JPH0313038B2

JPH0313038B2 -

Info

Publication number: JPH0313038B2
Application number: JP59050751A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ihara; Takeo Yamanaka
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1991-02-21
Also published as: JPS60197379A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、基部に対して被制御体を電動機式
リニヤアクチユエータにより位置決めするべくし
た産業用ロボツトに係り、特にダイレクトテイー
チング方式の前記ロボツトに関するものである。

（従来技術の説明）近時テイーチングの容易化のため、ダイレクト
テイーチング方式が見直されている。

ところでダイレクトテイーチングとしては、サ
ーボ系を働かせた状態でオペレータがロボツトを
つかみ、操作してテイーチングする方式がある。
しかしながらこの方式では、制御装置が複雑、し
かも制御装置の暴走による人的危険性もある。そ
こでこの方式による欠点を解消するため、ロボツ
トの動力を機械的に連結あるいは非連結状態に切
換え可能とし、その非連結状態でダイレクトテイ
ーチングすることが考えられる。しかしながら前
記動力が電動機式リニヤアクチユエータの場合で
は、スクリユーロツドとナツト部材との組合せに
よる伝達機構が含まれているため、前記機械的な
連結あるいは非連結の切換えは、困難である。

（発明の目的）それ故この発明は、動力として電動機式リニヤ
アクチユエータを用いながらも、その動力を機械
的に連結状態あるいは非連結状態に切換え可能と
し、しかもその連結、非連結状態への切換え作業
を行ない得る産業用ロボツトを提供せんとするも
のである。

（実施例の説明）なおこの実施例では、産業用ロボツトはα₁〜α₆
の計６軸の多関節アーク溶接ロボツトＲとし、
α₂，α₃軸の動力に電動機式リニヤアクチユエータ
を用いたものを説明するが、この発明をこの実施
の形態に限定するものではない。

１は、ロボツトＲの基台であり、その上部には
回動台２が垂直軸支２ａされ、電動機M₁により
回動角α₁が強制される。この実施例では軸２ａに
歯車３が一体に設けられている。そして基台１に
垂直軸支４ａした作用腕４先端部には歯車３と噛
合う歯車５が軸支され、この歯車５が腕４に取付
けた電動機M₁により減速機D₁を介して駆動され
るべくなされている。また腕４と基台１との間に
は第１伸縮シリンダ装置FA₁が軸支６ａ，６ｂさ
れ、歯車５を歯車３に対して接断可能に構成され
ている。なおシリンダ装置FA₁のピストンロツド
側には圧縮ばね７が内蔵されている。このばね７
は、歯車３，５を噛合せる際、まず最初は流体圧
によらず、そのばね力により噛合せんとし、両歯
車３，５を確実に噛合せする作業を容易にするた
めのものである。E₁は、基台１に取付けたエン
コーダであり、これに軸着した歯車８が歯車３に
噛合されている。

９は、回動台２上部に水平軸支９ａした第１垂
直回動腕であり、この腕９下部にはレバー９ｂが
一体に突設されている。そして腕９は、レバー９
ｂ先端部と回動台２下端部との間に設けた電動機
式リニヤアクチユエータMA₁により回動角α₂が
強制される。なお腕９は、この実施例では、軸９
ａを含む垂直平面より前方（すなわち番１，９図
において右方）においてのみ回動可能である。

リニヤアクチユエータMA₁は、電動機M₂、こ
れの出力側に直列する減速機D₂、およびこれの
出力側に直列したスクリユーロツド１０とこれに
螺合するナツト部材１１（後述するピストンロツ
ド１１と共通）で構成されている。そしてリニヤ
アクチユエータMA₁は、その減速機D₂が、回動
台２下端部に軸支１２した固定部材１３に固設さ
れている。またリニヤアクチユエータMA₁の可
動部材であるナツト部材１１には第２伸縮シリン
ダ装置FA₂の一端側（実施例ではピストンロツ
ド）が連結され、他端側すなわちシリンダ１４は
レバー９ｂ先端部に軸支１５されている。なおシ
リンダ１４のピストンロツド１１側端面とピスト
ンロツド１１（可動部材）との間には、それらの
最接近位置において、ピストンロツド１１とシリ
ンダ１４との相互の回転を防止するための第１回
り止め手段１６（実施例ではセレーシヨン構造）
が形成されている。またリニヤアクチユエータ
MA₁の固定部材１３とシリンダ装置FA₂の一端
側すなわちピストンロツド１１（可動部材）との
間には、固定部材１３とピストンロツド１１との
最接近位置において、これら相互の回転を防止す
るための第２回り止め手段１７（実施例ではセレ
ーシヨン構造）が形成されている。

さらには固定部材１３には、ロツド１０と平行
な直線ガイドB₁の一端が一体に設けられ、この
ガイドB₁の中間部は可動部材１１およびシリン
ダ１４に遊嵌され、可動部材１１がガイドB₁に
案内されるべく構成されている。

また回動台２の上面には第９図のように第３伸
縮シリンダ装置FA₃がそのピストンロツド１８を
下にして取付けられている。そしてピストンロツ
ド１８下端部と回動台２下面との間には、ばね受
皿１９が遊嵌され、その受皿１９と回動台２下面
との間には圧縮ばね２０が挿入されている。さら
には軸９ａにはスプロケツト２１が軸支され、一
端を腕９に固定したチエーン２２は、その中間が
スプロケツト２１に巻掛けられて、他端が受皿１
９に固定されている。そしてシリンダ装置FA₃の
伸長状態においては、ばね２０の力によりチエー
ン２２が引張られ、腕９の重力を平衡させるべく
なされている。

E₂は、軸９ａに接続したエンコーダである。
２３は、腕９先端部に水平軸支２３ａした第２垂
直回動腕であり、電動機式リニヤアクチユエータ
MA₂により平行リンク系を介して回動角α₃が強
制される。すなわち軸９ａにはリンク２４が回動
自在に支承され、そのリンク２４先端部と腕２３
との間にはリンク２５が軸支２５ａ，２５ｂされ
ている。そして各軸９ａ，２３ａ，２５ａ，２５
ｂは平行四辺形の各頂点に一致するように設定さ
れている。なお軸２３ａは、腕２３の重心位置近
辺に位置されている。また腕２３先端部には取手
２３ｂが突設されている。

また回動台２下端部とリンク２４先端部との間
には、リニヤアクチユエータMA₁およびシリン
ダ装置FA₂の組合せと同じ構造のリニヤアクチユ
エータMA₂および第４伸縮シリンダ装置FA₄の
組合せが設けられている。すなわちM₃はその電
動機、D₃は減速機、２６はスクリユーロツド、
２７は後述するピストンロツドと共通のナツト部
材、２８は減速機D₃を取付けた固定部材、２９
は固定部材２８を回動台２下端部に支承する軸、
３０はシリンダ、３１は第１回り止め手段、３２
は第２回り止め手段、B₂は直線ガイドである。
なおこれら各構成の結合状態の説明については、
前述したようにリニヤアクチユエータMA₁、シ
リンダ装置FA₂の組合せと同じであるので省略す
る。

E₃は、軸２３ａに接続したエンコーダである。

HGは、腕２３に支持した手首装置であり、第
５図のように構成されている。

４１〜４３は、腕２３に同軸上に回転軸支４１
ａ，４２ａ，４３ａしたそれぞれ第１腕、第２
腕、第３腕である。腕４１先端にはリンク４４
が、また腕４２先端にはリンク４５が、さらに腕
４３先端にはリンク４６が、それぞれ回動自在に
軸支４４ａ，４５ａ，４６ａされている。さらに
は各リンク４４〜４６先端にはおわん形の揺動体
４７が軸支４７ａ〜４７ｃされ、この揺動体４７
にトーチＴの保持具４８が取付けられている。な
お各軸４１ａ〜４６ａおよび４７ａ〜４７ｃは、
それら軸方向中心線がＯ点で交差するように設定
されている。

４８〜５０は、それぞれ各軸４１ａ〜４３ａに
一体に軸着した実施例では同径の歯車である。

５１〜５３は、腕２３に支承され、軸４１ａ〜
４３ａに対して接近遠隔自在のそれぞれ作用腕で
ある。各腕５１〜５３は、この実施例では、軸４
１ａ〜４３ａの軸方向中心線に対する円周上にお
いて、120度の間隔をおいて腕２３に回動自在に
軸支５１ａ〜５３ａされ、その先端が軸４１ａ〜
４３ａに対して接近遠隔自在に構成されている。
各腕５１〜５３先端部には、電動機M₄〜M₆およ
びこれら出力側に連結した減速機D₄〜D₆が取付
けられている。また各減速機D₄〜D₆の出力軸に
は、同径の歯車５４〜５６が軸着されている。そ
して腕５１〜５３の軸４１ａ〜４３ａへの接近時
には、各歯車５４〜５６が各歯車４８〜５０と噛
合うように構成されている。

５７〜５９は、各腕５１〜５３に対して軸４１
ａ〜４３ａとは反対側の位置において腕２３に突
設したストツパである。そして各腕５１〜５３の
軸４１ａ〜４３ａからの遠隔時には、各腕５１〜
５３が各ストツパ５７〜５９に当接するように構
成されている。

FA₅は、軸４１ａ〜４３ａとほぼ同軸上におい
て、腕２３に自在接手６０を介してそのシリンダ
６１を支承した第５伸縮シリンダ装置である。そ
してそのピストンロツド６２と腕５１との間に
は、自在接手６３，６４を介してロツド６５が連
結され、またピストンロツド６２と腕５２との間
には、自在接手６６，６７を介してロツド６８が
連結され、さらにはピストンロツド６２と腕５３
との間には自在接手６９，７０を介してロツド７
１が連結されている。なおシリンダ装置FA₅のピ
ストンロツド６２側には圧縮ばね７２が挿入され
ている。このばね７２は、ばね７と同様の働きを
する。すなわち各歯車５４〜５６を各歯車４８〜
５０に噛合せる際、まず最初は流体圧によらず、
そのばね７２の力により噛合せんとし、両歯車を
確実に噛合せる作業を容易にするためのものであ
る。

そしてシリンダ装置FA₅は、その収縮により、
各腕５１〜５３が相互に接近する方向に回動され
て、歯車５４は歯車５０に、歯車５５は歯車４９
に、歯車５６は歯車４８に、それぞれ噛合される
ように、逆にその伸長により、各腕５１〜５３が
相互に遠隔する方向に回動されて、歯車５４は歯
車５０から、歯車５５は歯車４９から歯車５６は
歯車４８から、それぞれ離なれ、各腕５１〜５３
は各ストツパ５７〜５９に当接するようになされ
ている。

E₄〜E₆は、腕２３に取付けたそれぞれエンコ
ーダであり、それらには歯車７３〜７５が軸着さ
れている。そして歯車７３は歯車５０に、歯車７
４は歯車４９に、歯車７５は歯車４８に、それぞ
れ噛合されている。

ACは、流体圧回路（実施例では空気圧回路）
であり、第１０図のように配管されている。

８１は圧力源、８２は第１切換弁、８２ａはそ
のソレノイド、８３は第２切換弁、８３ａはその
ソレノイド、８４はレギユレータ、８５はハイリ
リーフレギユレータ、８６はシヤトル弁、であ
る。

そして回路ACにおいて、圧力源８１の圧力が
両レギユレータ８４，８５により一定圧力に減圧
されるべくなされている。また両切換弁８２，８
３により、シリンダ装置FA₂は、収縮固縛状態ま
たは腕９の重力を平衡させる圧力バランス状態
（シリンダ装置FA₂が伸縮可能な状態）に選択的
に切換え可能である。しかもシリンダ装置FA₄
は、収縮固縛状態または自由状態に選択的に切換
え可能である。

Ｃは、制御装置であり、中央処理装置CPUお
よびメモリMEMを含む。そしてCPUには、α₁軸
サーボ系Sα₁（電動機M₁およびエンコーダE₁を含
み、他のα₂〜α₆軸サーボ系Sα₂〜Sα₆についても
同様）、α₂軸サーボ系Sα₂，α₃軸サーボ系Sα₃，α₄
軸サーボ系Sα₄，α₅軸サーボ系Sα₅，α₆軸サーボ
系Sα₆、操作盤TB、溶接電源WS、ソレノイド８
２ａ，８３ａ、教示用スイツチSWが、バスライ
ンBUを介して接続されている。なおスイツチ
SWは腕２３の取手２３ｂ近辺に取付けられてい
る。

さらにこの実施例の作用を述べる。

(イ) まずオペレータが取手２３ｂをつかんでロボ
ツトＲを直接動かし、テイーチングする場合に
ついて説明する。

最初、電動機M₂，M₃により両ピストンロツ
ド１１，２７を固部材１３，２８に接近させ、
第２図のように回り止め手段１７，３２を係合
させ、各ピストンロツド１１，２７と各部材１
３，２８とを一体化しておく。このときピスト
ンロツド１１，２７には、ガイドB₁，B₂が遊
嵌されているので、ピストンロツド１１，２７
が固定部材１３，２８に対していかなる位置に
あつても、ピストンロツド１１，２７はスクリ
ユーロツド１０，２６により回転されることな
く、固定部材１３，２８に接近する。従つてガ
イドB₁，B₂がない場合では、回り止め手段１
６，３１を係合させた状態で、シリンダ装置
FA₂，FA₄全体を固定部材１３，２８に接近さ
せる必要があるが、この実施例ではその必要は
なく、前記接近させるための作業が簡単であ
る。

その後両ソレノイド８２ａ，８３ａを励磁し
て、切換弁８２，８３をそれぞれ右位置に切換
える。すると圧力源８１からの高圧力は、シリ
ンダ装置FA₁のピストン側、シリンダ装置FA₃
のピストンロツド１８側、およびシリンダ装置
FA₅のピストン側に作用し、シリンダ装置
FA₁，FA₅はばね７，７２の力に抗して伸長、
シリンダ装置FA₃はばね２０の力に抗して収縮
する。またシリンダ装置FA₂のピストンロツド
１１側にはレギユレータ８４，８５により減圧
された一定の低圧力（腕９の重力を平衡させる
バランス圧力）が作用する。さらにシリンダ装
置FA₄は自由状態となる。

そうするとシリンダ装置FA₁により腕４は第
７図２点鎖線位置に回動し、歯車５は歯車３か
ら離なれ、回動台２は電動機M₁と非連結状態
となる。またシリンダ装置FA₃により腕９と受
皿１９との間に展張したチエーン２２がたる
み、ばね２０の力による腕９の平衡状態は解除
される。しかしこのときシリンダ装置FA₂には
バランス圧力が作用しているので、腕９は急に
下がることなく、外力を加えない限りは現在の
位置を維持する状態となる。よつて結果として
腕９は電動機M₂と非連結状態となる。さらに
シリンダ装置FA₄により腕２３は自由回動でき
る状態になり、電動機M₃と非連結状態となる。
なおこのとき、腕２３はその重心位置近辺が軸
支２３ａされているので、腕２３が急に回動す
ることはない。さらにはまたシリンダ装置FA₅
により、腕５１〜５３はロツド６５，６８，７
１を介して相互に遠隔する方向に回動され、第
６図のようにストツパ５７〜５９に当接し、各
歯車５４〜５６は各歯車４８〜５０から離なれ
る。すなわち腕４１〜４３は、それぞれの電動
機M₄〜M₆と非連結状態となる。

以上のようにこの実施例ロボツトＲは、全電
動機M₁〜M₆とは非連結状態となり、オペレー
タが取手２３ｂをつかんで小さな力でロボツト
を自在に動かし得る状態となる。

そこでオペレータは、トーチＴを図示しない
ワークに対する所定の点に所定の姿勢で位置決
めし、その状態のままでスイツチSWを操作
し、その位置情報を溶接の有無、補間の有無な
どの情報とともに制御装置Ｃに逐次格納すれば
よい。

(ロ) 次に前述格納した情報に基いて、ロボツトＲ
をテストあるいは再生する場合について説明す
る。

（ロ−１）まず第１段階として切換弁８２は
前述(イ)のときの右位置のままとし、切換弁８３
を左位置に切換える。するとシリンダ装置FA₂
は前述バランス圧力が作用したままで、またシ
リンダ装置FA₄も自由状態のままであるが、そ
の他のシリンダ装置FA₁はばね７の力によつて
収縮し、シリンダ装置FA₃はばね２０の力によ
つて伸張し、シリンダ装置FA₅はばね７２の力
によつて収縮する。

そうすると腕４は、ばね７の力で第７図にお
いて反時計方向に回動され、歯車５が歯車３と
噛合わされる。このとき両歯車３，５の山と山
が当接して噛合わない場合があるので、オペレ
ータは回動台２を若干動かしてやることにより
確実に噛合せることができる。このようにして
回動台２をその電動機M₁と連結状態にする。
また腕９は、ばね２０の力によりチエーン２２
が引張られ、第９図において反時計方向に回動
され、上端限界位置で停止する。さらには各腕
５１〜５３は、ばね７２の力で相互に接近する
方向に回動され、歯車５４〜５６はそれぞれ歯
車４８〜５０と噛合わされる。このとき歯車５
４〜５６と４８〜５０との山と山とが当接し、
噛合わない場合がある。よつてこの場合には、
オペレータは揺動体４７を若干動かしてやれば
よい。このときシリンダ装置FA₅は接手６０に
より揺動自在に支承されているので、３組の歯
車５４と５０、５５と４９、５６と４８が同時
に噛合い位置に至らなくても、１組ずつでも噛
合せることができ、その噛合せ作業は簡単であ
る。このようにして各腕４１〜４３はそれぞれ
の電動機M₄〜M₆と連結状態にする。

以上のように回動台２および各腕４１〜４３
をそれらの電動機M₁，M₄〜M₆と連結状態に
した後、（ロ−２）第２段階として切換弁８３
は左位置のまま、切換弁８２を左位置に切換え
る。

するとシリンダ装置FA₁，FA₂，FA₄，FA₅
の各ピストンロツド側およびシリンダ装置FA₃
のピストン側に、圧力源８１からの高圧力が作
用する。よつて前述ばね７，７２の力により噛
合された歯車３と５、５４と５０、５５と４
９、５６と４８は完全に強固に噛合されること
になる。しかもシリンダ装置FA₃は高圧力によ
り伸長状態で固縛される。またシリンダ装置
FA₂，FA₄も高圧力により収縮状態で固縛され
る。このとき各回り止め手段１６，３１は係合
され、シリンダ１４，３０とピストンロツド１
１，２７とは一体化される。なお前記シリンダ
装置FA₂，FA₄の収縮時、ピストンロツド１
１，２７はガイドB₁，B₂によりその回転が拘
束される。そして第３図のように電動機M₂，
M₃により各シリンダ装置FA₂，FA₄が移動可
能な状態になされる。

すなわちこのロボツトＲは、全電動機M₁〜
M₆と連結状態となり、ここでオペレータは操
作盤TBの図示しないスタートスイツチをON
にすれば、前述テイーチングした位置情報が１
ステツプずつ実行され、ロボツトＲをテストす
ることができるし、あるいはまたテイーチング
した全情報が全ステツプ連続して実行され、前
述図示しないワークの必要個所を自動溶接する
ことができる。

前述説明は実施例であり、例えばガイドB₁，
B₂はその一端をシリンダ１４，３０に一体に
設け、その中間部を可動部材１１，２７に遊嵌
してもよいし、またガイドB₁，B₂はその一端
を可動部材１１，２７に一体に設け、その中間
部をシリンダ１４，３０あるいは固定部材１
３，２８に遊嵌してもよい。その他各構成の均
等物との置換もこの発明の技術範囲に含まれる
ことはもちろんである。

（発明の効果）この発明は前述したとおりであるから、ロボツ
トＲの動力として電動機式リニヤアクチユエータ
MA₁，MA₂を用いながらも、その動力を機械的
に連結あるいは非連結な状態に容易に切換でき
る。しかも可動部材１１，２７は、ガイドB₁，
B₂により回転しないように拘束されるので、前
記連結あるいは非連結状態への切換え作業が簡単
となる。

【図面の簡単な説明】

図はいずれもこの発明の一実施例を示し、第１
図は差業用ロボツトの全体斜視図、第２，３図は
第１図の−断面矢視図であつて、第２図はダ
イレクトテイーチング時の状態図、第３図はテス
ト、再生時の状態図、第４図は第１、第２回り止
め手段説明用斜視図、第５図は手首装置の全体斜
視図、第６図は第５図の手首装置の一部平面図、
第７図は回動台の駆動部説明平面図、第８図は制
御装置のブロツク図、第９図は第２垂直回動腕の
重力平衡装置の説明図、第１０図は空気圧回路で
ある。１……基台、２……回動台、９……第１垂直回
動腕、２３……第２垂直回動腕、HG……手首装
置、MA₁，MA₂……電動機式リニヤアクチユエ
ータ、FA₂……第２伸縮シリンダ装置、FA₄……
第４伸縮シリンダ装置、１１，２７……アクチユ
エータMA₁，MA₂の可動部材（実施例ではシリ
ンダ装置FA₂，FA₄のピストンロツドと共通）、
１４，３０……シリンダ、AC……流体圧回路、
８１……圧力源、８２……第１切換弁、８３……
第２切換弁、８４……レギユレータ、８５……ハ
イリリーフレギユレータ、８６……シヤトル弁、
１３，２８……アクチユエータMA₁，MA₂の固
定部材、１６，３１……第１回り止め手段、１
７，３２……第２回り止め手段、B₁，B₂……そ
れぞれ直線ガイド、Ｃ……制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１基部に対して被制御体を電動機式リニヤアク
チユエータにより位置決めするべくした産業用ロ
ボツトにおいて、前記電動機式リニヤアクチユエ
ータは、その可動部材に伸縮シリンダ装置の一端
側を一体的に直列接続するとともに、前記電動機
式リニヤアクチユエータの固定部材および前記伸
縮シリンダ装置の他端側を前記基部と前記被制御
体との間に揺動自在に軸支し、さらには前記伸縮
シリンダ装置の他端側と前記可動部材との間に
は、これらの最接近位置においてそれら相互間の
第１回り止め手段を形成するとともに、前記可動
部材と前記固定部材との間には、これらの最接近
位置においてそれら相互間の第２回り止め手段を
形成し、さらにはまた前記可動部材は、前記固定
部材または前記伸縮シリンダ装置の他端側の少な
くとも一方に対して、直線ガイドにより案内され
るべくし、さらにはまた前記伸縮シリンダ装置に
は、これを固縛状態または伸縮可能状態のいずれ
かに選択可能な切換弁を接続してなる、前記産業
用ロボツト。