JPS6347087A - 産業用ロボツトの関節構造 - 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） この発明は、溶接作業、溶断作業、デバリング作業、拡
管作業、研磨作業、ねじ締め作業及び組立組付作業など
に使用する産業用ロボットの関節構造に関する。

（従来の技術） 一般に、この種産業用ロボットは、複数本のアームを備
え、各アーム間を、該各アームの長さ方向に延びる軸心
周りに回転する回転関節と、前記各アームの長さ方向と
直交する直交軸周りに揺動する曲げ関節とを用いて連結
している。例えば第８図のものでは、支持受台（Ｄ）側
からアーム先端にかけて、第１回転量節（Ｒ１）−第１
曲げ関節（Ｐｌ）−第２曲げ関節（Ｒ２）−第２回転量
節（Ｒ２）−第３曲げ関節（Ｒ３）−第３回軌間節（Ｒ
３）の順序で配列し、６自由度の動作が行なえるように
している。

しかして、前記回転関節は、アームの長さ方向に延びる
軸心周りに回転するものであり、また、前記曲げ関節は
、アームの長さと直交する直交軸周りに揺動す′るもの
てあって、従来専ら、これら機構を異にする関節は、お
のおの独立した関節構造で実現するのが一般的であった
。

すなわち、第９図に示す如く、第１アーム（Ｘｌ）に第
２アーム（Ｘ２）を、直交軸（ｇ）に支持する支持筒（
Ｘｌｌ）を介して揺動可能に支持すると共に、該支持筒
（Ｘｌｌ）に前記第２アーム（Ｘ２）をその長手方向軸
心周りに回転可能に支持し、前記第１アーム（Ｘｌ）に
内装する第１モータ（ＩＭ）及び一対のベベルギヤ（Ｉ
Ｇ）（２Ｇ）を介して、前記第２アーム（Ｘ２）の第１
アーム（Ｘｌ）に対する曲げ関節（Ｐ）を構成する一方
、前記支持筒（Ｘｌｌ）に内装する第２モータ（２Ｍ）
及び減速器（ＸＧ）を介して、前記第２アーム（Ｘ２）
の第１アーム（Ｘｌ）に対する回転関節（Ｒ）を構成す
る如くしていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、曲げ関節（Ｐ）と回転関節（Ｒ）とを、それ
ぞれ個別のモータ（ＩＭ）（２Ｍ）で構成した場合には
、前記第２アーム（Ｘ２）の第１アーム（Ｘｌ）に対す
る曲げと回転とに要する負荷を、前記モータ（ＬＭ）（
２Ｍ）がそれぞれ単独で負担しなければならなくなるた
め、これらモータ（ＩＭ）（２Ｍ）が大型となってしま
う問題があった。

また、前記回転関節（Ｒ）におけるモータ（２Ｍ）が前
記第２アーム（Ｘ２）の回転軸に直結されることから前
記減速器（ＸＧ）が必要となるのであるが、前記モータ
（２Ｍ）が大型化することから、該減速器（ＸＧ）の強
度も」二げてやる必要があり、該減速器（、ＸＧ）も大
型化してしまう問題があった。

従って、曲げ関節と回転関節とをそれぞれ独立した関節
構造で実現した場合には、全体として構造が大型化し、
また、その構成も複雑となって、コスト高となるのであ
った。

本発明の目的は、一つの差動歯車機構を用いて回転関節
と曲げ関節とを同時に実現することができ、その構造を
コンパクトかつ簡単にでき、コストダウンを可能とした
産業用ロボットの関節構造を提供する点にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明にかかる産業用ロボットの関節構造は、図面に示
すごとく構成したもので、第１アーム（１）に、該第１
アーム（１）の長さ方向と直交する直交軸（ｇ）を中心
として回転する回転筒（１１）を支持して、この回転筒
（１１）に第２アーム（２）を、該アーム（２）の長さ
方向に延びる軸心を中心に回転可能に支持すると共に、
前記直交軸（ｇ）に、該直交軸（ｇ）の軸心を中心に回
転する歯車（Ｇ１）（Ｇ２）をそれぞれ支持し、これら
歯車（Ｇ１）（Ｇ２）を１対のモータ（Ｍ２）（Ｍ３）
に各別に連動させる一方、前記第２アーム（２）に、前
記歯車（Ｇ１）（Ｇ２）に噛合うリングギヤ（ＲＧ）を
設けたことを特徴とするものである。

（作用） しかして前記直交軸（ｇ）に支持した前記各歯車（Ｇ１
）（Ｇ２）と、該各歯型（Ｇ１）（Ｇ２）に噛合する前
記リングギヤ（ＲＧ）とにより、差動歯車機構が形成さ
れ、前記各モータ（Ｍ２）（Ｍ３）で前記各歯車（Ｇ１
）（Ｇ２）を同一回転速度で回転させることにより、前
記第１アーム（１）に対し第２アーム（２）を揺動させ
られるし、また前記各モータ（Ｍ２）（Ｍ３）で前記各
歯車（Ｇ１）（Ｇ２）間に回転速度差を与えることによ
り、前記第１アーム（１）に対し第２アーム（２）を回
転させられるのである。

このように、二つのモータ（Ｍ２）（Ｍ３）が共同して
動作することにより、曲げと回転との二つの動作が行な
えるので、前記モータ（Ｍ２）（Ｍ３）のそれぞれにか
＼る負荷が軽減できること＼なり、該モータ（Ｍ２）（
Ｍ３）の小型化が図れるのである。

（実施例） 以下本発明にかかる産業用ロボ・ソトの関節構造を図面
の実施例によって説明する。

図において、（Ｄ）は支持受台であって、該支持受台（
Ｄ）に、複数のアームから成る産業用ロボットの作業腕
（Ｕ）を支持する。

しかして前記作業腕（Ｕ）の関節槽−造を、次のごとく
構成したのである。

即ち、前記作業腕（Ｕ）は、第１アーム（１）と第２ア
ーム（２）とを１組として、該各アーム（１）（２）の
少なくとも複数組を組合わせて形成するのであって、前
記第１アーム（１）に、該第１アーム（１）の長さ方向
に対して直交する直交軸（ｇ）を中心に回転する回転筒
（１１）を支持して、この回転筒（１１）に前記第２ア
ーム（２）を、該アーム（２）の長さ方向に延びる軸心
を中心に回転可能に支持する。

そして１１１１記直交軸（ｇ）に、この直交軸（ｇ）の
軸心を中心に回転する第１及び第２歯車（Ｇ１）（Ｇ２
）をそれぞれ支持し、該各百車（Ｇ１）（Ｇ２）を１対
の第２及び第３モータ（Ｍ２）（Ｍ３）に各別に連動さ
せると共に、前記第２アーム（２）に、前記各歯車（Ｇ
１）（Ｇ２）に噛合するリングギヤ（ＲＧ）を設けて、
これらリングギヤ（ＲＧ）と各歯車（Ｇ１）（Ｇ２）と
により差動歯車機構を構成する。

第１図に示した産業用ロボットでは、前記支持受台（Ｄ
）側に前記第１アーム（１）を設け、該アーム（１）の
先端側に前記第２アーム（２）を連結すると共に、この
第２アーム（２）の先端側に第３アーム（３）を連結し
て、これら第２アーム（２）と第３アーム（３）との関
節構造を、前記第１及び第２アーム（１）（２）の関節
構造と同一構造に形成する一方、前記第３アーム（３）
の先端側に第４アーム（４）を連結して、この第４アー
ム（４）の先端側に溶接機などの各種作業機を取付ける
ようにしている。

しかして前記支持受台（Ｄ）と前記第１アーム（１）と
の間に、第２図に示すごとく、第１モータ（Ｍｌ）で回
転駆動される歯車機構（５）を介装し、該歯車機構（５
）で前記第１アーム（１）を前記支持受台（Ｄ）に対し
回転可能となし、この支持受台（Ｄ）と前記第１アーム
（１）との間に、第１回軌間節（Ｒ１）を形成すると共
に、前記第１アーム（１）の先端側に２又状をなすブラ
ケット（１ａ）を形成し、か一つ前記回転筒（１１）の
長さ方向中間部で両側部に、それぞれ前記第１アーム（
１）と直交方向に延びる直交軸（ｇ）を設けて、該各回
交軸（ｇ）を介して前記回転筒（１１）を前記ブラケッ
ト（ｌａ）間に回転可能に支持する。

前記第１アーム（１）と前記支持受台（Ｄ）との間に介
装する前記歯車機構（５）は、前記第１モータ（Ｍｌ）
に連結したギヤ（５ａ）と、前記支持受台（Ｄ）の中心
軸部に形成したギヤ（５ｂ）と、この各ギヤ（５ａ）（
５ｂ）に噛合する中間ギヤ（５ｃ）（５ｄ）とから成り
、これら各ギヤ（５ａ　）　　（５ｂ　）　　（５ｃ　
）　　（’５　ｄ　）を介して前記第１モータ（Ｍ］）
の駆動に伴い、前記第１アーム（１）を前記支持受台（
Ｄ）に対し回転させるごとくなす。

また前記第１アーム（１）のブラケット（１ａ）と前記
回転筒（１１）との間で、前記各直交軸（ｇ）ｌに、そ
れぞれ前記第１歯車（Ｇ１）と第２歯車（Ｇ２）とを回
転駆動可能に支１１すると共に、前記第１アーム（１）
における前記支持受台（Ｄ）の近くで両側部に、前記第
２及び第３モータ（Ｍ２）（Ｍ３）を支持して、該各モ
ータ（Ｍ２）（Ｍ３）をそれぞれ伝動機構（６）（６）
を介して前記各歯車（Ｇ１）（Ｇ２）に各別に連動連結
し、前記モータ（Ｍ２）（Ｍ３）の駆動に伴い前記各歯
車（Ｇ１）（Ｇ２）を個別に回転させるごとくなすので
ある。

前記各伝動機構（６）は、前記ブラケット（１ａ）に回
転自由に支持した回転軸（６ａ）と、該回転軸（６ａ）
の軸方向−側に、前記各歯車（Ｇ１）（Ｇ２）に噛合す
べく設けた第１ギヤ（６ｂ）と、前記回転軸（６ａ）の
軸方向他側に設けた第２ギヤ（６Ｃ）とを備え、該第２
ギヤ（６Ｃ）を前記各モータ（Ｍ２）（Ｍ３）から延び
るモータ軸（６ｄ）に設けた第３ギヤ（６ｅ）に噛合さ
せて構成するのであり、斯くすることにより前記各モー
タ（Ｍ２）（Ｍ３）の駆動に伴い、前記各伝動機構（６
）を介して前記各歯車（Ｇ１）（Ｇ２）に回転動力を伝
達するごとくなすのである。

そして前記第１アーム（１）に支持された前記回転筒（
１１）の内部に、複数の軸受（Ｂ）を介して前記第２ア
ーム（２）に結合された支持筒（２１）を回転自由に支
持すると共に、この支持筒（２１）と前記第２アーム（
２）との結合部に前記リングギヤ（ＲＧ）を一体に組付
ける一方、該リングギヤ（ＲＧ）を前記第１及び第２歯
車（Ｇ１）（Ｇ２）に噛合させて、これら各歯車（Ｇ１
）（Ｇ２）と前記リングギヤ（ＲＧ）とに上り差動歯車
機構を形成するのである。

また前記第２アーム（２）を回転自由に支持する前記回
転筒（１１）に設けた前記直交軸（ｇ）により、第１曲
げ関節（Ｐｌ）を形成し、かつ前記第２アーム（２）を
前記第１アーム（１）に回転自由に支持する前記軸受（
Ｂ）によって、第２回転関節（Ｒ２）を形成するのであ
る。

斯くして前記第２及び第３モータ（Ｍ２）（Ｍ３）を同
一速度で駆動させ、前記第１及び第２歯車（Ｇ１）（Ｇ
２）を同一速度で回転させることにより、前記第１アー
ム（１）の回転筒（１１）に対し、前記第２アーム（２
）を前記第１曲げ関節（Ｐｌ）を中心に揺動させること
ができるし、また前記第２及び第３モータ（Ｍ２）（Ｍ
３）の駆動速度を異ならしめて、前記第１及び第２歯車
（Ｇ１）（Ｇ２）間に回転速度差を与えることにより、
前記第１アーム（１）の回転筒（１１）に対し、前記第
２アーム（２）を前記第２回転関節（Ｒ２）を中心に回
転させることができるのである。

このように、二つのモータ（Ｍ２）（Ｍ３）が共同して
動作することにより、曲げと回転との二つの動作が行な
えるので、前記モータ（Ｍ２）（Ｍ３）のそれぞれにか
＼る負荷が軽減できること＼なり、該モータ（Ｍ２）（
Ｍ３）の小型化が図れるのである。

更に前記第２アーム（２）と第３アーム（３）との連結
部位にも、前述した関節構造と同様の関節構造を設ける
のである。

即ち、第３図に示したごとく、前記第２アーム（２）の
先端側に２又状をなすブラダ・ソト（２ａ）を形成し、
該ブラケット（２ａ）に前記場合と同様な回転筒（２１
）を、前記第２アーム（２）と直交方向に延びる１本の
直交軸（ｇ）を介して揺動自由に支持し、この直交軸（
ｇ）により前記第２アーム（２）と前記第３アーム（３
）との間に、第２曲げ関節（Ｒ２）を形成すると共に、
前記回転筒（２１）に前記第３アーム（３）を回転自由
に支持して、この第３アーム（３）と前記回転筒（２１
）との間に第３回転関節（Ｒ３）を形成するのである。

また前記回転筒（２１）の下方内部で、前記直交軸（ｇ
）上に、前述した第１アーム（１）と第２アーム（２）
間に介装した第１及び第２歯車（Ｇ１）（Ｇ２）に相当
する第３＊車（Ｇ３）と第４歯車（Ｇ４）とを回転駆動
自由に支持すると共に、前記回転筒（２１）の上方内部
に、前記第３アーム（３）の下方側筒袖（３１）を回転
自由に支持して、該筒軸（３１）の軸端に前記各歯車（
Ｇ３）（Ｇ４）に噛合するリングギヤ（ＲＧ）を取付け
、これらリングギヤ（ＲＧ）と前記各歯車（Ｇ３）（Ｇ
４）とにより差動歯車機構を形成する。

そして前記各歯車（Ｇ３）（Ｇ４）を回転駆動させるに
あたっては、第２図に示したごとく、前記第２アーム（
２）の内部に、２つの第１及び第２筒袖（２２）（２３
）を同心状つまり二重構造状に支持すると共に、前記第
２アーム（２）の前記第１アーム（１）側に、前述した
第２及び第３モータ（Ｍ２）（Ｍ３）に相当する１対の
第４及び第５モータ（Ｍ４）（Ｍ５）を設け、この各モ
ータ（Ｍ４）（Ｍ５）のモータ軸に支持した各ギヤ（２
４）（２５）を、前記各筒袖（２２）（２３）の軸端に
支持したギヤ（２Ｂ）（２７）に噛合させる一方、前記
各筒袖（２２）（２３）の前記第３アーム（３）側に、
それぞれ前記第３及び第４歯車（Ｇ３）（Ｇ４）に噛合
するギヤ（２８）（２９）を支持する。

斯くして前記各モータ（Ｍ４）（Ｍ５）の駆動により前
記各ギヤ及び各筒軸（２２）（２３）を介して前記第３
及び第４歯車（Ｇ３）（Ｇ４）を回転駆動させるごとく
なし、このとき前記各モータ（Ｍ４）（Ｍ５）で前記第
３及び第４歯車（Ｇ３）（Ｇ４）を、同一速度で回転さ
せることにより、前記第３アーム（３）を第２アーム（
２）に対し前記第２曲げ関節（Ｒ２）を中心に揺動させ
るごとくなし、また前記前記各モータ（Ｍ４）（Ｍ５）
で前記第３及び第４歯車（Ｇ３）（Ｇ４）に、回転速度
差を与えることにより、前記第３アーム（３）を第２ア
ーム（２）に対し前記第３回軌間節（Ｒ３）を中心に回
転させるごとくなすのである。

更に前記第３アーム（３）の上方側回転筒（３２）に、
前記場合と同じく直交軸（ｇ）を介して前記第４アーム
（４）を揺動自由に支持し、この直交軸（ｇ）により前
記第３アーム（３）と前記第４アーム（４）との間に、
第３曲げ関節（Ｒ３）を形成し、この曲げ関節（Ｒ３）
を中心として前記第４アーム（４）を前記前記第３アー
ム（３）に対し揺動自由となすのである。

前記第４アーム（４）を揺動駆動させるにあたっては、
前記回転筒（３２）の内部で前記直交軸（ｇ）と平行に
支持軸（３３）を支持して、該支持軸（３３）上に２つ
の第１及び第２ギヤ（３４）（３５）を設け、この第１
ギヤ（３４）を前記直交軸（ｇ）上に設けた第３ギヤ（
３６）に噛合させると共に、前記支持軸（３３）上に設
けた第２ギヤ（３５）を、前記第３アーム（３）の筒袖
（３１）内に挿通された回転軸（３７）の軸端に設けた
第４ギヤ（３８）に噛合させる一方、前記回転軸（３７
）の前記第２アーム（２）側に第５ギヤ（３９）を設け
、該ギヤ（３９）を、前記第２アーム（２）と前記第３
アーム（３）とを連結する直交軸（ｇ）上に設けた第６
ギヤ（４０）に噛合させるのであり、また第２図の如く
、前記第２アーム（２）の前記第１アーム（１）側で、
前記第４モータ（Ｍ４）と第５モータ（Ｍ５）との中間
部位に、第６モータ（Ｍ６）を支持して、該モータ（Ｍ
６）から前記第２アーム（２）の第２筒軸（２３）内を
経て前記第３アーム（３）側に回転軸（４１）を延出さ
せ、該回転軸（４１）の軸端に設けた第７ギヤ（４２）
を、前記第６ギヤ（４０）に噛合させるのである。

斯くして前記第６モータ（Ｍ６）の駆動で、前記第１〜
第７ギヤ及び各回転軸（４１）（３７）を介して前記第
４アーム（４）に回転動力を伝達することにより、該第
４アーム（４）を前記第３曲げ関節（Ｒ３）を中心に揺
動させるごとくなすのである。

尚、本実施例では、以上の関節構造を用いて、第４図に
簡略的に示したごとく、前記第１〜第４アーム（１）〜
（４）で構成される前記作業腕（Ｕ）の中間部位に、３
つの第１〜第３回転関節（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）と、
３つの曲げ関節（Ｐｉ）（Ｒ２）（Ｒ３）とを、交互に
配列しているのであり、斯くすることにより、第５図で
明らかにしたごとく、前記作業腕（Ｕ）の中間部位で材
部を構成する前記第２曲げ関節（Ｒ２）の部分が横方向
に揺動自由となって、アーム先端の位置と方向を固定し
たま＼第２曲げ関節（Ｒ２）の部位の高さを任意に選べ
るのである。

以上のごとく構成した産業用ロボットの作業態様として
、自動車内部の溶接作業を行う場合について説明する。

即ち、自動車内部の溶接作業を行う場合には、第６図及
び第７図に示したごとく、自動車の組立ラインの側部に
前記産業用ロボットを配置し、該ロボットの前記作業腕
（Ｕ）を自動車ドア（ＤＲ）から内部に差し込み、前記
作業腕（Ｕ）の先端つまり第４アーム（４）の先端に取
付けた溶接機により、自動車内部の溶接作業を行うので
あるが、前記作業腕（Ｕ）の自動車内部への差し込み時
に、前記ドア（ＤＲ）のフレーム（Ｆ）が前記作業腕（
Ｕ）の障害となるときには、該作業腕（Ｕ）の中間部分
を、同各図の実線で連続状に示したごとく、前記作業腕
（Ｕ）の差し込み方向に対し横方向に揺動させながら、
前記フレーム（Ｆ）を回避させるのである。

具体的には、第５図で明らかなごとく、前記作業腕（Ｕ
）の材部である第２曲げ関節（Ｐ２）部分を、この作業
腕（Ｕ）の差し込み方向に対し横方向に揺動制御するこ
とにより、その肘高さを変更し、これにより、前記フレ
ーム（Ｆ）を回避して、前記作業腕（Ｕ）を自動車内部
に差し込むのである。そして、前記作業腕（Ｕ）の位置
及び方向を制御しながら、前記溶接機により溶接作業を
行うのである。

また前記作業腕（Ｕ）の中間部を、該作業腕（Ｕ）の差
し込み方向に対し横方向に揺動自由となすことにより、
前記自動車内部の溶接作業時に、前記作業腕（Ｕ）を利
用して前記ドア（ＤＲ）の開閉作業を行い得るのであり
、更に前述した作業以外に、例えばエンジンルームなど
の狭い作業空間内の作業も可能となるのである。

（発明の効果） 以上説明したごとく本発明にかかる産業用ロボットの関
節構造では、第１アーム（１）に、該第１アーム（１）
の長さ方向と直交する直交軸（ｇ）を中心に回転する回
転筒（１１）を支持して、この回転筒（１１）に第２ア
ーム（２）を、該アーム（２）の長さ方向に延びる軸心
を中心として回転可能に支持すると共に、前記直交軸（
ｇ）に、該直交軸（ｇ）の軸心を中心に回転する歯車（
Ｇ１）（Ｇ２）をそれぞれ支持し、これら歯車（Ｇ１）
（Ｇ２）を１対のモータ（Ｍ２）（Ｍ３）に各別に連動
させる一方、前記第２アーム（２）に、前記歯車（Ｇ１
）（Ｇ２）に噛合うリングギヤ（ＲＧ）を設けたから、
簡単な構造により前記第１アーム（１）に対し第２アー
ム（２）を、これらアームの長さ方向に延びる軸心周り
に回転させることができると共に、これらアームの長さ
方向と直交する直交軸周りに揺動させることができるの
である。

即ち、前記歯車（Ｇｌ）　　（Ｇ２）とりングギャ（Ｒ
Ｇ）とにより差動歯車機構を構成し、との差動歯車機構
の特性を利用して第２アーム（２）を第１アーム（１）
に対し回転させたり、前記直交軸（ｇ）を中心に揺動さ
せることができるのである。

このように、二つのモータ（Ｍ２）（Ｍ３）が共同して
動作することにより、曲げと回転との２〇 二つの動作が行なえるので、前記モータ（Ｍ２）（Ｍ３
）のそれぞれにか＼る負荷が軽減できること−なり、該
モータ（Ｍ２）（Ｍ３）の小型化が図れるのである。

従って、前記した如く一つの差動歯車機構により、回転
関節と曲げ関節とを同時に実現でき、全゛体として小型
化が図れると共に、構造もｒｍ単にでき、それだけコス
トダウンが可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の関節構造を設けた産業用ロボッ！・の
全体構造を示す側面図、第２図は同ロボットの第１アー
ムと第２アーム部分の拡大断面図、第３図は同じく第３
アームと第４アーム部分の拡大断面図、第４図は同ロボ
ットを線図的に示す説明図、第５図は作動状態を示す図
面、第６図及び第７図は自動車内部の溶接作業状態を示
す図面、第８図及び第９図は従来の産業用ロボットを示
す図面である。 （１）・・Φ・・・・・第１アーム （１１）・・・・・Φ・回転筒 （２）・Φ・・・・拳・第２アーム （ｇ）・・−・・・・・直交軸 （Ｇ１）（Ｇ２）・・・歯車 （Ｍ２）（Ｍ３）・Φ・モータ （ＲＧ）・・拳・・・・リングギヤ 第１図 Ｑ 昧 区 ト 昧 ０〈 区 の 味

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１アーム（１）に、該第１アーム（１）の長さ方向と
   直交する直交軸（ｇ）を中心として回転する回転筒（１
   １）を支持して、この回転筒（１１）に第２アーム（２
   ）を、該アーム（２）の長さ方向に延びる軸心を中心に
   回転可能に支持すると共に、前記直交軸（ｇ）に、該直
   交軸（ｇ）の軸心を中心に回転する歯車（Ｇ１）（Ｇ２
   ）をそれぞれ支持し、これら歯車（Ｇ１）（Ｇ２）を１
   対のモータ（Ｍ２）（Ｍ３）に各別に連動させる一方、
   前記第２アーム（２）に、前記歯車（Ｇ１）（Ｇ２）に
   噛合うリングギヤ（ＲＧ）を設けたことを特徴とする産
   業用ロボットの関節構造。