(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な第１軸線回りに揺動可能に設けられた上腕と、
該上腕の先端に、該上腕の長手軸に垂直な第２軸線回りに揺動可能に設けられた前腕と、
該前腕の先端に、前記第２軸線に垂直な第３軸線回りに回転可能に設けられ、かつ、該第３軸線が貫通する中空部を有する第１手首要素と、
前記前腕に配置され、前記第１手首要素を前記第３軸線回りに回転させるモータと、該モータの回転を減速して前記第１手首要素に伝達する減速機構とを備え、
前記モータが、前記第３軸線を含み前記第２軸線に垂直な第１平面を挟んで前記上腕とは反対側に、前記第２軸線を含みかつ前記第３軸線に垂直な第２平面よりも前記第１手首要素側に配置される第３平面に沿って、斜め下方に延びる回転中心軸を備え、
前記減速機構が、前記第３軸線と同軸のリング状に形成され前記第１手首要素に固定された出力ハイポイドギアと、該出力ハイポイドギアに噛み合う入力ハイポイドギアとを備えるハイポイドギアセットと、前記入力ハイポイドギアに固定された大歯車と、前記モータのシャフトに固定され前記大歯車に噛み合う小歯車とを備えるギアセットとを備えるロボットアーム。
【請求項２】
前記入力ハイポイドギアと前記大歯車とが一体的に形成されている請求項１に記載のロボットアーム。
【請求項３】
前記モータおよび前記入力ハイポイドギアが、前記小歯車と前記大歯車とを噛み合わせた状態で同一のハウジング部材に組み付けられ、
該ハウジング部材が前記前腕に固定されている請求項１または請求項２に記載のロボットアーム。
【請求項４】
前記大歯車および前記小歯車が平歯車である請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットの前腕の先端において手首ユニットを前腕の長手軸回りに回転させる駆動機構として、手首ユニットの各手首軸を駆動するためのケーブル等の線条体や、手首の先端に取り付けた周辺装置用の線条体を通過させる中空部を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この駆動機構は、手首ユニットに連結されるリング状の出力ハイポイドギアが、前腕の長手軸と同軸に軸受を介して前腕の基端部に回転可能に支持され、出力ハイポイドギアに噛み合う入力ハイポイドギアが軸受を介して鉛直方向に延びる軸線回りに回転可能に支持され、平歯車対を介して入力ハイポイドギアに回転力を供給する手首駆動用モータが前腕の鉛直下方に延びるように配置されたものである。これにより、前腕の内部に、前腕の長手軸方向に貫通する中空部を大きく確保できるとともに、手首駆動用モータの回転を、平歯車対およびハイポイドギアセットの２段で減速して手首ユニットを高トルクで回転駆動することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３２６５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の駆動機構では、前腕の鉛直下方に手首駆動用モータが大きく張り出すため、上腕を前方に倒したときに、張り出した手首駆動用モータが周辺物体に干渉する虞がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、手首駆動用モータの前腕下方への張り出しを軽減し、周辺物体との干渉を低減することができるロボットアームを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、水平な第１軸線回りに揺動可能に設けられた上腕と、該上腕の先端に、該上腕の長手軸に垂直な第２軸線回りに揺動可能に設けられた前腕と、該前腕の先端に、前記第２軸線に垂直な第３軸線回りに回転可能に設けられ、かつ、該第３軸線が貫通する中空部を有する第１手首要素と、前記前腕に配置され、前記第１手首要素を前記第３軸線回りに回転させるモータと、該モータの回転を減速して前記第１手首要素に伝達する減速機構とを備え、前記モータが、前記第３軸線を含み前記第２軸線に垂直な第１平面を挟んで前記上腕とは反対側に、前記第２軸線を含みかつ前記第３軸線に垂直な第２平面よりも前記第１手首要素側に配置される第３平面に沿って、斜め下方に延びる回転中心軸を備え、前記減速機構が、前記第３軸線と同軸のリング状に形成され前記第１手首要素に固定された出力ハイポイドギアと、該出力ハイポイドギアに噛み合う入力ハイポイドギアとを備えるハイポイドギアセットと、前記入力ハイポイドギアに固定された大歯車と、前記モータのシャフトに固定され前記大歯車に噛み合う小歯車とを備えるギアセットとを備えるロボットアームを提供する。
【０００７】
本態様によれば、モータの作動によりモータのシャフトに固定された小歯車が回転させられると、小歯車の回転が小歯車に噛み合う大歯車に減速されて伝達され、大歯車に固定された入力ハイポイドギアが回転させられる。入力ハイポイドギアが回転させられると、入力ハイポイドギアの回転が入力ハイポイドギアに噛み合う出力ハイポイドギアに減速されて伝達され、出力ハイポイドギアに固定された第１手首要素が第３軸線回りに回転させられる。すなわち、モータの回転は、小歯車と大歯車とのギアセットおよびハイポイドギアセットによって２段階に減速されて第１手首要素を回転させるようになる。
【０００８】
この場合において、モータが、第３軸線を含み第２軸線に垂直な第１平面を挟んで上腕とは反対側に、第２軸線を含みかつ第３軸線に垂直な第２平面よりも第１手首要素側に配置される第３平面に沿って、斜め下方に延びる回転中心軸を備えるので、鉛直下方に張り出していた従来の駆動機構と比較して、前腕の鉛直下方へのモータの張り出し量を低減することができる。その結果、第１軸線回りに上腕を前方に揺動させたときに前腕の下方に張り出したモータが周辺物体に干渉する可能性を低減することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記入力ハイポイドギアと前記大歯車とが一体的に形成されていてもよい。
このようにすることで、部品点数を削減することができるとともに、大歯車から入力ハイポイドギアへの駆動トルクの伝達をより確実に行うことができる。
【００１０】
また、上記態様においては、前記モータおよび前記入力ハイポイドギアが、前記小歯車と前記大歯車とを噛み合わせた状態で同一のハウジング部材に組み付けられ、該ハウジング部材が前記前腕に固定されていてもよい。
このようにすることで、ハウジング部材にモータおよび入力ハイポイドギアを小歯車と大歯車とを噛み合わせた状態で組み付けることができ、モータおよび入力ハイポイドギアを部分組立して部品点数を最小化することができる。
【００１１】
また、上記態様においては、前記大歯車および前記小歯車が平歯車であってもよい。
このようにすることで、モータのシャフトに軸力を作用させずに済む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、手首駆動用モータの前腕下方への張り出しを軽減し、周辺物体との干渉を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットアームを示す前腕の部分的な横断面図である。
【図２】図１のロボットアームの側面図である。
【図３】従来のロボットアームを示す前腕の部分的な横断面図である。
【図４】図３のロボットアームを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係るロボットアーム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットアーム１は、図１および図２に示されるように、水平な第１軸線回りに揺動可能に設けられた上腕２と、該上腕２の先端に、第１軸線に平行な水平な第２軸線Ｂ回りに揺動可能に設けられた前腕３と、前腕３の先端に第２軸線Ｂに垂直な第３軸線Ｃ回りに回転可能に設けられた円筒状の第１手首要素４と、第３軸線Ｃに直交する第４軸線Ｄ回りに揺動可能に設けられた第２手首要素５と、第４軸線Ｄに直交する第５軸線Ｅ回りに回転可能に設けられた第３手首要素６とを備えている。
【００１５】
前腕３には、第１手首要素４を第３軸線Ｃ回りに回転させる回転力を発生させるモータ７と、該モータ７の回転を減速して第１手首要素４に伝達する減速機構８とが備えられている。
モータ７は、図１に示されるように、第３軸線Ｃを含み第２軸線Ｂに垂直な第１平面Ｌを挟んで上腕２とは反対側に配置されている。また、モータ７は、図２に示されるように、第２軸線Ｂを含みかつ第３軸線Ｃに垂直な第２平面Ｍよりも第１手首要素４側に配置される第３平面Ｎに沿って、図１に示されるように斜め下方に延びる回転中心軸Ｒを備えている。
【００１６】
減速機構８は、ハイポイドギアセット９と平歯車セット（ギアセット）１０とを備えている。
ハイポイドギアセット９は、第３軸線Ｃと同軸のリングギアからなる出力ハイポイドギア１１と、該出力ハイポイドギア１１に噛み合う入力ハイポイドギア１２とを備えている。
【００１７】
出力ハイポイドギア１１は、第１手首要素４の基端に固定されている。
入力ハイポイドギア１２は、図１に示されるように、前腕３の側面斜め下方に着脱可能に取り付けられるハウジング部材１３に、一対の軸受１４によって回転可能に支持されている。
【００１８】
平歯車セット１０は、入力ハイポイドギア１２に一体的に設けられた、平歯車からなる大歯車１５と、モータ７のシャフトに固定された平歯車からなる小歯車１６とを備えている。
モータ７は、入力ハイポイドギア１２を回転可能に支持するハウジング部材１３に、その回転中心軸Ｒを入力ハイポイドギア１２の回転軸線Ｏに平行に配置して固定されている。
【００１９】
このように構成された本実施形態に係るロボットアーム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボットアーム１によれば、モータ７の作動によりモータ７のシャフトに固定された小歯車１６が回転中心軸Ｒ回りに回転させられると、小歯車１６の回転が小歯車１６に噛み合う大歯車１５にギア比に基づく減速比によって減速されて伝達され、大歯車１５に一体的に設けられた入力ハイポイドギア１２が回転させられる。
【００２０】
入力ハイポイドギア１２が回転させられると、入力ハイポイドギア１２の回転が入力ハイポイドギア１２に噛み合う出力ハイポイドギア１１にギア比に基づく減速比によって減速されて伝達される。出力ハイポイドギア１１には第１手首要素４が固定されているので、出力ハイポイドギア１１に伝達された回転によって第１手首要素４が第３軸線Ｃ回りに回転させられる。
【００２１】
すなわち、モータ７の回転は、小歯車１６と大歯車１５とからなる平歯車セット１０および入力ハイポイドギア１２と出力ハイポイドギア１１とからなるハイポイドギアセット９によって２段階に減速されて第１手首要素４を回転させるようになる。
このようにすることで、前腕３の第３軸線Ｃの周囲に、該第３軸線Ｃに沿って第３手首要素６の先端近傍まで貫通する中空部１７を確保することができる。すなわち、中空の円筒状の第１手首要素４に、同軸に配置されるリングギアからなる出力ハイポイドギア１１を固定しているので、出力ハイポイドギア１１の中央の孔および第１手首要素４を第３軸線Ｃに沿う方向に貫通して中空部１７が形成される。
【００２２】
したがって、この中空部１７を利用して、第２手首要素５および第３手首要素６を駆動するための、図示されていない第１手首要素４の内部に格納されているモータに接続するケーブルや第３手首要素６の先端に取り付けた溶接トーチ等の周辺装置に電力、信号、ワイヤおよびガス等を供給する複数の線条体を通して配線することができる。
【００２３】
この場合において、本実施形態においては、第１手首要素４を回転させるモータ７が、第１平面Ｌを挟んで上腕２とは反対側に、第３平面Ｎに沿って斜め下方に延びるように設置されているので、図３および図４に参考例として示されるように、モータ５１が鉛直下方に張り出していた従来のロボットアーム５０と比較して、前腕３の鉛直下方へのモータ７の張り出し量を低減することができるという利点がある。
【００２４】
すなわち、図３および図４に示されるように、第１軸線回りに上腕５３を揺動させて、上腕５３を前方に倒すとともに、上腕５３に対して前腕５２を第２軸線Ｆ回りに揺動させて前腕５２の姿勢を水平状態に維持したときに、従来のロボットアーム５０では、前腕５２の下方に張り出したモータ５１が、前腕５２の下方に位置する周辺物体に干渉する可能性が高いが、本実施形態に係るロボットアーム１によれば、図２に示されるように、前腕３を構成している部品の輪郭のほぼ内側にモータ７を配置することができ、モータ７が周辺物体に干渉する可能性を低減することができるという利点がある。
【００２５】
また、本実施形態に係るロボットアーム１によれば、入力ハイポイドギア１２と大歯車１５とが一体的に形成されているので、別々に製造して組み立てるよりも部品点数が少なく、製造コストおよび組立コストを低減することができるという利点がある。
また、このように大歯車１５と一体的に形成された入力ハイポイドギア１２が、ハウジング部材１３に軸受１４によって回転可能に組み付けられているとともに、大歯車１５に噛み合う小歯車１６をシャフトに取り付けたモータ７が、同じハウジング部材１３に固定されているので、平歯車セット１０の噛み合わせを調整した状態でモータ７および入力ハイポイドギア１２を部分組立として製造し、部分組立の状態で前腕３に組み付けることができる。これにより、分点数を最小化することができる。
【００２６】
また、モータ７に取り付けた小歯車１６および入力ハイポイドギア１２に一体的に形成された大歯車１５が平歯車によって構成されているので、モータ７の回転に伴い噛み合わせ位置で軸方向に沿う力を発生させずに済むという利点がある。これにより、モータ７にかかる軸力を低減してモータ７を健全な状態に維持することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  ロボットアーム
２  上腕
３  前腕
４  第１手首要素
７  モータ
８  減速機構
９  ハイポイドギアセット
１０  平歯車セット（ギアセット）
１１  出力ハイポイドギア
１２  入力ハイポイドギア
１３  ハウジング部材
１５  大歯車
１６  小歯車
１７  中空部
Ｂ  第２軸線
Ｃ  第３軸線
Ｌ  第１平面
Ｍ  第２平面
Ｎ  第３平面
Ｒ  回転中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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