JPS6327156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被駆動部材の位置を適宜に制御する産
業用ロボツトに関する。

一般に産業用ロボツトは、例えば回転駆動機の
回動により被駆動部材の位置を適宜に制御するこ
とができるが、この状態はロボツトの組立ておよ
び各種の調整が完了した後に可能となるものであ
つて、組立て時、調整時および補修時には問題が
ある。即ち例えば関節アーム式ロボツトにおい
て、ロボツトの組立時に予じめ回転駆動機、例え
ば電動機が駆動し得るよう電気配線を行なつてお
くと、機械的な回転伝達機構を組立てる時に誤ま
つて電動機が駆動されると人身事故を誘発する危
険性が極めて高く、このため通常はロボツトの機
械部品各部の組立てを完了するまでは電気配線が
行なわれない。従つてロボツトの組立て途中でロ
ボツトの各部を作動させるには、例えば作業者が
関節アームを押したりあるいは引張つたりしなけ
ればならないため疲労が激しくかつ面倒であつ
た。また電気配線の途中でロボツトの調整を行な
いたい場合、当然未結線部の電動機を駆動させる
ことができず、しかも、結線ミスの可能性もある
ので早まつて成る特定の電動機を駆動させようと
しても思わぬ方向に作動したり、他の電動機が駆
動したりしてロボツトの近傍に位置する他の設備
や作業者にロボツトの先端部材を当接させ、他の
設備やロボツト各部を破損させたり人身事故を誘
発させたりする危険性が高かつた。またロボツト
の修理や各部の点検などの、いわゆる補修時には
作業者の誤操作や制御装置の異常などにより被駆
動部材が思いもよらない方向に駆動される、いわ
ゆる暴走の可能性があり、ロボツトの近傍で作業
することは極めて危険であつて作業性が悪かつ
た。このため、安全でかつ容易にロボツトの被駆
動部材を任意の状態で駆動し得ることおよび被駆
動部材を任意の位置に保持することが嘱望されて
いた。

本発明の目的は前記従来の欠点を解消した特に
作業性の良い産業用ロボツトを提供することにあ
る。

以下図示の実施例を参照して本発明を詳細に説
明する。第１図乃至第３図において、１は第１の
箱体２に支持された第１の回転駆動機、例えば電
動機、４は第１の減速機６の入力軸、３および５
は電動機１の回転を入力軸４に伝達するための、
例えば傘歯車、７は第１の入力軸４の一端を支持
する軸受で、第１の箱体２に取付られている。８
は第１の箱体２に設けられて、第１の入力軸４が
適宜の回転状態となるよう制動するための第１の
ブレーキ手段、例えば電磁ブレーキである。９は
第１の減速機６の出力軸、１０は下端部において
第１の出力軸９に一体的に支持された第１の被駆
動部材、例えば下腕、１１は第２の箱体１２に支
持された第２の回転駆動機、１４は第２の減速機
で、この第２の減速機１４と第２の回転駆動機１
１とは第１の回転駆動機１と第１の減速機６との
間に配設されると同様にブレーキ手段を有する伝
達機構により連結されている。１３は第２の減速
機１４の入力軸で、この第２の入力軸１３の自由
端１３１は、第２の箱体１２を貫通して外部に突
出し、この自由端１３１には、例えば断面が矩形
状の切欠加工が施されていて、入力軸１３を回転
させるためのハンドルが着脱し得るように形成さ
れている。なお第１の入力軸４の自由端４１も同
様に形成されている。１５は第２の減速機１４の
出力軸で、この第２の出力軸１５の自由端部には
軸受け１６，１６が配設されていて、この軸受け
１６，１６を介して下腕１０と第２の出力軸１５
とが同軸に、かつ相互に回転自在に構成されてい
る。１７は相対向する面の一方が第２の出力軸に
固定され、他方の対向面部が軸受１８を介して第
１の出力軸９に回転的に支持されたリンクレバー
で、このリンクレバー１７と、第１および第２の
出力軸９，１５と、下腕１０との各回転軸心は同
心に構成されている。１９は第１および第２の箱
体２および１２を支持する台枠、２０は一端部が
リンクレバー１７の自由端部に回転自在に支持さ
れたリンクロツト、２１はリンクロツト２０と下
腕１０との各自由端部に夫々回転自在に支持され
た第２の被駆動部材、例えば上腕で、上腕２１、
下腕１０リンクロツト２０およびリンクレバー１
７により平行リンク機構が構成されている。２２
は上腕２１の自由端部に支持された関節部材で、
この関節部材２２は上腕２１に対して固定的に又
は回転自在に配設されている。例えばこの関節部
材２２は操作要素２３を含み、適宜にこの操作要
素２３を水平方向と上下方向とに旋回させる機構
を包含している。

次に本発明の動作について説明する。

上記平行リンクの各軸心を図示のごとく第１の
支点：O₁、第２の支点：O₂、第３の支点：O₃お
よび第４の支点：O₄とする。またロボツトが第
１図に示される初期状態にあるものとし、第２の
出力軸１５が回動されないものとする。第１図乃
至第４図において、この状態で第１の回転駆動機
１を駆動させると下腕１０は、第１の支点：O₁
を中心として、例えば時計方向に回動する。上記
傾動角度がα₁となつたとき、即ち第４図で示され
る状態のときに第１の回転駆動機１への制御入力
を遮断したとすると、即ち非通電状態にしたもの
とすると、下腕１０や上腕２１などの自重により
下腕１０が第１の支点：O₁を中心として時計方
向に回動しようとする。この下腕１０が回動しよ
うとする力は第１の減速機６を介して第１の入力
軸に偏奇回転力として作用する。ところで第１の
電磁ブレーキ８は制御電源を切つた場合、第１の
入力軸４を制動するように配設されていて、第１
の入力軸４に作用する上記偏奇回転力は電磁ブレ
ーキ８の制動力により相殺され、ロボツトは第４
図に示される状態で静止したままとなる。一方、
第１の減速機６の減速比は１／100〜１／250のものが用 いられているため、第１の出力軸９に作用する上
記偏奇荷重による回転モーメントが十数Kg―ｍと
したとき、第１の入力軸４に作用する偏奇回転力
は最大でも数Kg―cm程度の値となる。このため電
磁ブレーキ８の制動力が小さくとも上記偏奇回転
力に抗して下腕１０の傾動を制止することがで
き、従つて電磁ブレーキ８の制動力が、例えば10
数Kg―cm程度の値のものを使用すれば、下腕１０
の傾動時に制御電源を切つたとしても電磁ブレー
キ８の制動力により上記偏奇荷重が相殺されるた
め、下腕１０の傾動状態の如何に拘わらず任意の
位置で下腕１０が静止する。なお制御電源を切つ
た状態で第１の入力軸の自由端４１に操作用ハン
ドルを取付けて手動回転させる場合、ハンドルの
有効半径により左右されるが、人力により第１の
入力軸４に数十Kg―cmの回転力を賦与することは
極めて容易である。即ち例えばハンドルの有効半
径を５〜10cmとしたとき作業者が５Kgの力でハン
ドルを回転させるものとすれば、第１の入力軸４
には25〜50Kg―cmの回転力が作用する。

所で、下腕１０が第１図に示される状態から第
１の支点：O₁を中心として反時計方向に回動し
て、例えば第１の支点：O₁廻りの回転モーメン
トが零となるような状態が生起したものと仮定し
た場合、第１の入力軸４は電磁ブレーキ８の10数
Kg―cmなる制動力で制動されていることになる。
この場合、第１の入力軸４の自由端４１に操作用
ハンドルを取付けて、人力でこのハンドルを廻す
ときに、入力軸４に数十Kg―cmの回転力を賦与す
ることは上記した如く極めて容易である。このた
め電磁ブレーキ８の制動力に抗して、入力軸４を
回転させるようハンドル操作することは容易であ
り、従つて下腕１０の傾動状態の如何に拘わら
ず、制御電源を切つた状態で下腕１０を任意の状
態に傾動、即ち上下方向に旋回させることは、上
記手動ハンドル操作により極めて容易に遂行する
ことができる。

次に下腕１０を固定とし、上腕２１を上下方向
に旋回させる場合について説明する。なお説明を
簡単とするため、ロボツトの初期状態が第１図に
示される状態であるものとする。第１図乃至第３
図および第５図において、第２の回転駆動機１１
を駆動させると第２の出力軸１５に固定されたリ
ンクレバー１７が第１の支点：O₁を中心として、
例えば時計方向に回動する。この傾動角度がα₂と
なつたとき、即ち第５図で示される状態のときに
第２の回転駆動機１１への制御入力を遮断したと
する、即ち非通電状態にしたものとする。下腕１
０が固定の状態であつて、上記の如くリンクレバ
ー１７が角度：α₂だけ第１の支点：O₁を中心と
して時計方向に回動すれば、上腕２１は下腕１０
を固定の一辺とする平行運動を行ない、第２の支
点：O₂を中心として時計方向に角度：α₂だけ傾
動、即ち下方向に旋回する。この場合第２の支
点：O₂を境界としてY₁方向に位置する上腕２１
および関節部材２２などの自重をW₁とし、第２
の支点：O₂よりもY₂方向に位置する上腕２１、
リンクロツト２０およびリンクレバー１７などの
自重をW₂とした場合、上腕２１が第２の支点：
O₂を中心として時計方向に回動され、かつ平行
リンク機構をなすリンクレバー１７が第１の支
点：O₁を中心として時計方向に回動されるもの
と仮定する。この場合、リンクレバー１７を回動
させる力が第２の減速機１４を介して第２の入力
軸１３に偏奇回転力として作用する。この場合第
１の回転駆動系と同様にして、第２の箱体１２に
収納されている図示しない電磁ブレーキの制動力
により上記偏奇荷重が相殺され、従つてこの偏奇
荷重にも拘わらずリンクレバー１７は静止の状態
に維持される。このため上腕２１は第５図に示さ
れる状態に維持される。なお第２の回転駆動系に
用いられる電磁ブレーキの制動力は第１の回転駆
動系のものより小さい値でよいが、第１の電磁ブ
レーキ８の制動力と略同等とすることができる。
従つて下腕１０のハンドル操作時と同様に、上腕
２１の傾動状態の如何に拘わらず、制御電源を切
つた状態で上腕２１を任意の状態に傾動、即ち上
下方向に旋回させることは、第２の入力軸１３の
自由端１３１に操作ハンドルを取付けてこのハン
ドルを手動にて回転させることにより極めて容易
に遂行することができる。

第６図乃至第８図は本発明の第２の実施例を示
す図であつて、５３はブラケツト５２を介して台
枠５１に対して回動自在に軸支された第１の箱状
体で、この第１の箱状体５３には少なくとも一側
面部が軸方向に開口する、例えばX₁方向に開口
する開口部５３１が穿設されている。５４は第１
の箱状体５３の端部に配設された第１の回転駆動
機、例えば電動機、５５は軸受５６，５６を介し
て第１の箱状体５３に回転自在に支持された第１
のスクリユシヤフトで、カツプリング５７を介し
て第１の回転駆動機５４の駆動軸に連結されてい
る。５８は第１の箱状体５３の他端部に配設され
て、第１のスクリユシヤフト５５を適宜の回転状
態となるよう制動するための第１のブレーキ手
段、例えば電磁ブレーキである。第１のスクリユ
シヤフト５５の自由端５５１は第１のブレーキ手
段５８を貫通して外部に突出し、この自由端５５
１には、例えば断面が矩形状の切欠加工が施され
ていて、第１のスクリユシヤフト５５を回転させ
るためのハンドルが着脱し得るように形成されて
いる。５９は第１のスクリユシヤフト５５とかみ
合う雌ネジ部を有する第１のナツトで、この第１
のナツト５９には第１の箱状体５３の開口部５３
１を貫通して外方に突出する軸部６０が配設され
ている。６１は、第６図に示すように、台枠５１
に対して第１の支点：O₁を中心として回動自在
に支持されたリンクレバー、６２は、Ｌ形状をな
す下腕で、Ｌ形状の基部が台枠５１に対して回転
自在に軸支されていて、この回転軸心は第１の支
点：O₁と同心に構成されている。６３はリンク
ロツトで、リンクロツト６３の一端部とリンクレ
バー６１の自由端部とは、第７図に示すように、
第１のナツト５９に配設された軸部６０により相
互に回転自在に連結されている。２１乃至２３
は、第６図に示すように、本第１の実施例に示さ
れると同様の上腕、関節部材および操作要素で、
上腕２１、下腕６２、リンクロツト６３およびリ
ンクレバー６１により平行リンク機構が構成され
ている。上記５３乃至６０より構成される第１の
駆動装置６４のX₁方向の所定位置には、第１の
駆動装置６４と左右勝手違いに構成された、５
３′乃至６０′よりなる第２の駆動装置６４′が相
対向して配設されている。この第２の駆動装置６
４′の軸部６０′は下腕６２のＬ形状の端部と相互
に回転自在に連結されている。

本第２実施例を本第１の実施例と対比すると第
２の実施例に云うスクリユーシヤフト５５，５
５′は第１の実施例の入力軸に相当し、スクリユ
ーシヤフトとナツトとの結合が減速機の役目を
し、またナツト５９，５９′から突出した軸部が
出力軸あるいは被駆動軸を構成するものである。

上記において、第１の回転駆動機５４を駆動さ
せると、第１のスクリユシヤフト５５にかみ合う
第１のナツト５９が移動し、これによりリンクレ
バー６１は第１の支点：O₁を中心として回動す
る。また上記により平行リンク機構のうち上腕２
１は第２の支点：O₂を中心として上下方向に旋
回する。さらに第２の回転駆動機５４′を駆動さ
せると、第２のスクリユシヤフト５５′にかみ合
う第２のナツト５９′が移動し、これによりＬ形
状のアームを介して下腕６２が第１の支点：O₁
を中心として上下方向に旋回する。

ところで本第１の実施例において説明したよう
に、上腕２１や下腕６２の傾動により、リンクレ
バー６１やＬ形状の下腕６２を第１の支点：O₁
を中心として回動させようとする偏奇回転力が作
用し、この偏奇回転力により第１または第２のナ
ツト５９，５９′が適宜の方向に変位されようと
する。この場合、スクリユシヤフト５５，５５′
とナツト５９，５９′とが回転伝達効率のよい、
例えばボール―スクリユ方式で構成されていると
き、上記偏奇回転力が発生する状態で第１および
第２の回転駆動機５４，５４′への制御入力を遮
断したものとすると、上記偏奇回転力によりナツ
ト５９，５９′を介してスクリユシヤフト５５，
５５′が回転して上腕２１および下腕６２は更に
第１の支点：O₁を中心として回動されようとす
る。ところで第１および第２の電磁ブレーキ５
８，５８′は制御電源を切つた場合、上記偏奇回
転力に抗してスクリユーシヤフト５５，５５′を
静止させるに充分な制動力を有していて、このた
め上記偏奇回転力の発生にも拘わらず、上腕２１
および下腕６２が任意の位置で静止する。本第２
の実施例における電磁ブレーキ５８，５８′の制
御力は、本第１の実施例における値と略同一であ
り、このため上腕２１および下腕６２の傾動状態
の如何に拘わらず、制御電源を切つた状態でスク
リユシヤフトの自由端５５１，５５１′に操作用
ハンドルを取付けて、人力でこのハンドルを回動
することにより、上腕２１および下腕６２を任意
の状態に傾動、即ち上下方向に旋回させることが
できる。

なお産業用ロボツトにおいては、移動部材各部
の暴走に備えて各部の移動範囲を適宜に抑制する
ためのストツパーを配設し、このストツパーによ
り移動部材が拘束されているとき、検出器により
危険信号を発生させてこれにより当該移動部材を
駆動させるための回転駆動機への制御入力を遮断
した状態に保持させている。所で一般に回転駆動
機の回転は回転検出器、例えばロータリエンコー
ダーにより検出され、この回転駆動機への指令信
号が発生されない場合、例えば回転駆動機は回転
検出器の最小パルスにて現在位置を維持するよう
微細に駆動されていわゆるセルフロツクの状態に
維持されている。しかし回転駆動機への制御入力
を入の状態にした場合でも上記のごとく移動部材
がストツパーに当接して移動部材の移動方向が一
方向にのみ制限されているときには、回転駆動機
は上記にいうセルフロツクの状態には維持され難
く、このため回転駆動機の制御入力が遮断される
ように電気回路を構成することが多い。

即ち、移動部材が上記ストツパーに当接してい
る場合、一般に移動部材を駆動するための回転駆
動機への制御入力は遮断された状態に維持される
ため、移動部材を使用領域内に移動させるには回
転駆動機を利用することができず、この作業が面
倒であつた。しかし本発明の産業用ロボツトでは
回転駆動機への制御入力が遮断された状態で、操
作用ハンドルを回転させることにより産業用ロボ
ツトの各部を手動にて作動させることができ作業
を容易に行なうことができる。

上記の説明のごとく回転駆動機として電動機を
用いれば、被駆動体の位置制御を容易に行なうこ
とができるが、回転駆動機として流体圧により作
動される回転機を用いることもできる。また操作
用ハンドルの取付形状が断面矩形状として説明し
たが、このように形成すればハンドルとハンドル
着脱部との夫々の機械加工が容易である。これに
も拘わらず操作用ハンドル取付形状を断面非円形
状とすることができる。さらに軸に操作用ハンド
ルを着脱するための取付部を形成しておけば、ロ
ボツト操作時には操作用ハンドルが軸と一体的に
回動することはなく、従つて作業者がハンドルに
触れて人身事故を誘発する虞れがない。またこの
場合、操作用ハンドルを着脱するためのカバーを
設ければ、回転部を外部に露出することはなく安
全である。この場合、ハンドル操作を行なうには
カバーを取外して行なうことは勿論である。なお
回転駆動機への制御入力を遮断した状態とは、回
転駆動機の回転軸と減速機の入力軸との間に適宜
のクラツチ手段を配設し、ハンドル操作時は該ク
ラツチ手段の切換えにより回転駆動機の回転軸と
減速機の入力軸とを回転非伝達の状態にした場合
も包含することは勿論である。この場合、ハンド
ル操作時に回転駆動機が駆動されうる状態であつ
ても手動ハンドル操作作業を支障なく実施するこ
とができるが、ハンドル操作時に他の作業者が誤
まつてクラツチ手段を切換えて、回転駆動機を駆
動させたときに、操作用ハンドルも回転駆動され
得るから、作業の安全面からみれば多少危険であ
る。また上記に拘わらず、操作用ハンドルを減速
機の入力軸に一体的に締着することもできる。

さらに本第１の実施例においては減速機の出力
軸と下腕およびリンクレバーとを夫々直結すると
して説明したが、勿論これらの間に適宜の回転伝
達機構を配設することもできる。さらにブレーキ
手段として電磁ブレーキを用いれば、手動による
ハンドル操作を行なわないとき、即ちロボツトと
して作動させるときに電磁ブレーキの制動力は全
く生じないためにロボツトは円滑に作動するが、
これにも拘わらず手動切換ブレーキとしたり常時
制動力が生じるような機械的なブレーキ機構を配
設することもできる。なおブレーキ手段を減速機
の入力軸に配設すれば、小さいブレーキ力でよい
ため装置がコンパクトになるが、ブレーキ手段を
その他の部分、例えば減速機の出力軸に配設し
て、偏奇回転力が入力軸に作用しないように構成
することもできる。

なお、上記の説明においては関節アーム式ロボ
ツトとして説明したが、本発明は回転駆動機の回
転軸を含む入力軸への入力非伝達時に入力軸にロ
ボツト各部による偏奇回転力が作動する産業用ロ
ボツトを対象とするものであり、このために、円
筒座標式、直角座標式、極座標式などの産業用ロ
ボツトをも本発明に包含されることは勿論であ
る。また操作要素としては溶接用トーチ、組立工
具、つかみ工具、塗装装置のスプレーガンなどが
適宜に適用される。

以上のごとく、本発明によれば減速機の入力軸
への駆動力の軸への入力非伝達時に、操作用ハン
ドルを回転させることにより産業用ロボツトの各
部を手動にて作動させることができ、しかも回転
駆動機の回転軸を含む入力軸への入力非伝達時に
ロボツトの各部が如何に傾動していてもブレーキ
手段によりロボツトの各部はその傾動状態に静止
されるために、ロボツトの組立て、調整および補
修時に有利であり、極めて作業性がよくかつ作業
を安全に行なうことができ、産業上有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す正面図、第２図
は第１図の右側面図、第３図は第１図の―線
断面図で一部非断面状態で示す図、第４図および
第５図は第１図の動作説明図、第６図は本発明の
他の実施例を示す正面図、第７図は第６図の左側
面図、第８図は第６図の―線断面図で一部非
断面状態で示す図である。 １，１１，５４，５４′…回転駆動機、６，１
４…減速機、４，１３，５５，５５′…入力軸、
９，１５…出力軸、８，５８，５８′…ブレーキ
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転駆動機の駆動軸と減速機の入力軸とを連
   結すると共に該減速機の出力軸に被駆動部材を連
   結し、前記入力軸の一端部に操作用ハンドルを一
   体又は着脱自在の取付けると共に少なくとも入力
   軸への駆動力の非伝達時に入力軸に作用する偏奇
   回転力を略相殺するブレーキ手段を前記減速機の
   入力軸又は出力軸に配設してなる産業用ロボツ
   ト。 ２ 前記被駆動部材は関節アーム式ロボツトのア
   ーム回転軸である特許請求の範囲第１項に記載の
   産業用ロボツト。 ３ 前記ブレーキ手段は電磁ブレーキである特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載の産業用ロボ
   ツト。 ４ 前記入力軸側には回転駆動機の駆動力を伝達
   状態又は非伝達状態に切替えるクラツチ手段を配
   設してなる特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれか一に記載の産業用ロボツト。