JPS605432B2 - 工業用ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工業用ロボットに関し、特に新規なロボット作
動機構を具備した工業用ロボットに関する。

ロボットハン日こ被把持物を把持することによってその
被把持物の搬送、機械類、例えば工作機械のワーク把持
装置に対する挿脱、交換等を行う工業用ロボットは従来
から広く利用されている。

従来の工業用ロボットは固定ベースに対するロボット基
体の旋回及び上・下動作並びに該ロボット基体に対する
ロボットアームの伸縮動作は電気サーボモータ等の電動
モータを駆動源にして作動される構成を有し任意の位置
決め制御が行なわれる。一方ロボットアームの先端に設
けられる手首部の旋回及び首振動作は油圧や空気圧等の
流体圧を作動源にした構成が探られた場合、一般には手
首部の動作は機械的に設定される限られた動作に制限さ
れ、これを任意の位置に制御するためには工業用ロボッ
ト自体が大柄、かつ複雑になる傾向があった。ロボット
手首部の旋回、首振り動作をも電動モータを駆動源にし
た構成の実現には電動モータの高速回転を手首部におけ
る適正な旋回、首振り動作に変換する変モ奥機構が従来
の流体圧を利用した作動機構に匹敵する簡潔さを具備し
た構成で実現することが必要である。即ち、ロボット手
首部がコンパクトに構成されて相手機械類における狭小
空間にも侵入できると共に充分なロボット性能を発揮で
きることが要請される。依って本発明は上述の要請を充
足することのできる新規構造を有すると共に所望のロボ
ット性能を発揮する工業用ロボットを提供することにあ
る。

以下、本発明を添付図面に基き詳細に説明する。第１図
は本発明による工業用ロボットの全体構成を示す斜視図
である。

同第１図において、工業用ロボットは最下部にベース１
０を有して床面等に固定可能に形成されており、このベ
ース１０の上面に例えば電気サーボモータ等の電動モー
タ１２とこの電動モーター２の出力軸に接続された減速
機ｉ４が載設され、この減速機１４の出力軸に水平面内
で回転するピニオン１６が取付けられている。一方、ベ
ース１０上には軸受装置２２を介して回転ベース部材１
８が水平面内で回転可能に取付けられており、この回転
ベース部材１８の外周には上記のピニオン１６と噛合す
る歯２０が削成されている。すなわち、回転ベース部材
１８はピニオン１６からの回転駆動力を受けてベース１
川こ対し回転するように形成されている。回転べ−ス部
材１８上には１対のガイド軸２４が上方に向けて立設さ
れており、このガイド軸２４の下端は回転ベース部材１
８に固定されている。またガイド軸２４の上端には上板
２６が該１対のガイド軸間を連結するように設けられ、
この上面２６には後述のブレーキ装置２８が取付けられ
ている。回転ベース部村１８と上板２６との間には周知
のポ−ルねじ軸３０が回転可能に設けられている。この
ボールねじ軸３０は上述のガイド軸２４と平行に鉛直方
向に向けて延長し、下端には電動モータ３２からベルト
装置３４を介して回転駆動力を受けるプーリ３８が取付
けられている。なお、電動モータ３２は前述の電動モー
タ１２と同様の電気サーボモータ等から構成されるもの
で、その出力軸に駆動プーリ３６が取付けられてベルト
装置３４に係合している。電動モータ３２は適宜の取付
手段、ブラケット金具等を介して回転べ−ス部材１８に
固着される。さて、ボールねじ軸３０はケーシング形状
に形成されたロボット胴部４０１こ設けられた雌ねじ部
材（図示なし）に噛合されており、一方ロボット胴部４
０は摺動環４２，４４を介してガイド軸２４に沿って摺
動可能に取付けられている。即ち、ボールねじ軸３０の
正・逆回転に応じてロボット胴部４０はガイド軸２４に
沿って上・下に摺動するように形成されているのである
。なお、ロボット胴部４０の上・下摺動はブレーキ装置
２８によって急速制動可能に形成されている。ロボット
８同部４川こは１対の平行配置で設けられたロボットア
ーム４６が前・後方向、すなわちボールねじ軸３０の鉛
直軸線と垂直な水平軸線に沿って前進又は後進が可能に
設けられている。なお、４２ａ，４２ａは上記ロボット
胴部４川こ具備されたアーム摺動スリーブである。上記
ロボットアーム４６はロボット胴部４０内に延長し、そ
の後端には端板４８が取付けられている。また１対のロ
ボットアーム４６の先端には後述する手首部５０が取付
けられている。さて、ロボットアーム４６の前後進運動
はロボット胴部４０の手首部５０とは反対側の収納空間
内に設けられた電動モー夕５２を駆動源として達成され
る。電動モータ５２は正・逆可転力を発生する周知の電
気サーボモータによって形成され、その出力軸には駆動
プーリ（第１図に図示なし）を有している。この駆動プ
ーリはベルト５４を介して被駆動プーリ５６に連結され
、被駆動ブーリ５６はロボット耳同部４０内部にロボッ
トアーム４６と平行に延設されたポールねじ軸５８の後
端に取付けられている。ボールねじ軸５８の先端はロボ
ット月岡部４０内に設けられた回転軸受６に支承されて
いるのでボールねじ軸５８は電動モー夕５２の正・逆回
転駆動に応じて正・逆回転を行う。そしてこのボールね
じ軸５８は上述したロボットアーム４６の端板４８に取
付けられた雄ねじ部材６２に噛合されているのでボール
ねじ軸５８の正・逆回転に応じてロボットアーム４６が
、アーム摺動スリーブ４２ａを案内として前・後進動作
するものである。また、上記１対のロボットアーム４６
にはそれぞれボールスプラィン軸６４が鉄挿され、ロボ
ットアーム４６の前・後進運動に応じて伸縮される。ま
た両スプラィン軸６４はロボット８同部４０の後部空間
内にそれぞれ延長して一方のスプラィン軸６４は電動モ
ータ６６からベルト・プーリ機構７０を介して回転駆動
力を受け、他方のスプラィン軸６４は電動モータ６８か
らベルト・プーリ機構７２を介して回転駆動力を受ける
ように構成されている。ここで電動モータ６６，６８は
何れも周知の電気サーボモータによって形成し、それぞ
れのスプラィン軸６４を正・逆方向に所望量だけ回転さ
せ得るようにすることが望ましい。またベルト・プーリ
機構７０，７２は周知のタイミングベルトと歯付きプー
リを以つて形成し、精密な回転伝達が行われるように形
成され、両スプラィン軸６４は同時またはそれぞれ独立
に回転する。このロボットアーム内のスプラィン軸６４
の回転は前述したロボットアーム４６の前・後進運動と
独立に又は同期して行われ、このスプラィン軸６４の回
転に応じて手首部５０において２つの軸線周りに旋回運
動が発生するのである。さて、第１図における上段側の
スプラィン軸６４は減速機構７４〔例えばハーモニツク
ドライブ（ハーモニツクドラィブシステムズ株式会社の
登録商標）〕に結合され、下段側のスプラィン軸６４は
同様の減速機構７６に結合されている。しかも減速機構
７４の回転は該減速機構７４の外周に固定された平歯車
７８から中間歯車８０を介して他方の減速機構７６の外
周に固定された平歯車８２に伝達される構成が探られて
いる。このように構成すると、減速機構７４から平歯車
７８、中間歯車８０、平歯車８２を介して減速機構７６
に伝達された回転運動は手首部崖体５０ａをＡ軸周りに
矢印“Ｑ”で示す正・逆方向に回転させるので、ロボッ
トハンド（図示なし）と結合する手首部フランジ５０ｂ
にもＡ軸周りに矢印“Ｑ”で示す正・逆両方向の回転が
生ずる。一方、減速機構７６が下段側のスプラィン軸６
４で回転駆動されると、該減速機構７６の出力軸が手首
部５０１こおける蓮体５０ａ内部に収納されたべベルギ
ャ機構８４の駆動側べベルギャ８６を回転駆動し、従っ
て該べベルギャ８６と噛合した被駆動べベルギャ８８が
回転駆動されるので、この被駆動べベルギャ８８の軸に
固定された手首部フランジ５０ｂはＢ軸線周りに矢印“
８”で示す正・逆方向の回転を行う。なお、上述の構成
、作用において、手首部５０の２つの回転運動（矢印“
Ｑ”，“Ｂ”で示したもの）は、何れも電気サーボモー
タによって形成された電動モータ６６，６８をそれぞれ
駆動源にしてボールスプラィン軸６４、ロボットアーム
４６を介して変換機構を形成する２つの減速機構７４，
Ｔ６を作動させることにより発生するので、電気サーボ
モー夕の回転方向と回転量とを制御すれば、手首部５０
の最先端の手首部フランジ５０ｂに生ずる“Ｑ”方向「
“８”方向の回転を所望の方向と所望の回転量に制御す
ることができる。なお、上述のボールスプラィン軸６４
の後端にブレーキ装置（第１図に図示なし）を設けてボ
−ルスプラィン軸６４の回転を急速制動できるように構
成し例えばベルト７０の被断など不測の事故に対し、手
首部５川こおける２つの回転運動の停止を行なわせるこ
とで作業の安全をはかることが可能である。この作用は
前述のロボット月同部４０の上下摺動に設けられたブレ
ーキ装置２８についても同様である。なお、ロボット胴
部４０１こ収納された１対のロボットアーム４６の前・
後進運動機構と、該ロボットアーム４６の先端に設けら
れたロボット手首部５０の２つの回転運動機構とが何れ
も電動モータ５２，６６，６８を駆動源にしてポールね
じ機構（ボールねじ軸５８とねじ部材６２）及び減速機
構７４，７６からなる変換機構を介して達成される本発
明の特徴的構造を第２図に機構図として示してある。

同第２図において、第１図と同一の要素部分を示してお
り、また第２図には前述したボールスプラィン軸６４，
６４の後端に取付けられるブレーキ装置が９０，９２と
して示してある。なお、各軸駆動用の電動モータ１２，
３２，５２，６６および６８は図示実施例においては直
流モータとして構成されており、その各々に組み込まれ
た位置および速度検出用の検出器としてのパルスコーダ
１２１，３２１，５２１，６６１および６８１を備えて
いる。電動モータを用いた各軸の電気サーボ制御は周知
の形式のうちのいずれのものであっても利用できるが、
好ましくは位置制御ユニット及び速度制御ユニットを含
む電気サーボ系（要すれば本件出願人の特厭昭５３一１
３６２８（特関昭５４一１０６７７６）参照）が有利に
適用される。以上の説明から明らかなように本発明によ
る工業用ロボットはロボット８同部の旋回、上・下運動
、ロボットアームの水平方向における前・後進運動に加
えて、ロボット手首部における２つの自由度を有した回
転運動等が何れも電動モータを作動駆動源にして発生す
る構成が探られるためにロボット手首部における２つの
自由度を有した回転運動等をもその他の鍬の運動と同様
に電動モ−夕を用いた電気サーボ制御によって生じさせ
ることができる。

このためロボット手首部の回転運動を任意の位置で停止
しうるように流体圧サーボ制御を採用したものに比較し
て流体配管路や流体制御弁等が不要となり整理されたロ
ボット構造が実現される。また、ロボット手首部の駆動
源を形成する電動モータが何れもロボットアームの後端
側におけるロボット胴部内に収容されていることからロ
ボットアームの先端側でロボット手首部に取付けられた
ロボットハンドが重量把持物を把持する場合に重量バラ
ンスを取る作用を行うのでロボットの安定性を増進する
効果が得られる。また手首部には周知のハーモニックド
ラィブなどの正・逆回転変≠奥機構を利用することによ
って手首部に通常の歯車列からなる変換機構を利用する
場合に比較して小柄なロボット手首部が実現でき、従っ
てロボット作業に当り、比較的狭小な作業空間でもロボ
ット機能を充分に発揮せしめ得るという効果が得られる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工業用ロボットの全体構成を示す
斜視図、第２図は同ロボットアームとロボット手首部の
機構を示す断面構成図。 １０・・・ベース、１２・・・電動モータ、１８・・・
回転ベース部材、２４・・。 ガイド軸、３０…ボールねじ軸、３２・・・電動モータ
、４０…ロボット胴部、４２，４４・・・摺動環、４６
…ロボットアームト５０・・・ロボット手首部、５２・
・・電動モータ、５８・・・ボールねじ軸、６２・・・
雌ねじ部材、６４・・・ボールスプライン、６６，６８
・・・電動モータ、７４，７６・・・減速機構、「８４
・・・ベベルギャ機構。第１図第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （イ） 床面に固定可能なベース１０上に鉛直軸線
   周りに回転可能に設けられた回転ベース部材１８、（ロ
   ） 該回転ベース部材１８を電動モータ１２により正逆
   方向に回転駆動する駆動機構、（ハ） 回転ベース部材
   １８上に前記鉛直軸線の方向へ立設された一対の平行な
   ガイド軸２４に沿って上下に摺動可能に設けられたロボ
   ツト胴部４０、（ニ） 該ロボツト胴部４０に係合する
   ボールねじ軸３０と、前記回転ベース部材１８に設けら
   れ該ボールねじ軸３０にベルト・プーリ機構を介して連
   結された電動モータ３２とを具備し、ロボツト胴部４０
   を上下に駆動する駆動機構、（ホ） 前記ボールねじ軸
   ３０に結合されたブレーキ装置２８、（ヘ） 前記鉛直
   軸線の方向と直角な水平方向へ延びる互いに平行な第１
   及び第２の中空アーム４６，４６を有し、該アームによ
   ってロボツト胴部４０に水平方向へ前後に摺動自在に支
   承されたロボツトアーム部材、（ト） 該ロボツトアー
   ム部材の後端板４８に螺合するボールねじ軸５８と、ロ
   ボツト胴部４０の後部に設けられ該ボールねじ軸５８の
   後端部にベルト・プーリ機構５４を介して連結された電
   動モータ５２とを具備し、ロボツトアーム部材を前後に
   駆動する駆動機構、（チ） ロボツトアーム部材の先端
   部にその第１アーム４６と同軸状の第１軸線周りに回転
   可能に支承された手首部筺体５０ａと、該手首部筺体に
   第１軸線Ａと直角な第２軸線Ｂ周りに回転可能に支承さ
   れロボツトハンドに結合される手首部フランジ５０ｂと
   を具備するロボツト手首部５０、（リ） ロボツトアー
   ム部材の第２アーム４６に嵌挿された第１のボールスプ
   ライン軸６４と、ロボツト胴部４０の後部に設けられ該
   第１ボールスプライン軸６４の後端部にベルト・プーリ
   機構７０を介して連結された電動モータ６６と、ロボツ
   トアーム部材の前部に配設され該第１ボールスプライン
   軸６４の先端部に同軸状に結合された減速機７４と、該
   減速機の外周に固定された平歯車７８と、前記手首部筺
   体５０ａの外周に固定された平歯車８２と、該両間に介
   在する中間歯車８０とを具備し、前記手首部筺体５０ａ
   を第１軸線Ａ周りに正逆方向へ回転駆動する駆動機構、
   （ヌ） ロボツトアーム部材の第１アーム４６に嵌挿さ
   れた第２のボールスプライン軸６４と、ロボツト胴部４
   ０の後部に設けられ該第２ボールスプライン軸６４の後
   端部にベルト・プーリ機構７２を介して連結された電動
   モータ６８と、ロボツトアーム部材の前部に配設され該
   第２ボールスプライン軸６４の先端部に同軸状に結合さ
   れた減速機７６と、前記手首部筺体５０ａ内に配設され
   該減速機７６と前記手首部フランジ５０ｂとを結合する
   ベベルギヤ機構８４とを具備し、該手首部フランジ５０
   ｂを前記第２軸線Ｂ周りに正逆方向へ回転駆動する駆動
   機構、及び（ル） 前記第１及び第２のボールスプライ
   ン軸６４，６４の後端部にそれぞれ結合されたブレーキ
   装置９０，９２、を具備して成ることを特徴とする工業
   用ロボツト。