JP2002326182A - 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
アーム動作機構およびこれを備えた産業用ロボットInfo
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Abstract
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10aが支持部47に支持され、か
つこの支持部47の中心軸C1周りに回転可能な第1の
アーム1Aと、この第1のアーム1Aの先端部11aに
第1の連結部7Aを介して連結されたリンクベース5
と、このリンクベース5に第2の連結部7Bを介して基
端部20aが連結された第2のアーム2Aと、リンクベ
ース5の姿勢を一定に維持するための平行リンク4A
と、駆動用のモータMと、を有している、アーム動作機
構であって、モータMは、リンクベース5に搭載されて
おり、かつリンクベース5には、モータMの駆動力によ
って第1および第2のアーム1A,2Aに第1および第
2の連結部7A,7Bの中心軸C2周りの回転力を生じ
させる機構部6が設けられている。
Description
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。
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4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とを備えている。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。
動させて第1のアーム91を固定支点97周りの矢印N
a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。第2のアーム92は、モータM1の駆動力によ
って回転し、それ専用のモータを設ける必要はないた
め、たとえば2つのモータを用いて第1および第2のア
ーム91,92をそれぞれ別々に回転させる構造のもの
と比較すると、全体のコストを低減化することができ
る。
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80b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。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8
1を第1のアーム91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、第1のアーム91を長くする場合
には、シャフト81やこのシャフト81を支持するため
の支持機構が大きなサイズとなり、これらを第1のアー
ム91に体裁良く組み付けるのに苦慮する場合があっ
た。
出されたものであって、アームの長短などには関係な
く、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。
は、次の技術的手段を講じている。
アーム動作機構は、基端部が支持部に支持され、かつこ
の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第1の連結部を介して連結さ
れたリンクベースと、このリンクベースに第2の連結部
を介して基端部が連結された第2のアームと、上記リン
クベースの姿勢を一定に維持するための平行リンクと、
駆動用のモータと、を有している、アーム動作機構であ
って、上記モータは、上記リンクベースに搭載されてお
り、かつ上記リンクベースには、上記モータの駆動力に
よって上記第1および第2のアームに上記第1および第
2の連結部の中心軸周りの回転力を生じさせる機構部が
設けられていることを特徴としている。
動させると、その駆動力が上記機構部の働きにより上記
第1および第2のアームに伝達され、これらには上記第
1および第2の連結部の中心軸周りの回転力が作用す
る。一方、上記リンクベースは上記平行リンクの働きに
よりその姿勢が変化することがないため、上記第1のア
ームと上記リンクベースとの間に上記第1の連結部の中
心軸周りの回転力を生じると、この回転力の作用によ
り、上記第1のアームは上記支持部の中心軸周りに回転
することとなる。上記第2のアームについては、上記第
2の連結部の中心軸周りの回転力により、そのままその
中心軸周りに回転する。したがって、上記第2のアーム
の先端部には、昇降動作などの所定の移動動作を適切に
行なわせることができる。
ンクベースに搭載されているために、このモータの駆動
力を上記第1および第2のアームに伝達するための機構
部については、上記第1および第2のアームの全長寸法
などには関係なく、比較的小さなサイズに製作すること
ができる。本願発明においては、従来とは異なり、第1
のアームと略同等長さの部品を用いてモータの駆動力を
アームに伝達するといった必要はない。したがって、第
1のアームの全長を長くする場合の設計製作が容易化さ
れる。
は、上記機構部は、上記第1および第2のアームを上記
第1および第2の連結部の中心軸周りに互いに反対方向
に同一の角速度で回転させる力を発生させるように構成
されている。
ムが上記支持部の中心軸周りに回転する方向と、上記第
2のアームが上記第2の連結部の中心軸周りに回転する
方向とは、互いに反対となる。また、その際の回転角度
は、同一となる。したがって、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。
ては、上記機構部は、上記モータにより駆動回転される
第1の傘歯車と、この第1の傘歯車に噛み合う第2の傘
歯車が入力軸に取り付けられ、かつ出力軸が上記第1の
アームに連結されている第1の減速機と、上記第1の傘
歯車に噛み合う第3の傘歯車が入力軸に取り付けられ、
かつ出力軸が上記第2のアームに連結されている第2の
減速機と、を備えている。
機構の特質により、上記第2の傘歯車と上記第3の傘歯
車との回転方向とを互いに反対方向にし、かつそれらの
角速度を同一にすることが簡単に行なえることとなり、
上記第1および第2のアームを互いに反対方向に同一角
度で回転させることが容易に達成される。また、上記第
1および第2の減速機が本来有する機能により、モータ
の回転を減速して、上記第1および第2のアームの回転
速度を適度な速度にしたり、それらのトルクを大きくす
ることができるといった利点も得られる。
ては、上記第1および第2のアームは、一対ずつ設けら
れているとともに、これら一対ずつの第1および第2の
アームのそれぞれは、上記リンクベースを挟むようにし
て互いに連結されている。
のアームによって上記リンクベースを両持ち状に支持す
ることができ、それらの機械的強度や安定性を高めるこ
とができる。また、上記一対の第2のアームについて
も、機械的強度やバランスの良いものにすることができ
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。
の側面によって得られるのと同様な効果が期待できる。
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。
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。
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。
形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
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、ワークを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。
場所に固定されるベース部材49と、一対の第1のアー
ム1A,1Bと、一対の第2のアーム2A,2Bと、リ
ンクベース5と、第1および第2の平行リンク4A,4
Bと、駆動用のモータMと、リンクベース5に組み込み
まれた機構部6とを具備して構成されている。
部に空間部が形成された中空状であり、これらはその先
端部11a,11b間にリンクベース5を挟むようにし
て並んでいる。これら第1のアーム1A,1Bの基端部
10a,10bは、ベース部材49に設けられた一対の
支持部47にベアリングなどを介して支持されている。
これにより、第1のアーム1A,1Bは、支持部47の
水平方向に延びる中心軸C1周りに回転可能となってい
る。第2のアーム2A,2Bのそれぞれも、第1のアー
ム1A,1Bと同様に、内部に空間部が形成された中空
状であり、これらはその基端部20a,20b間にリン
クベース5を挟むようにして並んでいる。リンクベース
5は、内部に機構部6を収容可能な中空状部分を有して
いる。
A,2Bおよびリンクベース5は、第1および第2の連
結部7A,7Bを介して互いに連結されており、かつこ
れら第1および第2の連結部7A,7Bの水平方向に延
びる中心軸C2周りに相対回転可能となっている。本実
施形態においては、第1および第2の連結部7A,7B
のそれぞれの中心軸C2は、一致している。第1の連結
部7Aは、たとえば第2のアーム2Bの基端部20bに
形成された孔部に、リンクベース5の幅方向一端部と第
1のアーム1Aの先端部11aの一部分とが直接的にま
たはベアリングなどを介して間接的に嵌合した構造を有
している。第2の連結部7Bは、第2のアーム2Aの基
端部20aに形成された凹部に、リンクベース5の幅方
向他端部が回転可能に嵌合しているとともに、第2のア
ーム2Aの基端部20aと第1のアーム1Bの先端部1
1bとの一部分どうしが互いに嵌合した構造を有してい
る。
り、その下端部は、ベース部材49のブラケット48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5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5、第1のアーム1A,1B、およびベース部材4
9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5は、第1のアーム
1A,1B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。
定して取り付けられている。機構部6は、モータMの出
力軸60の回転力を第1および第2のアーム1A,2A
に伝達する役割を果たす部分であり、第1および第2の
減速機61A,61Bを具備して構成されている。これ
ら第1および第2の減速機61A,61Bとしては、た
とえば遊星歯車機構を利用した従来既知のものが用いら
れている。
は、モータMの出力軸60に装着された第1の傘歯車6
9aに入力軸62aに装着された第2の傘歯車69bを
噛み合わせた構造を介して行なわれるように構成されて
いる。第1の減速機61Aの出力軸62bは、第1のア
ーム1Aの先端部11aに連結されており、この出力軸
62bの回転力により、第1のアーム1Aの先端部11
aには中心軸C2周りの回転力が作用するようになって
いる。後述するように、この中心軸C2周りの回転力
は、第1のアーム1A,1Bを支持部47の中心軸C1
周りに回転させる力となる。
は、その入力軸63aに取り付けられた第3の傘歯車6
9cが第1の傘歯車69aに噛み合っている構造により
行なわれるように構成されている。この第2の減速機6
1Bの出力軸63bは、第2のアーム2Aの基端部20
aに連結されており、この出力軸63bの回転力によ
り、第2のアーム2A,2Bが中心軸C2周りに回転す
るようになっている。第2および第3の傘歯車69b,
69cは、互いに向かい合っており、その歯数は同一で
ある。したがって、これら第2および第3の傘歯車69
b,69cの回転方向は互いに反対方向であって、かつ
その回転数(角速度)は同一である。
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
C3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。
Bの先端部21a,21bに一対の軸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2A,
2B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5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。第2の平行リンク4B、リンクベース5、第2
のアーム2A,2B、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
ている。支持ベース31は、リンクベース5の姿勢が一
定に維持される作用と相まって、第2のアーム2A,2
B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。
明する。
を駆動させることにより、その出力軸60をたとえば矢
印N2方向に回転させると、第1の減速機61Aの出力
軸62bは、第1のアーム1Aの先端部11aをリンク
ベース5に相対させて中心軸C2周りの一定方向に回転
させようとするトルクT1を発生させる。ただし、第1
のアーム1Aの基端部10aは、支持部47に支持され
ているため、この第1のアーム1Aが中心軸C2周りに
回転することはない。その一方、リンクベース5は、既
述したとおり、その姿勢は一定に維持されるものであ
り、このリンクベース5自体も中心軸C2周りに回転す
ることはない。このようなことにより、第1のアーム1
A,1Bは、上記のトルクT1に基づいて、支持部47
の中心軸C1周りの矢印N3方向に回転することとなる
(図1参照)。この際の矢印N3の回転方向は、トルク
T1の方向と同一となる。
は、第2のアーム2Aの基端部20aをリンクベース5
に相対させて中心軸C2周りに回転させるトルクT2を
発生させる。このため、第2のアーム2A,2Bは、中
心軸C2周りの矢印N4方向、すなわちトルクT2と同
方向に回転する。既述したとおり、第2および第3の傘
歯車69b,69cの回転方向は互いに反対であるとと
もに、それらの角速度は同一であるから、第1のアーム
1A,1Bの中心軸C1周りの回転方向と、第2のアー
ム2A,2Bの中心軸C2周りの回転方向とは互いに反
対方向になるとともに、それらが回転するときの角度を
同一にすることができる。
ては、中心軸C1を中心として第1のアーム1A,1B
を一定方向に適当な角度だけ回転させるときには、第2
のアーム2A,2Bが、中心軸C2を中心として元の姿
勢から第1のアーム1A,1Bと同一角度だけ第1のア
ーム1とは反対方向に回転する。その結果、第2のアー
ム2A,2Bの各先端部の軸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直線的に移動させる
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Wの移動作業を行
なうのに好適となる。
たとおり、リンクベース5に取り付けられたモータMの
駆動力を、第1のアーム1Aの先端部11aと第2のア
ーム2Aの基端部20aとに作用させることにより、第
1のアーム1A,1Bおよび第2のアーム2A,2Bの
所定の回転動作が行なえるようにしている。したがっ
て、たとえばモータMの駆動力を第1のアーム1Aの基
端部10aまで伝達するためのシャフトを第1のアーム
1Aに組み付けるといった必要はない。したがって、各
アームについては、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、モータMがリン
クベース5に取り付けられていることにより、このモー
タMとこのモータMの駆動力を受ける第1のアーム1A
の先端部11aとの間の距離、およびこのモータMと第
2のアーム2Aの基端部20aとの間の距離をそれぞれ
短くすることができるために、これらの間においてモー
タMの駆動力を伝達する役割を果たす機構部6のサイズ
を小さくし、その軽量化を図ることも可能である。
は、リンクベース5の両端部が一対の第1のアーム1
A,1Bによって支持された構造とされているために、
リンクベース5の支持を安定したものにすることがで
き、このリンクベース5にモータMや機構部6を搭載す
るのに都合がよい構造となっている。また、一対の第2
のアーム2A,2Bも、リンクベース5を挟むようにし
て互いに連結された構造とされているために、これら第
2のアーム2A,2Bの全体の強度を高め、かつこれら
の回転動作を安定したものにすることもできる。
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。
のアームのそれぞれを一対ずつ具備するものとして構成
されているが、本願発明はこれに限定されない。本願発
明においては、たとえば図2に示した構成において、第
1のアーム1Bと第2のアーム2Bとが設けられていな
い構造とすることもできる。このようにすれば、アーム
総数を少なくし、全体の製造コストを低減化するのに好
適となる。ただし、第1および第2のアームを1本ずつ
にした場合には、リンクベースが第1のアームに片もち
状に支持されることとなるため、アーム動作機構の機械
的強度や耐久性などを高める観点からすれば、上記実施
形態のように、第1および第2のアームが一対ずつ具備
され、かつリンクベースが一対の第1のアームによって
両持ち状に支持された構造にすることが好ましい。
に、第1および第2のアームを一対ずつ具備するものと
して構成した場合には、第1および第2の連結部7A,
7Bのそれぞれの中心軸を一致させなければ、第1およ
び第2のアームに所定の円滑な回転動作を行なわせるこ
とは困難である。これに対し、第1および第2のアーム
を1本ずつにした場合には、第1および第2の連結部7
A,7Bのそれぞれの中心軸が、仮に同一直線上になく
ても、第1および第2のアームに所定の回転動作を行な
わせることが可能である。したがって、本願発明におい
ては、第1および第2の連結部7A,7Bのそれぞれの
中心軸が一致しているか、不一致であるかは問わない。
部を減速機以外の要素を用いて構成することもできる。
たとえば駆動用のモータとして、減速機付き(減速機内
蔵型の)モータを用いれば、機構部に減速機を用いなく
ても、第1および第2のアームを適度な角速度で回転さ
せることが可能である。また、本願発明でいうモータと
は、電動モータに限らず、たとえば油圧などによって駆
動するモータも含む広い概念である。
アームの先端部に昇降動作を行なわせる用途に用いるの
に適するが、やはりこれに限定されず、第2のアームの
先端部に水平直進動作を行なわせる用途に用いることも
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。
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。
ロボットの一実施形態を示す側面図である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 基端部が支持部に支持され、かつこの支
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第1の連結部を介して連結された
リンクベースと、このリンクベースに第2の連結部を介
して基端部が連結された第2のアームと、上記リンクベ
ースの姿勢を一定に維持するための平行リンクと、駆動
用のモータと、を有している、アーム動作機構であっ
て、 上記モータは、上記リンクベースに搭載されており、か
つ、 上記リンクベースには、上記モータの駆動力によって上
記第1および第2のアームに上記第1および第2の連結
部の中心軸周りの回転力を生じさせる機構部が設けられ
ていることを特徴とする、アーム動作機構。 - 【請求項2】 上記機構部は、上記第1および第2のア
ームを上記第1および第2の連結部の中心軸周りに互い
に反対方向に同一の角速度で回転させる力を発生させる
ように構成されている、請求項1に記載のアーム動作機
構。 - 【請求項3】 上記機構部は、上記モータにより駆動回
転される第1の傘歯車と、この第1の傘歯車に噛み合う
第2の傘歯車が入力軸に取り付けられ、かつ出力軸が上
記第1のアームに連結されている第1の減速機と、上記
第1の傘歯車に噛み合う第3の傘歯車が入力軸に取り付
けられ、かつ出力軸が上記第2のアームに連結されてい
る第2の減速機と、を備えている、請求項1または2に
記載のアーム動作機構。 - 【請求項4】 上記第1および第2のアームは、一対ず
つ設けられているとともに、これら一対ずつの第1およ
び第2のアームのそれぞれは、上記リンクベースを挟む
ようにして互いに連結されている、請求項1ないし3の
いずれかに記載のアーム動作機構。 - 【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。 - 【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。
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JP2001128747A JP2002326182A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | アーム動作機構およびこれを備えた産業用ロボット |
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JP (1) | JP2002326182A (ja) |
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