JP2004074406A - アーム連動機構 - Google Patents

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Abstract

 【課題】 高清浄な作業空間への塵埃の落下を確実に防止することのできるアーム連動機構を提供する。
 【解決手段】 ロボットアーム10の基端側アーム部分11b及び12bを連動させるアーム連動機構15は、第1リンク21a、21b及び第2リンク22a、22bを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、基端側アーム部分11bを回動させる両クランク機構20と、第3リンク23a、23b及び第4リンク24、22aを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、基端側アーム部分12bを回動させる両クランク機構30とを備え、両クランク機構20及び30の特定のリンク間挟角が互いに一致するよう基端側アーム部分11b及び12bの回動中心付近で両クランク機構20及び30の特定のリンク22aを一体に連結して、基端側アーム部分11b及び12bが互いに接近及び離隔する方向に連動して回動するようにする。
【選択図】 図1

Description

 本発明は、屈曲により伸縮動作するロボットアームのアーム連動機構に関する。
 屈曲により伸縮動作をするようなロボットアームは、例えば半導体ウエハや精密部品等のワーク(被処理物)をその製造工程に従って移送したり、所定の作業台上にローディングしたりするのに使用されている。
 この種のロボットアームとしては、平行な複数のリンクで構成したロボットアームの関節部に、これら複数のリンクを互いに平行姿勢に保つ同期歯車を設けて、ハンドの向きを一定に保つよう複数のリンクを連動させながらハンドを前後に移動させるものがある(例えば特許文献1参照。)。また、左右の屈曲アームの基端部に同期歯車やベルト及びプーリを含む同期連動機構を設けて、両アームを同期させながら伸縮駆動するものが知られている(例えば特許文献2参照。)。
特開平7−227777号公報 特開平9−272084号公報
 しかしながら、上記従来のアーム連動機構にあっては、半導体ウエハや精密部品等のワークを移送するロボットにアーム連動用の同期歯車やベルト、プーリ等を採用していたため、これら連動機構から半導体ウエハ等を扱う高清浄の作業空間内に塵埃が落下し易いという問題があった。
 そこで、本発明は、高清浄な作業空間への塵埃の落下を確実に防止することのできるアーム連動機構を提供するものである。
 本発明は、上記課題を解決するため、逆回転伝達用の両クランク機構を一方及び他方のアームに対応して設け、これらを片側のクランク部分で重ね合せ又は結合してそのクランク部分のリンク間挟角を同一にし、残りのクランク部分によりアームを駆動するようにして、一方及び他方のアームを連動させるものである。
 すなわち、本発明に係るアーム連動機構は、互いに回動可能な一方のアーム及び他方のアームを備えたロボットアームの前記一方及び他方のアームを連動させるアーム連動機構であって、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比を有する第1リンク及び第2リンクを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、前記一方のアームを回動させる一方の四節機構と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比を有する第3リンク及び第4リンクを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、前記他方のアームを回動させる他方の四節機構とを備え、該一方及び他方の四節機構の特定のリンク間挟角が互いに一致するよう前記一方及び他方のアームの回動中心付近で一方及び他方の四節機構の特定のリンク同士を一体に連結して、前記一方及び他方のアームが互いに接近及び離隔する方向に連動して回動するようにしたことを特徴とする。
 この発明では、同期歯車やベルト、プーリ等を用いることなく、一方及び他方のアームを簡素な構成で連動させることが可能になる。また、前記第2リンク及び連結リンクが同一長さを有するとともに、前記一対の第1リンクが互いに同一長さを有し、前記第3リンクと前記第4リンクの長さの比が、前記第2リンクと第1リンクの長さの比と等しいようにするので、逆回転伝達用の四節リンク機構が両クランクの角速度は厳密には一致しないが、重ねられたクランク部分に対する残りの一対のクランク部分を同期させることができる連動機構となる。
 本発明によれば、逆回転伝達用の両クランク機構を一方及び他方のアームに対応して設け、これらを片側のクランク部分でそのリンク間挟角が同一となるように重ね合せ又は結合し、残りのクランク部分によりアームを駆動するアーム連動機構を設けているので、同期歯車やベルト、プーリ等を用いることなく、一方及び他方のアームを連動させることができ、使用環境が清浄空間である場合に塵埃が落下するという問題を解消することができる。
 以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
 図1〜図4は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第1実施形態を示す図であり、本発明を半導体ウエハ等のハンドリング用ロボットに適用した例を示している。
 同図において、10はハンドリングロボットで、このロボット10は、それぞれ関節部11a,12aにおいて逆方向に「く」の字形状に屈曲してひし形のアーム形状をなし、その屈曲形状の変化により伸縮する一方及び他方の伸縮アーム11,12(屈曲アーム)を備えており、更に、両アーム11,12の先端部に装着された所定形状のハンド13と、伸縮アーム11,12を連動させるアーム連動機構15と、を備えている。
 伸縮アーム11,12の関節構造やアーム構造は従来の構成と共通するので、詳述しないが、伸縮アーム11,12は共に、基端側アーム部分11b,12bと、先端側アーム部分11c,12cとを有し、これらが関節部11a,12aを介して相互に回動可能に結合されている。また、ハンド13は、所定のワークである半導体ウエハ等をハンドリング可能なように、例えばそのワークの被把持部形状に対応する凹部13aを有している。なお、ここでハンドとは、把持のみならず、載置台のようなものをも含み、ハンド13としてはその作業内容に応じて公知の各種タイプのものが任意に使用できる(以下の実施例についても同様である)。
 アーム連動機構15は、図2に示すように、一対の第1リンク21a、21b(図2中のOB,DE)をこれらより長い第2リンク22aの両端部に連結し、両第1リンク21a,21bを第2リンク22aと交差する連結用の第2リンク22b(以下、連結リンク22bという)で連結して構成された一方の両クランク機構20を具備しており、一方の両クランク機構20は、第2リンク22aに対し、一対の第1リンク21a,21bを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。なお、ここで、リンク同士の連結とは、特に一体的に連結といわない限り、回動自在な連結を意味する。
 また、アーム連動機構15は、第2リンク22aの両端部に揺動自在に連結された一対の第3リンク23a,23bを、互いに交差させるとともに、第2リンク22aと同一長さの第4リンク24で連結して構成された他方の両クランク機構30を具備している。この両クランク機構30は、第3リンク23a,23bに対して、第2リンク22aと第4リンク24とを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
 また、前記一方及び他方の両クランク機構20,30はそれぞれ、少なくとも一辺と一つの頂角(図2のリンク部分OB、DEと二つの三角形の対頂角∠OX1B、∠DX1E)が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっており、一方の両クランク機構20で形成される二つの小三角形(ΔOBX1及びΔDEX1)と他方の両クランク機構30で形成される二つの大三角形(ΔODX2及びΔFGX2)とが相似形状をとり得るように、各リンク長さが設定されている。すなわち、第2リンク22a及び連結リンク22bは互いに同一の長さL2(図1中のOD間、BE間の長さ)を有し、一対の第1リンク21a,21bは互いに同一の長さL1(図1中のOB間、DE間の長さ)を有し、第3リンク23a,23bの長さL3(図1中のOG間、DF間の長さ)と第2リンク22a(及び連結リンク22b)の長さL2との比(L3/L2)、並びに第3リンク23a,23bの長さL3と第4リンク24の各リンク長さL4との所定の長さの比(L3/L4)は、共に、第2リンク22aと第1リンク21a,21bとの長さの比(L2/L1)と等しくなっている。
 また、第2リンク22aの一端側(図2の上側)の第1リンク21a及び第3リンク23aには、前記一方及び他方の伸縮アーム11,12の基端側(図2の下側)アーム部分11b,12bがそれぞれ一体的に連結されており、第2リンク22aの他端側の第1リンク21b及び第3リンク23bは互いに一体に結合されている。そして、第2リンク22a及び第1リンク21bのなす角度θが変化するとき、一方及び他方の伸縮アーム11,12の基端側アーム部分11b,12bがその先端部を互いに接近及び離隔する方向に連動して回転することで、これら伸縮アーム11,12が図1に示す収縮状態及び図3に示す伸張状態をとり得るように伸縮動作するようになっている。
 さらに、図4に示すように、第1リンク21aは第1駆動軸31に支持されて中心Oの回りに回動するようになっており、第2リンク22aは第1駆動軸31を取り囲む円筒状の第2駆動軸32に支持され、第1リンク21aの回動中心O回りに回動するようになっている。これらの駆動軸31,32は、互いに同軸に配置され、例えば図示しない第1及び第2の減速機内蔵型電動サーボモータに接続されている。
 なお、必要に応じて、例えば図4に示す各リンクの上下を変更することにより、アーム駆動用の駆動軸31を中空軸(円筒状)として外側に、旋回駆動用の駆動軸32を中実又は中空軸として内側に配置してもよい。すなわち、倒れを抑制する必要性の高い駆動軸、例えばアーム駆動側の駆動軸を外側に配置するようにしてアームの支持剛性を高めることができる。勿論、アーム11,12をそれぞれ独立して駆動し、両アーム11,12を互いに逆方向に同一の角速度で回動させる駆動方式であれば、一対のアーム駆動軸の内外の選択は任意である。
 ここで、第1駆動軸31は、第2リンク22aを停止させた状態で、第1リンク21aを第2リンク22aの一端側ジョイント部Oを中心に回動させることにより、その第1リンク21aの回動に伴って、第2リンク22aの他端側ジョイント部Dを中心に第1リンク21bを逆方向に回動させ、更に、第1リンク21bと一体形成された第3リンク23bを第1リンク21bと同一角速度で同方向に回動させるようになっている。これにより、伸縮アーム11,12の基端側アーム部分11b,12bがその先端部を互いに接近及び離隔する方向に連動して回動し、伸縮アーム11,12が伸縮動作する。
 また、第1駆動軸31及び第2駆動軸32は、第1リンク21a及び第2リンク22aを同一方向に同一角速度で回動させることにより、伸縮アーム11,12及びハンド13をアーム連動機構15と共に、第1リンク21aの回動中心O回りに全体として旋回させることができる。すなわち、第1駆動軸31及び前記第1のサーボモータは本発明にいう第1の駆動源を、第2駆動軸32及び前記第2のサーボモータは本発明にいう第2の駆動源を、それぞれ構成している。
 また、本実施形態においては、片方の伸縮アーム12の関節部12aに、第5リンク25が回動自在に取り付けられており、この第5リンク25と第2リンク22aとの間には、これらのリンク22a,25を平行姿勢に保つよう片方の伸縮アーム12の基端側アーム部分12bを含む基端側平行クランク機構41が構成されている。この基端側平行クランク機構41は、第2リンク22aと一体に連結された第6リンク26と、伸縮アーム12の基端側アーム部分12bに対し平行になる向きで第5及び第6リンク25,26に連結された第7リンク27とを有しており、第5及び第6リンク25,26が同一長さL5を、伸縮アーム12の基端側アーム部分12b及び第7リンク27が同一長さL7を有することにより、第5リンク25を第2及び第6リンク22a、26に対し平行姿勢に保っている。
 また、第5リンク25は、片方のアーム12の先端部12cを含む先端側平行クランク機構42によって、ハンド13との間で平行姿勢を保つようになっている。この先端側平行クランク機構42は、第5リンク25と一体に連結された第8リンク28と、伸縮アーム12の先端側アーム部分12cに対し平行になる向きで第8リンク28及びハンド13に連結された第9リンク29とを有しており、第8リンク28及びハンド13が幅方向(図1中の左右方向)の同一長さL8を、伸縮アーム12の先端側アーム部分12c及び第9リンク29が同一長さL9を有することにより、第5リンク25とハンド13を互いに平行姿勢に保っている。すなわち、第5リンク25と基端側及び先端側平行クランク機構41,42とを介して、ハンド13の向きを旋回駆動用の第2リンク22aに対し常時一定に保持するようになっている。
 上述のように構成された本実施形態においては、従来のように同期歯車やベルト等を用いることなく、一方及び他方の伸縮アーム11,12を連動させることができる。しかも、第2リンク22a及び連結リンク22bが同一長さL2を有するとともに、一対の第1リンク21a,21bが互いに同一の長さL1を有し、第3リンク23a,23bと第2リンク22aとの長さの比(L3/L2)が、第2リンク22aと第1リンク21a,21bの長さの比(L2/L1)と等しいようにしていることから、逆回転伝達用の四節リンク機構である両クランク機構20,30の各一対のクランクの角速度は厳密には一致しないもののほぼ同等となり、重ねられた片側のクランク部分に対する残りの片側(アーム側)のクランク部分を同期して回動させることができる連動機構となる。したがって、半導体ウエハ等をハンドリングする真空チャンバー等の高清浄空間内に歯車やベルト、プーリ等を用いた伝動部分から塵埃が落下するといった不具合が解消できる。
 さらに、アーム連動機構における一方及び他方のアーム11,12を、それぞれ関節部11a,12aで「く」の字形状に屈曲し、その屈曲形状を変化させて伸縮する伸縮アームで構成しているので、両アーム11,12の先端部に所定のワークを把持可能なハンド13を装着した簡素なロボットアームとすることができる。
 また、第2駆動軸32の停止状態で、第1駆動軸31により第1リンク21a,21bの回動に伴って一方及び他方のアーム11,12を伸縮させ、第2駆動軸32の回転時には第1駆動軸31及び第2駆動軸32により第1リンク21a及び第2リンク22aを同一方向に回動させることで、両伸縮アーム11,12とハンド13とを第1リンク21aの回動中心O回りに全体として旋回させることができ、ワークを任意の位置に移送することができる。
 また、本実施形態においては、片方のアーム12の関節部12aに回動自在に取り付けられた第5リンク25と第2リンク22aを平行姿勢に保つよう片方のアーム12の基端側アーム部分12b(基端部)を含む基端側平行クランク機構41を構成するとともに、第5リンク25とハンド13を平行姿勢に保つよう片方のアーム12の先端側アーム部分12c(先端部)を含む先端側平行クランク機構42を構成しているので、第5リンク25と基端側及び先端側平行クランク機構41,42とを介してハンド13の向きを旋回駆動用の第2リンク22aに対し常時一定に保持することができる。したがって、ワークの移送時の姿勢を一定に保つことができ、安定した移送作業、ハンドリング作業が可能となる。
 図5〜図7は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第2実施形態を示す図である。なお、以下の説明においては、先に述べた実施形態の構成と同一又はそれに相当するものについてはこれと同一の符号を用いて簡単に説明する。
 同図において、50はハンドリングロボットで、このロボット50は、それぞれ関節リンク部51a,52aにおいて略「く」の字形状に屈曲し、その屈曲の形状を変化させて伸縮する一方及び他方の伸縮アーム51,52を備え、更に、両アーム51,52の先端部に装着された所定形状のハンド53と、伸縮アーム51,52を連動させるアーム連動機構55と、を備えている。
 伸縮アーム51,52は共に、基端側アーム部分51b,52bと、先端側アーム部分51c,52cとを有し、これらが関節リンク部51a,52aを介して相互に回動可能に結合されている。また、ハンド53は、所定のワークを把持可能なように、そのワークWの被把持部の輪郭形状に対応する凹部53aを有している。
 アーム連動機構55は、図5に示すように、一対の第1リンク61a、61bをこれらより長い第2リンク62aの両端部に連結し、両第1リンク61a,61bを第2リンク62aと交差する連結リンク62bで連結して構成された一方の両クランク機構60を具備しており、一方の両クランク機構60は、第1の駆動リンク58,59を介し駆動軸32A(図7参照)によって第1リンク61aが駆動されるとき、駆動軸31Aに連結された第2リンク62aに対して一対の第1リンク61a,61bを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
 このように第一の駆動リンク58,59を設けることによって、リンク51a,52aの点A、点Nのポイントを回動中心側にオフセットさせることができる。
 また、アーム連動機構55は、第2リンク62aの一部のリンク部分HI(図5中HIに渡るリンク)に揺動自在に連結されたリンク63aと第1リンク61bとを一対の第3リンクとして、これらのリンク63a,61bを互いに交差させるとともに、第2リンク62aの一部のリンク部分HI(片方の第4リンク)と同一長さの第4リンク64で連結して構成された他方の両クランク機構70を具備している。この両クランク機構70は、リンク63a,61bに対して、第2リンク62aの一部のリンク部分HIと第4リンク64とを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
 また、一方及び他方の両クランク機構60,70はそれぞれ、少なくとも一辺と一つの頂角が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっており、一方の両クランク機構60で形成される二つの大三角形と他方の両クランク機構70で形成される二つの小三角形とが相似形状をとり得るように、各リンク長さが設定されている。すなわち、第2リンク62a及び連結リンク62bは互いに同一の長さL2(図5中のGI間、DJ間の長さ)を有し、一対の第1リンク61a,61bは互いに同一の長さL1(図5中のDG間、JI間の長さ)を有し、リンク63a,61bの長さL3(図5中のHK間、IJ間の長さ)と第2リンク62aの一部のリンク部分HI及び第4リンク64の各リンク長さL4との比(L3/L4)は、第2リンク62aと第1リンク61a,61bとの長さの比(L2/L1)と等しくなっている。
 また、第1リンク61a及び第3リンク63aには、伸縮アーム51,52の各一対の平行リンクからなる基端側アーム部分51b,52bのうちいずれかのリンクが一体的に連結されている。そして、第2リンク62a及び第1(第3)リンク61bのなす角度θが変化するとき、一方及び他方の伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bがその先端部を互いに接近及び離隔する方向に連動して回転することで、これら伸縮アーム51,52が図5に示す収縮状態及び図6に示す伸張状態をとり得るように伸縮動作するようになっている。
 また、前記一方及び他方の伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bは、それぞれ関節リンク部51a,52aと第2リンク62aの一部のリンク部分HG(図5中のHGに渡るリンク)を同一長さとした平行クランク機構となっており、その関節リンク部51a,52aは第2リンク62aに対し平行姿勢に保たれている。そして、片側の関節リンク部52a(第5リンク)は片方のアーム52の先端部52cを含む先端側平行クランク機構72によってハンド53との間で平行姿勢を保つようになっている。この先端側平行クランク機構72は、第5リンクとしての関節リンク部52aと一体に連結された第8リンク68と、伸縮アーム52の先端側アーム部分52cに対し平行になる向きで第8リンク68及びハンド53に連結された第9リンク69とを有しており、第8リンク68及びハンド53が幅方向(図5中の左右方向)の同一長さL8を、伸縮アーム52の先端側アーム部分52c及び第9リンク69が同一長さL9を有することにより、関節部52aとハンド53を互いに平行姿勢に保つ姿勢保持機構となっている。すなわち、関節部52aと基端側及び先端側の平行クランク機構51b,52b、72とを介して、ハンド53の向きを旋回駆動用の第2リンク62aに対し常時一定に保持するようになっている。
 本実施形態においても、上述例と同様な作用効果を得ることができ、伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bをそれぞれ平行クランク機構とすることで、アームの剛性をより高めることができる。
 ところで、上述例では、同軸二軸のうち一方(好ましくは外側)の駆動軸32Aの回動時に他方(好ましくは内側)の駆動軸31Aを停止させてアームの伸縮動作を行い、両駆動軸31A,32Aを同一方向に同一速度で回動させてアーム旋回動作を行うようになっているが、図8及び図9に示すように、伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bに同軸二軸の駆動軸31B,32Bをそれぞれ(少なくとも片方に)配置し、両駆動軸31B,32Bを逆方向に等速回動させることによってアームの伸縮動作を行い、両駆動軸31B,32Bを同一方向に同一速度で回動させてアーム旋回動作を行うようにすることができる。
 図10及び図11は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第3実施形態を示す図である。
 同図において、80はハンドリングロボットで、このロボット80は両伸縮アーム51,52を連動させるアーム連動機構85を備えている。
 このアーム連動機構85は、図10に示すように、一対の第1リンク81a、81bをこれらより長い第2リンク82aの両端部に連結し、両第1リンク81a,81bを第2リンク82aと交差する連結リンク82bで連結して構成された一方の両クランク機構90を具備しており、一方の両クランク機構90は、第2リンク82aの停止状態で、第1の駆動リンク58,59を介して図外の駆動源によって第1リンク81aが駆動されるとき、第2リンク82aに対して一対の第1リンク81a,81bを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
 また、アーム連動機構85は、第2リンク82aの一部のリンク部分GH(図10中GHに渡るリンク)に揺動自在に連結された第3リンク83a,83bを互いに交差させるとともに、第2リンク82aの前記一部のリンク部分GHと同一長さの第4リンク84で連結して構成された他方の両クランク機構100を具備している。この両クランク機構100は、第3リンク83a,83bに対して、第1リンク82aの前記一部のリンク部分GHと前記第4リンク84とを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
 また、一方及び他方の両クランク機構90,100はそれぞれ、少なくとも一辺と一つの頂角(対頂角)が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっており、一方の両クランク機構90で形成される二つの小三角形と他方の両クランク機構100で形成される二つの大三角形とが相似形状をとり得るように、各リンク長さが設定されている。すなわち、第2リンク82a及び連結リンク82b(以下、第2リンク82a,82b)は互いに同一の長さL2(図10中のDI間、FH間の長さ)を有し、一対の第1リンク81a,81bは互いに同一の長さL1(図10中のDF間、HI間の長さ)を有し、第3リンク83a,83bの長さL3(図10中のGK間、HJ間の長さ)と第2リンク82aの一部のリンク部分GH及び第4リンク84の各リンク長さL4との比(L3/L4)は、第2リンク82a,82bと第1リンク81a,81bとの長さの比(L2/L1)と等しくなっている。
 また、リンク81a、83aには、伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bのうちいずれかのリンクが一体的に連結されている。そして、第2リンク82a及び第1リンク81bのなす角度θが変化するとき、一方及び他方の伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bがその先端部を互いに接近及び離隔する方向に連動して回転することで、伸縮アーム51,52が図10に示す収縮状態及び図11に示す伸張状態をとり得るように伸縮動作するようになっている。
 このように、伸縮アーム51,52のそれぞれの基端側アーム部分51b,52bに、各アームの関節部を構成するリンク51a,52a(第5リンク)と、その基端側アーム部分51b,52bの回動中心を通るリンク82aのリンク部分FG(第6リンク)と、片方の基端側アーム部分と平行なもう片方の基端側アーム部分51b,52b(第7リンク)と、を含む基端側平行クランク機構を構成し、伸縮アーム51の基端側アーム部分51bのうち何れか片方と、他方側の伸縮アーム52の基端側アーム部分52bのうち何れか片方との間に、アーム連動機構85を介在させることができる。
 そして、本実施形態においても、簡素なアーム連動機構85によって上述例と同様な作用効果を得ることができる。
 図12及び図13は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第4実施形態を示す図である。
 同図において、110はハンドリングロボットで、このロボット110は両伸縮アーム51,52を連動させるアーム連動機構115を備えている。
 このアーム連動機構115は、図12に示すように、一対の第1リンク121a、121bをこれらより長い第2リンク122aの一部のリンク部分LM(図12中のLMに渡るリンク)に連結し、両第1リンク121a,121bを第2リンク122aと交差する連結リンク122bで連結して構成された一方の両クランク機構120を具備しており、一方の両クランク機構120は、伸縮駆動リンク58,59を介して図外の駆動源によってアーム51の基端側アーム部分51bが駆動されるとき、第2リンク122aに対して一対の第1リンク121a,121bを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
 また、アーム連動機構115は、第2リンク122aの一部のリンク部分LMの両端部に揺動自在に連結された第3リンク123a,123bを互いに交差させるとともに、第2リンク122aの前記一部のリンク部分LMと同一長さの第4リンク124で連結して構成された他方の両クランク機構130を具備している。この両クランク機構130は、第3リンク123a,123bに対して、第2リンク122aの前記一部のリンク部分LMと第4リンク124とを互いに逆方向に連動して相対的に回動させるようになっている。
 また、一方及び他方の両クランク機構120,130はそれぞれ、少なくとも一辺と一つの頂角が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっており、一方の両クランク機構120で形成される二つの小三角形と他方の両クランク機構130で形成される二つの大三角形とが相似形状をとり得るように、各リンク長さが設定されている。すなわち、第2リンク122aの前記一部のリンク部分LM及び連結リンク122bは互いに同一の長さL2(図12中のLM間、KN間の長さ)を有し、一対の第1リンク121a,121bは互いに同一の長さL1(図12中のKL間、MN間の長さ)を有し、リンク123a,123bの長さL3(図中のLR間、MQ間の長さ)と第2リンク122a(及び連結リンク122b)の長さL2との比(L3/L2)は、第2リンク122aの一部リンク部分LMと第1リンク121a,121bとの長さの比(L2/L1)と等しくなっている。
 また、リンク121a、123aには、伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bのうちハンド53から離れた側のリンクが一体的に連結されており、第2リンク122a及び第1リンク121bのなす角度θが変化するとき、一方及び他方の伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bがその先端部を互いに接近及び離隔する方向に連動して回転することで、伸縮アーム51,52が図12に示す収縮状態及び図13に示す伸張状態をとり得るように伸縮動作するようになっている。
 さらに、本実施形態では、伸縮アーム51,52の基端側アーム部分51b,52bのうちハンド53側のリンクの間にも、両アームの同期連動した開閉動作を積極的に確保するよう他方及び一方の両クランク機構140,150からなるアーム連動機構145が設けられている。
 具体的には、両クランク機構140は、第1リンク141a,141bを第2リンク122aの一部のリンク部分IJとして構成された(即ちリンク部分IJと一体結合された)第2リンク142aの両端に揺動自在に連結するとともに、これらを交差させて連結リンク142bに連結したものであり、両クランク機構150は、第3リンク143a,143bを第2リンク142aの両端に連結するとともに、これらを交差させて第4リンク144に連結したものである。また、両クランク機構140は、少なくとも一辺(図12中のDE間、IJ間)と一つの頂角が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっており、両クランク機構150は、少なくとも一辺(図12中のIH間、JP間)と一つの頂角が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっている。そして、一方の両クランク機構140で形成される二つの小三角形と他方の両クランク機構150で形成される二つの大三角形とが相似形状をとり得るように、各リンク長さが設定されている。
 なお、図12に示すように、本実施形態における第8リンク68は、第5リンクとしての関節リンク部52a(図中TVに渡るリンク)と一体に連結されるが、その取付角度(∠SUV)は90度よりも小さい角度、好ましくは70〜85°となっており、伸縮アーム51,52が収縮した場合に図中のジョイント部YWSUで形成される平行四辺形が一直線上まで変形しないようにしている。
 このように、本実施形態においては、伸縮アーム51,52の基端側に2組のアーム連動機構115,145が設けられているから、上述例と同様な作用効果を得ることができ、しかも、追加されたアーム連動機構145は、クランク機構140,150におけるそれぞれ二つの三角形が上述の場合より高さの大きい(三角形がつぶれていない)形状となるため、アーム伸張時における関節部51a、52aのふらつきを確実に抑制することができ、十分な伸縮アーム剛性を確保することができる。
 図14〜図16は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第5実施形態を示す図である。
 同図において、160はハンドリングロボットで、このロボット160は、それぞれ関節部161a,162aにおいて「く」の字形状に屈曲し、その屈曲の形状を変化させて伸縮する伸縮アーム161,162を備えており、更に、両アーム161,162の先端部に装着された所定形状のハンド163と、伸縮アーム161,162を連動させるアーム連動機構165と、を備えている。
 伸縮アーム161,162の関節構造やアーム構造は従来の構成と共通するので、詳述しないが、伸縮アーム161,162共に、基端側アーム部分161b,162bと、先端側アーム部分161c,162cとを有し、これらが関節部161a,162aを介して相互に回動可能に結合されている。また、ハンド163は、所定のワークを把持可能なように、そのワークの被把持部の輪郭形状に対応する凹部163aを有している。また、これら伸縮アーム161,162の基端側アーム部分161b,162bは、両アーム161,162を旋回中心O回りに旋回させる旋回駆動リンク164の両端部に揺動自在に支持されており、さらに、伸縮アーム162の基端側延長部162dに連結された伸縮駆動リンク168、169を介して図外の駆動源により伸縮駆動される。
 一方、アーム連動機構165は、図15に示すように、第1リンク171aと、関節部161a,162aを連結する関節リンク166の一部を構成するリンク部分171bとを、これらより長い第2リンク172aの一端部F及び中間部Hに連結し、両第1リンク171a,171bを第2リンク172aと交差する一方の連結リンク172bで連結して構成された一方の両クランク機構170を具備している。ここで、一方の連結リンク172bは、アーム162の一部のリンク部分EG(図14中のEGに渡るリンク)で構成されており、第2リンク172aは中間部Hで関節リンク166に揺動自在に支持されている。この両クランク機構170は、旋回駆動リンク164が停止した状態で、アーム162の基端側アーム部分162bが伸縮駆動リンク168,169を介して図外の駆動源により駆動され、平行クランク機構を構成する図14中の四節リンクCDGJが変形するとき、基端側アーム部分162bと関節リンク166(その一部を構成するリンク部分171b)とのなす角度が変化するのに伴って、第2リンク172aに対し第1リンク171aをリンク部分171bとは逆方向に相対的に回動させるようになっている。
 また、第2リンク172aの中間部H及び他端部Iには一対の第3リンク173a,173bが揺動自在に連結されており、これら第3リンク173a,173bを互いに交差させるとともに第4リンク174で連結することにより、第3リンク173a,173bに対して第2リンク172aの他端部I及び第4リンク174を互いに逆方向に連動して回動させる他方の両クランク機構180が構成されている。ここで、第4リンク174は、アーム161の先端側の一部のアーム部分KJとして、アーム161に一体結合されている。
 さらに、前記各リンク171a,171b,172a,172b,173a,173b,174の長さは、一方及び他方の両クランク機構170,180が互いに相似形状をとり得るように設定されており、一方の連結リンク172bには伸縮アーム162の基端側アーム部分162bが、第4リンク174には伸縮アーム161の先端側アーム部分161cが、それぞれ連結され、第2リンク172aの他端側の第1リンク171b及び第3リンク173aが一体結合されることにより、一方及び他方の両クランク機構170、180が相似形状にされている。これにより、第2リンク172a及び第1リンク171bのなす角度が変化するとき、両アーム部分161c,162b(一方及び他方のアーム)が互いに接近及び離隔するよう平行クランク機構を構成する他のアーム部分161b,162cと共に同期・連動して回動する。
 なお、上述の場合と同様に、一方及び他方の両クランク機構170,180はそれぞれ、少なくとも一辺と一つの頂角(対頂角)が等しい二つの三角形状をなす四節リンク機構となっており、一方の両クランク機構170で形成される連結部EFGH間の二つの三角形と他方の両クランク機構180で形成される連結部HIKJ間の二つの三角形とが相似形状となる。また、第2リンク172aの前記一部のリンク部分FH及び連結リンク172bは互いに同一の長さL2(図11中のFH間、EG間の長さ)を有し、一対の第1リンク171a,171bは互いに同一の長さL1(図14中のEF間、GH間の長さ)を有し、リンク173a,173bの長さL3(図中のIK間、HJ間の長さ)と第2リンク172aの一部のリンク部分HI及び第4リンク172bの各リンク長さL4との比(L3/L4)は、第2リンク172aの一部リンク部分LMと第1リンク171a,171bとの長さの比(L2/L1)と等しくなっている。
 そして、第2リンク172a及び第1リンク171bのなす角度θが変化するとき、一方及び他方の伸縮アーム161,162の基端側及び基端側アーム部分161a,162a,161b,162bが互いに図14の左端側の端部を互いに接近及び離隔する方向に連動して回動し、伸縮アーム161,162が図14に示す収縮状態及び図16に示す伸張状態をとり得るよう伸縮動作するようになっている。
 このように、本実施形態においても、アーム連動機構165が、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比を有する第1リンク171a,171b及び第2リンク172a,172b(リンク部分FH,EG)を、各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、これら第1リンク又は第2リンクの何れかである第2リンク172bを基端側アーム部分と一体に回動するようこのアーム部分162bに連結したクランク機構170(一方の四節機構)と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比を有する第3リンク173a,173b及び第4リンク172a(リンク部分HI),174を、各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、これら第3リンク又は第4リンクの何れかである第4リンク174を先端側アーム部分161cと一体に回動するようこのアーム部分161cに一体に連結したクランク機構180(他方の四節機構)と、を備えており、これら一方及び他方のリンク機構170,180の特定のリンク間挟角θが互いに一致するよう両アーム部分162b、161cの回動中心付近で一方及び他方のリンク機構170,180の特定のリンク同士(第2及び第4リンクの片方同士であるリンク部分FH及びHI、第1及び第3リンクの片方同士であるリンク部分GH及びHJ)をそれぞれ一体に連結して、基端側及び先端側のアーム部分が互いに接近及び離隔する方向に連動して回動するようにしているので、上述例と同様な作用効果を得ることができる。しかも、これらアーム部分を共に平行クランク機構とすることにより、駆動源から離れた位置で、アーム連動機構165によって関節部161a,162aを連動させることができ、ロボットアームを片腕のみの簡素な構成とすることができる。さらに、アーム161,162の関節部に回動自在に取り付けられたリンク166(第5リンク)と、これを含むアーム161,162の基端側及び先端側の平行クランク機構(CDGJ及びGJML)とを介して、リンク166とハンド163を旋回駆動リンク164に対して平行姿勢に保つようにしているので、ワークの把持姿勢を常時一定に保つことができ、安定した移送、ハンドリング作業ができる。
 なお、伸縮アーム161,162の基端側アーム部分161b,162bを回動支点C,Dでそれぞれ駆動する一対の同期駆動軸(駆動手段)を設けて、両基端側アーム部分161b,162bを同期して同一方向に回動させるようにすることがでるのは、勿論であるが、この場合、両駆動軸をアーム回動中心O回りに一体的に旋回させる旋回駆動手段を別に設ける必要がある。
 図17及び図18は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第6実施形態を示す図であり、上述のアーム連動機構と同様な四節機構をハンドの姿勢保持に利用するものである。
 両図において、左右の伸縮アーム211,212は、駆動軸31によって駆動される基端側アーム部分211bと、駆動軸32によって基端側アーム部分211bに対し逆方向に同期駆動される基端側アーム部分212bと、これらの先端側に回動可能に支持された先端側アーム部分211c,212cとからなり、これら伸縮アーム211,212は互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な屈曲アームとなっている。そして、これら屈曲アーム211,212の先端側アーム部分211c,212cの先端部には、ハンド213が手首の中心となる連結点213b,213cでそれぞれ回動自在に連結され、支持されている。
 また、ハンド213に対する各先端側アーム部分211c,212cの一対の回動中心K,L(連結点213b,213c)とハンド213との間には、両者の間に介在する複数のリンクからなる姿勢保持機構220が設けられており、この姿勢保持機構220によって一方及び他方の先端側アーム部分211c,212cの回動(アームの伸縮動作)に対して図示するようなハンド213の所定の姿勢を保持するようになっている。
 具体的には、姿勢保持機構220は、図18に示すように、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比(L1/L2)を有する第1リンク221a,221b及び第2リンク222a,222bを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第1リンク又は第2リンクの何れかである第2リンク222aを先端側アーム部分211c,212cの一対の回動中心K,Lの間のハンド213で構成した一方の四節機構225と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比(L1/L2=L4/L3)を有する第3リンク223a,223b及び第4リンク224a,224bを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第3リンク又は第4リンクの何れかである第4リンク224aを先端側アーム部分211c,212cの一対の回動中心K,Lと同一直線上でハンド213に一体に連結した他方の四節機構226と、含んでいる。
 そして、これら一方及び他方の四節機構225,226の特定のリンク間挟角(図18中の∠LMN)が互いに一致するよう一方及び他方の四節機構225,226の特定のリンク同士を一体に連結している。図18においては、第2リンク222a及び第4リンク224aをハンド213の一部としてと一体化するとともに、第1リンク221b及び第3リンク223aを一体に連結している。
 このようにすれば、ハンド213に対する先端側アーム部分211c,212cの一方の回動に対して他方を相対的に追従させるように、一方及び他方の四節機構225,226が作用し、アーム211、212の伸縮動作に対して、図示するようなハンド213の所定の姿勢を一定に保持することができる。
 勿論、ここで説明したハンド姿勢保持機構に代えて、図19及び図20に示す第7実施形態のように、アーム伸張時(図20参照)においてもアーム先端のふらつきを抑えることができる上述のアーム連動機構240と、片方の基端側アーム部分252bを含むを基端側の平行クランク機構と、関節リンク252aに一体的に支持させたリンク(SU)を含む先端側の平行クランク機構(平行四辺形YWSU)とを構成して、ハンド253の姿勢保持を行うこともできる。
 なお、上述の各実施形態においては、「く」の字形に屈曲する伸縮アームのみを示したが、以下に説明するように、交互に作業を行う二つのハンドを持つロボットアーム等に適用することもできる。
 図21は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第8実施形態を示す図であり、上述のアーム連動機構と同様な四節機構をハンドの姿勢保持に利用するものである。
 両図において、一方の屈曲アーム261及び他方の屈曲アーム262は、同軸二軸の駆動軸231,232によって互いに逆方向に回動するよう同期駆動される一方及び他方の基端側アーム部分261b,262bと、各基端側アーム部分261b,262bの先端側に互いに逆方向に屈曲するようそれぞれ回動可能に支持された複数の先端側アーム部分261c,262cと、を有している。また、アーム261,262の関節部261a,262aは基端側アーム部分261b,262bの先端に略T字状に一体結合されており、その一端B,M側に先端側アーム部分261c,262cが、他端C,L側に別の先端側アーム部分258,259が、それぞれ回動可能に支持されている。また、これら複数対の先端側アーム部分261c,262c,258,259は、互いに先端部を離間させてひし形を形成するようになっており、これらにより互いに向きの異なる一対のハンド253A,253Bが支持されている。
 また、ハンド253A,253Bには、上述例と同様なハンド姿勢保持機構220A,220Bが装着されている。
 本実施形態においては、駆動軸231により片方のアーム261の基端側アーム部分261bを時計方向に回動させるとき、駆動軸232の基端側アーム部分261bを反時計方向に回動させて両アーム261,262を伸張させるが、このとき、もう一対の先端側アーム部分258,259は収縮方向に移動する。すなわち、本実施形態は、交互に作業を行う二つのハンド253A,253Bを持つロボットアームである。また、ハンド253A,253Bのうち一方が駆動軸231,232から離隔し、他方が駆動軸231,232に接近した状態で、両駆動軸231,232を同一方向に同期して回動させると、アーム261,262がその回動方向に旋回することになる。したがって、ワークの受け渡し作業を迅速に行うことができる。
 図22は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第9実施形態を示す図である。
 本実施形態においては、一方の屈曲アーム281及び他方の屈曲アーム282は、同軸二軸の駆動軸231,232によって互いに逆方向に回動するよう同期駆動される。また、一方及び他方のアーム281,282の基端側アーム部分281b,282bは、駆動軸231,232を長手方向中間点としてその両側に延びた形状となっており、基端側アーム部分281b,282bの一端側に図中上側の先端側アーム部分281c,282c及びハンド253Aが支持され、基端側アーム部分281b,282bの他端側に図中下側の先端側アーム部分291,292及びハンド253Bが支持されている。この場合、基端側アーム部分281b,282b同士、先端側アーム部分281c,282c同士、ハンド253A,253B同士は、それぞれ駆動軸231,232の軸方向にずれて配置されており、アーム全体としては多層構造となっている。
 また、ハンド253A,253Bには、上述例と同様なハンド姿勢保持機構220A,220Bが装着されている。
 本実施形態においては、基端側アーム部分281b,282bは、例えば図中の中心線の上側と下側に振れるよう往復駆動され、図示方向(平面図)に見たハンド253A,253Bの位置が交互に入れ替わるようになっている。したがって、上述例のような旋回動作をすることなく、ワークの受け渡し作業を迅速に行うことができる。
 図23及び図24は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第10実施形態を示す図である。
 本実施形態においては、一方の屈曲アーム311及び他方の屈曲アーム312は、同軸二軸の駆動軸231,232によって互いに逆方向に回動するよう同期駆動される一方及び他方の基端側アーム部分311b,312bと、各基端側アーム部分311b,312bの先端側に互いに逆方向に屈曲するようそれぞれ回動可能に支持された複数の先端側アーム部分311c,312cとを有している。
 図24に示すように、各アーム311,312の関節部は、基端側アーム部分311b,312bの先端部に回動可能に結合されて略T字状の先端部を形成する関節リンク315となっており、その一端J側に先端側アーム部分311c,312cが、他端K側(D側)に別の一対の先端側アーム部分313,314が、それぞれ回動可能に支持されている。また、屈曲アーム311,312の各関節部には、アーム連動機構320A,320Bが装着されている。
 これらアーム連動機構320A,320Bは、それぞれ、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比(L1/L2)を有する第1リンク321a,321b及び第2リンク322a,322bを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第1リンク又は第2リンクの何れかである第2リンク322aを関節リンク315に一体連結した一方の四節機構325と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比(L1/L2=L4/L3)を有する第3リンク323a,323b及び第4リンク324a,324bを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第3リンク又は第4リンクの何れかである第4リンク324aを関節リンク315に一体連結した他方の他方の四節機構326と、含んでいる。そして、これら一方及び他方の四節機構325,326の特定のリンク間挟角(図24中の∠JDE)が互いに一致するよう一方及び他方の四節機構325,326の特定のリンク同士が一体に連結されている。すなわち、上述のように第2リンク322a及び第4リンク324aを関節リンク315の一部とすることに加え、第1リンク321b及び第3リンク323bを一体に連結し、関節リンク315の両側で先端側アーム部分311c,312cと別の一対の先端側アーム部分313,314とが互いに逆方向に同期して回動するようになっている。
 本実施形態においては、基端側アーム部分311b,312bが図示位置(一直線に並んだ状態)から互いに交差するよう片側、例えば図23中の下側に回動するときには、先端側アーム部分311c,312cと先端側アーム部分313,314が互いに離隔し、ハンド353A,353Bのうち一方、例えばハンド353Aが駆動軸231,232の近傍に位置した状態で、他方、例えばハンド353Bが駆動軸231,232から迅速に離隔する。また、基端側アーム部分311b,312bが所定交差角をなす位置から図示位置に向かって復帰、例えば図中の上側に回動するときには、先端側アーム部分311c,312cと先端側アーム部分313,314が互いに接近し、ハンド353A,353Bのうち片方が駆動軸231,232の近傍に位置した状態で、他方が駆動軸231,232から迅速に復帰する。
 基端側アーム部分311b,312bが図示位置を通過し、さらに同方向に回動すると、今度は、先端側アーム部分311c,312cと先端側アーム部分313,314が互いに離隔するとともに、ハンド353A,353Bのうち他方、例えばハンド353Bが駆動軸231,232の近傍に位置した状態で、一方、例えばハンド353Aが駆動軸231,232から迅速に離隔する。
 したがって、ハンド353A,353Bを比較的大きなストロークで、迅速に交互に移動させることができるハンドリングロボットが実現できる。
 図25は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第11実施形態を示す図である。なお、本実施形態は、図12に示した実施形態と類似するアーム構造を有しているので、これと同一の構成については図12と同一の符号を付して説明を省略し、相違する点について説明する。
 図25に示すように、本実施形態においては、第4実施形態のハンドリングロボット110の関節リンク51a,52aの中間部分に先端側アーム部分313,314が回動可能に支持されており、これら先端側アーム部分313,314の先端にハンド53Bとその姿勢保持機構72Bが支持されている。ここで、姿勢保持機構72A,72Bは上述の先端側平行クランク機構72と同様のものである。
 この実施形態においても、ハンド53A,53Bを第10実施形態のハンド353A,353Bと同様に大きなストロークで迅速に移動させることができる。
 図26及び図27は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第12実施形態を示す図である。なお、本実施形態は、図23に示した第10実施形態と類似するハンド及びアーム配置を採用しているので、これと同一の構成については図23及び図24と同一の符号を付して説明を省略し、相違する点について説明する。
 本実施形態は、第10実施形態とはアームの関節構造が異なり、一方及び他方の屈曲アーム311,312の関節部には、アーム連動機構340A,340Bがそれぞれ設けられている。
 各アーム連動機構340A,340Bは、図27に示すように、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比(L1/L2)を有する第1リンク341a,341b及び第2リンク342a,342b(図27中のEG間,FH間に渡るリンク部分)を各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第1リンク又は第2リンクの何れかである第1リンク341bを関節リンク315に一体連結した一方の四節機構345と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比(L1/L2=L4/L3)を有する第3リンク343a,343b及び第4リンク344a,344b(図27中のHI間、JK間に渡るリンク部分)を各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第3リンク又は第4リンクの何れかである第3リンク343bを関節リンク315に一体連結した他方の他方の四節機構346と、含んでいる。
 そして、これら一方及び他方の四節機構345,346の特定のリンク間挟角(図27中の∠GHF、∠IHJ)が互いに一致するよう一方及び他方の四節機構345,346の特定のリンク同士が一体に連結されている。すなわち、上述のように第1リンク341ba及び第3リンク343bを関節リンク315の一部とすることに加え、第2リンク342a及び第4リンク344aを一体に連結し、関節リンク315の両側で先端側アーム部分311c,312cと別の一対の先端側アーム部分313,314とが互いに逆方向に同期して回動するようになっている。
 本実施形態においても、第10実施形態と同様な作用効果を期待することができる。
 なお、上述した四節機構345,346のようなアーム連動機構は、ひじ関節や基端部のみならず、ハンドの姿勢保持にも利用できる。
 図28及び図29は、そのような特徴を有する本発明の第13実施形態を示す図である。
 両図において、左右の伸縮アーム351,352は、駆動軸32によって駆動される基端側アーム部分351bと、駆動軸31によって基端側アーム部分351bに対し逆方向に同期駆動される基端側アーム部分352bと、これらの先端側に回動可能に支持された先端側アーム部分351c,352cとからなり、これら伸縮アーム351,352は互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な屈曲アームとなっている。そして、これら屈曲アーム351,352の先端側アーム部分351c,352cの先端部には、ハンド353が手首の中心となる連結点353b,353cでそれぞれ回動自在に連結され、支持されている。
 また、ハンド353に対する各先端側アーム部分351c,352cの一対の回動中心J,G(連結点353b,353c)とハンド353との間には、両者の間に介在する複数のリンクからなる姿勢保持機構340が設けられており、この姿勢保持機構340によって一方及び他方の先端側アーム部分351c,352cの回動(アームの伸縮動作)に対して図示するようなハンド353の所定の姿勢を保持するようになっている。
 具体的には、姿勢保持機構340は、図29に示すように、一対の回動中心J,G(連結点353b,353c)の近傍に、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比を有する第1リンク341a,341b及び第2リンク342a,342b(図29中のEG間,FH間に渡るリンク部分)を各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第1リンク又は第2リンクの何れかである片方の第1リンク341bを一対の連結点353b,353c間のハンド353のうち一方側の部分で構成してこれに一体的に連結し、片方の第2のリンク342bをアーム352の先端側アーム部分352cに一体結合した一方の四節機構345を含んでおり、更に、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比を有する第3リンク343a,343b及び第4リンク344a,344b(図29中のHI間、JK間に渡るリンク部分)を各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、第3リンク又は第4リンクの何れかである片方の第3リンク343bを一対の連結点353b,353c間のハンド353のうち他方側の部分で構成してこれに一体的に連結し、片方の第4リンク344bをアーム351の先端側アーム部分351cに一体連結した他方の他方の四節機構346、を含んで構成されている。
 そして、これら一方及び他方の四節機構345,346の特定のリンク間挟角(図29中の∠FHG、∠IHJ)が互いに一致するよう一方及び他方の四節機構345,346の特定のリンク、例えば第2リンク342a及び第4リンク344aが一対の回動中心J,Gの間で一体に連結され、ハンド353に回動可能に支持させれている。
 このようにすれば、ハンド353に対する先端側アーム部分351c,352cの一方の回動に他方を連動させ追従させるように、一方及び他方の四節機構345,346が作用し、アーム351、352の伸縮動作に対して、図示するようなハンド353の所定の姿勢を一定に保持することができる。
 図30は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第14実施形態を示す図である。なお、本実施形態は、第13実施形態における先端側アーム部分に平行クランクを構成するよう、複数のリンクを併設したものである。
 すなわち、本実施形態のロボットアームは、図30に示すように、互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な一方の屈曲アーム351及び他方の屈曲アーム352と、両屈曲アーム351,352の先端側アーム部分351c,352cに回動自在に連結されたハンド353とを備えており、屈曲アーム351,352は、同軸二軸の駆動軸31,32で互いに逆方向に駆動される基端側アーム部分351b、352bと、これら基端側アーム部分351b,352bの先端側に回動可能に支持された先端側アーム部分351c,352cと、これらの関節部351a,352aからなる。
 また、ハンド353と一方及び他方の屈曲アーム351,352との間には、複数のリンクからなり、一方及び他方のアーム351,352の回動に対してハンド353の姿勢を一定に保持する姿勢保持機構350が介在している。
 この姿勢保持機構350は、一方及び他方の屈曲アーム351,352の関節部351a,352aでそれぞれ基端側アーム部分351b,352b及び先端側アーム部分351c,352cと共に図中で左右対称な一対の平行クランク機構を構成する一方及び他方の各2本のアーム側併設リンク361,363及び362,364と、上述した第12及び第13実施形態のアーム連動機構と同様なアーム連動機構340とで構成されている。アーム連動機構340は、詳細を図示しないが、図27におけるアーム313、311cを併設リンク361,362とし、関節リンク315を基端側アーム部分から離れた関節リンク365(図30参照)として、図27におけるアーム回動支点G,Jにそれぞれ併設リンク363,364を連結した構造となる。すなわち、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比を有する第1リンク341a,341b及び第2リンク342a,342bを、各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、これら第1リンク又は第2リンクの何れかである第2リンク342bを一方の併設リンク362と一体に連結した一方の四節機構345と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比を有する第3リンク343a,343b及び第4リンク344a,344bを、各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、該第3リンク又は第4リンクの何れかである第4リンク344bを他方の併設リンク361と一体に連結した他方の四節機構346と、を含んでいる。そして、これら一方及び他方の四節機構345,346の特定のリンク間挟角が互いに一致するようハンド353付近で一方及び他方の四節機構345,346の特定のリンク342a,344a同士を一体に連結して、一方の併設リンク361,363と他方の併設リンク362,364の間でハンド353側のリンク365wp形成し、ハンド353を同一姿勢に支持する構成となっている。
 本実施形態においては、第13実施形態と同様な作用効果を期待することができる。
 図31は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第15実施形態を示す図である。
 本実施形態は、第14実施形態のロボットアームと類似するものであるが、図31に示すように、屈曲アームの構造と併設リンクの配置が上述例とは相違する。
 すなわち、本実施形態においては、互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な一方の屈曲アーム371及び他方の屈曲アーム372が、それらの先端側アーム部分371c,372cに回動自在に連結されたハンド353を支持している。また、屈曲アーム371,372は、同軸二軸の駆動軸31,32で互いに逆方向に駆動される基端側アーム部分371b、372bと、これら基端側アーム部分371b,372bの先端側に回動可能に支持された先端側アーム部分372c,372cとからなる。
 また、ハンド353と、一方及び他方の屈曲アーム371,372の基端側アーム部分371b,372bとの間には、姿勢保持機構350が介在しており、この姿勢保持機構350は、アーム371,372の先端側アーム部分372c,372cの回動支点371a,372aより基端側に突出した突出端部371d、372dと、アーム371,372の基端側アーム部分371b,372bの先端から所定距離を隔てた位置に回動自在に支持された併設リンク381,382と、これら併設リンク381,382の基端側の突出部と先端側アーム部分371c,372cの突出端部371d、372dとの間に介在する併設リンク383,384と、併設リンク381,382の先端部の間に設けられた第14実施形態と同様なアーム連動機構340と、を有している。
 本実施形態においては、アーム371,372の先端側アーム部分371c,372cの姿勢が併設リンク381,382及び383,384を介して互いに図中の中心線に対し線対称に拘束されることになり、それによって、ハンド353の姿勢が一定の姿勢に保持される。なお、駆動軸31,32の中心、ハンド353の支点部353b,353c及び関節部371a,372aをつないだ略ひし形の五角形と、リンク365,381,382を含む略ひし形の五角形とが図中の点OXYを共有する相似形状となる。
 このようにしても、上述例と同様な作用効果が得られる。
 図32及び図33は本発明に係るロボットアーム及びその駆動装置の第16実施形態を示す図である。
 本実施形態のロボットアームは、互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な一方の屈曲アーム391及び他方の屈曲アーム392が、それらの先端側アーム部分391c,392cに回動自在に連結されたハンド13を支持している。また、屈曲アーム391,392は、同軸二軸の駆動軸31,32で互いに逆方向に駆動される基端側アーム部分391b、392bと、これら基端側アーム部分391b,392bの先端側に回動可能に支持された先端側アーム部分391c,392cとからなる。
 また、屈曲アーム391,392の基端側アーム部分391b,392bの間にはアーム連動機構240Aが介装されており、更に、ハンド353と、一方及び他方の屈曲アーム391,392の基端側アーム部分391b,392bとの間には、全体として姿勢保持機構の役割をなす次の機構が設けられている。
 この機構は、アーム391,392の先端側アーム部分391c,392cの回動支点391a,392aより基端側に突出した突出端部391d、392dと、駆動軸31に回動自在に支持された基端側の併設リンク393,394と、これら併設リンク393,394と突出端部391d、392dの間に介在する関節側の併設リンク395,396と、併設リンク393,394の間に設けられたアーム連動機構240Bと、で構成されている。
 また、アーム連動機構240A,240Bは、同軸二軸の駆動軸31,32の中心に対し対称に配置され、アーム連動機構240Aは上述した第7実施形態のアーム連動機構240と同様に構成されている。アーム連動機構240Bも、ほぼ同様で、図33に示すように、各一対の等長リンクからなる所定の長さ比を有する第1リンク241a,241b及び第2リンク242a,242bを、各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、これら第1リンク又は第2リンクの何れかである第1リンク241bを後述する第3リンク243aと一体化した一方の四節機構245と、各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比を有する第3リンク243a,243b及び第4リンク244a,244bを、各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、上述と同様にこれら第3リンク又は第4リンクの何れかを上述した第2リンク242aと一体化した他方の四節機構246と、を含んでいる。
 本実施形態においては、アーム391,392の先端側アーム部分391c,392cの姿勢が、アーム連動機構240B及び基端側併設リンク393,394と、関節側併設リンク395,396とを介して、互いに図中の中心線に対し線対称な姿勢をとるように拘束され、それによって、ハンド13の姿勢が一定の姿勢に保持される。
 このようにしても、上述例と同様な作用効果が得られる。
 なお、本発明は上述したロボットアームに限定されるものではなく、アーム構造や手先の構成が異なる各種のハンドリングロボット等に適用可能である。
本発明の第1実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第1実施形態におけるアーム連動機構の模式図である。 第1実施形態のアーム伸張動作の説明図である。 第1実施形態における複数のリンクの積層配置状態及びアーム駆動源を示す旋回中心軸方向の断面図である。 本発明の第2実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第2実施形態のアーム伸張動作の説明図である。 第2実施形態における複数のリンクの積層配置状態及びアーム駆動源を示す旋回中心軸方向の断面図である。 第2実施形態におけるアーム駆動方式を逆向き同期駆動方式にした場合の変形態様を示すその概略構成図である。 図7に対応する第2実施形態の変形態様における複数のリンクの積層配置状態及びアーム駆動源を示す旋回中心軸方向の断面図である。 本発明の第3実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第3実施形態のアーム伸張動作の説明図である。 本発明の第4実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第4実施形態のアーム伸張動作の説明図である。 本発明の第5実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第5実施形態におけるアーム連動機構の模式図である。 第5実施形態のアーム伸張動作の説明図である。 本発明の第6実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第6実施形態におけるハンド姿勢保持機構の模式図である。 本発明の第7実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第7実施形態のアーム伸張動作の説明図である。 本発明の第8実施形態に係るダブルハンド型ロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 本発明の第9実施形態に係るダブルハンド型ロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 本発明の第10実施形態に係るダブルハンド型ロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第10実施形態における関節部のアーム連動機構の模式図である。 本発明の第11実施形態に係るダブルハンド型ロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 本発明の第12実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第12実施形態における関節部のアーム連動機構の模式図である。 本発明の第13実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第13実施形態におけるハンド姿勢保持機構の模式図である。 本発明の第14実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 本発明の第15実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 本発明の第16実施形態に係るロボットアーム及びその駆動装置の概略構成図である。 第16実施形態におけるハンド姿勢保持機構の模式図である。
符号の説明
10,50,80,110,160 ロボットアーム
11,12,51,52,161,162 伸縮アーム(屈曲アーム)
11a,12a,51a,52a,161a,162a 関節部
11b,12b,51b,52b,161b,162b 基端側アーム部分
11c,12c,51c,52c,161c,162c 先端側アーム部分
13,53,163 ハンド
13a,53a,163a 凹部
15,55,85,115,145,165,アーム連動機構
20,60,90,120,140,170 一方の両クランク機構(一方の四節機構)
21a,21b,61a,61b,81a,81b,121a,121b,141a,141b,171a,171b 第1リンク
22a,62a,82a,122a,152a,172a 第2リンク(特定のリンク、第4リンク)
23a,23b,63a,83a,83b,123a,123b,143a,143b,173a,173b 第3リンク
24,64,84,124,144,174 第4リンク
25,65 第5リンク
26 第6リンク
27 第7リンク
28,68 第8リンク
29,69 第9リンク
30,70,100,130,150、180 他方の両クランク機構(他方の四節機構)
31,231 第1駆動軸(駆動手段)
32,232 第2駆動軸(駆動手段)
41,42,72,72A,72B,272 先端側平行クランク機構(姿勢保持機構)
58,59,168,169 伸縮駆動リンク
161b,162b 基端側アーム部分
161c,162c 先端側アーム部分
164 旋回駆動リンク
166 リンク(第5リンク)
171b リンク部分(第1リンク)
211,251,261 一方の屈曲アーム
212、252,262 他方の屈曲アーム
211a,212a,251a,252a,281a,282a,291a,292a 関節部
211b,212b,251b,252b, 基端側アーム部分
211c,212c 先端側アーム部分
213,253,253A,253B,353,353A,353B ハンド
213a,253a,163a,253a,353a 凹部
213b、213c,253b、253c ハンドに対する先端側アーム部分の回動中心
220,220A,220B 姿勢保持機構
221a,221b,321a,321b,341a,341b 第1リンク
222a,222b,322a,322b,342a,342b 第2リンク
223a,223b,323a,323b,343a,343b 第3リンク
224a,224b,324a,324b,344a,344b 第4リンク
225,325,345,425 一方の四節機構
226,326,346,426 一方の四節機構
231 内側の駆動軸(駆動手段)
232 外側の駆動軸(駆動手段)
240,240A,240B,320,320A,320B,340,340A,340B アーム連動機構(姿勢保持機構)
261a,262a、315 関節リンク
361,362,363,364、381,382,383,384 アーム側併設リンク

Claims (4)

  1.  互いに回動可能な一方のアーム及び他方のアームを備えたロボットアームの前記一方及び他方のアームを連動させるアーム連動機構であって、
     各一対の等長リンクからなる所定の長さ比を有する第1リンク及び第2リンクを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、前記一方のアームを回動させる一方の四節機構と、
     各一対の等長リンクからなる前記所定の長さ比を有する第3リンク及び第4リンクを各リンクの両端で他のリンクが逆回転するよう連結し、前記他方のアームを回動させる他方の四節機構とを備え、
     該一方及び他方の四節機構の特定のリンク間挟角が互いに一致するよう前記一方及び他方のアームの回動中心付近で一方及び他方の四節機構の特定のリンク同士を一体に連結して、
     前記一方及び他方のアームが互いに接近及び離隔する方向に連動して回動するようにしたことを特徴とするアーム連動機構。
  2.  前記一方のアーム及び他方のアームが、互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な一対の屈曲アームの基端側アーム部分である請求項1に記載のアーム連動機構。
  3.  前記一方のアーム及び他方のアームが、くの字形に屈曲可能な屈曲アームの先端側アーム部分及び基端側アーム部分である請求項1に記載のアーム連動機構。
  4.  前記一方のアーム及び他方のアームが、互いに逆方向にくの字形に屈曲可能な一対の屈曲アームの先端側アーム部分である請求項1に記載のアーム連動機構。
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