JP2002326181A - アーム動作機構およびこれを備えた産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アームの大型化や重量の増大を抑制しつつ、簡
易な構造によりアームに所定動作を適切に行なわせるこ
とができるアーム動作機構を提供する。 【解決手段】基端部１ａを支持する支持部の中心軸Ｃ１
周りに回転可能な第１のアーム１と、この第１のアーム
１の先端部１ｂに連結部７を介して基端部２ａが連結さ
れた第２のアーム２と、第１のアーム１に対して相対回
転可能に連結されたリンクベース４０と、このリンクベ
ース４０を一定姿勢に維持させたまま第１のアーム１の
回転に伴わせて移動可能とする平行リンク４Ａと、を有
している、アーム動作機構であって、第１のアーム１が
回転するときにこの第１のアーム１とリンクベース４０
との相対回転に基づいて回転する回転体５Ｂと、この回
転体５Ｂの回転力によって第２のアーム２を連結部７の
中心軸Ｃ２周りに回転させる機構部と、を具備してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、所望のワークを
昇降させ、あるいは水平移動させるといった用途に用い
るのに好適なアーム動作機構およびこれを備えた産業用
ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業用ロボットの一例としては、
特開２０００−２４９６６号公報に所載のものがある。
この従来のものは、本願の図６に示すように、ベース部
材９０に基端部が支持された第１のアーム９１と、この
第１のアーム９１の先端部に連結部９３を介して基端部
が連結された第２のアーム９２と、一対の平行リンク９
４ａ，９４ｂのそれぞれの一端に連結されたリンクベー
ス９５とを具備している。第２のアーム９２の先端部に
は、所望のワークを保持するためのハンド部材を備えた
機構部９６が取り付けられている。第１のアーム９１
は、モータＭ１の駆動力により、基端部の固定支点９７
周りに回転可能である。これに対し、第２のアーム９２
の基端部には、歯車８０ａが取り付けられており、この
歯車８０ａは、モータＭ１によって回転される歯車８０
ｂとシャフト８１を介して駆動連結されている。シャフ
ト８１の両端には、歯車８０ａ，８０ｂのそれぞれに噛
み合う傘歯車８２ａ，８２ｂが取り付けられている。

【０００３】このような構成によれば、モータＭ１の駆
動により、第１のアーム９１を固定支点９７周りの矢印
Ｎａ方向に回転させるときには、第２のアーム９２を連
結部９３周りの矢印Ｎｂ方向に回転させることができ
る。したがって、第２のアーム９２の先端部およびこれ
に支持された機構部９６を矢印Ｎｃ方向に昇降させるこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、次のような不具合があった。

【０００５】すなわち、上記従来のものでは、第１のア
ーム９１に連動させて第２のアーム９２を回転させるた
めの手段として、モータＭ１により回転される歯車８０
ｂの回転力をシャフト８１を利用して歯車８０ａに伝達
させている。一方、このシャフト８１は、第１のアーム
９１と略同等な長さにする必要がある。また、図面には
示されていないが、このシャフト８１を第１のアーム９
１に取り付けるためには、このシャフト８１を支持する
ためのベアリングなどを備えた支持機構を第１のアーム
９１に設ける必要もある。したがって、従来のもので
は、このようなシャフト８１や支持機構を第１のアーム
９１内に組み込む結果、第１のアーム９１の厚みや幅を
大きくする必要を生じ、ロボット全体の大型化を招く場
合があった。また、シャフト８１や支持機構は、その重
量が比較的大きくなるため、第１のアーム９１が回転す
るときの慣性を大きくする。したがって、モータＭ１を
小型にしつつ第１のアーム９１に俊敏な動作を行なわせ
ることが困難となる場合もあった。

【０００６】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、アームの大型化や重量の増大を
抑制しつつ、簡易な構造によりアームに所定動作を適切
に行なわせることができるアーム動作機構およびこれを
備えた産業用ロボットを提供することをその課題として
いる。

【０００７】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【０００８】本願発明の第１の側面によって提供される
アーム動作機構は、基端部を支持する支持部の中心軸周
りに回転可能な第１のアームと、この第１のアームの先
端部に連結部を介して基端部が連結された第２のアーム
と、上記第１のアームに対して相対回転可能に連結され
たリンクベースと、このリンクベースを一定姿勢に維持
させたまま上記第１のアームの回転に伴わせて移動可能
とする平行リンクと、を有している、アーム動作機構で
あって、上記第１のアームが回転するときにこの第１の
アームと上記リンクベースとの相対回転に基づいて回転
する回転体と、この回転体の回転によって上記第２のア
ームを上記連結部の中心軸周りに回転させる機構部と、
を具備していることを特徴としている。

【０００９】本願発明は、上記第１のアームが回転して
その姿勢が変化する場合であっても、上記リンクベース
は一定の姿勢を維持したままであることにより、これら
リンクベースと第１のアームとの間には相対回転が生じ
ることに着目し、この相対回転を利用して第２のアーム
を回転させようとするものである。したがって、本願発
明においては、従来とは異なり、第１のアームを回転さ
せる力の一部をわざわざ所定のシャフトを利用して第２
のアームに伝達させる必要はない。その一方、上記回転
体や上記機構部は、後述するように、たとえば比較的少
数の歯車を用いて構成することが可能であり、従来のシ
ャフトのように第１のアームと略同等な寸法を有するも
のとして形成する必要はなく、小型かつ軽量なものにす
ることができる。その結果、本願発明においては、上記
第１のアームの厚みや幅を従来のものよりも小さくする
ことができる。また、上記回転体や上記機構部を軽量に
することができるために、上記第１のアームが回転する
ときの慣性を小さくし、小型のモータを利用してその回
転動作を俊敏にするのにも有利となる。

【００１０】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記リンクベースに固定して取り付けられた第１の
歯車を具備しており、かつ上記回転体は、上記第１の歯
車と噛み合うようにして上記第１のアームに回転可能に
支持された第２の歯車である。

【００１１】このような構成によれば、上記第１のアー
ムが回転することによってこの第１のアームと上記リン
クベースとの間に相対回転が生じると、この相対回転の
作用により、上記第２の歯車を適切に回転させることが
可能となる。

【００１２】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記機構部は、上記第２の歯車と一体的に回転す
る第３の歯車と、上記連結部と同心に配され、かつ上記
第３の歯車と噛み合うようにして上記第２のアームに固
定して取り付けられた第４の歯車と、を具備している。

【００１３】このような構成によれば、上記第２の歯車
が回転すると、この回転力が上記第３および第４の歯車
に順次伝達される結果、上記第２のアームを上記連結部
の中心軸周りに適切に回転させることができる。上記構
成によれば、少数の歯車を用いた簡単な機構により、本
願発明が意図する作用が得られることとなり、上記第２
のアームを回転させるための機構を簡素にして、その小
型化および軽量化を図るのに一層好ましいものとなる。

【００１４】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記第２のアームは、上記連結部の中心軸周りに
上記第１のアームの回転方向とは反対方向に上記第１の
アームの回転角度の２倍の角度だけ回転するように構成
されている。

【００１５】このような構成によれば、上記第２のアー
ムの先端部を所定の直線に沿って往復動させることが可
能となり、所望のワークなどを鉛直方向に昇降させた
り、あるいは水平方向に直線的に往復動させたいような
場合に好適となる。

【００１６】本願発明の第２の側面によって提供される
産業用ロボットは、本願発明の第１の側面により提供さ
れるアーム動作機構を具備していることを特徴としてい
る。

【００１７】このような構成によれば、本願発明の第１
の側面によって得られるのと同様な効果が期待できる。

【００１８】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記アーム動作機構は、上記第２のアームの先端部
が鉛直方向に移動可能に設けられており、かつ上記第２
のアームの先端部には、ワーク保持用のハンド部材を鉛
直軸周りに回転自在にするとともに水平方向に往復移動
自在とするワーク支持機構部が支持されている。

【００１９】このような構成によれば、上記ハンド部材
の昇降動作と水平方向への往復移動動作とが自在に行な
えるとともに、上記ハンド部材が水平方向に移動すると
きの向きを変更することも可能となる。したがって、ワ
ークを三次元空間において種々の位置に移動させる用途
に用いるのに好適となる。

【００２０】本願発明のその他の特徴および利点につい
ては、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明
らかになるであろう。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００２２】図１〜図３は、本願発明に係る産業用ロボ
ットの一実施形態を示している。本実施形態の産業用ロ
ボットＡは、所定のワークを保持して所望箇所に移動さ
せるためのトランスファロボットとして構成されてお
り、図１および図２によく表われているように、ワーク
保持用のハンド部材３０を備えたワーク支持機構部３
を、アーム動作機構Ｂによって昇降自在に支持させたも
のである。アーム動作機構Ｂは、フロアなどの適当な場
所に固定されるベース部材６０と、第１および第２のア
ーム１，２と、リンクベース４０と、第１および第２の
平行リンク４Ａ，４Ｂと、第１ないし第４の歯車５Ａ〜
５Ｄとを具備して構成されている。

【００２３】第１のアーム１は、図２によく表われてい
るように、内部に空間部が形成された中空状であり、そ
の基端部１ａは、減速機６１の回転自在な出力回転板６
１ａにボルト６２を介して取り付けられている。減速機
６１は、ベース部材６０に固定されたモータＭの出力軸
の回転を減速するものである。したがって、第１のアー
ム１は、モータＭの駆動により、出力回転板６１ａの水
平方向に延びる中心軸Ｃ１周りに回転可能である。減速
機６１の出力回転板６１ａは、第１のアーム１を直接支
持しており、本願発明でいう支持部の一例に相当する。
むろん、本願発明においては、このような構成に代え
て、たとえば第１のアーム１を回転可能に支持するため
の専用の軸をベース部材６０に設けるとともに、減速機
６１の回転力を第１のアーム１に伝達するための機構を
上記軸とは別個に設けた構成とすることもできる。

【００２４】第２のアーム２も、第１のアーム１と同様
に、内部に空間部が形成された中空状である。この第２
のアーム２の基端部２ａは、この基端部２ａと第１のア
ーム１の先端部１ｂとの間にリンクベース４０を挟むよ
うにして、第１のアーム１およびリンクベース４０のそ
れぞれに連結部７を介して連結されている。これによ
り、この第２のアーム２は、連結部７の水平方向に延び
る中心軸Ｃ２周りに回転可能である。連結部７は、第１
および第２のアーム１，２とリンクベース４０とを回転
可能に連結しているが、このような機能をもつ連結部の
構造は従来より種々知られており、本実施形態において
はそのいずれをも採用することができるために、その詳
細な説明は省略する。

【００２５】第１ないし第４の歯車５Ａ〜５Ｄは、いず
れも平歯車であり、かつ第１のアーム１内に配されてい
る。ただし、第１の歯車５Ａは、その中心が連結部７の
中心軸Ｃ２と一致するようにしてリンクベース４０に固
定して取り付けられている。第２の歯車５Ｂは、第１の
歯車５Ａと噛み合っており、第１のアーム１に固定され
た軸５０に回転可能に装着されている。この第２の歯車
５Ｂが、本願発明でいう回転体の一例に相当する。

【００２６】第３の歯車５Ｃは、第２の歯車５Ｂと一緒
に回転するように第２の歯車５Ｂに連結されており、そ
の中心軸Ｃ３は第２の歯車５Ｂの中心軸と一致してい
る。本願発明においては、これら第２および第３の歯車
５Ｂ，５Ｃを一体化して、２条の歯を有する１つの歯車
として構成することもできる。第４の歯車５Ｄは、第２
のアーム２に対してスリーブ７０を介して固定して取り
付けられている。スリーブ７０は、第２のアーム２の基
端部２ａの一側面部に固定して取り付けられており、か
つリンクベース４０や第１のアーム１に設けられた開口
部を介して第１のアーム１内に進入している。第４の歯
車５Ｄの中心軸は、連結部７の中心軸Ｃ２と一致してい
る。したがって、後述するように、第２および第３の歯
車５Ｂ，５Ｃが回転して、この回転力が第４の歯車５Ｄ
に伝達されると、この力により第２のアーム２は連結部
７の中心軸Ｃ２周りに回転することとなる。第３および
第４の歯車５Ｃ，５Ｄを含んで構成される機構部は、本
願発明でいう機構部の一例に相当する。第１および第２
の歯車５Ａ，５Ｂの歯数比は、たとえば１：１である。
これに対し、第３および第４の歯車５Ｃ，５Ｄの歯数比
は、２：１である。

【００２７】第１の平行リンク４Ａは、ロッド状であ
り、その下端部は、ベース部材６０のブラケット６３に
軸４１ａを介して回転可能に連結されているとともに、
その上端部はリンクベース４０に軸４１ｂを介して回転
可能に連結されている。第１の平行リンク４Ａ、リンク
ベース４０、第１のアーム１およびベース部材６０は、
それらの連結点を結ぶと平行四辺形となるリンク機構を
構成しており、リンクベース４０は、第１のアーム１の
回転角度には関係なく常に一定の姿勢に維持されるよう
になっている。

【００２８】ワーク支持機構部３は、支持ベース３１
と、この支持ベース３１上に支持された回転板３２と、
この回転板３２上に設けられ、かつワーク保持用のハン
ド部材３０を水平方向に移動させるためのリンク機構を
構成する水平アーム３３ａ，３３ｂとを具備している。
ハンド部材３０は、図３に示すように、たとえば板状の
ワークＷをその上面に載置支持可能なコ字状のプレート
状に形成されたものであり、水平アーム３３ｂの先端部
に支持されている。水平アーム３３ａは、その基端部の
軸３９ａ周りに回転自在であるとともに、水平アーム３
３ｂは、水平アーム３３ａとの連結点となる軸３９ｂ周
りに回転自在であり、これらの回転により、ハンド部材
３０は矢印Ｎ１に示す水平方向に往復動自在となってい
る。図１において、回転板３２は、鉛直方向に延びる軸
Ｃ４周りに回転自在であり、この回転板３２の回転によ
り、ハンド部材３０が水平移動する向きを変更できるよ
うになっている。

【００２９】支持ベース３１は、第２のアーム２の先端
部２ｂに軸２９を介して連結されており、この支持ベー
ス３１と第２のアーム２とは相対回転可能となってい
る。第２の平行リンク４Ｂの両端部は、リンクベース４
０および支持ベース３１に対して軸４２ａ，４２ｂを介
して回転可能に連結されている（図２においては、第２
の平行リンク４Ｂを省略している）。第２の平行リンク
４Ｂ、リンクベース４０、第２のアーム２および支持ベ
ース３１は、それらの連結点を結ぶと平行四辺形となる
リンク機構を構成しており、リンクベース４０の姿勢が
一定に維持される作用と相まって、支持ベース３１は、
第２のアーム２の回転角度には関係なく常に一定の姿勢
を維持するようになっている。

【００３０】次に、産業用ロボットＡの作用について説
明する。

【００３１】まず、第１アーム１が、図４に示すよう
に、鉛直線ＶL に対して角度θだけ傾斜した姿勢にある
状態において、モータＭを駆動させることにより、この
第１のアーム１を中心軸Ｃ１周りの矢印Ｎ２方向に角度
θだけ回転させる場合について考察する。第１のアーム
１が上記回転を行なうと、この第１のアーム１は、同図
の仮想線に示すように鉛直方向に起立した姿勢となる。
その際、リンクベース４０は、第１のアーム１に伴って
中心軸Ｃ１周りに移動するものの、第１の平行リンク４
Ａの役割により、その姿勢は変化しない。このことによ
り、第１のアーム１とリンクベース４０との間には、相
対回転が生じる。このため、リンクベース４０に固定さ
れている第１の歯車５Ａは、第２および第３の歯車５
Ｂ，５Ｃを矢印Ｎ３方向に角度θだけ回転させることと
なる。

【００３２】第２および第３の歯車５Ｂ，５Ｃが上記回
転を行なうと、第４の歯車５Ｄは、第２および第３の歯
車Ｂ，５Ｃとは反対方向に回転する。すると、第２のア
ーム２は、中心軸Ｃ２を中心として矢印Ｎ４方向に回転
することとなる。第３および第４の歯車５Ｃ，５Ｄの歯
数比は、２：１であるから、第２のアーム２の上記方向
への回転角度は、２θとなる。一方、第２のアーム２
は、第１のアーム１が角度θだけ矢印Ｎ２方向に回転し
たときには、図４の符号ｎ１で示す姿勢となり、第２の
アーム２自体を独自に回転させなくても、当初の姿勢か
らみると、角度θだけ矢印Ｎ２方向に回転したのと同様
となる。したがって、第３および第４の歯車５Ｃ，５Ｄ
の噛み合いにより、第２のアーム２が矢印Ｎ５方向に２
θだけ回転すると、図５に示すように、第２のアーム２
を初期の姿勢に対して中心軸Ｃ２周りの矢印Ｎ５方向に
θだけ回転させた姿勢にすることができる。

【００３３】このように、アーム動作機構Ｂにおいて
は、中心軸Ｃ１を中心として第１のアーム１を一定方向
に適当な角度だけ回転させると、第２のアーム２は、中
心軸Ｃ２を中心として元の姿勢から第１のアーム１と同
一回転角度だけ第１のアーム１とは反対方向に回転する
こととなる。その結果、第２のアーム２の先端部２ｂの
軸２９については、たとえば鉛直線ＶL 上に常に位置す
るように鉛直方向に移動させることができる。このた
め、この産業用ロボットＡにおいては、支持機構部３を
鉛直方向に昇降させることができ、ハンド部材３０を利
用してワークの移動作業を行なうのに好都合となる。

【００３４】既述したように、第２のアーム２の回転
は、第１ないし第４の歯車５Ａ〜５Ｄから構成される機
構がリンクベース４０と第１のアーム１との相対回転に
基づいて所定動作を行なうことによりなされる。したが
って、本実施形態のアーム動作機構Ｂにおいては、たと
えばモータＭの駆動回転力を第２のアーム２まで伝達す
るためのシャフトを第１のアーム１の内部に設けたり、
あるいは第２のアーム２を回転させるための専用のモー
タを別途追加して設けるといった必要はない。図面にお
いては、第１ないし第４の歯車５Ａ〜５Ｄを比較的大き
なサイズで示しているが、これらの歯車５Ａ〜５Ｄとし
ては、比較的小サイズのものを利用することが可能であ
る。したがって、第１および第２のアーム１，２につい
ては、それらの内部に大型の部品を収容するように構成
する必要がなくなり、それらの全体の幅や厚みを小さく
することができる。また、第１および第２のアーム１，
２や、これらに付属する可動部分全体の軽量化を図るこ
ともできるために、各アームを回転させるときの慣性を
小さくし、動作性能をよくすることも可能となる。

【００３５】本願発明の内容は、上記実施形態に限定さ
れるものではない。本願発明に係るアーム動作機構およ
び産業用ロボットの各部の具体的な構成は、種々に設計
変更自在である。

【００３６】上記実施形態においては、リンクベースに
固定させた第１の歯車と第１のアームに回転自在に支持
された第２の歯車とを噛み合わせておくことにより、第
１のアームとリンクベースとの相対回転に基づいて第２
歯車が回転するようにしているが、本願発明はこれに限
定されない。本願発明においては、たとえば第１のアー
ムに第１の歯車を固定させて取り付けておくとともに、
リンクベースに第２の歯車を回転自在に支持させること
により、第１のアームとリンクベースとの相対回転に基
づいて上記第２の歯車が回転するように構成することも
できる。

【００３７】本願発明においては、本願発明でいう回転
体および機構部を歯車以外の要素を用いて構成すること
もできる。たとえば上記実施形態の第２の歯車５Ｂの回
転力を利用して第２のアーム２を回転させるための機構
部としては、歯車５Ｃ，５Ｄに代えて、タイタミングプ
ーリとタイミングベルトとを組み合わせた機構、あるい
はスプロケットとチェーンとを組み合わせた機構を用い
て構成することも可能である。

【００３８】本願発明に係るアーム動作機構は、第２の
アーム２の先端部に昇降動作を行なわせるように用いる
ことのに適するが、やはりこれに限定されず、第２のア
ーム２の先端部に水平直進動作を行なわせるように用い
ることもできる。より具体的には、本願発明に係るアー
ム動作機構は、たとえば図３に示したワーク保持用のハ
ンド部材３０を水平移動させるための機構として利用す
ることもできる。もちろん、これ以外の用途にも利用す
ることが可能であり、具体的な使用態様は限定されな
い。

【００３９】本願発明に係る産業用ロボットは、必ずし
もコ字状のハンド部材を備えたトランスファロボットに
限定されず、溶接ロボットなどの他の種類のロボットと
して構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係るアーム動作機構を備えた産業用
ロボットの一実施形態を示す側面図である。

【図２】図１に示す産業用ロボットの断面図である。

【図３】ワーク支持機構部の一例を示す概略斜視図であ
る。

【図４】図１に示す産業用ロボットの動作説明図であ
る。

【図５】図１に示す産業用ロボットの動作説明図であ
る。

【図６】従来技術の一例を示す側面図である。

【符号の説明】

Ａ 産業用ロボット Ｂ アーム動作機構 Ｃ１ 支持部の中心軸 Ｃ２ 連結部の中心軸 １ 第１のアーム １ａ 基端部（第１のアームの） １ｂ 先端部（第１のアームの） ２ 第２のアーム ２ａ 基端部（第２のアームの） ２ｂ 先端部（第２のアームの） ３ ワーク支持機構部 ４Ａ 第１の平行リンク（平行リンク） ５Ａ〜５Ｄ 第１ないし第４の歯車 ７ 連結部 ４０ リンクベース ６１ａ 出力回転板（支持部）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基端部を支持する支持部の中心軸周りに
   回転可能な第１のアームと、この第１のアームの先端部
   に連結部を介して基端部が連結された第２のアームと、
   上記第１のアームに対して相対回転可能に連結されたリ
   ンクベースと、このリンクベースを一定姿勢に維持させ
   たまま上記第１のアームの回転に伴わせて移動可能とす
   る平行リンクと、を有している、アーム動作機構であっ
   て、 上記第１のアームが回転するときにこの第１のアームと
   上記リンクベースとの相対回転に基づいて回転する回転
   体と、 この回転体の回転によって上記第２のアームを上記連結
   部の中心軸周りに回転させる機構部と、 を具備していることを特徴とする、アーム動作機構。
2. 【請求項２】 上記リンクベースに固定して取り付けら
   れた第１の歯車を具備しており、かつ上記回転体は、上
   記第１の歯車と噛み合うようにして上記第１のアームに
   回転可能に支持された第２の歯車である、請求項１に記
   載のアーム動作機構。
3. 【請求項３】 上記機構部は、上記第２の歯車と一体的
   に回転する第３の歯車と、上記連結部と同心に配され、
   かつ上記第３の歯車と噛み合うようにして上記第２のア
   ームに固定して取り付けられた第４の歯車と、を具備し
   ている、請求項２に記載のアーム動作機構。
4. 【請求項４】 上記第２のアームは、上記連結部の中心
   軸周りに上記第１のアームの回転方向とは反対方向に上
   記第１のアームの回転角度の２倍の角度だけ回転するよ
   うに構成されている、請求項３に記載のアーム動作機
   構。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載のア
   ーム動作機構を具備していることを特徴とする、産業用
   ロボット。
6. 【請求項６】 上記アーム動作機構は、上記第２のアー
   ムの先端部が鉛直方向に移動可能に設けられており、か
   つ上記第２のアームの先端部には、ワーク保持用のハン
   ド部材を鉛直軸周りに回転自在にするとともに水平方向
   に往復移動自在とするワーク支持機構部が支持されてい
   る、請求項５に記載の産業用ロボット。