JPS639956B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は産業用ロボツトの３自由度を有する手
首構造に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、３自由度を有し円弧状に手首を曲げるこ
とができる産業用ロボツトの手首構造として、ベ
ベルギアと平歯車の組合せたものが提案されてい
る。この手首は、第１図に示すような手首のひね
り１と曲げ（円弧状）２と、更にひねり３の３自
由度を有しているが、手首駆動入力方式の関係上
駆動部重量が大となる。また、手首の姿勢によつ
ては、まずひねり１を行つてからでないとねらえ
ない個所がある等の欠点がある。

従来一般の曲げ及び振りの機能を有する手首
で、第２図における点Ａより点Ｂを経由して点Ｃ
に到達する動作を行なわせた場合、線速一定で動
作させようとすると、点Ｂにおいてひねり軸が無
限大の速度で90度回転する必要が生じる。現実的
には無限大の速度で回転することは不可能な為、
点Ｂにおいていつたんひねり軸を有限の速度で90
度回転させる必要を生じその分だけ余分に時間を
要す。また産業用ロボツトは塗装、溶接等の作業
に多用されており、塗装作業を行う場合には塗料
が、そして溶接の場合には、スパツタが手首機構
の回りで飛散する。これ等が手首機構の可動部に
多く付着すると手首は予定通りの動作ができなく
なることがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、曲げ、振り、ひねりの３自由
度を有し、曲げ及び振りの動作を円弧状に行い軽
量化を計ることができる産業用ロボツトの手首構
造を提案するにある。

本発明の他の目的は手首機構の可動部に塗料や
スパツタ等が付着しにくく長期間良好な動作を行
うことができる産業用ロボツトの手首構造を提案
することにある。

〔発明の概要〕

本発明による産業用ロボツトの手首構造は、次
の構成を有することを特徴とする。

すなわち、夫々が円筒体又は円柱体よりなる複
数の第１リンクと、夫々が円筒体を成す複数の第
２リンクとを有しており、第１リンクは互いに第
２リンクの中に位置している自在継手及び第２リ
ンクを介して第２リンクの中で連結してあり、第
２リンクの隣接するもの同志は、やはり少くとも
一方の第２リンクの中に設けた自在継手を介して
連結してあり、第１リンクのうちの始端に位置す
るものは手首駆動軸にまた、終端に位置するもの
は治具取付軸に固結してあり、第２リンクのうち
の始端に位置するものには駆動リングが、そのリ
ンクとの相対的回転運動が可能なように嵌着して
あり、リング駆動手段により該リングを前記手首
駆動軸に対して傾斜することができるように構成
してある。

本発明の装置においては、手首の自由度とし
て、曲げ、振り、ねじりの構成を採用することに
より従来の装置の問題点を解決している。即ち、
第２図における点Ａと点Ｂ間は曲げ軸を動作さ
せ、点Ｂと点Ｃ間は振り軸を動作させることによ
り、経路ABC上を連続して動作することができ
る。そこで本発明の装置においては、曲げ、振り
の動作を行うことができ、ひねり動作を伝達でき
る要素として自在継手を採用している。スリムな
形状で大きな動作角を得る為には、円弧状に曲が
る動作を得るため、複数個の自在継手を剛体リン
クで接続してある。

しかしながら、自在継手で接続された１系列の
リンク群のみでは、基部リンクで他のリンクの荷
重を支承することができない。そこで、自在継手
又はそれに代る継手で接続された２系列のリンク
群を用い、両者を特定の接合方法で自在継手で接
合してある。これにより１つの系列のリンク群の
基部リンクを傾斜させると、傾斜がつぎつぎと隣
接する。リンクに伝達され、手首全体が円弧状に
曲がる。また、本発明では第１リンク及び自在継
手は、全部円筒体を成す第２リンクの中に位置し
ているので可動部に塗料、スパツタ等が付着しに
くく長期間良好な動作を行うことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による手首構造を実施例の図面に
基づいて説明する。実施例としては、リンクの数
が最も少ない例、即ち第１リンク群は、両端部の
手首駆動軸及び治具取付軸に固結されているリン
クを含めて３個のリンクよりなり、第２リンク群
は２個のリンクよりなる例を示してある。リンク
の数は、勿論更に増加しても差支えなく、同様な
機能を有するものが増加するに過ぎないので、リ
ンク数の多い手首について重ねて説明するまでも
ない。

第３図は上述の如き本発明による手首の実施例
の縦断面図、第４図は第３図におけるイ−イ線矢
視断面図、第５図は第４図におけるロ−ロ線矢視
断面図である。

この手首は第１リンク群と第２リンク群よりな
り、第１リンク群は、手首駆動軸に固結されたリ
ンク２（以下駆動軸とも称呼する。）、リンク８及
び塗装治具のガン取付軸に固結されたリンク１３
（以下ガン取付軸とも称呼する。）よりなる。第２
リンク群はリンク７及びリンク１０よりなる。

第１リンク群の各リンク２，８，１３は円筒体
又は円柱体よりなり、第２リンク群のリンク７，
１０は円筒体をなし、第１リンク群は第２リンク
群内収容されている。

第１リンク群の各リンク２，８，１３は互に枢
動的に結合され、第２リンク群のリンク７とリン
ク１０とは自在継手９により連結されている。

第２リンク群のリンク７は、第１リンク群の連
接する２個のリンク２，８に跨り、それぞれに自
在継手６及び６′により連結されている。同様に、
第２リンク群のリンク１０は、第１リンク群の連
接する２個のリンク８，１３に跨り、それぞれに
自在継手１１及び１１′により連結されている。

次の説明は、第２リンク群のリンクと第１リン
ク群のリンクとの上述の如き連結要領を裏を返し
て再度述べる部を含むが、第１リンク群と第２リ
ンク群とのリンク数を明確にする為必要である。
即ち、第１リンク群の両端部のリンク２，１３を
除くリンク８は、第２リンク群の連接する２個の
リンク７，１０に跨り自在継手６′及び１１によ
り連結されている。第１リンク群の両端部のリン
ク２及び１３は、前述の如く一端部は手首駆動軸
及びガン取付軸に固結され、これらと一体をなし
ていて、他端部はそれぞれ第２リンク群の両端部
のリンク７及び１０に自在継手６及び１１′によ
り連結されている。

図示の実施例における第１リンク群のリンク
２，８，１３を互に枢動的に結合する手段は次の
如く構成されている。即ち、リンク２と８の接合
部は、それぞれのリンクの第２リンク群のリンク
７との接合の自在継手６及び６′の中心点Ａ及び
Ｃを中心として互に当接する球面Ｂ，Ｂにより結
合している。即ち、一方のリンクが他方に対して
傾斜せしめられると、球面Ｂ，Ｂの中心間距離が
一定であるので、球面Ｂ，Ｂの当接点を移動し、
傾斜を許容する。球面Ｂ，Ｂ間が滑らないように
互に嵌合するリツジ（隆起、凹凸、堰提状のエツ
ジ）を設けておくことが望ましい。リンク８と１
３の接合部の構造も全く同じである。球面をＥ，
Ｅで、それぞれの中心をＤ，Ｆで示してある。

第１リンク群の、２個の自在継手により連接す
る第２リンク群の２個のリンクに接合されている
リンク（実施例ではリンク８丈である。）は、入
れ子式とされ、即ち８Ａと８Ｂよりなり、軸方向
に伸縮可能としてある。勿論、入れ子部をスプラ
イン結合、角形断面とする等により回り止めをし
ておく必要がある。

手首駆動軸２は、ロボツトアーム１に挿通さ
れ、ロボツトアーム１に回転可能に支承されてい
る。第２リンク群の手首駆動軸２側の端部のリン
ク７には、軸受４を挾み駆動リング３が嵌着さ
れ、駆動リング３とリンク７との相対的回転運動
が許容されている。駆動リング３には駆動レバー
５が取付けてあり、駆動レバー５とロボツトアー
ム１にそれぞれ流体圧シリンダ１２のロツド先端
部と基部が枢着されている。第４図に示すように
駆動リング３に対して互に180度とならない個所
に、もう１個の流体圧シリンダ１２′（５′はもう
１つの駆動レバーである。）が設けてある。また、
第４図及び第５図に示すよう駆動リング３に側方
に向けて軸１４を立設し、軸１４の先端に回転子
１５が回転自在に取付けてある。駆動リング３は
流体圧シリンダ１２及び１２′により傾斜せしめ
られるが、駆動リング３が回動することなく傾斜
せしめられた場合の回転子１５の描（軌跡にそつ
てガイド１６が設けられ、ガイド１６はロボツト
アームに固定されている。回転子１５はガイド１
６の間に微小な隙間を有する状態で保持される。
従つて、駆動リング３は自由に傾斜することがで
き、しかも第４図における矢印方向の回転は防止
される。

次に、この手首の動作について説明する。

流体圧シリンダ１２，１２′を作動して駆動リ
ング３をロボツトアーム１に対して、即ち駆動軸
２に対して傾斜させると、リンク７（第２リンク
群）が点Ａを中心として同じ角度だけ傾斜する。
点Ａと点Ｃと結ぶ線が駆動軸２に対して傾斜する
ので、駆動軸２とリンク８（第１リンク群）の球
面Ｂ，Ｂの当接点が移動し、リンク８は、リンク
７の傾斜の２倍の角度で傾斜する。リンク８は伸
縮可能とされ、リンク７はリンク１０（第２リン
ク群）と自在継手９により接続されているので、
リンク１０はリンク７に対して傾斜すると同時に
リンク８に対しても傾斜する。リンク８とガン取
付軸１３とは、手首駆動軸２とリンク８との場合
と同様に、球面Ｅ，Ｅにより接合しているので、
ガン取付軸１３はリンク１０に対して更に傾斜す
る。このようにして、２本の流体圧シリンダ１
２，１２′の駆動パターンの組合せにより、駆動
リング３を任意な方向に傾斜させることができる
ので、手首先端のガン取付軸１３を任意な方向に
駆動することができる。更に、駆動リング３とリ
ンク７とは軸受４により回転自由に接続されてい
るので、駆動軸２を回転させると、その回転は、
手首の曲げ、振り動作とは独立に手首全体に伝達
される。

また、駆動軸２の回転による手首全体の回転動
作において、駆動リング３はガイド１６、回転子
１５及び軸１４により共回りすることを防止され
る。また、前述の如く、回転子１５はガイド１６
の間に微小な隙間を有する状態で保持されている
ため、駆動リング３は自由に傾斜することができ
る。

図示の実施例においては、第１リンク群の隣接
するリンクを互に枢動的に結合する手段として、
球面座継手を使用する例を示したが、他の手段、
例えば自在継手を使用してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の産業用ロボツトの手首は、曲げ、振
り、ひねりの３自由度を有し、曲げ及び振りの動
作をスリムな形状で円弧状に行い、大きな動作角
を得ることができる。また、手首の軽量化を計る
ことができるので産業上有用である。また、本発
明では第１リンク及び自在継手は、全部円筒体を
成す第２リンクの中に位置しているので、可動部
に塗料、スパツタ等が付着しにくく、長期間良好
な動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の手首の一例の外観図、第２図は
従来の手首の一例の動作 路説明図、第３図は本
発明による手首の実施例の縦断面図、第４図は第
３図におけるイ−イ線矢視断面図、第５図は第４
図におけるロ−ロ線矢視断面図である。 １……ロボツトアーム、２，８，１３……第１
リンク群を構成する手首駆動軸、リンク、ガン
（治具）取付軸、８Ａ，８Ｂ……リンク８を構成
する入れ子式リンク、７，１０……第２リンク群
を構成するリンク、６，６′，１１，１１′……第
１リンク群と第２リンク群を連結する自在継引、
９……リンク７と１０を連結する自在継手、Ｂ，
Ｂ及びＥ，Ｅ……球面座継手を構成するＡとＣ及
びＤとＦを中心とする球面、４……軸受、３……
駆動リング、５，５′……駆動レバー、１２，１
２′……流体圧シリンダ、１４……軸、１５……
回転子、１６……ガイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 夫々が円筒体又は円柱体よりなる複数の第１
   リンクと、夫々が円筒体を成す複数の第２リンク
   とを有しており、前記第１リンクは互いに前記第
   ２リンクの中に位置している自在継手及び前記第
   ２リンクを介して前記第２リンクの中で連結して
   あり、前記第２リンクの隣接するもの同志は、や
   はり少くとも一方の第２リンクの中に設けた自在
   継手を介して連結してあり、前記第１リンクのう
   ちの始端に位置するものは手首駆動軸にまた、終
   端に位置するものは治具取付軸に固結してあり、
   前記第２リンクのうちの始端に位置するものに
   は、駆動リングがそのリンクとの相対的回転運動
   が可能なように嵌着してあり、リング駆動手段に
   より、該リングを前記手首駆動軸に対して傾斜す
   ることができるように構成してあることを特徴と
   する産業用ロボツトの手首構造。