JPH0283181A

JPH0283181A - 産業用関節形ロボツト

Info

Publication number: JPH0283181A
Application number: JP23001188A
Authority: JP
Inventors: Masami Iizuka; 正美飯塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1990-03-23
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JP2595062B2

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〕本発明は産業用関節形ロボットに係り、動作範囲を大き
くするための構造、特に旋回軸まわりの作業空間を出来
る限り大きくするための構造に関する。

（従来の技術〕従来の産業用関節形ロボットは、第４図〜第７図のよう
な概略構造になっていた６例えば米国特許４，１９９，
２９４号に記載されているものがある。まず、第４図及
び第５図について説明する。その構造は、上腕回転軸■
と旋回軸Ｉとを一点で交わる、すなわちオフセットしな
い配置とし、上腕３及び前腕４の駆動系要素、すなわち
アクチュエータ２１．３１．減速機２２，３２．ブレー
キ２３゜３３、位置・速度等の検出器２４．３４を前記
上腕回転軸■を中心軸として配置し、旋回ボデー２に固
定していた。本構造では、ロボットの動作範囲を出来る
だけ大きくするために各腕の長さを長くシ、その結果重
量トルク及びイナーシャが大きくなった。ゆえにそれを
駆動する前記駆動系要素も容量が大きくなり、また支持
構造も剛性が高く強度的にしつかりしたものになり１両
者を含めた外形寸法が大きくなった。よって、前記駆動
系要素を前記上腕転軸■を中心軸として配置しても、旋
回軸回りの回転半径が大きくなった。一般に。

産業用ロボットを使用する作業では、第４図における旋
回軸■より右側の部分を作業空間とすることが多いが、
本ロボットでは、作業空間が小さくなってしまった。

次に、第６図及び第７図について説明する。その構造は
、上腕回転軸■と旋回軸Ｉとをねじれの位置関係となる
ようにオフセットし、上腕３及び前腕４の駆動系要素、
すなわちアクチュエータ２１．３１．減速機２２，３２
．ブレーキ２３゜３３、検出器２４．３４を前記上腕回
転軸■を中心軸として配置し、旋回ボデー２に固定して
いた。

第６図及び第７図に示すロボットが、第４図に示すロボ
ットと同じ動作範囲もしくは作業空間を確保するのに、
上腕３．前腕４２２手首組立５の各部材の長さの総和を
小さくして同等とできた。

その結果、重量、トルク及びイナーシャが小さくなり、
前記駆動系要素も容量が小さくなり、また支持構造もよ
りコンパクトにして第４図及び第５図に示すロボットと
等価な剛性・強度が得られ、両者を含めた外形寸法を小
さくすることができた。

しかし、前記駆動系要素を前記上腕回転軸■を中心軸と
して配置したことにより、旋回軸！まわりに第７図に示
す回転半径ｒとなるので、ロボットの作業空間を大きく
とることができなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は旋回ボデーに固定する駆動系要素の配置
及び構造の点について配慮がされておらず、旋回軸まわ
りの作業空間が小さくなる問題があった。また、上記の
駆動系要素の配置及び構造の点について考慮されていて
も、上腕回転軸の旋回軸に対するオフセット量及び上腕
の支持構造を配慮しないと、結局旋回軸まわりの作業空
間が小さくなる問題があった。

本発明は従来形ロボットの動作範囲を確保して。

旋回軸まわりの作業空間を出来る限り大きくすることを
目的としており、さらに本目的に最適な構上記目的を達
成するために、まず、上腕回転軸を旋回軸に対してねじ
れの位置関係となるようにオフセットさせる。次に、従
来のオフセットしていないロボットに比べて作業空間を
等価とするために、腕２手首組立体等各部材の長さの総
和を短くする。次に、各部材の長さを短くして重量、ト
ルク、イナーシャが小さくなることにより、アクチュエ
ータ、減速機、ブレーキ等の駆動系要素の容量を小さく
することができ、小型の駆動系要素を採用できる。また
、軸受、ハウジング等で構成された旋回ボデーの一部で
ある上腕の支持構造も小型にできる。次に、前記各部材
の中で、旋回ボデーに固定する駆動系要素の一部もしく
は全部を、旋回軸と平面を形成する面内にある駆動軸に
配置した構造とする。

上腕回転軸と、駆動軸とは、タイミング・ベルト、チェ
ーン、かさ歯車等により動力を伝達する。

さらに、前記上腕回転軸と前記旋回軸とのオフセット量
を、上腕回転軸まわりの支持構造の外形寸法を考慮して
、旋回軸まわりの作業空間を小さくしないように配慮す
ることも必要である。

〔作用〕

上腕回転軸を旋回軸に対してねじれの位置関係となるよ
うにオフセットさせる。それによって、オフセットして
いないロボットと等価な作業空間を、腕９手首回転体等
から成る各部材の長さの総和を短くして達成できる。そ
れによって、各部材の重量、トルク、及びイナーシャが
小さくなるので、各部材の駆動系要素の容量を小さくで
きる６すなわち、外形寸法を小さくできる。また各部材
の支持構造も小さくできる。次に、前記各部材の中で、
その駆動系要素を旋回ボデーに固定する部材の駆動系要
素の一部もしくは全部を、旋回軸と平面を形成する面内
にある駆動軸に配置した構造とすることにより、旋回軸
まめりの作業空間を大きくすることができる、また、前
記上腕回転軸と前記旋回軸とのオフセット量を、前記上
腕回転軸まわりの支持構造の外形寸法を考慮に入れて、
前記駆動軸に配置した駆動系要素の旋回軸ま、わりの回
転半径以下となるような値、もしくは旋回軸まわりの作
業空間の妨げとならない値にすることによって、旋回軸
まわりの作業空間を大きくすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。まず全体構成は、ロボットを床等の面に固定するベ
ース１．それに対して回転運動をする旋回ボデー２、そ
れに対して回転運動をする上腕３、それに対して回転運
動をする前腕４．それに対して回転運動もしくは直線運
動もしくは固定されている手首組立体５なる軸構成であ
る。上腕回転軸■は、旋回軸Ｉに対してねじれの位置関
係となるようにオフセットされている。第１図で、旋回
軸Ｉより右方向の腕の到達距離を第４ＶＡと同じにする
のに上腕３．前腕４９手首回転体５の各部材の長さの総
和を短くして達成できる。ここではロボットの軸構成を
３軸以上としたが、少なくとも旋回、上腕の２軸が存在
すれば、それ以上の軸は存在してもしなくても構わない
。

次に各軸の駆動機構について説明する。まず、旋回動作
は、アクチュエータ１１により発生した軸力をブレーキ
１３を通し、減速機１２に入力して減速し、その出力を
ベース１もしくは旋回ボデー２に伝達し、旋回軸■を中
心軸としてベース１と旋回ボデー２との間で相対的な回
転運動を行なう、検出器１４により位置、速度等の検出
をする。

本図においては全ての駆動系要素を旋回軸ｌを中心軸と
して配置しているが、その駆動系要素の一部もしくは全
部を、旋回軸Ｉまわりの作業空間を小さくしない範囲で
旋回軸■以外の軸まわりに配置し、タイミング・ベルト
、チェーン、かさ歯車等で動力を伝達する構造としても
構わない。なお、本発明においては、旋回動作の駆動機
構及び構造は重要ではないので、それらの詳細な図示及
び説明は省略されている。

上腕動作の駆動機構について説明する。アクチュエータ
２１．減速機２２．ブレーキ２３．検出器２４等で構成
される駆動系要素の一部もしくは全部を駆動軸■を中心
として配置する。ここでは、アクチュエータ２１及び検
出器２４を、駆動軸■に配置している。駆動軸■は旋回
軸Ｉとひとつの平面を形成している。アクチュエータ２
１より発生した動力は、プーリ２７．タイミング・ベル
ト２５、プーリ２８を通して上腕回転軸■へ伝えられ、
ブレーキ２３を通して減速機２２に入力し、減速された
動力は、上腕３を回転運動させる。駆動軸■から上腕回
転軸■へ動力を伝達するのにタイミング・ベルト２５を
用いたが、歯車等地の要素で伝達しても構わない。位置
、速度等の検出は。

検出器２４で行なう、ここでは駆動軸■にアクチュエー
タ２１と検出器２４を配置したが、旋回軸まわりの作業
空間を考慮するのであれば、検出器２４のみで、アクチ
ュエータ２１を上腕回転軸■の方に配置しても構わない
し、他の組合せも可能である。また、前記したように上
腕３．前腕４゜手首回転体５の各部材の長さの総和が短
くなることから１重量、トルク、及びイナーシャが小さ
くなり、それを駆動するアクチュエータ２１．減速機２
２．ブレーキ２３．プーリ２７．タイミング・ベルト２
５．プーリ２８等の容量が小さくなる。

よって、その外形寸法も小さくなる。また、上腕３の支
持をする。軸受を含む旋回ボデー２の一部である支持構
造も小さくなる。以上により、旋回軸１まわりの回転半
径が小さくなり、ロボットの作業空間を大きくとること
ができる。

次に前腕動作の駆動機構について説明する。ここではそ
の駆動系要素を旋回ボデー２に固定している。駆動系要
素の中で、アクチュエータ３１及び検出器３４を、＊動
軸■に配置する。アクチュエータ３１より発生した動力
は、プーリ３７．タイミング・ベルト３５．プーリ３８
を通して上腕回転軸■へ伝えられ、ブレーキ３３を通し
て減速機３２に入力し、減速された動力は、シャフト３
９、クランク４０．リンクロッド４１を通して前腕４を
回転運動させる。位置、速度等の検出は、検出器３４で
行なう、前腕４９手首回転体５の各部材の長さの総和を
短くできることから、重量。

トルク、及びインナーシャが小さくなり、それを駆動す
るアクチュエータ３１．減速機３２．ブレーキ３３．プ
ーリ３７．タイミング・ベルト３５゜プーリ３８等の容
量が小さくなる。よって、その外形寸法も小さくなる。

ゆえに、駆動系容量の寸法、配置及び構造により旋回軸
Ｉまわりの回転半径が小さくなり、ロボットの作業空間
を大きくとることができる。次に１本発明においては、
手首回転体５の駆動機構及び構造は重要ではないので、
それらの詳細な図示及び説明は省略されている。

本実施例によれば、上腕回転軸■の位置を考慮したこと
により、旋回軸■より右側の動作範囲を広く確保した上
で、上腕３と前腕４の駆動系要素及び上腕３の支持をす
る旋回ボデー２の一部である支持構造を小型にできる。

しかも、各腕の駆動系要素の一部もしくは全部を、旋回
軸■と平面を形成する面内にある駆動軸■に配置したこ
とで、旋回軸■まわりの回転半径を小さくすることがで
き、ロボットの作業空間を大きくとれるという効果があ
る。

第８図と第９図は、本発明に係るロボットの実施可能な
修正例を示している。全体構成及び駆動機構は、前記実
施例と同じであるが、駆動軸■に配置するアクチュエー
タ２１，３１．検出器２４゜３４の構造を、前記実施例
では旋回ボデー２の外側に配置したのに対し１本修正例
では旋回ボデー２の内側に配置している。ただし、前腕
４駆動用のクランク４０．リンクロッド４１と干渉しな
い位置に取付けている。

第１０図と第１１図は、本発明に係るロボットの実施可
能な別の修正例を示している。全体構成。

旋回動作の駆動機構及び手首組立体５の！！ＪＡ動機構
と構造は、最初に説明したロボットの実施例と同じであ
る。まず、上腕動作の駆動機構について説明する。駆動
系要素は旋回ボデー２に固定する。

駆動軸■を旋回軸Ｉと平面を形成するように設ける。こ
こでは平行に設けているが、両者に角度がついても平面
を形成するのであれば構わない。アクチュエータ２１．
検出器２４を駆動軸■に配置する。アクチュエータ２１
より発生した動力は。

２組のかさ歯車２６を通して上腕回転軸■へ伝えられ、
ブレーキ２３を通して減速機２２に入力し、減速された
動力は、上腕３を回転運動させる０次に前腕動作の駆動
機構について説明する。駆動系要素は旋回ボデー２に固
定する。駆動軸■′を旋回軸■と平面を形成するように
設ける。ここでは平行に設けているが１両者に角度がつ
いても平面を形成するのであれば構わない。アクチュエ
ータ３１、検出器３４を駆動機構■′に配置する。アク
チュエータ３１より発生した動力は、２組のかさ歯車３
６を通して上腕回転軸■へ伝えられる。

以下の前腕４への駆動機構は最初の実施例と同じである
。

第１２図と第１３図は、本発明に係るロボットの別の実
施例を示している。全体構成（軸構成）。

旋回動作の駆動機構、及び手首回転体５の駆動機構と構
造は、最初に説明したロボットの実施例と同じである。

まず、上腕動作の駆動機構について−説明する。駆動系
要素は、旋回ボデー２に固定する。駆動軸■を、旋回軸
Ｉと平面を形成するように設ける。アクチュエータ２１
、検出器２４を駆動軸■に配置する。アクチュエータ２
１より発生した動力は、プーリ２７．タイミング・ベル
ト２５、プーリ２８を通して上腕回転軸■へ伝えられ、
減速機２２に入力し、減速された動力は、上腕３を回転
運動させる。ブレーキ２３は、上腕３に対して、減速機
２２とは反対側に取付けている。

次に、前腕動作の駆動機構については、そのアクチュエ
ータ３１を上腕３に固定してあり、旋回ボデー２には固
定されていないので、本発明において重要ではなく、そ
の詳細な図示及び説明は省略されている。

今まで述べた実施例で示すように、旋回軸以外の軸の中
で、少なくともひとつの軸の駆動系要素全部もしくは一
部が旋回ボデー２に固定されることが必要であり、その
軸がどれであっても、また複数になっても構わない。た
だし、旋回ボデー２に固定される駆動系要素をもつ軸に
対しては、その駆動系要素の全部もしくは一部を、旋回
軸と平面を形成する面内にある駆動軸に配置する。

本実施例の中で述べたアクチュエータの種類は、電気式
、油圧式、空気圧式、またそれ以外の方式であっても構
わない、また、ひとつの軸の駆動系を構成する要素につ
いては、ブレーキが不要であれば除いて構わないし、ア
クチュエータとしてダイレクト・ドライブモータを採用
した場合は減速機が不要になる等という場合があり、必
要な要素で構成するものとする。また、駆動系要素の中
で、駆動軸に配置する要素の選択も自由とする。さらに
、旋回ボデー２に固定する駆動系要素について、全部を
旋回ボデー２に固定しなくても構わない。

また、駆動軸■と上腕回転軸■との間を伝達する要素は
、タイミング・ベルド、チェーン、歯車等信を使用して
も構わない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上腕回転軸を旋回軸と、ねじれの位置
関係となるようにオフセットさせることにより、各腕も
しくは手首組立体からなる部材の長さの総和を小さくし
て、ロボットの大きな作業空間を確保できる。また、各
腕もしくは手首組立体からなる部材の長さの総和が小さ
くなることにより、各部材の重量、トルク、及びイナー
シャが小さくなり、各部材を駆動するアクチュエータ。

減速機、ブレーキ等の駆動系要素の容量及び外形寸法を
小型にできる。さらに、上腕を支持する、旋回ボデーの
一部である、軸受を含む支持構造も小型にできる。

各部材の中で、その駆動系要素の全部もしくは一部を旋
回ボデーに固定する部材を少なくともひとつ選択し、旋
回ボデーに固定する駆動系要素の全部もしくは一部を、
旋回軸と平面を形成する面内にある駆動軸に配置するこ
とにより、旋回軸まわりの回転半径を小さくすることが
できるので、ロボットの作業空間を大きくとれるという
効果がある。さらに、旋回軸と上腕回転軸とのオフセッ
ト量、上腕回転軸を構成する、駆動系要素及び上腕の支
持構造（旋回ボデーの一部）等からなる構造の外形寸法
を考慮することにより、旋回軸まわりの回転半径を小さ
くすることができるので、ここからもロボットの作業空
間を大きくとれるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボットの一実施例を示す側面図、第
２図は第１図に示すロボットの平面図、第３図は第１図
に示すロボットのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ断面図、第４図は従来
形ロボットの一例を示す側面図、第５図は第４図に示す
ロボットの平面図、第６図は従来形ロボットの他の一例
を示す側面図、第７図は第６図に示すロボットの平面図
、第８図は本発明のロボットの他の一実施例を示す側面
図、第９図は第８図に示すロボットの平面図、第１０図
は本発明のロボットの他の一実施例を示す側面図、第１
１図は第１０図に示すロボットの平面図。第１２図は本発明のロボットの他の一実施例を示す側面
図、第１３図は第１２図に示すロボットの平面図である
。１・・・ベース、２・・・旋回ボデー、３・・・上腕、
４・・・前腕、１１，２１，３１・・・アクチュエータ
、１２゜２２．３２・・・減速機、１３，２３，３３・
・・ブレーキ、１４，２４．３４・・・検出器、！・・
・旋回軸、■・・・上腕回転軸、ｍ、ｍ’・・・駆動軸
。

Claims

【特許請求の範囲】１、床等の面に設置されるベースと、該ベース上に旋回
軸を中心として回転可能に設けられた旋回ボデーと、旋
回ボデーに対し、旋回軸とねじれの位置関係となるよう
にオフセットした上腕回転軸を中心として回転可能に設
けられ、他端部に自由度のない固定部材、もしくは少な
くとも一自由度を有する部材を設けた上腕と、旋回ボデ
ー、上腕、及びそれ以外の自由度を有する部材を駆動す
るアクチュエータ、減速機等から構成される駆動系要素
より成る産業用関節形ロボットにおいて、旋回ボデーに旋回軸以外の少なくともひとつの軸の駆動
系要素の全部もしくは一部を固定し、しかも固定される
駆動系要素の全部もしくは一部を、旋回軸と平面を形成
する面内にある駆動軸に配置したことを特徴とする産業
用関節形ロボット。