JP2867703B2

JP2867703B2 - 多関節形ロボットの手首機構

Info

Publication number: JP2867703B2
Application number: JP51883494A
Authority: JP
Inventors: 昌寛小川; 修一藤内
Original assignee: YASUKAWA DENKI KK
Current assignee: YASUKAWA DENKI KK
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、プレス間で比較的重量のあるワークを搬送
するための多関節形ロボットのアーム先端に取りつけら
れる手首機構に関し、特に、搬送中のワークの姿勢を一
定に保つ手首機構に関する。

〔背景技術〕

従来、多関節形ロボットの第１の従来技術として、例
えば図５に示すように、ベース１上でベース１上に設け
たＳ軸駆動モータ21により垂直な回動軸（Ｓ軸）の回り
に回動する基部２と、基部２上で基部２に設けたＬ軸駆
動モータ31により水平方向に伸びる回動軸（Ｌ軸）の回
りに回動し、前後に傾動する第１アーム３と、第１アー
ム３の先端で基部２上に設けたＵ軸駆動モータ41により
Ｌ軸に平行な回動軸（Ｕ軸）の回りに回動する第２アー
ム４と、第２アーム４に設けたＲ軸駆動モータ51により
第２アーム４の長手方向に伸びる回動軸（Ｒ軸）の回り
に回動する第３アーム５と、第２アーム４に設けたＢ軸
駆動モータ61により第３アーム５の長手方向に対して垂
直な回動軸（Ｂ軸）の回りに旋回し得る手首部６を設
け、手首部６には第２アーム４に設けたＴ軸駆動モータ
71によりＢ軸に垂直な回動軸（Ｔ軸）の回りに回動し得
る回転部７を設けて、回転部７にワークＷを把持するワ
ーク把手部81を取りつけることが通常行われている。と
くに、多関節形ロボットの第２アーム４または第３アー
ム５の長さを長くして、ロボットの動作範囲を広くなる
ようにしてある。

なお、第２アーム４の根元にＲ軸、Ｂ軸、Ｔ軸の各駆
動モータ51、61、71を設け、第２アーム４および第３ア
ーム５を中空状に形成して、第２アーム４および第３ア
ーム５の内側に駆動軸52、62、72を通して第３アーム
５、手首部６および回転部７を回動するようにしてある
（例えば、特開平１−257590号、特開平２−41888
号）。

また、搬送中のワークの姿勢を一定に保つための、第
２の従来技術として、例えば図６に示すように、関節部
75に水平旋回するアーム76を設け、アーム76を一辺とす
る平行四辺形のリンク機構77を設け、その先端に手首部
73を水平旋回させる手首水中旋回機構を設け、平行四辺
形のリンク機構77を垂直方向に回動させ、手首部73の姿
勢を保つようにしたものがある（例えば、特開昭59−14
6774号公報）。

ところが、第１の従来技術では、第２アーム４または
第３アーム５を長くすると、第３アーム５、手首部６お
よび回転部７を回動する駆動軸52、62、72が長くなり、
共振周波数が低くなるので、高速回転する時に危険回転
数の限界が生じるという問題があり、手首部６に取りつ
けた把持装置８は把持装置８で把持したワークＷが他の
物体と干渉した時、第２アーム４または第３アーム５に
加わるモーメントが大きくなり、第２アーム４または第
３アーム５の強度を大きくする必要があるという問題も
あった。したがって、第２アーム４または第３アーム５
をあまり長くすることができなかった。

また、搬送中のワークの姿勢を一定に保つため、第１
の従来技術の手首部６に、第２の従来技術に開示されて
いるアーム76を水平方向に装着することは考えられる
が、平行四辺形のリンク機構77を回動させるため、駆動
部はピポット支持せざるを得ず、連結部の剛性が低くな
るとともに、手首部73を旋回させる手首旋回機構に重量
の大きいモータを必要とする。

第１の従来技術および第１の従来技術に第２の従来技
術を適用した場合とともに、図４（ｂ）に示すように、
手首部６に手首部６からワーク把手部81までの距離が長
い柄82もしくは平行リンク機構77を持つ把持装置８を取
りつけ、例えば矩形のワークＷを把持してＰ点からＱ点
に移動させると、Ｔ軸回りのイナーシャは、４×Ｍ×L2
＋Ｍ（a2＋b2）/3となる。ただし、Ｍはワークの重量、
Ｌは手首部６の中心からワークＷの重心までの距離、a,
bはワークの２辺の長さとする。

したがって,T軸回りのイナーシャは、把持装置８の長
さが長くなるほど大きくなり、手首部６および回転部７
の駆動モータの負荷が大きくなり、Ｔ軸駆動モータ71に
接続された減速機の寿命を低下させるという問題もあっ
た。本発明は、アームを補強することなく、駆動モータ
の負荷が小さく、高速動作ができる手首機構を提供する
ことを目的とするものである。

〔発明の開示〕

本発明は、第２アームの根元に設けたＢ軸駆動モータ
により前記第２アームの長手方向に対して垂直な回動軸
（Ｂ軸）の回りに旋回し得る手首部と、前記第２アーム
の根元に設けたＴ軸駆動モータにより前記手首部の前記
Ｂ軸に垂直な回動軸（Ｔ軸）の回りに回動し得る回転部
と、前記回転部に設けたワークを把持する把持装置とを
備えた多関節形ロボットの手首機構において、前記手首
部に剛に固定した前記アームの延長線上に伸びる第１手
首リンクと、前記手首部に設けた前記回転部に固定した
第２手首リンクと、前記第１手首リンクの先端に回動し
得るようにピン連結した第３手首リンクと、前記第２手
首リンクと前記第３手首リンクの先端にピン連結され、
かつ前記第１手首リンクに平行な第４手首リンクと、前
記第３手首リンクに固定した把持装置とを設けたもので
ある。

また、前記手首部と前記第１手首リンクとの間に、前
記手首部に固定したケーシングと前記第１手首リンクに
固定した摺動部と、前記ケーシングと前記摺動部とを相
対的に回転する力が所定の値を越えた時に前記ケーシン
グと前記摺動部との係合を外す係合部と、前記手首部と
前記第１手首リンクとの所定の相対位置関係を常に維持
する方向に作用する復帰バネとからなるフロート機構
と、前記ケーシングと前記摺動部との係合が外れた時に
動作するショックセンサとを備えた緩衝装置を設けたも
のである。

また、前記回転部と前記第２手首リンクとの間に、前
記回転部に固定したガイドリングと前記第２手首リンク
に固定した支持軸と、前記ガイドリングと前記支持軸と
を相対的に回転する力が所定の値を越えた時に前記ガイ
ドリングと前記支持軸との係合を外す係合部と、前記回
転部と前記第２手首リンクとの所定の相対位置関係を常
に維持する方向に作用する復帰バネとからなるフロート
機構と、前記ガイドリングと前記支持軸との係合が外れ
た時に動作するショックセンサとを備えた緩衝装置を設
けたものである。

上記手段により、手首部からアームの延長線上に第１
手首リンクが伸びて、その先端に第３手首リンクを介し
てワークＷを把持する把持装置を設けてあるので、アー
ムの長さを延長することなく、既存の手首部に取りつけ
るだけで、動作範囲を広げることができる。

したがって、手首部および回転部の駆動軸を長くする
必要がないので、共振周波数が低くなるのを防ぎ、高速
回転する時に危険回転数の限界をが生じるという問題を
解消することができる。

また、手首部と第１手首リンクとの間、および回転部
と第２手首リンクとの間にフロート機構およびショック
センサからなる緩衝装置を設けてあるので、ワークや把
持装置が他の物体に衝突した時のように手首部に過大な
力が作用した時に、手首部の移動方向の過負荷を吸収す
ると共に過負荷を検出する。

図面の簡単な説明図１は本発明の実施例を示す側面図、図２は本発明の
実施例を示す平面図、図３は本発明の実施例の緩衝装置
を示す側断面図、図４（ａ）は本発明の実施例の動作を
示す平面図、図４（ｂ）は従来例の動作を示す平面図、
図５は第１の従来例を示す（ａ）側面図および（ｂ）正
面図、図６は第２の従来例を示す側面図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明を図に示す実施例について説明する。

図１は本発明の実施例を示す側面図、図２はその平面
図で、ベース１、基部２、第１アーム３、第２アーム４
および第３アーム５を備え、第２アーム４に設けたＢ軸
駆動モータ61により第３アーム５の長手方向に対して垂
直な回動軸（Ｂ軸）の回りに旋回し得る手首部６を設
け、手首部６には第２アーム４に設けたＴ軸駆動モータ
71によりＢ軸に垂直な回動軸（Ｔ軸）の回りに回動し得
る回転部７を設けて、回転部７にワークＷを把持する把
持装置８を取りつけ、第２アーム４の根元にＲ軸、Ｂ
軸、Ｔ軸の各駆動モータ51、61、71を設け、第２アーム
４および第３アーム５を中空状に形成して、第２アーム
４および第３アーム５の内側に駆動軸52、62、72を通し
て第３アーム５、手首部６およびベルギヤを介して入力
軸を回転する減速機よりなる回転部７を回動するように
した構成は従来とほぼ同じである。

従来と異なる点は、次に示す構成および作用にある。
すなわち、搬送路に障害物が入る可能性が全くない場
合、構造を簡単にするため、緩衝装置９を省略し、回転
部７の外径67（減速機のケーシング）に、第２アーム４
の延長線上に伸びる第１手首リンク63を剛に固定し、手
首部６に設けた回転部７の出力軸73（減速機の出力軸）
に、第２手首リンク64を固定し連結部の剛性を高めてあ
る。

第１手首リンク63の先端には回動し得るようにピン連
結した第３手首リンク65を設け、第２手首リンク64と第
３手首リンク65の先端には、第１手首リンク63に平行な
第４手首リンク66の両端をそれぞれピン連結して平行四
辺形リンク機構を形成してある。第２手首リンク64は、
回転部７の出力軸73により回動するようにしてある。第
３手首リンク65の先端には、第３手首リンク65の回動に
より回転するフランジにワークＷを把持するワーク把持
部81を固定してある。

このような機構により、ワークＷをＰ点からＱ点に移
動する時、第１アーム２および第２アーム５を回動する
と共に、Ｔ軸駆動モータ71により第２手首リンク64を回
動させ、平行四辺形リンク機構を介してワーク把持部81
を回動させ、把持装置８に把持したワークＷを、図４
（ａ）に示すように、移動方向に対してワークＷの姿勢
を常に一定の方向に向くように維持したまま、Ｐ点から
Ｑ点まで移動させることができる。

この場合、手首部６から第２アーム４の延長線上に第
１手首リンク63が伸びて、その先端に第３手首リンク65
を介して回転するワークＷを把持するワーク把持部81を
設けてあるので、第２アーム４および第３アーム５の長
さを延長することなく、動作範囲を広げることができ
る。したがって、駆動軸52、62、72を長くする必要がな
く、共振周波数が低くなるのを防ぎ、高速回転する時に
危険回転数の限界が生じるという問題を解消することが
できる。

また、図４（ｂ）に示した従来例に比べ、Ｔ軸回りの
イナーシャは、手首部６から把持装置８までの距離の影
響がなくなって、Ｍ（a2＋b2）/3のみとなり、大きく低
減されるので、Ｔ軸駆動モータ71の負荷が軽減される。

搬送路の途中に障害物の侵入が予想される場合は、手
首部６と第１手首リンク63との間および回転部７と第２
手首リンク64との間に、ショックセンサ91およびフロー
ト機構92、93からなる緩衝装置９を設る。

図３は緩衝装置９の側断面図である。一方のフロート
機構92は、回転部７の外径側67の下面に設けたガイド68
内を上下に摺動し得る摺動部921を設け、その下端に第
１手首リンク63と固定してある。摺動部921にはフラン
ジ部922を設けてある。回転部７の外径側67の下面とフ
ランジ部922との間に圧縮ばね923を設けてある。回転部
７の外径側67の下面にはケーシング924を設けて圧縮バ
ネ923を囲むと共に、ケーシング924の下端には受け板92
5を設け、フランジ部922の下面と対向するようにしてあ
る。受け板925とフランジ部922との互いに対向する面に
は、それぞれ凹部926、927を設け、係合球928を収納し
てある。手首部６と摺動部921にはコイル状の復帰バネ9
29の両端部をそれぞれ固定してある。

他方の、フロート機構93は、回転部７の出力軸73の先
端に第２手首リンク64に固定した支持軸931を設けてあ
る。支持軸931には円板状のフランジ部932を設けて、外
周に突出し、かつ下面に両方向に傾斜面を有する複数個
の円周方向に等間隔に配置した突出部933を備え、回転
部７の出力軸73の先端とフランジ部932との間には、圧
縮バネ934を設けてある。回転部９の先端にはフランジ
部932を囲むガイドリング935を設け、ガイドリング935
の下方には内側に突出する受け板936を設けてある。受
け板936のフランジ部932に対向する面には、突出部933
の傾斜面と同じく傾斜角を持つ凹部937を設け、突出部9
33を係合・支持している。回転部９と支持軸931にはコ
イル状の復帰バネ938の両端をそれぞれ固定してある。

第１手首リンク63が障害物等に衝突し、手首部６の移
動方向に過大な力が作用した場合、摺動部921は第１手
首リンク63と共に手首部６に対して相対的にＴ軸の回り
に復帰バネ929に抗して回転しようとする。このとき、
フランジ部922の凹部926と手首部６に固定されたケーシ
ング924に設けた凹部927とに係合した係合球928は凹部9
26、927から受け板925の上面に上がり、係合球928は自
由に転動できる状態となって第１手首リンク63は自由に
Ｔ軸の回りに回動可能な状態となる。この時、摺動部92
1が係合球928によって圧縮バネ923に抗して軸方向に移
動し、ショックセンサ91を動作させ、ショックセンサの
出力によって第１手首リンク63の動作を停止する。

第１手首リンク63の過負荷状態が解消すると、復帰バ
ネ929によって摺動部921は逆方向に回転し、係合球928
は凹部926、927に収納され、第１手首リンク63は元の位
置に復帰する。

第２手首リンク64に過大な力が作用した場合について
も同様に、支持軸931が第２手首リンク64と共に出力軸7
3に対して相対的に復帰バネ938に抗して回転しようとす
る。この時、フランジ部932の突出部933は凹部937から
傾斜に沿って回転方向と軸方向とに移動し、突出部933
と凹部937の係合は解消し、フランジ部932および支持軸
931は自由に回動できる状態となる。この時、フランジ
部932は軸方向に移動し、ショックセンサ91を動作さ
せ、出力軸73の回転を停止する。

第２手首リンク64の過負荷状態を解消すると、復帰バ
ネ938によってフランジ部932は逆回転し、突出部933は
凹部937に収納され、第２手首リンク64は元の位置に復
帰する。

このようにして、ワークＷや把持装置８が他の物体に
衝突した時のように手首部６に過大な力が作用した時
に、手首部６の移動方向の過負荷を検出すると共に過負
荷を吸収する以上述べたように、本発明によれば、手首部６から第
２アーム４の延長線上に第１手首リンク63を伸ばし、そ
の先端に第３手首リンク65を介してワークＷを把持する
ワークＷ把持部81を設けてあるので、第２アーム４およ
び第３アーム５の長さを延長することなく、動作範囲を
広げることができ、第３アーム５、手首部６および回転
部７の駆動軸を長くする必要がなく、共振周波数が低く
なるのを防ぎ、高速回転する時に危険回転数の限界が生
じるという問題を解消し、アームを補強することなく、
Ｔ軸駆動モータの負荷が小さく、高速動作が可能な多関
節ロボットの手首機構を提供できる効果がある。

また、手首部６と第１手首リンク63との間、および回
転部７と第２手首リンク64との間にフロート機構92、93
およびショックセンサ91からなる緩衝装置９を設けてあ
るので、ワークや把持装置が他の物体に衝突した時のよ
うに手首部に過大な力が作用した時に、手首部の移動方
向の過負荷を吸収すると共に過負荷を検出し、過負荷に
対する保護が可能となる効果がある。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、ステーション間をプログラムされたパスに
従って、ワークを搬送する産業用ロボットを用いる分野
に利用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B25T 17/02 B25T 9/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース（１）上に設けたＳ軸駆動モータ
（21）により垂直な回動軸（Ｓ軸）の回りに回動する基
部（２）と、基部（２）に設けたＬ軸駆動モータ（31）
により水平方向に伸びる回動軸（Ｌ軸）の回りに回動
し、前後に傾動する第１アーム（３）と、第１アーム
（３）の先端で基部（２）上に設けたＵ軸駆動モータ
（41）によりＬ軸に平行な回動軸（Ｕ軸）の回りに回動
する第２アーム（４）と、第２アーム（４）に設けたＲ
軸駆動モータ（51）により第２アーム（４）の長手方向
に伸びる回動軸（Ｒ軸）の回りに回動する第３アーム
（５）と、第２アーム（４）の根元に設けたＢ軸駆動モ
ータ（61）により前記第２アーム（４）の長手方向に対
して垂直な回動軸（Ｂ軸）の回りに旋回し得る手首部
（６）と、前記第２アーム（４）の根元に設けたＴ軸駆
動モータ（71）により前記手首部（６）の前記Ｂ軸に垂
直な回動軸（Ｔ軸）の回りに回動し得る回転部（７）
と、前記回転部（７）に設けたワークを把持する把持装
置とを備えた多関節形ロボットの手首機構において、前記把持装置が、前記回転部（７）の外径側（67）に固
定した前記第２アーム（４）の延長線上に伸びる第１手
首リンク（63）と、前記回転部（７）の出力軸（73）に
固定した第２手首リンク（64）と、前記第１手首リンク
（63）の先端に回動し得るようにピン連結した第３手首
リンク（65）と、前記第２手首リンク（64）と前記第３
手首リンク（65）の先端にピン連結され、かつ前記第１
手首リンク（63）に平行な第４手首リンク（66）と、前
記第３手首リンク（65）の回動により回転するピンに固
定したワーク把持部（81）とを備えたことを特徴とする
多関節形ロボットの手首機構。
【請求項２】前記回転部（７）の外径側（67）と前記第
１手首リンク（63）との間に、前記把持部装置が障害物
に衝突したとき、第１のフロート機構（92）を設け、前
記回転部（７）の出力軸（73）と前記第２手首リンク
（64）との間に、第２のフロート機構（93）を設けた請
求項１記載の多関節形ロボットの手首機構。
【請求項３】前記第１のフロート機構（92）が、前記回
転部（７）の外径側（67）に固定したケーシング（92
4）と前記第１手首リンク（63）に固定した摺動部（92
1）と、前記ケーシング（924）と前記摺動部（921）と
を相対的に回転する力が所定の値を越えた時に前記ケー
シング（924）と前記摺動部（921）との係合を外す係合
部と、前記手首部（６）と前記第１手首リンク（63）と
の所定の相対位置関係を常に維持する方向に作用する復
帰バネ（929）とからなり、前記ケーシング（924）と前
記摺動部（921）との係合が外れた時に動作するショッ
クセンサ（91）とを備えた請求項２記載の多関節形ロボ
ットの手首機構。
【請求項４】前記第２のフロート機構（93）が、前記回
転部（７）の出力軸（73）に固定したガイドリング（93
5）と前記第２手首リンク（64）に固定した支持軸（93
1）と、前記ガイドリング（935）と前記支持軸（931）
とを相対的に回転する力が所定の値を越えた時に前記ガ
イドリング（935）と前記支持軸（931）との係合を外す
係合部と、前記回転部（７）と前記第２手首リンク（6
4）との所定の相対位置関係を常に維持する方向に作用
する復帰バネ（938）とからなるフロート機構（93）
と、前記ガイドリング（935）と前記支持軸（931）との
係合が外れた時に動作するショックセンサ（91）とを備
えた請求項２または３記載の多関節形ロボットの手首機
構。