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1. (WO1989000095) ARTICULATED ROBOT
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明 細 書

発明の名称

多関節 ロボット

技術分野

本発明は, 広く産業用に供さ れる多関節ロ ボ ットに関 し,さらに詳しくは少くとも 2 つの制御アームと . 両制 御ア ームの関節部に設け られた同一軸上で相対する 2 つ の減速機と を有する多関節 ロボットにぉける関節部の駆 動機構に関する ものである。

背景技術

従来の多関節ロ ボットの関節部の駆動機構に関する も の として,例えば特開昭 5 8— 1 8 1 5 8 6 号公報に示され た ものがあ これを図について説明する。 第 1 図はこ の従来例の正面図であ ] 9 , 第 2 図は同側面図 . 第 3 図は 第 1 図 A部で示された制御アー ム としての第 1 アーム及 び第 2 アームの関節駆動部分の詳細断面図である。 これ らの図において, (1)は固定ベー ス,)は固定べ一ス (1)上 で回転する回転テ ーブル, (3)は固転テーブル(2)に固定さ れたベー ス,(4)はべ一ス(3)上の点(5)を中心として摇動す る第 1 アーム,(6)は第 1 了一ム(4)を駆動するための第 1 モー タ,(7)は第 1 アーム)上の点(8)を中心として摇動す る第 - 2 了一ム,(9) , dO)は第 1 了一ム(4) と第 2 アーム(7)と と もに平行リンクを構成するリンク及びリンク支え, υ は リンク支 ^ 及びリンク(9)を介して第 2 アーム(7)を駆

動するため の第 2 モータ, aaは第 2 アーム(7) の先端に取 付け られた手首部であ ]? , B 及び Cの矢印方向に曲げ及 びひね!)動作をする。

したがって, この ロボットにおいては,第 1 モータ(6) を動作させる こ とによ ] 3 , 第 1 アーム(4)が前後に揺動し , また第 2 モータ(!リを動作させることによ!),リンク支 え(10)が上下に摇動 し,第 1 アーム(4) , リンク(9)及び第 2 ア ーム(7) の平行リンク機構の構成によ ]) , 第 2 アーム(7) が回転中心(8)を中心に上下に摇動する。 つま , 第 1 モ —タ (S) と第 2 モータ ttUを制御することによ ]? , 第 1 ァー ム (4)及び第 2 了一ム(7)で構成される前後,上下の平面内 の任意の点に手首部(12)を移動させる ことができ る。さら に回転テ ー ブル(2)の回動を加える ことによ ]9 , 左右をも 含む空間領域内の任意点に移動させる こ とができ,様々 な作業を可能にする。

次に第 3 図において, (15)はべ一ス(3)に固定された第 1 ブラ ケットで,第 1 モータ(6)を突設状にベース(3)に固定 している。 (1Θは第 1 モータ軸で, 第 1 モータ(6)の出力軸 である。 は後述する第 1 サ一キ ユラスプライン,第 1 フ レクスブラインとともに通称ハ一モ二ックドライブコ ンポーネ ン トと称されている減速機を構成する第 1 ゥェ

—ブジ ェネレータで,第 1 モータ軸 Θに固定する。 ωは 第 1 サ一キュラスプラインで,第 1 モータ軸(1Θ と同心に 第 1 ブラケット(15)に固定する。(20)は第 1 フレクスプライ ン,(2 は第 1 アーム駆動軸, ®は第 1 軸受で,第 1 ァー ム駆動軸 (21)は第 1 アーム(4)の一方の側面に固定し,第 1 ブラケット(15) に支持された第 1 軸受(23 によ ]? , 第 1 了一 ム(4)が第 1 モータ軸 da と同心上で揺動し得るように設け られて レ、る。第 1 フレクスプライン(20)は第 1 サーキユラ ス ブライン(19) と同心でかつ互いの歯部が嚙み合う位置で 第 1 アーム駆動軸(21) に固定される。(23)は第 1 軸受カバー で, 第 1 軸受(22) を第 1 ブラケット(15)内に保持している。

(24)は第 1 ブラケット(15) と相対する側においてベース(3) に固定さ れた第 2 ブラケットで,第 1 アーム(4)を挾み, そ の内径部が第 1 アーム(4)の第 1 アーム駆動軸(21) と同心 に なるようにべ一ス(3) に固定されている。 ©は第 2 軸受 であ ]9 , 円錐コロ軸受を用い,第 1 了一ム(4)の他方の側 面に固定さ れたス リーブ状の軸 W との間に介装されて第 1 アーム(4)が第 2 ブラケット(24) に対し回動可能に支持さ れる ように設けられている。(27)は第 2 軸受カバ一で,第 2 ブラケット(24) にネジ部(2 を設け,そのネジ部(2 に螺合 し, 第 2 軸受 ®の内輸を保持する とともにそれに予 EEを かけて いる。 第 2 モータ(!に第 1 モータ(6) と第 1 アーム (4)に対し同一軸上の相対する位置 にある。(29)は第 3 ブラ ケ ットで,第 2 ブラケット(24) に固定し,第 2 モータ(11)を 突設 している。(30)は第 2 モータ軸で,第 2 モータ dl)の出 力軸で ある。 は第 2 ウエーブジヱネレ一タで,第 2 モ — タ軸(30) に固定されている。(33 は第 2 サ一キュラスブラ イ ンで,第 2 モータ軸 βθ) と同心に第 3 ブラケット)に固 定さ れている。 6¾ は第 2 フレクスプラインで,第 2 モー タ 軸 と同心に位置 し,前記第 2 ウエーブジヱネレーク , 第 2 サーキュスブラインとともにハ一モニックド ラ イブ減速機を構成する。 は第 2 アーム駆動軸, 63は 第 3 軸受, Θ6)は第 4 軸受で,第 2 アーム駆動軸 ^は第 3 軸受 65) と第 4 軸受 ( 9によ第 1 アーム(4)に両端支持され , その中間の位置で第 2 アーム駆動軸 ^ に固定されたァ ー ム支え dO)が第 2 モータ軸 W と同一軸上で摇動する よう に構成さ れて いる。第 3 軸受 65),第 4 軸受 (36) にはアンギ ユ ラ玉軸受が使用さ れて いる。

次に動作について説明する。

第 1 モータ(6)を駆動すれば,第 1 アーム(4)は第 1 ハ一 モニ ックドライブ減速機を介して第 1 了一ム駆動軸 ^の 回転が減速さ れ, 第 1 モータ軸 の軸心を 中心として摇 動する。 また, 第 2 モータ ttUを駆動すれば, リンク支え αο)が第 2 ハ一モニ ックドライブ減速機を介して第 2 了一 ム駆動軸 64)の回転が減速され, 第 2 モータ軸(30)の軸心を 中心 として揺動する。 ア ーム支え ttO)は前述のように第 2 了 一ム)及び第 1 アーム ½) , リンク(9) とともに平行リン ク を構成 してレ、るので,第 2 モ一 'タ(11)を駆動すれば,第 2 アーム)が摇動し,ロボットの動作を行わせることカ でき る。なお, ロボットの精度及び剛性を確保するため に,第 3 図に示す関節部では, 軸受カバ一(2?)をネジ込み

調整する こと等によ j 予圧調整管理が行われる。

従来の多関節ロ ボ ットの関節部の駆動機構は, 以上の ように構成されているので, 部品点数が多 く ,し力も口 ボットの精度を確保する にあた って,個々の部品の加工 精度を髙める必要がある ほカ 前述の ご とく組立時に予 圧調整等が必要であ , 低価格で髙精度の ロボットを得 る ことが困難であった。 とくに, モニ ックドライブ 減速機では, 各 々のコンポーネントを同一軸上で髙精度 . に取付けなければアー ムが振動 し易く,従来例のように 部品点数の多いかつ左右に分割 した構造形式では, 髙精 度の組立を安定 して確保する こ とが極めて困難である と レヽぅ問題点があった。

本発明は, 上記の問題点を解消するためになさ れた も ので, 組立時に熟練者に よ る調整作業を行わな くても安 定 した髙精度を保つ こ とができ,かつ安価な多関節ロ ボ ッ トを得ることを目的とする。

本発明に係る多関節 ロボットは,少くとも 2 つの制御 ア ームと,両制御アームの関節部に設けられた同一軸上 で相対する 2 つの減速-機と を有する多関節ロ ボ ットにお いて, 前記 2 つの減速機が一方の制御アー ムの関節部に 固定された共通のサ 一 キユラスプラインと,該共通のサ — キュラスプラインの一端に該サーキュラスプラインと 相対的に回動する ように取付け られかつ他方の制御ァ ー ムの関節部に連結されたブ ラケットとを倔えた第 1 及び

第 2 のハ一モ ニックドライブ減速機力らなるものである

本発明における好ま しい実施態様においては, 前記共 通のサー キ ユラスプラインとブラケットの間にクロス口

― ラ軸受を介装する こ とである。

さ らに,本発明における好ま しい実施態様においては , 前記共通のサー キユラスプラインの他端にクロス ·口一 ラ軸受を介 してベー スに固定された他方のブラ ケ ットが 設け られている ことである。

さ らにまだ, 本発明における好ま しい実施態様におい ては, 前記第 1 及び第 2 の モ ニックドライブ減速機 が共通のサ ーキュラスプライン,該共通のサーキュラス ブ ライン内に同一軸上で相对して嚙合い結合された第 1 及び第 2 のフレクスプライン,該フレクスブラインのそ れぞれに同一軸上に内装された第 1 及び第 2 のウェーブ ジ ェネレータ,該ウェーブジヱネレ一タのそれぞれの軸 を軸受を介 して支承する第 1 及び第 2 のブラケット,及 び該ブラ ケ ットと前記サ一キュラスブラインの間にそれ ぞれ介装されたク ロス口一ラ軸受によ ュニ ット化され てレ、ることである。

また, 本発明における好ま しい実施態様においては, 前記第 1 及び第 2 のウエーブジェネレータのそれぞれの 軸と前記 2 つの制御ア ームの後方または下方に配された それぞれのモータ の出力載と を歯付ベ ル ト伝動機構に よ

連結する ことである。

さらに,本発明における好ま しい実施態様においては , 前記第 1 及び第 2 のウエーブジェネレータのそれぞれ の軸にブ レ ーキ装置が設け られる。

図面の簡単な説明

第 4図は本発明の実施例を示す多関節ロ ボットの関節 部の断面図, 第 5 図は第 2 アームの動作を説明するため の説明図, 第 6 図は多関節 ロボットの外観図,第 1 図は 従来例を示す正面図, 第 2 図は同側面図, 第 3 図は第 1 図 A部で示された関節駆動部分の断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下, 本発明の一実施例を図に よ 説明する。

第 4 図は本発明の実施例を示す多関節 ロボットの関節 部の断面図であ ]? , 第 5 図は第 2 アームの動作を説明す るための説明図, 第 6 図は多関節 ロボットの外観図であ る。 これらの図において, 符号(1)〜(!リ, tt2) , tt6) , (30)は従 来例と 同等または相当部を示す。 (38)はカバーであ , 上 下に 2 .分割さ れ,内装する第 1 モータ(6),第 2 モータ ttU 等を保護する と ともに外観を良くしている。

½0)は中心部にス リーブ(を有する凹形状を した第 1 ブ ラ ケットであ,ベース(3) にボルト β で固定されてレ、る 。 (18)は第 1 ウエーブジェネレータであ ] , 前記スリーブ (41)内を揷通し第 1 軸受(43) , ( で支承される第 1 ウェーブ ジ ェネレータ軸(42)の先端に固定されてお,後述する第

1 フレクスブラインと共通のサ一キュラスブラインとと も に第 1 モ ニックドライブ減速機を構成する。(20) は 第 1 フレクスブラインであ ] 9 ,シルクハツト形状をなし , そのツバに相当する部分が第 1 ブラケット(40)の凹部内 に第 1 ウエーブジヱネレータ軸(と同心にボルト(43で固 定されて いる。 (は第 1 クロスローラ軸受で,外輪は第 1 ブラケット(の内側端面にボルト(で固定され,内輪 は共通のサ一 キ ュラスブラインの一方の端面にボルト(48) で固定さ れて いる。 Wは第 1 ブラケット柳と相対する側 に回転自在に設け られた第 2 ブラケットで,共通のサー キ ュラスプラインと相対的に回動する。また,第 2 ブラ ケ ット Wは第 1 ブラケット ( とほぼ同様の形状をなし, 中心部にス リ一ブ(51) を有する。さらに,第 2 ブラケッ ト Wの外側面には偏心位置に ピン形式の リンク支え(10)が 突設さ れ, このリン支え ωに リンク(9)の一端がローラ フ ォロア 9)を介して回転自在に枢着さ れて いる。 61)は第 2 ゥヱ一ブジヱネレータであ ]? ,前記スリーブ(51 ) 内を 揷通 し第 2 軸受 (), C54) で支承される第 2 ウエーブジ エ ネレ一タ軸()の先端に固定されてお J9 , 後述する第 2 フレタスブラインと共通のサ一キュラスブラインとと もに第 2 モ ニックドライブ減速機を構成する。()は 第 2 フレクスブラインで,第 1 フレクスプライン(20) と同 様に シルク ハツト形状をなし,そのツバ部が第 2 ブラケ ット(4 の凹部内に第 2 ウェーブジェネレータ軸(52) と同 心にボル ト(55) で固定されている。(56) は第 2 クロス口 —ラ軸受で,外輪は第 2 ブラケット(50) の内側端面にボル ト(57) で固定され,内輪は共通のサ ーキユラスプライン の他方の端面に第 1 クロスローラ軸受 ( と対称にボルト

(58) で固定さ れている。(60) は本発明において重要な要 素 となる第 1 及び第 2 のハ一モニックドライブ減速機の コンポーネントの 1 つである共通のサーキュラスプライ ン である。

このサー キュラスブライン(6 0 )は内面の両側に歯形( ス プライン)を有して ] , 前記第 1 フレクスプライン (20) と第 2 フレクスプライン)の両方を相対状に同心に内 装 して前記歯形にそれぞれ嚙み合せて いる。 また,共通 のサ ーキュラスブライン(6 0 )はフランジ部(61 ) を有し, 第 1 アーム(4)にボルト(6 2 ) で固定されている。

したカ つて,第 1 アーム(4)は共通のサ一キュラスブラ ィ ン(60) と第 1 ブラケットの間に介在された第 1 クロ ス ローラ軸受 ( によ ]? , ベース)に対し回動可能に支持 さ れている。また,第 2 ブラケット Wは第 2 クロスロー ラ軸受(56), 共通のサ 一キュラスブライン(SO) , 及び第 1 ク ロスローラ軸受(を介し,ベース(3) と回動可能に支持 されている。 以上(1 , (20) , (40) 〜 4), (46) , (50 )〜〔54), C56), C60) の部品な いし要素は全て 同軸上に取付け られ,サ一 キ ュラスプライン(60) を中心に組み付けられている。

(64) , (65) はそれぞれ第 1 プーリであ ]9 , 第 1 モータ軸

軸 及び第 1 ウェーブジェネレータ軸 3 に固定され,第 1 ベルト(66) を介して第 1 モータ(6)の回転が第 1 ゥエー ブ ジェネレータ軸(4 に伝達される。(68) , (69)はそれぞれ 第 2 ブーリであ,第 2 モータ軸 60)及び第 2 ウェーブジ ヱ ネレータ軸(52) に固定され,第 2 ベルト("70) を介して 第 2 モータ αυの回転が第 2 ウエーブジェネレータ軸 2) に伝送さ れる。 前記ベル ト及びプー リは歯付ベル ト伝動 機構を構成する ものであ !),モータの回転がすべ ] 9 を生 じ ることなく確実に伝達される。(72) は第 1 ブレーキ, C73 ) は第 1 ブレーキ取付板,(74) は第 2 ブレーキ, 5) は第 2 ブレーキ取付板であ ]? , 第 1 ブレーキ取付板 3) 及び第 2 ブレーキ取付板 5) はいずれ もベース(3)に固定 さ れている。第 1 ブレーキ(72) 及び第 2 ブレーキ 74) は それぞれ第 1 ウエーブジェネレータ軸(3及び第 2 ゥェ一 ブジ ヱネレータ軸(52) に回転側が同軸に取付けられ,固 定側はそれぞれの ブ レーキ取付板 3) , (75) に固定されて い る。(76)はモータ取付板であ ]? , ベース(3)に固定され , 第 1 モータ 及び第 2 モータ(11)が取付けられている。 なお, リンク支え(10)は従来例と異な ]? ,第 2 ブラケット (50) に関節部の軸心カゝらずらして取付けられて いる。リン ク 支え αο) と口一ラフォロア(49)は,第 2 了一ムは)の回転支 持フ ランジ(図示せず)にも,第 2 ブラケッド ( ) に取付 け られているのと同様の方法で取付け られてお , 第 2 了 一ム(7)及び第 1 了一ム(4) と併せて平行リンクを構成し て いる。

次に上記実施例の動作を説明する。

まず, 第 1 モータ(6)の駆動は第 1 モータ軸(1Θ に取付け られた歯付の第 1 ブーリ(64) に回転を伝え,同じく歯付 のベル ト()を介し従動側第 1 プーリ(65) を回転させる 。 第丄プーリ(65) は第 1 ウェーブジヱネレ一タ軸(42) に固 定さ れているので,第 1 ウェーブジェネレータ(18)は回転 され, 第 1 フレクスブライン SO)及び共通のサーキュラス プ ライン(SO) の'減速機能によ j? , この場合,サーキユラ ス ブラ' ィン(60) が減速されベース(3)に対し回転運動をす る。 サーキユラスプライン(SO) は前記したように,第 1 ブ ラケット(40)及び第 1 クロスローラ軸受(を介して回動 可能に支持さ れ, かつ第 1 アーム(4) と固定されているの で, 第 1 モータ(6)の駆動によ ]9 第 1 アーム(4)を動作させ る ことができる。なお,第 3 図で示すように,垂直にァ ー ムが動作する多関節 ロボットでは,モータ電源を落と す とアームの自重によ ]9 アームが落下する場合が多く, 第 1 ブレーキ 2) 及び第 2 ブレーキ は電源ォ フ時の ア ーム落下を防止している。

次に, 第 2 アーム(7) の動作について説明する。第 2 モ — タ dl) の駆動は第 1 アーム(4)の場合と同じく,駆動側第 2 プーリ(68) よ ]9 第 2 ベルト(70) を介して従動側第 2 ブ - リ(69) へ伝達され,第 2 ウエーブジヱネレ一タ(31) を回 転さ せる。説明を分か j 易くするために,第 1 アーム(4)

を駆動 しない場合を想定する と, 共通のサーキ ュ ラスプ ラ イン(so) はベース)と一体に固定されている ものと考 えられる。 すなわち, 第 2 ウェーブジェネレータ ^ の回 転に よ ]? 第 2 ハーモニックドライブ減速機の機能によ 第 2 クロス口一ラ軸受(56) に回勣可能に支持されている 第 2 フレタスプライン(33) が減速されて回転し,同じく一 体で固定されている第 2 ブラケット(50)を回転させること ができ る。第 2 ブ-ラケット Wはリンク支え(10)及び第 1 了 — ム(4) ,リンク(9) と平行リンクを構成しているため,第 1 アーム(4)の先端に回動可能に取付け られた第 2 了一ム は)を駆動させる ことができ, ロボットの動作をさせるこ とができる。

第 4 図に示されたハ ー モニックドラィブ減速機を同軸 上に構成 したロ ボットの関節構造では, 第 1 ブラケット Wをベース (3)力ら取外し, また第 1 アーム(4)カら共通の サ ーキユラスプライン〔60) を取外すと,独立した.同軸上 の関節ユニ ッ トとして扱えるので,不具合時には, この ュニ ットごと交換すれば極めて短時間でロ ボ ットを復旧 させる ことができ る。また, この関^ュニ ッ トでは,サ —キ ュラスブライン C60) を 2 つの、一モニックドライブ コンポ一ネントとして共有化しているので, その歯切!) を髙精度にかつ低コ ス トで行うことができる。また,第 1 及び第 2 クロスローラ軸受 , C56)は部品単位で予 E 設定が行われるので, 組立時の調整は不要であ , かつ

ロボットとして髙ぃ剛性が得られる。

なお, 上記実施例では, 主にハ ーモニックドライブ減 速機のサーキ ュラスブライン(60) の一体化された関節ュ ニット部について説明 したが, 上記実施例の よ うに第 1 モー タ(6),第 2 モータ(11)をロボットの第 1 アーム(4)の後 方または下方に設置する と, ロボットのベース(3)の旋回 時におけるバ ラ ンスが良くなるとレ、う効果がある。また , 第 1 モータ(6),第 2 モータ(1リをロボットの後方または 下方に配置 してバ ランスを取った力 ベルト伝動機構を 使用せずに, モータ を直接ウ エーブジェネレータ軸と同 軸に取付け駆動させて も同等の効果を得る こ とができる

また,上記実施例では, 共通のサ ー キユラスプライン (60) の両側における歯部の歯数については言及 しなかつ たが これは同数で も異なる ものであっても差し支えない 。 また,リンク支え 0)は第 2 ブラケット(50)に対し偏心位 置に取付け られている力 アー ム形式の ものとすること に よ ]) その一端を第 2 ブラケット(50)のスリーブ(51 ) に同 心に固定する こ ともできる。

また,上記実施例では, 垂直多関節ロ ボ ットについて 説明 したカ^ 水平多関節 ロボットに適用しても同等の効 果を奏する ことはいうまでもない。

産業上の利用可能性

こ の発明は垂直多関節ロ ボ ットゃ水平多関節 ロボット

等多関節ロ ボ ット全般に広く利用できる。