JPS629892A - 多関節型ロボツトの手首駆動装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は多関節型ロボットの手首駆動装置に係り特に電
動型の多関節型ロボットに合理的に通用し得る手首駆動
装置に関するものである。

「発明の背景」 従来、塗装用ロボットなどのように爆発性の高い雰囲気
内で使用されるロボットの場合には、一般に着火性のな
い油圧シリンダを用いた油圧駆動型のロボットが適用さ
れている。しかし、多関節型ロボットの場合、その位置
検出は関節の回転角度によって行われるのに対し、油圧
シリンダの駆動は直線的に行われるため、両者の換算に
複雑な計算を行わざるを得す、制御装置を構成するマイ
クロコンピュータの負担が重いという欠点がある。

また、油圧シリンダの位置決め精度は油圧シリンダ自身
の精度によって決定されるのに対し、電動機を用いた電
動型タイプの場合には、減速機と共に用いられるため、
極めて細かな位置決めが可能となるという長所がある。

また、従来は上記のように電動機のスパークによる爆発
の危険性を排除するために、油圧シリンダなどを用いる
しか方法がなかったが、近年、シール性の向上により高
度に防爆処置を施した電動機が開発され、塗装用ロボッ
トなどにも適用可能の電動機が市場に提供されている。

したがって、本発明は上記のような制御上問題の多い油
圧シリンダの替わりに、駆動源として電動機を用いんと
するものであり、このような電動機を用いた場合に、特
に合理的な手首部の駆動装置を提供することを目的とす
るものである。

「発明の構成」 上記目的を達成するために本発明が採用する主たる手段
は、その要旨とする処が、旋回台上にこの旋回台の旋回
軸を含む揺動面内で揺動運動する第１アームを取り付け
、この第１アームに上記揺動面内で揺動運動する第２ア
ームを取り付け、上記第２アームの先端にひねりの自由
度を有する手首部を取り付けた多関節型ロボットの動力
伝達装置において、上記第２アームの揺動中心軸に取り
付けた回動部材と手首部の屈曲駆動部材とをロッドによ
って連結し、電動機により回動部材を駆動して手首部を
屈曲駆動するようにした点にある多関節型ロボットの動
力伝達装置である。上記屈曲の動作は一方向のみのもの
でも、また複数の方向への屈曲を含むものであってもよ
い。

「発明の作用」 上記電動機の駆動により回動部材が回動されると、その
動きはロッドを経て手首の駆動部材に伝えられ、手首部
に屈曲の動作が与えられる。

「実施例」 続いて添付した図面を参照して、本発明を具体化した実
施例に付き説明し、本発明の理解に供する。ここに第１
図は本発明の一実施例に係る塗装用ロボットの正面図、
第２図は第１図におけるＡ矢視図、第３図は同塗装用ロ
ボットの旋回台部分の駆動機構を示す断面図、第４図は
第１図におけるＢ−Ｂ矢視図、第５図は第４図における
Ｃ−Ｃ矢視部部分断面図、第６図は同ロボットの平面図
、第７図は同ロボットの手首部分に揺動動作を与える減
速機部分の構造を示す正面図で、第１図におけるＤ矢視
図、第８図は第７図に示した減速機の平断面図、第９図
は同ロボットの手首部分にひねり動作を与える電動機に
連結された減速機の正断面図、第１０図は同ロボットの
第２アームの揺動中心軸部分を示す正断面図、第１１図
は第２アームの平断面図、第１２図は同第２アームの正
断面図、第１３図は同ロボットの手首部分の構造を示す
部分的正断面図である。

なお、以下の実施例は本発明の一具体例にすぎず本発明
の技術的範囲を限定する性格のものではない。

まず、第１図及び第２図を用いてこの実施例にかかる塗
装用ロボット全体の構成に付き、簡単に説明する。

この塗装用ロボットは、垂直多関節型ロボットの一例で
あり、固定の基台１に垂直軸のまわりで旋回する旋回台
３が取り付けられ、この旋回台３の上に複数のアームを
有してなるロボットＲが設けられている。但しこれは一
例であって旋回台３の回転軸が垂直方向の場合であるが
、例えば上記旋回台３の回転軸を水平に寝かせたような
多関節型ロボットも存在し、本発明はこのような各種の
多関節型ロボットに適用可能である。

４は上記旋回台上に取り付けられ、旋回台３の回転軸で
ある垂直軸を含む垂直面内において、揺動可能の第１ア
ームである。５は上記第１アーム４の先端に上記垂直面
内において揺動可能に取り付けられた第２アーム、６は
上記第２７−ム５の先端に設けられた手首部で、例えば
特開昭５２−１１１１５８号公報若しくは特開昭５８−
７１０９２号公報等に開示された軸芯Ｊを中心とするひ
ねりと２つの屈曲の自由度とを有する、いわゆる可撓性
手首部分によって構成されている。

７は前記第２７−ム５に揺動の駆動力を伝達するための
連接棒、８は上記第２アーム５における片持状の荷重を
バランスさせるためのバランスバネ、９は上記第１アー
ム４．第２アーム５両方の荷重をバランスさせるために
第１アーム４をその垂直位置の方向へ付勢するバランス
バネである。

次に第３図以下の添付図面をも参照しつつ、この実施例
の塗装用ロボットについて詳しく説明する。第３図は上
記旋回台３の駆動部分を示すもので、基台１は中空円筒
状をなし、その内部に円筒状の支持ケーシング１０が垂
直方向に固定されている、この支持ケーシング１０の上
端部に軸受１１を介して前記旋回台３が回転可能に支承
され、且つ軸受１２によってラジアル方向に支承されて
いる。上記支持ケーシング１０の下端部にはサイクロイ
ド減速機１３が収容され、その入力軸１４の端部にはプ
ーリ１５が固着されている。上記サイクロイド減速機１
３の出力部１６は円筒軸１７を介して前記旋回台３の中
心に固定された旋回台輪１８に連結されている。また、
基台１の底板１９にはＡＣサーボモータ等よりなる電動
機２０が立設され、その駆動軸２１に固着されたスプロ
ケット２３と前記プーリ１５の外周に取り付けたスプロ
ケット２４とはタイミングベルト２５により連結されて
いる。

従って電動ｆｉ２０の回転は、スプロケット２３ベルト
２５．スプロケット２４．プーリ１５゜入力軸１４を経
てサイクロイド減速機１３に入力され、ここで減速され
て円筒軸１７に伝達されて、旋回台３を垂直軸Ｊ■のま
わりに旋回する。但しこの旋回は、旋回台３の底面に固
着したストッパ２６．．２６ｂが基台１側の図示せぬ係
合部と当接することにより、又は制御プログラムに設定
されたソフトウェア上の旋回限界によって制限される。

上記旋回台３上には、第４図乃至第６図に詳しく示した
ようなロボットＲが載置されている。即ち旋回台３の上
面に垂直方向のブラケット２７゜２７が立設され、この
ブラケット２７によって軸受２８を介して第１アーム４
の揺動中心軸である第２アーム駆動軸２９が回動可能に
取り付けられている。

上記第２アーム駆動軸２９には軸受３０を介して前記第
２アーム５の下端部３１が揺動可能に取り付けられてい
る。上記第２アーム５と下端部３１の側部には、第４図
に示す如く旋回台３上にブラケット２７と平行に固定し
たブラケット４０Ｉ。

に取り付けたサイクロイド減速機３２の出力軸３３が固
定され、このサイクロイド減速機３２の入力軸３４に固
定されたプーリ３５はタイミングベルト３６によって第
６図に示す如くロボットＲの前面に水平に設けたＡＣサ
ーボモータ等よりなる電動機３７の出力軸に取り付けた
プーリ３８に連結されている。

従って電動機３７の回転は、プーリ３８．タイミングベ
ルト３６．プーリ３５．入力軸３４．サイクロイド減速
機３２．出力軸３３を経て、第１アーム４に伝達され、
第１アーム４を第２アーム駆動軸のまわりに揺動運動さ
せる。但し第１アーム４の回動角度は出力軸３３に形成
したストッパ３９がブラケット２７に設けた図示せぬ係
合片と当接することにより、若しくはプログラム上のソ
フトウェアによる回動限界によって制限される。

また、上記ブラケット４０Ｉ、と平行のブラケット４０
．には、前記第２アーム駆動軸２９と同軸にサイクロイ
ド減速機４１が取り付けられている。

このサイクロイド減速機４１の入力軸４２の端部に固定
されたプーリ４３は、第６図に示す如く前記電動機３７
と同軸で、且つこの電動機３７と背中合わせに設けられ
たＡＣサーボモータよりなる電動機４４の回転軸に取り
付けられたブーＩノ４５にタイミングベルト４６を介し
て連結されている。

また、上記サイクロイド減速機４１の出力軸４７は、前
記第２アーム駆動軸２９の端部２９１において両者の当
接面に形成されたラック状の溝により互いに連結されて
いる。４８は上記出力軸４７と、第２アーム駆動軸２９
との当接部の外周部に嵌着されリングで、両輪の芯のず
れを解消するものである。

第２アーム駆動軸２９の略中央部には、第４図及び第５
図に示す如くアーム４９を育するリンク５０が固定され
、上記アーム４９の先端にロッド５１が揺動自在に取り
付けられている。また、リンク５０より突出するレバー
５２には、ロッド５３が揺動可能に取り付けられ、この
ロッド５３の端部が旋回台３より後方へ突出して設けら
れたバネ受け５４に一端を固定された前記バランスバネ
８の他端に係着され、これによってリンク５０に常時第
５図における時計方向の回動力が付勢されている。上記
リンク５０には、更に突起５６．。

５６トが一体に形成され、旋回台３上に固定した係合片
７０にこれらの突起５６□、５６５が当接することによ
りリンク５０の回動が制限される。

当然ながらソフトウェア上の回動限界によっても回動角
度は制限される。

上記ロフト５１の上端は、第４図及び第５図に示す如く
、第１アーム４の上端部に取り付けた手首駆動軸７１を
中心に揺動可能の前記第２アーム５の後端にピン６０を
介して揺動可能に係着され、第２アーム５の後端部６１
．アーム４９．第１アーム４及びロッド５１によって平
行リンクが形成されていることにより、前記電動機４４
が回転して第２アーム駆動軸２９が回転すると、これに
伴ってリンク５０が揺動し、上記平行リンクの揺動角度
と同じ角度分だけ第２アーム５が揺動することになる。

また、前記したバランスバネ８によって第２アーム５に
手首駆動軸７１を中心とした第５図における時計方向の
回転力が常時付与されており、これにより第２アーム５
の重力がバランスされる。

また、前記第１７−ム４の上端部近傍に設けたビンジョ
イン６２と前記ブラケット４０．及び４０しの上端に取
り付けたピンジヨイント６３との間には、前記バランス
バネ９が張着されており、第１アーム４をその垂直位置
の方向へ常時付勢することにより、第１アーム４と第２
アーム５とによる重力のバランスを図っている。

上記第２アーム５内には、前記手首部６にひねり運動（
回転運動）を与えるための伝達軸６３が収容されている
。この伝達軸６３の端部は手首部６のひねり軸６４に連
結され、他端部は軸受箱６５内に収容された軸受６７に
より支持されたベベルギヤ取付軸６６の一端６８に固着
されている。

上記ベベルギヤ取付軸６６の他端にはスプライン６９が
形成され、このスプライン６９に摺動自在に嵌合するベ
ベルギヤ７２が前記手首駆動軸７１に固定されたベベル
ギヤ７３と噛み合っている。

７４は上記ベベルギヤ取付軸６６の段付部７５とベベル
ギヤ７２との間に締着された皿バネで、ベベルギヤ取付
軸６６の端部に摺動自在に取り付けた前記ベベルギヤ７
２をベベルギヤ７３に押し付けて両者のバンクラッシュ
を解消している。なお、ベベルギヤ取付軸６６の端部に
形成された雄ネジ部７６には組立時にベベルギヤ７２を
ベベルギヤ７３から遠ざけてお（ためのナツト７７を螺
着するためのものである。但しこのナツト７７は組立後
には取り外し、ベベルギヤ７３に対する７２の押し付け
を阻害しないようにする。

上記した手首部６は前記ひねり軸６４の回転によってひ
ねり動作を与えられる他、その根本部分に設けた屈曲駆
動部材の一例であるボールジヨイント７８□、７８ｂを
第１２図の紙面に平行に水平方向へ進退させることによ
り、手首部６に屈曲動作を与え得るものであり、その詳
細は、特開昭５２−１１１１５８号公報や、特開昭５８
−７１０９２号公報等に詳しく記載されている。

第１１図および第１２図に示した２本の進退ロンドア　
９ａ　、　　７９ｂは上記のようなボールシロインド７
８、および７８ｂを第１２図の紙面に平行に水平方向へ
進退させるためのロッドであり、その一端は前記ボール
シロインド７８１および７８Ｉ、にそれぞれ係着され、
他端は第１０図および第１２図に示す如くボールシロイ
ンド８０□および８０トを介して前記手首駆動軸７１に
回動可能に取り付けた回動部材の一例である回転板８１
ａ、８１＋、に係着されている。上記回転板８１□およ
び８１ｂにはそれぞれスプロケット８２□、８２＋、が
同軸に固着されている。上記スプロケット８２□および
８２トは第１０図および第４図に示す如く、第１アーム
４内にその軸芯に沿って配設されたチェーン８３ａ　、
８３ｂを介して第２アーム駆動軸２９に回転可能に取り
付けられたスプロケット８４１および８４Ｉ、にそれぞ
れ連結されている。

上記スプロケッ）８４ａ、８４ｂは、それぞれこれらと
同軸のギア８５．　、　８５＋、に固着されている。ギ
ア８５１および８５ｂは、それぞれ第５図および第８図
に示す如くハーモニックドライブ減速Ｍ１８６　ｍ　、
　　８６　ｂ　　（ハーモニックドライブ社商標）の出
力軸８７ａ、８７１．に固定したギア８８１および８８
Ｉ、とそれぞれかみ合っている。８９は上記ギア８８．
または８８ｂの回転量を検出するレゾルバなどの回転位
置検出袋Ｅである。上記のようなハーモニックドライブ
減速機８６．および８６Ｉ、は、第７図に示す如く前記
第２アーム駆動軸２９を挟んで電動機４４および３７が
反対側に（ロボットの後側に）第７図に示す如く相対向
して配置され、それぞれ電動機９０．および９０ｈに連
結されている。

したがって上記電動＃Ｂ、　９０　ａもしくは９０Ｉ、
が正方向もしくは逆方向にそれぞれ回転すると、その回
転はハーモニックドライブ減速機８６．．８６しを経て
出力軸８７ａ　、　　８１ｙからギア８８゜、８８ｂに
伝達され、さらにこれらのギアとかみ合うギア８５ｍ　
、　　８５Ｉ、およびスプロケット８４゜、８４ｂが回
転する。これらのスプロケット８４１．８４６の回転は
さらにチェーン８３ａ、８３ｈを経てスプロケット８２
□、８２１．および回転板８１ａ、８１ｂに伝達され、
この回転板８１１゜８１＋、に取り付けたボールジヨイ
ント８０．．８０Ｉ、が扇状にスイングし、これらのボ
ールジヨイント８０□、８０ｂを介して取り付けた進・
退ロッド７９ａ、７９Ｉ、が、それぞれ手首部６の方向
へ進出又は後退し、その先端に連結したボールジヨイン
ト７８１又は７８１．が移動されて手首部６の屈曲動作
が行われる。

また前記手首部６のひねり軸６４に、伝達軸６３および
ベベルギア取り付は軸６６を介して連結されたベベルギ
ア７２とかみ合うベベルギア７３は、手首駆動軸７１に
固着されている。上記手首駆動軸７１にはさらにスプロ
ケット９１が固着され、このスプロケット９１に巻き掛
けられたチェーン９２は、第４１１！Ｊおよび第５図に
示す如く、第１７−ム４の中間部分に水平に取り付けら
れたハーモニックドライブ減速機９３の出力軸に取り付
けられたスプロケット９４に巻き掛けられている。

上記ハーモニックドライブ減速機９３の入力軸に取り付
けたプーリー９５は、タイミングベルト９６を介して電
動機９７の出力軸９８に取り付けたプーリー９９に連結
されている（第９図参照）。

したがって電動機９７の回転は出力軸９８．ブー１７−
９９．タイミングベルト９６およびプーリー９５を経て
ハーモニックドライブ減速機９３に伝達され、ここで減
速されてスプロケット９４に伝達される。スプロケット
９４の回転はさらにチェーン９２を経てスプロケット９
１１手首駆動軸７１、更にはベベルギア７３に伝達され
る。ベベルギア７３が回転すると、これとかみ合うベベ
ルギア７２が回転し、この回転がベベルギア取り付は軸
６６、伝達軸６３、ひねり軸６４を経て手首部６を軸芯
Ｊ（第１図）の周りに旋回（ひねり）させる。

こうして上記ひねり運動、およびボールジヨイント７８
ａ　、７８ｉ、の進退運動による屈曲動作により手首部
６の先端が任！の方向を指向し、その先端に取り付けた
たとえば塗装ガンなどの工具の姿勢が制御される。

「発明の効果」 本発明は、以上述べたように旋回台上にこの旋回台の旋
回軸を含む揺動面内で揺動運動する第１アームを取り付
け、この第１アームに上記揺動面内で揺動運動する第２
アームを取り付け、上記第２アームの先端に屈曲駆動部
材の進退により屈曲動作をする手首部を取り付けた多関
節型ロボットの手首駆動装置において、中心軸に取り付
けた回動部材と手首部の屈曲駆動部材とをロッドによっ
て連結し、電動機により回動部材を駆動して手首部を屈
曲駆動するようにしたことを特徴とする多関節型ロボッ
トの動力伝達装置であるから、電動機を駆動源として用
いたロボットの場合に特に合理的な手首部の駆動装置を
提供することに成功したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る塗装用ロボットの正面
図、第２図は第１図におけるＡ矢視図、第３図は同塗装
用ロボットの旋回台部分の駆動機構を示す断面図、第４
図は第１図におけるＢ−Ｂ矢視図、第５図は第４図にお
けるＣ−Ｃ矢視部部分断面図、第６図は同ロボットの平
面図、第７図は同ロボットの手首部分に揺動動作を与え
る減速機部分の構造を示す正面図で、第１図におけるＤ
矢視図、第８図は第７図に示した減速機の平断面図、第
９図は同ロボットの手首部分にひねり動作を与える電動
機に連結された減速機の正断面図、第１０図は同ロボッ
トの第２アームの揺動中心軸部分を示す正断面図、第１
１図は第２アームの平断面図、第１２図は同第２アーム
の正断面図、第１３図は同ロボットの手首部分の構造を
示す部分的正断面図である。 （符号の説明） １・・・基台　　　　３・・・旋回台 ４・・・第１アーム　５・・・第２アーム６・・・手首
部　８，９・・・バランスばね２９・・・第２アーム駆
動軸 ６３・・・伝達軸　　６４・・・ひねり軸７１・・・手
首駆動軸 ７８・・・ボールジヨイント（Ｍ曲駆動部材）７９・・
・進退ロッド ８０・・・ボールジヨイント ８Ｉ・・・回転板（回動部材） ９３・・・ハーモニックドライブ減速機９７・・・電動
機 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 旋回台上にこの旋回台の旋回軸を含む揺動面内で揺動運
   動する第１アームを取り付け、この第１アームに上記揺
   動面内で揺動運動する第２アームを取り付け、上記第２
   アームの先端に屈曲駆動部材の進退により屈曲動作をす
   る手首部を取り付けた多関節型ロボットの手首駆動装置
   において、上記第２アームの揺動中心軸に取り付けた回
   動部材と手首部の屈曲駆動部材とをロッドによって連結
   し、電動機により回動部材を進退させて手首部を屈曲駆
   動することを特徴とする多関節型ロボットの動力伝達装
   置。