JPS5937077A - 関節型ロボツトの駆動機構 - 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、関節型ロボット、即し垂直軸６廻りに旋回す
る力１回基台と、このｈ１回基台」−に設けられ且つ夫
々互いに平行な水平軸心廻りで折曲回動自在に結合され
た第一アーノ８、第二アーム、及び手首アームから成る
関節アーム手段とを備えた関節型ロボットの駆動機構に
関し、アーム等被動都を駆動するモーターは関節アーム
手段の基ｔｊｌ側に配置して関節アーム手段駆動時の慣
性モーメントを小さくし乍ら、歯車減速装置４．を被動
部に近い位置に配置して高精度のアーノ・駆動を容易ｔ
よらしめんとするものである。

以下、本発明の一実施例を添付の例示図に基づいて説明
すると、第１図に於゛ζ、１は据え付は基台、２は垂直
軸心５の７ｊ回りに旋回する旋回基台、４は該旋回基台
２」−に設けられたＩフ１節ア−ノ、１一段である。こ
の関節アーム手段４は、旋回基台２に対し゛（水平軸心
５の廻りて回動自在に内端を軸支された第一アーム口と
、この第一アーム６の外端−側部に水平軸心７の廻りで
回動自在に軸支された第二アーム８と、第二アーム８の
りＩ　０＆−側ＲＢ　（前記第一・アーム６が位置する
側）に水平軸心９の廻りで回動自在に軸支された手首ア
ーム１ｏとを備えており、が１記手首アーム１０には、
水平軸心９に対して直角な軸心１１の廻りで自転する手
首本体１２が設けられζいる。尚、前記各水平軸心５．
７．９は互いに平行である。

第２図及び第３図に示すように１）；１間流回基台２は
、円筒状の据え付は基台１の」１端に外嵌した状態で軸
受１５により旋回可能に支持されている。

１４は旋回基台駆動用モーターであっＣ１据え付は基台
１内に垂直軸心６と同心状態に支持され、その土向きの
出力軸１４ａには歯車減速機１５（ハーモニック減速機
等）の人力軸１５ａが結合され、該歯車減速機１５の上
向き出力軸１５ｂがｎｉｌ記旋開旋回基台２−スプレー
１２ａに固定されている。１６は、据え付は基台１内に
立設され且−〕前記モーター１４を内包するモーター支
持用円筒体であって、この円筒体１６の上端に付設され
且つ前記歯車減速機１５を内包する円錐筒状部材１７が
、ブラケソ１１８を介して前記モーター１４を吊り下げ
ると共にＭｌｌ両歯車減速Ｒ１５入出力軸１５ａ、１５
ｂを軸受１９により支承する。

従っ′（、モーター１４の出力軸１４ａの回転は、歯車
減速機１５によっ°ζ減速された状態で旋回結合２に伝
達され、旋回基台２が据え付は基台１に対して垂直軸心
６の廻り°（回転・ｌｉＬめられることになる。

２０は第一・アーム駆動用モーターであって、前記旋回
基台２内のハースプレー１２ａ上に、前記垂直軸心６に
接近した状態で据え付けられている。このモーター２０
の出力軸２０ａは、歯付きベル１車２１．２２及び歯付
きベル１２５を介し゛ζ由車減速装置２４の中央入力軸
２４ａと連動連結され°（おり、該歯車減速装置２４は
水平軸心５と同心状態に配置され、その外側固定リング
２４ｂがｈ１回基台２の＝Ｌ部に突設された軸受部２５
に支持されると共に、リング状出力回転体２４ｃが第一
ブー１．６の一側部に固定されζいる。

従って、モーター２０の出力軸２０ａの回転は、歯付き
ベル１車２１．２２及び歯付きベルト２６を介し“（歯
車減速装置２４の中央人力軸２４ａに伝達され、この装
置２４によっ′ζ城連された後、リング状出力回転体２
４ｃより第一’ｙ−ムロに伝達され、この第一アーム６
が旋回基台２に対して水平軸心５の廻りで回転せしめら
れることになる。

２６は、水平軸心５と同心状態に配置された手首アーム
駆動用モーターであって、前記歯付きベル１車２２をカ
バーするブラケット２７を介し゛ζ前記軸受部２５に支
持されＣいる。このモーター２６は、その出力軸２６ａ
に連結された歯車減速機（ハーモニック減速機等）２８
及び回転軸２９を介して無端チェノ！１０を駆動する。

０：１記回転軸２９は、前記歯車減速装置２４の中央入
力軸２４ａ内を日通ずる状態で、第一アーノ、６の二股
状内端部間に位置するように旋回基台２上に突設された
中実軸受部′５１とＯ：■記モーター支持用ブラリソ１
２７とに両端を支承され、一端は前記歯車減速機２８の
出力回転体２８ａに結合され゛（いる。前記無端ヂエン
６０は前記第一アーム６の−・側部に張設され、前記回
転軸２９の内端に固定された歯輪′６２と、第４図及び
第５図に示すように第二アーム８の回動中心ぐある水平
軸心７と同心状態の歯輪５３との間に掛張されている。

この歯輪ｉ５３は、第二アーム８に水平軸心７と同心状
態に固定され且つ第一アーム６側に突出する筒軸６４に
回転自在に支承されている。？５５は第二アーム８の−
・側部に張設された無端ヂエンであっ゛（、歯輪ろ６．
３７間に掛張され゛（いる。１１；１記１１輪３６は前
記歯輪５３と一体に形成され、１ｉｉｌ記歯輪５７は、
前記手首アーム１０に固着され］１−〕水平軸心９と同
心状態で第二アーム８の夕）端部に支承されている筒軸
３８に固定され゛（いる。

従って、モーター２６の出力軸２６ａの回転は、山車減
速機２８によっ゛（減速された状、聾で、回転軸２９、
歯輪３２、無端チェノ５０．１２〕輪５５．３６、無端
ヂエン′５５、及び歯輪′５７を経由し′（筒袖５８に
伝達され、手首アーム１ｏが第一アーム８に対し゛（水
平軸心９の廻りで回転ｕしめられる。

第２図に於゛ζ、６？は手首本体駆動用モーターであっ
て、その出力軸′５９ａに連結された山車減速機（ハー
モニック減速機等）４０及び回転軸４１を介して無端ヂ
ュン４２を駆動する。前記回転軸４１は第一アーム６の
回転中心である水平軸心５と同心状態で、ＭｉＪ記旋回
基台２がら上向きに突設された軸受部４３と前記中実軸
受部５１とに両端が支承され、外端が前記歯車減速機４
０の出力回転体４０ａに結合されている。前記モーター
３９と歯車減速機４０は、前記軸受８４５に固定された
ブラゲノト４４に水平軸心５と同心状態で支持され−（
いる。尚、第一アーム６の二股状内端部の内、中実軸受
部３１と軸受部２５との間に遊嵌−４る端部は、が１記
のように歯車減速装置２４を介して回転軸２９に支承さ
れているが、中実軸受部６１と軸受部４５との間に遊嵌
する側の端部はｎ；１記回転軸４１に直接支承されてい
る。ｌ１ｉｌ記無端＝ｙ−エン４２は第一アーム６の前
記無端チェノ′５０のある側とは反対の側に張設され、
ｎ；Ｉ配回転軸４１に固定の歯輪４５と、第４図及び第
５図に示すように前記水平軸心７と同心状態の歯輪４６
との間に掛張されている。この歯輪４６は、前記筒軸６
４内を貫通ずる状態で第一アーム６と第ニアーノ・８と
にわたっ−（支承された回転軸４７の第一・アート側端
部に固定され−ζいる。４８は、第一アーム８の前記無
端チェノ５５のある側とは反対の側に張設された無端ヂ
エンであって、前記回転軸４７の第二アーム側端部に固
定された歯輪４９と、前記筒袖６８内に同心状に支承さ
れた回転軸５０の一端に固定の歯輪５１との間に掛張さ
れている。

前記回転軸５０は、ｎｉｌ記手６本体１２の駆動軸５２
と傘歯車５３．５４を介し′ζ連動連結する。

従って、モーター６？の出力軸５９ａの回転は、歯車減
速機４０によって減速された状態°Ｃ１回転軸４１、歯
輪４５、無Ｏｇ１チー・ン４２、歯輪４６、回転軸４７
、歯輪４９、無端リヱン４８、歯輪５１、回転軸５０、
及び全歯’１Ｅ５３．５４を介して手首本体駆動軸５２
に伝達され、手首本体１２か平岐γ−〕・１０に対して
軸心１１の廻り゛Ｃ回回転しめられるごとになる。

第３図に於て、５５は第二アーム駆動用モーターであっ
゛（、第一・アーム６が図示のように下動限位置まで水
平軸心５の廻りで回動したとき、水平軸心５の略真上に
位置するように、第一アーム６の内端」−側部に、その
出力軸５５ａが水平軸心５と平行になる状態ご据え付け
られ“（いる。このモーター５５の出力軸５５ａは、第
一アーノ、６の中間位置に支承された中間回転軸５６と
、ｉ！ｌｊ付きベル１車５７．５８及び歯付きベルト５
９を介し−（連動連結し、ｎ：１記中間回転軸５６は、
第５図に示すように歯車減速装置６０の中央人力軸６０
ａと、歯付きベルＩ車６１．６２及び歯付きヘルド６５
を介して連りＪ連結し゛（いる。前記歯車減速装置６０
は、その中央人力軸６０ａ内をｉＴＩ記水平軸心７と同
心状の回転軸４７が貫通Ｊる状態で第一アーム６の外端
内部に支承され、その外側固定リング６０ｂは第一・ア
ーム６に固定され、リング状出力回転体６０ｃは第ニア
ーノ・８側に固定の筒軸６４の拡径筒部３４ａに固定さ
れている。

ｉＭ　ッ′（、モーター５５の出力軸５５　ａ　ｏ）回
転は、歯付きベルト車５７．５８及び由付きベル１５？
を介し゛（中間回転軸５６に伝達され、更に歯付きヘル
ド車６１，６２及び歯付きベル１６３を介して歯車減速
装置ｉｌｉ’、６０の中央人力軸６０ａに伝達され、当
該装置６０によって減速された後、そのリング状出力回
転体６０ｃより筒袖′５４に伝達され、第ニア−１，Ｂ
が第・アーノ６６に対して水平軸心７の廻りで回転ｕし
められるごとになる。

第３図に於て、６４はスプリンクハランサ＝−であって
、旋回基台２に略土下刃向に固定されたシリンダー６５
と、このシリンダー６５内に慴９）Ｉ　’１−ＩＪ能に
内装され１１つ主：Ｉイルスプリング６６によって下向
きに（Ｊ　Ｃｉｌされたビス１ン６７と、このビス１ン
６７から上向きに突設されたし’　ｙ　Ｍ　６８と、ビ
スエン６７の上昇行程の終盤に於（圧縮作用を受ける副
コイルスプリング６９とから構成されている。７０は、
第一γ−ムロの回転中心（ある水平軸心５の廻りで回転
自在な回転リングてあっ°ζ、第２図に示すように歯車
減速装置２４のリング状出力回転体２４ｃ上に回転自在
に遊嵌せしめられている。この回転リング７ｏには、歯
輪の−・部分を利用したチェンガイド７１が突設され“
（おり、このヂエンガイｌ’　７１の上端に一端を係止
したチ二ン７２の他端を、このチェンガイド７１」二に
該ヂエン７２を乗せた状態で前記スプリングバランサー
６４のロッド６８に係止さぜると共に、前記回転リング
７０に同心状に形成した長孔７３内に、第２図に示すよ
うに第一アーム６の側面から突設したピン７４を遊嵌し
ている。そし°（、第一・アーム６が、垂直に起立する
位置より約３０゛後方に倒れた」二動限位置へから約６
０゛前力の中間位置Ｂまで、略ａｉ＋後方向の回動範囲
［７１にｈ６゛（回動するときは、回転リング７０か仮
想線で示すように、ヂエンガイド７１の下端がｈ１回基
台２−にに当接Ｊる戻り限に於て停止したままで、ピン
７４が長孔７５内をａ位置からｂ位置までの回動＠　ｌ
ＪＨ「ｌで遊動し、第・アーム６が、前記中間位置Ｂか
ら略水平の下動限位置Ｃまで、略」−下方向の回動範囲
Ｒ２に於て回動するときは、ピン７４が長７Ｌ７３の上
端に当接し゛（、ｂ位置からＣ位置までの回動怖聞ｒ２
に於゛ζ回転リング７ｏを図の時開方向に回動さ「、ヂ
エン７２、ＬＩ］１６８、及びビス１ン６７を介し゛ζ
主二１イルスプリング６６を圧縮さυるように構成され
ている。

従っ一ζ、第一７−ノ・６が略＋’＋ｉｌ　ｔｋ力向の
回動範囲ＩぐＩ内を回動するときは、スプリングバラン
サー６４は作用−υず、第一アーノ、６が粘土下方向の
回動＠囲Ｒ２内を回動し゛（いるときのみ、中間位置Ｂ
から下刃への回転角に比例し゛（スプリングバランサ−
６４の主コイルスプリング６６が圧縮され−、その反力
が、出力によっ′ζ第一アーム６に作用する下向きの回
転力を打ら消ず方向に、即ら第一アーム持ら土げ方向に
作用し、この第一・アーム６を回動させるモーター２０
に掛る負荷を軽ｉｘする。尚、第一アーｌ、６が下動Ｉ
Ｉυ位置Ｃに到達−４る少し前から下動限位置Ｃに到達
する表での回動範囲内にあるとき、Ｉ！１１も出力によ
って第一・アーム６に作用する下向きの回転力が最大と
なる領域に於ては、主：ｌイルスプリング６６だけでな
く副コイルスプリング６９も圧縮され、第一アーム６に
作用する持ら土げ力が増強される。

以」−のように構成された関節型ロボットによれば、モ
ーター１４によって行わピる旋回基台２の垂直軸心３廻
りの旋回動作と、モーター２ｏにょっ４行わＵる第一・
アーム６の水平軸心５１！Ｉりの回転動作と、モーター
５５にょっ”ζ行わｌる第二アーム８の水平軸心７廻り
の回転動作と、モーター２６によっ゛（行わ「る手首ア
ーム１ｏの水平軸心９廻りの回転動作と、モーター６９
にょっ４行ゎＵる手相本体１２の軸心１１廻りの回転１
ｌ１１″Ｉとを適宜矧み合「るごとにより、手首本体１
２に取付Ｊｙられた各種Ｌ１ホノ１ハン１′を任意の位
置から他の任意の位置へ任意の経路にｈう゛（移動させ
、当該［１ホノ）ハシｔ′による所期の作業を行わυる
ことか出来る。

本発明の関節！１′＋ロボット駆動機構は以上のよ・）
に実施し使用し得るものであって、その最大の特徴は、
関節アーム手段のアーノ、の内、少なくとも１つのアー
ム（以下、特定アームと云う。実施例では第一・アーノ
・６及び第ユγ−）・８）の回動中心と同心状態に、中
央人力軸と同心のリング状出力回転体を備えた山車減速
装置Ｉ！２（実施例の山車減連装ＷＩ２４，６０）を配
置し、この歯車減速装置よりも旋回基台側に離し゛ζ設
置した特定アーム駆動用モーター（実施例のモーター２
０．５５）と前記歯車減速装置の中央入力軸とを巻（ｌ
）伝動手段（実施例の歯４＝Ｊき−・ル１２３を利用し
た伝動手段、及び由付きベル）５９．６３を利用した伝
動手段）にＪ−り連動連結し、ｎ：１記歯車減速装置の
リング状出力回転体を前記特定アームに直結し、この山
車ｊｉＶ：速装瞳の中央人力軸内を相対回転自在に貫通
支持さＵた回転軸（実施例の１９１転軸２９．４７）を
、この回転軸よりも関節アーム手段の先端側にある他の
アーノ、等被動部（実施例の−１−１１７−）、１０、
手首本体１２）への回転力伝達中継軸に利用した点にあ
る。

このような本発明の構成によれば、重量の大ｔよるモー
ターは旋回基台又はこれに近い位置に配置されるので、
当該モーターが被動部に近い位置に配置される場合に比
べ゛Ｃ関節アーム手段駆動時のＩＦＩ　！ｔモモ−ン１
が小さくなり、モーターの小容量化が図れると共に制御
が容易になる。しかもこのモーターに歯車減速装置を直
結するのでは１（＜、当該歯車減速装置は被動部である
アームの回動中心に直結されるので、減速された後の低
速回転を伝達する巻掛伝動手段が皆無となり、高精度の
アーム駆動が可能となる。更に、この歯車減速装置の中
央人力軸を貫通ずる回転軸を経由さＵ゛ζ他のアーノ・
等被動部への回転力伝達を行わせるの°Ｃ１関節アーノ
・手段の関節部に歯車減速装置が配置されるにも拘わら
ず、当該関節部をコンバク１に構成し得ると共に、アー
ムを前記回転力伝達中、ＩＩセ軸を利用して頑丈に支承
し得る。

尚、実施例では第一アーム６と第二アーム８の駆動機構
とし゛ζ本発明の構成を利用したが、何れか一方にのみ
利用しても良いし、手誼アーノ・１０の駆動機構として
利用することも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は全体の斜視図、第２図は旋回基台周りの縦断正
面図、第３図はスプリングバランサー周りの縦断側面図
、第４図は関節アーム手段の側面図、ｉ１５図は同一部
横断平面図゛（ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 垂直軸６廻りに旋回Ｊる旋回基台と、この旋回基台」二
   に設けられ月つ夫々互いに平行な水平軸心廻りで折曲回
   動自在に結合された第一アーム、第二アーム、及び手灯
   アームから成る関節アーム二丁段とを備えた関節型ロポ
   ソ］に於゛ζ、前記各種アームの内、少なくとも１つの
   アーム（以下、特定アームと云う）の回動中心と同心状
   態に、中央人力軸と同心のリング状出力回転体を備えた
   歯車減速装置を配置し、この歯車減速装置よりも旋回基
   台側に離し゛ζ設置した特定アーノ・駆動用モーターと
   前記歯車減速装置の中央人力軸とを巻掛伝動手段により
   連動連結し、前記歯車減速装置のリング状出力回転体を
   前記特定アームに結合し、この歯車減速装置の中央人力
   軸内を相対回転自在に貫通支持さげた回転軸を、この回
   転軸よりも関節アーム手段の先端側にある他のアート等
   被動部−・の回転力伝達中継軸に利用した関節型ロボノ
   １の駆動機構。