JP2595062B2 - 産業用関節形ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用関節形ロボツトに係り、動作範囲を大
きくするための構造、特に旋回軸まわりの作業空間を出
来る限り大きくするための構造の関する。

〔従来の技術〕

従来の産業用関節形ロボツトは、第４図〜第７図のよ
うな概略構造をなつていた。例えば米国特許4,199,294
号に記載されているものがある。まず、第４図及び第５
図について説明する。その構造は、上腕回転軸IIと旋回
軸Ｉとを一点で交わる、すなわちオフセットしない配置
とし、上腕３及び前腕４の駆動系要素、すなわちアクチ
ユエータ21,31,減速機22,32,ブレーキ23,33,位置・減速
等の検出器24,34を前記上腕回転軸IIを中心軸として配
置し、旋回ボデー２に固定していた。本構造では、ロボ
ツトの動作範囲を出来るだけ大きくするために各腕の長
さを長くし、その結果重量トルク及びイナーシヤが大き
くなつた。ゆえにそれを駆動する前記駆動系要素も容量
が大きくなり、また支持構造も剛性が高く強度的にしつ
かりしたものになり、両者を含めた多形寸法が大きくな
つた。よつて、前記駆動系要素を前記上腕転軸IIを中心
軸として配置しても、旋回軸回りの回転半径が大きくな
つた。一般に、産業用ロボツトを使用する作業では、第
４図における旋回軸Ｉより右側の部分を作業空間とする
ことが多いが、本ロボツトでは、作業空間が小さくなつ
てしまつた。

次に、第６図及び第７図について説明する。その構造
は、上腕回転軸IIと旋回軸Ｉとをねじれの位置関係とな
るようにオフセツトし上腕３及び前腕４の駆動要素、す
なわちアクチユエータ21,31,減速機22,32,ブレーキ23,3
3,検出器24,34を前記上腕回転軸IIを中心軸として配置
し、旋回ボデー２に固定していた。第６図及び第７図に
示すロボツトが、第４図に示すロボツトと同じ動作範囲
もしくは作業空間を確保するのに、上腕3,前腕4,手首組
立体５の各部材の長さの総和を小さくして同等とでき
た。

その結果、重量，トルク及びイナーシヤが小さくな
り、前記駆動系要素も容量が小さくなり、また支持構造
もよりコンパクトにして第４図及び第５図に示すロボツ
トと等価な剛性・強度が得られ、両者を含めた外形寸法
を小さくすることができた。しかし、前記駆動系要素を
前記上腕回転軸IIを中心として配置したことにより、旋
回軸Ｉまわりに第７図に示す回転半径ｒとなるので、ロ
ボツトの作業空間を大きくとることができなかつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は旋回ボデーに固定する駆動系要素の配
置及び構造の点について配慮がされておらず、旋回軸ま
わりの作業空間が小さくなる問題があつた。また、上記
の駆動系要素の配置及び構造の点について考慮されてい
ても、上腕回転軸の旋回軸に対するオフセツト量及び上
腕の支持構造を考慮しないと、結局旋回軸まわりの作業
空間が小さくなる問題があつた。

本発明は従来形ロボツトの動作作業を確保して、旋回
軸まわりの作業空間を出来る限り大きくすることを目的
としており、さらに本目的に最適な構造の産業用関節形
ロボツトを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するために、ベースと、こ
のベース上に垂直の旋回軸を中心として回転可能に設け
られた旋回ボデーと、この旋回ボデーに対して前記旋回
軸とねじれの位置関係で、かつオフセット位置に回転可
能に設けた上腕旋回軸と、この上腕旋回軸に設けた上腕
と、前記上腕の端部に回転可能で設けた前腕とを備えた
産業用ロボツトにおいて、前記旋回ボデーの旋回軸を含
む平面で前記旋回軸によって分割される一方の平面上に
駆動軸を配置した上腕駆動用のアクチュエータと、他方
のへ平面上に駆動軸を配置した前腕駆動用のアクチュエ
ータとを、それぞれ前記旋回ボデーに備え、前記各アク
チュエータの駆動軸と前記上腕旋回軸及び前腕旋回軸と
をそれぞれ動力伝達手段で連結したことを特徴とする。

〔作用〕

上腕回転軸を旋回軸に対してねじれの位置関係となる
ようにオフセツトさせる。それによつて、オフセツトし
ていないロボツトと等価な作業空間を、腕，手首回転軸
等から成る各部材の長さの総和を短くして達成できる。
それによつて、各部材の重量，トルク、及びイナーシヤ
が小さくなるので、各部材の駆動型要素の容量を小さく
できる。すなわち、外形寸法を小さくできる。また各部
材の支持構造も小さくできる。次に、前記各部材の中
で、その駆動系要素を旋回ボデーに固定する部材の駆動
系要素の一部もしくは全部を、旋回軸と平面を形成する
面内にある駆動軸に配置した構造とすることにより、旋
回軸まわりの作業空間を大きくすることができる。ま
た、前記上腕回転軸と前記旋回軸とのオフセツト量を、
前記上腕回転軸まわりの支持構造の外形寸法を考慮に入
れて、前記駆動軸に配置した駆動系要素の旋回軸まわり
の回転半径以下となるような値、もしくは旋回軸まわり
の作業空間の妨げとならない値にすることによつて、旋
回軸まわりの作業空間を大きくすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明
する。まず全体構成は、ロボツトを床等の面に固定する
ベース１、それに対して回転運動をする旋回ボデー２、
それに対して回転運動をする上腕３、それに対して回転
運動をする前腕４、それに対して回転運動もしくは直線
運動もしくは固定されている手首組立体５なる軸構成で
ある。上腕回転軸IIは、旋回軸Ｉに対してねじれの位置
関係となるようにオフセツトされている。第１図で、旋
回軸Ｉより右方向の腕の到達距離を第４図と同じにする
のに上腕3,前腕4,手首回転体５の各部材の長さの総和を
短くして達成できる。ここではロボツトの軸構成を３軸
以上としたが、少なくとも旋回，上腕、前腕３軸が存在
すれば、それ以上の軸は存在してもしなくても構わな
い。

次に各軸の駆動機構について説明する。まず、旋回動
作は、アクチユエータ11により発生した軸力をブレーキ
13を通し、減速機12に入力して減速し、その出力をベー
ス１もしくは旋回ボデー２に伝達し、旋回軸Ｉを中心軸
としてベース１と旋回ボデー２との間で相対的な回転運
動を行なう。検出器14により位置、速度等の検出をす
る。本図においては全ての駆動系要素を旋回軸Ｉを中心
軸として配置しているが、その駆動系要素の一部もしく
は全部を、旋回軸Ｉまわりの作業空間を小さくしない範
囲で旋回軸Ｉ以外の軸まわりに配置し、タイミング・ベ
ルト、チエーン，かさ歯車等で動力を伝達する構造とし
ても構わない。なお、本発明においては、旋回動作の駆
動機構及び構造は重要ではないので、それらの詳細な図
示及び説明は省略されている。

上腕動作の駆動機構について説明する。アクチユエー
タ21,減速機22,ブレーキ23,検出器24等で構成される駆
動系要素の一部もしくは全部を駆動軸IIIを中心として
配置する。ここでは、アクチユエータ21及び検出器24
を、駆動軸IIIに配置している。駆動軸IIIは旋回軸Ｉと
ひとつの平面を形成している。アクチユエータ21より発
生した動力は、プーリ27,タイミング・ベルト25,プーリ
28を通して上腕回転軸IIへ伝えられ、ブレーキ23を通し
て減速機22に入力し、減速された動力は、上腕３を回転
運動させる。駆動軸IIIから上腕回転軸IIへ動力を伝達
するのにタイミング・ベルト25を用いたが、歯車等他の
要素で伝達しても構わない。位置，減速等の検出は、検
出器24で行なう。ここでは駆動軸IIIにアクチユエータ2
1と検出器24を配置したが、旋回軸まわりの作業空間を
考慮するのであれば、検出器24のみで、アクチユータ21
を上腕回転軸IIの方に配置しても構わないし、他の組合
せも可能である。また、前記したように上腕3,前腕4,5
手首回転体５の各部材の長さの総和が短くなることか
ら、重量，トルク、及びイナーシヤが小さくなり、それ
を駆動するアクチユエータ21,減速機22,ブレーキ23,プ
ーリ27,タイミング・ベルト25,プーリ28等の容量が小さ
くなる。よつて、その外形寸法も小さくなる。また、上
腕３の支持をする、軸受を含む旋回ボデー２の一部であ
る支持構造も小さくなる。以上により、旋回軸Ｉまわり
の回転半径が小さくなり、ロボツトの作業空間を大きく
とることができる。

次に前腕動作の駆動機構について説明する。ここでは
その駆動要素を旋回ボデー２に固定している。駆動系要
素の中で、アクチユエータ31及び検出器34を、駆動軸II
Iに配置する。アクチユエータ31により発生した動力
は、プーリ37,タイミング・ベルト35,プーリ38を通して
上回転軸IIへ伝えられ、ブレーキ33を通して減速機32に
入力し、減速された動力は、シヤフト39,クランク40,リ
ンクロツド41を通して前腕４を回転運動させる。位置，
減速等の検出は、検出器34で行なう。前腕4,手首回転体
５の各部材の長さの総和を短くできることから、重量，
トルク、及びインナーシヤが小さくなり、それを駆動す
るアクチユエータ31,減速機32,ブレーキ33,プーリ37,タ
イミング・ベルト35,プーリ38の容量が小さくなる。よ
つて、その外形寸法も小さくなる。ゆえに、駆動系容量
の寸法，配置及び構造により旋回軸Ｉまわりの回転半径
が小さくなり、ロボツトの作業空間を大きくとることが
できる。次に、本発明においては、手首回転体５の駆動
機構及び構造は重要ではないので、それらの詳細な図示
及び説明は省略されている。

本実施例によれば、上腕回転軸IIの位置を考慮したこ
とにより、旋回軸Ｉより右側の動作範囲を広く確保した
上で、上腕３と前腕４の駆動系要素及び上腕３の支持を
する旋回ボデー２の一部である支持構造を小型にでき
る。しかも、各腕の駆動系要素の一部もしくは全部を、
旋回軸Ｉと平面を形成する面内にある駆動軸IIIに配置
したことで、旋回軸Ｉまわりの回転半径を小さくするこ
とができ、ロボツトの作業空間を大きくとれるという効
果がある。

第８図と第９図は、本発明に係るロボツトの実施可能
な修正例を示している。全体構成及び駆動機構は、前記
実施例と同じであるが、駆動軸IIIに配置するアクチユ
エータ21,31、検出器24,34の構造を、前記実施例では旋
回ボデー２の外側に配置したのに対し、本修正例では旋
回ボデー２の内側に配置している。ただし、前腕４駆動
用のクランク40,リンクロツド41と干渉しない位置に取
付けている。

第10図と第11図は、本発明に係るロボツトの実施可能
な修正例を示している。全体構成，旋回動作の駆動機構
及び手首組立体５の駆動機構と構造は、最初に説明した
ロボツトの実施例と構造は、最初に説明したロボツトの
実施例と同じである。まず、上腕動作の駆動機構につい
て説明する。駆動系要素は旋回ボデー２に固定する。駆
動軸IIIと旋回軸Ｉと平面を形成するように設ける。こ
こでは平行に設けているが、両者に角度がついても平面
を形成するのであれば構わない。アクチユエータ21,検
出器24を駆動軸IIIに配置する。アクチユエータ21より
発生した動力は、２組のかさ歯車26を通して上腕回転軸
IIへ伝えられ、ブレーキ23を通して減速機22に入力し、
減速された動力は、上腕３を回転運動させる。次に前腕
動作の駆動機構について説明する。駆動系要素は旋回ボ
デー２に固定する。駆動軸III′を旋回軸Ｉ、駆動軸III
と平面を形成するように設ける。ここでは平行に設けて
いるが、両者に角度がついても平面を形成するのであれ
ば構わない。アクチユエータ31,検出器34を駆動機構II
I′に配置する。アクチユエータ31より発生した動力
は、２組のかさ歯車36を通して上腕回転軸IIへ伝えられ
る。以下の前腕４への駆動機構は最初の実施例と同じで
ある。

第12図と第13図は、本発明に係るロボツトの別の実施
例を示している。全体機構（軸構成）、旋回動作の駆動
機構、及び手首回転体５の駆動機構と構造は、、最初に
説明したロボツトの実施例と同じである。まず、上腕動
作の駆動機構について説明する。駆動系要素は、旋回ボ
デー２に固定する。駆動軸IIIを、旋回軸Ｉの平面を形
成するように設ける。アクチユエータ21、検出器24を駆
動軸IIIの配置する。アクチユエータ21より発生した動
力は、プーリ27,タイミング・ベルト25,プーリ28を通し
て上腕回転軸IIへ伝えられ、減速機22に入力し、減速さ
れた動力は、上腕３を回動運動させる。ブレーキ23は、
上腕３に対して、減速機22とは反対側に取付けている。
次に、前腕動作の駆動機構については、そのアクチユエ
ータ31を上腕３に固定してあり、旋回ボデー２には固定
されていないので、本発明において重要ではなく、その
詳細な図示及び説明は省略されてる。

今まで述べた実施例で示すように、旋回軸以外の軸の
中で、少なくも２つの軸の駆動系要素全部もしくは一部
が旋回ボデー２に固定されることが必要であり、その軸
がどれであつても、また複数になつても構わない。ただ
し旋回ボデー２に固定される駆動系要素をもつ軸に対し
ては、その駆動系要素の全部もしくは一部を、旋回軸と
平面を形成する面内にある駆動軸の配置する。

本実施例の中で述べたアクチユエータの種類は、電気
式，油圧式，空気圧式、またそれ以外の方式であつても
構わない。また、ひとつの軸の駆動系を構成する要素に
ついては、ブレーキが不要であれば除いて構わないし、
アクチユエータとしてダイレクト・ドライブモータを採
用した場合は減速機が不要になる等という場合があり、
必要な要素で構成するものとする。また、駆動系要素の
中で、駆動軸に配置する要素の選択も自由とする。さら
に、旋回ボデー２の固定する駆動系要素について、全部
を旋回ボデー２に固定しなくても構わない。また、駆動
軸IIIと上腕回転軸IIIとの間を伝達する要素は、タイミ
ング・ベルト，チエーン，歯車等何を使用しても構わな
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上腕回転軸を旋回ボデーの旋回軸と
ねじれの位置関係となるようにオフセットさせることに
より、各腕の長さの総和を小さくしてロボットの作業空
間を大きく確保した上で、旋回ボデーの旋回軸を含む平
面で前記旋回軸によって分割される一方の平面上に上腕
駆動用のアクチュエータの駆動軸を配置し、他方の平面
上に前腕駆動用のアクチュエータの駆動軸を配置するこ
とにより、旋回ボデー旋回時の各アクチュエータの回転
半径を小さくすることができるので、旋回ボデー近傍を
含めて大きな作業空間を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボツトの一実施例を示す側面図、第
２図は第１図に示すロボツトの平面図、第３図は第１図
に示すロボツトのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ断面図、第４図は従来
形ロボツトの一例を示す側面図、第５図は第４図に示す
ロボツトの平面図、第６図は従来形ロボツトの他の一例
を示す側面図、第７図は第６図に示すロボツトの平面
図、第８図は本発明のロボツトの他の一実施例を示す側
面図、第９図は第８図に示すロボツトの平面図、第10図
は本発明のロボツトの他の一実地例を示す側面図、第11
図は第10図に示すロボツトの平面図、第12図は本発明の
ロボツトの他の一実施例を示す側面図、第13図は第12図
に示すロボツトの平面図である。 １……ベース、２……旋回ボデー、３……上腕、４……
前腕、11,21,31……アクチュエータ、12,22,32……減速
機、13,23,33……ブレーキ、14,24,34……検出器、Ｉ…
…旋回軸、II……上腕回転軸、III,III′……駆動軸。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースと、このベース上に垂直の旋回軸を
   中心として回転可能に設けられた旋回ボデーと、この旋
   回ボデーに対して前記旋回軸とねじれの位置関係で、か
   つオフセット位置に回転可能に設けた上腕旋回軸と、こ
   の上腕旋回軸に設けた上腕と、前記上腕の端部に回転可
   能に設けた前腕とを備えた産業用関節形ロボットにおい
   て、前記旋回ボデーの旋回軸を含む平面で前記旋回軸に
   よって分割される一方の平面上に駆動軸を配置した上腕
   駆動用のアクチュエータと、他方の平面上に駆動軸を配
   置した前腕駆動用のアクチュエータとを、それぞれ前記
   旋回ボデーに備え、前記各アクチュエータの駆動軸と前
   記上腕旋回軸及び前腕旋回軸とをそれぞれ動力伝達手段
   で連結したことを特徴とする産業用関節形ロボット。
2. 【請求項２】前記上腕駆動用のアクチュエータと前腕駆
   動用のアクチュエータとは、前記旋回ボデーの旋回軸に
   ついて対称に配置されることを特徴とする請求項１記載
   の産業用関節形ロボット。
3. 【請求項３】前記上腕駆動用のアクチュエータと前記前
   腕駆動用のアクチュエータは、その回転軸線が同軸でし
   かも前記旋回軸と直交するように前記旋回ボデーに配置
   されていることを特徴とする請求項１記載の産業用関節
   形ロボット。
4. 【請求項４】前記上腕駆動用のアクチュエータと前記前
   腕駆動用のアクチュエータは、前記旋回ボデーの側部に
   それぞれ設置されていることを特徴とする請求項２記載
   の産業用関節形ロボット。