特許 6088362 回動三軸の自由度を有する産業用ロボットの手首駆動構造部

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6088362

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】回動三軸の自由度を有する産業用ロボットの手首駆動構造部

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/02 20060101AFI20170220BHJP

【ＦＩ】

   B25J17/02 B

   B25J17/02 Z

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-121911(P2013-121911)

(22)【出願日】2013年6月10日

(65)【公開番号】特開2014-237206(P2014-237206A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2015年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(72)【発明者】

【氏名】中山 一隆

【審査官】 木原 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４２３３５７８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１３−０７１２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２５７６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０３０３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１０４６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０５２２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１６６４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２０３０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０２４３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５６６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０２８６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９６２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−００４１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３８６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表昭６２−５０１３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−１２４７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２３８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０２４６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００３４９２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５４５６１３２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４７３３５７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３１４１２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１３９３６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一軸線回りで回動可能に片持ち支持された第一手首要素と、
該第一手首要素の先端側において前記第一軸線と交差する第二軸線回りで基端を支点として枢動可能に片持ち支持された第二手首要素と、
該第二手首要素の先端側で前記第二軸線と交差する最終軸としての第三軸線回りで回動可能に片持ち支持された第三手首要素と、
前記第一手首要素に設けられ、前記第二手首要素と前記第三手首要素をそれぞれ駆動する二つの駆動モータと、
個々の該駆動モータの回転速度を所定の減速比で減速する二組のベベルギヤセットとを具備し、
前記ベベルギヤセットのそれぞれは、前記駆動モータにより駆動される原動側歯車と、該原動側歯車に係合する従動側リングギヤとからなり、
二つの前記従動側リングギヤが、前記第二軸線を共有し、かつ、該第二軸線と同心に重畳して配置されており、
二つの前記原動側歯車が、それぞれ、前記第一軸線および前記第二軸線を含む平面の一方側と他方側とにおいて、前記第二軸線に対して直交する方向へオフセットし、互いに所定の角度をなして配置されており、
さらに、二つの前記原動側歯車のそれぞれは、前記原動側歯車と一体的に回転する二つの被駆動歯車を有しており、
該二つの被駆動歯車のそれぞれは、前記二つの駆動モータの回転を該二つの被駆動歯車に伝達する二つの駆動歯車に係合しており、
該二つの駆動歯車の回転軸は、それぞれ前記第一軸線及び前記第二軸線を含む平面の一方側と他方側とに配置されていて前記第一軸線とそれぞれ平行に配置されていると共に、前記二つの駆動歯車は、前記二つの被駆動歯車よりも第一軸線にそれぞれ近い位置にあることを特徴とする、産業用ロボットの手首駆動構造部。

【請求項2】

前記駆動歯車および前記被駆動歯車のうちの両方がコニカル歯車であるか、もしくは前記駆動歯車および前記被駆動歯車のうちの一方がコニカル歯車であると共に他方が平歯車である請求項１に記載の産業用ロボットの手首駆動構造部。

【請求項3】

前記駆動歯車および前記被駆動歯車は、ネジ歯車セットとして構成される請求項１に記載の産業用ロボットの手首駆動構造部。

【請求項4】

前記駆動歯車および前記被駆動歯車は、斜交傘歯車セットとして構成される請求項１に記載の産業用ロボットの手首駆動構造部。

【請求項5】

前記駆動歯車と前記被駆動歯車との間におけるバックラッシは、コニカル歯車の軸方向位置をシム調整することで調整される請求項２に記載の産業用ロボットの手首駆動構造部。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、相互に交差する個々の回動軸回りでそれぞれが独立に回動可能に設けられた回動三軸の自由度を有する手首要素を備えた産業用ロボットの手首駆動構造部に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、産業用ロボットは、許容された自由度で自由に動く多数の手首要素や、手首要素に接続する電線などの線条体が、隣接するロボットや周辺機器と干渉しないように処理されている。工場内の生産ラインの生産性を高めるには、限られたスペースでより多くのロボットをレイアウトすることが一つの有効な方法である。このため、コンパクトな手首要素を有し、線条体が手首要素の外側へ張り出さないように処理された産業用ロボットを提供することが望まれている。

【0003】

ここで、図１０は、特許文献１に示されるような従来技術における産業用ロボットの手首駆動構造部の正面図である。図１０に示される手首駆動構造部は、第一軸線ａ回りで回動可能に片持ち支持された第一手首要素１００と、該第一手首要素１００の先端側において第一軸線ａと交差する第二軸線ｂ回りで基端を支点として枢動可能に片持ち支持された第二手首要素１１０と、第二手首要素１１０の先端側で第二軸線ｂと交差する最終軸としての第三軸線ｃ回りで回動可能に片持ち支持された第三手首要素１２０と、を含んでいる。

【0004】

図１０に示されるように、第一手首要素１００は、第二手首要素１１０を駆動するサーボモータ１３０および第三手首要素１２０を駆動する他のサーボモータ１４０を包含している。

【0005】

また、サーボモータ１３０の回転速度を所定の減速比で減速するハイポイドギヤセット１５０は、サーボモータ１３０により駆動される原動側歯車１６０と、原動側歯車１６０に係合する従動側リングギヤ１７０とを含んでいる。

【0006】

同様に、サーボモータ１４０の回転速度を所定の減速比で減速するハイポイドギヤセット２００は、サーボモータ１４０により駆動される原動側歯車２１０と、原動側歯車２１０に係合する従動側リングギヤ２２０とを含んでいる。

【0007】

図１０から分かるように、二つの従動側リングギヤ１７０、２２０は第二軸線ｂと同心に配置されている。そして、二つの原動側歯車１６０、２１０は、それぞれ第一軸線ａ及び前記第二軸線ｂを含む平面の一方側と他方側とに配置されている。そして、これら原動側歯車１６０、２１０は、第二軸線ｂに対して直交する方向へオフセットし、第一軸線ａに対して互いに平行に配置されている。

【0008】

特許文献１においては、二つの従動側リングギヤ１７０、２２０が第二軸線と同心に配置されているので、第一手首要素１００の先端側において従動側リングギヤ１７０、２２０が占有するスペースを小さくすることができる。さらに、二つの原動側歯車１６０、２１０が第一軸線ａに対して平行に配置されているので、第一手首要素１００の横断面（軸直角方向の断面）の面積を小さく形成することができる。したがって、手首要素のコンパクト化を図ることができ、より狭い作業空間内で周囲との干渉なく作業をすることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第4233578号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ここで、部品点数の削減を図るためには、ハイポイドギヤセット１５０、２００の減速比を比較的大きくする必要がある。しかしながら、一般にハイポイドギヤセットの減速比を大きくすると、伝達効率が低下する。

【0011】

また、ハイポイドギヤセットの原動側歯車１６０、２１０には、大きな負荷が作用する。このため、手首駆動構造部をコンパクトにするために、原動側歯車１６０の二つのベアリング２８０、２９０および原動側歯車２１０の二つのベアリング３００、３１０の直径を抑えることが考えられる。しかしながら、このような場合には、これら二つのベアリングの間の軸方向における距離を長くする必要がある。その結果、原動側歯車１６０、２１０自体が長くなるという問題がある。

【0012】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ハイポイドギヤセットを使用することなしに、部品点数を必要最小限にすると共に干渉半径を最小化しつつ、伝達効率を高めることのできる手首駆動構造部を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、第一軸線回りで回動可能に片持ち支持された第一手首要素と、該第一手首要素の先端側において前記第一軸線と交差する第二軸線回りで基端を支点として枢動可能に片持ち支持された第二手首要素と、該第二手首要素の先端側で前記第二軸線と交差する最終軸としての第三軸線回りで回動可能に片持ち支持された第三手首要素と、前記第一手首要素に設けられ、前記第二手首要素と前記第三手首要素をそれぞれ駆動する二つの駆動モータと、個々の該駆動モータの回転速度を所定の減速比で減速する二組のベベルギヤセットとを具備し、前記ベベルギヤセットのそれぞれは、前記駆動モータにより駆動される原動側歯車と、該原動側歯車に係合する従動側リングギヤとからなり、二つの前記従動側リングギヤが、前記第二軸線を共有し、かつ、該第二軸線と同心に重畳して配置されており、二つの前記原動側歯車が、それぞれ、前記第一軸線および前記第二軸線を含む平面の一方側と他方側とにおいて、前記第二軸線に対して直交する方向へオフセットし、互いに所定の角度をなして配置されており、さらに、二つの前記原動側歯車のそれぞれは、前記原動側歯車と一体的に回転する二つの被駆動歯車を有しており、該二つの被駆動歯車のそれぞれは、前記二つの駆動モータの回転を該二つの被駆動歯車に伝達する二つの駆動歯車に係合しており、該二つの駆動歯車の回転軸は、それぞれ前記第一軸線及び前記第二軸線を含む平面の一方側と他方側とに配置されていて前記第一軸線とそれぞれ平行に配置されていると共に、前記二つの駆動歯車は、前記二つの被駆動歯車よりも第一軸線にそれぞれ近い位置にあることを特徴とする、産業用ロボットの手首駆動構造部が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記駆動歯車および前記被駆動歯車のうちの両方がコニカル歯車であるか、もしくは前記駆動歯車および前記被駆動歯車のうちの一方がコニカル歯車であると共に他方が平歯車である。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記駆動歯車および前記被駆動歯車は、ネジ歯車セットとして構成される。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記駆動歯車および前記被駆動歯車は、斜交傘歯車セットとして構成される。
５番目の発明によれば、２番目の発明において、前記駆動歯車と前記被駆動歯車との間におけるバックラッシは、コニカル歯車の軸方向位置をシム調整することで調整される。

【発明の効果】

【0014】

１番目の発明においては、ハイポイドギヤセットの代わりにベベルギヤセットを使用しているので、部品点数を必要最小限にすると共に干渉半径を最小化しつつ、伝達効率を高めることができる。
２番目の発明においては、二つの原動側歯車の基端側において第一手首要素をコンパクトにできる。
３番目の発明においては、２番目の発明と同様に第一手首要素をコンパクトにできる。
４番目の発明においては、２番目の発明と同様に第一手首要素をコンパクトにできる。
５番目の発明においては、第二手首要素および第三手首要素の出力軸のバックラッシを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の手首駆動構造部が取付けられる産業用ロボットの全体図である。

【図2】本発明の手首駆動構造部が取付けられる他の産業用ロボットの全体図である。

【図3】本発明に基づく産業用ロボットの手首駆動構造部の正面図である。

【図4】図３に示される手首駆動構造部の部分拡大図である。

【図5】図４に示される線Ｘ−Ｏ−Ｘ’に沿ってみた断面図である。

【図6】他の手首駆動構造部の部分拡大図である。

【図7】さらに他の手首駆動構造部の部分拡大図である。

【図8】図７に示される線Ｙ−Ｏ−Ｙ’に沿ってみた断面図である。

【図9】さらに他の手首駆動構造部の部分拡大図である。

【図10】従来技術における産業用ロボットの手首駆動構造部の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の手首駆動構造部が取付けられる産業用ロボットの全体図である。図１に示される産業用ロボット１Ａは、直交六軸の自由度を有するアーク溶接ロボットである。産業用ロボット１Ａは、鉛直軸線回りに回転する基台６と、基台６の一端回りで回動する上腕７と、上腕７の先端回りで回動する前腕８とを有している。これら基台６、上腕７、および前腕８は、回動３軸の自由度で回動する。

【0017】

また、第一軸線ａ回りで回動可能に片持ち支持された第一手首要素１０が前腕８に取付けられている。図１から分かるように、第一軸線ａは第一手首要素１０の中心軸線である。そして、第一軸線ａと交差する第二軸線ｂ回りで基端を支点として回動可能に片持ち支持された第二手首要素１１が、第一手首要素１０の先端側に取付けられている。さらに、第二軸線ｂと交差する最終軸としての第三軸線ｃ回りで回動可能に片持ち支持された第三手首要素１２が第二手首要素１１の先端側に取付けられている。これら、第一手首要素１０〜第三手首要素１２は、本発明に基づく手首駆動構造部であり、回動３軸の自由度で回動する。

【0018】

ところで、図１における第三手首要素１２は、溶接トーチ２である。溶接トーチ２には、信号ケーブル、電源ケーブル、溶接ワイヤ、ガスホース、ワイヤコンジットなどを含む線条体４が接続されている。図１から分かるように、線条体４は、前腕８に備えられた供給装置５を通って供給されている。

【0019】

ロボット制御装置（図示しない）からの指令に従い、第三手首要素１２が所定の位置および姿勢を得ることができるように、産業用ロボット１Ａの複数のサーボモータが駆動される。

【0020】

図２は本発明の手首駆動構造部が取付けられる他の産業用ロボットの全体図である。図２には、図１と同様の産業用ロボット１Ｂが示されている。図２に示されるように、産業用ロボット１Ｂは、溶接トーチ２の代わりにハンドツール３を第三手首要素１２として備えたハンドリングロボットである。この場合には、信号ケーブル、電源ケーブル、エア配管などを含む線条体４がハンドツール３に接続している。

【0021】

図１に示される産業用ロボット１Ａと図２に示される産業用ロボット１Ｂとは、第三手首要素１２、線条体４および供給装置５の構成が互いに異なるものの、他の構成は同様である。従って、以下においては、主に産業用ロボット１Ａの手首駆動構造部について説明する。

【0022】

なお、本発明に基づく手首駆動構造部は、図３および図４に示される産業用ロボット１Ａ、１Ｂに付属する場合に限定されない。シーリングまたはピッキングなどを行う産業用ロボットであっても、本発明の手首駆動構造部を適用することができる。

【0023】

図３は本発明に基づく産業用ロボットの手首駆動構造部の正面図である。図３に示されるように、本発明の手首駆動構造部は、第一軸線ａ、第二軸線ｂ、および第三軸線ｃが互いに一点で交差するインライン手首の構成となっている。

【0024】

また、図４は図３に示される手首駆動構造部の部分拡大図であり、図５は図４に示される線Ｘ−Ｏ−Ｘ’に沿ってみた断面図である。図５に示されるように、第一軸線ａと第三軸線ｃとが同一軸線上に位置決めできる。このため、第一手首要素１０回転時の他の手首要素１１、１２の干渉半径を小さくすることができる。さらに、回転バランスを良好にして、制御性に優れた手首駆動構造部を提供することができる。

【0025】

図３から図５に示されるように、第二手首要素１１を駆動するサーボモータ１３と第三手首要素１２を駆動するサーボモータ１４とが、第一手首要素１０内に軸方向に並んで配置されている。

【0026】

また、サーボモータ１３の回転速度を所定の減速比で減速するベベルギヤセット１５と、サーボモータ１４の回転速度を所定の減速比で減速するベベルギヤセット２０も設けられている。なお、サーボモータ１３の減速比とサーボモータ１４の減速比とは互いに異なっていてもよい。

【0027】

ベベルギヤセット１５は、サーボモータ１３により駆動される第二手首用ピニオンギヤ（原動側歯車）１６と、第二手首用ピニオンギヤ１６に係合して第二手首要素１１を回動させる第二手首用リングギヤ（従動側リングギヤ）１７とを含んでいる。同様に、ベベルギヤセット２０は、サーボモータ１４により駆動される第三手首用ピニオンギヤ（原動側歯車）２１と、第三手首用ピニオンギヤ２１に係合して第三手首要素１２を回動させる第三手首用リングギヤ（従動側ピニオンギヤ）２２とを含んでいる。特に図５から分かるように、ピニオンギヤ１６、２１に噛合するリングギヤ１７、２２のそれぞれは、共通の中心軸である第二軸線ｂ回りで互いに重畳している。

【0028】

図１を再び参照すると、第一手首要素１０は、その基端側が前腕８の先端において回転自在に片持ち式に支持されている。第一手首要素１０の基端側には、この第一手首要素１０を所定の減速比で回転させるための図示しないサーボモータと減速機構とが設けられている。この減速機構は、その出力部が第一軸線ａと同軸に回転するように、前腕８内に格納されている。この減速機構の出力部には貫通孔が形成されている。

【0029】

図３に示されるサーボモータ１３、１４のコネクタ（図示しない）に接続された制御ケーブルは、この減速機構の貫通孔を通過している。これら制御ケーブルが貫通孔を通過しているので、第一手首要素１０が第一軸線ａ回りで回動する際に制御ケーブルの捻りが吸収される。従って、制御ケーブルが損傷したり破断したりするのを防止できる。

【0030】

なお、図２に示される線条体４を前述した制御ケーブルに沿って配置すると共に、線条体４の先端のコネクタ（図示しない）をハンドツール３の手首フランジのコネクタ（図示しない）に接続してもよい。このような場合には、線条体４が外部に露出することが部分的に防止される。また、線条体４の挙動が安定し、干渉半径を小さくした線条体４の配線処理構造を提供することができる。

【0031】

図３に示されるように、サーボモータ１３は第一手首要素１０の先端側に配置されると共に、サーボモータ１４は第一手首要素１０の後端側に配置されている。そして、前述したように、これらサーボモータ１３、１４は第一手首要素１０内に軸方向に並んで配置されている。

【0032】

このような場合には、第一手首要素１０の横断面において、サーボモータ１３、１４を部分的に互いに重畳して配置することができる。従って、第一手首要素１０の横断面の面積を小さく抑えることが可能となる。なお、図面には示さないものの、サーボモータ１３を第一手首要素１０の後端側に配置すると共に、サーボモータ１４を第一手首要素１０の先端側に配置してもよい。

【0033】

図３および図４に示されるように、サーボモータ１３の出力軸には、コニカル(テーパ)歯車２４（駆動歯車）が設けられている。コニカル歯車２４は、第二手首用ピニオンギヤ１６と一体的に回転する平歯車２５（被駆動歯車）に係合している。

【0034】

図３に特に示されるように、第二手首用ピニオンギヤ１６は、一対のベアリング２８、２９により回動自在に支持されている。そして、第二手首用ピニオンギヤ１６の先端は、第二軸線ｂに向かう方向に延びている。図４から分かるように、第二手首用ピニオンギヤ１６は第一軸線ａに対し所定の角度で配置される。

【0035】

第二手首用ピニオンギヤ１６がベアリング２８、２９によって支持されるので、ハイポイドギヤセットの場合と比較して、ベベルギヤセット１５に作用する負荷を小さくすることができる。従って、ベアリング２８、２９のベアリング容量を小さくできると共に、ベアリング２８、２９の間の距離を短くできる。その結果、第二手首用ピニオンギヤ１６の長さを短くすることができる。

【0036】

なお、ベアリング２８と平歯車２５との間に設けられたベアリングナット３６によって、一対のベアリング２８、２９に対し、軸方向に予圧を作用させられる。従って、ベベルギヤセットの原動側歯車の回転精度を最良の状態で、回転支持することができる。

【0037】

このような予圧は、原動側歯車に一対のベアリング２８、２９およびカラー３５、ベアリングナット３６をユニットとして組立てる際に調整される。そして、ベベルギヤセットの原動側歯車１６と従動側リングギヤ１７との間の位置関係をシム３７、３８などにより調整する。これにより、最適なバックラッシの調整および歯当りの調整を行うことができる。

【0038】

また、図３の右方に位置するサーボモータ１４の出力軸には、ピニオンギヤ２７が取付けられている。このピニオンギヤ２７には、ドライブシャフト３２の一端に取付けられた平歯車２６が係合している。ドライブシャフト３２の他端は、コニカル(テーパ)歯車３３（駆動歯車）が取付けられている。コニカル歯車３３は、第三手首用ピニオンギヤ２１と一体的に回転する平歯車３４（被駆動歯車）に係合している。また、ドライブシャフト３２の一端はベアリング５１により支持されると共に、他端は他のベアリング５０により支持されている。

【0039】

ここで、図３から分かるように、サーボモータ１３の出力軸とサーボモータ１４に関連づけられたドライブシャフト３２とは、第一軸線ａと第二軸線ｂとを含む平面の一方側と他方側にそれぞれ位置している。

【0040】

図３に特に示されるように、第三手首用ピニオンギヤ２１は、一対のベアリング３０、３１により回動自在に支持されている。そして、第三手首用ピニオンギヤ２１の先端は、第二軸線ｂに向かう方向に延びている。図３から分かるように、第三手首用ピニオンギヤ２１は第一軸線ａに対し所定の角度で配置される。

【0041】

第三手首用ピニオンギヤ２１がベアリング３０、３１によって支持されるので、ハイポイドギヤセットの場合と比較して、ベベルギヤセット２０に作用する負荷を小さくすることができる。従って、ベアリング３０、３１のベアリング容量を小さくできると共に、ベアリング３０、３１の間の距離を短くできる。その結果、第三手首用ピニオンギヤ２１の長さを短くすることができる。

【0042】

なお、ベアリング３０と平歯車３４との間に設けられたベアリングナット４０によって、一対のベアリング３０、３１に対し、軸方向に予圧を作用させられる。従って、ベベルギヤセットの原動側歯車の回転精度を最良の状態で、回転支持することができる。

【0043】

このような予圧は、原動側歯車に一対のベアリング３０、３１およびカラー３９、ベアリングナット４０をユニットとして組立てる際に調整される。そして、ベベルギヤセットの原動側歯車２１と従動側リングギヤ２２との間の位置関係をシム４１、４２などにより調整する。これにより、最適なバックラッシの調整および歯当りの調整を行うことができる。

【0044】

また、図５に示されるように、第三手首用リングギヤ２２は、互いに直交する一対のベベルギヤ１８、１９を介して第三手首要素１２を第三軸線ｃ回りで回転させる。

【0045】

図４および図５から分かるように、共通の第二軸線ｂを中心軸とする第二手首用リングギヤ１７と第三手首用リングギヤ２２とは、それらの外径が互いに異なる。言い換えれば、大外径の第二手首用リングギヤ１７の内側に小外径の第三手首用リングギヤ２２が回動自在に嵌合されている。すなわち、第二手首用リングギヤ１７と第三手首用リングギヤ２２とは、第二軸線ｂを共有して同心に重畳している。

【0046】

図３から分かるように、第二手首用サーボモータ１３および第三手首用サーボモータ１４が、第一軸線ａに対し、略対称に配置されている。このため、二つのサーボモータ１３、１４の配置による第一手首要素１０の横断面の面積を小さくすることができる。

【0047】

図３から分かるように、本発明においては、第二手首用ピニオンギヤ１６および第三手首用ピニオンギヤ２１を互いに平行に配置せず、第一軸線ａに対して所定の角度をなすように配置している。そして、これらピニオンギヤ１６、２１の後端に設けられたヘリカルギヤ２５、３４を介して、動力を伝達している。

【0048】

ベベルギヤセット１５、２０を用いた場合には、ハイポイドギヤセットを用いる場合と比較して、ピニオンギヤ１６、２１に作用する負荷を軽減できる。その結果、ピニオンギヤ１６、２１の長さを短くすると共に、ベアリング容量を小さくできる。さらに、本発明では、コニカル歯車２４、３３を使用しているので、第一手首要素１０を小型に維持することができる。

【0049】

しかしながら、本発明では、ハイポイドギヤセットの代わりにベベルギヤセット１５、２０を採用しているので、本発明の減速比は従来技術の減速比よりも減少する。

【0050】

この減速比の減少分は、ピニオンギヤ１６、２１の長さを短くすることにより形成された余剰空間に、従来技術よりも高出力のモータを配置することで補償される。すなわち、本発明においては、従来技術のサーボモータ１３０、１４０（図９を参照）よりも軸方向に長い高出力のサーボモータ１３、１４を採用することができる。高出力のサーボモータを使用する場合には、出力軸の出力は低下しないものの、モータ自体の回転数は低下する。このため、モータの回転数を引き上げることで、出力軸の回転速度を引き上げることも可能となる。

【0051】

さらに、本発明においては、前述した余剰空間にギヤ減速機構を追加して減速比の減少を補填することもできる。この場合には、従来と同じサイズのモータを使用することができる。コストのバランスを考えた場合、ギヤ減速機構を追加して、従来と同じサイズのモータを使用するのが好ましい場合もある。つまり、本発明においては、手首搬送機構の部品点数を必要最小限にすると共に、干渉半径を最小化させられ、また、伝達効率や軸回転速度を高めることが可能となる。

【0052】

また、本発明においては、係合部位のバックラッシ調整もシム４１、４２などにより軸方向に行うことができる。従って、軸間距離方向の調整が必要な平歯車のバックラッシを調整する場合と比較して、特別な部品を必要としないため、バックラッシの調整機構を安価に作成することができる。

【0053】

ところで、図６は他の手首駆動構造部の部分拡大図である。図６においては、ドライブシャフト３２およびその関連部材が排除されている。そして、サーボモータ１３の出力軸には平歯車２４’が、コニカル（テーパ）歯車２４の代わりに取付けられている。同様に、第三手首用サーボモータ１４の出力軸には平歯車３３’が、コニカル（テーパ）歯車３３の代わりに取付けられている。容易に製造可能な平歯車２４’、３３’を使用しているので、図６に示される構成を比較的容易に作成することができる。

【0054】

図６に示される構成では、サーボモータ１３の出力軸が第二手首用ピニオンギヤ２１の中心線と概ね平行に配置されると共に、サーボモータ１４の出力軸が第三手首用ピニオンギヤ２１の中心線と概ね平行に配置される。このため、図６に示されるように第一手首要素１０の筐体は大型化する。

【0055】

これに対し、図３においてはコニカル（テーパ）歯車２４、３３およびドライブシャフト３２を使用しているので、サーボモータ１３、１４を第一手首要素１０の軸線方向に並置でき、その結果、第一手首要素１０の横断面を小さくすることができる。なお、駆動歯車２４、３３および被駆動歯車２５、３４として、ネジ歯車セットまたは斜交歯車セットを使用してもよい。

【0056】

また、図４においては、コニカル(テーパ)歯車３３およびコニカル(テーパ)歯車２４を部位５２、５３において回転軸方向にシム調整される。これにより、これらコニカル歯車２４、３３のバックラッシ調整を行うことができ、特別な部品を使用することなしに、第二軸線ｂ回りまたは第三軸線ｃ回りのバックラッシを小さくすることができる。これにより、手首駆動機構の運用費用を低減できる。

【0057】

なお、図３においては、駆動歯車２４、３３としてコニカル(テーパ)歯車を採用すると共に、被駆動歯車２５、３４として平歯車を採用している。しかしながら、図面には示さないものの、駆動歯車２４、３３として平歯車を採用すると共に、被駆動歯車２５、３４としてコニカル（テーパ）歯車を採用してもよい。

【0058】

また、図７はさらに他の手首駆動構造部の部分拡大図であり、図８は図７に示される線Ｙ−Ｏ−Ｙ’に沿ってみた断面図である。図７および図８においては、駆動歯車２４、３３および被駆動歯車２５、３４の両方に対して、ヘリカルギヤが採用されている。

【0059】

図７および図８から分かるように、ヘリカルギヤ２４は、これに係合するヘリカルギヤ２５の下方に配置されている。また、ヘリカルギヤ３３も、これに係合するヘリカルギヤ３４の下方に配置されている。これにより、第一手首要素１０の横断面が大きくなるのを抑えることができる。これらのような場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。

【0060】

また、図９はさらに他の手首駆動構造部の部分拡大図である。図９においては、駆動歯車２４、３３および被駆動歯車２５、３４の両方に対して、斜交傘歯車が採用されている。このような場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。

【符号の説明】

【0061】

１Ａ、１Ｂ 産業用ロボット
２ 溶接トーチ
３ ハンドツール
４ 線条体
５ 供給装置
６ 基台
７ 上腕
８ 前腕
１０ 第一手首要素
１１ 第二手首要素
１２ 第三手首要素
１３、１４ サーボモータ（駆動モータ）
１５ ベベルギヤセット
１６ 第二手首用ピニオンギヤ（原動側歯車）
１７ 第二手首用リングギヤ（従動側リングギヤ）
１８、１９ ベベルギヤ
２０ ベベルギヤセット
２１ 第三手首用ピニオンギヤ（原動側歯車）
２２ 第三手首用リングギヤ（従動側リングギヤ）
２４、３３ 駆動歯車
２５、３４ 被駆動歯車
２８、２９ ベアリング
３０、３１ ベアリング
３２ ドライブシャフト
３５、３９ カラー
３６ ベアリングナット
３７、３８ シム
４１、４２ シム
５０、５１ ベアリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】