JPH0160396B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、五節リンク構造のロボツトに関する
ものである。

従来、リンクロボツトとしては第１図に示すよ
うなアーム型のものが使われていた。このアーム
型ロボツトでは、位置決め精度を上げるため、第
１アーム３１の駆動は第２アーム３２に設置した
第１駆動部３３で直接駆動している。このため、
第２駆動部３４で第２アーム３２を駆動する場合
には第１駆動部３３の慣性等が付加されることと
なり、第２駆動部３４の回転軸に加わる慣性がが
大きくなるため第２駆動部３４は出力の大きいも
のを要する欠点を生じていた。さらにアーム型は
基本的に開ループの構造であるためアーム部の剛
性が低いという避け難い欠点があつた。また、第
２図に示すような平行リンク型のものも従来から
使われていた。この平行リンク型ロボツトは、２
個の駆動部４１を同一軸上に設置しているので装
置の姿勢が高くなることに加え、その構造上２個
の駆動部４１の必要出力が異なるのでバランスを
くずし易い欠点があつた。

そこで本発明者等は、五節リンク機構をロボツ
トに適用することをかねてから提案し、種々の検
討を理論的に実験的に重ねてきた。その基本的な
特長は次の３点に要約できる。

(1) 閉ループ構造であるため、飛躍的に剛性が高
く軽量化できる。

(2) 高い加工精度を要するのは軸間距離のみであ
り、一般に部品の加工組立が容易である。従つ
て安価にできる。

(3) 動作の信頼性が高く、高速駆動ができる。

第３図に模式図で示したものは、本発明に到る
以前に、本発明者等が提案したものである。しか
しこの従来構成は、実際に産業用ロボツトが遭遇
する条件下で種々の検討を繰り返してみた結果、
上記３点の基本的な利点は確認でき自信を深めは
したが、なお若干の欠点を内在させていた。すな
わち、第３図のように構成した場合は、回転ブレ
ーキ５１を第１リンク５２と第２リンク５３との
連結点および第１リンク５２と第３リンク５４と
の連結点の２ケ所にしか設置していないため、リ
ンクになんらかの外力が加わつても作業機構の取
り付け点５５の位置を強固に保持しようとする
と、どうしても回転ブレーキ５１として出力の大
きいものを用いなければならなくなるのである。
そして、こうしてもなお、関節５６，５７，５８
の誤差が若干大きくなるだけで作業機構取り付け
点５５の位置精度は大幅に悪くなつてしまうので
ある。さらに、作業機構取り付け点５５の位置決
め時に発生するリンクの残留振動を短時間に減衰
させることが難しいということもまた判つてき
た。

本発明の目的は、上述の新らたに見い出した欠
点を除去し、五節リンクロボツト本来の高い剛性
を備え、低出力の回転機構で高精度の位置決めを
高速に行い得る新規な五節リンクロボツトを提供
することにある。

特許請求の範囲のように構成した本発明によれ
ば、第２リンクおよび第３リンクをそれぞれ同一
出力で、かつ低出力の第１回転機構および第２回
転機構で回転駆動することにより、作業機構取り
付け点を平面上の任意な位置に移動させ、各リン
クの連結点にそれぞれ具備させた回転ブレーキに
よつてリンクの剛性を高めた、新規な五節リンク
ロボツトが得られる。

以下、本発明の典型的な実施の一例として、汎
用的な作業機構として一軸方向に自由に回転する
ハンド取り付け部を具備したものをとりあげて、
より具体的に説明する。こうしたハンド取り付け
部を設置するためにした工夫の要点は次のように
なる。まず、一平面上に固定した第１リンクと、
一端が前記第１リンクの一端と回転自由に連結
し、その連結点を中心に回転する第２リンクと、
一端を前記第１リンクの他端に回転自由に連結
し、前記第２リンクと同様に回転する第３リンク
と、一端を前記第２リンクの他端と回転自由に連
結し、その連結点を中心に前記平面上を回転する
第４リンクと、一端を前記第３リンクの他端と回
転自由に連結し、前記第４リンクと同様に回転す
るとともに、他端を前記第４リンクの他端と回転
自由に連結した第５リンクと、前記第１リンクと
前記第２リンクとの連結点に設置し、前記第１リ
ンクに対して前記第２リンクを所定の角度に回転
させる第１回転機構と、前記第１リンクと前記第
３リンクとの連結点に設置し、前記第１リンクに
対して前記第３リンクを所定の角度に回転させる
第２回転機構と、で五節リンクを構成し、前記第
１リンクと前記第２リンクとの連結点、前記第１
リンクと前記第３リンクとの連結点、前記第２リ
ンクと前記第４リンクとの連結点、前記第３リン
クと前記第５リンクとの連結点、および前記第４
リンクと前記第５リンクとの連結点、にそれぞ
れ、その回転運動を制動する第１、第２、第３、
第４、および第５、の回転ブレーキを備えた、そ
してさらに、前記第４リンクと前記第５リンクと
の連結点には回転自由なハンド取り付け部を備
え、前記第１リンク上の一定位置、前記第１リン
クと前記第２リンクとの連結点、前記第２リンク
と前記第４リンクとの連結点、および前記ハンド
取り付け部の回転軸、にはそれぞれ自由回転可能
な第１、第２、第３、および第４、の伝動車を備
え、前記第１伝動車と前記第２伝動車と、前記第
２伝動車と前記第３伝動車と、および前記第３伝
動車と前記第４伝動車と、にはそれぞれ第１、第
２、および第３、の伝導帯を掛け、前記第１伝動
車を所定の角度に回転させる第３回転機構を備
え、前記第１回転機構、前記第２回転機構、前記
第１回転ブレーキ、前記第２回転ブレーキ、前記
第３回転ブレーキ、前記第４回転ブレーキ、前記
第５回転ブレーキ、および前記第３回転機構、の
それぞれの動きを制御する制御部を備えた、五節
リンクロボツトを構成したのである。

第４図は前記実施例を更に具体化した例を模式
的に示した斜視図であり、第５図は第４図におけ
るリンクの構成を示す概略図である。

１は平面上に固定された第１リンクである。２
は一端を第１リンクの一端と回転自由に連結し、
その連結点第１関節３を支点に平面上を回転する
第２リンクである。４は一端を第１リンク１の他
端と回転自由に連結し、その連結点第21関節５を
支点に平面上を回転する第３リンクである。６は
一端を第２リンク２の他端と回転自由に連結し、
その連結点第３関節７を支点に回転する第４リン
クである。８は一端を第３リンク４の他端と回転
自由に連結し、その連結点第４関節９を支点に平
面上を回転するとともに、他端を第４リンク６の
他端と回転自由に連結した第５リンクである。１
０は第４リンク６と第５リンク８との連結点で第
５関節である。１１はハンド取り付け部であり、
この実施例では、第５関節１０の中心に設置し、
その中心を軸に回転するように構成してある。１
２は第１回転機構の一実施例であり、第１関節３
上に設置され第２リンク２を回転駆動して第１リ
ンク１と第２リンク２との連結角θ₁を所定の値に
設定する第１サーボモータである。１３は第２回
転機構の一実施例であり、第２関節５上に設置さ
れ第３リンク４を回転駆動して第１リンク１と第
３リンク４との連結角θ₂を所定の値に設定する第
２サーボモーターである。１４は第１回転ブレー
キの一実施例であり、第１関節３上に設置され第
２リンク２の回転を制動して最終的に第１リンク
１と第２リンク２との連結角θ₁を固定する第１電
磁ブレーキである。１５は第２回転ブレーキの一
実施例であり、第２関節５上に設置され第３リン
ク４の回転を制動して最終的に第１リンク１と第
３リンク４との連結角θ₂を固定する第２電磁ブレ
ーキである。１６は第３回転ブレーキの一実施例
であり、第３関節７上に設置され第２リンク２と
第４リンク６との連結角θ₃の変化を制動して最終
的に固定する第３電磁ブレーキである。１７は第
４回転ブレーキの一実施例であり、第４関節９上
に設置され第３リンク４と第５リンク８との連結
角θ₄の変化を制動して最終的に固定する第４電磁
ブレーキである。１８は第５回転ブレーキの一実
施例であり、第５関節１０上に設置され、第４リ
ンク６と第５リンク８との連結角θ₅の変化を制動
して最終的に固定する第５電磁ブレーキである。
１９は第１リンク１上の一定位置に回転自由に固
定した第１伝動車の一実施例としての第１プーリ
であり、２０は第１関節３上に回転自由に設置し
た第２伝動車の一実施例としての第２プーリであ
る。２１は第３関節７上に回転自由に設置した第
３伝動車の一実施例としての第３プーリであり、
２２はハンド取り付け部１１に固定した第４伝動
車の一実施例としての第４プーリである。２３は
第１プーリ１９と第２プーリ２０とを連動させた
第１伝動帯の一実施例としての第１ベルトで、２
４は第２プーリ２０と第３プーリ２１とを連動さ
せた第２伝動帯の一実施例としての第２ベルト
で、２５は第３プーリ２１と第４プーリ２２とを
連動させた第３伝動帯の一実施例としての第３ベ
ルトである。２６は第１プーリ１９を所定の角度
に回転させる第３回転機構を構成する第３サーボ
モーターである。２７は、前記第１サーボモータ
ー１２、前記第２サーボモーター１３、前記第３
サーボモーター２６、前記第１電磁ブレーキ１
４、前記第２電磁ブレーキ１５、前記第３電磁ブ
レーキ１６、前記第４電磁ブレーキ１７、前記第
５電磁ブレーキ１８、のそれぞれの動きを制御す
る制御部である。

次に上記実施例についてその動作を具体的に説
明する。

制御部２７の制御により第１サーボモーター１
２で第２リンク２を回転させ、第１リンク１と第
２リンク２との連結角θ₁を所定の値に設定し、同
時に第２サーボモータ１３で第３リンク４を回転
させ、第１リンク１と第３リンク４との連結角θ₂
を所定の値に設定する。これで、このリンクの構
造上他リンクの連結角θ₃、θ₄、θ₅がそれぞれ決ま
り、ハンド取り付け部１１が所定の位置に移動す
る。

なお、各関節上に設置した第１電磁ブレーキ１
４、第２電磁ブレーキ１５、第３電磁ブレーキ１
６、第４電磁ブレーキ１７、第５電磁ブレーキ１
８、をそれぞれ制御部２７によつて制御して、連
結角θ₁、θ₂、が所定の値に設定される直前から
除々に作動させる。このように操作することによ
り、各電磁ブレーキがダンパの役割を果すことと
なり、リンクの停止時に発生する振動を抑制する
効果を生ずるので、ハンド取り付け部１１の位置
決めが早く行われる。さらに、ハンド取り付け部
１１の位置決めが完了したところで各電磁ブレー
キが完全に作動させると、リンクの連結角θ₁、
θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、が固定され、リンクになんらか
の力が加わつてもハンド取付部１１の位置は変わ
ることなく強固に保持できる。そして、第３サー
ボモーター２６で第１プーリ１９を所定の角だけ
回転させると、第１プーリ１９から第１ベルト２
３を介して第２プーリ２０へ、第２プーリ２０か
ら第２ベルト２４を介して第３プーリ２１へ、第
３プーリ２１から第３ベルト２５を介して第４プ
ーリ２２へと、第１プーリ１９の動きを伝達し、
第４プーリ２２に固定してあるハンド取り付け部
１１が所定の姿勢に設定される。そこで、ハンド
取り付け部１１に設置したチヤツク等（図示せ
ず）が作業を行う。なお、各プーリ間の距離を一
定であれば、プーリとベルトとの関係が一定に保
たれているので、移動範囲内の任意の位置で第３
サーボモーター２６の動力が伝達され、ハンド取
り付け部１１の姿勢の設定を行い得る。ここで、
各電磁ブレーキの出力トルクを同一にしてリンク
の保持力として寄与する大きさを見ると、リンク
の構造上第１電磁ブレーキ１４および第２電磁ブ
レーキ１５よりは第３電磁ブレーキ１６および第
４電磁ブレーキ１７の方が大きく、第３電磁ブレ
ーキ１５および第４電磁ブレーキ１６よりも第５
電磁ブレーキ１７の方が大きい。このことは、本
発明によつて新らたに第３電磁ブレーキ１５第４
電磁ブレーキ１６、第５電磁ブレーキ１７、を設
置したことにより、リンク全体の姿勢保持力が大
幅に大きくなつていることを示している。さて、
本実施例では第１、第２、第３の回転機構を構成
する回転駆動源として、サーボモーター１２，１
３，２６を使用しているが、これは何もサーボモ
ーターに限定するものでなく例えばパルスモータ
ー等を使用することも勿論できる。また、前記実
施例では伝動帯及び伝動車はそれぞれベルトとプ
ーリを使用したものを説明したが、これに限定す
るものではなく、タイミングベルトとタイミング
プーリ、チエーンとスプロケツト等を使用するこ
とも勿論可能である。尚、高精度の位置決めを行
う場合はタイミングベルトとタイミングプーリを
使用することが望ましい。

ところで、第１、第２の回転機構は本実施例で
はそれぞれのリンクの回転中心に直結してある
が、外部に設置して間接的にリンクを駆動するこ
とも可能である。さらに、第１、第２、第３、第
４、第５、の回転ブレーキも各リンクの回転軸に
直結した電磁ブレーキを使用したものを説明した
が、これは機械的なブレーキでも勿論よいし、各
関節を外部から固定する筋肉様の機構を用いるこ
ともできる。

また、ハンド取り付け部の回転位置決めは伝動
帯と伝動車を使用して間接的に行つた例を示した
が、これもこれに限定するものではない。第３回
転機構をハンド取り付け部の回転軸に直結して行
うことも可能である。第３回転機構をハンド取り
付け部回転軸に直結すると全体構成が簡潔にまと
まり位置決め精度も向上できる。しかしリンクの
駆動時に第３回転機構の慣性が付加され、第１、
第２の回転機構の回転軸に加わる慣性力が大きく
なるため、同じ駆動速度を得ようとするとどうし
ても第１、第２の回転機構の出力を大きくする必
要を生じる。出力を元のままに据置くと駆動速度
が小さくなる。前記実施例で説明した伝動車およ
び伝動帯で動力を伝達する構成の場合は、ハンド
取り付け部が軽くできるので、小出力のまま駆動
速度を速くできる利点がある。したがつてその選
択は用途に応じて定めることとなる。

さらにまた回転機構として軸直結のモータを使
用した例で説明してきたが、これもこうした機構
に限定する必要はない。たとえば第６図に示した
ように、ラツク６１、ピニオン６２、シリンダ６
３で構成した機構を使用することもできる。

以上説明したように本発明によれば、閉ループ
構造を採用して簡単な構造であるため安価なロボ
ツトが得られる。また、低出力の駆動モーターの
使用が可能となるのと同時に剛性が高いので、高
精度の位置決めが高速で行い得る。さらに、耐食
性を考慮した部品を使用することにより、各関節
上にブレーキを設置してリンクの保持力を高めて
いるので潮流のある海底等で外部から力をうけて
作業する場合でも作業機構の位置が変わることが
ないのでその効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアーム型ロボツトの基本構成を
示す模式図、第２図は従来の平行リンク型ロボツ
トの基本構成を示す模式図である。第３図はこれ
ら従来の欠点を除去するために本発明者等が、か
つて提案した五節リンク式ロボツトの従来構成を
説明する模式図である。第４図は第３図の従来構
成を改良した本発明についてその一実施例の構成
を示した模式図であり、第５図は第４図における
リンクの構成とその動作を説明するための概略図
である。第６図は本発明の回転駆動機構の他の構
成例を示す概略図である。図中、１は第１リン
ク、２は第２リンク、３は第１関節、４は第３リ
ンク、５は第２関節、６は第４リンク、７は第３
関節、８は第５リンク、９は第４関節、１０は第
５関節、１１はハンド取り付け部、１２は第１サ
ーボモーター、１３は第２サーボモーター、１４
は第１電磁ブレーキ、１５は第２電磁ブレーキ、
１６は第３電磁ブレーキ、１７は第４電磁ブレー
キ、１８は第５電磁ブレーキ、１９は第１プー
リ、２０は第２プーリ、２１は第３プーリ、２２
は第４プーリ、２３は第１ベルト、２４は第２ベ
ルト、２５は第３ベルト、２６は第３サーボモー
ター、２７は制御部、６１はラツク、６２はピニ
オン、６３はシリンダー、をそれぞれ示してい
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一平面上に固定した第１リンクと、一端が前
   記第１リンクの一端と回転自由に連結し、その連
   結点を中心に回転する第２リンクと、一端を前記
   第１リンクの他端に回転自由に連結し、前記第２
   リンクと同様に回転する第３リンクと、一端を前
   記第２リンクの他端と回転自由に連結し、その連
   結点を中心に前記平面上を回転する第４リンク
   と、一端を前記第３リンクの他端と回転自由に連
   結し、前記第４リンクと同様に回転するととも
   に、他端を前記第４リンクの他端と回転自由に連
   結した第５リンクと、前記第１リンクと前記第２
   リンクとの連結点に設置し、前記第１リンクに対
   して前記第２リンクを所定の角度に回転させる第
   １回転機構と、前記第１リンクと前記第３リンク
   との連結点に設置し、前記第１リンクに対して前
   記第３リンクを所定の角度に回転させる第２回転
   機構と、で五節リンクを構成し、前記第１リンク
   と前記第２リンクとの連結点、前記第１リンクと
   前記第３リンクとの連結点、前記第２リンクと前
   記第４リンクとの連結点、前記第３リンクと前記
   第５リンクとの連結点、および前記第４リンクと
   前記第５リンクとの連結点、にそれぞれその回転
   運動を制動する第１、第２、第３、第４、および
   第５、の回転ブレーキを備え、前記第４リンクと
   前記第５リンクとの連結点を作業機構の取り付け
   点とした、五節リンクロボツト。