JPH0116637B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボツトの手首における位置
決め３自由度の機構に関する。

〔従来技術と問題点〕

垂直多関節産業用ロボツトにおいて、３次元空
間を任意の点に位置決めを行なうには、手首部で
の位置決め用３自由度と姿勢制御用３自由度の計
６自由度が必要不可欠である。

すなわち、産業用ロボツトの手首３軸におい
て、その位置決め精度、動作角度、動作速度が主
にその機能を決定づけるものである。

従来装置の一つの例では、手首３軸構造は、手
首３軸全て減速後であるため、位置決め精度の点
で劣り、そのガタの除去、バツクラツシユの調整
が非常に困難であるという欠点を持つ。

一方、従来装置の他の例のように、全ての減速
機を手首部に配備する構造では、減速後の伝達系
が少なくなるとともに、駆動伝達系の各種ガタ、
バツクラツシユ等を全て減速機を介して減速比分
の一にでき、位置決め精度の向上がはかれるが、
その反面構造が複雑になり、手首の動作角度にお
いては軸とアームとが干渉を起こすことがあり、
手首の動作範囲を狭くする恐れが生じる。

さらに、本出願人が提案した実開昭59−151692
号（以下、「先行例」という）がみられる。

この先行例は、 「アーム先端に手首機構を介してツールをとりつ
ける産業用ロボツトにおいて、アーム内に手首全
体を回転させる減速された第１入力軸と、手首部
を傾動させる第２入力軸と、ツールを回転させる
第３入力軸を同軸線に設け、手首カバー内に前記
軸線と直交する減速機軸と、この減速機軸を中心
にそれぞれ装架した差動減速装置と、前記入力軸
と減速機軸の軸心の交点を通る軸線で同軸に設け
た手首の傾動軸およびツール回転軸とをそなえ、
前記差動減速装置の一方に第２入力軸と傾動軸
を、他方の差動減速装置に第３入力軸とツール回
転軸をそれぞれ連結したことを特徴とする産業ロ
ボツトの手首機構。」 である。

しかるにこの先行例においては、第２入力軸の
差動減速装置の出力軸と、第３入力軸の差動減速
装置の出力軸と構成を全く一にするが固定されて
いる部材（いわゆる固定サーキユラスプライン）
とは連結されていない。

したがつて、第２入力軸の回転により傾動軸が
傾動するが、このときツール回転軸の入力端のベ
ベルギヤは第３入力軸の差動減速機出力軸が持つ
ベベルギヤと噛み合つているので、傾動軸の傾動
によりツール回転軸も一緒に回転をすることにな
る。

このように、ツール回転軸（いわゆる「R1
軸」）は傾動軸（いわゆる「R2軸」）が回転する
と一緒に大きく回転するので、各軸の動きを独立
させるためには、大きな回転補正をする必要があ
りツール位置制御が煩わしい。

〔発明の目的〕

ここにおいて本発明は、従来装置の難点を克服
し、さらに占有空間が少なくコンパクトな産業用
ロボツトの手首機構を提供することを、その目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明は、手首先端部の加工具把持部を回転さ
せる手首第１軸（以下R1軸という）および手首
先端部を傾動させる手首第２軸（以下R2軸とい
う）は、それぞれ同一中心軸に重ね合わせて配置
された所謂ハーモツクドライブ（この「ハーモニ
ツクドライブ」は登録商標の称呼である）と呼ば
れる減速機にて手首内において減速させ、かつ
R1軸駆動用減速機の固定サーキユラスプライン
R2軸駆動用減速機の可動サーキユラススプライ
ンに連結し、R1軸はR2軸が回転してもほとんど
回転しないので、R1、R2軸を独立させるための
回転補正はほとんど不要にし、手首全体を回転さ
せる手首第３軸（以下R3軸という）は手首外に
おいてあらかじめ減速させるようにした産業用ロ
ボツトの手首機構である。

〔実施例〕

はじめに、本発明に適用される減速機構（ハー
モニツクドライブ）について述べる。

この種装置の側断面図を第２図に表わし、その
Ｘ−X′線に沿う減速機構の平断面図を第３図に
示す。

ハーモニツクドライブ１０１は、第２図および
第３図に示すように、たとえば、軸方向後部に速
度位置検出機構を有するフイードバツクユニツト
１０８を取り付けた駆動モータ１０７のモータ軸
１１０などの入力軸にウエーブジエネレータハブ
１０４ｈを介して連結され外周に楕円状の軸受１
０５を有する楕円状のウエーブジエネレータ１０
４と、前記軸受１０５の外周に嵌合され外周にｎ
個のスプライン状の歯１０３ａをリング状に有す
る可撓性の円形のフレクスプライン１０３と、楕
円状にたわんだ前記フレスプライン１０３の外周
に前記歯１０３ａの長軸側の２個所と噛み合わせ
て嵌合し、内周にｎより複数個α多いスプライン
状の歯１０２ａをリング状に有する円状の固定サ
ーキユラスプライン１０２と、この固定サーキユ
ラスプライン１０２と並んで配設され、固定サー
キユラスプライン１０２と同様に、楕円状にたわ
んだ前記フレクスプライン１０３の外周に前記歯
１０３ａの長軸側の２個所と噛み合わせて嵌合
し、内周にフレクスプライン１０３と同数のｎ個
のスプライン状の歯１０６ａをリング状に有する
円状の可動サーキユラスプライン１０６とから構
成され、たとえば前記固定サーキユラスプライン
１０２を固定し、前記可動サーキユラスプライン
１０６を前記入力軸と同心に図示しない出力軸を
連結した場合、前記ウエーブジユネレータ１０４
を時計方向に１回転すると、可動サーキユラスプ
ライン１０６は前記フレクスプライン１０３とと
もに反時計方向に前記固定サーキユラスプライン
１０２との歯数差α分だけ回転する。逆に、前記
可動サーキユラスプライン１０６を固定し、固定
サーキユラスプライン１０２を出力軸に連結した
場合、前記ウエーブジエネレータ１０４が時計方
向に１回転すると、固定サーキユラスプライン１
０２は時計方向に前記歯数差α分だけ回転する。
つまり前者の場合の速度比は、ウエーブジエネレ
ータ１０４の回転方向とは逆方向にα／ｎとな
り、後者の場合はウエーブジエネレータ１０４の
回転方向と同方向にα／（ｎ＋α）となる。

さて、本発明の一実施例における要部を断面で
表わした側面図を第１図に示す。

アーム１０に支持された軸受１１に回転自在に
支承されたR3軸出力シヤフト１は、図示しない
アーム後部に配備された減速機により減速後の出
力が伝達され、R3軸を中心に手首全体を回転さ
せる。

R3軸出力シヤフト１上に固定されたハウジン
グ９に支持された軸受１４ａ，１４ｂにより回転
自在に支承されたR2軸駆動用減速機６は、その
入力側には減速前のR2軸入力シヤフト２からの
動力を方向変換するR2軸用高速ベベルギヤ４の
入力部４ａをそなえ、減速した出力は可動サーキ
ユラスプライン６ａから取り出され、R2軸を中
心にして手首先端部を水平方向に回転させる。な
お、６ｂは前記ハウジング９に固定された固定サ
ーキユラスプライン、６ｃはそれぞれのサーキユ
ラスプライン６ａ，６ｂとかみ合うフレクスプラ
イン、６ｄは前記ベベルギヤ４に連結されたウエ
ーブジエネレータである。

R1軸駆動用減速機７は、R2軸駆動用減速機６
の上部内周に、軸受１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介
して回転自在に支承され、その入力側には減速前
のR1軸入力シヤフト３からの動力を方向変換す
るR1軸用高速ベベルギヤ５を設け、減速した出
力は可動サーキユラスプライン７ａから取り出さ
れ、さらに動力の方向変換を行なうR1軸用低速
ベベルギヤを経て、R2軸に軸受１６ａ，１６ｂ
により回転自在に支承された加工具把持部１７、
つまりR1軸を回転させる。なお、７ｂは前記可
動スプライン７ａにとりつけられた固定サーキユ
ラスプライン７ｃはそれぞれのサーキユラスプラ
イン７ａ，７ｂとかみ合うフレクスプライン、７
ｄはウエーブジエネレータで、R1軸入力シヤフ
ト３とベベルギヤを介して連結された入力伝達シ
ヤフト３ａにとりつけられている。

本手首機構での例として、減速機構（ハーモニ
ツクドライブ）の、それぞれのサーキユラスプラ
インの歯数を、アームに近い方から固定サーキユ
ラスプライン６ｂ（歯数：ｎ＋α）、可動サーキユ
ラスプライン６ａ（歯数：ｎ）、固定サーキユラス
プライン７ｂ（歯数：ｎ）、可動サーキユラスプラ
イン７ａ（歯数：ｎ＋α）とするとR2軸駆動用減
速機６における減速比は、−α／ｎ、R1軸駆動用
減速機７における減速比は、α／（ｎ＋α）とな
る。

また、第１図の如く、R2軸用の可動サーキユ
ラスプライン６ａと、R1軸用の固定サーキユラ
スプライン７ｂは連結されているため、可動サー
キユラスプライン７ａは可動サーキユラスプライ
ン６ａの入力（R2軸の回転）によりｎ／（ｎ＋
α）の減速比を伴う回転が生じる。

一方、R1軸は、R2軸用の可動サーキユラスプ
ライン６ａに固定サーキユラスプライン７ｂおよ
び軸受１６ａ，１６ｂを介して回転自在に支持さ
れ、R1軸用低速ベベルギヤ８を介して回転する
よう構成されているので、R2軸の回転により、
R1軸は、｛ｎ／（ｎ＋α）｝−１の増速比もしくは
減速比を伴う回転が生じることになる。ハーモニ
ツクドライブにおいては、ｎ≫αであるため、
R2軸の回転により、R1軸は、殆んど回転しない
ことになる。

さらに、R3軸と、R2軸；R1軸については、
R2軸及びR1軸が、減速前であるから、前記同様
R3軸の回転によりR2軸、R1軸は殆んど回転しな
い。

上記のことは、出力軸速度の点で大変有利であ
る。すなわち、任意の手首動作に対し全軸（R1
軸、R2軸、R3軸）ともに、独立した動作速度を
とれるということである。

R3軸をアームセンターラインとし、R2軸入力
シヤフト２、R1軸入力シヤフト３は、それぞれ
外周を軸受１２，１３により回転自在に支承さ
れ、同心円筒状を形成する。なお、減速機構にお
けるR2軸、R1軸も同心構成である。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、次のような優れた効
果が得られ、当該分野に寄与するところが大き
い。

すなわち、本発明は、先行例から著しくその構
成を改良し、R2軸用の可動サーキユラスプライ
ンと、R1軸用の固定サーキユラスプラインとを
連結している。

したがつて、R1軸は、その出力側のR1軸用低
速ベベルギヤと噛み合つているから、R2軸が回
転すると、このR1軸用低速ベベルギヤ上を回転
しながら回ることになる。

しかし、R1軸用の固定サーキユラスプライン
はR2軸用の可動サーキユラスプラインに連結さ
れている。

そのために、R2軸の回転とともに、R1軸用の
可動サーキユラスプラインがR1軸用の固定サー
キユラスプラインを介してR2軸とほぼ同じ量 ｎ／（ｎ＋α） ｎは固定および可動サーキユラスプラインの歯
の数、 αはウエーブジエネレータと固定および可動サ
ーキユラスプラインとの歯の差の数。

だけ、回転する。

さらに、R1軸用低速ベベルギヤは可動サーキ
ユラスプラインに取付けられている。

その結果、R2軸が回転してもR1軸はほとんど
回転しないことになる。

このことから、R1軸は、R2軸が回転してもほ
とんど回転しないので、各軸を独立させるための
回転補正はほとんど必要がなくなるから、 先行例の不具合は完全に払拭され、手首３軸の
各軸の補正が殆んどいらず、任意の手首動作に対
し、手首３軸ともに、独立した動作速度をとるこ
とができる。

かつ、R1軸とR3軸がオフセツトしているた
め、R2軸とアームとの干渉がなくなり、従つて
R1、R2、R3軸共に±180°の動作角度がとれ、し
かも、外面形状が動作を円滑に行なえる構成とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における要部を断面
で表わした側面図、第２図、第３図は本発明に適
用される減速機の側断面図、その−′平断面
図である。 １……R3軸出力シヤフト、２……R2軸入力シ
ヤフト、３……R1軸入力シヤフト、３ａ……入
力伝達シヤフト、４……R2軸用高速ベベルギヤ、
５……R1軸用高速ベベルギヤ、６……R2軸駆動
用減速機、６ａ……可動サーキユラスプライン、
６ｂ……固定サーキユラスプライン、６ｃ……フ
レクスプライン、６ｄ……ウエーブジエネレー
タ、７……R1軸駆動用減速機、７ａ……可動サ
ーキユラスプライン、７ｂ……固定サーキユラス
プライン、７ｃ……フレクスプライン、７ｄ……
ウエーブジエネレータ、８……R1軸用低速ベベ
ルギヤ、９……ハウジング、１０……アーム、１
１，１２，１３，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ……軸受、１７……
加工具把持部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アームに支持されアーム軸を中心として回転
   自在に支承された手首全体を回転させるR3軸と、
   R3軸に支持されR3軸に直角な軸を中心として回
   転自在に支承された手首先端部を傾動させるR2
   軸と、R2軸に支持されR2軸に直角な軸を中心と
   して回転自在に支承された手首先端部の加工具把
   持部を回転させるR1軸を設け、 それらR1軸、R2軸およびR3軸をそれぞれ駆動
   する回転入力が与えられるR1軸出力シヤフト３、
   R2軸出力シヤフト２およびR3軸出力シヤフト１
   を内空にしてR3軸を中心に同心状にアーム１０
   内におのおの軸受を介して支承されて挿通し、 入力軸１１０に固着したウエーブジエネレータ
   ハブ１０４ｈを介して連結され外周に楕円状の軸
   受１０５を有する楕円状のウエーブジエネレータ
   １０４と、前記軸受１０５の外周に嵌合され外周
   にｎ個のスプライン状の歯１０３ａをリング状に
   有する可撓性の円形のフレクスプライン１０３
   と、楕円状にたわんだ前記フレクスプライン１０
   ３の外周に前記歯１０３ａの長軸側の２個所と噛
   み合わせて嵌合し、内周にｎより複数個α多いス
   プライン状の歯１０２ａをリング状に有する円状
   の固定サーキユラスプライン１０２と、この固定
   サーキユラスプライン１０２と並んで配設され、
   固定サーキユラスプライン１０２と同様に、楕円
   状にたわんだ前記フレクスプライン１０３の外周
   に前記歯１０３ａの長軸側の２個所と噛み合わせ
   て嵌合し、内周にフレクスプライン１０３と同数
   のｎ個のスプライン状の歯１０６ａをリング状に
   有する円状の可動サーキユラスプライン１０６と
   から構成され、この可動サーキユラスプライン１
   ０６の回転軸を出力軸とする R2軸駆動用減速機６およびR1軸駆動用減速機
   ７を備え、 それら減速機６，７は同一中心軸としR2軸と
   なる入力伝達シヤフト３ａに重ね合わせて装着さ
   れるとともに、 R1軸出力シヤフト３の先端に設けたR1軸用高
   速ベベルギヤ５を介してその一端から回転される
   入力伝達シヤフト３ａを入力軸としその他端に
   R1軸駆動用減速機７を軸着し、 このR1軸駆動用減速機７の減速出力軸をなす
   可動サーキユラスプライン７ａはR1軸用低速ベ
   ベルギヤ８を経てR1軸を駆動し、 R2軸出力シヤフト２の先端にR2軸用高速ベベ
   ルギヤ４の入力部４ａを設けかつ出力部が内空で
   入力伝達シヤフト３ａを挿通するR2軸用高速ベ
   ベルギヤ４を介してその出力端にR2軸駆動用減
   速機６を嵌着し、 このR2軸駆動用減速機６の減速出力軸をなす
   可動サーキユラスプライン６ａはR1軸駆動用減
   速機７の固定サーキユラスプライン７ａに連結さ
   れており、 前記R3軸は、手首外においてあらかじめ減速
   させるようにした ことを特徴とする産業用ロボツトの手首機構。