JPS6117832Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は主に組立作業等に用いられる工業用
ロボツトに関するものであり、別してはアーム系
の先端に設けた作業部によつて機械等の組立作業
に供せしめようと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作
業部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作動部が
水平径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。このｘ移動と直交方向の水平経路に沿つての
作業部の直線的な動きをｚ（ゼツト）移動と呼
ぶ。

上記のような形式の工業用ロボツトは、従来か
ら種々のものが提案されているが、そのいずれも
が以下に述べるような種々の欠点を有している。

第１は直交型と呼ばれるものであるが、このも
のは主ブロツクがｚ移動すると共に、これに設け
た水平アーム上を副ブロツクがｘ移動し、これに
対して作業部をｚ移動させる構成である。しかし
このような直交構造であるため、どうしても水平
方向にスペースをとりすぎるので使用場所が限定
されてしまう。しかも水平レバーで各部を支持し
ているのでカンチレバー状となり安定を欠く。

第２は、円筒型と呼ばれるものである。θ移動
をする主ブロツクに対してｚ移動可能に副ブロツ
クを組合せ、これに対してｘ移動するアームの先
端に作業部を取付けたものである。この型式だと
ｘ移動の後退状態においてアームの尾部が後方に
大きく突出することになり、水平方向のスペース
を大きくすることになる。しかもこの状態でθ移
動に入ると尾部が大きく振れこのロボツトの近く
で作業している作業員への危険が増大する。また
ｘ移動の前進状態ではアームが大きく前方に突出
するので、やはりカンチレバー状となり姿勢の安
定を欠く。

第３は関節型と呼ばれるものである。これはθ
移動する主ブロツクに対して垂直方向に振動する
第１のアームの端部に第２のアームを垂直方向に
振動する様に連結してアーム系を構成し、これに
作動部を支持させたものである。これは各部が旋
回するだけで所定の運動を行わせるものであるか
ら、その制御をいかに適確にするかの設計が非常
に困難である。加えて第２アーム用の制御モータ
をアーム系に設けてあるので、アーム系の重量が
増し、れだけ高速で動作し難くなるばかりではな
く、所謂トツプヘビイとなり、ロボツト全体の姿
勢が不安定となるのを免れない。

第４はスカラ型と呼ばれるもので、間接型と同
様に互に連結された第１と第２のアームを用いる
が、共に水平方向に旋回させている。その欠点は
間接型と共通する。

そこで、これら上記各形式の欠点を除去し、構
造及び制御が簡単で、しかも作動部に与える運動
に大きな自由度を与えるとともに、水平方向のス
ペースをとらず、作業の安全性が高い工業用ロボ
ツトを提供せんとして、本件出願人は既に次の様
な工業用ロボツトを提案している。

即ち、第１図に示す様にロボツトを制御系１０
０と駆動系２００とアーム系３００とから構成
し、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１５０，１６０，１３０を
一括して基盤ケース内に収容し、駆動系をｘおよ
びｚ移動用制御モーターに夫々作動連結せしめた
２本の軸２１０，２２０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１１０上に立設
された直立ケース内に収容する。そしてアーム系
は上記ナツトに連結された２本のアームからなる
三角構造を有する様にしている。そして、ｘ移動
用制御モーター１５０を駆動して上記の三角形が
変態して作業部がｘ移動し、ｚ移動用制御モータ
ー１６０に駆動されて上記の三角形が上下に平行
移動して作業部がｚ移動し、θ移動用制御モータ
ー１３０に駆動されて上記の三角形が旋回して作
動部がθ移動する様にしている。

ところで、この工業用ロボツトは、その解決せ
んとする目的を達成しているが、作業効率上や汎
用性の見地からは、更にアームの動作範囲を大き
くとれ、しかもその動作速度が速いものが要求さ
れている。

この考案は斯る要求に応えるものとして提案さ
れたもので、先端に作業部を有するアームの支持
構造を変えてやることにより、アームの動作範囲
ひいては作業部の作業範囲を広くとれ、しかも動
作速度が速くできる様な工業用ロボツトを提供す
ることを目的とする。

即ちこの考案の要旨はｘ，ｚ更に好ましくはθ
方向移動用モーターを有した制御系と、ｘ，ｚ移
動用モーターにそれぞれ連結されたスプライン
軸、ネジ軸及びこれら２軸間の回転動力伝達を行
なう歯車機構そしてスプライン軸に摺動自在に嵌
合されたスプライン軸受、更にネジ軸に螺合され
た第１及び第２ナツトを有する駆動系と、上記各
ナツトに作動連結されたアーム系からなるロボツ
トにおいて、第１アームの下端を上ブロツクに軸
承してその上端を第２アームの上端に軸承連結す
るとともに、第３アームの下端を下ブロツクに軸
承してその上端を第２アームの長手方向中央で軸
承し、更に第４アームの上端を前記上ブロツクに
軸承するとともにその下端を前記第３アームの略
中央で軸承するこにより、菱形形状の対遇連鎖構
造を構成したものである。 以下添付の図面に基
づいて更に詳細にこの考案について説明する。

第２図に示すのは、この考案の工業用ロボツト
の一実施態様の外観である。概要すると該ロボツ
トは制御系と駆動系とアーム系の３部から構成さ
れている。制御系は一部が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、他の一部が
基盤ケース上に載設された長円筒状の直立ケース
６内の上部に分割して収容されており、アーム系
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、かつその前端に作業部Ａを具えている。

上記の様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３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、互に平行でかつ垂直方向
に延在するスプライン軸２１とネジ軸２２を有し
ており、これらの軸は下端部においてそれぞれ基
板１１に取付けられた軸受２１ａ，２２ａによつ
て回転自在に支持されている。

スプライン軸２１にはスプライン軸受２３が嵌
挿されており、このスプライン軸受２３はスプラ
イン軸２１に沿つて垂直方向には移動できるがス
プライン軸２１に対しては回転することはできな
い。このスプライン軸受２３の下部には第５図に
示すごとく歯車２４が一体に形成されている。も
つとも必ずしも一体でなくとも両者が固定関係に
あればよい。

ネジ軸２２には１対の第１ナツト２５及び第２
ナツト２６が螺合している。上方のナツト２５の
下部には歯車２７が固定関係に付設されており、
この歯車２７はネジ軸２２に対しては遊嵌される
と共に、スプライン軸２１上の歯車２４と噛合係
合している。スプライン軸２１のスプライン軸受
２３とネジ軸２２の第１ナツト２５は共通の上ブ
ロツク２８に回転自在に連結されており、一方の
ナツトの垂直方向の動きはこの上ブロツク２によ
つて他方のナツトに伝達され、両者が同時に、同
方向に且つ同程度移動するように構成されてい
る。なお上ブロツク２８の前端にはアーム支持片
２８ａが形成されている。ネジ軸２２の下方には
第２ナツト２６を備え、更に該ナツト２６は回転
可能であつてアーム支持片２６ａが形成された下
ブロツク２９を備えている。

次に制御系において、θ方向の制御系１ａは軸
受２１ａ，２２ａを介してスプライン軸２１とネ
ジ軸２２の基端を支持した基板１１を備え、の基
板１１には円周上に歯車１２が形成されおり、こ
れがθ移動用制御モータ１３の出力軸に固嵌され
た歯車１４と噛合係合している。Ｘ方向及びｚ方
向の制御系１ｂは、スプライン軸受２１及びネジ
軸２２の上端は夫々プーリ１７ａ，１７ｂが固嵌
されており、スプライン軸２１に取付けられたプ
ーリ１７ａはベルト１９ａを介してｘ方向移動用
制御モータ１５の出力軸（図示せず）に固嵌され
たプーリ１５ａと回転伝達接続されている。ネジ
軸２２に取付けられたプーリ１７ｂも同様にベル
ト１９ｂを介してｚ方向移動用制御モータ１６の
出力軸（図示せず）に固嵌されたプーリ１６ａと
回転伝達接続されている。

上記説明においては、スプライン軸２１及びネ
ジ軸２２の上端においてプーリ及びベルト１９
ａ，１９ｂを介して夫々ｘ方向、ｚ方向移動用制
御モータの出力軸と接続させたが、この考案はこ
れに限定されるのではなく、第１図に示した従来
の形式のものの様にスプライン軸２１０及びネジ
軸２２０の下端即ち、基板１１０側に夫々ｘ方向
移動用制御モータ１５０、ｚ方向移動用制御モー
タ１６０を接続してやつてもよいことは勿論であ
る。

アーム系の説明に入る前に上記構成を有した制
御系１ａ，１ｂと駆動系２の組合せによる動作に
ついて説明する。

θ移動用制御モーター１３が回転すると歯車１
２，１４の組合せによりロボツト全体が基板１１
の軸心を中心として旋回し、アーム系３の先端の
作業部Ａはθ移動をする。

制御モータ１５が回転するとプーリ１５ａ、ベ
ルト１９ａ及びプーリ１７ａを介してスプライン
軸２１と共に歯車２４が回転し、これと噛合う歯
車２７ひいては第１ナツト２５が回転する。する
と第１ナツト２５とネジ軸２２との螺合関係によ
り、第１ナツト２５はネジ軸２２上を垂直方向に
移動する。これに伴い上ブロツク２８に共通に取
り付けられているスプライン軸受２３もスプライ
ン軸２１上を同時に、同方向にかつ同程度に移動
する。１方ネジ軸２２は回転しないから、下方の
第２ナツト２６は不動であり、後述する様に作業
部Ａはｘ移動をする。

制御モータ１６が回転すると、プーリ１６ａ、
ベルト１９ｂ及びプーリ１７ｂを介してネジ軸２
２が回転される。そうするとこのネジ軸２２との
螺合関係により、第１ナツト２５及び第２ナツト
２６が同時に同方向に、かつ同程度だけ垂直方向
に移動する。従つて後述する様に作業部Ａはｚ移
動をする。

次に第４図を参照してアーム系３の動作態様に
ついて説明する。尚、第４図Ａ〜Ｇは各部を簡略
化してロボツト本体側面から見た状態で説明す
る。但し、この場合には、ネジ軸２２がスプライ
ン軸２１の陰にかくれ、歯車２４，２７の噛合係
合関係等が解りにくいので、これらの両軸２１，
２２をロボツト前後方向即ちアーム延在方向の前
後にずらして図示する。

アーム系３は、第１アーム３１、第２アーム３
２、第３アーム３３、第４アーム３４及び副アー
ム３５，３６を有している。第１アーム３１は一
端において上方の支持片２８ａに軸承Ｐされると
ともに斜め上方に延在し、更にその先端には斜め
下方に延在する第２アーム３２が接続支承されて
いる。第３アーム３３は第１アーム３１の略倍の
長さを有しており、下端において下方の支持片２
６ａに軸承Ｑされるとともに、上端において第２
アーム３２の長手方向であつて軸承Ｓ点から第１
アーム３１と同寸法長分の位置に軸承Ｒされてい
る。そして第４アーム３４は第１アーム３１と同
寸法長を有しており、一端は上方の支持片２８ａ
に第１アーム３１と同様に軸承Ｐされており、他
端は、第３アーム３３の中央に軸承Ｔされてい
る。従つて該アーム系３は軸承Ｐ，Ｓ，Ｒ，Ｔを
頂点とする菱形をしている。

次に第４図Ｂによりｚ移動を、作業部Ａが下降
する場合を例にとつて説明する。

第４図Ａの状態において制御モータ１６が所定
の方向に回転すると、ネジ軸２２が回転し、これ
に伴い第１ナツト２５及び第２ナツト２６が同時
に同方向に同程度下降する。前記両ナツト２５，
２６の上下相対的位置に変化がないからアーム系
３は軸承Ｐ，Ｓ，Ｒ，Ｔを頂点とした菱形が第４
図Ａに示した状態と同じままで下降する。即ち、
一種の平行移動であるから、作業部Ａはそのｘ方
向位置を保つたままで元の位置ａから真下の位置
a′に下降する。勿論ナツト２５の下降にはスプラ
イン軸受２３も追従する。

同様に、制御モータ１６が前記とは逆方向に回
転した場合には、作業部Ａはそのｘ方向位置を保
つたままで元の位置ａから真上の位置に上昇す
る。

次に第４図Ｃによりｘ移動を、作業部が前進す
る場合を例にとつて説明する。第４図Ａの状態に
おいて制御モータ１５が所定の方向に回転する
と、スプライン軸２１も回転して歯車２４，２７
の組合せの故にネジ軸２２上のナツト２５が回転
して下降する。しかし、ネジ軸２２そのものは回
転しないから下方のナツト２６は不動である。従
つて上方のナツト２５が下方のナツト２６に近ず
くから、軸承点Ｐ，Ｓ，Ｒ，Ｔを結んだ菱形は崩
れ、第１のアーム３１は軸承点Ｐを中心として下
方に、第４のアーム３４は令軸承点Ｐを中心とし
て上方に、第２のアーム３２は軸承点Ｓを中心と
して上方に、第３のアーム３３は軸承点Ｑを中心
に下方へ夫々揺動し、前記菱形構造は前より横に
平べつたい菱形構造となる。即ち、作業部Ａはそ
のｚ方向位置を保つたままで元の位置ａから外側
の位置a″に前進する。勿論ナツト２５の下降には
スプライン軸受２３も追従する。

同様に制御モーター１５が逆方向に回転する
と、作業部Ａはそのｚ方向位置を保つたままで位
置ａ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１
５，１６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１３の回転も重複させることによ
り、ｘ・ｚ・θの三次元移動を行うことも可能で
ある。

以上から明らかな様にこの考案においては、第
１アーム３１と第２アーム３２が分離され、かつ
軸承点Ｓで下方向に曲折されているので前記した
第１図のものに比べアーム系３の設置高が低くて
済む。これは第１図の形式のものと同じ両軸のｚ
方向の移動量を必要とする場合にも第１図の形式
のものに比べ両軸２１，２２の長さ寸法は短かく
て足りることを意味する。従つて、ロボツトの高
さが低くて済み、それだけロボツトが安定して設
置できる。

更に、第２アームの軸承点Ｒと作業部Ａの寸法
が軸承点SRの２倍となつているので、第１のナ
ツト２５の運動量の２倍の運動量が作業部Ａに与
えられる。従つてこの考案のものは第１図に示し
た形式のものに比べ作業部Ａのｘ方向の移動速度
が２倍となり、ｘ方向の動作が迅速に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の工業用ロボツトの内部構造を示
す一部省略斜視図、第２図はこの考案の工業用ロ
ボツトの一実施態様の外観を示す斜視図、第３図
はその内部構造を示す一部省略斜視図、第４図
Ａ，Ｂ，Ｃはその動作を示す側面説明図、第５図
はこの考案の要部断面図である。 １ａ，１ｂ……制御系、２……駆動系、３……
アーム系、Ａ……作業部、１３……θ方向制御用
モーター、１５……ｘ方向制御用モーター、１６
……ｚ方向制御用モーター、２１……スプライン
軸、２２……ネジ軸、２３……スプライン軸受、
２５，２６……ナツト、２８……上ブロツク、２
９……下ブロツク、３１，３２，３３，３４，３
５，３６……アーム。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 互いに平行でかつ垂直方向に延在するスプライ
   ン軸２１とネジ軸２２とが下端または上端におい
   てＸ移動用制御モーター１５とｚ移動用制御モー
   ター１６とにそれぞれ作動連結されており、 上記スプライン軸には歯車を備えたスプライン
   軸受が摺動自在に嵌合されるとともに、ネジ軸に
   は前記スプライン軸受の歯車と係合する歯車を備
   えた第１ナツト２５と第２ナツト２６がそれぞれ
   螺合されており、 前記スプライン軸受と第１ナツトが共通の上ブ
   ロツク２８に回転自在に取り付けられるととも
   に、第２ナツトが下ブロツクに固定されており、
   かつ 第１アーム３１の下端が上ブロツクに軸承され
   その上端が第２アームの上端に軸承連結されると
   ともに、第３アーム３３の下端が下ブロツクに軸
   承されその上端が第２アームの長手方向中央で軸
   承されており、更に第４アーム３２の上端が前記
   ブロツクに軸承されるとともにその下端が前記第
   ３アームの略中央に軸承されることにより、アー
   ム係が菱形形状の対遇連鎖構造に構成されている ことを特徴とする工業用ロボツト。