JPH01257589A - 産業用ロボット - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、平行四辺形状のリンク機構を有する産業用ロ
ボットに関するものである。

（従来の技術） 従来、上記のような産業用ロボットとしては、例えば、
第６図に示すような多関節ロボットが知られている。こ
のロボットは、ベース１１を有し、このベース１１上に
は、鉛直軸Ｘを中心として第１軸１２として回動する本
体１３が設けられている。この本体１３には、第１のリ
ンク１４、第２のリンク１５、第３のリンク１６および
第４のリンク１７が平行四辺形状のリンク機構を構成し
て設けられている。第１のリンク１４は、支点０回りの
第２軸１８として、第２のリンク１５は支点０回りの第
３軸１９として、それぞれ駆動装置によって揺動される
ようになっている。第４のリンク１７にはアーム２０が
設けられ、このアーム２０の先端には手前゛部２１が設
けられている。そして、第１のリンク１４および第２の
リンク１５を駆動装置によって揺動させることによって
、手首部２１を第６図中符号Ｓで示す範囲に移動させる
ようにな、っている。

このようなロボットにおいては、姿勢変動に伴いｆ首部
分２１、アーｌ、２０、第４のリンク１７および第１の
リンク１４等の重量によりアンバランスを生じており、
第１のリンク１４および第２のリンク１９を揺動させる
第２軸１８、第３輔１９の駆動装置にこのアンバランス
による負荷を生じさせている。

そこで、従来はこれらモーターの負荷を低減するために
、第１のリンク１４および第２のリンク１５に釣り合い
の機構を設けている。すなわち、第１のリンク１４には
、一端が第１のリンク１４の」二端に取り付けられ、他
端が本体１３に取り付けられたバネからなるバランサ２
２が設けられ、第１のリンク１４を揺動させる駆動装置
に加わる力をバランスさせるようになっている。また、
第３のリンク１６には、その下端部にカウンタウェイト
２３が設けられ、第２のリンク１５を揺動させる駆動装
置に加わる力をバランスさせるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の産業用ロボットにあっては、バランス
をとるための手段としてバランサ２２およびカウンタウ
ェイト２３を有しているが、リンクのあらゆる姿勢に対
して釣り合いをとることができず、姿勢よっては駆動装
置にかかる負荷が大きくなるという問題があった。また
、別々の釣り合い手段を必要とするため、部品点数が増
加するとともに組立性、保守性および信頼性が低下する
という問題点があった。さらに、搬送重量を変更する場
合には、バランサ２２のバネ張力およびカウンタウェイ
ト２３の重量の両方の調整が必要となり、：ｊ８整作業
に手間がかかるという問題点もあった。

また、第２軸１８に対する釣り合い用のバランサ２２は
、バネの反力を利用している。このため、あらゆる姿勢
において第２軸に加わるモーメントが釣り合うように設
計することは難しく、さらにバネの寿命にも限度がある
ため、信頼性を維持しにくいという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決し、リンクのあらゆる姿勢
に対してバランスをとることができ、部品点数を削減す
ることができる産業用ロボットを提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するためになされたものであっ
て、支持体と、この支持体の支持部に一端が連結される
とともに鉛直面内で揺動可能に取り付けられた第１のリ
ンクおよび第２のリンクと、前記第１のリンクと同一長
さを有し、その一端が前記第２のリンクの他端に連結さ
れるとともに鉛直面内で揺動する第３のリンクと、前記
第２のリンクと同一長さを有し、その一端が前記第３の
リンクの他端に連結されるとともに、その他端が前記第
１のリンクの他端に連結され、鉛直面内で揺動する第４
のリンクと、前記第４のリンクの他端に前記第４のリン
クの一端から他端に向う方向に突出して設けられたアー
ムと、このアームの先端に設けられた手首部とを備えた
産業用ロボットにおいて、前記第３のリンクの一端に、
この第３のリンクの他端から一端に向う方向へ突出する
突出部を設け、この突出部にカウンタウェイトを設け、
このカウンタウェイトを、前記手首部と前記支持部とを
結ぶ直線と前記突出部との交点の近傍に設けた構成とさ
れている。

（作　用） 本発明にあっては、第３のリンクの一端に、この第３の
リンクの他端から一端に向う方向へ突出する突出部を設
け、この突出部にカウンタウェイトを設け、このカウン
タウェイトを、手首部と支持部とを結ぶ直線と前記突出
部との交点の近傍に設けているから、リンクのあらゆる
姿勢変化に対して、手首部と支持部との距離と、カウン
タウェイトと支持部との距離との比を一定に保つことが
できる。したがって、一つのカウンタウェイトを設ける
だけでリンクのあらゆる姿勢に対してバランスをとるこ
とができ、リンクを駆動させる駆動装置の負荷を減少さ
せることができる。また、部品点数を減少させることが
でき、したがって製作コストを削減させることができる
とともに組立性、保守性および信頼性を向上させること
ができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について、第１図ないし第５図を参
照して説明する。

第１図において、符号３１はベースを示すものである。

このベース３１には支持体３２が設けられている。この
支持体３２は、ベース３１に鉛直軸Ｙを中心に第１軸３
３として回動自在に支持されており、駆動装置３４によ
って旋回するようになっている。この支持体３２の上端
部には、支点Ｊ　が設けられている。この支点Ｊ１は、
後述すす るカウンタウェイトを鉛直軸Ｙの近傍に位置せしめるた
めに、鉛直軸ＹからオフセットＦだけ側方にシフトした
位置に配設されている。この支点Ｊ１には、第１のリン
ク３５が上方に向って設けられている。この第１のリン
ク３５は、支点Ｊ１にその下端が連結され支点Ｊ１を中
心として鉛直面内で揺動可能に配設されている。そして
、この第１のリンク３５は、駆動装置３６によって第２
軸３７として揺動するようになっている。また、支点Ｊ
１には、第２のリンク３８が設けられている。この第２
のリンク３８は、その一端を支点Ｊ１に連結して側方に
向って設けられており、ジヨイントＪ、を中心として鉛
直面内で揺動できるように配設されている。そして、こ
の第２のリンク３８は、駆動装置３つによって第３輔４
０として揺動するようになっている。

第２のリンク３８の他端には、ジヨイントＪ２が設けら
れ、このジヨイントＪ２には第１のリンク３５と同一長
さの第３のリンク４１が上方に向って設けられている。

この第３のリンク４１は、その下端をジヨイントＪ２に
連結され、このジヨイントＪ２を中心として揺動可能に
配設されている。

この第３のリンク４１の下端には、下方へ向って突出す
る突出部４２が設けられており、その下端にはカウンタ
ウェイト４３が設けられている。

このカウンタウェイト４３は、複数のウェイトをボルト
で締結してなるものであって、必要に応じてウェイトを
増減できるようになっている。このカウンタウェイト４
３は、ジヨイントＪ１を鉛直軸ＹからオフセットＦだけ
側方にシフトすることによって、鉛直軸Ｙの近傍に配置
されている。したがって、このカウンタウェイト４３の
ＧＤ２を小さくすることができる。一方、第３のリンク
４１の上端および第１のリンク３５の上端にはそれぞれ
ジヨイントＪ　１ジヨイントＪ４が設けられ、これらジ
ヨイントＪ　　ジヨイント１４間に３　ゝ は、第２のリンク３８と同一長さの第４のリンク４４が
その両端を連結されて設けられている。この第４のリン
ク４４のジヨイントＪ４の側の端部には、ジヨイントＪ
　からジヨイントＪ４に向う方向に突出したアーム４５
が設けられている。

このような構成において、第１のリンク３５、第２のリ
ンク３８、第３のリンク４１および第４のリンク４４は
、平行四辺形状の第１のリンク機構４６を構成している
。そして、第１のリンク３５、第２のリンク３８を駆動
装置３６．３９で揺動させることによって、リンク機構
を駆動し、アーム４５の先端を所望の位置に移動するよ
うになされている。なお、ジヨイントを介して互いに隣
接するリンクは、その揺動面が重ならないように側方に
ずらして配設されており、リンク同士が互いに干渉しな
いようになっている。

アーム４５の先端には、手首部分４７が設けられており
、この手首部分４７は水平方向のジヨイントＰ１を中心
として回動可能に取り付けられている。この手首部分４
７の下部には、手首フランジ４８が設けられている。こ
の手首フランジ４８は、略鉛直方向の軸を中心として回
動可能に配役されており、手首部分４７に設けられた駆
動装置４つによって第４輔５０として同動できるように
なっている。一方ジョイントＪ４にはプレート５１が回
動可能に設けられており、このプレート５１のジヨイン
トに１と手肖゛部分４７の上端のジヨイントに２との間
には第１のロッド５２が連結されている。また、プレー
ト５１のジヨイントＫ　と支持体３２の上端部のジヨイ
ントに４との間には第２のロッド５３が連結されている
。そして、アーム４５、ジヨイントＰ１、手首部分４７
、ジヨイントに２、第１のロッド５２、ジヨイントＫ　
、プレート５１、ジヨイントＪ４は平行四辺形状の第２
のリンク機構５４を構成している。また、第１のリンク
３５、ジヨイントＪ４、プレート５１、ジヨイントに３
、第２のロッド５３、ジヨイントに４も平行四辺形状の
第３のリンク機構５５を構成している。したがって、こ
れら第２および第３のリンク機構５４．５５によって、
第１のリンク３５とアーム４５が揺動しても手首フラン
ジ４８の回転軸は常に鉛直方向に維持されるようになっ
ている。

ここで、手首部分とカウンタウェイトの位置関係につい
て説明する。第２図は、この実施例の原理を示す図であ
って、第１図に示す構成要素と同一の符号を付している
。なお、符号Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ手首部４７、カウン
タウェイト４３の位置を示す。

この図に示すリンク機構は、リンク長比において次のよ
うな関係がある。

Ｊ４Ｐｌ”４Ｊｌ”Ｊ２Ｊ１２Ｊ２Ｐ２また、平行の条
件より ムＰＩＪ４Ｊ１−ＬＪ１　Ｊ２Ｐ２ であるから常に△ＰＩＪ４Ｊ１と△ＪＩＪ２Ｐ２とは相
似である。

このことより、手首部Ｐ１とカウンタウェイトＰ　とは
支点Ｊ１に対して常に点等比対象すなわち、距離の比（
ａ　：　ｂ）がいつも一定になるように位置している。

したがって、このカランウェイトは手首部がどのように
移動しても常に第２軸、第３軸の両軸の釣り合いを実現
できる。またこの機構はいわゆるパンタグラフの機構を
構成している。このため、第３図に示すように、手首部
Ｐ１の軌跡ＡＩＢＩＣＩＤＩとカウンタウェイトＰ２の
軌跡Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２は相似形となり、カウンタウェイ
トの位置Ｐ２での動作制限はその形状がそのまま手首部
Ｐ、の動作領域制限にもなる。

ところで、第２図では、簡単のため各リンクには質量は
ないものと説明したが、実際には、質量がある。そこで
、以下により現実的なカウンタウェイトの設計方法につ
いて説明をする。

第４図は、カウンタウェイト４３の位置と質量を決定す
る際の説明図である。手首部分４７には手首に加えて搬
送物やハンド込みの質”４７があり、リンク３５はリン
ク４４上の等髄質Ｉ：ＬＷ３５があり、リンク４４とア
ーム４５は質量Ｗ４４がある。

これらを合わせて、上腕部分全体の重心すなわちＷＢ２
、Ｗ４４およびＷ４７全体の重心Ｇｌとなっている。そ
こで、この重心Ｇｌに均り合うカウンタウェイト４３の
位置と質量は、リンク４１と突出部４２の質量Ｗ　とリ
ンク３８の等髄質”３８と力ランタウエイト４３の質”
４３との全体の重心Ｇ　が重心Ｇ１に均り合うという条
件より求まる。

ここに、全体の重心Ｇ　の位置は、ΔＧ２Ｊ２Ｊ　と△
Ｊ１Ｊ４Ｇ１とが相似でないとあらゆる姿勢でバランス
しないという条件より、線分ＧＩＪ、の延長線上であり
かつＧ２Ｊ２／／Ｊ１Ｊ４であることより求まる。また
質量は線分Ｇ、Ｊ１と線分Ｇ２Ｊｌとの比率で求まる。

さらに、ロボットがハンドでワークを搬送するような使
い方の場合、物を把持した時と離した時の中間値に適合
させるのが、カウンタウェイトの位置と質量の決定上最
適である。このような使い方の場合、ワークの有無でア
ンバランスを生じており、目的の使い方に適合する様に
意図してカウンタウェイトの位置をズラすことも考えら
れる。

上記のように、この実施例にあっては、第３のリンク４
１の下端に、その上端から下端に向って突出する突出部
４２を設け、この突出部４２にカウンタウェイト４３を
設け、このカウンタウエイト４３を手前゛部４７と支点
Ｊ、とを結ぶ直線と突出部４２との交点の近傍に設けて
いるから、リンクが揺動しても、あらゆる姿勢において
バランスをとることができる。したがって、第１のリン
ク３５および第２のリンク３８を回動させる駆動装置の
負荷を減少させることができる。また、１つのカウンタ
ウェイトだけでバランスをとることができるので、製作
コストを削減できるとともに組立性、保守性および信頼
性を向上させることができる。さらに、バランスさせる
手段としてバネ等を使用していないため半永久的な寿命
を得ることができる。

また、支点Ｊ、を鉛直軸ＹからオフセットＦだけ側方ヘ
シフトし、カウンタウェイト４３を鉛直軸Ｙの近傍に位
置せしめているから、カウンタウェイト４３のＧＤ２を
小さくすることができ、駆動装置の負荷を小さくするこ
とができるとともに、鉛直軸Ｙから手前゛部４７がアプ
ローチできる距離を増加することができる。さらに、ジ
ヨイントを介して互いに隣接するリンクは、その揺動面
が重ならないように側方にすらして配設されているから
、リンク同士が互いに干渉するのを防１１７．すること
ができ、リンクの長さの割に広い動作範囲を確保するこ
とができる。また、カウンタウェイト４３は分解や追加
が１１能なようになっているから、搬送する負荷重量に
合わせて重量を増減することができ、したがって駆動装
置に加わる負荷を減少させることができる。さらに、第
１のロッド５２、プレート５１、第２のロッド５３を設
け、手首部４７と支持体３２とをリンク機構で連結して
いるから、手σ部を支持体３２に対して常に同じ姿勢に
維持することができる。したがって、手打フランジ４８
を常に下向きに維持できるので、マテリアルハンドリン
グやパレタイジング作業に適したものとすることができ
る。

次に、他の実施例について第５図を参照して説明する。

なお、この図において、第１図に示す実施例と同一構成
の部分には同・−符号を付してその説明を省略する。こ
の実施例は前述の第３図の原理を応用したものであって
、ロボットが誤動作した場合に手首部分の動作範囲を制
限するためのものである。第５図において、カウンタウ
ェイト４３には突起物５６が設けらイｌている。この突
起部５６は手首部分Ｐ　の支点Ｊ１に対する点等比対象
点Ｐ２の位置に取付けられている。この突起物５６はカ
ウンタウェイト４３の揺動面に垂直に突起しており、そ
の突起物５６が動く揺動面に矩形の環状体５７を配置し
これを支持体３２に取付けている。環状体５７にはその
内壁の少し内側に光軸５８が通るように光学遮断式セン
サ５９を取付けてあり、その信号ケーブルはロボットの
コントローラにつながっている。

このような構成において、ロボットの手首部分Ｐ　を動
かすとそれに対応して点等比対象点Ｐ２■ も動く。光学式遮断センサ５９の光軸５８を突起物５６
が横切るとセンサ信号がロボットコントローラに送られ
、非常停止がかかる。さらに動くと突起物５６は環状壁
５７に当たり機械的に停止される。したがって、突起物
５６の動作範囲を環状体５７および光軸５８で仕切られ
た矩形状の範囲内に限定することができ、第３図に示す
原理から、手首部分Ｐ１の動作範囲６０を矩形状の範囲
に限定することができる。このようなことから、プログ
ラムソフト上の動作限（ソフトリミット）ばかりでなく
、光学式遮断センサ５つと環状体５７とをそれぞれ動作
限（ハードリミットとメカニカルストッパ）として用い
ることができる。

したがって、誤動作時における手肖゛部分４７の動作を
確実に一定の範囲に制限することができ、安全性を向上
させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にあっては、一つのカウン
タウェイトを設けるだけで、あらゆる姿勢においてバラ
ンスをとることかでき、リンクを駆動させる駆動装置の
負荷を減少させることができる。また、部品点数を減少
させることができ、したがって製作コストを削減し、組
立性、保守性および信頼性を向上させることができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はその正面図、第２図はカウンタウェイトの
位置を決める原理を示す図、第３図はカウンタウェイト
の動作範囲と手首部の動作範囲を示す図、第４図は谷リ
ンクおよびアーム等の重量をも考慮に入れてカウンタウ
ェイトの位置を決定する原理を示す図、第５図は本発明
の他の実施例を示す正面図、第６図は従来の産業用ロボ
ットを示す正面図である。 ３２・・・支持体、３５・・・第１のリンク、３８・・
・第２のリンク、４１・・・第３のリンク、４２・・・
突出部、４３・・・カウンタウェイト、４４・・・第４
のリンク、４５・・・アーム、４７・・・手肖゛部、Ｊ
ｌ・・・支点。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 慕　１　図 早　２　図 も　３　図 苓　：５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 支持体と、この支持体の支持部に一端が連結されるとと
   もに鉛直面内で揺動可能に取り付けられた第１のリンク
   および第２のリンクと、前記第１のリンクと同一長さを
   有し、その一端が前記第２のリンクの他端に連結される
   とともに鉛直面内で揺動する第３のリンクと、前記第２
   のリンクと同一長さを有し、その一端が前記第３のリン
   クの他端に連結されるとともに、その他端が前記第１の
   リンクの他端に連結され、鉛直面内で揺動する第４のリ
   ンクと、前記第４のリンクの他端に前記第４のリンクの
   一端から他端に向う方向に突出して設けられたアームと
   、このアームの先端に設けられた手首部とを備えた産業
   用ロボットにおいて、前記第３のリンクの一端に、この
   第３のリンクの他端から一端に向う方向へ突出する突出
   部を設け、この突出部にカウンタウェイトを設け、この
   カウンタウェイトを、前記手首部と前記支持部とを結ぶ
   直線と前記突出部との交点の近傍に設けたことを特徴と
   する産業用ロボット。