JPH0241886A - ダイレクトドライブロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はダイレクトドライブモーターによって駆動され
るダイレクトドライブロボットに関する。

（従来の技術） 従来のダイレクトドライブ（以下、ＤＤ）モーターを使
用したＤＤロボットに特開昭６１−１７３８７５号に示
すものがある。

これは水平多関節アームを駆動する第１及び第２のＤＤ
モモ−−をロボット基部に固定し、先端アームを基部ア
ーム駆動用ＤＤモーターの中空部を貫通するシャフトと
基部アーム内に配設したスチールベル１−により、第２
のＤＤモモ−−と回転連結することにより原動するもの
である。

又、基部アームの支持及び原動伝達としては、その内側
に前記の先端アーム駆動用のシャツ１へを軸支した固定
支柱の外周に比較的長い回転支柱を軸支し、この回転支
柱の上端に基部アーｔ、を下端に第１のＤＤモモ−−を
連結している。

又、スチールベルトにテンションを張架するためプーリ
ーにり長刀維持機碍を設けている。

第１及び第２のＤＤモモ−−はカバー内においてステー
ターとローターが露出してほぼ」二部に並設されている
。

（発明が解決しようとする問題点） ｌＩｑ記従来技術は大重量であるＤＤモモ−−を固定部
に配設した構造のため、アームが軽量となり、アームの
運動性ｆｊｌが向上するとともに。

ＤＤモモ−−使用時のもう一つの問題であったアームの
力学的干渉による影響を少なくすることにより、実用的
ＤＤロボットとして米国で普及している。

しかしながら、このロボットには以下の問題点がある。

（１）先端アーム駆動伝達手段としてスチールベルトを
用いているため、スチールベルトの初期伸びを除去した
り、二一ジンヅが必要など品質保証のうえでコストがか
かる。

茎）■と同様にスチールベル１−にテンションを張架す
る特別な機構が必要となるためコスｈ高となる。

■　基部アームと第１のＤＤモモ−−との間に長い支柱
が介在しているため、支柱軸の１１１口ず及びねじり剛
性が低くなる。そのため、ＤＤモモ−−のサーボゲイン
を高めることができない。又、ＤＤロボットの場合、減
速機がないのでダンピングがなくアーム等の剛性が低い
と共振現象が起きやすい。

ｌ◇　第１及び第２のＤＤモモ−−が接近並設されてい
るため放熱条件が悪くなる。そのため。

ＤＤモモ−−の近傍に配設されている回転検出器（エン
コーダー）に悪影テを及ぼす。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点をＩＷ決することを目的としており
、基部アーム後部内に配設した第一リンクプレート下面
に駆動軸を固着するとともに、基部アーム前部」一部に
軸受を介して先端アーム軸を前記駆動軸と・Ｖ行に軸支
するとともに、該先端アーム軸」二部に先端アームを固
着し、先端アーｌ＼頓に第二リンクプレートを固着する
とともに、咋動幀と先端アーム軸の・軸間距離と等しい
長さで、かつ互いの回動面が一致しないように二本のリ
ンクの両端を第一リンクプレ−１・と第二リンクプレー
トにそれぞれ回転中心からの距離を等しく設けられた長
さの異なる一対の支柱二組によって二本のリンクの位相
差が略９０度に、かつ前記駆動軸と平行になるように軸
支するとともに、前記基部アーム後部下面に基部アーム
原動用ダイレクトドライブモーターの出力軸をその軸が
前記駆動軸と平行かつ同軸となるように固着し、該基部
アーム駆動用ダイレクトドライブモーターをその下部に
配置した固定台に固定するとともに、該固定台内に前記
載部アーム叩動用ダイレクトドライブモーターと同・Ｆ
ＩＩｌとなるように先端アーム原動用ダイレクトドライ
ブモーターを設け、該先端アーム叩動用ダイレクトドラ
イブモーターの出力軸に基部アーム原動用ダイレクトド
ライブモーターの中空部を貫通した駆動軸Ｆ端を固着し
たことを特徴とする。

（構　成） 以下、図示した実施例に基づいて具体的に説明する。固
定台１上部にフランジ２が固定されている。固定台１に
は基部アーＡｓ　１９ｇ動用ダイレクト（以下、ＤＤ）
モーター３のステータ一部３　ａが固定されている。該
ＤＤモモ−−３のローター上部にはスペーサ４がｌ？ｊ
定され、該スペーサ４には基部アーム５の後（基）部５
ａが固定されている。

一方、基部アーム５先端５ｂの基部アーム駆動用ＤＤモ
ーター３と反対側では支持部材６がアームの長手方向に
前記基部アーｔｚ　８Ｍ動用ＤＤモーター３の出力軸と
直角方向に位置が調節できるよう長穴にボルトによって
基部アーム５に締結されている。該支持部材６には押え
板７によってクロスローラー軸受８が固定されており、
クロスローラー軸受８は先端アーム軸９を基部アーム駆
動用ＤＤモーター３の出力軸と平行に軸支している。１
０はその後部において先端アーム軸に連結している先端
アームである。

また、前記スペーサ４には先端アーム駆動軸１１が軸受
１２ａ、１２ｂによって、基部アーム駆動用ＤＤモータ
ーの出力軸と同軸に軸支されている。該先端アーム駆動
軸１１の基部アーム５内突出端には第１リンクプレート
１３が、ｊＩｘ合穴１３ａを先端アーム廓動軸１１の嵌
合軸１１ａに嵌合して結合している。また、先端アーム
軸９の基部アーム５側にも第２リンクプレート１４が、
嵌合穴１４ａを先端アーム軸９の嵌合軸９ａに嵌合して
結合している。第１リンクプレート１３、第２リンクプ
レート１４の対向するそれぞれの面にはリンクプレート
の回転中心よりｒ工ｔ　ｒ２、ｒ１１ｒ２′の距離に嵌
合穴１５，１６゜１７．１８があけられている。この嵌
合穴１５゜１６．１７．１８と前記の嵌合穴１３ａ、１
４ａは第１リンクプレート１３、第２リンクプレート１
４を同時加工にて製作されているので、それぞれの回転
中心からの距離は’Ｌ＝ｒＬ’　＋　　ｒ２：＝　ｒ＋
　２．また角度α＝βとなっている。嵌合穴１５，１６
と１７．１８にはそれぞれ長さの異る一対のリンク軸１
５ａ、１６ａと１７ａ、１８ａが前記先端アーム廓動軸
１１と平行に取付けられている。

長リンク軸１５ａと短リンク軸１７ａ、短リンク軸１６
ａと長リンク軸１８ａは、軸受１９ａ、２０ａ、１９ｂ
　、　２０ｂ　、　１９ｃ　、　２０ｃ、１９ｄ、２０
ｄを介してそれぞれリンク２１．２２によって連結して
いる。リンク２１とリンク２２はリンクプレート１３．
１４が回転しても干渉しないよう回動面が異っている。

また、リンク２１．２２は同時加工によってそれぞれの
軸間距に１ｅ１＋ｅｚが等しくなっている。またｅｌｌ
　８２は設計寸法が基部アーム５の軸間距離りと等しく
設兎されている。

なお、リンク２１．２２のそれぞれの軸支部は２個の軸
受間に皿バネ２３．２４が挿入されており、押え板２５
によって軸受の外輪１球。

軸受の内輪１皿バネ、軸受の内輪、球、軸受の外輪にわ
たって予圧が設定されている。２６は押え板２５をリン
ク２１．２２に締結しているネジである。

それぞれのリンク２１．２２の両端軸支部は第７図に示
す如く予圧が設定されていて、かつ少なくとも一方の軸
支部は軸方向のアライメントのため、リンク軸とリンク
（軸受内＠）とは軸方向に移動可能となっている。

なお、２７．２８は基部アーム５に取付けられた組立時
に使用するフタである。

又、嵌合穴１３ａと１４ａ、Ｌ５ａと１７ａ、１６ａと
１８ａ及びリンク２１．２２の軸受穴の径はそれぞれ等
しくなっている。

一方、固定台１内部には固定台１の底部１ａに先端アー
ム駆動用ＤＤモーター２７のステーター２７ａが固定さ
れている。先端アーム駆動用ＤＤモーター２７はその出
力軸（ローター）２７ｂが、前記先端アーム駆動軸１１
と同軸になるよう設けられている。先端アーム駆動用Ｄ
Ｄモーター２７の出力軸２７ｂは先端アーム恥動軸１１
の下端１１ｂに結合したフランジ２８に締結されている
。

フランジ２８と前記フランジ２間には間隙が設けられて
いる。また、前記スペーサ４下部には基部アーム駆動用
ＤＤモーター３の中空部３ｄと先端アーム屏動軸１１と
の間を貫通する中空シャフト部４ａが形成されていて、
該中空シャフト部４ａのフランジ２下方への突出部４ａ
’　には間隙内にブロック３０が連結されている。該ブ
ロック３０は前記フランジ２８に軸受３２を介して軸支
されている。２３．２４は・軸受；３２に予圧を与える
皿バネである。

ムブロック３０には基部アーム回転制限用のメカニカル
ストッパが形成されていて、フランジ２に固定された固
定ストッパ３３に当接するようになっている。また、ブ
ロック３０にはドグ３４が設けられていて、フランジ２
に設けられたブラケッ１〜３５に固定された基部アーム
回転角検出用の原点並びにオーバーラン検出用の近接ス
イッチ３Ｇ、３７．３８に検出されるようになっている
。固定台１背而には図示省略のコントローラーと接続す
るコネクター３９を設けた中継ボックス４０が設けられ
ている。

また、中継ボックス４０とフランジ２間の固定台上面に
は配線用の支柱４１が取付けられている。該ｌ！１［！
線用支柱４１上端には回転型コネクター４２を介してフ
レキシブルコンジットチューブ（以下、コンフッ１−チ
ューブ）４３の一端が接続されている。

コンジットチューブ４３の他端は先端アーム輔９と略同
軸になるように先端アーム１ｏ後部上部に設けられたが
カバ−４４上部に設けられた回転型コネクター４５を介
して、先端アーム１０と接続している。

先端アーム１０内部において減速機４６を備えた作業軸
回転駆動用ＡＣモーター４７と作業軸位置決めストッパ
ｌｌｉ動用Ａ、　Ｃモーター４８が・１と行先端アーム
軸９とに設けられている。前記ＡＣモーター４７は先端
アーム軸９と略同軸になるように設けられており、減速
１幾４６の出力軸４６ａにはタイミングプーリー４８が
、後記ＡＣモーター４８の出力軸４８ａにはタイミング
プーリー４９が連結している。

一方、先端アーム１０の前部］Ｏｂにはスプラインによ
って形成された一対の作業軸５０゜５０′が先端アーム
軸９と平行になるよう、スプライン軸受５１．５１’　
、５２．５２’　、ラジアル軸受５３．５３’　、５４
．５４’によって軸方向に摺動自在かつ回転自在に軸支
されている。

前記スプライン軸受５］、５］’　、５２．５２’はス
リーブ５５．５５’　を介してタイミングプ＝υ−５６
＋　５６　’　に連結している。該タイミングプーリー
５６．５６’　と前記タイミングプーリー４８はタイミ
ングベルト５７によって回転連結している。

また、作業軸５０，５０′上端部５０ａ、　５０ａ’は
先端アーム１０前部上部に作業軸５０．５０’と平行に
設けられた一対のエアシリンダ５８゜５８′のロット５
８ａ、５８ａ’　に連結したジヨイント５９．５９’　
に設けられた軸受６０，６０’によって回転自在かつ軸
方向に一体になるよう設けられている。

一方、先端アーム１０前部の作業軸５０゜５０′中間部
には軸受６１，６２を介して作業４’１１１５０，５０
’　と平行にスリーブ６３が軸支されている。該スリー
ブ６３には軸受６１−上方において、タイミングプーリ
ー６４が形成されており、前記タイミングプーリー４９
とタイミングベルト６５によって回転連結されていると
ともに、その上部において外周におねじを形成した摺動
ストッパ６６のおねじに嵌合するめねしを形成した軸受
６７を固定しである。６８は摺動ストッパ６６上部に形
成されたストッパ部で、先端アーｔｓ　ｌ　Ｏ内部に前
記スリーブ６３の軸と下行に固定さ九たガイド６９によ
って慴動自在かつ回転不能に案内されている。７０は先
端アーム１０前部に設けられたカバーである。

なお、カバー７０、カバー４４、中継ボックス４０、フ
タ２７，２８、支持部材６等はロボット内部を外部より
密閉する構造となっている。

７０．７１．７１’は先端アーム回転角検知のための原
点用及びオーバーラン検出用近接スイッチである。

又、７２は基部アーム５の後部５ａに固定された先端ア
ーム用のメカニカルストッパで、先端アームのオーバー
ラン時に第１リンタプレー１へに当１妾するようになっ
ている。

本発明では、先端アーム用のメカニカルストッパ７２と
基部アーム用のメカニカルストッパ３３がロボット内部
に設けられている。そのため、安全性が向上すると、と
もに万一ロボットがオーバランしてメカニカルストッパ
が当接しても、当接によって発生するふん塵が外部に放
出しないため、クリーン度を要求される環境においても
使用できる。

なお、前記フランジ２とフランジ２８との間隙部にメカ
ニカルストッパを形成したブロック３０と固定ストッパ
３３を設けたが、ストッパの代りに先端アーム駆動用Ｄ
Ｄモーター２７の出力軸２７ｂと中空シャフト部４ａの
回転を停止させるブレーキをフランジ２もしくは固定台
に設けてもよい。また、この場合は１つのブレーキ手段
で一度に前記先端アーム駆動用ＤＤモーターの出力軸２
７ｂと中空シャフト部４ａを停止させるようにすること
も考えられる。

なお、作業軸５０．５０’　の下端５０ｂ、５０ｂ’に
は図示省略の作業工具を取り付ける。

また、７３はコンジットチューブ４３に内挿され、中継
ボックス４０と先端アーム１０を接続するケーブルであ
る。基部アーム５内には′重装部品は取付けられていな
いので、リンク２１゜２２が回転じてもケーブル切断の
恐れがない。

２組の平行四辺形リンク機構のうち、リンク１８．１９
の長さａｔｅ　ｅｚが同時加工されているので等しい。

またリンクプレート１０．１１の回転中心とリンク１８
．１９の軸支部の軸間距ｆ’ｉ’ＩＩ’ｔｙ　ｒ、＋　
　ｒｚ＋　　ｒｚ’　も同時加工しているので等しくな
っている。

また、組立時に支持部材５が位置調節可能な構造となっ
ているので、基部アームの軸間距離りをＬ＝ｅ□（ｅ２
）とすることができるので、先端アーム坊区動軸３の回
転は先端アーム軸に伝達される。

なお、リンク１８．１９と基部アーム２の軸間距離ｅ□
＋ｅｚ＊Ｌ’を等しくする様に、２つのリンクと基部ア
ームを同時加工する方法も考えられるが、リンクと基部
アームの大きさと、・加工穴径が極端に異るので実際に
これを同時加工することは不可能である。

なお、リンク軸支部では少なくともどちらか一端でリン
ク（軸受内輪）がリンク軸に対して軸方向に移動できる
ようになっているので１部品の加工誤差や組付誤差を吸
収することができ、精密で無理のない回転伝達を可能と
している。

また、同時にリンク軸支部では予圧が設定されているの
で、リンク軸支部（軸受）における剛性の低下を防いで
いる。特に駆動伝達系中に剛性が小さい部分があると固
有振動数が小さくなってしまうので、固有振動数が高い
ことを要求されるダイレクトドライブモーターを開動源
としているので効果がある。

又、前記フタ２７．２８はそれぞれ基部アーム５の後（
基）部上部と前（先端）部下部に形成された穴を密閉す
るために設けられているが。

この２つの穴は基部アーム５内にリンク２１゜２２等を
組込むための作業用の穴であるが、この穴と穴に対向し
た軸支部以外は基部アームが閉構造になっているため高
いアーム剛性を得ることができる（通常、リンクを内蔵
したアームはアームの一側が全部間いた構造になってし
まうため剛性が低かった。）。

又、コンジットチューブ４３内にロボット内に発生する
ふん塵を外部から吸引する排気用のチューブを設けるこ
ともできる。コンジットチューブ４３は一端で先端アー
ム１０の略回転中心に回転コネクターによって接続され
ているので、アームの速い動きにも無理なく追従できる
（従来はアームに取付けられた配線の曲げやねじりに起
因する抵抗によって精度劣化の問題があった。）。

次に作用について述べる。

基部アーム駆動用ＤＤモーター３及び先端アーム１駈動
用ＤＤモーター２７を回動することにより、基部アーム
５と先端アーム１０が回動し、作業軸５０．５０’　を
平面的に位置決めするとともに、作業軸回転駆動用ＡＣ
モーター４７によって作業軸の回転位置決めも行う。同
時に作業軸位置決めストッパ能動用ＡＣモーター４８に
よってストッパ部６８を位置決めする。

次にエアシリンダ５８．５８’のいずれかを作動させて
作業軸５０．５０’　を下降させると、所望の高さにて
エアシリンダ５８．５８’のロッド５８　ａ　ｐ　５８
　ａ　’　が前記ストッパ部６８に当接し停止する。

（効　果） 以上述べたきたように本発明によると、基部アーム後部
内に配設した第一リンクプレート下面に駆動軸を固着す
るとともに、基部アーム前部上部に軸受を介して先端ア
ーム軸を前記１’Ｊ動頓と平行に軸支するとともに、該
先端アーム軸上部に先端アームを固着し、先端アーム軸
に第二リンクプレートを固着するとともに、駆動軸と先
端アーム軸の軸間距離と等しい長さで、かつ互いの回動
面が一致しないように二本のリンクの両端を第一リンク
プレートと第二リンクプレートにそれぞれ回転中心から
の距離を等しく設けられた長さの異なる一対の支柱二組
によって二本のリンクの位相差が略９０度に、かつ前記
駆動軸と平行になるように軸支するとともに、前記基部
アーム後部下面に基部アーム唾動用ダイレクトドライブ
モーターの出力軸をその軸が１）？１記駆動軸と平行か
つ同軸となるように固着し、該基部アーム駆動用ダイレ
クトドライブモーターをその下部に配置した固定台に固
定するとともに、該固定台内に前記基部アーム暉勅用ダ
イレクトドライブモーターと同軸となるように先端アー
ム駆動用ダイレクトドライブモーターを設け、該先端ア
ーム駆動用ダイレクトドライブモーターの出力軸に基部
アーム叩動用ダイレク１〜ドライブモーターの中空部を
貫通した１兄動軸下端を固着したことを特徴としたので
、先端アームをダブルリンク機構で駆動でき、経時変化
がなく安定した精度を確保できる。

又、基部アーム５と基部アーム５を軸支している軸受（
基部アーム駆動用ＤＤモーター３の軸受を共用）との距
にか短いため、基部アーム５の軸支に関する曲げ及びね
じりに関して高剛性が得られ、更に基部アーム駆動用Ｄ
Ｄモーター３が露出かつ先端アーム駆動用ＤＤモーター
２７との距離が雑れでおり、又、表面積の大きい固定台
に連絡しているため、放熱条件が良く過酷な運転にも坩
えることができ、構造が簡ｊｒ−であるため、安価なＩ
）　Ｄロボットを供給できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例正断面図、第２（１２Ｉ、第
３図は第１図の要部拡大図、第４図は第１図の外観側面
図、第５図は同平面図、第６図は第１図のリンク部平面
図、第７図は第６図のリンク部軸支部の正１＠面図であ
る。 １・・・固定台 ３・・基部アーム１９［ｊ動用ダイレクトモーター５・
・・基部アーム ９・・・先端アーム軸 １０・・・先端アーム １１・・・先端アーム叩動軸 １３・・・第１リンクプレート １４・・・第２リンクプレー１− ２１．２２・・・リンク ２７・・・先端アーム廃動用ダイレクトモーター２７ｂ
・・・出力軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基部アーム後部内に配設した第一リンクプレート下面に
   駆動軸を固着するとともに、基部アーム前部上部に軸受
   を介して先端アーム軸を前記駆動軸と平行に軸支すると
   ともに、該先端アーム軸上部に先端アームを固着し、先
   端アーム軸に第二リンクプレートを固着するとともに、
   駆動軸と先端アーム軸の軸間距離と等しい長さで、かつ
   互いの回動面が一致しないように二本のリンクの両端を
   第一リンクプレートと第二リンクプレートにそれぞれ回
   転中心からの距離を等しく設けられた長さの異なる一対
   の支柱二組によって二本のリンクの位相差が略９０度に
   、かつ前記駆動軸と平行になるように軸支するとともに
   、前記基部アーム後部下面に基部アーム駆動用ダイレク
   トドライブモーターの出力軸をその軸が前記駆動軸と平
   行かつ同軸となるように固着し、該基部アーム駆動用ダ
   イレクトドライブモーターをその下部に配置した固定台
   に固定するとともに、該固定台内に前記基部アーム駆動
   用ダイレクトドライブモーターと同軸となるように先端
   アーム駆動用ダイレクトドライブモーターを設け、該先
   端アーム駆動用ダイレクトドライブモーターの出力軸に
   基部アーム駆動用ダイレクトドライブモーターの中空部
   を貫通した駆動軸下端を固着したことを特徴とするダイ
   レクトドライブロボット。