JPS63288690A

JPS63288690A - 手首機構

Info

Publication number: JPS63288690A
Application number: JP62123006A
Authority: JP
Inventors: 行雄大谷
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1987-05-20
Filing date: 1987-05-20
Publication date: 1988-11-25

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］本発明は産業用ロボットの手首機構に係り、特に塗装、
シーリング作業用ロボットに用いるに好適な手首機構に
関する。

［従来の技術および問題点］一般に産業用ロボットのアームには屈曲自在な手首機構
が設けられている。

このような手首機構とその動作状態の概略を第４図〜第
６図により説明すると、産業用ロボットのアーム（図示
路）の中心軸線と同一直線上には、該アームに対して回
転自在に設けられた円筒状の第１端部材１と、第１端部
材＆の上部に傾斜した状態で回転可能に設けられた円筒
状の中央部材すと、中央部材すの上部に前記第１端部材
ａと異なる方向に傾斜した状態で回転可能に設けられた
第２端部材Ｃとによって手首機構本体が構成されている
。このような構成のもとに、第１端部材１と第２端部材
Ｃとの相対回転を阻止しておき、かつ第１端部材１を固
定し、中央部材すを第１軸ｄを中心に第１の回転駆動機
構（図示路）により回転させる。すると、第２の端部材
Ｃは回転せずに中央部材すに倣って、第１端部材ａの軸
線ｅの横方向に第５図に示すように変位する。この状態
で第１端部材λを第２の回転駆動機構（図示せず）によ
り回転させ、同時に中央部材すを回転させれば、第２端
部材Ｃは前記横方向の反対側へ変位する。

上記の自由度を有する手首機構は特開昭６１−９５８９
３号公報に開示されている。この機構に更に自由度を付
加したものがその後開発された。

すなわち、第２端部材の先端に独立したＩ自由度をもつ
ように回転軸ｆを付加したもので、前記の機構を基本と
して第２端部材Ｃの先端に空間部を設け、ここに前記回
転軸ｆを駆動するための駆動モーターと減速機とからな
る作業装置を収容して構成したものである。

この作業装置には、必然的に、電力を供給するだめのケ
ーブルが接続されるが、内部の作業装置に接続されてい
るケーブルは、第２端部材Ｃの壁を貫通している貫通孔
を経て外部に導かれ、手首機構本体の外周面に沿わせて
後方に導かれている。

また、前記従来例のほかに、手首機構本体を構成する第
１・第２端部材ａ’ｃおよび中央部材すとが互に対面す
る円筒面の所に、いわゆるスリップリングとブラシとか
らなる接続機構を設けて、手首機構内に配線することに
より、ケーブルの引き回しをなくした方式のものも提案
されている。

さらにまた、従来の他の形式のものとして、先端作業装
置に含まれているモーターおよび減速機と、前記手首機
構を駆動するためのモーター、減速機をすべてロボット
のアームの後方に位置させて構成したものがある。この
ものにおいては、手首機構先端の重量軽減と小型化が図
られている。

（特開昭６１−１６８４８５号公報参照）。

上記各従来装置の内、モーターを第２端部材内に収容し
てなるものは、前記したように手首機構本体に沿わせて
配線せざるを得ないから、手首機構を構成する各部材の
相対回転に伴って、ケーブルにねじれや曲げが生じその
耐久性に影響を及ぼし、あるいは、手首機構の回転を制
限して動作範囲を狭くするという問題がある。また、特
に、塗装作業場など引火性気体のある所での使用は、モ
ーターを防爆型にする必要があり、この部分にモーター
を配置することはこの面からも好ましくなかった。さら
に、モーターのような重量物が手首機構の先端部にある
と、該部分の慣性モーメントが大きくなり、防爆構造に
した場合には一層その傾向が助長されることになる。

また、スリップリングとブラシとを使用してケーブルに
捩れを防止する機構を採用した場合であっても、手首機
構の先端部に重量のあるモーターを内蔵することに変わ
りはなく、前記諸問題を解決し得るものではなかった。

さらにまた、第２端部材におけるモータを省略したもの
は、前記手首機構先端部の重量を軽減し小型を計ること
において成功し、また、防爆性の要求をも満たすもので
ある。しかしながら、減速機を後方に移動させたために
、次の欠点を併せ持つこととなった。それは、動力の伝
達域が遠く離れ、しかも、途中手首機構の運動を行う複
雑な歯車機構の中を通して伝達するので、手首を構成す
る各軸を中心とする動作にともなって先端の軸の回転角
度を補正することが必要であり、また、減速後の大きな
トルクを伝達するには、伝達用の歯車、カウンターシャ
フト等に大きな強度、あるいは、剛性が必要とされる。

また、各歯車機構のバックラッシュの影響がその出力軸
の先端に出るため、微妙な調整が必要になる。

本発明は上記従来産業用ロボットの手首機構が持つ欠点
を解消することを目的として提案されたものである。

［問題点を解決するための手段］本発明はその目的を達成するために次のような構成によ
った。

すなわち、中央部材とその両側の第１・第２端部材が直
列に連結され、その各部材の内部空所内に設けた歯車機
構を介して第２端部材の外部に突出させた回転部材を３
次元の所期位置に導くようになしである産業用ロボット
の手首機構において、前記第２端部材の前記回転部材が
第２端部材の先端内部に設定した減速機構の低速出力側
に連結され、一方、減速機構の高速入力端に連結する中
間軸が手首機構本体を構成する部材の各回転軸線を通っ
てモーターに連結していることを特徴とする構成である
。

［作用コ上記の構成によれば、第２端部材の先端にモーターを内
在させないで、これを減速機と分離してロボットのアー
ム側に置き、モーターと距離の離れている減速機は中間
軸を介して連結しであるが、高速であるから同一出力で
もトルクは小さくなっている。従って剛性は左程要求さ
れず、バックラッシュの調整も必要とされない。また、
重いモーターが取り除かれているので慣性モーメントも
必然的に小さくなる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面につき詳述する。

第１図において、ロボットアーム（図示せず）には、ア
ームの中心軸ａと同心に３本の回転軸１゜、２．３が回
転自在に支持されている。軸１４２の下端にはそれぞれ
モーター、減速機が接続され、軸３にはモータのみが接
続されている。軸１の上端には、上端に軸ａと角度αを
なす軸す方向に向かう開口部４ａを有する第１端部材４
が固定されている。軸２の上端には、かさ歯車２ａが形
成されている。軸３にばかさ歯車５が固定されている。

また第１端部材４には軸４ｂが形成され、該軸４ｂの端
部にはかさ歯車７が固定されている。

前記第１端部材４の開口部４ａには中央部材６が軸受８
を介して回転自在に支持され、該中央部材６の端部には
かさ歯車９が固定されている。そして該かさ歯車９は前
記かさ歯車２ａと噛合っている。また軸４ｂの内部には
軸すまわりに回転する軸ＩＯが軸受けを介して支持され
、軸１０の両端にばかさ歯車１２．２５がそれぞれ固定
され、かさ歯車１２には前記かさ歯車５が噛合っている
。

前記中央部材６の上端の開口部６２Ｌには、第２端部材
１３が軸すに対し角度βをなす軸Ｃを中心に回転自在に
支持されている。該第２端部材１３の端部にはかさ歯車
１４が固定され、前記かさ歯車７と噛合っている。また
第２端部材１３には軸Ｃまわりに回転する軸１５が軸受
１６を介して支持され、軸１５の両端にばかさ歯車１７
．１８がそれぞれ固定され、さらにかさ歯車１７は前記
かさ歯車２５と噛合っている。

前記第２端部材１３には軸受け１９を介して軸２０か支
持され、軸２０の一端には、前記かさ歯車１８と噛合う
かさ歯車２１が固定されている。

前記軸２０の回転は、第２端部材１３の先端に設けた減
速機（例えばハーモニックドライブのような入出力軸か
同心状に配置された減速機）に入力され、減速後、軸受
２４を介して支持された軸２３をｄ軸まわりに駆動する
ようになっている。

また、第１端部部材４、中空部材６、第２端部け１３に
はそれぞれ開口部４ｃ、６ｂ、＋３ａが設けられ、これ
らの外側には、支持板２６．３０゜３４を介して、カバ
ー２７．３１．３５が固定されている。第３図にカバー
３１の構造を示すが、カバー３１は二つ割りの構造で、
円筒を一定角度を持った平面で切断し、両端にっば３１
ｂ、３１ｂ′をつけたカバ一部材３１ａ、３１ａ’に一
端が固定され、他端にフランジ部材３１ｄ、３１ｄ゛が
固定された円筒部材３１ｃ、３１ｃ’から構成される。

円筒部材３１ｃ、３１ｃ’の内側にはプラグ３３をねじ
込むためねじ部３１ｅが設けられている。他のカバー２
７．３５も同様な方法でそれぞれの第１端部材４、第２
端部材１３に固定されている。

次に前記一実施例の手首機構の動作を説明すれば、減速
後の回転を伝える軸１１軸２の回転は、かさ歯車２ａ、
９とかさ歯車７，１４の２組の歯車機構に伝えられ、任
意の方向へのフレキシブルな曲げ動作を可能にしている
。すなわち、第１端部材４を固定し、回転軸２を回転さ
せれば回転軸２上端のかさ歯車２ａが中央部材６のかさ
歯車９と噛合っているので中央部材６は軸すまわりに回
動する。また軸２を固定し第１端部材を回動すると、か
さ歯車７．１４が噛合っているので第２端部材１３は軸
Ｃまわりに回動する。また、それぞれのかさ歯車を通し
て設けられている中間軸１０゜１５．２０とかさ歯車５
．１２かさ歯車２５．１７およびかさ歯車１８．２１か
らなる動力伝達機構により、上記２自由度とは独立した
第３の自由度を手首の先端に設けることができる。

また、カバー２７．３１．３５は全ての歯車を調節した
後にかさ歯車５゜１２、かさ歯車２５゜１７、かさ歯車
１８．２１のそれぞれの対を覆うように、それぞれの対
を内部に含む部材に固定するもので、歯車の噛合い部と
カバー２７．３１゜３５の相対位置は手首機構の姿勢に
よらず一定で、歯車の外周に常に一定の狭い空間を確保
することができる。そのため比較的高速で回転するこれ
等歯車対の潤滑油グリスの飛散を防止する、これ等のカ
バー内はプラグ３３を取り外せば容易に外部と、連通ず
るのでグリスの補充交換は容易である。

［効果］本発明によれば、下記の効果が得られる。

（ａ）手首機構の先端に重くそして場所を取るモーター
を取りつける必要はなく、慣性モーメントを小さくとれ
るとともに、作業性が著しく向上する。

（ｂ）　　モーターを手首機構の先端に設ける必要がな
いから、モーター用ケーブルの耐久性を心配することも
なく外観もスリムである。

（ｃ）　　高速低トルクの回転を伝導するので、歯車、
中間軸等の剛性の低下、およびバックラッシュの増加を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は全体縦断面図、第２図はその回転中心軸の角度
関係を示す模型図、第３図はカバ一部材の外観を示す斜
視図、第４図ないし第６図は、それぞれ−従来例におけ
る手首の動作を示す側面図である。 ■・２・３・・・・・・回転軸、４・・・・・・第１端
部材、６・・・・・・中央部材、１３・・・・・・第２
端部材、２７・３１・３５・・・・・・カバー、３１ａ
・３１ａ’・・・・・・カバ一部材、３１ｃ・３１ｃ’
・・・・・・円筒部材、３１ｄ・３Ｉｄ’・・・・・・
フランジ部材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央部材とその両端の第１・第２端部材との３部
材を、各部材の軸線を互いに交差する方向に向けてにか
つ互いに回動自在に連結し、各部材を相対回転させるこ
とにより、前記第２端部材の先端の回転部材を３次元空
間内の所期位置に導くようになした手首機構において、
前記第２端部材の前記回転部材を第２端部材の先端内部
に設定した減速機構の低速出力側に連結し、減速機構の
高速入力側に連結する中間軸と、手首機構本体を構成す
る前記各部材の各回転軸線部にそれぞれ回動自在に設け
られた伝動軸との間にそれぞれ歯車機構を設けるととも
に、伝動軸の基端部を動力源にモーターに連結してなる
ことを特徴とする手首機構。
（２）前記中央部材および第１・第２端部材には、それ
ぞれ、前記中間軸および伝動軸間の歯車機構を覆うカバ
ーが設けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の手首機構。