(57)【要約】【課題】構造が簡単で、部品点数が少なく、配線ケーブルの設置が容易な産業用ロボットの手首機構の提供。【解決手段】産業用ロボットの手首機構（１）は、ロボットアーム（１１）に対して回動自在な回動アーム（２）と、この回動アームに対して揺動自在な揺動アーム（３）と、この揺動アームに搭載した回動自在なフランジ（４）とを有する。回動アーム、揺動アームおよびフランジは、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ（２１，３１，４１）で駆動する。これら回動アーム、揺動アームおよびフランジは、対応するモータにそれぞれ直接連結する。各モータには、その回転軸線上を通る貫通穴（２４，３４，４４）を設けて、配線ケーブル（７）を通す。【選択図】      図１
2005014100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームの先端に取り付ける産業用ロボットの手首機構であって、ロボットアームに対して回動自在に設けた回動アームと、この回動アームに対して揺動自在に設けた揺動アームと、この揺動アームに搭載した回動自在なフランジとを有する手首機構において、
前記回動アーム、揺動アームおよびフランジの駆動装置を、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータで構成し、これら回動アーム、揺動アームおよびフランジを対応するモータにそれぞれ直接連結するとともに、各モータに、その回転軸線上を通る貫通穴を設けて、配線ケーブルを通すことを特徴とする、産業用ロボットの手首機構。
【請求項２】
請求項１記載の手首機構において、前記モータの貫通穴には、配線ケーブルを保護するスリーブを設ける、産業用ロボットの手首機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の手首機構であって、さらに、隣接する２つの減速機一体型モータ間に設けた配線ケーブルの覆いを有する、産業用ロボットの手首機構。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の手首機構において、前記フランジに取り付けるエンドエフェクタへ電力、電気信号、エア、冷却水等を供給するケーブル類を、前記モータの貫通穴を通して配設することを特徴とする産業用ロボットの手首機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットのアーム先端に回動自在に取り付ける手首機構に係り、特に、手首機構における配線ケーブルの設置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の手首機構として、図２に示す構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
この手首機構１０１は、ロボットアーム１１１の先端に回動自在に取り付けられている。手首機構１０１は、ロボットアーム１１１に対して回動するように設けた回動アーム１０２と、回動アーム１０２に揺動自在に取り付けた揺動アーム１０３と、揺動アーム１０３に搭載した回転自在なフランジ１０４の３つの部分からなっている。回動アーム１０２は、先端部が二股に分岐してハウジング部１０２ａ，１０２ｂを形成している。
【特許文献１】特開昭６０−１９７３８７号公報
【０００３】
回動アーム１０２は、この回動アームの回転軸線からずらしてロボットアーム１１１内に設置したモータ１２１により、減速機１２２、駆動歯車１２３および従動歯車１２４を介して駆動される。揺動アーム１０３は、回動アーム１０２上に取り付けたモータ１２５により駆動される。揺動アーム１０３とモータ１２５は、ハウジング部１０２ａ側に配設した減速機１２６とベルト伝達機構１２７を介してつながっている。フランジ１０４は、揺動アーム１０３に搭載したモータ１２８により、減速機１２９を介して駆動される。
【０００４】
揺動用モータ１２５の配線ケーブル１２５ａは、回動アームの回転軸線に沿って設けた経路１０７を通して設置している。フランジ回転用モータ１２８の配線ケーブル１２８ａも、同様に回動アームの回転軸線上を通し、さらに、ハウジング部１０２ｂ側から揺動アーム１０３の揺動軸線上を通して設置されている。
【０００５】
この手首機構は、配線ケーブルを外部に露出せずに設置するために、回動アーム１０２を二股に分岐して、一方に揺動アームの駆動系統を納め、他方に配線ケーブルを納めている。その為、手首機構１の幅寸法ａが大きい。また、回動アーム１０２の形状が複雑であり、部品点数も多くなる。さらに、フランジ１０４に取り付けるエンドエフェクタ（図示なし）への配線ケーブルの設置方法については、全く考慮されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑みて、配線ケーブルの設置が容易で、構造が簡単で、部品点数が少ない、コンパクトな産業用ロボットの手首機構の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による、ロボットアームの先端に取り付ける産業用ロボットの手首機構は、ロボットアームに対して回動自在に設けた回動アームと、この回動アームに対して揺動自在に設けた揺動アームと、この揺動アームに搭載した回動自在なフランジとを有する。この手首機構は、回動アーム、揺動アームおよびフランジの駆動装置を、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータで構成し、これら回動アーム、揺動アームおよびフランジを対応するモータにそれぞれ直接連結するとともに、各モータに、その回転軸線上を通る貫通穴を設けて、配線ケーブルを通すことを特徴とする。
この構成によると、各アームとフランジの駆動系は、別途に伝動機構を要さない独立ユニットであり、部品点数が少なく、コンパクトである。また、各アームとフランジをモータに直接取り付けるので、連結構造も簡単である。ケーブル類の配線経路を各モータを通して設けるので、配線のために複雑な特別構造を要さず、手先のエンドエフェクタに至るまで、配線ケーブルの設置も容易である。
【０００８】
モータの貫通穴には、保護スリーブを設けて配線ケーブルのこすれを防止することが好ましい。
また、手首機構は、隣接する２つの減速機一体型モータ間に設けた配線ケーブルの覆いを有することが好ましい。こうすることによって、配線ケーブル類の露出を防ぎ、例えば溶接ロボットなどの環境において、配線ケーブルの損傷を防止する。
【０００９】
さらに、モータの貫通穴は、フランジに取り付けるエンドエフェクタへ電力、電気信号、エア、冷却水等を供給するケーブル類を通すことが好ましい。この場合、これらケーブル類の設置経路を別途に設ける必要がなく、手首機構は構造がさらに簡単にコンパクトになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１と３を参照して説明する。
図１において、手首機構１は、回動アーム２、揺動アーム３、フランジ４、そしてこれらを駆動するための、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータ２１，３１，４１を有する。
モータ２１は、回転軸線をロボットアーム１１の長手軸線にそろえて、そのケース２２をロボットアーム先端にボルト付けしている。回動アーム２が、モータ２１の減速機構出力軸２３に連結され、同モータの駆動により、ロボットアーム１１に対して回動する。
【００１１】
回動アーム２は、円筒ケースの胴部にフランジを付けた形状をもち、このフランジをモータ２１の出力軸２３にボルト付けしている。モータ３１は、回転軸線をモータ２１の回転軸線と直交させる向きで、回動アーム２１の円筒ケース内に収容されている。モータ３１は、そのケース３２を回動アーム２の円筒ケースに固定している。揺動アーム３が、モータ３１の減速機構出力軸３３に連結され、同モータの駆動により、回動アーム２に対して揺動する。
【００１２】
揺動アーム３は、円筒ケースの外周から中空部分を軸線方向に突きだした形状で、この中空部分をモータ３１の出力軸３３にボルト付けしている。モータ４１は、回転軸線を手先方向に向けて、揺動アーム３の円筒ケース内に収容されている。モータ４１は、そのケース４２を揺動アーム３の円筒ケースにボルト付けしている。フランジ４が、モータ４１の減速機構出力軸４３に連結され、同モータの駆動により回動する。
【００１３】
かくして、手首機構１は、図１にみられるように、フランジ４の回転軸線がロボットアーム１１の長手軸線と整合したインライン手首を成している。
この手首機構は、オフセット手首を成すように変更することも可能である。この場合、揺動アーム３は、その向きを図１に示した状態と逆にして、モータ３１に取り付ける。すなわち、揺動アーム３の円筒ケースがロボットアーム１１の長手軸線から外れるように、揺動アーム３の中空部分の反対側をモータ３１に固定するのである。このような僅かな変更によって、簡単にオフセット手首を実現することができる。
【００１４】
さらに、減速機一体型モータ２１，３１，４１には、それぞれ回転軸の中心に貫通穴２４，３４，４４を設けている。これに対応して、回動アーム２のフランジには、モータ２１の貫通穴２４につながる開口を設けている。揺動アーム３の中空部分にも、同様に、モータ３１の貫通穴３４につながる開口を穿設している。さらに、フランジ４にも、モータ４１の貫通穴４４につながる開口が有る。
【００１５】
ここで、図３を参照して、本発明に用いる減速機一体型モータの構造例を説明する。
図３に示す例は、モータ部６１と、ハーモニックドライブ減速機構６２と、鍔付き円筒状のケース６８とを有する。
モータ部６１は、従来のＡＣモータと同様の構成であり、モータ部と同軸状に配した減速機構６２と共に、モータの静止ないし固定側部分となるケース６８内に配設している。
【００１６】
減速機構６２は、モータ部６１の出力軸に連結したウェーブジェネレータ６４と、それに隣接して軸受６３で回転可能に支承した出力軸６９と、ケース６８の内周壁に形成したサーキュラスプライン６５から成る。出力軸６９は、ウェーブジェネレータ６４とサーキュラスプライン６５の間に入るフレクスプライン６６を有し、これらの噛み合いを介して、モータ部６１により駆動される。
主軸受６３はクロスローラ軸受であり、ラジアル荷重とスラスト荷重とモーメント荷重を同時に支持することができる。なお、主軸受は、クロスローラ軸受のかわりに、アンギュラ玉軸受、テーパコロ軸受など、その他の軸受を用いることができる。
【００１７】
モータの貫通穴６０は、ケース６８とモータ部６１の回転軸とウェーブジェネレータ６４とを貫いて、回転軸線上に形成している。この貫通穴６０には、スリーブ６７が設けられている。スリーブ６７は、減速機構の出力軸６９に一端を固定していて、出力軸６９と共に低速で回転する。
【００１８】
図１を再び参照すると、手首装置１への配線ケーブル７は、ロボットアーム１１内をその軸線に沿って伸び、モータ２１の貫通穴２４を通って、回動アーム２内に入る。次いで、配線ケーブル７は、その一部７１がモータ３１につながり、残りのケーブルがモータ３１の貫通穴３４を通って、揺動アーム３内に入る。揺動アーム３内では、配線ケーブルの一部７２がモータ４１に接続される。残りのケーブル７３は、モータ４１の貫通穴４４とフランジ４の開口を通り、フランジに取り付けたエンドエフェクタ５につながっている。
【００１９】
ロボットの運転時、手首機構１では、モータ２１，３１，４１が回動するが、配線ケーブル７はスリーブ６７に覆われていて、回動に伴う擦れなどから保護される。
また、図１に見られるように、配線ケーブル７は、ロボットアーム１１、回動アーム２、そして揺動アーム３に覆われて、外部に露出していない。そのため、配線ケーブル７は、外部からの損傷原因、例えば溶接ロボットにおける火花などから保護される。
【００２０】
このような実施形態の手首機構によると、モータケーブルとエンドエフェクタのケーブル類を、減速機一体型モータの貫通穴と各アーム内を通して、外部に露出すること無く設置できる。
さらに、回動アーム２と揺動アーム３の連結が片持ち構造となり、手首機構の幅寸法ａが小さくなり、構造部材の形状が簡単で、部品点数も少なくなる。
【００２１】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら特定の形のみに限定されず、上述した実施形態に種々の変更を加え、或いは別の実施形態とすることができる。
一例として、減速機一体型モータは、上述のハーモニックドライブ減速機のかわりに、例えば、ＲＶ減速機、サイクロ減速機、遊星歯車減速機など、その他の減速手段を用いても良い。また、減速機一体型モータは、モータ部と減速機構とを別個のケースに収めて、これらケース同士を結合する構造でも良い。このモータの貫通穴は、配線ケーブル以外にも、溶接ケーブルなど、作業用のケーブル類を通すように形成することもできる。さらに、図１の手首機構１とモータ３の取付関係を裏返して、モータの出力軸をロボットアームに、モータのケースを手首機構のケーシングに固定するようにしても良い。
【００２２】
また、上述の実施態様では、回動および揺動アームが円筒ケースを備えるものとしているが、これらアームを例えばＬ字形状の平板状ブラケットに代えて、その一端部をモータケース３２，４２に固定して、各モータを支承しても良い。この場合、モータ２１と３１の間、そしてモータ３１と４１の間で、配線ケーブル７が外部に露出することになるが、必要な場合には、別途にカバー部材を設けて、配線ケーブルを覆って保護することが出来る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、手首機構の回動駆動に、貫通穴のある減速機一体型モータを用いるので、駆動系と回転軸をコンパクトにし、余分な構造を設けることなく、配線ケーブルの設置を可能にする。減速機一体型モータによる駆動ユニットは、部品点数が少なく、作動信頼性も高い。このような手首機構を採用することによって、小型で汎用性が高く、作動の確実な産業用ロボットの安価な提供を可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である産業用ロボットの手首機構を示す概略断面図である。
【図２】従来の産業用ロボットの手首機構を示す概略図である。
【図３】本発明の手首機構に用いる減速機一体型モータの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  手首機構
２  回動アーム
３  揺動アーム
４  フランジ
７  配線ケーブル
１１  ロボットアーム
２１，３１，４１  減速機一体型モータ
２４，３４，４４  貫通穴
６０  貫通穴
６１  モータ部
６２  減速機構
６９  出力軸
【図１】
2005014100.tif 000003
【図２】
2005014100.tif 000004
【図３】
2005014100.tif 000005