し得る こ とは言 う ま でも ない。
上述した動作伝達核構は手首部 3 0 の内部に二つ の減速装置 8 4 ， 9 4 を設ける こ とに よ って、 前腕
2 0 中には高速回転軸 5 4 ， 5 6 を低速回転軸 5 2 の.内側に同軸配置して、 前腕 2 0 の形状を細身でか つ機械的剛性度を向上させ得る点に大き な利点を有 する力 以下に説明する本発明の手首機構は手首部
3 0 内には滅速装置を設ける こ とな く、 モータ M 3 ， モータ M 4 の真近にモータ M 2 と同様に減速装置を 配置した実施例にも適用 し得る。
さて、 上述した手首部 3 0 において、 一般に内手 首 3 6 の首振 ]?動作はその動作軸心回 に約 200° 前後の動作範囲が設定されるが、 これに比 してハ ン ド保持部 3 8 には一回転 （ 3 6 0。） ま たはそれ以上 の ス ィ ベ ル動作角度が設定される。 例えば、 ハ ン ド 保持部 3 8 はその軸心に関 し、 時計回 ']?方向に 1 80 反時計回 ]?方向に 1 8 0。、 つ.ま ]?総計で 360 °の動作角 度範囲を有する よ う に設定され、 以つて所望の ロ ッ ト動作を'達成する よ う に形成される。
依って本発明に よれば、 上述の機構例の場合には 傘歯嚙合機構 9 6 において大径の傘歯歯車 9 6 a と 小径の傘歯歯車 9 6 と の間の歯数比を適切 ¾減速 比に選定 し、 少 く と も大径の傘歯歯車 9 6 a が時計， 反時計回 ]? の各方向に 1 8 0°よ ]) 少ぃ回転角に渡つ て回転する間にハ ン ド保持部 3 8 には所望のス ィ べ ル作動角度範囲が得られる よ う に設計されるのであ る。 この よ う に構成する こ と に よ って内手首 3 6 の 回転軸心上に該内首 3 6 の首振 動作におけるォ ー パー ト ラ ペ ル又は - ァ ゼ ロ検出手段と、 ハ ン ド保持 部 3 8 の ス ィ ベ ル動作における才 一 パ 一 卜 ラ ベ ル又 はニァゼ ロ検出手段との両者を同軸配置で設けるの て る。
第 3 図は上述 した才 ー パ ー ト ラ ペ ル検出手段お よ びニァゼ ロ検出手段を具備 した手首部 3 0 の具体的 構成例を示す縦断面図であ ]?、 ま た第 4 図は第 3 図 の IV - IV線に—fH、 う部分平面図である。 ¾お、 第 3 図、 第 4 図において、 第 2 図 と 同参照番号は第 2 図に示 した要素又は部分の対応する具体要素又は部分を示
REA
一 c^ 'PI
D 。 . している。
さて、 第 3 図に示すよ う に手首部 3 Ό の内手首 3 6 は外手首 3 4 に対して回転軸受 1 0 0 , 1 0 2 を介して これらの軸受 1 0 0 , 1 0 2 の中心軸心ま わ に首振 旋回 （ 第 1 図矢印 " V " ) 可能に構成 され、 この首振！）旋回動作の回転入力は、 上記軸受 1 0 0 , 1 0 2 の中心線と同軸の回転 ¾心を有する ベ ル ト · 7°ー リ 機構 8 2 の従動側プ一 リ 8 2 b から 入力される。 も ちろん、 該回転入力は中軸 5 4 力 ら 傘歯嚙合機構 8 0 、 ペ ル ト ·' プー リ 機構 8 2 の駆動 側プー リ 8 2 a よ ]?伝達される。 一方、 ハ ン ド保持 部 3 8 は回転軸受 1 0 4 ， 1 0 6 に よ つて回転可能 に設け られ、 その回転軸心、 つま ]? 両回転軸受 104, 1 0 6 の中心は前記内手首 3 6 の首振 旋回中心に 対してほぼ直交している。 すなわち、 手首部 3 0 は 外手首 3 4 の内部に略直交する三つの軸心のま わ ]? に二つの動作自 由度を有する構成が具備している。 し：^もハ ン ド保持部 3 8 の回転入力はヽ ベ ル ト ' プ ー リ 機構 8 2 のプー リ 8 2 と同軸に設け られたべ ノレ 卜 · 7°— リ 機構 9 2 の被駆動側プー か ら入力さ れ、 1 対の傘歯嚙合機構 9 6 で方向を変換されてい る。 従って内手首 3 6 の首振 U旋回動作の才ー ハ *一 ト ラ ベ ル検出手段と ニ ァ ゼ α ( 動作原点 ） 検出手段 は、 該手首 3 6 に固定 した ドグ保持環 1 0 8 に上 · 下二段構造を有 した二つの ドグ円板 1 1 0 a ， 1 1 0 b を設け、 例えば グ円板 1 1 0 a には首振 ]) 旋回動 作の動作限界位置に ドグを突設 し、 該 ドグに よ っ て 外手首 3 4 の予め選定 した位置に設けた リ ミ ッ ト ス ィ ツ チ、 光電ス ィ ツ チ等の周知の信号発生器を設け ておけば首振 D 旋回動作がその動作限界か ら逸脱す るオーバ— ト ラ ベ ル動作 した と き 、 ドグ円板 1 1 0 a の ドグが信号発生器を作動させ、 これに よ つ て才ー パ、— ト ラ ペル検出 を行 う こ と がで き る。 ま た ドグ円 板 1 1 0 b には同 じ く 該内手首 3 6 の動作原点位置 に ドグを設け、 この ドグ と 対応 して同 じ く 信号発生 器を外手首 3 4 に固設 しておけば、 信号発生器 と グ円板 1 1 0 b の ド グ と の係合状態に応 じて動作原 点位置の検出お よ び、 現在、 該動作原点か ら どち ら の方向 （ 第 1 図の矢印 " V " 方向における何れの矢 印向 き の方向 ） に変位 しているかが検出で き る ので あ る。
—方、 ハ ン ド、保持部 3 8 の ォ 一パ、一 卜 ラ ベ ル検出 手段と ニ ァゼ ロ 検出手段 と は傘歯 9 6 a の軸首部
1 1 4 の端部に上記の二つの ドグ円板 1 1 0 a ，
1 1 O b と 同心に取付けた ドグ円板 1 1 2 a ， 1 1 2 b お よ び上記の ドグ保持環 1 0 8 上に予めそれぞれ選 定 した位置に固設 した二つ の信号発生器、 例えば リ ミ ッ ト ス ィ ツ チ等を各別に設けておけば、 傘歯車
OMPI
¾ V 9 6 a の回転角か らハ ン ド保持部 3 8 の旋回動作に おけるオ ー バ ー ト ラ ベル位置、 動作原点位置を検出 する こ とができ る。 つま 1?傘歯車 9 6 a とハ ン ド保 持部 3 8 に直結した傘歯車 9 6 b は一定の減速歯数 比で常時嚙合関係を保持しているか らハ ン ド保持部
3 8 の 才 一 パー ト ラ ペル検出およびニァゼ ロ検出は 傘歯車 9 6 a ( 大径側 ） の回転角を介して検出する こ とができ るのである。 第 4 図はそれぞれの ドグ円 板 1 1 0 a ， 1 1 0 b ， 1 1 2 a ， 1 1 2 bと、 信号発生器と して設け られた リ ミ ツ ト ス.ィ ツ チとの配置を してい る も のである。 なお、 第 4 図に示した構成では内手 首 3 6 の ォ ーパー ト ラ ペ ル信号と ニァゼ ロ信号と を 発生する リ ミ ッ ト ス ィ ッ チ 1 2 0 a ， 1 2 0 b が円 周上で同一位置に上 · 下に設けられ、 同 じ く ハ ン ド 保持部 3 8 の オ ー バ 一 卜 ラ ペ ル信号とニ ァ ゼ ロ信号 とを発生する リ ミ ッ ト ス ィ ツ チ 1 2 2 a ， 1 2 2 b も 同 じ く 円周上で同一位置に上 · 下に設け られ、 それぞ れカ ム円板形状に形成された ドグ円板 1 1 0 a ， 110b，
1 1 2 a ， 1 1 2 b 力 Sこれらの リ ミ ッ ト スィ ツ チ 1 20 a ，
1 2 0 b , 1 22 a , 1 2 2 を係合又は解難する よ う に構 成されている も のである。 従って第 4 図におき、
1 1 0 a - 0 i ， 1 1 0 a - O T2 は、 ドグ円板 1 1 0 a が オー バ ー ト ラ ベ ル検出用 リ ミ ッ ト ス ィ ツ チ 1 2 0 a を作動させてオ ー バ 一 ト ラ ベル検出を行 う ド グ位置、
OMPI 1 1 0 b -NZはドグ円板 1 1 0 b がニ ァゼ ロ 検出用 リ ミ ッ ト ス ィ ツ チ 1 2 0 と係合 して動作原点 （ - ァ ゼ ロ 点 ） の検出 を行 う ドグ位置、 1 1 2 a - O T! , 1 1 2 a— 0 T 2 は ド、グ円板 1 1 2 a が才一 バ ー ト ラ ベ ル検出用 リ ミ ッ ト ス ィ ツ チ 1 2 2 a を作動させて才 — パ ー ト ラ ペ ル検出を行 う ドグ位置、 1 1 2 b - N Z は ドグ円板 1 1 2 b がユ ア ゼ ロ検出用 リ ミ ツ ト ス ィ ツ チ 1 2 2 b と係合 して動作原点の検出 を行 ¾ う ド グ位置であ る。
以上の説明か ら明 らかな よ う に本発明に よ れば、 工業用 ロ ッ 卜 における手首にお き、 少 く と も 略直 交する二軸心のま わ に二つの動作 自 由度を有する 場合に これ らの動作のォ 一 パ ー ト ラ ベ ル検出 と、 各 動作部の - ァ ゼ ロ 検出 と を同心に コ ン ハ °ク ト に配設 したそれぞれのオ ー バ ー ト ラ ベ ル検出手段 と ニ ァ ゼ π検出手段 と に よ っ て検出 を行 う こ どがで き る ので

Claims

' 請 求 の 範 囲
1. ロ ボ ッ ト 腕の先端に設け られ、 少 く と も略直 交する二軸心ま わ に首振 ]?動作とス ィ ペ ル動作の 二つの動作自 由度を有する工業用 α ポ、 ッ ト の手首機 構において、 外手首と、 その外手首内に枢動軸心を 有して支持された内手首と、 該内手首内に前記枢動 軸心と略直交する回転軸心を有して支持されたハ ン ド保持部と、 前記ロ ッ ト腕から導入された第 1 の 回耘入力か ら前記内手首の首振 ] 9動作を発生させる 首振 動作伝達機構と、 前記ロ ッ ト 腕から導入さ れた第 2 の回転入力から前記ハ ン ド保持部のス ィ ベ ル動作を発生させるス ィ ペ ル動作伝達機構と、 前記 内手首の枢動軸心上に同軸配置され、 前記内手首の 首振 ]?動作と前記ハ ン ド保持部のス ィ ペ ル動作との オ ー バ ー ト ラ ベ ルを検出する 才 一 パ ー ト ラ ペ ル検出 手段と を具備して構成されたこ と を特徴とする工業 用ロ ッ 卜 の手首機構。
2. 請求の範囲第 1 項に記載の工業用 ロ ボ ッ ト の 手首機構において、 前記内手首の首振 ])動作と前記 ハ ン ド保持部のス ィ ペ ル動作との動作原点を検出す る手段が前記内手首の枢動軸心上に同軸配置された こ とを特徴とする工業用 α ポ ッ ト の手首機構。
3. 請求の範囲第 2項に記載の工業用 ロ ^ ツ ト の 手首機構において、 _ 前記ス ィ ベ ル動作伝達機構は傘
O PI
- O 歯車機構を内蔵している こ と を特徵とする工業用 13 ッ ト の手首機構。
4. 請求の範囲第 2 項に記載の工業用 ロ ボ ッ ト の 手首機構において、 前記オ バ一 ト ラ ベ ル検出手段 と前記動作原点検出手段とはそれぞれ回転円板形 ド グと、 該回転円板形 ドグに係合又は解離する ス ィ ッ チ手段とか ら構成されたこ と を特徴とする工業用 口 ボ ッ 卜 の手首機構。
5. 請求の範囲第 4 項に記載の工業用 π ッ 卜 の 手首機構において、 前記ス ィ ツ チ手段を リ ミ ッ ト ス ィ ツ チに よ って形成 したこ と を特徴とする工業用 口
ツ ト の手首機構。
6. 請求の範囲第 1 項に記載の工業用 π ポ ッ 卜 の 手首機構において、 前記外手首は前記ロ ポ、 ッ ト 腕か ら導入される第 3 の回転入力に よ って前記ハ ン ド保 持部の回転軸心と略同心の軸心ま わ に旋回可能に 構成されたこ と を特徵とする工業用 ロ ボ、 ッ 卜 の手首 機構。
、 ヽ'' .
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