JPS5935755B2

JPS5935755B2 - ロボツトの手首装置

Info

Publication number: JPS5935755B2
Application number: JP3680081A
Authority: JP
Inventors: 康次渡辺
Original assignee: CHUSHO KIGYO SHINKO JIGYODAN
Current assignee: CHUSHO KIGYO SHINKO JIGYODAN
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1984-08-30
Also published as: JPS57168892A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、工業用等に用いるロボットの手首装置に係り
、特に作業具の最終姿勢を常に１つの軸の制御によつて
行うことができ、しかもあらゆる作業面に対処しうる３
自由度系のロボット用手首装置に関するものである。

従来、ロボットの手首は、理想とする人間の手首の機能
に倣つて把持の自由度の外、手首の曲げ、回転、指部の
みの回転等の自由度を持たせており、第１図ａ−ｃに示
したものはその典型例である。

即ち、この場合同図ａのようにβ軸を中心とする手部１
の曲げ機能、同図ｂのようにα軸を中心とする手首全体
の回転機能、同図ｃのように手部１自身の軸、γ軸を中
心とする手部１のみの回転機能を持つており、この手部
の骨格のみを機構図として示すと第２図の通りである。
ところで、上記したような従来のロボット手首にグライ
ンダを取付けると第３図に示すような態様となる。

ここにグラインダは、砥石カバー２とは正反対の位置に
ある砥石３上の切除点４をワークの切削点に当て、しか
も第４図に示すようにワーク５と砥石３との間に適当な
角度θを保つた姿勢で作業しなければならない。従つて
、例えば第４図に示すような下面６上にあるα軸方向の
鋳バリ１を取る作業の場合には、β軸まわりの旋回によ
つて砥石の姿勢（角度θの制御）を整えつつ、グライン
ダ８を前へ進行させればよい。同様に前面９にたて方向
にある鋳バリ１０や上面１１にあるα軸方向の鋳バ［月
２についてもβ軸の旋回のみによつてグラインダの姿勢
の制御が可能である。しかし、下面６又は土面１１上に
ある紙面に垂直方向の鋳バ１月３又は１４や、右側面上
にあるたて方向の鋳バｌ月５については、β軸まわりの
旋回による砥石の姿勢制御は不可能で、専らα軸まわり
の旋回による姿勢制御にたよらざるを得ない。このよう
に砥石等の作業具の作業時における最終的姿勢制御をな
す軸が、作業方向、作業場所によつて異ると、作業者が
操作すべき軸を間違えて操作する恐れがあり危険である
と共に、作業具の位置決めや姿勢を算出するための演算
が煩雑となり、操作ミスの介入する危険性が増大する。
このような危険性は、例えば鋳バリ等の作業対象の位置
か３次元に変化する場合には、ほとんど追従が困難とな
る程に増大する。このような不便の生じる原因を第２図
の機構図・で説明する。

同図ａのような状態でα軸を回転させると、作業具Ａの
軸とα軸とが一致しているから、作業具Ａはα軸のまわ
りに自転する。一方同図ｂのようにβ軸を操作して作業
具Ａの軸とα軸とを直交させた状態でα軸を回転させる
と、作業、具Ａはα軸のまわりに公転する。このように
図示の機構では、α軸は作業具に対して自転させる能力
と、公転させる能力の２つの能力を持つと言え”りる。

ところが同図のβ軸は、作業具を同軸のまわりに公転さ
せ得るのみであると共に、γ軸は作業具にγ軸まわりの
自転を起させる能力しか持つていない。このようにβ軸
及びγ軸が公転又は自転のいずれか一方の機能しか持つ
ていないため、結果的に作業具の姿勢制御の自由性が損
われているのである。本発明は、上記の点に鑑みてなさ
れたもので、３つの回転自由度を持つ従来のロボツト手
首装置に改良を加えたもので、各回転軸が一点で交差し
、上記３つの回転軸の内２つの軸は作業具に自転及び公
転を起させうると共に、残りの１つの回転軸は作業具に
公転のみ起させることができるものであり、且つ作業具
を取付けた軸が上記公転のみ可能な回転軸と痺交してい
る如き構成に特徴を有するものであり、てれにより作業
具の咋業時の姿勢制御を常に上記公転のみ可能な１つの
軸の操作によつてなしうるようにすることを目的とする
ものである。

続いて、第５図以下の添附図面を参照して、本発明を具
体化した実施例について詳しく説明する。

ここに第５図は、本発明の一実施例であるロボツトの手
首装置の概略的骨格のみを示す機構図、第６図は、同装
置を鋳バリ取り用のグラインダを取付けた鋳バリ取りロ
ボツトＱ手首に応用した場合の装置全体の側断面図、第
Ｔ図は、同装置に用いることのできる手首駆動部の詳細
を示す側断面図、第８図は同装置に用いることのできる
手首部の詳細を示す側断面図、第９図は、同鋳バリ取り
ロボツトの作動状態を示す側面図である。まず本発明の
基本的概要を第５図Ａ，ｂを用いて説明する。

図において、３つの回転軸、α軸、β軸、γ軸は、中心
点Ｏで交差しており、α軸はこれと一体的に連結された
片持腕１６を介してα軸に直交するγ軸と連結しており
、γ軸とβ軸は．常時直交するように連結している。
従つてα軸の回転は、β軸及びγ軸を中心点Ｏのまわり
に旋回させることとなり、同図ａのように作業具Ａがα
軸上にある場合には、α軸の回転により作業具が自転し
、同図ｂのように咋業具Ａがγ軸上にある４場合には
、α軸の回転が作業具の公転を招くように３軸が連結さ
れている。又γ軸は、上記したようにβ軸と直角で、上
記片持腕１６に対して揺動自在でβ軸に対して回転自在
の両持腕ＩＴに固定されていて、γ軸の回転はβ軸を中
心点ｏのまわりに旋回させ、同図ａの状態でのγ軸の回
転は作業具Ａにγ軸まわりの公転をうながし、同図ｂの
状態でのγ軸の回転が作業具Ａの自転を招くように構成
されている。

一方β軸は、上記の両持腕ＩＴによつて回転自在に支承
されており、このβ軸に固定された両持腕１８に一体化
されβ軸に直角の軸１δに取付けられた作業具Ａを一体
的に有していて、γ軸の回転０が作業具のγ軸まわりの
公転のみを生じるように、他の軸との関係が決定されて
いる。次いで本発明を鋳バリ取りロボツトの手首に応用
した実施例につき、第６図以下の添附図面を参照して、
更に詳しく説明する。

これらの図においτ て、中心点Ｏを通り紙面に垂直の
軸をβ軸、紙面に沿つて左右方向の軸をγ軸、上下の軸
をα軸とする。α軸駆動用のモータ１９はα軸上にあり
、減速機２０を介して軸受２１で支持された駆動枠２２
に連結されている。作業具であるグラインダ，Ｇは、β
軸上に取りつけられた工具ホルダ２３に把持されていて
、この工具ホルダ２３はβ軸の回動と共に揺動する。上
記駆動枠２２にはβ軸駆動用のモータ２４と、γ軸駆動
用のモータ２５が固設されている。β軸用モータ２４は
、減速機２６を介して駆動軸２Ｔによつてカサ歯車２８
と連結し、このカサ歯車２８は、平歯車２９に同軸に固
定された軸３０に設けたカサ歯車３１と噛合つている。

平歯車２９と噛合う平歯車３２と同軸−体の軸３３は、
軸受３４に支承された中空軸３５内に軸受３６によつて
支承されており、その先端にはカサ歯車３Ｔが同軸上に
固定されていて、このカサ歯車３Ｔが、β軸上にあつて
工具ホルダ２３を取付けたホルダ駆動軸３８に同軸に設
けたカサ歯車３９と噛合つている。γ軸用モータ２５は
、減速機４０を介して駆動軸４１によつてカサ歯車４２
と連結されており、このカサ歯車と噛合うカサ歯車４３
を同軸に取付けた中空軸４４は、軸受４５に支承されて
いて、その中空部内を前記した軸３０が貫通している。

中空軸４４の端部に同軸に固設した平歯車４６は、前記
中空軸３５の端部に同軸−体に設けた平歯車４Ｔと噛合
つている。この中空軸３５の他端には、手首ケース４８
が固看されており、前記ホルダ駆動軸３８は、この手首
ケース４８に回動可能に取付けられている。４９及び５
０はβ軸及びγ軸の回転位置の検出器で、図示しないが
α軸用モータ１９部にもα軸の回転位置の検出器が設け
られている。

このような検出器は１個又は２個各モータ！周辺に設
けられる。次いで作動について説明する。

モータ１９を駆動すると、駆動枠２２が回転し、駆動枠
２２に取付けられたモータ２４，２５及びこれと連結し
た手首ケース４８、工具ホルダ２３が一体的にα軸のま
わりに回転する。従つて、第６図の状態ではグラインダ
Ｇもα軸を中心として自転するが、β軸を９０度回転さ
せた状態でモータ１９を駆動すると、グラインダＧはα
軸のまわりに公転する。一方他のモータを停止させてモ
ータ２５を駆動させると、カサ歯車４２の回転がカサ歯
車４３、平歯車４６，４Ｔに伝達され、中空軸３５と一
体の手首ケース４８がγ軸のまわりに回転する。従つて
グラインダＧは、第６図の状態ではγ軸のまわりに公転
し、グラインダＧをβ軸のまわりに９０度回動させた状
態では、γ軸のまわりに自転する。更にモータ２４を駆
動すると、カサ歯車２８の回転がカサ歯車３１，平歯車
２９，３２に伝達され、更に軸３３を介してカサ歯車３
Ｔ，３９が回転するため、ホルダ駆動軸３８が回転し、
これに取付けられた工具ホルダ２３及びグラインダＧが
ホルダ駆動軸３８、即ちβ軸のまわりに揺動（公転）す
る。グラインダＧは、ホルダ駆動軸３８に直角に取付け
られた軸・δ′に設けられているから、ホルダ駆動軸３
８の回転はグラインダＧの公転を引き起すのみで、自転
させることはできない。このような鋳バリ取り用ロボツ
トの手首装置で鋳バリを取る様子を第９図を参照して説
明する。

図中、５１はモータ１９，２４，２５駆動枠２２等を収
納した駆動部、Ｇはグラインダであり、α軸、β軸、γ
軸は中心点Ｏで直交している。まずグラインダＧと対向
した下面５２上の左右方向の鋳バリ５３、右側面５４及
び左側面５５上の上下方向の鋳バリ５６及び５Ｔについ
ては、図の状態でβ軸のみを旋回させることによつてグ
ラインダの姿勢を正しく保つことができる。又下面５２
上の紙面に垂直の鋳バリ５８及び紙面にキ行の前後面上
にある上下方向の鋳バリ５９については、α軸を９０度
回転させれば、後はβ軸のみの操作でグラインダの姿勢
制御が可能である。更に前後面上の左右方向の鋳バリに
ついては、γ軸まわりに９０度旋回させた状態でβ軸ま
わりの旋回を行えば、容易にグラインダの姿勢を保ちう
る。最後に左右側壁５４，５５上の紙面に垂直の鋳バリ
６０，６１については、α軸を９０度回転させ、更にγ
軸を９０度回転させれば、′後はβ軸まわりの旋回のみ
でグラインダＧの適正な姿勢を得ることかできる。この
ように姿勢の制御を必要とするものとしては、上記のグ
ラインダの外に、チツパ一、ハンマー、塗装用のスプレ
ーガン等があり、以上述べたように本発明は、これらの
方向性をもつた工具を操作するロボツト用の手首装置と
して最適であり、ロボツト手首が向き合うどの面に対し
ても、作業時に１つの軸で工具等の姿勢を調整すること
ができるから、操咋軸を間違う危険性がなく、工具の位
置決め計算も極めて簡単となるので、連続して３次元に
変化する作業対象に対しても、容易に追従し得、操作性
、精度が著るしく向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のロボツト手首の咋動を示す斜視図、第
２図は、同手首の骨格のみを示す機構図、第３図は、同
手首にグラインダを装着した状態を示す斜視図、第４図
は、同手首による鋳バリ取り作業を示す側面図、第５図
は、本発明の一実施例゜である手首装置の骨組みを示す
機構図、第６図は、同装置を鋳バリ取りロボツトに応用
した状態を示す側断面図、第Ｔ図及び第８図は、第６図
に示した装置の駆動部及び手首部の詳細側断面図、第９
図は、同鋳バリ取りロボツトの作動状態を示す側面図で
ある。符号の説明、α軸、β軸、γ軸・・・・・・回転軸、Ｏ
・・・・・・中心点、Ａ・・・・・・作業具、Ｇ・・・
・・・グラインダ、δ・・・・・・軸、１９，２４，２
５・・・・・・モータ、２２・・・・・・駆動枠、３５
，４４・・・・・・中空軸、２８，３１，３Ｔ，３９，
４２，４３・・・・・・カサ歯車、２９，３２，４６，
４Ｔ・・・・・・平歯車、３８・・・・・・ホルダ駆動
軸、２３・・・・・・工具ホルダ、４８・・・・・・手
首ケース。

Claims

【特許請求の範囲】

１３つの回転自由度をもつロボットの手首装置におい
て、作業具に自転及び公転を起させる２つの回転軸と、
作業具に公転のみ起させる１つの回転軸とを有し、上記
３つの回転軸が互いに一点で交差していると共に、作業
具が上記公転のみ可能な回転軸に直交する軸上に取付け
られていることを特徴とするロボットの手首装置。