JPH03239483A - 産業用ロボットの駆動機構 - 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〕 本発明は、産業用ロボット、特に、ロボットアームの駆
動にリンク機構を用いる産業用多関節腕形ロボットにお
ける駆動機構に関する。

〔従来の技術〕

産業用多関節腕形ロボット、殊に、産業用垂直多関節腕
形ロボットには、関節結合された２本のロボットアーム
が該関節を介して直結された形式のロボットと、２つの
関節結合されたロボットアームの先端側のロボ７）アー
ムを平行リンク機構を介してトルクの伝達を行うことに
より駆動する平行リンク式ロボットとの２種が従来から
使用されていることは周知である。

第７図は、従来の直結形式の垂直多関節腕形ロボットの
略本図であり、ロボット基台１に対して関節部２を介し
て回転（θｌ［ｔｌ）可能に結合された胴部３の先端に
設けた枢着点３ａに第１のロボットアーム４が揺動（Ｗ
軸）可能に枢支され、この第１０ボツトロボツト４の先
端に設けられた枢支点４ａを関節にして第２ロボットア
ーム５が伏仰回転（Ｕ軸）可能に枢支され、この第２ロ
ボットアーム５の先端に旋回と揺動が可能にロボット手
首６が装着されている。そしてロボット手首６の先端に
はＷで示すエンドエフェクタ及びワークが取付られた構
成にある。このような第１、第２のロボットアーム４及
び５が関節を介して直結した構造のロボットでは両アー
ム４．５の駆動モータ（図示路）は各枢支点３ａと４ａ
とに設けられ、該駆動モータにより夫々のアーム４．５
が直接駆動されるとともに、第１、第２ロボットアーム
４．５によるロボット動作領域は、図示にＡで示す大き
な空間範囲に渡る。然し、垂直多関節腕形ロボットが大
型化して第１、第２ロボットアーム自体が大重量化する
とともに重量の大きなワークも取り扱うロボットでは、
ロボット基台１に近い第１ロボットアーム４には重量の
大きな第２ロボットアーム５や先端の大きなワーク、エ
ンドエフェクタＷ等が大負荷と或って掛かる。故に、こ
れらの負荷の影響を軽減するため、第８図に示すように
、先端側の第２ロボットアーム５の駆動は、第１ロボツ
トアーム４を一辺のリンク棒とする平行リンク７、バラ
ンスウェイトＷｂを用いた構造が取られる。この場合に
は、両口ボットアーム４．５の駆動源となる駆動モータ
（図示路）は何れも枢支点３ａに左右１対の形で設けら
れる。

〔発明が解決すべき課題〕

然しなから、第８図に示した平行リンク式ロボットの場
合には、ロボット胴３が一定の旋回位置に静止している
とき、ロボットアーム４．５に依って遂行されるロボッ
ト動作領域は、平行リンク７の平行四辺形が潰れて（こ
れを以下、死点または死点状態と言う。）、トルク伝達
機能が略零になり、先端の第２ロボットアーム５を伏仰
旋回させるだけのトルクを駆動モータから伝達し得なく
なるので、第８図に示すように、ロボット動作領域Ｂは
上方空間には充分に確保できない限られた動作領域とな
ってしまう。その結果、産業用ロボットに要求される狭
いロボット設置専有面積で広い動作領域にわたり作業遂
行が可能であると言う条件を満たすことが不可能になる
問題点が有った。

依って、本発明の目的は、このような、リンク式の産業
用垂直多関節腕形ロボットに主に適用して有効な駆動リ
ンク機構の構造を提供せんとするものである。

また、本発明は、従来の平行リンク式駆動機構を有した
垂直多関節腕形ロボットの駆動機構を改良して広範囲な
動作領域を有した多関節腕形産業用ロボットを提供せん
とするものである。

〔解決手段〕

本発明は、一つの駆動源から被駆動体にトルクを伝達す
るリンク機構を、空間内で互いに隔てて設けられ、動作
位相が異なる２つのリンク系によって構成し、当該駆動
源から被駆動体には常に、これらの２つのリンク系の少
なくとも一方によるトルク伝達が遂行されるようにして
何れか一方のリンク系に死点が発生しても他方のリンク
系によりトルク伝達が行われ、結局、被駆動体の動作領
域の拡大を図るものである。

即ち、本発明によれば、第１と第２のロボットアームを
有し、該第２ロボットアームの先端にエンドエフェクタ
を装着するロボット手首を備えると共に該第２ロボット
アームをリンク機構を介して駆動するようにした産業用
ロボットの駆動機構において、前記リンク機構は、第１
のリンク系と第２のリンク系とを具備するとともに該第
１、第２のリンク系は、両者共に前記第１のロボットア
ームの略基点位置と第２ロボットアームの略基点位置に
共通枢支点を具備することにより、駆動源から前記第１
、第２リンク系の少なくとも一方を介して前記第２ロボ
ットアームにトルク伝達を行うように構成された産業用
ロボットの駆動機構を提供するものである。

〔作　用〕

上述した構成によれば、第１ロボットアームの先端の枢
支関節に設けた駆動モータから第２ロボットアームを駆
動するトルクが第１、第２リンク系の何れかにより伝達
されるので、何れか一方のリンク系に死点状態が発生し
ても、第２ロボットアームは他のリンク系を介して駆動
される。特に垂直多関節腕形産業用ロボットの場合には
、ロボット基台に対して縦軸回りに旋回するロボット胴
が一定旋回位置で静止状態を維持した姿勢のとき第１、
第２のロボットアームによる産業用ロボットの動作領域
が従前の平行リンク駆動機構を有したロボットの第１、
第２ロボットアームの動作領域より大幅に拡大されるの
である。以下、本発明を添付図面に示す実施例により、
更に詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る第１、第２のリンク系から戒る駆
動リンク機構を有した垂直多関節腕形ロボットの全体機
構を略示した機構図、第２Ａ図、第２Ｂ図は同第１図に
示す第１、第２リンク系に生ずる死点状態を説明する略
示機構図、第３図は、本発明による駆動リンクを備えた
産業用多関節腕形ロボットの実施例の斜視図、第４図は
同実施例のリンク機構を取り出し図示した略示機構図、
第５Ａ図、第５Ｂ図は、第３図の実施例におけるリンク
駆動機構の作用効果を説明する略示機構図、第６Ａ図、
第６Ｂ図は、第４図の機構を採用しない場合の不利を説
明する駆動リンク機構の略示機構図である。

さて、第１図において、本発明に係る新規な駆動リンク
機構を有した産業用多関節腕形ロボットは、基本的構成
要素として、ロボット基台１、関節２を介してθ軸回り
に旋回可能なロボット胴３、関節３ａでＷ軸回りに回転
可能に枢支された第１のロボットアーム４、関節４ａで
Ｕ軸回りに伏仰回転可能に枢支された第２のロボットア
ーム５、ロボット手首６、同手首６に装着されてワーク
を処理するエンドエフェクタＷを具備していることは従
来のロボットと変わりない。そして図示されていないが
、関節３ａの左右両側に両アームの駆動源となるｌ対の
駆動モータを具備している。

第１のロボットアーム４は一方の駆動モータにより直接
駆動されるが、先端側の第２のロボットアーム５は本発
明に係る新規な駆動リンク１０を介して他方の駆動モー
タからトルクを伝達されることにより所望の伏仰旋回動
作を行う。ここで、駆動リンク１０は関節３ａに枢支点
を有した下りンク要素１２、関節４ａに枢支点を有した
上リンク要素１４、これら上下のリンク要素１２．１４
を枢着的に結合する２つのリンク棒１６．１８を有して
構成されている。更に、下リンク要素１２は第１のリン
ク腕１２ａ１第２のリンク腕１２ｂ１これら両リンク腕
１２ａ、１２ｂを一体のリンク部品に結合する結合部１
２ｃ（リンク腕１２ａと１２ｂの付は根部分）を有して
構成され、同様に上リンク要素１４も第１、第２のリン
ク腕１４ａ１１４ｂ、結合部１４ｃを有して構成されて
いる。

このとき、注目すべき構成として、下リンク要素１２の
第１のリンク腕１２ａ１リンク棒１６、上リンク要素１
４の第１のリンク腕１４ａ、第１のロボットアーム４に
より、一つの平行四辺形リンク系（以下、第１のリンク
系と言う）を構威し、又、下リンク要素１２の第２のリ
ンク腕１２ｂ１リンク棒１８、上リンク要素１４の第２
のリンク腕１４ｂ１ロボットアーム４により、他の平行
四辺形リンク系（第２のリンク系と言う）を構成してい
るのである。しかも、両リンク系は関節３ａに設けられ
た同一の駆動モータからトルクを伝達するリンク機構で
ありながら、ロボットの作用空間内で互いに分離してお
り、故にトルク伝達過程における両リンク系の動作位相
がずれた関係で設けられている。

このように構成した２つの分離した第１、第２のリンク
系を具備することにより、駆動モータから第２のロボッ
トアーム５ヘトルク伝達を行うときに、従来のリンク機
構（第８図）と異なり、第２Ａ図に示すように、例えば
、第２ロボットアーム５が仰方向に回動する動作過程に
おき、リンク腕１２ａ、リンク棒１６、リンク腕１４ａ
等を有した第１のリンク系がトルク伝達機能を喪失する
死点状態に達したときにも、他方の第２のリンク系を経
由して駆動モータから第２ロボットアーム５ヘトルク伝
達が行い得るので、同第２ロボットアーム５は大きな範
囲に渡り仰方向に回転する動作自由度を得るのである。

しかも、更に、ロボットアーム５が回転動作を継続し、
第２Ｂ図に示すように、第２のリンク系が死点状態に達
しても第１のリンク系がトルク伝達機能を復活してトル
クの伝達機能を行うから、結局、第２ロボットアーム５
は第１ロボットアーム４、又はロボット胴３などとの干
渉上制限される動作領域を除く、広い範囲の動作領域に
渡り動作可能となる。つまり、駆動リンク１０を備えな
がら、第７図に図示の如き直結式の多関節腕形ロボット
に匹敵する広い動作領域を具備することが可能になるの
である。

第３図は本発明の実施例として２つのリンク系を有した
多関節腕形ロボットの具体的実施例を示している。同ロ
ボットはロボット基台２０、この基台２０に対してθ軸
回りに旋回可能な又は固定されたロボット胴２２、第１
のロボットアーム２４、第２のロボットアーム２６、ロ
ボット手首２８、駆動ｒＪシンク０を具備して構成され
ている。

第１、第２のロボットアーム２４．２６の前後回転軸及
び伏仰回転軸はＷＳＵで示しである。

駆動リンク３０は下リンク要素３２、上リンク要素３４
、リンク棒３６．３８を有しており、第１、第２の両リ
ンク系を構成している。つまり、下リンク要素３２が第
１１第２のリンク腕３２ａ、３２ｂ、結合部３２ｃを有
し、上リンク要素３４も第１、第２のリンク腕３４ａ、
３４ｂ、結合部３４ｃを有し、下リンク要素３２のリン
ク腕３２ａ１　リンク棒３６、上リンク要素３４のリン
ク腕３４ａを有して第１のリンク系を構成し、下リンク
要素３２のリンク腕３２ｂ１　リンク棒３８、上リンク
要素３４のリンク腕３４ｂを有して第２のリンク系を構
成している。このとき、上下のリンク要素３２．３４が
Ｗ軸とＵ軸上に第１ロボットアーム２４及び第２ロボッ
トアーム２６との回転枢支点を有しているから、第１、
第２のリンク系は共通の枢支点を有し、基本的には第１
図に示したリンク機構１０と共通のＷ或を有することに
なり、従って、先端側の第２のロボットアーム２６に広
い範囲に渡る動作領域を付与可能な駆動リンク機構を構
成している点で変わりない。然しながら、具体的な構造
の設計過程では、上リンク要素３４の結合部３４ｃがＵ
軸に沿って設けられ、他方、下リンク要素３２の結合部
３２ＣはＷ軸に沿う構造で設けることなく、ずらせた構
成で配置しである。つまり、リンク機構３０を更に模式
図として図示した第４図を参照すると、上リンク要素３
４の結合部３４Ｃは第１ロボットアーム２４の先端の関
節に枢着された構造にあるが、下リンク要素３２の結合
部３２Ｃはロボット胴２２と第１ロボットアーム２４の
枢着点の軸線（Ｕ軸）から殊更ずらせて設けである。こ
のようにずらせた構成を設けた理由は、具体的なロボッ
ト構造の設計、製作するとき、リンク機構３０の第１、
第２のリンク系内部で要素間の干渉を避けることが困難
であることに起因する。つまり、第５Ａ図、第５Ｂ図に
リンク棒３８を有した第２のリンク系に就き、取り出し
図示しであるように、同リンク系は、下リンク要素３２
のリンク腕３２ｂとリンク棒３８が干渉する位置（第５
Ａ図）から上リンク要５３４ｂとリンク棒３８が干渉す
る位置までの広い動作領域（３６０°−〔α十β〕）に
渡りトルク伝達機能を発揮できる。つまり、３６０°の
一回転から僅かに干渉角α＋βを除く大きな回転動作自
山皮を得ることができる。然し、上述のリンク機構３０
のように結合部３２ｃのずらせ配置構造を取らない場合
には、第６Ａ図と第６Ｂ図に模式的に図示するように、
下リンク要素３２の結合部３２Ｃを第１ロボットアーム
２４とロボット同２２の枢支点の軸（Ｗ軸）に一致する
軸上で枢支した構造を取ると、第２リンク系の動作領域
は同第６Ａ図、第６Ｂ図の図示から理解できるように、
せいぜい（１８０°−〔α＋β〕）の動作領域を得るこ
とができ無くなるからである。これはリンク原理の解析
結果を具体的構造物に実現する過程における設計上の利
点として上述ような結合部３２Ｃのずらせ構造を採用し
た理解すべきもので、リンク動作原理として第１、第２
のリンク系を分離配置し、動作位相を異ならしめること
によりリンク機構の死点状態を回避する本発明の基本思
想は従来の駆動リンク機構の不利を克服する上で大きな
作用効果を呈することに変化はない。

〔発明の効果〕

以上の本発明によりリンク機構の原理と具体的実施例を
介して理解できるように、本発明によれば、平行リンク
機構の死点が解消されたので、これを大型の産業用多関
節腕形ロボットの駆動リンク機構に適用することで、ロ
ボット動作領域を広い範囲に拡大することが可能になり
、従って、産業用ロボットが専有設置面積内に設置され
たときに大きな動作領域に渡ってロボット動作を行い、
従って、ワーク処理における有効性を著しく拡大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１、第２のリンク系から成る駆
動リンクを有した垂直多関節腕形ロボットの全体機構を
略示した機構図、第２Ａ図、第２Ｂ図は同第１図に示す
第１、第２リンク系に生ずる死点状態を説明する略示機
構図、第３図は、本発明による駆動リンクを備えた産業
用多関節腕形ロボットの実施例の斜視図、第４図は同実
施例のリンク機構を取り出し図示した略示機構図、第５
Ａ図、第５Ｂ図は、第３図の実施例におけるリンク駆動
機構の作用効果を説明する略示機構図、第６Ａ図、第６
Ｂ図は、第４図の機構を採用しない場合の不利を説明す
る駆動リンク機構の略示機構図、第７図は、従来の直結
形式の垂直多関節腕形ロボットの略示図、第８図は従来
の平行リンク機構を具備した産業用多関節腕形ロボット
の略示機構図。 ｌ・・・ロボット基台、２・・・関節、３・・・ロボッ
ト胴、３ａ・・・関節又は枢支点、４・・・第ロボット
アーム、４ａ・・・関節又は枢支点、５・・・第ロボッ
トアーム、６・・・ロボット手首、１０・・・リンク機
構、１２・・・下リンク要素、１２ａ、１２ｂ・・・リ
ンク腕、１２Ｃ・・・結合部、１４・・・上リンク要素
、１４ａ、１４ｂ・・・リンク腕、１４Ｃ・・・結合部
。 第１リンク系の死点 第２Ａ図 第２リンク系の死点 第２８図 第 ３ 図 隼 図 第２リンク系の動作領域 第２１ルク系の動作領域 第５Ａ図 第５Ｂ図 第６Ａ図 第６Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１と第２のロボットアームを有し、該第２ロボッ
   トアームの先端にエンドエフェクタを装着するロボット
   手首を備えると共に該第２ロボットアームをリンク機構
   を介して駆動するようにした産業用ロボットの駆動機構
   において、 前記リンク機構は、第１のリンク系と第２のリンク系と
   を具備するとともに該第１、第２のリンク系は、両者共
   に前記第１のロボットアームの略基点位置と第２ロボッ
   トアームの略基点位置に共通枢支点を具備することによ
   り、駆動源から前記第１、第２リンク系の少なくとも一
   方を介して前記第２ロボットアームにトルク伝達を行う
   ように構成されたことを特徴とする産業用ロボットの駆
   動機構。 ２、前記第１のリンク系と第２のリンク系は、夫々が上
   リンク腕、下リンク腕及び該上下リンク腕を結合する２
   本のリンク棒から成る四辺形リンクから成り、かつ第１
   、第２のリンク系の両上リンク腕並びに第１、第２のリ
   ンク系の両下リンク腕が夫々、結合部によって一体結合
   された上リンク要素並びに下リンク要素に形成されてい
   ることを特徴とした請求項１に記載の産業用ロボットの
   駆動機構。 ３、前記上リンク要素の結合部が、前記第２ロボットア
   ームの基点位置近傍に枢支点を有し、前記下リンク要素
   の結合部は、前記第１ロボットアームの基点近傍の枢支
   点からずれて設けられていることを特徴とする請求項２
   に記載の産業用ロボットの駆動機構。