JPH07108485A - ロボット等の回転関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケーブル類の配線、配管等に用いるユティリ
ティ領域を減速機の中心部の貫通孔部に確保し、かつ回
転動作に当たり高負荷に耐えることが可能に減速機の外
側に外部軸受を備えたロボット等の回転関節を提供する
ことにある。 【構成】 ロボット等の産業機械において、固定部１２
に対して相対回転する回転部３０を備え、同回転部３０
の回転駆動力を駆動源Ｍから中空減速機２０を介して該
回転部３０に伝動するとき、該減速機の貫通孔２２を減
速機２０を挟む上下ユティリティー領域１４、３８の連
通領域に形成し、ケーブル類４０の配線、配管空間とし
て利用可能にし、かつ、中空減速機２０の出力要素の外
周に外部荷重に対して大きな荷重支持力を発揮する軸受
１６を設けた構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの旋回
胴、腕関節や工作機械等の産業用機械における回転軸部
等の回転関節、即ち、ロボット等の回転関節に関し、特
に、駆動源の回転出力を減速する減速機として中心部に
円筒状の貫通領域を有した中空減速機を用いた回転関節
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動モータ等の駆動源の回転出力を減速
機により減速し、その減速回転出力により回転部を固定
部に対して相対的に回転駆動する固定部、回転部、駆動
モータおよび減速機から成る回転駆動機構を備えた回転
関節の構造は、例えば、産業用ロボットの各関節部や工
作機械の回転軸等において多用されている。

【０００３】他方、このような回転関節に用いる減速機
として遊星歯車式減速機が、近年、多用される傾向にあ
る。この種の減速機は、回転入力を減速する減速歯車機
構を内蔵して減速回転出力を直接出力する一体ユニット
型の減速装置に形成され、多段の歯車機構を経由して順
次に減速する旧来の減速歯車機構に比較して配置空間を
大幅に縮小できる利点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】他方、産業用ロボット
における回転関節部の構造は、この種の減速機を用いな
がら、同減速機が固定要素と回転要素との相対回転軸心
の軸線上に配設れているため、減速機の中心軸線方向に
見て一端側に広がる空間領域から他端側に有る空間領域
を連通する空間領域が確保できず、例えば、電気信号や
電源用のケーブルの匍匐、配線又は圧力空気、冷却水等
のパイプやチューブの配管は、減速機の外周域を経る構
成が採られていた。このため、ケーブルをケーブルガイ
ド等の保護手段でケーブル心線の捩じれ、折れ等による
破断の防止、ケーブルシース（外鞘）の損傷防止を図
り、或いは配管類を支持フレームにより支持して保護を
図る構成が採られていた。

【０００５】然しながら、このように減速機の外周域を
ケーブルや流体導管路等の配設空間として利用すること
は、ロボット要素等の機構部のコンパクト化を妨げ、ま
た、ケーブルガイドを設けることは、回転要素の回転範
囲を制限したり、縮減させる原因となる場合が多々あっ
た。しかも、従来の産業用ロボットにおいては、回転要
素を介してワーク等の負荷々重から伝達する負荷を、減
速機に内蔵された軸受手段で支承することが多く、軸受
径の小さい内蔵型の軸受に過大な負荷が掛って寿命低下
につながる場合が多く、高負荷には充分な支承能力と耐
用寿命とを発揮できないと言う欠点があった。ここで、
ケーブル類をロボット機体の内部で回転関節の外周域を
匍匐、配線または配管する構造を採らねばならない原因
を考慮すると、固定部と回転部とを相対回転可能に結合
する領域で、減速機により配線や配管を許容する利用空
間、即ちユティリテー領域が２つに分断され、これら両
者を相互に結合する連通領域が無いことに起因する。

【０００６】依って、本発明の目的は、産業用ロボット
を始めとする産業機械の回転関節における従来の問題点
を解決することにある。本発明の他の目的は、入力部と
出力部とを一体ユニットとして具備すると共に同ユニッ
トの中心領域に適正径の貫通孔を有した中空減速機を用
いることにより従来の問題点を解決し得るようにしたロ
ボット等の回転関節を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的に鑑みて、本
発明は、ロボット等の産業機械において、固定部に対し
て相対回転する回転部を備え、同回転部の回転駆動力を
駆動源から減速機を介して該回転部に伝動するとき、該
減速機を上述した中空減速機により構成し、その貫通孔
を減速機を挟む上下利用空間（ユティリティー領域）の
連通領域に形成し、以てケーブルやチューブ、パイプの
配線、配管空間として利用可能にし、かつ、中空減速機
の出力要素の外周に外部荷重に対して大きな荷重支持力
を発揮する軸受手段を設けた構成としたものである。

【０００８】即ち、本発明によれば、駆動モータの回転
出力を減速して固定部に対して回転部を所定の回転軸心
回りに回転させるロボット等の回転関節において、前記
駆動モータの回転駆動力を所定軸心回りの回転出力に減
速して前記回転部に伝達する出力部を有し、中心部に中
空円筒孔を備えた中空減速機と、前記固定部に静止輪が
係止され、前記中空減速機の出力部の外周に回転輪が係
止された外部軸受装置と、前記中空減速機の中空円筒孔
に設けられ、前記中空減速機の軸方向両側のユティリテ
ィ領域を相互に連通する円筒領域を確保する円筒壁形成
手段と、を具備して構成されたことを特徴とするロボッ
ト等の回転関節が提供される。

【０００９】

【作用】上述の構成によれば、回転関節は、ケーブルガ
イドやチューブ案内金具等の保護手段を用いることな
く、ケーブル、チューブ、パイプ（以下、総称してケー
ブル類と言う）を中空減速機の中心域に形成された貫通
孔を介したルートにより配線、配管されるので、回転部
の回転動作時にケーブル類に掛かる負担を軽減すること
ができ、かつ、減速機回りのコンパクト化と回転要素の
回転範囲の増加を図り得ると同時に減速機は、外部軸受
を介して機械に掛かる外部荷重に対し大きな負荷支承力
を発揮することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて更に詳細に説明する。図１は、本発明の１実施例に
係る回転関節として産業用ロボットの基台と旋回胴との
間に設けた回転関節の構成を示した断面図である。同図
１において、産業用ロボット１０の固定ベース１２は、
内部に所要の構造要素を配設したり、又、配線、配管の
ルートとして利用可能なユティリティ領域を形成する空
間１４を備えた筒体構造要素として形成され、上部に
は、皿板状の天井基板１２ａを有している。この固定ベ
ース１２の天井基板１２ａの上面には大径の軸受１６、
例えば、周知のクロスローラ型ベアリングベアが装着さ
れ、この軸受１６の内輪に回転可能に支持された減速機
２０が搭載されている。図示には詳細に示されていない
が、同減速機２０は中心部側に入力要素を備え、この入
力要素は複数のボルトねじ３２を介して上記の固定ベー
ス１２に強固に固定されており、この入力要素の外周域
に減速出力要素を備え、同減速出力要素が上記軸受１６
により外部から支持される共に、ボルトねじ３４によ
り、回転要素を成すロボット旋回胴３０に結合されてい
る。

【００１１】上記の減速機２０は、中心部に比較的径が
大きな貫通孔２２が形成され、本実施例では、この貫通
孔２２内には同貫通孔２２をケーブル挿通路として区
画、形成する筒体状の中空スリーブ要素３６がその底部
フランジ３６ａにより固定ベース１２の天井基板１２ａ
にねじ止めにより止着されている。ロボット旋回胴３０
の中心部にもユティリティ領域３８が形成され、上記の
貫通路２２は、固定ベース１２のユティリティ領域１４
とロボット旋回胴３０のユティリティ領域３８とを連通
するユティリティ領域に形成され、特に、本実施例で
は、ケーブル類４０を下部のユティリティ領域１４から
上部のユティリティ領域３８へ或いはその逆向きに配
線、配管する配線、配管領域として配設されている。

【００１２】ここで、上記ケーブル類４０は固定ベース
１２の一部に形成された入力ポート１２ｂから下部ユテ
ィリティ領域１４に入り、中空形の減速機２０の貫通孔
２２に挿通されたスリーブ要素３６の内部を通過して上
部ユティリティ領域３８に達している。そして、回転要
素であるロボット旋回胴３０に止め金具４２を用いて固
定されている。つまり、ケーブル類４０はケーブルガイ
ドや種々の支持具等の保護手段を全く用いることなく、
減速機２０の中心領域を経由して固定ベース１２側から
旋回胴３０側へ配線、配管されており、旋回胴３０が、
減速機２０の減速出力要素の回転中心を中心にして旋回
動作する場合にも、その旋回の中心線に沿ってケーブル
類４０が延設されていることから、ケーブル類４０に生
ずる捩じれや曲がり等に伴う心線の伸縮作用が軽減さ
れ、ケーブル類４０の内部、外部の損傷を可及的に防止
できる利点がある。しかも、上述のようにケーブル類４
０に対する保護手段を減速機２０の周囲に必要としない
ことから、機構全体のコンパクト化が可能になってい
る。

【００１３】ここで、ロボット旋回胴３０の旋回動作
は、同旋回胴３０自体に搭載された伝動モータ、例え
ば、周知のサーボモータを駆動源Ｍにし起動される構成
を有している。駆動源Ｍの回転出力は、同駆動源Ｍの出
力軸４４に取着されたピニオン４５から減速歯車機構の
伝動歯車４６、４７を経て減速機２０の入力軸に取着さ
れた入力歯車４８に伝達され、この回転入力が減速機２
０の内部で減速され、その出力要素から減速出力として
旋回胴３０に伝達される構成を有している。

【００１４】このとき、ロボット機体においては、ロボ
ットハンド等のエンドエフェクタからロボット手首やロ
ボット腕を経て旋回胴３０に掛かる高負荷が、減速機２
０に対して大きな負荷として作用するが、減速機２０の
出力要素が大きな径を有した外部軸受１６により支承さ
れているので、荷重に対して大きな耐性を備えることが
できるのである。

【００１５】また、減速機２０の周囲に上述のように、
ケーブルガイド等のケーブル類４０の保護手段が設けら
れていないことから、ユティリティ領域１４、３８を共
に有効に利用して旋回胴３０の旋回動作を遂行させるこ
とができ、回転動作範囲に何ら制限を受けない利点を備
えているのである。上述した実施例は、産業用ロボット
の固定ベースに対して相対的に旋回動作する旋回胴を対
象とした回転関節の構成に就いて説明したが、本発明
は、上述した産業用ロボットの旋回胴に適用した回転関
節に就いて説明したが、ロボットの他の回転関節、例え
ば、ロボット胴に対して相対的に回転動作するロボット
腕の回転関節、ロボット腕に対して相対的に回転するロ
ボット手首の回転関節等に対しても等しく本発明の構成
を適用可能であることは容易に理解可能であろう。

【００１６】また、産業用ロボットに限定することな
く、工作機械、産業車両等が有する回転関節に対しても
同様に適用可能であることは言うまでもない。なお、中
空減速機として、帝人製機社のＲＶ減速機等の市販減速
機を利用可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ロボット等の産業機械において、固定部に対
して相対回転する回転部を備え、同回転部の回転駆動力
を駆動源から減速機を介して該回転部に伝動するとき、
該減速機を上述した中空減速機により構成し、その貫通
孔を減速機を挟む上下利用空間（ユティリティー領域）
の連通領域に形成し、以てケーブルやチューブ、パイプ
の配線、配管空間として利用可能にし、かつ、中空減速
機の出力要素の外周に外部荷重に対して大きな荷重支持
力を発揮する軸受手段を設けた構成としたものであるか
ら、ケーブル類の配線、配管のルート確保を容易化する
と共に、ケーブル類の保護手段を排除して配線、配管で
きることから、回転部の構造、機構のコンパクト化と共
にケーブル類を引きずった回転動作が行われないことか
ら、同回転部の回転範囲の拡大を図ることが可能になっ
た。しかも、ケーブル類には、回転部の回転動作に伴う
捩じれや曲げによる負担が最小限に軽減でるので、ケー
ブル類自体の耐性を増加して回転関節の作動信頼性を向
上させることが可能となる。

【００１８】また、中空減速機は、その出力要素が大き
な径を有した軸受により、回転支持されているため、従
来の減速機内蔵の小径軸受に比較して充分に大きな外負
荷に対して耐用性を発揮でき、故に、高負荷に耐える信
頼性の高い、長寿命の産業機械を得ることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る回転関節として、産業
用ロボットの旋回胴の関節を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…産業用ロボット １２…固定ベース １４…空間 １６…軸受 ２０…減速機 ２２…貫通孔 ３０…旋回胴 ３６…スリーブ要素 ３８…ユティリティ領域 ４０…ケーブル類

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動モータの回転出力を減速して固定部
   に対し、回転部を所定の回転軸心まわりに回転させるロ
   ボット等の回転関節において、 前記駆動モータの回転駆動力を所定軸心まわりの回転出
   力に減速して前記回転部に伝達する出力部を有し、中心
   部に中空円筒孔を備えた中空減速機と、 前記固定部に静止輪が係止され、前記中空減速機の出力
   部の外周に回転輪が係止された外部軸受装置と、 前記中空減速機の中空円筒孔に設けられ、前記中空減速
   機の軸方向両側のユティリティ領域を相互に連通する円
   筒領域を確保する円筒壁形成手段と、を具備して構成さ
   れたことを特徴とするロボット等の回転関節。