JPH0976187A - 産業用ロボットの手首構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一部品からなり、一部の部品を付け替える
だけでインライン手首とオフセット手首との両状態を実
現できる手首の構造を得ること。 【解決手段】 ３つの回転自由度を有する産業用ロボッ
トの手首３０の構造として、手首ケーシング３６、５０
の前端部分の異なる２つの位置に手首出力端要素６０、
６２を付け替え可能に装着する１対の装着口６８、７０
を設け、その装着口６８、７０の一方の開口６８に手首
出力端要素６０、６２を装着したとき、第１と第３の回
転軸線を同一面内に配置したインライン手首を構成し、
他方の装着口７０に手首出力端要素６０、６２を装着し
たとき、第１と第３の回転軸線を異なる平面内に配置し
たオフセット手首を構成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
手首、特に、ロボットアームの先端に設けられ、第１〜
第３の回転軸線の回りに３つの回動自由度を有する手首
の構造に関し、エンドエフェクタと接続される手首出力
部分を手首ケーシングに対して付け替えることにより、
インライン手首からオフセット手首へ、またその逆にオ
フセット手首からインライン手首へ簡単に切替え可能に
した産業用ロボットの手首の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットのアーム先端に備えられ
る手首において、アーム軸と同軸の第１の回転軸線の回
りに第１の回動自由度を有し、この第１の回転軸線と直
交した第２の回転軸線の回りに第２の回動自由度を有
し、また第１の回転軸線を含む平面と同一平面内または
平行な平面内に在る第３の回転軸線の回りに第３の回動
自由度を有した３自由度の手首は既に周知である。

【０００３】また、この種の３自由度の手首において、
上述した第１の回転軸線を含む平面と第２の回転軸線と
を同じ平面内内に有する構造の手首は、一般的にインラ
イン手首と呼称され、また第１の回転軸線を含む平面と
平行でかつ異なる平面内に第３の回転軸線を含む構造の
手首は、オフセット手首と呼称されて周知であり、産業
用ロボットの用途に応じて何れかの手首がロボットアー
ムの先端に予め装備される構成を有している。

【０００４】この種のインライン手首およびオフセット
手首の従来の構造は、それぞれ、図３、図４に図示され
ている。図３はロボットアーム１の先端に設けられたイ
ンライン手首の構造を略示しており、同アーム１の基端
側に設けられた第１の駆動モータ２の出力端に取着され
たギア５と噛合するギア６を介して同第１の駆動モータ
２の駆動に従ってロボットアーム１と共に手首ケーシン
グ７が第１の回転軸線（Ｊ４軸）の回りに回動する構造
を有し、この手首ケーシング７に取り付けられた手首出
力部２０には同じ第１の回転軸線の回りに回動出力が取
り出される。また、ロボットアーム１の基端側に設けら
れた第２の駆動モータ３の出力端に取着されたギア８と
噛合するギア９を介してロボットアーム１の内部の中間
軸１０が回動すると、この中間軸１０の先端に設けられ
た１対のベベルギア機構１１を介して手首ケーシング７
は上記の第１の回転軸線（Ｊ４軸）と直交した第２の回
転軸線（Ｊ５）の回りに回動する。そして、この手首ケ
ーシング７の第２の回転軸線回りの回動によって、手首
出力部２０には同じ第２の回転軸線（Ｊ５軸）の回りに
回動出力が取り出される。更に、ロボットアーム１の基
端側に設けられた第３の駆動モータ４の出力端に取着さ
れたギア１２と噛合したギア１３を有する内軸１４は、
第３の駆動モータ４の回転駆動に従って回動し、この内
軸１４の回動は手首ケーシング７の内部に設けられた１
対のベベルギア機構１５、平歯車機構１６、他の１対の
ベベルギア機構１７を順次に介して手首出力部２０に伝
動され、故に、同手首出力部２０から第３の回転軸線
（Ｊ６軸）の回りの回動出力が取り出される。ここで、
既述のように、インライン手首では第１の回転軸線（Ｊ
４軸）と第２の回転軸線（Ｊ６）軸とが同じ平面内に含
まれた構造を有している。

【０００５】他方、図４は、ロボットアーム１の先端に
設けられたオフセット手首を略示している。このオフセ
ット手首においては、手首ケーシング７ａの内部に設け
られたベベルギア機構から成る伝動機構が、インライン
手首の場合のベベルギア機構１１、１５、１７、平歯車
機構１６等から成る伝動機構と全く異なる配置、構造を
有していることから、図４の図示から明らかなように、
オフセット手首は、第１の回転軸線（Ｊ４軸）を含む平
面からオフセットした別の平行な平面内に第３の回転軸
線（Ｊ６軸）を有する構造をしている。

【０００６】すなわち、第１の駆動モータ２の回転駆動
により、ロボットアーム１を介して手首ケーシング７ａ
が第１の回転軸線（Ｊ４軸）の回りに回動し、従って手
首ケーシング７ａに取着された手首出力部２０ａは大き
な半径を有して第１の回転軸線の回りに回動し、同回動
出力が手首出力部２０ａの出力端に取り出される。他
方、第２の駆動モータ３の回転駆動力は、中間軸１０を
介して手首ケーシング７ａの内部の１対のベベルギア機
構１１ａを介して同手首ケーシング７ａを第１の回転軸
線（Ｊ４軸）と直交した第２の回転軸線（Ｊ５軸）の回
りに回動させる。故に、同回動出力が手首出力部２０ａ
の出力端から取り出される。

【０００７】また、第３の駆動モータ４の回転駆動力は
内軸１４を介して手首ケーシング７ａの内部のベベルギ
ア機構１５ａと１７ａとを介して手首出力部２０ａに伝
動され、同手首出力部２０ａの出力端から第３の回転軸
線（Ｊ６軸）回りの回動出力が取り出される構造を有し
ている。上述した図３、図４に示すインライン手首、オ
フセット手首の構造から明らかなように、手首ケーシン
グ７、７ａの構造が大きく異なると共にこれらの手首ケ
ーシング７、７ａ内に設けられるベベルギア機構等の伝
動機構の構造が互いに大きく異なるために、両手首は、
全く異なる種類の手首装置として設計、製造、組立が採
用されていた。

【０００８】そして、このように、インライン手首、オ
フセット手首の構造が全く異なることから、産業ロボッ
トの使用現場等で用途に応じてインライン手首とオフセ
ット手首とを使い分ける必要がある場合には、図３、図
４に点線で包囲、図示した手首装置をそっくり産業用ロ
ボットロボットアーム１に対して交換し、使用すること
となることから、予めインライン手首とオフセット手首
とを備えておく必要性があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】依って、インライン手
首とオフセット手首とは別装置であり、異なる手首部品
から構成される結果、部品点数も増加して製造コストの
低減にもおのずから制限があると言う問題点がある。し
かも、ロボット使用現場では、１台の産業用ロボットで
インライン手首とオフセット手首とを組にして準備して
おく必要があることから、各台毎のロボット機体の価格
も割高になると言う問題点もある。

【００１０】また、手首の交換においては、各インライ
ン手首、オフセット手首をそっくりロボットアームの先
端に対して交換するため、交換作業も手軽に行うことが
困難になると言う問題もあった。依って、本発明の目的
は、上述した諸問題点を解消することができる産業用ロ
ボットの手首を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、ロボット手首の製造
コストの低減を図り、ひいては産業用ロボットの機体の
コスト低減を図ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の発明の目的に鑑み
て、本発明は、インライン手首とオフセット手首とを共
通した部品で製造、組立て可能とし、しかも１台の手首
装置で一部の部品を付け替えることにより、インライン
手首からオフセット手首に、また逆にオフセット手首か
らインライン手首へ変更することが可能な産業用ロボッ
トの手首の構造を提供せんとするものである。

【００１３】すなわち、本発明によれば、ロボットアー
ムの先端に接続され、第１から第３の異なる回転軸線の
回りに３つの回転自由度を有する産業用ロボットの手首
の構造において、手首ケーシングの前端部分の異なる２
位置に手首出力端要素を付け替え可能に装着する２つの
装着口を設け、該２つの装着口の一方に前記手首出力端
要素を装着したとき、前記第１と第３の回転軸線を同一
面内に配置したインライン手首を構成し、他方の装着口
に前記手首出力端要素を装着したとき、前記第１と第３
の回転軸線を異なる平面内に配置したオフセット手首を
構成するようにした産業用ロボットの手首構造を提供す
るものである。

【００１４】また、本発明によれば、ロボットアームの
先端に接続され、３つの異なる回転軸線回りに第１から
第３の回転自由度を有する産業用ロボットの手首におい
て、前記ロボットアームに設けた第１の駆動モータの駆
動に従って該ロボットアームに対して前記第１の回転軸
線の回りに回動可能に設けられた手首ケーシング、前記
手首ケーシング内に設けられた第２の駆動モータの駆動
によって該第１の手首ケーシングに対して前記第１の回
転軸線と直交した前記第２の回転軸線の回りに回動可能
に設けられた手首出力要素と、前記手首出力要素内に設
けられた第３の駆動モータの駆動によって該手首出力要
素に対して前記第３の回転軸線の回りに回動可能な手首
出力端と、を具備し、前記手首ケーシングの前端に１対
の装着口を形成して前記手首出力要素を該１対の装着口
の間で付け替えることにより、前記第１、第３の回転軸
線を同一平面内に設定する配置と前記第１、第３の回転
軸線を異なる平行な平面内に設定する配置とを自在にと
り得る構成を備えた産業用ロボットの手首が提供され
る。

【００１５】この場合に、上記手首ケーシングは、第２
の駆動モータと手首出力要素との間に１対のベベルギア
機構と１組の減速平歯機構とを内蔵することにより、上
記の手首出力要素を第２の駆動モータの出力回転に対し
て所定の減速率により第２の回転軸線の回りに回動可能
に形成している。また、手首ケーシングは、断面が第１
の長方形断面部と、その第１の長方形断面部よりも幅の
狭い第２の長方形断面部とを有してなり、第１の長方形
断面部の先端領域に第２の長方形断面部の後端領域を結
合し、該第２の長方形断面部の先端領域に手首出力要素
を付け替え自在に装着する１対の装着口を有した構造を
備えた中空構造体として形成されている。そして、手首
出力要素をインライン手首からオフセット手首に付け替
える場合および逆にオフセット手首からインライン手首
に付け替える場合には手首出力要素と手首ケーシング内
の１組の減速平歯車機構とを一体にして一方の装着口か
ら他方の装着口に付け替えるものである。

【００１６】このような構成によれば、１つの手首装置
でインライン手首状態とオフセット手首状態とを何ら部
品の交換を行うことなく実現することが可能となり、故
に、低コストの産業用ロボットの手首を得ることが可能
となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１実施形態に係
る産業用ロボットの手首の構造を示し、特にインライン
手首の状態を示した断面図であり、図２は同オフセット
手首の状態を示した断面図である。図１において、本発
明に係る産業用ロボットの手首３０は、ロボットアーム
２８の先端に装着される装置として構成され、本実施形
態では、同アーム２８の先端領域の内部に格納された第
１の駆動モータ３２、同第１の駆動モータ３２の先端に
設けられた減速機３４から成る駆動源によりロボットア
ーム２８に対して第１の回転軸線（Ｊ４軸）の回りに回
動可能な手首ケーシング下部３６を有し、この手首ケー
シング下部３６の内部に設けられた支持棚３６ａに第２
の駆動モータ３８が、取付けねじ等の適宜の取付け手段
によって取着され、該支持棚３６ａの中央開口部を介し
て延長した該駆動モータ３８の出力軸の先端に取付けら
れた１つのベベルギア４０ａが、手首ケーシング下部３
６の先端域内に側方から回転軸受４２を介して臨む回転
軸４４の内端に固定されたベベルギア４０ｂに噛合し、
同回転軸４４に第２の駆動モータ３８の回転を伝動して
いる。この回転軸４４の外端には１つのピニオン平歯車
４８ａを有し、このピニオン平歯車４８ａは手首ケーシ
ング下部３６の先端域に一体構造で形成された手首ケー
シング上部５０内で減速用平歯車４８ｂと噛合してい
る。この後者の減速用平歯車４８ｂは、手首ケーシング
上部５０の内部に回転軸受５２、５２により回転自在に
保持された短軸５４上に取着され、この短軸５４上に列
設された小平歯車５６ａと噛合した減速用平歯車５６ｂ
に回転を伝動している。減速用平歯車５６ｂは、手首ケ
ーシング上部５０の内部で回転軸受５８を介して回転自
在に保持された回転軸６０の一端に取着され、この回転
軸６０の他端は手首ケーシング上部５０の外方に突出し
て手首出力要素６２に直結されている。従って、手首出
力要素６２は、回転軸６０の回転に応じて手首ケーシン
グ上部５０に対し、該回転軸６０の回転軸線を手首の第
２の回転軸線（Ｊ５軸）にして回動することが可能であ
る。

【００１８】上記手首出力要素６２は、内部に第３の駆
動モータ６４を内蔵し、同第３の駆動モータ６４の出力
端６６、または同モータ６４の出力端に直結した減速機
の出力端（図示なし）を手首３０の出力端に形成してい
る。ここで、手首ケーシング上部５０における上述した
回転軸６０は、該手首ケーシング上部５０の先端域に開
口された１つの同軸の開口６８、７０において一方の開
口６８に回転軸受５８を装着し、この回転軸受５８を介
して回転自在に取付けられることにより、手首出力要素
６２は第１の回転軸線（Ｊ４軸）と第３の回転軸線（Ｊ
６軸）とが共に同じ平面内に含まれるように配置された
構造となり、従って手首３０はインライン手首として形
成された状態にある。

【００１９】なお、このとき、手首ケーシング上部５０
の他の開口７０には適宜のキャップまたはカバー７２を
被着されて同開口７０から手首ケーシング上部５０の内
部に塵埃等が混入しない処置が取られる。ここで、図２
を参照すると、上記の回転軸６０はその回転軸受５８を
手首ケーシング上部５０の他の開口７０に装着すること
により、図３に示した手首出力要素６２に対してちょう
ど、対称の位置に同手首出力要素６２が設けられ、この
結果、手首出力要素６２は、その第３の回転軸線（Ｊ６
軸）が含まれる平面が第１の回転軸線（Ｊ４軸）の含ま
れる平面に対してオフセット（離隔）した位置に来る構
成となり、故に、手首３０はオフセット手首を形成して
いる状態にある。

【００２０】この場合には、キャップまたはカバー７２
は開口６８に被着される。以上の説明から理解できるよ
うに、本発明の実施形態に係る手首３０は、単に手首ケ
ーシング上部５０に設けた１対の開口６８、７０に対し
て回転軸６０および回転軸受５８と共に同回転軸６０の
外端に取着された手首出力要素６２を付け替えること
で、インライン手首とオフセット手首との間の交換を達
成することができるのである。この場合に、このような
付け替えは、手首ケーシング上部５０の内部に設けられ
ている減速歯車対５６ａ、５６ｂが平歯車対から成るこ
とにより、付け替え前後で減速歯車機構の構造、作用は
全く、不変に維持することができる。従って、ロボット
アーム２８に手首３０を装着した状態で簡単にインライ
ン手首とオフセット手首との付け替え、交換を遂行する
ことができる。しかも、手首ケーシング下部３６と手首
ケーシング上部５０は内部にそれぞれ、大小の長方形断
面の中空空間を有した簡単な箱体構造を有することか
ら、製造、組立が簡単化される有利を有している。ここ
で、図３、図４に示すように、手首ケーシング下部３６
の先端域に一体に取着、形成された手首ケーシング上部
５０は、線５０ａで示す部分を境として２分可能に形成
され、かつ適宜のボルトねじを用いて両者を結合できる
ように形成されている。この結果、インライン手首とオ
フセット手首との付け替え時には、この手首ケーシング
上部５０を二つに分離することにより、手首出力要素６
２と回転軸６０との付け替え作業を簡単化させることが
可能となる。

【００２１】上述した実施形態では、ロボットアーム２
８の先端域に手首３０の第１の駆動モータ３２を保持し
た構造例としたが、この第１モータ２８は必要に応じて
ロボットアーム２８の後端域に設け、その出力端で回動
される軸棒をアーム２８の先端まで延設して手首３０に
第１の駆動モータ３２の回転出力を入力する構造例とし
ても全く同じ作用、効果を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の実施形態の記載を介して、本発明
によれば、ロボットアームの先端に接続され、第１から
第３の異なる回転軸線の回りに３つの回転自由度を有す
る産業用ロボットの手首において、手首ケーシングの前
端部分の異なる２位置に手首出力端要素を付け替え可能
に装着する２つの装着口を設け、その２つの装着口の一
方に前記手首出力端要素を装着したとき、前記第１と第
３の回転軸線を同一面内に配置したインライン手首を構
成し、他方の装着口に前記手首出力端要素を装着したと
き、前記第１と第３の回転軸線を異なる平面内に配置し
たオフセット手首を構成するようにしたので、インライ
ン手首とオフセット手首とを共通の手首部品で構成で
き、しかも単一の手首装置内で一部の部品の付け替えに
よりそれらのインライン手首、オフセット手首を簡単に
実現することができるので、単一の産業用ロボットの機
体に一つの手首を設けることでインライン手首動作をオ
フセット手首動作との作用を実現できることとなり、部
品点数の削減と製造、組立の簡便化による低コスト化を
図り、かつ同時に一台の産業用ロボットの機能を向上さ
せ得る作用、効果を得ることができる。

【００２３】しかも、従来の手首装置のようにロボット
アームに対する手首装置全体を切替え取付けする煩瑣が
解消されるので、産業ロボットの現場における稼働効率
を向上させることも可能となる。更に、インライン手
首、オフセット手首を同一の手首部品を用いて製造、組
立により実現できることから、手首装置全体の製造コス
トの低減を図ることが可能と成った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に係る産業用ロボットの手
首の構造を示し、特にインライン手首の状態を示した断
面図である。

【図２】同オフセット手首の状態を示した断面図であ
る。

【図３】従来のインライン手首の構造を示す略示構造図
である。

【図４】従来のオフセット手首の構造を示す略示構造図
である。

【符号の説明】

２８…ロボットアーム ３０…手首 ３２…第１の駆動モータ ３６…手首ケーシング下部 ３８…第２の駆動モータ ４０ａ、４０ｂ…ベベルギア ４８ａ…ピニオン歯車 ４８ｂ…減速用平歯車 ５０…手首ケーシング下部 ５０ａ…線 ５８…回転軸受 ６０…回転軸 ６２…手首出力要素 ６４…第３の駆動モータ ６６…出力端 ６８、７０…開口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームの先端に接続され、第１
   から第３の異なる回転軸線の回りに３つの回転自由度を
   有する産業用ロボットの手首構造において、 手首ケーシングの前端部分の異なる２位置に手首出力端
   要素を付け替え可能に装着する２つの装着口を設け、 該２つの装着口の一方に前記手首出力端要素を装着した
   とき、前記第１と第３の回転軸線を同一面内に配置した
   インライン手首を構成し、他方の装着口に前記手首出力
   端要素を装着したとき、前記第１と第３の回転軸線を異
   なる平面内に配置したオフセット手首を構成するように
   したことを特徴とする産業用ロボットの手首構造。
2. 【請求項２】 ロボットアームの先端に接続され、３つ
   の異なる回転軸線回りに第１から第３の回転自由度を有
   する産業用ロボットの手首において、 前記ロボットアームに設けた第１の駆動モータの駆動に
   従って該ロボットアームに対し前記第１の回転軸線の回
   りに回動可能に設けられた手首ケーシングと、 前記手首ケーシング内に設けられた第２の駆動モータの
   駆動によって該第１の手首ケーシングに対して前記第１
   の回転軸線と直交した前記第２の回転軸線の回りに回動
   可能に設けられた手首出力要素と、 前記手首出力要素内に設けられた第３の駆動モータの駆
   動によって該手首出力要素に対して前記第３の回転軸線
   の回りに回動可能な手首出力端と、を具備し、 前記手首ケーシングの前端に１対の装着口を形成して前
   記手首出力要素を該１対の装着口の間で付け替えること
   により、前記第１、第３の回転軸線を同一平面内に設定
   する配置と前記第１、第３の回転軸線を異なる平行な平
   面内に設定する配置とを自在にとり得るようにした構成
   を特徴とする産業用ロボットの手首。