JPH01146683A - 多継手ロボット部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多継手ロボット部品に関し、特に曲げ運動を２
以上の段階で作動的に伝達する多継手ロボット部品に関
する。

（従来の技術） 手首機構を備えたロボット部品は、ロボットの末端作動
体を、加工物の配置によって要求される通りに向けるよ
うに設計されている。手首機構には、一般に縦揺れ、偏
揺れ及び横揺れと呼ばれる動きを示す３個の関節がある
。アームの同様な関節が手首組立体をロボットの作用範
囲内のどこにでも送り出す。しかる後、手首機構は、末
端作動体を自在に向けるために、関節をあと３個必要と
する。

従来の先行技術のある種の手首機構は、手首の運動軸の
１つ（即ち横揺れ軸）を構成する回転要素に取り付けら
れた手首構造を有している。縦揺れ及び偏揺れの軸は、
典型的には回転要素に設けられ、通常互いに直交してい
る。縦揺れ及び偏揺れの軸の１つ（即ち第１の縦揺れ軸
）は横揺れ軸と垂直である。縦揺れ及び偏揺れの軸の他
の１つ（即ち第２の縦揺れ軸）は、通常第１の縦揺れ軸
と垂直であり、横揺れ軸と交わっても交わらなくてもよ
い。この種類の手首は、一般にロール−ピッチ−ピッチ
手首（即ちＲＦＰ手首）として知られている。

ＲＦＰ手首には、米国特許第３．７８４．０３１号、第
４、０６８．５３６号、第４．４０２．２３４号、第４
．４９９．７９０号、第４．５７４．６５５号、第４．
５９４．９１８号及び第３、７８４．０３１号に開示さ
れるように、すべての軸が１点で交わるものがある。他
のＲＦＰ手首は、米国特許第３．８２６．３８３号及び
第４．０３０．６１７号に示されるように、互いに外れ
た軸受点のための２点を備えた複数対の交差軸を有して
いる。１９８６年１１月ＩＯ日出願の、本出願と同一の
出願人による特許出願第９２８．７４５号もまた、その
ような手首を開示している。

ＲＦＰ手首は、通常は、横揺れ軸のベアリング要素の接
触面を横切って、固定アクチュエータから第２及び第３
の縦揺れ軸へ運動を伝達するためのギヤを使用すること
が必要となる。そのような構造の１つの欠点は、２つの
縦揺れ軸を横揺れ軸に取り付けることに起因して、３つ
の軸が運動学的に相互依存することである。この相互依
存は、軸への指令についてのデータ処理を複雑にするだ
けでなく、動きを不自然にし、人間の手首の動きになじ
ませるのを難しくする。このことは、末端作動体が人間
の操作員の手で導かれるように操作法で教示されたロボ
ットにとって特に重要である。

ロボットの動きの不自然な感じは、ロボットを手で動か
すのを困難にする。例えば、要求される運動が水平面で
の偏揺れ運動とすれば、横揺れ軸は、２つの縦揺れ軸の
うちの１つが鉛直方向であるように向けられなければな
らない。操作員は、適当な向き及びその向きへの円滑な
接近を計算するのに無駄な時間を費やす。

大抵の機械的手首機構は、手首機構の自由端部に取り付
けられた加工工具に燃料及び動力をそれぞれ供給するホ
ース及びワイヤ用の保護をなす邪魔物のない貫通通路を
つくらない。米国特許第４、２１８．１６６号は、２つ
の軸を中心として独立した運動を行い、固定基部を通り
加工工具に至る邪魔物のない通路を維持する多軸手首機
構を開示している。

マラーズ等の米国特許第４．４０２．２３４号は、互い
に交わる、３つの独立した回転軸を有する手首機構を開
示している。ギヤ機構は、３つの軸を中心として回転自
在に支持された構成要素の独立した回転を制御するとと
もに、ホース及び／又はワイヤを収容する、邪魔物のな
い内部通路を作る。しかしながら、そのような手首機構
の使用は、手首機構の曲げ半径が比較的小さいために、
やや制限され、困難である。このことは、そのようなホ
ース及びワイヤの可能な回転運動量に制限を課す。

そのような小さな曲げ半径は更に、手首機構の取り付け
られるロボットのプログラミングをより難しくする。こ
れは手首機構の運動の自由度が制限され、プログラマ−
がそのことを考慮に入れなければならないことから生ず
る。

上述した特許出願は、邪魔物のない通路をも有する３軸
手首機構を開示し、又作業囲い内に多様な工具部材を位
置決めする上での付加的な融通性を与えるために、一対
の互いに交差する点を有する３つの独立した回転軸を備
えている。上述した出願は、米国特許第４．４０２．２
３４号の改良であり、この特許では、ロボットのプログ
ラミングを単純化するために、比較的大きな内部曲げ半
径を与えるとともに、手首機構がそれに取り付けられた
比較的重い工具を支持し、且つ操作することができるよ
うに、より大きなギヤを使用することを提案している。

米国特許第４．５７６、５４５号、第４．３５３．６７
７号、第４、４３５．１２０号、第４．５６８．３１１
号及び第４．６２４．６２１号は、手首機構がアーチ状
に広がることができるように、多数の曲がり管を有する
手首機構を開示している。しかしながら、各手首機構は
、曲がり管の２段階又はこれより多い段階で、横揺れ及
び偏揺れ運動の緩やかな向き変えを同期化し、且つこれ
を行わせるために、ギヤの使用を必要とする。

ギヤの使用は、機構を複雑にし、コストを増大させるだ
けでな（、その動力伝達性、効率、精度及び信頼性を低
下させる。

可撓性ロボットアームを作る試みの初期の例が米国特許
第４．１０７．９４８号に開示されている。ロボットア
ームは、制御運動をするために、ロボット駆動機構によ
って駆動されるようになっている、固く連結された複数
の剛性リンクを備えている。

次々のリンクが鎖リンクのように互いに連結され、且つ
リンクの相互連結端部間に配置された自在継手によって
互いに回動自在に連結されている。リンクは、自在継手
の少なくとも一部を形成する。

ロボットアーム部材は、接合したロボットアームをそれ
自身の軸線を中心として回転させるための、突出した被
駆動軸を有し、且つ自在継手の１つの外部と滑り接触し
ている駆動リングで駆動されるように構成されている。

しかしながら、この機構はいつもロックされるように構
成されており、説明のようには利用できない。

上述した特許第４．１０７．９４８号に関連する柔軟な
ロボットが、英国特許出願箱２．１２７．７７４号に開
示されている。このロボットアームは、継手１１及び１
５の回転自由度に滑り運動を加えることによって、第４
．１０７．９４８号の装置の不作動を修正する。

その結果、ロボットアームは、（１）回転及び滑りの継
手又は部分、（２）５つの回転継手、（３）２つの滑り
継手、及び（４）６つのリンク仕掛を有する。

米国特許第４．５３１．８８５号は、２つの直線アクチ
ュエータを使用することによって直交する軸線を中心と
して回動させることができる、ロボット用の装置を開示
している。この装置は、手首構造に自在継手で支持され
た中心要素を備えている。中心要素は出力軸を有してお
り、自在継手を有する軸を回転させることによって方向
状めできる。ベアリングが中心要素の取付個所を直線ア
クチュエータの取付個所から分離し、それらの相対的な
回転を可能にする。

第４．５３１．８８５号の装置は、中心要素を２つの直
交軸線を中心として回転させることができる角度量を制
限する単一の自在継手の使用によって制限される。また
、装置は、中央中空部分がロボットの末端作動体への引
込み線を内部に通せるようには構成できないように構成
されている。手首運動の第１の２つの軸線が曲げ運動即
ち縦揺れ運動であり、第３の軸線が横揺れ運動であるの
で、このタイプの手首は通常ピッチピッチロール、即ち
ＰＰＲ手首として知られている。

もう１つの先行技術による手首は、自在継手の代わりに
、中心要素の回転だけでなく、２つの直交軸線を中心と
する回転運動を可能にする球形ギヤ構造が用いられてい
る点を除いて、第４、５３１．８８５号特許に示された
手首と同様である。

（発明の目的） 本発明の目的は、人間の手首と同じように動き、運動学
的に独立した、３軸の運動自由度をもつ、改良された多
継手ロボット部品を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、もっばら回転継手で構成さ
れ、ホース、ケーブル等のような末端作動体用の可撓性
引込み線を、手首機構の内部に通すことのできる、改良
された機械的手首機構を提供することである。

更にまた本発明の他の目的は、２段階以上で直交する２
軸線を中心として４バ一リンク機構の様式で曲げ運動を
するように構成され、それにより、内部に通した引込み
線に９０度と等しいか又はこれよりも大きな曲げ角度で
大きな曲げ半径を与えるように構成された、改良された
機械的手首機構を提供することである。

（発明の概要） 本発明の上記目的及び他の目的を達成するために、本発
明に従って構成されたロボット部品がロボット駆動装置
で駆動されるようになっている。　　′ロボット部品は
、相対的に定置の基部と、第１の相互の交点、（Ａ）を
有し、且つ互いに移動できる、第１の一対の独立した回
転軸とを備えている。ロボット部品は更に、第１の相互
の交点から第１の距離（ＡＤ）隔たった第２の相互の交
点（Ｄ）を有し、且つ互いに移動できる、第２の一対の
独立した回転軸とを備えている。第１のリンク装置が基
部で支持され、第２のリンク装置が第１のリンク装置で
支持されている。第１のリンク装置は、第１の一対の軸
のそれぞれで回転自在に支持され、第２のリンク装置は
、第２の一対の軸のそれぞれで回転自在に支持されてい
る。第１及び第２のリンク装置がそれらのそれぞれの軸
を中心として回転する間に、基部及び第２のリンク装置
に対してそれぞれ固定された第１及び第２の終点（それ
ぞれＢ及びＣ）によって定まる第２の距離（Ｂ　Ｃ）を
設定するための第３のリンク装置が設けられている。第
１の交点及び第１の終点（それぞれＡ及びＢ）は第３の
距離（ＡＢ）を定め、第２の交点及び第２の終点（それ
ぞれＤ及びＥ）は第４の距離（ＤＥ）を定める。アクチ
ュエータ装置が、前記第１のリンク装置を第１の一対の
軸のそれぞれを中心として独立に回転させ、対応する曲
げ運動を２段階以上で作動的に伝達し、基部に対して第
２のリンク装置の位置を選択的に設定する。

本発明の上記目的及び他の目的を達成するために更に、
本発明に従って構成された機械的手首機構はロボット駆
動装置によって駆動されるようになっている。機構は、
相対的に定置の基部と、第１の相互の交点（Ａ）を有し
、且つ互いに移動できる、第１の一対の独立した回転軸
とを備えている。第２の一対の独立した回転軸は、第１
の相互の交点から第１の距離（ＡＤ）隔たった第２の互
いの交点（Ｄ）を有し、且つ互いに移動できる。

第１のリンク装置が基部で支持され、第２のリンク装置
が第１のリンク装置で支持されている。第１のリンク装
置は、第１の一対の軸のそれぞれで回転自在に支持され
、第２のリンク装置は、第２の一対の軸のそれぞれで回
転自在に支持されている。

機構は更に、回転駆動軸と、末端作動体と、末端作動体
用取付面を有する支持部材を備えている。

支持部材は、第２の相互の交点（Ｄ）で第２の一対の軸
と交わる、第３の一対の独立した回転軸を中心として回
転するために、第２のリンク装置で回転可能に支持され
ている。第１及び第２のリンク装置がそれらのそれぞれ
の軸を中心として回転する間、駆動軸の回転運動を支持
部材に伝えるとともに、基部及び第２のリンク装置に対
してそれぞれ固定された第１及び第２の終点（それぞれ
Ｂ及びＣ）によって定まる第２の距離（ＢＣ）を設定す
るために、第３のリンク装置が駆動軸及び工具支持部材
と駆動係合する。アクチュエータ装置が、前記第１のリ
ンク装置を第１の一対の軸のそれぞれを中心として独立
に回転させ、対応する曲げ運動を２段階以上で作動的に
伝達し、作業囲い内で基部に対して第２のリンク装置の
位置を選択的に設定する。

好ましくは、アクチュエータ装置は、第１のリンク装置
を第１の一対の軸を中心として回転させるための第１及
び第２の往復動可能な直線アクチュエータを備えている
。

また好ましくは、距離ＡＢとＢＣの和が距離ＡＤとＤＣ
の和よりも小さい。これらの距離は４バ一リンク機構を
定める。

更にまた好ましくは、第２の一対の軸及び第３の軸のそ
れぞれを中心とした運動は、すべて運動学的に互いに独
立している。

上記構成のようなロボット部品は、本発明の上述した目
的を含む、多くの長所を与える。例えば、このロボット
部品は、複雑な動力伝達要素を有する従来の機構と比べ
て、製作が比較的安価である。

また、ロボット部品は本来的に高い機械効率を有するの
で、ロボットプログラミングの手動操作法で後駆動され
るとき、ロボット部品は操作動力に対して比較的低い機
械抵抗を示す。

添付図面と関連して考慮される以下の詳細な説明を参照
することにより、本発明がより良く理解されるようにな
るにつれて、本発明の他の長所が容易に理解されるであ
ろう。

（実施例） 第１図を参照すると、同図には、概括的に番号１０で示
す、本発明に従って構成された多継手ロボット部品、特
に多継手の機械的手首機構が示されている。手首機構１
０は、末端作動体又は加工工具を作業囲い内で移動させ
るために、多くの異なるタイプのロボットのブーム又は
支持アームと連結されている。

第１図に示すように、加工工具（図示せず）又は他の末
端作動体は、手首機構１０の自由端部に取り付けること
ができる。工具は、溶接機又は塗料吹付機若しくは組立
にあるいは製品を仕上げるのに有用な他の装置とするこ
とができる。

機構１０は、概括的に番号１２で示す、中空円筒状の相
対的に定置の基部又は基部部材を備え、基部１２は、手
首機構１０の取付は構造を形成し、典型的には、ロボッ
トのアームに連結されるようになっている。別の例とし
て、基部１２はロボットアームの端部であってもよい。

基部１２は、一体に形成された一対の取付フランジ１４
（１個のみ示す）を備え、取付フランジ１４は、概括的
に番号１６で示すカラ一部材の形の自在継手を、軸線Ｘ
Ｉを中心として回転自在にヒンジ支持している。カラ一
部材１６は、一体形成の一対の隔たったフランジ１８を
有し、一対のフランジ１８は、往復動可能な直線アクチ
ュエータ２０の一端部を、軸線Ｘ１と平行な軸線２２を
中心として回転自在にヒンジ支持している。直線アクチ
ュエータ２０の反対側端部は、直線駆動シリンダ又はラ
ック及びピニオン構造（図示せず）のようなロボット駆
動機構によって駆動されるようになっている。

デカルト座標系Ｘ、Ｙ及びＺが相対的に定置の基部１２
と関係づけられている。同時に、デカルト座標系Ｘ、、
Ｙ、及びＺｌが点Ａに定められ、そしてカラ一部材１６
とともに移動できる。アクチュエータ２０がその長手方
向軸線に沿う変位によって作動されるとき、カラ一部材
１６は軸線Ｘ１を中心に基部１２に対して回転する。こ
の回転はまた、軸線Ｙ１及び軸線Ｚ１を、それぞれ軸線
Ｙ及び軸線Ｚから離れるように変位させる。

手首機構ＩＯはまた、概括的に番号２４で示す第１のリ
ンク装置又は機構を備え、第１のリンク機構２４は、軸
線Ｙ１を中心として回転するために、カラ一部材１６の
内側面にヒンジ連結されている。第１のリンク機構２４
は、中空円筒状のハウジング２６と、カラ一部材１６と
の回動連結のためにハウジング２６に一体に形成された
第１の一対のフランジ２８とを有する。軸線Ｙ１は軸線
Ｘ１と直交し、点Ａで交わる。

第２の往復動可能な直線アクチュエータ２７がピボット
ブロック２９によって第１のハウジング２６にヒンジ連
結されている。ピボットブロック２９は、ハウジング２
６に例えば溶接で一体に連結された、一対の隔たった取
付フランジ３１の間に回動自在に取り付けられている。

したがって、アクチュエータ２７は軸線Ｘｌ及び軸線Ｙ
１と平行な２つの直交軸線に沿ってヒンジ支持される。

直線アクチュエータ２０と同様に、直線アクチュエータ
２７は、駆動シリンダ（図示せず）のようなロボット駆
動機構で駆動されるようになっている。

リンク機構２４はまた、概括的に番号３２で示す第２の
自在継手即ちカラ一部材を、軸線Ｘｌと同一平面上の軸
線Ｘ２を中心として回転自在にヒンジ支持するための、
一体に形成された第２の一対のフランジ３０（１個のみ
示す）を備えている。

一方、カラ一部材３２は、概括的に番号３４で示す第２
のリンク装置又は機構をヒンジ支持し、第２のリンク機
構３４は、該第２のリンク機構３４を軸線Ｙ２を中心と
して回転させるために、一体に形成されたフランジ３６
を備えている。第２のリンク機構３４は、中空円筒状の
第２のハウジング３５を備え、ここから取付フランジ３
６が一体的に延びている。軸線Ｘ２及びＹ２は直交し、
点りで交わる。

手首機構ｌＯは更に、工具又は末端作動体の取付面４０
を有する、概括的に番号３８で示す工具末端作動体支持
部材を備え、この支持部材３８は、リンク機構３４の自
由端部でベアリング４２により軸線Ｚ２を中心として回
転自在に支持されるか、リンク機構３４に直接強固に結
合されている。軸線Ｚ２は軸線Ｘ２及びＹ２と点りで交
わり、軸線Ｘ２及びＹ２の双方と直交する。点Ｅは軸線
Ｚ２上の工具取付面４０にある。

工具支持部材３８の下面には、これもまた軸線Ｚ２上に
ある点Ｃに中心を有する球面継手を一部形成する中空円
筒部材４４が一体に形成されている。

手首機構ｌＯはまた、概括的に番号４６で示す中実リン
ク装置即ちバーベルを備えている。バーベル４６は、円
筒部材４４と転がり係合して球面継手を形成する、第１
の一体形成の球形端部４８を有している。バーベル４６
の第２の一体形成の球形端部は、円筒軸５２と転がり係
合して、点Ｂに中心を有する第２の球面継手を形成する
。円筒軸５２は、軸５２の軸線が基部１２の中心線と一
致するように、中空円筒状の基部１２内の中心に配置さ
れる。

機構の１つの構成では、円筒軸５２は基部１２に強固に
取り付けられる。部材４４及び３８はリンク機構３４に
一体に連結され、機構はＸＺ平面及びＹＺ平面での運動
の２自由度のみを示す。もう１つの構成では、円筒軸５
２は基部１２に回転可能に支持され、部材４４及び３８
はハウジング３５に回転可能に支持される。この方法で
は、機構は軸線Ｚ２を中心として回転する第３の自由度
を可能にする。

機構１０の種々の部品の寸法は、以下の関係を満たすよ
うに選択される。即ち、ＡＢ＋ＢＣは、ＡＤ＋ＤＣより
小さいか、又はこれに等しい。ここに、ＡＢは点ＡとＢ
の間の距離即ちリンク、ＢＣは点ＢとＣの間の距離即ち
リンク、ＡＤは点ＡとＤの間の距離即ちリンク、そして
ＤＣは点りとＣの間の距離即ちリンクである。換言すれ
ば、リンクＡＢの長さとＢＣの長さの和は、ＡＤ及びＤ
Ｃの長さの和と等しいか、又はこれよりも小さい。

また、幾何学的配置は、リンクＡＤとＢＣが同等の長さ
であるとともに、リンクＢＣとＤＣもまた同等の長さで
且つリンクＡＤ又はＢＣよりも実質的に短い、ように選
択される。理想的には、ＡＢ＋ＢＣがＡＤ＋ＤＣに等し
いという関係は、幾何学的な観点からは最良の構造を与
える。それによってまた、第１図に示すように、リンク
ＡＢをデカルト座標系Ｘ、Ｙ及びＺのＺ軸線と一直線に
することを含めて、機構ＩＯはリンクＤＥをあらゆる方
向に向けることができる。

Ｚ軸と一直線になると、機構は、Ｚ軸との一直線位置か
ら動くときに、２つの可能な形態のうちの１つをとる。

この状態は不定又は不安定と呼ばれる。したがって、安
定した機構の構造とするために、上記の等しい関係から
の偏差が必要となる。

その結果、好ましい関係は、ＡＢ十ＢＣ＝ＡＤ＋ＤＣ＋
ｅである。ここにｅは偏差で、他のリンク寸法と比べて
比較的小さいが、全製作公差とすべての継手の変化する
クリアランスとの和よりも大きい。この偏差により、リ
ンクＤＥはＺ軸と一直線にはなり得す、Ｚ軸の周りに円
錐形の「デッドゾーン」が生ずる。そのような円錐形の
「デッドゾーン」は点Ｂに頂点を有し、この頂点では機
構は作動しない。円錐の頂角は、ｅの値を大きくするに
つれて増加する。同一のｅの値に対しては、正の値であ
るときが負の値であるときよりもより小さな円錐のデッ
ドゾーンを生ずる。よってｅの値は、和ＡＢ＋ＢＣが和
ＡＤ＋ＤＣより小さいようにするよりも、常に正の値で
あるのが好ましい。

第２図を参照すると、２つの縦揺れ軸線のうちの１つの
平面運動から、機構ｌＯの作動原理が容易に理解できる
。第２図に示す４バ一機構は、２つの縦揺れ軸線を移動
させる構造の典型である。

リンクＡＢは通常、軸線方向に固定されるが、それ自身
の軸線を中心として回転してもよい。リンクＡＤは作動
リンクを構成し、リンクＡＤに点Ｆでヒンジ連結されて
いる直線アクチュエータ２７によって、そのピボット点
Ａを中心として回動する。リンクＤＥはリンクＡＤに点
りでヒンジ連結されており、点Ｂ及びＣで枢着されたリ
ンクＢＣによって拘束されている。

したがって、点Ａを中心とした、リンクＡＤの比較的小
さな角度運動「ａ」が、リンクＤＥの大変大きな回転角
度ｒｃＪを引き起こすことが第２図から理解できる。リ
ンクＤＥのその始動位置（即ちり、、Ｅ、）からの回転
の変化が２段階で生じ、この第１段階はキャリヤリンク
ＡＤの回転角度ｒａＪであり、第２段階はリンクＡＤに
対するリンクＤＥの「ｂ」の付加回転であることも容易
に理解できる。

本発明の手首機構１０では、点Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのピボ
ットはすべて、第３図に示すように球面継手であり、リ
ンクの端点がピボット点に中心をもつ球面を描く。した
がって、デカルト座標Ｘ、Ｙ及びＺが点Ａに設定されて
いれば、リンクＡＤをＹ軸を中心として回転させること
によってＺＸ平面での運動がなされるのと同時に、リン
クＡＤをＸ軸を中心として回転させることによってＹＺ
平面での縦揺れ運動を実現できる。Ｘ及びＹ軸を中心と
した縦揺れ運動を結合することにより、点りは点Ａを中
心とする球形を描く。リンクＤＥは対応して３次元運動
を行う。

したがって、本願の発明が比較的単純な原理を利用して
、２つの直交する軸線を中心に同時に曲げる２段階又は
それよりも多い段階でロボットの末端作動体の向き変え
を行うことが理解できる。

第４図を参照すると、同図には、リンクＡＢをそれ自身
の長手方向軸線（即ちＺ軸）を中心として回転させ、リ
ンクＢＣ及びリンクＤＥの部分ＣＥを、それらのそれぞ
れの長手方向軸線を中心。

とじて回転させることによって、第３の手首の運動を行
わせる方法が示されている。これは、点Ｂ及びＣの継手
をトルク伝達能力を有する自在継手として構成するとと
もに、部材４４を円筒ハウジング３５に対してベアリン
グ４２上で回転させることによって達成される。

リンクＤＥ上にリンクＢＣ（即ちバーベル４６）を拘束
作用させることによって、点Ａでの軸線Ｘ１を中心とす
るリンクＡＤの運動により、リンクＤＥを点りで軸線Ｘ
２を中心に回転させる。

手首機構１０は、軸線Ｘ２を中心とする回転が、軸線Ｘ
１を中心としてなされる回転角よりも実質的に大きく、
これのほぼ２倍であるような幾何学的構成である。換言
すれば、直線アクチュエータ２０によって基部１２でな
される小さな角度運動が、工具支持部材３８で大変大き
な角度変位を引き起こす。

したがって、直線アクチュエータ２７を直線アクチュエ
ータ２０について説明したのと同様の方法で変位させる
ときには、リンクＤＥの運動の際の作用は、運動がＸ軸
ではなくＹ軸を中心として生ずることを除き、上述した
のと同様である。

Ｚ軸に沿う第３の回転運動、即ち横揺れ運動は、＋１１
第４図に示すように、点Ｂ及びＣで球面継手の代わりに
自在継手を用い、（２）中心軸５２をＺ軸を中心として
回転させ、（３）第４図に示すように、工具支持部材３
８を第２のリンク機構３８に対して回転させることで達
成される。工具支持部材３８は、中心軸５２に伝えられ
た、Ｚ軸を中心とする回転に応じて、軸線Ｚを中心とし
て回転する。

中空円筒部材１２．１６．２４．３４及び３２は、軸５
２及びバーベル４６を収容するのに十分大きな寸法で形
成され、更に軸線２，２．及びＺ２に沿って延びるかな
りの内部空間を有する。

そのような連続空間は、基部１２に連結されたロボット
アームから工具支持部材３８に連結された末端作動体ま
で、ケーブルやホースのような可撓性の引込み線を通す
のに使用することができる。

手首機構１０は、噴霧塗装や溶接のような種々の製造及
び生産処理を行うように制御されるロボットに特に有用
である。手首機構ｌＯはまた、組立中に部品を位置決め
するように操作されるクランプ装置についても使用でき
る。

手首機構ｌＯの上述した構成は、人間の手首の動きに類
した自然な動きをし、運動学的に独立した３軸の運動の
自由度をもつ手首機構を提供する。

手首機構ｌＯは、主に回転継手で構成され、ホース、ケ
ーブルのような末端作動体用の可撓性引込み線を手首機
構ｌＯの内部に通すことができる。

この構成によってまた、手首は直交する軸線を中心とし
て曲げ運動をすることができ、この曲げ運動は、２段階
以上で且つ９０度と等しいか又はこれより大きな曲げ角
度で、内部に通した引込み線に対して大きな曲げ半径を
もって生ずる。

手首機構ｌＯは、複雑な動力伝達要素を有する従来の手
首機構と比べて、製作が比較的安価である。手首機構１
０はまた、本来的に高い機械効率を有するので、ロボッ
トプログラミングの手動操作法で後駆動されるとき、手
首機構が操作動力に対して比較的低い機械抵抗を示す。

本発明を実施例によって説明したが、使用された術語は
限定の意味ではなく、説明語としての意味に解釈される
べきである。

本発明の多くの変形及び変更が、上述した教示に照らし
て可能であることは明らかである。したがって、添付し
た請求の範囲内で、本発明は、特に説明したのとは別の
方法で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成されたロボット部品の、
一部を切り欠いた、断面斜視図である。 第２図は、第１図に示す部品の４ごく一機構を構成する
、種々のリンク（即ち距離）及び点の平面図である。 第３図は、第２図に示す４バ一機構の運動を、直交する
軸線Ｘ、Ｙ及びＺに対して示す。 第４図は、ロボット部品の種々の球面継手を、単一の球
面継手ではなく自在継手を構成する点Ｂ及びＣの継手を
除いて示す、第２図と同様の図である。 ＩＯ・・・手首機構 １２・・・基部 ２０φ・・第１のアクチュエータ ２４・・・第１のリンク機構（第１のリンク装置） ２６・・・第１のハウジング ２７・・・第２のアクチュエータ ３４・・・第２のリンク機構（第２のリンク装置） ３５・・・第２のハウジング ３８・・・末端作動体支持部材 ４０・・・末端作動体取付面 ４６・・・バーベル（第３のリンク装置）５２・・・・
円筒軸（回転駆動軸）。 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １．事件の表示　　　昭和６３年特許願第２６７０３２
号２、発明の名称　　　　　多継手ロボット部品３、補
正をする者 事件との関係　　出願人 名称　　　　ジ−エムエフ　ロボテイックスコーポレー
ション ４、代理人 ５、補正命令の日付　　　自　　発 ６、（本補正により特許請求の範囲に記載された請求項
の数は「１０」となりました。）７、補正の対象　　　
　　明細書の特許請求の範囲の欄特許請求の範囲 １８．相対的に定置の基部と、 第１の相互の交点（Ａ）を有し、且つ互いに移動できる
第１の一対の独立した回転軸と、第１の一対の相互の交
点から第１の距離（ＡＤ）隔たった第２の相互の交点（
Ｄ）を有し、且つ互いに移動できる第２の一対の独立し
た回転軸と、 前記基部で支持された第１のリンク装置と、第１のリン
ク装置で支持された第２のリンク装置とを備え、第１の
リンク装置は、第１の一対の軸の各々で回転自在に支持
され、第２のリンク装置は、第２の一対の軸の各々で回
転自在に支持され、 第１及び第２のリンク装置がそれらの各々の軸を中心と
して回転する間、固定の第２の距離（ＢＣ）を設定する
ために、基部及び第２のリンク装置に対してそれぞれ固
定された第１及び第２の終点（それぞれＢ及びＣ）を有
する第３のリンク装置を備え、第１及び第２の交点（そ
れぞれＡ及びＤ）並びに第１及び第２の終点（それぞれ
Ｂ及びＣ）のいずれもが一致せず、第１の交点及び第１
の終点（それぞれＡ及びＢ）は第３の距離（ＡＢ）を定
め、第２の交点及び第２の終点（それぞれＤ及びＣ）は
第４の距離（ＤＣ）を定め、 前記第１のリンク装置を第１の一対の軸の各々を中心と
して独立に回転させ、対応する曲げ運動を２以上の段階
で作動的に伝達し、基部に対して第２のリンク装置の位
置を選択的に設定するアクチュエータ装置を備えたこと
を特徴とする、ロボット駆動装置で駆動されるようにな
ったロボット部品。 ２、　　相対的に定置の基部と、 第１の相互の交点（Ａ）を有し、且つ互いに移動できる
第１の一対の独立した回転軸と、第１の一対の相互の交
点から第１の距離（ＡＤ）隔たった第２の相互の交点（
Ｄ）を有し、且つ互いに移動できる第２の一対の独立し
た回転軸と、 前記基部で支持された第１のリンク装置と、第１のリン
ク装置で支持された第２のリンク装置とを備え、第１の
リンク装置は、第１の一対の軸の各々で回転自在に支持
され、第２のリンク装置は、第２の一対の軸の各々で回
転自在に支持され、 末端作動体用取付面を備えた末端作動体支持装置を備え
、末端作動体支持装置は、第３の独立した回転軸を中心
として回転自在に第２のリンク装置で支持され、 前記定置の基部で回転可能に支持された回転駆動軸と、 駆動軸の回転運動を工具支持部材に伝達するために、駆
動軸及び工具支持部材と駆動係合し、第１及び第２のリ
ンク装置がそれらの軸を中心として回転する間、固定の
第２の距離（ＢＣ）を設定するために、基部及び第２の
リンク装置に対してそれぞれ固定された第１及び第２の
終点（それぞれＢ及びＣ）を有する第３のリンク装置と
を備え、第１及び第２の交点（それぞれＡ及びＤ）並び
に第１及び第２の終点（それぞれＢ及びＣ）のいずれも
が一致せず、 前記第１のリンク装置を第１の一対の軸を中心として独
立に回転させ、対応する曲げ運動を２以上の段階で工具
支持部材に作動的に伝達し、作業囲い内で基部に対して
第２のリンク装置の位置を選択的に設定するアクチュエ
ータ装置を備えたことを特徴とする、末端作動体を位置
決めするためにロボット駆動装置で駆動されるようにな
った機械的手首機構。 ３、前記アクチュエータ装置は、前記第１のリンク装置
を第１の一対の軸を中心として回転させるための第１及
び第２の往復動可能な直線アクチュエータを備え、該ア
クチュエータの一方は、第１のリンク装置を前記第１の
一対の回転軸の一方を中心として回転させるために前記
第１のリンク装置とヒンジ連結されていることを特徴と
する請求項２に記載の機構。 ４、第１の相互の交点（Ａ）によって定まる回転中心を
有する第１の継手を更に備え、該第１の継手は基部とヒ
ンジ連結され、前記アクチュエータ装置は、第１の継手
を前記第１の一対の軸の一方を中心として回転させるた
めに該第１の継手とヒンジ連結されていることを特徴と
する請求項２に記載の機構。 ５、前記第３のリンク装置は、第１及び第２の終点（そ
れぞれＢ及びＣ）で定まる回転中心を有する球面継手を
少なくとも一部形成する端部を有することを特徴とする
請求項１に記載の部品。 ６、第２の一対の軸と第２の相互の交点（Ｄ）で交わる
第３の独立した回転軸上で回転可能な末端作動体支持部
材を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の部品
。 ７、前記第１及び第２のリンク装置は第１及び第２のハ
ウジングをそれぞれ備え、該第１及び第２のハウジング
は、基部と末端作動体支持部材との間に、末端作動体の
選択構造を囲い込むための空洞を第１及び第２のハウジ
ング内に備える、連続的な邪魔物のない通路を少なくと
も一部、一緒に形成することを特徴とする請求項６に記
載の部品。 ８９回転中心として第１及び第２の交点（Ａ及びＤ）を
それぞれ有する第１及び第２の継手を更に備え、継手は
前記第１及び第２のハウジングとそれぞれヒンジ連結さ
れた第１及び第２の中空部材を備え、第１及び第２のハ
ウジング並びに第１及び第２の部材は、邪魔物のない通
路を少なくとも一部、一緒に形成することを特徴とする
請求項７に記載の部品。 ９、第１の交点及び第１の終点（それぞれ八及びＢ）は
第３の距離（ＡＢ）を定め、第２の交点及び第２の終点
（それぞれＤ及びＣ）は第４の距離（ＤＣ）を定め、距
離ＡＢとＢＣの和は距離ＡＤとＤＣの和よりも小さいこ
とを特徴とする請求項２に記載の機構。 １０、前記第３のリンク装置によって少なくとも一部が
形成される第１及び第２の自在継手を更に備え、第１及
び第２の自在継手は、第１及び第２の終点（それぞれＢ
及びＣ）で定まる中心を有することを特徴とする請求項
３又は９に記載の機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対的に定置の基部と、 第１の相互の交点（Ａ）を有し、且つ互いに移動できる
   第１の一対の独立した回転軸と、第１の一対の相互の交
   点から第１の距離（ＡＤ）隔たった第２の互いの交点（
   Ｄ）を有し、且つ互いに移動できる第２の一対の独立し
   た回転軸と、 前記基部で支持された第１のリンク装置と、第１のリン
   ク装置で支持された第２のリンク装置とを備え、第１の
   リンク装置は、第１の一対の軸のそれぞれで回転自在に
   支持され、第２のリンク装置は、第２の一対の軸のそれ
   ぞれで回転自在に支持され、 第１及び第２のリンク装置がそれらのそれぞれの軸を中
   心として回転する間に、基部及び第２のリンク装置に対
   してそれぞれ固定された第１及び第２の終点（それぞれ
   Ｂ及びＣ）によって定まる第２の距離（ＢＣ）を設定す
   る第３のリンク装置を備え、第１の交点及び第１の終点
   （それぞれＡ及びＢ）は第３の距離（ＡＢ）を定め、第
   ２の交点及び第２の終点（それぞれＤ及びＥ）は第４の
   距離（ＤＥ）を定め、 前記第１のリンク装置を第１の一対の軸のそれぞれを中
   心として独立に回転させ、対応する曲げ運動を２以上の
   段階で作動的に伝達し、基部に対して第２のリンク装置
   の位置を選択的に設定するアクチュエータ装置を備えた
   ことを特徴とする、ロボット駆動装置で駆動されるよう
   になったロボット部品。 ２、相対的に定置の基部と、 第１の相互の交点（Ａ）を有し、且つ互いに移動できる
   第１の一対の独立した回転軸と、第１の一対の相互の交
   点から第１の距離（ＡＤ）隔たった第２の相互の交点（
   Ｄ）を有し、且つ互いに移動できる第２の一対の独立し
   た回転軸と、 前記基部で支持された第１のリンク装置と、第１のリン
   ク装置で支持された第２のリンク装置とを備え、第１の
   リンク装置は、第１の一対の軸のそれぞれで回転自在に
   支持され、第２のリンク装置は、第２の一対の軸のそれ
   ぞれで回転自在に支持され、 末端作動体用取付面を備えた末端作動体支持部材を備え
   、末端作動体支持部材は、第２の相互の交点（Ｄ）で第
   ２の一対の軸と交わる、第３の独立した回転軸を中心と
   して回転するために、第２のリンク装置で回転可能に支
   持され、前記定置の基部で回転可能に支持された回転駆
   動軸と、 第１及び第２のリンク装置がそれらのそれぞれの軸を中
   心として回転する間、駆動軸の回転運動を工具支持部材
   に伝達するとともに、基部及び第２のリンク装置に対し
   てそれぞれ固定された第１及び第２の終点（それぞれＢ
   及びＣ）によって定まる第２の距離（ＢＣ）を設定する
   ために、駆動軸及び工具支持部材と駆動係合する第３の
   リンク装置と、 前記第１のリンク装置を第１の一対の軸を中心として独
   立に回転させ、対応する曲げ運動を２以上の段階で工具
   支持部材に作動的に伝達し、作業囲い内で基部に対して
   第２のリンク装置の位置を選択的に設定するアクチュエ
   ータ装置とを備えたことを特徴とする、末端作動体を位
   置決めするためにロボット駆動装置で駆動されるように
   なった機械的手首機構。 ３、前記アクチュエータ装置は、前記第１のリンク装置
   を第１の一対の軸を中心として回転させるための第１及
   び第２の往復動可能な直線アクチュエータを備え、該ア
   クチュエータの一方は、第１のリンク装置を前記第１の
   一対の回転軸を中心として回転させるために前記第１の
   リンク装置とヒンジ連結されていることを特徴とする請
   求項２に記載の機構。 ４、前記対の軸の少なくとも一方は直交することを特徴
   とする請求項２に記載の機構。 ５、対の軸はともに直交することを特徴とする請求項４
   に記載の機構。 ６、第１の相互の交点（Ａ）で定まる回転中心を有する
   第１の球面継手を更に備え、該第１の継手は基部とヒン
   ジ連結され、前記アクチュエータ装置は、第１の継手を
   前記第１の対の軸の一方を中心として回転させるために
   、前記第１の継手とヒンジ連結されていることを特徴と
   する請求項２に記載の機構。 ７、第２の相互の交点（Ｄ）で定まる回転中心を有する
   第２の球面継手を更に備え、前記第１のリンク装置は、
   前記第１及び第２継手とヒンジ連結されていることを特
   徴とする請求項６に記載の機構。 ８、前記第３のリンク装置は、第１及び第２の終点（そ
   れぞれＢ及びＣ）で定まる回転中心を有する球面継手を
   少なくとも一部形成する端部を有することを特徴とする
   請求項１に記載の部分。 ９、前記第１のリンク装置は、基部に対し前記第１の一
   対の軸を中心として回転するために、前記第１の球面継
   手とヒンジ連結されていることを特徴とする請求項６に
   記載の機構。 １０、前記第２のリンク装置は、前記第１のリンク装置
   に対して回転するために、前記第２の球面継手とヒンジ
   連結されていることを特徴とする請求項７又は９に記載
   の機構。 １１、第２の一対の軸と第２の相互の交点（Ｄ）で交わ
   る第３の独立した回転軸上で回転可能な末端作動体支持
   部材を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の部
   品。 １２、前記第３の独立した回転軸は前記第２の一対の軸
   のそれぞれと直交することを特徴とする請求項１１に記
   載の部品。 １３、前記第１及び第２のリンク装置は第１及び第２の
   ハウジングをそれぞれ備え、該第１及び第２のハウジン
   グは、基部と末端作動体支持部材との間に、末端作動体
   の関連構造を囲い込むための空洞を第１及び第２のハウ
   ジング内に備える、連続的な邪魔物のない通路を少なく
   とも一部、一緒に形成することを特徴とする請求項１１
   に記載の部品。 １４、回転中心として第１及び第２の交点（Ａ及びＤ）
   をそれぞれ有する第１及び第２の球面継手を更に備え、
   継手は前記第１及び第２のハウジングとそれぞれヒンジ
   連結された第１及び第２の中空部材を備え、第１及び第
   ２のハウジング及び該部材は、邪魔物のない通路を少な
   くとも一部、一緒に形成することを特徴とする請求項１
   ３に記載の部品。 １５、前記基部は、第１及び第２のハウジング及び第１
   及び第２の部材とともに邪魔物のない通路を形成する第
   ３の部材を備えることを特徴とする請求項１４に記載の
   部品。 １６、第１の交点及び第１の終点（それぞれＡ及びＢ）
   は第３の距離（ＡＢ）を定め、第２の交点及び第２の終
   点（それぞれＤ及びＣ）は第４の距離（ＤＣ）を定め、
   距離ＡＢとＢＣの和は距離ＡＤとＤＣの和よりも小さい
   ことを特徴とする請求項２に記載の機構。 １７、前記第３のリンク装置によって少なくとも一部形
   成される第１及び第２の自在継手を更に備え、第１及び
   第２の自在継手は、第１及び第２の終点（それぞれＢ及
   びＣ）で定まる中心を有することを特徴とする請求項３
   又は１６に記載の機構。