JPH06170767A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 旋回可能な第１および第２アームを備えた産
業用ロボットにおいて、旋回部分の慣性モーメントを小
さくして動作の高速化、高精度化等に有利な構造とし、
しかも伝動手段および検出部等を合理的に配置してアー
ム部分をコンパクトな構造とする。 【構成】 上記第１アーム１４の内部に、このアームの
基端側に位置して第２ＤＤモータ２０に連結された駆動
軸２１に設けられたプーリ２２と、第１アーム１４の先
端側に位置して第２アーム１８に連結された従動軸１７
に設けられたプーリ２３と、これらのプーリ２２，２３
に掛け渡されたベルト２４とからなる伝動手段を装備す
るとともに、上記第２アーム旋回動作を制御するために
設けられるセンサ装置における原点位置の検出部と旋回
限界位置の検出部とを、上記従動軸１７側と上記駆動軸
２１側とに振り分けて配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋回可能な第１，第２
アームを備えた産業用ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、水平多関節型と称される産業
用ロボットは広く知られており、この種のロボットとし
ては、ベースに対して旋回可能に支持された第１アーム
と、この第１アームに対して旋回可能とされた第２アー
ムとを備え、この第２アームの先端に、チャック等の作
業用部材とこれを作動する機構を組付けたものが一般的
である。

【０００３】この種のロボットにおける上記各アームは
モータ等により駆動される。なお、駆動系統としては、
駆動モータと減速機とを組合わせたものが一般的である
が、このようなものでは、摩耗やバックラッシに伴う摺
動等、減速機特有の問題がある。このため、最近、動作
の高速化および高精度化等に有利なように、各アームを
高トルクダイレクトドライブモータ（以下ＤＤモータと
称する）で直接駆動するようにしたものも開発されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記各アー
ムをＤＤモータ等で駆動する場合に、第２アームを駆動
するモータを第１アームの先端部に配置すると、慣性モ
ーメントが増大し、高速化および高精度化の妨げとな
る。従って、第２アームを駆動するモータを第１アーム
の基端部側に配置することが慣性モーメントの低減によ
る高速化等の面で好ましいが、このようにする場合、第
２アームの駆動系統には、モータの回転を第２アームに
伝達する必要がある。さらにこの駆動系統には、駆動の
制御のために、第２アームの基準位置等を検出する検出
部を具備する必要がある。このような動力の伝達や検出
等の機能の確保およびコンパクト化等の面で改善すべき
点が残されていた。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑み、第１アームの
基端部側に第２アーム駆動用モータを配置しつつ、動力
の伝達や検出等の機能の確保およびコンパクト化を可能
にする産業用ロボットを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、基端部
を中心に旋回可能な第１アームと、この第１アームに対
して旋回可能となるように第１アームの先端部に枢支連
結されている第２アームとを備えた産業用ロボットにお
いて、上記第１アームの基端部の近傍に第２アーム駆動
用モータを設置し、上記第１アームの内部に、この第１
アームの基端側に位置して上記第２アーム駆動用モータ
に連結された駆動軸に設けられたプーリと、第１アーム
の先端側に位置して第２アームに連結された従動軸に設
けられたプーリと、これらのプーリに掛け渡されたベル
トとからなる伝動手段を装備するとともに、上記第２ア
ームの基準位置および旋回限界位置を検出する各検出部
を、上記駆動軸側と上記従動軸側とに振り分けて配設し
たものである。

【０００７】また、第２の発明は、基端部を中心に旋回
可能な第１アームと、この第１アームに対して旋回可能
となるように第１アームの先端部に枢支連結されている
第２アームとを備えた産業用ロボットにおいて、上記第
１アームの基端部の近傍に第２アーム駆動用モータを設
置し、この第２アーム駆動用モータと第１アーム先端側
の第２アーム枢支部分との間に、第２アーム駆動用モー
タの回転を第２アーム枢支部分に伝える伝動手段を設け
るとともに、上記第２アーム枢支部分に、第１アームに
対する第２アームの基準位置を検出する検出部を設けた
ものである。

【０００８】

【作用】第１の発明によると、第２アームを駆動するモ
ータが第１アームの基端部側に設けられていることによ
り、第１アームの先端にモータを取付けるような場合と
比べて旋回部分の慣性モーメントが小さくなる。そし
て、上記モータの回転を第２アームに伝える伝動手段が
第１アームの内部にコンパクトに装備されるとともに、
上記各検出部が駆動軸側と上記従動軸側とに振り分けて
配設されることにより、第１アーム内において検出部組
込みのためのスペースが軸方向に大きく取られることが
ない。

【０００９】また、第２の発明によると、上記伝動手段
のベルトの滑り等があっても、第２アームの基準位置の
検出とそれに基づく制御の精度が確保される。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例による産業用ロボットを、
図１乃至図６に基づいて説明する。

【００１１】図１中、１は円筒状のベースであり、その
上面には第１のダイレクトドライブモータ２（以下、第
１ＤＤモータと称する）が固定されている。第１ＤＤモ
ータ２は低回転で高トルクを発生させるため、そのハウ
ジング３の内側に大径の外側固定子４とこれより小径の
内側固定子５とが同軸状に配置されており、これら両固
定子４，５の間に回転子６が配置されている。回転子６
の上端面には回転力を取り出す出力フランジ７が連結さ
れ、この出力フランジ７は内側固定子５を支持する中空
のモータ軸８の外周に軸受９を介して軸支されている。

【００１２】上記出力フランジ７の上面には、円筒上の
ブラケット１０が連結されている。このブラケット１０
の底面中央部には、中空軸１１が連結されており、この
中空軸１１はモータ軸８の内側を同軸状に貫通するとと
もに、その下端部がベース１の内側に導出されている。

【００１３】また、上記ブラケット１０は第１ＤＤモー
タ２から垂直に立設されてベースマストを兼用してお
り、その上端部には円筒状のカバー１３を介して第１ア
ーム１４が固定されている。この第１アーム１４は中空
の箱形構造をなして水平に延びており、上記第１ＤＤモ
ータ２の出力フランジ７に直結されて、上記モータ軸８
の軸心を通るＸ軸を中心に旋回される。

【００１４】第１アーム１４の先端部下面には、下方に
突出する円筒状のブラケット１５が固定されており、こ
のブラケット１５の内側には軸受１６を介して中空の従
動軸１７が軸支されている。従動軸１７の下端部には第
２アーム１８が連結されている。従って、第２アーム１
８が、第１アーム１４に対して旋回可能となるように、
第１アーム１４の先端部に枢支連結されている。この第
２アーム１８は中空の箱形構造をなすとともに、上記第
１アーム１４の下側において、水平方向に延びている。

【００１５】また、第１アーム１４の基端部の近傍に
は、第２アーム駆動用モータである第２のダイレクトド
ライブモータ２０（以下、第２ＤＤモータと称する）が
配置されている。この第２ＤＤモータ２０は、上記カバ
ー１３の内側に位置し、ブラケット１０の上端部にカバ
ー１３とともに固定されており、このため、当実施例の
場合は、ベース１上に各アーム１４，１８の駆動用のＤ
Ｄモータ２，２０が同軸状に積み重ねて配置されてい
る。

【００１６】なお、第２ＤＤモータ２０は第１ＤＤモー
タ２と共通の構成をなすため、同一構成部分については
同一番号を付し、その説明を省略する。

【００１７】上記第２ＤＤモータ２０と、第１アーム１
４に対する第２アーム枢支部分との間には、第２ＤＤモ
ータ２０の回転を第２アーム１８に伝達するための伝動
手段が設けられ、この伝動手段は第１アーム１４の内部
に装備されている。すなわち、第２ＤＤモータ２０の出
力フランジ７には中空の駆動軸２１が連結され、この駆
動軸２１はモータ軸８に対し同軸状に位置している。こ
の駆動軸２１および従動軸１７の上端部は第１アーム１
４内に導出され、これら各軸２１，１７の導出端にプー
リ２２，２３が固定され、この両プーリ２２，２３間に
ベルト２４が掛け渡されており、これらのプーリ２２，
２３およびベルト２４により、第２ＤＤモータ２０と第
２アーム１８との間の伝動手段が構成されている。従っ
て、第２ＤＤモータ２０の駆動力は、ベルト２４を介し
て第２アーム１８に伝達され、この第２アーム１８は従
動軸１７の軸心を通るＹ軸を中心に旋回されるようにな
っている。

【００１８】なお、上記従動軸１７は第１アーム１４と
第２アーム１８の重合部分の略中央部に位置されてお
り、その上下端部が両方のアーム１４，１８の内部空間
に開口している。

【００１９】第２アーム１８の先端部には、筒状のケー
シング２５が上下方向に貫通して設けられており、この
ケーシング２５の内側には円筒状の筒体２６が軸受２７
を介して挿通されている。筒体２６の内側には中空円筒
状のボールスプライン軸２９が挿通されており、このボ
ールスプライン軸２９の下端部には可動筒３０が同軸状
に連結されている。可動筒３０はケーシング２５の下端
部に連なるシリンダ３１内を挿通されており、この可動
筒３０の下端部はシール３２を介してシリンダ３１の下
端開口部から導出されているとともに、この導出端には
支持軸３３が取付けられている。また、ボールスプライ
ン軸２９の内側には、上方からボールねじ３４が噛み合
っており、このボールねじ３４の上端部は一段で高い減
速比の得られる減速機３５を介してサーボモータ３６に
連なっている。従って、サーボモータ３６によりボール
ねじ３４が回転されると、ボールスプライン軸２９が上
下方向にスライドし、支持軸３３が上下方向のＺ軸に沿
って昇降動される。

【００２０】第２アーム１８の内部には、ボールスプラ
イン軸２９と直交する方向に沿って他のサーボモータ３
７が収容されており、このサーボモータ３７は一段で高
い減速比の得られる減速機３８を介してべベルギヤ３９
を駆動している。このべベルギヤ３９はボールスプライ
ン軸２９の外周に設けた他のべベルギヤ４０に噛み合っ
ており、このべベルギヤ４０とボールスプライン軸２９
との間には、ボールスプライン軸２９の軸方向への摺動
は許容するが、軸回り方向への回動を伝える軸受部材４
１が介在されている。従って、サーボモータ３７の駆動
力がべベルギヤ３９，４０および軸受部材４１を介して
ボールスプライン軸２９に伝わると、上記支持軸３３が
ボールスプライン軸２９の軸回り方向に沿うＲ軸回りに
回転される。

【００２１】また、上記支持軸３３にはエアーチャック
４５が取付けられている。このエアーチャック４５はチ
ャックを開作動させるエアー導入口４６と閉作動させる
エアー導入口４７を備え、これら導入口４６，４７には
それぞれエアーホース４８，４８が接続されている。エ
アーホース４８，４８は第２アーム１８の先端部下面に
設けた通孔４９を経て、この第２アーム１８の内部空間
に導入された後、従動軸１７の内側を通じて第１アーム
１４の内部空間に導入されており、さらに、ここから駆
動軸２１、第２ＤＤモータ２０のモータ軸８、ブラケッ
ト１０および第１ＤＤモータ２の中空軸１１の内側を通
して、ベース１の周面に設けたコネクタ５０に接続され
ている。このコネクタ５０には、エアーホース４８，４
８とエアー供給源５３とを結ぶ外部エアー配管５１，５
１が連なっており、これら外部エアー配管５１，５１に
は開閉弁５２，５２が設けられている。従って、この開
閉弁５２，５２を選択的に開閉することで、エアーチャ
ック４５が開閉作動される。

【００２２】また、上記二つのサーボモータ３６，３７
はコンピュータ５５からの指令により回転角度および回
転方向が制御され、このモータ３６，３７に制御信号を
送る信号コードや電源コードを初めとして、上記支持軸
３３の昇降動および回転の基準となる原点位置を検出す
る近接スイッチ５８，５９からの信号コード５６は、エ
アーホース４８と同様に両方のアーム１４，１８および
ＤＤモータ２，２０の内部を通してコネクタ５７に接続
されている。

【００２３】一方、第１ＤＤモータ２の回転子６と一体
に回転する中空軸１１には、ベース１内に導出された下
部外周部分にスリーブ６０が固定されており、このスリ
ーブ６０にはエンコーダ６１が取付けられている。エン
コーダ６１はスリーブ６０と一体に回転する回転板６２
の外周部に多数の磁極を間隔を存して配置し、この磁極
をセンサ６１ａで検出することで、上記回転子６の回転
位置を磁気的に割り出しており、このエンコーダ６１か
らの信号は第１ＤＤモータ２の磁極制御と回転位置制御
のために、上記コンピュータ５５を介して第１ＤＤモー
タ２にフィードバックされる。

【００２４】なお、このエンコーダ６１や第１ＤＤモー
タ２への配線（図示せず）は、中空軸１１の内部を通し
てコネクタ５０に導かれ、ここから外部配線を介してコ
ンピュータ５５や電源６３に接続されている。

【００２５】また、中空軸１１の下端部外周には、第１
アーム１４の旋回範囲を制御するためのセンサ装置６４
が設けられている。このセンサ装置６４は中空軸１１の
下端部外周面に配置した位置検出用の突起６５ａ，６５
ｂ，６５ｃと、この突起６５ａ，６５ｂ，６５ｃを検出
する近接スイッチ６６ａ，６６ｂとで構成され、上記突
起６５ａ〜６５ｃが中空軸１１の外周面に嵌合固定した
リング６７に突設されているとともに、近接スイッチ６
６ａ，６６ｂがリング６７に対し放射状に配置されてい
る。

【００２６】そして、上記第１アーム１４は図３に示す
ように、旋回の基準となる原点位置ＳからＸ軸の軸回り
方向両側に一定角度θ₁ 、θ₂ 旋回運動するものであ
り、上記突起６５ａが原点位置Ｓに位置するとともに、
突起６５ｂが一方側の旋回限界位置Ａに、同じく突起６
５ｃが他方側の旋回限界位置Ｂにそれぞれ配置されてい
る。また、上記近接スイッチ６６ａが原点位置Ｓの突起
６５ａに対応するとともに、他の近接スイッチ６６ｂが
リング６７上において旋回限界位置Ａ，Ｂの突起６５
ｂ，６５ｃに対応するようになっており、これら近接ス
イッチ６６ａ，６６ｂからの信号は第１アーム１４の旋
回位置制御のために、上記コンピュータ５５を介して第
１ＤＤモータ２にフィードバックされる。

【００２７】第１アーム１４の内部には、第２アーム１
８の旋回範囲を制御するセンサ装置７２が設けられてい
る。このセンサ装置７２は、突起７３ａを有するリング
７５とこれに対応する近接スイッチ７４ａとで構成され
て第２アーム１８の原点位置（第１アーム１４に対する
第２アーム１８の基準位置）を検出する検出部と、突起
７３ｂ，７３ｃを有するリング７６とこれに対応する近
接スイッチ７４ｂとで構成されて第２アーム１８の旋回
限界位置を検出する検出部とを備えており、上記第１ア
ーム１４のセンサ装置６４の構成とほぼ同様である。た
だし、上記各検出部が駆動軸２１側と従動軸１７側とに
振り分けられて配設されている。そして、とくに第２ア
ーム１８の原点位置の検出部は、第２アーム枢支部分で
ある従動軸１７側に設けられている。

【００２８】すなわち、上記第２アーム１８の原点位置
検出用の突起７３ａを備えたリング７５が従動軸１７の
上端部に固定されるとともに、第２アーム１８の旋回限
界位置検出用の突起７３ｂ，７３ｃを備えたリング７６
が駆動軸２１の上端部に固定され、これに応じて突起７
３ａ〜７３ｃを検出する近接スイッチ７４ａ，７４ｂ
が、両軸１７，２１回りに振り分けて設けられている。

【００２９】また、従動軸１７上のプーリ２３のボス部
２３ａには、第２ＤＤモータ２０の回転子６の回転位置
を検出するエンコーダ７０が取付けられており、このエ
ンコーダ７０や近接スイッチ７４ａ，７４ｂへの配線７
７は、第１アーム１４の内部空間から第２ＤＤモータ２
０および第１ＤＤモータ２の内側を通してコネクタ５７
に導かれ、ここから外部配線を介してコンピュータ５５
に接続されている。

【００３０】なお、上記近接スイッチ７４ｂに何等かの
トラブルが生じたときの第２アーム１８のオーバーラン
防止のため、第１アーム１４の底面にゴム製のストッパ
ー７９が設けられ、第２アーム１８が上記旋回限界位置
を超えたときにプーリ２２に設けられたボルト７８が上
記ストッパー７９に当接するようになっている。

【００３１】また、電源ＯＦＦ時や停電等によりモータ
への通電が遮断されたときに、アームが不必要に動いて
周囲部品と接触するというような事態を防止し、とくに
Ｘ軸を中心にした大きな旋回半径（旋回軌跡Ｋ）でアー
ムが不必要な旋回を行うことを防止するため、上記第１
アーム１４に対し、通電遮断時に制動力を付与するブレ
ーキ手段９２が設けられている。

【００３２】このブレーキ手段９２は、上記中空体１１
と一体に回転するスリーブ６０の外周にフランジ状に形
成された摩擦板８０と、ベース１の内部にブラケット８
１を介して支持されたエアーシリンダ８２と、このエア
ーシリンダ８２のピストン８３に連なるピストンロッド
８３ａの先端に取付けられた合成樹脂製のブレーキパッ
ド８４とを備えている。上記ブレーキパッド８４は摩擦
板８０の外周部下方に対向しているとともに、リターン
ばね９０によって摩擦板８０から離間する方向に常時付
勢されている。上記エアーシリンダ８２に連なるエア配
管８５は、コネクタ５０を介し、上記エアー供給源５３
に通じる外部配管８６に接続されており、この外部配管
８６の途中には、常開形の電磁弁８７およびレギュレー
タ８８が設けられ、この電磁弁８７の駆動部８９はロボ
ットの電源スイッチ（図示せず）と連動するスイッチ９
１を介して電源６３に接続されている。

【００３３】さらに、上記近接スイッチ６６ｂに何等か
のトラブルが生じたときの第１アーム１４のオーバーラ
ン防止のため、上記ベース１の内面にストッパー９６が
固定され、第１アーム１４が上記旋回限界位置を超えた
ときに摩擦板８０に設けられたボルト９５が上記ストッ
パー９６に当接するようになっている。

【００３４】以上のような当実施例のロボットによる
と、コンピュータ５５からの制御信号に応じ、各ＤＤモ
ータ２，２０が駆動されることにより第１および第２ア
ーム１４，１８が旋回作動されるとともに、サーボモー
タ３６，３７が駆動されることによりエアーチャック４
５の昇降および回転が行われ、さらにエアー導入口４
６，４７に対するエアーの給排によりチャック開閉作動
が行われる。これらの作動が制御されることで各種作業
が行われる。

【００３５】この場合に、第２アーム１８の旋回作動は
ベース１の上方に配置された第２ＤＤモータ２０により
ベルト式の伝動手段を介して行われることにより、第２
アームを駆動するモータを第１アームの先端側に設ける
ような場合と比べ、アームの慣性モーメントが小さくな
り、アームの作動の高速化および高精度化に有利とな
る。

【００３６】また、駆動軸２１および従動軸１７に設け
られたプーリ２２，２３とベルト２４とで構成される伝
動手段が、第１アーム１４の内部のスペースを利用して
コンパクトに装備される。さらに、第２アーム１８の旋
回作動の制御のための、リング７５の突起７３ａおよび
近接スイッチ７４ａで構成される原点位置の検出部とリ
ング７６の突起７３ｂ，７３ｃおよび近接スイッチ７４
ｂで構成される旋回限界位置の検出部とが、従動軸１７
側と駆動軸２１側とに振りわけて配設されていることに
より、片方の軸１７または２１に複数のリング７５，７
６を重ねて設ける必要がない。このために、軸方向の取
付けスペースを少なくすることができ、第１アーム１４
の厚みを薄くすることができる。

【００３７】しかも、第２アーム１８の原点位置の検出
部が、第２アーム１８と一体に回転する従動軸１７側に
設けられていることにより、実際に旋回する側の中心部
分で旋回の基準となる原点位置が決められる。このた
め、たとえベルト２４とプーリ２３との間等にスリップ
が生じたとしても、第２のＤＤモータ２０には突起７３
ａを検出する近接スイッチ７４ａからのフィードバック
がかかっているから、上記スリップ等とは無関係に第２
のＤＤモータ２０を回転制御することができ、高精度の
位置決めを行える。

【００３８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、上記第
１アームの内部に、その基端側に位置する駆動軸および
先端側に位置する従動軸にそれぞれ設けられているプー
リとこれらに掛け渡されたベルトとからなる伝動手段を
装備しているため、第２アームを駆動するモータを第１
アームの基端部側に位置させて旋回部分の慣性モーメン
トを小さくするとともに、伝動手段をコンパクトにアー
ムに組込むことができる。その上、第２アームの基準位
置および旋回限界位置を検出する複数の検出部を、上記
駆動軸側と上記従動軸側とに振り分けて配設しているた
め、検出部取付けのための軸方向のスペースを少なく
し、第１アームの厚みを薄くすることができる。従っ
て、伝動および基準位置等の検出の機能を確保しつつ、
効果的にアーム部分をコンパクト化することができる。

【００３９】また、請求項２に記載の発明によれば、第
１アームの基端部の近傍に設置した第２アーム駆動用モ
ータの回転を伝動手段を介して第１アーム先端側の第２
アーム枢支部分に伝えるようにするとともに、上記第２
アーム枢支部分に、第１アームに対する第２アームの基
準位置を検出する検出部を設けているため、上記伝動手
段やアーム駆動部分等のすべりによって第２アームの回
転角にずれが生じるような場合でも、第１アームに対す
る第２アームの原点位置を正しく検出し、それに基づく
旋回の制御を精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるロボットにおけるベー
ス、第１，第２ＤＤモータおよび第１アームの基端側を
含む部分の断面図である。

【図２】同ロボットにおける第２ＤＤモータ、第１アー
ムおよび第２アームの基端側を含む部分の断面図であ
る。

【図３】同ロボットにおける第２アームの先端側および
これに取付けられた部材を含む部分の断面図である。

【図４】同ロボットの全体概略図である。

【図５】図１中のＶ−Ｖ線方向から見た矢視図である。

【図６】アームの旋回範囲を示す平面図である。

【符号の説明】 １４ 第１アーム １７ 従動軸 １８ 第２アーム ２０ 第２アームを駆動するモータ（第２ＤＤモータ） ２１ 駆動軸 ２２，２３ プーリ ２４ ベルト ７２ センサ装置 ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ 突起 ７４ａ，７４ｂ 近接スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基端部を中心に旋回可能な第１アーム
   と、この第１アームに対して旋回可能となるように第１
   アームの先端部に枢支連結されている第２アームとを備
   えた産業用ロボットにおいて、上記第１アームの基端部
   の近傍に第２アーム駆動用モータを設置し、上記第１ア
   ームの内部に、この第１アームの基端側に位置して上記
   第２アーム駆動用モータに連結された駆動軸に設けられ
   たプーリと、第１アームの先端側に位置して第２アーム
   に連結された従動軸に設けられたプーリと、これらのプ
   ーリに掛け渡されたベルトとからなる伝動手段を装備す
   るとともに、上記第２アームの基準位置および旋回限界
   位置を検出する各検出部を、上記駆動軸側と上記従動軸
   側とに振り分けて配設したことを特徴とする産業用ロボ
   ット。
2. 【請求項２】 基端部を中心に旋回可能な第１アーム
   と、この第１アームに対して旋回可能となるように第１
   アームの先端部に枢支連結されている第２アームとを備
   えた産業用ロボットにおいて、上記第１アームの基端部
   の近傍に第２アーム駆動用モータを設置し、この第２ア
   ーム駆動用モータと第１アーム先端側の第２アーム枢支
   部分との間に、第２アーム駆動用モータの回転を第２ア
   ーム枢支部分に伝える伝動手段を設けるとともに、上記
   第２アーム枢支部分に、第１アームに対する第２アーム
   の基準位置を検出する検出部を設けたことを特徴とする
   産業用ロボット。