JPH0630852B2

JPH0630852B2 - 多関節ロボット

Info

Publication number: JPH0630852B2
Application number: JP60200097A
Authority: JP
Inventors: 員仁安川
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPS6263072A; US4706515A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、産業用の多関節ロボットに関し、特に回動ア
ームの関節部分の構造に係る。

従来技術一般に、この種の多関節ロボットは、ロボットの基台部
分で複数のアームを回動自在に連結状態で支持し、先端
のアームに作業用のヘッドを備えている。このヘッドに
回転運動が必要とされるとき、アームの先端に回転可能
な作業軸が取り付けられ、それにロボット側から回転力
が与えられる。

その駆動源がアームの部分に取り付けられると、それが
負荷となるため、旋回運動の高速化に限界があり、ま
た、それが大きな慣性力を発生するため、高精度の位置
決めが困難となる。

したがって、通常、作業軸の駆動源は、多関節ロボット
の基台側に取り付けられ、その回転力は、アームの内
部、またはアームの下方のタイミングベルト、および両
端で支持された関節軸の中間位置のプーリにより、中継
しながら、伝達される。

ところで、タイミングベルトの交換時のために、そのベ
ルトは、エンドレスでなく、例えばターンバックル型式
の継手を用いて、環状とし、関節部でいわゆる両持ち状
態の軸まわりに巻き掛けられるようになっている。この
ため、継手がプーリに当たらない範囲でしか、回転の伝
達ができず、回転力の連続的な伝達ができなかった。

もっとも、関節部を分解してしまって、ベルトの交換を
することとするか、あるいは関節部の軸をいわゆる片持
ち状態とし、一端部を開放とすれば、エンドレスベルト
が使用できる。しかし、その分解は、繁雑であり、技術
的な作業になるため、ベルト交換の対策として不適当で
ある。また、軸の片持ち支持は、軸ぶれの原因となるか
ら、構造上不利である。

発明の目的したがって、本発明の目的は、多関節ロボットの関節部
分を両持ち状態で支持しながら、エンドレス状のベルト
の交換を容易にできるようにし、関節部の軸の支持部分
を安定化し、作業軸の高位置精度を保持し、しかもエン
ドレス状のベルトを連続的に駆動できるようにすること
である。

発明の概要そこで、本発明は、基台側で第１アームの後端部を下方
の第１軸により、またその軸線上で上方の中空軸によっ
て、両持ち状態で支持するとともに、上記中空軸の内部
に減速機を組み込み、その入力軸を基台側のモータに連
結し、またその出力側の回転軸を中空軸から突出させ、
第１軸に連結しないまま、その突出部分にプーリを取り
付けるようにしている。そして、このプーリは、上記モ
ータからの回転をエンドレス状のベルトを介して、作業
軸を回転させる。このベルトは、第１アームの下側にあ
って、回転軸のプーリに対して簡単に巻き掛けられ、ま
た取り外せる状態にある。しかも、第１アームは、基台
に対して両持ち状態で回動自在に支持されている。

発明の構成第１図は、多関節ロボット１の全体的な構成を示してい
る。この多関節ロボット１は、据え付け位置に取り付け
られる基台２の部分で、第１アーム３を垂直方向の軸線
を中心として、回動自在に支持し、またこの第１アーム
３の先端部分で、第２アーム４の後端部分に連結され、
同様に垂直方向の軸線を中心として回動自在に備えてい
る。

また、第２図は内部の構成を示している。

前記基台２は、側面から見てコの字状に組み立てられて
おり、３つの部材、すなわち台枠７、機枠８、および保
持枠９によって一体的に組み立てられている。上記台枠
７は、中空体であり、その内部でハーモニックドライブ
（登録商標、以下同じ）式の減速機５を収納しており、
また上記機枠８は、下向きの状態で、駆動用のモータ６
を保持している。このモータ出力軸１０の回転は、プー
リ１１、１２およびこれらに巻き掛けられたエンドレス
状のベルト１３によって、減速機５の入力軸１４に伝達
される。またこの入力軸１４の回転は、減速機５のウェ
ーブジェネレータ１５によって、これと台枠７に固定さ
れたサーキュラスプライン１６との間の出力側のフレク
スプライン１７に大きな減速比の下に伝達される。な
お、入力軸１４は、上下位置で、軸受け１４ａによって
回転自在に支えられている。

一方、上記第１アーム３は、その後端の下側部分で、そ
の回動中心に取り付けられた第１軸１８によって、基台
２、すなわち台枠７に対し、軸受け１９を介し、回動自
在に支持されている。この第１軸１８は、上記減速機５
の出力側のフレクスプライン１７に連結されており、ま
たその中心部分で上記入力軸１４を回転自在に支持して
いる。なおこの第１軸１８の外周面に第１アーム３の回
動角の範囲で、円周方向の溝２０が形成されており、こ
れと台枠７の上面に取り付けられた度当り２１との当接
関係によって、第１アーム３の回動範囲が規制されてい
る。また、この第１アーム３の回転角度は、その下面に
取り付けられた回転板２２と、台枠７の上面に取り付け
られたセンサー２３とによって、電気的に検出される。

そして、前記保持枠９は、第１軸１８と同じ軸線上で、
作業軸２６を駆動するためのモータ２７、および、中空
軸２４を固定している。この中空軸２４は、第１アーム
３の後端部分に形成された中空孔３ａの内部に臨み、中
空軸２４の外側と中空孔３ａの内側にはめ込まれた軸受
け２５によって、第１アーム３の後端上方部分に連結さ
れている。この結果、この第１アーム３は、下方の部分
で、第１軸１８により、台枠７に対し、また上方部分
で、同軸上の中空軸２４によって、保持枠９に対し、い
わゆる両持ちの状態で回動自在に支持されている。

そして、この中空軸２４は、その内部でハーモニックド
ライブ式の減速機２９を収納している。モータ出力軸２
８の回転は、その減速機２９のウェーブジェネレータ３
０に与えられ、これと中空軸２４に固定されたサーキュ
ラスプライン３１との間のフレクスプライン３２に大減
速比の下に伝達され、出力側の回転軸３３に伝達され
る。この回転軸３３は、上記中空軸２４の下方の部分で
軸受け３４によって回転自在に支持され、その一部を中
空軸２４から突出させ、これの下端部と第１軸１８との
間にベルト交換可能な空間を形成しながら、その突出部
分で、プーリ３５およびセンサー板３６を保持してい
る。このセンサー板３６は、作業軸２６の回転量を検出
するためのものであり、中空軸２４に取り付けられたセ
ンサー３７と対応している。

また、上記第２アーム４は、その後端部分で、第２軸３
８、および中空突軸３９により、第１アーム３の先端部
分に対し、回動自在に支持されている。すなわち、第２
軸３８は、第１アーム３の先端部分下方側に取り付け座
４０によって固定されており、第２アーム４の後端の中
空孔４４部分に対し、軸受け４１により、回転自在とな
っている。なおこの第２軸３８は、その下端部分で、中
継用の２つのプーリ４２、４３を回転自在に支持してい
る。また上記中空突軸３９は、第２アーム４の中空孔４
４の上面側で、この第２アーム４に対し、固定されてお
り、第１アーム３側の支持板４５に対し、軸受け４６に
よって回転可能な状態となっており、またその内部で上
下の軸受け４７によって、回転軸４８を第２軸３８と同
軸上で回転自在に保持している。上記支持板４５は、取
り付けねじなどによって、第１アーム３の先端側上面に
位置決めピン４９などの嵌り合いによって正確に位置決
めされた状態で取り付けられており、第３図に示すよう
に、軸受けハウジング５０の部分で、上記軸受け４６を
保持している。また上記第２アーム４は、その中空孔４
４の内部でハーモニックドライブ式の減速機５１を収納
している。この減速機５１は、回転軸４８を入力軸と
し、入力側のウェーブジェネレータ５２、中空孔４４に
固定された出力側のサーキュラスプライン５３、および
固定側のフレクスプライン５４によって、大きな減速比
で、第２アーム４に回転を伝達する。この第２アーム４
の駆動源は、例えば第１アーム３の中間部分に取り付け
られたモータ５５となっている。そのモータ出力軸５６
の回転は、プーリ５７、５８およびベルト５９によっ
て、上記回転軸４８に伝達される。なお中空突軸３９の
上端部分に位置検出用の円板状の検出板６０が取り付け
られており、これと対応し、支持板４５にセンサー６１
が取り付けられている。

次に、第２アーム４は、その先端部分で、垂直方向の作
業軸２６、およびこれに平行な送りねじ６２を軸受け６
３、６４により、それぞれ回転自在に支持している。こ
の送りねじ６２は、ねじ部分で送りナット６５とねじ対
偶をなしており、さらに上端部分で、軸受け６６によ
り、第２アーム４の上面に取り付けられた支持ブラケッ
ト６７に対し回転自在に支持されている。そして、上記
送りナット６５は、連結体６８、その内部の軸受け６９
によって、作業軸２６の上端部分にその回転を許す状態
で連結されている。なお、この作業軸２６の上方にエア
チャックなどを駆動するため、回転継手７０が取り付け
られている。

この送りねじ６２の駆動用のモータ７１は、第２アーム
４のほぼ中間部分に取り付けられており、そのモータ出
力軸７２の回転は、中空出力軸７４、そのプーリ７５、
７６およびベルト７７によって、送りねじ６２に伝達さ
れる。また、上記中空出力軸７４は、第１アーム４に固
定された電磁ブレーキ７３にも連結されている。上記作
業軸２６は、スプライン７８によって、スプライン筒７
９に対し、軸線方向に移動可能で、回転のみを受ける状
態で支持されており、下端部分でエアチャックなどの作
業部材を保持する。そして、前記回転軸３３の回転は、
プーリ３５、４２に巻き掛けられたエンドレス状のベル
ト８０を介し、さらにプーリ４３、スプライン筒７９の
下端に取り付けられたプーリ８１、それらに巻き掛けら
れたエンドレス状のベルト８２によって、作業軸２６に
伝達される。これらのベルト８０、８２の中間部分に張
力調整用のプーリ８３、８４がそれぞれ設けられてい
る。

なお基台２、ベルト５９、８２、作業軸２６、送りねじ
６２、モータ７１などは、それぞれカバー８５、８６、
８７、８８、８９によって覆われている。またモータ５
５、７１などに対する配線はカバー８５、８６、８９の
間にフレキシブルチューブ９０、９１などで連絡し、そ
の内部を通すようになっている。またこのフレキシブル
チューブ９０、９１は、それぞれのセンサー６１などの
出力を基台２の側に導くための配線などにも用いられ
る。そして前記モータ６、２７、５５、７１は、回転量
制御できる型式のものであり、そのためにエンコーダ９
２、９３、９４、９５と連結されている。

発明の作用上記多関節ロボット１は、基台２の部分で作業位置に据
え付けられ、第１アーム３、第２アーム４の旋回運動、
および作業軸２６の上下運動、および回転運動によっ
て、必要な作業を行う。すなわち、駆動用のモータ６が
回転すると、その回転が減速機５によって減速され、第
１軸１８に伝達されるため、第１アーム３は、その第１
軸１８に駆動されて、第１軸１８および中空軸２４の軸
線を回転中心として、旋回運動を行う。また第２アーム
４の旋回運動は、モータ５５によって与えられる。すな
わちそのモータ５５の回転は、回転軸４８に与えられ、
減速機５１によって減速され、出力側のサーキュラスプ
ライン５３に伝達されるため、第２アーム４は下方の第
２軸３８、および上方の中空突軸３９を中心として、第
１アーム３に対し、旋回運動を行う。このような第１ア
ーム３、および第２アーム４の旋回運動によって、作業
軸２６は、動作範囲内で、所定の位置に位置決めされ
る。

一方、この作業軸２６の回転は、モータ２７によって与
えられる。すなわちこのモータ２７の回転は、減速機２
９によって減速され、出力側の回転軸３３、ベルト８
０、８２、さらにスプライン筒７９によって、作業軸２
６に伝達される。またこの作業軸２６の上下運動は、モ
ータ７１によって与えられる。このモータ７１の回転
は、ベルト７７を介し送りねじ６２に伝達され、その回
転方向に応じて、送りナット６５は、送りねじ６２の方
向に沿って上下方向に移動する。これによって、作業軸
２６は上下運動、および回転運動を行いながら、必要な
作業を行うことになる。なお、モータ７１の回転中に、
電磁ブレーキ７３は、通電状態にあって、非制動状態に
あるが、モータ７１の停止中には、制動力を働かせ、送
りねじ６２の回転を阻止している。このような運動時
に、第１アーム３、第２アーム４が上下の両側部分で、
いわゆる両持ち状態で支持されているから、それらの回
転が安定であり、しかも円滑に行われ、高い制御の下に
位置決めが可能となる。

ここで、第１アーム３の旋回運動が出力軸３３の回転運
動から独立しているため、モータ２７が停止しておれ
ば、第１アーム３が、旋回運動を行っても、作業軸２６
の据え付け位置に対する方向は変化しない。その理由
は、プーリ３５、４２、４３、８１が同じ大きさであ
り、これらに対しベルト８０、８２が平行四辺形の状態
で、組み合わせられており、いわゆる平行運動機構を構
成しているからである。なおこれらのベルト８０、８２
は、エンドレス状となっているが、プーリ８３、８４の
取り付け位置を調節することによって、ゆるみ状態とな
るため、下側部分から簡単に取り外しできる状態とな
る。

このようなそれぞれの旋回運動の運動量、および原点位
置は、センサー２３、３７、６１によって検出される。
なおオーバーランの検出が必要な場合には、これらとは
別のセンサーが追加される。

発明の変形例上記構成は、この発明による具体的な一例であるから、
各部分の配置の関係は、図示のものと異なる関係にあっ
てもよい。例えばモータ６は、第１軸１８の下方に設け
られていてもよい。またモータ５５は、第１アーム３の
中間部分に限らず、例えば基台２の保持枠９の部分に取
り付けらていてもよい。その場合、そのモータ軸５６の
回転は、回転軸３３の部分に同心的な中間軸を配置し、
その中間軸によって伝達するようにする。このような具
体的な構成は、特許出願人の先願に係る特願昭６０−１
０５２４号の「多関節ロボット」の明細書、および図面
に詳しく例示されている。

また位置検出用の回転板２２、センサー板３６、および
検出板６０などは、スリット板、カム板などで構成する
こともできる。またこれらとセンサー２３、３７、６１
との関係は、いわゆる近接スイッチに限定されず、他の
形式のものであってもよい。

発明の効果本発明では、次のような効果が得られる。

まず、第１アームの内部で、回転軸が突出し、しかも対
向の第１軸に対して空間を形成しつつ不連続であるた
め、ベルトがエンドレス状のものとでき、したがって回
転伝達が連続的にでき、しかも、ベルト交換が簡単にで
きる。

つぎに、中空軸が第１アームの支え軸としても機能して
いるため、第１アームの運動が安定化し、またその中空
軸が固定されているため、第１アームなどの回動によっ
ても、作業軸の方向が一定となり、その方向制御が容易
である。

また、中空軸の内部に減速機が納められており、しかも
これに作業軸駆動用のモータが同心的に直結できるか
ら、回転駆動系のロスがなく、しかも駆動系や関節軸の
支持構造が合理的に配置できる。作業軸の駆動系が従来
のように、基台側で第１アームの下に第１アームと同じ
方向に張り出すように設けられていると、作業軸に大き
なワークが取り付けられると、運動時に、ワークの一部
がその駆動系と干渉するが、本発明ではその干渉がなく
なる。

さらに、中空軸が第１アームの一方の支持を分担してい
るため、実施例のような第１軸の採用によって、第１ア
ームの基台側が両持ち状態で支持でき、安定化する。安
定化すると共に、その基台側、即ち、後端部は、一体と
なっているので、第１アームの回動を安定して行うこと
ができ、また、上記中空軸と第１軸との同軸度も出しや
すく、ズレの発生を非常に押さえることが可能となる。
特に、多関節ロボットにおいては、第１アームの精度誤
差は、作業軸に拡大して伝えられることになるので、上
記中空軸と第１軸との同軸度を高められる本発明によれ
ば、作業軸の精度を高め、高精度の位置決めができると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節ロボットの側面図、第２図はその内部の
拡大断面図、第３図は支持板の拡大平面図である。１…多関節ロボット、２…基台、３…第１アーム、４…
第２アーム、５、２９、５１、…減速機、６、２７、５
５、７１…モータ、１８…第１軸、２４…中空軸、２６
…作業軸、２８…モータ出力軸、３３…回転軸、３５…
プーリ、３８…第２軸、３９…中空突軸、４２、４３…
中継用のプーリ、４４…中空孔、４５…支持板、４８…
回転軸、６０…検出板、６１…センサー、６２…送りね
じ、６５…送りナット、７９…スプライン筒、８０、８
２…ベルト。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台に第１アームを回動自在に支持し、第
１アーム先方に第２アームを回動自在に支持し、第２ア
ームの先端に作業軸を有し、それぞれの第１アーム、第
２アームの下側にベルトを設けて連結し、基台に設けた
モータが作業軸を回転させるようにした多関節ロボット
において、上記基台側で上記第１アームの後端部に第１
アームの回転軸方向に伸びる中空孔を形成し、上記基台
に取り付けられ上記第１アームを回動自在に支持する中
空軸を上記中空孔内に挿入し、上記中空孔を形成した側
と逆側の上記第１アームの後端部には上記中空軸と同軸
上にかつ上記中空軸と離間対向して第１軸を設け、上記
中空軸と上記第１軸とにより上記第１アームの両側を基
台に対し回動自在に支持し、上記中空軸内に上記モータ
のモータ出力軸を臨ませ、このモータ出力軸と対向して
このモータ出力軸のよって駆動される回転軸を上記中空
軸内部に設け、上記モータ出力軸と上記回転軸との間に
減速機を設け、上記中空軸内に上記回転軸を突出させ、
上記回転軸の突出部にプーリを固定し、このプーリに上
記ベルトをかけ、このベルトをエンドレスとしたことを
特徴とする多関節ロボット