JPH074144Y2

JPH074144Y2 - 工業用ロボットのストッパ機構

Info

Publication number: JPH074144Y2
Application number: JP1988026133U
Authority: JP
Inventors: 敏上原; 伸一島
Original assignee: トキコ株式会社
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2003-02-28
Also published as: JPH01129092U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は工業用ロボットに係り、特に動力源から手首機
構へ動力を伝達する伝達部材の動作範囲を規制する場合
に用いて好適な工業用ロボットのストッパ機構に関す
る。

［従来の技術］従来、工業用ロボットの手首機構は一般に、アームの先
端部に回転可能に取付られた第１部材と、該第１部材に
傾斜した状態で回転可能に取付けられた第２部材と、該
第２部材に前記第１部材と異なる方向に傾斜した状態で
回転可能に取付けられた第３部材とから構成されてい
る。そして、アームの基端部には第１及び第２モータが
設けられ、第１モータの回転がアーム内部の第１の手首
駆動用パイプを介して第１・第３部材へ伝達され、第２
モータの回転がアーム内部の第２の手首駆動用パイプを
介して第２部材へ伝達されるようになっている。

ところで、前記手首駆動用パイプの動作範囲を規制する
ためのストッパ機構は、一般にモータ等に設けられてい
る。即ち、例えば第３図に示す如く第１モータに、第１
パイプの回転角θ４の動作範囲制限（−235°〜＋235
°）を設けると共に、第２モータに、第２パイプの回転
角θ５の動作範囲制限（−235°〜＋235°）を設けてい
る。また、この場合の手首曲げ角αの動作範囲制限は−
135°〜135°となっている。この場合、第１モータによ
る回転角θ４がθａ°〜235°、及び−θａ°〜−235°
の範囲では、第２モータによる回転角θ５を−235°〜
＋235°まで変化させたとしても、手首曲げ角αは図中
斜線領域内の値を取ることができないようになってい
る。従って、第１モータによる回転角θ４が、前記動作
範囲の両端の値（−235°又は＋235°）を取った時は、
手首曲げ角αが０°〜−135°又は０°〜135°の範囲、
即ち片側のみに制限される。また、手首機構にも直接、
前記各部材同士の相対回転を規制するためのストッパ機
構が設けられている。

一方、上記のようなストッパ機構を設ける代わりに、ソ
フトウエアにより前記モータの回転角の動作リミットを
検出し、手首駆動用パイプの動作範囲を制御する方法も
ある。

［考案が解決しようとする課題］しかし、上記従来の工業用ロボットにおいては次のよう
な問題があった。

上記のように第１モータによる回転角θ４の値如何に
よっては、手首曲げ角αの範囲には第３図中斜線領域で
示したような制限があるため、手首機構の動作範囲に制
約を生ずる。この結果、工業用ロボットの作業に支障を
来す。

そこで、第３図中斜線領域で示した手首曲げ角αの動
作制限を補うためには、第２モータによる回転角θ５の
動作範囲を−385°〜＋385°まで拡大する必要がある
が、このように回転角θ５の動作範囲を２回転以上にす
ると、ストッパ機構もこれに対応させなければならず、
構造が複雑化すると共に重量が増大する。

また、手首機構に直接ストッパ機構を設けると、機構
の構造が複雑化すると共に大型化する。しかし該ストッ
パ機構が大型化すると、手首機構は強度的に低いため、
ストッパ機構やそれに付随する機構を破損する虞れがあ
る。また、モータの回転を手首機構へ伝達する手首駆動
用パイプ・歯車・減速機等の伝達部材にも充分な強度を
持たせる必要があるため、重量が増大する。

また、ストッパ機構を設ける代わりに上記ソフトウエ
アにより制御を行う方法では、トラブルにより工業用ロ
ボットが暴走した場合、制止することができない。

本考案は前記課題を解決するもので、動力源から手首機
構へ動力を伝達する伝達部材の回転動作範囲を規制する
ことを可能とした工業用ロボットのストッパ機構の提供
を目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本考案は、複数の部材が互い
に相対変位可能に連結された手首と、該手首へ動力源か
らの駆動力を伝達する同軸状に設けられた複数の伝達部
材とを具備してなる工業用ロボットにおいて、前記複数
の伝達部材の各相対回転角度を規制する規制部材を、前
記複数の伝達部材各々に連結され各伝達部材と一体に回
転する前記動力源からの駆動力伝達部分各々に設け、こ
れらの規制部材同士を当接させることにより前記複数の
伝達部材の各相対回転角度を規制することを特徴とす
る。

［作用］本考案によれば、動力源の駆動力により複数の伝達部材
を相対回転させた時、各伝達部材における動力源からの
駆動力伝達部分各々に設けられた規制部材同士を当接さ
せることにより、複数の伝達部材の各相対回転角度が規
制される。これにより、従来のようにストッパ機構を手
首及び動力源に設けることが不要となり、手首を小型化
できると共に、動力源の構造を簡略化できる。

［実施例］以下、図面を参照し本考案の一実施例について説明す
る。

第１図及び第２図において符号１は工業用ロボットであ
り、基台２の上面には旋回ベース３が水平面内で旋回自
在に取付けられている。該旋回ベース３の上部には第１
アーム４の基端部が取付けられると共に、該取付部を中
心として揺動自在とされている。前記第１アーム４の上
端部には第２アーム５の基端部が取付けられると共に、
該取付部を中心として揺動自在とされている。前記第２
アーム５の先端部には手首６が取付けられると共に、第
２アーム５の軸線と直交する軸線を中心に曲げ動作（矢
印Ａ方向、曲げ角α）可能で、且つ第２アーム５の軸線
を中心として回転動作（矢印Ｂ方向、回転角β）可能と
されている。前記手首６は第１部材6A・第２部材6B・第
３部材6Cから構成されている。また、前記第２アーム５
の基端部にはケース７に収納されたモータユニット８及
びモータユニット９が各々取付けられ、前記手首６を駆
動するようになっている。

前記モータユニット８・９と第２アーム５と手首６との
取付状態を詳述すると、ケース７の一方の側に配設され
た前記モータユニット８は、フランジ10を介在させて第
２アーム５に取付けられている。該フランジ10の一端部
にはモータ11が取付けられると共に、他端部には減速機
12が取付けられている。該減速機12には中空円筒状のホ
ルダ13が取付けられ、該ホルダ13の中空部には軸14がベ
アリング15を介在させて回転自在に支持されており、前
記軸14は減速機12の出力軸と同軸で回転するようになっ
ている。

前記軸14の端部には平歯車16が取付けられ、該平歯車16
と前記ホルダ13との間には、第１ストッパ部材17Aと第
２ストッパ部材17Bとから構成されたストッパ17が配設
されている。第１ストッパ部材17Aは、ホルダ13の円筒
部上方に且つ該円筒の円周方向一部を突出させた状態で
形成されており、また第２ストッパ部材17Bは、平歯車1
6の平板部に形成されている。そして、平歯車16の回転
時において、第２ストッパ部材17Bが第１ストッパ部材1
7Aと当接することにより、該平歯車16の回転を規制する
ようになっている。

また、ケース７の他方の側に配設された前記モータユニ
ット９も前記モータユニット８と同様構成とされてお
り、フランジ20・モータ21・減速機22・ホルダ23・軸
（図示略）・平歯車26等を備えている。

一方、前記第２アーム５の内部には第１パイプ27が、ベ
アリング28を介して回転自在に支持され、更に第１パイ
プ27の内部には第２パイプ29が、ベアリング30を介して
回転自在に支持されている。前記第１パイプ27の先端部
には前記手首６の第１部材6Aが取付けられ、該第１部材
6Aは第２部材6B内部のギヤ機構（図示略）を介し第３部
材6Cと連結されている。第１部材6Aは第２アーム５の軸
線X1の回りに回動可能とされ、第２部材6Bは前記軸線X1
に対して傾斜した軸線X2に対して回動可能とされ、第３
部材6Cは前記軸線X2に対して傾斜した軸線X3の回りに回
動可能とされている。また、第１パイプ27の基端部に
は、前記平歯車16と噛合した平歯車31が取付けられ、該
平歯車31には突起部31Aが設けられている。

前記第２パイプ29の先端部には、ギヤ機構（図示略）を
介し第２部材6Bが取付けられると共に、該第２パイプ29
の基端部には、前記平歯車26と噛合した平歯車32が取付
けられ、平歯車32の平板部には突起部32Aが設けられて
いる。そして、平歯車32の回転時において、突起部32A
が前記平歯車31の突起部31Aと当接することにより、該
平歯車32の回転を規制するようになっている。

この場合、第１パイプ27の絶対的な回転動作範囲を規制
するため、平歯車16と平歯車31との相対回転時におい
て、該第１パイプ27に取付けられた平歯車31が所定角度
以上回転しないように、前記第１ストッパ部材17Aと第
２ストッパ部材17Bとの位置関係が設定されている。ま
た、第２パイプ29の絶対的な回転動作範囲を規制するた
め、平歯車31と平歯車32の相対回転時において、該第２
パイプ29に取付けられた平歯車32が所定角度以上回転し
ないように、前記突起部31Aと突起部32Aとの位置関係が
設定されている。そして、ストッパ17、突起部31A、32A
がストッパ機構を構成している。

次に、上記構成による本実施例の動作を説明する。

工業用ロボット１による作業時において、手首６を動作
させるべくモータ８・９を回転させた時、モータ８の回
転駆動力が減速機12により減速され、該減速機12の出力
軸及び軸14を介して平歯車16へ伝達される。更に平歯車
16の回転に伴い平歯車31が回転するため、第１パイプ27
が回転する。この場合、回転時の第１パイプ27の回転角
をθ４とする。また、モータ21の回転駆動力が減速機22
により減速され、該減速機22の出力軸及び軸を介して平
歯車26へ伝達される。更に平歯車26の回転に伴い平歯車
32が回転するため、第２パイプ29が回転する。この場
合、回転時の第２パイプ29の回転角をθ５とする。

これにより、第１パイプ27と第２パイプ29とが相対回転
を行うため、該相対回転時における両パイプ27・29の回
転角の差である相対角は、θ５−θ４となる。この結
果、手首６は第１パイプ27と第２パイプ29との相対回転
により、上述した矢印Ａ方向（第１図参照）へ曲げら
れ、更に第１パイプ27・第２パイプ29を同方向へ同時に
回転させることにより、上述した矢印Ｂ方向（第１図参
照）へ回転させられる。

第１パイプ27の回転時においては、該第１パイプ27が所
定角度回転すると、第１ストッパ部材17Aと第２ストッ
パ部材17Bとが当接するため、第１パイプ27の回転動作
範囲が規制される。また、第２パイプ29の回転時におい
ては、該第２パイプ29が所定角度回転すると、突起部31
Aと突起部32Aとが当接するため、第２パイプ29の絶対的
な回転動作範囲が規制される。この場合、第２パイプ29
の突起部31Aに対する相対的な回転動作範囲は一定とな
る。

ここで、手首６の曲げ角をαとすると、該曲げ角αを前
記相対角θ５−θ４の関数として下式の如く算出するこ
とができる。

α＝2sign（θ５−θ４） ×cos｛cos²η＋sin²η×cos（θ５−θ４）｝但しと定義する（この場合、Ｚ＝θ５−θ４であり、また、ηは、第２
図の軸線X1と軸線X2との成す角で、且つ、軸線X1と軸線
X3との成す角であり、本実施例では35°である）さて、上述したように従来の場合には、モータユニット
によるパイプの動作角θ４と手首曲げ角との動作範囲
は、上記第３図の実線部分と破線部分とによって囲まれ
た略６角形状の領域であり、斜線部分を含まない狭い領
域であったが、本実施例の場合には、モータユニット８
による第１パイプ27の動作角θ４を−235°〜＋235°の
範囲で、モータユニット９により相対角（θ５−θ４）
を−150°〜＋150°まで変化させた時における手首６曲
げ角αの動作範囲は、上記式から上記第３図の実線部分
によって囲まれた広い領域となる。

しかして本実施例ではモータユニット８による第１パイ
プ27の動作角θ４が−235°〜＋235°の範囲内のどの位
置にあるかに拘わらず、手首６の曲げ角αを−135°〜
＋135°の範囲に取ることができるため、従来のような
手首の動作範囲に制約を生ずるという不具合を防止する
ことができる。また、ストッパ機構を、パイプと一体に
回転するホルダ13や平歯車16,31,32に設けたため、従来
と比較し手首６を小型化できると共に、パイプ材の強度
を必要最小限とすることができる。

［考案の効果］以上説明したように本考案によれば、複数の部材が互い
に相対変位可能に連結された手首と、該手首へ動力源か
らの駆動力を伝達する同軸状に設けられた複数の伝達部
材とを具備してなる工業用ロボットにおいて、前記複数
の伝達部材の各相対回転角度を規制する規制部材を、前
記複数の伝達部材各々に連結され各伝達部材と一体に回
転する前記動力源からの駆動力伝達部分各々に設け、こ
れらの規制部材同士を当接させることにより前記複数の
伝達部材の各相対回転角度を規制する構成としたので、
以下の効果を奏する。

従来のように手首及び手首の動力源にストッパ機構を
設けることが不要となるため、部品点数を削減でき手首
の小型化を達成することができる。また、手首の動力源
の構造を簡単にすることが可能となる。

簡単な構造のストッパ機構により、手首の動作範囲を
従来と比較し拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による工業用ロボットの構成
を示す側面図、第２図は第１図における手首・第２アー
ム・モータユニットの構成を示す断面図、第３図は本実
施例及び従来の工業用ロボットの手首動作範囲を説明す
るための図である。１……工業用ロボット、５……第２アーム、６……手
首、6A……第１部材（筒状部材）、6B……第２部材（筒
状部材）、6C……第３部材（筒状部材）、８……モータ
ユニット（動力源）、９……モータユニット（動力
源）、11……モータ（動力源）、17……ストッパ（規制
部材）、17A……第１ストッパ部材（規制部材）、17B…
…第２ストッパ部材（規制部材）、21……モータ（動力
源）、27……第１パイプ（伝達部材）、29……第２パイ
プ（伝達部材）、31A……突起部（規制部材）、32A……
突起部（規制部材）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数の部材が互いに相対変位可能に連結さ
れた手首と、該手首へ動力源からの駆動力を伝達する同
軸状に設けられた複数の伝達部材とを具備してなる工業
用ロボットにおいて、前記複数の伝達部材の各相対回転角度を規制する規制部
材を、前記複数の伝達部材各々に連結され各伝達部材と
一体に回転する前記動力源からの駆動力伝達部分各々に
設け、これらの規制部材同士を当接させることにより前
記複数の伝達部材の各相対回転角度を規制することを特
徴とする工業用ロボットのストッパ機構。