JP2017148885A

JP2017148885A - ロボットアーム

Info

Publication number: JP2017148885A
Application number: JP2016031836A
Authority: JP
Inventors: 太田　浩充; Hiromitsu Ota; 浩充太田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20170239820A1; DE102017103387A1; CN107097209A

Abstract

【課題】人間の腕と同じような動きができ、人間の作業をそのまま置き換えられるロボットアームを提供する。【解決手段】第２連結棒２５の第２中間ベース１２側の一端を第２中間ベース１２に対して固定連結するとともに第２連結棒２５の先端ベース１３側の一端を先端ベース１３に対して第２継手５１を介して旋回可能に連結し、第１中間ベース１１および第２中間ベース１２を中間継手５２を介して旋回可能に連結し、第１中間ベース１１に対して第２中間ベース１２を旋回させる旋回アクチュエータ６０を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、人間の腕と同じ働きをするロボットアームに関する。

特許文献１に示すようなロボットアームがあり、図９に基づいて説明する。このロボットアームは、複数のベースを、根元ベース２０１、第１中間ベース２０２、第２中間ベース２０３、先端ベース２０４の順に配置し、根元ベース２０１および第１中間ベース２０２を第１連結棒２１０を介して連結するとともに、第２中間ベース２０３および先端ベース２０４を第２連結棒２１５を介して連結し、根元ベース２０１および第１中間ベース２０２を第１連結棒２１０の周囲に配置された３つの第１伸縮アクチュエータ２２０を介して連結するとともに、第２中間ベース２０３および先端ベース２０４を第２連結棒２１５の周囲に配置された３つの第２伸縮アクチュエータ２２５を介して連結し、３つの第１伸縮アクチュエータ２２０をそれぞれ伸縮させることにより根元ベース２０１に対する第１中間ベース２０２の位置並びに姿勢を変更し、３つの第２伸縮アクチュエータ２２５をそれぞれ伸縮させることにより第２中間ベース２０３に対する先端ベース２０４の位置並びに姿勢を変更することを行っている。

さらに前記ロボットアームは、第１中間ベース２０２および第２中間ベース２０３を固定連結し、第１連結棒２１０の第１中間ベース２０２側の一端を第１中間ベース２０２に対して固定連結するとともに第１連結棒２１０の根元ベース２０１側の一端を根元ベース２０１に対して第１継手２１１を介して旋回可能に連結し、第２連結棒２１５の第２中間ベース２０３側の一端を第２中間ベース２０３に対して第２継手２１６を介して旋回可能に連結するとともに第２連結棒２１５の先端ベース２０４側の一端を先端ベース２０４に対して固定連結することを行っている。

またさらに前記ロボットアームは、第１伸縮アクチュエータ２２０の一端を第３継手２２１を介して根元ベース２０１に連結し、第１伸縮アクチュエータ２２０の他端を第４継手２２２を介して第１中間ベース２０２に連結し、第２伸縮アクチュエータ２２５の一端を第５継手２２６を介して第２中間ベース２０３に連結し、第２伸縮アクチュエータ２２５の他端を第６継手２２７を介して先端ベース２０４に連結することを行っている。

特許文献２に示すロボットアームは、根元ベース、中間ベース、先端ベースの順に配置し、根元ベースおよび中間ベースを６つの第１伸縮アクチュエータを介して連結するとともに、中間ベースおよび先端ベースを６つの第２伸縮アクチュエータを介して連結し、６つの第１伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮させることにより根元ベースに対する中間ベースの位置並びに姿勢を変更し、６つの第２伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮させることにより中間ベースに対する先端ベースの位置並びに姿勢を変更することを行っている。

特開２００３−１７２４１８号公報特開２００３−３１１６６７号公報

特許文献１に示すようなロボットアームは、人間の手首を曲げる動き、すなわち先端ベースを第２連結棒に対して旋回させる動きが出来ず、また人間のひじを曲げる動き、すなわち第１中間ベースに対して第２中間ベースを旋回させる動きが出来ない。

特許文献２に示すようなロボットアームは、人間の手首を曲げる動き、すなわち先端ベースを仮想の軸線回りに旋回させる動きを６つの第２伸縮アクチュエータの伸縮によって作り出すことは出来るが、あくまでも仮想の軸線であって機械的な軸で無いので、第２伸縮アクチュエータの機械的なガタ、第２伸縮アクチュエータの両端に接続される継手の機械的なガタによって、軸が振れやすい。また人間のひじを曲げる動き、すなわち第１中間ベースに対して第２中間ベースを仮想の軸線回りに旋回させる動きを６つの第１伸縮アクチュエータの伸縮によって作り出すことは出来るが、あくまでも仮想の軸線であって機械的な軸で無いので、第１伸縮アクチュエータの機械的なガタ、第１伸縮アクチュエータの両端に接続される継手の機械的なガタによって、軸が振れやすい。さらに人間の肩を回す動き、すなわち根元ベースを旋回させる動きが出来ない。

本発明の目的は、人間の腕と同じような動きができ、人間の作業をそのまま置き換えられるロボットアームを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、根元ベース、第１中間ベース、第２中間ベース、先端ベースの順に配置し、前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを第１連結棒を介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを第２連結棒を介して連結し、前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを前記第１連結棒の周囲に配置された３つの第１伸縮アクチュエータを介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを前記第２連結棒の周囲に配置された３つの第２伸縮アクチュエータを介して連結し、前記３つの第１伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮させることにより前記根元ベースに対する前記第１中間ベースの位置並びに姿勢を変更し、前記３つの第２伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮させることにより前記第２中間ベースに対する前記先端ベースの位置並びに姿勢を変更するようにしたロボットアームにおいて、前記第１連結棒の前記第１中間ベース側の一端を前記第１中間ベースに対して固定連結するとともに前記第１連結棒の前記根元ベース側の一端を前記根元ベースに対して前記第１継手を介して旋回可能に連結し、前記第２連結棒の前記第２中間ベース側の一端を前記第２中間ベースに対して固定連結するとともに前記第２連結棒の前記先端ベース側の一端を前記先端ベースに対して第２継手を介して旋回可能に連結し、前記第１中間ベースおよび前記第２中間ベースを中間継手を介して旋回可能に連結し、前記第１中間ベースに対して前記第２中間ベースを旋回させる旋回アクチュエータを備えたものである。

この構成によれば、第１継手を介して根元ベースに対して第１連結棒を旋回させる動き、すなわち人間の肩を回す動きが出来る。また中間継手を介して第１中間ベースに対して第２中間ベースを旋回させる動き、すなわち人間のひじを曲げる動きが出来る。さらに第２継手を介して第２連結棒に対して先端ベースを旋回させる動き、すなわち人間の手首を曲げる動きが出来る。

請求項２に記載の発明は、根元ベース、第１中間ベース、第２中間ベース、先端ベースの順に配置し、前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを第１連結棒を介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを第２連結棒を介して連結し、前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを前記第１連結棒の周囲に配置された３つの第１伸縮アクチュエータを介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを前記第２連結棒の周囲に配置された３つの第２伸縮アクチュエータを介して連結し、前記３つの第１伸縮アクチュエータの一端を前記根元ベースに対して第３継手を介して旋回可能に連結し、前記３つの第１伸縮アクチュエータの他端を前記第１中間ベースに対して第４継手を介して旋回可能に連結し、前記３つの第２伸縮アクチュエータの一端を前記第２中間ベースに対して第５継手を介して旋回可能に連結し、前記３つの第２伸縮アクチュエータの他端を前記先端ベースに対して第６継手を介して旋回可能に連結し、ロボット制御装置により前記３つの第１伸縮アクチュエータおよび前記３つの第２伸縮アクチュエータの動きを制御することによって、前記根元ベースに対する前記第１中間ベースの位置並びに姿勢を変更し、前記第２中間ベースに対する前記先端ベースの位置並びに姿勢を変更するようにしたロボットアームにおいて、前記第１連結棒の前記第１中間ベース側の一端を前記第１中間ベースに対して固定連結するとともに前記第１連結棒の前記根元ベース側の一端を前記根元ベースに対して第１継手を介して旋回可能に連結し、前記第２連結棒の前記第２中間ベース側の一端を前記第２中間ベースに対して固定連結するとともに前記第２連結棒の前記先端ベース側の一端を前記先端ベースに対して第２継手を介して旋回可能に連結し、前記第１中間ベースおよび前記第２中間ベースを中間継手を介して旋回可能に連結し、前記第１中間ベースに対して前記第２中間ベースを旋回させる旋回アクチュエータを備え、前記第３継手および前記第４継手のいずれか一方に互いに交差する３つの回転軸線を持つ３軸自在継手を用い、前記第３継手および前記第４継手の他方に前記３軸自在継手もしくは互いに交差する２つの回転軸線を持つ２軸自在継手を用い、前記第５継手および前記第６継手のいずれか一方に前記３軸自在継手を用い、前記第５継手および前記第６継手の他方に前記３軸自在継手もしくは前記２軸自在継手を用いたものである。

この構成によれば、根元ベースに対して第１中間ベースを第１連結棒の軸線回りに回転させ、根元ベースに対して第１連結棒を第１連結棒の軸線と直交する軸線回りに回転させても、前記３軸自在継手は互いに交差する３つの回転軸線を持ち、各回転軸線に旋回量を分担するので、３軸自在継手自体の内部干渉を避けることができる。また、第２中間ベースに対して先端ベースを第２連結棒の軸線回りに回転させ、第２連結棒に対して先端ベースを第２連結棒の軸線と直交する軸線回りに回転させても、３軸自在継手は互いに交差する３つの回転軸線を持ち、各回転軸線に旋回量を分担するので、３軸自在継手自体の内部干渉を避けることができる。

第３継手および第４継手の一方に３軸自在継手に代えて、２軸自在継手を用いたり、第５継手および第６継手の一方に３軸自在継手に代えて、２軸自在継手を用いたりしても、第３継手および第４継手の他方の３軸自在継手、並びに第５継手および第６継手の他方の３軸自在継手によって、２軸自在継手の動きの不足をカバーでき、しかも２軸自在継手は互いに交差する２つの回転軸線を持ち、各回転軸線に旋回量を分担するので、２軸自在継手自体の内部干渉を避けることができる。

本発明によれば、人間の腕と同じような動きができ、人間の作業をそのまま置き換えられるロボットアームを提供することができる。

本発明の一実施形態におけるロボットアームの側面図。本発明の一実施形態におけるロボットアームの根元ベース側の側面図。本発明の一実施形態におけるロボットアームの先端ベース側の側面図。本発明の一実施形態における図１のＡ矢視図。本発明の一実施形態におけるロボットアームの継手の断面図。本発明の他の実施形態におけるロボットアームの継手の断面図。本発明の一実施形態におけるロボットアームの根元ベース側の概略動作図。本発明の他の実施形態におけるロボットアームの第１中間ベースおよび第２中間ベース間の側面図。従来のロボットアームの斜視図。

本発明の一実施形態を、図１乃至図４にもとづいて説明する。

図１に示すようにロボットアーム１は、根元から先端に向って順に配置される根元ベース１０と、第１中間ベース１１と、第２中間ベース１２と、先端ベース１３とを備えている。

またロボットアーム１は、根元ベース１０および第１中間ベース１１を連結する第１連結棒２０と、第２中間ベース１２および先端ベース１３を連結する第２連結棒２５と、根元ベース１０および第１中間ベース１１を連結するとともに第１連結棒２０の周囲に配置された３つの第１伸縮アクチュエータ３０と、第２中間ベース１２および先端ベース１３を連結するとともに第２連結棒２５の周囲に配置された３つの第２伸縮アクチュエータ４０と、第１連結棒２０の根元ベース１０側の一端を根元ベース１０に対して旋回可能に連結する第１継手５０と、第２連結棒２５の先端ベース１３側の一端を先端ベース１３に対して旋回可能に連結する第２継手５１とを備えている。

さらにロボットアーム１は、第１中間ベース１１および第２中間ベース１２を旋回可能に連結する中間継手５２と、第１中間ベース１１に対して第２中間ベース１２を旋回させる旋回アクチュエータ６０とを備えている。

根元ベース１０、第１中間ベース１１、第２中間ベース１２、先端ベース１３は、それぞれ円盤状を有し、根元ベース１０から先端ベース１３に向って、径が次第に小さくなり、板厚が次第に薄くなっている。

第１連結棒２０は棒状を有し、第１連結棒２０の一端はスリーブ部材２１に嵌合されている。スリーブ部材２１は円筒状を有し、一端に外径方向に突出したフランジ部を有している。スリーブ部材２１のフランジ部は第１中間ベース１１の径方向の中心に図略のボルトを介して固定され、第１連結棒２０の一端は第１中間ベース１１にボルト１５を介して固定されている。第１連結棒２０の他端は第１継手５０を介して根元ベース１０の径方向の中心に連結されている。スリーブ部材２１とボルト１５により、第１連結棒２０は第１中間ベース１１に強固に固定連結される。

第２連結棒２５は棒状を有し、第２連結棒２５の一端はスリーブ部材２６に嵌合されている。スリーブ部材２６は円筒状を有し、一端に外径方向に突出したフランジ部を有している。スリーブ部材２６のフランジ部は第２中間ベース１２の径方向の中心に図略のボルトを介して固定され、第２連結棒２５の一端は第２中間ベース１２にボルト１６を介して固定されている。第２連結棒２５の他端は第２継手５１を介して先端ベース１３の径方向の中心に連結されている。スリーブ部材２６とボルト１６により、第２連結棒２５は第２中間ベース１２に強固に固定連結される。

第１伸縮アクチュエータ３０の一端は第３継手５３を介して根元ベース１０の外径側に連結され、第１伸縮アクチュエータ３０の他端は第４継手５４を介して第１中間ベース１１の外径側に連結されている。３つの第３継手５３は、それぞれ根元ベース１０の外径側で円周方向に等間隔に割り振った位置に配置されている。３つの第４継手５４は、それぞれ根元ベース１０の外径側で円周方向に等間隔に割り振った位置に配置されている。

作図の都合上、根元ベース１０および第１中間ベース１１の中心から見て、第３継手５３および第４継手５４を同位相と見えるが、実際は、根元ベース１０および第１中間ベース１１の中心から見て、第３継手５３に対して第４継手５４を第１中間ベース１１の中心回りに一方向に位相をずらした位置に配置する。言い方を換えると、根元ベース１０および第１中間ベース１１を第１連結棒２０および第１伸縮アクチュエータ３０で連結した後、第１連結棒２０の軸線回りに根元ベース１０に対して第１中間ベース１１を一方向に回転した状態、すなわち第１伸縮アクチュエータ３０を第１連結棒２０の軸線回りに一方向に傾けた実線（図７）で示す状態にする。実線（図７）で示す第１伸縮アクチュエータ３０に連結された第３継手５３の位置を中間点とし、第１伸縮アクチュエータ３０を伸長させれば、さらに一方向（Ｃ方向）に根元ベース１０が回転して第１伸縮アクチュエータ３０は二点鎖線（図７）で示す状態となり、逆に第１伸縮アクチュエータ３０を収縮させれば、他方向（Ｄ方向）に根元ベース１０が回転して第１伸縮アクチュエータ３０は一点鎖線（図７）で示す状態となる。

点線（図７）で示す状態は、根元ベース１０および第１中間ベース１１の中心から見て、第３継手５３および第４継手５４を同位相に配置した場合の仮想状態であり、この状態で第１伸縮アクチュエータ３０を伸長すると一方向・他方向のどちらに回転するか分からず制御不能となる恐れがある。従って、他方向Ｄに根元ベース１０が回転しても、第１アクチュエータ３０が点線（図７）で示す状態にならないように、第４継手５４に対して第３継手５３を根元ベース１０の中心回りに一方向に位相をずらした状態を維持するよう制御すれば、点線（図７）を超えて他方向へ根元ベース１０が回転する恐れがなく、制御不能になる恐れが無い。

第２伸縮アクチュエータ４０の一端は第５継手５５を介して第２中間ベース１２の外径側に連結され、第２伸縮アクチュエータ４０の他端は第６継手５６を介して先端ベース１３の外径側に連結されている。３つの第５継手５５は、それぞれ第２中間ベース１２の外径側で円周方向に等間隔に割り振った位置に配置されている。３つの第６継手５６は、それぞれ先端ベース１３の外径側で円周方向に等間隔に割り振った位置に配置されている。

第１伸縮アクチュエータ３０と同様に作図の都合上、第２中間ベース１２および先端ベース１３の中心から見て、第５継手５５および第６継手５６を同位相に見えるが、実際は、第２中間ベース１２および先端ベース１３の中心から見て、第５継手５５に対して第６継手５６を先端ベース１３の中心回りに一方向に位相をずらした位置に配置する。以下の動作は、第１伸縮アクチュエータ３０と同じなため説明を省略する。第２伸縮アクチュエータ４０も、上述した第１伸縮アクチュエータ３０と同じく、点線（図７）を超えて他方向へ先端ベース１３が回転する恐れがなく、制御不能になる恐れが無い。

第１伸縮アクチュエータ３０および第２伸縮アクチュエータ４０は、それぞれ油圧シリンダであり、第２伸縮アクチュエータ４０は、第１伸縮アクチュエータ３０に比べて、シリンダストロークが短く、シリンダ径が小さい。第１伸縮アクチュエータ３０は、第１ピストンロッド３１と、第１ピストンロッド３１の図略のピストンを進退可能に嵌合した第１シリンダ３２とからなっている。第２伸縮アクチュエータ４０は、第２ピストンロッド４１と、第２ピストンロッド４１の図略のピストンを進退可能に嵌合した第２シリンダ４２とからなっている。第１シリンダ３２および第２シリンダ４２は、内部に図略のシリンダ室を有し、シリンダ室はピストンによって２つの部屋に区分される。２つの部屋の一方に油を供給し、他方から油を排出することによって、第１シリンダ３２および第２シリンダ４２に対して第１ピストンロッド３１および第２ピストンロッド４１が移動するようになっている。

第１継手５０、第２継手５１、第３継手５３、第４継手５４、第５継手５５、第６継手５６は、いずれもボールジョイント７０である。ボールジョイント７０について、第３継手５３を例に詳細に説明する。

図５に示すようにボールジョイント７０は、根元ベース１０にねじ結合されるソケット部材７１と、ソケット部材７１内に配置されるシート部材７２と、第１伸縮アクチュエータ３０の一端にねじ結合されるボールスタッド部材７３とを備えている。ソケット部材７１およびシート部材７２によって形成される凹状の球面７４に、ボールスタッド部材７３の凸状の球面７５が摺動可能に嵌合されることにより、一点回りに旋回可能にソケット部材７１にボールスタッド部材７３が連結される。

図１に示すように３つの第１伸縮アクチュエータ３０および３つの第２伸縮アクチュエータ４０には、それぞれリニア変位センサ８０が取り付けられている。リニア変位センサ８０は、図略のスケールと、図略の読み取りヘッドを備え、スケールに沿って読み取りヘッドが移動することにより、スケールに対する読み取りヘッドの位置を検知できるようになっている。読み取りヘッドは第１ピストンロッド３１および第２ピストンロッド４１側に取り付けられ、スケールは第１シリンダ３２および第２シリンダ４２に取り付けられている。

図１および図４に示すように、第２中間ベース１２の第１中間ベース１１側の面に回転シリンダ８５が取り付けられている。回転シリンダ８５は、第２中間ベース１２に固定されたシリンダ本体８６と、シリンダ本体８６に図略のベアリングを介して旋回可能に支持される回転軸８７とを備えている。

回転軸８７には図略の回転ピストンが一体的に連結され、シリンダ本体８６には回転ピストンを約１８０度の角度範囲で旋回可能に収容する図略のシリンダ室が形成されている。シリンダ室は、回転ピストンによって２つの部屋に区分され、２つの部屋の一方に油を供給し、他方から油を排出することによって、シリンダ本体８６に対し回転軸８７が一方向に旋回するようになっている。第１中間ベース１１の第２中間ベース１２側の面に、シリンダ本体８６を挟み込む位置で一対のブラケット９０が立設されている。一対のブラケット９０には、それぞれ支持穴９１が貫通して形成され、支持穴９１に回転軸８７が挿通されている。回転軸８６の両端には、円盤状の連結板８８が図略のボルトを介して固定され、連結板８８は外径側で一対のブラケット９０に図略のボルトを介して固定されている。

回転シリンダ８５と、一対のブラケット９０と、連結板８８とで、第１中間ベース１１および第２中間ベース１２を旋回可能に連結する中間継手５２が構成される。また、回転シリンダ８５と、一対のブラケット９０と、連結板８８とで、第１中間ベース１１に対して第２中間ベース１２を旋回させる旋回アクチュエータ６０が構成される。

シリンダ本体８６には、シリンダ本体８６に対する回転軸８７の旋回量を検出する図略のエンコーダが内蔵されている。

図１に示すように先端ベース１３には、ハンド装置９７が取り付けられている。ハンド装置９７は、先端ベース１３に取り付けられるハンド本体９８と、ハンド本体９８に内蔵の図略の爪アクチュエータによって開閉する複数の爪９９とを備えている。

油圧回路の構成について、図１にもとづいて説明する。

回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０および爪アクチュエータには、それぞれ一対の第１油圧ホース４５が接続されている。一対の第１油圧ホース４５にはサーボバルブ４６が接続され、サーボバルブ４６には一対の第２油圧ホース４７が接続されている。一対の第２油圧ホース４７には油圧源４８が接続され、油圧源４８にはサーボバルブ４６へ圧油を供給するポンプ装置と、サーボバルブ４６からの排出された油を回収するタンクとを備えている。

一対の第１油圧ホース４５、サーボバルブ４６、一対の第２油圧ホース４７は、回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０および爪アクチュエータの一つ毎に用意されている。一対の第１油圧ホース４５、サーボバルブ４６、一対の第２油圧ホース４７に対し、一つの油圧源４８が共用で使用される。

制御回路の構成について、図１にもとづいて説明する。

回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０および爪アクチュエータの数だけ複数の駆動回路９５が用意され、複数の駆動回路９５と複数のサーボバルブ４６が一対一の関係で電気的に接続されている。複数の駆動回路９５は、ロボット制御装置９６に電気的に接続され、ロボット制御装置９６から各駆動回路９５へ指令信号が送信されるようになっている。複数の駆動回路９５とリニア変位センサ８０およびエンコーダが一対一の関係で電気的に接続されている。駆動回路９５は、ロボット制御装置９６からの指令信号と、リニア変位センサ８０およびエンコーダからの実信号との差に元づいた電流信号を発生させ、サーボバルブ４６に印加するようになっている。

ロボット制御装置９６は、人間の腕だけの一連の作業、すなわち一連の作業における人間の肩に対する第１腕、第１腕に対する第２腕、第２腕に対する手首の姿勢並びに位置を記憶している。また、ロボット制御装置９６は、肩に対する第１腕、第１腕に対する第２腕、第２腕に対する手首の姿勢並びに位置から、根元ベースに対する第１中間ベース、第１中間ベースに対する第２中間ベース、第２中間ベースに対する先端ベースの姿勢ならびに位置を計算し、記憶している。ロボットアーム１を動かすときは、計算し記憶された姿勢並びに位置を使って、回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０を動かす。

次に上述した構成にもとづいて、ロボットアーム１の動作を説明する。

ロボット制御装置９６には、一連の作業が記憶されており、一連の作業の各ステップを順次実行する。前のステップから次のステップへ移るときに、次のステップにおける根元ベースに対する第１中間ベース、第１中間ベースに対する第２中間ベース、第２中間ベースに対する先端ベースの姿勢ならびに位置を呼び出し、各駆動回路９５へ指令信号として送信される。各駆動回路９５でロボット制御装置９６からの指令信号と、リニア変位センサ８０およびエンコーダからの実信号との差に元づいた駆動電流を発生させ、サーボバルブ４６に印加する。

サーボバルブ４６によって、回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０および爪アクチュエータのシリンダ室の２つの部屋の一方に油を供給して他方から油を排出したり、供給量と排出量を制御したり、供給排出を停止したりする。

３つの第１伸縮アクチュエータ３０への油の供給排出を制御することによって、図２に示すように、根元ベース１０に対する第１中間ベース１１の位置並びに姿勢が、第１継手５０の一点回りに変えられる。すなわち、第１継手５０の一点回りに第１連結棒２０および第１中間ベース１１を旋回させることとなり、人間の肩回りに腕を回す動作となる。また、第１継手５０が一点回りの旋回中心を持っているので、第１中間ベース１１を旋回させる動作が容易に行える。

回転シリンダ８５への油の供給排出を制御することによって、第１中間ベース１１に対する第２中間ベース１２の姿勢が、回転軸８７の回転軸線回りに変えられる。すなわち、回転軸８７の回転軸線回りに第１中間ベース１１および第１連結棒２０に対して第２中間ベース１２および第２連結棒２５を旋回させることとなり、人間のひじ回りに第１腕に対して第２腕を回す動作となる。また、中間継手５２は回転軸８７の回転軸線回りの旋回軸を持っているので、軸振れが少なく、第２中間ベース１２を旋回させる動作が容易に行える。

３つの第２伸縮アクチュエータ４０への油の供給排出を制御することによって、図３に示すように、第２中間ベース１２に対する先端ベース１３の位置並びに姿勢が、第２継手５１の一点回りに変えられる。すなわち、第２継手５１の一点回りに第２連結棒２５に対して先端ベース１３を旋回させることとなり、人間の手首を曲げる動作となる。また、第２継手５１が一点回りの旋回中心を持っているので、先端ベース１３を旋回させる動作が容易に行える。

本発明はこうした実施形態に何等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いて、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

上述した実施形態は、第１継手５０、第２継手５１、第３継手５３、第４継手５４、第５継手５５、第６継手５６として、いずれもボールジョイント７０を用いた例について説明した。他の実施形態として、３つの回転軸線を持つ３軸自在継手１２０を第３継手５３、第４継手５４、第５継手５５、第６継手５６に用いても良い。これから図６に示すように３軸自在継手１２０を第３継手５３に用いた例について詳細に説明する。

図６において、３軸自在継手１２０は、根元ベース１０にねじ結合されるスリーブ部材１００と、第１シート部材１０５と、スリーブ部材１００に対して第１シート部材１０５を介して第１回転軸線Ｙ回りに旋回可能に支持される中間部材１１０と、第２シート部材１２１と、中間部材１１０に対して第２シート部材１２１を介して第２回転軸線Ｘ回りに旋回可能に支持される十字部材１１５、第３シート部材１２５と、十字部材１１５に対して第３シート部材１２５を介して第３回転軸線Ｚ回りに旋回可能に支持されるロッド部材１３０とを備えている。

スリーブ部材１００は、円筒状の円筒部１０１と、円筒部１１０の一端で外径方向に延びるフランジ部１０２を備えている。円筒部１０１の外周にはおねじが形成され、根元ベース１０のめねじに螺合されている。

円筒部１０１の内周に第１シート部材１０５が嵌合されている。第１シート部材１０５は、円筒状の円筒部１０６と、円筒部の一端で外径方向に延びるフランジ部１０７とを備えている。

中間部材１１０は、円筒部１０６の内周に回転可能に嵌合される軸部１１１と、二股形状を有する二股部１１２とを備えている。二股部１１２に支持穴１１３が形成され、支持穴１１３に円筒状の第２シート部材１２１が嵌合されている。第２シート部材１２１の内周に十字部材１１５の第１軸部１１６が回転可能に嵌合され、十字部材１１５は互いに直交する第１軸部１１６および第２軸部１１７を有する。

第２軸部１１７に円筒状の第３シート部材１２５が嵌合され、第３シート部材１２５はロッド部材１３０の二股部１３１に配置されている。ロッド部材１３０は、二股形状の二股部１３１と、軸部１３３とからなる。二股部１３１には支持穴１３２が形成され、支持穴１３２に第３シート部材１２５が嵌合されている。軸部１３３は第１伸縮アクチュエータ３０の第１シリンダ３２にねじ結合されている。

第１回転軸線Ｙと第２回転軸線Ｘは互いに直交し、第２回転軸線Ｘと第３回転軸線Ｚは互いに直交している。第１回転軸線Ｙ回りにスリーブ回転部材１００に対して中間部材１１０は、±１８０度旋回可能である。第２回転軸線Ｘ回りに中間部材１１０に対して十字部材１１５は、約±４５度旋回可能である。第３回転軸線Ｚ回りに十字部材１１５に対してロッド部材１３０は、約±４５度旋回可能である。根元ベース１０に対する第１中間ベース１１の一方向の捻りを強める、すなわち根元ベース１０に対する第１中間ベース１１の第１連結棒２０の軸線回りの回転量を大きくしても、３軸自在継手１２０は各回転軸線に旋回量を分担するので、３軸自在継手１２０自体の干渉を避けることができる。つまり、中間部材１１０およびロッド部材１３０の干渉を避けることができる。また、第２中間ベース１２に対する先端ベース１３の一方向の捻りを強める、すなわち第２中間ベース１２に対する先端ベース１３の第２連結棒２５の軸線回りの回転量を大きくしても、３軸自在継手１２０は各回転軸線に旋回量を分担するので、３軸自在継手自体の干渉を避けることができる。つまり、中間部材１１０およびロッド部材１３０の干渉を避けることができる。

ボールジョイント７０は、構造が簡単で、一点回りの旋回になるので計算が簡単になって制御が容易になる反面、旋回角度が狭く、根元ベース１０に対する第１中間ベース１１の捻り、第２中間ベース１２に対する先端ベース１３の捻りを大きくする、すなわち第３継手５３に対して第４継手５４を第１中間ベース１１の中心回りに一方向に位相をずらす量を大きく、第５継手５５に対して第６継手５６を先端ベース１３の中心回りに一方向に位相をずらす量を大きくすることが出来ない。

３軸自在継手１２０は、構造が複雑となり、複数の回転軸線回りの旋回となるので計算が複雑となって制御が難しくなる反面、旋回角度が広く、根元ベース１０に対する第１中間ベース１１の捻り、第２中間ベース１２に対する先端ベース１３の捻りを大きくすることが出来る。

上述した実施形態は、３つの回転軸線を持つ３軸自在継手１２０を第３継手５３、第４継手５４、第５継手５５、第６継手５６に用いた例について説明した。他の実施形態として、互いに交差する２つの回転軸線を持つ２軸自在継手を、第３継手５３、第４継手５４のいずれか一方に、並びに第５継手、第６継手のいずれか一方に用いても良い。２軸自在継手は、図６に示す３軸自在継手１２０の第３回転軸線Ｚ回りの回転を固定したものである。すなわち、図６の第２軸部１１７と二股部１３１が一体化したものである。第３継手および第４継手の一方に３軸自在継手に代えて、２軸自在継手を用いたり、第５継手および第６継手の一方に３軸自在継手に代えて、２軸自在継手を用いたりしても、第３継手および第４継手の他方の３軸自在継手、並びに第５継手および第６継手の他方の３軸自在継手によって、２軸自在継手の動きの不足をカバーでき、しかも２軸自在継手は互いに交差する２つの回転軸線を持ち、各回転軸線に旋回量を分担するので、２軸自在継手自体の内部干渉を避けることができる。

上述した実施形態は、サーボバルブ４６を用いて、回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０および爪アクチュエータのシリンダ室の２つの部屋の一方に油を供給し、他方から油を排出するよう選択制御し、供給量と排出量を制御した。また、サーボバルブ４６を用いて、回転シリンダ８５、３つの第１伸縮アクチュエータ３０、３つの第２伸縮アクチュエータ４０および爪アクチュエータのシリンダ室の２つの部屋への油の供給排出を停止するよう停止制御した。つまり、サーボバルブ４６は、選択制御、量制御、停止制御の３つを備えている。他の実施形態として、サーボバルブ４６に代えて方向切替バルブと流量制御バルブを用いても良い。方向切替バルブで２つの部屋の一方に油を供給し、他方から油を排出する選択制御を行い、２つの部屋への油の供給排出を停止する停止制御を行う。流量制御バルブで供給量と排出量を制御する量制御を行う。

上述した実施形態は、第１伸縮アクチュエータ３０および第２伸縮アクチュエータ４０として、油圧シリンダを用いた例について述べた。他の実施形態として、第１伸縮アクチュエータ３０および第２伸縮アクチュエータ４０は、電動モータでボールネジを回転させ、ボールナットの直動をロッド３１およびロッド４１に伝える電動モータ付ボールネジ機構であっても良い。

上述した実施形態は、回転シリンダ８５と、一対のブラケット９０と、連結板８８とで、第１中間ベース１１および第２中間ベース１２を旋回可能に連結する中間継手５２を構成するとともに、第１中間ベース１１に対して第２中間ベース１２を旋回させる旋回アクチュエータ６０を構成した。他の実施形態として、図１の回転シリンダ８５に代えて図８に示すように直動シリンダ１４０を用いても良い。中間継手５２は、第１中間ベース１１に第１ブラケット１５０を立設し、第２中間ベース１２に第２ブラケット１５１を立設し、第１ブラケット１５０および第２ブラケット１５１に連結軸１５２を摺動回転可能に嵌挿した構成で良い。中間継手５２の連結軸１５２の軸線からオフセットした位置で第２中間ベース１２に直動シリンダ１４０の一端を第７継手１４１を介して連結し、第１中間ベース１１に直動シリンダの他端を第８継手１４２を介して連結する。第７継手１４１、第８継手１４２として、いずれも図５で説明したボールジョイント７０を用いることができる。この場合、直動シリンダ１４０が旋回アクチュエータ６０となる。

１：ロボットアーム、１０：根元ベース、１１：第１中間ベース、１２：第２中間ベース、１３：先端ベース、２０：第１連結棒、２５：第２連結棒、３０：第１伸縮アクチュエータ、４０：第２伸縮アクチュエータ、５０：第１継手、５１：第２継手、５２：中間継手、５３：第３継手、５４：第４継手、５５：第５継手、５６：第６継手、６０：旋回アクチュエータ、１２０：３軸自在継手

Claims

根元ベース、第１中間ベース、第２中間ベース、先端ベースの順に配置し、
前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを第１連結棒を介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを第２連結棒を介して連結し、
前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを前記第１連結棒の周囲に配置された３つの第１伸縮アクチュエータを介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを前記第２連結棒の周囲に配置された３つの第２伸縮アクチュエータを介して連結し、
前記３つの第１伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮させることにより前記根元ベースに対する前記第１中間ベースの位置並びに姿勢を変更し、
前記３つの第２伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮させることにより前記第２中間ベースに対する前記先端ベースの位置並びに姿勢を変更するようにしたロボットアームにおいて、
前記第１連結棒の前記第１中間ベース側の一端を前記第１中間ベースに対して固定連結するとともに前記第１連結棒の前記根元ベース側の一端を前記根元ベースに対して前記第１継手を介して旋回可能に連結し、
前記第２連結棒の前記第２中間ベース側の一端を前記第２中間ベースに対して固定連結するとともに前記第２連結棒の前記先端ベース側の一端を前記先端ベースに対して第２継手を介して旋回可能に連結し、
前記第１中間ベースおよび前記第２中間ベースを中間継手を介して旋回可能に連結し、
前記第１中間ベースに対して前記第２中間ベースを旋回させる旋回アクチュエータを備えたことを特徴とするロボットアーム。
根元ベース、第１中間ベース、第２中間ベース、先端ベースの順に配置し、
前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを第１連結棒を介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを第２連結棒を介して連結し、
前記根元ベースおよび前記第１中間ベースを前記第１連結棒の周囲に配置された３つの第１伸縮アクチュエータを介して連結するとともに、前記第２中間ベースおよび前記先端ベースを前記第２連結棒の周囲に配置された３つの第２伸縮アクチュエータを介して連結し、
前記３つの第１伸縮アクチュエータの一端を前記根元ベースに対して第３継手を介して旋回可能に連結し、前記３つの第１伸縮アクチュエータの他端を前記第１中間ベースに対して第４継手を介して旋回可能に連結し、前記３つの第２伸縮アクチュエータの一端を前記第２中間ベースに対して第５継手を介して旋回可能に連結し、前記３つの第２伸縮アクチュエータの他端を前記先端ベースに対して第６継手を介して旋回可能に連結し、
ロボット制御装置により前記３つの第１伸縮アクチュエータおよび前記３つの第２伸縮アクチュエータの動きを制御することによって、前記根元ベースに対する前記第１中間ベースの位置並びに姿勢を変更し、前記第２中間ベースに対する前記先端ベースの位置並びに姿勢を変更するようにしたロボットアームにおいて、
前記第１連結棒の前記第１中間ベース側の一端を前記第１中間ベースに対して固定連結するとともに前記第１連結棒の前記根元ベース側の一端を前記根元ベースに対して第１継手を介して旋回可能に連結し、
前記第２連結棒の前記第２中間ベース側の一端を前記第２中間ベースに対して固定連結するとともに前記第２連結棒の前記先端ベース側の一端を前記先端ベースに対して第２継手を介して旋回可能に連結し、
前記第１中間ベースおよび前記第２中間ベースを中間継手を介して旋回可能に連結し、
前記第１中間ベースに対して前記第２中間ベースを旋回させる旋回アクチュエータを備え、
前記第３継手および前記第４継手のいずれか一方に互いに交差する３つの回転軸線を持つ３軸自在継手を用い、前記第３継手および前記第４継手の他方に前記３軸自在継手もしくは互いに交差する２つの回転軸線を持つ２軸自在継手を用い、
前記第５継手および前記第６継手のいずれか一方に前記３軸自在継手を用い、前記第５継手および前記第６継手の他方に前記３軸自在継手もしくは前記２軸自在継手を用いたことを特徴とするロボットアーム。