JPS58181586A - ロボツトの関節機構 - Google Patents

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】 本発明は、４節平行リンク方式多関節形産業用ロボット
など罠適した関節機構に関する。

産業用ロボットとしては種々の動作形態のものが用いら
れているが、そのうちで４節平行リンク方式の多関節形
ロボットは、前腕の長さ方向罠沿った運動によるそれ自
体の姿勢変化が少なく、シかも手首の位置変化によるそ
れ自身の姿勢変化を歪力く制御することが容易なため産
業用ロボットとして広く使用されるようになってきた。

そこで、このような４節平行リンク方式の多関節形ロボ
ット　（以下、これを単にロボットという）の−例を第
１図の正面図及び第２図の側面図によって説明すゐ。

これら第１図、第２図において、１け固定ペース、２は
固定ペース上で回転する回転テーブル、３は回転テーブ
ルに固定され六ベース、４Ｆｉペース３上の点５を中心
にして揺動する第１腕、６は第１腕４を駆動するための
第１モータ、７は点５を中心に揺動する第２腕、８は第
２腕７を駆動す為ための第２モータ、９．ｌＯけ第１腕
４、第２腕７と共に平行リンクを構成する第３腕、第４
腕、１１は第４腕１０に固定された先端部、１２は先端
部１１上の点１３を中心に揺動する回転体、１４は回転
体１２内の透孔の中罠設けられ透孔の中心１５を中心に
して回転する手首ひねり軸である。

従って、とのロボツＨＣおいては、第１モータ６を動作
させ石ことＫよシ第１腕４の上端部が矢印ａの方向に動
き、第４腕１０の先端部１１をノ印Ｘの方向く位置決め
することができ、第２モータ８を動作させることにより
第２腕７が矢印すの方向に動き、先端部１１を矢印Ｙの
方向に位置決めゐことができると共Ｋ、固定ベース１の
中に設けられている旋回用モータ（図示してかい）を動
作させて回転テーブル２を回動させゐことにより先端部
１１を矢印２の方向に位置決めすることができる。

ところで、このロボットは、その多関節形という名称か
ら明らかなように、複数の関節部を有しており、それら
の関節部には多数の転がり軸受からなる軸受部が設けら
れてい石が、これらの軸受部にガタがあると位置決め精
度が低下するので、各軸受部を構成すゐ転が夛軸受に予
圧を与えてその内部隙間をなくシ、支持剛性を高めるよ
うになっている。

そこで、例えば、第１腕４と第２腕７の軸受部としては
従来から第３図に示すような構成のものが用いられてい
念。

この第３図は第１図の一部を拡大した上でさらＫその一
部を断面圧して示した本ので、図において、ベース３、
第１腕４、第１モータ６、第２腕７、第２モータ８など
は第１図及び第２図と同じであ夛、さらに、１６Ｆｉ第
１ブラケツトで第１モータ６をオーバハングしベース３
に固定する。１７は第１モータ軸で第１モータ６の出方
軸である。

１８は後述すゐ第１サークススプライン、第１フレツク
ススプラインと共に通称ハーモニックドライブコンポネ
ントなどと称されている減速機を構成する第１ウエーブ
ジエネレータで第１モータ軸１７に固定する。１９Ｆｉ
第１サークススプラインで第１モータ軸１７と同心に第
１ブラケツト１６に固定すゐ。２ｏｈ＊ｉフレツクスス
プライン、２１＃ｉ第１腕駆動軸、２２は第１軸受で、
第１腕駆動軸２１＃ｉ第１腕４に固定し、第１ブラケツ
ト１６に支持されたＭｌ軸受２２により第１腕４が第１
モータ軸１７と同心ＫＩＩ動し得るよう設ける。

第１フレツクススプライン２０＃ｉ第１サークススプラ
イン１９と同心でかつ互いの歯部が噛み合う位置で第１
腕駆動軸２１に固定すゐ。第１軸受２２にはアンギュラ
玉軸受を用いる。２３は第１軸受カバーでネジ部Ｃによ
って第１ブラケツト１６に係合し、第１軸受２２を保持
す石と共にそれに予圧を与え石働きをする。２４は第２
ブラケツトでＭｌ腕４の揺動面中心１０１に対し第１ブ
ラケツト１６とは対称の位置でその内径部が第１腕の揺
動軸と同心になるようにベース３に固定する。２５は第
２軸受でアンギュラ玉軸受を用い、１ｓ１腕４が第２プ
ラケツ）２４に対して回動可能に支持され石ように設け
る。

２６は第２軸受カバーで第２プラケツ）２４にネジ部ｄ
で係合し第２軸受２５の内輪を保持すると共に、それに
予圧を加える。第２モータ８Ｆｉ第１モータ６と同一軸
上で第１腕４の揺動面中心１０１に対し対称に位置し、
２９は第３ブラケツトで第２ブラケツト２４に固定し、
第２モータ８をオーバハングすゐ。３０は第２モータ軸
で第２モータ８の出力軸である。３１は第２ウエーブジ
エネレータで第２モータ軸３０に固定する。３２は第２
サークススプラインで第２モータ軸３ｏと同心に第３ブ
ラケツト２９に固定する。３３はｔＪＩ４２フレックス
スプラインで第２モータ軸３ｏと同心に位置し、前記第
２ウエーブジエネレータ３１、第２サークススプライン
３２と共に減速機を構成する０なお、これらの部分３１
，３２ｉｊこのｓ３図には現われてはいない。３４＃′
１１ｇ２１Ｉｌ躯動軸、３５は第３軸受、３６は第４軸
受で＠２腕駆動軸３４は第３軸受３５、第４軸受３６に
より第１腕４に両端支持され、その中間の位置で第２腕
駆動軸３４に固定された第２腕７が第２モータ軸３゜と
同心に揺動し得るよう構成する。第２フレツクススプラ
イン３３＃′ｉ第２腕駆動軸３４に固定する。

１７ｇ８軸受３５、第４軸受３６にはアンギュラ玉軸受
を用いる。３７は軸受締付ボルトで第３軸受３５の内輪
を介して予圧を加える。

従って、仁の第１モータ６を駆動すれば、第１腕４Ｆｉ
第１モータ軸１７の軸心を中心にして揺動し、ｊＦ！２
モー／８を駆動すれば、＃！２腕７Ｆｉ第１腕４（Ｄ＠
動軸と同一軸を中心として揺動し、ロボットの動作を行
なわせゐことができる。

さて、このようなロボッ）においては、上述のよう罠、
その腕部に高い支持剛性を必要とすると同時に、ロボッ
ト本体部の座標軸を決定する際にはその腕部が基準座標
となるため、その取付精度を充分に高く保つ必要がある
。

しかして、上記した従来のロボツ）においては、腕部の
支持剛性を高めるための予圧が、第１腕４については第
１軸受カバー２３と第２軸受カバー２６をそれぞれ第１
ブラケツト１６と第２ブラケツト２４にネジ込むことに
より与えるよう罠なっており、一方、第２腕７について
はボルト３７を第２腕駆動軸３４にネジ込むことによシ
与えるようになっている。

しかじかから、この結果、上記した従来例では、第１軸
受２２、第２軸受２５に対する予圧の反力がベース３を
内側から左右に拡げる力として働き、その上側開口部を
拡げる変形を生じさせ、このためベース３の左右の剛性
の不均等により第１腕４の揺動面中心１０１を傾けてし
まう。また、第３軸受３５、第４軸受３６に対する予圧
の反力も第１腕４を内側から左右に拡げ石カとじて働き
、その下側開口部を拡げる変形を生じさせ、このときも
左右剛性の不均等にょシ第２腕７の揺動面中心１０２を
傾けてしまう。さらに、この従来例のように、モータか
ら各腕への減速装置としテハーモニックトリイプコンボ
ネントを用いてぃ石場合には１、その構成要素のうちフ
レックススプラインとサークススプラインの組立精度の
良否が振動を初めとす、３ｏボツトの動作特性に大きな
影響を及はすが、このときに上記のような変形が生じ石
と、いずれの場合にもフレックススプラインとサークス
スプラインとの組立精度を悪くシ、ロボットの動作特性
を低下させてしまう。

従って、上記した従来のロボットにおいては、関節部の
軸受に充分な予圧を与えることができず、この結果、腕
部の支持剛性を充分に高くずゐことができないという欠
点があ）、さらＫ、腕部の敗付精ｔを保つため、組立時
にはベース３、第１腕４の変形量を一定しながら軸受に
予圧を加えてゆかなければならないため、組立工程の管
理が複雑で工数を多く要するという欠点があった。なお
ベース３、ｆａｌブラケット１６、第２ブラケツト２４
及び第３ブラケツト２９は鋳造で一体に構成してあった
。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、軸受
に対して予圧を加えても精度に影響を与え石ような変形
を生じないようにし、支持剛性と精度のいずれをも充分
に高くすゐことのできゐロボットの関節機構を提供する
Ｋある。

この目的を達成するため、本発明は、腕部の揺動軸を両
側で保持する２個の軸受部のうちの一方に組合わせ転が
シ軸受部を用い、この組合わせ転がり軸受部を形成する
２個の軸受間で予圧を与えるようにした点を特徴とする
。

以下、本発明によるロボットの関節部の実施例全図面に
ついて説明する。

第４図は本発明の一実施例で、第３図の従来例と同じく
第１図の一部を拡大して一部断面により示したものであ
り、かつ第３図の従来例と同等もしくは同一の部分には
同じ符号を付し、その詳しい説明は省略しである。

さて、第４図において、２５′は組合わせ転がり軸受部
、２５ａ、２５ｂけ組合わせ転がり軸受部２５′を形成
す石第１と第２の円錐ころ軸受、２７は第１腕４の揺動
軸となるスリーブ状の軸、２８は軸２７と一体に構成１
７たフランジ、３６′け組合わせ転がシ軸受部、３６ａ
、３６ｂＶｉ組合わぜ転がり軸受部３６′を形成する第
１と第２のアンギュラ玉軸受、３８は第１と第２の円錐
ころ軸受２５１゜２５ｂの外輪間に設けられた間座、３
９け間座３８を第２ブラケツト２４に位置決めするため
のピン、４０け軸受締付用のナツト、４１は止め輪、４
２はカラーである。

第１腕４の揺動軸の一方は、第１腕駆動軸２１で構成さ
れ、この軸２１Ｖｉ熾１軸受２２によって第１ブラケツ
ト１６に回動自在に保持さねている。

また、他方はスリーブ状の軸２７で構成され、この軸２
７は組合わせ軸受部２５′を介ｌ、て１１！２ブラケツ
ト２４に回動自在に保持されている。従って、第１モー
タ６を駆動し、第１モータ軸】７を回転させることによ
り第１ウエーブジエネレータ１８、第１サークススプラ
イン１９、第１フレツクススプライン２０を介して第１
腕４が揺動されることになる。

このとき、組合わせ転がり軸受２５′を構成する第１の
ころ軸受２５ｍの内輪は７ランジ２８に接しており、他
方、第２のころ軸受２５ｂの内輪はスリーブ軸２７にネ
ジ部ｄによシネジ込まれている軸受カバー２６に接して
いる。そこで、軸受カバー２６をさらにスリーブ軸２７
に対してネジ込んでやれば、第２のころ軸受２５ｂに予
圧が加えられ、その反力によシスリープ軸２７には図の
右方向に向うスラストを生じ、これにより第１のころ軸
受２５ａにはフランジ２８を介して予圧が加えられるこ
とになる。そして、このときのスリーブ軸２７の軸方向
の位置は第１と１ｇ２のころ軸受２５ａ、２５ｂの外輪
間に設けられている間座３８の第２プラケツ）２４に対
する位置で決められることになり、結局、ピン３９によ
る間座３８の位置決めにより第１腕４の揺動面中心１０
１の位置決めがなされることになる。

次に、第２腕７の揺動軸となろｔＲ２腕駆動軸３４は、
一方では玉軸受３５で第１腕４の下方に保持され、他方
では組合わせ転がり軸受部３６′によって第１腕４のス
リーブ軸２７の内周面に保持され、その中心軸はｖｌ、
１の軸受２２と組合わせ転がり軸受部２５′の中心軸と
一致している。従って、９Ｒ２モータ８を駆動し、第２
モ・−夕軸３ｏを回転させてやれば、ウェーブジェネレ
ータ３１、±−−〃ススプライン３２、フレックススプ
ライン３２を介して第２腕駆動軸３４が回動し、第２腕
７を揺動させ石ことができる。

このとき、組合わせ転がり軸受部３６′の第１の軸受３
６＆の内輪は、駆動軸３４のフランジ部に接し、一方、
第２の軸受３６ｂの内輪は駆動軸３４にネジ部ｅによっ
てネジ込まれている締付ナツト４０に接している。そこ
で、この締付ナツト４．０をさらにネジ込むことにより
第２の軸受３６ｂＫ予圧が加えられ、その反力により駆
動軸３４のフランジ部を介して第１の軸受３６ａＫも予
圧が加見られることになる。そして、これら第１と第２
の軸受３６ｍ、３６ｂの外輪はスリーブ軸２７の内周面
フランジ部に止め輪４１とカラー４２によって位置決め
されているから、結局、第２腕駆動＃１３４の位置、ひ
いてＦｉ＊２腕７の揺動面中心１０２の位置決めがスリ
ーブ軸２７の内周面７ランジ部によって行なわれること
になる。

従って、この実施例によれば、第１腕４が第１の軸受２
２と組合わせ転がり軸受部２５′とにより両側支持され
、しかも、このときの支持剛性を高めるための軸受部に
対する予圧による反力は、フランジ２８と軸受カバー２
６によシスリーブ軸２７をその軸方向に引張るような応
力として作用するだけとなり、この第１腕４を支持する
他の部材には何らの応力をも発生させないから、軸受部
に対する予圧を充分に与え、これにより支持剛性を高め
ても第１腕４の揺動面中心１０１を傾は石ような部材の
変形は全く生ぜず、第１腕４の取付精度を充分に保ちな
がら必要な支持剛性を与えることができみ。

まえ、同様に、この実施例によれば、第２腕７も第３軸
受３５と組合わせ転がり軸受３６′によって両端支持さ
れ、かつＳ締付ナツト４０による軸受部に対する予圧の
反力も第２腕駆動軸３４の内部においてそれを軸方向に
引張る方向の応力としてだけ発生するものとなっている
から、大きな予圧を加えて支持剛性を高めても第２腕７
の揺動面中心１０２を傾けゐような変形はどの部材にも
発生せず、第２腕７の取付精ｔを充分に高く保ちながら
必要な支持剛性を与えることができる。

ところで、上記したように、このような減速機構として
ハーモニックドライブコンポネントを用いたロボットに
おいては、このハーモニックドライブユニットのサーク
ススプラインとフレックススプラインの組立誤差によっ
ては、ロボット動作時での振動が大きくなるなどの欠点
を生じるが、仁の実施例によれば、軸受部２５’、　３
６’に対する予圧の反力による応力は、全てスリーブ軸
２７或いは駆動軸３４をその軸方向に延ばすような方向
にしか作用せず、従って、第１．第２のモータ軸１７．
３０とスリーブ軸２７、それに駆動軸２１゜３４の中心
を狂わすような変形を生じる虞れがないため、上記の欠
点を除くことができる。

さらに、この結果、上記実施例によれば、軸受部に対す
る予圧とロボットの組立精度とが独立したものとなるか
ら、ロボット組立時における予圧の管理が容易に々す、
工程数を少なくすることができる。

なお、以上の実施例では、組合わせ転が夛軸受を与える
ようにしているが、正面合わせの組合わせ円錐ころ軸受
を用いて外輪側から予圧を加えるようＫしてもよく、こ
れによってもほぼ同等の効果を期待することができる。

マタ、組合わせ円錐ころ軸受に代えて組合わせアンギュ
ラ玉軸受金用いるようにしてもよい。

一方、第１軸受２２としては円筒ころ軸受が用いられて
いるが、これも深みぞ玉軸受、針状ころ軸受などに置き
換えてもよい。

さらに、第１軸受２２と組合わせ転がり軸受部２５′の
位置を入れ換えてもよく、これによってもほぼ同じ効果
を得ることができる。

ところで、以上は第１軸受２２と組合わせ転が夛軸受２
５′について説明したが、これらは第３軸受３５と組合
わせ転がり軸受３６′についても全く同様に適用し得る
とζろであゐ。

さて、以上の実施例では、ロボットの第１腕４と第２腕
７の関節部につｈて説明したが、本発明はこれに限らず
他の関節部についても適用可能なことはいうまでも麿い
。

以上説明したように、本発明によれば、両側支持による
関節部の一方の軸受部として組合わせ転がり軸受を用い
るという簡単な構成で、腕部の取付精度と無関係に軸受
に対する予圧を与えることができるから、従来技術の欠
点を除き、腕部の支持剛性と取付精度が充分に高く保几
れた高性能のロボットをローコストで得石ことができる
ロボットの関節部を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は４節平行リンク方式多関節形ロボットの一例を
示す正面図、第２図は同じくその側面図、第３図はその
関節部の従来例を示す一部断面図、第４図は本発明によ
るロボットの関節部の一実施例を示す一部断面図である
。 ３・・・・・・ペース、４・・・・・・第１１１１ｉ１
．６・・・・・・第１モータ、７・・・・・・第２腕、
８・・・・・・ｗＪ２モータ、１６・・・・・・第１ブ
ラケツト、２１・・・・・・第１駆動軸、２２・・・・
・・第１軸受、２４・・・・・・第２ブラケツト、２５
′・・・・・・組合わせ転がり軸受部、２５ａ、２５ｂ
・・・・・・組合わせ転がり軸受部２５′を構成する第
１と第２の円錐ころ軸受、２６・・・・・・軸受カバー
、２７・・・・・・第１腕４の軸を構成するスリーブ状
の軸、２８・・・・・・７ランジ、３５・・・・・・第
３軸受、３６′・・・・・・組合わせ転がｐ軸受部、３
６ｍ、３６ｂ・・・・・・組合わせ転が多軸受部３６′
を構成する第１と第２のアンギエラ玉軸受、３８・・・
・・・間座、３９・・・・・・ピン、４０・・・・・・
締付ナツト。 ７２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 応力発生部を挾んだ両側部で回動可能に支持した第１と
   第２の転がり軸受部を有するロボットの関節部において
   、上記第１と第２の転がり軸受部の一方に組合わせ軸受
   を設け、転が夛軸受部に対す不予圧荷重の反作用による
   応力が上記組合わせ軸受を形成す石２個の転がｐ軸受間
   にだけ発生す石ように構成したことを特徴とするロボッ
   トの関節機構。