JPS637285A - 産業用ロボツト - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、産業用ロボットに係り、特に産業用ロボット
のアームを構成するリンク機構に関するものである。

（従来の技術） 最近の産業用ロボット（以下ロボットという）は、位置
決め精度や動作速度を向上するために。

減速機を使わないダイレクトドライブモータ（以下ＤＤ
モータという）が用いうれている。

ところで、ＤＤモータは、十分なトルクを要求すると外
形が大きくなる。したがって、ロボット先端にＤＤモー
タを配設せず、なるべく機構の中心に配設する方が有利
である。

そこで、ＤＤモータの配設とその動力伝達機構が重要と
なり、ベルト駆動またはリンク＠構による伝達が一般的
で、基本的には、力学的に直列な（シリアルな）アーム
構成である。第１０図および第１１図は、従来から多く
用いられているリンク構成である０両図において、リン
ク１ａとリンク１ｂは、基本となるアームで、駆動用ア
ームとなるリンク２ａとリンク２ｂによって関節３，４
の回りの回動運動をする。なお、第１０図において、符
号５はリンク１ｂとリンク２ｂの関節、符号ｉは負荷イ
ナーシャ。

符号ｍはモータを示し、第１１図において、符号６はリ
ンク１ｂとリンク１ａの関節、符号ｉは負荷イナーシャ
、符号ｍはモータを示す。

（発明が解決しようとする問題点） 第１２図は、第１０図に示すアームを構成するリンク機
構のリンク１ａを固定（θ１軸固定）、リンク１ａ、２
ｂを加減速したときに、リンク１ｂに加わる節点力を示
したものであるが、加減速時には負荷イナーシャｉの慣
性力Ｆｉが加わるから、リンク１ｂにはＦｉＸｕｌの曲
げモーメントが加わる。ここで、Ｑｌは負荷イナーシャ
ｊの中心から関節３までの距離である。また、第１３図
は、第１１図に示すアーム機構のリンク１ａを固定Ｃｏ
ｘ軸固定）、リンク２ａ　、　２ｂを加減したとき、リ
ンク１ｂに加わる節点力を示したものであるが、この場
合にも加減速時には負荷イナーシャ主の慣性力Ｆｉが加
わるから、リンク１ｂにはＦｉＸＱ３の曲げモーメント
が加わる。ここで、ρ、は負荷イナーシャｊの中心から
関節４までの距離である。

ところで、この曲げモーメントが加わってもリンク１ｂ
をたわまないようにするためには、リンク１ｂの剛性を
十分に大きいものとしなければならない。しかし、剛性
を大きくし振動しないようにしたリンク１ｂは、必然的
にその質量が大きくなるから加減速時モータにかかる負
荷が大きくなる。また、第１３図および第１４図から分
るように、関節３゜４に加わる反力Ｆ１４．Ｆ１ｍも大
きくなるから、関節３．４のベアリング等は、寿命を延
したり動作を円滑にするために剛性の大きいものを用い
なければならない、ここで、Ｆ工、はＦｌｌ、＋２とＦ
１３Ｗ２の合力（ただし、Ｆｔａ！２＝Ｆｌ”Ｆ１ｇ！
＋　Ｆｔｓ！＝　（Ｑ　＠／　Ｑ　Ｌ）　ＸＦｉ）であ
り＊　ＦＬｓはＦｌ。とＦｌ、ｙの合力（ただし。

Ｆ１□＝　Ｆｉ＋Ｆ、　、□、Ｆ１□ｔ　＝（Ｉ２ｓ　
／Ω、）ＸＦｉ）である。

そこで、本発明の目的は、動作速度や加減速の向上、関
節部を構成する部品の寿命延長を図ると共に、リンクの
たわみによる振動をなくして安定した動作をするロボッ
トを提供することにある。

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段および作用）本発明は、
！［面を有する枠体と、この枠体に同心状に取付けられ
た第１のダイレクトドライブモータおよび第２のダイレ
クトドライブモータと。

この第１のダイレクトドライブモータに駆動されるリン
クおよび第２のダイレクトドライブモータに駆動される
リンクを含む４個のリンク群を、水平状に配置すると共
に伸縮自在の略四角形状に連結しアームを構成するリン
ク機構と、このリンク機構の先端近傍に取付けられた駆
動装置で昇降されると共に回転自在とした主軸とから構
成され。

リンク機構を揺動させたときに前側となるリンクに曲げ
モーメントを生じさせないようにし、かつ節点力を小さ
くなるようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明の産業用ロボットの一実施例を図面を参照
して説明する。第１図および第２図において、産業用ロ
ボット１０は、下面が設置面となる枠体１１と、この枠
体１１の上部に取付けられた第１のＤＤモータ（以下θ
□軸ＤＤモータという）１２と、このθ１軸ＤＤモータ
１２と同心で枠体１１の上部に取付けられた第２のＤＤ
モータ（以下θ８軸ＤＤモータという）１３と、θ、軸
ＤＤモータ１２の中空状とした回転軸１２ａに端部を連
結されたリンク（以下後側θ１軸リンクという）１４と
、この後側０１軸１４の上部に配置され、θ２軸ＤＤモ
ータ１３の回転軸１３ａに端を連結されたリンク（後側
θ、軸リンクという）　１５と、後側θ１軸リンク１４
の上部に配置され、かつ後側θ、軸リンク１４の他端に
回動自在に連結されたリンク（以下前側θ１軸リンクと
いう）１６と、後側θ２軸リンク１５の下部に配置され
、かつ後側θ２軸リンク１５の他端に回動自在に連結さ
れたリンク（以下前側θ２４１１リンクという）１７と
、後側θ２軸リンク１５の上部にθ□軸ＤＤモータ１２
およびθ２軸ＤＤモータ１３と同心で取付けられたＤＤ
モータ（以下θ、軸ＤＤモータという）１８と、前側θ
□軸リンク１６の他端に取付けられ、主軸（以下Ｚ軸と
いう）１９を昇降させる駆動袋ｆ！（以下２Ｍ駆動装置
という）２０と、後側θ２軸リンク１５と前側θ２軸リ
ンク１７の連結部に回動自在に支持された中間軸２１と
、θ、軸ＤＤモータ１８の回転軸１８ａに取付けられた
プーリ２２ａおよび中間軸２１の上部に取付けられたプ
ーリ２２ｂの間に張設され、かつ無端状としたベルト（
以下後側θ。

軸駆動ベルトという）２２と、中間軸２１の下部に取付
けられたプーリ２３ａおよび主軸１９に取付けられたプ
ーリ２３ｂの間に張設され、かつ無端状としたベルト（
以下前側θ、軸駆動ベルトという）２３と、後側０．軸
リンク１５の他端に取付けられ、所定状態のとき前側θ
２軸リンク１６の一端の当接するストリッパ２４から構
成されている。

しかして、後側θ１軸リンク１４、前側θ１軸リンク１
６、前側θ２軸リンク１７および後側θ□軸リンク１５
で形成され６リンク機構２５は、四角形状に連結されて
おり、隣接する後側θ、軸リンク１４と前側θ、軸リン
ク１６とは上下に互い違いとした揺動面を持ち、隣接す
る後側θ２軸リンク１５と前後θ。

軸リンク１７も同様に上下に互い違いとした揺動面を持
っており、かつ後側θ１軸リンク１４と前側θ２軸リン
ク１７は同じ平面で揺動するから干渉する揺動面を持ち
、後側θ２　リンク１５と前側θ１軸リンク１６も同じ
平面で揺動するから干渉する揺動面を持っている。

また、少なくとも後側θ２軸リンク１５と前側θ２軸リ
ンク１７は、中空状に形成され、内部にプーリ２２ａ、
　２２ｂ後側θ、軸駆動ベルト２２、プーリ２３ａ　、
　２３ｂ。

前側θ３軸駆動ベルト２３を配置する。

次に、上記した構成の動作を説明する。まず。

上記したリンク機構２５を伸ばす場合には、θ１軸ＤＤ
モータ１２およびθ、軸ＤＤモータ１３をそれぞれ内側
に回るように駆動する。この駆動によって各リンクは揺
動し、四角形状線状に変化しながら伸び直線なる直前に
ストッパ２４によって揺動が阻止される。このときがリ
ンク機構２５の最も伸じた状態である。また、リンク機
４１２５を縮める場合には、上記と逆にθ□軸ＤＤ１２
およびθ２軸ＤＤモータ１３をそれぞれ外側に回るよう
に駆動すればよい。

−方、θ、軸ＤＤモータ１８を駆動すると、後側θ。

軸駆動ベルト２２および前側θ、軸駆動ベルト２３を介
して主軸１９が回転し、Ｚ軸駆動装置２０を駆動すると
、主軸１９が昇降する。また、θ１軸ＤＤモータ１２お
よびθ２軸ＤＤモータ１３の回転方向や回転速度の差を
適宜選択することにより、主軸１９を平面内における任
意の位置に移動させることができる。

次に、リンク機構２５を動作した際のリンクに加ねる節
点力について説明する。第３図は第１０図や第１１図に
対応してリンク機構２５を機能的に示したもので、符号
３１，３２．３３は関節、符号ｉは負荷イナーシャ、符
号ｍはモータを示す、第４図は第１２図や第１３と同様
にθ、軸固定、θ２軸を加減速したときの前側θ１軸リ
ンク１６に加わる節点力を示したものである、第４図か
ら明らかなように前側θ１軸リンク１６は、中間部に前
側θ２軸リンク１７が連結されていないから、負荷イナ
ーシャｉの慣性力Ｆｉによる曲げモーメントが加わらな
い。前側θ、軸リンク１７に加わる曲げモーメントは、
負荷イナーシャｉが回転することによって生じる反力の
モーメントだけである。このため、リンク機構２５の先
端側となる前側θ、軸リンク１６と前側θ、軸リンク１
７に加わる曲げモーメントが小さくなる。

−方、θ、軸ＤＤモータ１８は、リンク機＄２５の中心
に配置されているから、０１軸やθ２軸の動作に対して
慣性が小さい。

したがって１以上のように構成することにより。

先端側となる前側θ、軸リンク１６や前側θ２軸リンク
１７に要求される機械的強度が小さくなって重量が軽減
されるから、θ１軸ＤＤモータ１２やθ２軸ＤＤモータ
１３の容量を小さくでき、加減速を大きくして動作速度
を向上することができる。また、リンク機構２５の中心
に対しては干渉するものがないから全方向（３６０°）
の旋回が可能となる。

なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものでな
く、以下に説明するように構成してもよい、すなわち、
第５図に示す産業ロボット３０は、θ３軸ＤＤモータ３
１を０２軸ＤＤモータ１３の下部に配置して枠体１１に
取付け、この回転軸３１ａをθ、軸ＤＤモータ１３およ
びθ１軸ＤＤモータ１２の中空状とした回転軸１３ａ、
１２ａを貫通させて上方に伸ばし、この上端にプーリ２
２ａを取付けた構造が上記した実施例と相違する点であ
る。リンク機構２５の動作は上記した実施例と同じであ
るが、後側θ、軸駆動ベルト２２と前側θ３軸駆動ベル
ト２３の伝達比が１であれば、θ、軸ＤＤモータ３１の
回転軸３１ａの向きが０３　＄１１１１９の向きとなる
。また、θＪ軸ＤＤモータ３１は、その質量が他の０１
軸やθ２軸に影響を与えない慣性となる。

してがって、このように構成することにより、２軸１９
の姿勢を保持す志のが容易となり、θ、軸ＤＤモータ３
１の質量がリンク機構２５の動作に影響を与えないので
さらに動作を高速にすることができる。

第６図に示す産業ロボット３５は、θ、軸ＤＤモータ３
６をリンク機構２５の先端に取付けてＺ軸１９を回転駆
動させ、中間軸２１、後側θ、軸駆動ベルト２２、前側
θ、軸駆動ベルト２３をなくした構造が上記した第２図
の実施例と相違する点である。第７図は、Ｚ軸１９を回
転駆動するθ、軸ＤＤモータ３６とＺ軸１９を昇降駆動
するＺ軸駆動装置２０の組合せ構造を示すものである６
同図において、Ｚ軸１９は、ボールネジ部１９ａとスプ
ラインシャフト部１９ｂから構成されている。このＺ＃
１９と同心で前側θ、軸リンク１６上に取付けられた２
軸駆動装置２０は、Ｚ軸駆動モータ３７とＺ軸位置検出
装置３８から構成されている。Ｚ軸駆動モータ３７は、
回転子３７ａの中心にＺ軸１９のボールネジ部１９ａと
係合するポールナツト３７ｂを取付けている。また、θ
、軸ＤＤモータ３６は、回転軸子３６ａの中心に２軸１
９のスプラインシャフト部１９ｂと係合するリニアベア
リング３６ｂを取付けている。したがって、Ｚ軸１９は
、Ｚ軸駆動モータ３７を駆動するとポールナツト３７ｂ
が回転するから、このポールナツト３７ｂに係合してい
るボールネジ部１９が昇降する。このとき、Ｚ軸１９は
、スプラインシャフト部１９ｂでθ、軸ＤＤモータ３６
と係合しているから、θ、軸ＤＤモータ３６の回転の有
無に関係なく昇降することができる。

なお、Ｚ軸駆動装置２０は、他の実施例と共通する。

以上のように構成することにより、θ、軸ＤＤモータ３
６から直接Ｚ軸１９を駆動するので、バックラッシュが
少なくなってＺ軸１９の回転がさらに正確となり、Ｚ軸
駆動用ベルトが不要となってリンク構造が簡単となりか
つ重量も軽減されて、θ１軸ＤＤモータ１３の容量を小
さくでき動作を高速にすることができる。また、Ｚ軸１
９の回転と昇降の周駆動装置をＺ軸１９の回りにまとめ
て取付けるので、θ１軸と０２軸に加わる回転慣性によ
るトルクは、具合よく分配される。

第８図に示す産業ロボット４０は、リンク機構２５を構
成する後側θ１軸リンク１４、後側θ２軸リンク１５、
前側θ１軸リンク１６、前側θ、軸リンク１７が全て揺
動面を相違させている構造が、上記した第２図の実施例
と相違する点である。なお、後側θ１軸リンク１４は、
θ１軸ＤＤモータ１２の回転軸１２ａとθ３軸ＤＤモー
タ１８を介して連結される。この構成によるリンク機構
２５は、各リンクが干渉しないから四角形状から直線状
に変化し、かつ直線状となった後も各リンクの位置を交
換して再び四角形状に変化する。

したがって、このように構成することにより。

リンク機構２５のリンクの位置を上記したようにして交
換することで、リンク機構２５の揺動範囲内にある他の
物体を、その高さによっては回避が可能となる。

第９図に示す産業ロボット４５は、Ｚ軸１９を反対の方
向に伸ばし、逆さ吊りに設置する構成が第２図の産業ロ
ボット１０と相違する点である。なお、θ、軸ＤＤモー
タ１８は、枠体１１の内部に取付けるか同図に二点鎖線
で示す位置に取付けるか何れかとする。

したがって、このように構成することにより、作業領域
側に産業ロボット本体（２個のＤＤモータを含む）がな
いので、作業が容易となり、作業対象を広くすることが
できる。

〔発明の効果〕

本発明は１以上のように構成されているから、アームを
構成するリンク機構の動作速度や加減速を向上すると共
に振動を低減することができる。

また、関節を構成する部品の寿命を延ばし保守を容易に
することができる。さらに、リンク機構を構成する各リ
ンクが重量負担部材となり、全体とて重量を減らし駆動
力の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業ロボットの一実施例を示す平面図
、第２図は本発明の一実施例の正面図、第３図は本発明
の一実施例のリンク機構を機能的に示した説明図、第４
図は本発明の一実施例の節点力ベクトル図、第５図は本
発明の第２図と異なる他の実施例を示す正面図、第６図
は本発明の第２図および第５図と異なる他の実施例を示
す正面図、第７図は第６図に示す実施例の一部を拡大し
て示す断面図、第８図は本発明の第２図、第５図および
第６図と異なる他の実施例を示す正面図。 第９図は本発明の第２図、第５図、第６図および第８図
と異なる他の実施例を示す正面図、第１０図は従来の産
業用ロボットのリンク機構を機能的に示した説明図、第
１１図は第１０図と異なる従来の産業用ロボットのリン
ク機構を機能的に示した説明図、第１２図は第１０図に
示す従来の産業用ロボットのリンク機構の節点力ベクト
ル図、第１３図は第１１図に示す従来の産業用ロボット
の節点力ベクトル図である。 １１・・・枠体 １２・・・第１のダイレクトドライブモータ１３・・・
第２のダイレクトドライブモータ１４．１５．ｌｆｉ、
１７・・・リンク１８．３１．３６・・・ダイレクトド
ライブモータ１９・・・主軸　　　　　　　　　２０・
・・駆動装置２５−・・リン’）＊ＪＩＩｔ （８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほ
か１名）＄　　１　回 茅　２　図 第　３　図 第　４　図 第５図 第６図 第　７　図 第　３　図 茅　７ｒｇＪ 茅　！θ　凹 第　Ｉｆ　　閃 第１２図 第　１３　　図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）設置面を有する枠体と、この枠体に同心状に取付
   けられた第１のダイレクトドライブモータおよび第２の
   ダイレクトドライブモータと、この第１のダイレクトド
   ライブモータに駆動されるリンクおよび第２のダイレク
   トドライブモータで駆動されるリンクを含む４個のリン
   ク群を、水平状に配置すると共に伸縮自在の略四角形状
   に連続しアームを構成するリンク機構と、このリンク機
   構の先端近傍に取付けられた駆動装置で昇降されると共
   に回転自在とした主軸とから構成される産業用ロボット
   。
2. （２）隣接するリンクの各揺動面が異なり、相互に干渉
   しないようにした特許請求の範囲第１項記載の産業ロボ
   ット。
3. （３）４個のリンクの各揺動面が全て異なり、４個のリ
   ンクが相互に干渉しないようにした特許請求の範囲第１
   項記載の産業用ロボット。
4. （４）第１のドライブモータおよび第２のドライブモー
   タと同心状でかつリンク機構を構成するリンクの一つに
   取付けられたダイレクトドライブモータと、このダイレ
   クトドライブモータに駆動されかつ隣接して連結される
   リンクの内部に配置されたベルトによって主軸を回転駆
   動する特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボット。
5. （５）駆動装置と同心状でかつリンク機構を構成するリ
   ンクの一つに取付けられたダイレクトドライブモータで
   、主軸を回転駆動する特許請求の範囲第１項記載の産業
   用ロボット。
6. （６）第１のドライブモータおよび第２のドライブモー
   タと同心状でかつ枠体に取付けられたダイレクトドライ
   ブモータで、主軸を回転駆動する特許請求の範囲第１項
   記載の産業用ロボット。
7. （７）第１のダイレクトドライブモータの回転軸を中空
   状とし、第２のダイレクトドライブモータの回転軸が貫
   通する特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボット。
8. （８）第１のダイレクトドライブモータおよび第２のダ
   イレクトドライブモータの各回転軸を中空状とし、主軸
   を回転駆動するダイレクトドライブモータの回転軸を貫
   通させる特許請求の範囲第６項記載の産業用ロボット。