JPS6377682A

JPS6377682A - 産業用ロボツトのア−ム構造

Info

Publication number: JPS6377682A
Application number: JP21983486A
Authority: JP
Inventors: 信利鳥居; 亮二瓶; 彰弘寺田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-07

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、産業用ロボットのアーム構造に関するもので
あり、特に多関節型水平アームの最先端に設けられて、
上下動と旋回動作とが可能な縦アーム軸を有し、その縦
アーム軸の末端にロボットハンドやその他の作業具等種
々のエンドエフェクタを装着して多モードのロボット作
業を遂行可能にすると共に該エンドエフェクタに対する
電気信号、作動電力、作動流体等を供給する配線、配管
類の敷設空間を内部に確保した構造を有する産業用ロボ
ットのアーム構造に関する。

〔従来技術と解決課題〕

従来より、水平多関節腕型ロボットにおいて、水平アー
ムの最先端に上下動と旋回動作とが可能な縦アーム軸を
有し、その縦アーム軸の末端にエンドエフェクタを装着
し得るようにした産業用ロボットのアーム構造は既に公
知であるが、これら公知の縦アーム軸では上下動や旋回
動作等の作動機構を水平アームの先端部分に組み込むこ
とがら該縦アーム軸の末端に装着されるエンドエフェク
タに対する作動電力や信号ライン、作動流体等の供給経
路に対する配慮が充分で無いという問題点が有る。近時
、産業用ロボットは、一般環境のみならず、嫌悪雰囲気
中を作業空間とした利用も成されることから、上述した
エンドエフェクタに対する作動電力や信号ライン、作動
流体等の供給経路として、配線、配管路を使用する時に
は、それらが、嫌悪雰囲気の障碍と成らないような充分
な配慮が必要であり、しかも、上下動や旋回動作等の作
動機構も高精度、高性能に形成されていることが要請さ
れるから、これらの要請を満足させることが可能な産業
用ロボットの提供が必要とされる。故に本発明は斯かか
る必要を満たすロボットを提供せんとするものである。

〔解決手段〕

本発明は上述の目的に鑑みて、水平アームの先端に具備
されると共にロボット作業要素の装着末端を有し、旋回
、上下動が可能な縦アーム軸を備えた産業用ロボ・ノド
のアーム構造において、上記縦アーム軸は中空軸構造を
有して上記水平アームを介してロボット作業要素に到る
配管、配線用の敷設空間を備えると共に送りねじ軸機構
から成る上下動の作動機構と、スプライン軸とその噛合
ナツトとから成る旋回作動機構とを備え、かつ前記水平
アーム内に設けられて前記上下動の作動機構に結合した
第１の回転駆動機構と、同じ（前記水平アーム内に設け
られて前記旋回作動機構に結合した第２の回転駆動機構
とを具備して構成されたことを特徴とする産業用ロボッ
トのアーム構造を提供するもので、これによって、上記
配管、配線は、縦アーム軸の内部を通ってロボット作業
要素、つまり、エンドエフェクタへ信号、作動電力、作
動流体等を供給することができるのである。又、縦アー
ム軸の旋回動作と上下動作とはねし送り機構とスプライ
ン構造による旋回作動機構とを同軸構造または接近配置
構造で設け、中空縦アーム軸による重量軽減により、旋
回、上下動の両者の制御性の向上を達成することもでき
るようにしたものである。以下、本発明を実施例に基づ
いて詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明による産業用ロボットのアーム構造にお
ける第１の実施例を示した要部断面図、第２図は、本発
明による産業用ロボットのアーム構造における第２の実
施例を示した要部断面図である。

先ず、第１図に示す第１の実施例を参照すると、産業用
ロボットの水平多関節腕における最先端アーム１０が示
されており、このアーム１０の先端に縦アーム軸１２が
上下に移動可能にかつ旋回動作が可能に装着されている
。この縦アーム軸１２は図示のように縦方向に貫通する
孔１４が形成された中空構造を有し、この孔１４が後述
のように配線、配管の敷設空間として用いられるもので
ある。又、縦アーム軸１２はその最下端１６がフランジ
形状を有してエンドエフェクタ、即ち、ロボットハンド
、その他のロボット作業具等をねしボルト等の固定手段
を介して装着可能に成っている。

この縦アーム軸１２は更に外周面に縦方向に延びる周知
のスプラインが少なくとも８２　、Ｗアーム軸１４の上
下動作のストローク長さに渡って形成されており、その
スプラインは、アーム１０の先端に穿孔された軸受孔１
０ａに嵌設された回転軸受１８によって回転可能に保持
されたプーリ２０の中心孔に形成されたスプラインナツ
トと噛合されている。従って、上記プーリ２０が回転す
ると、その回転はスプライン係合を介して縦アーム軸１
２に伝達され、またプーリ２０に対して相対的に縦アー
ム軸１２が上下に移動し得るように成っているのである
。さて、縦アーム軸１２は、上述の諸構造に加えて上端
２２に形成された軸受座に装着された回転軸受２４を介
してブラケット２６を担持しており、このブラケット２
６の外端部２６ａはシリンダ型を有し、内部に雌ねじが
形成されている。そして、この外端部２６ａはアーム１
０の外側に在ってカバー４０の内部にあり、アーム１０
に穿設された軸受孔１０ｂに回転軸受２８を介して回転
可能に支承されたねじ軸３０と噛合している。そして、
ねじ軸３０の下端にはプーリ３２が固定されている。

他方、水平アーム１０の内部には、ねじ軸３０に固定さ
れたプーリ３２を旋回駆動するための第１の駆動ベルト
・プーリ機構３４と、前述のスプラインナツトを有する
プーリ２０を旋回駆動するための第２の駆動ベルト・プ
ーリ機構３６とが備えられている。また、水平アーム１
０の内部にはロボット機体（図示路）から延設された配
線、配管３８が経由し、この配線、配管３８が、更に前
述した縦アーム軸１２の貫通孔１４を敷設空間として該
縦アーム軸１２の下端に達している。つまり、この配線
、配管３８によってエンドエフェクタに対して作動電力
、圧力空気等の作動流体、制御信号等を送出できるので
ある。

上述の構成を有した本実施例の産業用ロボットのアーム
構造によれば、第１の駆動ベルト・プーリ機構３４によ
ってプーリ３２を介してねじ軸３０を回転駆動すると、
ブラケット２６の上下移動作用が生じて縦アーム軸１２
を上下に移動させることが可能であり、また、第２の駆
動ベルト・プーリ機構３６によってプーリ２０を回転駆
動すれば、スプライン係合により、縦アーム軸１２をそ
の軸心回りに旋回させることができるのである。

ここで、注目すべきは、纒アーム軸１２が中空構造を有
することにより、第１、第２の駆動ベルト・プーリ機構
３４．３６に対する負荷となる縦アーム軸１２の重量が
軽減され、また、始動および停止特性も良好となるから
、上下動、旋回動作における制御性を究極的に向上させ
ることができるのである。そして、上述のように配線、
配管３８が、内部敷設されたことから、縦アーム軸１２
の旋回時における捩れ発生も従来の外部敷設構造に比較
して大幅に少なくすることが可能であるから、配線、配
管３８のｔ員傷防止効果も著しく、しかも内部敷設によ
り、配線、配管３８からの塵埃発生によって嫌悪空間へ
の塵埃落下も防止できるのである。

次に第２図に示した本発明の第２実施例を参照すると、
この実施例においても、水平アーム１０の先端に縦アー
ム軸１１２が上下動可能にかつ旋回動作可能に設けられ
ている点は、先の第１実施例の場合と同様である。この
縦アーム軸１１２も中心部に貫通孔１１４を有し、配線
、配管３８の敷設空間として用いられる点は同様である
。この第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、縦ア
ーム軸１１２の上下動と旋回作動とを生起する機構に有
り、以下にはその点に就いて詳細に述べる。

さて、縦アーム軸１１２の上部には外周に雄ねじが形成
され、ねじ軸部１１２ａを形成し、他方、ねじ軸部１１
２ａの下部には、スプライン部１１２ｂが形成されてい
る。そして、上記ねじ軸部１１２ａは、アーム１０に穿
設された軸受孔１０ｂに着設された回転軸受１１６と後
述するプーリ１２２の上端に着設された回転軸受１１８
とによって、縦軸まわりに回転可能に支承されたプーリ
１２０の中心部に形成された雌ねじに螺合している。

また、プーリ１２２は、中空円筒形の胴部１２２ａを有
し、その胴部１２２ａがアーム１０に穿設された軸受孔
１０ａに装着された軸受１２４によって回転可能に担持
されており、該胴部１２２ａの下端には、縦アーム軸１
１２のスプライン部１１２ｂに噛合したスプラインナッ
トを内部中心に刻設されたナンド部材１２６が取り付け
られている。つまり、上側のプーリ１２０と下側のプー
リ１２２とは、回転軸受１１８を介して相対回転が可能
に配置されている。そして上記ブー’Ｊ　１２０は、水
平アーム１０の内部に設けられた第１の駆動ベルト・プ
ーリ機構３４によって回転駆動されるように構成され、
また下側のプーリ１２２は第２のベルト・プーリ機構３
６によって回転駆動される構成となっているのである。

上述の構成によれば、第１の駆動ベルト・プーリ機構３
４によって、プーリ１２０が回転駆動されると、そのブ
ーＩ７１２０の雌ねじとねじ軸部１１２ａとの螺合によ
る送りねじ機構の作用で縦アーム軸１１２は、上下に移
動動作する。このとき、ねじ軸部１１２ａのつれまわり
回転は下方のスプライン部１１２ｂによって阻止され、
またスプライン部１１２ｂ自体は、ナツト部材１２６の
スプラインナツトと摺動して円滑に上下に摺動する。他
方、下側のプーリ１２２が、第２の駆動ベルト・ブーり
機構３６によって回転駆動されると、このとき、ナツト
部材１２６も同時に回転するから、該ナツト部材１２６
のスプラインナツトと縦アーム軸１１２のスプライン部
１１２ｂとの保合によって、縦アーム軸１１２が旋回す
ることとなるのである。しかしながら、縦アーム軸１１
２が旋回すると、ねじ軸部１１２ａとプーリ１２０との
螺合によって、縦アーム軸１１２に上下動作が発生する
こととなる。このような上下動作が不都合である場合に
は、第１の駆動ベルト・プーリ機構３４を作動させて、
プーリ１２０を回転させ、ねじ軸部１１２ａとの間で相
対回転が零となるように補正回転を与えればよいのであ
る。勿論、このような補正回転は、周知のロボット制御
器から第１、第２の駆動ベルト・プーリ機構３４．３６
における各駆動モータへ制御信号を送ることによって、
容易に達成することができる。また、縦アーム軸１１２
に上下動と、旋回動作との両動作を与える必要があると
きには、第１、第２の駆動ベルト・プーリ機構３４．３
６が共に作動され、縦アーム軸１１２から上下動と旋回
動作の両出力を取り出して軸端１１２Ｃ取り付けられた
エンドエフェクタにそれらを伝達することもできる。な
お、本実施例でも、カバー４０が設けられ、また、配線
、配管３８の上下動作時の案内となる案内支柱４２が設
けられている。

この第２の実施例では、縦アーム軸１１２の上下動発生
機構と旋回動作発生機構が同軸上に相互に隔てて設けら
れており、故に縦アーム軸回りの構造がコンパクト化で
きるという利点を有する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、水平
多関節型の産業用ロボットにおけるアーム構造として、
エンドエフェクタが末端に取り付けられる縦アーム軸が
中空構造による配線、配管の敷設空間を有して、内部配
線、配管構造にできることから、エンドエフェクタに対
して作動電力、作動流体、制御信号等を供給する配線、
配管類がアーム構造の外周囲に匍設された従来のアーム
構造による不都合が解消されて、しかも嫌悪雰囲気にお
けるロボットの利用をも可能にすると言う効果があり、
しかも、上下動、旋回作動に際して、縦アーム軸の中空
構造による軽量化から始動、停止特性の向上、駆動系に
掛かる負荷軽減等の機能上における改善効果をも得るこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による産業用ロボットのアーム構造にお
ける第１の実施例を示した要部断面図、第２図は本発明
による産業用ロボットのアーム構造における第２の実施
例を示した要部断面図。１０・・・水平アーム、１２・・・縦アーム軸、１４・
・・貫通孔、　　２０・・・ナンド部材、２６・・・ブ
ラケット、２６ａ・・・外端部、３０・・・ねじ軸、３４・・・第１の駆動ベルト・ブーり機構、３６・・・
第２の駆動ベルト・ブーり機構、３８・・・配線、配管
、１１２・・・縦アーム軸、１１４・・・貫通孔、１１２
ａ・・・ねじ軸部、１１２ｂ・・・スプライン部、１２０．１２２・・・プーリ、１２６・・・ナツト部材。

Claims

【特許請求の範囲】１、水平アームの先端に具備されると共にロボット作業
要素の装着末端を有し、旋回、上下動が可能な縦アーム
軸を備えた産業用ロボットのアーム構造において、前記
縦アーム軸は中空軸構造を有して前記水平アームを介し
てロボット作業要素に到る配管、配線用の敷設空間を備
えると共に送りねじ軸機構から成る上下動の作動機構と
、スプライン軸とその噛合ナットとから成る旋回作動機
構とを備え、かつ前記水平アーム内に設けられて前記上
下動の作動機構に結合した第１の回転駆動機構と、同じ
く前記水平アーム内に設けられて前記旋回作動機構に結
合した第２の回転駆動機構とを具備して構成されたこと
を特徴とする産業用ロボットのアーム構造。２、前記送りねじ軸機構から成る上下動の作動機構は、
前記縦アーム軸に回転軸受を介して係合したナットと、
該ナットに螺合しかつ前記第１の回転駆動機構によって
回動されるねじ軸とから構成れ、そのとき、前記旋回作
動機構は、前記縦アーム軸に形成したスプライン部分と
、該スプライン部分に噛合しかつ前記第２の回転駆動機
構によって回動される前記噛合ナットとから構成された
特許請求の範囲第１項に記載の産業用ロボットのアーム
構造。３、前記送りねじ軸機構から成る上下動の作動機構と前
記旋回作動機構とは、前記縦アーム軸上に互いに隔てて
形成したねじ部とスプライン部分と、これらねじ部およ
びスプライン部分に噛合したねじナットとスプラインナ
ットとから構成され、前記ねじナットとスプラインナッ
トとは夫々前記第１、第２の回転駆動機構に回動される
ように結合されている特許請求の範囲第１項に記載の産
業用ロボットのアーム構造。