JPH0215352B2

JPH0215352B2 -

Info

Publication number: JPH0215352B2
Application number: JP56096996A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kawasaki
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1981-06-22
Publication date: 1990-04-11
Also published as: JPS57211488A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は多関節のアームを有する産業用ロボツ
トに関する。

従来、この種の産業用ロボツトとしては種々の
ものが提言されている。ところで不慮の原因によ
りロボツトの自由端部が他の諸設備に当接したと
き、ロボツト各部の支持関係が強固であれば、ロ
ボツトの自由端部に支持された操作作要素やロボ
ツト各部や諸設備などを破損させることになる。
このため各部の破損を防ぐための安全装置を施し
たロボツトが嘱望されているが、未だ実用的な産
業用ロボツトは具現されていない。

本発明の目的は、各部の破損を防ぐための安全
装置を備えた多関節アーム式産業用ロボツトを提
供することにある。

以下、図示の実施例を参照して本発明を詳細に
説明する。

第１図乃至第４図において、１は固定部材２に
対して図示しない駆動機により水平方向に旋回自
在に支持された台板、３および４は台板１に対し
て夫々第１支点；O₁のまわりで回動自在に支持
された下腕およびリンクレバー、５はリンクレバ
ー４に回転的に支持された後腕、６は下腕３の他
端部に第２支点；O₂のまわりで回動自在に支持
された上腕で、この上腕６は後腕５の他端部とも
回動自在に支持されていて、上腕６、下腕３、リ
ンクレバー４および後腕５により平行リンク機構
が形成されている。７は上腕６の自由端部に第３
支点：O₃のまわりで回動自在に支持された関節
部材、８は第３支点；O₃と略直交する第４支
点；O₄のまわりに回動可能となるよう関節部材
７に支持された操作要素で、例えばこの操作要素
８は支持部材８１と操作具８２とより構成されて
いる。勿論、操作具８２は適宜の作業を行なうた
めの、例えば組立工具、塗装スプレーガン、溶接
ガンあるいは切削工具としたり、又はこれらの位
置を適宜に調整可能な調整機構をも含めたものと
することができる。なお、関節部材７と操作要素
８とは後述する加圧機構１１により相互の回動状
態が適宜に設定自在に構成されている。例えば操
作要素８は関節部材７に回動自在に軸支され、バ
ネ部材９により操作要素８と関節部材７とが当接
されている。また関節部材７と操作要素８との当
接面には相互に係合する、例えば関節部材７側に
配設された溝１０１と操作要素８側に配設されて
溝１０１に係合しうる突起１０２とからなる係合
部１０が配設されている。上記バネ部材９と係合
物１０とにより加圧機構１１が構成されている。
１２および１３は台板１に支持された第１および
第２の回転駆動機で、下腕３は減速機を介して第
１の回転駆動機１２により第１支点；O₁を回動
中心として前後方向に旋回され、上腕６は減速機
を介して第２の回転駆動機１３により回動される
リンクレバー４および後腕５を介して、下腕３と
上腕６との軸支点、即ち第２支点；O₂を回動中
心として上下方向に旋回される。１４および１７
は夫々下腕３および上腕６とは分離された第１お
よび第４の回転伝達部材で、この回転伝達部材１
４および１７は夫々第１支点；O₁および第３支
点；O₃のまわりで回動自在に支持されている。
１５および１６は下腕３および上腕６とは分離さ
れて第２支点；O₂のまわりで回動自在な一体形
をなす第２および第３の回転伝達部材、１８およ
び１９は第１の回転伝達部材１４と第２の回転伝
達部材１５との間および第３の回転伝達部材１６
と第４の回転伝達部材１７との間に夫々配設され
た連結具、２０および２１は第１および第２のバ
ネ手段で、この第１のバネ手段２０は第１および
第２支点の各軸線に直交する平面上の第１支点か
ら第２支点に向つて、例えば左側の位置に配設さ
れると共に、第２のバネ手段２１は、第２および
第３支点の各軸線に直交する平面上の第２支点か
ら第３支点に向つて右側の位置に配設されてい
る。すなわち、第２図において、第１および第２
のバネ手段２０，２１は、第２支点を基準として
第１支点と第３支点とに向つて夫々いずれかの同
一側の位置に配設されている。さらに、これらバ
ネ手段２０，２１は、第４図に詳記されているよ
うに、いわゆるターンバツクル機構２０１を備え
ていて連結具への付勢力が夫々調整自在に構成さ
れている。上記１４乃至２１により巻掛伝導装置
２２が構成されている。なお、関節部材７は第４
の回転伝達部材１７と一体的に回動するように支
持されている。また第１の回転伝達部材１４は台
板１に対して適宜に支持されていて、図示の場
合、台板１に固定的に支持されている。さらに上
記において、第１乃至第４の回転伝達部材１４乃
至１７は、例えば夫々同一歯数をしたチエーンス
プロケツトであり、かつ第１および第２の連結具
１８および１９はチエーンが用いられる。この場
合、チエーンの伸びの影響を極力抑えるために、
所要長さ以外の区間は連結杆１８１，１９１を設
けた方が好ましい。

上記構成において、第１の回転駆動機１２によ
り下腕３を第１支点；O₁を回動中心として時計
方向に角度；αだけ回動させた場合を説明する。
なお第１の回転伝達部材１４は台板１に固定的に
支持されているものとする。また説明を容易にす
るため、下腕３のみを傾動させ、上腕６用の第２
の回転駆動機１３は非駆動の状態に維持するもの
とする。この場合、リンクレバー４は静止状態に
維持されているので、下腕３、後腕５および上腕
６はリンクレバー４を固定の一辺とする平行運動
を行なう。即ち、下腕３は第１支点；O₁を回動
中心として時計方向に角度；αだけ傾動する。こ
の場合、第１の回転伝達部材１４は台板１に固定
され、かつ第２および第３の回転伝達部材１５お
よび１６は第２支点；O₂を中心として回動自在
に支持されているため、第２図において、第１の
連結具１８のうちY₂方向のものは第１の回転伝
達部材１４に巻きつき、Y₁方向のものは第１の
回転伝達部材１４から巻戻された状態となる。す
なわち、あたかも第１の回転伝達部材１４を反時
計方向に角度；αだけ回動させたかのように、第
１の連結具１８が移動する。このため第２および
第３の回転伝達部材１５および１６は、第２支
点；O₂を回動中心として反時計方向に角度；α
だけ回動する。第３の回転伝達部材１６の回動に
つれて第４の回転伝達部材１７および関節部材７
も第３支点；O₃を円心として反時計方向に角
度；αだけ回動する。すなわち、初期状態に対す
る調節部材７への時計方向への回転角度；Δ₁は Δ₁＝−α ……(1) ところで、第１図に示されるごとく、下腕３と
上腕６とが略直交する状態から下腕３を時計方向
に角度；αだけ傾動させると、上腕６は初期状
態、例えば水平状態を維持しつつ平行移動させら
れる。即ち上腕６と下腕３とのなす角度は90゜＋
αとなる。この状態は、初期状態に対して上腕６
を第２支点；O₂のまわりに反時計方向に角度；
αだけ回動した状態と等価である。このように上
腕６が第２支点；O₂を中心として反時計方向に
回動すると、第２図において、第２の連結具１９
のうちZ₁方向のものは、第３の回転伝達部材１４
から巻戻され、Z₂方向のものは第３の回転伝達部
材１６に巻きつく状態となる。

すなわち、あたかも第３の回転伝達部材１６を
時計方向に角度；αだけ回動させたかのように第
２の連結具１９が移動する。このため、第４の回
転伝達部材１７および関節部材７は第３支点；
O₃を中心として時計方向に角度；αだけ回動す
る。すなわち、初期状態に対する関節部材７の時
計方向への回転角度；Δ₂は Δ₂＝α ……(2) 結局、下腕３が第１支点；O₁を中心に時計方
向に角度；αだけ傾動したときに、関節部材７が
実際に回動する時計方向の角度をΔαとすれば、
(1)、(2)式より Δ〓＝Δ₁＋Δ₂＝Ｏ ……(3) となる。

次に、上腕６を第２支点；O₂を中心として時
計方向に角度；βだけ回動させる場合を説明す
る。この場合、第１の回転駆動機１２は非駆動の
状態に維持されて、下腕３が初期状態を保つもの
とする。さて第２の回転駆動機１３によりリンク
レバー４を時計方向に角度；βだけ回転すると、
リンクレバー４、後腕５および上腕６は下腕３を
固定の一辺とする平行運転を行ない、上腕６は第
２支点；O₂を中心として時計方向に角度；βだ
け傾動する。この場合、第１の回転伝達部材１４
は台板１に固定されているため、第２および第３
の回転伝達部材１５および１６は回転することは
ない。

このように第２および第３の回転伝達部材１５
および１６が固定状態にあるときに上腕６が時計
方向に角度；βだけ回動すれば、上記において下
腕３を傾動させたときの動作説明で述べたと同様
に、第２の連結具１９の動きは、あたかも第３の
回転伝達部材１６が第２支点；O₂を中心として
反時計方向に角度；βだけ回動したときの状態と
同一である。このため第４の回転伝達部材１７お
よび関節部材７は上腕６に対して反時計方向に角
度；βだけ回動する。

すなわち上腕６が第２支点；O₂を中心として
時計方向に角度；βだけ回動する場合、第４の回
転伝達部材１７および関節部材７は上腕６に対し
て反時計方向に角度；βだけ回動するため、関節
部材７の姿勢は上腕６の回動前と同一の状態に維
持される。

上記において、下腕３と上腕６とを同時に旋回
させても、夫々の旋回状態を合成させた状態と同
一になることは勿論である。

次に、不慮の原因によりロボツトの自由端部が
他の諸設備に当接した場合について説明する。第
１図および第２図において、関節部材７または操
作要素８に、例えば第３支点；O₃の時計方向の
力が作用した場合、この作用力は第４の回転伝達
部材１７、第２の連結具１９および第３の回転伝
達部材１６を時計方向に回動させるような方向に
作用する。これにより第２の回転伝達部材１５、
第１の連結具１８および第１の回転伝達部材１４
にも夫々時計方向に回動させるような方向に作用
する。

ところで、第１の回転伝達部材１４は台板１に
対して固定の状態に配設されているため、第１の
バネ手段２０部で伸長して第２の回転伝達部材１
５が時計方向に回動する。この場合、第２の回転
伝達部材１５とともに第３の回転伝達部材１６が
時計方向に回動し得るように第２のバネ手段２１
部も伸長する。また第３支点；O₃の反時計方向
の力が作用した場合、この作用力は第４の回転伝
達部材１７、第２の連結具１９および第３の回転
伝達部材１６を反時計方向に回動させるような方
向に作用する。この場合、第２のバネ手段２１部
で伸長して第４の回転伝達部材１７が反時計方向
に回動する。

上記において、第３支点；O₃に対する時計方
向又は反時計方向の作用力がいわゆる衝撃力であ
る場合、第１のバネ手段２０および第２のバネ手
段２１が適宜に伸長するため、ロボツト各部に急
激な力が作用することはなく、従つてロボツト各
部およびロボツトの自由端部に当接した諸設備を
破損する虞れはない。

勿論、バネ手段２０，２１には、第４図に記載
のごとくバネ力の調整自在なターンバツクル機構
２０１が設けられているので、作業者によるバラ
ツキがない状態で関節部材および操作要素への許
容設定力を夫々自在に調整することができる。

また上記において、許容設定力以上の力が作用
したときに第１および第２のバネ手段２０および
２１が伸長される方向は夫々定まつているため、
下腕３および上腕６の所定位置に夫々連結具１
８，１９の位置を検知するための検知手段２３，
２４を配設し、この検知手段２３，２４の出力信
号によりロボツトの作動を停止させ、かつ適宜の
警報手段を作動させることにより異常状態を知得
することができる。

更に、加圧機構１１を配設すれば操作要素８に
第４支点；O₄廻りの作用力が働いたときに有利
である。即ち第４支点；O₄廼りの作用力が働い
たとき、この作用力が設定作用力よりも大きい場
合、溝１０１と突起１０２との係合状態が解消さ
れ、関節部材７に対して操作要素８が回動しつ
つ、突起１０２の高さ；ｈに相当するだけY₁方
向に移動する。もちろんこの状態を検知手段２５
により知得することができる。このため、ロボツ
ト各部や他の諸設備を破損することはない。この
ように巻掛伝導装置２２と加圧機構１１とを配設
すれば、例えば操作要素８への作用力は特定方向
を除く殆んどの方向に対して、第３支点および第
４支点廻りの作用力として分解することができ、
しかも第３支点および第４支点廻りの夫々の作用
力が設定力を超えた場合、ロボツト各部が自動的
に変位するためロボツト各部および諸設備を破損
する虞れはない。

また第２図に示されるごとく、第１および第２
の連結具に対して、第２支点を基準として第１支
点と第３支点とに向つて夫々いずれかの同一側の
位置に第１および第２のバネ手段２０および２１
を配設すれば、第３支点；O₃廻りの時計方向お
よび反時計方向の作用力を夫々別個に担持するた
めに夫々のバネ力の調整が容易である。

なお、特定的には、第１の連結具と第１のバネ
手段、および第２の連結具と第２のバネ手段とを
実質的に同一状態に構成すれば、操作要素８への
影響が相殺されるため、より有効である。

即ち、第１の連結具１８がΔLだけ伸びたとす
ると、第１のバネ手段２０により引張られている
第１の連結具１８の一方側には固定状態の第１の
回転伝達部材１４に巻掛されているため、第１の
連結具１８の他端側に巻掛された回転自在な第２
の回転伝達部材１５がΔLに相当する角度；Δψだ
け反時計方向に回動される。これに伴つて第３お
よび第４の回転伝達部材１６および１７も反時計
方向にΔφだけ回動する。

一方、第２の連結具１９がΔLだけ伸びたとす
ると、第２のバネ手段２１により引張られている
第２の連結具１９の一方側は固定の状態の第３の
回転伝達部材１６に巻掛けされているのに対し
て、第２の連結具１９の他端側は回転自在な第４
の回転伝達部材１７に巻掛されているため、第４
の回転伝達部材１７はΔLに相当する角度；Δφだ
け時計方向に回動される。このように第１および
第２の連結具１８および１９が同量伸長したと
き、第４の回転伝達部材１７の回転状態が相殺さ
れて初期状態を維持する。従つて関節部材７およ
び操作要素８は、第１および第２の連結具１８，
１９が夫々同量だけ伸長したとしても初期状態に
維持される。従つて、実際のロボツトを考えた場
合、下腕３に対する第１および第２の回転伝達部
材１４および１５の配置状態と上腕６に対する第
３および第４の回転伝達部材１６および１７の配
置状態および第１の連結具１８と第２の連結具１
９を夫々同一に配置すれば、例えば第１支点；
O₁と第２支点；O₂との間隔をL₁、第２の支点；
O₂と第３の支点；O₃との間隔をL₂とした場合、 L₁＝L₂ に構成し、かつ第１の連結具と第１のバネ手段、
および第２の連結具と第２のバネ手段とを同一の
状態に構成すれば、大気温度の変化などに伴なう
第１および第２の連結具の変位は略同一となり、
従つてこれらの変動に拘わらず、関節部材７およ
び操作要素８は初期状態に維持され、いわゆる高
級な産業用ロボツトを実現することができる。な
お、上記間隔L₁、L₂が例えばL₂＞L₁である場合
でも、上腕６側の第２の連結具１９のL₂−L₁に
相当する変化が操作要素８の取付状態を微細に変
化させるが、上腕６および下腕３のL₁の長さに
相当する変位を相殺するため、操作要素８の取付
状態に多少の誤差が許される、いわゆる低級な産
業用ロボツトとして使用することができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す図であつ
て、第１図乃至第４図に示される実施例と略同一
に構成されている。相違する点は、下腕３および
上腕６を夫々第１支点；O₁および第２支点；O₂
のまわりに回動させる第１および第２の駆動機構
が夫々流体圧作動シリンダーにより構成されてい
ることと、台板１が例えば紙面と直交する方向、
即ちＸ方向に移動自在な台車２６上に搭載されて
いることである。この装置においても第１および
第２の駆動機構２７および２８のいずれか一方も
しくは両方を作動させても、第１図乃至第４図に
記載の装置と同様に上腕６もしくは下腕３の傾動
分だけ関節部材７の姿勢が自動的に補正されるの
で関節部材７は初期状態の姿勢に維持される。ま
た、このように台板１が台車２６に搭載されてい
れば台車のＸ方向の位置を判別することにより、
適宜のＹ方向の幅領域であつてＸ方向に長い操作
域に関節部材を移動させることができる、勿論こ
の場合、第１図乃至第４図に示される台板１を台
車に搭載したり、あるいは第１図乃至第４図に示
される装置全体を台車に搭載することができる。

上記説明において、第１乃至第４の回転伝達部
材を同径のプーリーとし、第１および第２の連結
具を夫々テンシヨンベルトとすることができる。

また、上記のごとく第１の回転伝達部材１４を
台板１に固定的に支持した巻掛伝導装置２２を配
設すれば、下腕および上腕の旋回状態に拘わら
ず、関節部および操作要素の姿勢は初期状態に維
持されるように稼動する。これにも拘わらず、第
１の回転伝達部材１４を図示しない駆動機に回転
的に連結して台板１に支持すれば、第１の回転伝
達部材１４を適宜に回動した場合にのみ関節部材
および操作要素の姿勢を初期状態に対して変更さ
せることができる。さらに、加圧機構１１がバネ
部材９と係合部１０とにより構成されていれば、
操作要素８が所望の状態にない場合、すなわち異
常状態である場合、この状態を知得後、上記係合
部１０が係合するよう操作することによりただち
に元の状態を復元することができる。これにも拘
わらず、関節部材７と操作要素との回動状態を適
宜に設定するための加圧機構１１としては、いわ
ゆるトルクリミツター機構とすることができる。
即ち、加圧力が調整自在な面板を当接させたり、
あるいは過大な力が作用したときの適宜の径のピ
ンを剪断させる。いわゆるシヤーピン構造とする
ことができる。

以上、本発明によれば、巻掛伝導装置は、第１
および第２の連結具の夫々の継手部に、バネを介
挿してバネ力の調整自在なターンバツクル式のバ
ネ手段を有し、かつ第１および第２のバネ手段は
第１および第２の連結具に対して、第２支点を基
準として第１支点と第３支点とに向つて夫々いず
れかの同一側の位置に配設されているため、作業
者によるバラツキがない状態で関節部材および操
作要素への許容設定力を自在に調整することがで
きる。勿論、第１および第２のバネ手段は、第３
支点；O₃廻りの時計方向と反時計方向の作用力
を夫々別個に担持するため、第１および第２のバ
ネ手段のバネ力を夫々別々に、かつ容易に調整す
ることができる。更に、ロボツトの先端部に、第
３支点；O₃を中心とした時計方向あるいは反時
計方向に過大な力が作用した場合でも、第１およ
び第２のバネ手段のいずれかにより連結具が伸長
してロボツト部に急激な力が作用することはな
く、このためロボツト各部および他の諸設備を破
損する虞れは皆無である。また、ロボツトの稼動
時に、ロボツト周辺の温度変化に伴なつて第１お
よび第２の連結具が伸縮した場合、上記第１およ
び第２のバネ手段により、第１および第２の連結
具の伸縮変位の大部分が相殺されるため、操作要
素８への影響は微細となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図
は第１図の要部を示す断面正面図、第３図は第２
図の−線矢視図、第４図は第２図の“Ａ”部
詳細断面図、第５図は本発明の他の実施例を示す
正面図である。１……台板、３……下腕、６……上腕、７……
関節部材、８……操作要素、１１……加圧機構、
１４〜１７……第１ないし第４の回転伝達部材、
１８……第１の連結具、１９……第２の連結具、
２０……第１のバネ手段、２１……第２のバネ手
段、２２……巻掛伝導装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１台板に対して下腕を第１支点のまわりで回動
自在に配設し、下腕の他端部に上腕を第１支点に
平行な第２支点のまわりで回動自在に配設し、上
腕の他端部に関節部材を第１支点に平行な第３支
点のまわりで回動自在に配設し、かつ下腕および
上腕を夫々第１支点および第２支点のまわりに回
動させる駆動機構を配設するとともに、第１支点
と同心状となるよう台板に適宜に支持されて下腕
とは回転自在な第１の回転伝達部材と、上腕とは
分離されて第２支点のまわりで回転自在な一体形
をなす第２および第３の回転伝達部材と、第３支
点のまわりで回転自在であつて前記関節部材と一
体的に連結された第４の回転伝達部材と、第１の
回転伝達部材と第２の回転伝達部材との間および
第３の回転伝達部材と第４の回転伝達部材との間
に夫々配設された第１および第２の連結具とから
なる巻掛伝導装置を配設してなる多関節アーム式
産業用ロボツトにおいて、前記巻掛伝導装置は、
前記第１および第２の連結具の夫々の継手部に、
バネを介挿してバネ力の調整自在なターンバツク
ル式のバネ手段を有し、かつ該第１のバネ手段
は、第１および第２支点の各軸線に直交する平面
上の第１支点から第２支点に向つて左右いずれか
の位置に配設されるとともに、第２のバネ手段
は、第２および第３支点の各軸線に直交する平面
上の第２支点から第３支点に向つて第１のバネ手
段とは反対側の位置に配設されたことを特徴とす
る多関節アーム式ロボツト。