JPH03213280A - Industrial robot - Google Patents

Industrial robot

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JPH03213280A
JPH03213280A JP777790A JP777790A JPH03213280A JP H03213280 A JPH03213280 A JP H03213280A JP 777790 A JP777790 A JP 777790A JP 777790 A JP777790 A JP 777790A JP H03213280 A JPH03213280 A JP H03213280A
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joint
axis
rotation
robot
central axis
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Yasuhiko Hashimoto
康彦 橋本
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable a robot to recede so largely or turn upward so extensively, by constituting the turning central axis of a first joint part with a vertical axis, the turning central axis with a second joint part, respectively, and making up the tip of a member at the tip side of the second joint part so as not to exist on the turning central axis of this second joint apart. CONSTITUTION:When both first and second joint parts D, A are turned round, a turning central axis O1 of the first joint part D is composed of a vertical axis, and a turning central axis Oa of the second joint part A is composed of a tilted axis, not vertical or horizontal one, and these joint parts D, A rotates with these turning central axes O1, Oa. Consequently, at time of rotation, members at both base end sides of these joint parts D, A, namely, members at the base end side of a member (lower arm) 5 at the tip side of the joint part A and the joint part D will not interfere with each other so that they can secure an extensive operating range. In brief, a robot is largely retracted or turned round upward so extensively.

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、特に関節部を具備する産
業用ロボットに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to industrial robots, and particularly to industrial robots equipped with joints.

(従来技術) 近年、産業界において、可動範囲が広く動作の自由度が
高いことより、立体構造物の溶接。
(Prior art) In recent years, three-dimensional structures have been welded in industry due to their wide range of motion and high degree of freedom of movement.

組立あるいは塗装等の複雑な動作を必要とする分野を中
心に、多関節型ロボットが多用されている。
Articulated robots are often used mainly in fields that require complex movements such as assembly or painting.

この多関節型ロボットは、′大別すると、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に大別される。
These articulated robots can be roughly divided into horizontal articulated robots in which the degrees of freedom of the joints are primarily horizontal, and vertical articulated robots in which the degrees of freedom of the joints are primarily vertical. It is roughly divided into types.

一般的に、垂直多関節型ロボットは、第8図に図示する
ように、ベース部lに対してロータトランク部2が回動
中心軸3を中心に矢印R′で示す方向に回動自在に配設
されている。このロータトランク部2には、同芯状の二
つの駆動軸4A 4Bをそれぞれ具備する駆動モータM
が配設されている。上記一方の駆動軸4Aには、矢印Q
°で示す方向に回動自在になるようリンク部材5Aの下
端が固着され、且つ他方の駆動軸4Bには、矢印P′で
示す方向に回動自在になるようリンク部材5B (破線
参照)の左端が固着され、さらに上記リンク部材5Bの
右端には、リンク部材5Cが回動自在に枢支されている
。そして、上記リンク部材5Aとリンク部材5Cの各上
端部は回動自在に上部アーム部6の離間した位置に回動
自在に枢支されている。上記上部アーム部6の先端部位
には基部6A側に対して矢印W゛で示す方向に回動自在
な先端部6Bが取着され、この上部アーム部6の先端部
6Bの先端側には、手首部7が矢印V′に示す方向に回
動自在に取着されている。
Generally, in a vertical articulated robot, as shown in FIG. 8, a rotor trunk part 2 is rotatable in the direction indicated by an arrow R' with respect to a base part l around a central rotation axis 3. It is arranged. The rotor trunk portion 2 includes a drive motor M each having two concentric drive shafts 4A and 4B.
is installed. The one drive shaft 4A has an arrow Q
The lower end of the link member 5A is fixed so as to be rotatable in the direction shown by °, and a link member 5B (see broken line) is fixed to the other drive shaft 4B so as to be rotatable in the direction shown by arrow P'. The left end is fixed, and a link member 5C is rotatably supported on the right end of the link member 5B. The upper end portions of the link member 5A and the link member 5C are rotatably supported at separate positions on the upper arm portion 6. A distal end portion 6B is attached to the distal end portion of the upper arm portion 6 and is rotatable in the direction indicated by an arrow W with respect to the base portion 6A side. A wrist portion 7 is attached rotatably in the direction shown by arrow V'.

そして、上部アーム部6は、上記リンク部材5Bが固定
されたままでリンク部材5Aが回動することによって、
あるいはリンク部材5Aが固定されたままでリンク部材
5Bが回動することによって動作し、例えば、リンク部
材5Bとリンク部材5Aが時計方向に限度まで回動する
と、第8図の右側部位に二点鎖線で示される位置まで後
退すること(図において右側方向への移動)ができる。
The upper arm portion 6 is rotated by the rotation of the link member 5A while the link member 5B is fixed.
Alternatively, it operates by rotating the link member 5B while the link member 5A remains fixed. For example, when the link member 5B and the link member 5A rotate clockwise to the limit, the right part in FIG. It is possible to retreat to the position shown in (move to the right in the figure).

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記構成の垂直多関節型ロボットの場合
には、上部アーム部6を支持するリンク部材5A、5B
、5Cが相互に干渉してそれぞれ一定の角度以上回動す
ることができず、このため、上部アーム部6を大きく後
退動作させたりあるいは上方へ大きく回動させるこきが
できないという不都合があった。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the case of the vertical articulated robot having the above configuration, the link members 5A and 5B supporting the upper arm portion 6
, 5C interfere with each other and cannot be rotated beyond a certain angle, resulting in the inconvenience that the upper arm portion 6 cannot be moved largely backward or rotated significantly upward.

また、上述の上部アーム部6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る垂直多関節型ロボ
ットとして、第9図に図示するような構成のロボットが
ある。この種の垂直多関節型ロボットは、各関節部(上
記ベース部1とロータトランク部2、下部アーム部5と
上部アーム部6等の支持部材と被支持部材の回動可能な
接続部をいう。)において、該関節部の基端例の部材で
ある支持部材と該関節部の先端側の部材である被支持部
材間が、回動に際して干渉することがないため、上述の
第8図に示すロボットのような動作範囲が限定されると
いう問題点はない。
Further, as a vertically articulated robot that can make the above-mentioned upper arm portion 6 move largely backward or rotate greatly upward, there is a robot having a configuration as shown in FIG. This type of vertically articulated robot refers to the rotatable joints between supporting members and supported members, such as the base portion 1 and the rotor trunk portion 2, the lower arm portion 5 and the upper arm portion 6, etc. ), there is no interference between the support member, which is the member at the proximal end of the joint, and the supported member, which is the member at the distal end of the joint, during rotation. It does not have the problem of a limited range of motion like the robot shown.

しかしながら、この第9図に図示する垂直多関節型ロボ
ットの場合には、下部アーム5を回転させるとき上部ア
ーム6も一体となって回転するため、この下部アーム5
を回転させる駆動モータMの負荷トルク(回転モーメン
ト)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ボットをいう)になると、上
記下部アーム5が第10図に図示するような状態になっ
たとき、該下部アーム部5を回動させる駆動モータMの
負荷トルクが非常に大きくなり、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。
However, in the case of the vertical articulated robot shown in FIG. 9, when the lower arm 5 is rotated, the upper arm 6 also rotates together with the lower arm 5.
The load torque (rotational moment) of the drive motor M that rotates becomes extremely large. In particular, when it comes to heavy-load robots (robots that can handle heavy objects), when the lower arm 5 is in the state shown in FIG. The load torque of the motor M becomes extremely large, and therefore, it is not practical to adopt such a structure for a heavy-load robot.

本発明は、上記現況に鑑みおこなわれたもので、上述の
ような問題のない産業用ロボットを提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and an object of the present invention is to provide an industrial robot that does not have the above-mentioned problems.

(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、部材間に回動自在な
関節部を具備するとともにベース部がほぼ水平な設置面
に設置される産業用ロボットにおいて、 第1の関節部の回動中心軸が垂直軸で構成されるととも
に、第2の関節部の回動中心軸が垂直若しくは水平でな
い傾斜した軸によって構成され、且つ第2の関節部の先
端側の部材の先端が該第2の関節部の回動中心軸上に存
在しないよう構成されていることを特徴とする特(作用
) しかして、上述のように構成された産業用ロボットは、
第1及び第2の関節部が回動する際、第1の関節部の回
動中心軸が垂直軸で構成され、且つ第2の関節部の回動
中心軸が垂直若しくは水平でない傾斜した軸によって構
成され、各関節部はこれらの回動中心軸を中心に回動す
るため、回動に際し各関節部の両端側の部材、即ち、関
節部の先端側の部材(被支持部材)と関節部の基端例の
部材(支持部材)が、干渉することがないことより広い
動作範囲を得ることができる。即ち、大きく後退動作さ
せたりあるいは上方へ大きく回動させることができる。
(Means for Solving the Problems) An industrial robot according to the present invention is an industrial robot that is provided with rotatable joints between members and whose base portion is installed on a substantially horizontal installation surface. The central axis of rotation of the joint is a vertical axis, and the central axis of rotation of the second joint is an inclined axis that is neither vertical nor horizontal, and the member on the distal side of the second joint The industrial robot configured as described above has the following features:
When the first and second joints rotate, the central axis of rotation of the first joint is a vertical axis, and the central axis of rotation of the second joint is an inclined axis that is neither vertical nor horizontal. Since each joint rotates around these rotational axes, when rotating, the members at both ends of each joint, that is, the member at the distal end of the joint (supported member), and the joint Since the member (supporting member) at the proximal end of the part does not interfere with each other, a wider range of motion can be obtained. That is, it is possible to make a large backward movement or to make a large upward rotation.

また、回動中心軸まわりの回転モーメントの大きさは[
(負荷位置から回動中心軸までの距離)×(負荷の回動
中心軸方向の分力)Jによって決まるが、はぼ水平な設
置面に配設されたベース部上の第1の関節部の回動中心
軸が垂直軸で構成され、且つ第2の関節部の回動中心軸
が垂直若しくは水平でない傾斜した軸によって構成され
ていることに起因して、上記「負荷の回動中心軸方向の
分力」が非常に小さくなるため、第9図に図示するロボ
ットの関節部の場合に比して、被支持部材を回動させる
のに大きな負荷トルクを必要としない。具体的には、従
来の第9図に図示するロボットの場合には、第7図(b
)に図示するように、第2の関節部Aに作用する回転軸
まわりの回転モーメントT2  “は、負荷重量をW、
第2の関節部から負荷までの長をl、垂直軸(この場合
Z軸)からの傾きをθ2とすると、 Tz  =W −1,−5tn  θ2となる。
Also, the magnitude of the rotation moment around the rotation center axis is [
It is determined by (distance from the load position to the rotational center axis) x (component force of the load in the direction of the rotational center axis) J. The central axis of rotation of the second joint is a vertical axis, and the central axis of rotation of the second joint is an inclined axis that is not vertical or horizontal. Since the component force in the direction is very small, a large load torque is not required to rotate the supported member compared to the case of the robot joint shown in FIG. Specifically, in the case of the conventional robot shown in FIG.
), the rotational moment T2'' around the rotational axis acting on the second joint A changes the load weight to W,
If the length from the second joint to the load is l, and the inclination from the vertical axis (in this case the Z axis) is θ2, then Tz = W −1, −5tn θ2.

これに対して、本発明にかかるロボットの場合には、第
7図(a)に図示するように、第2の関節部Aに作用す
る回転軸まわりの回転モーメントT2は、負荷重量をW
、第2の関節部から負荷までの長を2、垂直軸(こめ場
合Z軸)からの傾きをθ2、第2の関節部の回動中心軸
0.の水平軸(この場合X軸)からの傾きをθ、とする
と、負荷重量の回転方向の分力は「W−2・cosθ、
−5in θ2」となるため、T、=W −1−cos
”θ、・sin  θ2となる。
On the other hand, in the case of the robot according to the present invention, as shown in FIG. 7(a), the rotation moment T2 around the rotation axis acting on the second joint A is
, the length from the second joint to the load is 2, the inclination from the vertical axis (Z-axis in the case of joints) is θ2, and the rotation center axis of the second joint is 0. If the inclination from the horizontal axis (in this case, the
−5in θ2”, so T,=W −1−cos
”θ,・sin θ2.

従って、両者の第2の関節部の回転軸まわりの回転モー
メントの最大値(Tz  °)、、え、  (Tz)、
□は、それぞれ以下のようになり、本発明にかかるロボ
ットの場合には従来のものと比べてθ、を大きくとれば
とる程小さい回転モーメントでよいことが判る。
Therefore, the maximum value of the rotation moment around the rotation axis of the second joint of both (Tz °), , (Tz),
□ are as shown below, and it can be seen that in the case of the robot according to the present invention, the larger θ is, the smaller the rotational moment is required.

(Tz  °)、□ =W−2 (Tz ) =W−Z ’ cos”θ3 さらに、 第1及び第2の関節部の回動中心軸が 、該関節部の両側の部材(支持部材と被支持部材)の軸
線が垂直あるいは傾斜角を有し、従来のように極端に屈
曲しないため、この関節部に中空部を形成した場合には
、関節部の両側の部材が連続した緩やかに曲がった空間
となり、配管、配線等のケーブルホース(本明細書にお
いて、配管、配線等をケーブルホースという)を上記部
材に対して回転自在に固定しても、回動中心軸の回転に
よる上記ケーブルホースのねじれの発生が小さく、これ
ら内部の配管、配線の信顛性が大幅に向上する。
(Tz °), □ = W-2 (Tz) = W-Z 'cos'' θ3 Furthermore, the rotation center axes of the first and second joints are connected to the members on both sides of the joints (supporting member and covered member). Since the axis of the support member (supporting member) is perpendicular or has an inclined angle and does not bend as sharply as in the past, if a hollow part is formed in this joint, the members on both sides of the joint will have a continuous and gentle bend. Even if a cable hose for piping, wiring, etc. (in this specification, piping, wiring, etc. is referred to as a cable hose) is rotatably fixed to the above member, the cable hose is The occurrence of twisting is small, and the reliability of these internal piping and wiring is greatly improved.

従って、従来、関節部において外部に露出させていた配
管および配線を内部に収納することができ、この結果、
被作業物との接触によるこれら配管等の損傷が防止でき
、又ハンド部近傍での作業の火花あるいは有機溶剤によ
り配線等が損傷を受けることはない。
Therefore, piping and wiring that were conventionally exposed to the outside at the joint can be stored inside, and as a result,
Damage to these pipes and the like due to contact with the workpiece can be prevented, and wiring and the like will not be damaged by sparks or organic solvents from work near the hand portion.

(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。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例にかかる産業用ロボットの構成
を示すスケルトン図である。
FIG. 1 is a skeleton diagram showing the configuration of an industrial robot according to an embodiment of the present invention.

第1図において、1はベース部、2はロータトランク部
、5は下部アーム部、6は上部アーム部、7は手首部で
ある。上記ロータトランク部2と下部アーム5の間に関
節部(本実施例において第2の関節部を構成する関節部
)Aが形成されており、この関節部へ〇回動中心軸0.
は垂直若しくは水平でない傾斜した軸、即ち、該回動中
心軸03が水平面に対して傾斜角θ1を有するよう構成
されている。この結果、下部アーム5の先端は、上記回
動中心軸O1上に存在しないような構成となっている。
In FIG. 1, 1 is a base part, 2 is a rotor trunk part, 5 is a lower arm part, 6 is an upper arm part, and 7 is a wrist part. A joint portion (a joint portion constituting a second joint portion in this embodiment) is formed between the rotor trunk portion 2 and the lower arm 5, and the rotation center axis 0 is connected to this joint portion.
is an inclined axis that is not vertical or horizontal, that is, the rotation center axis 03 is configured to have an inclination angle θ1 with respect to the horizontal plane. As a result, the tip of the lower arm 5 is configured such that it does not lie on the rotation center axis O1.

本実施例の場合、上記構成は、上記ロータトランク部2
と下部アーム部5の仮想接触面lOが、該ロータトラン
ク部2と下部アーム部5のそれぞれの軸線0□、0.に
対してなす傾斜角θ4を、上記傾斜角θ3に等しく形成
する七ともに、これらのロータトランク部2と下部アー
ム部5の間を回動自在に連結することによりなされる。
In the case of this embodiment, the above configuration is the rotor trunk section 2.
and the virtual contact surface lO of the lower arm portion 5 are aligned with the respective axes 0□, 0. The angle of inclination θ4 made with respect to the lower arm 5 is formed to be equal to the angle of inclination θ3 described above by rotatably connecting the rotor trunk portion 2 and the lower arm portion 5.

そして、本実施例では、これらの間の回動が円滑におこ
なわれるよう、ロータトランク部2と下部アーム部5の
間にクロスローラベアリング11が配設されている。
In this embodiment, a cross roller bearing 11 is disposed between the rotor trunk section 2 and the lower arm section 5 to ensure smooth rotation between them.

また、上記下部アーム部5と上部アーム部6との間の関
節部(本実施例において第3の関節部を構成する関節部
)Bも、上記関節部Aと同様に構成されている。
Further, a joint B between the lower arm section 5 and the upper arm section 6 (joint section constituting the third joint section in this embodiment) is also constructed in the same manner as the joint section A.

そして、上記第3の関節部の°回動中心軸0.(水平面
に対する回動軸0.の傾斜角をθbとする)が、先端側
の部材である下部アーム5に対して平行若しくは直角で
ない傾斜した軸によって構成され、また、本実施例では
、上記関節部Aの回動中心軸03と、上述の関節部Bの
回動中心軸Ob・とが同一平面(第1図の紙面となる面
)上に位置するよう構成されており、ある姿勢(第1図
の状態)において、後述する軸線0゜及び上記軸線0.
、0bが平行になることができるようになっている。
The central axis of rotation of the third joint is 0. (the angle of inclination of the rotation axis 0 with respect to the horizontal plane is θb) is constituted by an inclined axis that is not parallel or perpendicular to the lower arm 5, which is the member on the distal end side, and in this embodiment, the above-mentioned joint The rotational center axis 03 of the part A and the rotational center axis Ob of the above-mentioned joint part B are configured to be located on the same plane (the plane of the paper in FIG. 1). In the state shown in Figure 1), the axis 0° and the axis 0.
, 0b can be parallel.

また、ベース部1とロータトランク部2の接続部で形成
される関節部(本実施例において第1の関節部を構成す
る関節部)Dでは、それらの軸線(L、 02と回動中
心軸04が共に垂直軸状に配設され、水平面内で回動す
るよう構成されている。
In addition, in the joint D formed by the connecting part of the base part 1 and the rotor trunk part 2 (the joint part constituting the first joint part in this embodiment), their axes (L, 02 and the rotation center axis 04 are both disposed on vertical axes and are configured to rotate in a horizontal plane.

そして、上記ベース部1には駆動モータ(サボモータ)
M+が配設され、この駆動軸14Aに取着された歯車1
4aがロータトランク部2の基部に形成された歯車14
bに噛合し、上記駆動モータM、の回転により固定側の
ベース部1に対してロータトランク部2が回動中心軸O
dを中心に矢印Rで示す方向に回動するよう構成されて
いる。
The base part 1 has a drive motor (sabot motor).
M+ is arranged and the gear 1 is attached to this drive shaft 14A.
4a is a gear 14 formed at the base of the rotor trunk portion 2;
b, and by the rotation of the drive motor M, the rotor trunk portion 2 is aligned with the rotation center axis O with respect to the fixed base portion 1.
It is configured to rotate in the direction shown by arrow R around d.

また、上記ロータトランク部2にも駆動モータ(サーボ
モータ)M2が配設され、この駆動軸14Bに取着され
た歯車14cが下部アーム5の基部に形成された歯車1
4dに噛合し、上記駆動モータM2の回転によりロータ
トランク部2に対して下部アーム5が回動中心軸O1を
中心に矢印Pで示す方向に回動する。従って、回動の際
、上述のように下部アーム5の先端は、回動中心軸0.
上に存在しないこととなる。即ち、関節部Aを形成する
ロータトランク部2と下部アーム5との間において、被
支持部となる下部アーム5と支持部となるロータトラン
ク部2の二つの軸線01,0□の交角が、該関節部Aの
回転により変化することとなる。
A drive motor (servo motor) M2 is also disposed in the rotor trunk section 2, and a gear 14c attached to the drive shaft 14B is a gear 1 formed at the base of the lower arm 5.
4d, and the rotation of the drive motor M2 rotates the lower arm 5 with respect to the rotor trunk portion 2 in the direction indicated by the arrow P around the rotation center axis O1. Therefore, when rotating, the tip of the lower arm 5 is rotated at the center axis of rotation as described above.
Therefore, it does not exist above. That is, between the rotor trunk portion 2 and the lower arm 5 forming the joint portion A, the intersection angle of the two axes 01 and 0□ of the lower arm 5, which is the supported portion, and the rotor trunk portion 2, which is the supporting portion, is as follows. This will change as the joint A rotates.

さらに、上記下部アーム5にも駆動モータ(サーボモー
タ)M3が配設され、この駆動軸14Cに取着された歯
車14eが上部アーム6の基部に形成された歯車14f
に噛合し、上記駆動モータM3の回転により下部アーム
5に対して上部アーム6が回動中心軸Obを中心に矢印
Qで示す方向に回動する。従って、回動の際、上部アー
ム6の先端は回動中心軸Ob上に存在しないこととなる
。即ち、関節部Bを形成する下部アーム5と上部アーム
6との間において、被支持部となる上部アーム6と支持
部となる下部アーム5の二つの軸線O,,OSの交角が
、該関節部Bの回転により変化することどなる。
Further, a drive motor (servo motor) M3 is also disposed on the lower arm 5, and a gear 14e attached to the drive shaft 14C is a gear 14f formed at the base of the upper arm 6.
The rotation of the drive motor M3 causes the upper arm 6 to rotate relative to the lower arm 5 in the direction indicated by the arrow Q about the rotation center axis Ob. Therefore, during rotation, the tip of the upper arm 6 does not lie on the rotation center axis Ob. That is, between the lower arm 5 and the upper arm 6 forming the joint part B, the intersection angle between the two axes O, OS of the upper arm 6, which is the supported part, and the lower arm 5, which is the supporting part, The sound changes as part B rotates.

しかして、上述のように構成された本産業用ロボットは
、以下のように作用する。
Thus, the present industrial robot configured as described above operates as follows.

即ち、第1図に示す状態から、上記駆動モータM 2 
、 M 3を駆動させて、ロータトランク部2に対して
下部アーム5を関節部Aで回転させ、下部アーム5に対
して上部アーム6を関節部Bで回転させるとともに、上
記関節部A、 Bの回動により生じた上記各アームの矢
印R方向の回転を補正(是正)するため駆動モータM1
を駆動させてベース部1に対してロータトランク部2を
関節部りで回転させると、前方・後方に自由に大きく動
作・させることができる。
That is, from the state shown in FIG.
. In order to correct (correct) the rotation of each arm in the direction of the arrow R caused by the rotation of the drive motor M1.
When the rotor trunk section 2 is rotated at the joints with respect to the base section 1 by driving the rotor trunk section 2, it can be freely moved forward and backward.

より具体的には、このロボットの種々の動作をシュミレ
ーションさせた、第3図(a)〜(d)に図示するよう
な従来の垂直多関節型ロボットのような動作から、第4
図(a)〜(d)に図示するような従来の水平多関節型
ロボットのような動作まで、あるいはこれらの複合的な
動作を、このロボットはおこなうことができる。即ち、
本ロボットが、上記構成に起因して、一つの手首部先端
の位置を決定する場合にも、上部アーム、下部アーム、
ロータトランク部等の各動作の組合せにおいて、幾通り
かの組合せの、何れによってもおこなうことが可能とな
っている。
More specifically, various motions of this robot were simulated, ranging from the motions of a conventional vertical articulated robot as shown in FIGS.
This robot can perform operations similar to those of conventional horizontal articulated robots as shown in Figures (a) to (d), or a combination of these operations. That is,
Due to the above configuration, when this robot determines the position of the tip of one wrist, the upper arm, the lower arm,
It is possible to perform any of several combinations of the operations of the rotor trunk portion and the like.

従って、従来垂直多関節型ロボットと複数のタイプの水
平多関節型ロボットを配置して作業させていた製造ライ
ンあるいは組立ラインにおいて、この発明にかかるタイ
プの産業用ロボット−つでもって上記従来と同じかある
いはそれ以上の複雑な作業をおこなわせることができる
Therefore, in a manufacturing line or an assembly line in which a vertical articulated robot and a plurality of types of horizontal articulated robots have conventionally been arranged and operated, the industrial robot of the type according to the present invention is not necessarily the same as the above-mentioned conventional robot. or even more complex tasks.

また、この産業用ロボットの場合には、第9図に示す従
来の垂直多関節型ロボットにおいては、支持部に対して
被支持部の回動角が90°のとき(第1θ図参照)、即
ち、支持部に対して被支持部が水平になったときに、こ
の関節部に最大のモーメントが発生することになる。こ
のモーメントを式で表すと、この最大となるモーメント
T’□、は、それより先端側の重量をWとし、その重心
までの距離を2とすると、 T ’、、1I=W−1t −5in 90゜=W−4
! となる。
In addition, in the case of this industrial robot, in the conventional vertical articulated robot shown in FIG. 9, when the rotation angle of the supported part with respect to the supporting part is 90 degrees (see Fig. 1θ), That is, when the supported part becomes horizontal with respect to the supporting part, the maximum moment is generated at this joint part. Expressing this moment in a formula, the maximum moment T'□, where W is the weight on the tip side and 2 is the distance to the center of gravity, is T',,1I=W-1t-5in 90°=W-4
! becomes.

これに対して、支持部に対して被支持部の回動角が90
°のとき、本実施例にかかるロボットの場合には、例え
ば上記関節部の傾斜角θ、、θ。
On the other hand, the rotation angle of the supported part with respect to the supporting part is 90
For example, in the case of the robot according to this embodiment, the inclination angles of the joints are θ, θ.

等を仮に45°とすると、 T、、x =W −f ・cos” 45 ° ・si
n 90’= 0.5・W−1 となり、それぞれの関節部に作用する最大の回転モーメ
ントT、、、が半減し、従って駆動モータの負荷トルク
が半減するため、重負荷用ロボットとしても充分適応で
きる。
etc. is assumed to be 45°, then T,, x = W −f ・cos” 45 ° ・si
n90'=0.5・W-1, the maximum rotational moment T, which acts on each joint is halved, and the load torque of the drive motor is therefore halved, making it suitable as a robot for heavy loads. Can adapt.

さらに、本実施例にかかるロボットの場合、上記回動角
度が180°のとき(第1図の状態から被支持部が支持
部に対して180°回動した状態のとき)、即ち、従来
の構成のロボットにおいて回転モーメントTがrT=W
−113と最も大きくなる被支持部が水平姿勢をとると
き、上述の各関節部の回転モーメントTをゼロにするこ
とができ、従って、関節部がこの状態にあるときには、
関節部が機構的に負荷を受は持つことより、その関節部
を駆動させる駆動モータの負荷はゼロとなり、消費電力
を節約することができるとともに、駆動モータに無用な
負荷をかけないで済むことになる。
Furthermore, in the case of the robot according to this embodiment, when the rotation angle is 180 degrees (when the supported part has rotated 180 degrees with respect to the support part from the state shown in FIG. 1), that is, when the rotation angle is 180 degrees, In the robot with the configuration, the rotational moment T is rT=W
-113, which is the largest when the supported part assumes a horizontal position, the rotational moment T of each joint described above can be reduced to zero. Therefore, when the joint is in this state,
Since the joints mechanically bear the load, the load on the drive motors that drive the joints becomes zero, which saves power consumption and eliminates unnecessary loads on the drive motors. become.

また、本産業用ロボットは、第2図に図示するように、
手首部7(第1図参照)に取着される作業用ハンド部等
への空圧配管、あるいは駆動モータのための配線等を簡
単に関節部A、Bを通すことができ、しかも、関節部A
、Bが回動する際にも、上述のように関節部の回動中心
軸o、、 Ohが傾斜角θ8.θbを有し、関節部りの
回動中心軸04が垂直軸で構成されているため、これら
の配管および配線が極端に屈曲したりあるいは大きく捩
じれることがない、特に、本実施例では、第2図に図示
するように、各関節部に筒状体のケーブルガイド8を該
関節部に対して回転自在に配設し、捩じりが殆ど生じな
いよう配慮されている。この構成の場合には、配管及び
配線等は支持部と被支持部間の回動に伴う曲げをうける
だけとなり、しかもその曲げも第2図に図示するように
緩やかな曲率の曲げとなるため、繰り返しの曲げに対し
ても非常に大きな耐久力を有するとともに、また、外部
からの損傷に対する保護作用も有する。
In addition, this industrial robot, as shown in Figure 2,
Pneumatic piping to the working hand attached to the wrist 7 (see Figure 1) or wiring for the drive motor can be easily routed through the joints A and B. Part A
, B also rotate, as described above, the rotation center axes o, , Oh of the joints are at an inclination angle θ8. θb, and the rotational center axis 04 of the joint part is configured as a vertical axis, so that these piping and wiring are not extremely bent or twisted, especially in this embodiment. As shown in FIG. 2, a cylindrical cable guide 8 is disposed at each joint so as to be rotatable with respect to the joint, so that almost no torsion occurs. In the case of this configuration, the piping, wiring, etc. are only bent due to the rotation between the supporting part and the supported part, and the bending also has a gentle curvature as shown in Figure 2. It has very high durability against repeated bending, and also has a protective effect against external damage.

ところで、上記実施例では、各関節部の回動中心軸が同
一平面上、即ち、各関節部における被支持部と支持部の
間の傾斜面が180°異なる傾斜方向に形成されている
が、第5図に図示するように、各関節部毎にこの傾斜方
向を適当に45@、あるい・は図示しないが30°、9
0°等のように各関節部毎に変化させる等することによ
り、上述した第3図(a)〜同あるいは第4図(a)〜
(d)に図示する動作よりさらに複雑な動作をさせ得る
こともできる。
By the way, in the above embodiment, the rotation center axes of each joint are formed on the same plane, that is, the inclined surfaces between the supported part and the supported part in each joint are formed in different directions of inclination by 180 degrees. As illustrated in FIG.
By changing the angle for each joint such as 0°, the above-mentioned figures 3 (a) to 4 (a) -
It is also possible to perform a more complex operation than that shown in (d).

また、第6図に図示するように、第2の関節部Aと第3
の関節部B間の下部アーム5上に回動自在な第4関節部
Eを設ければ全体としてさらにフレキシブルな動作が可
能となり、特に、この第4の関節部Eの回動中心軸0.
、を、この下部アーム5の軸線OS上あるいはこれに平
行な軸線で構成すればさらにフレキシブルな動作が可能
となる。即ち、上記関節部Eのみを回動させることによ
り、ロボットのハンド部の先端位置と姿勢が決められた
場合でも、下部アーム5と上部アーム6の間接部Aの屈
曲状態を定めた状態で、該下部アーム5の下端のポイン
ト(ロータトランク部との間接部の回動中心軸)と上部
アーム6の上端のポイント(ハンド部との間接部の回動
中心軸)を結ぶ線を軸として、該下部アーム5と上部ア
ーム6を一体として自在に回転させた各姿勢をとること
ができ、この結果、より自在な動作が可能となる。
In addition, as shown in FIG. 6, the second joint A and the third
If a rotatable fourth joint E is provided on the lower arm 5 between the joints B, the entire movement becomes more flexible, and in particular, the rotation center axis of the fourth joint E is 0.
If , are configured on the axis OS of the lower arm 5 or on an axis parallel thereto, even more flexible operation becomes possible. That is, even if the tip position and posture of the robot's hand section are determined by rotating only the joint section E, the bending state of the joint section A between the lower arm 5 and the upper arm 6 is determined. With a line connecting the lower end point of the lower arm 5 (rotational center axis of the joint part with the rotor trunk part) and the upper end point of the upper arm 6 (the rotary center axis of the joint part with the hand part) as an axis, The lower arm 5 and the upper arm 6 can be freely rotated as a unit to assume various postures, and as a result, more flexible movement is possible.

(発明の効果) 本発明にかかる産業用ロボットは、上述のように構成さ
れ且つ作用を有するため、以下のような効果を得ること
ができる。
(Effects of the Invention) Since the industrial robot according to the present invention is configured and operates as described above, it can obtain the following effects.

(a)1本産業用ロボットは、上述のように大きく後退
動作させたりあるいは上方、へ大°きく回動させること
ができるため、従来ある一連の作業をさせるために各作
業に合致した複数のタイプ(水平多関節型、タイプの異
なる垂直多関節型等・)のロボットを配置しなければな
らなかったのが、本発明にかかる一つのタイプのロボッ
トで置き換えることができるとともに、従来ロボットで
はできなかったところへのロボットの適用が可能となる
。この結果、設備費及び維持費が大幅に削減できるとと
もに維持管理が容易になり、且つロボットの需要が増大
する。
(a) Since one industrial robot can make large backward movements or large upward rotations as mentioned above, conventionally, in order to perform a series of tasks, multiple industrial robots matching each task can be used. The present invention can replace the need to deploy different types of robots (horizontal articulated type, vertical articulated type with different types, etc.) with a single type of robot according to the present invention. This makes it possible to apply robots to areas where they were not previously available. As a result, equipment costs and maintenance costs can be significantly reduced, maintenance and management become easier, and the demand for robots increases.

(b)、また、シンプルな構造で、構造的に部材に開き
部分(端部がどこにも連結されていない自由端の部分)
がないため、高い剛性を実現できる。・ (C)、また、重負荷用のロボットとして使用する場合
にも、先端側の手首部、上部アーム等の第2の関節部に
作用する自重負荷を小さ(できるため、駆動モータや減
速機にかかるトルク容量が小さくなり、大きな動作範囲
の必要なロボットをコンパクトに設計することが可能と
なる。
(b), also has a simple structure and is structurally open to the member (a free end where the end is not connected to anything)
High rigidity can be achieved because there is no crack.・ (C) Also, when used as a heavy-load robot, the self-weight load acting on the second joints such as the wrist on the distal end and the upper arm can be reduced (by reducing the drive motor and reducer). The torque capacity applied to the robot is reduced, making it possible to design a robot that requires a large operating range in a compact manner.

(d)、また、上述のように関節部の回動角が180°
及び0°のときには、関節部が機構的に負荷を受は持っ
て駆動モータにはなんら負荷が作用していないため、ロ
ボットの作動に際しこの状態をできるだけ形成するよう
にすれば、ロボットの消費電力をかなり削減することが
可能となり、また駆動モータの寿命も延ばすことができ
る。
(d), and the rotation angle of the joint is 180° as described above.
When the angle is 0°, the joints are mechanically receiving the load and no load is acting on the drive motor. Therefore, if this state is created as much as possible when operating the robot, the power consumption of the robot can be reduced. This makes it possible to considerably reduce the amount of energy used, and also extends the life of the drive motor.

(e)、従来関節部において露出゛していた配管あるい
は配線を内包することができるため、機械の内部の溶接
あるいは組立等でその機械にロボットが近接する場合等
においても、これら配管あるいは配線が損傷する可能性
を可及的に低減することができる。
(e) Piping or wiring that was conventionally exposed at the joint can be included, so even when a robot comes close to the machine for welding or assembly inside the machine, these piping or wiring can be removed. The possibility of damage can be reduced as much as possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例にかかる産業用ロボットの構成
を示すスケルトン図、第2図は関節部に配管および配線
を通した状態を示す産業用ロボットの部分側断面図、第
3図(a)〜(d)、第4図(a)〜(d)は本実施例
にかかる産業用ロボットの各種の動作を作業対象物であ
る自動車とともに示したシュミレーション図、第5図は
関節部の傾斜面の方向を示す関節部をモデル化して示し
た斜視図、第6図は別の実施例にかかる産業用ロボット
の構成を示すスケルトン図、第7図(a)は本発明のロ
ボットにおいて負荷が第2の関節部の回動中心軸に作用
する回転モーメントを図示する作用図、第7図(b)は
第9図に示す従来のロボットにおいて負荷が第2の関節
部の回動中心軸に作用する回転モーメントを図示する作
用図、第8図は従来の平行リンク型垂直多関節ロボット
を示す側面図、第9図は従来の直動型垂直多関節ロボッ
トを示す正面図、第10図は第9図の垂直多関節型ロボ
ットの一つの状態を示す側面図である。 A・・・関節部(第2の関節部)、B・・・関節部(第
3の関節部)、D・・・関節部(第1の関節部)、E・
・・関節部(第4の関節部)、1・・・ベース部、5・
・・下部アーム(第2の関節部の先端側の部材)、Ol
・・・回動中心軸(第1の関節部の回動中心軸) 11 ・・・回動中心軸 (第2の関節部の 回動中心軸)
Fig. 1 is a skeleton diagram showing the configuration of an industrial robot according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a partial side sectional view of the industrial robot showing a state in which piping and wiring are passed through the joints, and Fig. 3 ( a) to (d), and Fig. 4 (a) to (d) are simulation diagrams showing various movements of the industrial robot according to this embodiment together with a car as a work object, and Fig. 5 shows a diagram of the joints. FIG. 6 is a skeleton diagram showing the configuration of an industrial robot according to another embodiment. FIG. is an action diagram illustrating the rotational moment acting on the rotation center axis of the second joint, and FIG. 7(b) is an action diagram illustrating the rotation moment acting on the rotation center axis of the second joint. FIG. 8 is a side view showing a conventional parallel link type vertically articulated robot; FIG. 9 is a front view showing a conventional linear motion type vertically articulated robot; FIG. 10 9 is a side view showing one state of the vertically articulated robot of FIG. 9. FIG. A... Joint part (second joint part), B... Joint part (third joint part), D... Joint part (first joint part), E.
... Joint part (fourth joint part), 1... Base part, 5.
・Lower arm (member on the tip side of the second joint), Ol
... Rotation center axis (rotation center axis of the first joint) 11 ... Rotation center axis (rotation center axis of the second joint)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、部材間に回動自在な関節部を具備するとともに
ベース部がほぼ水平な設置面に設置される産業用ロボッ
トにおいて、 第1の関節部の回動中心軸が垂直軸で構成されるととも
に、第2の関節部の回動中心軸が垂直若しくは水平でな
い傾斜した軸によって構成され、且つ第2の関節部の先
端側の部材の先端が該第2の関節部の回動中心軸上に存
在しないよう構成されていることを特徴とする産業用ロ
ボット。
(1) In an industrial robot that is equipped with rotatable joints between members and whose base is installed on a substantially horizontal installation surface, the central axis of rotation of the first joint is a vertical axis. At the same time, the central axis of rotation of the second joint is constituted by an inclined axis that is not vertical or horizontal, and the tip of the member on the distal side of the second joint is parallel to the central axis of rotation of the second joint. An industrial robot characterized in that it is configured so that it does not exist above.
(2)、前記第2の関節部の先端側の部材上にこの部材
とさらに先端の部材とを連結する第3の関節部を有し、
この第3の関節部の回動中心軸が、上記第2の関節部の
先端側の部材に対して平行若しくは直角でない傾斜した
軸によって構成されていることを特徴とする請求項第1
項記載の産業用ロボット。
(2), having a third joint part on the member on the distal side of the second joint part, which connects this member and a further distal member;
Claim 1, wherein the central axis of rotation of the third joint is constituted by an inclined axis that is neither parallel nor perpendicular to the distal end member of the second joint.
Industrial robots as described in Section.
(3)、前記第2の関節部と第3の関節部間の部材上に
回動自在な第4の関節部を設けたことを特徴とする請求
項第2項記載の産業用ロボット。
(3) The industrial robot according to claim 2, further comprising a rotatable fourth joint section provided on a member between the second joint section and the third joint section.
(4)、前記関節部に中空部を形成し、この中空部にケ
ーブルホースを配したことを特徴とする請求項第1項乃
至第3項のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
(4) The industrial robot according to any one of claims 1 to 3, wherein a hollow part is formed in the joint part, and a cable hose is disposed in the hollow part.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2008221457A (en) * 2007-03-12 2008-09-25 Como Spa Robot wrist with articulation
JP2009018398A (en) * 2007-07-13 2009-01-29 Denso Wave Inc Robot
WO2019009290A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 川崎重工業株式会社 Robot system and packaging system

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