JPS6090685A - 多関節型ロボツト - 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】 〈発明の技術分野〉 本発明は工業用ロｄポットに関１−１特にアーム又はハ
ンドが複数の関節により構成される多関節型口ゲットに
関するものである。

〈技術の背景〉 近年、各種製品の製造自動化、無人省力化等のだめに工
業用ロボットが用いられている。このような工業用ロボ
ットにより複雑な製造動作を円滑に行わせるためにアー
ム又はノ・ンドの指部に多関節機構が用いられる。この
ような多関節機構を用いることにより、各関節が回転、
屈曲又は伸縮運動してロボットは所定の作業を行うこと
ができる。

〈従来技術と問題点〉 従来の工業用ロボットにおいては、作業内容に応じて多
関節からなるアーム又はハンド全体を１つのオとまった
機構として設計され、先端部を軽くする必要もあって動
力は伝達機構を介して供給される例も多い。従って、ロ
ボットの作業内容を変更する場合には、アーム又はノ・
ンド全体および駆動機構を交換しなければならず、作業
内容に応じて各関節の形状、寸法、動作、駆動機構およ
び関節数等の設計変更が必要となって、口ぎットの汎用
的な使用が容易ではなかった。

〈発明の目的〉 本発明は上記従来技術の欠点を解消するものであり、作
業内容に応じて各種動作を行うアーム又はハンドを容易
に組立て可能であって、設計変更等に伴う関節数の増減
あるいは関節動作の変更等が容易に可能な多関節口列？
ットの提供を目的とする。

〈発明の構成〉 この目的を達成するため本発明では、複数の関節機構を
有する多関節型ロボットであって、前記各々の関節機構
は、独立して動作を行うための駆動部を備えるとともに
、両端部に連結部を備えた関節ユニットからなり、前詔
両連結部により複数の関節機構を連結したことを特徴と
する多関節型ロボットを提供する。

〈発明の実施例〉 第１図は本発明に係る関節ユニットの斜視図である。関
節ユニット１は本体２の上端に接続部材３を軸４に枢着
させ、この接続部材３は接合面（ユニット上面）５の両
側に突出片６を有し、後端部にネジ孔７を有する屈曲舌
部８が形成される。

この接続部材３の接合面５上には各関節ユニット１同士
の電気的接続を行なうだめのコネクタ９が設けられる。

本体２の下端部には接続部材３の突出片６を受けるだめ
の案内溝１０が設けられ、寸だ接続時に上端のコネクタ
９と整合する位置にコネクタ１１が設けられる。各コネ
クタ９，１１はショートプラグ１２により電気的に接続
される。

このショートプラグＩ２の挿入方向は矢印Ｃのように接
合面５に平行である。接続部材３はリンク１３およびこ
れに螺合するネジ４ｉ１ｆ１４を介してモータ１５に連
結される。モータ１５の駆動によりネジ（仝１４が回転
し、これによりリンク１３が上下動し接続部拐３を枢軸
４廻りに矢印Ａのよう九回転動作させ関節ユニット１の
屈曲関節運動が達成される。案内溝１０内に突出片６を
挿入すると案内溝１０の下側の案内片］Ｏａの弾性によ
り突出片６を弾発的に挾持し、上下の関節ユニット１同
士はガタつくことなく一旦固定される。上下の関節ユニ
ット１同士はさらにネジ１６を接続部材３の屈曲舌部８
のネジ孔７に螺合させることにより強固に固定される。

このネジ１６の締付方向は矢印Ｂのように接合面５に平
行である。本体２の内部には上下のコネクタ９，１１に
接続し、またモータ】５の駆動制御等をするだめの信号
束線１７が配設される。

第２図は本発明に係る関節ユニット１の別の実施例の斜
視図である。この例においては関節ユニット１の上☆１
１シに磁石１８を設け、下端を鉄等の強磁性体材料］９
で構成して両開節ユニット上面士−１−１−！ｚ→１＋
ｙ　ｙ　ｈ　＋−＋ｚｅ＝＋＝＋ｉ＋−！ｙｌ　ｊシｒ
ｈ　銀　！　−・り　１　ＣＩｒｆ？　ｋ　Ｗｂ固に固
定するものである。２０はユニット取外し時に磁力を減
する為のコイル励磁用差込みプラグである。その他の屈
曲に１に動機構、コネクタ等の構成、機能等は第１図の
例と同様である。

第３図は本発明に係る関節ユニットの分解斜視図である
。本体１０１内にモータ１０２が取付けられ、このモー
タ１０２０回転軸にはネジ棒１０３が結合される。この
ネジ棒】０３には移動体１０４が螺着されネジ棒１０３
の正逆回転に伴いこれに沿って往復運動する。この移動
体１０４はプーリ１０５，１０６に係合する連続ベルト
１０７に固定される。プーリ１０５は傘歯車１０８を介
して接続部材１０９に連結される。本体１０１の内部に
は電源線、信号線等のケーブル】２０が余長をもって配
設される。接続部材１０９の上面にはケーブル１２０と
接続するコネクタ１１３が設けられる。このコネクタ１
１３は結合すべき相手側の関節ユニット下端部のコネク
タ１１２とショートプラグ１１４を介して電気的に接続
される。本体１０１の下端には取付片１１０が設けられ
接続すべき相手側の接続部材１０９．に対しネジ１１１
で相互に固定される。本体１０１はカバー１１５で覆わ
れる。モータ１０２の回転によりネジ棒１０３が回転し
、これにより移動体１０４およびベルト１０７を介して
グーリ１０５が回転し、傘歯車１０８を介して接続部材
１０９が関節部の回転運動を行う。なお、傘歯車を省略
してグーリ１０５の回転により接続部材１０９を矢印Ａ
のように揺動運動させてもよい。

第４図は本発明に係る関節ユニットの別の例の側面図で
あり、第５図はその縦断面図である。本体１０１に取付
られたモータ１０２にネジ棒１０３が直結され、このネ
ジ棒１０３に螺合する移動体１０４にはベル）　１０７
’が固定される。ベルト１０７′は軸１１８廻りに回転
可能な扇形回転体１１６に係合する。前述の例の場合と
同様にモータ１０２の回転によりベル）　１０７’を介
して回転体１１６が枢動し、この回転体１１６に一体的
に結合された接続部材１１７が矢印Ｂのように関節屈曲
連結を行う。回転体１１６の端部には復帰バネ１１９が
係合し回転体１１６を常に一方向に付勢する。この復帰
バネによりネジ＄４１０３のバックラッシュや関節動作
のガタつきが吸収される。

復帰バネ１１９の外周はスリーブ】２１で覆われる。こ
のスリーブ１２１はケーブル１２０がバネ１１９と絡ま
り合うことのないように保護するとともに移動体１０４
の案内および回転防止の作用を行う。このよう々関節ユ
ニットは例えば第６図に示すように複数段に連結され先
端にハンド１２２を有する多関節ロボットアームを構成
する。この関節ユニットのベルト１０７′には歪ケ１−
ノ１２４を貼付して関節運動中の力を検出することがで
き、まだ磁気テープ１２３を貼付して本体側に設けた磁
気抵抗効果型ヘッド（磁気センツー）１２５によりベル
）　１０７’の位置を検出することができる。

関節ユニットの別の例を第７図に示す。この関節ユニッ
トはカサ歯車２０１，２０２およびこれらが噛合うカサ
歯車２０３からなるベベルギヤ機構からなり、連結部２
０４はユニット本体２０５に対し、カサ歯車２０１，２
０２の軸廻りに矢印りのように回転可能であり、かつカ
サ歯車２０３の軸廻りに矢印Ｅのように回転可能である
。各カサ歯車２０１，２．０２はモータ２０６，２０７
により別個に駆動される。モータ２０６にネジ棒２０８
が連結され、ネジ棒２０８の回転によりこのネジ棒上に
必着されたナツト２０９が摺動する。

ナツト２０９にはベルト２１０の一端が固定され、ベル
ト２１０の他端はスプリング２１１を介して本体２０５
に固定される。ナツト２０９の摺動によりベルト２１０
を介してカサ歯車２０１が回転する。モータ２０７によ
るカサ歯車２０２の回転機構もこれと同様である。

伸縮可能な関節ユニットを第８図、第９図に示す。本体
２１２内に、モータ２１３、このモータ２１３に連結さ
れたネジ棒２１４、およびこのネジ棒の回転１てよりネ
ジ棒上を摺動するナツト２１５が収納される。モータ２
１３の回転によりナツト２１５が本体内を摺動してこの
ナツト２１５に固定した連結部２１６が本体の軸方向に
移動し関節ユニット全体が伸縮動作する。

回転可能な関節ユニッ１を第１０図、第１１図に示す。

本体２１７内に、モータ２１８、このモータに連結され
たネジ棒２１９、およびこのネジ棒２１９の回転により
ネジ棒上を摺動するナツト２２０が収納される。ナラｌ
−２２０上にはリードの大きいネジ２２］が形成される
。ネジ２２１と噛合うネジ２２２を内面に有するシリン
ダ２２３がナツト２２０上に装着される。モータ２１８
の回転によりす７）２２０が摺８υｊし、これに伴いシ
リンダ２２３が連結部２２４とともにモータ軸廻りに回
転する。このようにモータ２１８の回転を直接伝達せず
に一旦ナットを介して回転伝達することにより大きなト
ルクが得られる。

前記説明の回転、屈曲、および伸縮動作を行う各関節ユ
ニットを適当に組合せて、所望の動作を行うロボットア
ームを構成することができる。このようなロボットアー
ムの例を第１２図、第１３図に示す。第１２図の口ｙｊ
？ットは草２２５を引抜く作業を行う。関節ユニット２
２７として回転および屈曲可能な第７図の関節ユニット
、又は回転可能な第１１図の関節ユニットを用い、関節
ユニット２２６として、屈曲可能な第１図、第２図又は
第３図の関節ユニットを組合せることができる。

第１３図のロボットは注飲器２２８の操作を行う。注獣
器２２９を掴むハンド２２９の機構の一例を第１４図、
第１５図に示す。モータ２３０にネジ棒２３１が連結さ
れ、このネジ棒上にナツト２３２が装着される。ナツト
２３２はネジ棒２３１の回転によりネジ棒２３１上を摺
動するように構成される。ナツト２３２には２枚の重ね
合せたベルト２３３の一端が固定され、各ベルト２３３
の他端はローラ２３４．２３５に固定される。各ローラ
２３４．２３５には指２３６．２３７が固定される。各
ローラ２３４．２３５はスプリング２３８．２３９によ
り指２３６．２３７が開く方向に付勢される。モータ２
３０の回転によりナツト２３２を前方（右側）に移動さ
せればスプリング２３８，２３９の作用により指２３６
，２３７が開く（第１５図）。モータ２３０を逆回転さ
せてナツト２３２を左へ移動させれば指２３６゜２３７
は閉じる（第１４図）。

第１６図のロボットは封筒への書類収納作業を行う。台
２４２上に置かれた封筒２４．０の口をハンドピース２
４３が折下げて開口させ、伸縮可能な関節ユニット２４
４．２４５により書類２４１を内部に挿入する。

第１７図のロボットは果実の取入れを行う。検出器２４
６で果実を識別し、ハンドピース２４７の動作により葉
を邪魔に々らない位置に押しやり、鋏２４８で果実の茎
を切断する。

第１８図のロボットは本の頁送り作業を行う。

本２４９の適当な位置にくさび型支持台２５０を挿入し
、ゴムローラ２５１の回転により最上位置の頁を剥離さ
せる。さらに、剥離した最上位置の頁の下にハンドピー
ス２５２を挿入してこの頁をめくる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る多関節型口Ｈ；　、
　トにおいては、各関節が各々独立した駆動機構を有す
る関節ユニットとして構成され、所望の動作を行う関節
ユニットを組合せてロボットを形成している。従って、
関節ユニットの選定により、作業内容に応じた動作を行
うロボットの組立てが容易にでき、関節数の増減、動作
の変更等も容易にできる。

また、特に第１図、第２図において説明したように、本
発明に係る関節ユニットにおいては、関節ユニット同士
を結合するネジの挿入方向が接合面と平行（実質上、関
節ユニット長手方向に対し直角）であり、また突出片（
第１図）を案内溝に挿入する仮固定動作方向が接合面と
平行であり、さらにコネクタ同士の電気的接続を行々う
ショートプラグの挿入方向が接合面と平行であるだめ、
接続作業時に接合面に直角方向に作用する力はなくなり
、従って結合力により内部構成部品が損傷することは防
止される。

゛まだ、特に第３図、第４図、詔５図において説明した
ように、本発明においては、ベルトおよびとれに係合す
る回転体を介してモータによるネノ送り運動を関節屈曲
運動に変換している。従って、モータの回転角と屈曲回
転角は常に一定の比例関係を保つため屈曲動作の高精度
な制御を容易に行うことができる。また、力センサや位
置センサの設置が容易に行われ、力１位置、加速度等の
検出が容易に確実にでき、どれらに基いて口〆ットアー
ムの高度な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る関節ユニットの斜視図、第２図は
本発明に係る関節ユニットの別の例の斜視図である。第
３図は本発明に係る関節ユニットの分解斜視図、第４図
は本発明の別の実施例の側面図、第５図は第４図の■−
■断面図、第６図は第４図の関節ユニットを用いたロボ
ットアームの斜視図である。第７図は本発明に係る関節
ユニットの別の例の斜視図、第８図は本発明に係る関節
ユニットのさらに別の例の斜視図、第９図は第８図の関
節ユニットの分解図、第１０図は本発明に係る関節ユニ
、トのさらに別の例の斜視図、第１１図は第１０図の関
節ユニットの分解図、第１２図は本発明に係る関節ユニ
ットを用いたロボットアームの一例の斜視図、第１３図
は本発明に係る関節ユニットを用いたロボットアームの
別の例の斜視図、第１４図および第１５図は第１３図の
ロボットアームのハンド部の機構を説明するだめの構成
説明図、第１６図、棺１７図および第１８図は各々、本
発明に係る関節ユニットを用いだロア」−ットアームの
さらに別の例を示す斜視図である。 １・・・関節ユニット、２・・・本体、３・・・接続部
材、５・・・接合面、９，１１・・・コネクタ、１２・
・・ショートプラグ、１５，１０２，２１３，２３０・
・・モータ、１４，１０３，２０８，２１４・・・ネソ
棒。 特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士　西　舘　オロ　之 弁理士　内　１）幸　男 弁理士　山　口　昭　之 第　１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ０２ 第１２図 第１４図 第１５図 第１７図 第１８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の関節機構を有する多関節型ロボットであって
   、 前記各々の関節機構は、独立して動作を行うだめの駆動
   部を備えるとともに、両端部に連結部を備え、前記両連
   結部により複数の関節機構を連結したことを特徴とする
   多関節型口ｙＪ？ソ）。 ２）前記駆動部は、モータとモータにより回転するネソ
   棒と、ネノ棒に螺合しこれに沿って往復運動する移動体
   より構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の多関節型口ピット。 ３）前記関節機構間の連結は、前記関節機構の長手方向
   に対し、垂直方向より嵌合する事により行うことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の多関節型ロボット。 ４）ベルトおよびこれに係合する回転体を介して移動体
   と連結部とを結合したことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の多関節型口がット。 ５）上記ベルトに力センサ又は位置センサを設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の多関節型ロボ
   ット。