JPH0123278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工業用多関節形ロボツトに関する。

〔従来の技術〕

従来の工業用多関節形ロボツトは、第１図、第
２図、第３図に示すように構成されている。即ち
第１図、及び第３図に示すように上腕駆動モータ
２の回転は送りねじ３ａに噛合うナツト３ｂを直
進運動に変換し、リンク４を介して上腕１を第１
図に示す矢印のように揺動させるように構成して
いる。また第２図、及び第３図に示すように前腕
駆動モータ６の回転は送りねじ７ａに噛合うナツ
ト７ｂを直進運動に変換し、ロツド８を介して前
腕５を第２図に示す矢印のように揺動させるよう
に構成している。

第４図は上記従来の工業用多関節形ロボツトの
手首駆動機構を示した図である。即ち手首駆動モ
ータ９は、上腕１の揺動中心に設置され、出力軸
を円板１１に連結して円板１１を揺動させるよう
に構成している。そして円板１１の揺動運動は、
リンク１４，１５により円板１２に伝達されて揺
動させ、リンク１６，１７により円板１３を揺動
させ、手首１８を上下に揺動させるように構成し
ている。ここでリンク１４，１５及び円板１１，
１２は平行四辺形リンクを構成し、更にリンク１
６，１７及び円板１２，１３も平行四辺形リンク
機構を構成しているため、上腕１、前腕５の姿勢
にかかわらず手首の姿勢は一定に保たれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の工業用多関節形ロボ
ツトでは、上腕や前腕の重量低減をはかり、慣性
力を低くし、更に上腕を支持する第１軸上の機構
を簡素化するために、手首駆動用モータを旋回台
上に搭載し、上腕および前腕用の駆動モータを旋
回台の後部に回転自在に支持し、この駆動モータ
の回転運動を減速させて送りねじの直進運動に変
え、上腕および前腕の揺動運動に変えて駆動モー
タへの負荷の低減をはかつて制御している。

しかしながらこのロボツトにおいて、上腕およ
び前腕を駆動する場合、駆動モータの回転角と上
腕または前腕の回転角が比例せず、座標計算が複
雑となる問題点がある。また送りねじを利用して
いるため、転がり軸受のみにより運動を伝える機
構に比べて、摩耗しやすく、短寿命であると共
に、機構が複雑となり、更に高速で制御しにくい
問題点も有していた。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
すべく、腕駆動機構を簡潔にして高剛性を持たせ
ると共に遊びをなくし、腕機構の位置決め精度を
高精度にすることができ、しかも動作範囲の広い
コンパクトな工業用多関節形ロボツトを提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
駆動モータの動力で旋回軸の回りに旋回する旋回
台と、該旋回台に第１の軸を中心として揺動自在
に支持された第１の上腕と、上記旋回台に上記第
１の軸を中心にして揺動自在に支持されたレバー
と、該レバーの揺動端と一端を回転自在に連結し
た第２の上腕と、該第２の上腕の他端と上記第１
の上腕の揺動端とに各々回転自在に連結し、且つ
第１の上腕、レバー、第２の上腕と共に平行四辺
形リンクの腕機構を構成する前腕と、該前腕の一
端に設けられた手首とを備え、上記第１の上腕の
第１の軸部及び上記レバーの第１の軸部に各々出
力を連結した第１の減速機及び第２の減速機を上
記第１の軸の軸心に合せて相対向して設置し、上
記第１の上腕を揺動させる第１の駆動モータと上
記レバーを揺動させる第２の駆動モータとを上記
旋回台に上記第１の軸の軸心に合せて相対向して
設置し、これら第１の駆動モータ及び第２の駆動
モータの各々の回転出力を上記第１の減速機及び
第２の減速機の各々の回転入力に回転連結したも
のである。

また、上記手首を駆動する手首駆動モータを上
記平行四辺形リンクの腕機構の揺動部分に設置し
たものである。

さらに、上記旋回台の上部にＵ字形状のフレー
ム部を取り付け、このＵ字形状のフレーム部に第
１の軸を中心として第１の上腕とレバーとを揺動
自在に支持したものである。

〔作 用〕

上記構成により腕駆動機構を簡潔にして高剛性
を持たせると共に遊びをなくし、腕機構の位置決
め精度を高精度にすることができ、しかも動作範
囲の広いコンパクトな工業用多関節形ロボツトに
ある。

また、手首駆動モータを平行四辺形リンクの腕
機構の揺動部分、すなわち、第１の駆動モータ及
び第２の駆動モータの各々の回転出力が第１の減
速機及び第２の減速機を介して連結される第１の
軸部を除く平行四辺形リンクの腕機構の揺動する
部分に設置することで、手首駆動モータを旋回台
側に設置する場合のように手首駆動モータの回転
出力を第１の軸を介して手首に連結する必要がな
いため、手首駆動のための動力伝達機構の構成を
簡素化することができると共に、前記第１の軸上
の機構も上腕および前腕に対応する２つの駆動機
構のみとなり、簡素化することができる。

さらに、旋回台の上部にＵ字形状のフレーム部
を取り付け、このＵ字形状のフレーム部に第１の
軸を中心として第１の上腕とレバーとを揺動自在
に支持することで、第１の上腕とレバーの回転運
動に対し可動範囲を大きくすることができると共
に、両端支持によつて剛性を大きくすることもで
きる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体
的に説明する。第５図、第６図、第７図、及び第
８図は本発明に係る工業用多関節形ロボツトの一
実施例を示す図である。即ち２４は垂直軸心を中
心としてベース３５に回動自在に設置された旋回
台で、この垂直軸心上にベース３５内部に固定さ
れた旋回台用駆動モータ（図示せず）の出力軸と
減速機（図示せず）を介して連結している。１９
は旋回台２４の上面に取付けられたＵ状のフレー
ム２４ａにＯを中心に揺動自在に支持された第１
の上腕で、このフレーム２４ａの一方の側面の中
心Ｏ上に軸心が設置された第１の上腕駆動モータ
２１の出力軸に減速機（図示せず）を介して固定
されている。２５は旋回台２４の上面に取付けら
れたＵ状のフレーム２４ａにＯを中心に揺動自在
に支持されたレバーで、このフレーム２４ａの他
方の側面の中心Ｏ上に軸心が設置された前腕駆動
モータ２１の出力軸に減速機（図示せず）を介し
て固定されている。２０は一端を上記レバー２５
の揺動端に第８図に示すように軸受４４で回転自
在に連結した第２の上腕である。２２は部品を保
持するチヤツク等を取付けた手首３３を先端に取
付けた前腕で、後端を上記第２の上腕２０の他端
と軸４２により回転自在に連結し、中間部を第１
の上腕１９の揺動端に軸４３により回転自在に連
結している。そして第１の上腕１９と第２の上腕
２０とは平行に配置し、レバー２５と前腕２２と
は平行に配置し、これら第１の上腕１９、第２の
上腕２０、レバー２５、前腕で４節平行リンク機
構を形成している。

然るに上記第１の上腕駆動モータ２１の駆動回
転運動は、減速機により減速されて直接第１の上
腕１９を揺動させる。また上記前腕駆動モータ２
３の駆動回転運動は、減速機により減速されて直
接レバー２５を揺動させ、このレバー２５の揺動
は第２の上腕２０を介して前腕２２をレバー２５
の揺動と同じ角度をもつて揺動させる。

第７図、及び第８図は上記手首３３を駆動させ
る機構を示した図である。即ち２６ａ，２６ｂは
各々手首駆動モータで、レバー２５と第２の上腕
２０との回転自在に連結した連結点において、レ
バー２５の揺動端に軸受３８ａ，３８ｂにより回
転自在に支持された部材２７ａ，２７ｂに固定さ
れている。２８は一端を旋回台２４のＡ点と回転
自在に連結し、他端を部材２７ａ，２７ｂの揺動
端Ｂ（部材２７ａ，２７ｂを一体的に結合したバ
ー４０）と回転自在に連結したリンクである。こ
れらレバー２５とリンク２８とを平行に配置し、
旋回台２４のと部材２７ａ，２７ｂとを平行
に配置し、平行リンク機構を構成している。

２９ａ，２９ｂは、各々手首駆動モータ２６
ａ，２６ｂに減速機３６ａ，３６ｂを介して連結
された円板で、レバー２５の揺動端に軸受３９
ａ，３９ｂによつて回転自在に支持されている。
３０ａ，３０ｂは、各々第２の上腕２０と前腕２
２との回転自在に連結した部分に（軸４２と同心
に）回転自在に支持された円板である。４１ａ，
４１ｂは、各々前腕２２と手首３３との回転自在
に部分に回転自在に支持された円板である。３１
ａ，３１ｂは各々円板２９ａ，２９ｂと円板３０
ａ，３０ｂとを平行リンク機構で連結したリン
ク、３２ａ，３２ｂは各々円板３０ａ，３０ｂと
円板４１ａ，４１ｂとを平行リンク機構で連結し
たリンクである。ところで手首３３を第７図に示
す矢印方向に揺動させ、並びに手首３３を前後
（紙面に垂直な方向）に揺動させるか、または手
首３３を軸心を中心に回転させるために上記の如
くａ，ｂなるサフイツクスで示すように２系列設
けられている。

然るに手首駆動モータ２６ａ，２６ｂの出力軸
３４ａ，３４ｂの各々の回転は、減速機３６ａ，
３６ｂを介して円板２９ａ，２９ｂの回転とな
り、リンク３１ａ，３１ｂを駆動する。リンク３
１ａ，３１ｂの運動は、円板３０ａ，３０ｂの回
転となり、リンク３２ａ，３２ｂを駆動させ、手
首３３を上下方向（矢印方向）に揺動させたり、
手首３３を前後方向に揺動させるかまたは手首３
３を軸心を中心に回転させる。一方手首駆動モー
タ２６ａ，２６ｂの固定子側部材２７ａ，２７ｂ
は、レバー２５の揺動端Ｃの回りに軸受３８ａ，
３８ｂを介して回転自在に取付けられ、この部材
２７ａ，２７ｂの揺動端Ｂはバー４０、リンク２
８を介して旋回台２４の上部Ａに揺動自在に取付
けられている。ここで旋回台２４上の点Ｏと点
Ａ、点Ｂ、点Ｃは平行四辺形の関係にあり、
OA，，，はを静止節とする４節平
行リンク機構を構成する。また円板２９ａ，２９
ｂ、円板３０ａ，３０ｂ、リンク３１ａ，３１ｂ
は各々４節平行リンク機構を構成し、円板３０
ａ，３０ｂ、円板４１ａ，４１ｂ、リンク３２
ａ，３２ｂは各々４節平行リンク機構を構成す
る。なお、上記リンク３１ａ，３１ｂ，３２ａ，
３２ｂをチエーン等の柔軟リンクで形成し、円板
２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂ，４１ａ，４１
ｂをスプロケツトホイール等の回転部材で形成し
ても前記と同様の作用効果が得られることは明ら
かである。

このように構成したことにより、前腕２２の傾
きを変化させるために第２の上腕２０を移動させ
て手首駆動モータ２６ａ，２６ｂの位置も移動し
ても、この手首駆動モータ２６ａ，２６ｂを駆動
して円板２９ａ，２９ｂを回転させない限り、静
止節に対する円板２９ａ，２９ｂ、円板３０
ａ，３０ｂ、円板４１ａ，４１ｂの回転方向位置
は一定に保たれ、手首３３の姿勢は一定に保たれ
る。即ち特別な制御をせずに第１の上腕１９、前
腕２２の姿勢に関らず、手首３３の姿勢は一定に
保たれる。

ところで手首３３としては、前腕２２の先端に
第９図に示す機構が取付けられる場合と第１０図
に示す機構が取付けられる場合とがある。第９図
に示す場合、手首３３は、円板４１ａ，４１ｂの
回転中心を中心として回動自在に支持されたレバ
ー４５と該レバー４５の揺動端にこのレバー４５
の揺動方向に直角な前後方向に揺動するレバー４
６とによつて構成され、該レバー４６の上端と円
板４１ａの上端とをバー４７で連結し、上記レバ
ー４６の上端と円板４１ｂの上端とをレバー４８
で連結している。然るに手首駆動モータ２６ａと
手首駆動モータ２６ｂとを同じ回転角度駆動して
円板４１ａと円板４１ｂとを同じ角度回転させれ
ば、手首３３は第９図Ｂに示すようにその角度Ｙ
方向に曲がる。また手首駆動モータ２６ａと手首
駆動モータ２６ｂとを互いに逆方向に同じ回転角
駆動して円板４１ａと円板４１ｂとを互いに逆方
向に同じ角度回転させれば手首３３は第９図Ｂに
示すＸ方向に振られる。

第１０図の場合、手首３３は、円板４１ａと一
体となつていて、軸受５１によつて回転自在に支
持されたシリンダ４９と、このシリンダ４９に軸
心方向に軸受５２によつて回転自在に支持され、
且円板４１ｂの後端に固定された傘歯車と噛合う
傘歯車を固定した部材５０とによつて構成されて
いる。然るに手首駆動モータ２６ａだけを回転駆
動させれば、それだけ円板４１ａ（シリンダ４９）
が回転して手首３３が第１０図のＹ方向に曲げら
れ、手首駆動モータ２６ｂだけを回転駆動させれ
ば、それだけ円板４１ｂが回転して傘歯車を介し
て手首３３が第１０図のθ方向にひねられる。

以上のように、第１の上腕１９を駆動するモー
タ２１を第１の上腕１９の揺動中心Ｏに設置して
直接モータの出力軸を減速機を介して第１の上腕
１９に固定し、しかもレバー２５を駆動するモー
タ２３もレバー２５の揺動中心Ｏに設置して直接
モータの出力軸を減速機を介してレバー２５に固
定したので、モータ２１は第１の上腕１９の揺動
回転角だけ回転駆動し、モータ２３もレバー２５
と平行な関係にある前腕２２の揺動角（傾き角）
だけ回転駆動すればよく、これらは常に比例関係
にあり、座標変換を非常に容易にすることがで
き、しかもベアリングだけで支持しているので摩
耗も少なく、長寿命化をはかることができる。

また手首駆動モータ２６ａ，２６ｂを各々レバ
ー２５と第１の上腕２０との連結点Ｃに設置した
ので、手首に設けられチヤツクで部品を保持して
手首に負荷がかかつても手首駆動モータ２６ａ，
２６ｂの重量でバランスさせることができ、非常
に優れた安定性をもたせることができ、しかも手
首駆動モータ２６ａ，２６ｂの固定子側部材２７
ａ，２７ｂを旋回台２４の静止節をもとに平
行リンク機構で連結したので、レバー２５により
前腕２２を傾動させても常に手首３３の姿勢を一
定に保つことができる。

なお各駆動モータには、ロータリエンコーダ等
の回転角検出器が取付けられ、フイードバツク制
御ができるようになつている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、腕駆動機
構を簡潔にして高剛性を持たせると共に遊びをな
くし、腕機構の位置決め精度を高精度にすること
ができ、しかも動作範囲の広く、コンパクトで高
速制御を可能にし、更に経済的効果も大きな工業
用多関節形ロボツトを得ることができる顕著な作
用効果を奏する。また、手首駆動モータを平行四
辺形リンクの腕機構の揺動部分に設置すること
で、手首駆動のための動力伝達機構の構成を簡素
化することができると共に、第１の軸上の機構も
上腕および前腕に対応する２つの駆動機構のみと
なり、簡素化することができる。さらに、旋回台
の上部にＵ字形状のフレーム部を取り付け、この
Ｕ字形状のフレーム部に第１の軸を中心として第
１の上腕とレバーとを揺動自在に支持すること
で、第１の上腕とレバーの回転運動に対し可動範
囲を大きくすることができると共に、両端支持に
よつて剛性を大きくすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の工業用多関節形ロボツトを示す
左側面図、第２図はその右側面図、第３図は第１
図及び第２図の正面図、第４図は第１図乃至第３
図に示す従来の工業用多関節形ロボツトにおける
手首駆動機構を示す側面図、第５図は本発明の工
業用多関節形ロボツトの一実施例を示す外観斜視
図、第６図は第５図の側面図、第７図は第５図及
び第６図に示す工業用多関節形ロボツトの手首駆
動機構の一実施例を示す図、第８図は第７図にお
いてレバーと第２の上腕との連結部分を示す断面
図、第９図Ａは第５図及び第６図に示す前腕の先
端に取付けられる第１の手首機構を示す断面図、
第９図Ｂは第９図Ａに示す手首機構の斜視図、第
１０図Ａは第５図及び第６図に示す前腕の先端に
取付けられる第２の手首機構を示す断面図、第１
０図Ｂは第１０図Ａに示す手首機構の斜視図であ
る。 符号の説明、１９……第１の上腕、２０……第
２の上腕、２１……第１の上腕駆動モータ、２２
……前腕、２３……前腕駆動モータ、２４……旋
回台、２５……レバー、２６ａ，２６ｂ……手首
駆動モータ、２７ａ，２７ｂ……部材、２８……
リンク、２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂ，４１
ａ，４１ｂ……円板、３１ａ，３１ｂ，３２ａ，
３２ｂ……リンク、３３……手首。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動モータの動力で旋回軸の回りに旋回する
   旋回台と、該旋回台に第１の軸を中心として揺動
   自在に支持された第１の上腕と、上記旋回台に上
   記第１の軸を中心にして揺動自在に支持されたレ
   バーと、該レバーの揺動端と一端を回転自在に連
   結した第２の上腕と、該第２の上腕の他端と上記
   第１の上腕の揺動端とに各々回転自在に連結し、
   且つ第１の上腕、レバー、第２の上腕と共に平行
   四辺形リンクの腕機構を構成する前腕と、該前腕
   の一端に設けられた手首とを備え、上記第１の上
   腕の第１の軸部及び上記レバーの第１の軸部に
   各々出力を連結した第１の減速機及び第２の減速
   機を上記第１の軸の軸心に合せて相対向して設置
   し、上記第１の上腕を揺動させる第１の駆動モー
   タと上記レバーを揺動させる第２の駆動モータと
   を上記旋回台に上記第１の軸の軸心に合せて相対
   向して設置し、これら第１の駆動モータ及び第２
   の駆動モータの各々の回転出力を上記第１の減速
   機及び第２の減速機の各々の回転入力に回転連結
   したことを特徴とする工業用多関節形ロボツト。 ２ 駆動モータの動力で旋回軸の回りに旋回する
   旋回台と、該旋回台に第１の軸を中心として揺動
   自在に支持された第１の上腕と、上記旋回台に上
   記第１の軸を中心にして揺動自在に支持されたレ
   バーと、該レバーの揺動端と一端を回転自在に連
   結した第２の上腕と、該第２の上腕の他端と上記
   第１の上腕の揺動端とに各々回転自在に連結し、
   且つ第１の上腕、レバー、第２の上腕と共に平行
   四辺形リンクの腕機構を構成する前腕と、該前腕
   の一端に設けられた手首とを備え、上記第１の上
   腕の第１の軸部及び上記レバーの第１の軸部に
   各々出力を連結した第１の減速機及び第２の減速
   機を上記第１の軸の軸心に合せて相対向して設置
   し、上記第１の上腕を揺動させる第１の駆動モー
   タと上記レバーを揺動させる第２の駆動モータと
   を上記旋回台に上記第１の軸の軸心に合せて相対
   向して設置し、これら第１の駆動モータ及び第２
   の駆動モータの各々の回転出力を上記第１の減速
   機及び第２の減速機の各々の回転入力に回転連結
   し、更に上記手首を駆動する手首駆動モータを上
   記平行四辺形リンクの腕機構の揺動部分に設置し
   たことを特徴とする工業用多関節形ロボツト。 ３ 駆動モータの動力で旋回軸の回りに旋回する
   旋回台と、該旋回台の上部に取り付けられたＵ字
   形状のフレーム部と、該Ｕ字形状のフレーム部に
   第１の軸を中心として揺動自在に支持された第１
   の上腕と、上記Ｕ字形状のフレーム部に上記第１
   の軸を中心にして揺動自在に支持されたレバー
   と、該レバーの揺動端と一端を回転自在に連結し
   た第２の上腕と、該第２の上腕の他端と上記第１
   の上腕の揺動端とに各々回転自在に連結し、且つ
   第１の上腕、レバー、第２の上腕と共に平行四辺
   形リンクの腕機構を構成する前腕と、該前腕の一
   端に設けられた手首とを備え、上記第１の上腕の
   第１の軸部及び上記レバーの第１の軸部に各々出
   力を連結した第１の減速機及び第２の減速機を上
   記第１の軸の軸心に合せて相対向して設置し、上
   記第１の上腕を揺動させる第１の駆動モータと上
   記レバーを揺動させる第２の駆動モータとを上記
   Ｕ字形状のフレーム部に上記第１の軸の軸心に合
   せて相対向して設置し、これら第１の駆動モータ
   及び第２の駆動モータの各々の回転出力を上記第
   １の減速機及び第２の減速機の各々の回転入力に
   回転連結したことを特徴とする工業用多関節形ロ
   ボツト。