(57)【要約】      （修正有）【課題】隣り合うリンク間を減速機を介して連結した関節装置を複数個直列につなげた構造を用いたロボットの構造の簡素化及び低コスト化を行った産業ロボットの提供。【解決手段】垂直多関節型ロボットの回転胴と下腕、下腕と上腕の各関節に、一段減速構造の減速機をサーボモータと直結させた関節構造を採用する。第１部材８に取付けたサーボモータ１の出力シャフトに直結された減速機１０の入力軸２はカムを構成するクランク軸で、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃが各カム面と係合する。サーボモータ１が動作し、入力軸２が回転すると、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃは、偏芯揺動し、減速機１０のケース５の内側に設けられた内歯歯車４と噛み合いながら公転及び自転する。自転は、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃに係合する複数のピン部材６により取り出され、減速機１０の出力軸７に伝達され、第２部材９を第１部材８に対して相対的に回動させる。【選択図】図２
2005262340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣合うリンクを相対的に回転可能に連結する減速機と、該減速機を駆動して該隣合うリンクを回転動作させるためのサーボモータとを夫々有するＮ個（但し、Ｎは２以上の正整数）の前記回転関節機構により、Ｎ＋１個のリンクを直列に連結したアーム構造を備えた産業用ロボットにおいて、
前記減速機の減速機構は一段減速の偏芯揺動型遊星歯車機構のみで構成され、
前記隣合うリンクの一方に前記減速機のケーシングが固定され、前記減速機の出力部に他方のリンクが固定され、
前記サーボモータの回転軸と、該サーボモータが装備されている回転関節機構の回転軸とは同一直線上にあり、且つ、
該サーボモータの出力軸が前記減速機の入力軸と結合して駆動力を伝達することを特徴とする、産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットに関し、更に詳しく言えば、減速機の減速機構を介してサーボモータにより隣合うリンクを回転動作させる回転関節機構を用いたアーム構造を有する産業用ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用ロボットの関節構造には、大きな減速比を必要とすることからサイクロ減速機（登録商標）やＲＶ減速機（登録商標）など、偏芯揺動型遊星歯車減速機構を採用した減速機が多く用いられている。例えばサイクロ減速機（登録商標）と呼ばれる偏芯揺動型遊星歯車減速機は、減速機の入力軸となる偏芯体軸と、該偏芯体軸にベアリングを介して取付けられ偏芯回転を可能とした外歯歯車と、該外歯歯車に内接噛合いする内歯歯車と、前記外歯歯車に設けられたローラ穴と、該ローラ穴に遊嵌されたピンと、前記外歯歯車の自転成分のみが該ピンを介して伝達される該ピンに固定された出力軸を有するものである。このような関節構造は、垂直多関節型のロボットにも適用されており、アームとアームを減速機を介して連結した関節装置（リンクの結合体）を複数個直列につなげることにより、簡単な構造を実現している。
【０００３】
しかし、偏芯揺動型遊星歯車減速機を用いた関節構造をロボット、特に、上記の垂直多関節型のロボットに適用すると、遊星歯車の偏芯運動に起因した振動が発生し、ロボットの動作が振動を伴ったものになり易いという問題がある。そのため、従来は偏芯揺動型遊星歯車機構の前段にギヤ減速部を設け、減速機とロボットの共振現象が生じる減速機の加振周波数をモータの通常制御域から外すという方法が一般的に使用されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１にこの種の減速機を用いた例が示されている。特許文献１に開示された減速機構は、平行軸型歯車装置の前段減速機と後段減速機とで構成されており、後段減速機には、ケース等に固定された内歯歯車と、噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合し、外歯歯車を揺動回転させるカム軸としてのクランク軸で構成されたものが用いられている。そして、モータの通常制御域において後段減速機の偏芯揺動運動に起因する振動が生じないように、前段減速機の減速比を決めることにより、振動発生の防止が図られている。
【０００５】
【特許文献１】特公平８−２２５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した減速機は前段減速部と後段減速部から成る二段減速構造となるため、減速機の構造が複雑になり、コストアップの要因となっていた。特に、垂直多関節型のロボットでは、この二段減速構造の減速機を使用する関節が複数個直列に連結される単純な構造であるが故に、ロボット全体のコストに占める減速機のコストの割合が大きく、ロボット全体のコストを抑える妨げとなっていた。
そこで本発明の目的は、このような産業用ロボットにおける「減速機を使用する関節を複数個直列に連結した構造」の簡素化を図り、そのことを通してロボット全体の低コスト化を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、遊星歯車減速機構のみを減速機構に用いた一段減速構造の減速機を採用し、該減速機を介してアームとアームを回転可能に接続し、該減速機の入力軸とサーボモータを直結して構成される関節装置を、複数個直列に連結することで、構造が簡単で安価な垂直多関節型の産業用ロボットを提供するものである。
【０００８】
即ち、本発明は、隣合うリンクをサーボモータで駆動される減速機を介して相対的に回転可能に接続して回転関節機構を構成するに際して、減速機構として偏芯揺動型遊星歯車減速機構のみを備える一段減速の減速機を採用し、同回転関節機構をＮ個（但し、Ｎは２以上の正整数；以下、同じ）以上直列に配してＮ＋１個のリンクを接続したアーム構造を産業用ロボットに適用することで上記課題を解決するものである。  
より具体的に言えば、本発明、隣合うリンクを相対的に回転可能に連結する減速機と、該減速機を駆動して該隣合うリンクを回転動作させるためのサーボモータとを有する、Ｎ個（Ｎ≧２）の前記回転関節機構によりＮ＋１個のリンクを直列に連結したアーム構造を備えた産業用ロボットにおいて、前記減速機の減速機構を一段減速の偏芯揺動型遊星歯車機構のみで構成し、前記隣合うリンクの一方に前記減速機のケーシングを固定するとともに前記減速機の出力部に他方のリンクを固定し、前記サーボモータの回転軸と、該サーボモータが装備されている回転関節機構の回転軸が同一直線上にあり、且つ、該サーボモータの出力軸が前記減速機の入力軸と結合して駆動力を伝達するようにしたものである。
【０００９】
なお、一段減速の方式で偏芯揺動型遊星歯車減速機構を採用した場合、振動が発生し易くなることが考えられるが、振動を抑える周知の手法を組み合わせて適宜用いることで振動は低減できる。振動低減のための一般的な手法としては、下記（１）〜（３）がある。  （１）減速機の部品の加工精度を改善すること。  
（２）サーボモータの制振制御により、発生する振動を打ち消すようにモータの速度信号を制御すること。  
（３）減速機の減速比を小さくし、高トルク・低回転のモータを使用することにより、減速機とロボットの共振現象が生じる減速機の加振周波数をモータの通常制御域から外すこと。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、産業用ロボットにおいて、アームとアームを減速機を介して連結した関節装置（リンクの結合体）を複数個直列につなげた構造が簡素化され、例えば垂直多関節型ロボットを安価で提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施形態について説明する。先ず図１を参照すると、本発明が適用される外観が斜視図で例示されている。同図に示したように、ロボットは６軸構成の垂直多関節型ロボットで、ベースＢ０、Ｊ１軸により動作する回転胴Ｂ１、Ｊ２軸により動作する下腕Ａ１、Ｊ３軸により動作する上腕Ａ２、及び、手首部３軸（Ｊ４〜Ｊ６）により３自由度で動作する手首部Ｈで概略構成されている。本実施形態では、ロボット回転胴Ｂ１、下腕Ａ１、上腕Ａ２の３つのリンクの結合に本発明の提案に係る構造が適用される。
【００１２】
言うまでもなく、これら３つのリンクに含まれる“隣合う２つのリンク”は、「回転胴Ｂ１と下腕Ａ１」及び「下腕Ａ１と上腕Ａ２」であり、回転胴Ｂ１と下腕Ａ１を相対的に回転動作させる関節はＪ２軸であり、下腕Ａ１と上腕Ａ２を相対的に回転動作させる関節はＪ３軸である。これらＪ２軸及びＪ３軸のそれぞれの関節構造は、隣合うリンク（回転胴Ｂ１と下腕Ａ１、あるいは、下腕Ａ１と上腕Ａ２）を減速機を介して接続し、サーボモータを減速機と直結させた構造となっている。また、Ｊ２軸とＪ３軸は下腕Ａ１を介して直列に連結されている。即ち、以下に説明する関節装置がＪ２軸、Ｊ３軸で１つずつ使用され、３つのリンクの内の２番目に位置するリンク（ここでは下腕Ａ１）を挟んで、２つの関節が直列に接続される。
【００１３】
以下、Ｊ２軸及びＪ３軸で使用される関節装置について、断面構造を示した図２を参照して説明する。なお、図２の関連説明において、「第１部材」、「第２部材」は、Ｊ２軸に使用される関節装置においては次の意味を持つ。  
第１部材＝回転胴Ｂ１の少なくとも一部を構成する部材
第２部材＝下腕Ａ１の少なくとも一部を構成する部材
また、Ｊ３軸に使用される関節装置においては、
第１部材＝上腕Ａ２の少なくとも一部を構成する部材
第２部材＝下腕Ａ１の少なくとも一部を構成する部材
である。また、サーボモータは、Ｊ２軸に使用される関節装置においてはＪ２軸の駆動源であり、Ｊ３軸に使用される関節装置においてはＪ３軸の駆動源である。
【００１４】
図２に描かれているように、第１部材８にはサーボモータ１が取付けられており、サーボモータ１の出力シャフト１ａは、全体を符号１０で示した減速機の入力軸２に直結されている。減速機の入力軸２はカムを構成するクランク軸とされ、３つの外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃが各カム面と係合している。また、減速機１０のケース５が第１部材８に取付けられており、このケース５の内側には、上記各外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃと噛み合うように内歯歯車４が設けられている。更に、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃには複数のピン部材６が係合しており、該ピン部材６は、減速機１０の出力軸７に連結されている。この出力軸７は第２部材９に取り付けられており、且つ、入力軸２と同軸関係で減速機１０のケース５に回転可能に支持されている。
【００１５】
以上の構造を持つ関節装置において、サーボモータ１が動作すると、その出力シャフト１ａに直結された減速機１０の入力軸２が回転する。すると、入力軸２のクランク軸部（カム）と係合する外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃは偏芯揺動し、減速機１０のケース５の内側に設けられた内歯歯車４と噛み合いつつ、公転運動及び自転運動を同時併行的に行なう。今、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃの歯数をｎ１ 、内歯歯車４の歯数をｎ２ とした場合、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃは、１回公転する間に（ｎ２ −ｎ１ ）／ｎ２ 回転自転する。この自転は、外歯歯車３ａ、３ｂ、３ｃに係合した複数のピン部材６により取り出され、減速機１０の出力軸７に伝達される。その結果、第２部材９が第１部材８に対して相対的に回動させる。減速比（回転数比）は、（ｎ２ −ｎ１ ）／ｎ２ となる。
このように、隣合うリンクを接続する減速機１０は、偏芯揺動型遊星歯車機構の一段減速を行なうものであり、前述した二段減速構造を採用したものに比べて構造が非常に簡単なものとなる。また、サーボモータが減速機の入力軸と直結していることも、関節の構造を単純にする上で極めて有利である。このような関節装置を複数個を直列に連続して接続することにより、単純な構造を維持しながら、自由度の高いロボットを構成することが可能となる。即ち、上記実施形態では、Ｎ＝２のケース（３つのリンクを２つの関節装置で接続するケース）について説明したが、必要に応じて、Ｎが３以上のケースに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用されるロボットの外観を斜視図で例示したものである。
【図２】本発明の実施形態における関節構造を断面図で示したものである。
【符号の説明】
【００１７】
１  サーボモータ
１ａ  出力シャフト
２  入力軸
３ａ、３ｂ、３ｃ  外歯歯車
４  内歯車
５  ケース
６  ピン部材
７  出力軸
８  第１部材
９  第２部材
１０  減速機
Ａ１  下腕
Ａ２  上腕
Ｂ０  ベース
Ｂ１  回転胴
Ｈ  手首部
【図１】
2005262340.tif 000003
【図２】
2005262340.tif 000004