(57)【要約】【課題】１つの駆動モータで、互いに直交する２軸のうちの一方の軸のまわりの第１手首および第２手首の回動動作と、他方の軸のまわりの第２手首の回転動作を行うことができるロボットの手首ユニットを提供する。【解決手段】入力プーリ３と一体に固定軸１０のまわりに回転（公転）するピニオンギア１４を有するデファレンシャル機構４を組み込み、そのデファレンシャル機構４の第１サイドギア１５を第１手首軸１に連結するとともに、第２サイドギア１６を、第１手首軸１と直交する第２手首軸２に伝達傘歯車７を介して連結し、第１手首軸１に連結された第１ブレーキ８と伝達傘歯車７に連結された第２ブレーキ９とを選択的に解除操作することにより、１つの駆動モータで、第１手首軸１のまわりの第１手首５および第２手首６の回動動作と、第２手首軸２のまわりの第２手首６の回転動作を行えるようにした。【選択図】図１
2019214102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータから入力トルクを加えられる入力部材と、前記入力部材に軸心どうしが直交する状態で連結された傘歯車状のピニオンギアの径方向両側に、それぞれピニオンギアと噛み合う傘歯車状の第１サイドギアおよび第２サイドギアを配したデファレンシャル機構と、前記第１サイドギアに連結された第１手首軸と、前記第２サイドギアに連結された伝達傘歯車と、前記第１手首軸と直交する方向に延び、前記伝達傘歯車と噛み合う傘歯車部を有する第２手首軸と、前記第１手首軸に回転伝達可能に連結された第１手首と、前記第１手首に回転自在に組み込まれ、前記第２手首軸に回転伝達可能に連結された第２手首と、非操作時は前記第１手首軸を回転不能に拘束し、解除操作により第１手首軸を回転可能に解放する第１ブレーキと、非操作時は前記第２サイドギアの回転を規制し、解除操作により第２サイドギアを回転自在とする第２ブレーキとを備え、
前記第１ブレーキを解除操作し、前記第２ブレーキを非操作とした状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときには、前記第１手首が第２手首と一体に第１手首軸のまわりに回動し、前記第１ブレーキを非操作とし、前記第２ブレーキを解除操作した状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときには、前記第２手首が第２手首軸のまわりに回転するようになっているロボットの手首ユニット。
【請求項２】
前記伝達傘歯車が第２サイドギアに相対回転不能に連結されており、前記第２ブレーキが、非操作時は前記伝達傘歯車を回転不能に拘束し、解除操作により伝達傘歯車を回転可能に解放するものであることを特徴とする請求項１に記載のロボットの手首ユニット。
【請求項３】
前記第２サイドギアと伝達傘歯車との間に前記第２ブレーキが連結されるクラッチ機構が設けられており、
前記クラッチ機構は、前記伝達傘歯車と一体回転するクラッチ外輪の径方向内側に、前記第２サイドギアと一体回転するクラッチ内輪を配し、前記クラッチ内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記クラッチ外輪の内周円筒面とクラッチ内輪の各カム面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に一対のローラとそのローラを一つずつ楔形空間の両側の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を、前記クラッチ内輪と同一軸心のまわりに回転する制御軸に固定したものであり、
前記第２ブレーキは、非操作時は前記制御軸を回転不能に拘束し、解除操作により制御軸を回転可能に解放するものであり、
前記第１ブレーキを解除操作し、前記第２ブレーキを非操作とした状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときに、前記クラッチ機構のロック解除片がクラッチ外輪とローラとクラッチ内輪のロック状態を解除することにより、前記第１手首が第２手首および伝達傘歯車と一体に第１手首軸のまわりに回動し、前記第１ブレーキを非操作とし、前記第２ブレーキを解除操作した状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときには、前記クラッチ機構のロック状態が維持されて、前記第２手首が第２手首軸のまわりに回転するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のロボットの手首ユニット。
【請求項４】
前記第１ブレーキおよび第２ブレーキが無励磁型電磁ブレーキであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットの手首ユニット。
【請求項５】
前記第１手首軸と第１手首との間および前記第２手首軸と第２手首との間に、それぞれ減速機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のロボットの手首ユニット。
【請求項６】
前記第１手首軸と第１手首との間に設けられる減速機構は、その出力側の回転方向が入力側の回転方向と同じになるものであることを特徴とする請求項５に記載のロボットの手首ユニット。
【請求項７】
前記第１手首および第２手首の回転方向位置をそれぞれ検出する２つのアブソリュートエンコーダが設けられており、前記各アブソリュートエンコーダの検出値と前記駆動モータに設けられているエンコーダの検出値とに基づいて、前記駆動モータ、第１ブレーキおよび第２ブレーキを制御することにより、前記第１手首および第２手首の位置決めを行うようになっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のロボットの手首ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットのアーム先端部に設けられる手首ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットのアームの先端部には、互いに直交する２軸のうちの一方の軸のまわりに回動する第１手首と、第１手首と一体に一方の軸のまわりに回動し、他方の軸のまわりにも回転する第２手首とを備え、その両手首一体の回動と第２手首の回転により、第２手首に取り付けられたエンドエフェクタの位置決めを行うようにした手首ユニットが設けられていることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１で提案されている手首ユニットは、第１モータで駆動される外側駆動軸の内側に第２モータで駆動される内側駆動軸を配し、両駆動軸と直交する姿勢で回転可能に設置した回動中心軸の外周に、外側駆動軸に固着した傘歯車と噛み合う回動中心第１歯車（傘歯車）と、内側駆動軸に固着した傘歯車と噛み合う回動中心第２歯車（傘歯車）を回転可能に取り付けるとともに、回動中心軸にこれと直交する姿勢で回転中心軸（第１手首に相当）を固着し、その回転中心軸の外周にエンドエフェクタとなる吸着ハンドが固定される回転軸（第２手首に相当）を回転可能に取り付け、回転軸に固着した２つの傘歯車の一方を回動中心第１歯車と噛み合わせ、他方を回動中心第２歯車と噛み合わせたものである。
【０００４】
そして、上記の構成により、第１モータと第２モータの一方を単独で駆動すると、回転軸および吸着ハンドが回動中心軸のまわりに回動すると同時に回転中心軸のまわりに回転するが、第１モータと第２モータの両方を同じ回転数で駆動した場合は、その回転方向によって、回転軸および吸着ハンドが、回動中心軸のまわりの回動動作を相殺されて回転中心軸のまわりの回転動作のみを行うか、あるいは回転中心軸のまわりの回転動作を相殺されて回動中心軸のまわりの回動動作のみを行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１００２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の手首ユニットでは、回動中心軸と回転中心軸が互いに直交しており、２つの駆動モータを同時に同じ回転数で駆動することにより、回動中心軸のまわりの回転中心軸（第１手首）と回転軸（第２手首）の回動動作と、回転中心軸のまわりの回転軸の回転動作を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、このように２つの駆動モータを組み込んだ手首ユニットでは、駆動モータの設置スペースが大きくなるためにユニット全体の小型化が難しいという問題がある。また、駆動モータ用の大径の動力ケーブルや通信ケーブルも多くなるので、組立時の配線作業に手間がかかるという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、１つの駆動モータで、互いに直交する２軸のうちの一方の軸のまわりの第１手首および第２手首の回動動作と、他方の軸のまわりの第２手首の回転動作を行うことができるロボットの手首ユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のロボットの手首ユニットは、駆動モータから入力トルクを加えられる入力部材と、前記入力部材に軸心どうしが直交する状態で連結された傘歯車状のピニオンギアの径方向両側に、それぞれピニオンギアと噛み合う傘歯車状の第１サイドギアおよび第２サイドギアを配したデファレンシャル機構と、前記第１サイドギアに連結された第１手首軸と、前記第２サイドギアに連結された伝達傘歯車と、前記第１手首軸と直交する方向に延び、前記伝達傘歯車と噛み合う傘歯車部を有する第２手首軸と、前記第１手首軸に回転伝達可能に連結された第１手首と、前記第１手首に回転自在に組み込まれ、前記第２手首軸に回転伝達可能に連結された第２手首と、非操作時は前記第１手首軸を回転不能に拘束し、解除操作により第１手首軸を回転可能に解放する第１ブレーキと、非操作時は前記第２サイドギアの回転を規制し、解除操作により第２サイドギアを回転自在とする第２ブレーキとを備え、前記第１ブレーキを解除操作し、前記第２ブレーキを非操作とした状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときには、前記第１手首が第２手首と一体に第１手首軸のまわりに回動し、前記第１ブレーキを非操作とし、前記第２ブレーキを解除操作した状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときには、前記第２手首が第２手首軸のまわりに回転する構成とした。
【００１０】
すなわち、第１手首軸に連結した第１手首に、第１手首軸と直交する第２手首軸に連結した第２手首を回転自在に組み込み、入力部材に連結されたピニオンギアを有するデファレンシャル機構の第１サイドギアを第１手首軸に連結するとともに、そのデファレンシャル機構の第２サイドギアを伝達傘歯車を介して第２手首軸に連結し、１つの駆動モータで入力部材に入力トルクを加えるときに、第１ブレーキを解除操作して第１手首軸を解放するとともに、第２ブレーキを非操作として第２サイドギアの回転を規制すれば、第１手首と第２手首を第１手首軸のまわりに一体に回動させることができ、第１ブレーキを非操作として第１手首軸を拘束するとともに、第２ブレーキを解除操作して第２サイドギアを回転自在とすれば、第１手首を停止させた状態で第２手首を第２手首軸のまわりに回転させることができるようにしたのである。
【００１１】
ここで、前記伝達傘歯車が第２サイドギアに相対回転不能に連結されている場合、前記第２ブレーキは、非操作時は前記伝達傘歯車を回転不能に拘束し、解除操作により伝達傘歯車を回転可能に解放するものとすることができる。
【００１２】
また、上記のような伝達傘歯車と第２ブレーキの構成に代えて、前記第２サイドギアと伝達傘歯車との間に前記第２ブレーキが連結されるクラッチ機構が設けられており、前記クラッチ機構は、前記伝達傘歯車と一体回転するクラッチ外輪の径方向内側に、前記第２サイドギアと一体回転するクラッチ内輪を配し、前記クラッチ内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記クラッチ外輪の内周円筒面とクラッチ内輪の各カム面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に一対のローラとそのローラを一つずつ楔形空間の両側の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を、前記クラッチ内輪と同一軸心のまわりに回転する制御軸に固定したものであり、前記第２ブレーキは、非操作時は前記制御軸を回転不能に拘束し、解除操作により制御軸を回転可能に解放するものであり、前記第１ブレーキを解除操作し、前記第２ブレーキを非操作とした状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときに、前記クラッチ機構のロック解除片がクラッチ外輪とローラとクラッチ内輪のロック状態を解除することにより、前記第１手首が第２手首および伝達傘歯車と一体に第１手首軸のまわりに回動し、前記第１ブレーキを非操作とし、前記第２ブレーキを解除操作した状態で、前記入力部材に入力トルクを加えたときには、前記クラッチ機構のロック状態が維持されて、前記第２手首が第２手首軸のまわりに回転する構成を採用することもできる。
【００１３】
上記のクラッチ機構を設けた構成では、第１手首を回動させるときに、第２手首だけでなくロック解除されたクラッチ機構のクラッチ外輪と伝達傘歯車も一体に回動するので、第２手首が第２手首軸のまわりに回転しない。このため、第１手首および第２手首の回動動作と、第２手首の回転動作を互いに独立に行うことができ、第２手首に取り付けられるエンドエフェクタを目標位置に移動させる制御が簡単なものになる。
【００１４】
また、前記第１ブレーキおよび第２ブレーキとしては、無励磁型電磁ブレーキを採用することができるし、前記第１手首軸と第１手首との間および前記第２手首軸と第２手首との間に、それぞれ減速機構が設けられている構成とすれば、駆動モータから各手首までの間の回転伝達経路におけるデファレンシャル機構等のバックラッシによる各手首の位置決め誤差を低減することができる。ここで、前記第１手首軸と第１手首との間に設けられる減速機構は、手首ユニットの制御上、その出力側の回転方向が入力側の回転方向と同じになるものとすることが望ましい。
【００１５】
また、前記第１手首および第２手首の回転方向位置をそれぞれ検出する２つのアブソリュートエンコーダが設けられており、前記各アブソリュートエンコーダの検出値と前記駆動モータに設けられているエンコーダの検出値とに基づいて、前記駆動モータ、第１ブレーキおよび第２ブレーキを制御することにより、前記第１手首および第２手首の位置決めを行う構成とすれば、各手首の位置決め精度の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のロボットの手首ユニットは、上述したように、１つの駆動モータで、第１手首軸のまわりの第１手首と第２手首の回動動作と、第２手首軸のまわりの第２手首の回転動作を行えるようにしたものであるから、２つの駆動モータを組み込んだ従来の手首ユニットに比べて、駆動モータおよびそのドライバ装置の設置スペースが小さく、ユニット全体の小型化および低コスト化が可能となるし、駆動モータ用の動力ケーブルや通信ケーブルも少なくなり、組立時の配線作業を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の手首ユニットの縦断正面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】第２実施形態の手首ユニットの縦断正面図
【図４】図３のIV−IV線に沿った断面図
【図５】ａ、ｂは、それぞれ図４に対応してクラッチ機構の動作を説明する断面図
【図６】第３実施形態の手首ユニットの縦断正面図
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図
【図８】図６のVIII−VIII線に沿った断面図
【図９】ａ、ｂは、それぞれ図７に対応して第１逆入力遮断機構の動作を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は第１の実施形態を示す。この手首ユニットは、産業用ロボットのアーム先端部に設けられるもので、図１に示すように、互いに直交する方向に延びる姿勢で配される第１手首軸１および第２手首軸２と、第１手首軸１と同軸状態に配される入力部材としての入力プーリ３と、入力プーリ３の回転を第１手首軸１および第２手首軸２に伝達するデファレンシャル機構４と、第１手首軸１に回転伝達可能に連結された第１手首５と、第１手首５に回転自在に組み込まれ、第２手首軸２に回転伝達可能に連結された第２手首６と、デファレンシャル機構４と第２手首軸２の間に設けられる伝達傘歯車７と、第１手首軸１に連結される第１ブレーキ８と、伝達傘歯車７に連結される第２ブレーキ９と、ユニット全体を軸方向に貫通する固定軸１０と、固定軸１０を固定支持するフレーム１１とを備えている。そのフレーム１１は、一端に設けられた第１の柱１１ａで固定軸１０の小径一端部を、他端に設けられた第２の柱１１ｂで固定軸１０の他端部をそれぞれ支持している。また、第２手首軸２は中空に形成され、第２手首６に取り付けられるエンドエフェクタ（図示省略）の配線が通されるようになっている。
【００１９】
前記入力プーリ３は、フレーム１１の切欠きを貫通するベルト１２が巻き掛けられ、そのベルト１２を介して図示省略した駆動モータから入力トルクを加えられるものであり、後述するようにデファレンシャル機構４と連結されている。
【００２０】
前記デファレンシャル機構４は、図１および図２に示すように、円環状の基端部１３ａが固定軸１０に玉軸受（以下、単に「軸受」と称する。）を介して回転自在に支持され、その基端部１３ａから径方向外側に延びる軸部１３ｂが複数形成されたピニオン支持部材１３と、ピニオン支持部材１３の各軸部１３ｂに軸受を介して回転自在に支持された傘歯車状のピニオンギア１４と、それぞれ固定軸１０を通す状態でピニオンギア１４の径方向両側に配され、ピニオンギア１４と噛み合う傘歯車状の第１サイドギア１５および第２サイドギア１６とからなる。
【００２１】
このデファレンシャル機構４のピニオン支持部材１３は、各軸部１３ｂの先端部分が入力プーリ３の内周面に形成された軸方向溝３ａに嵌め込まれており、ピニオンギア１４とともに入力プーリ３と一体に固定軸１０のまわりに回転するようになっている。第１サイドギア１５は、固定軸１０を通す中空の第１手首軸１と一体に形成されており、固定軸１０に軸受を介して回転自在に支持されている。なお、第１サイドギアと第１手首軸は、回転伝達可能に連結するようにしてもよい。第２サイドギア１６は、後述するように伝達傘歯車７に固定されて、伝達傘歯車７と一体に固定軸１０のまわりに回転するようになっている。
【００２２】
また、図１に示すように、前記第１手首軸１は、その一端部にキー結合された伝達リング１７と第１減速機構１８を介して第１手首５に連結されている。なお、伝達リング１７は、一端側に設けられた円筒部が軸受を介して固定軸１０の小径一端部に回転自在に支持される状態で、第１減速機構１８に連結されている。
【００２３】
第１減速機構１８は、伝達リング１７にボルト固定されるウェイブジェネレータ１８ａと、ウェイブジェネレータ１８ａの径方向外側に配される第１クロスローラ軸受１９の内輪の一部と一体形成されたサーキュラースプライン１８ｂと、ウェイブジェネレータ１８ａとサーキュラースプライン１８ｂとの間に一部を挟まれるフレックススプライン１８ｃとからなる波動歯車装置である。そして、サーキュラースプライン１８ｂが第１手首５に固定され、フレックススプライン１８ｃがフレーム１１の第３の柱１１ｃに固定されることにより、第１手首軸１の回転を同じ回転方向で減速してサーキュラースプライン１８ｂから第１手首５に伝達するようになっている。
【００２４】
前記第１ブレーキ８は、可撓性を有する材料で形成され、第１手首軸１に内周部を固定されるブレーキ板２０と、ブレーキ板２０の一側面と軸方向で対向するアーマチュア２１と、ブレーキ板２０の他側面と軸方向で対向する摩擦板２２と、アーマチュア２１をブレーキ板２０に押し付ける複数のブレーキばね２３と、通電によりアーマチュア２１をブレーキばね２３の弾力に抗してブレーキ板２０から離反させる電磁石２４とを備えた無励磁型電磁ブレーキである。
【００２５】
この第１ブレーキ８の摩擦板２２および電磁石２４はフレーム１１の第３の柱１１ｃにボルト止めされており、電磁石２４は軸受を介して第１手首軸１を回転自在に支持している。なお、フレーム１１の第３の柱１１ｃと第１手首軸１の間にはシール部材２５が設けられている。また、ブレーキばね２３は、電磁石２４のアーマチュア２１との対向面に設けられた凹部に弾性圧縮状態で保持されてアーマチュア２１を押圧している。
【００２６】
そして、電磁石２４に通電していないときは、ブレーキばね２３がアーマチュア２１をブレーキ板２０に押し付けることにより、アーマチュア２１に押されたブレーキ板２０がフレーム１１に固定された摩擦板２２に押し付けられ、電磁石２４に通電すると、電磁石２４がアーマチュア２１を吸引してブレーキばね２３の弾力に抗して軸方向移動させ、ブレーキ板２０から離反させる。すなわち、非通電時（非操作時）はブレーキ板２０とこれに連結された第１手首軸１を回転不能に拘束し、通電（解除操作）によりブレーキ板２０および第１手首軸１を回転可能に解放するようになっている。
【００２７】
前記伝達傘歯車７は、その内周部から軸方向両側に突出する筒部７ａ、７ｂを有し、主としてこれらの筒部７ａ、７ｂがそれぞれ滑り軸受を介して固定軸１０に回転自在に支持された状態で、第２手首軸２のフランジ部に一体形成された傘歯車部２ａと噛み合っている。そして、その一端側の筒部７ａの外周に第２サイドギア１６が嵌合固定され（相対回転不能に連結され）、他端側の三段形状の筒部７ｂが第２ブレーキ９に連結されている。
【００２８】
前記第２ブレーキ９は、第１ブレーキ８と同じ構造の無励磁型電磁ブレーキであり、可撓性を有する材料で形成され、伝達傘歯車７の他端側筒部７ｂの大径部に固定されるブレーキ板２６と、ブレーキ板２６を挟んで軸方向で対向するアーマチュア２７および摩擦板２８と、アーマチュア２７をブレーキ板２６に押し付ける複数のブレーキばね２９と、通電によりアーマチュア２７をブレーキ板２６から離反させる電磁石３０とを備えている。その摩擦板２８および電磁石３０は、フレーム１１の第２の柱１１ｂにボルト止めされており、電磁石３０は軸受およびシール部材３１を介して伝達傘歯車７の他端側筒部７ｂの小径部および中間部を回転自在に支持している。
【００２９】
そして、電磁石３０に通電していないとき（非操作時）は、ブレーキ板２６および伝達傘歯車７を回転不能に拘束することにより、第２サイドギア１６の回転を阻止し、電磁石３０への通電時（解除操作時）には、ブレーキ板２６および伝達傘歯車７を回転可能に解放することにより、第２サイドギア１６を回転自在とするようになっている。
【００３０】
前記第１手首５は、両端に配される取付部５ａ、５ｂと、両取付部５ａ、５ｂを連結する矩形板状の連結部５ｃと、連結部５ｃの中央から外側に突出する円筒状の突出筒部５ｄとからなる。その一端側の取付部５ａは、固定軸１０の小径一端部がわずかな径方向隙間をもって通されるとともに、第１クロスローラ軸受１９を介してフレーム１１の第３の柱１１ｃに回転自在に支持されている。また、他端側の取付部５ｂは、フレーム１１の第２の柱１１ｂの外側で、固定軸１０の他端部に軸受を介して回転自在に支持されている。そして、突出筒部５ｄの径方向内側に、第２クロスローラ軸受３２を介して第２手首６が回転自在に組み込まれている。
【００３１】
前記第２手首６は、その一部が第１手首５の突出筒部５ｄの開口に挿入された状態で配される環状体であり、前述のように伝達傘歯車７に連結された第２手首軸２に、第２減速機構３３を介して連結されるとともに、その第２手首軸２の外周に軸受を介して相対回転可能に取り付けられている。
【００３２】
ここで、第２減速機構３３は、第１減速機構１８と同じ構造の波動歯車装置であり、そのウェイブジェネレータ３３ａが第２手首軸２に、第２クロスローラ軸受３２の内輪の一部と一体形成されたサーキュラースプライン３３ｂが第２手首６に、ウェイブジェネレータ３３ａとサーキュラースプライン３３ｂとの間に一部を挟まれるフレックススプライン３３ｃが第１手首５の突出筒部５ｄにそれぞれ固定されており、第２手首軸２の回転を減速してサーキュラースプライン３３ｂから第２手首６に伝達するようになっている。
【００３３】
また、この手首ユニットには、第１手首５および第２手首６の回転方向位置をそれぞれ検出する２つのアブソリュートエンコーダ３４、３５が設けられている。
【００３４】
第１手首５用のアブソリュートエンコーダ３４は、第１手首５の一端側取付部５ａの外側面に取り付けられるコードホイール３４ａと、コードホイール３４ａに対向するようにフレーム１１の第１の柱１１ａに取り付けられるセンサ３４ｂおよび基盤３４ｃとからなる。また、第２手首６用のアブソリュートエンコーダ３５は、第２手首６の外周面に取り付けられるコードホイール３５ａと、コードホイール３５ａに対向するように第１手首５の突出筒部５ｄに取り付けられるセンサ３５ｂおよび基盤３５ｃとからなる。
【００３５】
そして、各アブソリュートエンコーダ３４、３５の検出値と、前記駆動モータに設けられているエンコーダ（図示省略）の検出値とに基づいて、第１手首５および第２手首６の位置決めを行うようになっている。
【００３６】
次に、この手首ユニットの動作について説明する。この手首ユニットを駆動して第２手首６に取り付けられたエンドエフェクタを目標位置に移動させる際は、通常、第１ステップとして、第１ブレーキ８の電磁石２４に通電して第２ブレーキ９の電磁石３０には通電しない状態、すなわち、第１手首軸１を回転可能に解放し、第２サイドギア１６の回転を阻止した状態とし、この状態で前記駆動モータから入力プーリ３に入力トルクを加える。
【００３７】
この第１ステップでは、まず、入力プーリ３と一体に、デファレンシャル機構４のピニオン支持部材１３およびピニオンギア１４が固定軸１０のまわりに回転する。このとき、第２サイドギア１６は第２ブレーキ９によって回転を阻止されているので、ピニオンギア１４は固定軸１０のまわりに回転（公転）しながら、ピニオン支持部材１３の軸部１３ｂのまわりに回転（自転）する。すると、このピニオンギア１４の公転および自転に伴って第１サイドギア１５および第１手首軸１が回転し、第１手首軸１の回転が伝達リング１７を介して第１減速機構１８で減速されて第１手首５に伝達される。これにより、第１手首５が第２手首６と一体に第１手首軸１（および固定軸１０）のまわりに回動する。
【００３８】
なお、このときには、伝達傘歯車７も回転不能となっているので、伝達傘歯車７と噛み合っている第２手首軸２は第１手首軸１のまわりに公転しながら自転し、この第２手首軸２の自転が第２減速機構３３で減速されて第２手首６に伝達される。すなわち、第２手首６は第１手首５と一体に回動しながら第２手首軸２のまわりに回転することになる。
【００３９】
次に、第２ステップとして、第１ブレーキ８の電磁石２４への通電を停止するとともに第２ブレーキ９の電磁石３０に通電した状態、すなわち、第１手首軸１を回転不能に拘束し、第２サイドギア１６が回転自在な状態とし、この状態で前記駆動モータから入力プーリ３に入力トルクを加える。これにより、まず、第１ステップと同様に、入力プーリ３と一体に、デファレンシャル機構４のピニオン支持部材１３およびピニオンギア１４が固定軸１０のまわりに回転する。
【００４０】
このとき、第１手首軸１と一体の第１サイドギア１５は回転を阻止されているので、ピニオンギア１４は公転しながら自転し、これに伴って第２サイドギア１６と伝達傘歯車７が一体に回転する。そして、伝達傘歯車７の回転が第２手首軸２に伝達され、この第２手首軸２の回転が第２減速機構３３で減速されて第２手首６に伝達される。すなわち、第２ステップでは、第１手首５が停止した状態で、第２手首６のみが第２手首軸２のまわりに回転することになる。
【００４１】
上記の第１ステップおよび第２ステップは、第１手首５用および第２手首６用のアブソリュートエンコーダ３４、３５の検出値と、前記駆動モータ側のエンコーダの検出値とに基づいて、駆動モータ、第１ブレーキ８および第２ブレーキ９を制御することにより、必要回数繰り返して行われる。そして、最終的に、第１手首５および第２手首６が位置決めされて、駆動モータが停止されるとともに第１ブレーキ８および第２ブレーキ９への通電が停止され、エンドエフェクタが目標位置で停止することになる。
【００４２】
この手首ユニットは、上述したように、第１手首軸１に連結した第１手首５に、第１手首軸１と直交する第２手首軸２に連結した第２手首６を回転自在に組み込み、入力プーリ３と一体に公転するピニオンギア１４と、ピニオンギア１４と噛み合い、第１手首軸１と一体形成される第１サイドギア１５と、ピニオンギア１４と噛み合い、伝達傘歯車７を介して第２手首軸２に連結される第２サイドギア１６とを備えたデファレンシャル機構４を設け、第１手首軸１用の第１ブレーキ８と伝達傘歯車７用の第２ブレーキ９とを選択的に解除操作することにより、入力プーリ３に入力トルクを加える１つの駆動モータで、両手首５、６を第１手首軸１のまわりに一体に回動させたり、第２手首６のみを第２手首軸２のまわりに回転させたりできるようにしたものである。
【００４３】
したがって、２つの駆動モータを組み込んだ従来のものに比べて、駆動モータおよびそのドライバ装置の設置スペースが小さく、ユニット全体を小型化、低コスト化できるし、駆動モータ用の動力ケーブルや通信ケーブルも少ないので、組立時の配線作業を効率よく行うことができる。
【００４４】
また、第１手首軸１と第１手首５との間に第１減速機構１８が、第２手首軸２と第２手首６との間に第２減速機構３３がそれぞれ設けられているので、駆動モータから第１手首５および第２手首６までの間の回転伝達経路におけるデファレンシャル機構４等のバックラッシによる各手首５、６の位置決め誤差が少ない。そのうえ、各手首５、６の位置決め動作は、各手首５、６の回転方向位置を検出するアブソリュートエンコーダ３４、３５と駆動モータのエンコーダの検出値とに基づいて制御されるので、エンドエフェクタを目標位置に高精度で停止させることができる。
【００４５】
図３乃至図５は第２の実施形態を示す。この実施形態は、図３に示すように、第１実施形態をベースとし、その伝達傘歯車７の内周側部分および軸方向両側の筒部７ａ、７ｂに代えて、第２サイドギア１６および第２ブレーキ９が連結されるクラッチ機構４０を設けたものである。
【００４６】
前記クラッチ機構４０は、図３および図４に示すように、伝達傘歯車７と一体回転するクラッチ外輪４１と、クラッチ外輪４１の径方向内側で第２サイドギア１６と一体回転するクラッチ内輪４２と、クラッチ外輪４１の内周面とクラッチ内輪４２の外周面との間に組み込まれる複数のローラ４３およびコイルばね４４と、ローラ４３を挟んでコイルばね４４と対向する位置に挿入される柱部４５ａを有するロック解除片４５と、クラッチ内輪４２と同一軸心のまわりに回転するように配され、ロック解除片４５が固定される三段形状の制御軸４６とで構成されている。なお、コイルばねは、板ばね等の他の弾性部材に代えることもできる。
【００４７】
このクラッチ機構４０のクラッチ外輪４１は、伝達傘歯車７の軸方向中央部の内周に嵌合固定されている。そして、クラッチ外輪４１の両側には、伝達傘歯車７とクラッチ内輪４２の大径部との間および伝達傘歯車７と制御軸４６の大径部との間にそれぞれすべり軸受が組み込まれ、伝達傘歯車７およびクラッチ外輪４１がクラッチ内輪４２および制御軸４６とスムーズに相対回転できるようになっている。
【００４８】
一方、クラッチ内輪４２は、一端側に形成された小径部が第２サイドギア１６の内周に嵌合固定されて、大径部の外周面が径方向でローラ４３およびコイルばね４４と対向している。そして、その大径部には断面小判形の係合穴４２ａが設けられており、この係合穴４２ａに、制御軸４６の一端側に形成された断面小判形の係合部４６ａが僅かな回転方向隙間をもって挿入されている。
【００４９】
また、制御軸４６は、その大径部に第２ブレーキ９のブレーキ板２６が固定され、小径部および中間部が軸受およびシール部材３１を介して第２ブレーキ９の電磁石３０に回転自在に支持されている。これにより、第２ブレーキ９は、非操作時は制御軸４６およびロック解除片４５を回転不能に拘束し、解除操作により制御軸４６およびロック解除片４５を回転可能に解放するものとなっている。
【００５０】
また、クラッチ内輪４２の大径部の外周には、径方向と略直交するカム面４２ｂが周方向に複数設けられ、これらの各カム面４２ｂとクラッチ外輪４１の内周円筒面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間４７が形成されている。そして、これらの各楔形空間４７に、一対のローラ４３がそのローラ４３を一つずつ楔形空間４７の両側の狭小部に押し込むコイルばね４４を挟んだ状態で配され、各楔形空間４７の狭小部に押し込まれたローラ４３を介してクラッチ外輪４１とクラッチ内輪４２がロックするようになっている。また、各楔形空間４７の周方向両側にはロック解除片４５の柱部４５ａが挿入されており、そのロック解除片４５は制御軸４６の係合部４６ａの根元部分の外周に隙間なく嵌合固定されている。
【００５１】
この第２実施形態において、第１ブレーキ８の電磁石２４に通電して、第１手首軸１を回転可能に解放し、第２ブレーキ９の電磁石３０には通電せず、制御軸４６およびロック解除片４５を回転不能に拘束した状態で、入力プーリ３に入力トルクを加えると、まず、第１実施形態と同様に、入力プーリ３と一体に、デファレンシャル機構４のピニオン支持部材１３およびピニオンギア１４が固定軸１０のまわりに回転する。
【００５２】
このとき、クラッチ機構４０では、ピニオンギア１４の公転にともなって、第２サイドギア１６と一体のクラッチ内輪４２が、各楔形空間４７の一対のローラ４３のうちの回転方向前側のローラ４３を介してクラッチ外輪４１とロックした状態で僅かに回転した後、その回転方向前側のローラ４３がロック解除片４５の柱部４５ａに当接して停止する。これにより、回転方向前側のローラ４３がコイルばね４４の弾性力に抗して相対的に楔形空間４７の広大部へ移動し、クラッチ外輪４１とクラッチ内輪４２のロック状態が解除される。そして、そのロック解除直後に、クラッチ内輪４２の係合穴４２ａの内側面が制御軸４６の係合部４６ａに係合し、クラッチ内輪４２および第２サイドギア１６の回転が阻止される。
【００５３】
このようにして第２サイドギア１６が停止すると、第１実施形態と同様、ピニオンギア１４が公転しながら自転し、これに伴って第１サイドギア１５および第１手首軸１が回転し、第１手首軸１の回転が伝達リング１７を介して第１減速機構１８で減速されて第１手首５に伝達され、第１手首５が第２手首６と一体に回動する。
【００５４】
ここで、第２手首６が回動するときには、クラッチ機構４０のロック状態が解除されているので、図５（ａ）に示すように、第２手首軸２と噛み合っている伝達傘歯車７およびクラッチ外輪４１が空転し、第２手首軸２が自転せずに公転のみを行うことになる。すなわち、この第２実施形態では、第１実施形態と異なり、第１手首５が第２手首６および伝達傘歯車７と一体に第１手首軸１のまわりに回動し、第２手首６の第２手首軸２のまわりの回転動作は生じない。
【００５５】
一方、第１ブレーキ８の電磁石２４への通電を停止して、第１手首軸１を回転不能に拘束し、第２ブレーキ９の電磁石３０に通電して、制御軸４６およびロック解除片４５を回転可能に解放した状態で、入力プーリ３に入力トルクを加えた場合は、まず、第１実施形態と同様、デファレンシャル機構４の第１サイドギア１５が停止した状態で、ピニオンギア１４が公転しながら自転し、これに伴って第２サイドギア１６が回転する。
【００５６】
このとき、第１サイドギア１５および第１手首軸１が停止しているので、第１手首５と第２手首６の回動動作は生じない。また、クラッチ機構４０では、第２サイドギア１６と一体のクラッチ内輪４２とクラッチ外輪４１がロックした状態で僅かに回転した後、回転方向前側のローラ４３がロック解除片４５の柱部４５ａに当接するが、ロック解除片４５は回転可能に解放されているので、回転方向前側のローラ４３は停止せず、ロック状態が維持される。そして、その後、クラッチ内輪４２の係合穴４２ａの内側面が制御軸４６の係合部４６ａに係合するが、制御軸４６も回転可能に解放されているので、クラッチ内輪４２および第２サイドギア１６の回転は止まらない。したがって、図５（ｂ）に示すように、回転方向前側のローラ４３がロック解除片４５の柱部４５ａを、クラッチ内輪４２が制御軸４６をそれぞれ押し動かしながら、クラッチ外輪４１と一体に回転し続けることになる。これにより、クラッチ外輪４１と一体の伝達傘歯車７およびこれと噛み合う第２手首軸２も回転し、第１手首５が停止した状態で第２手首６が第２手首軸２のまわりに回転するようになる。
【００５７】
この第２実施形態では、上述のように、第１手首５を回動させるときに、第２手首６だけでなくロック解除されたクラッチ機構４０のクラッチ外輪４１と伝達傘歯車７も一体に回動するので、第２手首６が第２手首軸２のまわりに回転しない。このため、第１手首５および第２手首６の回動動作と、第２手首６の回転動作を互いに独立に行うことができ、第２手首６に取り付けられるエンドエフェクタを目標位置に移動させる制御が、第１実施形態よりも簡単なものになる。
【００５８】
図６乃至図９は第３の実施形態を示す。この実施形態は、図６に示すように、第２実施形態をベースとし、第１手首軸１と伝達リング１７とフレーム１１の第３の柱１１ｃとの間に第１逆入力遮断機構５０を設けるとともに、第２手首軸２を入力側部分と出力側部分に２分割し、その第２手首軸２の入力側部分と出力側部分と第１手首５との間に第２逆入力遮断機構６０を設けたものである。
【００５９】
前記第１逆入力遮断機構５０は、図６および図７に示すように、フレーム１１の第３の柱１１ｃの軸穴内周に嵌合固定される第１外輪５１と、第１外輪５１の径方向内側に配され、一端側に設けられた小径部で伝達リング１７とキー結合される第１内輪５２と、第１外輪５１の内周面と第１内輪５２の外周面との間に組み込まれる複数のローラ５３およびコイルばね５４と、ローラ５３を挟んでコイルばね５４と対向する位置に挿入される柱部５５ａを有する第１ロック解除片５５と、第１手首軸１に相対回転不能に連結され、第１ロック解除片５５が固定される第１伝達軸５６とで構成されている。なお、コイルばねは、板ばね等の他の弾性部材に代えることもできる。また、第１外輪５１の両側には、フレーム１１の第３の柱１１ｃと第１内輪５２および第１伝達軸５６との間に、それぞれすべり軸受が組み込まれている。
【００６０】
この第１逆入力遮断機構５０の第１内輪５２は、その他端面に第１伝達軸５６の断面小判形の係合部５６ａが挿入される係合穴５２ａが設けられており、他端側の大径部の外周面が径方向でローラ５３およびコイルばね５４と対向している。
【００６１】
また、第１内輪５２の大径部の外周には、径方向と略直交するカム面５２ｂが周方向に複数設けられ、これらの各カム面５２ｂと第１外輪５１の内周円筒面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間５７が形成されている。そして、これらの各楔形空間５７に、一対のローラ５３がそのローラ５３を一つずつ楔形空間５７の両側の狭小部に押し込むコイルばね５４を挟んだ状態で配され、各楔形空間５７の狭小部に押し込まれたローラ５３を介して第１外輪５１と第１内輪５２がロックするようになっている。また、各楔形空間５７の周方向両側には第１ロック解除片５５の柱部５５ａが挿入されており、その第１ロック解除片５５は第１伝達軸５６の係合部５６ａの外周に隙間なく嵌合固定されている。
【００６２】
そして、第１内輪５２の係合穴５２ａは、第１伝達軸５６の係合部５６ａを挿入したときに僅かな回転方向の隙間が生じるように断面小判形に形成されており、これにより、第１手首軸１の回転を、第１伝達軸５６を介して僅かな角度遅れをもって第１内輪５２および伝達リング１７に伝達するトルク伝達手段が構成されている。
【００６３】
前記第２逆入力遮断機構６０の基本的な構成および作用は、第１逆入力遮断機構５０と同じである。すなわち、この第２逆入力遮断機構６０は、図６および図８に示すように、第１手首５の連結部５ｃに固定される第２外輪６１と、第２外輪６１の径方向内側に配され、第２手首軸２の出力側部分を構成する第２内輪６２と、第２外輪６１の内周面と第２内輪６２の外周面との間に組み込まれる複数のローラ６３およびコイルばね６４と、ローラ６３を挟んでコイルばね６４と対向する位置に挿入される柱部６５ａを有する第２ロック解除片６５と、第２手首軸２の入力側部分を構成し、第２ロック解除片６５が固定される第２伝達軸６６とで構成されている。なお、コイルばねは、板ばね等の他の弾性部材に代えることもできる。また、第２外輪６１と第２内輪６２との間および第２外輪６１と第２伝達軸６６との間に、それぞれすべり軸受が組み込まれている。
【００６４】
第２内輪６２は、その入力側端面に第２伝達軸６６の断面小判形の係合部６６ａが挿入される係合穴６２ａが設けられており、入力側端部の外周面が径方向でローラ６３およびコイルばね６４と対向している。
【００６５】
また、第２内輪６２の入力側端部の外周には、径方向と略直交するカム面６２ｂが周方向に複数設けられ、これらの各カム面６２ｂと第２外輪６１の内周円筒面との間に周方向の両側で次第に狭小となる楔形空間６７が形成されている。そして、これらの各楔形空間６７に、一対のローラ６３がそのローラ６３を一つずつ楔形空間６７の両側の狭小部に押し込むコイルばね６４を挟んだ状態で配され、各楔形空間６７の狭小部に押し込まれたローラ６３を介して第２外輪６１と第２内輪６２がロックするようになっている。また、各楔形空間６７の周方向両側には第２ロック解除片６５の柱部６５ａが挿入されており、その第２ロック解除片６５は第２伝達軸６６の係合部６６ａの外周に隙間なく嵌合固定されている。
【００６６】
そして、第２内輪６２の係合穴６２ａは、第２伝達軸６６の係合部６６ａを挿入したときに僅かな回転方向の隙間が生じるように断面小判形に形成されており、これにより、第２伝達軸６６（第２手首軸２の入力側部分）の回転を、僅かな角度遅れをもって第２内輪６２（第２手首軸２の出力側部分）に伝達するトルク伝達手段が構成されている。
【００６７】
この第３実施形態の手首ユニットは、上記の構成であり、第１手首軸１を回転可能に解放し、制御軸４６およびロック解除片４５を回転不能に拘束した状態で入力プーリ３に入力トルクが加えられて、第２サイドギア１６および第１手首軸１が回転すると、第１逆入力遮断機構５０では、まず、図９（ａ）に示すように、第１手首軸１と一体の第１伝達軸５６の回転に伴って、第１伝達軸５６に固定された第１ロック解除片５５の柱部５５ａが回転方向後側のローラ５３をコイルばね５４の弾力に抗して楔形空間５７の広大部へ押し出すことにより、そのローラ５３と第１外輪５１および第１内輪５２とのロック状態が解除される。そして、図９（ｂ）に示すように、第１手首軸１および第１伝達軸５６がさらに回転して、第１伝達軸５６の係合部５６ａが第１内輪５２の係合穴５２ａと係合すると、第１手首軸１の回転が第１内輪５２および伝達リング１７に伝達されるようになり、第１手首５が第２手首６と一体に回動することになる。
【００６８】
また、第１手首軸１を回転不能に拘束し、制御軸４６およびロック解除片４５を回転可能に解放した状態で入力プーリ３に入力トルクが加えられたときは、第２サイドギア１６の回転がクラッチ機構４０を介して伝達傘歯車７に伝達され、伝達傘歯車７と噛み合う第２手首軸２の入力側部分すなわち第２伝達軸６６が回転すると、第２逆入力遮断機構６０が、上述した第１逆入力遮断機構５０と同じメカニズムで、第２内輪６２すなわち第２手首軸２の出力側部分に回転を伝達し、第２手首６が第２手首軸２のまわりに回転するようになる。
【００６９】
そして、この第３実施形態では、入力プーリ３に入力トルクが加えられていないときに第１手首５や第２手首６に重力等の外力による逆入力トルクが加えられても、第１逆入力遮断機構５０および第２逆入力遮断機構６０がロック状態にあるため、第１手首５および第２手首６の回動動作や第２手首６の回転動作が生じることはなく、第１手首５および第２手首６の位置を確実に保持することができる。
【００７０】
なお、上述した各実施形態では、第１ブレーキおよび第２ブレーキに無励磁型電磁ブレーキを用い、第１減速機構および第２減速機構に波動歯車装置を用いたが、これらの各ブレーキおよび各減速機構は、実施形態のものに限らず、種々のタイプのものを採用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  第１手首軸
２  第２手首軸
２ａ  傘歯車部
３  入力プーリ（入力部材）
４  デファレンシャル機構
５  第１手首
６  第２手首
７  伝達傘歯車
８  第１ブレーキ（無励磁型電磁ブレーキ）
９  第２ブレーキ（無励磁型電磁ブレーキ）
１０  固定軸
１１  フレーム
１２  ベルト
１３  ピニオン支持部材
１４  ピニオンギア
１５  第１サイドギア
１６  第２サイドギア
１７  伝達リング
１８  第１減速機構（波動歯車装置）
１９  第１クロスローラ軸受
３２  第２クロスローラ軸受
３３  第２減速機構（波動歯車装置）
３４、３５  アブソリュートエンコーダ
４０  クラッチ機構
４１  クラッチ外輪
４２  クラッチ内輪
４３  ローラ
４４  コイルばね
４５  ロック解除片
４５ａ  柱部
４６  制御軸
４７  楔形空間
５０  第１逆入力遮断機構
６０  第２逆入力遮断機構
【図１】
2019214102.tif 000003
【図２】
2019214102.tif 000004
【図３】
2019214102.tif 000005
【図４】
2019214102.tif 000006
【図５】
2019214102.tif 000007
【図６】
2019214102.tif 000008
【図７】
2019214102.tif 000009
【図８】
2019214102.tif 000010
【図９】
2019214102.tif 000011