JPS6312949Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はロボツトの関節装置の改良に関し、簡
単な構造で小型・軽量にできるようにしたもので
ある。

悪環境下での作業や危険物を取扱う作業、ある
いは作業者が直接立入ることのできない狭小部で
の作業のため種々の形式のロボツトが使用されて
おり、細かい作業や複雑な作業までも行なわせて
いる。このため作業を行なう手首部等はあらゆる
方向に向けることが出来る必要があり、従来使用
されているロボツトでは、例えば第１図に示すよ
うに、ロボツト本体であるアーム１の先端部にｙ
軸ピン２を介して回動可能な中間アーム３を取付
け、この中間アーム３の先端部にｙ軸ピン２と直
交するｘ軸ピン４を介して手首部５の基端部が回
動可能に設けられており、中間アーム３はアーム
１内に設けられた図示しない駆動機構により、手
首部５は中間アーム３内に設けられた図示しない
駆動機構によりそれぞれ駆動されるようになつて
いる。

ところが、上記構造にあつては中間アーム３を
設けて互いに直交するｙ軸ピン２およびｘ軸ピン
４を設けているため中間アーム３の長さ分だけ手
首部５が先方に位置し、ロボツト本体であるアー
ム１より先端の重量が増大したり、ロボツトの大
型化を招き作業範囲が規制される等の問題があ
る。

ロボツトを小型化する方法としては、第２図に
示すように、直交するｘ，ｙ，ｚの三軸の交点０
を中心としてｚ−ｙ平面でα、ｘ−ｙ平面でβだ
け回転できるよう１点で２自由度の動力操作を可
能とすることが考えられ、その具体的なものとし
て第３図に示すような機構が知られている。この
機構は、二つの固定部材６間にリング状部材７を
その直径上で軸８ａ，８ｂで支持し、リング状部
材７内にデイスク状部材９を前記軸８ａ，８ｂと
直交する軸１０ａ，１０ｂで支持している。リン
グ状部材７は軸８ａ，８ｂ（ｚ−z′軸）を中心と
してβ角の回転ができ、デイスク状部材９は軸１
０ａ，１０ｂ（ｘ−x′軸）を中心としてα角の回
転ができるので、結局デイスク状部材９は固定部
材６に対しα角及びβ角の合成角の２自由度が任
意にとれることになる。

しかし、上記のような機構において、従来は、
固定部材６側からデイスク状部材９を操作するの
にリングを使つていることから、操作角α，βを
大きくとれないという欠点があつた。又、この自
在関節を介して更にその先に動力を伝達するた
め、操作角α，βに対応しようとすると、ユニバ
ーサルジヨイント等を動力伝達機構として使用す
るため、結局当該機構は使用できず、１自由度の
関節２個の組合せとなり、かなり大形のものとな
つてしまう。

本考案はかかる現状にかんがみてなされたもの
で、簡単な構造で小型・軽量化できしかも更に先
方への動力伝達が可能なロボツトの関節装置の提
供を目的とする。斯かる目的を達成する本考案の
構成は入力軸及び出力軸と同軸にギアケースと一
体に支持軸が突設され且つ前記出力軸に交差状態
で接続する駆動軸が前記ギアケースに回転自在に
支持された差動歯車装置と、この差動歯車装置を
囲むように配置され且つ前記支持軸を介して当該
差動歯車装置を回動自在に支持する揺動リング
と、この揺動リングを前記支持軸と交差する揺動
軸を介して揺動自在に支持するロボツト本体と、
このロボツト本体に設けられて前記揺動リングを
前記揺動軸回りに揺動させるリング駆動機構と、
前記支持軸及び前記揺動軸と交差する軸回りに前
記揺動リングに対して回転自在に嵌着され且つ前
記入力軸に回転を伝達するリング状の動力伝達部
材と、前記ロボツト本体に設けられ且つ前記揺動
軸と同軸をなす支持駆動軸を介して前記動力伝達
部材を回転させる動力伝達部材駆動機構と、前記
ギアケース及び前記揺動リングにそれぞれ設けら
れて前記駆動軸の回転或いは前記揺動リングに対
する前記支持軸回りの前記ギアケースの回転を拘
束する一対のブレーキとを具えたものである。

以下、本考案の一実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

第４図および第５図は本考案のロボツトの関節
装置の一実施例にかかる概略斜視図および要部の
拡大斜視図である。

ロボツト本体となるアーム１１の先端部に一対
の固定支持部１２が形成され、この固定支持部１
２に揺動リング１３の外側部がｙ軸ピンに相当す
る２重軸の外軸（揺動軸）１４および支持軸（揺
動軸）１５で揺動自在に支持されており、外軸１
４の一端が揺動リング１３に直接固着されると共
に他端に従動平歯車１６が嵌着され固定支持部１
２に設置された駆動モータ１７のピニオン１８を
噛み合わすことで外軸１３および支持軸１５の回
りに揺動駆動できるようになつている。

この揺動リング１３の内周部には、軸受１９を
介して同心状態で回転可能なリング状の大傘歯車
（動力伝達部材）２０が取付けられると共に揺動
リング１３に対する大傘歯車２０の回動を停止さ
せるリング状の電磁ブレーキ２１が揺動リング１
３の基端部に同心状に取付けてある。この大傘歯
車２０には、揺動リング１３の一端を支持する２
重軸の内軸２２（支持駆動軸）先端に嵌着された
ピニオン傘歯車２３が噛み合つており、内軸２２
に連結され且つアーム１１の固定支持部１２に設
置された駆動モータ２４により駆動されるように
なつている。また、揺動リング１３には、その揺
動中心軸ｚと直交する位置に支持部２５が一対形
成してあり、該支持部２５に支持軸２６及びピニ
オン傘歯車２７を介して差動歯車装置２８のギア
ケース３３が回転自在に支持されている。差動歯
車装置２８は互いに噛み合う４個の傘歯車２９，
３０，３１，３２とこれらの傘歯車等を回転自在
に支持するギアケース３３等とから構成され、支
持板３９やアーム４０等が取り付けられるように
なつている。前記支持軸２６はギアケース３３に
固着されると共に支持部２５を貫通しており、こ
の支持軸２６には揺動リング１３に固定されたブ
レーキ３４が嵌着されており、従つて揺動リング
１３に対する差動歯車装置２８のギアケース３３
の回動をこのブレーキ３４により停止させること
ができる。

一方、前記ピニオン傘歯車２７は大傘歯車２０
に噛合すると共に差動歯車装置２８を構成する傘
歯車（入力軸）３２に一体に取り付けられてお
り、該傘歯車３２と傘歯車２９，３１を介して噛
合する傘歯車（出力軸）３０には一体に傘歯車３
５が取り付けられ、該傘歯車３５には駆動軸３６
に一体に固定された傘歯車３７が噛合している。
この駆動軸３６はアーム４０先端の手首部４１に
連結され、この駆動軸３６を回転させることで手
首部４１を操作することが可能である。この駆動
軸３６にはギアケース３３に固定されたブレーキ
３８が嵌着しており、従つて、差動歯車装置２８
に対する駆動軸３６の回動をこのブレーキ３８に
より停止することが可能である。

かような構成のロボツトの関節装置では、一平
面上に２つの自由度を具えており、差動歯車装置
２８が揺動リング１３を介して揺動中心軸ｚおよ
び回転軸ｘを中心に回動でき、更に差動歯車装置
２８に連結された先方に延びている駆動軸３６に
も駆動力を伝えることができるのである。

まず、ブレーキ３４，３８を選択して使用する
ことにより、１個の駆動モータ２４により差動歯
車装置２８のギアケース３３を駆動軸３６と共に
回転軸ｘまわりに回転させあるいは駆動軸３６に
駆動力を伝達することができる。

(イ) ブレーキ３４を使用して、ブレーキ３８を解
放した場合。

駆動モータ２４により２重軸の内軸２２を介
してピニオン傘歯車２３を駆動すると、これと
噛み合う大傘歯車２０が回転する。この大傘歯
車２０に噛み合うピニオン傘歯車２７及びこれ
と一体の傘歯車３２が回転し、これと噛み合う
傘歯車２９，３１がその場で自転しながら回転
を傘歯車３０に伝える。傘歯車３０及びこれと
一体の傘歯車３５が回転し、この回転が傘歯車
３７を介し駆動軸３６に伝達される。尚、この
場合は差動歯車装置２８の回動はブレーキ３４
により停止させられている。

(ロ) ブレーキ３４を解放して、ブレーキ３８を使
用する場合。

駆動モータ２４により２重軸の内軸２２を介
してピニオン傘歯車２３を駆動すると、これと
噛み合う大傘歯車２０が回転する。この大傘歯
車２０に噛み合うピニオン傘歯車２７及びこれ
と一体の傘歯車３２が回転し、これと噛み合う
傘歯車２９，３１が自転せずに、ギアケース３
３と一体に回転軸ｘを中心に回動する。この場
合、駆動軸３６はブレーキ３８により停止させ
られており、傘歯車３７，３５は回動不能であ
る。

このようにブレーキ３４，３８の選択使用によ
り２つの動作を行なわせることが可能であるが、
ブレーキ３４，３８として電磁ブレーキ等を用い
その制動量を各々調整すれば、差動歯車装置２８
を揺動中心軸ｘまわりに回転させつつ、駆動軸３
６に駆動力を伝達することができる。

次に、駆動モータ１７を駆動すると、ピニオン
１８、従動平歯車１６及び外軸１４を介して揺動
リング１３をｚ軸まわりに回動させることができ
る。このとき電磁ブレーキ２１により揺動リング
１３に対する大傘歯車２０の回動を停止しておけ
ば、揺動リング１３の回動に伴い傘歯車２３を介
してモータ２４の回転子が回転するのみで、揺動
リング１３の回動に伴つて差動歯車装置２８のギ
アケース３３がｘ軸まわりに回動することもな
く、又駆動軸３６が回転することもない。つま
り、揺動リング１３の回動は差動歯車装置２８の
ｘ軸まわりの回動や駆動軸３６の駆動と全く独立
して行えるのである。

尚、上記実施例では、リング駆動機構や動力伝
達部材駆動機構として、傘歯車の組合せを採用し
ているが、歯車としてはクラウン歯車やウオーム
歯車、平歯車等を組合せて用いてもよく、又、歯
車に限らず、チエーンとスターホイル等を使つて
構成することも可能である。ブレーキ３４，３８
としては電磁ブレーキでなくてもよいが、電磁ブ
レーキとすることにより制御がより単純化され
る。

また、上記実施例では一平面内にｘ軸、ｙ軸を
設け、しかも直交させているが、この場合に限ら
ず、両軸を若干の間隔を隔てて配設したり、直交
以外でも良い。

以上、実施例とともに具体的に説明したよう
に、本考案によれば、一平面内もしくは隣接して
２つの交差する軸回りに回動可能なロボツトの関
節装置としたので、装置の小型化がはかれると共
に駆動源をロボツト本体に設置することができる
ので軽量化もはかれる。また、互いの軸の干渉が
ないので180度近まで回転範囲を大きくできる。
従つて、狭隘部での作業も容易となり、任意の方
向への制御も容易となる。更に、２自由度関節で
あるにもかかわらず、この関節を介し更にその先
への動力伝達がユニバーサルジヨイントを使用し
ないで達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロボツトの関節装置の斜視図、
第２図はロボツトの２自由度の動きを示す説明
図、第３図は従来の関節装置の概略斜視図、第４
図および第５図は本考案のロボツトの関節装置の
一実施例にかかり、第４図は概略斜視図、第５図
は要部の拡大斜視図である。 図面中、１１はアーム、１２は固定支持部、１
３は揺動リング、１４は外軸、１５は支持軸、１
７，２４は駆動モータ、１９は軸受、２０は大傘
歯車、２１は電磁ブレーキ、２２は内軸、２３，
２７はピニオン傘歯車、２６は支持軸、２８は差
動歯車装置、２９，３０，３１，３２，３５，３
７は傘歯車、３３はギアケース、３４，３８はブ
レーキ、３６は駆動軸、３９は支持板、４０はア
ーム、４１は手首部である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 入力軸及び出力軸と同軸にギアケースと一体に
   支持軸が突設され且つ前記出力軸に交差状態で接
   続する駆動軸が前記ギアケースに回転自在に支持
   された差動歯車装置と、この差動歯車装置を囲む
   ように配置され且つ前記支持軸を介して当該差動
   歯車装置を回動自在に支持する揺動リングと、こ
   の揺動リングを前記支持軸と交差する揺動軸を介
   して揺動自在に支持するロボツト本体と、このロ
   ボツト本体に設けられて前記揺動リングを前記揺
   動軸回りに揺動させるリング駆動機構と、前記支
   持軸及び前記揺動軸とを交差する軸回りに前記揺
   動リングに対して回転自在に嵌着され且つ前記入
   力軸に回転を伝達するリング状の動力伝達部材
   と、前記ロボツト本体に設けられ且つ前記揺動軸
   と同軸をなす支持駆動軸を介して前記動力伝達部
   材を回転させる動力伝達部材駆動機構と、前記ギ
   アケース及び前記揺動リングにそれぞれ設けられ
   て前記駆動軸の回転或いは前記揺動リングに対す
   る前記支持軸回りの前記ギアケースの回転を拘束
   する一対のブレーキとを具えたロボツトの関節装
   置。