JPH028877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は腰と腕とを三軸で制御し、指と手とを
三軸で制御するようになした合計六軸制御の工業
用ロボツトに環するものである。

工業用ロボツトはコンピユータあるいはマイク
ロコンピユータによりプログラムされた運動をな
し、種々の役目を果すことは言うまでもないが、
かかる従来の工業用ロボツトは特にその腰と腕と
の三軸部で嵩張つているのが普通である。そのた
め、ロボツトを配置する空間が無いという理由で
そのロボツトの使用が制限されることが多々あつ
た。

このため本発明は、多関節の工業用ロボツトの
特に腰と腕との三軸部をコンパクトにすることを
目的とする。

この目的を達成するために本発明では、少なく
とも三本の別々に制御される運動軸を有する工業
用ロボツトにおいて、そのうちの二つの運動軸を
駆動するために同軸の部分品を有することを特徴
とし、 支持部材と、 第一の駆動装置で、該支持部材に固定的に取り
付けられている第一底部品と該第一底部品に対し
て回転可能の取り付けられ第一の軸を規定してい
る第一従属部品と、また、該第一底部品と第一従
属部品とを該第一軸の周りに相対的に回転させる
駆動手段を有するものと、 第二の駆動装置で、第二底部品と該第二底部品
に対して回転可能に取り付けられ第二の軸を規定
する第二従属部品と、該第二駆動装置の該第二従
属部品を該第一駆動装置の該第一従属部品へ第二
軸が該第一軸に垂直であるように固定的に取り付
ける手段と、該第二駆動装置の該第二底部品へ固
定され、該第二軸と同軸に一線上に置かれている
第二出力手段と該第三底部品と該第二の駆動装置
の第二従属部品を該第二軸の周りに相対的に回転
する駆動手段とを有するものと、 第三の駆動装置で、第三底部品と、それお第三
底部品に対して回転可能に取り付けられ、更に別
の軸を規定する第三従属部品と、該第三駆動装置
の該第三従属部品を該第一駆動装置の第一従属部
品へ該更に別の軸が該第二軸と同軸であるように
固定的に取り付ける手段と、該第三駆動装置の該
第三底部品へ固定され該第二軸と同軸で一線上に
置かれている第三出力手段と、該第三底部品と該
第三駆動装置の第三従属部品を該第二軸の周りに
相対的に回転する駆動手段とを有するものと を具備し、 第三底部品と該第三駆動装置の第三出力手段と
は管状であり、該第二駆動装置の該第二出力手段
は該第三底部品と該第三駆動装置の第三出力手段
とを通り同軸に伸びているシヤフトを含むように
なつている。

本発明の主たる目的は述べたが、他の目的と利
点とは記述が進むにつれ、付図と関連して考えら
れるときに明らかとなろう。

本発明のロボツト１０は支持台１３を含む主枠
１２を含んでおり、台は描かれている実施例では
全体的に垂直な軸Ａを形成している。腰１４は台
に対して軸Ａのまわりに回転可能である。軸Ａに
垂直で全体的に水平な軸Ｂを含む機構が腰１４の
上に設けられている。第一の内側アーム１５は腰
１４の上で水平軸Ｂのまわりに回転可能である。
第二の外側アーム１６は内側アーム１５に対し
て、軸Ｂに平行な第二の水平軸Ｃのまわりに回転
可能である。指１９を含んでいる手１８は、外側
アーム１６の一端に取り付けられている。手１８
は外側アーム１６の長手方向軸線のまわりに回動
するようになされている。ロボツトの主枠１２
は、台１３に隣接して取り付けられた制御箱２０
を含む。これは種々の駆動モーターを格納してい
る。

第２および５図に最もよく見られる如くに、腰
１４は管状底部品２１ａとこれに対して軸Ａのま
わりに回転可能である従属部品２１ｂとを有する
第一駆動装置２１を含んでいる。底部品２１ａは
支持台１３の円形フランジ２４に取外し可能に連
結されている。このため支持台１３の円形フラン
ジ２４に対して底部品２１ａにも円形フランジ２
１ｃが一体的に形成されている。二つのフランジ
２１ｃ，２４は似た直径と断面形状になつてい
て、全体的にＶ字形にした形状の分割バンド２５
で取外し可能に連結される。分割バンド２５は、
ねじ山を切つたシヤフトとナツトとを含む取外し
機構２６（第１６図を注目）を含んでおりバンド
は選択的に開いたり閉じたりされる。

リング状荷台２８が第一駆動装置２１の従属部
品２１ｂに取り付けられており、この荷台２８に
腰１４の一部である第二駆動装置２２と第三駆動
装置２３とが装着されている。これら三つの駆動
装置２１，２２，２３はほぼ同一形状である。こ
のため全体の装置の設計、構造おおよび修理を大
いに簡素化し、部品の互換性を促進している。第
二および第三駆動装置２２，２３は、一端に円形
フランジ２２ｃ，２３ｃを有する管状底部品２２
ａ，２３ａと、それのまわりに相対的に回転可能
な従属部品２２ｂ，２３ｂとを含んでいる。従属
部品２２ｂ，２３ｂはボルト３０により連結され
て荷台２８に取外し可能に固定され、しかも第二
および第三駆動装置２２，２３の軸が軸Ｂの回り
に同軸に置かれているようにする。なお、第二お
よび第三駆動装置は第５図から明らかになる如く
に反対の配向に置かれている。

スリーブ３２がその一端の円形フランジ３３で
第三駆動装置２３の底部品２３ａの円形フランジ
２３ｃに取外し可能に分割バンド２５により連結
されている。スリーブ３２はその他端に第二の円
形フランジ３５を含んでいる。これに内側アーム
１５が取り付けられている。なお、スリーブ３２
は重錘３６を取り付けており、これは軸Ｂに関し
て外側アーム１６等の重量と釣り合つている。

第二駆動装置２２の底部品２２ａの円形フラン
ジ２２ｃには細長い駆動シヤフト３８がその一端
の円形フランジ３９で分割バンド２５により取り
付けられていて、これが第三駆動装置の底部品２
３ａ中を同軸的に延びている。

第３および４図は第二駆動装置２２をより詳細
に描いており、これはまた第一および第三駆動装
置らをも代表している。駆動装置２２の従属部品
２２ｂにはステツピング・モーター４２と電磁的
ブレーキ４４とが装着されている。これらのシヤ
フトはたがいに平行に置かれて、各個にギヤ４６
がついている。これら二つのギヤ４６にギヤ４８
が係合している。このギヤ４８はシヤフト４９に
担持されている。更にこのシヤフト４９はギヤ５
０を取り付けていて、これがフエースギヤ５１と
噛み合う。フエースギヤ５１は底部品２２ａへ軸
Ａのまわりに同軸に固定されたギヤホイール５２
である。

フエースギヤ５１の各歯の頂面はフエースギヤ
の回転軸に垂直な平面内に横わつている。この形
状は傘歯車の係合よりもギヤ５０とフエースギヤ
５１との整合を容易にする。

ステツピング・モーター４２は連続的に供給さ
れる電気パルスにより運転され、モーターに供給
される毎パルスごとに、モーターは一定の角度、
典型的には1.8度回転する。かくして、モーター
に供給されたパルスの数がモーターがなす回転角
度を決める。モーターが実際にどれだけ回転した
かを知るためにモーターの出力シヤフトにエンコ
ーダーが設けられている。

モーター４２とブレーキ４４とに対する制御は
第３図に略図的に描かれている。エンコーダー５
７はモーターの各回転段階毎に比較器５８への回
転角度位置信号を供給する。比較器が所定の回転
位置からの差を検出したとすると、適当な補正信
号がパルス発生器５５へ供給される。この配列に
よつて望むプログラム５６に従つて高度の信頼性
ある位置運動が達成される。プログラム５６はま
た、ブレーキ４４の操作をも制御し、モーターが
働かなくなるや否やブレーキ４４を作動せしめ
る。

また、駆動装置２２の従属部品２２ｂには第３
図に略図的に描かれているごとく一対のリミツ
ト・スイツチ６０，６１が取り付けられている。
リミツト・スイツチ６０，６１はフエースギヤ５
１の内側上に位置付けられた停止具６５と係合す
ることで閉じられ、これによりブレーキ４４は作
動されて、更に回転するのを阻止し、従属部品２
３ｂに対する底部品２２ａの角運動を制限する安
全スイツチとして役立つ。また各個のスイツチ６
０，６１の下流で従属部品２２ｂに突起６６が取
り付けられており、これはスイツチ６０，６１が
壊れた場合に停止具６５と係合し、第二の安全装
置を与える。

ロボツトの内側アーム１５は外箱７０を有し、
その一端側面には取付け用フランジ７１が設けら
れている。このフランジ７１は、分割バンド２５
によつてスリーブ３２のフランジ３５へ取外し可
能に連結されている。第二駆動装置２２からのシ
ヤフト３８は外箱７０内に突入しており、それの
自由端にスプロケツト７４を取り付けている。

外箱７０の他端には第二シヤフト７５が水平軸
Ｂと平行な水平軸Ｃのまわりに回転可能に装着さ
れている。シヤフト７５は外箱７０から一端が突
出し、そこに一体になつた円形フランジ７６を有
する。このフランジ７６が外側アーム１６の外箱
７８の円形フランジ７７に分割バンド２５により
連結されている。第二シヤフト７５はスプロケツ
ト８１を一体的に保持している。それでタイミン
グ・ベルト８２がスプロケツト８１，７４のまわ
りに掛けられている。この配置により第二駆動装
置２２の底部品２２ａの回転は外側アーム１６へ
伝達され、外側アーム１６を軸Ｃのまわりに回転
させる。なお内側アーム１５は第三の駆動装置２
３によつて軸Ｂのまわりに回転せしめられること
は明らかであろう。

手１８の運動において高度の正確度が達成され
るためには外側アーム１６の精密に制御された運
動が必要である。このためにベルト８２とスプロ
ケツト７４，８１との間の著しい遊び、またはバ
ツクラツシユを除去すべく、第１５図に示す如く
ベルト８２に張力をかける調整可能手段が設けら
れ、ベルトの両走行部を等量ずつ、かつ反対方向
へ選択的に偏向させる。また前述の如く両走行部
を等量ずつ偏向させるので、ベルト中の張力を調
整している間にシヤフト３８と７５との相対運動
も避けられる。相対的回転があれば手１８の較正
位置が変化することになるであろう。第１５図に
最もよく見られるごとくに、調整手段は内側アー
ム１５の外箱７０内で軸ＢとＣの間に平行に配置
されたピン８５のまわりの枢支された杆８４を含
んでいる。この杆８４の各端にはローラー８６が
取り付けられている。更に杆８４の一端と外箱７
０との間に調整可能連結具８７が介在していて、
それにより杆８４は２個のローラー８６でベルト
の張力を調節する。この調節の際、各走行部を等
しく偏倚させ、シヤフト３８と７５との間に相対
回転を惹起せぬようになされている。

ロボツトの外側アーム１６は第９図および第１
０図に最もよく見られ、その一端に２本の指１９
を含む手１８が取り付けられ、他端には三つのス
テツピング・モーター９０，９１，９２が取り付
けられている。これらモーターは三つの運動をさ
せる。より詳しくは、ヨーク１０２の回転、これ
に対する枠部材９４の横ピン９５のまわりの回
転、および該枠部材９４に対する指回転部材９６
の回転である。なお指１９の開閉は後述するよう
に空気圧により行われる。

外側アーム１６の外箱７８は同軸に置かれて、
相対的に回転可能な管状部材９８，９９，１００
を支えている。より詳しくは、ベアリングにより
外箱７８内に回転可能に支持されている。先ずヨ
ーク１０２を含み、それの外端に横ピン９５がつ
いているところの第一管状部材９８がある。かく
して、第一管状部材９８の回転は外側アーム１６
の中心軸のまわりに手１８の全体の回転となる。
次に第二管状部材９９はベアリングにより第一部
材９８内に回転可能にして同軸に支持されてお
り、それの外部端にベベルギヤ１０４を含んでい
る。このベベルギヤ１０４は、横ピン９５の軸の
まわりに置かれかつ手１８の枠部材９４へ固定さ
れているギヤ１０５と噛み合つている。かくし
て、第二管状部材９９の回転は枠部材９４を横ピ
ン９５のまわりに旋回させる。

更に第三管状部材１００は第二管状部材９９の
中に同軸に回転可能にして取り付けられており、
これもまた外部端にベベルギヤ１０７をつけてい
る。ベベルギヤ１０７は横ピン９５のまわりに回
転可能に取り付けられた中間ギヤ１０８と噛み合
つており、次いで中間ギヤ１０８は指回転部材９
６の内端のベベルギヤ１０９と噛み合つている。
かくして第三管状部材１００の回転は、指回転部
材９６を枠部材９４に対して回転させる。

第二および第三管状部材９９，１００は各個に
第一管状部材９８と外枠とに対してそれの制限さ
れた軸方向運転を許すように取り付けられてお
り、バイヤス用の環状波スプリング１１０がこれ
らの部材の後方端に取り付けられていて、部材ら
を手１８に向かう方向に弾性的にかり立ててお
り、それによつて組み合わされるベベルギヤ等の
正しい噛み合いを確実にし、それの何等かの摩耗
を補償している。

外側アーム１６の三つの駆動モーター９０，９
１，９２は、第一、第二および第三管状部材をそ
れの中心軸のまわりと、お互いに対して選択的に
回転させるのに適合されている。これら駆動モー
ターは歯車列によつてそれぞれの管状部材に連続
されている（第１３図参照）。歯車列は組み合わ
されたモーターの出力シヤフトへ固定された出力
１１３と、出力ギヤ１１３と噛み合つている一つ
のギヤ１１５を有する伝達棒１１４と組み合わさ
れた管状部材の端へ固定されたギヤ１１８と噛み
合つている第二ギヤ１１６とを含んでいる。な
お、これら三つの歯車列は同じギヤ比を有し、そ
れによりステツピングの制御を容易にし単純化し
ている。

第１１図は指１９を開閉せしめる空気力装置を
示す。この装置は手１８の指回転部材９６内に置
かれた回転接合部１２０と、管状部材１００内に
取り付けられた第二回転接合部１２２と、二つの
接合部間に伸びている一対の可撓性ホース１２
３，１２４とを含んでいる。回転接合部１２０は
スリーブ１２６に固定され、次いでスリーブ１２
６は横ピン９５へ取り付けられている。他方、回
転接合部１２２は第二のスリーブ１２７へ固定さ
れ、このスリーブ１２７もまた横ピン９５へ取り
付けられている。かくして、スリーブ１２６，１
２７の双方が横ピン９５を中心に曲がることがで
きる。アームの端部板１３１を通つて伸びている
一対の同軸の剛性のチユーブ１２９，１３０が回
転接合部１２２に摺動回転可能に係合している。
チユーブ１２９，１３０の外側端は連結具１３２
に取り付けられていて、それにより二本の別々の
空気線は同軸のチユーブ１２９，１３０へ連結さ
れる。一対の剛性チユーブ１３４，１３５が指回
転部材９６の端部ブロツクへ固定されている。そ
してこれらチユーブ１３４，１３５の他端は接合
部１２０へ摺動回転可能に係合している。チユー
ブ１３４，１３５により形成された二本の通路は
端部ブロツク内のそれぞれの流路１３７，１３８
と連通している。次いでこれら流路は可撓性のホ
ース１４０，１４１を通し、指１９に達してい
る。指１９それ自体は一般に従来状のもので、空
気圧が一つの線に入れられると閉じ、他の線に空
気圧が入れられると開くようになつている。

第１２図は多少単純化された外側アーム１６を
示す。これは手首回転と手首屈曲のみが必要であ
るところで利用されうる。この実施態様では、第
三すなわち最内部管状部材１００は中間ギヤ１０
８および指回転部材９６の端部分と、モーター９
２と共に除いてある。その他はアームは第９〜１
１図を参照して上記したものと構造的に同じであ
る。

また第６図では、第一の駆動装置２１が取り除
かれている（第５図のものと比較）。そして第二
および第三の駆動装置の従属部品が適当なボルト
により固定された支持体１４４へ直接に連結され
た。この配置は五つの運動軸のまわりの操作を許
す。また支持体１４４、そしてかくてロボツトは
例えば床から、垂直な側壁から、または天井から
伸びるようにどんな配向にも置かれうる。

第７図においては、第二駆動装置２２が内側ア
ーム１５とともに取り除かれた。そして外側アー
ム１６は第三駆動装置の底部品上のフランジ２３
ｃへ連結された。もし望むならば、剛性を改良す
るために適当な腕木１４５を駆動装置２３と荷台
２８との間に取り付けてもよい。この配列は五本
の軸のまわりの運動の更に別の変化を呈するもの
である。

もしも単に四つの運動軸が必要ならば、第三駆
動装置は第７図に示されているような具合に、そ
れに付けられた外側アーム１６とともに荷台２８
と第一の駆動装置２１から引離し得て直接に支持
体１４４または他の適当な取付け構造へ取り付け
られうる。

第８図では、外側アーム１６は支持台のフラン
ジ２４へ直接に取り付けられて、それにより外側
アーム装置の三つの運動軸を有するロボツトが提
案される。外側アーム装置を再形成して第１２図
に示されるものの如くすることは、第５図から第
８図までに示された実施態様の各々に対して、な
お更に別の可能な修飾を与えるものである。

さて、本発明の特許請求の範囲第１項の発明に
より達成される効果は第二駆動装置２２および第
三駆動装置２３が同軸状に配置されかつ第三駆動
装置２３中を同軸状に第二の出力軸３８が通り、
外側で第三駆動装置２３の出力軸２３ｃと同軸状
になされているので、ロボツトをよりコンパクト
にできるのである。更に、内側アーム１５が第二
および第三駆動装置の横に配置されるので、内側
アーム１５に釣合い重錘３６を極めて容易に設け
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を具体化している工業的
ロボツトの透視図である。第２図はロボツトの展
開した透視図である。第３図はロボツトの駆動装
置の一つの断面図で、第２図の線３−３にほぼ沿
つて取つたものである。第４図は第３図の駆動装
置の断面図で、線４−４にほぼ沿つて取つたもの
である。第５図はロボツトの断面図で、第１図の
線５−５に沿つてほぼ取つたものである。第６〜
８図はロボツトの代替形状を描いている断面図で
ある。第９図はロボツトの外側アーム装置の側部
立面図で、第２図の矢印９の方向に沿つて取つた
ものである。第１０図は第９図に示す装置の断面
図である。第１１図は外側アーム装置を通つてそ
れの指を制御するために導いている空気力制御ラ
インを描いている断片的切断面である。第１２図
は第１０図と類似の図で、外側アーム装置の第二
の実施例を描いている。第１３図は外側アーム装
置用駆動装置を描いている透視図である。第１４
図は駆動装置の断面図で、第９図の線１４−１４
にほぼ沿つて取つたものである。第１５図はロボ
ツトの内側アームの側部立面図で、第５図の線１
５−１５に沿つて取つたもので、蓋を取り外して
その内部駆動ベルトを描くようにしたものであ
る。第１６図は一対の円形フランジを連結する手
段の一つの展開透視図で一部を断面にしたもので
ある。 なお、図中同一符号は同一部材を示し、１３は
支持台、１４は腰、１５は内側アーム、１６は外
側アーム、１８は手、１９は指、２１は第一駆動
装置、２１ａはその底部品、２１ｂはその従属部
品、４２はステツピング・モーター、４４は電磁
ブレーキである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも三本の別々に制御される運動軸を
   有する工業用ロボツトにおいて、そのうちの二つ
   の運動軸を駆動するために同軸の部分品を有する
   ことを特徴とし、 支持部材１３と、 第一の駆動装置２１で、該支持部材に固定的に
   取り付けられている第一底部品２１ａと該第一底
   部品に対して回転可能に取り付けられ第一の軸Ａ
   を規定している第一従属部品２１ｂと、また、該
   第一底部品と第一従属部品とを該第一軸の周りに
   相対的に回転させる駆動手段を有するものと、 第二の駆動装置２２で、第二底部品２２ａと該
   第二底部品に対して回転可能に取り付けられ第二
   の軸Ｂを規定する第二従属部品２２ｂと、該第二
   駆動装置の該第二従属部品を該第一駆動装置の該
   第一従属部品へ第二軸が該第一軸に垂直であるよ
   うに固定的に取り付ける手段と、該第二駆動装置
   の該第二底部品へ固定され、該第二軸と同軸に一
   線上に置かれている第二出力手段２２ｃと、該第
   二底部品と該第二駆動装置の第二従属部品とを該
   第二軸の周りに相対的に回転させる駆動手段とを
   有するものと、 第三の駆動装置２３で、第三底部品２３ａと、
   この第三底部品に対して回転可能に取り付けら
   れ、更に別の軸を規定する第三従属部品２３ｂ
   と、該第三駆動装置の該第三従属部品を該第一駆
   動装置の第一従属部品へ該更に別の軸が該第二軸
   Ｂと同軸であるように固定的に取り付ける手段
   と、該第三駆動装置の該第三底部品へ固定され該
   第二軸と同軸で一線上に置かれている第三出力手
   段２３ｃと、該第三底部品と該第三駆動装置の第
   三従属部品を該第二軸の周りに相対的に回転させ
   る駆動手段とを有するものとを具備し、 該第三底部品と該第三駆動装置の第三出力手段
   とは管状であり、該第二駆動装置の該第二出力手
   段は該第三底部品と、該第三駆動装置の第三出力
   手段とを通り同軸に伸びているシヤフト３８を含
   む ところの工業用ロボツト。 ２ 該ロボツトは更に、 内側アーム１５と、 該内側アームを該第三駆動装置の該第三出力手
   段へ相互連結する手段と、 外側アーム１６と、 該外側アームを該内側アームへ駆動的に連結
   し、該第二軸へ平行に置かれ、かつ、それから側
   方に間をあけて置かれている第三軸Ｃの周りに相
   対回転させる手段および該第二駆動装置の該第二
   出力手段を該外側アームへ運転的に連結する伝達
   手段と を備えていて、 それにより該内側アームは該第三駆動装置によ
   り該第二軸の周りに枢動され得、また、該外側ア
   ームは該第二駆動装置により該第三軸の周りに枢
   動され得るようになつているところの特許請求の
   範囲第１項記載の工業用ロボツト。 ３ 該第一、第二および第三の駆動装置の各々の
   該駆動手段は少なくとも一台の電気的ステツピン
   グ・モーターを含むようになつているところの特
   許請求の範囲第２項記載の工業用ロボツト。