WO1987007200A1 - Robot vertical a multi-articulations - Google Patents

Description

明 細 書

' 垂直多関節形ロボッ ト

技術分野

本発明は、 垂直多関節形ロボッ トに関し、 更に詳し く は、 床等 の ¾ 面に [SI定されるベース と、 ベースに けられてベー スに対 し基準位置から左右にそれぞれほぼ 9 0 * の範囲内で設置面に垂 直な笫 1軸線の周りに回動可能な旋回ボデ一と、 旋回ボデ—をべ ースに対し第 1軸線の周りに回転駆動するためのボデー駆動モ— タと、 基端及び先端を有し、 基端が旋回ボデ一に連結されてほぼ 鉛直姿勢から旋回ボデ—の前方に向けて旋回ボデ—に対し水平な 第 2軸線の周りに回勤可能とされた上腕と、 上腕を旋回ボデ一に 対し第 2軸線の周りに回転駆動するための上腕駆動モータと、 上 腕の先端に対し第 2軸線と平行な第 3铀線の周りに 0動可能に設 けられて前端に手首組立休を有する前腕と、 前腕を上腕に対し第 3軸線の周りに回転駆動するための前腕駆動モータとを備えた垂 直多関節形ロボッ 卜の改良に関する。 背景技術

従来の垂直多関節形ロボッ トにおいては、 上腕の回動铀線即ち 第 2軸線が旋回ボデ一の回動轴線即ち第 1轴線と直交するように 配置されている。 また、 上腕駆動モータは旋回ボデ一に取り付け られており.、 前腕駆動モータは上腕に取り付けられている。 これ らのモータは上腕の回動轴線と同轴に配置されて上腕及び旋回ボ デ一の相互連結部から両側方に突出している。 上腕駆動モータ及 び前腕駆動モータの出力軸はそれぞれ'减速璣及び動力伝達機構を 介して上腕及び前腕の回動铀部に連結されている。

一般に、 このようなロボッ 卜においては、 上腕が鉛直姿勢、 即 ち上腕の先端が真上を向いた姿勢から水平姿勢に向かうに従って 重力による第 2蚰線周り のモーメ ン トが增大し、 上腕駆動モ―タ の負荷が増大するため、 上腕駆動モータには高出力のモータが必 要になる。 上腕駆動モ一タに加わるモ—メ ン ト負荷を軽減するた めに、 従来の垂直多関節形ロボッ 卜においては、 旋回ボデ—と上 腕との間にばねの力を利用したカウ ンタバラ ンサ璣構が組み込ま れている。 しかしながら、 カウ ンタバラ ンサ璣構の使用は構造の 複雑化及びコ ス トア ツプの原因となる。

一方、 一般に、 垂直多関節形ロボッ トの作業領域は、 旋回ボデ —の回動轴線即ち第 1軸線を中心として前腕の先端が基準位置か ら左右にそれぞれほぼ 9 0 ' 振れる範囲内にあるが、 上述した従 来のロボッ トにおいては、 上腕及び旋回ボデ一の相互速結部から 両側方に突出している上腕駆動モ一タ及び前腕駆動モ—タが旋回 ボデ一の旋回移動に伴ってロボッ トの作業領域内に入り込むため 上腕駆動モータ及び前腕駆動モータの移動スペースを確保する必 要上、 ロボッ 卜の作業領域が大幅に制限されることとなっている 発明の開示

上記問題点に鑑み、 本発明は簡易な構造で上腕駆動モータに加 わる負荷を軽減できるとともに、 ロボッ トの作業領域を最大限に 有効利用することができる垂直多関節形ロボッ トを提供すること を目的とする。

本発明によれば、 設置面に固定されるベースと、 ベースに ¾け られてベースに対し基準位置から左右にそれぞれほぼ 9 0 · の範 囲内で設置面に垂直な第 1铀線の周りに回動可能な旋回ボデーと 旋回ボデーをベースに対し第 1 $il線の周りに回転駆動するための ボデー駆動モータと、 基端及び先端を有し、 基端が旋回ボデ一に 連結されてほぼ鉛直姿勢から旋回ボデ一の前方に向けて旋回ボデ 一に対し水平な第 2轴線の周りに回動可能とされた上腕と、 上腕 を旋回ボデ一に対し第 2铀線の周りに回耘駆動するための上腕駆 動モータと、 上腕の先端に対し第 2铀線と平行な第 3铀線の周り に回勖可能に設けられて前端に手首組立休を有する前腕と、 前腕 を上腕に対し第 3轴線の周りに回転駆動するための前腕駆動モー タ とを備え、 上腕駆動モータ及び前腕駆動モータはそれらの回転 軸線が第 2軸線に直交する第 2平面内に位置するように第 2轴線 及び第 3铀線を舍む第 1平面より も後方に配置されて上腕に取り 付けられていることを特徴とする垂直多関節形ロボッ トが提供さ れる。

本発明による垂直多関節形ロボッ トにおいては、 上腕が前傾姿 勢のときに、 上腕駆動モ—タ及び前腕駆動モータの重量が上腕の 前傾方向と反対方向のモ―メ ン トを第 2軸線の周りに生じさせる ので、 ばね力を利用したカウ ンタバラ ンサ璣構を必要とすること な く 、 上腕駆動モータの負荷を軽減させることができるようにな る。 また、 上腕駆動モータ及び前腕駆動モータはそれらの回転轴 線が第 2铀線に直交する第 2平面内に位置するように第 2铀線及 び第 3铀線を舍む第 1 平面より も後方に配置されているので、 旋 回ボデ一が第 1轴線を中心として基準位置から左右にそれぞれほ ぼ 9 0 ' の範囲内で回動するときに、 上腕駆動モータ及び前腕駆 勋モータが実質的にロボッ 卜の作業空間の外に位置することとな るので、 ロボッ トの作業空間を最大限に利用できるこ ととなる。 本発明の上記及び他の目的及び特徴は添付図面を参照した以下 の詳細な説明により、 一層明らかになるであ'ろう。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明の一実施例を概略的に示す垂直多関節形ロボッ トの部分断面側面図、

第 2図は第 1図に示すロボッ トの第 1 図中 II — Π線に ¾った概 略断面図、

第 3図は第 1図に示すロボッ トの平面図、

第 4図は第 1図に示すロボッ 卜の一部の第 1図中 IV— IV線に ¾ つた断面図、

第 5図は第 1図に示すロボッ トの一部の第 3図中 V - V線に沿 つた断面図、

第 6図は第 1図に示すロボッ トの一部の第 5図中 VI - VI線に ¾ つた断面図である。 発明を実施するための最良の形態

第 1図ないし第 6図は本発明の一実施例を示すものである。 こ れらの図を参照すると、 垂直多関節形ロボッ トは床等の設置面 1 0に設置されるべ一ス 1 1 を備えている。 ベー ス 1 1 には旋画ボ デー 1 2が軸受 1 3を介してべー ス設置面に垂直な第 1铀線 dの 周りに回動可能に支持されている。 旋回ボデ— 1 2 の内部には旋 回ボデ一のための駆動モータ 1 4が第 1軸線 Θ と同軸に配置され ている。 モータ 1 4のハウジング 1 4 a は旋回ボデー 1 2 に固定 されており、 モータ 1 4の-出力軸 1 4 b は減速璣 1 5を介してべ ース 1 1 に連結されている。

旋回ボデー 1 2 の上部には上腕 1 6 の基部が一対の轴受 1 7 , 1 8 (第 2図参照） を介して水平な第 2铀線 Wの周りに回動可能 に支持されている。 第 1図から判るように、 ここでは、 上腕 1 6 の回動轴線 Wは旋回ボデー 1 2 の画動轴線 5に対して所定距離 D だけ前方にオフセ ッ ト している。

上腕 1 6の先端には前腕 1 9 の後部が铀镍 Wと平行な第 3铀線 Uの周りに回動可能に支持されている。 前腕 1 9 の前端には 3軸 τ , β , の周りの運動が可能な手首組立休 2 0が取り付けられ ている。 手首組立体 2 0 は 3つの手首駆動モータ 2 1 , 2 2 , 2 3により駆動される。 なお、 本発明においては、 手首組立体 2 0 自体の構造及びその駆動璣構は重要ではないので、 それらの詳細 な図示及び説明は省略する。

上腕 1 6 の内部には上腕 1 6をその铀線 Wの周りに回転駆動す るための上腕駆動モータ 2 と、 前腕 1 9を轴線 Uの周りに回転 駆動するための前腕駆動モータ 2 5 とが配置されており、 モータ 2 4 , 2 5 のハウ ジング 2 4 a , 2 5 a は上腕 1 6 に固定されて いる。

ハウジング 2 4 a , 2 5 a は上腕 1 6 の画動軸線 Wと前腕 1 9 の回動軸線 Uとを含む第 1 平面 （第 1図中 A - A面） より も後方 に配置されており、 且つ、 上腕駆動モータ 2 及び前腕駆動モ一 タ 2 5 の回転 $il線はそれぞれ上腕 1 6の回動轴镍 Wに直交する第 2平面 （第 2図中 B - B平面） 内に配置されている。

更に、 ここでは、 上腕駆動モータ 2 4 はその回耘軸線が第 1平 面 （ A— A ) に直交するように上腕 1 6 に固定されており、 前腕 駆動モータ 2 5 はその回転軸線が第 1 平面 （ A - A ) に対し鋭角 に交わるように上腕 1 6に固定されている。

第 2図及び第 4図に示すように、 上腕駆動モータ 2 4の出力軸 2 4 b は一対のベベルギア 2 6 , 2 7及び減速璣 2 8を介して旋 回ボデ一 1 2に連結されている。 また、 第 1図， 第 2図， 第 5図 及び第 6図に示すよう に、 前腕駆動モータ 2 5 の出力軸 2 5 b は ユニバーサルジョ イ ン ト 2 9 , —対のベベルギア 3 0 , 3 1及び 減速璣 3 2を介して前腕 1 9 に連結されている。

したがって、 上腕駆動モータ 2 4 の作動により上腕 1 6が軸線 Wの周りに回動し、 また、 前腕駆動モータ 2 5 の作動により前腕 1 9が铀線 Uの周りに回動する。 旋回ボデー 1 2 は第 1 図に示す 基準位置から左右にそれぞれほぼ 9 0 * 以内の範囲にわたって回 動し、 上腕 1 6 は図示する鉛直姿勢の近 ί旁からほぼ水平姿勢の角 度位置まで旋回ボデ— 1 2 の前方に向かって回動し、 前腕 1 9 は 上腕 1 6 に対して直角をなす基準姿势の位置から両方向にほぼ 9 0 · 以內の範囲にわたって回動する。 したがって、 第 1図におい て、 ロボッ トの旋画ボデー 1 2 の右側領域が口ボッ トの作業空間 となる。

上記構成を有する垂直多関節形ロボッ トにおいては、 上腕 1 6 の回動轴線 Wの周りに上腕 1 6 に加わる荷重及び上腕 1 6 の自重 の作川による^ 1 図屮 計方向のモーメ ン 卜が加わる力く、 上腕 1 6が前傾姿勢のときに、 上腕駆動モータ 2 4及び前腕駆動モータ 2 5 の重量は軸線 Wの周りに反時計方向のモ一メ ン トを生じさせ るので、 上腕駆動モータ 2 4 のモーメ ン ト負荷が軽減されるこ と となる。

また、 上腕駆動モ—タ 2 4及び前腕駆動モータ 2 5がロボッ ト の後方に向かって延びており、 口ボッ トの側方には突出していな いので、 旋回ボデ一 1 2が軸線 を中心として基準位置から左右 にそれぞれほぼ 9 0 · の範囲内で回動するときに、 上腕駆動モー タ 2 4及び前腕駆動モータ 2 5が実質的に口ボッ トの作業空間の 外に位置することとなるので、 ロボッ トの作業空間を最大限に利 用できることとなる。

なお、 上腕駆動モータ 2 4'を上腕 1 6 の回動轴線 Wの真下に配 置した場合にはモータの重量による力ゥ ンタバラ ンス作用が最も 増大するが、 モータの設置スペースを铀線 Wの下方に確保する必 要が生じるため、 旋回ボデ— 1 2 の背丈が高く なりすぎる問題が 生じる。 しかしながら、 上記構成の垂直多関節形ロボッ トにおい ては、 第 1図に示す基準姿勢のときに上腕駆動モータ 2 4がロボ ッ トの後方に向かって延びることとなるので、 旋回ボデ一 1 2 の 背丈を低くすることができる。

更に、 上記実施例においては、 上腕 1 6 の回動铀線 Wが旋回ボ デー 1 2 の回動軸線 に対して旋回ボデ— 1 2の前方に所定量 D だけオフセ ッ ト しているので、 旋回ボデ一 1 2 の回勖轴線 を中 心とした上腕駆動モータ 2 4及び前腕駆動モータ 2 5 の移動スぺ ースを小さ く できることとなる。

以上、 図示実施例につき説明したが、 本発明は上記実施例の態 様のみに限定されるものではな く 、 例えば、 上腕駆動モータ及び 前腕駆動モータの回転铀の方向に若干の変更を加えたり、 これら モータの動力伝達璣構に変更を加えたりすることができる。 また ベースのための設置面は水平面に限られず、 傾斜面であってもよ い 産業上の利用可能性

以上の説明から明らかなように、 本発明によれば、 上腕駆動モ ータ及び前腕駆動モータの重量を上腕の回動铀線周りに生じるモ 一メ ン トに対するカウ ンタ一バラ ンサとして有効に利用すること ができるとともに、 旋回ボデ—の旋回時にロボッ トの作業空間が モータの制約を受けて縮小されることを防止できる。 したがって 、 上腕駆動モータの小型化を図ることができるとともに、 ロボッ トの作業空間を実質的に増大させることができる垂直多関節形口 ボッ トを提供できるこ ととなる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 設置面に固定されるベースと、

前記ベースに設けられてベースに対し基準位置から左右にそれ ぞれほぼ 9 0 * の範囲内で設置面に垂直な第 1轴線の周りに回動 可能な旋回ボデ—と、

旋回ボデーをベースに対し第 1铀線の周りに回転駆動するため のボデ一駆動モータ と、

基端及び先端を有し、 基端が旋回ボデ一に連結されてほぼ鉛直 姿勢から旋回ポデ—の前方に向けて前記旋回ボデ—に対し水平な 第 2軸線の周りに回動可能とされた上腕と、

上腕を旋回ボデ—に対し第 2軸線の周りに回転駆勒するための 上腕駆動モータと、

上腕の先端に対し第 2軸線と平行な第 3軸線の周りに回動可能 に設けられて前端に手首組立休を有する前腕と、

前腕を上腕に対し第 3軸線の周りに回転駆動するための前腕駆 動モータとを備え、

上腕駆動モータ及び前腕駆動モ一タはそれらの回転铀線が第 2 铀線に直交する第 2平面内に位置するように第 2軸線及び第 3铀 線を舍む第 1平面よりも後方に配置されて上腕に取り付けられて いることを特徴とする垂直多関節形ロボッ ト。

2. 上腕駆動モータはその回転軸線が前記第 1平面に直交する ように上腕に固定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項 に記載の垂直多関節形ロボッ ト。

3. 前腕駆動モータはその回転轴線が前記第 1平面に鋭角に交 わるように上腕に固定されていることを特徴とする請求の範囲第

1項に記載の垂直多関節形ロボッ ト。

4. 前記第 2軸線は第 i軸線に対し旋回ボデ一の前方に所定量 だけオフセ ッ ト していることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記 載の垂直多関節形口ボッ ト