JP2772364B2 - 工業用ロボット等における工具把持部装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工業用ロボットのアームの先端において加
工工具を把持する工具把持部を移動自在とする工具把持
部装置、もしくは産業用機械の移動テーブル上のアーム
の先端において加工工具を把持する工具把持部を移動自
在とする工具把持部装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の工業用ロボット等においては、例えば第１図、
第２図に示すように、立設した支柱30が備えられ、該支
柱30の上端に前方に突き出たサポート31が左右に回動自
在に設けられ、該サポート31の前部に下方に向かう伸縮
自在の５辺形アーム32が前後に揺動自在に設けられ、該
５辺形アーム32はサポート31の左右それぞれに回動自在
に設けられた左右の上部アーム33と該左右の上部アーム
33の下部に回動自在に設けられた左右の下部アーム34と
からなり、該左右の下部アーム34の下端において連結す
ることにより５辺形となるよう構成されている。そし
て、この５辺形アーム32の下端には継ぎ手35が設けら
れ、該継ぎ手35に加工工具36を支持する工具把持部37が
固着されていた。かかる工業用ロボットにあって先端の
工具把持部37に支持された加工工具36を移動する場合、
サポート31を支柱30に対して回動すると共に、５辺形ア
ーム32をサポート31に対して揺動し、かつ５辺形アーム
32の伸縮を行うことで、工業用ロボットの先端の加工工
具36が移動するようになっていた。

また、第３図に示すように左右に回動自在となる本体
38が備えられ、該本体38に第１アーム39が上下に回動自
在に設けられ、該第１アーム39に第２アーム40が上下に
回動自在に設けられると共に、該第２アーム40の先端に
加工工具36を支持する工具把持部37が固着されていた。
かかる工業用ロボットにあって先端の工具把持部37に支
持された加工工具36を移動する場合、本体38を回動する
と共に、第１アーム39と第２アーム40それぞれにおいて
回動することで、工業用ロボットの先端の加工工具36が
移動するようになっていた。

これらの工業用ロボットにおいては、工具把持部37に
支持された加工工具36の移動が必要な場合、通常工具把
持部37そのものが移動する構成を有しておらず、ロボッ
ト全体あるいはロボットのアームを動かすことで工具把
持部37の移動を得っていた。このロボット全体あるいは
ロボットのアームはその構造上強固なものにする必要が
ありどうしても重量物となっていた。このため、工具把
持部37を移動させる時、特に高速で行う場合、重量物と
なるロボット全体あるいはロボットのアームを動かすた
めの大きな馬力が必要であると共に位置決め精度が非常
に低いといった問題があった。そこで、このような不具
合を解消するため、例えば第４図に示した実公昭55-464
73号公報のように、工業用ロボットの先端である例えば
継ぎ手35に２個の駆動源を設け、一方の駆動源に駆動軸
41を介して接続されている歯車42をラック43と接続させ
ラック43の先端に固着した工具把持部37に取付けた加工
工具36を直線移動させると共に、他方の駆動源に駆動軸
44を介して接続されている歯車45でラック43を支持して
いるフレーム46を回転させることによって加工工具36を
回転移動させるようにしたものが提案されている。これ
によりロボット全体あるいはロボットのアームの移動を
行うことなく工具把持部37及び加工工具36を水平移動さ
せる機構を得ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記のような従来例においては、フレーム46
部分によって直線移動を行うラック43を支持していたの
でラック43の支持部を強固にする必要があるとともに、
フレーム46自身が回転を行うことで加工工具36を移動さ
せていたためフレーム46及びフレーム46を支持する部分
を強固にする必要があった。このため、重量が大幅に増
すことでやはり加工工具36の高速移動や位置決め精度等
に悪影響を及ぼす恐れがあるという点で問題があった。
本発明は、これらの問題を解消することをその課題とし
ている。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本発明は、工業用ロボット等のアームの先端に装着さ
れこの先端において２個のモーターと第１及び第３のア
ーム並びに第２及び第４のアームを使用し２個のモータ
ーの回転角を同時的に制御することで、その先端の単一
の加工工具を把持する工具把持部を水平方向に移動自在
とするものである。

〔実施例〕

始めに、本発明による工業用ロボット等における工具
把持部の水平移動の原理について説明する。

工具把持部の移動原理としては、第８図に示すよう
に、平面上において、距離Ｘだけ離れた位置に点Ａと点
Ｂの２点を設け、この点Ａを中心に回転するように第１
アーム７を取付け、また、点Ｂを中心に回転するように
第２アーム８を取付ける。そして、第１アーム７の先端
Ｃに第３アーム９を枢着し、また、第２アーム８の先端
Ｄに第４アーム10を枢着する。この第３アーム９と第４
アーム10は、互いの先端Ｅにおいて枢着させておく。こ
のような構成において、第１アーム７が点Ａを中心に回
転するとその先端Ｃに枢着されている第３アーム９の基
端は、水平移動運動を行う。

一方、第２アーム８が点Ｂを中心に回転するとその先
端Ｄに枢着されている第４アーム10の基端は、水平移動
運動を行う。そして、第３アーム９の先端と第４アーム
10の先端は、点Ｅにおいて枢着されているため、第３ア
ーム９の基端と第４アーム10の基端とのそれぞれの水平
移動運動は、それらのアームの先端Ｅの水平移動運動を
起すこととなる。すなわち、点Ｅの位置は、点Ａにおけ
る第１アーム７の回転角θ_１と点Ｂにおける第２アーム
８の回転角θ_２との２つの回転角の関数である。

次に前記した移動原理を工業用ロボットにおける加工
工具の工具把持部装置に適用した場合について説明する
と、第５図に示すように工業用ロボットの先端に加工工
具の工具把持部装置を装着するようになっており、工業
用ロボットとしては従来と同様、立設した支柱30の上端
に前方に突き出たサポート31が左右回動自在に設けら
れ、該サポート31の前部に下方に向かう伸縮自在の５辺
形アーム32が前後揺動自在に設けられ、該５辺形アーム
32の下端に継ぎ手35が設けられた構成となり、この継ぎ
手35に加工工具36の工具把持部装置を装着するようにな
っている。

これをプラズマ切断器へ使用した例として具体的に説
明すると、第６図及び第７図に示すように、工業用ロボ
ットの先端である継ぎ手35に支持部材21が固着されてお
り、その上面の左右１個所ずつ合計２個所にモーター取
付台1,2が固着され、それぞれの上方に第１モーター
３、第２モーター４が配置され支持部材21により支持さ
れている。

前記第１モーター３の軸には、その下方でモーター取
付台１の内部に配置された減速機５が連結されており、
この減速機５としては、例えばハーモニックドライブ
（商品名）が使用される。減速機５の下部出力軸には、
それに直交する方向である水平方向に向うようになる第
１アーム７が垂直方向に向うようになるピン11を介して
連結されている。第１アーム７は、その先端において水
平方向に向うようになる第３アーム９を垂直方向に向う
ようになるピン13と軸受15とを介して回転可能な状態で
支持、すなわち枢着している。第３アーム９は、工具取
付板19を軸受17を介して回転可能な状態で支持し、この
工具取付板19がプラズマ切断器の加工工具36の切断加工
用トーチ20を把持している。また、第２モーター４も第
１モーター３と同様にその軸にハーモニックドライブ
（商品名）を使用した減速機６がモーター取付台２内部
で連結されており、その下方出力軸には、それに直交す
る方向である水平方向に向うようになる第２アーム８が
垂直方向に向うようになるピン12を介して連結されてい
る。第２アーム８は、その先端において水平方向に向う
ようになる第４アーム10を垂直方向に向うようになるピ
ン14と軸受16とを介して回転可能な状態で支持、すなわ
ち枢着している。第４アーム10は、工具取付板19を軸受
18を介して回転可能な状態で支持し、この工具取付板19
によりプラズマ切断器の加工工具36の切断加工用トーチ
20を把持している。そして、工具取付板19の軸受17及び
軸受18は、同一軸線上に配置され、この工具取付板19が
加工工具36を把持する工具把持部37となる。なお、第１
アーム７と第３アーム９及び第２アーム８と第４アーム
10のそれぞれの連結する部分はすべて片持ち式構造とし
て互いの部材が干渉しないような構造とし、その動作範
囲を広くするようにしている。

以上のような構造において、前記した移動原理と同様
に第１モーター３の回転により第１アーム７を回転させ
ることで第１アーム７にピン13を介して支持されている
第３アーム９の基端が水平移動し、また、第２モーター
４の回転により第２アーム８を回転させることで第２ア
ーム８にピン14を介して支持されている第４アーム10の
基端が水平移動する。第３アーム９の基端と第４アーム
10の基端の水平移動によりこの２つのアームの先端に支
持された工具取付板19は、水平移動を行う。よって、２
つのモーターの回転を同時的に制御することで工具取付
板19、すなわち切断加工用トーチ20である加工工具36だ
けを水平移動させることができる。

また、工業用ロボットとしては前記のものの他に第９
図に示すように左右に回動自在となる本体38に第１アー
ム39が上下に回動自在に設けられ、該第１アーム39に第
２アーム40が上下に回動自在に設けられた構成とし、こ
の第２アーム40の先端に加工工具36の工具把持部装置を
装着するようにしても良い。

さらに、前記の実施例では、本発明を工業用ロボット
に備えた例を示しているが、工業用ロボット以外に、例
えばＸ・Ｙテーブルなどの移動テーブルにおいても本発
明による工具把持部装置を備えることでテーブル本体を
動かさずに先端のみの水平移動を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、工業用ロボット等のアームの先端に
装着されこの先端において２個のモーターと第１及び第
３のアーム並びに第２及び第４のアームを使用し２個の
モーターの回転角を同時的に制御することで、その先端
の単一の加工工具を把持する工具把持部を水平方向に移
動自在とすることができる。このような本発明の構造に
よれば、工具把持部に支持された加工工具の移動を行う
場合、構造上どうしても重量物となるロボット全体ある
いはロボットのアームをわざわざ動かすことなく、工業
用ロボット等のアームの先端において工具把持部のみを
移動することができ、この工具把持部の移動を特に高速
で行う場合、小さな馬力でも容易に高速で動かすことが
できると共に、位置決め精度も高いものにすることがで
きる。よって、高速でかつ高精度で加工作業を行う場
合、例えばプラズマ切断加工に用いた場合、切断精度や
切断加工速度を飛躍的に向上させることで画期的効果を
生ずることができるようになる。

しかも、従来の工業用ロボット等のアームの先端の工
具把持部の移動を行う機構を得ていたものでは、直進移
動用ラックを２点で支持するフレームなど大型で重量が
増す機構が必要だったが、これを省略することができ、
小型でかつ軽量とすることができ、高速及び高精度で加
工工具の移動及位置決めびを行うことのできる工具把持
部装置を提供することができる。

また、２個のモーターの回転を同時的に制御するだけ
で工具把持部の水平移動を行うことができ、この工具把
持部の水平移動を複雑な制御を行うことなく、容易かつ
確実に行うことが可能となる。さらに、これらの部品の
中でも重量があるモーターは２個しか用いないので、工
具把持部装置全体の軽量化を図ることができ、工業用ロ
ボット等に用いる場合、その装着部分を補強したりする
ことなしに容易に装着することができる。また、この２
個のモーターは支持部材の上部に配置支持されるので、
各アームに負荷がかかることがなく、その作動をスムー
ズに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の工業用ロボットの正面図、第２図は第１
図の従来の工業用ロボットの側面図、第３図は他の従来
の工業用ロボットの側面図、第４図は従来の工業用ロボ
ットにおける工具把持部の移動を行う機構を得たものの
一部断面説明図、第５図は本発明による工業用ロボット
における工具把持部装置を装着した状態を示した正面
図、第６図は本発明による工業用ロボット等における工
具把持部装置の一部断面説明図、第７図は第６図の本発
明による工業用ロボット等における工具把持部装置の上
面図、第８図は本発明による工業用ロボット等における
工具把持部装置の移動原理を示す概略図、第９図は本発
明による他の工業用ロボットにおける工具把持部装置を
装着した状態を示した側面図である。 図中の番号１はモーター取付台、２はモーター取付台、
３は第１モーター、４は第２モーター、５は減速機、６
は減速機、７は第１アーム、８は第２アーム、９は第３
アーム、10は第４アーム、11はピン、12はピン、13はピ
ン、14はピン、15は軸受、16は軸受、17は軸受、18は軸
受、19は工具取付板、20は切断加工用トーチ、21は支持
部材、30は支柱、31はサポート、32は５辺形アーム、33
は上部アーム、34は下部アーム、35は継ぎ手、36は加工
工具、37は工具把持部、38は本体、39は第１アーム、40
は第２アーム、41は駆動軸、42は歯車、43はラック、44
は駆動軸、45は歯車、46はフレームである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工業用ロボット等のアームの先端に固定さ
   れる支持部材、 前記支持部材の上部に配置支持された２個のモーター、 前記各々のモーターの軸に基端をそれぞれ水平方向に向
   うように連結した第１及び第２のアーム、 前記２つのアームの先端に基端をそれぞれ水平方向に向
   うように枢着した第３及び第４のアーム、 前記第３及び第４のアームのそれぞれの先端に、それら
   と同軸をなすよう配置された単一の加工工具を把持する
   工具把持部、 前記２個のモーターの回転を同時的に制御する制御装
   置、 とからなり、工業用ロボット等のアームの先端に装着さ
   れこの先端において前記工具把持部を水平方向に移動自
   在とした工業用ロボット等における工具把持部装置。