JPH0630853B2

JPH0630853B2 - 回動ア−ムの関節構造

Info

Publication number: JPH0630853B2
Application number: JP60200098A
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: JPS6263073A; US4754663A

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てい
る。そして、これらの駆動源は、通常、それぞれのアー
ムの関節部分に取り付けられており、したがってロボッ
トの基台部分から離れた位置に設けられている。このア
ームが旋回運動を行うときに、上記モータが回転運動の
負荷となり、また運動の停止時に大きな慣性力を発生す
る。このため、ロボットアームの位置決め精度が確保し
にくく、またロボットの基台側の取り付け部に前だおれ
を防ぐため、充分な剛性が必要となる。

例えば特開昭５９−７５９３号の発明は、アーム駆動用
のモータを基台に固定し、ベルトおよびプーリなどの巻
き掛け伝動手段によって、関節部分に回転を伝達するよ
うにし、またそれぞれの関節部内にハーモニック減速機
を組み込み、モータの回転を減速し、その出力でアーム
を回すようにしている。

ところが、各関節部分の連結が片持ち状態であり、姿勢
が不安定な状態となり、特に前だおれ傾向になりやすい
ほか、その連結部分の構造上、回転位置センサーの取り
付けが困難である。また駆動モータが固定台に取り付け
られているため、回転伝達機構が複雑で、しかもその固
定台の部分に他の駆動源、例えばアームの先端の作業軸
の駆動用モータなどの取り付けが困難となる。

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
分の慣性を小さくし、またその連結部分の剛性を大きく
することによって、動作の高速化、および位置決めの高
精度化を図りながら、その関節部分の構造を簡略化する
ことである。

発明の解決手段そこで、本発明は、第１アームの先端部分に、この第１
アームに連結される第２アームを支持するために、支持
板および突軸部を対向状態で設け、これらの間に第２ア
ームの後端に形成した中空軸部分を回動自在に連結し、
この中空部分の内部に減速機を組み込み、その減速機の
出力側を第２アームに連結し、また入力側の部分を上記
支持板に対して、回転自在に支持し、例えば第１アーム
の側の駆動源により、回転力を取り入れるようにしてい
る。また本発明は、これらの関節部分の第２アーム側に
検出板を取り付け、この検出板の回転位置を第１アーム
側のセンサーによって検出することにより、それらのア
ームの回転角度を直接検出できるようにしている。更に
また、他の軸への回転伝達を行う中継用のプーリは、第
２アームの回転を行う軸とは別個の第２軸に支持させる
ことにより、他の軸への回転伝達が第２アームの円滑な
旋回運動に悪影響を与えることのないようにしている。

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
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の後端部分の内部に臨み、軸受け２５によって第１ア
ーム３の後端上方部分の軸受け孔３ａを回動自在に支持
している。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２８の
回転は、その減速機２９のウェーブジェネレータ３０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２
４から突出され、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。このようにして第２軸
３８、中空突軸３９および回転軸４８は、同一中心線上
で別体として構成されている。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、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９２、９３、９
４、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アームの先端部分に対し、第２アームの後端
部分がそれぞれ別体で形成された第２軸および中空突軸
とにより離間対向して設けられており、いわゆる両持ち
状態で第２アームが支持されているので、その関節部分
での剛性が高くなり、上記第２アームの円滑な旋回運動
によって高い位置決め精度が確保できる。

また、上記第２アームを旋回運動させる駆動源は、上記
第２アームが上記第２軸および上記中空突軸とにより両
持ちの状態で支持された関節部分と異なる位置であり、
かつ、上記第１アーム側に上記駆動源が取り付けられて
いるので、上記関節部分の重量が上記第１アーム（基
台）側に移動し、上記第２アームの旋回運動時の慣性は
小さくなり、その分、運動の高速化、および、停止時の
位置決め精度が高められる。

さらに、回転軸と上記第２アームとの間であって上記第
２アームの中空孔内部に減速機を設けており、それぞれ
別体で形成された上記中空突軸、第２軸および上記回転
軸が上記中空突軸の中心線上に設けられているので、上
記関節部分での回転の伝達系が各アームの旋回軸部分と
共通となり、すなわち、それらの軸部分が同心的に構成
でき、上記関節部分に支持構造や、回転の伝達系が合理
的に配置でき、機構的に簡単となる。

また、上記関節部分の上記中空突軸に検出板を取り付
け、上記第１アーム側に上記検出板を取り付けることに
より上記第２アームのアーム位置を検出するセンサーを
取り付けているので、アームの回転位置を直接検出でき
る。さらに、上記検出板に取り付け、取り外しも容易と
なり、センサーとの調整においても簡単に行える。

そして、他の軸への回転伝達を行う中継用のプーリを、
上記第２アームの回転を行う軸とは別個の上記第２軸に
支持させたから、他の軸への回転伝達を上記第２アーム
の円滑な旋回運動に悪影響を与えることなく行えること
ができる。

【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】回動可能な第１アームの先方に第２アーム
を回動自在に連結する関節部において、上記第２アーム
の後端に中空孔を設け、この中空孔の一側には上記中空
孔とは反対側に向かって突出する中空突軸を設け、この
中空突軸を回動自在に支持する支持板を上記第１アーム
の先方に取り付け、上記中空孔の他側には上記支持板お
よび上記中空突軸の中心線上に第２軸を離間対向して設
けて、上記支持板が上記中空突軸を、上記第２軸が上記
中空孔の部分をそれぞれ回動自在に支持し、上記中空突
軸の中心線上に上記第２軸および上記中空突軸と別体に
設けられた回転軸を回転自在に支持して、この回転軸と
は別位置であり、かつ、上記第１アーム側に設けられた
駆動源と回転結合し、上記回転軸と上記第２アームとの
間であって上記中空孔内部に減速機を設け、上記中空突
軸に検出板を取付け、上記第１アーム側に上記検出板を
取付けることにより上記第２アームのアーム位置を検出
するセンサーを取付ると共に、上記第２軸に中継用のプ
ーリを回転自在に支持させたことを特徴とする回動アー
ムの関節構造。