JPS61168478A

JPS61168478A - 多関節ロボツト

Info

Publication number: JPS61168478A
Application number: JP1052485A
Authority: JP
Inventors: 敏典酒井
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1986-07-30
Also published as: JPH0536197B2

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、多関節型の産業用ロボットに関し、特にアー
ムの支持構造およびアーム内の配線手段に係る。

従来技術一般に、この種の多関節ロボットは、ロボットの基体部
分で複数のアームを回動自在に連結状態で支持している
。そして、これらの駆動源は、通常、それぞれのアーム
の関節部分に取り付けられており、したがってロボット
の基体部分から離れた位置に取り付けられる。このアー
ムが旋回運動を行う時に、上記モータが回転運動の負荷
となり、また運動の停止時に大きな慣性力を発生する。

このため、ロボットアームの位置決め精度が確保しに＜
＜、またロボットの基端例の取り付は部に前倒れを防ぐ
ため、十分な剛性が必要となる。

一方、上記モータの電源の配線、およびアーム先端のチ
ャック等の駆動用空気の配管等は、作業環境や安全性を
考慮して、アームの内部に収められる。例えば特公昭５
８−３７１１７号の公報は、アームの関節部分を中空と
し、アーム内のケーブルをその中空軸を介して通過させ
ている。しかし、上記公報のマニピュレーターは、一般
的な多関節構造でなく、またその関節部を中空軸として
いるものの、その関節部分にモータを組み入れている。

このため、関節部分の回転運動時の慣性が大きく、高速
運動用として不適当である。

発明の目的ここに、本発明の目的は、アームの重量、および運動時
の慣性を極力減らして、動作速度を高、めながら、ロボ
ット側への前倒れを防止し、さらにロボットのアーム内
に配線および配管を収めることにより、特殊な作業環境
での適応性を高めることである。

発明の構成そこで、本発明は、複数のアームの駆動用モータをロボ
ットの基体部分に組み込み、基体の中心線を境として、
一方に複数のアームを、また他方にそれぞれのアームの
モータをバランス状態で配置している。このため、ロボ
ットアームの運動時の慣性は、それ自体の構造的な重み
に関係するのみで、駆動源としてのモータの重力に影響
されない。したがって、アームは、高速で運動し、しか
もその位置決め精度は可及的に高められる。さらに、複
数のアームとそれらのモータとが基体の中心部分を境と
して均衡状態にあるため、ロボットの基端部分は、前倒
れ方向の力を受けず、安定な状態で据え付けられる。

そして、上記モータの回転力は、ベルト等の回転伝達手
段によって、基体側からアーム内を経て各アームに伝達
される。これらの回転伝達手段は、各アームの関節部分
で、中空軸によって、一方のアームから、他方のアーム
の内部に連結される。

このため、回転伝達手段の機械要素は、完全にアームの
内部におさめられ、特殊な環境での作業に　　　　−耐
えられる。しかも、回転部分の潤滑油や、摩耗時のごみ
等は、アームの内部から、外部に飛散せず、したがって
この多関節ロボットは、クリーンルーム内での作業にも
対応できる。また、アームの先端にチャック等の作業部
材が取り付けられるが、その駆動源としての電源または
圧力空気源は、配線あるいは配管によって、アームの内
部を通り、さらに関節部の中空軸を経て導かれる。この
ため、これらの配線あるいは配管は、直接外部に露出せ
ず、特殊な作業環境から保護され、またアームの運動の
障害とならない。そして、この配線、あるいは配管は、
アームの内部で、ガイド部材によって、上記回転伝達手
段と干渉しないように案内される。したがって、回転伝
達手段と配線または配管とは、アームの内部で整然とお
さめられ、互いに運動の障害とならない。

実施例の構成以下、本発明の一実施例の構成を図面に基づいて具体的
に説明する。

本発明の多関節ロボット１は、基台２の支持スタンド３
に対し上下動自在に支持されている。この支持スタンド
３は、中空体であり、内部の送りねしユニット等によっ
て、スライダー４を上下動自在に支持している。このス
ライダー４は、その上端部で、第１のケーシング５、第
２のケーシング６、および第３のケーシング７を組み合
わせ状態で固定している。これらのケーシング５．６．
７は、側面から見て、コ字状に組み合わせられており、
その内部で第１アーム１１の駆動用のモータ８、第２ア
ーム１２の駆動用のモータ９および第２アーム１２の先
端に設けられた作業用の中空軸１３を駆動するためのモ
ータ１０を収納している。

上記モータ８は、ケーシング５．６の連結部分で、下向
きに取り付けられており、タイミングベルト・プーリ１
７により減速機１４の入力側に連結されている。この減
速機１４は、ハーモニックドライブ式のものであり、第
１のケーシング５に対し、第１アーム１１の垂直な回転
中心と同一の軸線上で取り付けられ、その出力側で、直
接、第１アーム１１の下面に取り付けられている。また
この第１アーム１１の上面側は、中空軸１８により、ケ
ーシング７の軸受は部分に対し、第１アーム１１の回転
中心上で、回動自在に支持されている。なお、この第１
アーム１１は、上下の面で開口しており、上カバー１９
、および下カバー２０によって、閉じられており、先端
の下面側に形成された軸受は部分で、垂直方向の軸線を
中心として、中空軸２１を回動自在に支持し、その中空
軸２１の下端部分で第２アーム１２の一端を保持してい
る。また、この第２アーム１２は、第１７−ム１１と同
様に、上カバー２２、下カバー２３によって、閉じられ
ており、先端の下面側の軸受は部分で、前記中空軸１３
を垂直方向に回転自在に支持している。この中空軸１３
は、下面の取り付はプレート２４によって、チャック等
の作業部材に取り付けられる。

一方、前記モータ９．１０は、それぞれ減速機１５．１
６の入力側に取り付けられており、またそれぞれの減速
機１５．１６は、第１アーム１１の回転の中心線を境と
して、アーム部材、つまり第１アーム１１および第２ア
ーム１２と逆側に配置されており、ケーシング６．７の
連結部分で、取り付は板２５により上向きに取り付けら
れている。

そして、第２アーム１２の駆動用の減速機１５の回転は
、タイミングベルト・プーリ２６により、前記中空軸１
８の内部におさめられた中空軸２７に伝達される。この
中空軸２７は、中空軸１８に対し、玉軸受により同心的
で、回転自在に支持されており、その回転は、第１アー
ム１１の内部におさめられたタイミングベルト・プーリ
２８により、前記中空軸２１に伝達され、最終的に第２
アーム１２の３６０度の回転運動として伝達される。

また、中空軸１３駆動用の減速機１６の出力側の回転は
、同様にタイミングベルト・プーリ２９により、中空軸
２７の内部に同心的におさめられた中空軸３０に伝達さ
れる。この中空軸３０は、中空軸２７の内部で、玉軸受
により回転自在に支持されており、その回転は、下方の
タイミングベルト・プーリ３１により第１アーム１１の
中間部分に設けられた中空軸３２に伝達される。この中
空軸３２は、第１アーム１１と一体的に形成された軸受
はハウジングに対し、玉軸受によって回転自在に支持さ
れており、その上端部分のタイミングベルト・プーリ３
３によって、中空軸２１の内部に同心的におさめられた
中空軸３４の上端に伝達される。この中空軸３４は、玉
軸受によって中空軸２１に対し回転自在に支持されてお
り、その回転は下端部分のタイミングベルト・プーリ３
５により、作業用の中空軸１３に伝達される。上記タイ
ミングベルト・プーリ２８．３５は、ベルト部分の緩み
を吸収するために、それぞれテンシロンブーＩＪ３６．
３７を経てプーリ間に巻き掛けられている。

なおケーシング５の下面は、カバー３８によって閉じら
れており、またケーシング７の上面は、３つのカバー３
９．４ｏによってそれぞれふさがれている。この１つの
カバー３９は、中空軸１８．２７．３０の中心線上で、
回転位置検出器４１を固定している。この回転位置検出
器４１の検出端は、第１アーム１１の回転位置を検出す
るために、中心軸４２に連結され、第１アーム１１の下
カバー２０の上面に固定されている。

また、第１アーム１１、第２アーム１２およびケーシン
グ５．６．７は、内部空間で、電線４３、および配管用
のチューブ４４を必要な位置まで案内するために、ガイ
ド部材４５を収納している。

これらのガイド部材４５は、適当な位置で、ロッド４６
によりそれぞれのケーシング７あるいは第１７−４１１
、第２アーム１２に固定されている。

これらのガイド部材４５は、それぞれ中空軸３０．３２
．３４の部分で窪み状の案内孔４７を形成している。し
たがって、電線４３および配管用のチューブ４４は、こ
の案内孔４７および中間軸３０．３２．３４の内部を通
って、必要な位置に案内される。なお、第２アーム１２
の内部のガイド部材４５は、第３図に示すように、左右
の両測部で立ち上がり壁４８を形成し、電線４３または
配線用のチューブ４４をタイミングベルト・ブーＩＪ　
３５の内側を通って中空軸２１の内部に導いている。

この電線４３は、給電用のものであり、またチューブ４
４は、関節部分の発塵を防止するための吸気に用いられ
る。

発明の作用次に、上記多関節ロボット１の動作を発明の作用ととも
に説明する。

多関節ロボット１の運転に際し、スライダー４は、予め
送りねしユニットによって適当な高さに設定される。こ
の状態で、モータ８．９．１０を駆動することによって
、第１アームｌｌ、第２ア−ム１２および中空軸１３は
、所定の作業に必要な旋回運動および回転運動を行う。

すなわち、モータ８が回転すると、その回転は、減速機
１４で減速され、第１アーム・１１に伝達されるため１
．第１アーム１１は、中空軸１８の軸線を中心として、
水平面上で旋回運動を行う。また、モータ９が回転する
と、その回転は、タイミングベルト・プーリ２６、中空
軸２７、タイミングベルト・プーリ２８および中空軸２
１を介して、第２７−ム１２に伝達される。したがって
、この第２アーム１２は、その中空軸２１の中心線を回
転中心として、水平面上で３６０度の旋回運動を行う。

これらのアーム部材、つまり第１アーム１１および第２
アーム１２の旋回運動によって、先端の中空軸１３は、
水平面上で必要な作業位置に高い精度のもとに移動する
。なおタイミングベルト・プーリ１７．２６．２８．２
９．３１．３３．３５等のバックラッシは、クローズト
ループ系のフィードバック制御によって補正できる。

一方、モータ１０が回転すると、その回転は、タイミン
グベルト・プーリ２９、中空軸３０．タイミングベルト
・プーリ３１、中間の中空軸３２、タイミングベルト・
プーリ３３、中空軸３４およびタイミングベルト・プー
リ３５を経て作業用の中空軸１３に伝達される。ここで
、作業用の中空軸１３は、取り付はプレート２４に回転
運動を与え、それに取り付けられたチャックなどにより
、必要な作業を行う。

このような第１アーム１１、および第２アーム１２の旋
回運動時に、それらの駆動源としてのモータ８．９．１
０が全てロボットの基体側、すなわちケーシング５．６
．７の内部におさめられているため、それらの慣性が小
さくなっており、したがって運動の制御は、軽い力で、
かつ慣性のない状態でできる。しかも、これらのモータ
８．９．１０が第１アーム１１の旋回中心を境として、
第１アーム１１および第２アーム１２と異なる側で、バ
ランス状態で取り付けられているから、この多関節ロボ
ット１は、前方側、すなわち第１アーム１１および第２
アーム１２の方向に倒れず、安定な状態となっている。

また、第１アーム１１、第２アーム１２および作業用の
中空軸１３の駆動手段、およびそれらに付随する電Ｎａ
４３や配管用のチューブ４４が全てケ、−シング５．６
．７、第１アーム１１、および第２アーム１２の内部に
収納され、直接外部に露出せず、ガイド部材４５によっ
て保持されているから、この多関節ロボット１は、特殊
な環境でも、十分に利用できる。また、電線４３やチュ
ーブ４４が外部に露出していないため、多関節ロボット
１の運動時に、それらが隣接の装置等と干渉せず、安全
性が高められ、しかもその外観が単純化できる。

発明の変形例上記実施例は、第１アーム１１の下に、第２アーム１２
を取り付けている。このため、第１アーム１１の内部の
タイミングベルト・プーリ３１３３は、中間の中空軸３
２を介し、上下に分離している。しかし第２アーム１２
が第１アーム１１の上面に取り付けられると、中間の中
空軸３２は不必要であり、また一方のタイミングベルト
・ブーＩ７３１は、直接中空軸３４のプーリに巻き掛け
られるから、一方のタイミングベルトは、省略できる。

また、上記実施例は、基台２および支持スタンド３を床
面等に取り付けることを予定して設計されている。しか
し、この多関節ロボット１は、構造的には上下を逆の方
向とし、基台２を天井面に向けて取り付けて用いること
もできる。

発明の効果本発明では、下記の特有の効果が得られる。

まず、第１アームおよび第２アームの駆動源としてのモ
ータがそれぞれのアーム部材の関節部分に設けられてお
らず、基体側に第１アームの回転中心を境としてバラン
ス状態で取り付けられているから、第１アームおよび第
２アームが軽量化でき、したがってそのモータトルクが
小さくてもよ　−く、また運動の停止時に慣性が小さく
なるため、高い精度での位置決め制御が可能となる。

つぎに、回転力の伝達手段がアームの内部に組み込まれ
ており、しかも電線や配管等がその関節部分の中空軸を
通じて必要な位置に導かれているため、伝達手段や電線
等が外部に露出せず、したがってロボットの運動時に他
の隣接する装置との干渉が未然に防止でき゛、また特殊
な環境での未定な動作が期待できる。特に、回転部分等
が発塵源となるが、アームが完全に密閉されているため
、この多関節ロボットは、クリーンルーム内での作業に
適切である。しかも、電線や配管等がアーム内でガイド
部材によって回転伝達手段と干渉しない状態でおさめら
れているため、ロボットの運動時におけるそれらの干渉
が確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多関節ロボットの平面図、第２図は多
関節ロボットの一部の垂直断面図、第３図はガイド部材
の平面図である。１・・多関節ロボット、２・・基台、３・・支持スタン
ド、５．６．７・・ケーシング、８．９．１０・・モー
タ、１１・・第１アーム、１２・・・第２アーム、１３
．１８．２１．２７．３０．３２．３４・・・中空軸、
１４．１５．１６・・減速機、１７．２６．２８．２９
．３１．３３．３５・・タイミングベルト・プーリ、４
１・・回転位置検出器、４５・・ガイド部材。

Claims

【特許請求の範囲】

複数のアームをそれぞれ回転自在に連結状態で支持した
アーム部材を、基体に支持した多関節ロボットにおいて
、上記各アーム駆動用のモータを上記基体に対してアー
ムと逆側に配し、関節部は中空軸を介して先方のアーム
を支持し、上記中空軸と上記モータとをベルト等の回転
伝達手段により連結し、上記アーム内でベルト等と当た
らない位置にガイド部材を固定し、上記中空軸内を通し
、上記ガイド部材に案内されて上記アーム内に配線等を
配したことを特徴とする多関節ロボット。