JPH1094985A

JPH1094985A - ロボットアーム機構

Info

Publication number: JPH1094985A
Application number: JP25179496A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Uehara; 敏上原
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はロボットのアーム全長を変更できな
いことを課題とする。【解決手段】工業用ロボット１は、先端部分に手首部
７が装着された第２アーム６の内部に手首部７を駆動さ
せる各駆動軸が挿通され、第２アーム６の基端部分に手
首部７の各軸を回転駆動させるモータ１４〜１６が設け
られている。工業用ロボット１のロボットアーム機構で
は、第２アーム６の上カバー３５及び下カバー３６を交
換することにより第２アーム６の長手方向の全長を変更
できると共に、モータ１４〜１６の回転駆動力を手首部
７の各軸に伝達する手首駆動軸を長手方向に伸縮可能な
構成とし、且つ手首駆動軸の伸縮部分の回転方向への相
対変位を規制してモータ１４〜１６からの回転力を手首
部７に伝達させる構成となっている。そのため、手首駆
動軸の伸縮させることにより第２アーム６の全長を容易
に変更することができ、アーム動作範囲を変更できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボットアーム機構
に係り、特にアームの旋回半径の変化に対応できるよう
構成されたロボットアーム機構に関する。

【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、各ラインの作業内容に
応じて塗装ガンやハンド等の各種治具が選択的に装着さ
れている。そして、アーム及び手首部は、ワークの搬送
に併せてワークに対する所定の作業を行うように動作す
る。手首部は、互いに直交するＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ
軸方向の各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、従来のロボットアーム機構では、手
首部の各軸を駆動するためのモータが第２アームの基端
部分に取り付けられており、モータの回転駆動力は第２
アームの内部に挿通された各軸を介してアーム先端部分
に装着された手首部の各軸に伝達される。

【０００５】このようにモータの回転駆動力を手首部に
伝達するロボットアーム機構としては、次に挙げるアー
ム機構がある。アーム機構は、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同心円状
に配設されており、各軸の端部が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、別のアーム機構では、第２アーム
の内部に３本のロッドが平行に配設された構成とされ、
各ロッドの回転駆動力が傘歯車を介して手首部の各軸に
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】上記のようなアーム機
構が用いられた従来の構成では、アームの全長が所
定長さに決められていたため、ロボットを設置する前に
アーム先端の動作範囲（最大旋回半径）に応じたロボッ
トを選定しなければならない。そのため、従来は、アー
ム動作範囲を変更する場合に対応するため、アーム長さ
の異なるロボットを複数種用意していた。そして、ワー
クの大きさ等に応じてアーム長さを変更する必要がある
場合は、ロボット全体を交換していた。

【０００８】また、ワークに対してアームが必要以上に
長い場合には、ロボットがブース内に入らないことがあ
る。その場合、ブース壁を壊してロボットをブース内に
搬入しなければならないので、搬入作業が大掛かりとな
るばかりか、ロボットを搬入して設置完了するまでにか
なりの時間を要していた。

【０００９】そこで、本発明は上記問題を解決したロボ
ットアーム機構を提供することを目的とする。

【００１０】

【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、先
端部分に手首部が装着されたアームの内部に該手首部を
駆動させる手首駆動軸が挿通され、該アームの基端部分
に該手首駆動軸を回転駆動させる駆動部が設けられたロ
ボットアーム機構において、前記アーム及び前記手首駆
動軸を長手方向に伸縮可能な構成とし、且つ前記手首駆
動軸の伸縮部分の回転方向への相対変位を規制して前記
駆動部からの回転力を前記手首部に伝達させる構成とし
たことを特徴とするものである。

【００１１】従って、本発明によれば、アーム及び手首
駆動軸を長手方向に伸縮可能な構成とし、且つ手首駆動
軸の伸縮部分の回転方向への相対変位を規制して駆動部
からの回転力を手首部に伝達させる構成としたため、ワ
ークの大きさあるいはブースの広さ等の諸条件に応じて
アームの全長を任意の長さに容易に調整することができ
る。そのため、アーム長さの異なるロボットを複数種用
意する必要がないばかりか、現地でアームの全長を調整
できるので、アームが必要以上に長くてロボットの搬入
作業に支障を来すことがなく、能率良く設置できる。

【００１２】

【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は本発明になるロボットアーム機構
の一実施例が適用された工業用ロボットの斜視図であ
る。

【００１３】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】本実施例の場合、手首部７の先端には塗装
ガン（図示せず）が取り付けられている。塗装ガンは、
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１ケース１０と、第２ケース１
１と、第３ケース１２と、塗装ガンをＦ軸回りに回動さ
せる軸１３とを有する。ケース１０〜１２は、各々相対
回転することにより手首部７をＤ軸回りに回転させた
り、Ｅ方向に曲げたりする。ケース１０〜１２及び軸１
３は、第２アーム６の基端部に取り付けられたモータ１
４〜１６により駆動される。そして、各モータ１４〜１
６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１０〜１２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
カバー１８が取り付けられている。また、色替バルブユ
ニットカバー１８の内部には、複数の塗料供給チューブ
（図示せず）を介して各色の塗料が供給される複数の弁
が配設されている。そして、色替バルブユニットの各弁
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
選択的に塗装ガンへ供給する。

【００１７】ここで、第２アーム６の内部に設けられた
ロボットアーム機構１９の構成について説明する。図３
は第２アーム６の内部構造を示す縦断面図、図４は第２
アーム６の要部を拡大して示す縦断面図、図５は図４中
IV−IV線に沿う縦断面図である。

【００１８】第２アーム６は、第１アーム５の上端に回
動自在に連結される連結部２１と、連結部２１に支持さ
れるアーム本体２２と、アーム本体２２の後端（基端部
分）に取り付けられたモータ取付部２３と、アーム本体
２２の前端（先端側端部）に取り付けられたアーム伸縮
部２４と、アーム伸縮部２４の先端側端部に取り付けら
れたギヤユニット２５とよりなる。色替バルブユニット
カバー１８は、アーム本体２２及びアーム伸縮部２４の
上部に取り付けられる。

【００１９】アーム本体２２及びアーム伸縮部２４は、
断面が四角形の中空形状となっており、内部にはモータ
１４〜１６に駆動される第１〜第３の駆動軸２６〜２８
が挿通されている。第１〜第３の駆動軸２６〜２８の先
端側端部は、筒状に形成された第１〜第３の従動軸２９
〜３１に摺動可能に嵌合している。尚、図３及び図４に
おいて、第２の駆動軸２７、第２の従動軸３０は第３の
駆動軸２８、第３の従動軸３１に隠れて見えない。

【００２０】そのため、駆動軸２６〜２８と従動軸２９
〜３１とは、夫々の嵌合部分を軸方向に摺動させて相対
変位させることにより、長手方向に伸縮させることがで
きる。そして、嵌合部分となる駆動軸２６〜２８の外周
及び従動軸２９〜３１の内周には、夫々キー溝２６ａ〜
３１ａが軸方向に延在するように加工されている。

【００２１】よって、駆動軸２６〜２８のキー溝２６ａ
〜２８ａと従動軸２９〜３１のキー溝２９ａ〜３１ａと
は、互いに対向する位置に回動された状態でキー３２〜
３４が挿通されている。そのため、駆動軸２６〜２８と
従動軸２９〜３１とは、キー３２〜３４が延在する軸方
向（アーム長手方向）に摺動して相対変位させることが
できるものの、キー３２〜３４により回転方向の相対変
位が規制されているので一体に回転する。

【００２２】アーム伸縮部２４は、駆動軸２６〜２８及
び従動軸２９〜３１を上方から覆う上カバー３５と、駆
動軸２６〜２８及び従動軸２９〜３１を下方から覆う下
カバー３６とからなる。第２アーム６の長手方向の全長
は、上カバー３５、下カバー３６の長手方向の全長Ｌに
よって決まる。この上カバー３５と下カバー３６とは、
上下方向に分割できるよう構成されているため、第２ア
ーム６の設定長さに応じて容易に交換することができ
る。

【００２３】また、上カバー３５、下カバー３６は、一
端がアーム本体２２の先端側端部に固着されるフランジ
３５ａ，３６ａを有し、他端がギヤユニット２５のハウ
ジング３７に固着されるフランジ３５ｂ，３６ｂを有す
る。すなわち、フランジ３５ａ，３６ａとフランジ３５
ｂ，３６ｂとの間の寸法がＬである。

【００２４】そして、上カバー３５及び下カバー３６
は、アーム本体２２とハウジング３７との間で挟持され
るように結合される。駆動軸２６〜２８と従動軸２９〜
３１との嵌合長さを調整する場合、上カバー３５と下カ
バー３６とを分離させることにより容易に駆動軸２６〜
２８及び従動軸２９〜３１の軸方向長さを調整すること
ができる。

【００２５】上カバー３５及び下カバー３６の長手方向
の全長Ｌにより駆動軸２６〜２８と従動軸２９〜３１と
の嵌合長さが決まる。従って、全長Ｌの異なる上カバー
３５及び下カバー３６を複数種用意しておくことによ
り、第２アーム６の長さを変更することが可能になる。

【００２６】また、ギヤユニット２５は、上カバー３５
及び下カバー３６の端部に固着されたハウジング３７
と、ハウジング３７に保持されたベアリング３８により
軸承された筒状の第１の軸３９と、軸３９の内側に保持
されたベアリング４０により軸承された筒状の第２の軸
４１と、軸４１の内側に保持されたベアリング４２によ
り軸承された第３の軸４３とからなる。そして、各軸３
９，４１，４３の先端側端部は、手首部７の各軸に連結
されている。

【００２７】また、従動軸２９〜３１の先端側端部は、
夫々ギヤユニット２５の内部に挿入され、ギヤを介して
各軸３９，４１，４３に回転駆動力を伝達するように構
成されている。そのため、モータ１４〜１６からの回転
駆動力は、駆動軸２６〜２８及び従動軸２９〜３１を介
してギヤユニット２５の軸３９，４１，４３に伝達さ
れ、さらに手首部７の各軸に伝達される。

【００２８】ここで、上記のような構成とされたロボッ
トアーム機構のアーム長さを変更する場合の操作につい
て説明する。図６は第２アーム６の全長を長くする操作
を説明するための工程図、図７は第２アーム６の全長を
長くした場合の縦断面図である。

【００２９】図６（Ａ）に示す如く、先ず、色替バルブ
ユニットカバー１８を第２アーム６から外し、続いてア
ーム伸縮部２４の標準用の上カバー３５及び下カバー３
６を第２アーム６から外す。そして、従動軸２９〜３１
をキー３２〜３４に沿ってＡ方向に摺動させて駆動軸２
６〜２８と従動軸２９〜３１とを組み合わせた全長を長
くする。

【００３０】次に、図６（Ｂ）に示す如く、標準用の下
カバー３６（全長Ｌ）よりも全長の長い下カバー３６Ａ
（全長Ｌ_A＞Ｌ）を第２アーム６の下側に取り付ける。
その際、下カバー３６Ａの一端のフランジ３６ａをアー
ム本体２２の先端側端部に設けられた取付部２２ａに固
着させ、他端のフランジ３６ｂをギヤユニット２５のハ
ウジング３７の取付部３７ａに固着させる。そして、駆
動軸２６〜２８と従動軸２９〜３１との嵌合部分は、下
カバー３６Ａの全長に応じた嵌合長さに調整される。

【００３１】次に、図６（Ｃ）及び図７に示す如く、標
準用の上カバー３５よりも全長の長い上カバー３５Ａが
下カバー３６Ａの上部に装着され、上カバー３５Ａの両
端のフランジ３５ａ，３５ｂがアーム本体２２の取付部
２２ａ及びハウジング３７の取付部３７ａに固着され
る。その後、色替バルブユニットカバー１８が第２アー
ム６の上部に取り付けられる。これで、第２アーム６の
全長を標準長さよりも長くする変更作業が完了する。

【００３２】図８は第２アーム６の全長を短くした場合
の構成を示す縦断面図である。第２アーム６の全長を短
くする場合、色替バルブユニットカバー１８及び標準用
の上カバー３５及び下カバー３６を第２アーム６から外
した後、従動軸２９〜３１をキー３２〜３４に沿ってＢ
方向に摺動させて駆動軸２６〜２８と従動軸２９〜３１
とを組み合わせた全長を短くする。

【００３３】そして、標準用の下カバー３６（全長Ｌ）
よりも全長の短い下カバー３６Ｂ（全長Ｌ_B＜Ｌ）を第
２アーム６の下側に取り付けた後、標準用の上カバー３
５よりも全長の短い上カバー３５Ｂ（全長Ｌ_B＜Ｌ）を
下カバー３６Ｂの上部に装着する。その後、色替バルブ
ユニットカバー１８が第２アーム６の上部に取り付けら
れて第２アーム６の全長を標準長さよりも短くする変更
作業が完了する。

【００３４】このように簡単な作業で第２アーム６の全
長を変更することができるので、その設置場所の環境に
応じてアーム動作範囲（最大旋回半径）を短時間で変更
することができる。よって、工業用ロボット１を設置す
る前にアーム動作範囲に応じたロボットを選定する必要
がなく、工業用ロボット１を設置した後でワークの大き
さ等に応じてアーム長さを変更することができる。

【００３５】また、従来のように、設置後にアーム動作
範囲を変更する場合でも、アーム長さの異なるロボット
を複数種用意しておく必要がないばかりか、ロボット全
体を交換する必要もない。そのため、アーム動作範囲に
応じて容易に第２アーム６の全長を変更することができ
るので、動作範囲変更に伴う費用がより安価に抑えられ
る。

【００３６】また、工業用ロボット１を設置する際に第
２アーム６が長過ぎてブース内に入らない場合、上記の
ように第２アーム６を簡単に短くできるので、ブース壁
を壊すことなく工業用ロボット１をブース内に搬入する
ことが可能になる。また、本発明の変形例としては、次
のようなものも考えられる。

【００３７】変形例として、上記実施例では、駆動軸
２６〜２８のキー溝２６ａ〜２８ａ及び従動軸２９〜３
１のキー溝２９ａ〜３１ａにキー３２〜３４が挿通され
た構成により駆動軸２６〜２８と従動軸２９〜３１との
回転方向の相対変位を規制したが、これ以外の回転方向
手段としては、例えば各軸の内周、外周にスプラインを
形成して軸方向の変位を可能にすると共に回転方向の相
対変位を規制する構成を採用しても良い。

【００３８】変形例として、上記実施例では、駆動軸
２６〜２８及び従動軸２９〜３１が並行に配された伝達
機構を一例として挙げたが、これに限らず、駆動軸２６
〜２８及び従動軸２９〜３１が夫々同心円状に配された
構成としても良いのは勿論である。

【００３９】変形例として、上記実施例のように駆動
軸２６〜２８と従動軸２９〜３１とを摺動可能に嵌合さ
せる代わりに第２アーム６の一部を構成するギヤユニッ
ト２５のハウジング３７をアーム長手方向に伸縮可能な
構成とすると共に、ギヤユニット２５の各軸をアーム長
手方向に伸縮可能な構成とすることにより第２アーム６
の全長を変更するようにしても良い。

【００４０】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、アーム及
び手首駆動軸を長手方向に伸縮可能な構成とし、且つ手
首駆動軸の伸縮部分の回転方向への相対変位を規制して
駆動部からの回転力を手首部に伝達させる構成としたた
め、ワークの大きさあるいはブースの広さ等の諸条件に
応じてアームの全長を任意の長さに容易に調整すること
ができる。そのため、アーム動作範囲に応じてアーム長
さの異なるロボットを複数種用意する必要がないばかり
か、ロボットが設置される現地でアームの全長を調整で
きるので、アームが必要以上に長くてロボットの搬入作
業に支障を来すことがなく、能率良く設置できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるロボットアーム機構の一実施例が
適用された工業用ロボットの斜視図である。

【図２】工業用ロボットの側面図である。

【図３】第２アームの内部構成を示す縦断面図である。

【図４】第２アームの要部を拡大して示す縦断面図であ
る。

【図５】図４中IV−IV線に沿う縦断面図である。

【図６】第２アームの全長を長くする操作を説明するた
めの工程図である。

【図７】第２アームの全長を長くした場合の縦断面図で
ある。

【図８】第２アームの全長を短くした場合の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１工業用ロボット５第１アーム６第２アーム７手首部１８色替バルブユニットカバー１９ロボットアーム機構２１連結部２２アーム本体２３モータ取付部２４アーム伸縮部２５ギヤユニット２６〜２８第１〜第３の駆動軸２９〜３１第１〜第３の従動軸３２〜３４キー３５上カバー３６下カバー３７ハウジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端部分に手首部が装着されたアームの
内部に該手首部を駆動させる手首駆動軸が挿通され、該
アームの基端部分に該手首駆動軸を回転駆動させる駆動
部が設けられたロボットアーム機構において、前記アーム及び前記手首駆動軸を長手方向に伸縮可能な
構成とし、且つ前記手首駆動軸の伸縮部分の回転方向へ
の相対変位を規制して前記駆動部からの回転力を前記手
首部に伝達させる構成としたことを特徴とするロボット
アーム機構。