JP2021154473A - 作業ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】少ない軸数で広い作業範囲をカバーするとともに、小出力のモータで作業を行えるようにした、安価かつ省エネルギーな作業ロボットを提供することにある。【解決手段】支持フレームと、その支持フレームに支持された１本または複数本の腕部とを具える作業ロボットであって、前記各腕部は、水平に揺動する上腕と、その上腕の先端部で水平に揺動する肘部と、その肘部に支持されて上下に揺動する前腕と、その前腕の先端部に支持された手首部に支持されて水平に回動するエンドエフェクタ装着部とを具え、肘部に固定された後リンクと手首部に固定された前リンクと前腕に並行に配置された連結リンクと前腕とにより肘部と手首部との間で構成されるパラレルリンク機構と、その後リンクの先端部と前リンクの基端部との間もしくは、後リンクの基端部と前リンクの先端部との間に配置されて前リンクを後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングと、を具えている。【選択図】図１

Description

本発明は、少ない軸数で広い作業範囲をカバーするとともに、小出力のモータで作業を行えるようにした、安価かつ省エネルギーな作業ロボットに関するものである。

作業ロボットとしては、従来から種々のものが知られており、例えば非特許文献１に記載の作業ロボットは、腕の中間部を、旋回モータで垂直軸線回りに回動させる肩部で水平に進退移動可能に支持するとともに、モータで進退駆動し、その腕の手首部に設けた、互いに平行な上リンクと下リンクとを持つパラレルリンク機構で、エンドエフェクタとしてのハンドを水平姿勢のまま昇降移動可能に支持し、そのパラレルリンク機構の上リンクの基部を、手首部に設けたモータで水平軸線回りに揺動させて、ハンドを昇降移動させるようにしている。

また、特許文献１に記載の作業ロボットは、旋回モータで垂直軸周りに回動させる胴体の上端部に上腕の基部と下リンクの基部とを水平軸周りに同軸に配置してそれぞれモータで回動させ、上腕と平行に位置するように後リンクを配置し、下リンクの先端部に後リンクの基部を水平軸線回りに揺動可能に連結するとともに、下リンクと平行に位置するように前腕を配置し、上腕の先端部と後リンクの先端部とに前腕をそれぞれ水平軸線回りに揺動可能に連結して、上腕と後リンクおよび、下リンクと前腕でパラレルリンク機構を構成し、後リンクの基部からの延長部を、スプリングを介して胴体の下端部に連結して、そのスプリングにより後リンクを下方に付勢することで、前腕先端部に加わるハンドや手首部の重量を補償している。

公益社団法人計測自動制御学会 昭和４３年１２月発行の「計測と制御」第７巻第１２号 「論理機械によって制御される人工の手」

特開平０７−２２７７９１号公報

しかしながら、非特許文献１記載の作業ロボットは、手首部に設けたパラレルリンク機構で、簡易な構成によりハンドを水平に維持したまま昇降移動させ得るようにしているが、肩部でハンドや手首部の重量を支持しつつ腕を進退移動せる必要があるために、肩部の構成が複雑になり、さらに、ハンドや手首部の重量を駆動するために、大出力のモータが必要になるという問題がある。

また、特許文献１記載の作業ロボットは、スプリングを胴体と後リンクとの間に配置しているため、後リンクが水平等の一定角度を維持してスプリングの長さが一定になっていても、上腕が前傾するに従いハンドや手首部の重量によるモーメントの腕が伸び、それらの重量をスプリングで十分に補償することができないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、パラレルリンク機構とスプリングとを具え、少ない軸数で広い作業範囲をカバーするとともに、小出力のモータで作業を行えるようにした、安価かつ省エネルギーな作業ロボットを提供することを目的としている。

上記課題を有利に解決する本発明の作業ロボットは、
支持フレームと、その支持フレームに支持された１本または複数本の腕部とを具える作業ロボットにおいて、
前記１本または複数本の腕部は各々、
第１の垂直軸線周りに揺動可能に前記支持フレームに基部を支持された上腕と、
前記上腕を前記第１の垂直軸線周りに水平に揺動させる上腕水平駆動モータと、
第２の垂直軸線周りに揺動可能に前記上腕の先端部に支持された肘部と、
前記肘部を前記第２の垂直軸線周りに水平に回動させる肘部水平駆動モータと、
第１の水平軸線周りに揺動可能に前記肘部に基部を支持された前腕と、
前記前腕を前記第１の水平軸線周りに上下に揺動させる前腕上下駆動モータと、
第２の水平軸線周りに揺動可能に前記前腕の先端部に支持されるとともにエンドエフェクタ装着部を第３の垂直軸線周りに回動可能に支持する手首部と、
前記エンドエフェクタ装着部を第３の垂直軸線周りに水平に回動させるエンドエフェクタ装着部水平駆動モータと、
前記肘部に基部を固定されて上下方向に延在する後リンクと、
前記手首部に基部を固定されて前記後リンクと平行に上下方向に延在する前リンクと、
前記後リンクに後端部を揺動可能に接続されるとともに前記前リンクに前端部を揺動可能に接続されて前記前腕と平行に延在し、前記後リンクと前記前リンクと前記前腕と一緒にパラレルリンク機構を構成する連結リンクと、
前記後リンクの先端部と前記前リンクの基端部との間もしくは、前記後リンクの基端部と前記前リンクの先端部との間に配置されて前記前リンクを前記後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングと、
を具えることを特徴としている。

本発明の作業ロボットにあっては、支持フレームに支持された１本または複数本の腕部が各々、第１の垂直軸線周りに揺動可能に支持フレームに基部を支持された上腕を、上腕水平駆動モータで第１の垂直軸線周りに水平に揺動させ、その上腕の先端部に第２の垂直軸線周りに揺動可能に支持された肘部を、肘部水平駆動モータで第２の垂直軸線周りに水平に回動させることで、その肘部に第１の水平軸線周りに揺動可能に基部を支持された前腕を上腕に対し水平に揺動させ、その前腕を前腕上下駆動モータで第１の水平軸線周りに上下に揺動させ、その前腕の先端部に第２の水平軸線周りに揺動可能に支持された手首部に第３の垂直軸線周りに回動可能に支持されたエンドエフェクタ装着部を、エンドエフェクタ装着部水平駆動モータで第３の垂直軸線周りに水平に回動させて、そこに装着したエンドエフェクタを任意の向きに向け、そのエンドエフェクタを用いて作業対象物に対する作業を行う。

そしてその前腕を前腕上下駆動モータで上下に揺動させる際、肘部に基部を固定されて上下方向に延在する後リンクと、手首部に基部を固定されて後リンクと平行に上下方向に延在する前リンクと、後リンクに後端部を揺動可能に接続されるとともに前リンクに前端部を揺動可能に接続されて前腕と平行に延在する連結リンクとが、肘部と手首部との間でパラレルリンク機構を構成しているので、後リンクに対する前リンクの平行および、前腕に対する連結リンクの平行を維持したまま前腕が上下に揺動し、前リンクの基部を固定された手首部ひいてはそこにエンドエフェクタ装着部を介して支持したエンドエフェクタも後リンクと平行に上下移動する。

従って、本発明の作業ロボットによれば、パラレルリンク機構が肘部と手首部との間に設けられているので、手首部を水平軸線周りに駆動するモータを持たなくても前腕の上下揺動中に手首部の水平ひいてはエンドエフェクタの姿勢を維持することができ、また、パラレルリンク機構の前リンクを後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングが設けられているので、上腕の揺動位置にかかわらずそのスプリングで常に前腕および手首部とエンドエフェクタとの重量を補償することができ、それゆえ、少ない軸数で広い作業範囲をカバーするとともに、小出力のモータで作業を行うことができることから、安価かつ省エネルギーな作業ロボットの構成を実現することができる。

なお、本発明の作業ロボットにおいては、前記エンドエフェクタ装着部にエンドエフェクタとして装着された作業工具等を具えていてもよいが、前記エンドエフェクタ装着部にエンドエフェクタとして装着されたハンドを具えていてもよく、このようにすれば、作業対象物をそのハンドで取り扱う作業を行うことができる。

そして前記ハンドは、把持部材を持たずに作業対象物を１本の指部材で吊り下げて運ぶもの等でもよいが、複数の把持部材を互いに離間および接近移動可能に支持するとともにそれらの把持部材を駆動して互いに離間および接近移動させることで開閉するものであってもよく、このようにすれば、作業対象物をそのハンドで把持して所定位置に移動させた後に解放する作業を容易に行うことができる。

さらに、本発明の作業ロボットにおいては、前記１本または複数本の腕部は、前記支持フレームに支持された２本の腕部であってもよく、このようにすれば、２本の腕部で２つの作業対象物に対し同じ作業を並行して行って作業効率を高めたり、２本の腕部で共通の作業対象物に対し共同して作業を行って複雑な作業を実施したりすることができる。

本発明の一実施形態に係る作業ロボットを前側の斜め上方から見た状態で示す斜視図である。 上記実施形態に係る作業ロボットのパラレルリンク機構の動作を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記実施形態に係る作業ロボットの一方の腕部が作業対象物を移動させる作業を行う手順を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上記実施形態に係る作業ロボットの一方の腕部が作業対象物を移動させる作業を行う手順を図３に引き続いて示す説明図である。

以下に、本発明の作業ロボットの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の一実施形態に係る作業ロボットを前側の斜め上方から見た状態で示す斜視図、図２は、上記実施形態に係る作業ロボットのパラレルリンク機構の動作を示す模式図である。

この実施形態の作業ロボット１は、図示しないコンピュータ等を具える通常のロボット制御装置からの制御信号により、そのロボット制御装置にあらかじめ与えたプログラムに応じて、例えば、後述する図３，４に示すように、お菓子の小箱等の作業対象物Ｗを作業テーブルＴ上から取り上げてケースＣ内に収納する作業を行うものであり、図１に示すように、例えば柱状の支持フレーム２と、その支持フレーム２の両横に支持された２本の腕部としての右腕部３および左腕部４とを具えて、双腕型ロボットを構成している。右腕部３および左腕部４は、左右対称になっている他は互いに同一の構成を具えているので、以下では右腕部３について代表させて説明する。

右腕部３は、第１の垂直軸線Ｖ１周りに揺動可能に支持フレーム２に基部を支持された上腕５と、上腕５の基部内に収納されてその上腕５を第１の垂直軸線Ｖ１周りに水平に揺動させる上腕水平駆動モータ６と、第２の垂直軸線Ｖ２周りに揺動可能に上腕５の先端部に支持された肘部７と、上腕５の先端部上に設けられて肘部７を第２の垂直軸線Ｖ２周りに水平に回動させる肘部水平駆動モータ８と、第１の水平軸線Ｈ１周りに揺動可能に肘部７に基部を支持された前腕９と、肘部７に搭載されて前腕９を第１の水平軸線Ｈ１周りに上下に揺動させる前腕上下駆動モータ１０と、第２の水平軸線Ｈ２周りに揺動可能に前腕９の先端部に支持されるとともにエンドエフェクタ装着部１１ａを第３の垂直軸線Ｖ３周りに回動可能に支持する手首部１１と、を具えている。

上腕５と前腕９とは、例えば各々箱型の閉断面形状をなすことで、剛性を確保するとともに内部に配線およびモータ駆動回路基板等を収納していてもよい。

右腕部３はまた、肘部７に基部を固定されて上下方向に延在する板状の後リンク１２と、手首部１１に基部を固定されて後リンク１２と平行に上下方向に延在する板状の前リンク１３と、後リンク１２に後端部を揺動可能に接続されるとともに前リンク１３に前端部を揺動可能に接続されて図２に示すようにそれら前腕９と後リンク１２と前リンク１３と一緒にパラレルリンク機構１５を構成するロッド状の連結リンク１４と、図示例では後リンク１２の先端部と前リンク１３の基端部との間に張設されてその張力で前リンク１３を後リンク１２に対し常時上方へ付勢する、例えばコイルスプリングからなるスプリング１６と、を具えている。

なお、連結リンク１４は、例えば雌ねじ部とそこに螺合する雄ねじ部とを設けてターンバックルのように長さ調節することで、後リンク１２と前リンク１３とを平行になるように調節してもよい。また、スプリング１６は、後リンク１２の先端部と前リンク１３の基端部との間に換えて、後リンク１２の基端部と前リンク１３の先端部との間に張設されていてもよい。さらに、スプリング１６は、ガススプリングからなるものでも良い。

このパラレルリンク機構１５は、図２に前腕９の下降揺動前の状態を実線で示すとともに前腕９の下降揺動後の状態を一点鎖線で示すように、前腕９の矢印で示すような下降揺動にかかわらず、上記第３の垂直軸線Ｖ３を垂直な状態に保つように手首部１１の姿勢を維持する。そして前腕９の下降揺動によって引き伸ばされるスプリング１６の張力により、前リンク１３が後リンク１２に対し常時上方へ付勢されて、少なくとも前腕９、手首部１１および後述のハンド１７の重量が補償され、それらの重量による前腕上下駆動モータ１０の負荷が軽減される。

右腕部３はさらに、手首部１１の、上記第３の垂直軸線Ｖ３周りに回動可能なエンドエフェクタ装着部１１ａに装着されたエンドエフェクタとしてのハンド１７と、手首部１１内に収納されてエンドエフェクタ装着部１１ａと一緒にハンド１７を第３の垂直軸線Ｖ３周りに水平に回動させるハンド水平駆動モータ１８とを具え、このハンド１７は、複数の把持部材としての２つの把持部材１９と、それら２つの把持部材１９の所定の水平軸線方向への互いの離間および接近移動を案内する把持部材案内機構２０と、それら２つの把持部材１９を上記水平軸線方向へ駆動して互いに離間および接近移動させることでハンド１７を開閉作動させるハンド開閉駆動モータ２１と、を有している。

図１に示すように、２つの把持部材１９は各々、Ｌ字形のブラケットと、下部が矩形で上部が台形状に狭まった形状の把持板と、その把持板の上部に貫通して把持板を上記Ｌ字形のブラケットの縦腕部に、上記所定の水平軸線方向に平行な第３の水平軸線Ｈ３周りに揺動可能に吊り下げ支持する吊り下げねじとを有しており、各把持板には、その上端部に沿って切欠きが設けられている。なお、各把持板の表面には滑り止めパッドが設けられていてもよい。

また、把持部材案内機構２０は、上記所定の水平軸線方向に延在する図示しないガイド部材で、図示しない２つのスライダのそれぞれの、その水平軸線方向への移動を別個に案内し、それら２つのスライダは、上記２つの把持部材１９のＬ字型のブラケットの横腕部をそれぞれ固定されて、２つの把持部材１９の２枚の把持板を互いに向き合わせて吊り下げ支持している。

上記各把持部材１９のＬ字型のブラケットの横腕部は、各把持板が真下に吊り下がった状態で把持板の上記切欠きの一端に当接するとともに、各把持板が第３の水平軸線Ｈ３周りに所定角度揺動して吊り下がった状態で把持板の上記切欠きの他端に当接して、２枚の把持板の互いに同方向の揺動を、１方向については真下に吊り下がった状態以上に行かないように規制し、他方向については真下から互いに同一の所定角度揺動した状態以上に行かないように規制する。従って各把持部材１９のＬ字型のブラケットの横腕部は、揺動ストッパとして機能する。

さらに、ハンド開閉駆動モータ２１は、上記ガイド部材の延在方向に直交する第４の垂直軸線Ｖ４周りに図示しないカム部材を回動駆動し、そのカム部材は上記２つのスライダの各々と掛合していて、その回転によりそれら２つのスライダを駆動し、それら２つのスライダを互いの離間および接近方向へ上記ガイド部材に沿って移動させる。これにより、ハンド水平駆動モータ１８での駆動によって２つのスライダが互いに接近および離間移動することで、それらの把持部材１９間に作業対象物を把持し、およびそれらの把持部材１９間から作業対象物を解放することができる。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、上記実施形態に係る作業ロボットの一方の腕部が作業対象物を移動させる作業を行う手順を示す説明図であり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、上記実施形態に係る作業ロボットの一方の腕部が作業対象物を移動させる作業を行う手順を図３に引き続いて示す説明図である。

図１に示す上記実施形態の作業ロボット１によって作業対象物Ｗを作業テーブルＴ上から取り上げて移動先のケースＣ内に収納する作業を行う際には、先ず、図３（ａ）に示すように、上腕５の水平揺動および前腕９の水平揺動により手首部１１が作業対象物Ｗの上方に移動し、手首部１１によるハンド１７の水平回動により、２枚の把持板が、作業対象物Ｗを把持可能なように作業対象物Ｗの両側の上方に位置する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、前腕９の下降揺動により手首部１１が作業対象物Ｗに接近移動して、ハンド１７の２枚の把持板が作業対象物Ｗの両側に位置し、続いて、ハンド開閉駆動モータ２１により駆動されて互いに接近移動した２枚の把持板が作業対象物Ｗをその両側から把持する。このとき、２枚の把持板が作業対象物Ｗをその重心位置から把持板の長手方向（幅方向）にオフセットした位置で把持する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、前腕９の上昇揺動により手首部１１がハンド１７の揺動軸線を第３の垂直軸線Ｖ３に維持したまま上昇移動し、ハンド１７が作業対象物ＷをテーブルＴ上から持ち上げる。このとき、ハンド１７で持ち上げられた作業対象物Ｗは、作業対象物Ｗの重心位置からの把持板の長手方向のオフセットにより第３の水平軸線Ｈ３周りに傾動して、上記揺動ストッパとしてのＬ字型のブラケットの横腕部で規制される所定角度の傾斜姿勢になる。

次いで、図３（ｄ）に示すように、上腕５の水平揺動および前腕９の水平揺動により手首部１１が作業対象物ＷをケースＣ内の所定位置の上方に移動させ、手首部１１によるハンド１７の水平揺動により、作業対象物ＷをケースＣ内の挿入スペースに整列する所定の向きに向ける。

次いで、図４（ａ）に示すように、前腕９の下降揺動により手首部１１が作業対象物Ｗを下降移動させて、その傾斜姿勢の作業対象物Ｗの低い側の端部をケースＣ内の挿入スペースに配置する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、前腕９のさらなる下降揺動により手首部１１が作業対象物Ｗをさらに下降移動させる。このとき、例えばケースＣ内に作業対象物Ｗの最後の１個を挿入する状態のように、作業対象物Ｗの移動先のケースＣ内の挿入スペースに余裕がない状態でも、作業対象物Ｗが傾斜していることで作業対象物Ｗから挿入スペースを確保するように周囲にクサビ状に下降の力が加わり、これにより作業対象物ＷをケースＣ内の挿入スペースに隙間なく水平に配置することができる。

その後、図４（ｃ）に示すように、ハンド１７のハンド開閉駆動モータ２１により駆動されて互いに離間移動した２枚の把持板が作業対象物Ｗを解放し、続いて、前腕９の上昇揺動により手首部１１が上昇移動して、作業ロボット１が、次の作業対象物Ｗに対する作業のために、図３（ａ）に示す状態に戻る。

図３および図４は右腕部３の作動について説明したが、左腕部４も右腕部３と同様の構成を具えているので、右腕部３と同様の作動によって作業対象物Ｗを作業テーブルＴ上から取り上げてケースＣ内の挿入スペースに収納する作業を行うことができる。

従って、この実施形態の作業ロボット１によれば、右腕部３と左腕部４との作動によって、２つの作業対象物Ｗに対し同じ作業を並行して行って作業効率を高めることができ、また、代わりに右腕部３と左腕部４との共調作動によって共通の作業対象物Ｗに対し共同して作業を行って、複雑な作業を実施することもできる。

しかも、この実施形態の作業ロボット１によれば、手首部１１を水平軸線周りに駆動するモータを持たなくても前腕９の上下揺動中に手首部１１の水平ひいてはハンド１７の姿勢を維持することができるので、構成が簡易になり、また、パラレルリンク機構１５が肘部７と手首部１１との間に設けられているので、上腕５の揺動位置にかかわらずスプリング１６で常に前腕９および手首部１１とハンド１７との重量を補償することができる。

以上、図示の実施形態に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜に変更することができ、例えば腕部は実施形態のように支持フレーム２の両横に２本具える代わりに、支持フレーム２の前側に上下２段に配置して２本具えていてもよく、あるいは腕部は１本もしくは３本以上具えていてもよい。

また、ハンド１７は実施形態のように把持部材１９を２つ有する代わりに、把持部材１９を３つ以上有して、それらの把持部材１９を例えば放射状の経路で通常のカム機構等により互いに進退移動させることで作業対象物Ｗ等を把持してもよい。

さらに、エンドエフェクタ装着部１１ａにはエンドエフェクタとして、上記実施形態のように把持部材１９を有するハンド１７に代えて、電動ドライバ等の工具やビデオカメラ等の検査器具等を装着して、作業対象物Ｗに対する組立作業や検査作業等を行ってもよい。

かくして本発明の作業ロボットによれば、パラレルリンク機構が肘部と手首部との間に設けられているので、手首部を水平軸線周りに駆動するモータを持たなくても前腕の上下揺動中に手首部の水平ひいてはエンドエフェクタの姿勢を維持することができ、また、パラレルリンク機構の前リンクを後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングが設けられているので、上腕の揺動位置にかかわらずそのスプリングで常に前腕および手首部とエンドエフェクタとの重量を補償することができ、それゆえ、少ない軸数で広い作業範囲をカバーするとともに、小出力のモータで作業を行うことができることから、安価かつ省エネルギーな作業ロボットの構成を実現することができる。

１ 作業ロボット
２ 支持フレーム
３ 右腕部
４ 左腕部
５ 上腕
６ 上腕水平駆動モータ
７ 肘部
８ 肘部水平駆動モータ
９ 前腕
１０ 前腕上下駆動モータ
１１ 手首部
１１ａ エンドエフェクタ装着部
１２ 後リンク
１３ 前リンク
１４ 連結リンク
１５ パラレルリンク機構
１６ スプリング
１７ ハンド
１８ ハンド水平駆動モータ
１９ 把持部材
２０ 把持部材案内機構
２１ ハンド開閉駆動モータ
Ｈ１ 第１の水平軸線
Ｈ２ 第２の水平軸線
Ｈ３ 第３の水平軸線
Ｖ１ 第１の垂直軸線
Ｖ２ 第２の垂直軸線
Ｖ３ 第３の垂直軸線
Ｖ４ 第４の垂直軸線
Ｃ ケース
Ｔ テーブル
Ｗ 作業対象物

上記課題を有利に解決する本発明の作業ロボットは、
支持フレームと、その支持フレームに支持された１本または複数本の腕部とを具える作業ロボットにおいて、
前記１本または複数本の腕部は各々、
第１の垂直軸線周りに揺動可能に前記支持フレームに基部を支持された箱型閉断面形状の上腕と、
前記上腕の基部に収納されて前記上腕を前記第１の垂直軸線周りに水平に揺動させる上腕水平駆動モータと、
第２の垂直軸線周りに揺動可能に前記上腕の先端部に支持された肘部と、
前記上腕の先端部に設けられて前記肘部を前記第２の垂直軸線周りに水平に回動させる肘部水平駆動モータと、
第１の水平軸線周りに揺動可能に前記肘部に基部を支持された箱型閉断面形状の前腕と、
前記肘部に搭載されて前記前腕を前記第１の水平軸線周りに上下に揺動させる前腕上下駆動モータと、
第２の水平軸線周りに揺動可能に前記前腕の先端部に支持されるとともにエンドエフェクタ装着部を第３の垂直軸線周りに回動可能に支持する手首部と、
前記エンドエフェクタ装着部を第３の垂直軸線周りに水平に回動させるエンドエフェクタ装着部水平駆動モータと、
前記肘部に基部を固定されて上下方向に延在する後リンクと、
前記手首部に基部を固定されて前記後リンクと平行に上下方向に延在する前リンクと、
前記後リンクに後端部を揺動可能に接続されるとともに前記前リンクに前端部を揺動可能に接続されて前記前腕と平行に延在し、前記後リンクと前記前リンクと前記前腕と一緒にパラレルリンク機構を構成する連結リンクと、
前記後リンクの先端部と前記前リンクの基端部との間もしくは、前記後リンクの基端部と前記前リンクの先端部との間に配置されて前記前リンクを前記後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングと、
を具えることを特徴としている。

本発明の作業ロボットにあっては、支持フレームに支持された１本または複数本の腕部が各々、第１の垂直軸線周りに揺動可能に支持フレームに基部を支持された箱型閉断面形状の上腕を、上腕の基部に収納された上腕水平駆動モータで第１の垂直軸線周りに水平に揺動させ、その上腕の先端部に第２の垂直軸線周りに揺動可能に支持された肘部を、上腕の先端部に設けられた肘部水平駆動モータで第２の垂直軸線周りに水平に回動させることで、その肘部に第１の水平軸線周りに揺動可能に基部を支持された箱型閉断面形状の前腕を上腕に対し水平に揺動させ、その前腕を肘部に搭載された前腕上下駆動モータで第１の水平軸線周りに上下に揺動させ、その前腕の先端部に第２の水平軸線周りに揺動可能に支持された手首部に第３の垂直軸線周りに回動可能に支持されたエンドエフェクタ装着部を、エンドエフェクタ装着部水平駆動モータで第３の垂直軸線周りに水平に回動させて、そこに装着したエンドエフェクタを任意の向きに向け、そのエンドエフェクタを用いて作業対象物に対する作業を行う。

従って、本発明の作業ロボットによれば、上腕と前腕が各々高剛性の箱型閉断面形状で軽量化されているとともに各モータが駆動対象の基部付近に配置されて駆動機構が簡易化されているので、各モータの負荷を軽減することができ、パラレルリンク機構が肘部と手首部との間に設けられているので、手首部を水平軸線周りに駆動するモータを持たなくても前腕の上下揺動中に手首部の水平ひいてはエンドエフェクタの姿勢を維持することができ、また、パラレルリンク機構の前リンクを後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングが設けられているので、上腕の揺動位置にかかわらずそのスプリングで常に前腕および手首部とエンドエフェクタとの重量を補償することができ、それゆえ、少ない軸数で広い作業範囲をカバーするとともに、小出力のモータで作業を行うことができることから、安価かつ省エネルギーな作業ロボットの構成を実現することができる。

そして前記ハンドは、把持部材を持たずに作業対象物を１本の指部材で吊り下げて運ぶもの等でもよいが、２つの把持部材を互いに離間および接近移動可能に支持するとともにそれらの把持部材を駆動して互いに離間および接近移動させることで開閉するものであってもよく、このようにすれば、作業対象物をそのハンドで把持して所定位置に移動させた後に開放する作業を容易に行うことができる。そして前記２つの把持部材は２枚の把持板を各々１枚ずつ、真下から互いに同一の一方向のみ揺動可能に吊り下げ支持していてもよく、このようにすれば水平に置かれた作業対象物を傾斜姿勢で把持することができる。

さらに、本発明の作業ロボットは、前記エンドエフェクタ装着部にエンドエフェクタとして装着されたハンドを具えていることを特徴とする。このようにすることで、作業対象物をそのハンドで取り扱う作業を行うことができる。

さらに、本発明の作業ロボットは、前記ハンドが、２つの把持部材を互いに離間および接近移動可能に支持するとともにそれらの把持部材を駆動して互いに離間および接近移動させることで開閉するものであることを特徴とする。このようにすることで、作業対象物をそのハンドで把持して所定位置に移動させた後に解放する作業を容易に行うことができる。そして本発明の作業ロボットは、前記２つの把持部材が、２枚の把持板を各々１枚ずつ、真下から互いに同一の一方向のみ揺動可能に吊り下げ支持することを特徴とする。このようにすることで、水平に置かれた作業対象物を傾斜姿勢で把持することができる。

なお、本発明の作業ロボットにおいては、前記１本または複数本の腕部は、前記支持フレームに支持された２本の腕部であってもよく、このようにすれば、２本の腕部で２つの作業対象物に対し同じ作業を並行して行って作業効率を高めたり、２本の腕部で共通の作業対象物に対し共同して作業を行って複雑な作業を実施したりすることができる。

Claims (4)

1. 支持フレームと、その支持フレームに支持された１本または複数本の腕部と、を具える作業ロボットにおいて、
   前記１本または複数本の腕部は各々、
   第１の垂直軸線周りに揺動可能に前記支持フレームに基部を支持された上腕と、
   前記上腕を前記第１の垂直軸線周りに水平に揺動させる上腕水平駆動モータと、
   第２の垂直軸線周りに揺動可能に前記上腕の先端部に支持された肘部と、
   前記肘部を前記第２の垂直軸線周りに水平に回動させる肘部水平駆動モータと、
   第１の水平軸線周りに揺動可能に前記肘部に基部を支持された前腕と、
   前記前腕を前記第１の水平軸線周りに上下に揺動させる前腕上下駆動モータと、
   第２の水平軸線周りに揺動可能に前記前腕の先端部に支持されるとともにエンドエフェクタ装着部を第３の垂直軸線周りに回動可能に支持する手首部と、
   前記エンドエフェクタ装着部を前記第３の垂直軸線周りに水平に回動させるエンドエフェクタ装着部水平駆動モータと、
   前記肘部に基部を固定されて上下方向に延在する後リンクと、
   前記手首部に基部を固定されて前記後リンクと平行に上下方向に延在する前リンクと、
   前記後リンクに後端部を揺動可能に接続されるとともに前記前リンクに前端部を揺動可能に接続されて前記前腕と平行に延在し、前記後リンクと前記前リンクと前記前腕と一緒にパラレルリンク機構を構成する連結リンクと、
   前記後リンクの先端部と前記前リンクの基端部との間もしくは前記後リンクの基端部と前記前リンクの先端部との間に配置されて前記前リンクを前記後リンクに対し常時上方へ付勢するスプリングと、
   を具えることを特徴とする作業ロボット。
2. 前記エンドエフェクタ装着部にエンドエフェクタとして装着されたハンドを具えることを特徴とする、請求項１記載の作業ロボット。
3. 前記ハンドは、複数の把持部材を互いに離間および接近移動可能に支持するとともにそれらの把持部材を駆動して互いに離間および接近移動させることで開閉するものであることを特徴とする、請求項２記載の作業ロボット。
4. 前記１本または複数本の腕部は、前記支持フレームに支持された２本の腕部であることを特徴とする、請求項１から３までの何れか１項記載の作業ロボット。

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