JPS61226281A - マニピユレ−タ - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は例えば塗装用のロボットの如き産業用ロボット
として使用するマニピュレータに関する。

〈従来の技術〉 一般に産業用ロボットとして使用するマニピュレータは
、手首、水平アーム、垂直アーム及び支持台等の複数の
アームを互いに旋回もしくは折曲げ可能な関節によって
連結し、その各関節において、各アーム間に旋回もしく
は折曲げ動作を与える駆動機構を備えている。この駆動
機構は、電動式のものは、モータから減速機を介し、シ
ャフト、ネジ、チェーンあるいはウオームその他の噛合
伝動等の動力伝達機構を使用したものが一般的であった
。このような駆動機構では、ロボットの手首部等の先端
側を手動で動作させようとすると、減速機構部分のセル
フロック機能が働くため、手動で手首部等のロボットの
作業先端部を動作させてその動きを装置自身に記憶させ
る、いわゆるマニュアルティーチング機能をもたせたマ
ニピュレータには使用されていなかった。

そこで従来は、マニュアルティーチング機能をもたせた
マニピュレータとしては、油圧動力とするものが使用さ
れ、油圧シリンダ等のアクチュエータの油圧を開放し、
動力源との結合を解除することによってロボツ）先端部
から操作する可逆的な動作を可能にしていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 このような状況下において、近年マニュアルティーチン
グを身上とする塗装ロボット等のマニピュレータにおい
ても、取扱い、メンテナンスの容易化から電動式のもの
が要望されつつあるが、前述の如き従来の駆動機構を使
用する場合には減速装置のセルフロック機能を除去しな
ければならないため構造上複雑となりコスト高となる等
の問題があった。

本発明はこのような問題にかんがみ、構造が簡単で、コ
スト高とならず、しかもマニュアルティーチング用とし
て使用する場合、駆動系の反力を少しも感じさせない電
動式のマニピュレータの提供を目的としたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 このような従来の問題点を解決し、所期の目的を達成す
るため、本発明では、互いに旋回もしくは折曲げ可能な
関節を介して連結された複数のアームと前記各関節にあ
って一力のアームに対し他方のアームを旋回もしくは折
曲げ駆動させる駆動機構とを備えてなるマニピュレータ
において、前記駆動機構を駆動源としての電動モータと
、該電動モータによって回転されるボールスクリュ及び
これに螺合されたボールナットからなる減速機構と、前
記電動モータ及び前記減速機構の間に設けられたクラッ
チ機構とを備えて構成したのである。

く作用〉 本発明のマニピュレータは、各節の駆動装置において、
ボールスクリュ及びボールナットで減速機構を構成し、
さらにこの減速機構とモータとの間にクラッチ機構を備
えたので、マニアルティーチングの際に、減速機構のセ
ルフロック機能及びモータの反力が除去され、スムーズ
で精度の高いマニアルティーチングを行うことができる
。

〈実施例〉 次に本発明の実施の一例を図面について説明する。

この実施例のマニピュレータは第１図に示すように基台
１上に旋回台２が第１関節ａを介して旋回自在に備えら
れ、この旋回台２上に垂直アーム３が第２関節すを介し
て折曲自在に連結され、垂直アーム３の先端には水平ア
ーム４が折曲自在に、水平アーム４の先端には手首５が
旋回自在にそれぞれ第３、第４関節ｃｏｄを介して連結
されている。

第１関節ａには、第２図に示す如き、駆動機構が備えら
れている。この機構は、モータ１０の駆動をクラッチ１
０１及び軸１１を介してプーリ１２ａに伝え、この回転
がタイミングベルト１３、プーリ１２ｂを介してボール
スクリュ１４に伝えられるようにしている。

ボールスクリュ１４にはランク１６ａに固定したボール
ナット１５が螺嵌され、ランク１６ａがボールナット１
５ととも忙往復動作し、ビニオン１６ｂを旋回させ、こ
れに連動して旋回台２が旋回されるようにしている。

また軸１１の回転がスパイラルギヤ１７ａ。

１７ｂを介してポテンショメータ１８に伝えられるよう
にしている。

第２関節すには第３図に示す如き、駆動機構が備えられ
ている。この機構はモータ２０をもってクラッチ１０２
を介してボールスクリュ２１を回転させるようにし、こ
のボールスクリュ２１に対し、垂直アーム３に支持させ
たボールナット２２を螺嵌し、ボールスクリュ２１０回
転によってボールナット２２に往復動作され、これによ
って垂直アーム３が旋回台２に対して折曲動作されるよ
うにしている。そしてボールスクリュ２１０回転がスパ
イラルギヤ２３ｍ　、２３ｂを介してポテンショメータ
２４に伝えられるようにしている。

また、第３関節Ｃには第４図に示す如き、駆動機構が備
えられている。この機構はモータ４０の回転がクラッチ
１０３及びベベルギヤ４１ａ、４１ｂを介してボールス
クリュ４２に伝えられ、この回転によって水平アーム４
に一端を枢着したリンク４３の下端に固定させたボール
ナット４４が往復動され、これＫよって水平アーム４が
垂直アーム３に対して折曲動作されるようにしている。

またボールスクリュ４２の回転がスパイラルギヤ４５ａ
。

４５ｂを介してポテンショメータ４６に伝えられるよう
にしている。

更に第４関節ｄには第５図に示す如き駆動機構が備えら
れている。この機構はモータ５０をもってクラッチ１０
４を介してボールスクリュ５１を回転させるようにし、
ボールスクリュ５１と平行配置に一対のスプロケツ）５
２ａ。

５２ｂに掛は廻したチェーン５３を張設し、このチェー
ン５３よシブラケット５４を突出させ、その先端に前記
ボールスクリュ５１に螺嵌したボールナット５５を支持
させている。

そして一方のスプロケツ）５２ａが手首５の支軸５ａに
固定している。またボールスクリュ５１の回転がスパイ
ラルギヤ５６ａ、５６ｂを介してポテンショメータ５７
に伝えられるようにしている。而してこの機構はモータ
５０によってボールスクリュ５１を回転させ、ボールナ
ット５５を往復動作させるとチェーン５３がブラケット
５４を介してチェーン５３が動作され、その際のスプロ
ケツ）５２ａの回転によって手首５が上下に動作される
ようにしている。

なお、本実施例のマニピュレータの手首は、左右方向及
び回動の動作ができるようになっているが、この駆動機
構は、類似した機構で対応出来るため、説明は省略する
。

以上述べたように本実施例のマニピュレータには６つの
駆動装置が備えられているが、第２関ｍｂに備えられた
駆動機構を代表させて、さらに詳しく説明する。第６図
は、この駆動機構の部分拡大断面図である。同図に示す
ように垂直アーム３は旋回台２のスイベルボディ２５に
対してピン２６をもって枢着されている。−力スイベル
ボディ２５にはモータケース２７がピン２７をもって枢
着され、そのモータケース２７内にモータ２０が収容さ
れている。モータケース２７にはポテンショメータケー
ス２８が固定され、そのポテンショメータケース２８に
ニードルベアリング２９、ベアリングケース３０を介し
て、ボールスクリュ２１が軸承され、このボールスクリ
ュ２１の端部がクラッチ１０２を介してモータ２０の駆
動軸に固定されているとともに、その外周にスパイラル
ギヤ２３ａが固定され、これにポテンショメータ２８ａ
につながるスパイラルギヤ２３ｂを噛合させている。ボ
ールスクリュ２１の外周に螺嵌させたボールナット２２
はブロック３２内に固定され、このブロック３２が軸３
３を介して垂直アーム３のブラケット部３ａに揺動自在
に支持されている。而してこの垂直アーム３は、モータ
２０の回転により、クラッチ１０２を介してボールスク
リュ２１が回転され、ボールナット２２が軸方向に摺動
することによってピン２６を中心にして回動される。

一方、マニアルティーチングに際しては、クラッチ１０
２が切）離されて、ボールスクリュ２１の回転トルクが
モータ２０に伝達されないようになる。よって、マニア
ルティーチングの際にモータ２０からの反力が全く除か
れるため垂直アーム３の手動による動作が非常にスムー
ズになる。かくて、手動で垂直アーム３を動作させると
、ボールナット２２の往復動作によってボールスクリュ
２１が回転され、その回転動作がポテンショメータ２０
によって検出され装置に記憶される。

以上のように構成されるマニピュレータにおいて、動作
時には、各駆動機構に備えられたクラッチによりモータ
と減速機構であるボールスクリュおよびボールナレトと
が結合されでおシ、モータの回転により、クラッチを介
してボールスクリュが回転され、これによってボールナ
ットが往復動作されて各関節において旋回もしくは折曲
などの所定の動作が得られる。

一力、マニアルティーチングに際しては、減速機構にボ
ールスクリュ及びボールナットを採用したのでセルフロ
ック機能が働かないとともに各駆動機構に備えられたク
ラッチが切り離されてモータからの反力が全くなくなる
ため手動によシ手首５を非常にスムーズに動作させるこ
とができる。かくて、手首５を手動によって動作させる
と各ボールナットの往復動作によってボールスクリュが
回転され、その回転動作がポテンショメータによって検
出され装置に記憶される。

例えば垂直アーム３に伝達された人力は、垂直アーム３
を前倒あるいは後側させようとするが、前倒の場合はボ
ールナット２２が上方に、後側の場合は下方に移動する
ことになり、ここで、ボールナット２２の特性である推
力（直線運動力）が回転力に変換されて、ボールスクリ
ュ２１が回転される。そして、ボールナット２２の移動
量はボールスクリュ２１上のスパイラルギヤ２３ａ１ス
パイラルギヤ２３ｂを介してポテンショメータ２８αで
検出され、移動値信号とじてコンピュータに送信され記
憶される。

以上はワンモーションの説明であるが、実作業即ち各種
ワークに対するマニュアルティーチング時は第２〜５図
に示す如く、各駆動系統のボールスクリュが人力によっ
て正転成は逆転をくり返し、刻々と変化する位置をポテ
ンショメータ２８への出力信号に置換してとらえてコン
ピュータに記憶し、ティーチングを完了する。

プレイバック即ちロボットの自動運転は、前述ノ逆の動
作でコンピュータよシ記憶データに基づきモータ２０を
制御してボールスクリュ２１を回転させ、直線運動に変
換して各軸（アーム、手首）を動作させる。

上記実施例ではボールナットを一つ使用したものである
が、ボールナットを二りつｔｂダブルナツトにすれば、
バックラック１ゼロ”も可能である。

また、本実施例ではクラッチ１０１，１０２゜１０３．
１０４として電磁クラッチを用いているが、この他に、
例えば市販の管用ワンタッチクランプの如き機械的クラ
ッチ機構なども用いられる。

〈発明の効果〉 本発明は上述の如く構成され、各関節における駆動機構
を、駆動源としての電動モータと、該電動モータによっ
て回転されるボールスクリュ及びこれに螺合されたボー
ルナットからなる減速機構と前記電動モータ及び前記減
速機構の間に設けられたクラッチ機構とを備えて構成し
たことによって、減速機構のセルフロック機能及び電動
モータからの反力を除去したのでマニュアルティーチン
グ操作が非常にスムーズにできるようＫなった。しかも
ボールナット及びボールスクリュの組合せによって減速
機構と動力伝達機構が兼用できるため、機構が著しく簡
略化され、また油圧式のアクチュエータを使用したもの
に比べても著しく機構が簡単となシ、更に低コストで設
置が可能となるとともにメンテナンスの面でもボールス
クリュにグリースを塗布するのみで長時間注油の必要が
なく経済的である。

また、従来のマニピュレータは減速機や歯車等のバック
ラッシュがそのｔまガタとなって位置精度を狂わせてい
たが、本発明ではボールナット、ボールスクリュの使用
によって位置精度が著しく向上し、また例えば一本のボ
ールスクリュに二個のボールナットを使用すればバック
ラッシュを完全に取シ除くこともできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施の一例を示すもので、第１図は全体
の側面図、第２図〜第５図は各関節における駆動機構の
動作駆動系統概略図、第６図は第２関節における駆動機
構部分の拡大断面図である。 図　　面　　中 ａ　−ｄは関節、 １は基台、 ２は旋回台、 ３は垂直アーム、 ４は水平アーム、 ５は手首、 １０．２０，４０．５０はモータ、 １４．２１，４２．５１はボールスクリュ、１５．２２
．４４．５１はボールナット、１８．２４．２８ａ　、
４６．５７はポテンショメータ、 １０１．１０２，１０３．１０４はクラッチである。 特許出願人　三菱重工業株式会社 中菱エンジニアリング株式会社 復ｍ里人弁理士　光　石　士　部（他１名）第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに旋回もしくは折曲げ可能な関節を介して連結され
   た複数のアームと前記各関節にあって一方のアームに対
   し他方のアームを旋回もしくは折曲げ駆動させる駆動機
   構とを備えてなるマニピュレータにおいて、前記駆動機
   構を駆動源としての電動モータと、該電動モータによっ
   て回転されるボールスクリュ及びこれに螺合されたボー
   ルナットからなる減速機構と、前記電動モータ及び前記
   減速機構の間に設けられたクラッチ機構とを備えて構成
   したことを特徴としてなるマニピュレータ。