JP2599484B2 - 産業用多関節ロボットのアーム駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用多関節ロボットにおけるアームの駆
動機構に関し、特に、ロボット胴の先端に枢着した第１
アームと、その第１アームの先端に枢着した第２アーム
とを有した多関節ロボットにおけるロボット作業範囲、
つまり、動作領域の拡張と、又、ロボット作用の過程に
おけるアームの種々の姿勢において周囲環境との干渉を
可及的に回避し得るようにしたアーム駆動機構の改良に
関する。

〔従来技術と発明が解決しょうとする課題〕

第１、第２の２つのロボットアームを有した産業用多
関節ロボットにおいて、該アームの駆動機構に平行四節
リンクを用いた構成は周知である。

第８図は従来のアーム駆動機構の１例を示し、第１、
第２のロボットアーム１、２を有した多関節ロボットが
第１アーム１の枢着結合線Ｗ上に設けた第１の駆動モー
タM1により該Ｗ軸線を中心に揺動可能であり、第２アー
ム２は第２の駆動モータM2から、上記Ｗ軸線上に一端が
枢着された主動リンク３とその主動リンク３の他端3aと
第２アーム２の後方部の一点に枢着された中間リンク４
を有した平行４節リンク機構を経てＵ軸線回りに俯仰旋
回可能に構成された産業用多関節ロボットのアーム駆動
機構がある。然しながら、この種の平行四節リンク式ア
ーム駆動機構を備えた多関節産業用ロボットにおいて
は、平行四節リンクの主動リンク３と中間リンク４とが
第１アーム１と重なる上死点位置及び下死点位置に達し
たときには、第１、第２アーム１、２のＵ軸上の枢着結
合点における不安定状態が出現し、第２アーム２が第１
アームと一体化する拘束状態が得られなくなり、故に正
確なロボット動作を遂行不可能になる問題点がある。こ
のことは、第１アーム、第２アーム１、２を有した多関
節ロボットの動作領域は、第11図（イ）〜（ホ）に示す
ように、第１アーム１、第２アーム２、主動リンク３、
中間リンク４とが常に、平行四辺形を成す姿勢でロボッ
ト動作を行う必要が生ずる結果となる。つまり、第11図
（ハ）に示すように、第１アーム１に対して第２アーム
２が完全に伸長した状態で第１アーム１と第２アームと
を一体化して旋回動作させることが困難となり、故に、
動作領域の半径が、両アーム１、２の長さの和より小さ
くなると言う欠点がある。

他方、第９図は上述のような平行四節リンクを用いな
いで、第１アーム11はロボット胴９に対してＷ軸上に設
けられた駆動モータMwから減速機Rwを介して回転駆動さ
れることにより、Ｗ軸回りに揺動駆動され、この第１ア
ーム11の先端にＵ軸回りに枢着結合された第２アーム12
はＵ軸上に設けられた駆動モータMu、減速機Ruを介して
直接駆動され、Ｕ軸回りに俯仰旋回するモータによる直
接駆動型の機構を示している。この種の直接駆動型のロ
ボットでは、特に、第１アーム11、第２アーム12の動作
範囲が大きく取れる利点がある反面、第２アーム12やそ
の駆動モータMu、減速機Ru等が第１アーム11の駆動モー
タMwに直接、重力負荷として作用する点、更に、加速時
や減速時に第２アーム12の系から第１アーム11の駆動モ
ータMwに影響する動的負荷が第２アームの姿勢、位置に
依って変動し、故に、第１アーム11の駆動モータMwは変
動性の動的負荷に対して予め充分な余裕を見込んだ性能
を有するモータによって形成しなければならない点等の
問題点があり、特に、第１アーム11と第２アーム12が直
線状に伸長した姿勢状態では、第１アーム11の駆動モー
タMwにおよぶ負荷が平行四節リンクを用いた多関節ロボ
ットのアーム駆動機構よりも大きくなる欠点がある。

また、平行四節リンクを用いた従来の多関節ロボット
として、第10図に示すように、ロボット胴19の先端19a
を前方へオフセット（実線図示のロボット胴19と点線図
示のロボット胴19′の中心差Ｆがオフセット量に相当す
る）させた先端に形成し、このオフセット先端19aに第
１アーム21の下端を枢着結合し、主動リンク23、中間リ
ンク24を備えた平行四節リンクを第１アーム21と第２ア
ーム22との後方部に設けた駆動リンク機構の構成も周知
である。このオフセット構造を有したアーム駆動機構
は、第２アーム22の後端側に後方領域における動作時に
周囲環境との機械的干渉を可及的に回避するために、主
動リンク23と第１アーム21との枢着結合点をロボット胴
19のオフセット先端19aに変位させる構成を取ったもの
であるが、上記後方領域におけるロボット動作範囲、つ
まり動作領域は縮小されてしまう欠点があり、また、図
示の姿勢のように、第１アーム21を後方領域に揺動させ
た姿勢状態にして後方領域でロボット作業を遂行すると
き、前方領域では第２アーム22の先端、つまりロボット
手首（図示なし）の装着部がロボット胴19のオフセット
先端19aと干渉を起こし易い等の欠点がある。

依って、本発明の主たる目的は上述した従来の第１、
第２アームを備えた産業用多関節ロボットのアーム駆動
機構に伴う問題点を解決し、かつ、欠点の解消を図った
産業用多関節ロボットのアーム駆動機構を提供せんとす
るものである。

本発明の他の目的は、従来から採用されていた上述の
ごとき、多関節ロボットのアーム駆動機構における平行
四節リンク型駆動機構と直接駆動型アーム駆動機構との
両者の利点を生かした構成を実現した改良型の産業用多
関節ロボットのアーム駆動機構を提供せんとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段と作用〕 本発明は、平行四節リンクからなる多関節型ロボット
のアーム駆動機構において、リンク部材又はカム機構を
上記平行四節リンク内部に追加することにより、平行四
節リンクの上死点位置や下死点位置における第１アーム
に対する第２アームの不安定姿勢を解消するようにし、
故に、第１アームと第２アームとを完全に伸長した姿勢
で、第１アームの旋回に伴い第２アームも一体に旋回し
得るようにしてロボット作業範囲、つまり、動作範囲の
増大を図り得るようにし、かつ、第１、第２アームの動
作領域における周囲環境との干渉を回避できるようにし
たものである。

即ち、本発明によれば、ロボット胴に枢着結合された
第１のアームと、その第１のアームの先端に枢着結合さ
れた第２のアームと、前記第１、第２のアーム間に掛け
渡された２つの主動、中間リンク部材を具備して該第２
のアームに駆動力を伝達する平行四節リンクとを具備し
た産業用多関節ロボットのアーム駆動機構において、 前記平行四節リンクにおける前記主動、中間リンク部
材が、前記第１アームの軸線に重なる上死点及び下死点
の少なくとも上死点位置で前記中間リンク部材と前記第
１アームとの間に前記第１、第２アームの枢着結合点を
拘束して該第１アームと第２アームとを一体的に旋回駆
動可能にする拘束手段を設けたことを特徴とする産業用
多関節ロボットのアーム駆動機構が提供されるのであ
る。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に
詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る産業用多関節ロボットのアー
ム駆動機構の１実施例を示す正面図、第２図は同実施例
のロボットの第１、第２のアームが上方へ伸長した状態
における正面図、第３図は第２図のIII−III矢視方向か
ら見た側面図、第４図は本発明に係る産業用多関節ロボ
ットのアーム駆動機構の他の実施例を示す正面図、第５
図は同実施例のロボットの第１、第２のアームが上方へ
伸長した状態における正面図、第６図は第５図のVI−VI
矢視方向から見た側面図、第７図（イ）〜（ヘ）は、上
記第１の実施例によるアーム駆動機構を備えた産業用多
関節ロボットの動作領域を示した説明図である。第１〜
第３図を参照すると、本発明に係るアーム駆動機構を具
備した産業用多関節ロボットは、最下部にベース31を有
し、このベース31上にロボット胴32を立設させ、該ロボ
ット胴32の上端に形成された枢着結合部32aに第１のロ
ボットアーム33が枢着結合されている。この第１のロボ
ットアーム33は第１図では上方に延長し、該第１ロボッ
トアーム33の先端に設けられた枢着結合部33aに、第２
のロボットアーム34の最後端が枢着結合されている。第
１のロボットアーム33の枢着結合部32aにおける揺動々
作がＷ軸動作であり、又、第２ロボットアーム34の枢着
結合部33aにおける俯仰旋回運動がＵ軸動作である。第
２のロボットアーム34の先端にはロボット手首35が取付
られている。

さて、ロボット胴32と第１ロボットアーム33が枢着結
合される枢着結合部32aから第２ロボットアーム34の伸
長方向側に主動リンク36が突出され、この主動リンク36
の先端の枢着結合部36aに中間リンク37が枢着されてい
る。中間リンク37は第１ロボットアーム33と平行に延長
し、第２ロボットアーム34の後方部の枢着結合部37aに
おいて該第２ロボットアーム34に枢着されている。即
ち、主動リンク36、中間リンク37は第１ロボットアーム
33、第２ロボットアーム34に枢着結合部32a、36a、37a
で枢着された構造により、平行四節リンク機構38を形成
しているのである。そして、第３図に図示のように、枢
着結合部32aのＷ軸上には左右に分離して第１ロボット
アーム33を直接駆動する駆動モータMwが減速機を介して
結合され、又、第２ロボットアーム34を上記平行四節リ
ンク機構38を介して駆動する駆動モータMuが結合されて
いる。つまり、駆動モータMuが出力する回転駆動力によ
り主動リンク36が枢着結合部32aのまわりに旋回駆動さ
れると、中間リンク37を介して該駆動力が第２ロボット
アーム34のＵ軸動作を起動させるアーム駆動機構の構成
となっている。しかも、本発明によれば、上記平行四節
リンク機構38を駆動力伝達用の主リンクとし、かつ、中
間リンク37の略中間点におき、枢着結合36aと37aとを結
ぶ該中間リンク37上の線から第１ロボットアーム33側に
変位した位置に枢着結合部39aを有した第２の中間リン
ク39が主動リンク36と平行に且つ、等長を有して設けら
れており、その他端は第１ロボットアーム33に設けた枢
着結合部39bに枢着結合されている。このように第２の
中間リンク39を主リンクの中間リンク37と第１ロボット
アーム33との間に設け、主動リンク36、中間リンク37の
下方部、第２の中間リンク39、第１ロボットアーム33の
下方部との四節から成る副リンク40を設けると、第２図
に示すように、平行四節リンク38からなる主リンク側が
上死点位置に達しても副リンク40側が、第２図に破線図
示した平行四辺形状の剛節リンクを形成し、従って、第
２ロボットアーム34は主リンク側が上死点状態にあって
両アーム33、34の枢着結合部33aにおける剛性が低下し
ていても副リンク側を介して両者は第１ロボットアーム
33のＷ軸回りの運動時に第２ロボットアーム34も一体と
なって枢着結合部32aを中心に揺動旋回を行うことがで
きるのである。つまり、副リンク40は主リンク側が上死
点位置にあるとき、第２ロボットアーム34を第１ロボッ
トアーム33に対して拘束するように機能し、第２ロボッ
トアーム34のふらつきを阻止する。故に、従来、平行四
節リンクを有した多関節ロボットの泣き所とされていた
死点位置におけるロボット動作機能の制御性の喪失が解
消され、本実施例から明らかなように、第１、第２ロボ
ットアーム33、34を有した多関節ロボットが、平行四節
リンク機構38を有したアーム駆動機構を具備しながら、
第９図に示した従来の直接駆動型多関節ロボットの第
１、第２ロボットアームと同様な大きな動作半径を有し
た広い動作領域に渡ってロボット作業を遂行できのであ
る。

なお、上述の説明は、平行四節リンク38からなる主リ
ンクが上死点位置における安定した動作制御性に就き説
明したが、主リンクが下死点状態に在るときも、同様に
副リンク40が第１、第２ロボットアーム33、34間を拘束
し得ることは理解できよう。実際のロボット作業上の観
点からは、上死点位置におけるロボット動作性能が確保
されれば、広い動作領域に渡り多関節ロボットがロボッ
ト制御装置による制御指令に従って安定した動作を達成
でき、所望のロボット作業を遂行できる。

第４図から第６図は、本発明に係る他の実施例とし
て、上死点位置におけるロボットアームの動作の安定し
た制御性を確保する構成を有したアーム駆動機構を備え
る多関節ロボットの例を示している。

第４図〜第６図において、前述した実施例と同様なロ
ボットの基本構造部、つまり、ベース、ロボット胴、第
１、第２ロボットアーム、平行四節リンク等は同参照番
号で示してある。

本実施例では、主リンクを成す平行四節リンク38にお
ける中間リンク37の中間部におき、該中間リンク37の上
下の枢着結合部36a、37aを結ぶ線から第１ロボットアー
ム33側に変位して位置41aを回転中心とした回転ローラ
形状のカムフォロワー要素42を設け、かつ、平行四節リ
ンク38からなる主リンク側が第５図に示す上死点位置に
達したとき、同カムフォロワー要素42が第５図に図示さ
れた運動軌跡Ｐ（主動リンク36の長さｒを半径とする円
形軌跡である）をたどって第１ロボットアーム33に設け
られた一対の案内カム43a、43bの間に挟持されるように
構成されている。このように、案内カム43aと43b、カム
フォロワー要素42を設けた構成により、主リンク側が上
死点位置にあり、第１ロボットアーム33と第２ロボット
アーム34との枢着結合部32aにおける剛性が低下したと
き、案内カム43a、43bにカムフォロワー42が挟持される
ことにより、主リンク側の中間リンク37を介して第１、
第２ロボットアーム33、34が拘束され、故に、第１ロボ
ットアーム33が駆動モータMwによりＷ軸回りに揺動され
るとき、第１ロボットアーム33も枢着結合部32aから第
１ロボットアーム33と平行ないし一直線となるように伸
長した状態で一体となってＷ軸まわりに旋回可能とな
る。つまり、多関節ロボットが上死点位置でもアームの
動作制御性を喪失することなく、安定したロボット動作
を奏することができるのである。なお、上記の案内カム
43a、43bは適宜の取付手段、例えば、ボルトねじ等によ
り第１ロボットアーム33の所定の位置に取付られてい
る。

第７図は上述した本発明に係るアーム駆動機構を具備
した多関節ロボットのうち、第１の実施例に係るロボッ
トを代表例として示した第１、第２ロボットアーム33、
34の動作過程と動作領域とを図示したものである。第７
図の（イ）は、第１、第２ロボットアーム33、34により
ロボットベース31の近傍位置で該第２ロボットアーム34
の先端に手首35を介して装着されたエンドエフェクタで
所望のロボット動作を遂行する姿勢位置をしめし、平行
四節リンク38から成る主リンクの主動リンク36はロボッ
ト胴32に重なる位置に来ている。この状態から平行四節
リンク38の作用で第２ロボットアーム34が枢着結合部32
aの回りにＵ軸旋回され、第１ロボットアーム33もＷ軸
回りに旋回すると、第７図（ロ）で示す位置に達するこ
とができる。この状態から更に、第２ロボットアーム34
を主リンクが上死点位置に来るまでＵ軸動作したする
と、第１、第２のロボットアーム33、34は最大長まで伸
長し、第７図の（ハ）に示す位置に達する。つまり、こ
の最大長位置から内側の動作領域内の各位値には第１、
第２ロボットアーム33、34が夫々Ｗ軸、Ｕ軸回りに旋回
して到達可能な領域となる。そして、（ハ）の上死点位
置においても本発明に係る副リンク40が作用して両アー
ムは一体動作可能な状態にあるので、状態（ハ）から
（ニ）まで両アーム33、34は一体と成ってＷ軸動作を遂
行できる。その後、第２ロボットアーム34を再び、主リ
ンクの作用でＵ軸旋回させれば、状態（ホ）、（ヘ）へ
移行することができる。すなわち、第７図にうちわ形の
外周を有して図示された動作領域内のどの位置にも第
１、第２ロボットアーム33、34がＷ軸、Ｕ軸動作の組み
合わせて到達可能となる。この動作領域は、明らかに第
11図に示した従来の平行四節リンクを有した多関節ロボ
ットの動作領域に比較して大幅に拡大されていることが
わかる。

しかも、上述した説明による本発明の２つの実施例か
らも明らかなように、本発明では、平行四節リンク38が
第１、第２ロボットアーム33、34が枢着結合部32aの点
に関して中心角180゜以内で両者間に挟む動作領域の内
部に主動リンク36、中間リンク37、第２中間リンク39、
カムフォロワー42等を有し、第２ロボットアーム34の後
方領域には何らの突出部材を有しないアーム駆動機構を
構成しているので、第７図に示す広大な動作領域に渡っ
て第１、第２のロボットアーム33、34が動作する過程に
おいても、動作対象と反対側に在る周囲環境と干渉を起
こすような危惧は無いと言う利点を有しているのであ
る。つまり、１台の多関節ロボットにより網羅すること
のできる作業領域を大きくとれ、しかもその領域内にお
いて動作対象に所定のロボット作業を遂行している間に
ロボット機体の一部が機体後方の機器類に接触する等の
不利は無く、僅かに、機体自体との接触があるロボット
胴周囲の領域だけを不使用領域とする極めて有用性の高
い多関節ロボットが得られるのである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、２
つの枢着結合されたロボットアームを備えた多関節ロボ
ットのアーム駆動機構において、上死点位置や下死点位
置等における制御性を喪失ことの無い広い動作領域を備
えた多関節形ロボットがえられしかも、動作過程に周囲
環境との干渉が極力低減された多関節形ロボットが得ら
れるのである。つまり、第２ロボットアームのＵ軸動作
は平行四節駆動リンクを介して駆動され、しかも上死
点、下死点位置における動作制御性を失うことなく、か
つ、第１、第２ロボットアームの両者を直接、駆動モー
タで駆動する直接駆動形の多関節形ロボットと同様な広
い動作領域を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る産業用多関節ロボットのアーム
駆動機構の１実施例を示す正面図、第２図は同実施例の
ロボットの第１、第２のアームが上方へ伸長した状態に
おける正面図、第３図は第２図のIII−III矢視方向から
見た側面図、第４図は本発明に係る産業用多関節ロボッ
トのアーム駆動機構の他の実施例を示す正面図、第５図
は同実施例のロボットの第１、第２のアームが上方へ伸
長した状態における正面図、第６図は第５図のVI−VI矢
視方向から見た側面図、第７図（イ）〜（ヘ）は、上記
第１の実施例によるアーム駆動機構を備えた産業用多関
節ロボットの動作領域を示した説明図、第８図は従来の
平行四節リンク機構を有した多関節ロボットの構成を示
す部分斜視図、第９図は従来の直接駆動形の多関節ロボ
ットのアーム駆動機構を示す略示部分斜視図、第10図は
従来の平行四節リンクをアーム駆動機構として具備した
多関節形ロボットの後方部の干渉を回避するオフセット
構造を説明した略示正面図、第11図は、従来の平行四節
リンクから成るアーム駆動機構を有した多関節形ロボッ
トの動作領域を示す説明図。 31……ベース、32……ロボット胴、33……第１ロボット
アーム、34……第２ロボットアーム、36……主動リン
ク、37……中間リンク、38……平行四節リンク、39……
第２の中間リンク、40……副リンク、42……カムフォロ
ワー、43a、43b……カム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−239483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−228385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−77467（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−149792（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボット胴に枢着結合された第１のアーム
   と、その第１のアームの先端に枢着結合された第２のア
   ームと、前記第１、第２のアーム間に掛け渡された２つ
   の主動、中間リンク部材を具備して該第２のアームに駆
   動力を伝達する平行四節リンクとを具備した産業用多関
   節ロボットのアーム駆動機構において、 前記平行四節リンクにおける前記主動、中間リンク部材
   が、前記第１アームの軸線に重なる上死点及び下死点の
   少なくとも上死点位置で前記中間リンク部材と前記第１
   アームとの間に、前記第１、第２アームの枢着結合点を
   拘束して該第１アームと第２アームとを一体的に旋回駆
   動可能にする拘束手段を設けたことを特徴とする産業用
   多関節ロボットのアーム駆動機構。
2. 【請求項２】前記平行四節リンクを主リンク機構とし、
   前記拘束手段は、前記中間リンク部材と主動リンク部材
   との枢着結合点と前記中間リンク部材と前記第２アーム
   との枢着結合点とを結ぶ線から変位した該中間リンク部
   材上の点から前記第１アームに掛け渡され、かつ前記主
   動リンク部材と等長の第２の中間リンクを有した副リン
   ク機構である請求項１に記載の産業用多関節ロボットの
   アーム駆動機構。
3. 【請求項３】前記拘束手段は、前記第１のアームに設け
   た案内カム手段と、前記中間リンク部材と、主動リンク
   部材との枢着結合点と前記中間リンク部材と前記第２ア
   ームとの枢着結合点とを結ぶ線から変位した該中間リン
   ク部材上の点に設けたカムフォロワーとから成る請求項
   １に記載の産業用多関節ロボットのアーム駆動機構。
4. 【請求項４】前記平行四節リンク機構における主動、中
   間リンク部材は、前記第１アームと該第１アームの先端
   に前記第２アームの後端を枢着結合してなる該第１、第
   ２アームとが囲む180゜の中心角以下の領域内に設けら
   れ、前記ロボット胴と前記第１アームとの枢着結合点に
   設けられた第２アームの駆動モータからの回転駆動力を
   該第２アームに伝動するように設けられている請求項１
   に記載の産業用多関節ロボットのアーム駆動機構。