JPH0265988A

JPH0265988A - ロボットの動力伝達装置

Info

Publication number: JPH0265988A
Application number: JP21378888A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Takai; 一光高井
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-03-06

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）本発明は旋回する関節をもったロボットの動力伝達装置
に関する。

（従来の技ｍ＞従来、関節型ロボットにおいて、ロボットの運動性能を
向上させるためにアームの慣性モーメントを低減するこ
とが行われている。慣性モーメントを低減するため第１
４図に示す様にモーターＡ１の出力軸Ａｌ’　と駆動軸
Ａ２間に動力伝達機構としてダブルリンク機構を用いた
ものが知られている。これは、それぞれ出力軸Ａ１′と
駆動軸Ａ２に固着されたリンクプレートＡ３．Ａ４に出
力軸Ａｌ’　と駆動軸Ａ２の軸間距離に等しい長さの２
本のリンクＡ５．Ａ６を軸支した一対のピン２組を９０
度の位相差を設けて固定したものである。また、ダブル
リンク機構による例としては実公昭６３−４６３２号、
特開昭６３−７７６７４号等がある。

（発明が解決しようとする問題点）上述のダブルリンク機構によれば２７０度以上の回転範
囲が得られるわけであるが、ダブルリンクが第１５図の
状態、つまり２つのリンクが重り合う状態になるとリン
クにガタが発生する「ガタっき」が起こることがあった
。

ところでリンク機構のトルク伝達を第１６図に示す（説
明の便宜上リンクは１本とする。）。

モーターの出力軸に連結されたクランクＣ１とリンクＣ
２の連結軸支部Ｃ３においてモーターのトルクによりク
ランクＣ１の回転接線方向なって伝達される。この時α
は基部アームＣ４とクランクＣ５のなす角である。

一方、先端アームＣ６に連結したクランクＣ５とリンク
Ｃ２の他端にある連結軸支部Ｃ７にクランクＣ５にはそ
の回転接線方向に力Ｆとなって働く。

この時、第９図でリンクＡとリンクＢの両端軸支部に発
生する力の一部は第１７図の様になる。第１５図でリン
クＡと基部アームの延長線Ｄ３とのなす角をα、リンク
Ｂと基部アームの延長線Ｄ３とのなす角をα　とすると
、α＝１３５°（α′＝４５°）の時にリンクＡ、Ｂそ
れぞさと方向が一致する。

この点を「変力点」と名づけると、この変力点において
リンクＡとリンクＢのリンクの軸方向（リンクの両端軸
支部）に働く力の大小が切り変えられるわけである。

ところで、実際の機構ではリンク各軸支部にはボールベ
アリング等のころがり軸受を用いるが、この転動体（ボ
ール）が軸受にかかる力により弾性変形する。

上記の変力点において２本のリンクの軸方向に働く力が
逆転するため、それぞれのリンク軸支部のころがり軸受
の弾性変形量も逆転するため、これが上述した「ガタつ
き」として出現する。

また、変力点としては第１５図に示す角度以外にも存在
するが、他の変力点においては２本のリンクの軸方向に
働く力が反対であるため、ころがり軸受の弾性変形量が
ある角度（変力点）で急に逆転することがないので「ガ
タつき」がない。

（問題点を解決するための手段）本発明は前述した問題点を解決することを目的とし、基
部アーム後部に配設した第１リンクプレート部材にモー
ターに連結した駆動軸を固着するとともに、基部アーム
前部に軸受を介して先端アーム軸を前記能動軸と平行に
軸支するとともに、該先端アーム軸に第２リンクプレー
ト部材を固着するとともに、能動軸と先端アーム軸の軸
間距離と等しい長さで、２本のリンクの両端を第１リン
クプレート部材と第２リンクプレート部材にそれぞれ回
転中心からの距離を等しく設けられた一対の支柱２組に
よって２本のリンクの位相差が略９ｏ度になるように、
かつ、２本のリンクの回動面が互いに異なるように軸受
よって軸支するとともに、２本のリンクが重った時に先
端アームの軸線を基部アームの軸線と略平行になるよう
に先端アームを先端アーム軸に取付けたことを特徴とす
るものである。

（構　成）以下、図示した実施例に基づいて具体的に説明する。固
定台１上部にフランジ２が固定されている。固定台１に
は基部アーム駆動用ダイレクトドライブ（以下、ＤＤ）
モーター３のステータ一部３ａが固定されている。該Ｄ
Ｄモモ−−３のローター上部にはスペーサ４が固定され
、該スペーサ４には基部アーム５の後（基）部５ａが固
定されている。

一方、基部アーム５先端５ｂの基部アーム駆動用ＤＤモ
ーター３と反対側では支持部材６がアームの長手方向に
前記基部アーム駆動用ＤＤモーター３の出力軸と直角方
向に位置が調節できるよう長穴にボルトによって基部ア
ーム５に締結されている。該支持部材６には押え板７に
よってクロスローラー軸受８が固定されており、クロス
ローラー軸受８は先端アーム軸９を基部アーム駆動用Ｄ
Ｄモーター３の出力軸と平行に軸支している。１０はそ
の後部において先端アーム軸に連結している先端アーム
である。

また、前記スペーサ４には先端アーム駆動軸１１が軸受
１２ａ、１２ｂによって、基部アーム駆動用ＤＤモータ
ーの出力軸と同軸に軸支されている。該先端アーム院動
軸１１の基部アーム５内突出端には第１リンクプレート
１３が、嵌合穴１３ａを先端アーム昧動軸１１の嵌合軸
１１ａに嵌合して結合している。また、先端アーム軸９
の基部アーム５側にも第２リンクプレート１４が、嵌合
穴１４ａを先端アーム軸９の嵌合軸９ａに嵌合して結合
している。第１リンクプレート１３、第２リンクプレー
ト１４の対向するそれぞれの面にはリンクプレートの回
転中心よりｒ工ｌ　　ｒ２、ｒエ　、ｒ２′の距離に嵌
合穴１５，１６゜１７．１８があけられている。この嵌
合穴１５゜１６．１７．１８と前記の嵌合穴１３ａ、１
４ａは第１リンクプレート１３、第２リンクプレート１
４を同時加工にて製作されているので、それぞれの回転
中心からの距離はｒ工＝ｒ工′、ｒ２”　ｒ　２　’　
＋　また角度α＝βとなっている。嵌合穴１５，１６と
１７．１８にはそれぞれ長さの異る一対のリンク軸１５
ａ、１６ａと１７ａ、１８ａが前記先端アーム睡動軸１
１と平行に取付けられている。

長リンク軸１５ａと短リンク軸１７ａ、短リンク軸１６
ａと長リンク軸１８ａは、軸受１９ａ、２０ａ、１９ｂ
、２０ｂ、１９ｃ、２０ｃ、１９ｄ、２０ｄを介してそ
れぞれリンク２１．２２によって連結している。リンク
２１とリンク２２はリンクプレート１３−．１４が回転
しても干渉しないよう回動面が異っている。

また、リンク２１．２２は同時加工によってそれぞれの
軸間距ｌｉｅ□ｌｅ２が等しくなっている。またｅｌ、
ｅ２は設計寸法が基部アーム５の軸間距離りと等しく設
定されている。

なお、リンク２１．２２のそれぞれの軸支部は２個の軸
受間に皿バネ２３．２４が挿入されており、押え板２５
によって軸受の外輪、球、軸受の内輪、皿バネ、軸受の
内輪、球、軸受の外輪にわたって軸受のラジアル隙間を
除去するための予圧が設定されている。２６は押え板２
５をリンク２１．２２に締結しているネジである。

それぞれのリンク２１．２２の両端軸支部は第７図に示
す如く軸受のラジアル隙間を除去するための予圧が設定
されていて、かつ少なくとも一方の軸支部は軸方向のア
ライメントのため、リンク軸とリンク（軸受内輪）とは
軸方向に移動可能となっている。

なお、２７．２８は基部アーム５に取付けられた組立時
に使用するフタである。

又、嵌合穴１３ａと１４ａ、１５ａと１７ａ、１６ａと
１８ａ及びリンク２１，２２の軸受穴の径はそれぞれ等
しくなっている。

一方、固定台１内部には固定台１の底部１ａに先端アー
ム駆動用ＤＤモーター２７のステーター２７ａが固定さ
れている。先端アーム駆動用ＤＤモーター２７はその出
力軸（ローター）２７ｂが、前記先端アーム能動軸１１
と同軸になるよう設けられている。先端アーム原動用Ｄ
Ｄモーター２７の出力軸２７ｂは先端アーム叩動軸１１
の下端１１ｂに結合したフランジ２８に締結されている
。

フランジ２８と前記フランジ２間には間隙が設けられて
いる。また、前記スペーサ４下部には基部アーム駆動用
ＤＤモーター３の中空部３ｄと先端アーム駆動軸１１と
の間を貫通する中空シャフト部４ａが形成されていて、
該中空シャフト部４ａのフランジ２下方への突出部４ａ
’　には間隙内にブロック３０が連結されている。該ブ
ロック３０は前記フランジ２８に軸受３２を介して軸支
されている。２３．２４は軸受３２に予圧を与える皿バ
ネである。

該ブロック３０には基部アーム回転制限用のメカニカル
ストッパが形成されていて、フランジ２に固定された固
定ストッパ３３に当接するようになっている。また、ブ
ロック３０にはドグ３４が設けられていて、フランジ２
に設けられたブラケッ１−３５に固定された基部アーム
回転角検出用の原点並びにオーバーラン検出用の近接ス
イッチ３６，３７．３８に検出されるようになっている
。固定台１背面には図示省略のコントローラーと接続す
るコネクター３９を設けた中継ボックス４０が設けられ
ている。

また、中継ボックス４ｏとフランジ２間の固定台上面に
は配線用の支柱４１が取付けられている。該配線用支柱
４１上端には回転型コネクター４２を介してフレキシブ
ルコンジットチューブ（以下、コンジットチューブ）４
３の一端が接続されている。

コンジットチューブ４３の他端は先端アーム軸９と略同
軸になるように先端アーム１０後部上部に設けられたが
カバ−４４上部に設けられた回転型コネクター４５を介
して、先端アーム１０と接続している。

先端アーム１ｏ内部において減速機４６を備えた作業軸
回転駆動用ＡＣモーター４７と作業軸位置決めストッパ
駆動用ＡＣモーター４８が平行先端アーム軸９とに設け
られている。前記ＡＣモーター４７は先端アーム軸９と
略同軸になるように設けられており、減速機４６の出力
軸４６ａにはタイミングプーリー４８が、後記ＡＣモー
ター４８の出力軸４８ａにはタイミングプーリー４９が
連結している。

一方、先端アーム１０の前部１０ｂにはスプラインによ
って形成された一対の作業軸５０゜５０′が先端アーム
軸９と平行になるよう、スプライン軸受５１．５１’　
、５２．５２’　、ラジアル軸受５３．５３’　、５４
．５４’　によって軸方向にｍ動自在かつ回転自在に軸
支されている。

前記スプライン軸受５１．５１’　、５２．５２’はス
リーブ５５．５５’　を介してタイミングプーリー５６
．５６’　に連結している。該タイミングプーリー５６
．５６’　と前記タイミングプーリー４８はタイミング
ベルト５７によって回転連結している。

また１作業軸５０．５０’上端部５０ａ、　５０ａ’は
先端アーム１０前部上部に作業軸５０．５０’と平行に
設けられた一対のエアシリンダ５８゜５８′のロッド５
８ａ、５８ａ’　に連結したジヨイント５９．５９’　
に設けられた軸受６０，６０’によって回転自在かつ軸
方向に一体になるよう設けられている。

一方、先端アーム１０前部の作業軸５０゜５０′中間部
には軸受６１，６２を介して作業軸５０．５０’　と平
行にスリーブ６３が軸支されている。該スリーブ６３に
は軸受６１上方において、タイミングプーリー６４が形
成されており、前記タイミングプーリー４９とタイミン
グベルト６５によって回転連結されているとともに、そ
の上部において外周におねじを形成した摺動ストッパ６
６のおねじに嵌合するめねじを形成した軸受６７を固定
しである。６８は摺動ストッパ６６上部に形成されたス
トッパ部で、先端アーム１０内部に前記スリーブ６３の
軸と平行に固定されたガイド６９によって摺動自在かつ
回転不能に案内されている。７０は先端アーム１０前部
に設けられたカバーである。

なお、カバー７０、カバー４４、中継ボックス４０、フ
タ２７．２８、支持部材６等はロボット内部を外部より
密閉する構造となっている。

７０．７１．７１’は先端アーム回転角検知のための原
点用及びオーバーラン検出用近接スイッチである。

又、７２は基部アーム５の後部５ａに固定された先端ア
ーム用のメカニカルストッパで、先端アームのオーバー
ラン時に第１リンクプレートに当接するようになってい
る。

本発明では、先端アーム用のメカニカルストッパ７２と
基部アーム用のメカニカルストッパ３３がロボット内部
に設けられている。そのため、安全性が向上するととも
に万一ロボットがオーバランしてメカニカルストッパが
当接しても、当接によって発生するふん塵が外部に放出
しないため、クリーン度を要求される環境においても使
用できる。

なお、前記フランジ２とフランジ２８との間隙部にメカ
ニカルストッパを形成したブロック３０と固定ストッパ
３３を設けたが、ストッパの代りに先端アーム駆動用Ｄ
Ｄモーター２７の出力軸２７ｂと中空シャフト部４ａの
回転を停止させるブレーキをフランジ２もしくは固定台
に設けてもよい。また、この場合は１つのブレーキ手段
で一度に前記先端アーム駆動用ＤＤモーターの出力軸２
７ｂと中空シャフト部４ａを停止させるようにすること
も考えられる。

なお、作業軸５０．５０’の下端５０ｂ、５０ｂ’には
図示省略の作業工具を取り付ける。

また、７３はコンジットチューブ４３に内挿され、中継
ボックス４０と先端アーム１０を接続するケーブルであ
る。基部アーム５内には電装部品は取付けられていない
ので、リンク２１゜２２が回転してもケーブル切断の恐
れがない。

又、前記フタ２７．２８はそれぞれ基部アーム５の後（
基）部上部と前（先端）部下部に形成された穴を密閉す
るために設けられているが、この２つの穴は基部アーム
５内にリンク２１゜２２等を組込むための作業用の穴で
あるが、この穴と穴に対向した軸支部以外は基部アーム
が閉構造になっているため高いアーム剛性を得ることが
できる（通常、リンクを内蔵したアームはアームの一側
が全部間いた構造になってしまうため剛性が低かった。

）。

又、コンジットチューブ４３内にロボット内に発生する
ふん塵を外部から吸引する排気用のチューブを設けるこ
ともできる。コンジットチューブ４３は一端で先端アー
ム１ｏの略回転中心に回転コネクターによって接続され
ているので、アームの速い動きにも無理なく追従できる
（従来はアームに取付けられた配線の曲げやねじりに起
因する抵抗によって精度劣化の問題があった。）。

また、先端アーム軸９をクロスローラー軸受８によって
軸支したため、軸支部の厚さが薄くなり、基部アーム５
先端部上部に突出部がなくなった。このため、先端アー
ム１０の基部内部に重量の大きいＡＣモーター４７．４
８を配置できるので、先端アームの慣性モーメント低減
の効果があるとともに、基部アーム５内でダブルリンク
機構に必要なスペースを確保できる。

（作　用）第１２図乃至第１６図でイはロボット基部、口、ハ、二
、ホはそれぞれリンク２１，２２と各軸を連結するクラ
ンク（実際はリンクプレート）、へは先端アーム１０先
端に設けられた負荷である。チは基部アーム５の軸線で
ある。

第８図乃至第１２図に経るごとに先端アーム１０は右旋
回を行う。

基部アーム５の軸線チとクランクロ、ハとのなす角をそ
れぞれα、α′とすると第９図（α＝４５°、α′＝４
５°）、第１０図（α＝１３５゜α’　＝４５’　）　
、第１１図（α＝２２５°、α′＝１３５°）に変力点
が発生する。

前述したように、第９図、第１１図の変力点はリンク２
１．２２に働く力の方向が逆であるため、リンクに「ガ
タつき」は発生しない。また、第１０図の場合であるが
、この時先端アーム１０は基部アーム５と平行（同一直
線上）にあるため、第１３図に示す作業範囲外形の円弧
Ｑの部分にのみ出現する。この円弧Ｑの部分はロボット
の作業範囲としては利用されることは極まれであるため
、この点でのリンクの「ガタつき」による精度に対する
悪影響は殆ど無視できる。

（効　果）本発明は前述した如く、基部アーム後部に配設した第１
リンクプレート部材にモーターに連結した駆動軸を固着
するとともに、基部アーム前部に軸受を介して先端アー
ム軸を前記駆動軸と平行に軸支するとともに、該先端ア
ーム軸に第２リンクプレート部材を固着するとともに、
駆動軸と先端アーム軸の軸間距離と等しい長さで、２本
のリンクの両端を第１リンクプレー１−部材と第２リン
クプレート部材にそれぞれ回転中心からの距離を等しく
設けられた一対の支柱２組によって２本のリンクの位相
差が略９０度になるように、かつ、２本のリンクの回動
面が互いに異なるように軸受よって軸支するとともに、
２本のリンクが重った時に先端アームの軸線を基部アー
ムの軸線と略平行になるように先端アームを先端アーム
軸に取付けたことを特徴としたので、ダブルリンク機構
に固有のリンクの「ガタつき」による悪影響をほとんど
無視することができる効果を有する。

なお、本発明は能動源にダイレクトドライブモーターを
用いたが、これは他の回転アクチュエーターでも良い。

また、リンクプレート部の構成としては本発明の如く一
枚構成のものの他、実公昭６３−４６３２号や特開昭６
３−７７６７４号にみられる如く複数のものとすること
もできる。

また、ダブルリンク機構の中立点として第１４図の位置
を考えると、この位置から左右対称にもっとも大きく作
業範囲を得られる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例正断面図、第２図、第３図は
第１図の要部拡大図、第４図は第１図の外ｉｆ面図、第
５図は同平面図、第６図は第１図のリンク部平面図、第
７図は第６図のリンク部軸支部の正断面図、第８図は従
来のダブルリンク機構の外観斜視図、第９図は第８図の
ダブルリンクが重合した状態の平面図、第１０図は第８
図のリンク機構のトルク伝達説明図、第１１図は第９図
のリンクＡ、リンクＢの両端に発生する力を示す図、第
１２図乃至第１６図は本発明の先端アームと基部アーム
の作動説明図。第１７図は本発明の先端アームと基部アームの作業範囲
説明図である。１・・・固定台３・・・基部アーム駆動用ダイレクトモーター５・・・
基部アーム９・・・先端アーム軸１０・・・先端アーム１１・・・先端アーム駆動軸１３・・・第１リンクプレート１４・・・第２リンクプレート２１．２２・・・リンク２７・・・先端アーム駆動用ダイレクトモーター２７ｂ
・・・出力軸イ・・・ロボット基部口、ハ、二、ホ・・・リンク２１．２２と各軸を連結す
るクランク（リンクプレート）へ・・・先端アーム先端の負荷第６図

Claims

【特許請求の範囲】

基部アーム後部に配設した第１リンクプレート部材にモ
ーターに連結した駆動軸を固着するとともに、基部アー
ム前部に軸受を介して先端アーム軸を前記駆動軸と平行
に軸支するとともに、該先端アーム軸に第２リンクプレ
ート部材を固着するとともに、駆動軸と先端アーム軸の
軸間距離と等しい長さで、２本のリンクの両端を第１リ
ンクプレート部材と第２リンクプレート部材にそれぞれ
回転中心からの距離を等しく設けられた一対の支柱２組
によって２本のリンクの位相差が略９０度になるように
、かつ、２本のリンクの回動面が互いに異なるように軸
受よって軸支するとともに、２本のリンクが重った時に
先端アームの軸線を基部アームの軸線と略平行になるよ
うに先端アームを先端アーム軸に取付けたことを特徴と
するロボットの動力伝達装置。