(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３軸からなる手首部と、該手首部の各軸を駆動する３つのモータと、該３つのモータの回転駆動力を前記手首部の各軸に伝達する伝達機構と、先端には前記手首部を備え、後端には前記３つのモータを備えるアームと、を有する工業用ロボットにおいて、
前記伝達機構は、前記３つのモータの出力軸に各々連結され、前記アームに沿って、且つ相互に干渉しないよう延在するとともに、前記アーム内の先端近傍で各々軸受支持され、前記軸受に支持された個所の更に先端部にウォームが延在して取り付けられた３本のロッドと、前記３本のロッドの各々のウォームに対して接線方向で噛合する螺旋状の歯を外周に備えた３つのウォームホイールと、を備えたことを特徴とする工業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工業用ロボットに係り、特にアーム先端に取り付けられた手首部の各軸に駆動力を伝達する伝達機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に工場等の自動化ラインに設置される工業用ロボットには、主にプレイバック形の多関節ロボットが使用されている。この種の工業用ロボットは、大略、基台と、基台上で旋回する旋回ベースと、旋回ベース上に起立する第１アームと、第１アームの上端より水平方向に延在する第２アームと、第２アームの先端に取り付けられた手首部とよりなる。
【０００３】
手首部の先端には、例えば塗装ガンやハンド等の治具が装着されており、ワークの搬送に併せて所定の作業を行うようにアーム及び手首部が動作する。手首部は、互いに直交する３方向のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の回転力が伝達されて駆動され、３次元動作を行うことができる。
【０００４】
また、手首部の各軸を駆動するためのモータは、第２アームの後部に取り付けられており、モータの回転駆動力は第２アームの内部に配設された伝達機構を介して手首部の各軸に伝達される。
このように手首部にモータの回転駆動力を伝達する伝達機構▲１▼としては、例えば第２アームの中心に一の軸を駆動するロッドが挿通され、ロッドの外側には他の２軸を駆動するためのトルクチューブが２重に配設されている。
【０００５】
従って、第２アームの内部には、１本のロッドよりなる第１の回転軸と、２本のトルクチューブよりなる第２、第３の回転軸とが同心円状に挿通されており、各軸が干渉し合わないように各軸間が軸受により回転自在に保持されている。そして、各軸の端部は傘歯車を介して手首部の各軸に回転駆動力を伝達する構成となっている。
【０００６】
また、別の伝達機構▲２▼では、第２アームの内部に３本のロッドが平行に配設され、手首部の内部に１本のロッドよりなる第１の回転軸と、２本のトルクチューブよりなる第２、第３の回転軸とが同心円状に挿通され、さらにこれらと直交する方向に延在する回転軸と２本のトルクチューブが設けられた構成とされ、第２アームの内部に挿通された３本のロッドの回転駆動力が傘歯車を介して手首部の各軸及びトルクチューブに伝達される構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような伝達機構▲１▼が用いられた従来の構成では、第２アームの内部に１本のロッドと２本のトルクチューブ、及び各軸を軸承するための軸受が配設されており、特に２本のトルクチューブが鉄製であり、且つロッドに比べて断面が環状であるので断面積が大きく、その分重量が増大している。そのため、第２アームの総重量がかなり重くなり、第２アームを駆動するモータを大型化して駆動トルクを確保する必要がある。
【０００８】
また、上記のような伝達機構▲２▼が用いられた従来の構成では、第２アームの内部に３本のロッドが平行に配設されているので、第２アームの総重量が軽量化されている反面、手首部に２本のトルクチューブが取り付けられているため、手首部の重量が増大している。
【０００９】
そのため、手首部を支持する第２アームの先端部分の重量が増大することになり、その分第２アームの肉厚を厚くして第２アームの剛性を高めなければならない。その結果、第２アーム自体の重量も増大することになり、手首部の先端に装着される治具（例えば塗装ガン、ハンド等）の重量が制限されてしまうばかりか、ロボットの動作速度が低下するため、第２アームを駆動するモータを大型化する必要があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題を解決した工業用ロボットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、互いに直交する３軸からなる手首部と、該手首部の各軸を駆動する３つのモータと、該３つのモータの回転駆動力を前記手首部の各軸に伝達する伝達機構と、先端には前記手首部を備え、後端には前記３つのモータを備えるアームと、を有する工業用ロボットにおいて、
前記伝達機構は、前記３つのモータの出力軸に各々連結され、前記アームに沿って、且つ相互に干渉しないよう延在するとともに、前記アーム内の先端近傍で各々軸受支持され、前記軸受に支持された個所の更に先端部にウォームが延在して取り付けられた３本のロッドと、前記３本のロッドの各々のウォームに対して接線方向で噛合する螺旋状の歯を外周に備えた３つのウォームホイールと、を備えたことを特徴とする工業用ロボットとするものである。
【００１２】
従って、本発明によれば、トルクチューブに代えてウォームギヤ等の螺旋状の係合部を有する伝達部材を介して手首部を駆動できるので、従来の伝達機構に用いられたトルクチューブを不要にして伝達機構の軽量化を図ることができ、これに伴ってアーム駆動用モータの小型化も可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明になる工業用ロボットの第１実施例の構成図である。
工業用ロボット１は、塗装エリア２内に設置されており、被塗装物が搬送されると、予めティーチングされた塗装動作を行うプレイバック形の多関節ロボットである。工業用ロボット１は、大略、基台３と、基台３上でＡ軸回りに旋回する旋回ベース４と、旋回ベース４上で起立しＢ軸回りに揺動する第１アーム５と、第１アーム５の上端から水平方向に延在しＣ軸回りに揺動する第２アーム６と、第２アーム６の先端に設けられた手首部７とよりなる。
【００１４】
手首部７の先端にはブラケット８を介して塗装ガン９が取り付けられている。塗装ガン９は、第１アーム５及び第２アーム６の揺動により所定の塗装高さ位置に移動し、手首部７により塗料噴射方向が変更される。
手首部７は、第２アーム６の先端に固着された第１ケース１０と、Ｄ軸回りに回動する第２ケース１１と、Ｅ軸回りに回動する第３ケース１２と、塗装ガン９をＦ軸回りに回動させる軸１３とよりなる。ケース１１，１２及び軸１３は、第２アーム６の基端部に取り付けられたモータ１４〜１６により個別に駆動される。そして、各モータ１４〜１６の回転駆動力は、第２アーム６及び手首部７の内部に設けられた伝達機構（図１では隠れて見えない）を介して手首部７のケース１１，１２及び軸１３に伝達される。
【００１５】
工業用ロボット１は、各可動部がモータ（図示せず）により駆動されて塗装ガン９の位置や塗装方向を調整するようになっており、各モータはロボットコントローラ１７からの制御信号により制御される。そして、工業用ロボット１の各関節部分には、各可動部の角度を検出するためのエンコーダ（図示せず）が組み込まれており、ロボットコントローラ１７はエンコーダから出力された検出信号がフィードバックされることにより、各モータを制御して旋回ベース４、第１アーム５、第２アーム６、手首部７を正確に駆動する。
【００１６】
第２アーム６上には、色替バルブユニット１８が取り付けられている。そして、塗装ガン９は、塗料供給チューブ１９を介して色替バルブユニット１８に接続されている。
また、色替バルブユニット１８には、複数の塗料供給チューブ２０が接続されており、各塗料供給チューブ２０を介して各色の塗料が供給される。そして、色替バルブユニット１８の各弁は、ロボットコントローラ１７に設けられた色替制御装置（図示せず）により切替え制御されて指定した塗料を選択的に塗装ガン９へ供給する。
【００１７】
ここで、第２アーム６及び手首部７の内部に設けられた伝達機構の構成について参考例１を説明する。上述した課題を最も効果的に解決する実施例については後述するが、以下に示す参考例１及び２においても、上述した課題を解決できるものとして説明する。図２は第２アーム６及び手首部７の内部構造を示す縦断面図である。第２アーム６は、中空形状に形成されており、後端には手首部７の各軸を駆動するモータ１３〜１５が取り付けられている。また、各モータ１３〜１５は、第２アーム６の後端に取り付けられたカバー２１により保護されている。
【００１８】
各モータ１３〜１５の出力軸は、第２アーム６に沿って延在するロッド２２〜２４に連結されている。各ロッド２２〜２４は平行に延在しており、相互に干渉しないように保持されている。このように、第２アーム６の内部は、３本のロッド２２〜２４が平行に延在している構成であるので、トルクチューブを同心円状に取り付けるものよりも大幅に軽量化を図ることが可能であり、且つ第２アーム６の剛性を下げることも可能であるので第２アーム６の肉厚を薄くして第２アーム６自体を軽量化できる。
【００１９】
尚、モータ１３はケース１１をＤ軸回りに駆動する第１駆動部を構成し、モータ１４はケース１２をＥ軸回りに駆動する第２駆動部を構成し、モータ１５は軸１３をＦ軸回りに駆動する第３駆動部を構成する。
また、第２アーム６の前端には、各ロッド２５〜２７を軸承する軸受ユニット２８〜３０が保持されている。各ロッド２５〜２７は一端がロッド２２〜２４に連結されており、各モータ１３〜１５の回転駆動力を伝達するものである。
【００２０】
軸受ユニット２８〜３０は夫々一対のベアリング３１，３２を有し、そのうち軸受ユニット２８，３０はベアリング３１，３２間にスペーサ３３が介在し、ブラケット３４，３５により支持されている。また、軸受ユニット２９は一対のベアリング３１，３２が環状の押さえ板３６により保持されている。
【００２１】
図３は第１ケース１０の内部を第２アームの軸方向からみた縦断面図である。
上記ロッド２５，２７の端部には、螺旋状の係合部としてのウォーム３７，３８が設けられている。また、第１ケース１０の内部には、ロッド２５〜２７が突出している。そして、ロッド２６は端部に駆動側プーリ４０が取り付けられている。
【００２２】
４１はロッド２６と平行に配されたロッドで、軸受ユニット４２により軸承されている。尚、軸受ユニット４２は第１ケース１０の内部に固着されたブラケット４３により保持されている。ロッド４１は、一端に従動側プーリ４４が取り付けられ、他端に傘歯車４５が取り付けられている。そして、駆動側プーリ４０と従動側プーリ４４との外周には、タイミングベルト４６が巻き掛けされている。
【００２３】
従って、モータ１４の回転駆動力は、ロッド２３，２６、駆動側プーリ４０、タイミングベルト４６、従動側プーリ４４、ロッド４１に伝達される。
また、第１ケース１０の内部には、ウォーム３７，３８に歯合するウォームホイール４７，４８が設けられている。ウォームホイール４７，４８は、ウォーム３７，３８の延在方向と直交する方向に延在する中空状の軸４９，５０の端部に設けられている。ウォーム３７，３８は、ウォームホイール４７，４８の接線方向に延在しており、ウォーム３７，３８の外周に螺旋状に形成された歯がウォームホイール４７，４８の外周に螺旋状に形成された歯に噛合している。
【００２４】
また、内側の軸５０の貫通孔にはロッド５１が挿通されている。そして、ロッド５１は、軸５０の貫通孔の両端に設けられたベアリング５２により軸承されている。ロッド５１の一端にはロッド４１の傘歯車４５が噛合する傘歯車５３が取り付けられ、ロッド５１の他端には傘歯車５４が取り付けられている。
【００２５】
また、軸５０は、軸４９の貫通孔の両端に設けられたベアリング５５により軸承されている。軸５０の一端にはウォームホイール４８が取り付けられ、軸５０の他端には傘歯車５６が取り付けられている。
また、軸４９は、第１ケース１０の底部に設けられたベアリング５７により軸承され、且つ第２ケース１１の上面に固着されている。そのため、第２ケース１１は軸４９と一体的に回動するように設けられている。
【００２６】
さらに、第２ケース１１の内部には、傘歯車５４に噛合する傘歯車５８を有する軸５９と、傘歯車５６に噛合する傘歯車６０を有する中空状の軸６１とが設けられている。軸５９及び軸６１は同軸上に配設され、夫々ベアリング６２，６３により軸承されている。尚、軸６１の端部は、第３ケース１２の側面に結合されている。従って、第３ケース１２は、軸６１と一体的に回動する。
【００２７】
また、第３ケース１２の内部には、軸５９の他端に設けられた傘歯車６４に噛合する傘歯車６５を有する軸６６が設けられ、第３ケース１２の下面には軸６６の回転を減速する減速機６７が設けられている。この減速機６７は、出力軸としての軸１３を有するものであり、軸１３を介して塗装ガン９をＦ軸回りに回動させる。
【００２８】
このように、第１ケース１０の内部では、ロッド２２，２４の回転がウォーム３７，３８とウォームホイール４７，４８とを介して第２ケース１１、第３ケース１２側に伝達させる構成であるので、従来のようにトルクチューブを同心円状に配した構成のものよりも軽量化を図ることができる。そのため、第２アーム６の剛性を低くして第２アーム６自体の軽量化を図ることが可能になり、その結果第２アーム６を駆動するモータの容量を小さくできるので、アーム駆動用モータの小型化を図ることができる。
【００２９】
さらに、螺旋状の歯を有するウォーム３７，３８がウォームホイール４７，４８に常時噛合する構成であるため、例えモータ１３，１５の電源がオフになってもウォームホイール４７，４８が勝手に回動することがなく、モータ１３，１５にブレーキ機構を設ける必要もない。
【００３０】
尚、第１ケース１０内に設けられた軸４９，５０は、中空状に形成されているが、構成上ロッドとすることができない。
ここで、上記構成とされた伝達機構の動作について説明する。
モータ１３の回転駆動力は、第１伝達機構を構成するロッド２２，２５、ウォーム３７、ウォームホイール４７、軸４９を介して第２ケース１１に伝達される。このように第２ケース１１は、モータ１３に駆動されてＤ軸回りに回動する。
【００３１】
また、モータ１４の回転駆動力は、第２伝達機構を構成するロッド２３，２６、駆動側プーリ４０、タイミングベルト４６、従動側プーリ４４、ロッド４１、傘歯車４５，５３、軸５１、傘歯車５４，５８、軸５９、傘歯車６４，６５、軸６６、減速機６７、軸１３を介して塗装ガン９に伝達される。このように軸１３は、モータ１４に駆動されてＦ軸回りに回動する。
【００３２】
また、モータ１５の回転駆動力は、第３伝達機構を構成するロッド２４，２７、ウォーム３８、ウォームホイール４８、軸５０、傘歯車５６，６０、軸６１を介して第３ケース１２に伝達される。このように第３ケース１２は、モータ１５に駆動されてＥ軸回りに回動する。
【００３３】
図４、図５に本発明の参考例２を示す。参考例２において前述した参考例１と異なる部分は、ウォーム３７，３８の代わりにねじ３７Ａ，３８Ａが用いられ、ウォームホイール４７，４８の代わりにねじ歯車４７Ａ，４８Ａが用いられた点にある。従って、ねじ３７Ａ，３８Ａはねじ歯車４７Ａ，４８Ａの接線方向に延在しており、ねじ３７Ａ，３８Ａの外周に螺旋状に形成されたねじ山がねじ歯車４７Ａ，４８Ａの外周に螺旋状に形成された歯に噛合している。
【００３４】
従って、モータ１３の回転駆動力は、第１伝達機構を構成するロッド２２，２５、ねじ３７Ａ、ねじ歯車４７Ａ、軸４９を介して第２ケース１１に伝達される。このように第２ケース１１は、ねじ３７Ａ、ねじ歯車４７Ａを介して駆動されてＤ軸回りに回動する。
【００３５】
また、モータ１５の回転駆動力は、第３伝達機構を構成するロッド２４，２７、ねじ３８Ａ、ねじ歯車４８Ａ、軸５０、傘歯車５６，６０、軸６１を介して第３ケース１２に伝達される。このように第３ケース１２は、ねじ３８Ａ、ねじ歯車４８Ａを介して駆動されてＥ軸回りに回動する。
【００３６】
このように、参考例２の構成では、ロッド２２，２４の回転がウォーム３７，３８とウォームホイール４７，４８とを介して第２ケース１１、第３ケース１２側に伝達させる構成であるので、従来のようにトルクチューブを同心円状に配した構成のものよりも軽量化を図ることができる。そのため、第２アーム６の剛性を低くして第２アーム６自体の軽量化を図ることが可能になり、その結果第２アーム６を駆動するモータの容量を小さくできるので、アーム駆動用モータの小型化を図ることができる。
【００３７】
さらに、螺旋状のねじ山を有するねじ３７Ａ，３８Ａがねじ歯車４７Ａ，４８Ａに常時噛合する構成であるため、例えモータ１３，１５の電源がオフになってもねじ歯車４７Ａ，４８Ａが勝手に回動することがなく、モータ１３，１５にブレーキ機構を設ける必要もない。
【００３８】
図６、図７に本発明の実施例を示す。実施例において前述した参考例１と異なる部分は、駆動側プーリ４０、タイミングベルト４６、従動側プーリ４４、ロッド４１、傘歯車４５，５３の代わりにウォームとウォームホイールを用いた構成とした点にある。
【００３９】
モータ１３〜１５の各出力軸に連結されたロッド２２〜２４は、ロッド２５〜２７を介してウォーム３７〜３９に連結されている。各ウォーム３７〜３９は、平行に延在され、ウォームホイール６８，４７，４８の接線方向に延在している。
【００４０】
また、ウォームホイール６８，４７，４８は、ウォーム３７〜３９の延在方向と直交する方向に延在する軸４９〜５１の端部に設けられている。軸４９〜５１は同軸的に設けられており、全長が各ウォーム３７〜３９の間隔に応じた長さに設定されている。ウォーム３７〜３９は、ウォームホイール６８，４７，４８の接線方向に延在しており、ウォーム３７〜３８の外周に螺旋状に形成された歯がウォームホイール６８，４７，４８の外周に螺旋状に形成された歯に噛合している。
【００４１】
従って、第１ケース１０の内部では、ロッド２２〜２４の回転がウォーム３７〜３９とウォームホイール６８，４７，４８とを介して第２ケース１１、第３ケース１２側に伝達させる構成であるので、従来のようにトルクチューブを同心円状に配した構成のものよりも軽量化を図ることができる。そのため、第２アーム６の剛性を低くして第２アーム６自体の軽量化を図ることが可能になり、その結果第２アーム６を駆動するモータの容量を小さくできるので、アーム駆動用モータの小型化を図ることができる。
【００４２】
さらに、螺旋状の歯を有するウォーム３７〜３９がウォームホイール６８，４７，４８に常時噛合する構成であるため、例えモータ１３〜１５の電源がオフになってもウォームホイール６８，４７，４８が勝手に回動することがなく、モータ１３〜１５にブレーキ機構を設ける必要もない。
【００４３】
図７に示すように、ウォーム３７，３９はウォームホイール６８，４７の左側で噛合し、中間のウォーム３８はウォームホイール４８の左側で噛合しているおり、ウォーム３７〜３９が互いに干渉しないように配設されている。
ここで、上記構成とされた伝達機構の動作について説明する。
【００４４】
モータ１３の回転駆動力は、前述した参考例１と同様、第１伝達機構を構成するロッド２２，２５、ウォーム３７、ウォームホイール４７、軸４９を介して第２ケース１１に伝達される。このように第２ケース１１は、モータ１３に駆動されてＤ軸回りに回動する。
【００４５】
また、モータ１４の回転駆動力は、第２伝達機構を構成するロッド２３，２６、ウォーム３８、ウォームホイール４８、軸５０、傘歯車５６，６０、軸６１を介して第３ケース１２に伝達される。このように第３ケース１２は、モータ１４に駆動されてＥ軸回りに回動する。
【００４６】
また、モータ１５の回転駆動力は、第３伝達機構を構成するロッド２４，２７、ウォーム３９、ウォームホイール６８、軸５１、傘歯車５４，５８、軸５９、傘歯車６４，６５、軸６６、減速機６７、軸１３を介して塗装ガン９に伝達される。このように軸１３は、モータ１４に駆動されてＦ軸回りに回動する。
【００４７】
尚、上記実施例では、塗装ガン９が手首部７の先端に装着された構成の工業用ロボットを一例として挙げたが、これに限らず、他の治具が装着されたロボットにも適用できるのは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、トルクチューブに代えてウォームギヤ等の螺旋状の係合部を有する伝達部材を介して手首部を駆動できるので、従来の伝達機構に用いられたトルクチューブを不要にしてロッドを平行に配設した構成とすることができるので、トルクチューブを用いた構成よりも伝達機構の軽量化を図ることができる。これによりアームの剛性を下げることが可能になるためアーム自体の肉厚を薄くして軽量化を促進でき、これに伴ってアーム駆動用モータの小型化を図ることができる。また、モータを停止させると螺旋状の係合部が回転不可状態になるため、電源がオフになっても手首部が自重により勝手に回動することを阻止でき、モータブレーキを不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる工業用ロボットの一実施例の構成図である。
【図２】手首部を駆動する伝達機構の参考例１が設けられた第２アームの縦断面図である。
【図３】図２に示す第１ケースの内部を第２アームの軸方向からみた縦断面図である。
【図４】手首部を駆動する伝達機構の参考例２が設けられた第２アームの縦断面図である。
【図５】図４に示す第１ケースの内部を第２アームの軸方向からみた縦断面図である。
【図６】手首部を駆動する伝達機構の実施例が設けられた第２アームの縦断面図である。
【図７】図６に示す第１ケースの内部を第２アームの軸方向からみた縦断面図である。
【符号の説明】
１  工業用ロボット
３  基台
４  旋回ベース
５  第１アーム
６  第２アーム
７  手首部
９  塗装ガン
１０  第１ケース
１１  第２ケース
１２  第３ケース
１４〜１５  モータ
２２〜２７  ロッド
３７〜３９  ウォーム
４７，４８，６８  ウォームホイール
３７Ａ，３８Ａ  ねじ
４７Ａ，４８Ａ  ねじ歯車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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