JPH0225758B2 - - Google Patents

Description

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

〔発明の背景〕

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。

しかしながら上記従来の工業用多関節形ロボツ
トでは、駆動モータの回転運動を送りねじの直進
運動に変え、これを上腕および前腕の揺動運動に
変えているため、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
る欠点を有する。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欠点を有する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなく
し、座標計算が容易で、且寿命の長い部品で構成
でき、しかも機構を簡素化し、バランスのとり、
腕機構が回転されても常に手首の姿勢を一定に保
持し、制御が容易で安定性のある工業用多関節形
ロボツトを提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明は、ベース
と、旋回台用回転形アクチユエータの動力によつ
て前記ベースに対して垂直軸を中心として回転さ
れる旋回台を設け、下端において前記旋回台の上
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、前記旋回台の上部に前記第１の軸
を中心にして揺動自在に支持されたレバーと、一
端において前記レバーの揺動端に第２の軸を中心
として回転自在に連結された第２の上腕と、前記
第２の上腕の他端及び前記第１の上腕の上端とそ
れぞれ第３の軸及び第４の軸を中心として回転自
在に連結した前腕とで第１の平行四辺形リンクを
構成し、前記前腕は前記第１の上腕に関して前記
第１の平行四辺形リンクと反対方向に伸長部を有
し、前記第１の上腕を揺動するように前記第１の
上腕に連結された第１の回転形アクチユエータ
と、前記レバーを揺動するように前記レバーに連
結された第２の回転形アクチユエータとを前記旋
回台に支持させ、前記前腕の前記伸長部の先端に
少くとも２自由度でもつて手首を連結し、該手首
を駆動する第１及び第２の手首用回転形アクチユ
エータを、該第１及び第２の手首用回転形アクチ
ユエータが固定される固定部材と共に、前記第１
の平行四辺形リンク上の軸に回転自在に支持する
と共に、前記固定部材の揺動端を前記第１の平行
四辺形リンク上の軸と前記第１の軸と前記旋回台
の固定軸とで第２の平行四辺形リンクを構成する
ように、リンク機構を介して前記旋回台の固定軸
に回転自在に連結し、さらに前記第１及び第２の
手首用回転形アクチユエータの回転子を、前記第
１の平行四辺形リンクに沿つて設けられた動力伝
達機構を介して前記手首に連結し、前記腕部材が
第１及び第２の回転形アクチユエータによつて回
転されても手首の姿勢を一定に保持できるように
し、制御を容易にしたものである。

〔発明の実施例〕

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に回転自在に設置された
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を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２
２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、３
０ａ，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３６
ａ，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
３１ａ，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３３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，２
７ｂは、レバー２５の揺動端Ｃの回りに軸受３８
ａ，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２８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，２６
ｂ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３０ａ，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、手首に設けられた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２６
ａ，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
２７ａ，２７ｂを旋回台２４の静止節OA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。さらに、上記のよう
な手首の姿勢を一定にするための平行四辺形リン
ク機構を設けることで、手首駆動モータ２６ａ，
２６ｂを、腕駆動モータ２１，２３が連結される
旋回台上の軸Ｏとは異なる連結点Ｃ等の平行四辺
形リンク上の軸に回転自在に支持できるので、手
首駆動モータ２６ａ，２６ｂと腕駆動モータ２
１，２３が干渉することなく設置でき、全体的に
みて機構を簡略化できる効果がある。

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、機構を簡
素化してモータの制御、即ち座標計算が非常に簡
便になり、手首の位置制御を精度よく行うことが
でき、しかも安定性に優れ、且長寿命化をはかつ
た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。

【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図及至第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、２
７ａ，２７ｂ…部材、２８…リンク、２９ａ，２
９ｂ，３０ａ，３０ｂ，４１ａ，４１ｂ…円板、
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ…リンク、３３
…手首。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベースと、旋回台用回転形アクチユエータの
   動力によつて前記ベースに対して垂直軸を中心と
   して回転される旋回台を設け、下端において前記
   旋回台の上部に第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、前記旋回台の上部に前
   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、一端において前記レバーの揺動端に第２
   の軸を中心として回転自在に連結された第２の上
   腕と、前記第２の上腕の他端及び前記第１の上腕
   の上端とそれぞれ第３の軸及び第４の軸を中心と
   して回転自在に連結した前腕とで第１の平行四辺
   形リンクを構成し、前記前腕は前記第１の上腕に
   関して前記第１の平行四辺形リンクと反対方向に
   伸長部を有し、前記第１の上腕を揺動するように
   前記第１の上腕に連結された第１の回転形アクチ
   ユエータと、前記レバーを揺動するように前記レ
   バーに連結された第２の回転形アクチユエータと
   を前記旋回台に支持させ、前記前腕の前記伸長部
   の先端に少くとも２自由度でもつて手首を連結
   し、該手首を駆動する手首用回転形アクチユエー
   タを、該手首用回転形アクチユエータが固定され
   る固定部材と共に、前記第１の平行四辺形リンク
   上の軸に回転自在に支持すると共に、前記固定部
   材の揺動端を前記第１の平行四辺形リンク上の軸
   と前記第１の軸と前記旋回台の固定軸とで第２の
   平行四辺形リンクを構成するように、リンク機構
   を介して前記旋回台の固定軸に回転自在に連結
   し、さらに前記手首用回転形アクチユエータの回
   転子を、前記第１の平行四辺形リンクに沿つて設
   けられた平行リンク形伝達機構を介して前記手首
   に連結したことを特徴とする工業用多関節形ロボ
   ツト。