JP2539796B2

JP2539796B2 - 関節型ロボット

Info

Publication number: JP2539796B2
Application number: JP61224699A
Authority: JP
Inventors: 常司戸上
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: JPS6377677A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ベースに対して旋回可能に設けられた第１
のアームに対し第２のアームが旋回動する関節型の産業
用ロボットに関する。

（従来技術）従来から、ベースに対して旋回可能に設けられた第１
アームと、この第１アームに対して旋回可能に連結され
た第２アームとを備え、両アームをそれぞれ駆動手段に
より旋回駆動するようにした関節型ロボットは知られて
いる。この種のロボットにおいて、第２アームを旋回駆
動する駆動機構としては、一般に、例えば特開昭59-692
83号公報に示されるように、旋回動端側の重量（慣性質
量）の軽減化による制御精度向上の観点から、第１アー
ムの基端側にモータおよび減速機構を設け、この減速機
構の減速後の出力を第１アームと第２アームの関節部分
のアーム支持軸に伝達するようにしている。ところが、
このように減速後の出力を関節部分の駆動伝達機構に入
力すると、関節部分の出力側つまり第２アームでは伝達
機構中の遊び等の影響が直ちに現われ、たとえモータ側
が高精度に制御されても第２アームの位置制御の制御が
低下する。

そこで、上記関節部分に減速機構を設け、この減速機
構の入力側に第１アーム側のモータから減速することな
く拘束のまま駆動力を伝達することが考えられるが、こ
のようにする場合、上記関節部分が大型化したり、関節
部分の堅牢性が低下してぐらつき発生し易くなったりす
る問題が生じる。

また、一般にこの種の関節型ロボットでは、第２アー
ムの先端に工具等が取付けられる作業部分が設けられる
とともに、この作業部分に対する動力線や制御線等の配
線が、ベース側から第1,第２アームを経て作業部分に至
るように配設されるが、上記関節部分において、上記配
線が第２アームの旋回軸部分を避けてその外側を通るよ
うにした場合には、第１アームに対して第２アームが旋
回したときに、それに伴って上記配線に捩れや伸縮が生
じ、配線の耐久性や信頼性を損ねるとともに、旋回作動
の邪魔になることもある。また、配線が外部に露出する
と、外観上も好ましくない。

（発明の目的）本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、アー
ムの旋回動端側の慣性質量を軽減し、かつ、駆動力伝達
機構中の遊びの影響を低減して高精度な位置制御を可能
とし、しかも、関節部分をコンパクトで堅牢性の高い構
造に保ち、また、第２アームの先端に設けられた作業部
分に対する配線の取り回しも良好なものとすることがで
きる関節型ロボットを提供することを目的とする。

（発明の構成）本発明は、ベースに対して旋回可能に設けられた第１
アームの先端側に、第２アームの基端側が、両アームが
相対的に旋回可能となるように軸支され、第２アーム駆
動用のモータが第１アームの基端側に設けられるととも
に、上記第２アームの先端部に、モータ等の作業用駆動
手段を内蔵する作業部分が設けられている関節型ロボッ
トであって、第１アームと第２アームとの間の関節部分
は、第１アームに設けられた凹状軸体と第２アームに設
けられた凸状軸体とが軸受を介して回転自在に結合さ
れ、かつ、これらの軸体の旋回中心部分が中空となった
構造とされ、この関節部分に減速機構が設けられ、この
減速機構は、中空状の入力軸とその周囲に配した減速用
の部材とからなって、その入力軸が上記各軸体内に軸受
を介して支持されるとともに、減速用の部材が上記凹状
軸体の内側の底部とこれに対向する上記凸状軸体の先端
部との間に挟み込まれるように組付けられ、この減速機
構の入力軸が上記第１アームに配置されたベルトを介し
て第１アーム基端側のモータに接続されており、この減
速機構の内方には、一端部が第２アーム内に位置して第
２アーム側に固定されるとともに上記入力軸を貫通して
他端部が第１アーム内に達する円筒状部材が設けられ、
この円筒状部材の内部の中空部に上記第２アーム先端側
の作業部分に対する配線が通されているものである。

この構成によると、慣性質量の増大を避けるべく第２
アーム駆動用のモータが第１アームの基端側に設けられ
る一方、減速機構が第1,第２アーム間の関節部分に設け
られることにより、伝達機構中の遊びなどの影響が縮減
される。しかも、上記関節部分に減速機構がコンパクト
に組込まれ、かつ、関節部分の堅牢性が確保される。ま
た、上記配線が関節部分の内部の旋回中心を通ることに
より、第２アームが旋回したときにも上記配線にねじれ
や伸縮が生じることがない。しかも、第２アーム側に固
定されて減速機構の入力軸を貫通する円筒状部材の内部
に上記配線が挿通されることにより、配線が上記円筒状
部材で保護され、比較的高速で回転する減速機構の入力
軸に上記配線が接触することが避けられて、配線の摩
耗、損傷等が確実に防止される。

（実施例）本発明の一実施例について図面とともに説明すると、
ロボットのベースＢに対して基端部側が駆動源（図示せ
ず）により旋回可能に設けられた第１アーム１と、この
第１アーム１の先端側に基端部側が旋回可能に設けられ
た第２アーム２とを備え、第１アーム１の先端側と第２
アーム２の基端部側の各フレームが関節部分３でもって
軸受４を介して旋回可能に軸支されている。そして、第
１アーム１の基端部側にはモータ５が設けられ、関節部
分３には大きな減速が可能な減速機構６が設けられてい
る。

上記関節部分３は、第１アームに設けられた凹状軸体
31と第２アームに設けられた凸状軸体32とが軸受４を介
して回転自在に結合され、かつ、これらの軸体31,32の
旋回中心部分が中空状となった構造とされている。ま
た、上記減速機構６は、中空状の入力軸７とその周囲に
配した減速用の部材とからなって、その入力軸７が上記
軸体31,32内に軸受33を介して支持されるとともに減速
用の部材が上記両軸体31,32間に挟み込まれるように組
付けられている。

具体的に説明すると、上記減速機構６としては、例え
ば、ハーモニックドライブ（ハーモニック・ドライブ・
システムズ社の商標）と称せられる。楕円状のカムとそ
の外周に嵌められたボールベアリングにより構成される
ウェーブ・ジェネレータと、薄肉の金属弾性体で内周に
上記ウェーブ・ジェネレータの外周が摺接し外周に歯を
有するフレクスプラインと、剛性リング状で内周にフレ
クスプラインと同ピッチで歯数の僅かに少ないサーキュ
ラ・スプラインとからなるものが用いる。

そして、ウェーブ・ジェネレータに相当する入力軸７
を軸方向に中空構造とし、これを第1,第２アーム1,2の
フレームに上記軸受４と同志上に別個の軸受にて軸支さ
せ、また、フレクスプラインに相当する中間歯部材８を
軸方向に延びた円筒構造とし、これを入力軸７の楕円状
のカム7a、ホールベアリング7bの外周に配し、また、サ
ーキュラ・スプラインに相当する出力歯車９を２個（9
a,9b）上記中間歯部材８の外周に軸方向に並設し、一方
の出力歯車9aを第１アーム１側に固定し、他方の出力歯
車9bを第２アーム２側に固定している。

また、上記入力軸７とモータ５の出力軸とは平行に配
され、この入力軸７の第１アーム側の端部にプーリ10を
キー11により固定し、このプーリ10と上記モータ５の出
力軸に固定したプーリ12との間にはタイミングベルト13
を張架している。さらには、第２アーム２のフレームに
一端部を固定した樹脂材料などでなる円筒状部材14を上
記入力軸７の空中部分他端（上端）まで延出させてい
る。この円筒状部材14は後記配線（または配管）17の保
護用である。

そして、第１アーム１および第２アーム２の各フレー
ムにはカバー15,16を取付け、これらにより形成された
第1,第２アーム1,2の内部および関節部分３における円
筒部材14の中空部に、第１アーム側から第２アームの先
端に設けられる作業部分に対する電気配線や作動用圧縮
空気の通る配管等の配線17を通している。なお、第２ア
ーム２の先端部にはハンドあるいはツール（工具）が取
付けられるマニュプレータ（作業部分）18が設けられ、
このマニュプレータ18に内蔵されたモータなどの作業用
駆動手段に上記配線17が接続される。

上記構成において、モータ５が駆動されることによ
り、その駆動力はプーリ12、タイミングベルト13、プー
リ10を介して関節部分３における減速機構６の入力軸７
に伝達され、したがって、中間歯部材８を介して、一方
の出力歯車9aが固定されていることから、他方の出力歯
車9bが大きく減速駆動されることになる。この結果、第
２アーム２は第１アーム１に対して旋回駆動される。こ
の場合に、当実施例では、関節部分３に設けた減速機構
６の入力軸（側）へモータ５の駆動力を減速することな
く高速のまま与えているため、従来のように減速後の駆
動力を関節部分の駆動力伝達機構に与える場合に比し、
伝達機構中の遊び、ガタが縮小されて、高精度な位置決
めが可能となる。

また、関節部分３の減速機構６の中空部内に配線17を
通しているので、この配線17が関節部分において外部へ
露出することがなく、外観的に優れているばかりか、第
２アーム２が旋回しても配線17に捩れや伸縮を生じるこ
とがない。このため、配線17の断線等が防止されるとと
もに、アーム旋回作動上の障害になることがなく、ま
た、捩れなどによる塵埃の発生もなくなる。さらには、
上記配線17を円筒状部材14の中空部を貫通させているの
で、配線17が、高速回転駆動されている減速機構６の入
力軸７に接触して損傷を受けるといったこともない。

また、上記関節部分２に減速機構６を組み込む構造と
して、両アーム1,2に設けた凹状軸体31と凸状軸体32と
の間に減速用の部材を挟み込むように組付けているた
め、関節部分に減速機構をコンパクトに組込むことがで
き、かつ、関節部分の堅牢性を高めてぐらつきを防止す
ることができる。さらに、関節部分２を構成する相対応
した軸体31,32のうちで第１アーム１側の軸体31を凹
状、第２アーム２側の軸体32を凸状とし、その凹状軸体
31の内側の底部と凸状軸体32の先端部との間に減速用の
部材を組付けていることにより、減速機構６が関節部分
２における第１アーム寄りに位置することとなって、第
１アーム１に配置されたベルト13に接続される上記入力
軸７を短くすることができ、このため、第２アーム２を
駆動するときに上記入力軸７に加わる捩じり方向の力に
対しての剛性の確保にも有利となる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、第１アームと第２アー
ムとの間の関節部分に減速機構を設けるとともに、第１
アームの基端側に設けたモータの駆動力をベルトを介し
て上記減速機構に伝達するようにしたことにより、慣性
質量の増大を避けつつ、伝達機構中のガタを縮小し、制
御精度を向上することができる。しかも、上記関節部分
において、第１アームに設けた凹状軸体と第２アームに
設けた凸状軸体とを軸受を介して結合し、これらの軸体
間に減速用の部材を挟み込むようにして組付けているた
め、関節部分に減速機構をコンパクトに組込み、かつ、
関節部分の堅牢性を高めることができ、さらに減速機構
の入力軸の剛性確保等にも有利となる。また、上記関節
部分の減速機構の中空部内に配線を通しているため、第
２アームが旋回しても配線に捩れや伸縮を生じることが
なく、耐久性等を高めることができるとともに、配線が
アームの旋回の障害になるようなことがなくなる。しか
も、減速機構の内方に、第２アーム側に固定されて減速
機構の入力軸を貫通する円筒状部材が設けられて、この
円筒状部材の内部に上記配線が挿通されているため、有
効に配線の保護を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による関節型ロボットの側断
面図、第２図はこのロボットの要部の拡大側断面図であ
る。Ｂ……ベース、１……第１アーム、２……第２アーム、
３……関節部分、４……クロスローラ軸受、５……モー
タ、６……減速機構、７……入力軸、17……配線、31…
…凹状軸部、32……凸状軸部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースに対して旋回可能に設けられた第１
アームの先端側に、第２アームの基端側が、両アームが
相対的に旋回可能となるように軸支され、第２アーム駆
動用のモータが第１アームの基端側に設けられるととも
に、上記第２アームの先端部に、モータ等の作業用駆動
手段を内蔵する作業部分が設けられている関節型ロボッ
トであって、第１アームと第２アームとの間の関節部分
は、第１アームに設けられた凹状軸体と第２アームに設
けられた凸状軸体とが軸受を介して回転自在に結合さ
れ、かつ、これらの軸体の旋回中心部分が中空状となっ
た構造とされ、この関節部分に減速機構が設けられ、こ
の減速機構は、中空状の入力軸とその周囲に配した減速
用の部材とからなって、その入力軸が上記各軸体内に軸
受を介して支持されるとともに、減速用の部材が上記凹
状軸体の内側の底部とこれに対向する上記凸状軸体の先
端部との間に挟み込まれるように組付けられ、この減速
機構の入力軸が上記第１アームに配置されたベルトを介
して第１アーム基端側のモータに接続されており、この
減速機構の内方には、一端部が第２アーム内に位置して
第２アーム側に固定されるとともに上記入力軸を貫通し
て他端部が第１アーム内に達する円筒状部材が設けら
れ、この円筒状部材の内部の中空部に上記第２アーム先
端側の作業部分に対する配線が通されていることを特徴
とする関節型ロボット。