JP2007144559A - Multi-articulated robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の関節アームを連接してなる多関節ロボットに係り、特に、多関節アーム先端のツールハンドが可及的に広範囲の動作範囲を有するとともに、多関節アーム全体の稼動速度を可及的に高速度とすることができる多関節ロボットに関するものである。 The present invention relates to an articulated robot formed by connecting a plurality of articulated arms, and in particular, the tool hand at the end of the articulated arm has a wide range of motion as much as possible, and the operating speed of the entire articulated arm can be increased. The present invention relates to an articulated robot that can achieve a high speed.
生産ライン等に設置される産業用ロボットとして極座標型の多関節ロボットが一般に使用されている。この多関節ロボットは、例えば、基部に第1のアームが揺動自在に取付けられ、第1のアームの先端に第2のアームがさらに揺動自在に取付けられ、その先端に多方向型の手首機構が装着され、手首機構の先端には溶接ガンや把持具などの所要のツールハンドが取付けられている。かかる従来の多関節ロボットは、第1のアームおよび第2のアームの長さでロボットの作動範囲を確保しようとするものであり、手首機構までの関節数が少ないことから、ロボットに近い作動エリアでは、第1のアームと第2のアームの折れ曲がりによるデッドスペースが大きくなる傾向があった。その結果、近接して複数個のロボットを配置することが極めて困難であり、ロボットの適用空間が自ずと制約を受けてしまうという問題があった。 As an industrial robot installed in a production line or the like, a polar coordinate type articulated robot is generally used. In this multi-joint robot, for example, a first arm is swingably attached to a base, a second arm is further swingably attached to the tip of the first arm, and a multi-directional wrist is attached to the tip. A mechanism is mounted, and a required tool hand such as a welding gun or a gripping tool is attached to the tip of the wrist mechanism. Such a conventional articulated robot is intended to ensure the operation range of the robot by the length of the first arm and the second arm, and since the number of joints to the wrist mechanism is small, the operation area close to the robot Then, the dead space due to the bending of the first arm and the second arm tended to increase. As a result, it is extremely difficult to place a plurality of robots close to each other, and there is a problem that the application space of the robot is naturally restricted.
上記する課題を解決するために、発明者等は鋭意研究を重ねた結果、可及的に広範囲の動作範囲を持ちながらデッドスペースを小さくすることができ、さらには、各関節を駆動させるのに必要な動力伝達系を簡素化することのできる多関節ロボットの開発に至り、特許文献1にその開示がある。
In order to solve the above-described problems, the inventors have conducted extensive research, and as a result, the dead space can be reduced while having a wide range of operation as much as possible. The development of an articulated robot capable of simplifying a necessary power transmission system has been disclosed in
また、他の公開技術として、基台と第1のアームが基台に対する垂直方向の回転軸を有し、他の4つの回転軸が傾斜軸まわりを回転する傾斜関節部を有してなる6自由度を備えた多関節マニピュレータが特許文献2に開示されている。この多関節マニピュレータによっても、マニピュレータの動作範囲を広範囲とすることができるメリットがある。
特許文献1,2に開示の多関節ロボットや多関節マニピュレータによれば、ロボットまたはマニピュレータの動作範囲を従来の産業用ロボットに比して広範囲とすることができる。しかし、いずれのロボットまたはマニピュレータともツールハンドの回転軸を含めて7軸関節構造であるところ、ツールハンドが取付けられる先端アームと、該アームの隣接アームとが傾斜関節部によって連接されているため、先端アームのアームスピードが比較的遅くなってしまうという問題が生じ得る。すなわち、傾斜関節部を有する利点の一つに、2軸ないしは3軸アームからなる比較的自由度の少ない多関節ロボットであれば、アームの稼動に際して傾斜軸が鉛直面を向く可能性が極めて低くなること、および傾斜軸を使用することによりモータにかかるトルクを低減することができるため、トルク性能の低いモータを使用することが可能となる。しかし、上記のロボットないしマニピュレータのように7軸関節構造となると、他の軸の姿勢如何によっては傾斜軸が垂直面となる場合が招来され、この場合には、傾斜関節部を構成する傾斜面がアームの回転によって垂直面の場合の必要トルクと同じトルク性能が必要となる。したがって、比較的トルク性能の高いモータを要することに加えて、傾斜関節であるが故に、アームが90度折れるためには傾斜面に沿って180度回動しなければならず、垂直方向に回動可能なアームが90度回動する場合に比べて2倍の回動時間を要するといった問題が生じる。
According to the articulated robot and the articulated manipulator disclosed in
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、可及的に広範囲の動作範囲を有するとともに、多関節アーム全体の稼動速度を可及的に高速度とすることができる多関節ロボットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a wide range of motion as much as possible, and an articulated robot capable of making the operating speed of the entire articulated arm as high as possible. The purpose is to provide.
前記目的を達成すべく、本発明による多関節ロボットは、複数の関節アームを連接した多関節ロボットであって、関節アーム同士が第1の旋回軸を介して接続されている箇所と、該第1の旋回軸に対して傾斜した第2の旋回軸を介して接続されている箇所とをそれぞれ少なくとも1箇所以上有しており、各旋回軸を駆動するモータおよび減速機が各旋回軸ごとに装着されている多関節ロボットにおいて、前記多関節ロボットは、第1の旋回軸に対して直交する方向に回動する第3の回動軸をさらに備えており、該回動軸においてもモータおよび減速機が装着されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an articulated robot according to the present invention is an articulated robot having a plurality of articulated arms connected to each other, the joint arms being connected to each other via a first turning axis, Each having at least one place connected via a second turning axis inclined with respect to one turning axis, and a motor and a speed reducer for driving each turning axis are provided for each turning axis. In the mounted articulated robot, the articulated robot further includes a third rotation axis that rotates in a direction orthogonal to the first rotation axis, and the rotation axis also includes a motor and A reduction gear is mounted.
本発明の多関節ロボットは、任意方向に旋回軸が向けられた第1の旋回軸と、該第1の旋回軸に対して任意の角度に傾斜した傾斜軸と、第1の旋回軸に対して垂直方向に回動可能な第3の回動軸が、それぞれ単数または複数備えられた多関節ロボットである。傾斜軸の角度は、第1の旋回軸に対して例えば30度〜60度程度に設定することができ、さらに、第2の旋回軸が複数ある場合には、各旋回軸ごとに傾斜角が異なる組み合わせであってもよい。また、複数の第2の旋回軸の各傾斜角が同じ場合であっても、その傾斜軸の傾斜方向は、正面視において、同じ方向に傾斜していたり、同じ方向に傾斜する旋回軸と逆方向に傾斜する旋回軸の組み合わせから構成される実施形態など、その形態は適宜に設定することができる。 The articulated robot of the present invention includes a first turning axis having a turning axis directed in an arbitrary direction, an inclined axis inclined at an arbitrary angle with respect to the first turning axis, and the first turning axis. In other words, the robot is an articulated robot provided with one or a plurality of third rotation axes that can rotate in the vertical direction. The angle of the tilt axis can be set to, for example, about 30 to 60 degrees with respect to the first swing axis. Furthermore, when there are a plurality of second swing axes, the tilt angle is different for each swing axis. Different combinations may be used. Further, even when the inclination angles of the plurality of second turning axes are the same, the inclination direction of the inclination axes is inclined in the same direction or opposite to the turning axis inclined in the same direction in a front view. The form can be set as appropriate, such as an embodiment composed of a combination of pivot axes inclined in the direction.
各旋回軸および回動軸には、適宜のトルク性能および回転性能を有するモータおよび減速機とが内蔵されている。第1の旋回軸は、アームが接続される被接続アームに対して同軸まわりに回転させる旋回軸であるため、例えば、モータの出力軸の回転ギアに噛み合うスパーギギヤを有し、該スパーギアに減速機を接続し、この減速機にアームが回転可能に接続された構造とすることができる。一方、第2の旋回軸は、アームと、該アームが接続される被接続アームとがそれぞれアーム軸に対して所定の傾斜角で接続されることから、被接続アーム内にモータが傾斜角に応じた角度で内蔵され、上記と同様に、モータの出力軸の回転ギアに噛み合うスパーギヤを介し、減速機を介してアームが回転可能に接続され得る。なお、モータとしては制御可能なサーボモータを使用するのが望ましい。 A motor and a speed reducer having appropriate torque performance and rotational performance are built in each turning shaft and rotating shaft. Since the first swivel shaft is a swivel shaft that rotates about the same axis with respect to the connected arm to which the arm is connected, for example, the first swivel shaft has a spargy gear that meshes with the rotation gear of the output shaft of the motor. And an arm is rotatably connected to the reduction gear. On the other hand, the second swivel axis has an arm and a connected arm to which the arm is connected connected to the arm axis at a predetermined inclination angle, so that the motor has an inclination angle in the connected arm. Similarly to the above, the arm can be rotatably connected via a speed reducer via a spur gear that meshes with the rotation gear of the motor output shaft. It is desirable to use a controllable servo motor as the motor.
各関節を構成する旋回軸または回動軸において、多関節ロボットの脚部(水平床面または水平天井面または壁面に多関節ロボットが接続される際の接続部)に近いほど、より規模が大きく、出力性能の高いモータが適用されるのが一般的であり、本発明の多関節ロボットもその例外ではない。ここで、第1の旋回軸が鉛直方向となる場合には、第2の旋回軸はそれに対して所定の傾斜角で回転するため、モータにかかるトルクは低減される。例えば、傾斜角が45度の場合には、トルクは1/√2倍となる。 The closer the swivel or rotation axis that constitutes each joint is to the legs of the articulated robot (the connection part when the articulated robot is connected to the horizontal floor surface, horizontal ceiling surface, or wall surface), the larger the scale. In general, a motor with high output performance is applied, and the articulated robot of the present invention is no exception. Here, when the first pivot axis is in the vertical direction, the second pivot axis rotates at a predetermined inclination angle with respect to the second pivot axis, so that the torque applied to the motor is reduced. For example, when the tilt angle is 45 degrees, the torque is 1 / √2 times.
本発明の多関節ロボットにおいては、第1の旋回軸と第2の旋回軸に加えて、さらに第3の回動軸を備えたアーム構造である。この第3の回動軸は、第1の旋回軸に対して直交する方向に回動する軸構造を備えており、その装着部位(複数の関節の中でどの関節に適用されるか)は、多関節アームの多様な稼動姿勢の中で、アーム同士の接続面が鉛直面または略鉛直面となる可能性の高い部位に適用されるものである。かかる部位においては、モータにかかるトルクが上記するように低減されることがないため、実際には第2の旋回軸が適用されたとしても上記するようなモータにかかるトルクの低減はなく、したがって比較的大きな規模のモータが適用されることとなる。かかる部位において、第2の旋回軸をそのまま適用しても、適用されるモータを小規模化できないことに加えて、傾斜軸となっていることで、例えば第1の旋回軸に対して90度に倒れる方向にアームを稼動させるためには、傾斜面に沿って180度回転させなければならない。一方、かかる部位に第1の旋回軸に対して直交する方向に回動する関節構造を適用することで、傾斜軸に対して2倍のアーム稼動速度を得ることが可能となる。 The articulated robot of the present invention has an arm structure that further includes a third rotation axis in addition to the first rotation axis and the second rotation axis. The third rotation shaft has a shaft structure that rotates in a direction orthogonal to the first rotation shaft, and the mounting site (which joint is applied to among the plurality of joints) is In various operating postures of the articulated arm, the connection surface between the arms is applied to a portion that is highly likely to be a vertical surface or a substantially vertical surface. In such a part, since the torque applied to the motor is not reduced as described above, there is actually no reduction in the torque applied to the motor as described above even if the second turning shaft is applied. A relatively large scale motor will be applied. In such a part, even if the second swivel axis is applied as it is, the applied motor cannot be reduced in scale, and it is an inclined axis, for example, 90 degrees with respect to the first swivel axis. In order to operate the arm in the direction of falling, it must be rotated 180 degrees along the inclined surface. On the other hand, by applying a joint structure that rotates in a direction orthogonal to the first pivot axis to such a part, it is possible to obtain an arm operating speed that is twice that of the tilt axis.
本発明の多関節ロボットによれば、第1の旋回軸とそれに対して所定の傾斜面を備えた第2の旋回軸を備え、かつ、多関節アームの稼動姿勢の中で関節面が90度程度となる可能性の高い部位には第2の旋回軸の代わりに第1の旋回軸に直交する方向に回動する第3の回動軸を備えた構成とすることにより、多関節アームの稼動速度(応答速度)を可及的に高速度とすることができる。 According to the articulated robot of the present invention, the first swivel axis and the second swivel axis having a predetermined inclined surface with respect to the first swivel axis are provided. By providing a configuration with a third pivot shaft that pivots in a direction orthogonal to the first pivot axis instead of the second pivot axis, the portion of the articulated arm has The operating speed (response speed) can be made as high as possible.
なお、多関節アームの先端構造は、既述するような回転可能な手首機構となっており、溶接ガンや把持具などの所要のツールハンドが取付けられる構成となっている。 Note that the tip structure of the articulated arm is a rotatable wrist mechanism as described above, and is configured such that a required tool hand such as a welding gun or a gripping tool can be attached.
また、本発明による多関節ロボットの他の実施形態は、前記第1の旋回軸が鉛直方向に向けられた軸からなり、前記第2の旋回軸が第1の旋回軸に対して45度に傾斜した旋回軸からなることを特徴とする。 In another embodiment of the articulated robot according to the present invention, the first turning axis is an axis oriented in the vertical direction, and the second turning axis is 45 degrees with respect to the first turning axis. It is characterized by comprising an inclined pivot axis.
多関節ロボットの脚部は、好ましくは水平床面や水平天井面にボルト留め等によって接続されるのが好ましく、その場合には、第1の旋回軸が鉛直方向に向けられた軸からなる。それに対して第2の旋回軸を45度の傾斜軸とすることにより(第2の旋回軸が複数ある場合にはそのすべてが45度に設定される)、モータにかかるトルクを低減させる要素(モータの小型化)と、アームが所定姿勢となるまでの応答速度を向上させる要素の双方を最適な条件とすることができる。 The legs of the articulated robot are preferably connected to a horizontal floor surface or a horizontal ceiling surface by bolting or the like. In that case, the first pivot axis is an axis oriented in the vertical direction. On the other hand, by making the second turning axis a 45-degree inclined axis (when there are a plurality of second turning axes, all of them are set to 45 degrees), an element for reducing the torque applied to the motor ( Both the miniaturization of the motor) and the element that improves the response speed until the arm assumes a predetermined posture can be set as the optimum conditions.
また、本発明による多関節ロボットの他の実施形態としては、以下に示す7軸構造の多関節ロボットを適用することができる。 Further, as another embodiment of the articulated robot according to the present invention, the following articulated robot having a seven-axis structure can be applied.
その一つは、固定台と第1のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第1のアームと第2のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第2のアームと第3のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第3のアームと第4のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第4のアームと第5のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第5のアームと第6のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第6のアームにツールハンドが第1の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。 One of them is that the fixed base and the first arm are connected via the first pivot axis, and the first arm and the second arm are connected via the second pivot axis, The second arm and the third arm are connected via a second pivot axis, and the third arm and the fourth arm are connected via a second pivot axis, The fifth arm is connected via the first pivot axis, the fifth arm and the sixth arm are connected via the third pivot axis, and the tool hand is connected to the sixth arm. It is an articulated robot connected via a first turning axis.
また、他の一つは、固定台と第1のアームは鉛直方向の第1の旋回軸を介して接続されており、第1のアームと第2のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第2のアームと第3のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第3のアームと第4のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第4のアームと第5のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第5のアームと第6のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第6のアームにツールハンドが第1の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。ここで、第4のアームと第5のアーム、および第6のアームとツールハンドとが第1の旋回軸を介して接続されているが、ここでの第1の旋回軸とは、固定台と第1のアームを接続する鉛直方向に延びた第1の旋回軸とは異なり、第5のアームが第4のアームの軸心方向に直交する面内で回転すること、および、第6のアームの軸心方向に直交する面内でツールハンドが回転することを意味しており、かかる第1の旋回軸が鉛直方向に固定されるものでないことは勿論のことである。これは、以下に示す実施形態においても同様である。また、7軸構造の多関節ロボットにおいて、先端のツールハンドに比較的近い第4のアームと第5のアームとの間に第1の旋回軸を備えた構成とすることで、他の構成に比して、アームの動作範囲を広げることができ、かつアームの稼動速度を速めることができるということが発明者等の試作実験によって実証されている。 The other is that the fixed base and the first arm are connected to each other via the first pivot shaft in the vertical direction, and the first arm and the second arm are coupled to each other via the second pivot shaft. The second arm and the third arm are connected via a second pivot axis, and the third arm and the fourth arm are connected via a third pivot axis. The fourth arm and the fifth arm are connected via the first pivot axis, the fifth arm and the sixth arm are connected via the second pivot axis, This is an articulated robot in which a tool hand is connected to the arm of the robot via a first turning axis. Here, the fourth arm and the fifth arm, and the sixth arm and the tool hand are connected to each other via the first turning shaft. The first turning shaft here is a fixed base. And the first swivel shaft extending in the vertical direction connecting the first arm and the first arm, the fifth arm rotates in a plane perpendicular to the axial direction of the fourth arm, and It means that the tool hand rotates in a plane perpendicular to the axial direction of the arm, and it goes without saying that the first turning axis is not fixed in the vertical direction. The same applies to the embodiments described below. In addition, in a multi-joint robot having a seven-axis structure, a configuration in which the first pivot axis is provided between the fourth arm and the fifth arm that are relatively close to the tool hand at the tip can be used as another configuration. In comparison, it has been proved by trial experiments by the inventors that the operating range of the arm can be expanded and the operating speed of the arm can be increased.
また、さらに他の一つは、固定台と第1のアームは鉛直方向の第1の旋回軸を介して接続されており、第1のアームと第2のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第2のアームと第3のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第3のアームと第4のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第4のアームと第5のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第5のアームと第6のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第6のアームにツールハンドが第1の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。 In yet another embodiment, the fixed base and the first arm are connected to each other via a first pivot shaft in the vertical direction, and the first arm and the second arm are coupled to each other via a second pivot shaft. The second arm and the third arm are connected via a second pivot axis, and the third arm and the fourth arm are connected via a third pivot axis. The fourth arm and the fifth arm are connected via a first pivot axis, and the fifth arm and the sixth arm are connected via a third pivot axis, This is an articulated robot in which a tool hand is connected to a sixth arm via a first turning axis.
また、さらに他の一つは、固定台と第1のアームは鉛直方向の第1の旋回軸を介して接続されており、第1のアームと第2のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第2のアームと第3のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第3のアームと第4のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第4のアームと第5のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第5のアームと第6のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第6のアームにツールハンドが第1の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。 In yet another embodiment, the fixed base and the first arm are connected to each other via a first pivot shaft in the vertical direction, and the first arm and the second arm are coupled to each other via a second pivot shaft. The second arm and the third arm are connected via a third rotating shaft, and the third arm and the fourth arm are connected via a third rotating shaft. The fourth arm and the fifth arm are connected via the first pivot axis, and the fifth arm and the sixth arm are connected via the second pivot axis, This is an articulated robot in which a tool hand is connected to a sixth arm via a first turning axis.
また、さらに他の一つは、固定台と第1のアームは鉛直方向の第1の旋回軸を介して接続されており、第1のアームと第2のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第2のアームと第3のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第3のアームと第4のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第4のアームと第5のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第5のアームと第6のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第6のアームにツールハンドが第1の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。 In yet another embodiment, the fixed base and the first arm are connected to each other via a first pivot shaft in the vertical direction, and the first arm and the second arm are coupled to each other via a second pivot shaft. The second arm and the third arm are connected via a third rotating shaft, and the third arm and the fourth arm are connected via a second rotating shaft. The fourth arm and the fifth arm are connected via a first pivot axis, and the fifth arm and the sixth arm are connected via a third pivot axis, This is an articulated robot in which a tool hand is connected to a sixth arm via a first turning axis.
また、さらに他の一つは、固定台と第1のアームは鉛直方向の第1の旋回軸を介して接続されており、第1のアームと第2のアームは第2の旋回軸を介して接続されており、第2のアームと第3のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第3のアームと第4のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第4のアームと第5のアームは第1の旋回軸を介して接続されており、第5のアームと第6のアームは第3の回動軸を介して接続されており、第6のアームにツールハンドが第1の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。 In yet another embodiment, the fixed base and the first arm are connected to each other via a first pivot shaft in the vertical direction, and the first arm and the second arm are coupled to each other via a second pivot shaft. The second arm and the third arm are connected via a third rotating shaft, and the third arm and the fourth arm are connected via a third rotating shaft. The fourth arm and the fifth arm are connected via the first pivot axis, and the fifth arm and the sixth arm are connected via the third pivot axis. A multi-joint robot in which a tool hand is connected to a sixth arm via a first turning axis.
さらに、本発明による多関節ロボットの他の実施形態として、8軸以上の軸構造を有してなる多関節ロボットであってもよく、上記する7軸構造の多関節ロボットに、第1の旋回軸、第2の旋回軸、第3の回動軸のいずれか1つの軸または複数の軸をさらに備えることによって構成するものである。 Further, as another embodiment of the articulated robot according to the present invention, an articulated robot having an axis structure of 8 axes or more may be used. One of a shaft, a second turning shaft, and a third rotation shaft, or a plurality of shafts are further provided.
軸構造が増すことにより、所定の多関節アーム姿勢に移行するまでの速度を速めることが可能となる一方で、軸構造の増加に伴ってその制御が複雑となり、製造コストも高価となっていくことから、生産ラインに要求される多関節アームの稼動速度等に応じて、適宜の自由度数を備えた多関節ロボットを適用するのが好ましい。 By increasing the shaft structure, it becomes possible to increase the speed required to shift to a predetermined articulated arm posture, but as the shaft structure increases, the control becomes complicated and the manufacturing cost increases. Therefore, it is preferable to apply an articulated robot having an appropriate number of degrees of freedom according to the operating speed of the articulated arm required for the production line.
以上の説明から理解できるように、本発明の多関節ロボットによれば、第1の旋回軸とそれに対して所定の傾斜面を備えた第2の旋回軸を備え、かつ、多関節アームの稼動姿勢の中で関節面が90度程度となる可能性の高い部位には第2の旋回軸の代わりに第1の旋回軸に直交する方向に回動する第3の回動軸を備えた構成とすることにより、多関節アームの稼動速度(応答速度)を可及的に高速度とすることができる。また、本発明の多関節ロボットによれば、第1の旋回軸と第2の旋回軸と第3の回動軸とを適宜に組み合わせた7軸以上の軸構造とし、第1の旋回軸を鉛直方向の軸に設定し、第2の旋回軸を第1の旋回軸に対して45度方向の軸に設定することにより、モータにかかるトルクを低減させることによってモータの小型化を図ることができ、かつ、アームが所定姿勢となるまでの応答速度を可及的に速くすることができる。 As can be understood from the above description, according to the articulated robot of the present invention, the first swivel axis and the second swivel axis having a predetermined inclined surface with respect to the first swivel axis are provided, and the articulated arm is operated. A configuration including a third rotation shaft that rotates in a direction orthogonal to the first rotation axis instead of the second rotation axis at a portion where the joint surface is likely to be about 90 degrees in the posture. By doing so, the operating speed (response speed) of the articulated arm can be made as high as possible. Further, according to the articulated robot of the present invention, the shaft structure has seven or more axes in which the first rotation axis, the second rotation axis, and the third rotation axis are appropriately combined, and the first rotation axis is By setting the axis in the vertical direction and setting the second pivot axis in the direction of 45 degrees relative to the first pivot axis, it is possible to reduce the motor size by reducing the torque applied to the motor. And the response speed until the arm assumes a predetermined posture can be increased as much as possible.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の多関節ロボットの一実施形態を示した模式図を、図2は、第1のII−II矢視図を、図3は、第1の旋回軸の構造を示した模式図を、図4は、第2の旋回軸の構造を示した模式図を、図5は、第3の回動軸の構造を示した模式図をそれぞれ示している。図6aは、第2の旋回軸に作用するトルクと、回転状況を示した模式図であり、図6bは、第3の回動軸に作用するトルクと、回転状況を示した模式図である。図7は、第6のアーム端面が横向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図を、図8は、第6のアーム端面が下向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図を、図9は、第6のアーム端面が上向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図をそれぞれ示している。図10〜14はそれぞれ、本発明の多関節ロボットの他の実施形態を示した模式図である。なお、図示する多関節ロボットは、水平床面に固定台が取付けられた構成となっているが、多関節ロボットが水平天井面、または壁面に取付けられた構成であってもよく、さらには、図示する7軸構造の多関節ロボットのほかに、8軸以上の軸構造を備えた多関節ロボットであってもよいことは勿論のことである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the articulated robot of the present invention, FIG. 2 is a first II-II arrow view, and FIG. 3 is a first pivot axis structure. FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the second pivot shaft, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of the third pivot shaft. FIG. 6A is a schematic diagram showing the torque acting on the second turning shaft and the rotation state, and FIG. 6B is a schematic diagram showing the torque acting on the third rotation shaft and the rotation state. . FIG. 7 is a view showing an analysis result comparing the operation ranges of the conventional articulated robot and the articulated robot of the present invention when the end face of the sixth arm is sideways, and FIG. 8 shows the end face of the sixth arm facing downward. FIG. 9 is a view showing an analysis result comparing the operation ranges of the conventional articulated robot in the case of FIG. 9 and the articulated robot of the present invention. FIG. 9 shows the conventional articulated robot and the present invention in the case where the end face of the sixth arm is upward. The figure which shows the analysis result which compared the action | operation range of multiple articulated robots is shown, respectively. 10 to 14 are schematic views showing other embodiments of the articulated robot of the present invention. The articulated robot shown in the figure has a configuration in which a fixed base is attached to the horizontal floor surface, but the articulated robot may have a configuration in which the articulated robot is attached to a horizontal ceiling surface or a wall surface. In addition to the articulated robot having the 7-axis structure shown in the figure, it is needless to say that an articulated robot having an axis structure of 8 or more axes may be used.
図1は、7軸構造の多関節ロボットの一実施形態を示したものである。この多関節ロボット10は、水平床面にボルトB、B、…にて固定された固定台1と第1のアーム2が、鉛直方向まわりの旋回軸11にて接続されており、第1のアーム2は第2のアーム3と鉛直軸に対して45度傾斜した傾斜面に直交する旋回軸21にて接続されており、第2のアーム3と第3のアーム4も同様の旋回軸31にて接続されており、第3のアーム4と第4のアーム5は45度に傾斜しつつ旋回軸21,31とは逆向きの旋回軸41にて接続されており、第4のアーム5と第5のアーム6は鉛直方向まわりの旋回軸51にて接続されており、第5のアーム6と第6のアーム7とは該第5のアーム6に対して第6のアーム7が90度程度回動可能な回動軸61にて接続されており、第6のアーム7の端部には溶接ガンや把持具などの所要のツールハンド8が第6のアーム7の軸心まわりに回転可能に接続されている。接続される各アーム間は、下方のアーム内にサーボモータ等の適宜のモータが内蔵され、該サーボモータの出力軸の回転を適宜のギヤに伝達し、ギヤの回転を図示する減速機94にて所定のトルクに変換することにより、上方のアームが回転ないしは回動するように構成されている。旋回軸11,51,71は既述する第1の旋回軸であり、旋回軸21,31,41は第2の旋回軸であり、回動軸61は第3の回動軸である。なお、各アームは鋼製素材や硬質樹脂素材から成形されている。また、各傾斜旋回軸は下方アームに対して45度以外の適宜の角度に設定されてもよく、複数の傾斜旋回軸がそれぞれ異なる傾斜角に設定されてもよい。
FIG. 1 shows an embodiment of an articulated robot having a seven-axis structure. In this articulated
図1のII−II矢視図を示した図2に示すように、第6のアーム7は、第5のアーム6の軸心方向に対して90度程度回動できるようになっており(X方向およびY方向)、後述するように、かかる回動軸を設けた多関節ロボット(アーム)とすることにより、従来の多関節ロボットに比して応答速度を速めることが可能となる。
As shown in FIG. 2 showing the II-II arrow view of FIG. 1, the
図3〜5は、上記する各旋回軸(回動軸)の構造を詳細に説明した模式図である。図3は、旋回軸51(第1の旋回軸)の構造を示したものである。第4のアーム5内部には、サーボモータ91が内蔵されており、その出力軸に装着されたモータギヤ92と、該モータ92と噛み合い回転するスパーギヤ93を内蔵している。スパーギヤ93は減速機94に接続されており、モータ回転数を所定回転数に減速するとともに所定のトルクに変換する。減速機94の回転に応じて第5のアーム6が第4のアーム5の軸心まわりを回転する(X方向)。
3 to 5 are schematic views illustrating in detail the structure of each of the above-described swiveling axes (rotating axes). FIG. 3 shows the structure of the turning shaft 51 (first turning shaft). A
一方、図4は、旋回軸41(第2の旋回軸)の構造を示したものである。この旋回軸41は、第3のアーム4の軸心方向に対して45度傾斜した回転軸を形成しており、第3のアーム4内部には、サーボモータ91が45度傾斜した姿勢で内蔵されており、モータギヤ92と噛み合い回転するスパーギヤ93を内蔵している。このスパーギヤ93が減速機94を介して第4のアーム5を傾斜面上に回転させる(X方向)。
On the other hand, FIG. 4 shows the structure of the turning shaft 41 (second turning shaft). The turning
さらに図5は、回動軸61(第3の回動軸)の構造を示したものである。第5のアーム6内部には、サーボモータ91が内蔵されており、その出力軸にはベベルギヤ95が装着されており、このベベルギヤ95の回転をモータ軸に対して直交する方向に変換する別途のベベルギヤ96に減速機94が回動可能に取付けられており、減速機94を介して、第6のアーム7を回動させる(X方向)。本実施形態のようにベベルギヤを適用することで、サーボモータ91をアーム内に収容することができ、サーボモータがアーム外にはみ出して、作業時の障害となることを防止することができる。
FIG. 5 shows the structure of the rotation shaft 61 (third rotation shaft). A
ここで、図6に基づいて、上記する第2の旋回軸と第3の回動軸との双方に作用するトルクと回転態様ないし回動態様を比較する。図6aは、傾斜関節を構成する第2の旋回軸の回転態様を模擬した図であるが、傾斜角θに対して、トルクが作用するアーム長(L)はLcosθに低減されるため、上方アームが支持する重量をWとすると、該上方のアームが180度旋回した際(X方向)に旋回軸に作用するトルクはW・Lcosθとなる。 Here, based on FIG. 6, the torque which acts on both the above-mentioned 2nd rotating shaft and 3rd rotating shaft and a rotation aspect thru | or a rotation aspect are compared. FIG. 6a is a diagram simulating the rotation mode of the second swivel shaft that constitutes the tilt joint, but the arm length (L) on which the torque acts is reduced to L cos θ with respect to the tilt angle θ. When the weight supported by the arm is W, the torque acting on the turning shaft when the upper arm turns 180 degrees (X direction) is W · L cos θ.
一方、図6bは、下方のアーム軸に対して上方のアームが90度回動する第3の回動軸の回動態様を模擬した図である。トルクが作用するアーム長を同様にLとし、アームが支持する重量をWとした場合に、上方のアームが90度回動した際(X方向)に回動軸に作用するトルクはW・Lとなる。 On the other hand, FIG. 6B is a diagram simulating the rotation mode of the third rotation shaft in which the upper arm rotates 90 degrees with respect to the lower arm shaft. Similarly, when the length of the arm on which the torque acts is L and the weight supported by the arm is W, the torque acting on the rotation shaft when the upper arm rotates 90 degrees (X direction) is W · L It becomes.
多関節ロボットアームの稼動姿勢の中で、図6aに示す傾斜関節における下方アームの端面が鉛直方向を向く可能性がない場合には、上記するように旋回軸に作用するトルクは低減されることから、比較的小規模のサーボモータを適用することができる。しかし、下方アームの端面が鉛直方向またはそれに近い方向を向く可能性がある場合には、トルクの低減がないことからサーボモータを小規模化することはできない。一方、図6bに示す回動軸が90度回動した姿勢と同様の姿勢を図6aの旋回軸がとろうとすると、傾斜面に沿って180度旋回しなければならず、結局、モータの規模を小規模化できないことに加えて作動速度が半減することとなる。 In the operating posture of the articulated robot arm, when there is no possibility that the end face of the lower arm in the inclined joint shown in FIG. 6a is oriented in the vertical direction, the torque acting on the turning axis is reduced as described above. Therefore, a relatively small servo motor can be applied. However, if there is a possibility that the end surface of the lower arm is oriented in the vertical direction or a direction close thereto, the torque cannot be reduced and the servo motor cannot be reduced in size. On the other hand, if the swivel shaft of FIG. 6a tries to take a posture similar to the posture in which the swivel shaft shown in FIG. 6b is swung by 90 degrees, the swivel shaft of FIG. In addition to being unable to reduce the scale, the operating speed is halved.
したがって、本発明の多関節ロボットにおいては、アーム間を接続するアーム端面が鉛直方向を向く可能性のある部位においては、第2の旋回軸(傾斜軸)の代わりに第3の回動軸(下方のアームの軸心方向に対して90度程度回動する軸)を適用することにより、アームの作動速度を可及的に速めることができる。尤も、アーム間を接続するアーム端面が鉛直方向を向く可能性のある部位をすべて第3の回動軸とする必要はなく、多関節ロボットアームに要求される作動範囲と作動速度に応じて、適宜の関節部位に第3の回動軸を備えた構成とすればよい。 Therefore, in the articulated robot of the present invention, the third rotation axis (inclination axis) is used instead of the second rotation axis (inclination axis) at a portion where the arm end surfaces connecting the arms may face in the vertical direction. By applying an axis that rotates about 90 degrees with respect to the axial direction of the lower arm, the operating speed of the arm can be increased as much as possible. However, it is not necessary to use all the parts where the arm end faces connecting the arms may face in the vertical direction as the third rotation axis, depending on the operation range and operation speed required for the articulated robot arm, What is necessary is just to set it as the structure provided with the 3rd rotating shaft in the appropriate joint site | part.
図7〜9は、第6のアーム端面の姿勢態様に応じて多関節ロボットアームの稼動範囲を従来の多関節ロボットアームのそれと比較した解析結果を示す図である。ここで、従来の多関節ロボットアームとは、発明者等によって開発され、上記する特許文献1に開示の多関節ロボットのことである。この多関節ロボットは、傾斜軸と水平軸とが交互に組み合わされた7軸構造のロボットアームである。
7 to 9 are diagrams showing analysis results comparing the operating range of the articulated robot arm with that of the conventional articulated robot arm according to the posture state of the sixth arm end surface. Here, the conventional articulated robot arm is an articulated robot developed by the inventors and disclosed in
図7は、第6のアーム端面が横向きの場合の比較図であり、図中の2点鎖線で示した多関節ロボットAが従来例である。図において、斜線で示した範囲Xが本発明の多関節ロボット10の作動範囲であり、反対向き斜線で示した範囲Yが従来の多関節ロボットAの作動範囲である。図からも明らかなように、本発明の多関節ロボットのように、第1の旋回軸と第2の旋回軸に、さらに第3の回動軸を適宜に組み合わせることにより、その作動範囲を広範囲とすることができる。
FIG. 7 is a comparative view in the case where the sixth arm end face is in the horizontal direction, and the articulated robot A indicated by a two-dot chain line in the drawing is a conventional example. In the figure, a range X indicated by diagonal lines is an operation range of the articulated
一方、図8は、第6のアーム端面が下向きの場合の比較解析結果を、図9は、第6のアーム端面が上向きの場合の比較解析結果をそれぞれ示している。図8によれば、下方への作動範囲が広範囲となることが分かり、図9によれば、アーム関節が折り曲げられた姿勢から上方に伸びた姿勢に至る(Z方向)作動範囲において、やはり、作動範囲が広範囲となることが見て取れる。 On the other hand, FIG. 8 shows a comparative analysis result when the sixth arm end face is facing downward, and FIG. 9 shows a comparative analysis result when the sixth arm end face is facing upward. According to FIG. 8, it can be seen that the downward operation range is wide, and according to FIG. 9, in the operation range from the posture in which the arm joint is bent to the posture in which the arm joint extends upward (Z direction), It can be seen that the operating range is wide.
図10〜14は、本発明の多関節ロボットのさらに他の実施形態を示したものである。図10に示す多関節ロボット10Aは、第3の回動軸を第3のアーム4と第4のアーム5の間に設けた実施形態である。図11に示す多関節ロボット10Bは、第3の回動軸を第3のアーム4と第4のアーム5の間、および第5のアーム6と第6のアーム7の間の2箇所に設けた実施形態である。
10 to 14 show still another embodiment of the articulated robot of the present invention. An articulated
図12に示す多関節ロボット10Cは、第3の回動軸を第2のアーム3と第3のアーム4の間、および第3のアーム4と第4のアーム5の間の2箇所に設けた実施形態である。図13に示す多関節ロボット10Dは、第3の回動軸を第2のアーム3と第3のアーム4の間、および第5のアーム6と第6のアーム7の間の2箇所に設けた実施形態である。
The articulated
さらに、図14に示す多関節ロボット10Eは、第3の回動軸を、第2のアーム3と第3のアーム4の間、第3のアーム4と第4のアーム5の間、さらに第5のアーム6と第6のアーム7の間の3箇所に設けた実施形態である。
Further, the articulated
上記する実施形態はそれぞれ、従来の7軸構造の多関節ロボットに比して作動範囲が広範囲となり、さらに作動速度も高速度となるが、各実施形態ごとに作動範囲や作動速度が異なることから、製造ライン等に適用される場合には、被製造物の種類や製造ブースに要求される作動範囲や速度に応じて適宜選択するのがよい。 Each of the above-described embodiments has a wider operating range and higher operating speed than conventional articulated robots with a seven-axis structure, but the operating range and operating speed differ for each embodiment. When applied to a production line or the like, it is preferable to select appropriately according to the type of product to be manufactured and the operating range and speed required for the production booth.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。例えば、上記する7軸構造の多関節ロボットに、第1の旋回軸、第2の旋回軸、第3の回動軸のいずれか1つの軸または複数の軸をさらに備えた8軸以上の軸構造の多関節ロボットであってもよい。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention. For example, the multi-joint robot having the seven-axis structure described above further includes eight or more axes further including any one or a plurality of axes of a first rotation axis, a second rotation axis, and a third rotation axis. An articulated robot having a structure may be used.
1…固定台、11…旋回軸、2…第1のアーム、21…旋回軸、3…第2のアーム、31…旋回軸(回動軸)、4…第3のアーム、41…旋回軸(回動軸)、5…第4のアーム、51…旋回軸、6…第5のアーム、61…旋回軸(回動軸)、7…第6のアーム、71…旋回軸、8…ツールハンド、91…サーボモータ、92…モータギヤ、93…スパーギヤ、94…減速機、95,96…ベベルギヤ、10A,10B,10C,10D,10E…多関節ロボット
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記多関節ロボットは、第1の旋回軸に対して直交する方向に回動する第3の回動軸をさらに備えており、該回動軸においてもモータおよび減速機が装着されている多関節ロボット。 A multi-joint robot having a plurality of articulated arms connected to each other, wherein the joint arms are connected to each other via a first turning axis, and a second turning axis inclined with respect to the first turning axis. In the articulated robot having at least one location connected via each of which the motor and the speed reducer for driving each pivot axis are mounted for each pivot axis,
The multi-joint robot further includes a third rotation shaft that rotates in a direction orthogonal to the first rotation axis, and the multi-joint on which the motor and the speed reducer are mounted. robot.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015054387A (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | Robot arm and robot |
US9796097B2 (en) | 2013-09-10 | 2017-10-24 | Seiko Epson Corporation | Robot and manufacturing method for robot |
WO2018021171A1 (en) * | 2016-07-26 | 2018-02-01 | Groove X株式会社 | Articulated robot |
US10099367B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-10-16 | Seiko Epson Corporation | Robot arm and robot |
ES2693923A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-14 | Rafael FERRÍN POZUELO | Arm articulated by oblique sections (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
US11413743B2 (en) | 2019-12-13 | 2022-08-16 | Fanuc Corporation | Articulated structure of robot |
US11433532B2 (en) | 2019-12-12 | 2022-09-06 | Fanuc Corporation | Robot joint structure |
-
2005
- 2005-11-28 JP JP2005342165A patent/JP2007144559A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9796097B2 (en) | 2013-09-10 | 2017-10-24 | Seiko Epson Corporation | Robot and manufacturing method for robot |
US9802327B2 (en) | 2013-09-10 | 2017-10-31 | Seiko Epson Corporation | Robot arm and robot |
US10099367B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-10-16 | Seiko Epson Corporation | Robot arm and robot |
JP2015054387A (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | Robot arm and robot |
WO2018021171A1 (en) * | 2016-07-26 | 2018-02-01 | Groove X株式会社 | Articulated robot |
ES2693923A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-14 | Rafael FERRÍN POZUELO | Arm articulated by oblique sections (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
US11433532B2 (en) | 2019-12-12 | 2022-09-06 | Fanuc Corporation | Robot joint structure |
US11413743B2 (en) | 2019-12-13 | 2022-08-16 | Fanuc Corporation | Articulated structure of robot |
JP7424816B2 (en) | 2019-12-13 | 2024-01-30 | ファナック株式会社 | robot joint structure |
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