JPH0343035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は産業用ロボツトの手首装置の小型
化、軽量化に関するものである。

従来、手首軸の先端に、ハンドリング装置、ア
ーク溶接トーチ、スポツト溶接ガン等の作業具を
装置し、作業を行う多自由度の汎用産業ロボツト
においては、その作業の性格上対象物に接近、或
いは内部にその作業具を挿入して作業を行うた
め、その作業性を向上させるには小型化の要求が
強く、また、特にアーク溶接、スポツト溶接にお
いてはスパツタ、ビユーム等により内部の歯車を
保護する必要上、複雑な構造のカバー類を設ける
必要があり、その保守、点検作業の障害となると
共に小型化の障害にもなつていた。

さらに、作業員の大型化に伴う負荷重量の増大
に対処できる強度が要求されているが、その強度
をもたせるために、内部の歯車、軸受類にある程
度の大きさを要し、これらの部品の組合せが複雑
であるため、手首自体の重量増加をまねき、ロボ
ツト全体の性能が規制される要因の１つであつ
た。

さらに、従来の工業用ロボツトの手首装置の構
造（例えば、特願昭49−60279）を第５図（手首
部の断面図）を用いて説明すると、図中５４はケ
ースにして、第１入力シヤフト５１、第２入力シ
ヤフト５２、第３入力シヤフト５３をその内部に
並設し、該ケース５４の前面に第１入力シヤフト
５１に連なる第１作動部材５５を回転自在に設
け、更に第２入力シヤフト５２に連なる揺動自在
の第２作動部材５６と、第３入力シヤフト５３に
連なる回転自在の第３作動部材５７とを横方向の
軸５８と、縦方向の軸５９とで順次配置し、第３
動作部材５７の先端に溶接ガンその他の工具６０
を備えている。前記した第１入力シヤフト乃至第
３入力シヤフト５１，５２，５３はこれらを互に
同心の３重軸に構成させるもので、第１入力シヤ
フト５１は、その先端に第１作動部材５５を一体
に形成するとともに、第２入力シヤフト５２の第
１作動部材５５内に突出する先端に、軸５８上に
固定される傘歯車６１と噛み合う傘歯車６２を一
体に形成させ、更に、第３入力シヤフト５３の第
１作動部材５５内に突出する先端に、軸５８に対
して、回転自在の傘歯車６３を介して、軸５９上
の傘歯車６４と噛み合う傘歯車６５を一体に形成
させている。

よつて、第１入力シヤフト５１の回転により、
第１作動部材５５が第２、第３作動部材５６，５
７を伴いつつ図中矢印Ａ方向に回転して第１動作
をするとともに、第２入力シヤフト５２の回転に
より、第２作動部材５６が第３作動部材５７を伴
いつつ、図中矢印Ｂ方向に揺動して第２動作をな
し、更に、第３入力シヤフト５３の回転により、
第３作動部材５７が図中矢印Ｃ方向に回転して第
３動作をする。かくして、工具６０は任意の方
向、並びに角度に傾動して、任意の角度に回転さ
れる。ここで第１動作の動作範囲を±180°、第２
動作の動作範囲を±120°、第３動作の動作範囲を
±200°の動作と仮定した場合について、具体的に
説明する。

第２動作と第３動作の関係においては、第４図
ａの如く、第２動作の停止位置に関係なく、第３
動作が±200°の動作を行なう事の出来る動作範囲
DEFGが要求されている。

第５図の如く傘歯車をヘツド部に内装した手首
装置いおいては、その歯車の噛み合せにより、外
側の第１入力シヤフト５１を回すことにより、そ
の内側に配された第２、第３入力シヤフト５２，
５３が回転動作し、又第２入力シヤフト５２を回
すことにより、第３入力シヤフト５３が回転動作
を起すいわゆるツレ回リ現象が有り、第４図ｂの
如き動作範囲の変形を示す。

このツレ回リ現象は第１入力シヤフト５１を動
作させる事により、目的以外の第２入力シヤフト
５２、第３入力シヤフト５３が回転してしまい、
手首先端に取付けられた溶接トーチ、スポツト溶
接ガン等の作業具のねらい位置を狂わせてしま
い、ロボツトのテイチング作業の障害となつてい
ると共に、第４図ｂに示す如く、例えば第２動作
＋120°の位置においては、第３動作は＋方向に
DH分だけ伸び、一方向ではGK分だけ縮み、動
作出来ない部分が発生する不具合をもつている。
この不具合を防止する為、ソフト上の対策とし
て、外側の回転量に見合う内側の回転量を割出
し、その分だけ内側を回転させる事により、見か
け上のツレ回リを防止する手が打たれている。

一方、ツレ回リの回転動作のオーバーランを防
止するための図示せぬメカニカルストツパーが
個々の入力シヤフト５１，５２，５３に取り付け
られているが、このメカニカルストツパーの取り
付けを第２動作0°の位置で、第３動作を±200°に
設定すると、動作範囲はDHIJKの形になり、動
作しない部分が発生する為、第４図ｃの様に動作
範囲LEMGの様に広げ、DEFGの動作範囲を確保
する方法がとられている。

この方法においては、実際の動作範囲は要求さ
れた動作範囲よりDLE及びGEMの分だけ広くな
り、第３動作が余分に動作するため、手首先端の
作業具に対する配線、配管に与える影響が大で、
例えば配線、配管の長さに余裕をもたせることが
必要となり、手首装置全体が大型化及び重量アツ
プとなつていた。また、第１、第２、第３入力シ
ヤフト５１，５２，５３の前段の駆動モータ周辺
にメカニカルストツパーや減速ギヤ等を取り付け
る構成のため、手首装置全体が複雑な構造となつ
ていた。

この発明は上述の点に鑑み、軸、軸受、歯車等
の部品を適切に配置することにより、小型軽量で
あり、かつ、保守点検を容易にし、さらに、メカ
ニカルストツパーを設置することにより、内側に
配された動作軸の動作範囲が、外側に配された動
作軸の姿勢により変化するツレ回リ現象を排除し
た産業用ロボツトの手首装置を提供することを目
的としている。

以下、本発明を実施例の図面に基づいて説明す
ると、第１図中２１は産業用ロボツトの手首装置
の駆動部、２２は伝達部、２３はヘツド部、１３
は把持装置取付部である。

第２図の図中１，２，３は駆動部２１の駆動を
伝達部２２を介してヘツド部２３に伝達する３重
構造の入力シヤフトにして、外側よりそれぞれ第
１入力シヤフト、第２入力シヤフト、第３入力シ
ヤフトである。

４はフランジにして、第１入力シヤフト１の先
端を固定する。５はフランジ４に固着されたケー
シングを兼ねた軸受部、６は回転時にして、この
回転軸６は軸受部５に枢支されている。

７は第１傘歯車にして、第２入力シヤフト２の
先端に固着してある。８は第２傘歯車にして、回
転軸６に固着して、第１傘歯車７と噛み合つてい
る。

９はギヤケースにして、第２傘歯車８に固定さ
れ、１０は第３傘歯車にして、第３入力シヤフト
３の先端に固着してある。

１１は第４傘歯車にして、ギヤケース９及び回
転軸６に揺動可能に軸支され、第３傘歯車１０と
噛み合つている。１２は第５傘歯車にして、第４
傘歯車１１と噛み合つており、その他端に把持装
置取付部１３がセレーシヨン、又はスプラインに
て固着してある。

１７，１８は第１メカニカルストツパーにし
て、第２動作の移動側となる第２傘歯車８に、連
接されているギヤケース９の外側に第１メカニカ
ルストツパー１７と、第１動作の移動側であると
共に第２動作の固定側となる軸受部５の内側に第
１メカニカルストツパー１８とを、互いに相対し
て固定され、第２動作の動きを規制する様に位置
決めされており、１９，２０は第２メカニカルス
トツパーにして、第３動作を伝達する第４傘歯車
１１の内側に第２メカニカルストツパー１９と、
第２動作を伝達する第２傘歯車８の内側に第２メ
カニカルストツパー２０とを、互いに相対して固
定され、第３動作の動きを規制する様に位置決め
されている。

第３図中１５は巻取りカバー、１６は巻取りカ
バーケースを示す。

この発明は上述のように構成されているので、
産業用ロボツトの本体からの駆動により第１入力
シヤフト１を揺動させると、ヘツド部２３が第１
動作をして、図中の矢印Ａの方向に揺動する。ま
た、第２入力シヤフト２を揺動させると、把持装
置取付部１３が第２動作としてギヤケース９とと
もに、回転軸６を中心に図中の矢印Ｂ、又は
B′の方向に揺動する。さらに、第３入力シヤフ
ト３を揺動させると、ヘツド部２３の把持装置取
付部１３が第３動作として、図中矢印Ｃに示され
た揺動回転動作を行うので、作業内容に応じて、
ハンドリング装置、アーク溶接トーチ、スポツト
溶接ガン等の作業具を取り付ければ、各種の作業
を行わせることができる。

また、第２動作を行うギヤケース９の外側と軸
受部５の内側に第８図・第９図に示す第１メカニ
カルストツパー１７，１８が、回転軸６を中心に
±120°の回転許容範囲で回動し、第３動作を行う
第４傘歯車１１の内側と第２傘歯車８の内側に第
９図・第１０図に示す第２メカニカルストツパー
１９，２０が、第２傘歯車８の回転を止めた状態
で第４傘歯車１１が±200°の回転許容範囲で回動
できるように設置してあり、その取り付け位置関
係は第６図、第７図のようである。

今、第４図ａの如く、仮りに第２動作の動作範
囲を縦軸上±120°、第３動作の動作範囲を横軸上
±200°とすると、メカニカルストツパー１７，１
８の間に±120°動作角度を持たせてあるので、第
１動作の位置に関係なく第２動作を±120°だけ動
作させることができる。また、メカニカルストツ
パー１９，２０の間に±200°の動作角度が持たせ
てあるので、第２動作の位置に関係なく、第３動
作を±200°だけ動作させることができる。

なお、第７図において72.7°は第５傘歯車１２
と、第４傘歯車１１の歯数がそれぞれ20枚と55枚
の場合を示す。

以上の動作時に、外側の入力軸の回転量に見合
う内側の入力軸の回転量を割り出し、内側の入力
軸を回転させることにより、見掛け上のツレ回リ
を防止することは、従来と同様である。

この発明は上述のように、手首の中心部に互に
噛み合う傘歯車の個数を必要最少限となした為、
バツクラツシユによる弊害を極力抑えることがで
き、また、軸受または軸を支持する軸受台をケー
シングと一体化したことにより、手首全体が小型
で軽量となり、手首の動作が極めて円滑軽快とな
るとともに、メカニカルストツパーをヘツド部２
３に内蔵させたので、手首装置の構造が簡素化さ
れ、ツレ回りの回転動作のオーバーランを防止す
ることができ、手首と位置決め精度が向上し、手
首装置の分解、組立てが容易であるので、保守が
非常に簡単で便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の手首装置の正面図。第２図は
同手首装置の縦断面図。第３図はカバーの一部を
取り除いたヘツド部の正面図。第４図ａ，ｂ，ｃ
はヘツド部の動作範囲の説明図。第５図は従来の
手首部の縦断面図。第６図は第２図におけるＮ−
Ｎ断面図。第７図は第２図におけるＭ−Ｍ断面図
を示す。第８図は第１動作部の縦断面図。第９図
は第２動作部の縦断面図。第１０図は第３動作部
の縦断面図。 （主な部分の符号の説明）、１……第１入力シ
ヤフト、２……第２入力シヤフト、３……第３入
力シヤフト、７……第１傘歯車、８……第２傘歯
車、１０……第３傘歯車、１１……第４傘歯車、
１２……第５傘歯車、１３……把持装置取付部、
１７，１８……第１メカニカルストツパー、１
９，２０……第２メカニカルストツパー、２３…
…ヘツド部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々独立して駆動可能な３本の第１入力シヤ
   フト１・第２入力シヤフト２・第３入力シヤフト
   ３と、５枚２系列の傘歯車７，８，１０，１１，
   １２と、それらの傘歯車を外側より支持する軸受
   部５により構成されたヘツド部２３をもち、第１
   入力シヤフト１はヘツド部２３全体を揺動させる
   第１動作、第２入力シヤフト２は２枚１系列の傘
   歯車７，８を介して第１入力シヤフト１によるヘ
   ツド部２３全体の揺動動作の先で把持装置取付部
   １３を前後に揺動させる第２動作、第３入力シヤ
   フト３は３枚１系列の傘歯車１０，１１，１２を
   介して第２に入力シヤフト２よる把持装置取付部
   １３の揺動動作の先で把持装置取付部１３を揺動
   回転させる第３動作、とから把持装置取付部１３
   を扇状球面の任意方向に指向可能な３自由度を有
   する産業用ロボツトの手首装置において、 第２の動作範囲を決める第１メカニカルストツ
   パー１７，１８の内第１メカニカルストツパー１
   ７を第２動作の移動側となる第２傘歯車８に連接
   されるギヤケース９に、第１メカニカルストツパ
   ー１８を第１動作の移動側であると共に第２動作
   の固定側となる軸受部５に固定し、 第３の動作範囲を決める第２メカニカルストツ
   パー１９，２０の内第２メカニカルストツパー１
   ９を第３動作を伝達する第４傘歯車１１に、第２
   メカニカルストツパー２０を第２動作を伝達する
   第２傘歯車８に固定したことを特徴とする産業用
   ロボツトの手首装置。