JPH03202288A - 産業用ロボツト - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、産業用ロボットに係り、詳しくは動作領域
の拡大と可搬重量の増大を図った多関節のリンク型産業
用ロボットに関する。

（従来技術とその課題） この種の多関節型の産業用ロボットには、関節部の自由
度が主として水平方向に構成された水平多関節型のもの
と、関節部の自由度が主として垂直方向に構成された垂
直多関節型のものがある。

垂直多関節型ロボットには、駆動リンク部材の干渉によ
り動作範囲が限定されるものもあるが、第７図に図示す
るロボットの場合には、先端に手首部２０を有する上部
アーム部２１を大きく後退動作させたり上方へ大きく回
動させることができ、その分動作範囲が拡大されている
。つまり、この種の垂直多関節型ロボットは、回動自在
に構成された各関節部、Ｊ、、Ｊ、（ヘース部２４とロ
ータトランク部２３、下部アーム部２２と上部アーム部
２１等の支持部材と被支持部材の接続部）において支持
部材と被支持部材間が回動に際して干渉することがない
ため、動作範囲が拡大されるものである。

しかしながら、第７図に示す垂直多関節型ロボットの場
合には、下部アーム２２を回転させるとき上部アーム２
１も一体となって回転するため、この下部アーム２２を
回転させる駆動モータ２５の負荷トルクが非常に大きく
なる。特に、重負荷用ロボット（重量物を扱うことがで
きるロポ・７トをいう）になると、上記下部アーム２２
が水平に近い状態になったとき、該下部アーム部２２を
回動させる駆動モータ２５の負荷トルクが非常に大きく
なる。この点を第８図にて示すと、上部アーム２１（腕
長さ（２２、回動角θ２とする）の先端にＷ　ｋｇｆの
負荷がかかった場合、下部アーム２２（腕長さ１１、回
動角θ１とする）の回転駆動部にかかるモーメントＭは
、 Ｍ＝Ｗｘ　　（ｆ＋　　ｓｉｎ　　θ、−１−ｊ２２ｓ
ｉｎ　　θ２　）Ｗｘ　ｅ となり、回転駆動部と負荷Ｗの作用線までの水平距離Ｃ
がそのまま関係し、負荷トルクが非常に大きくなる。こ
のため、重負荷用ロボットにはこのような構造を採用す
ることは実用的ではない。

また一方、垂直多関節型ロボットには、動作範囲の拡大
を狙いとして各アームを直接駆動モータで駆動する直動
型のものと、アームをその基端側のアーム側からリンク
機構により駆動して、駆動力を軽減した平行リンク型の
ものがある。

従来の平行リンク型のロボットは、リンク間の干渉や、
平行リンクが死点を生じるという欠点があり、動作角を
拡大することが困難であった。これを改良しようとする
案としては、例えば特開昭６２−２２８３８５号に開示
されているものがある。このロボットの概略構成は、第
９図（ａ）　（ｂ）に図示するように、先端のアーム（
上部アーム）２６を下部アーム２７により枢支するとと
もに、上記枢支している中心軸ＯＩ上に被駆動用の回動
板２８を同軸状配設するとともに、上記下部アーム２７
とそれを支持するロータトランク部３２との枢支部の中
心軸０□上に駆動用の回動板２９を同軸状に配設し、且
つ上記回動板２８と回動板２９とを二本のリンク３０．
３１で連結し、上記駆動用の回動板２９を駆動モータ３
３で回転させることにより、二本のリンク３０３１を介
して、上部アーム２６を中心軸０１を中心に回転（揺動
）させるよう構成されている。また、上記下部アーム２
７は、別の駆動用モータ３４で駆動され、中心軸０□を
中心に回転（傾動）するよう構成されている。

しかしながら、この平行リンク型のロボ・ノドの場合、
リンクが下部アーム２７を含めて３本必要で構造が複雑
となる上に、これでもなおリンク間の干渉が生し、後方
への動作が制限される。つまり、上記回動板２８．２９
がある角度以上回転すると二本のリンク３０．３１相互
が干渉し、その結果、上部アーム２６の動作が制限され
る。具体的には、上部アーム２６が後方へ完全に回動す
ることは不可能で、従って、この場合、前方の領域で作
業をおこなっている状態から、後方の領域での作業を行
う場合には、ロータトランク部３２を図示しないベース
部に対して旋回させなければならない場合が生じる。と
ころが、後方部位での作業をおこなうために上述のよう
にロータトランク部３２を旋回させると、その旋回中心
軸０３から離れている下部アーム２７、上部アーム２６
及びリンク３０．３１等が該旋回の際に描く軌跡内（半
径内）は旋回用のスペースとして必要になり、この場合
−台のロボットを配置するのに周囲に旋回用の大きな空
間が必要となる。従って、自動車組立ラインのように多
数のロボットが列状に配置されるところでは、膨大なス
ペースが必要となってしまうことになる。

本発明は、上述のような従来技術の課題に鑑みなされた
もので、動作領域の拡大と可搬重量の増大を同時に実現
した産業用ロボットを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明にかかる産業用ロボットは、下部基台に下端が回
動自在に枢着されて並設される第１下腕および第２下腕
と、この第１下腕および第２下腕の上端に枢着され、前
記下部基台と前記第１下腕および第２下腕とともに四辺
形リンクを形成する上部基台と、この四辺形リンクを傾
動せしめる少なくとも１つの駆動源と、前記上部基台の
側部に前記四辺形リンクに干渉しないよう回動自在に枢
着され、別の駆動源で駆動される上腕とを具備したこと
を特徴とする。

（作用） 上記構成によれば、四辺形リンクの傾動により上部基台
も並進運動をする。モして上腕の回動は基台側部にて行
われるので、従来のように上腕を駆動する駆動リンク部
材相互の干渉による動作角の制限を受けることがなく、
前方のみならず上方、後方への動作が可能となる。

また、重量物を手首に負荷した場合にも、上腕にかかる
モーメントは下腕を回転させる回転モーメントとしては
伝達されず、下腕先端への重力負荷となって作用するだ
けであるから下腕にかかるモーメントが著しく軽減され
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら具体的に説
明する。

第１図は本発明の実施例にかかる産業用ロボットの概略
構成を示す右側面図、第２図は同正面図である。

第１図、第２図において、固定ベースｌ上に旋回台（下
部基台）２が軸受３によって垂直軸線Ｊ１のまわりに回
動自在に支持されており、旋回台２上に設けたアクチュ
エータたる駆動モータ４および減速機構５によって駆動
されようになっている。この減速機構５は、例えば図示
するような駆動モータ４の軸４ａに装着した小歯車４ｂ
とこれに噛合する固定ベース１に装着した大歯車４ｃと
からなる。

上記旋回台（下部基台）２には平行に並設された第１下
腕（下部アーム）６および第２下腕（下部アーム）７が
枢着されている。すなわち、第工下腕６および第２下腕
７の下端がそれぞれ水平軸Ｊ２ｍおよび水平軸、Ｊｚｂ
のまわりに回動自在に枢支されており、第１下腕６は旋
回台２上に設けたアクチュエータたる駆動モータ８およ
び減速機構９によって軸受９ａに支持されながら回転駆
動されるようになっている。そして、第１下腕６および
第２下腕７の上端はそれぞれ水平軸ＪＺｃ、水平軸、Ｊ
ｚａの回りに回動自在に断面コの字形の上部基台１０に
包持（枢着）されている。

かくして上記旋回台（下部基台）２、第１下腕６、第２
下腕７および上部基台１０とによって四辺形リンク（こ
の実施例では平行四辺形リンク）Ｌが形成される。これ
によって、旋回台２上の駆動モータ８および減速機構９
によって第１下腕６は水平軸Ｊ２ｍを中心として回転駆
動され、平行四辺形リンクＬは傾動しながら上部基台１
０は前方または後方へ並進運動するようになっている（
第４図の動作図参照）。なお、この場合、第１下腕６を
駆動する代わりに第２下腕７の方を駆動するようにして
も同し動作が得られる。また、１又は２つのアクチュエ
ータ（駆動源）で第１下腕６、第２下腕７を同時に同期
させつつ駆動するようにしてもよい。

一方、第２図、第３図（第１図のＡ−Ａ矢視）に示すよ
うに、上記上部基台１０の側部には上腕（上部アーム）
１１の基部１１ａが水平軸線Ｊ３まわりに軸受１４によ
って回動自在に枢支されている。従って、上腕１１は上
記平行四辺形リンクＬの回動（傾動）面とは異なった回
動面を有し、上腕１１を回動しても第１下腕６および第
２下腕７には干渉しないようになっている。上腕１１は
、いわゆる直動型のアームであって、その基部１１ａに
設けたアクチュエータ（駆動源）たる駆動モータ１２お
よび減速機構１３によって上部基台１０に対し直接回転
駆動されるようなっている。前記駆動源は上部基台１０
上に設けてもよい。また、上腕１１の先端には手首１４
が設けられている。１５は基部１１ａに設けた手首軸駆
動用のモータを示す。

なお、上記実施例では上腕１１の上部基台ｌＯ上の回動
中心である水平軸線Ｊ３を上記第１下腕６の上部基台１
０上の回動中心である水平軸Ｊ２ｃは少し偏位して配置
されているが、両者を一致させても差し支えない。

第４図は上記構成を有するロボットの動作範囲を示す。

この図は便宜上水平軸線Ｊ３と水平軸Ｊ２ｃが一致した
場合のものを示しており、旋回台（下部基台）２は旋回
せずに固定されている場合である。図において、外側の
曲４！Ｓ１と内側の曲線Ｓ２とに囲まれた範囲が垂直面
内における動作可能領域であり、従来のリンク型のもの
より動作可能領域は上方から後方へと拡大されることが
わかる。従って、旋回台（下部基台）２を旋回せずとも
後方における作業領域を確保できる。

本発明のロボットの場合、重負荷用に好適であることが
次の計算によって示される。

今、例えば第５図のスケルトン図に示すように、第１下
腕６の長さ１１、上腕１１の長さをｉ２とし、上腕１１
先端の手首１４に重量物Ｗｋｇｆの負荷がかかった状態
で四辺形リンクＬを構成する下腕６が垂直軸線よりθだ
け回動した場合、下腕６の水平軸Ｊ２ｍにかかるモーメ
ントＭを計算してみる。

第６図（ａ）に示すように、このときの上腕１１と上部
基台１０の部材を取り出して考える。上部基台１０にお
ける水平軸Ｊ２ｃ　＋　Ｊ　２ｄ　　に作用する力の水
平成分をそれぞれＦ　２Ｘ　＋　Ｆ　ｌｘ　　、垂直成
分をＦｚｖ＋Ｆ＋ｖとすると、力の釣り合いから Ｆ　ｚｘ−Ｆ　ｌｘ　　　　　　　　　　−−（１）Ｆ
　ｚｙ−Ｆ　ＩＹ＋Ｗ　　　　　　　・・・・・・（２
）Ｆ　＋ｘ＝　Ｆ　ＩＹＸ　ｔａｎ　　θ　　　　・・
・・・・（３）次に、第６図（ｂ）に示すように第１下
腕６の部材を取り出して考えると、下腕６の下端の水平
軸Ｊ２ｉに作用するモーメントＭは、 Ｍ＝Ｆ２ｙＸ１１　　Ｘ５ｉｎ　θ−ＦｚｘＸｆｆｌＸ
ｃｏｓ　θ　　　　　　　　・・・・・・（４）この（
４）弐に上記（１）〜（３）式を代入すると、Ｍ−（（
ＦＩＹ＋Ｗ）Ｘｓｉｎ　　θ−Ｆ、ｙＸｔａｎ　θＸｃ
ｏｓθ）Ｘｊ２．＝ＷＸＡ、Ｘ５ｉｎθとなる。

よって、本発明のロボットの場合は、上腕１■先端の負
荷Ｗにより下腕６の下端の回動駆動部である水平軸Ｊ２
３にかかるモーメントＭは、上腕１１の長さ１２及び回
動角度に何ら関係しないことがわかる。つまり、上腕１
１にかかるモーメントは下腕６（７）を回転させる回転
モーメントとしては伝達されず、下腕６（７）先端への
重力負荷となるだけである。これは前述した公知の垂直
多関節型ロボットの場合には、上部アームの荷重作用点
と下部アーム下端の回動駆動部たる水平軸までの水平距
離（上部アームと下部アームの長さに関係）がそのまま
回動駆動部にかかるモーメントのレバーとして効いてく
るのと対照的である。これは平行リンク機構のもつ効果
のひとつであって、これによって駆動モータのトルクが
大幅に軽減されることから重負荷用のロボットに最適で
あることがわかる。

（発明の効果） 以上説明した本発明によれば、従来の平行リンク機構に
より上腕および下腕を駆動するロボットがリンク相互の
干渉により上腕を上方から後方に充分大きく回転させる
ことが出来なかったのに対し、本発明によるロボットは
、上腕を前方、上方、後方へより大きく回動させること
が可能で、第４図に示す如く広い動作範囲を得ることが
できる。従って、旋回台（下部基台）の旋回は必要最小
限の範囲でよいため、隣設するロボットとの空間を大幅
ζこ減少させることができるとともに、同じ作業をさせ
る場合に、作業に必要なロボットの動作軌跡が大幅に短
縮でき、ロボットの作業性が著しく向上する。

また、重負荷を上腕先端の手首に把持させても下腕に付
加されるモーメントは、上腕の長さ、角度に関係せず、
すなわち上腕にかかるモーメントは下腕を回転させる回
転モーメントとしては伝達されず、下腕先端への重力負
荷となるだけであるため、下腕駆動部の減速機の容量お
よびモータトルクを著しく低減できる。

以上より本発明は、軽負荷のみならず重負荷を広い動作
範囲で把持、運動せしめる直動型およびリンク型ロボッ
トのメリットを併せ持った、技術的かつ経済的効果の大
なる産業用ロポ・ノドを実現可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる産業用ロボットの概略
構成を示す右側面図、第２図は同正面図、第３図は第１
図のＡ−Ａ矢視図、第４図は本発明にかかる産業用ロボ
ットの動作図、第５図および第６図（ａ）（ｂ）は本発
明の上腕先端に負荷Ｗがかかった場合の力の作用図であ
る。 第７図は従来の垂直多関節型ロボットの概略正面図、第
８図は同ロボットにおける力の作用図、第９図（ａ）　
（ｂ）は従来の平行リンク型ロボットの概略構成を示す
右側面図と一部断面した正面図である。 １・・・固定ヘース、２・・・旋回台（下部基台）、４
．８、Ｉ２・・・駆動モータ（駆動源）、５．９１３・
・・減速機構、６・・・第１下腕、７・・・第２下院、
１０・・・上部基台、１１・・・上腕、Ｊｌ・・・垂直
軸線、Ｊ２ｍ、Ｊ２ｂ、Ｊ２Ｃ％Ｊ２□、Ｊ３・・・水
平軸Ｌ・・・ （平行） 四辺形リンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下部基台に下端が回動自在に枢着されて並設される第１
   下腕および第２下腕と、この第１下腕および第２下腕の
   上端に枢着され、前記下部基台と前記第１下腕および第
   ２下腕とともに四辺形リンクを形成する上部基台と、こ
   の四辺形リンクを傾動せしめる少なくとも１つの駆動源
   と、前記上部基台の側部に前記四辺形リンクに干渉しな
   いよう回動自在に枢着され、別の駆動源で駆動される上
   腕とを具備したことを特徴とする産業用ロボット。