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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024176217
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】手首関節ユニットおよびそれを備えた作業装置
(51)【国際特許分類】
B25J 17/02 20060101AFI20241212BHJP
【ＦＩ】
B25J17/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023094601
(22)【出願日】2023-06-08
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100142608
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 由佳
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(72)【発明者】
【氏名】三宅 透
(72)【発明者】
【氏名】牧野 智昭
(72)【発明者】
【氏名】大庭 博明
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707BS03
3C707BS15
3C707BT05
3C707CY36
3C707HT24
(57)【要約】
【課題】小型化および軽量化を図ることができる手首関節ユニットおよびそれを備えた作業装置を提供する。
【解決手段】手首関節ユニットＨＵは、アーム５と、第１回転軸Ｃ１回りに回転可能に設けられる第１の回転部材６と、第１回転軸Ｃ１と直交する第２回転軸Ｃ２回りに回転可能に設けられる第２の回転部材である傘歯車７と、アーム５に支持され第１の回転部材６を回転駆動する第１モータ９と、アーム５に支持され傘歯車７を回転駆動する第２モータとを備える。第１の回転部材６はアーム５に片持ち支持され、第２の回転部材である傘歯車７は、第１の回転部材６に片持ち支持される。前記傘歯車７には、エンドエフェクタ１１が取付け可能である。
【選択図】図１
【解決手段】手首関節ユニットＨＵは、アーム５と、第１回転軸Ｃ１回りに回転可能に設けられる第１の回転部材６と、第１回転軸Ｃ１と直交する第２回転軸Ｃ２回りに回転可能に設けられる第２の回転部材である傘歯車７と、アーム５に支持され第１の回転部材６を回転駆動する第１モータ９と、アーム５に支持され傘歯車７を回転駆動する第２モータとを備える。第１の回転部材６はアーム５に片持ち支持され、第２の回転部材である傘歯車７は、第１の回転部材６に片持ち支持される。前記傘歯車７には、エンドエフェクタ１１が取付け可能である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アームと、
前記アームに片持ち支持され、第１回転軸回りに回転可能に設けられる第１の回転部材と、
前記第１の回転部材に片持ち支持され、第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に設けられる第２の回転部材である傘歯車と、
前記アームに支持され前記第１の回転部材を回転駆動する第１モータと、
前記アームに支持され前記傘歯車を回転駆動する第２モータと、を備え、
前記傘歯車は、エンドエフェクタが取付け可能な手首関節ユニット。
前記アームに片持ち支持され、第１回転軸回りに回転可能に設けられる第１の回転部材と、
前記第１の回転部材に片持ち支持され、第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に設けられる第２の回転部材である傘歯車と、
前記アームに支持され前記第１の回転部材を回転駆動する第１モータと、
前記アームに支持され前記傘歯車を回転駆動する第２モータと、を備え、
前記傘歯車は、エンドエフェクタが取付け可能な手首関節ユニット。
【請求項2】
請求項１に記載の手首関節ユニットにおいて、前記傘歯車と噛合う傘歯車と、この傘歯車が固定され、且つ前記アームおよび前記第１の回転部材に対して軸受（２，４）を介して回転支持される歯車軸と、をさらに備え、
前記アームに対して前記第１の回転部材が軸受（１）を介して回転支持され、この軸受（１）と、前記アームに対して前記歯車軸を回転支持する軸受（４）とが同軸に設けられている手首関節ユニット。
前記アームに対して前記第１の回転部材が軸受（１）を介して回転支持され、この軸受（１）と、前記アームに対して前記歯車軸を回転支持する軸受（４）とが同軸に設けられている手首関節ユニット。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の手首関節ユニットにおいて、前記第２の回転部材である傘歯車のボス外径Ｄは、常用するはめあいの軸で用いる寸法許容差における公差域クラスがｈ７以下またはｇ６以下であり、且つ前記ボス外径Ｄは、軸受（３）を嵌合する前記傘歯車のボス内径ｄに対する同軸度が０．０３ｍｍ以下である手首関節ユニット。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の手首関節ユニットにおいて、前記第２の回転部材である傘歯車のボス端面は、軸受（３）を嵌合する前記傘歯車のボス内径ｄに対する直角度が０．０５ｍｍ以下である手首関節ユニット。
【請求項5】
請求項１または請求項２に記載の手首関節ユニットにおいて、前記第２の回転部材である傘歯車のボス側面および端面には、前記エンドエフェクタを取付けるためのねじ孔が設けられている手首関節ユニット。
【請求項6】
請求項１または請求項２に記載の手首関節ユニットにおいて、前記第２の回転部材である傘歯車のボス端面には、前記エンドエフェクタの取付け再現性と、回転方向のずれ防止を図るピンを設置可能な取付け孔が設けられている手首関節ユニット。
【請求項7】
請求項１または請求項２に記載の手首関節ユニットにおいて、前記第２の回転部材である傘歯車のボス外径Ｄには、前記エンドエフェクタにおける第２回転軸方向の取付け位置を規制する肩が設けられ、前記肩の隅の半径Ｒが０．２ｍｍ以下、または前記肩の隅にぬすみが設けられている手首関節ユニット。
【請求項8】
請求項１または請求項２に記載の手首関節ユニットを備えた作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、手首関節ユニットおよびそれを備えた作業装置に関し、例えば、スカラーロボット、直交ロボット、垂直多関節ロボット等に適用される技術に関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットのアームの先端部には、手首関節ユニットが回転可能に連結されている。この手首関節ユニットは、互いに直交する２軸の回転軸を有し、一方の軸のまわりに回転する第１部材と、他方の軸のまわりに回転するように、第１部材に連結された第２部材とを備える。第２部材には、所定の作業が行えるようにエンドエフェクタが設置されている。
手首関節ユニットは、ロボットのアーム先端部に備えられることから、軽量であることが好ましく、また手首関節ユニットに設置されたエンドエフェクタで所定の作業を行うことから、周囲との干渉を避けるため小型であることが好ましい。
手首関節ユニットは、ロボットのアーム先端部に備えられることから、軽量であることが好ましく、また手首関節ユニットに設置されたエンドエフェクタで所定の作業を行うことから、周囲との干渉を避けるため小型であることが好ましい。
【0003】
特許文献１には、手首ユニットが開示されている。この手首ユニットでは、２つの駆動モータを有し、これら駆動モータと、これら駆動モータによって揺動および回転可能に設けられた手首との間に複数段のプーリ・ベルト機構を設置し、波動歯車減速機等の減速機を使用せずに必要な減速比を確保することで、大型化と高コスト化を回避できるとしている。
【0004】
特許文献２には、垂直多関節ロボットが開示されている。この垂直多関節ロボットでは、ＡアームにＢアームが回動可能に片持ち支持されている。前記Ａアームを駆動する減速機には貫通孔が設けられ、前記Ｂアームを駆動する伝達機構が、前記貫通孔を挿通することにより、小型化、軽量化を図れるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－２２６０２８号公報
【特許文献2】特許第７００９９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載の手首ユニットでは、揺動中心軸が両端で支持されているため、手首の幅が大きくなり、所定の作業を行っているときに、手首部が周辺と干渉する恐れがある。また、構造上、回動範囲が制限される。
【0007】
特許文献２に記載の垂直多関節ロボットでは、先端側のアームが片持ち支持されていることから、一定の小型化は実現できているが、減速機等が回動部に搭載されているため、これ以上の小型化、軽量化には限界がある。
【0008】
本発明の目的は、小型化および軽量化を図ることができる手首関節ユニットおよびそれを備えた作業装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の手首関節ユニットは、アームと、
前記アームに片持ち支持され、第１回転軸回りに回転可能に設けられる第１の回転部材と、
前記第１の回転部材に片持ち支持され、第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に設けられる第２の回転部材である傘歯車と、
前記アームに支持され前記第１の回転部材を回転駆動する第１モータと、
前記アームに支持され前記傘歯車を回転駆動する第２モータと、を備え、
前記傘歯車には、エンドエフェクタを取付け可能である。
前記アームに片持ち支持され、第１回転軸回りに回転可能に設けられる第１の回転部材と、
前記第１の回転部材に片持ち支持され、第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に設けられる第２の回転部材である傘歯車と、
前記アームに支持され前記第１の回転部材を回転駆動する第１モータと、
前記アームに支持され前記傘歯車を回転駆動する第２モータと、を備え、
前記傘歯車には、エンドエフェクタを取付け可能である。
【0010】
この構成によると、第１の回転部材はアームに片持ち支持され、第２の回転部材である傘歯車は第１の回転部材に片持ち支持されているため、第１，第２の回転部材は、第１，第２モータおよび支持部材等に干渉することなく回転運動の自由度を高めることが可能となる。また第１，第２の回転部材が片持ち支持されているため、これら第１，第２の回転部材が両持ち支持される構造よりも小型化および軽量化を図ることができる。第１，第２モータは、回転運動する回転部材ではなく、ベースとなるアームに支持されているため、モータ本体が動くことがない。これにより軽量でコンパクトな第１，第２の回転部材を実現できる。さらに第２の回転部材である傘歯車に、エンドエフェクタが取付け可能なため、部品点数が少なく、コンパクトかつ軽量な手首関節ユニットを実現できる。
【0011】
前記傘歯車と噛合う傘歯車と、この傘歯車が固定され、且つ前記アームおよび前記第１の回転部材に対して軸受（２，４）を介して回転支持される歯車軸と、をさらに備え、
前記アームに対して前記第１の回転部材が軸受（１）を介して回転支持され、この軸受（１）と、前記アームに対して前記歯車軸を回転支持する軸受（４）とが同軸に設けられていてもよい。
この場合、第１および第２モータの両者を適切な関係で回転させることにより、第２の回転部材である傘歯車を、第１回転軸回りのみに回転駆動することが可能である。第１モータを回転させず第２モータのみを回転することで、第２の回転部材である傘歯車を、第２回転軸回りのみに回転駆動し得る。
前記アームに対して前記第１の回転部材が軸受（１）を介して回転支持され、この軸受（１）と、前記アームに対して前記歯車軸を回転支持する軸受（４）とが同軸に設けられていてもよい。
この場合、第１および第２モータの両者を適切な関係で回転させることにより、第２の回転部材である傘歯車を、第１回転軸回りのみに回転駆動することが可能である。第１モータを回転させず第２モータのみを回転することで、第２の回転部材である傘歯車を、第２回転軸回りのみに回転駆動し得る。
【0012】
前記第２の回転部材である傘歯車のボス外径Ｄは、常用するはめあいの軸で用いる寸法許容差における公差域クラスがｈ７以下またはｇ６以下であり、且つ前記ボス外径Ｄは、軸受（３）を嵌合する前記傘歯車のボス内径ｄに対する同軸度が０．０３ｍｍ以下であってもよい。この場合、前記傘歯車に取り付けられるエンドエフェクタの動作の精度を、傘歯車のボス外径Ｄがｈ７を超える構造、または傘歯車のボス内径ｄに対するボス外径Ｄの同軸度が０．０３ｍｍを超える構造に対して、向上することができる。
【0013】
前記第２の回転部材である傘歯車のボス端面は、軸受（３）を嵌合する前記傘歯車のボス内径ｄに対する直角度が０．０５ｍｍ以下であってもよい。この場合、傘歯車に対しエンドエフェクタを精度良く適切に取り付けることが可能となる。
【0014】
前記第２の回転部材である傘歯車のボス側面および端面には、前記エンドエフェクタを取付けるためのねじ孔が設けられていてもよい。この場合、エンドエフェクタを傘歯車に対し容易に脱着することができる。
【0015】
前記第２の回転部材である傘歯車のボス端面には、前記エンドエフェクタの取付け再現性と、回転方向のずれ防止を図るピンを設置可能な取付け孔が設けられていてもよい。この場合、傘歯車のボス端面の取付け孔にピンを設置しておくことで、エンドエフェクタの取付け再現性と、回転方向のずれ防止を図り、エンドエフェクタを傘歯車に対し容易に脱着し得る。
【0016】
前記第２の回転部材である傘歯車のボス外径Ｄには、前記エンドエフェクタにおける第２回転軸方向の取付け位置を規制する肩が設けられ、前記肩の隅の半径Ｒが０．２ｍｍ以下、または前記肩の隅にぬすみが設けられていてもよい。この場合、エンドエフェクタを傘歯車のボス外径に嵌め込んだとき、エンドエフェクタが肩に確実に当接しエンドエフェクタにおける第２回転軸方向の取付け位置の再現性を担保することができる。
【0017】
本発明の作業装置は、いずれかの手首関節ユニットを備えている。この作業装置によると、従来の手首関節ユニットを使用した作業装置より狭い場所での作業、壁際での作業、または狭い間隔で複数台並べて作業することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明の手首関節ユニットは、第１，第２の回転部材が片持ち支持されているため、小型化および軽量化を図ることができる。第１，第２モータは、ベースとなるアームに支持されているため、モータ本体が動くことがなく軽量でコンパクトな第１，第２の回転部材を実現できる。第２の回転部材である傘歯車に、エンドエフェクタが取付け可能なため、部品点数が少なく、コンパクトかつ軽量な手首関節ユニットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る手首関節ユニットの縦断面図である。
【図2】同手首関節ユニットの各２モータと平歯車との関係を概略示す図である。
【図3】同手首関節ユニットの第２の回転部材付近を拡大して示す部分断面図である。
【図6A】いずれかの実施形態に係る手首関節ユニットを搭載した作業装置の例１を示す図である。
【図6B】いずれかの実施形態に係る手首関節ユニットを搭載した作業装置の例２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る手首関節ユニットを図１ないし図５Ａと共に説明する。手首関節ユニットを備えた後述の作業装置は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。
＜手首関節ユニットの全体構成＞
図１のように、手首関節ユニットＨＵは、アーム５と、アーム５に片持ち支持され第１回転軸Ｃ１回りに回転可能に設けられる第１の回転部材６と、第１の回転部材６に片持ち支持され第１回転軸Ｃ１と直交する第２回転軸Ｃ２回りに回転可能に設けられる第２の回転部材７を含む減速機構８と、駆動源である第１，第２モータ９，１０とを備える。第２の回転部材である傘歯車７に、エンドエフェクタ１１が取付けられる。前記作業装置は、傘歯車７に取付けられたエンドエフェクタ１１を、ワークに対し位置決めして作業を行う。
本発明の実施形態に係る手首関節ユニットを図１ないし図５Ａと共に説明する。手首関節ユニットを備えた後述の作業装置は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。
＜手首関節ユニットの全体構成＞
図１のように、手首関節ユニットＨＵは、アーム５と、アーム５に片持ち支持され第１回転軸Ｃ１回りに回転可能に設けられる第１の回転部材６と、第１の回転部材６に片持ち支持され第１回転軸Ｃ１と直交する第２回転軸Ｃ２回りに回転可能に設けられる第２の回転部材７を含む減速機構８と、駆動源である第１，第２モータ９，１０とを備える。第２の回転部材である傘歯車７に、エンドエフェクタ１１が取付けられる。前記作業装置は、傘歯車７に取付けられたエンドエフェクタ１１を、ワークに対し位置決めして作業を行う。
【0021】
＜アーム＞
ベースとなるアーム５は、基端側アーム５ｂと、基端側アーム５ｂに連結される先端側アーム５ａとを有する。先端側アーム５ａは有底筒状に形成され、先端側アーム５ａの筒部における開口周縁部に基端側アーム５ｂが連結されている。基端側アーム５ｂと先端側アーム５ａで囲まれた空間Ｓ１に、後述する減速機構８の一部が設けられる。
ベースとなるアーム５は、基端側アーム５ｂと、基端側アーム５ｂに連結される先端側アーム５ａとを有する。先端側アーム５ａは有底筒状に形成され、先端側アーム５ａの筒部における開口周縁部に基端側アーム５ｂが連結されている。基端側アーム５ｂと先端側アーム５ａで囲まれた空間Ｓ１に、後述する減速機構８の一部が設けられる。
【0022】
＜第１の回転部材＞
第１の回転部材６は、先端側アーム５ａに片持ち支持され、軸受１により第１回転軸Ｃ１回りに回転可能に設けられる。第１の回転部材６は、中空円筒状の基端側回転台６ａと、基端側回転台６ａに固定される先端側回転台６ｂとを有する。この例では、基端側回転台６ａと先端側回転台６ｂとが別部材に設けられ互いに連結されているが、基端側回転台６ａと先端側回転台６ｂとが一体に設けられてもよい。前記「一体に設けられ」とは、基端側回転台６ａと先端側回転台６ｂとが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。前記第１，第２回転軸Ｃ１，Ｃ２は、実体のない回転軸心を意味する。
第１の回転部材６は、先端側アーム５ａに片持ち支持され、軸受１により第１回転軸Ｃ１回りに回転可能に設けられる。第１の回転部材６は、中空円筒状の基端側回転台６ａと、基端側回転台６ａに固定される先端側回転台６ｂとを有する。この例では、基端側回転台６ａと先端側回転台６ｂとが別部材に設けられ互いに連結されているが、基端側回転台６ａと先端側回転台６ｂとが一体に設けられてもよい。前記「一体に設けられ」とは、基端側回転台６ａと先端側回転台６ｂとが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。前記第１，第２回転軸Ｃ１，Ｃ２は、実体のない回転軸心を意味する。
【0023】
有底筒状となる先端側アーム５ａの底部に軸受１の外輪外周面が嵌合固定され、軸受１の内輪内周面に基端側回転台６ａの外周面が嵌合固定されている。基端側回転台６ａの一側面に、例えば、角筒状の先端側回転台６ｂが繋がり、この先端側回転台６ｂが第１回転軸方向一方つまり図１上側に突出するように設けられている。先端側回転台６ｂには、傘歯車７，１２との干渉を防ぐ空間Ｓ２が形成されると共に、傘歯車７を回転支持する歯車軸１３を嵌合固定する孔６ｂａが形成されている。先端側回転台６ｂの一側面には、前記空間Ｓ２に異物が侵入することを防ぐと共にグリースの漏洩を防ぐカバー１４が設けられている。
【0024】
＜駆動源＞
図１および図２のように、第１，第２モータ９，１０は、それぞれアーム５の基端側アーム５ｂに支持される。第１モータ９は第１回転部材５を回転駆動する駆動源であり、第２モータ１０は、第２の回転部材である傘歯車７を回転駆動する駆動源である。図１のように、基端側アーム５ｂには、第１モータ９のモータ本体を支持する孔５ｂａが形成され、モータ軸がアーム５内の前記空間Ｓ１に収容される。前記モータ軸の回転軸心は、第１回転軸Ｃ１に平行に配置される。基端側アーム５ｂには、第２モータ１０（図２）のモータ本体を支持する孔も形成され、第２モータ１０（図２）のモータ軸もアーム５内の前記空間Ｓ１に収容される。前記モータ軸の回転軸心も、第１回転軸Ｃ１に平行に配置される。
図１および図２のように、第１，第２モータ９，１０は、それぞれアーム５の基端側アーム５ｂに支持される。第１モータ９は第１回転部材５を回転駆動する駆動源であり、第２モータ１０は、第２の回転部材である傘歯車７を回転駆動する駆動源である。図１のように、基端側アーム５ｂには、第１モータ９のモータ本体を支持する孔５ｂａが形成され、モータ軸がアーム５内の前記空間Ｓ１に収容される。前記モータ軸の回転軸心は、第１回転軸Ｃ１に平行に配置される。基端側アーム５ｂには、第２モータ１０（図２）のモータ本体を支持する孔も形成され、第２モータ１０（図２）のモータ軸もアーム５内の前記空間Ｓ１に収容される。前記モータ軸の回転軸心も、第１回転軸Ｃ１に平行に配置される。
【0025】
＜減速機構＞
減速機構８は、第１モータ９の回転を減速する第１減速機構部８Ａと、第２モータ１０（図２）の回転を減速する第２減速機構部８Ｂとを含む。第１減速機構部８Ａは、第１モータ９のモータ軸に固定された平歯車１５と、基端側回転台６ａの他側面に固定され前記平歯車１５に噛合う平歯車１６と、アーム５に対し第１の回転部材６を回転支持する軸受１とを有する。前記平歯車１６は第１回転軸Ｃ１回りに回転可能であり、平歯車１５，１６はアーム５内の前記空間Ｓ１に収容される。軸受１としては、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を受けることができる深溝玉軸受が適用されている。第１モータ９を回転駆動することで、第１回転部材６は、第１減速機構部８Ａにより所定の減速比で第１回転軸Ｃ１回りに回転駆動される。
減速機構８は、第１モータ９の回転を減速する第１減速機構部８Ａと、第２モータ１０（図２）の回転を減速する第２減速機構部８Ｂとを含む。第１減速機構部８Ａは、第１モータ９のモータ軸に固定された平歯車１５と、基端側回転台６ａの他側面に固定され前記平歯車１５に噛合う平歯車１６と、アーム５に対し第１の回転部材６を回転支持する軸受１とを有する。前記平歯車１６は第１回転軸Ｃ１回りに回転可能であり、平歯車１５，１６はアーム５内の前記空間Ｓ１に収容される。軸受１としては、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を受けることができる深溝玉軸受が適用されている。第１モータ９を回転駆動することで、第１回転部材６は、第１減速機構部８Ａにより所定の減速比で第１回転軸Ｃ１回りに回転駆動される。
【0026】
第２減速機構部８Ｂは、平歯車１７，１８（図２）、軸受２，４、基端側の歯車軸１９、傘歯車１２，７、軸受３および先端側の歯車軸１３を有する。平歯車１７（図２）は、第２モータ１０（図２）のモータ軸に固定される。基端側の歯車軸１９は、基端側アーム５ｂおよび基端側回転台６ａに対して軸受４，２を介して回転支持される。軸受２，４は軸受１と同軸に設けられている。基端側の歯車軸１９の基端部に平歯車１８が固定され、前記歯車軸１９の先端部に傘歯車１２が固定されている。前記平歯車１８はアーム５内の前記空間Ｓ１に収容され、前記傘歯車１２は、先端側回転台６ｂの空間Ｓ２に収容され、第２の回転部材である傘歯車７と噛み合う。
【0027】
図３のように、先端側の歯車軸１３は第２回転軸Ｃ２方向に延びる。先端側の歯車軸１３は、長手方向先端部に位置する小径部１３ａと、この小径部１３ａに対し同軸に繋がる大径部１３ｂとを有する。先端側回転台６ｂの孔６ｂａに、大径部１３ｂの大部分が嵌合固定され、前記孔６ｂａから小径部１３ａが突出するように設けられる。歯車軸１３の小径部１３ａには、複数（この例では２個）の軸受３，３を介して、傘歯車７が固定されている。
【0028】
歯車軸１３の小径部１３ａに各軸受３の内輪が嵌合固定され、各軸受３の外輪に傘歯車７のボス内径ｄが嵌合固定されている。図１の軸受２，３，４についても、軸受１と同様に、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を受けることができる深溝玉軸受が適用されている。図２の第２モータ１０を回転駆動することで、図１に示す傘歯車７は、第２減速機構部８Ｂにより所定の減速比で第２回転軸Ｃ２回りに回転駆動される。
【0029】
但し、先端側アーム５ａに軸受１を介して基端側回転台６ａが回転支持され、この基端側回転台６ａに軸受２を介して基端側の歯車軸１９が固定され、軸受１，２が同軸に配置されるため、第１モータ９を回転駆動すると、基端側の歯車軸１９が連れ回る。これにより傘歯車７は第２回転軸Ｃ２回りに回転する。
このとき傘歯車７が第２回転軸Ｃ２回りに回転せず、第１回転軸Ｃ１回りのみ回転駆動するには、第１の回転部材５の回転駆動に対して基端側の歯車軸１９にも適切な回転駆動を行う必要がある。
このとき傘歯車７が第２回転軸Ｃ２回りに回転せず、第１回転軸Ｃ１回りのみ回転駆動するには、第１の回転部材５の回転駆動に対して基端側の歯車軸１９にも適切な回転駆動を行う必要がある。
【0030】
第１モータ９および第２モータ１０（図２）の両者を適切な関係で回転させることにより、傘歯車７を第１回転軸Ｃ１回りのみに回転駆動することが可能である。第１モータ９を回転させず、第２モータ１０（図２）を適切に回転することで、傘歯車７を第２回転軸Ｃ２回りのみに回転駆動することが可能である。
また第１モータ９および第２モータ１０（図２）の両者を適切な関係で回転させることにより、傘歯車７を、第１，第２回転軸Ｃ１，Ｃ２回りにそれぞれ所望の速度で同時に回転駆動することが可能である。
また第１モータ９および第２モータ１０（図２）の両者を適切な関係で回転させることにより、傘歯車７を、第１，第２回転軸Ｃ１，Ｃ２回りにそれぞれ所望の速度で同時に回転駆動することが可能である。
【0031】
＜パラメータ等について＞
図３のように、第２の回転部材である傘歯車７は、エンドエフェクタ１１（図１）が適切に取付けられるように、傘歯車７のボス外径Ｄは、常用するはめあいの軸で用いる寸法許容差における公差域クラスがｈ７以下またはｇ６以下である。具体的には、ボス外径Ｄの寸法許容差はｈ７、ｈ６、ｈ５、ｇ６等の締嵌めの公差域クラスが用いられる。且つボス外径Ｄは、軸受３を嵌合する傘歯車７のボス内径ｄに対する同軸度が０．０３ｍｍ以下である。
図３のように、第２の回転部材である傘歯車７は、エンドエフェクタ１１（図１）が適切に取付けられるように、傘歯車７のボス外径Ｄは、常用するはめあいの軸で用いる寸法許容差における公差域クラスがｈ７以下またはｇ６以下である。具体的には、ボス外径Ｄの寸法許容差はｈ７、ｈ６、ｈ５、ｇ６等の締嵌めの公差域クラスが用いられる。且つボス外径Ｄは、軸受３を嵌合する傘歯車７のボス内径ｄに対する同軸度が０．０３ｍｍ以下である。
【0032】
この場合、傘歯車７に取り付けられるエンドエフェクタの動作の精度を、傘歯車７のボス外径Ｄがｈ７を超える構造、または傘歯車７のボス内径ｄに対するボス外径Ｄの同軸度が０．０３ｍｍを超える構造に対して、向上することができる。
傘歯車７のボス端面７ａは、軸受３を嵌合する傘歯車７のボス内径ｄに対する直角度が０．０５ｍｍ以下である。このため、傘歯車７に対しエンドエフェクタを精度良く適切に取り付けることが可能となる。
傘歯車７のボス端面７ａは、軸受３を嵌合する傘歯車７のボス内径ｄに対する直角度が０．０５ｍｍ以下である。このため、傘歯車７に対しエンドエフェクタを精度良く適切に取り付けることが可能となる。
【0033】
図３および図４のように、傘歯車７のボス側面７ｂおよび端面７ａには、エンドエフェクタを取付けるためのねじ孔２０が設けられている。ボス端面７ａに複数のねじ孔２０が円周等配に設けられ、各ねじ孔２０はそれぞれ第２回転軸方向に平行に延びるように形成されている。ボス側面７ｂに設けられるねじ孔２０は、第２回転軸方向に直交する径方向に延びるように形成されている。この場合、エンドエフェクタを傘歯車７に対し容易に脱着し得る。
【0034】
第２の回転部材である傘歯車７のボス端面７ａには、エンドエフェクタの取付け再現性と、回転方向のずれ防止を図るピン２１を設置可能な取付け孔２２が設けられている。取付け孔２２は、第２回転軸方向に平行に延びる。ピン２１として、例えば、ノックピン等が適用される。この場合、傘歯車７のボス端面７ａの取付け孔２２にピン２１を設置しておくことで、エンドエフェクタの取付け再現性と、回転方向のずれ防止を図り、エンドエフェクタを傘歯車７に対し容易に脱着し得る。
【0035】
図５Ａのように、エンドエフェクタの取付け再現性を担保できるように、第２の回転部材である傘歯車７のボス外径Ｄには、エンドエフェクタにおける第２回転軸方向の取付け位置を規制する肩２３が設けられている。さらに肩２３の隅２３ａの半径Ｒが０．２ｍｍ以下、または図５Ｂのように、肩２３の隅にぬすみ２４が設けられている。この場合、エンドエフェクタを傘歯車７のボス外径Ｄに嵌め込んだとき、エンドエフェクタが肩２３に確実に当接しエンドエフェクタにおける第２回転軸方向の取付け位置の再現性を担保し得る。
【0036】
＜作用効果＞
以上説明した図１の手首関節ユニットＨＵによると、第１の回転部材６はアーム５に片持ち支持され、第２の回転部材である傘歯車７は第１の回転部材６に片持ち支持されているため、第１，第２の回転部材６，７は、第１，第２モータ９，１０（図２）および支持部材等に干渉することなく回転運動の自由度を高めることが可能となる。また第１，第２の回転部材６，７が片持ち支持されているため、これら第１，第２の回転部材６，７が両持ち支持される構造よりも小型化および軽量化を図ることができる。第１，第２モータ９，１０（図２）は、回転運動する回転部材ではなく、ベースとなるアーム５に支持されているため、モータ本体が動くことがない。これにより軽量でコンパクトな第１，第２の回転部材６，７を実現できる。さらに第２の回転部材である傘歯車７に、エンドエフェクタ１１が取付けられているため、部品点数が少なく、コンパクトかつ軽量な手首関節ユニットＨＵを実現できる。
以上説明した図１の手首関節ユニットＨＵによると、第１の回転部材６はアーム５に片持ち支持され、第２の回転部材である傘歯車７は第１の回転部材６に片持ち支持されているため、第１，第２の回転部材６，７は、第１，第２モータ９，１０（図２）および支持部材等に干渉することなく回転運動の自由度を高めることが可能となる。また第１，第２の回転部材６，７が片持ち支持されているため、これら第１，第２の回転部材６，７が両持ち支持される構造よりも小型化および軽量化を図ることができる。第１，第２モータ９，１０（図２）は、回転運動する回転部材ではなく、ベースとなるアーム５に支持されているため、モータ本体が動くことがない。これにより軽量でコンパクトな第１，第２の回転部材６，７を実現できる。さらに第２の回転部材である傘歯車７に、エンドエフェクタ１１が取付けられているため、部品点数が少なく、コンパクトかつ軽量な手首関節ユニットＨＵを実現できる。
【0037】
手首関節ユニットＨＵは、傘歯車７と噛合う傘歯車１２と、この傘歯車１２が固定され、且つアーム５および第１の回転部材６に対して軸受４，２を介して回転支持される歯車軸１９とをさらに備える。アーム５に対して第１の回転部材６が軸受１を介して回転支持され、この軸受１と、アーム５に対して歯車軸１９を回転支持する軸受４とが同軸に設けられている。このため、第１および第２モータ９，１０（図２）の両者を適切な関係で回転させることにより、第２の回転部材である傘歯車７を、第１回転軸Ｃ１回りのみに回転駆動することが可能である。第１モータ９を回転させず第２モータ１０（図２）のみを回転することで、第２の回転部材である傘歯車７を、第２回転軸Ｃ２回りのみに回転駆動し得る。
【0038】
＜他の実施形態について＞
軸受１，２，３，４のうち少なくともいずれか１つを、深溝玉軸受以外の転がり軸受に代えてもよい。但し、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を受けることができる転がり軸受を適用する。このような転がり軸受として、例えば、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、円すいころ軸受、クロスローラー軸受等が適用可能である。また転がり軸受に代えて滑り軸受を適用することも可能である。
第２の回転部材である傘歯車に、ツールチェンジャー等の中間部材を介してエンドエフェクタが取付けられてもよい。
軸受１，２，３，４のうち少なくともいずれか１つを、深溝玉軸受以外の転がり軸受に代えてもよい。但し、ラジアル荷重およびアキシアル荷重を受けることができる転がり軸受を適用する。このような転がり軸受として、例えば、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、円すいころ軸受、クロスローラー軸受等が適用可能である。また転がり軸受に代えて滑り軸受を適用することも可能である。
第２の回転部材である傘歯車に、ツールチェンジャー等の中間部材を介してエンドエフェクタが取付けられてもよい。
【0039】
＜作業装置＞
＜直交ロボット：図６Ａ＞
図６Ａのように、手首関節ユニットＨＵを備えた直交ロボット（作業装置）２５としてもよい。この例の直交ロボット２５には、Ｘ軸、Ｚ軸の直交２軸方向に移動するＸＺステージが適用されている。この直交ロボット２５は、互いに直交するＸ軸、Ｚ軸にそれぞれ対応するＸ軸電動アクチュエータ２６およびＺ軸電動アクチュエータ２７を含む。Ｚ軸電動アクチュエータ２７は、支持台２８上において図６Ａの上下方向であるＺ軸方向に延びる柱部２９と、柱部２９の一側面に固定されるガイド部３０と、ガイド部３０に沿って摺動するＺ軸ステージ３１と、Ｚ軸ステージ３１の駆動源であるＺ軸モータ３２と、Ｚ軸モータ３２の回転をＺ軸に沿う直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。
＜直交ロボット：図６Ａ＞
図６Ａのように、手首関節ユニットＨＵを備えた直交ロボット（作業装置）２５としてもよい。この例の直交ロボット２５には、Ｘ軸、Ｚ軸の直交２軸方向に移動するＸＺステージが適用されている。この直交ロボット２５は、互いに直交するＸ軸、Ｚ軸にそれぞれ対応するＸ軸電動アクチュエータ２６およびＺ軸電動アクチュエータ２７を含む。Ｚ軸電動アクチュエータ２７は、支持台２８上において図６Ａの上下方向であるＺ軸方向に延びる柱部２９と、柱部２９の一側面に固定されるガイド部３０と、ガイド部３０に沿って摺動するＺ軸ステージ３１と、Ｚ軸ステージ３１の駆動源であるＺ軸モータ３２と、Ｚ軸モータ３２の回転をＺ軸に沿う直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。
【0040】
Ｘ軸電動アクチュエータ２６は、Ｚ軸ステージ３１に支持され同図６Ａの左右方向であるＸ軸方向に沿って延びるガイド部３３と、ガイド部３３に沿って摺動するＸ軸ステージ３４と、Ｘ軸ステージ３４の駆動源であるＸ軸モータ３５と、Ｘ軸モータ３５の回転をＸ軸に沿う直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。Ｘ軸ステージ３４にブラケット３６等を介して手首関節ユニットＨＵが連結されている。この手首関節ユニットＨＵの第１回転軸Ｃ１は、例えば、前記Ｚ軸に平行に配置される。
【0041】
支持台２８上には、Ｘ軸、Ｚ軸にそれぞれ直交するＹ軸方向のＹ軸電動アクチュエータ３７が設けられている。Ｙ軸電動アクチュエータ３７は、支持台２８上でＹ軸方向に沿って延びるガイド部３８と、ガイド部３８に沿って摺動するＹ軸ステージ３９と、Ｙ軸ステージ３９の駆動源であるＹ軸モータ４０と、Ｙ軸モータ４０の回転をＹ軸に沿う直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。Ｙ軸ステージ４０上にワークＷが設置される。
【0042】
直交ロボット２５、Ｙ軸電動アクチュエータ３７および手首関節ユニットＨＵの各モータは、図示外の制御装置により協働して制御される。これにより直交ロボット２５は、手首関節ユニットＨＵの先端に取付けられたエンドエフェクタ１１をワークＷに対し位置決めして所望の作業を行う。
この作業装置によると、従来の手首関節ユニットを使用した作業装置より狭い場所での作業、壁際での作業、または狭い間隔で複数台並べて作業することができる。
この作業装置によると、従来の手首関節ユニットを使用した作業装置より狭い場所での作業、壁際での作業、または狭い間隔で複数台並べて作業することができる。
【0043】
＜スカラーロボット：図６Ｂ＞
図６Ｂのように、手首関節ユニットＨＵを備えたスカラーロボット（作業装置）４１としてもよい。このスカラーロボット４１は、ベースユニット４２に設けられた回転駆動源に、回転機構４３を介して基端側の第１のアーム４４がＺ軸方向回りに回転可能に設けられている。第１のアーム４４の先端部に、回転機構４５を介して第２のアーム４６がＺ軸方向回りに回転可能に設けられている。第２のアーム４５の先端部に、Ｚ軸方向に移動駆動可能な直動案内機構４７を介して手首関節ユニットＨＵが連結されている。この手首関節ユニットＨＵの第１回転軸Ｃ１も、前記Ｚ軸に平行に配置される。ワークＷは支持台２８上に載置支持されている。
図６Ｂのように、手首関節ユニットＨＵを備えたスカラーロボット（作業装置）４１としてもよい。このスカラーロボット４１は、ベースユニット４２に設けられた回転駆動源に、回転機構４３を介して基端側の第１のアーム４４がＺ軸方向回りに回転可能に設けられている。第１のアーム４４の先端部に、回転機構４５を介して第２のアーム４６がＺ軸方向回りに回転可能に設けられている。第２のアーム４５の先端部に、Ｚ軸方向に移動駆動可能な直動案内機構４７を介して手首関節ユニットＨＵが連結されている。この手首関節ユニットＨＵの第１回転軸Ｃ１も、前記Ｚ軸に平行に配置される。ワークＷは支持台２８上に載置支持されている。
【0044】
スカラーロボット４１、手首関節ユニットＨＵの各モータは、図示外の制御装置により協働して制御される。これによりスカラーロボット４１は、手首関節ユニットＨＵの先端に取付けられたエンドエフェクタ１１をワークＷに対し位置決めして所望の作業を行う。この作業装置においても、従来の手首関節ユニットを使用した作業装置より狭い場所での作業、壁際での作業、または狭い間隔で複数台並べて作業することができる。
【0045】
図示しないが、例えば、４軸以下の垂直多関節ロボットの先端部に手首関節ユニットを備えてもよい。勿論、５軸または６軸の垂直多関節ロボットの先端部に手首関節ユニットを備えることも可能である。この場合にも前述の同様の作用効果を奏する。
【0046】
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0047】
１～４…軸受、５…アーム、６…第１の回転部材、７…傘歯車（第２の回転部材）、９…第１モータ、１０…第２モータ、１１…エンドエフェクタ、１２…傘歯車、１９…歯車軸、２０…ねじ孔、２１…ピン、２２…取付け孔、２３…肩、２４…ぬすみ、２５…直交ロボット（作業装置）、２６…スカラーロボット（作業装置）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】