JPH0411027Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、旋回軸や揺動アーム等複数の手首構
成部材からなる多自由度のロボツト用手首におけ
る各手首構成部材の移動限界を規制する装置に関
する。

〈従来の技術〉 各種作業機器が先端に搭載されるロボツト用ア
ームは、作業機器を任意の方向に向ける必要があ
るため、普通多くの自由度を有している。ロボツ
ト用アームの先端部の手首部においても、多自由
度を達成するため、ロボツト用手首を構成する複
数の手首構成部材をそれぞれ関節部を介して連結
し、各手首構成部材を歯車機構や歯車リンク機構
等の動力伝達機構を介してそれぞれ駆動するよう
にしている。ところで、動力伝達機構は、各手首
構成部材同士の組合せの関係及び構造の簡素化等
の要求から、各手首構成部材の動力伝達機構の構
成部材（歯車等）を共用する構造となつているも
のが多い。従つて、このような動力伝達機構を備
えたロボツト用アームの一つの手首構成部材を駆
動しようとすると、他の手首構成部材まで動いて
しまうことになる。そこで、従来より上述した不
必要な手首構成部材の動きを除去する目的で予め
ソフトウエアによる修正信号を組み込んでおくよ
うにしている。一方、各手首構成部材が許容動作
範囲を越えて動作すると、破損あるいは故障等を
引き起こしかねないので、これを防止するため、
手首部の各手首構成部材の移動を規制するリミツ
トスイツチ等を手首部に設けるようにしている。

〈考案が解決しようとする問題点〉 上記従来のロボツト用手首部においては、旋回
軸や揺動アーム等の手首構成部材の移動範囲を規
制するリミツトスイツチ、ドツグ等を手首部に組
み込んでいるため、手首部の構造が複雑大形化し
てしまう。又、リミツトスイツチのためのリード
線をロボツト基端の制御部までのばさなければな
らないが、その場合、リード線長に充分の余裕を
とつておかないと手首部の動作によりリード線が
断線することがあり、逆に充分に余裕をとつた場
合には保守の上でリード線がじやまになるという
別の不具合が生じてしまう。

ロボツト手首部に各手首構成部材の移動範囲規
制用のリミツトスイツチ等を組み込む形式の従来
の規制装置には上述のような欠点があることにか
んがみ、本考案では、各手首構成部材の動きに対
応した動きを動力伝達機構を介してロボツトアー
ムの後方で取り出し、この動きを規制するように
し、もつてロボツト手首部の構造の簡素小型化並
びにリード線のひきのばしによる不具合の解決を
企図したのである。

〈問題点を解決するための手段〉 上記問題を解決するため本考案では、それぞれ
異なる軸回りに回動可能となつている複数の手首
構成部材と、各手首構成部材に動力を伝達する駆
動軸と、各駆動軸を駆動する駆動源と、各駆動軸
と各手首構成部材とを連結し且つ互いに係合して
いる動力伝達機構と、複数の手首構成部材を作動
させた場合の動力伝達機構における干渉を補償す
る制御系とからなるロボツト用アームにおいて、
当該ロボツト用アームの基端側において各駆動軸
と各手首構成部材と対応する対応軸とを機械的動
力伝達手段を介して連結すると共に、各対応軸に
各手首構成部材の動きと対応する動きが得られる
ように前記駆動軸の干渉補償動を補償する差動歯
車装置を前記機械的動力伝達手段に組み込み、前
記対応軸の動きをもとに各手首構成部材の許容移
動範囲を規制するようにしたのである。

〈実施例〉 第１図には一実施例に係る規制装置を備えたロ
ボツト用アームをスケルトン的に表わしてある。
１は筒状の回転用軸で、図示されていない他のア
ーム等に俯仰可能に支持されているケース等に中
心軸回りに回転自在に支持されている。回転用軸
の後端部にはかさ歯車２が固着されており、この
かさ歯車２には、減速機３を介して回転用モータ
４に連結するかさ歯車５がかみ合わせられてい
る。又、回転用軸１の先端部には手首部のケーシ
ングをなす枠体６が一体に取付けられている。回
転用モータ４の作動により、回転用軸１と共に枠
体６はその中心軸回りに回転（γ軸動）される。
筒状の回転用軸１内には筒状の揺動用軸７がその
中心軸回りに回転自在に支持されており、その後
部にはかさ歯車８が固着され、このかさ歯車８
に、減速機９を介して揺動用モータ１０に連結す
るかさ歯車１１がかみ合わせられている。前記枠
体６内に延びる揺動用軸７の先端部にはかさ歯車
１２が取付けてあり、このかさ歯車１２には、前
記揺動用軸７の軸方向に対し直角をなし前記枠体
６に回転自在に支持された歯車軸１３上のかさ歯
車１４がかみ合わせられている。歯車軸１３上に
は歯車１５が設けてあり、この歯車１５とかみ合
う歯車１６を備え前記歯車軸１３と平行な歯車軸
（揺動軸）１７が前記枠体６に回転自在に支持さ
れている。この揺動軸１７上の前記歯車１６には
筒状の揺動アーム１８が一体的に取付けられてい
る。前記揺動用モータ１０の作動によりかさ歯車
１１，８を介して揺動用軸７が回転し、更にかさ
歯車１２，１４、歯車１５，１６を介して揺動ア
ーム１８は前記揺動軸１７を中心として揺動（β
軸動）するのである。揺動アーム１８内には、先
端部に各種操作機器等が装着されるフランジ部１
９を有する旋回軸２０が回転自在に支持され、そ
の後端部にはかさ歯車２１が設けられている。一
方、筒状の揺動用軸７内には旋回用軸２２が回転
自在に支持され、その後端部には減速機２３を介
して旋回用モータ２４が連結されている。又、枠
体６内において前記揺動用軸７先端のかさ歯車１
２より先方に延びる旋回用軸２２の先端部にはか
さ歯車２５が設けてあり、このかさ歯車２５に
は、前記歯車軸１３と同一軸上に位置し枠体６に
回転自在に支持された歯車軸２６上のかさ歯車２
７がかみ合わせられている。歯車軸２６上には歯
車２８が設けてあり、この歯車２８には、前記揺
動軸１７と同一軸上に位置し前記枠体６と揺動ア
ーム１８とに回転自在に支持された歯車軸２９上
の歯車３０がかみ合わせられている。そして、歯
車軸２９の前記揺動アーム１８内に延びる内端部
には、前記旋回軸２０後端のかさ歯車２１にかみ
合うかさ歯車３１が設けられている。よつて、旋
回用モータ２４を駆動すると、旋回用軸２２が回
転し、その先端のかさ歯車２５，２７、歯車軸２
６、歯車２８，３０、歯車軸２９、かさ歯車３
１，２０と回転が伝わつて、旋回軸２０がその中
心軸回りに回転（α軸動）されるのである。つま
り、このロボツト用アームにおける手首部は、枠
体６、揺動アーム１８、旋回軸２０及び歯車機構
からなり、回転動（γ軸動）、屈曲部（β軸動）、
旋回動（α軸動）の３自由度を有しているのであ
る。

一方、回転用軸１の後部にはスプロケツト３２
が取付けられ、別途支持された回転対応軸３３に
もスプロケツト３４が取付けられ、これらにチエ
ーン３４ａがかけ渡されている。そして、この回
転対応軸３３の端部には、第２図ａ，ｂに示すよ
うなドツグ取付板３５が一体的に取付けられ、ド
ツグ取付板３５にはドツグ３６が取付けられ、そ
の回りにおいて、回転用軸１（手首部で言えば枠
体６）の許容移動範囲（回転角）の両端に対応し
た位置それぞれには、前記ドツグ３６との当接に
より前記回転用モータ４に停止を指令するリミツ
トスイツチ３７が設けられている。

又、揺動用軸７の後端にはスプロケツト３８が
取付けられ、揺動用軸７と平行に設けられた軸３
９上にもスプロケツト４０が取付けられ、これら
スプロケツト３８，４０間にチエーン４１がかけ
渡されている。前記軸３９及び前記回転対応軸３
３端に設けられた歯車４２とかみ合う歯車４３と
一体の軸４４をそれぞれ入力軸とする第１差動歯
車装置４５が構成されており、その出力軸（揺動
対応軸）４６の端部に揺動用ドツグ取付板４７が
一体的に取付けられている。揺動用軸７と共に回
転用軸１が回転すると、揺動アーム１８の動きは
干渉してしまうので、予めプログラミングされて
いる修正信号により、所期の回転角が得られるよ
うに修正動されるが、揺動用ドツグ取付板４７も
第１差動歯車装置４５により干渉分が修正されて
実際の揺動アーム１８の回転量に対応して回転さ
れる。このドツグ取付板４７にも前記回転用ドツ
グ取付板３５と同様にドツグ７３が取付けられ、
その回りにはドツグ７３との当接により揺動用モ
ータ１０に停止指令を出すリミツトスイツチ７４
が設けられる。

旋回用軸２２上にはスプロケツト４８が取付け
られ、旋回用軸２２と平行な軸４９上にもスプロ
ケツト５０が一体的に取付けられ、これらのスプ
ロケツト４８，５０間にチエーン５１がかけ渡さ
れ、旋回用軸２２の回転が軸４９にも伝達される
ようになつている。軸４９には歯車５２が取付け
られ、この歯車５２とかみ合う歯車５３を具えた
軸５４及び前記第１差動歯車装置４５の入力軸３
９端に設けられた歯車５５とかみ合う歯車５６と
一体の軸５７を入力軸として第２の差動歯車装置
５８が構成されており、その出力軸５９の端部に
は歯車６０が固着されている。この歯車６０とか
み合う歯車６１を具えた軸６２を一の入力軸と
し、前記回転対応軸３３とスプロケツト６３，６
４、チエーン６５で連結された軸６６上の歯車６
７とかみ合う歯車６８を具えた軸６９をもう一方
の入力軸として第３の差動歯車装置７０が構成さ
れ、その出力軸である旋回対応軸７１の端部には
旋回用ドツグ取付板７２が取付けられている。旋
回用軸２２と共に回転用軸１、揺動用軸７が回転
すると、そのままでは旋回軸２０は干渉して所期
の回転量回転しないが、予め組み込まれているソ
フトウエアにより干渉分を補償すべく制御され、
旋回軸２０は所期の量回転されるが、旋回用ドツ
グ取付板７２も二つの差動歯車装置５８，７０を
介して回転用軸１と揺動用軸７との干渉分が補修
されて、旋回軸２０の回転量に対応した量回転さ
れる。この旋回用ドツグ取付板７２にも他のドツ
グ取付板と同様にドツグ７５が取付けられ、その
回りにおいて、許容移動範囲の両端相当位置には
前記ドツグ７５との当接により旋回用モータ２４
に停止を指令するリミツトスイツチ７６が設けら
れる。

以上のように、手首部を構成する手首構成部材
である、枠体６、揺動アーム１８、旋回軸２０の
回転量に対応した回転量をロボツトアーム後部に
組み込まれているドツグ取付部３５，４７，７２
で取り出し、各ドツグ取付板３５，４７，７２の
ドツグ３６，７３，７５で固定のリミツットスイ
ツチ３７，７４，７６をたたくことにより、枠体
６、揺動アーム８、旋回軸２０の移動範囲を規制
するのである。

尚、上記装置における回転量伝達補償機構であ
る差動歯車装置４５，５８，７０としてはどのよ
うなものでもよいが、本実施例では、最も単純な
構造のもの、つまり二つの入力軸側かさ歯車を同
一歯数とし、これらをつなぎ出力軸を駆動するか
さ歯車は共に同一歯数とする。従つて、（一方の
入力軸の角変位）＋（もう一方の入力軸の角変位）
＝1/2（出力軸の角変位）となるのである。

次に実際に数値を挙げて上記補正装置の動きを
説明する。

回転用軸１と回転対応軸３３とを連結するスプ
ロケツト３２と３４との直径比を１：１、回転対
応軸３３と旋回対応軸７１とを連結するスプロケ
ツト６３と６４の直径比を４：１、回転対応軸３
３と第１差動歯車装置４５の一方の入力軸４４と
を連結する歯車４２と４３の歯数比を２：１、揺
動用軸７と第１差動歯車装置４５のもう一方の入
力軸３９とをつなぐスプロケツト３８と４０の直
径比を２：１、旋回用軸２２と軸４９とをつなぐ
スプロケツト４８と５０との直径比を２：１、更
に、歯車５２と５３の歯数比を１：１、歯車５５
と５６との歯数比を１：１、歯車６０と６１との
歯数比を２：１、歯車６７と６８との歯数比を
１：１とし、手首部における枠体６を＋54°、揺
動アーム１８を−79°、旋回軸２０を−124°回転
させる場合を考えてみる。尚、枠体６、旋回軸２
０については、アーム基端側（第１図中Ａ側）か
ら見て、時計回りを＋、反時計回りを−とし、揺
動アーム１８については右側面（第１図中Ｂ側）
から見て、時計回りを＋、反時計回りを−とす
る。

旋回用軸２２を＋9°回転させると、旋回軸２０
は＋9°回転する。

次に揺動用軸７を−25°回転させると、揺動ア
ーム１８は−25°回転し、更に旋回軸２０が−25°
回転するから旋回軸２０は−16°回転したことに
なる。

更に、回転用軸１を＋54°回転させると、枠体
６は＋54°回転するが、この回転に伴つて、揺動
アーム１８は−54°回転するから、結局揺動アー
ム１８は−79°回転したことになり、又旋回軸２
０は枠体６の回転に伴つて−54°回転すると共に、
揺動アーム１８が枠体６の回転により−54°回転
するために、旋回軸２０も−54°回転し、旋回軸
２０は結果的には、＋9°−25°−54°−54°＝−124°
回
転する。

一方、ドツグ取付板においては、旋回用軸２２
を＋9°回転させると、旋回用ドツグ取付板７２は
＋9°回転する。

揺動用軸７を−25°回転させると、揺動用ドツ
グ取付板４７は−25°回転し、その回転に伴つて
旋回用ドツグ取付板７２は−25°回転するから、
結局旋回用ドツグ取付板７２は−16°回転したこ
とになる。

次に、回転用軸１を＋54°回転させると、回転
用ドツグ取付板３５は＋54°回転するが、この回
転に伴つて揺動用ドツグ取付板４７は−54°回転
し、結局揺動用ドツグ取付板４７は−79°回転し
たことになる。又、旋回用ドツグ取付板７２は回
転用軸１が＋54°すると−108°回転するから、旋
回用ドツグ取付板７２は、結局、＋9°−25°−108°
＝−124°回転したことになる。

即ち、旋回用軸２２を＋9°、揺動用軸７を−
25°、回転用軸１を＋54°回転させると、手首部に
おける旋回軸２０は−124°、揺動アーム１８は−
79°、枠体６は＋54°回転するのに対して、これら
の構成部材の回転取出し側においては、旋回用ド
ツグ取付板７２は−124°、揺動用ドツグ取付板４
７は−79°、回転用ドツグ取付板３５は＋54°回転
し、つまり、ドツグ取付板７２，４７，３５の回
転量は手首部構成部材２０，１８，６の回転量即
ち角変位量と１：１で対応するのである。従つ
て、旋回軸２０、揺動アーム１８、枠体６の許容
移動量（角度）と対応させて、各ドツグ取付板７
２，４７，３５の回りにリミツトスイツチ７６，
７４，３７を設けておけば、旋回軸２０、揺動ア
ーム１８、枠体６の移動量が規制できるのであ
る。

尚、上記実施例のロボツト手首部において、旋
回軸２０を±α変位させるには旋回用軸２２を±
α駆動すればよい。揺動アーム１８を±β変位さ
せるには、揺動用軸７を±β駆動すればよいので
あるが、揺動アーム１８の変位につれて、旋回軸
２０も変位するから、旋回用軸２２を±β°駆動し
て補正する必要がある。枠体６を±γ変位させる
には、回転用軸１を±γ駆動すればよいが、枠体
６の変位につれて揺動アーム１８、旋回軸２０も
変位するから、揺動用軸７、旋回用軸２２を共に
±γ駆動して補正する必要がある。これらの補正
は各軸の操作プログラムによりソフト的に行なわ
れる。

第１図に示した実施例において、スプロケツト
３２と３４の直径比を１：２、スプロケツト６３
と６４の直径比を４：１、歯車４２と４３との歯
数比を２：１、スプロケツト３８と４０の直径比
を１：１、スプロケツト４８と５０との直径比を
１：１とし、他の歯数比等を前と同様とすると、
旋回用軸２２を＋9°、揺動用軸７を−25°、回転
用軸１を＋54°回転させると、旋回軸２０は−
124°、揺動アーム１８は−79°、枠体６は＋54°回
転するのに対して、旋回用ドツグ取付板７２は−
62°、揺動用ドツグ取付板４７は−39.5°、回転用
ドツグ取付板３５は＋27°回転する。つまり、ド
ツグ取付板７２，４７，３５の回転は手首部各構
成部材の実際の回転量の1/2となるのである。こ
のように、手首部構成部材の動きとドツグ取付板
との動きは１：１とする必要はなく、一定の対応
関係になつていればよい。

第３図には手首部の構造が第１図のものと異な
つているロボツト用アームに適用した実施例を示
す。これは、揺動アーム１８の伝動機構、旋回軸
２０の伝動機構における歯車を各一組（歯車１
５，１６、歯車２８，３０）を省略したもので、
揺動用軸７と揺動アーム１８の回転方向、旋回用
軸２２と旋回軸２０の回転方向が逆となるので、
回転量取出し側においても回転方向を合わせるた
めに、歯車を付加（揺動用軸７から第１差動歯車
装置４５に至る間に設けられた歯車７７）、ある
いは削除（歯車５２，５３）している。

上記構成において、スプロケツト３２と３４と
の直径比を１：１、スプロケツト６３と６４との
直径比を４：１、歯車４２と４３の歯数比を２：
１、スプロケツト３８と４０との直径比を２：
１、スプロケツト４８と５０との直径比を２：１
とし、他の歯数比等を前述のものと同じとして、
例えば旋回用軸２２を−9°、揺動用軸７を＋25°、
回転用軸１を＋54°回転させると、旋回軸２０は
−124°、揺動アーム１８は−79°、枠体６は＋54°
回転し、又旋回用ドツグ取付板７２は−124°、揺
動用ドツグ取付板４７は−79°、回転用ドツグ取
付板３５は＋54°回転する。つまり、ドツグ取付
板７２，４７，３５の回転は各手首構成部材２
０，１８，６の回転即ち角変位量と１：１で対応
するのである。スプロケツトや歯車の刻み円直径
比を適当に選べば、先の実施例と同様に、ドツグ
取付板７２，４７，３５の回転量を手首構成部材
２０，１８，６の回転の1/2あるいはその他の比
率とすることができる。

尚、本考案は、手首構成部材へ動力を伝達する
歯車機構が上記以外のどのようなものであつても
対応可能である。又、手首部の自由度も上記実施
例のような３自由度のものに限らず、２自由度以
上のものにいずれにも適用可能である。

〈考案の効果〉 以上、実施例を挙げて詳細に説明したように、
本考案によれば、手首構成部材の動きと対応した
動きをロボツトアームの基端側で取り出し、その
動きをもとにドツグ、リミツトスイツチなどの規
制手段により手首構成部剤の許容移動範囲を規制
するようにしたので、手首部からドツグ、リミツ
トスイツチ等の規制手段がなくなり、手首部の構
造が簡素化され、又手首部までリード線等を伸ば
す必要もなくなり、従来リード線を配線していた
ことによる断線や保守上の不具合がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る規制装置のス
ケルトン図、第２図ａ，ｂは第１図中Ｃ部の詳細
拡大正面図と平面図、第３図は他の実施例のスケ
ルトン図である。 図面中、１は回転用軸、４は回転用モータ、６
は枠体、７は揺動用軸、１０は揺動用モータ、１
７は揺動軸、１８は揺動アーム、２０は旋回軸、
２２は旋回用軸、２４は旋回用モータ、３３は回
転対応軸、３５は回転用ドツグ取付板、４５，５
８，７０は差動歯車装置、４６は揺動対応軸、４
７は揺動用ドツグ取付板、７１は旋回対応軸、７
２は旋回用ドツグ取付板である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. それぞれ異なる軸回りに回動可能となつている
   複数の手首構成部材と、各手首構成部材に動力を
   伝達する駆動軸と、各駆動軸を駆動する駆動源
   と、各駆動軸と各手首構成部材とを連結し且つ互
   いに係合している動力伝達機構と、複数の手首構
   成部材を作動させた場合の動力伝達機構における
   干渉を補償する制御系とからなるロボツト用アー
   ムにおいて、当該ロボツト用アームの基端側にお
   いて各駆動軸と各手首構成部材と対応する対応軸
   とを機械的動力伝達手段を介して連結すると共
   に、各対応軸に各手首構成部材の動きと対応する
   動きが得られるように前記駆動軸の干渉補償動を
   補償する差動歯車装置を前記機械的動力伝達手段
   に組み込み、前記対応軸の動きをもとに各手首構
   成部材の許容移動範囲を規制するようにしたこと
   を特徴とするロボツトの移動限界規制装置。