JPH0323314B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、関節形ロボツトに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、第１図に示す如く、産業用ロボツトの本
体１と物体をつかむチヤツク等で構成された手機
構２との間に連結された腕機構はクランクレバー
３とクランクレバー４とによつて構成され、工業
用ロボツトの本体１とクランク３との結合点には
クランク３を回転させるモータ５が備え付けら
れ、クランクレバー３とクランクレバー４との結
合点にはクランクレバー３に対してクランクレバ
ー４を回動させるモータ６が備え付けられ、クラ
ンクレバー４と手機構２との結合点にはクランク
レバー４に対して手機構２を回動させるモータ７
が備えられたものである。この他従来技術として
は、特開昭47−7418号公報、1972年８月発行「電
総研ニユース」271号第７頁、及び米国特許第
2861699号明細書及び図面がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前者の従来技術では、クランク
レバーの運動端に相当重量であるモータが載置さ
れているため、クランクレバーの慣性力が大きく
なり、速く手機構の姿勢及び位置を制御すること
ができないと共に振動及びすべりを誘起させる欠
点を有していた。また上記腕機構において手機構
の姿勢を所定方向に傾けた状態で保持させるため
には、常にクランクレバー４の傾きが変化する度
毎にその変化量だけモータ７を回動させなければ
ならず、複雑な制御が必要となると共に制御動作
が緩漫になる問題点を有していた。

この問題点を解決する関節形産業用ロボツトと
しては特開昭47−7418号に開示されたものが知ら
れていた。

しかしこの従来の産業用ロボツトでは、上方腕
材、及び中間部材を回動させる駆動力は各シリン
ダのピストンの直線運動出力で得ているため、常
に上方腕材、及び中間部材の回転角と各シリンダ
のピストンの直線運動量とが比例しない。それ
故、下方腕材の先端を所定の位置から他の位置へ
移動させるとき、直ちにシリンダの直線運動量を
定めることが出来ず、結局シリンダの制御を複雑
にし、低速運転しか出来ないと共に腕駆動機構が
複雑になる問題点を有していた。

また、電総研ニユースに記載されたマニコピレ
ータでは、腕駆動用モータが肩部ではなく、ベー
スに取付けられているため、肩部が旋回した際腕
部材が動き、補正しなければならず、制御が複雑
となる問題点を有していた。

また米国特許第2861699号のマニコピレータで
はチエーンで前腕を駆動するため、剛性が低く、
高精度に位置決めすることができないという問題
点を有していた。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
すべく、動力伝達機構を簡素化して軽量化し、し
かもロボツトの腕機構を支持する肩部が高い剛性
を有し、高精度な位置決めを可能とし、さらには
作業範囲の広い関節形ロボツトを提供するにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち本発明は、ロボツト本体に載置された回転
駆動モータによつて回転自在に支持された肩部を
備え、該肩部はそれぞれ平行に相対向して配置さ
れた第１の支持部材及び第２の支持部材と、これ
ら支持部材のロボツト本体側の一辺を一体的に連
結する連結部材とからなつており、ロボツトの腕
機構は、前記肩部の前記第１の支持部材と前記第
２の支持部材に回転自在に支持される平行四辺形
リンク機構によつて構成されており、ロボツトの
腕機構を駆動するための第１の回転形アクチユエ
ータの出力軸に対して一端を連結された第１の水
平駆動軸を前記第１の支持部材の固定支点に回転
自在に支持し、前記第１の水平駆動軸の軸心と同
一軸心となるように、ロボツトの腕機構を駆動す
るための第２の回転形アクチユエータの出力軸に
対して一端を連結された第２の水平駆動軸を前記
第２の支持部材の固定支点に回転自在に支持し、
前記平行四辺形リンク機構は、第１の腕部材、第
１のリンク部材、第２のリンク部材、第２の腕部
材からなつており、その運動面は前記第１の支持
部材と前記第２の支持部材の各平面と平行となる
ようにされており、前記第１の腕部材は、その一
端を前記第１の水平駆動軸の他端に固着され、該
一端を回転の支点として、前記第１の回転形アク
チユエータの回転と正比例して揺動する揺動端点
を他端とし、前記第１のリンク部材は、その一端
を前記第２の水平駆動軸の他端に固着され、該一
端を回転の支点として、前記第２の回転形アクチ
ユエータの回転と正比例して揺動する揺動端点を
他端とし、前記第２のリンク部材は、前記第１の
リンク部材の揺動端点に一端を支持され、該一端
の揺動運動を長手方向の往復動運動に変換して前
記第２の回転形アクチユエータの回転に対して正
比例する揺動運動として他端に伝達する構成と
し、前記第２の腕部材は、その一端を前記第２の
リンク部材の揺動する他端に支持され、かつ中間
部を前記第１の腕機構の揺動端点に支持され、そ
れによつて一端の揺動運動に正比例した揺動運動
として他端に伝達する構成とし、さらに、前記第
１の支持部材の固定支点に支持された第１の水平
駆動軸と、前記第２の支持部材の固定支点に支持
された第２の水平駆動軸とはそれぞれの駆動の伝
達の軸心が同一軸心上において相対向して配置さ
れ、かつそれぞれの水平駆動軸は独立して駆動力
が伝達できるように回転自在に支持されており、
これによつて、第１の腕部材の揺動運動は第１の
水平駆動軸の回転から直接的に回り対偶で伝達さ
れ、第２の腕部材の揺動運動は第２の水平駆動軸
の回転運動から第１のリンク部材を介して回り対
偶で伝達されるように構成したことを特徴とする
関節形ロボツトである。

〔作用〕

上記構成により腕部材駆動機構が簡素化し大幅
に軽量化化できる。

また、二つの腕駆動用モータを、それぞれ肩部
の第１の支持部材と第２の支持部材の各固定支点
に支持たものにおいて、両支持部材が連結部材に
より一体的に連結されているために肩部の剛性が
高くなり、両支持部材の間に作用する二つの腕駆
動用モータの駈動力の反力が相違したり、逆方向
に作用した場合でも肩部に発生するねじれを極力
小さく抑えることができる。このように、高い剛
性を有するロボツトの腕機構を支持する肩部を得
ることができるので、結果的に該肩部に支持され
た腕機構先端の手首位置の高精度な位置決めを可
能とするものである。

さらに、各々の支持部材のロボツト本体と反対
側の辺を平行四辺形リンク機構の揺動運動を阻害
しないように開放型としたことにより平行四辺形
リンク機構の腕部材の作業範囲を広くすることが
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２図は本発明の関節形産業用ロボツトの腕機
構を構成する部品の組み付け状態を示す斜視図、
第３図は第２図の作動歯車械構部の拡大して示し
た図である。即ち、１は工業用ロボツトの本体に
してＬ金具８が水平面内で回動するようにＬ金具
８に固着された軸９を回転自在に支持し、この軸
９を回転させるとモータ（図示せず）を載置して
いる。肩部１０は第１の支持部材５７及び第２の
支持部材５８、そしてこの両支持部材のロボツト
本体側の一辺を一体的に連結する連結部材５９か
らなつており、垂直面内で回動し得るように軸１
１をＬ金具８に回転自在に支持し、この軸１１を
ボールジヨイント（図示せず）をして本体１に載
置されたモータ（図示せず）に連結されている。
１２は上記肩部１０の第１の支持部材５７の固定
支点に回転自在に水平方向に支持された第１の水
平駆動軸にして、第１の腕部材１３の一端を固着
していると共に腕機構駆動用のモータである第１
の回転形アクチユエータ（図示せず）の出力軸に
連結されている。１４は上記第１の水平駆動軸１
２と同軸心上に上記肩部１０の第２の支持部材５
８の固定支点に回転自在に水平方向に支持された
第２の水平駆動軸にして、第１のリンク１５の一
端を固着していると共に腕機構駆動用のモータで
ある第２の回転形アクチユエータ（図示せず）の
出力軸に連結されている。

この腕機構駆動用の第１の回転形アクチユエー
タの出力軸に連結された第１の水平駆動軸の軸心
は、腕機構駆動用の第２の回転形アクチユエータ
の出力軸に連結された第２の水平駆動軸の軸心と
それぞれ同一の軸心となるように対向して配置さ
れており、必然的に、それぞれの水平駆動軸１２
および１４が支持されている各固定支点も同一軸
心上に配置されている。このように、手首振動用
のモータと比較すると大きな駆動力を必要とする
二つの腕駆機構動用モータを、それぞれ肩部の第
１の支持部材と第２の支持部材の各固定支点に支
持した構成により、二つの水平駆動軸の軸心が常
に同一軸心となるように支持するためには、当然
のことながら、それらが支持される両固定支点も
同一軸心となるように保持されるべきであり、そ
のためには各固定支点を有する両支持部材が連結
部材により一体的に連結されて、高い剛性を有し
ている必要がある。つまり、これによつて両支持
部材の間に作用する二つの腕駆動用モータの駆動
力の反力が相違したり、逆方向に作用したときに
生じる肩部のねじれを極力小さく抑えることがで
きる。従つて、二つの腕機構駆動用モータを肩部
に配置したロボツトにおいて、しかも、高い剛性
を有する腕機構の支持機構を得ることができ、ロ
ボツトの手首先端での高精度な位置決めを可能と
するものである。このことは比較的小さな力で駆
動される手首用モータを肩部に配置したタイプの
ロボツトからは想到され得ない作用効果である。
１７は第１の腕部材１３と同一長さを有する第２
のリンクにして、一端を第１のリンク１５の揺動
端に第２の水平軸１６により回転自在に結合する
ものである。１９は第２の腕部材にして、第２の
リンク１７の他端と第３の水平軸１８により回転
自在に結合され第１の腕部材１３の揺動端に第１
の水平軸２０により回転自在に結合され、第３の
水平軸１８から第１の水平軸２０までの長さは第
１のリンク１５の長さと等しい長さに形成されて
いる。従つて第１の腕機材１３、第１のリンク１
５、第２のリンク１７、第２の腕部材１９によつ
て平行四辺形リンク機構が形成されている。２１
は物体を保持するチヤツク等から成る手機構を先
端に取付けたロツドにして、後端に相対向して傘
歯車２２及び２３を回転自在に支持している。２
４は第２の腕部材１９の下方右先端に回転自在に
支持された水平軸にして、一端に上記傘歯車２２
及び２３に噛合う傘歯車２５を固着している。２
６は第２の腕部材１９の下方左先端に回転自在に
支持された水平軸にして、一端に上記傘歯車２２
及び２３に噛合う傘歯車２７を固着している。従
つて傘歯車２２，２３，２５，２７によつて差動
歯車機構２８を形成している。２９はレバーにし
て、一端を上記水平軸２４に固着し、他端をピン
３０を介してリンク３１の一端と回転自在に結合
されている。３２は第１の水平軸２０に回転自在
に支持され、３角形状を有するジヨイントプレー
トにして、一端をピン３３によりリンク３１の他
端と回転自在に結合され、他端をピン３４により
リンク３５の一端と回転自在に結合されている。
３６は第１の水平駆動軸１２に回転自在に支持さ
れ、３角形状を有するジヨイントプレートにし
て、一端をピン３７を介してリンク３５の他端と
回転自在に結合され他端をピン３８を介してリン
ク３９の一端と回転自在に結合されている。４２
はモータである第３の回転形アクチユエータの出
力軸に連結され支持部材１０の下方右端に回転自
在に支持された第３の水平駆動軸にして、クラン
ク４１の一端を固着している。このクランク４１
の他端はリンク３９の他端とピン４０により回転
自在に結合されている。即ち重要な点はリンク３
５の長さを第１の水平駆動軸１２と第１の水平軸
２０との距離に等しくすると共にジヨイントプレ
ート３６とジヨイントプレート３２の揺動半径を
等しくして、リンク３５、ジヨイントプレート３
２及び３６で平行リンク機構を形成することであ
る。また同様にリンク３１の長さを水平軸２４と
第１の水平軸２０との距離に等しくすると共に、
ジヨイントプレート３２とレバー２９との揺動半
径を等しくして、リンク３１、ジヨイントプレー
ト３２、レバー２９で平行リンク機構を形成する
ことである。４３はレバーにして、一端を前記水
平軸２６に固着し、他端をピン４４を介してリン
ク４５の一端と回転自在に結合されている。４６
は第１の水平軸２０に回転自在に支持され、３角
形状を有するジヨイントプレートにして、一端を
ピン４７によりリンク４５の他端と回転自在に結
合され、他端をピン４８によりリンク４９の一端
と回転自在に結合されている。５０は前記第２の
水平駆動軸１４に回転自在に支持され、３角形状
を有するジヨイントプレートにして、一端をピン
５１を介してリンク４９の他端と回転自在に結合
され、他端をピン５２を介してリンク５３の一端
と回転自在に結合されている。５６はモータであ
る第４のアクチユエータの出力軸に連結され、支
持部材１０の下方左端に回転自在に支持された第
４の水平駆動軸にして、クランク５５の一端を固
着している。このクランク５５の他端はリンク５
３の他端とピン５４により回転自在に結合されて
いる。これらレバー４３、リンク４５、ジヨイン
トプレート４６との間、並びにジヨイントプレー
ト４６及び５０リンク４９との間は平行リンク機
構で形成されている。

而して手機構の根元、即ち手首となる水平軸２
４，２６が配置されている点ｔの位置情報（Ｘ，
Ｙ）は次に示す(1)式で与えられる。

Ｘ＝ lcosα＋mcos（π−β） Ｙ＝ lsinα＋msin（π−β）……(1) ただしｌは第４図に示す如く第１の腕部材１３
の全長、ｍは第４図に示す如く第１の水平軸２０
から水平軸２４，２６までの長さ、αは第４図に
示す如く第１の腕部材１３のＸ軸となす角、βは
第４図に示す如く第１のリンク１５とＸ軸のなす
角をいう。従つて手首である点ｔ（Ｘ，Ｙ）の位
置情報が与えられると(1)式からα，βの各々の角
が求まり、この角αになるように第１の回転形ア
クチユエータ（モータ）を回転駆動させて第１の
水平駆動軸１２を回転させて第１の腕部材１３を
所定角度回動させ、また上記角βになるように第
２の回転形アクチユエータ（モータ）を回転駆動
させて第２の水平駆動軸１４を回転させて第１の
リンク１５を所定角度回動させる。このとき第３
の水平駆動軸４２及び第４の水平駆動軸５６は停
止され、ジヨイント３６、及び５０は停止してい
るため、ジヨイントプレート３２、及び４６は該
ジヨイントプレート３６、及び５０に平行状態が
保持され、更にレバー２９、及び４３も上記ジヨ
イントプレート３２及び４６に平行状態に保持さ
れ、手機構を支持したロツド２１の姿勢は第４図
に示す如く常に一定に保持される。即ち、第４図
に示す如く、例えば第１の腕部材１３が所定量回
動しても、手機構を支持したロツド２１は常に平
行状態、即ち一定方向に保持することができ、ま
た手機構を支持したロツド２１の姿勢を一定に保
持した状態でロツド２１を回転させるには、第３
の水平駆動軸４２と第４の水平駆動軸４２とを互
に反対方向に同一所定量だけ回転させ、差動歯車
機構２８の傘歯車２５及び２７を互いに反対方向
に等しい角度だけ回転させることによつて得るこ
とができる。更に手機構を支持したロツド２１を
軸心まわりに回転させず、姿勢だけを変更したい
場合は、第３の水平駆動軸４２及び第４の水平駆
動軸５６に互いに同一方向に同じ所定量回転さ
せ、差動歯車機構２８の傘歯車２５及び２７を互
いに同一方向に等しい所定量回転させることによ
つて達成することができる。

なお、手機構を支持したロツド２１は上記の如
く同一平面内に自由に動きうるが、水平方向の動
きを与えるには、垂直軸９をモータによつて回転
させることによつて達成でき、また水平面のある
軸を中心にして回動させるには、支持部材１０を
固着した軸１１をモータによつて達成することが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によればロボツトの
腕機構を平行四辺形リンク機構で構成し、工業用
ロボツトの本体に最も近い肩部に駆動用モータを
集中させて腕駆動を直接的に回り対偶で駆動して
機構の軽量化及び簡素化を図つた。

また、第１の支持部材、第２の支持部材及びこ
れら両支持部材を連結する連結部材からなる肩部
を一体的に構成して肩部の剛性を高くしたことに
より、両方の支持部材に相違した力が作用しても
肩部のねじれが生じにくくなり、平行四辺形リン
ク機構を支持する肩部の各支持部材上の固定支点
の軸心のずれもなく、従つて平行四辺形リンク機
構の運動面は正確に確保され、ロボツトの手首先
端の位置決め精度を向上させることができる。

さらに、肩部の各支持部材のロボツト本体と反
対側の辺は平行四辺形リンク機構の揺動運動に対
して干渉しないように開放型となつているので、
平行四辺形リンク機構の運動可能面、即ちロボツ
トの作業範囲が広く維持することができるという
効果をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の産業用ロボツトの腕機構の一例
の概略構成を示した図、第２図は本発明による工
業用ロボツトの腕機構の一実施例を示す部品組合
せ斜視図、第３図は第２図に示す差動歯車機構を
拡大して示した図、第４図は第２図に示した工業
用ロボツトの腕機構の一実施例の動作原理を示し
た図である。 １…工業用ロボツトの本体、１０…支持部材
（肩部）、１２…第１の水平駆動軸、１３…第１の
腕部材、１５…第１のリンク、１７…第２のリン
ク、１９…第２の腕部材、１４…第２の水平駆動
軸、２１…ロツド、２４，２６…水平軸、２８…
差動歯車機構、２９，４３…レバー、３１，３
５，３９，４５，４９，５３…リンク、３２，３
６，４６，５０…ジヨイントプレート、４１，５
５…クランク、４２…第３の水平駆動軸、５６…
第４の水平駆動軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロボツト本体に載置された回転駆動モータに
   よつて回転自在に支持された肩部を備え、 該肩部はそれぞれ平行に相対向して配置された
   第１の支持部材及び第２の支持部材と、これら支
   持部材のロボツト本体側の一辺を一体的に連結す
   る連結部材とからなつており、 ロボツトの腕機構は、前記肩部の前記第１の支
   持部材と前記第２の支持部材に回転自在に支持さ
   れる平行四辺形リンク機構によつて構成されてお
   り、 ロボツトの腕機構を駆動するための第１の回転
   形アクチユエータの出力軸に対して一端を連結さ
   れた第１の水平駆動軸を前記第１の支持部材の固
   定支点に回転自在に支持し、 前記第１の水平駆動軸の軸心と同一軸心となる
   ように、ロボツトの腕機構を駆動するための第２
   の回転形アクチユエータの出力軸に対して一端を
   連結された第２の水平駆動軸を前記第２の支持部
   材の固定支点に回転自在に支持し、 前記平行四辺形リンク機構は、第１の腕部材、
   第１のリンク部材、第２のリンク部材、第２の腕
   部材からなつており、その運動面は前記第１の支
   持部材と前記第２の支持部材の各平面と平行とな
   るようにされており、 前記第１の腕部材は、その一端を前記第１の水
   平駆動軸の他端に固着され、該一端を回転の支点
   として、前記第１の回転形アクチユエータの回転
   と正比例して揺動する揺動端点を他端とし、 前記第１のリンク部材は、その一端を前記第２
   の水平駆動軸の他端に固着され、該一端を回転の
   支点として、前記第２の回転形アクチユエータの
   回転と正比例して揺動する揺動端点を他端とし、 前記第２のリンク部材は、前記第１のリンク部
   材の揺動端点に一端を支持され、該一端の揺動運
   動を長手方向の往復動運動に変換して前記第２の
   回転形アクチユエータの回転に対して正比例する
   揺動運動として他端に伝達する構成とし、 前記第２の腕部材は、その一端を前記第２のリ
   ンク部材の揺動する他端に支持され、かつ中間部
   を前記第１の腕部材の揺動端点に支持され、それ
   によつて一端の揺動運動に正比例した揺動運動と
   して他端に伝達する構成とし、 さらに、前記第１の支持部材の固定支点に支持
   された第１の水平駆動軸と、前記第２の支持部材
   の固定支点に支持された第２の水平駆動軸とはそ
   れぞれの駆動の伝達の軸心が同一軸心上において
   相対向して配置され、かつそれぞれの水平駆動軸
   は独立して駆動力が伝達できるように回転自在に
   支持されており、 これによつて、第１の腕部材の揺動運動は第１
   の水平駆動軸の回転から直接的に回り対偶で伝達
   され、第２の腕部材の揺動運動は第２の水平駆動
   軸の回転運動から第１のリンク部材を介して回り
   対偶で伝達されるように構成したことを特徴とす
   る関節形ロボツト。