JPH106269A

JPH106269A - 工業用ロボット

Info

Publication number: JPH106269A
Application number: JP16025696A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Takahashi; 真義高橋
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-13
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: JP3785681B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はロボットのアーム及び手首部を軽量
化することを課題とする。【解決手段】第２アーム６は、後端には手首部７の各
軸を駆動するモータ１３〜１５が取り付けられている。
各モータ１３〜１５の出力軸は、第２アーム６に沿って
延在するロッド２２〜２４に連結され、各ロッド２２〜
２４の端部はロッド２５〜２７に連結されている。ロッ
ド２５，２７の端部には、螺旋状の係合部としてのウォ
ーム３７，３８が設けられている。また、第１ケース１
０の内部には、ウォーム３７，３８に歯合するウォーム
ホイール４７，４８が設けられている。モータ１３，１
５の回転駆動力がウォーム３７，３８及びウォームホイ
ール４７，４８を介して手首部７の軸に伝達される。第
２アーム６の内部にロッド２２〜２４が挿通され、第１
ケース１０の内部にウォーム３７，３８及びウォームホ
イール４７，４８が設けられて軽量化が図られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工業用ロボットに係
り、特にアーム先端に取り付けられた手首部の各軸に駆
動力を伝達する伝達機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に工場等の自動化ラインに設置され
る工業用ロボットには、主にプレイバック形の多関節ロ
ボットが使用されている。この種の工業用ロボットは、
大略、基台と、基台上で旋回する旋回ベースと、旋回ベ
ース上に起立する第１アームと、第１アームの上端より
水平方向に延在する第２アームと、第２アームの先端に
取り付けられた手首部とよりなる。

【０００３】手首部の先端には、例えば塗装ガンやハン
ド等の治具が装着されており、ワークの搬送に併せて所
定の作業を行うようにアーム及び手首部が動作する。手
首部は、互いに直交する３方向のＸ軸方向，Ｙ軸方向，
Ｚ軸方向の回転力が伝達されて駆動され、３次元動作を
行うことができる。

【０００４】また、手首部の各軸を駆動するためのモー
タは、第２アームの後部に取り付けられており、モータ
の回転駆動力は第２アームの内部に配設された伝達機構
を介して手首部の各軸に伝達される。このように手首部
にモータの回転駆動力を伝達する伝達機構としては、
例えば第２アームの中心に一の軸を駆動するロッドが挿
通され、ロッドの外側には他の２軸を駆動するためのト
ルクチューブが２重に配設されている。

【０００５】従って、第２アームの内部には、１本のロ
ッドよりなる第１の回転軸と、２本のトルクチューブよ
りなる第２、第３の回転軸とが同心円状に挿通されてお
り、各軸が干渉し合わないように各軸間が軸受により回
転自在に保持されている。そして、各軸の端部は傘歯車
を介して手首部の各軸に回転駆動力を伝達する構成とな
っている。

【０００６】また、別の伝達機構では、第２アームの
内部に３本のロッドが平行に配設され、手首部の内部に
１本のロッドよりなる第１の回転軸と、２本のトルクチ
ューブよりなる第２、第３の回転軸とが同心円状に挿通
され、さらにこれらと直交する方向に延在する回転軸と
２本のトルクチューブが設けられた構成とされ、第２ア
ームの内部に挿通された３本のロッドの回転駆動力が傘
歯車を介して手首部の各軸及びトルクチューブに伝達さ
れる構成となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような伝達機構
が用いられた従来の構成では、第２アームの内部に１
本のロッドと２本のトルクチューブ、及び各軸を軸承す
るための軸受が配設されており、特に２本のトルクチュ
ーブが鉄製であり、且つロッドに比べて断面が環状であ
るので断面積が大きく、その分重量が増大している。そ
のため、第２アームの総重量がかなり重くなり、第２ア
ームを駆動するモータを大型化して駆動トルクを確保す
る必要がある。

【０００８】また、上記のような伝達機構が用いられ
た従来の構成では、第２アームの内部に３本のロッドが
平行に配設されているので、第２アームの総重量が軽量
化されている反面、手首部に２本のトルクチューブが取
り付けられているため、手首部の重量が増大している。

【０００９】そのため、手首部を支持する第２アームの
先端部分の重量が増大することになり、その分第２アー
ムの肉厚を厚くして第２アームの剛性を高めなければな
らない。その結果、第２アーム自体の重量も増大するこ
とになり、手首部の先端に装着される治具（例えば塗装
ガン、ハンド等）の重量が制限されてしまうばかりか、
ロボットの動作速度が低下するため、第２アームを駆動
するモータを大型化する必要があった。

【００１０】そこで、本発明は上記問題を解決した工業
用ロボットを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、手
首部を駆動する駆動部と、該駆動部の回転駆動力を前記
手首部の各軸に伝達する伝達機構とを有する工業用ロボ
ットにおいて、前記伝達機構は、螺旋状の係合部を有す
る伝達部材を介して前記駆動部の回転駆動力を前記手首
部の各軸に伝達することを特徴とするものである。

【００１２】従って、本発明によれば、トルクチューブ
に代えてウォームギヤ等の螺旋状の係合部を有する伝達
部材を介して手首部を駆動できるので、従来の伝達機構
に用いられたトルクチューブを不要にして伝達機構の軽
量化を図ることができ、これに伴ってアーム駆動用モー
タの小型化も可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例を説明する。図１は本発明になる工業用ロボットの第
１実施例の構成図である。工業用ロボット１は、塗装エ
リア２内に設置されており、被塗装物が搬送されると、
予めティーチングされた塗装動作を行うプレイバック形
の多関節ロボットである。工業用ロボット１は、大略、
基台３と、基台３上でＡ軸回りに旋回する旋回ベース４
と、旋回ベース４上で起立しＢ軸回りに揺動する第１ア
ーム５と、第１アーム５の上端から水平方向に延在しＣ
軸回りに揺動する第２アーム６と、第２アーム６の先端
に設けられた手首部７とよりなる。

【００１４】手首部７の先端にはブラケット８を介して
塗装ガン９が取り付けられている。塗装ガン９は、第１
アーム５及び第２アーム６の揺動により所定の塗装高さ
位置に移動し、手首部７により塗料噴射方向が変更され
る。手首部７は、第２アーム６の先端に固着された第１
ケース１０と、Ｄ軸回りに回動する第２ケース１１と、
Ｅ軸回りに回動する第３ケース１２と、塗装ガン９をＦ
軸回りに回動させる軸１３とよりなる。ケース１１，１
２及び軸１３は、第２アーム６の基端部に取り付けられ
たモータ１４〜１６により個別に駆動される。そして、
各モータ１４〜１６の回転駆動力は、第２アーム６及び
手首部７の内部に設けられた伝達機構（図１では隠れて
見えない）を介して手首部７のケース１１，１２及び軸
１３に伝達される。

【００１５】工業用ロボット１は、各可動部がモータ
（図示せず）により駆動されて塗装ガン９の位置や塗装
方向を調整するようになっており、各モータはロボット
コントローラ１７からの制御信号により制御される。そ
して、工業用ロボット１の各関節部分には、各可動部の
角度を検出するためのエンコーダ（図示せず）が組み込
まれており、ロボットコントローラ１７はエンコーダか
ら出力された検出信号がフィードバックされることによ
り、各モータを制御して旋回ベース４、第１アーム５、
第２アーム６、手首部７を正確に駆動する。

【００１６】第２アーム６上には、色替バルブユニット
１８が取り付けられている。そして、塗装ガン９は、塗
料供給チューブ１９を介して色替バルブユニット１８に
接続されている。また、色替バルブユニット１８には、
複数の塗料供給チューブ２０が接続されており、各塗料
供給チューブ２０を介して各色の塗料が供給される。そ
して、色替バルブユニット１８の各弁は、ロボットコン
トローラ１７に設けられた色替制御装置（図示せず）に
より切替え制御されて指定した塗料を選択的に塗装ガン
９へ供給する。

【００１７】ここで、第２アーム６及び手首部７の内部
に設けられた伝達機構の構成について説明する。図２は
第２アーム６及び手首部７の内部構造を示す縦断面図で
ある。第２アーム６は、中空形状に形成されており、後
端には手首部７の各軸を駆動するモータ１３〜１５が取
り付けられている。また、各モータ１３〜１５は、第２
アーム６の後端に取り付けられたカバー２１により保護
されている。

【００１８】各モータ１３〜１５の出力軸は、第２アー
ム６に沿って延在するロッド２２〜２４に連結されてい
る。各ロッド２２〜２４は平行に延在しており、相互に
干渉しないように保持されている。このように、第２ア
ーム６の内部は、３本のロッド２２〜２４が平行に延在
している構成であるので、トルクチューブを同心円状に
取り付けるものよりも大幅に軽量化を図ることが可能で
あり、且つ第２アーム６の剛性を下げることも可能であ
るので第２アーム６の肉厚を薄くして第２アーム６自体
を軽量化できる。

【００１９】尚、モータ１３はケース１１をＤ軸回りに
駆動する第１駆動部を構成し、モータ１４はケース１２
をＥ軸回りに駆動する第２駆動部を構成し、モータ１５
は軸１３をＦ軸回りに駆動する第３駆動部を構成する。
また、第２アーム６の前端には、各ロッド２５〜２７を
軸承する軸受ユニット２８〜３０が保持されている。各
ロッド２５〜２７は一端がロッド２２〜２４に連結され
ており、各モータ１３〜１５の回転駆動力を伝達するも
のである。

【００２０】軸受ユニット２８〜３０は夫々一対のベア
リング３１，３２を有し、そのうち軸受ユニット２８，
３０はベアリング３１，３２間にスペーサ３３が介在
し、ブラケット３４，３５により支持されている。ま
た、軸受ユニット２９は一対のベアリング３１，３２が
環状の押さえ板３６により保持されている。

【００２１】図３は第１ケース１０の内部を第２アーム
の軸方向からみた縦断面図である。上記ロッド２５，２
７の端部には、螺旋状の係合部としてのウォーム３７，
３８が設けられている。また、第１ケース１０の内部に
は、ロッド２５〜２７が突出している。そして、ロッド
２６は端部に駆動側プーリ４０が取り付けられている。

【００２２】４１はロッド２６と平行に配されたロッド
で、軸受ユニット４２により軸承されている。尚、軸受
ユニット４２は第１ケース１０の内部に固着されたブラ
ケット４３により保持されている。ロッド４１は、一端
に従動側プーリ４４が取り付けられ、他端に傘歯車４５
が取り付けられている。そして、駆動側プーリ４０と従
動側プーリ４４との外周には、タイミングベルト４６が
巻き掛けされている。

【００２３】従って、モータ１４の回転駆動力は、ロッ
ド２３，２６、駆動側プーリ４０、タイミングベルト４
６、従動側プーリ４４、ロッド４１に伝達される。ま
た、第１ケース１０の内部には、ウォーム３７，３８に
歯合するウォームホイール４７，４８が設けられてい
る。ウォームホイール４７，４８は、ウォーム３７，３
８の延在方向と直交する方向に延在する中空状の軸４
９，５０の端部に設けられている。ウォーム３７，３８
は、ウォームホイール４７，４８の接線方向に延在して
おり、ウォーム３７，３８の外周に螺旋状に形成された
歯がウォームホイール４７，４８の外周に螺旋状に形成
された歯に噛合している。

【００２４】また、内側の軸５０の貫通孔にはロッド５
１が挿通されている。そして、ロッド５１は、軸５０の
貫通孔の両端に設けられたベアリング５２により軸承さ
れている。ロッド５１の一端にはロッド４１の傘歯車４
５が噛合する傘歯車５３が取り付けられ、ロッド５１の
他端には傘歯車５４が取り付けられている。

【００２５】また、軸５０は、軸４９の貫通孔の両端に
設けられたベアリング５５により軸承されている。軸５
０の一端にはウォームホイール４８が取り付けられ、軸
５０の他端には傘歯車５６が取り付けられている。ま
た、軸４９は、第１ケース１０の底部に設けられたベア
リング５７により軸承され、且つ第２ケース１１の上面
に固着されている。そのため、第２ケース１１は軸４９
と一体的に回動するように設けられている。

【００２６】さらに、第２ケース１１の内部には、傘歯
車５４に噛合する傘歯車５８を有する軸５９と、傘歯車
５６に噛合する傘歯車６０を有する中空状の軸６１とが
設けられている。軸５９及び軸６１は同軸上に配設さ
れ、夫々ベアリング６２，６３により軸承されている。
尚、軸６１の端部は、第３ケース１２の側面に結合され
ている。従って、第３ケース１２は、軸６１と一体的に
回動する。

【００２７】また、第３ケース１２の内部には、軸５９
の他端に設けられた傘歯車６４に噛合する傘歯車６５を
有する軸６６が設けられ、第３ケース１２の下面には軸
６６の回転を減速する減速機６７が設けられている。こ
の減速機６７は、出力軸としての軸１３を有するもので
あり、軸１３を介して塗装ガン９をＦ軸回りに回動させ
る。

【００２８】このように、第１ケース１０の内部では、
ロッド２２，２４の回転がウォーム３７，３８とウォー
ムホイール４７，４８とを介して第２ケース１１、第３
ケース１２側に伝達させる構成であるので、従来のよう
にトルクチューブを同心円状に配した構成のものよりも
軽量化を図ることができる。そのため、第２アーム６の
剛性を低くして第２アーム６自体の軽量化を図ることが
可能になり、その結果第２アーム６を駆動するモータの
容量を小さくできるので、アーム駆動用モータの小型化
を図ることができる。

【００２９】さらに、螺旋状の歯を有するウォーム３
７，３８がウォームホイール４７，４８に常時噛合する
構成であるため、例えモータ１３，１５の電源がオフに
なってもウォームホイール４７，４８が勝手に回動する
ことがなく、モータ１３，１５にブレーキ機構を設ける
必要もない。

【００３０】尚、第１ケース１０内に設けられた軸４
９，５０は、中空状に形成されているが、構成上ロッド
とすることができない。ここで、上記構成とされた伝達
機構の動作について説明する。モータ１３の回転駆動力
は、第１伝達機構を構成するロッド２２，２５、ウォー
ム３７、ウォームホイール４７、軸４９を介して第２ケ
ース１１に伝達される。このように第２ケース１１は、
モータ１３に駆動されてＤ軸回りに回動する。

【００３１】また、モータ１４の回転駆動力は、第２伝
達機構を構成するロッド２３，２６、駆動側プーリ４
０、タイミングベルト４６、従動側プーリ４４、ロッド
４１、傘歯車４５，５３、軸５１、傘歯車５４，５８、
軸５９、傘歯車６４，６５、軸６６、減速機６７、軸１
３を介して塗装ガン９に伝達される。このように軸１３
は、モータ１４に駆動されてＦ軸回りに回動する。

【００３２】また、モータ１５の回転駆動力は、第３伝
達機構を構成するロッド２４，２７、ウォーム３８、ウ
ォームホイール４８、軸５０、傘歯車５６，６０、軸６
１を介して第３ケース１２に伝達される。このように第
３ケース１２は、モータ１５に駆動されてＥ軸回りに回
動する。

【００３３】図４、図５に本発明の第２実施例を示す。
第２実施例において前述した第１実施例と異なる部分
は、ウォーム３７，３８の代わりにねじ３７Ａ，３８Ａ
が用いられ、ウォームホイール４７，４８の代わりにね
じ歯車４７Ａ，４８Ａが用いられた点にある。従って、
ねじ３７Ａ，３８Ａはねじ歯車４７Ａ，４８Ａの接線方
向に延在しており、ねじ３７Ａ，３８Ａの外周に螺旋状
に形成されたねじ山がねじ歯車４７Ａ，４８Ａの外周に
螺旋状に形成された歯に噛合している。

【００３４】従って、モータ１３の回転駆動力は、第１
伝達機構を構成するロッド２２，２５、ねじ３７Ａ、ね
じ歯車４７Ａ、軸４９を介して第２ケース１１に伝達さ
れる。このように第２ケース１１は、ねじ３７Ａ、ねじ
歯車４７Ａを介して駆動されてＤ軸回りに回動する。

【００３５】また、モータ１５の回転駆動力は、第３伝
達機構を構成するロッド２４，２７、ねじ３８Ａ、ねじ
歯車４８Ａ、軸５０、傘歯車５６，６０、軸６１を介し
て第３ケース１２に伝達される。このように第３ケース
１２は、ねじ３８Ａ、ねじ歯車４８Ａを介して駆動され
てＥ軸回りに回動する。

【００３６】このように、第２実施例の構成では、ロッ
ド２２，２４の回転がウォーム３７，３８とウォームホ
イール４７，４８とを介して第２ケース１１、第３ケー
ス１２側に伝達させる構成であるので、従来のようにト
ルクチューブを同心円状に配した構成のものよりも軽量
化を図ることができる。そのため、第２アーム６の剛性
を低くして第２アーム６自体の軽量化を図ることが可能
になり、その結果第２アーム６を駆動するモータの容量
を小さくできるので、アーム駆動用モータの小型化を図
ることができる。

【００３７】さらに、螺旋状のねじ山を有するねじ３７
Ａ，３８Ａがねじ歯車４７Ａ，４８Ａに常時噛合する構
成であるため、例えモータ１３，１５の電源がオフにな
ってもねじ歯車４７Ａ，４８Ａが勝手に回動することが
なく、モータ１３，１５にブレーキ機構を設ける必要も
ない。

【００３８】図６、図７に本発明の第３実施例を示す。
第３実施例において前述した第１実施例と異なる部分
は、駆動側プーリ４０、タイミングベルト４６、従動側
プーリ４４、ロッド４１、傘歯車４５，５３の代わりに
ウォームとウォームホイールを用いた構成とした点にあ
る。

【００３９】モータ１３〜１５の各出力軸に連結された
ロッド２２〜２４は、ロッド２５〜２７を介してウォー
ム３７〜３９に連結されている。各ウォーム３７〜３９
は、平行に延在され、ウォームホイール６８，４７，４
８の接線方向に延在している。

【００４０】また、ウォームホイール６８，４７，４８
は、ウォーム３７〜３９の延在方向と直交する方向に延
在する軸４９〜５１の端部に設けられている。軸４９〜
５１は同軸的に設けられており、全長が各ウォーム３７
〜３９の間隔に応じた長さに設定されている。ウォーム
３７〜３９は、ウォームホイール６８，４７，４８の接
線方向に延在しており、ウォーム３７〜３８の外周に螺
旋状に形成された歯がウォームホイール６８，４７，４
８の外周に螺旋状に形成された歯に噛合している。

【００４１】従って、第１ケース１０の内部では、ロッ
ド２２〜２４の回転がウォーム３７〜３９とウォームホ
イール６８，４７，４８とを介して第２ケース１１、第
３ケース１２側に伝達させる構成であるので、従来のよ
うにトルクチューブを同心円状に配した構成のものより
も軽量化を図ることができる。そのため、第２アーム６
の剛性を低くして第２アーム６自体の軽量化を図ること
が可能になり、その結果第２アーム６を駆動するモータ
の容量を小さくできるので、アーム駆動用モータの小型
化を図ることができる。

【００４２】さらに、螺旋状の歯を有するウォーム３７
〜３９がウォームホイール６８，４７，４８に常時噛合
する構成であるため、例えモータ１３〜１５の電源がオ
フになってもウォームホイール６８，４７，４８が勝手
に回動することがなく、モータ１３〜１５にブレーキ機
構を設ける必要もない。

【００４３】図７に示すように、ウォーム３７，３９は
ウォームホイール６８，４７の左側で噛合し、中間のウ
ォーム３８はウォームホイール４８の左側で噛合してい
るおり、ウォーム３７〜３９が互いに干渉しないように
配設されている。ここで、上記構成とされた伝達機構の
動作について説明する。

【００４４】モータ１３の回転駆動力は、前述した第１
実施例と同様、第１伝達機構を構成するロッド２２，２
５、ウォーム３７、ウォームホイール４７、軸４９を介
して第２ケース１１に伝達される。このように第２ケー
ス１１は、モータ１３に駆動されてＤ軸回りに回動す
る。

【００４５】また、モータ１４の回転駆動力は、第２伝
達機構を構成するロッド２３，２６、ウォーム３８、ウ
ォームホイール４８、軸５０、傘歯車５６，６０、軸６
１を介して第３ケース１２に伝達される。このように第
３ケース１２は、モータ１４に駆動されてＥ軸回りに回
動する。

【００４６】また、モータ１５の回転駆動力は、第３伝
達機構を構成するロッド２４，２７、ウォーム３９、ウ
ォームホイール６８、軸５１、傘歯車５４，５８、軸５
９、傘歯車６４，６５、軸６６、減速機６７、軸１３を
介して塗装ガン９に伝達される。このように軸１３は、
モータ１４に駆動されてＦ軸回りに回動する。

【００４７】尚、上記実施例では、塗装ガン９が手首部
７の先端に装着された構成の工業用ロボットを一例とし
て挙げたが、これに限らず、他の治具が装着されたロボ
ットにも適用できるのは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、トルクチ
ューブに代えてウォームギヤ等の螺旋状の係合部を有す
る伝達部材を介して手首部を駆動できるので、従来の伝
達機構に用いられたトルクチューブを不要にしてロッド
を平行に配設した構成とすることができるので、トルク
チューブを用いた構成よりも伝達機構の軽量化を図るこ
とができる。これによりアームの剛性を下げることが可
能になるためアーム自体の肉厚を薄くして軽量化を促進
でき、これに伴ってアーム駆動用モータの小型化を図る
ことができる。また、モータを停止させると螺旋状の係
合部が回転不可状態になるため、電源がオフになっても
手首部が自重により勝手に回動することを阻止でき、モ
ータブレーキを不要にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる工業用ロボットの一実施例の構成
図である。

【図２】手首部を駆動する伝達機構の第１実施例が設け
られた第２アームの縦断面図である。

【図３】図２に示す第１ケースの内部を第２アームの軸
方向からみた縦断面図である。

【図４】手首部を駆動する伝達機構の第２実施例が設け
られた第２アームの縦断面図である。

【図５】図４に示す第１ケースの内部を第２アームの軸
方向からみた縦断面図である。

【図６】手首部を駆動する伝達機構の第３実施例が設け
られた第２アームの縦断面図である。

【図７】図６に示す第１ケースの内部を第２アームの軸
方向からみた縦断面図である。

【符号の説明】

１工業用ロボット３基台４旋回ベース５第１アーム６第２アーム７手首部９塗装ガン１０第１ケース１１第２ケース１２第３ケース１４〜１５モータ２２〜２７ロッド３７〜３９ウォーム４７，４８，６８ウォームホイール３７Ａ，３８Ａねじ４７Ａ，４８Ａねじ歯車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】手首部を駆動する駆動部と、該駆動部の
回転駆動力を前記手首部の各軸に伝達する伝達機構とを
有する工業用ロボットにおいて、前記伝達機構は、螺旋状の係合部を有する伝達部材を介
して前記駆動部の回転駆動力を前記手首部の各軸に伝達
することを特徴とする工業用ロボット。