JPH05318374A - 工業用ロボットの手首構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、アーク溶接ロボット等の工業用ロボ
ットの手首構造に関し、特にその手首における駆動モー
タの配置に関し、駆動モータを横置きとしながら、手首
構造をより簡素に且つコンパクトに構成することを目的
とする。 【構成】そこで、第１駆動モータ５および第２駆動モー
タ６が、互い違いに配置されるとともに、第１駆動モー
タ５の回転軸５ａ，第２駆動モータ６の回転軸６ａおよ
び第１回転軸αの３軸を互いに平行に且つ同一平面上に
位置させないように配置し、第１タイミングベルト８が
アイドラプーリ１９に掛け回されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接ロボット等
の工業用ロボットの手首構造に関し、特にその手首にお
ける駆動モータの配置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アーク溶接ロボット等の工業用
ロボットの手首構造は、図５〜図７に示すように、曲げ
自由度(α軸)と、これに直交するひねり自由度(β軸)と
を有するように構成されており、各軸α，βをそれぞれ
駆動するための駆動モータ３１，３２が、ロボットアー
ム先端のケーシング３３内に収納されている。

【０００３】図５に示す手首構造は、ケーシング３３内
において各駆動モータ３１，３２が縦置き(モータ軸方
向をβ軸と平行に配置)されたもので、この手首構造で
は、駆動モータ３１の回転出力(α軸周りの回転駆動力)
は、ベベルギア機構３４，プーリ３５，タイミングベル
ト３６，プーリ３７および減速機３８を介して手首部の
揺動部３９に伝達される一方、駆動モータ３２の回転出
力(β軸周りの回転駆動力)は、ベベルギア機構４０，プ
ーリ４１，タイミングベルト４２，プーリ４３，揺動部
３９内のベベルギア機構４４および減速機４５を介して
揺動部３９先端の回転部４６に伝達されるようになって
いる。

【０００４】また、図６，図７に示す手首構造は、いず
れもケーシング３３内において各駆動モータ３１，３２
が横置き(モータ軸方向をα軸と平行に配置)されたもの
で、図６に示す手首構造では、駆動モータ３１の尾端部
分が、他方の駆動モータ３２に接続されるタイミングベ
ルト４２と干渉するのを避けるべく、タイミングベルト
４２の回転面に交差しないように、各駆動モータ３１，
３２が互い違いに配置されている。そして、各駆動モー
タ３１，３２の出力軸にプーリ３５，４１を直接取り付
けて構成する以外は、図５に示した手首構造と同様に構
成されている。

【０００５】図７に示す手首構造では、駆動モータ３１
の尾端部分は、他方の駆動モータ３２に接続されるタイ
ミングベルト４２の回転面に交差しているが、その尾端
部分がタイミングベルト４２と干渉しないように、駆動
モータ３２の出力軸のプーリ４１Ａの径を十分大きくし
て、タイミングベルト４２の内周側に駆動モータ３１の
尾端部分を配置させている。その他の構成は、図５に示
した手首構造と同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す手首構造では、アーム先端のケーシング３３の幅Ｗ
₁を小さくすることができるが、各駆動モータ３１，３
２を縦置き配置しているので、各駆動モータ３１，３２
の出力軸側に、それぞれベベルギア機構３４，４０が必
要となる。このため、ガタや振動が増加することになる
ほか、コスト高の要因ともなっている。

【０００７】これに対して、図６，図７に示す手首構造
のように、各駆動モータ３１，３２を横置き配置した場
合には、ベベルギア機構３４，４０が不要となり、前述
のような問題は解決されるが、図６に示す手首構造で
は、駆動モータ３１の尾端部分が、タイミングベルト４
２と干渉するのを避けるべく、タイミングベルト４２の
回転面に交差しないように配置するために、どうしても
アーム先端のケーシング３３の幅Ｗ₂(＞Ｗ₁)が大きくな
ってしまう。

【０００８】また、図７に示す手首構造では、図６の手
首構造の問題を解決すべく、プーリ４１Ａの径を大きく
することにより、駆動モータ３１の尾端部分を、タイミ
ングベルト４２と干渉することなくその回転面に交差さ
せて配置できるようにし、アーム先端のケーシング３３
の幅Ｗ₃(＜Ｗ₂)を小さくしているが、プーリ４１Ａの径
が大きくなると、そのイナーシャも大きくなりすぎてし
まう。

【０００９】本発明は、このような課題を解決しようと
するもので、駆動モータを横置きとしながら、より簡素
な構成でコンパクトな工業用ロボットの手首構造を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の工業用ロボットの手首構造は、アーム先端
にそなえられ第１回転軸周りに揺動駆動される揺動部
と、該揺動部の先端にそなえられ前記第１回転軸と直交
する第２回転軸周りに回転駆動される回転部とを有する
とともに、第１タイミングベルトを介して前記揺動部を
揺動駆動する第１駆動モータと、第２タイミングベルト
を介して前記回転部を回転駆動する第２駆動モータとを
前記アーム先端のケーシング内にそなえてなるものにお
いて、前記の第１駆動モータおよび第２駆動モータ
を、互い違いに配置するとともに、前記第１駆動モータ
の回転軸，前記第２駆動モータの回転軸および前記第１
回転軸の３軸を互いに平行に且つ同一平面上に位置させ
ないように配置し、前記の第１タイミングベルトもし
くは第２タイミングベルトの少なくとも一方をアイドラ
プーリに掛け回したことを特徴としている。

【００１１】

【作用】上述した本発明の工業用ロボットの手首構造で
は、第１駆動モータの回転軸，第２駆動モータの回転軸
および第１回転軸の３軸が同一平面上に位置しないよう
に、第１駆動モータおよび第２駆動モータが横置き配置
されるとともに、第１タイミングベルトもしくは第２タ
イミングベルトの少なくとも一方がアイドラプーリに掛
け回されることにより、タイミングベルトにて囲まれる
部分の面積を大きくすることができる。

【００１２】従って、第１駆動モータもしくは第２駆動
モータの出力軸に取り付けられ第１タイミングベルトも
しくは第２タイミングベルトを巻回されるプーリの径を
大きくすることなく、タイミングベルトの内周側に、第
２駆動モータもしくは第１駆動モータの尾端部分を配置
することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面により本発明の一実施例としての
工業用ロボットの手首構造について説明すると、図１は
その側断面図(図２のＩ−Ｉ矢視断面図に対応)、図２は
その水平断面図、図３は図２のIII−III矢視断面図、図
４は図１のIV−IV拡大断面図である。

【００１４】図１〜図３に示すように、工業用ロボット
のアーム先端部１には、曲げ自由度(α軸；第１回転軸)
と、これに直交するひねり自由度(β軸；第２回転軸)と
を有する手首部１Ａがそなえられている。

【００１５】この手首部１Ａは、α軸周りに揺動駆動さ
れる揺動部２と、この揺動部２の先端にそなえられα軸
と直交するβ軸周りに回転駆動される回転部３とを有し
て構成されている。

【００１６】そして、アーム先端部１のケーシング４内
には、揺動部２および回転部３をそれぞれα軸，β軸周
りに駆動するための第１駆動モータ５および第２駆動モ
ータ６が収納されている。

【００１７】これらの第１駆動モータ５および第２駆動
モータ６は、ケーシング４内において、図２に示すよう
に互い違いに配置されるとともに、第１駆動モータ５の
回転軸５ａ，第２駆動モータ６の回転軸６ａおよびα軸
(第１回転軸)の３軸を互いに平行に且つ同一平面上に位
置させないように配置されている。

【００１８】本実施例では、第１駆動モータ５の回転軸
５ａを、図１に示すように、アーム先端部１の中心軸線
から距離ａだけシフトした位置に配置することで、回転
軸５ａ，６ａおよびα軸が、同一平面上に位置しないよ
うに設定されている。

【００１９】ところで、第１駆動モータ５の回転出力
は、その回転軸５ａに取り付けられたプーリ７，第１タ
イミングベルト８，プーリ９および揺動部用減速機構１
０を介して、手首部１Ａの揺動部２に伝達され、この揺
動部２がα軸周りに揺動駆動されるようになっている。
なお、プーリ９は減速機構１０の入力側に取り付けられ
るとともに、減速機構１０の出力側が揺動部２に直接連
結されている。

【００２０】ここで、第１タイミングベルト８は、図１
に示すように、プーリ７および９に巻回されだけでな
く、アイドラプーリ１９にも掛け回され、第１タイミン
グベルト８にて囲まれる部分の面積が大きくとられてい
る。そして、本実施例では、図２に示すように、第１タ
イミングベルト８の内周側に、アーム先端側に横置きさ
れた第２駆動モータ６の尾端部分が配置されている。

【００２１】上述したアイドラプーリ１９は、図１およ
び図４に示すように、テンショナー２０を介してアーム
側に装着されており、このテンショナー２０により、ア
イドラプーリ１９を介して第１タイミングベルト８に適
当な張力が付与されるようになっている。

【００２２】一方、第２駆動モータ６の回転出力は、そ
の回転軸６ａに取り付けられたプーリ１１，第２タイミ
ングベルト１２，プーリ１３，入力軸１４，揺動部２内
のベベルギア１５，１６，入力軸１７，および揺動部２
に内蔵された回転部用減速機構１８を介して、手首部１
Ａの回転部３に伝達され、この回転部３がβ軸周りに回
転駆動されるようになっている。

【００２３】なお、プーリ１３は、α軸と同軸的に設け
られた入力軸１４の一端側に取り付けられている。この
入力軸１４の他端側は、揺動部２内に導かれ、その他端
側先端にベベルギア１５が取り付けられている。また、
入力軸１７は揺動部２内においてβ軸と同軸的に設けら
れており、この入力軸１７の一端側に、ベベルギア１５
と噛み合って入力軸１４の回転を直交方向の回転に変換
して受けるベベルギア１６が取り付けられるとともに、
入力軸１７の他端側に減速機構１８の入力側が接続さ
れ、この減速機構１８の出力側が回転部３に直接連結さ
れている。

【００２４】さて、次に、本実施例の手首部１Ａのリミ
ットスイッチ機構の構成について説明する。図１〜図３
に示すように、第１検出軸２１が、回転部３(減速機構
１８のβ軸出力側)に一端側を固定されて、この回転部
３と一体的に回動するようにβ軸と同軸的に配置され、
入力軸１７の中心部に形成された中空部１７ａを貫通
し、減速機構１８の軸心を通ってこの減速機構１８の入
力側まで導かれている。

【００２５】そして、減速機構１８の入力側まで導かれ
た第１検出軸２１の他端側には、ベベルギア２２が連結
されるとともに、このベベルギア２２に噛み合うベベル
ギア２３が設けられている。これらのベベルギア２２，
２３により、第１検出軸２１の回転を直交方向の回転に
変換して出力する傘歯車機構が構成されている。

【００２６】ベベルギア２３(傘歯車機構の出力側)に
は、第２検出軸２４の一端側が連結されており、この第
２検出軸２４は、α軸と同軸的に配置され、入力軸１４
の中心部に形成された中空部１４ａを貫通して揺動部２
の外側まで導かれている。

【００２７】ここで、ベベルギア２２，２３からなる傘
歯車機構のギア比は、第１検出軸２１の回転を減速して
第２検出軸２４に伝達するように設定されている。

【００２８】揺動部２の外側まで導かれた第２検出軸２
４の他端側には、図２および図３に示すように、ストラ
イカ(回転部用検出片)２５が取り付けられるとともに、
揺動部２側に固定されこの揺動部２と一体的に回動する
円板状のベース(取付部)２７に、回転部用リミットスイ
ッチ２６ａ，２６ｂが取付金具２８ａ，２８ｂにより取
付・固定されている。各リミットスイッチ２６ａ，２６
ｂはストライカ２５と当接して作動するものである。

【００２９】さらに、本実施例では、リミットスイッチ
２６ａ，２６ｂを取り付けられる円板状のベース２７
に、その半径方向に部分的に突出したベース突出部２７
ａが形成されており、このベース突出部２７ａが揺動部
用検出片として用いられるようになっている。このベー
ス突出部２７ａに当接して作動する揺動部用リミットス
イッチ２９ａ，２９ｂがアーム先端部１内の固定側３０
に取り付けられている。

【００３０】上述の構成により、本実施例では、第１駆
動モータ５の回転軸５ａ，第２駆動モータ６の回転軸６
ａおよびα軸の３軸が同一平面上に位置しないように、
駆動モータ５，６を横置き配置するとともに、第１タイ
ミングベルト８をアイドラプーリ１９に掛け回すことに
より、このタイミングベルト８にて囲まれる部分の面積
を大きくとることができる。

【００３１】これにより、本実施例の場合、第１駆動モ
ータ５の回転軸５ａに取り付けられ第１タイミングベル
ト８を巻回されるプーリ７の径を大きくすることなく、
タイミングベルト８の内周側に、第２駆動モータ６の尾
端部分を配置することができる。

【００３２】従って、駆動モータ５，６を横置きとしな
がら、且つ、プーリ７の径を大きくしてイナーシャの増
大を招くことなく、アーム先端部１の幅寸法を小さくす
ることができ、極めて簡素な構成でコンパクトな手首部
１Ａの構造を得ることができる。

【００３３】一方、本実施例では、回転部３の回転が、
第１検出軸２１，ベベルギア２２，２３および第２検出
軸２４を介して揺動部２の外側まで導かれ、この揺動部
２の外側において、第２検出軸２４に取り付けられたス
トライカ２５が、揺動部２と一体的に回動するベース２
７に取り付けられた回転部用リミットスイッチ２６ａ，
２６ｂに当接することにより、回転部３の動作限界位置
等の位置情報を得ることができる。

【００３４】これにより、回転部用減速機構１８をでき
るだけロボット先端側に配置して回転部３のバックラッ
シュを最小に抑えながら、回転部用リミットスイッチ２
６ａ，２６ｂを、ロボット基端側に配置することがで
き、配線処理を容易に行なえるほか、α軸とβ軸との干
渉を除去でき、より確実なリミットスイッチ機構を実現
することができる。

【００３５】また、ベベルギア２２，２３からなる傘歯
車機構のギア比を、第１検出軸２１の回転を減速して第
２検出軸２４に伝達するように設定することで、回転部
３がβ軸周りに多回転する場合にも対応して、リミット
スイッチ２６ａ，２６ｂによる位置検出を行なえる。

【００３６】さらに、回転部用リミットスイッチ２６
ａ，２６ｂを取り付けたベース２７が、ベース突出部２
７ａを有し揺動部用検出片として兼用されており、揺動
部２と一体的にベース２７が回動するため、揺動部２の
回転に伴い、ベース突出部２７ａが、揺動部用リミット
スイッチ２９ａ，２９ｂと当接することにより、揺動部
３の動作限界位置等の位置情報を得ることができる。

【００３７】これにより、揺動部用検出片を別途設ける
必要がなくなり、手首構造の部品点数を少なくすること
ができる。

【００３８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ことなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更
等があっても、本発明の範囲に含まれる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の工業用ロ
ボットの手首構造によれば、アーム先端にそなえられ第
１回転軸周りに揺動駆動される揺動部と、該揺動部の先
端にそなえられ前記第１回転軸と直交する第２回転軸周
りに回転駆動される回転部とを有するとともに、第１タ
イミングベルトを介して前記揺動部を揺動駆動する第１
駆動モータと、第２タイミングベルトを介して前記回転
部を回転駆動する第２駆動モータとをケーシング内にそ
なえてなるものにおいて、前記の第１駆動モータおよび
第２駆動モータを、互い違いに配置するとともに、前記
第１駆動モータの回転軸，前記第２駆動モータの回転軸
および前記第１回転軸の３軸を互いに平行に且つ同一平
面上に位置させないように配置し、前記の第１タイミン
グベルトもしくは第２タイミングベルトの少なくとも一
方をアイドラプーリに掛け回すという簡素な構成によ
り、各駆動モータを横置きとしながら、且つ、タイミン
グベルト用のプーリ径を大きくしてイナーシャの増大を
招くことなく、アーム幅寸法を小さくすることができ、
手首部の構造を極めてコンパクトにできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての工業用ロボットの手
首構造を示す側断面図(図２のＩ−Ｉ矢視断面図)であ
る。

【図２】本実施例の手首構造を示す水平断面図である。

【図３】図２のIII−III矢視断面図である。

【図４】図１のIV−IV拡大断面図である。

【図５】駆動モータを縦置き配置した場合の従来の工業
用ロボットの手首構造の一例を模式的に示す断面図であ
る。

【図６】駆動モータを横置き配置した場合の従来の工業
用ロボットの手首構造の一例を模式的に示す断面図であ
る。

【図７】駆動モータを横置き配置した場合の従来の工業
用ロボットの手首構造の他例を模式的に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ アーム先端部 １Ａ 手首部 ２ 揺動部 ３ 回転部 ４ ケーシング ５ 第１駆動モータ ５ａ 回転軸 ６ 第２駆動モータ ６ａ 回転軸 ７ プーリ ８ 第１タイミングベルト ９ プーリ １０ 揺動部用減速機構 １１ プーリ １２ 第２タイミングベルト １３ プーリ １４ 入力軸 １４ａ 中空部 １５，１６ ベベルギア １７ 入力軸 １７ａ 中空部 １８ 回転部用減速機構 １９ アイドラプーリ ２０ テンショナー ２１ 第１検出軸 ２２，２３ ベベルギア(傘歯車機構) ２４ 第２検出軸 ２５ ストライカ(回転部用検出片) ２６ａ，２６ｂ 回転部用リミットスイッチ ２７ ベース(取付部) ２７ａ ベース突出部(揺動部用検出片) ２８ａ，２８ｂ 取付金具 ２９ａ，２９ｂ 揺動部用リミットスイッチ ３０ 固定側

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アーム先端にそなえられ第１回転軸周りに
   揺動駆動される揺動部と、該揺動部の先端にそなえられ
   前記第１回転軸と直交する第２回転軸周りに回転駆動さ
   れる回転部とを有するとともに、第１タイミングベルト
   を介して前記揺動部を揺動駆動する第１駆動モータと、
   第２タイミングベルトを介して前記回転部を回転駆動す
   る第２駆動モータとを前記アーム先端のケーシング内に
   そなえてなる工業用ロボットの手首構造において、 前記の第１駆動モータおよび第２駆動モータが、互い違
   いに配置されるとともに、前記第１駆動モータの回転
   軸，前記第２駆動モータの回転軸および前記第１回転軸
   の３軸を互いに平行に且つ同一平面上に位置させないよ
   うに配置され、 前記の第１タイミングベルトもしくは第２タイミングベ
   ルトの少なくとも一方がアイドラプーリに掛け回されて
   いることを特徴とする工業用ロボットの手首構造。