(57)【要約】【課題】手首部材を支持するアームをスリム化させた産業用ロボットの手首取付構造を提供する。【解決手段】ロボットの第２アーム１４に手首部材１５を揺動可能かつ回転可能に配設する。手首部材１５の揺動機構は、手首部材１５と連結されると共に第２アーム１４に回転自在に配設された第１従動回転軸２２に軸支された第１歯車２１と、第１モータ６１と、減速機４０と、第１モータ６１の回転を減速機４０に伝達する第１ベルト６４と、減速機４０の出力側回転軸に軸支され第１歯車２１と噛合する第２歯車４１を有する。手首部材１５の回転機構は、第２モータ６６と、第１従動回転軸２２と同軸に配置された第２従動回転軸３１と、第２従動回転軸３１の回転をこれと直交する軸の回転に変換する傘歯車３５，３６と、第２モータ６６の回転を第２従動回転軸３１に伝達する第２ベルト６９を有している。第１ベルト６４と第２ベルト６９を同一面内で回転させる。【選択図】図２
2011020213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボットにおいて所定のアームに手首部材が揺動可能かつ回転可能に配設されてなる手首駆動構造であって、
前記手首駆動構造は、前記手首部材の揺動機構と、前記手首部材の回転機構と、を具備し、
前記揺動機構は、従動回転機構と、前記従動回転機構を駆動する回転駆動機構と、を備え、
前記従動回転機構は、前記手首部材に連結されると共に前記アームに回転自在に配設された第１従動回転軸と、前記第１従動回転軸に軸支された第１歯車と、を有し、
前記回転駆動機構は、前記アームの所定位置に配設された第１モータと、前記第１歯車と噛合される第２歯車を出力側回転軸で軸支して前記アームに配設された減速機と、前記第１モータの回転を前記減速機の入力側回転軸に伝達する第１環状部材と、を有し、
前記回転機構は、前記アームの所定位置に配設された第２モータと、前記第１従動回転軸と同軸に配置された第２従動回転軸と、前記第２従動回転軸の回転を前記第２従動回転軸の軸方向と直交する軸の回転に変換する回転変換部と、前記第２モータの回転を前記第２従動回転軸に伝達する第２環状部材と、を有し、
前記第２環状部材の内周側に前記第１環状部材が配置されていることを特徴とする産業用ロボットの手首駆動構造。
【請求項２】
前記減速機は波動歯車装置であり、
前記回転変換部は傘歯車であって、減速機の機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボットの手首駆動構造。
【請求項３】
前記産業用ロボットが６軸関節構造を有するアーク溶接用ロボットであって、前記手首部材が溶接トーチを保持しており、
前記アームの基端を所定位置に移動させる第１軸、第２軸及び第３軸の軸機構と、前記アームをその長さ方向に平行な中心軸回りに回転させる第４軸の軸機構と、を備え、
前記第１従動回転軸が第５軸であり、
前記第２従動回転軸の軸方向と直交する軸が第６軸であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の産業用ロボットの手首駆動構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接ロボット等の産業用ロボットの手首駆動構造に係り、特に、アームのスリム化よって構造物の狭隘部における作業性を高めた産業用ロボットの手首駆動構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットの１種であるアーク溶接ロボットとして、６軸関節構造を有するものが広く用いられている。溶接トーチを保持する手首部材は、揺動軸である第５軸と回転軸である第６軸による動きが可能となっている。手首部材はアームの先端側に支持されており、アームの長手方向と垂直に第５軸が設けられ、この第５軸に直交するように第６軸が設けられる。なお、アーク溶接ロボットの第１軸〜第４軸は、アームの基端側とアーク溶接ロボットの基台との間に設けられる。
【０００３】
手首部材の支持構造として、所謂、片持ち支持構造が知られている。図１０に、従来の片持ち支持構造での第５軸と第６軸の各駆動機構の配設例を表した透過斜視図を示す。
【０００４】
（第５軸の駆動機構）
アーム５５０にはモータ５１１が配設されており、このモータ５１１を駆動すると、モータ５１１の回転軸に取り付けられた第１プーリ５１２が回転し、この第１プーリ５１２の回転が、減速機５１４が具備する入力側回転軸（図示せず）に取り付けられた第２プーリ（図示せず）へ、ベルト５１３によって伝達される。減速機５１４では所定の減速機構によって回転速度の減速が行われ、出力側回転軸（図示せず）に取り付けられた第１歯車５１５が回転する。この第１歯車５１５は、第５軸回りに回転自在に配置された第２歯車５１６と噛合している。第２歯車５１６は円筒形状の第１従動回転軸部材（図示せず）に軸支されており、この第１従動回転軸部材は、アーム５５０に第５軸回りに回転自在に配設されると共に、手首部材５６０を構成する第１手首部材５３１に固定されている。よって、モータ５１１を駆動すると、その回転が第２歯車５１６に伝達され、第１従動回転軸部材を回転させて、手首部材５６０全体を第５軸回りに揺動させる。
【０００５】
（第６軸の駆動機構）
アーム５５０にはモータ５２１が配設されており、このモータ５２１を駆動すると、モータ５２１の回転軸に取り付けられた第３プーリ５２２が回転し、この第３プーリ５２２の回転がベルト５２３によって第４プーリ５２４へ伝達される。この第４プーリ５２４は、第５軸の第１従動回転軸部材と同軸に、かつ、第１従動回転軸部材の内部を貫通するように配設された第２従動回転軸部材（図示せず）に軸支されている。第２従動回転軸部材の手首部材５６０側端部には、回転軸変換機構（図示せず）が設けられており、第５軸回りの回転が第６軸回りの回転に変換され、第６軸回りの回転では、手首部材５６０を構成する第２手首部材５３２のみが回転可能となっている。よって、モータ５２１を駆動すると、その回転が第４プーリ５２４へ伝達されて第２従動回転軸部材を回転させ、その第５軸回りの回転が第６軸回りの回転に変換されて、手首部材５６０の第２手首部材５３２を第６軸回りで回転させる。
【０００６】
このような片持ち支持構造に対して、所謂、両持ち支持構造も用いられている（例えば、特許文献１参照）。両持ち支持構造では、一方の支持部に第５軸の駆動機構を配置し、他方の支持部に第６軸の駆動機構を配置する。第５軸と第６軸の各駆動機構には、図１０に示した片持ち支持構造に用いられる第５軸と第６軸の各駆動機構と同等のものを用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２００３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１０に示す片持ち支持構造では、アーム５５０において、モータ５１１の回転を第１従動回転軸部材へ伝達し、また、モータ５２１の回転を第２従動回転軸部材へそれぞれ伝達するための機構を配置するための占有容積が大きく、これによりアーム５５０が大型化する。このように、大きなアーム５５０を有する手首構造を備えたアーク溶接ロボットでは、構造物の狭隘部における作業性が悪くなる。また、手首部材の両持ち支持構造でも、同じ問題が生じる。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、手首部材を支持するアームをスリム化させた産業用ロボットの手首駆動構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る産業用ロボットの手首駆動構造は、産業用ロボットにおいて所定のアームに手首部材が揺動可能かつ回転可能に配設されてなる手首駆動構造であって、前記手首駆動構造は、前記手首部材の揺動機構と、前記手首部材の回転機構と、を具備し、前記揺動機構は、従動回転機構と、前記従動回転機構を駆動する回転駆動機構と、を備え、前記従動回転機構は、前記手首部材に連結されると共に前記アームに回転自在に配設された第１従動回転軸と、前記第１従動回転軸に軸支された第１歯車と、を有し、前記回転駆動機構は、前記アームの所定位置に配設された第１モータと、前記第１歯車と噛合される第２歯車を出力側回転軸で軸支して前記アームに配設された減速機と、前記第１モータの回転を前記減速機の入力側回転軸に伝達する第１環状部材と、を有し、前記回転機構は、前記アームの所定位置に配設された第２モータと、前記第１従動回転軸と同軸に配置された第２従動回転軸と、前記第２従動回転軸の回転を前記第２従動回転軸の軸方向と直交する軸の回転に変換する回転変換部と、前記第２モータの回転を前記第２従動回転軸に伝達する第２環状部材と、を有し、前記第２環状部材の内周側に前記第１環状部材が配置されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、第２環状部材の内周側に第１環状部材が配置されていることから、揺動機構と回転機構とが、互いに干渉することなく省スペース化されてアームに配置されるため、アームがスリム化された手首駆動構造が実現される。
【００１２】
本発明に係る産業用ロボットの手首駆動構造では、前記減速機は波動歯車装置であり、前記回転変換部は傘歯車であって、減速機の機能を備えていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、波動歯車装置を用いることで、アームの先端部をさらにスリム化することができ、回転変換部に傘歯車を用いることで、回転軸の変換と減速とを簡単な構造で同時に行うことができる。
【００１４】
本発明に係る産業用ロボットの手首駆動構造は、アーク溶接用ロボットに好適である。すなわち、前記産業用ロボットが６軸関節構造を有するアーク溶接用ロボットであって、前記手首部材が溶接トーチを保持しており、前記アームの基端を所定位置に移動させる第１軸、第２軸及び第３軸の軸機構と、前記アームをその長さ方向に平行な中心軸回りに回転させる第４軸の軸機構と、を備え、前記第１従動回転軸が第５軸であり、前記第２従動回転軸の軸方向と直交する軸が第６軸である構成とすることが好ましい。
【００１５】
このような構造を有するアーク溶接用ロボットでは、溶接トーチに最も近いアームがスリム化されることにより、構造物の狭隘部における溶接作業性が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、産業用ロボットの手首駆動構造において、揺動機構と回転機構とが干渉することなくコンパクトに構成、配置されているため、産業用ロボットのアームがスリム化された手首駆動構造が実現される。このとき、揺動機構には減速機として波動歯車装置を用い、回転機構においては傘歯車を用いることにより、手首駆動構造をさらにスリム化することができる。このような手首駆動構造のスリム化によって狭隘部における作業性が向上し、より狭いスペースでの作業を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明におけるアーク溶接ロボットの概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明における手首揺動軸Ｊ５の駆動機構（揺動機構）と手首回転軸Ｊ６の駆動機構（回転機構）の概略構造を示す透過斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ斜視断面図である。
【図４】本発明における手首揺動軸Ｊ５の揺動機構と手首回転軸Ｊ６の回転機構を図２に示した矢印Ｂの方向から見たときの概略側面図である。
【図５】本発明における第２アームと手首部材の概略斜視図である。
【図６】本発明における減速機のケーシングに形成されたネジ穴の配置例を示す模式図である。
【図７】本発明において、（ａ）はフレームに形成されたボルト挿通孔の配置例を示す模式図であり、（ｂ）は図６に示したネジ穴と（ａ）に示したボルト挿通孔とを連通させた状態の一例を示す模式図である。
【図８】本発明において、各ボルト挿通孔に対して連通させるネジ穴の位置を変えた場合の第１歯車に対する第２歯車の位置の変化の形態を示す第１の模式図である。
【図９】本発明において、各ボルト挿通孔に対して連通させるネジ穴の位置を変えた場合の第１歯車に対する第２歯車の位置の変化の形態を示す第２の模式図である。
【図１０】従来の片持ち支持構造での第５軸と第６軸の各駆動機構の配設例を示す透過斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、本発明に係る産業用ロボットの手首駆動構造として、アーク溶接ロボットの手首駆動構造を例に挙げて説明することとする。
【００１９】
＜アーク溶接ロボットの概略構造＞
図１にアーク溶接ロボットの概略構成を表した側面図を示す。このアーク溶接ロボットは、床面に固設されたベース１１と、ベース１１に設けられたアーム１０とを備えている。アーム１０は、基台１２と、第１アーム１３と、第２アーム１４と、手首部材１５とを有している。基台１２は、旋回軸Ｊ１として機能するようにベース１１上に旋回可能に設けられている。基台１２の上面には、第１アーム１３が縦設されており、第１アーム１３は、前後揺動軸Ｊ２として機能するように揺動可能となっている。
【００２０】
第１アーム１３は上下揺動軸Ｊ３として機能するように、その先端側（基台１２が位置する方の端部の反対側）において第２アーム１４を回動自在に軸支している。第２アーム１４は、アーム回転軸Ｊ４として機能するように回転可能であり、その先端側（第１アーム１３と連結されている方の端部の反対側）に手首部材１５が設けられている。手首部材１５は、手首揺動軸Ｊ５及び手首回転軸Ｊ６として機能するように揺動可能及び回転可能となっている。
【００２１】
手首部材１５には、トーチブラケット１８を介して溶接トーチ１７が配設されている。このトーチブラケット１８は、手首回転軸Ｊ６で駆動される手首部材１５により溶接トーチ１７を支持している。また、溶接トーチ１７は、先端面から後端面にかけて連通されており、後端面に供給された溶接ワイヤ１６を溶接トーチ１７内に挿通させて先端面から送り出す、消耗電極式の構造となっている。溶接トーチ１７の軸心方向と溶接ワイヤ１６の長さ方向とは実質的に平行となっている。溶接ワイヤ１６の送り出し方向は、手首回転軸Ｊ６の軸線に沿って（あるいは、軸線に対して一定角度で交差するように）設定されている。
【００２２】
このように構成されたアーク溶接ロボットでは、各軸Ｊ１〜Ｊ６により複数の自由度を備えることによって、３次元からなる空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の任意の位置に溶接ワイヤ１６の先端を移動させることができる。
【００２３】
＜手首揺動軸Ｊ５回りと手首回転軸Ｊ６回りの構造＞
図２に手首揺動軸Ｊ５の駆動機構（揺動機構）と、手首回転軸Ｊ６の駆動機構（回転機構）の概略構造を表した透過斜視図を示し、図３に図２のＡ−Ａ斜視断面図を示し、図４に手首揺動軸Ｊ５の揺動機構と手首回転軸Ｊ６の回転機構を図２に示した矢印Ｂの方向から見たときの概略側面図を示す。なお、図２に示す矢印Ｄは、後に説明する図６〜９の矢視方向を示すものである。
【００２４】
〔手首揺動軸Ｊ５の揺動機構〕
手首揺動軸Ｊ５の揺動機構は、大略的に、第１従動回転機構２０と、第１従動回転機構２０を駆動する回転駆動機構と、を備え、この回転駆動機構は、第１モータ６１と、減速機４０と、第１モータ６１の回転を減速機４０に伝達する伝達機構（プーリ、ベルト等）と、を有している。
【００２５】
図２，３に示されるように、アーク溶接ロボットの第２アーム１４の基端側（第２アーム１４の第１アーム１３側（図１参照）を指す）において、第２アーム１４を構成しているフレーム５０内に、第１モータ６１が配設されている。フレーム５０の内部には、第２アーム１４の長手方向に延びる空洞部５１が形成されており、この空洞部５１に、第１モータ６１の回転駆動軸６２に固定された第１駆動プーリ６３が配置されている。なお、回転駆動軸６２は手首揺動軸Ｊ５と平行である。
【００２６】
第２アーム１４の先端側に、第１従動回転機構２０が配設されている。第１従動回転機構２０は、回転自在にフレーム５０に取り付けられた第１従動回転軸２２と、第１従動回転軸２２に軸支された第１歯車２１と、を備えている。この第１従動回転機構２０の回転軸が手首揺動軸Ｊ５である。
【００２７】
第１従動回転軸２２は、円筒部材１０１の外周にリング状部材１０２が固定された構造を有しており、このリング状部材１０２に第１歯車２１が固定されている。第１従動回転軸２２と第１歯車２１は、フレーム５０に設けられた孔部５２に、手首揺動軸Ｊ５回りに回転自在な状態で収容されている。孔部５２の形状は、リング状部材１０２が孔部５２壁面（フレーム５０）と摺動するが、第１歯車２１がフレーム５０とは接触することのないように、設計されている。
【００２８】
第１歯車２１としては、図４に示されるように、平歯車が好適に用いられる。なお、図２，３では、第１歯車２１の歯（歯車として機能する外周の凹凸）の詳細な描画を省略している（後記する第２歯車４１についても同様とする）。
【００２９】
リング状部材１０２は、手首部材１５を構成する第１手首部材１５ａに連結されている。なお、手首部材１５は、第１手首部材１５ａと第２手首部材１５ｂから構成されており、その詳細については後に説明することとする。
【００３０】
第２アーム１４の長手方向に沿って、第１従動回転機構２０と並ぶように、減速機４０がフレーム５０に配設されている。減速機４０は、第１歯車２１と噛合する第２歯車４１と、第２歯車４１を軸支する出力側回転軸（図示せず）、出力側回転軸を回転自在に保持するケーシング４２と、を備えている。また、減速機４０は、減速機４０を動作させるための入力側構成要素として、第１従動プーリ４４と、この第１従動プーリ４４を軸支する入力側回転軸４５とを備えており、入力側回転軸４５の回転はケーシング４２内に設けられた速度変換部（図示せず）によって出力側回転軸（図示せず）の回転へと変換される。入力側回転軸４５と出力側回転軸とは、中心軸Ｑ２回りに同軸に配置されており、中心軸Ｑ２は手首揺動軸Ｊ５と平行である。
【００３１】
第１歯車２１として平歯車を用いた場合、第２歯車４１としても、図４に示されるように、平歯車が用いられる。また、第１従動プーリ４４は、空洞部５１に配設されている。さらに、第１モータ６１の回転駆動軸６２に固定された第１駆動プーリ６３と、減速機４０の入力側回転軸４５に固定された第１従動プーリ４４との間には、第１ベルト（第１環状部材）６４が一定の張力の掛かった状態で架け渡されている。この第１ベルト６４が一平面内で回転するように、つまり図２に示す矢印Ｃの方向から見たときに１本の帯状に見えるように、第１駆動プーリ６３と第１従動プーリ４４の配設位置が調整されている。
【００３２】
このような構成により、手首揺動軸Ｊ５の揺動機構では、第１モータ６１を駆動すると、回転駆動軸６２の回転が、第１駆動プーリ６３と第１ベルト６４を介して、減速機４０の第１従動プーリ４４へ伝達され、第１従動プーリ４４を軸支する入力側回転軸４５が回転する。そして、入力側回転軸４５の回転速度が速度変換部によって減速されて、出力側回転軸の回転として現れ、第２歯車４１を回転させる。第２歯車４１の回転によって第２歯車４１と噛合している第１歯車２１及び第１歯車２１を軸支する第１従動回転軸２２が回転する。こうして手首部材１５を揺動させることができる。
【００３３】
減速機４０としては、波動歯車装置が好適に用いられる。波動歯車装置は、減速比が大きく、小型かつ軽量で大きなトルク容量を有しており、構成部品点数も少ないことから、第２アーム１４を軽量化したり、細く構成したりすることが可能になる。また、波動歯車装置は、同時噛み合い歯数が多いことから、歯のピッチ誤差や累積ピッチ誤差の回転精度への影響が平均化されるために高い位置精度と回転精度が得られる等の優れた特徴を有している。
【００３４】
減速機４０のケーシング４２は、フレーム５０に形成された有底の穴部５３に取り付けられている。穴部５３へのケーシング４２の取り付け方法については、後に、図６〜９を参照して詳細に説明することとし、ここではその概要を説明する。図５に第２アームと手首部材の概略斜視図を示す。図５に示されるように、フレーム５０において穴部５３の底壁面にあたる部分には、複数のボルト挿通孔８０（後記するボルト挿通孔８０ａ〜８０ｈを総称する）が一定間隔で、同一円周上に設けられている。一方、ケーシング４２には、図３に示されるように、ボルト挿通孔８０と同数のネジ穴７０（後記するネジ穴７０ａ〜７０ｈを総称する）が、ボルト挿通孔８０と連通可能な位置に設けられている。ボルト挿通孔８０を通してボルト７５をネジ穴７０に螺合させることにより、穴部５３にケーシング４２が取り付けられる。
【００３５】
〔手首回転軸Ｊ６の回転機構〕
図２，３に示されるように、フレーム５０内の基端側には、第２モータ６６が配設されており、この第２モータ６６の回転駆動軸６７は、第１モータ６１の回転駆動軸６２と平行になっている。フレーム５０に形成された空洞部５１に、回転駆動軸６７の先端部に固定された第２駆動プーリ６８が配置されている。
【００３６】
第２アーム１４の先端近傍に、第２モータ６６により駆動される第２従動回転機構３０が配設されている。この第２従動回転機構３０は、第２従動回転軸３１と、第２従動回転軸３１の一端（空洞部５１側）に軸支されて空洞部５１に配置された第２従動プーリ３２と、第２従動回転軸３１の他端（手首部材１５側）に固定された傘歯車３５と、を備えている。
【００３７】
第２従動回転軸３１は、図３に示されるように、第１従動回転軸２２を構成する円筒部材１０１の内部に、第１従動回転軸２２と同軸となるようにベアリング１０３を介して回転自在に配置されている。こうして、第１従動回転軸２２と第２従動回転軸３１とは、それぞれ独立して回転することができるようになっている。第１従動回転軸２２の回転軸が手首揺動軸Ｊ５であるから、第２従動回転軸３１の回転軸も手首揺動軸Ｊ５である。
【００３８】
図３，５に示されるように、第２駆動プーリ６８と第２従動プーリ３２との間には、第２ベルト（第２環状部材）６９が一定の張力の掛かった状態で架け渡されており、第２モータ６６の回転駆動軸６７（図２参照）の回転が、第２駆動プーリ６８と第２ベルト６９を介して、第２従動プーリ３２へ伝達され、こうして第２従動回転軸３１が回転する。第２ベルト６９の回転軌道は、フレーム５０に配置された固定プーリ６５によって調整されており、第１ベルト６４と第２ベルト６９とが干渉（接触）しないようになっている。第２ベルト６９は、一平面内で回転するように（つまり、図２，３に示す矢印Ｃの方向から見たときに、１本の帯状に見えるように）、第２駆動プーリ６８、第２従動プーリ３２及び固定プーリ６５の配設位置が調整されている。
【００３９】
傘歯車３５は手首部材１５の内部に配設されている。この傘歯車３５と噛合するように、リング状の傘歯車３６が、手首部材１５を構成する第２手首部材１５ｂに固定されている。これら傘歯車３５，３６は、第２従動回転軸３１の回転を、第２従動回転軸３１の軸方向と直交する軸である手首回転軸Ｊ６の回転に変換する回転変換部として機能する。すなわち、この傘歯車３６の回転軸が手首回転軸Ｊ６となっており、傘歯車３５の回転軸は第２従動回転軸３１の回転軸である手首揺動軸Ｊ５であるから、傘歯車３５，３６によって、第２従動回転軸３１の手首揺動軸Ｊ５回りの回転が、第２手首部材１５ｂの手首回転軸Ｊ６回りの回転に変換される。
【００４０】
また、傘歯車３５の歯数は、ここでは、傘歯車３６の歯数よりも少なくなるように構成しているため、傘歯車３５，３６は減速機としての機能をも発揮する。傘歯車３５，３６を用いることによって、少ない部品数で回転変換と回転速度の減速とを行うことができる。
【００４１】
〔第１ベルト６４と第２ベルト６９の位置関係〕
前記したように、手首揺動軸Ｊ５の揺動機構では、第１ベルト６４が一平面内で回転し、手首回転軸Ｊ６の回転機構では、第２ベルト６９が一平面内で回転する。さらに、図２，３から明らかなように、第１ベルト６４と第２ベルト６９とがそれぞれ、同一面内において回転するように、第２ベルト６９の内周側に第１ベルト６４が配置されている。「第１ベルト６４と第２ベルト６９とがそれぞれ、同一面内において回転する」とは、図２に示す矢印Ｃの方向（第２アーム１４の長手方向と揺動回転軸Ｊ５の軸方向の両方と直交する方向）から見たときに、第１ベルト６４と第２ベルト６９とが重なる位置関係にあることをいう。このような構成とすることにより、回転駆動軸６２，６７の軸方向での空洞部５１の幅を狭く設定することができ、第２アーム１４を、図１０に示すような片持ち構造及び特開２００３−２００３７６に開示されているような両持ち構造と比べて、スリム化することができる。
【００４２】
〔手首部材１５の構造〕
手首部材１５は、第１手首部材１５ａと第２手首部材１５ｂから構成されている。前記したように、第１手首部材１５ａは第１従動回転軸２２を構成するリング状部材１０２と連結されている。一方で、第２手首部材１５ｂは、第１手首部材１５ａに対して、手首回転軸Ｊ６回りに回転自在な状態で、第１手首部材１５ａと連結されており、前記したように、第２手首部材１５ｂには傘歯車３６が固定されている。
【００４３】
第１モータ６１を駆動することによって第１従動回転機構２０の第１歯車２１を回転させると、第１従動回転軸２２が手首揺動軸Ｊ５回りに回転し、その回転角度に応じて、手首部材１５が第１手首部材１５ａと第２手首部材１５ｂとを一体として、揺動する。一方、第２モータ６６を駆動することによって第２従動プーリ３２を回転させると、第２従動回転軸３１が手首揺動軸Ｊ５回りに回転し、この回転が傘歯車３５，３６によって第２手首部材１５ｂの手首回転軸Ｊ６回りの回転に変換されて、第１手首部材１５ａを動かすことなく、第２手首部材１５ｂのみが回転する。
【００４４】
〔第１歯車と第２歯車のバックラッシの調整〜減速機４０の位置決め固定方法〕
前記の通りにスリム化された第２アーム１４に手首部材１５の揺動機構を配設する際の第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシの調整方法について、図６〜９を参照して以下に説明する。減速機４０は１個の装置であるから、第１歯車２１に対して第２歯車４１のバックラッシを調整することは、減速機４０を位置決めし、固定することに他ならず、減速機４０の位置決め固定は、減速機４０のケーシング４２を穴部５３へ取り付ける位置を定めて固定することである。
【００４５】
図６はケーシングに形成されたネジ穴の配置を示す模式図であり、図２，５に示されている矢印Ｄの方向から見た図である。図７（ａ）は第２アームのフレームにおいて穴部の底壁面に相当する部分に形成されたボルト挿通孔の配置を示す模式図であり、図２，５に示されている矢印Ｄの方向から見た図である。図７（ｂ）は、図６に示したネジ穴と図７（ａ）に示したボルト挿通孔とを連通させた状態の一例を示す模式図である。さらに、図８は、各ボルト挿通孔に対して連通させるネジ穴の位置を変えた場合の第１歯車に対する第２歯車の位置の変化の形態を示す第１の模式図であり、図９は第２の模式図である。
【００４６】
図６〜９では、図２に示した矢印Ｄの方向から見たときの第１従動回転軸２２の中心軸である手首揺動軸Ｊ５の位置を回転中心ｊ５で示し、減速機４０の出力側回転軸の中心軸Ｑ２（入力側回転軸４５の中心軸と同じ）の位置を回転中心ｑ２で示すこととする。また、回転中心ｊ５は第１歯車２１の回転中心であり、回転中心ｑ２は第２歯車４１の回転中心であるから、以下の説明において、適宜、「第１歯車２１の回転中心ｊ５」、「第２歯車４１の回転中心ｑ２」ということとし、図６〜９では第１従動回転軸２２と出力側回転軸に代えて、第１歯車２１と第２歯車４１を模式的に図示することとする。ここで、第１歯車２１と第２歯車４１について、歯（歯車として機能する外周の凹凸（図４参照））の詳細な描画を省略し、第１歯車２１については円弧Ｍ１，Ｍ２間の領域が、第２歯車４１については円弧Ｎ１，Ｎ２間の領域がそれぞれ、歯（凹凸）の領域であるものとする。
【００４７】
図６に示されるように、ケーシング４２においては、第２歯車４１の回転中心ｑ２から径方向に距離Ｓだけ離れた点Ｐ１（以下「中心点Ｐ１」という）を中心とした半径ｒの円周Ｃ１上の８箇所に等間隔で、ネジ穴７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ，７０ｆ，７０ｇ，７０ｈ（位置を示す観点から、黒点で描くこととする）が形成されている。ここでは、ネジ穴７０ａとネジ穴７０ｅとを結ぶ線上においてネジ穴７０ｅ側に第２歯車４１の回転中心ｑ２が位置するように、中心点Ｐ１の位置を定めている。
【００４８】
なお、距離Ｓの値は、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシの調整可能長さである。後記するように、この距離Ｓの２倍の長さの範囲内の所定値で、バックラッシを調整することができる。図６〜図９では、ケーシング４２の取り付け位置による第１歯車２１と第２歯車４１の噛合領域の変化を明瞭に示すために、距離Ｓの値を大きく取っており、これに起因して、図６〜図９では、第１歯車２１と第２歯車４１の各歯（凹凸）の領域を広く取っている。また、図６〜図９では、位置関係が明確に分かるようにデフォルメして模式的に示している。
【００４９】
図７（ａ）に示されるように、フレーム５０において穴部５３（図７（ａ）には図示せず）の底壁面にあたる部分には、第１歯車２１の回転中心ｊ５から一定の距離Ｒだけ離れた点Ｐ２（以下「中心点Ｐ２」という）を中心とした半径ｒの円周Ｃ２上の８箇所に等間隔で、ボルト挿通孔８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ，８０ｈが形成されている。この距離Ｒは不変であり、第１歯車２１と第２歯車４１の各直径、歯の深さを考慮して定められる。
【００５０】
第１歯車２１の回転中心ｊ５と円周Ｃ２の中心点Ｐ２とを結ぶ方向をＸ方向とし、このＸ方向及び手首揺動軸Ｊ５（手首揺動軸Ｊ５は、回転中心ｊ５を通り、紙面に垂直である）と直交する方向をＹ方向とする。さらに、図７（ａ）に示されるように、円周Ｃ２の中心点Ｐ２を原点としたＸ−Ｙ座標系を定める（図７（ｂ），８，９において同様）。
【００５１】
ネジ穴７０とボルト挿通孔８０は共に半径ｒの円周Ｃ１，Ｃ２上に同じ間隔で同じ数だけ形成されているので、図７（ｂ）に示されるように、［ボルト挿通孔８０−ネジ穴７０］の組合せが、例えば、［８０ａ−７０ａ］，［８０ｂ−７０ｂ］，・・・，［８０ｇ−７０ｇ］，［８０ｈ−７０ｈ］となるように、ケーシング４２を穴部５３にボルト７５（図２，３参照）を用いて取り付けることができる。
【００５２】
前記したように、第１歯車２１の回転中心ｊ５と穴部５３に設定された円周Ｃ２の中心点Ｐ２との距離はＲで一定であるため、図７（ｂ）に示された状態では、第２歯車４１の回転中心ｑ２の座標（Ｘ，Ｙ）は（Ｓ，０）となる。つまり、第１歯車２１の回転中心ｊ５と第２歯車４１の回転中心ｑ２との距離は“Ｒ＋Ｓ”となる。
【００５３】
手首揺動軸Ｊ５回りの駆動機構では、減速機４０の穴部５３への取り付けに際して、［ボルト挿通孔８０−ネジ穴７０］の組合せを変えることによって、第２歯車４１の回転中心ｑ２の座標が変わる。これによる第１歯車２１の回転中心ｊ５と第２歯車４１の回転中心ｑ２との距離の変化を利用して、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシを調整する。これについて図８，９を参照して、さらに詳細に説明する。
【００５４】
図８（ａ）は、図７（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回り（反時計回り）に４５°回転させて、ケーシング４２を穴部５３に取り付けた状態を示している。［ボルト挿通孔８０−ネジ穴７０］の組合せは、図８（ａ）に示される通りである。第２歯車４１の回転中心ｑ２の座標（Ｘ，Ｙ）は（Ｓ／２１／２，Ｓ／２１／２）となり、第１歯車２１の回転中心ｊ５と第２歯車４１の回転中心ｑ２とのＸ方向における距離は“Ｒ＋Ｓ／２１／２”となる。つまり、図８（ａ）に示した状態は、図７（ｂ）に示した状態と対比すると、第２歯車４１を第１歯車２１に距離“Ｓ−Ｓ／２１／２”だけＸ方向で近付けることにより、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシが調整された状態を示している。
【００５５】
なお、図８（ａ）に示される状態では、第２歯車４１はＹ方向にも“Ｓ／２１／２”だけ変位して配置された状態となる。このような状態となっても、第１歯車２１と第２歯車４１との噛合状態には、歯車間の距離が重要であって角度による影響はないため、何ら悪影響は生じない。
【００５６】
図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに９０°回転（図８（ａ）に示した状態からケーシング４２を左回りに４５°回転）させて、ケーシング４２を穴部５３に取り付けた状態を示している。［ボルト挿通孔８０−ネジ穴７０］の組合せは、図８（ｂ）に示される通りである。第２歯車４１の回転中心ｑ２の座標（Ｘ，Ｙ）は（０，Ｓ）となり、第１歯車２１の回転中心ｊ５と第２歯車４１の回転中心ｑ２とのＸ方向距離は“Ｒ”となる。つまり、図８（ｂ）に示した状態は、図７（ｂ）に示した状態と対比すると、第２歯車４１を第１歯車２１に距離“Ｓ”だけＸ方向で近付けることにより、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシが調整された状態を示している。
【００５７】
図９（ａ）は、図７（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに１３５°回転（図８（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに４５°回転）させて、ケーシング４２を穴部５３に取り付けた状態を示している。［ボルト挿通孔８０−ネジ穴７０］の組合せは、図９（ａ）に示される通りである。第２歯車４１の回転中心ｑ２の座標（Ｘ，Ｙ）は（−Ｓ／２１／２，Ｓ／２１／２）となり、第１歯車２１の回転中心ｊ５と第２歯車４１の回転中心ｑ２とのＸ方向距離は“Ｒ−Ｓ／２１／２”となる。つまり、図９（ａ）に示した状態は、図７（ｂ）に示した状態と対比すると、第２歯車４１を第１歯車２１に距離“Ｓ＋（Ｓ／２１／２）”だけＸ方向で近付けることにより、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシが調整された状態を示している。
【００５８】
図９（ｂ）は、図７（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに１８０°回転（図９（ａ）に示した状態からケーシング４２を左回りに４５°回転）させて、ケーシング４２を穴部５３に取り付けた状態を示している。［ボルト挿通孔８０−ネジ穴７０］の組合せは、図９（ｂ）に示される通りである。第２歯車４１の回転中心ｑ２の座標（Ｘ，Ｙ）は（−Ｓ，０）となり、第１歯車２１の回転中心ｊ５と第２歯車４１の回転中心ｑ２とのＸ方向距離は“Ｒ−Ｓ”となる。つまり、図９（ｂ）に示した状態は、図７（ｂ）に示した状態と対比すると、第２歯車４１を第１歯車２１に距離“２Ｓ”だけＸ方向で近付けることにより、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシが調整された状態を示している。
【００５９】
なお、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシの調整の観点からは、図９（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに４５°回転させた状態は、図９（ａ）に示した状態と同等になり、図９（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに９０°回転させた状態は、図８（ｂ）に示した状態と同等になり、図９（ｂ）に示した状態からケーシング４２を左回りに１３５°回転させた状態は、図８（ａ）に示した状態と同等になる。
【００６０】
このように、ケーシング４２を穴部５３に取り付ける際のバックラッシの調整量が取り得る値は、連続値ではなく、段階的な値となる。そのため、図７（ｂ），８，９に示される状態のうちのどの状態を、ケーシング４２の穴部５３に対する取り付け位置として決定し、実際に取り付けるかは、第１歯車２１と第２歯車との間のバックラッシについて予め定められた調整量を基準として行われる。
【００６１】
具体的には、図７（ｂ），８，９に示される各状態（取り付け位置）を、穴部５３にケーシング４２を仮止めする等して実現し、各状態での第１歯車２１と第２歯車４１のバックラッシを計測する。そして、ケーシング４２がどの位置にあるときにバックラッシの計測値が予め定められた調整量又はこの調整量に近い値となるかを判断し、取り付け位置を決定し、ボルト挿通孔８０を通してネジ穴７０に所定のボルト７５を螺合し、ケーシング４２を穴部５３に取り付ける。なお、ケーシング４２を４５°回転させた前後でのバックラッシの計測値が２つの取り付け位置で実質的に同じである場合には、いずれのポジションを選択しても、第２アーム１４の駆動性能に影響はない。第１ベルト６４のテンションの調整は、減速機４０の位置決めが終了した後に行えばよい。
【００６２】
このように第２アーム１４のスリム化を行った場合に、従来のバックラッシ調整機構（例えば、特開平６−２９７３７７号公報参照）を用いると、バックラッシの調整作業が行い難くなる。これに対して、前記した位置決め固定が可能な減速機４０を用いることにより（ケーシング４３のネジ穴７０をケーシング４３に設ける回転軸４２の同心円から偏心した位置となるように形成する構成）、第１歯車２１と第２歯車４１との間のバックラッシの調整作業が容易となり、調整作業にかかる負荷を軽減することができる。また、減速機４０の取り付け位置が作業者によって異なるということがなくなるため、アーク溶接ロボットごとの手首部材１５の揺動性能のばらつきを抑制することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明に係る産業用ロボットの手首駆動構造は、アーク溶接ロボットの手首駆動構造に限定して適用されるものではなく、その他各種の産業用ロボット（スポット溶接ロボット、組み立てロボット、搬送ロボット等）の手首駆動構造に適用することができる。また、本発明に係る産業用ロボットの手首駆動構造は、手首部材の動作だけでなく、２つのアーム同士の連結構造にも適用することができる。
【００６４】
また、本発明に係る実施形態では、第１モータ６１の回転を減速機４０の入力側回転軸４５に伝達する第１環状部材として第１ベルト６４を、第２モータ６６の回転を第２従動回転軸３１に伝達する第２環状部材として第２ベルト６９を取り上げて説明したが、第１，第２環状部材はそれぞれベルトに限定されるものではなく、例えば、チェーン等であってもよい。また、第１歯車２１と第２歯車４１として平歯車を例示したが、第１歯車２１と第２歯車４１は、前記したように減速機４０の位置決め固定方法にしたがってバックラッシの調整を行うことができるものであればよく、例えば、テーパ歯車であってもよい。さらに、減速機４０として、入力側回転軸４５と出力側回転軸とが同軸のものを示したが、第２ベルト６９の内周側に第１ベルト６４が配置されるという位置関係を変更しない限りにおいて、減速機４０として、入力側回転軸４５と出力側回転軸とが平行軸となっているものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１４      第２アーム
２０      第１従動回転機構
２１      第１歯車
２２      第１従動回転軸
３０      第２従動回転機構
３１      第２従動回転軸
３２      第２従動プーリ
４０      減速機
４１      第２歯車
４２      ケーシング
４４      第１従動プーリ
５０      フレーム
６１      第１モータ
６３      第１駆動プーリ
６４      第１ベルト（第１環状部材）
６５      固定プーリ
６６      第２モータ
６８      第２駆動プーリ
６９      第２ベルト（第２環状部材）
７０，７０ａ〜７０ｈ      ネジ穴
７５      ボルト
８０，８０ａ〜８０ｈ      ボルト挿通孔
【図１】
2011020213.tif 000003
【図２】
2011020213.tif 000004
【図３】
2011020213.tif 000005
【図４】
2011020213.tif 000006
【図５】
2011020213.tif 000007
【図６】
2011020213.tif 000008
【図７】
2011020213.tif 000009
【図８】
2011020213.tif 000010
【図９】
2011020213.tif 000011
【図１０】
2011020213.tif 000012