JPH10202575A

JPH10202575A - ロボット手首機構

Info

Publication number: JPH10202575A
Application number: JP695797A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Takahashi; 真義高橋
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JP3873347B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は手首機構の外側で撓ませたチューブ
が破損しやすいことを課題とする。【解決手段】塗装用ロボット１は、第２アーム６の先
端の手首機構７に塗装ガン１５が装着されている。手首
機構７は、第２アーム６の先端側面にＡ軸回りに回動す
る第１ケース１０と、第１ケース１０の端部でＢ軸回り
に回動する第２ケース１１と、第２ケース１１の端部で
Ｃ軸回りに回動する中心軸１２とよりなる。塗装ガン１
５はブラケット１４を介して中心軸１２に支持されてい
る。また、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７は、
手首機構７の各ケース１０，１１の中心線に沿う中空軸
及びパイプ状の中心軸１２内に挿通されているため、手
首機構７が動作しても塗料チューブ１６及び空気チュー
ブ１７が捩じれたり、擦られたりすることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボット手首機構に
係り、特に手首機構に支持された治具に接続されたチュ
ーブを配設するのに好適なロボット手首機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動化された塗装ラインに設置さ
れる塗装用ロボットには、主にプレイバック形の多関節
ロボットが使用されている。この種の塗装用ロボット
は、水平方向に延在する第２アームの先端に取り付けら
れた手首機構に塗装ガンが支持されており、アームの動
作と共に塗装ガンをティーチングされた通りに移動させ
てワークへの塗装作業を行う。

【０００３】手首機構は、互いに直交するように交差す
るＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の各回転力が伝達され
て駆動され、３次元動作を行うことができるので、塗装
ガンの塗装方向を自在に変えることができる。また、塗
装用ロボットでは、塗料供給ユニットあるいはアームに
設置された色替ユニットから引き出された塗料チューブ
及び空気チューブを塗装ガンに接続しなければならな
い。すなわち、塗装用ロボットの場合、塗料供給ユニッ
トのポンプにより送液された塗料及び圧縮空気を塗装ガ
ンに供給するための塗料チューブ及び空気チューブがア
ームに沿って配設されている。そして、塗料チューブ及
び空気チューブは、手首機構の３次元動作を妨げないよ
うにするため、大きく撓ませた状態で塗装ガンに接続さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロボット手首機構では、塗料チューブ及び空気チューブ
が手首機構の外側に大きく膨らんだ状態に配設されてい
るため、外観上見苦しく、且つチューブが周囲の機器に
接触しやすいので、チューブが周囲の機器に引っ掛かり
無理な力が作用して破損するおそれがある。

【０００５】また、チューブを手首機構の内部に挿通さ
せることが考えられているが、各軸やギヤ等が内蔵され
ているので、手首機構の内部にチューブが捩じれないよ
うに収納することが難しかった。しかも、手首機構の内
部でチューブが破損した場合、破損箇所を特定できない
ばかりか手首機構の内部に塗料が充満してギヤや軸受の
抵抗が増大して駆動できなくなるといった問題が生ず
る。

【０００６】そこで、本発明は上記問題を解決したロボ
ット手首機構を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、互
いに交差する３方向の各回転軸を個別に覆うケースを有
し、該ケースの端部にチューブが接続された治具を支持
するよう構成されたロボット手首機構において、前記回
転軸の中心線に沿って延在する空間を前記ケース内に設
け、前記空間に連通する開口を前記ケース外側に設けて
なり、前記空間内に前記チューブを挿通させたことを特
徴とするものである。

【０００８】従って、本発明によれば、チューブが回転
軸の中心線に沿って延在する空間に挿通され、空間に連
通する開口がケース外側に設けられているので、チュー
ブの挿通作業が容易に行えると共に、手首機構の内部に
挿通されたチューブが破損してもケース外側の開口から
破損箇所を確認でき、チューブ交換作業も容易に行え
る。また、チューブから液が漏出しても空間内に充満す
るだけなので、軸受やギヤの抵抗が増大しないようにで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例を説明する。図１は本発明になるロボット手首機構の
一実施例が適用された塗装用ロボットの斜視図である。

【００１０】塗装用ロボット１は、塗装エリア２内に設
置されており、被塗装物が搬送されると、予めティーチ
ングされた塗装動作を行うプレイバック形の多関節ロボ
ットである。塗装用ロボット１は、大略、基台３と、基
台３上でＡ軸回りに旋回する旋回ベース４と、旋回ベー
ス４上で起立しＢ軸回りに揺動する第１アーム５と、第
１アーム５の上端から水平方向に延在しＣ軸回りに揺動
する第２アーム６と、第２アーム６の先端に設けられた
手首機構７とよりなる。

【００１１】また、旋回ベース４のブラケット４ａに
は、第１アーム５を駆動する第１アーム駆動モータ８が
取り付けられ、第２アーム６の回動軸中心には第２アー
ム６を駆動する第２アーム駆動モータ９が取り付けられ
ている。本実施例の場合、手首機構７の先端には塗装ガ
ン１５が取り付けられている。塗装ガン１５は、第１ア
ーム５及び第２アーム６の揺動により所定の塗装高さ位
置に移動し、手首機構７により塗料噴射方向が変更され
る。

【００１２】手首機構７は、第２アーム６の先端側面に
Ａ軸回りに回動する第１ケース１０と、第１ケース１０
の端部でＢ軸回りに回動する第２ケース１１と、第２ケ
ース１１の端部でＣ軸回りに回動する中心軸１２とより
なる。ケース１０，１１及び中心軸１２は、第２アーム
６の基端部に取り付けられた手首駆動用モータユニット
１３内の各モータにより個別に駆動される。そして、各
モータの回転駆動力は、第２アーム６及び手首機構７の
内部に設けられた伝達機構（図１では隠れて見えない）
を介して手首機構７のケース１０，１１及び中心軸１２
に伝達される。

【００１３】中心軸１２は端部にブラケット１４を支持
するフランジ１２ａを有し、ブラケット１４の端部には
塗装ガン１５が装着されている。この塗装ガン１５は圧
縮空気の圧力により塗料を霧化して被塗装物に吹き付け
る構成であるので、塗装ガン１５には、塗料供給ユニッ
トあるいは色替ユニット（共に図示せず）から引き出さ
れた塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が接続され
ている。この塗料チューブ１６及び空気チューブ１７
は、第２アーム６に沿ってアーム長手方向に装架されて
おり、後述するように第２アーム６の先端側面に設けら
れたチューブ挿通孔１８（図２参照）から手首機構７の
内部に挿通されている。

【００１４】また、手首機構７の中心軸１２から引き出
された塗料チューブ１６及び空気チューブ１７の端部
は、塗装ガン１５に接続されている。次に、本発明の要
部である手首機構７の内部構成について、図２を参照し
て説明する。

【００１５】第２アーム６の先端部には、Ａ軸を中心と
して回動する中空状の軸２１，２２，２３が同軸的に設
けられている。各軸２１，２２，２３は、筒状に形成さ
れており、外側軸２１の内部空間に中間軸２２が挿通さ
れ、中間軸２２の内部空間に中心軸２３が挿通されてい
る。外側軸２１は、第２アーム６の側面に保持された軸
受２４により軸承されており、中間軸２２は外側軸２１
の内周に嵌合された軸受２５により軸承されている。そ
して、中心軸２３は中間軸２２の内周に嵌合された軸受
２６により軸承されている。

【００１６】また、各軸２１，２２，２３の一端には、
プーリ２７，２８，２９が取り付けられており、各プー
リ２７，２８，２９にはタイミングベルト３０，３１，
３２が巻き掛けされている。そして、タイミングベルト
３０，３１，３２は、夫々第２アーム６の基端部に取り
付けられた手首駆動用モータユニット１３内の各モータ
により個別に駆動される。

【００１７】外側軸２１の他端は第１ケース１０に固着
されており、第１ケース１０と一体に回動する。すなわ
ち、第１ケース１０は、タイミングベルト３０を介して
プーリ２７が回動すると、外側軸２１が駆動されるた
め、外側軸２１を駆動軸として回動する。

【００１８】また、中間軸２２，中心軸２３の他端に
は、傘歯車３３，３４が取り付けられている。さらに、
中心軸２３の一端は、第２アーム６の先端側面に設けら
れた孔６ａに挿通され、チューブ挿通孔１８として開口
している。そのため、中心軸２３の内部空間２３ａは、
塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を挿通するため
のチューブ挿通路となる。

【００１９】第１ケース１０は外周に、Ａ軸を中心とす
る開口１０ａと、Ｂ軸を中心とする開口１０ｂとが設け
られている。そして、第１ケース１０の内部には、開口
１０ａに挿通されてＡ軸方向に延在する第１のパイプ３
５と、開口１０ｂに挿通されてＢ軸方向に延在する第２
のパイプ３６とがＬ字状に組み合わされた第１空間部材
３７が取り付けられている。第１のパイプ３５の内部空
間３５ａと第２のパイプ３６の内部空間３６ａとは、互
いに交差しているため、互いに連通されており、後述す
るようにメンテナンス用通路として機能する。

【００２０】第１のパイプ３５の一端は、開口１０ａを
介して第１ケース１０の外部に連通されており、第２の
パイプ３６の一端は、開口１０ｂを介して第１ケース１
０の外部に連通されている。そのため、第１ケース１０
の外部からパイプ３５，３６の内部空間３５ａ，３６ａ
を点検することができる。

【００２１】また、Ａ軸方向のパイプ３５の他端には、
上記中心軸２３が回転可能に挿入されている。そして、
中心軸２３の外周には、パイプ３５との間をシールする
シール部材３８が嵌合している。また、Ｂ軸方向のパイ
プ３６の他端には、Ｂ軸方向に延在する中心軸３９が回
転可能に挿入されている。そして、中心軸３９の外周に
は、パイプ３６との間をシールするシール部材４０が嵌
合している。

【００２２】この中心軸３９は中空状のパイプよりな
り、一端がパイプ３６の内部空間３６ａに連通してい
る。そして、中心軸３９の内部空間３９ａは、塗料チュ
ーブ１６及び空気チューブ１７を挿通するためのチュー
ブ挿通路となる。また、中心軸３９の外周には、軸受４
１が嵌合しており、中心軸３９と同軸的に配設された外
側軸４２が軸受４１の外周に嵌合している。そして、軸
４２の外周は第１ケース１０に保持された軸受４３に嵌
合して軸承されている。

【００２３】中心軸３９の一端には、傘歯車３４に歯合
する傘歯車４４が取り付けられ、外側軸４２の一端に
は、傘歯車３３に歯合する傘歯車４５が取り付けられて
いる。また、中心軸３９の他端は、傘歯車４６が取り付
けられており、第２ケース１１内に挿入されている。外
側軸４２の他端は、第２ケース１１に固着されている。

【００２４】そのため、第２ケース１１は、タイミング
ベルト３１を介してプーリ２８が回動すると、中間軸２
２が駆動されるため、中間軸２２の傘歯車３３に歯合す
る傘歯車４５を介して外側軸４２が駆動される。よっ
て、第２ケース１１は外側軸４２を駆動軸として回動す
る。

【００２５】第２ケース１１は外周に、Ｂ軸を中心とす
る開口１１ａと、Ｃ軸を中心とする開口１１ｂとが設け
られている。そして、第２ケース１１の内部には、開口
１１ａに挿通されてＢ軸方向に延在する第１のパイプ４
７と、開口１１ｂに挿通されてＣ軸方向に延在する第２
のパイプ４８とがＬ字状に組み合わされた第２空間部材
４９が取り付けられている。尚、第１のパイプ４７の内
部空間４７ａと第２のパイプ４８の内部空間４８ａと
は、互いに交差しているため、互いに連通されている。

【００２６】第１のパイプ４７の一端は、開口１１ａを
介して第２ケース１１の外部に連通されており、第２の
パイプ４８の一端は、開口１１ｂを介して第２ケース１
１の外部に連通されている。そのため、第２ケース１１
の外部からパイプ４７，４８の内部空間４７ａ，４８ａ
を点検することができる。

【００２７】また、Ｃ軸方向のパイプ４８の他端には、
上記中心軸１２が回転可能に挿入されている。そして、
中心軸１２の外周には、パイプ４８との間をシールする
シール部材５０が嵌合している。また、中心軸１２は中
空状のパイプよりなり、第２ケース１１に保持された軸
受５１により軸承されている。中心軸１２の一端は、塗
装ガン１５のブラケット１４に連結されるフランジ１２
ａを有し、他端はＣ軸方向のパイプ４８に挿入されてお
り、中心軸１２を軸方向（Ｃ軸方向）に貫通する内部空
間１２ｂは塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を挿
通するためのチューブ挿通路となる。

【００２８】さらに、中心軸１２には、傘歯車４６に歯
合する傘歯車５２が取り付けられている。そのため、中
心軸１２は、タイミングベルト３２を介してプーリ２９
が回動すると、中心軸２３が駆動されるため、傘歯車３
４，４４を介して中心軸３９が駆動され、さらに傘歯車
４５，５２を介して中心軸１２が駆動される。よって、
塗装ガン１５は中心軸１２を駆動軸としてＣ軸回りに回
動する。

【００２９】上記構成とされた手首機構７では、第２ア
ーム６の側面に沿って装架された塗料チューブ１６及び
空気チューブ１７が第２アーム６の先端側面に開口する
チューブ挿通孔１８に引き込まれ、Ａ軸方向に延在する
中心軸２３の内部空間２３ａに挿通され、第１ケース１
０内に組み込まれた空間部材３７の内部空間３５ａ，３
６ａでＢ方向に折曲され、Ｂ方向に延在する中心軸３９
の内部空間３９ａに挿通される。

【００３０】さらに、塗料チューブ１６及び空気チュー
ブ１７は、中心軸３９の内部空間３９ａから第２ケース
１１内に組み込まれた空間部材４９の内部空間４７ａ，
４８ａでＣ方向に折曲され、Ｃ方向に延在する中心軸１
２の内部空間１２ｂに挿通される。そして、中心軸１２
の内部空間１２ｂから引き出された塗料チューブ１６及
び空気チューブ１７は、塗装ガン１５に接続される。

【００３１】このように、塗料チューブ１６及び空気チ
ューブ１７が手首機構７の内部に挿通されて塗装ガン１
５に接続される構成とすることにより、従来のようにチ
ューブを手首機構７の動作を妨げないように大きく撓ま
せる必要がなく、外観的にもすっきりとしたデザインに
できる。また、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７
が手首機構７の内部に収納されることにより、周囲の機
器に引っ掛かることがなく、チューブ損傷事故が防止さ
れている。

【００３２】また、手首機構７のケース１０，１１の外
側には、空間部材３７，４９の内部空間３５ａ，３６
ａ、４７ａ，４８ａが開口しているため、塗料チューブ
１６及び空気チューブ１７を直交方向に曲げて挿通させ
る際に外部から操作しやすく、容易に塗料チューブ１６
及び空気チューブ１７を互いに直交する方向に延在する
各内部空間２３ａ，３９ａ，１２ｂに容易に挿通させる
ことができるので、チューブ挿通作業を能率良く行うこ
とができる。

【００３３】また、塗料チューブ１６及び空気チューブ
１７は、手首機構７の各中心軸２３，３９，１２内に挿
通されており、且つ各中心軸２３，３９，１２が回動可
能に取り付けられているため、手首機構７が動作しても
塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が捩じれたり、
擦られたりすることがない。そのため、手首機構７が動
作しても内部に挿通された塗料チューブ１６及び空気チ
ューブ１７が損傷しにくい構成となっており、各チュー
ブの耐久性が高められている。

【００３４】また、手首機構７の内部で塗料チューブ１
６又は空気チューブ１７が破損して塗料又は空気が漏出
した場合、漏出した塗料又は空気はその破損箇所の近い
場所で開口する空間部材３７，４９の内部空間３５ａ，
３６ａ、４７ａ，４８ａから外部に排出される。

【００３５】そのため、手首機構７の内部に塗料チュー
ブ１６から漏出した塗料により軸受やギヤの抵抗が増大
して動作不能となることが防止され、しかも漏出した塗
料又は空気が排出される内部空間３５ａ，３６ａ、４７
ａ，４８ａからチューブ破損箇所を特定することができ
る。よって、塗料チューブ１６又は空気チューブ１７が
破損した場合、破損箇所が容易に分かるので、チューブ
交換作業が簡単に行える。

【００３６】図３は本発明の変形例の縦断面図である。
尚、図２と同一部分には、同一符号を付してその説明を
省略する。６１は第１ケース１０内に収納された第１の
十字パイプで、互いに直交する４方向に延在する第１〜
４パイプ６２〜６５を十字状に接合させたものであり、
各パイプ６２〜６５を貫通する内部空間６２ａ〜６５ａ
は夫々接合部分で連通されている。

【００３７】十字パイプ６１のＡ₁方向に延在する第１
パイプ６２は中心軸２３の内部空間２３ａに挿入され、
Ｂ₁方向に延在する第２パイプ６３は中心軸３９の内部
空間３９ａに挿入され、Ａ₂方向に延在する第３パイプ
６４は開口１０ａに挿入されて第１ケース１０の外側に
開口し、Ｂ₂方向に延在する第４パイプ６５は開口１０
ｂに挿入されて第１ケース１０の外側に開口している。

【００３８】６６は第２ケース１１内に収納された第２
の十字パイプで、互いに直交する４方向に延在する第１
〜４パイプ６７〜７０を十字状に接合させたものであ
り、各パイプ６７〜７０を貫通する内部空間６７ａ〜７
０ａは夫々接合部分で連通されている。

【００３９】十字パイプ６６のＣ₁方向に延在する第１
パイプ６７は開口１１ｂに挿入され、Ｂ₁方向に延在す
る第２パイプ６８は開口１１ａに挿入され、Ｃ₂方向に
延在する第３パイプ６９は中心軸１２の内部空間１２ａ
に挿入され、Ｂ₂方向に延在する第４パイプ７０は十字
パイプ６１の第２パイプ６３が挿入されている。

【００４０】そして、第１十字パイプ６１の第２パイプ
６３は、第２十字パイプ６６の第４パイプ７０に回動自
在に嵌合されているため、第１ケース１１をＢ軸回りに
駆動する際には、第１十字パイプ６１の第２パイプ６３
と第２十字パイプ６６の第４パイプ７０とが相対的に回
動して手首機構７の動作を妨げないように構成されてい
る。

【００４１】塗料チューブ１６又は空気チューブ１７は
第２アーム６の側面から十字パイプ６１の第１パイプ６
２に挿入された後、Ｂ方向に折曲されて第２パイプ６３
及び十字パイプ６６の第４パイプ７０に挿通された後、
Ｃ方向に折曲されて十字パイプ６６の第３パイプ６９に
挿通される。

【００４２】さらに、十字パイプ６６の第３パイプ６９
から引き出された塗料チューブ１６又は空気チューブ１
７は塗装ガン１５に接続されている。この変形例の場
合、手首機構７の各軸に第１十字パイプ６１及び第２十
字パイプ６６の各パイプが挿通されているので、手首機
構７の各軸が回転駆動されても各チューブ１６，１７が
擦られないため、各チューブ１６，１７の摩耗が減少し
て各チューブ１６，１７の寿命を延ばすことができる。

【００４３】尚、上記実施例では、中空パイプを使用し
て各チューブ１６，１７を挿通するための内部空間を形
成したが、これに限らず、手首機構７の各軸の中心線に
沿う空間が形成されていれば、各チューブ１６，１７が
捩じられることなく手首機構７に内蔵することができる
ので、中空パイプ以外の部材を使用して各軸の中心線に
沿う空間が形成するようにしても良い。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、チューブ
が回転軸の中心線に沿って延在する空間に挿通され、空
間に連通する開口がケース外側に設けられているので、
チューブの挿通作業が容易に行えると共に、手首機構の
内部に挿通されたチューブが破損してもケース外側の開
口から破損箇所を確認でき、チューブ交換作業も容易に
行える。さらに、チューブが手首機構の外側に大きく撓
ませる必要がなくなるため、外観的にもすっきりしたデ
ザインになると共に、チューブが周辺機器に引っ掛かっ
て破損することも防止できる。また、チューブから液が
漏出しても空間内に充満するだけなので、軸受やギヤの
抵抗が増大して手首機構が動作不可状態になることを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるロボット手首機構の一実施例が適
用された塗装用ロボットの斜視図である。

【図２】手首機構の内部を拡大して示す縦断面図であ
る。

【図３】手首機構の変形例の内部を拡大して示す縦断面
図である。

【符号の説明】

１塗装用ロボット５第１アーム６第２アーム７手首機構１０第１ケース１１第２ケース１２中心軸１３手首駆動用モータユニット１５塗装ガン１６塗料チューブ１７空気チューブ１８チューブ挿通孔２１外側軸２２中間軸２３中心軸２３ａ内部空間２７，２８，２９プーリ３０，３１，３２タイミングベルト３５第１のパイプ３６第２のパイプ３７第１空間部材３９中心軸３９ａ内部空間４７第１のパイプ４８第２のパイプ４９第２空間部材６１第１の十字パイプ６２〜６５第１〜４パイプ６６第２の十字パイプ６７〜７０第１〜４パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに交差する３方向の各回転軸を個別
に覆うケースを有し、該ケースの端部にチューブが接続
された治具を支持するよう構成されたロボット手首機構
において、前記回転軸の中心線に沿って延在する空間を前記ケース
内に設け、前記空間に連通する開口を前記ケース外側に設けてな
り、前記空間内に前記チューブを挿通させたことを特徴とす
るロボット手首機構。