JPS61293795A

JPS61293795A - 工業ロボツト用関節部とその関節部を備えたロボツト

Info

Publication number: JPS61293795A
Application number: JP61134720A
Authority: JP
Inventors: ミシエール　バルラン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1986-06-09
Publication date: 1986-12-24
Also published as: EP0205376A1; FR2582978A1; ES8707440A1; FR2582978B1; EP0205376B1; US4761114A; DE3661802D1; ES556397A0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、自動的に工具の位置決めや方向決めをしか
つ溶接、機械加工及び塗装などの工業上の作業を行なう
ことができ、“工業用ロボット”と一般に呼ばれる装置
の関節部に関する。

〔従来の技術〕

１関節部”又は°ロボット手首”は関節集合体で、ロボ
ットの腕の先端に取り付けられ、ロボットが保持する工
具の方向決めを行う。

この発明は特に縦軸ｘ−ｘに沿って順に並置された３つ
の可動フレームＢ１．　Ｂ２．Ｂ３　　かう成ル、いわ
ゆる＠３つの回転軸”を備えたタイプの関節部に関する
。第一の可動フレームＢ　はロボットの腕の自由端部に
より保持され、その腕に対して第二の軸Ａ１の周りを回
転し、第二の可動フレームＢ２は第一の可動フレームＢ
１　により保持され、第一の可動フレームに対して第二
の軸Ａ２の周りを回転し、第三の可動フレームＢ３は第
二の可動フレームＢ２により保持され、第二の可動フレ
ームに対して第三の軸Ａ３の周りを回転し、第三の可動
フレームはロボットにより位置決めされ、かつ方向状め
された工具を支持し、第一の軸Ａ１　と第三の軸Ａ３は
長手方向の軸で関節部がまっすぐの伏態の時は縦軸Ｘ−
Ｘに一致し、第二の軸Ａ２は横方向の中間軸で、常に軸
Ａ１．Ａ３を含む平面に対して垂直になっている。

このタイプの３回転軸付関節部は公知である。

これら関節部を駆動しかつ３つの軸の周りに関節部を回
転運動させるため、３つの油圧モータ（又は３つの歯車
付電動機）が設けられでおり、そのうちの少なくとも２
つのモータは関節部の可動フレーム内に設けられでいる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この結果可動部分が重くなり、高速運動には伝達されず
しかも関節部の精度に有害な大きな慣性モーメントが生
じる。

この種の３つの回転軸を有する別の公知の関節部では、
関節部の各軸を制御する３つの油圧モータがロボット、
のアームにより保持された制御ボックスに取り付けられ
ているが、モータとこのモータによって制御される回転
軸の間の運動の伝達には極めて複合的なギアーを必要と
し、これらは費用がか＼りかつ自由な相対運動もしくは
バツクラツシを４欠せしめる。

この発明は、可動部分にモータのような重い機構を取り
付けず、必要なモータの数を減らし、またモータとその
モータにより動かされる部材との間の動力伝達方法を簡
単にすることによって公知の関節部の不都合な点を解消
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための手段としで、この発明では
可動フレームＢ２が回転軸Ａ２の周りを回転することは
第一モータ機構により制御され、可動フレームＢ　の軸
Ａ１の周りにおける運動と！可動フレームＢ　の軸Ａ３　の周りにおける回転とは共
に単一の共通の第二モータ機構により制御され、第一及
び第二モータ機構はロボットのアームで保持されでいる
前記タイプの関節部の構成を採用したのである。

〔作用〕

この発明により、ロボットのアームに接続された手首の
固定部分に配置した２台のモータだけで３つの回転軸の
周りに関節部を動かすことができる。モータ一台を廃止
したために、動力の伝達機構は、簡単なものになった。

この発明によれば、ベベルギア−のビニ、オンを備えた
第一のギアー機構は第二モータ機構と可動フレームＢ、
　、　Ｂ３との間に挿置されており、これによって第二
モータ機構の回転運動の作用を受けると可動フレームＢ
１．Ｂ３はそれぞれ角度α１゜α　だけ軸Ａ１、Ａ２の
周りを回動するが、この両角度は常に比例し、常に同じ
方向を有し、常に等しい値を有するのが好ましい。

この発明の関節部では、ベベルギア−のピニオンを備え
た第二のギアー機構は第一モータ機構と可動フレームＢ
２　との間に配設されていて、可動フレームＢ２を可動
フレームＢ１　に対して軸Ａ２の周りを回動させる。

この発明による関節部は、その保持する工具又は端末機
により掃引し得る面（球面部）になんの特異点も有さな
いと云う利点を与える。１特異点”とは工具の方向性と
定義してもよく、この方向性は一定の平面内でゼロでな
い速度では修正することができない。特異点が存在する
と連続的に変位する際に１つの方向から隣り合う方向へ
工具が変動する可能性は回避され、このため工具の取替
又は再配置する必要性が伴うことになる。

〔実施例〕

以下この発明の実施例について添付図を参照して詳細に
説明する。

第１図にはロボットのアーム４の先端部２が示されてい
る。原則としで、このアーム４はこの発明の一部をなす
ものではない公知のシステムによって３軸、例えば３つ
の直角軸の周りに変位させることができる。関節部６は
アーム４により保持され、互いに連続して縦軸Ｘ−Ｘに
沿って取り付けられた３つの可動フレームＢ１、Ｂ２．
Ｂ５１ｉｔえている。可動フレームＢ１はアーム４に対
しで軸Ａ１の周りを回転することができる。可動フレー
ムＢ２は可動フレームＢ１　に回動自在に連接されてお
り、可動フレームＢ　に対して軸Ａ２の周ｌりを回動できる。可動フレームＢ３は可動フレームＢ　
により保持され、可動フレームＢ２に対して軸Ａ３の周
りを回転できる。関節部により方向状めされる工具は、
例えば加工用工具７から成るものとすることができ、か
つ可動フレームＢ３により保持されている。

関節部がまっすぐの状態の時は、軸Ａ１、Ａ３は関節部
の縦軸Ｘ−Ｘと一致する縦軸であり、軸Ａ２は常に軸Ａ
　とＡ３を含む平面に垂直な横方向の中間軸である。

前述した各軸を相互に配置した３つの回転軸を有する関
節部は既に公知であり、この発明はこのタイプの関節部
に関する。

第２図にも第１図に示された必須部材である可動フレー
ムＢ　　、Ｂ　　、Ｂ　　と軸Ａ１１Ａ２．Ａ３　が示
されている。

関節部の固定部分、即ちロボットのアーム４の先端部２
には第１モータ機構Ｍ２と第２モータ機構Ｍ１、Ｍ３が
同軸状に取り付けられでいる。これら２つのモータ機構
は第２図で示されているように、ベルト１２，１４によ
り駆動される２つの７ツチプーリ８．１０により構成さ
れ、このベルトはアーム４で保持された２つのモータ（
図示省略）により駆動される。

これに代わる方法としで、前述した２つのモータ機構は
縦軸Ｘ−Ｘのアーム４に直接取り付けられた２つのモー
タとしてもよいことは容易に理解されるであろう。

後で詳述するギアーを構成する１６．Ｑ１、Ｑ２゜°　
１８は第１モータ機構Ｍ　を可動フレームＢ２に連結さ
せて、第１モータ機構Ｍ２が回転すると可動フレームＢ
２が回転軸Ａ２の周りを可動フレームＢ１に対しτ回動
す゛るようになっている。

基本的に中空の入力軸２ｏと、３つのベベルギア−のピ
ニオンＰ１．　Ｐ２．　Ｐ３　　と、出力軸２２とから
成るもう１つのギアーは第二のモータ機構Ｍ１、Ｍ３　
　を両方共可動フレームＢ１に接続してこれを軸Ａ１の
周りを回動させ、かつ可動フレームＢ３に接続してこれ
を軸Ａ３の周りに回動させる。

後で詳述するこのギアーはモータ機構Ｍ１．　Ｍ３が回
転するとα１とα３　の角度だけ軸Ａ１．　Ａ３の周り
を可動フレームＢ１．　Ｂ３がそれぞれ回動するように
構成され、これらの角度は常に同一方向を有し、比例関
係にあるが、常に等しい値であるのが好ましい。

従ってその３つの回転軸に関する関節部の方向は２つの
モータ機構のみで制御し得るが、この２つのモータ機構
は関節部の固定部により支持されでいるがその可動フレ
ームによっては支持されて機構と呼ぶ）は構造が簡単で
あり、ごくわず゛かの部材からしか成っていない。即ち
、モータ機構Ｍ２に固定されかつ軸Ａ１　と同軸の入力
軸１６と、ベベルギア−のピニオンＱ１ト、ベベルギア
−のピニオンＱ２と、軸Ａ２　と同軸の出力軸１８とで
ある。

この発明を簡単な形で実施する場合は、出力軸１８は可
動フレームＢ２に簡単に固定させることができる。しか
しこの場合、低蓮高トルクモータから成るモータ機構を
用いるか、さもなくばモータ機構Ｍ２　　と入力軸との
間に減速機を用いるのが有利であろう。

第２図に示した好ましい実施例では、減速機Ｒ２は出力
軸１８（または出力ピニオンＱ２）と可動フレームＢ２
　との間に設けられている。このような配置によって一
対のベベルギア−のピニオンＱ１、Ｑ２の相対運動即ち
バツクラツシは減速比と同じ比率で最小になる。

同軸型エピサイクロイド減速ユニットを用いるのが有利
であるが、減速比を例えば１　：１００とし得る公知の
°調和駆動”形式の減速機を選択するのが好ましい。

第二ギアー機構がこのような配置になっているため、ま
たこのギアー機構には２つのピニオンしか噛み合ってい
ないことから、モータ機構Ｍ２と従動機構即ち可動フレ
ームＢ２　との間の全バノクラツシを最小にすることが
できる。

もう１つのギアー機構２０　、　Ｐ１、　Ｐ２．Ｐ３，
２２゜即ち第一ギアー機構は３つのベベルギア−のピニ
オン、即ち軸Ａ１　上のピニオンＰ、と、軸Ａ２上のピ
ニオンＰ２と、軸Ａ３上のピニオンＰ３のみを備えでい
る。ピニオンの数が少ないにも拘わらず、バツクラツシ
を最少にするためにギアー機構に２つの減速機Ｒ１、Ｒ
３を設けて中空軸２０、ピニオンＰ　　、Ｐ　　、Ｐ　
　、　　及び出力軸２２が高速で、換言するとモータ機
構Ｍ１、Ｍ３の速度で回転するようにすると有利である
。また、例えば減速比１：１００を有する調和駆動タイ
プの減速機を選んでもよい。

第一減速機Ｒ１はロボットのアーム４の先端部に保持さ
れており、これによって関節部の可動部分の慣性が増大
するのを回避できる。減速機の高速中央入力部材を（プ
ーリ１０と同じ速度で駆動される）中空軸２０に固定さ
せてもよく、また減速機の固定円形スプラインはアーム
４にしっかりと固定でき、一方低速出力機構はアーム４
の先端部２内で軸Ａ１の周りに回転するよう取り付けた
可動フレームＢ１の筒状部分２４に固定する。

同様に、減速機Ｒ３の場合、その高速中央入力部材をギ
アー機構の出力軸２２に固定させ、一方間定式円形スプ
ラインと低速出力機構とはそれぞれ可動フレームＢ２の
筒状部分２６（この周りを可動フレームＢ３が回転する
）と、工具７を保持する可動フレームＢ３にしっかりと
固定されでいる。

先に示した減速比が１：１００の場合、プーリ１０（又
は同等のモータ機構Ｍ、　、　Ｍ３）が正逆いずれかの
方向に一回転だけすると、減速機Ｒ１、Ｒ３はそれぞれ
同方向に１／１００　　回転に等しい角度α１とα３だ
け回転する。その結果可動フレームＢ３は軸Ａ３の周り
を２／１００回転する。

同じように、プーリ８（又は同等のモータ機構Ｍ２）が
１回転すると、減速機Ｒ２は１／１００回転する（但し
Ｑｌと９２の回転比は１対１である）。

即ち、可動フレームＢ　は軸Ａ２の周りを１／１００回
転する。

ピニオンｐ１．ｐ２．ｐ３及びＱ１、　Ｑ２が軸Ａ２の
周り又は軸Ａ１．Ａ３の周りを回転する時は、それらの
相対運動はモータＭ２とＭ１９Ｍ３　の制御用コンピュ
ータ′に入力されている修正プログラムにより修正する
ことができる。

第１図には、軸Ａ３に垂直の回転軸を有するような加工
用工具７が示されているが、この回転軸の方向はかなり
いろいろに変えることができる。

ゝこの工具は関訃（訃≠ヰの可動フレームＢ３により保
持されている工具用モータ２８により直接駆動１しても
よいし、或いはベルトを介して駆動しでもよい。

しかしながら、第３図に示されているように、主軸用モ
ータ２８′は関節部の可動部分が重くならないように固
定部分４に取り付けてもよい。この場合、軸Ａ２に対す
る関節を形成する３つのベベルギア−のピニオンから成
る継手３２を備えた内部Ｊ”　３０　、３０’を可動フ
レームＢ３により保持された工具７を駆動するためにピ
ニオン３４とベルト３６から成る伝導装置に直結させる
。第２図の実施例の主軸１６　、２２の代りに中空の主
軸１６′。

２２′を用いてもよいことは勿論である。

この発明による関節部におけるギアー機構を簡単にした
ことにより、工具の方向決めの精度を枦めで高くするこ
とができる。事実、第一ギアー機構は２つの噛合（ｐ、
とＰ２の噛合、Ｐ２とＰ３の噛合）しか行なわず、また
第二ギアー機構は唯１つの噛合（Ｑｌと９２の噛合）し
か行なわない。従って、これによりより複雑な伝導装置
で起るようなバツクラツシもしくは自由な相対運動の連
続する蓄積が回避され、か＼る自由な相対運動は減速機
の減速比と同じ比率で減少する。この後者の相対運動は
、例えば数分の円弧のような極めて小さい値のＩ５リア
ランスを有することができるものである。

最後に、工具をいろいろな方向に向けて掃引される球部
分に特異点がない場合は、その特定の斜面を、工具の変
化又は再位置決めに頼ることなく、加工することが可能
となる。

各図面においで、可動フレームＢ１、Ｂ２ははっきりさ
せるためにあぶみ伏に表わされている。しかし、実際に
はこれら１動フレームはむしろ軸Ａ２　　。

に沿って互いに枢支されたボックス伏になっており、全
ピニオン（Ｐｌ　、Ｂ２　、Ｂ３　’Ｑｌ　、Ｑ２）は
これらボックス内部にある。

第４図はこ、の発明による関卦部≠孝６を、工業用ロボ
ットを構成する切削機に応用しているのを示している。

この切削機は、長手方向のビーム３８　、３８’と、脚
部４２を介して地面に固定された横方向の２つのビーム
から成るフレームを備えている。ビーム３８　、３８’
は可動キャリッジ４６をＸ軸に沿って案内するガイドレ
ール４４　、４４’を保持している。

このキャリッジ４６はＹ軸に沿った移動を制御する横方
向案内システムを介して先端部に関６４Ｆ６を取り付け
たアーム４を保持している。この実施例においては、ア
ーム４は垂直アームで、Ｚ軸に沿って垂直に移動できる
。

３つの軸に沿って方向決め可能の関’ｔｒ＊ｐｍｅによ
り保持された加工工具７は、加工物５０、例えばボート
の船殻材のようなものを切削する工程にあるのが示され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が応用する公知タイプの３つの回転軸
付関節部の略図、第２図は駆動手段と、この発明の関節
部の実施例であるギアー機構とを示した図、第３図はこ
の発明のもう１つの実施例の部分略図、第４図はこの発
明の応用例を示した図である。４・・・アーム、６・・・関節部、７・・・工具、Ａ１
．Ａ２゜Ａ　・・・軸、Ｂ１、Ｂ２．Ｂ３・・・可動フ
レーム、Ｍｌ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３つの可動フレームＢ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３を縦
軸Ｘ−Ｘに沿つて順に取り付け、第一可動フレームＢ＿
１をロボットのアーム４の自由端部により保持しかつこ
のアームに対して第一軸Ａ＿１の周りを回転できるよう
にし、第二可動フレームＢ＿２を第一可動フレームＢ＿
１により保持して第一可動フレームＢ＿１に対して第二
軸Ａ＿２の周りを回転できるようにし、第三可動フレー
ムＢ＿３を第二可動フレームＢ＿２により保持して第二
可動フレームＢ＿２に対して第三軸Ａ＿３の周りを回転
できるようにし、第三可動フレームＢ＿３はロボットに
より位置決めされかつ方向決めされた工具７を支持し、
第一軸Ａ＿１と第三軸Ａ＿３は関節部がまつすぐな状態
の時は縦軸Ｘ−Ｘに一致する縦軸であり、第二軸Ａ＿２
は横方向の中間軸で常に第一軸Ａ＿１と第三軸Ａ＿３を
含む平面と垂直をなし、こゝで第二可動フレームＢ＿２
の第二軸Ａ＿２の周りの回転変位は第一モータ機構Ｍ＿
２により制御され、第一可動フレームＢ＿１の第一軸Ａ
＿１の周りの回転運動と第三可動フレームＢ＿３の第三
軸Ａ＿３の周りの回転運動とは共に唯一共通の第二モー
タ機構Ｍ＿１、Ｍ＿３により制御され、これらモータ機
構Ｍ＿２及びＭ＿１、Ｍ＿３はロボットのアーム４によ
り保持されていることを特徴とする工業ロボット用関節
部。
（２）ベベルギアーのピニオンＰ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３
を備えた第一ギアー機構が第二モータ機構Ｍ＿１、Ｍ＿
３と第一及び第三可動フレームＢ＿１、Ｂ＿３との間に
設置され、第二モータ機構Ｍ＿１、Ｍ＿３が回転するこ
とにより第一及び第三可動フレームＢ＿１、Ｂ＿３がそ
れぞれ第一軸Ａ＿１及び第二軸Ａ＿２の周りを角度α＿
１、α＿３で回動変位し、これらの角度は常に比例関係
にあり、かつ同方向を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の工業ロボット用関節部。
（３）回転角度α＿１、α＿３が常に等しくかつ同方向
を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
の工業ロボット用関節部。
（４）ベベルギアーのピニオンＱ＿１、Ｑ＿２を備えた
第二ギアー機構を第一モータ機構Ｍ＿２と第二可動フレ
ームＢ＿２との間に設置して第二可動フレームＢ＿２が
第一可動フレームＢ＿１に対して第二軸Ａ＿２の周りを
回動するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
２項に記載の工業ロボット用関節部。
（５）ベベルギアーのピニオンを備えた第一及び第二ギ
アー機構が第一及び第二可動フレームの内部に完全に収
容されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
記載の工業ロボット用関節部。
（６）第一及び第二ギアー機構のベベルギアーのピニオ
ンＰ＿２、Ｑ＿２が第二軸に沿つて同軸状に設けられ、
第１および第２ギアー機構のベベルギアーのピニオンＰ
＿１Ｑ＿１が第一軸に沿つて同軸状に設けられ、第一ギ
アー機構の第三のベベルギアーのピニオンが第三軸Ａ＿
３上に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
第５項に記載の工業ロボット用関節部。
（７）第一減速機Ｒ＿１が第二モータ機構Ｍ＿１、Ｍ＿
３と第一可動フレームＢ＿１との間に設けられ、第二減
速機Ｒ＿２が第一ギアー機構の第三のベベルギアーのピ
ニオンＰ＿３と第三可動フレームＢ＿３との間に設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
の工業ロボット用関節部。
（８）第三減速機Ｒ＿３が第二ギアー機構の出力ピニオ
ンＱ＿２と第二可動フレームＢ＿２との間に設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の工
業ロボット用関節部。
（９）減速機Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３がエピサイクロイ
ド型減速機であつてそれぞれの軸が第一、第二、第三軸
Ａ＿１、Ａ＿２、Ａ＿３と一致することを特徴とする特
許請求の範囲第７項又は第８項に記載の工業ロボット用
関節部。
（１０）減速機Ｒ＿１がアーム４により保持されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第７項又は第９項に記
載の工業ロボット用関節部。
（１１）関節部により保持されている工具７が加工用回
転工具であり、この工具の回転軸が第三軸Ａ＿３とほぼ
垂直であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の工業ロボット用関節部。
（１２）工具７が可動フレームＢ＿３により保持された
モータ２８により駆動されることを特徴とする特許請求
の範囲第１１項に記載の工業ロボット用関節部。
（１３）工具７がロボットのアーム４により保持された
モータ２８′により駆動されることを特徴とする特許請
求の範囲第１１項に記載の工業ロボット用関節部。
（１４）特許請求の範囲第１項の関節部を備えたことを
特徴とする工業ロボット。