JPH08374B2 - 産業用ロボット - Google Patents
産業用ロボットInfo
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- JPH08374B2 JPH08374B2 JP3142993A JP14299391A JPH08374B2 JP H08374 B2 JPH08374 B2 JP H08374B2 JP 3142993 A JP3142993 A JP 3142993A JP 14299391 A JP14299391 A JP 14299391A JP H08374 B2 JPH08374 B2 JP H08374B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットに関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、生産工程においてロボットの導入
による組立作業の自動化が急速に進んでいる。こうした
目的で使用されている従来の産業用ロボットの１例を図
１に示す。 【０００３】このロボットは第１腕１と第２腕２との二
関節水平構造となっている。第１腕１の根本に直流サー
ボモータ３を設けて第１腕１を直接駆動し、第１腕の先
端に軸支された第２腕２の根本に直流モータ３′を設け
て第２腕２を直接駆動する構成となっている。第２腕２
の先端にはエアシリンダ４が具備され、そのピストンロ
ッドの先端に上下軸５が取付けられ、上下軸５の下端に
はハンド６が軸支されている。したがって、エアシリン
ダ４の伸縮によりハンド６は上下動せしめられる。さら
にベース７に固定されたステッピングモータ８よりタイ
ミングベルト９，９′，９″及びプーリ１０，１０′，
１０″１０′′′を介してハンド６に回転力を伝動して
ひねり動作を行わせる。 【０００４】上述のロボット（図１）は、第１腕１と第
２腕２とによる水平面内での２自由度と、上下方向の１
自由度と、手先（ハンド）のひねりの１自由度との計４
自由度を有しており、上方向から部品を組付ける作業に
用いられている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の産
業用ロボットには、以下に示す課題を有していた。 【０００６】従来の横型の産業用ロボットにおいて、手
先（ハンド）の上下動をエアシリンダ駆動としているた
め、手先を上下方向について任意の位置決めができない
課題を有していた。すなわち、エアシリンダ駆動におい
て機械的ストッパを設けることによって、手先の上下動
のストロークエンド（停止位置）を正確に設定できる
が、停止位置を変更しようとするとストッパ位置を修正
しなければならないので、動作パターンの模様替えに即
応できないという課題を有していた。 【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、模型の産業用ロボットにおいて、手先（手首
機構）の上下動と回動（ひねり）との２自由度の各々を
駆動モータからの回転駆動力によって高い精度で位置決
め制御できるようにした産業用ロボットを提供すること
にある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ベースと、該ベース上の第１の垂直軸心
の回りに揺動できるように支持された第１の腕と、該第
１の腕の揺動端に設けられた第２の垂直軸心回りに揺動
できるように支持された第２の腕と、該第２の腕の揺動
端に備えられ、上下と回転との２自由度の運動をする手
先機構とを備えた産業用ロボットにおいて、前記手先機
構は、前記第２の腕の揺動端に設けられた第３の垂直軸
を軸心として回転自在に支持されたスプライン軸受と、
該スプライン軸受の回転運動により前記第３の垂直軸を
軸心として回転を受け、前記スプライン軸受に上下に摺
動自在に遊嵌されるスプライン軸部を有し、下端に工具
と取り付ける工具保持軸と、前記第２の腕の揺動端に、
前記スプライン軸部の前記第３の垂直軸に対する振れ防
止のために設けられた案内手段によって前記第３の垂直
軸と平行な第４の垂直軸に沿って案内して上下方向に直
線運動する直線運動部材と、該直線運動部材の直線運動
を前記スプライン軸部に、該スプライン軸部を前記第３
の垂直軸を軸心にして回転自在にして伝達させる連結部
材と、前記第２の腕に設けられ、前記工具保持軸を上下
させる上下用駆動モータの回転出力を前記直線運動部材
の上下方向の直線運動に変換する変換機構と、前記スプ
ライン軸受を回転させるように前記工具保持軸を回転さ
せる前記回転用駆動モータの回転駆動力を前記スプライ
ン軸受に伝達する巻掛伝動手段とを備えて構成したこと
を特徴とする産業用ロボットである。 【０００９】 【作用】上記構成により、ベースと、該ベース上の第１
の垂直軸心の回りに揺動できるように支持された第１の
腕と、該第１の腕の揺動端に設けられた第２の垂直軸心
の回りに揺動できるように支持された第２の腕と、該第
２の腕の揺動端に備えられ、上下と回転との２自由度の
運動をする手先機構とを備えた横型の産業用ロボットに
おいて、工具保持治具（スプライン軸部）の前記第３の
垂直軸に対する振れ防止して手先（手先機構）の上下動
と回動（ひねり）との２自由度の各々を駆動モータから
の回転駆動力によって高い精度で位置決め制御を実現す
ることができる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図２乃至図７によ
り説明する。 【００１１】図２は本発明による産業用ロボットの一実
施例の側面図、図３及び図４は同じく中央で切断した側
面図である。 【００１２】本ロボットは第１腕１１と第２腕１２とか
ら成る二関節構造と第２腕１２の先端において上下に移
動する手先機構の３自由度構成であり、手先（ハンド）
１３の回転は制御せず、手先１３の姿勢（対地角度）を
一定に保つ機構を有している。なお、手先１３の回転を
も制御する４自由度構成のものについては後で説明す
る。 【００１３】第１腕１１は二分割構造となっており、第
１腕下１１′はその枢支軸と同軸上のベース２０上に設
置した直流サーボモータ２１により減速機３１を介して
直接駆動し、第１腕上１１′はその枢支軸回りに回動自
在に軸支され、第１腕下１１′及び第１腕１１″は、該
先端の間に第１腕１１に対し回動自在に軸支された第２
腕１２をはさみ込み、軸１５により連結してある。 【００１４】第２腕１２は第１腕１１の枢支軸と同軸上
のベース２０に設置した直流サーボモータ２２の出力を
減速機３２を介してダブルクランク４２に伝えるように
構成する。ここでダブルクランク４２の出力軸１８は、
第１腕上１１′に対して回動自在に軸支してある。上記
のダブルクランク４２は、図６に示すように出力軸１８
に対して同径上９０°の位相差を有する２個のクランク
ピン４２ａ，４２ｂを設けてある。これに対応して第２
腕１２の根本部にも該腕を枢支している第２軸１５に対
して同径上９０°の位相差をもつ２個のクランクピン１
２ａ，１２ｂを設ける。そして前クランクピン４２ａと
同１２ａとを連結杆５２ａで連結するとともにクランク
ピン４２ｂと同１２ｂとを連結杆５２ｂで連結しダブル
リンク機構を構成する。 【００１５】手首機構は、ベース６４ａ，６４ｂ，ラッ
ク６２からなる上下動部材と、回転ブラケット７４ａ，
７４ｂ，スプライン軸６５からなる回転部材と、手先１
３とにより構成され、その概要は、上下一対のベース６
４ａ，６４ｂをラック６２を介して連結し、上記一対の
ベース６４ａ，６４ｂによってスプライン軸６５を次記
のようにして回転自在に支承し、その下端に手先１３を
取付けて工具保持軸を構成する。 【００１６】上下１対のベース６４ａ，６４ｂにはそれ
ぞれ回転ブラケット７４ａ，７４ｂを回転自在に軸支
し、スプライン軸６５の上端、下端をそれぞれ上記の回
転ブラケット７４ａ，７４ｂに固着する。これにより、
スプライン軸６５は第３軸（第４の垂直軸）ＡＡの回り
にスプライン軸受６６とともに回転自在に支承される。
更に第２腕１２の先端部に、スプライン軸６５の摺動案
内のためのスプライン軸受６６を第３軸ＡＡ回りに回転
自在に支承するよう軸受ホルダ６７を固着してある。上
記スプライン軸受６６にはスプライン軸６５を貫挿する
スプロケット４５が固着してある。これにより、手先１
３を支承する手先機構が第２腕１２の先端に回転自在に
支承され、次に詳述する如く、手先１３は第４の垂直軸
上に設けられたラック６２を介して上下動せしめられる
ように構成する。ラック６２及びスプライン軸６５は防
塵のためジャバラ６８でおおった。 【００１７】第２腕１２の根本部に直流サーボモータ２
３を設置し、その回転出力をシャフト５３、カップリン
グ５４を介して傘歯車６０ａに伝え、傘歯車６０ａの回
転は傘歯車６０ｂにより回転方向を９０°変換され、平
歯車６１ａ，ピニオン６１ｂに順次に伝えられ、ラック
６２を上下駆動するように構成する。ラック６２の上下
動案内は、スプライン軸６５のスプライン軸受６６への
摺動自在な遊嵌によってなされ、更にローラ（第４の垂
直軸に沿って設けられた案内手段）６３ａは、ラック６
２を介してスプライン軸６５の第３軸ＡＡ回りの回転防
止（第３軸ＡＡの振れ防止）とし、更にローラ（第４軸
の垂直軸に沿って設けられた案内手段）６３ｂはピニオ
ン６１ｂとの噛み合わせに対するラック６２の摺動支持
（案内支持）として構成している。これにより、ラック
６２が振れないようにローラ６３ａ，６３ｂにより案内
されて上下動せしめられ、このラック６２に固着された
上下のベース６４ａ，６４ｂに回転自在に支持された工
具保持軸であるスプライン軸６５もスプライン軸６６へ
の摺動自在な遊嵌と併せて同様に振られないように上下
動せしめられて、手先１３が上下に駆動される。手先１
３４の上下動はラック６２とピニオン６１ｂとを介して
直流サーボモータ２３によって駆動されるので、自在に
上下動せしめられ、かつ任意の位置に正確に停止させる
ことができる。上記の回転運動を直線運動に変換する手
段として、例えば第４の垂直軸上に設けられた送りネジ
とそれに組み合わされるナット等の任意の手段を用い得
る。 【００１８】次に手先１３の回転機構について説明す
る。ベース２０に固定され、第１軸１６に対して回転自
在に設けられたスプロケット４５″からチェーン５４″
を介して第２軸１７と同軸の軸１５に対して回転自在に
設けられたスプロケット４５′に、さらにスプロケット
４５′からチェーン５４′を介してスプロケット４５に
連結される。スプロケット４５はスプライン軸受６６に
固定されているため、スプロケット４５を回転すること
により、スプライン軸６５を介して手先１３を回転する
ことができる。ここでは、スプロケット４５″がベース
２０に固定してあるため、手先１３の回転は制御できな
いが、第１腕１１，第２腕１２の回動にかかわらず、ベ
ース２０に対し、常に一定の角度を保つ機構となってい
る。 【００１９】組立部品が方向性のないものであれば、上
記のような３自由度ロボットで充分であるが、手先１３
も制御する必要を生じた場合には、次に説明するよう簡
単に４自由度ロボットに構成できることができる。 【００２０】図７に示すように、ベース２０に直流サー
ボモータ２４（回転駆動モータ）を設置し、その回転を
減速機３４で減速し、スプロケット４４およびチェーン
５４′を介して今までベース２０に対して固定されてい
たスプロケット４５″を自由にし、該スプロケット４
５″にスプロケット４４′を追加し、回転できるように
して手先のひねり動作を行わせる。このひねり動作の動
力伝達要素としてチェーンを用いているのは、保守の容
易性を考慮している。つまり歯付ベルトのようにエンド
レスの部材は、組立取はずしの際、軸部分を分解する必
要が生じる。しかし、チェーンであれば、エンドレスで
ないため、軸部分をそのままにして、チェーンの組付，
取はずしができる。 【００２１】最後に、リンク機構の特長について説明す
る。 【００２２】図６において、直流サーボモータ２２によ
り回動されたダブルクランク４２は、相互に９０°の位
相差を設けた二系統の伝導経路、即ちクランクピン４２
ａ，連結杆５２ａ，クランクピン１２ａ及びクランクピ
ン４２ｂ，連結杆５２ｂ，クランクピン１２ｂを介して
第２腕１２を駆動する。このためシングルクランクにお
けるような思案点を生じることなく広い範囲にわたって
第２腕１２を回動駆動することができる。本実施例では
約３００°の回動駆動が可能である。 【００２３】その上、上記ダブルリンク機構は、クラン
クピン４２ａ，４２ｂ，１２ｂ，１２ａが常に平行四辺
形の頂点に位置するように運動する。このため、ダブル
クランク４２を静止したままで第１腕１１を回動させる
とき第２腕１２は支承中心軸である第２腕１７に従って
平行移動する。 【００２４】以上のように第２腕１２が平行移動するこ
と、及び駆動モータをベース２０に設置したことによ
り、本ロボットの回動部分の慣性モーメントは従来のロ
ボットに比して著しく小さい。次にその原理を図８，図
９を用いて説明する。 【００２５】図８は図１に示した従来形ロボットの第１
腕１が角θだけ回転する場合を模式的に表わしたもの
で、２は第２腕、ａ1は第１腕１の集中質量、ａ2は第１
腕駆動モータ２３の質量、ａ3は第２腕２の集中質量、
ａ4は手先機構の集中質量である。第１腕１及び第２腕
２の長さはともに２ａとする。 【００２６】第１腕１を角θだけ回転させると第２腕２
も角θだけ回転する。従って、第１腕１の慣性モーメン
トＪはＪ＝ａ1ｒ1 2＋ａ2ｒ2 2＋ａ3ｒ3 2＋ａ4ｒ4 2とな
る。ただし、ｒ1はａ1の回転半径、ｒ2はａ2の回転半
径、ｒ3はａ3の回転半径、ｒ4はａ4の回転半径である。 【００２７】図９は前記実施例の第１腕１１が角θだけ
回転する場合を模式的に示した図である。 【００２８】図６において説明したように、本発明に係
る組立ロボットは、第１腕が角θだけ回転したとき第２
腕は第２軸に沿って平行移動する。従って、第２腕の回
転半径は第１腕の長さを加えたものにならない。このた
め、第１腕１１の慣性モーメントＪ′はＪ′＝（ｍ1＋
ｍ5）ｒ1 2＋ｍ3ｒ′3 2＋ｍ4ｒ′4 2となる。ｍ5はリンク
１０の質量である。 【００２９】ここで第１腕，第２腕の長さをともに２ａ
として図８，図９における慣性モーメントを比較してみ
ると、 Ｊ＝ｍ1ａ2ｍ2（２ａ）2＋ｍ3（３ａ）2＋ｍ4（４ａ）2 ＝（ｍ1＋４ｍ2＋９ｍ3＋１６ｍ4）ａ2 Ｊ′＝（ｍ1＋ｍ5）ａ2＋ｍ3（２ａ）2＋ｍ4（２ａ）2 ＝（ｍ1＋４ｍ3＋４ｍ4＋ｍ5）ａ2 設計常識的にｍ2＞ｍ5と考えられるので、明らかに、Ｊ
＞＞Ｊ′となる。 【００３０】例えば、ｍ1＝５Ｋｇ，ｍ2＝３Ｋｇ，ｍ3
＝４Ｋｇ，ｍ4＝３Ｋｇ，ｍ5＝１Ｋｇ，２ａ＝０．４ｍ
として試算してみると、Ｊ＝４．０４Ｋｇｍ2，Ｊ′＝
１．３６Ｋｇｍ2となり、本発明の適用によって第１腕
の慣性モーメントは従来のロボットに比して約1/3とな
る。 【００３１】これにより、本発明を適用した場合、従来
と同程度の動作速度であれば第１腕の駆動モータを著し
く小容量のものとすることができる。また第１腕の駆動
モータを従来と同程度にすれば動作速度が格段に速くな
る。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベースと、該ベース上の第１軸の垂直軸心の回りに揺動
できるように支持された第１の腕と、該第１の腕の揺動
端に設けられた第２の垂直軸心の回りに揺動できるよう
に支持された第２の腕と、該第２の腕の揺動端に備えら
れ、上下と回転との２自由度の運動をする手先機構とを
備えた横型の産業用ロボットにおいて、工具保持軸（ス
プライン軸部）の前記第３の垂直軸に対する振れ防止し
て手先（手先機構）の上下動と回動（ひねり）との２自
由度の各々を駆動モータからの回転駆動力によって高い
精度で位置決め制御を実現することができ、組立作業に
最も適する産業用ロボットが得られる優れた実用的な効
果を奏する。
ものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、生産工程においてロボットの導入
による組立作業の自動化が急速に進んでいる。こうした
目的で使用されている従来の産業用ロボットの１例を図
１に示す。 【０００３】このロボットは第１腕１と第２腕２との二
関節水平構造となっている。第１腕１の根本に直流サー
ボモータ３を設けて第１腕１を直接駆動し、第１腕の先
端に軸支された第２腕２の根本に直流モータ３′を設け
て第２腕２を直接駆動する構成となっている。第２腕２
の先端にはエアシリンダ４が具備され、そのピストンロ
ッドの先端に上下軸５が取付けられ、上下軸５の下端に
はハンド６が軸支されている。したがって、エアシリン
ダ４の伸縮によりハンド６は上下動せしめられる。さら
にベース７に固定されたステッピングモータ８よりタイ
ミングベルト９，９′，９″及びプーリ１０，１０′，
１０″１０′′′を介してハンド６に回転力を伝動して
ひねり動作を行わせる。 【０００４】上述のロボット（図１）は、第１腕１と第
２腕２とによる水平面内での２自由度と、上下方向の１
自由度と、手先（ハンド）のひねりの１自由度との計４
自由度を有しており、上方向から部品を組付ける作業に
用いられている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の産
業用ロボットには、以下に示す課題を有していた。 【０００６】従来の横型の産業用ロボットにおいて、手
先（ハンド）の上下動をエアシリンダ駆動としているた
め、手先を上下方向について任意の位置決めができない
課題を有していた。すなわち、エアシリンダ駆動におい
て機械的ストッパを設けることによって、手先の上下動
のストロークエンド（停止位置）を正確に設定できる
が、停止位置を変更しようとするとストッパ位置を修正
しなければならないので、動作パターンの模様替えに即
応できないという課題を有していた。 【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、模型の産業用ロボットにおいて、手先（手首
機構）の上下動と回動（ひねり）との２自由度の各々を
駆動モータからの回転駆動力によって高い精度で位置決
め制御できるようにした産業用ロボットを提供すること
にある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ベースと、該ベース上の第１の垂直軸心
の回りに揺動できるように支持された第１の腕と、該第
１の腕の揺動端に設けられた第２の垂直軸心回りに揺動
できるように支持された第２の腕と、該第２の腕の揺動
端に備えられ、上下と回転との２自由度の運動をする手
先機構とを備えた産業用ロボットにおいて、前記手先機
構は、前記第２の腕の揺動端に設けられた第３の垂直軸
を軸心として回転自在に支持されたスプライン軸受と、
該スプライン軸受の回転運動により前記第３の垂直軸を
軸心として回転を受け、前記スプライン軸受に上下に摺
動自在に遊嵌されるスプライン軸部を有し、下端に工具
と取り付ける工具保持軸と、前記第２の腕の揺動端に、
前記スプライン軸部の前記第３の垂直軸に対する振れ防
止のために設けられた案内手段によって前記第３の垂直
軸と平行な第４の垂直軸に沿って案内して上下方向に直
線運動する直線運動部材と、該直線運動部材の直線運動
を前記スプライン軸部に、該スプライン軸部を前記第３
の垂直軸を軸心にして回転自在にして伝達させる連結部
材と、前記第２の腕に設けられ、前記工具保持軸を上下
させる上下用駆動モータの回転出力を前記直線運動部材
の上下方向の直線運動に変換する変換機構と、前記スプ
ライン軸受を回転させるように前記工具保持軸を回転さ
せる前記回転用駆動モータの回転駆動力を前記スプライ
ン軸受に伝達する巻掛伝動手段とを備えて構成したこと
を特徴とする産業用ロボットである。 【０００９】 【作用】上記構成により、ベースと、該ベース上の第１
の垂直軸心の回りに揺動できるように支持された第１の
腕と、該第１の腕の揺動端に設けられた第２の垂直軸心
の回りに揺動できるように支持された第２の腕と、該第
２の腕の揺動端に備えられ、上下と回転との２自由度の
運動をする手先機構とを備えた横型の産業用ロボットに
おいて、工具保持治具（スプライン軸部）の前記第３の
垂直軸に対する振れ防止して手先（手先機構）の上下動
と回動（ひねり）との２自由度の各々を駆動モータから
の回転駆動力によって高い精度で位置決め制御を実現す
ることができる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図２乃至図７によ
り説明する。 【００１１】図２は本発明による産業用ロボットの一実
施例の側面図、図３及び図４は同じく中央で切断した側
面図である。 【００１２】本ロボットは第１腕１１と第２腕１２とか
ら成る二関節構造と第２腕１２の先端において上下に移
動する手先機構の３自由度構成であり、手先（ハンド）
１３の回転は制御せず、手先１３の姿勢（対地角度）を
一定に保つ機構を有している。なお、手先１３の回転を
も制御する４自由度構成のものについては後で説明す
る。 【００１３】第１腕１１は二分割構造となっており、第
１腕下１１′はその枢支軸と同軸上のベース２０上に設
置した直流サーボモータ２１により減速機３１を介して
直接駆動し、第１腕上１１′はその枢支軸回りに回動自
在に軸支され、第１腕下１１′及び第１腕１１″は、該
先端の間に第１腕１１に対し回動自在に軸支された第２
腕１２をはさみ込み、軸１５により連結してある。 【００１４】第２腕１２は第１腕１１の枢支軸と同軸上
のベース２０に設置した直流サーボモータ２２の出力を
減速機３２を介してダブルクランク４２に伝えるように
構成する。ここでダブルクランク４２の出力軸１８は、
第１腕上１１′に対して回動自在に軸支してある。上記
のダブルクランク４２は、図６に示すように出力軸１８
に対して同径上９０°の位相差を有する２個のクランク
ピン４２ａ，４２ｂを設けてある。これに対応して第２
腕１２の根本部にも該腕を枢支している第２軸１５に対
して同径上９０°の位相差をもつ２個のクランクピン１
２ａ，１２ｂを設ける。そして前クランクピン４２ａと
同１２ａとを連結杆５２ａで連結するとともにクランク
ピン４２ｂと同１２ｂとを連結杆５２ｂで連結しダブル
リンク機構を構成する。 【００１５】手首機構は、ベース６４ａ，６４ｂ，ラッ
ク６２からなる上下動部材と、回転ブラケット７４ａ，
７４ｂ，スプライン軸６５からなる回転部材と、手先１
３とにより構成され、その概要は、上下一対のベース６
４ａ，６４ｂをラック６２を介して連結し、上記一対の
ベース６４ａ，６４ｂによってスプライン軸６５を次記
のようにして回転自在に支承し、その下端に手先１３を
取付けて工具保持軸を構成する。 【００１６】上下１対のベース６４ａ，６４ｂにはそれ
ぞれ回転ブラケット７４ａ，７４ｂを回転自在に軸支
し、スプライン軸６５の上端、下端をそれぞれ上記の回
転ブラケット７４ａ，７４ｂに固着する。これにより、
スプライン軸６５は第３軸（第４の垂直軸）ＡＡの回り
にスプライン軸受６６とともに回転自在に支承される。
更に第２腕１２の先端部に、スプライン軸６５の摺動案
内のためのスプライン軸受６６を第３軸ＡＡ回りに回転
自在に支承するよう軸受ホルダ６７を固着してある。上
記スプライン軸受６６にはスプライン軸６５を貫挿する
スプロケット４５が固着してある。これにより、手先１
３を支承する手先機構が第２腕１２の先端に回転自在に
支承され、次に詳述する如く、手先１３は第４の垂直軸
上に設けられたラック６２を介して上下動せしめられる
ように構成する。ラック６２及びスプライン軸６５は防
塵のためジャバラ６８でおおった。 【００１７】第２腕１２の根本部に直流サーボモータ２
３を設置し、その回転出力をシャフト５３、カップリン
グ５４を介して傘歯車６０ａに伝え、傘歯車６０ａの回
転は傘歯車６０ｂにより回転方向を９０°変換され、平
歯車６１ａ，ピニオン６１ｂに順次に伝えられ、ラック
６２を上下駆動するように構成する。ラック６２の上下
動案内は、スプライン軸６５のスプライン軸受６６への
摺動自在な遊嵌によってなされ、更にローラ（第４の垂
直軸に沿って設けられた案内手段）６３ａは、ラック６
２を介してスプライン軸６５の第３軸ＡＡ回りの回転防
止（第３軸ＡＡの振れ防止）とし、更にローラ（第４軸
の垂直軸に沿って設けられた案内手段）６３ｂはピニオ
ン６１ｂとの噛み合わせに対するラック６２の摺動支持
（案内支持）として構成している。これにより、ラック
６２が振れないようにローラ６３ａ，６３ｂにより案内
されて上下動せしめられ、このラック６２に固着された
上下のベース６４ａ，６４ｂに回転自在に支持された工
具保持軸であるスプライン軸６５もスプライン軸６６へ
の摺動自在な遊嵌と併せて同様に振られないように上下
動せしめられて、手先１３が上下に駆動される。手先１
３４の上下動はラック６２とピニオン６１ｂとを介して
直流サーボモータ２３によって駆動されるので、自在に
上下動せしめられ、かつ任意の位置に正確に停止させる
ことができる。上記の回転運動を直線運動に変換する手
段として、例えば第４の垂直軸上に設けられた送りネジ
とそれに組み合わされるナット等の任意の手段を用い得
る。 【００１８】次に手先１３の回転機構について説明す
る。ベース２０に固定され、第１軸１６に対して回転自
在に設けられたスプロケット４５″からチェーン５４″
を介して第２軸１７と同軸の軸１５に対して回転自在に
設けられたスプロケット４５′に、さらにスプロケット
４５′からチェーン５４′を介してスプロケット４５に
連結される。スプロケット４５はスプライン軸受６６に
固定されているため、スプロケット４５を回転すること
により、スプライン軸６５を介して手先１３を回転する
ことができる。ここでは、スプロケット４５″がベース
２０に固定してあるため、手先１３の回転は制御できな
いが、第１腕１１，第２腕１２の回動にかかわらず、ベ
ース２０に対し、常に一定の角度を保つ機構となってい
る。 【００１９】組立部品が方向性のないものであれば、上
記のような３自由度ロボットで充分であるが、手先１３
も制御する必要を生じた場合には、次に説明するよう簡
単に４自由度ロボットに構成できることができる。 【００２０】図７に示すように、ベース２０に直流サー
ボモータ２４（回転駆動モータ）を設置し、その回転を
減速機３４で減速し、スプロケット４４およびチェーン
５４′を介して今までベース２０に対して固定されてい
たスプロケット４５″を自由にし、該スプロケット４
５″にスプロケット４４′を追加し、回転できるように
して手先のひねり動作を行わせる。このひねり動作の動
力伝達要素としてチェーンを用いているのは、保守の容
易性を考慮している。つまり歯付ベルトのようにエンド
レスの部材は、組立取はずしの際、軸部分を分解する必
要が生じる。しかし、チェーンであれば、エンドレスで
ないため、軸部分をそのままにして、チェーンの組付，
取はずしができる。 【００２１】最後に、リンク機構の特長について説明す
る。 【００２２】図６において、直流サーボモータ２２によ
り回動されたダブルクランク４２は、相互に９０°の位
相差を設けた二系統の伝導経路、即ちクランクピン４２
ａ，連結杆５２ａ，クランクピン１２ａ及びクランクピ
ン４２ｂ，連結杆５２ｂ，クランクピン１２ｂを介して
第２腕１２を駆動する。このためシングルクランクにお
けるような思案点を生じることなく広い範囲にわたって
第２腕１２を回動駆動することができる。本実施例では
約３００°の回動駆動が可能である。 【００２３】その上、上記ダブルリンク機構は、クラン
クピン４２ａ，４２ｂ，１２ｂ，１２ａが常に平行四辺
形の頂点に位置するように運動する。このため、ダブル
クランク４２を静止したままで第１腕１１を回動させる
とき第２腕１２は支承中心軸である第２腕１７に従って
平行移動する。 【００２４】以上のように第２腕１２が平行移動するこ
と、及び駆動モータをベース２０に設置したことによ
り、本ロボットの回動部分の慣性モーメントは従来のロ
ボットに比して著しく小さい。次にその原理を図８，図
９を用いて説明する。 【００２５】図８は図１に示した従来形ロボットの第１
腕１が角θだけ回転する場合を模式的に表わしたもの
で、２は第２腕、ａ1は第１腕１の集中質量、ａ2は第１
腕駆動モータ２３の質量、ａ3は第２腕２の集中質量、
ａ4は手先機構の集中質量である。第１腕１及び第２腕
２の長さはともに２ａとする。 【００２６】第１腕１を角θだけ回転させると第２腕２
も角θだけ回転する。従って、第１腕１の慣性モーメン
トＪはＪ＝ａ1ｒ1 2＋ａ2ｒ2 2＋ａ3ｒ3 2＋ａ4ｒ4 2とな
る。ただし、ｒ1はａ1の回転半径、ｒ2はａ2の回転半
径、ｒ3はａ3の回転半径、ｒ4はａ4の回転半径である。 【００２７】図９は前記実施例の第１腕１１が角θだけ
回転する場合を模式的に示した図である。 【００２８】図６において説明したように、本発明に係
る組立ロボットは、第１腕が角θだけ回転したとき第２
腕は第２軸に沿って平行移動する。従って、第２腕の回
転半径は第１腕の長さを加えたものにならない。このた
め、第１腕１１の慣性モーメントＪ′はＪ′＝（ｍ1＋
ｍ5）ｒ1 2＋ｍ3ｒ′3 2＋ｍ4ｒ′4 2となる。ｍ5はリンク
１０の質量である。 【００２９】ここで第１腕，第２腕の長さをともに２ａ
として図８，図９における慣性モーメントを比較してみ
ると、 Ｊ＝ｍ1ａ2ｍ2（２ａ）2＋ｍ3（３ａ）2＋ｍ4（４ａ）2 ＝（ｍ1＋４ｍ2＋９ｍ3＋１６ｍ4）ａ2 Ｊ′＝（ｍ1＋ｍ5）ａ2＋ｍ3（２ａ）2＋ｍ4（２ａ）2 ＝（ｍ1＋４ｍ3＋４ｍ4＋ｍ5）ａ2 設計常識的にｍ2＞ｍ5と考えられるので、明らかに、Ｊ
＞＞Ｊ′となる。 【００３０】例えば、ｍ1＝５Ｋｇ，ｍ2＝３Ｋｇ，ｍ3
＝４Ｋｇ，ｍ4＝３Ｋｇ，ｍ5＝１Ｋｇ，２ａ＝０．４ｍ
として試算してみると、Ｊ＝４．０４Ｋｇｍ2，Ｊ′＝
１．３６Ｋｇｍ2となり、本発明の適用によって第１腕
の慣性モーメントは従来のロボットに比して約1/3とな
る。 【００３１】これにより、本発明を適用した場合、従来
と同程度の動作速度であれば第１腕の駆動モータを著し
く小容量のものとすることができる。また第１腕の駆動
モータを従来と同程度にすれば動作速度が格段に速くな
る。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベースと、該ベース上の第１軸の垂直軸心の回りに揺動
できるように支持された第１の腕と、該第１の腕の揺動
端に設けられた第２の垂直軸心の回りに揺動できるよう
に支持された第２の腕と、該第２の腕の揺動端に備えら
れ、上下と回転との２自由度の運動をする手先機構とを
備えた横型の産業用ロボットにおいて、工具保持軸（ス
プライン軸部）の前記第３の垂直軸に対する振れ防止し
て手先（手先機構）の上下動と回動（ひねり）との２自
由度の各々を駆動モータからの回転駆動力によって高い
精度で位置決め制御を実現することができ、組立作業に
最も適する産業用ロボットが得られる優れた実用的な効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来一般に用いられている二関節形の産業用ロ
ボットの正面図、 【図２】本発明に係る産業用ロボットの正面図、 【図３】図２の産業用ロボットの中央断面図、 【図４】図２の産業用ロボットの中央断面図、 【図５】工具保持軸駆動部分の平面図、 【図６】ダブルリンク部分の平面図、 【図７】工具保持軸回転駆動モータ部の正面図、 【図８】従来の産業用ロボット機構を示す模式図、 【図９】本発明の一実施例に係る産業用ロボットのリン
ク機構を示す模式図。 【符号の説明】 １１…第１腕、 １２…第２腕、 ２０…ベース、 ２１，２２，２３，２４…駆動モータ、 ４２…ダブルクランク、 ５２ａ，５２ｂ…ダブルリンク機構の連結杆、 ５４，５４ｆ，５４″…チェーン、 ６０ａ，６０ｂ…傘歯車、 ６１ａ，６１ｂ…平歯車、 ６２…ラック、 ６５…スプライン軸、 ６６…スプライン軸受。
ボットの正面図、 【図２】本発明に係る産業用ロボットの正面図、 【図３】図２の産業用ロボットの中央断面図、 【図４】図２の産業用ロボットの中央断面図、 【図５】工具保持軸駆動部分の平面図、 【図６】ダブルリンク部分の平面図、 【図７】工具保持軸回転駆動モータ部の正面図、 【図８】従来の産業用ロボット機構を示す模式図、 【図９】本発明の一実施例に係る産業用ロボットのリン
ク機構を示す模式図。 【符号の説明】 １１…第１腕、 １２…第２腕、 ２０…ベース、 ２１，２２，２３，２４…駆動モータ、 ４２…ダブルクランク、 ５２ａ，５２ｂ…ダブルリンク機構の連結杆、 ５４，５４ｆ，５４″…チェーン、 ６０ａ，６０ｂ…傘歯車、 ６１ａ，６１ｂ…平歯車、 ６２…ラック、 ６５…スプライン軸、 ６６…スプライン軸受。
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フロントページの続き
(72)発明者 神力 建則
千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株
式会社日立製作所習志野工場内
(72)発明者 小泉 清秀
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式
会社日立製作所生産技術研究所内
(56)参考文献 特開 昭55−112789（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−157489（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】１．ベースと、該ベース上の第１の
垂直軸心の回りに揺動できるように支持された第１の腕
と、該第１の腕の揺動端に設けられた第２の垂直軸心回
りに揺動できるように支持された第２の腕と、該第２の
腕の揺動端に備えられ、上下と回転との２自由度の運動
をする手先機構とを備えた産業用ロボットにおいて、 前記手先機構は、前記第２の腕の揺動端に設けられた第
３の垂直軸を軸心として回転自在に支持されたスプライ
ン軸受と、該スプライン軸受の回転運動により前記第３
の垂直軸を軸心として回転を受け、前記スプライン軸受
に上下に摺動自在に遊嵌されるスプライン軸部を有し、
下端に工具と取り付ける工具保持軸と、前記第２の腕の
揺動端に、前記スプライン軸部の前記第３の垂直軸に対
する振れ防止のために設けられた案内手段によって前記
第３の垂直軸と平行な第４の垂直軸に沿って案内して上
下方向に直線運動する直線運動部材と、該直線運動部材
の直線運動を前記スプライン軸部に、該スプライン軸部
を前記第３の垂直軸を軸心にして回転自在にして伝達さ
せる連結部材と、前記第２の腕に設けられ、前記工具保
持軸を上下させる上下用駆動モータの回転出力を前記直
線運動部材の上下方向の直線運動に変換する変換機構
と、前記スプライン軸受を回転させるように前記工具保
持軸を回転させる前記回転用駆動モータの回転駆動力を
前記スプライン軸受に伝達する巻掛伝動手段とを備えて
構成したことを特徴とする産業用ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3142993A JPH08374B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 産業用ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3142993A JPH08374B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 産業用ロボット |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1233787A Division JPS62246488A (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | 産業用ロボツト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04348884A JPH04348884A (ja) | 1992-12-03 |
| JPH08374B2 true JPH08374B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=15328451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3142993A Expired - Lifetime JPH08374B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 産業用ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08374B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013006259A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Iai:Kk | 産業用ロボット |
| JP6398905B2 (ja) * | 2015-08-07 | 2018-10-03 | 株式会社安川電機 | ロボット |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55112789A (en) * | 1979-02-23 | 1980-08-30 | Hiroshi Makino | Robot for assembly |
| JPS55157489A (en) * | 1979-05-18 | 1980-12-08 | Sanyo Electric Co | Rotary moving device |
-
1991
- 1991-06-14 JP JP3142993A patent/JPH08374B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04348884A (ja) | 1992-12-03 |
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