JPH08197480A - 産業用ロボットの手首機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボットの手首をなすスプライン軸を
スプライン係合を介して案内するスプライン案内部材に
よってスプライン軸を回動させる機構において、その回
転方向の位置決め精度を向上させることにある。 【構成】 スプライン案内部材をモータにより低精度の
減速機構を介することなく低速回転させるために、その
モータを超音波モータとし、そのローターをスプライン
案内部材に直結させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はハンドを直線的に往復移
動させ、及び軸回りに回動させるスプラインを有する産
業用ロボットの手首機構に係り、その駆動をモータによ
って行う手首機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】水平多関節型ロボットや直交座標型ロボ
ットでは、ハンドを取り付ける手首軸が直線移動及び回
動の二自由度を有する機構になっいるのが一般的であ
る。その具体的構成は、手首軸がスプライン軸をなし、
このスプライン軸にスプライン係合するスプラインナッ
トが回動用サーボモータによって駆動されることにより
手首軸に回動が与えられ、及び手首軸に上下動等の直線
移動を与えるためにボールネジ機構が設けられている。
このボールネジ機構は直線移動用サーボモータによって
ボールネジ及びボールナットのうち、一方を回転駆動す
ることによって他方を直線移動させ、その移動をスプラ
イン軸、即ち手首軸に直線移動として伝えるようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種のロボットの手
首機構では、手首軸の回動用サーボモータの回転速度と
直線移動用サーボモータの回転速度とを比較すると、直
線移動がネジ送り機構によってもたらされるため、前者
ではモータの通常速度で差支えないが、後者ではネジ送
り機構を利用しないので減速する必要がある。このた
め、従来では回動用サーボモータとスプラインナットと
の間に減速機構が介在されていた。 この減速機構はタ
イミングベルトや歯車伝達機構によって構成されるの
で、それらのバックラッシュが回転方向の位置決め精度
を向上させる際の制約になっていた。経験的には、最終
的な回転方向の位置繰り返し精度は±０．０３〜０．０
５程度と不十分なものであった。また、その減速機構が
装置の小形化を阻む要因にもなっていた。本発明の目的
は、手首軸の回転方向の位置決め精度を向上できる産業
用ロボットの手首機構を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、支持体に
超音波モータからなる第１のモータを取り付け、この第
１のモータのローターにスプライン案内部材を直結し、
このスプライン案内部材にスプライン係合部を有するス
プライン軸をそのスプライン係合部によって軸方向移動
可能で且つ回転方向において係合するように、即ちスプ
ライン係合するように挿通し、更にこのスプライン軸を
軸方向に往復移動させる軸方向移動装置を設けてなる。

【０００５】第２の手段は、スプライン案内部材に代
え、第１のモータのローターの回転中心に貫通孔を形成
し、この貫通孔の内周に前記スプライン軸がスプライン
係合するスプライン案内部を形成してなる。第３の手段
は、スプライン軸にスプライン係合部と共にボールネジ
溝を形成し、軸方向移動装置に、前記ボールネジ溝に係
合するボールネジナットとこのボールネジナットを回転
させそれによってスプライン軸を往復移動させる第２の
モータとを設けてなる。

【０００６】

【作用】第１の手段によれば、超音波モータが駆動され
るとそのローターに直結されたスプライン案内部材が回
転されのるで、手首軸即ちスプライン軸が回動される。
このスプライン軸の直線移動は軸方向移動装置によって
なされる。ローターにスプライン案内部を直接形成した
第２の手段では、そのスプライン案内部がスプライン案
内部材と同様に作用する。また、第３の手段では、軸方
向移動装置に有する第２のモータにより回転されるボー
ルネジナットがスプライン軸に形成されたボールネジ溝
と係合して回転するので、そのネジ送り作用によってス
プライン軸が往復移動される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。支持体、即ち中空の支持フレーム１
の下方に第１のモータである超音波モータ２が支持さ
れ、また支持フレーム１の中空部内には軸方向移動装置
３を構成するネジ送り機構４のボールネジナット５がボ
ールベアリング６を介して回転自在に支持されている。
このボールネジナット５を回転させる第２のモータ即ち
サーボモータ７が支持フレーム１の上端に支持され、そ
のローター８の回転軸８ａが中空になっており、この回
転軸８ａの下端が前記ボールネジナット５にこれを回転
するように直結されている。

【０００８】このボールネジナット５及びサーボーモー
タ７の中空の回転軸８ａに手首軸としてのスプライン軸
９が貫通してあり、このスプライン軸９にはスプライン
係合部としてのスプライン溝９ａ及び前記ボールネジナ
ット５に係合するボールネジ溝９ｂが形成されている。
超音波モータ２はモータフレーム１０に支持された圧電
素子からなるステーター１０ａと前記スプライン軸９が
貫通する貫通孔１０ｂを回転中心に形成したローター１
０ｃとからなり、このローター１０ｃは更に中空回転軸
部材１１に連結され、この中空回転軸部材１１がモータ
フレーム１０にベアリング１１ａを介して回転自在に支
持されている。

【０００９】このローター１０ｃに、すなわち、中空回
転軸部材１１に円筒状のスプライン案内部材１２がボル
ト１３により直結されており、前記スプライン軸９が、
前記ステーター１０ａ側の中心に予め形成された開口１
０ｄ、中空回転軸部材１１内、従ってローター１０ｃの
貫通孔１０ｂ内、及びスプライン案内部材１２に貫通さ
れている。このスプライン案内部材１２は周知のものと
同様にスプライン軸９に対して相対的に軸方向移動が可
能で、且つ回転方向に係合するように、スプライン溝９
ａとスプライン係合する構成になっている。

【００１０】前記超音波モータ２には、これを制御する
めの回転速度情報及び角度情報を得るためのエンコーダ
ー１４が設けられている。スプライン案内部材１２を貫
通したスプライン軸９の先端（図示下端）にいわゆるハ
ンドが連結されるようになっている。

【００１１】以上のように構成されたこの手首機構の作
用は次の通りである。サーボモータ７が通電されそのロ
ーター８が回転されると、これに直結されたボールネジ
ナット５が回転されるので、このボールネジナット５に
ボールネジ溝９ｂを介して係合すなわち螺合されたスプ
ライン軸９は、そのローター８の往復回転に応じて直線
的に往復移動される。

【００１２】これと同時または別に、超音波モータ２が
通電されそのローター１０ｃが回転されると、これに直
結されたスプライン案内部材１２が回転され、そのスプ
ライン溝９ａを介して回転方向に係合されたスプライン
軸９が、そのローター１０ｃの回転方向に応じて往復回
動される。尚、本発明は上記実施例に限定されず、スプ
ライン案内部材１２を無くし、代わりに、超音波モータ
２のローター１０ｃの貫通孔１０ｂの内周面にスプライ
ン軸９とスプライン係合するスプライン案内部を形成し
てもよい。

【００１３】

【発明の効果】以上述べた実施例から理解されるように
本発明によれば、低速回転で所要のトルクを出力する超
音波モータを設け、そのローターにスプライン案内部を
形成し、或いはスプライン案内部材を直結しているので
減速機構が不要になる。バックラッシュなどにより高精
度が望めない減速機構を省き得るので、スプライン軸、
したがって手首軸の回転方向の位置決め精度を向上させ
ることができる。また、減速機構を必要としない分、装
置の小形化及び低廉化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の手首機構の一実施例を一部破断して示
す側面図である。

【符号の説明】

１は支持体（支持フレーム）、２は超音波モータ（第１
のモータ）、３は軸方向移動装置、５はボールネジナッ
ト、７はサーボーモータ（第２のモータ）、９はスプラ
イン軸、９ａはスプライン溝（スプライン係合部）、９
ｂはボールネジ溝、１０ｂは貫通孔、１０ｃはロータ
ー、１２はスプライン案内部材である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体と、この支持体に取り付けられた
   超音波モータからなる第１のモータと、この第１のモー
   タのローターに直結されたスプライン案内部材と、スプ
   ライン係合部を有しこのスプライン係合部によって軸方
   向移動可能で且つ回転方向において係合するように前記
   スプライン案内部材に挿通されたスプライン軸と、この
   スプライン軸を軸方向に往復移動させる軸方向移動装置
   とからなる産業用ロボットの手首機構。
2. 【請求項２】 第１のモータのローターの回転中心に貫
   通孔を有し、この貫通孔をスプライン軸が軸方向移動可
   能に貫通していることを特徴とする請求項１に記載の産
   業用ロボットの手首機構。
3. 【請求項３】 スプライン案内部材に代えローターの貫
   通孔の内側にスプライン案内部が形成されていることを
   特徴とする請求項２に記載の産業用ロボットの手首機
   構。
4. 【請求項４】 スプライン軸にスプライン係合部と共に
   ボールネジ溝が形成され、軸方向移動装置には、前記ボ
   ールネジ溝に係合するボールネジナットとこのボールネ
   ジナットを回転させそれによってスプライン軸を往復移
   動させる第２のモータとからなることを特徴とする請求
   項１または２に記載の産業用ロボットの手首機構。