JPS6116596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は工業用ロボツトに関するものであ
り、別してはアーム系の先端に設けたロボツトハ
ンドによつて対象物を把持して運搬する工業用ロ
ボツトの改良に関するものである。

以下の記載において、ロボツト本体に対してロ
ボツトハンドが旋回する水平方向の動きをθ（シ
ーター）移動と呼ぶ。またロボツト本体に対して
ロボツトハンドが水平経路に沿つて直線的に接近
（後退）あるいは離間（前進）する動きをｘ（エ
ツクス）移動と呼ぶ。またこのｘ移動と直交方向
の水平経路に沿つてのロボツトハンドの直線的な
動きをｙ（ワイ）移動と呼ぶ。更にロボツト本体
に対してロボツトハンドが垂直経路に沿つて直線
的に上下する動きをｚ（ゼツト）移動と呼ぶ。

工業用ロボツトには種々の性能が要求される
が、その主なものを挙げると、水平方向にあまり
スペースをとらないこと、作業員にとつての危険
度が少ないこと、動作中の姿勢が安定しているこ
と、動作の制御をいかに適確にするかの設計が容
易であること、および軽量頑丈でしかも高速で動
作し得ることなどである。

従来からも種々の形式の工業用ロボツトが開発
されかつ実用にも供されて来たが、上記したよう
な性能を全て兼ねそなえたものは皆無であつた。

かかる実情に鑑み、本発明者等は既に、上記し
た諸性能を併せ持つた工業用ロボツトを提案し
た。この提案のロボツトは制御系とアーム系とか
ら構成され、制御系はｘおよびｚ移動用更に好ま
しくはθ移動用制御モーターを有して一括して基
盤ケース内に収容され、駆動系はｘおよびｚ移動
用制御モーターにそれぞれ作動連結された２本の
軸とこれらに嵌合するナツトを有して一括して基
盤ケース上に立設された直立ケース内に収容さ
れ、アーム系は上記のナツトに連結された２本の
アームからなる三角形構造を有している。ｘ移動
用制御モーターに駆動されて上記の三角形が変態
してロボツトハンドがｘ移動し、ｚ移動用制御モ
ーターに駆動されて上記の三角形が上下に平行移
動してロボツトハンドがｚ移動し、θ移動用制御
モーターに駆動されて上記の三角形が旋回してロ
ボツトハンドがθ移動する。

この工業用ロボツトは前記した諸性能を全てそ
なえた非常にバランスのとれたものであるが、そ
のｘ移動において更に改良すべき点が見出され
た。即ちロボツトハンドのｘ方向位置に応じて動
作の精度が変るという点がそれである。

上記したように該提案のロボツトにあつては、
ｘ移動用制御モーターを基盤ケース内に収容し、
この制御モーターを駆動系を介してアーム系に伝
達し、前記三角形を変態させてロボツトハンドｘ
移動させるという構造をとつている。このためロ
ボツトに近い区域においてはロボツトハンドの移
動速度が大きく、ロボツトハンドが前進するに従
つてその移動速度が漸減してゆく。即ち制御モー
ターの回転角を基準にすると、同一回転角につい
て、ロボツトに近い区域ではロボツトハンドの移
動距離が大きく、遠い区域ではロボツトハンドの
移動距離が小さくなる。ところでロボツトなどの
所謂数値制御においては制御モーターの単位回転
数（回転角に相当する）を最小の設定基準として
いる。従つて上記したような事態は、この最小設
定基準の倍率がｘ方向位置に応じて変つてくるこ
とを意味し、このことはロボツトの動作精度が変
動することにつながり、精度管理上非常に不都合
である。

この発明の目的は、上記した三角型のアーム系
を有した工業用ロボツトにおいて、そのｘ移動の
動作精度を均一化することにある。

即ちこの発明のロボツトは制御系と駆動系とア
ーム系とから構成され、制御系はｚ移動用更に好
ましくはθ移動用制御モーターを基盤ケース内に
一括収容して有するとともにｘ移動用制御モータ
ーを駆動系とアーム系との連結部に有し、駆動系
はｚ移動用制御モーターに作動連結した１本のネ
ジ軸と、このネジ軸の上下に支持体とナツトをそ
れぞれ離間し、遊嵌および螺合して配し、基盤ケ
ース上に立設された直立ケース内に収容され、ア
ーム系は上記のナツトと支持体に連結された２本
のアームからなる三角形構造を有している。ｘ移
動用制御モーターに駆動されて上記の三角形が変
態してロボツトハンドがｘ移動し、Ｚ移動用制御
モーターに駆動されて上記の三角形が上下に平行
移動し、更に好ましくはθ移動用制御モーターに
駆動されて上記の三角形が旋回してロボツトハン
ドがθ移動する。

以下添付の図面によつて更に詳細にこの発明に
ついて説明する。

第１図に示すのはこの発明の工業用ロボツトの
一実施態様の外観である。概説すると該ロボツト
は制御系１と駆動系２とアーム系３の３部から構
成されている。制御系１は一部を除いてロボツト
の基部に設けられた平円筒状の基盤ケース４内に
集中して収容されており、駆動系２は基盤ケース
４上に載設された長円筒状の直立ケース６内に一
括して収容されており、アーム系３は直立ケース
６の前面に形成された伸縮性蛇腹板７から前方に
突出する複数本のアームから構成され、かつその
前端に対象物を把持するロボツトハンドＨを具え
ている。

上記のような概略構成を有した工業用ロボツト
の内部構造の詳細を第２図に示す。尚図中アーム
系３については一部を省略表示してある。

駆動系２は前記したように直立ケース６内に一
括して収容されており、垂直方向に延在するネジ
軸２１を有しており、このネジ軸２１は頂部にお
いて軸受２１ａにより回転自在に支持されてい
る。このネジ軸２１には支持体２２とナツト２３
とが上下に離間してそれぞれ遊嵌および螺合した
状態となつている。

上方の支持体２２は前方に突出するアーム支持
片２２ａを一体に有しており、しかも、この支持
体は基板１２から垂直方向に延在するガイド棒１
５，１５に支持されて上下動が案内される。ナツ
ト２３の前端にも同様にアーム支持片２３ａが形
成されている。アーム系３は第３図Ａにも示すよ
うに、第１アーム３１、第２アーム３２および副
アーム３３を有しており、この内副アーム３３は
ロボツトハンドＨの姿勢を制御するもので、この
発明には関係ない。第１アーム３１は上端におい
て上方の支持片２２ａに軸承(P)されるととも
に、斜め下方に延在して、その下端にロボツトハ
ンドＨを有している。第２アーム３２は下端にお
いて下方の支持片２３ａに軸承(Q)されるととも
に、上端において第１アーム３１の長手方向中央
の部位に軸承(R)されている。

この発明のアーム計３は、第１アーム３１を斜
辺とし第２アーム３２を底辺とする三角形状の対
偶連鎖構造となる。したがつて、ロボツトハンド
Ｈに下向きの負荷がかかつた場合、その負荷が第
１アーム３１と第２アーム３２に分散されている
ので、きわめて高い剛性が得られる。尚、前記三
角形状の対偶連鎖構造が二等辺三角形である場合
はｘ軸方向の直線性が理想的となるが、ロボツト
として機能される場合は、必ずしも二等辺三角形
である必要はない。

制御系１の内、ｘ移動用制御モーター１１はナ
ツトの支持片２３ａに架設固定されており、その
出力軸は図示しない適宜な減速歯車を介して第２
アーム３２の下端の支持軸Ｑに作動連結されてい
る。この制御モーター１１は可逆モーターであつ
て、その回転に伴つて第２アーム３２が軸承点Ｑ
を中心として上下に揺動する。制御系１の他の部
分は前記したように基盤ケース４内に一括して収
容されている。即ちネジ軸２１には基板１２が嵌
合しており、基板１２の円周上には歯車１３が形
成されている。一方θ移動用制御モーター１４の
出力軸には歯車１６が連結されており、この歯車
１６は基板上の歯車１３と噛合係合している。更
に基板１２の下側にはｚ移動用制御モーター１７
が設けられており、その出力軸（図示せず）はネ
ジ軸２１に連結されている。

アーム系３の動作説明に入る前に以上述べたよ
うな構成を有した制御系１と駆動系２の組合せに
ついて説明する。

制御モーター１７が回転すると、これと下方の
ナツト２３との螺合関係によりナツト２３が垂直
方向に移動する。従つて後述するようにロボツト
ハンドＨはｚ移動する。

制御モーター１１が回転すると第２アーム３２
が揺動し、後述するようにアーム系３が変態しロ
ボツトハンドＨはｘ移動する。

制御モーター１４が回転すると基板１２および
ネジ軸２１更にはアーム系３が旋回し、ロボツト
ハンドＨはθ移動する。

次ぎに第３図Ａ〜Ｃによりアーム系３の動作態
様を説明する。

まず第３図Ｂによりｚ移動を、ホルダーＨが下
降する場合を例にとつて説明する。第３図Ａの状
態において制御モーター１７が所定の方向に回転
すると、ネジ軸２１が回転し、これに伴いナツト
２３が下降する。このとき、支持体２２の位置
は、第２アーム３２の揚立状態で決定されるの
で、ナツトと支持体の上下相対位置に変化がない
からアーム系３は第３図Ａに示した三角形構造を
保つたままで下降する。即ち一種の平行移動であ
るから、ロボツトハンドＨはそのｘ方向位置を保
つたままで、元の位置ｈから新しい真下の位置
h′に下降する。

同様に、制御モーター１７が前記とは逆方向に
回転した場合には、ロボツトハンドＨはそのｘ方
向位置を保つたままで元の位置ｈから新しい真上
の位置に上昇する。

次に第３図Ｃによりｘ移動を、ロボツトハンド
Ｈが前進する場合を例にとつて説明する。第３図
Ａの状態において制御モーター１１が所定方向に
回転すると第２アーム３２が軸承点Ｑを中心にし
て下方に揺動し、軸承点Ｒを下に引張る。従つて
ネジ軸２１に遊嵌された上方の支持体２２が下方
のナツト２３に近ずくから第３図Ａに示した三角
形構造は崩れ、前よりは偏平な三角形構造とな
る。即ちロボツトハンドＨはそのｚ方向位置を保
つたままで元の位置ｈから新しい外側の位置
h″に前進する。

同様に制御モーター１１が逆方向に回転した場
合には、ロボツトハンドＨはそのｚ方向位置を保
つたままで元の位置ｈから新しい内側の位置に後
退する。

以上においては説明の便宜上ｘ移動とｚ移動と
を分説したが、実施に当つては両制御モーターの
回転を重複させることによりxzの二次元移動を
行うことも可能であり、更にこれに制御モーター
１７の回転も重複させることによりxzθの三次
元移動を行うことも可能である。

これらの制御モーターとしては適宜市販の可逆
モーター用い、適宜設定されたプログラムに沿つ
て発生される電気信号により相対的に関連づけて
励動する。

以上から明らかなようにこの発明においては、
アーム系を２本のアームからなる三角形構造を採
用し、しかも一部を除いては制御系を基盤ケース
内に収容しているので前記した提案のロボツトの
諸性能を併せ持つているのみならず、ｘ移動用制
御モーターをアーム系に直結したのでｘ移動の動
作精度が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の工業用ロボツトの一実施態
様の外観を示す斜視図、第２図はその内部構造を
示す一部省略斜視図、第３図Ａ〜Ｃはその動作を
示す側面説明図である。 １…制御系、２…駆動系、３…アーム系、Ｈ…
ロボツトハンド、１４…θ移動用制御モーター、
１１…ｘ移動用モーター、１７…ｚ移動用制御モ
ーター、２１…ネジ軸、２２，２３…ナツト、３
１，３２…アーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直方向に延在するネジ軸２１を下端または
   上端においてｚ移動用制御モーター１７に作動連
   結し、 上記のネジ軸には支持体２２、ナツト２３とを
   上下に離間してそれぞれ遊嵌および螺合するとと
   もに、前記支持体をガイド棒１５により上下方向
   へ摺動可能に支持してなり、 かつ、第１アーム３１を上端において支持体に
   軸承し、第２アーム３２を下端においてナツトに
   軸承するとともに該第２アーム８上端を第１アー
   ムの長手方向中央部に軸承することにより、アー
   ム系を三角形状対偶連鎖構造となし、 更に、上記ナツトにｘ移動用制御モータ１１を
   架設固定し、該制御モーターの出力軸を第２アー
   ムの下端に作動連結することにより該第２アーム
   を揺動して上記アーム系の三角形状が変態するよ
   うに構成されている ことを特徴とする工業用ロボツト。 ２ ネジ軸２１などの駆動系を支持する基板１２
   がθ移動用制御モータ１４に作動連結されている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   工業用ロボツト。