JPH0438553B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はロボツト、特に機械加工、組立作
業、重作業等を行なうために用いれば好適なロボ
ツト本体に関する。

（従来の技術） 近年、ロボツトはワークのローデイング、アン
ローデイングのみならず、機械加工自体や組立作
業をも行なうようになつてきた。

ところで、この種の機械加工等を行なうロボツ
トでは、高い位置決め精度が要求される上に、加
工作業中等に発生する大きな反力と動的負荷（変
動荷重）にアームが耐えることが要求される。そ
のため、従来の機械加工等を行なうロボツトでは
アームを太くして、その剛性を高めることによつ
て、位置決め精度を確保すると共に、大きな反力
および動的負荷に耐えるようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このようにロボツトのアームを
太くして、その剛性を高めた場合には、ロボツト
自体の重量が大きくなるため、ロボツトの運動性
が悪くなつて、迅速に作業ができないという欠点
がある。

そこで、この発明の目的は、ロボツトの運動性
を損なうことなく、ロボツトが高い位置決め精度
を確保し得、かつ、大きな反力および大きな動的
負荷に耐え得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、この発明のロボツト
は、エンドエフエクターを有する先端をアクチユ
エータで移動させて位置決め可能なメインアーム
の先端または先端近傍に、上記メインアームの先
端の移動を許容するサブアームの一端を取付ける
一方、上記サブアームの他端を位置決め用基準部
に取付けると共に、上記サブアームを少なくとも
一つの回転継手を備えたフレキシブル構造とし、
かつ、この回転継手の軸方向を上記メインアーム
先端のエンドエフエクターに作用する反力の方向
と略一致させたことを特徴としている。

（作用） そして、この発明のロボツトは、一端がメイン
アームの先端または先端近傍に取付けられ、他端
が位置決め用基準部に取付けられ、上記メインア
ームの先端の移動を許容するサブアームが、反力
および動的負荷を分担する。また、位置決め用基
準部からサブアームによつてメインアーム３の先
端の位置決めを精度よく高くし得る。また、サブ
アームの一端を支点として、てこ作用により、メ
インアームの先端に大きな力を発生させることが
可能となる。また、サブアームはフレキシブル構
造なので、その一端が取り付けられたメインアー
ムの先端の動作範囲が広くなる。さらにまた、上
記サブアームは少なくとも一つの回転継手を備
え、この回転継手の軸方向は、反力の方向と一致
するので、この回転継手の部分でのサブアームの
剛性が高くなる。

（実施例） 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説
明する。

第１図は第１実施例を示し、ベース１に回転自
在に塔載した回転台２にメインアーム３を旋回自
在に取付けている。上記メインアーム３は、一連
の第１アーム５、第２アーム６、第３アーム７か
らなる。上記第１アーム５の基部は回転台２に回
転継手１１で旋回自在に取付け、さらに第１アー
ム５の先端に第２アーム６の基部を回転継手１２
で旋回自在に連結し、さらに第２アーム６の先端
に第３アーム７の基部を回転継手１３で旋回自在
に連結する。上記第３アーム７の先端にはエンド
エフエクターの一例としてのグラインダ１５を固
定する。

上記第１アーム５は、回転継手１１に設けた油
圧モータ１６により旋回し得、また第２アーム６
は、第１アーム５の先端に設けた油圧モータ１７
により旋回し得、また第３アーム７は、第２アー
ム６の先端に設けた油圧モータ１８により旋回し
得る。

また、上記第１アーム５、第２アーム６および
第３アーム７の旋回角は、夫々回転継手１１，１
２，１３の回転軸の回転角を検出するセンサとし
ての各エンコーダ２１，２２，２３によつて検出
する。上記回転台２の回転角も図示しないエンコ
ーダによつて検出する。

一方、上記メインアーム３の第３アーム７の先
端近傍には、サブアーム２５の一端を回転継手２
６および連結部材２７，２８を介して取付ける一
方、上記サブアーム２５の他端を、ワーク２９上
に定めた位置決め用基準部３０に回転継手３４を
介して旋回自在に取付けている。上記回転継手３
４の回転軸３４ａはグラインダ１５の作業すべき
ワーク２９の作業対象平面２９ａに直交するよう
に配置している。上記サブアーム２５は、一連の
第１部材３１、第２部材３２、第３部材３３から
なる。上記第１部材３１の一端は回転継手３４の
端部に固定し、第１部材３１の他端に第２部材３
２の一端を回転継手３５で旋回自在に連結し、第
２部材３２の他端に第３部材３３の一端を回転継
手３６で旋回自在に連結し、第３部材３３の他端
に、前述の回転継手２６をその回転軸２６ａと第
３部材３３の長手方向とが一致するように固定し
ている。上記回転継手３４，３５，３６の回転軸
３４ａ，３５ａ，３６ａは互いに平行に配置し、
つまり作業対象平面２９ａに直交するように配置
して、第３部材３３の先端の軌跡が作業対象平面
２９ａと平行な平面上に拘束されるようにする。
つまり、第３部材３３の先端３３ａの軌跡である
動作平面が作業対象平面２９ａと平行となるよう
にしている。なお、連結部材２７，２８は、この
第１実施例では互いに直交するように配置される
ようにされており、相互に、かつ回転継手２６と
第３アーム７にに対して、相対移動不可に固定し
ている。

上記構成のロボツトは次のように動作する。

いま、メインアーム３を駆動する油圧モータ１
６，１７，１８および回転台２を駆動する油圧モ
ータを、エンコーダ２１，２２，２３からの出力
が入力される図示しない制御装置によつて制御し
て、メインアーム３の先端３ａのグラインダ１５
をワーク２９の作業対象平面２９ａに所定の力で
押し付けながら、上記作業対象平面２９ａに沿つ
て移動させて、研硝作業を行なつているとする。

このとき、メインアーム３の先端３ａの移動に
つれて、サブアーム２５は回転継手３４，３５，
３６の部分で屈曲して、その先端のつまり第３部
材３３の先端３３ａを作業対象平面２９ａと平行
な動作平面上に移動させて、メインアーム３の先
端３ａの移動を許容する。

また、このときメインアーム３の先端３ａには
ワーク２９からグラインダ１５を介して、反力お
よび動的負荷がかかる。しかし、この反力および
動的負荷の一部は連結部材２８，２７および回転
継手２６を介して、サブアーム２５に伝えられ、
サブアーム２５がこれを分担することになるの
で、メインアーム３の連結部材２８よりも基部側
にかかる反力および動的負荷は実際に生じるもの
よりも小さくなる。したがつて、メインアーム３
の変形、歪が小さくなつて、高い位置決め精度が
確保できる。また、このようにメインアーム３が
負担する反力および動的負荷は、実際に発生する
反力および動的負荷の一部となるので、このロボ
ツトは大きな反力および動的負荷にも耐えること
ができる。特に、このように大きな動的負荷に耐
え得るということは、ロボツトの本質的弱点を解
消することになり、大きな利点となる。また、メ
インアーム３が重作業を行なうにしても、サブア
ーム２５に反力等の一部が分担されるので、メイ
ンアーム３等の剛性を特別に高める必要がなくな
つて、その重量、慣性が小さくなり、したがつ
て、ロボツトの運動性が良好になる。

また、上記サブアーム２５の回転継手３４，３
５，３６の回転軸３４ａ，３５ａ，３６ａが作業
対象平面２９ａと直交して、サブアーム２５の先
端３３ａが作業対象平面２９ａと平行な動作平面
上に拘束されるための、上記サブアーム２５は作
業対象平面２９ａと直交する方向、つまり、反力
の方向に高い剛性を持ち、したがつて、このロボ
ツトは大きな反力および動的負荷に耐えることが
でき、かつ、高い位置決め精度を確保できる。

また、このロボツトは、サブアーム２５の先端
３３ａの回転継手２６を支点とし、第３アーム７
の先端３ａの力点とし、第３アーム７の基部を作
用点として、第３アーム７の基部に第２アーム６
で力を作用させて、てこ作用で第３アーム７の先
端３ａの力を増力できるので、油圧モータ１６，
１７，１８等の能力以上の大きな作業力をグライ
ンダ１５を介してワーク２９に作用させることが
できる。

なお、この第１実施例のサブアーム２５の回転
継手３４，３５，３６はアクチユエータやセンサ
を備えず、また自在に回転する構造のものである
が、必要に応じて、回転継手３４，３５，３６の
回転軸３４ａ，３５ａ，３６ａを図示しないクラ
ンプ装置によつてクランプし、第１，第２，第３
アーム３１，３２，３３を旋回不可に固定し得る
構造であつてもよい。

第２図は第２実施例を示す。この第２実施例に
ついては、第１実施例と異なる構成および機能の
みについて説明し、第１実施例と同一機能を有す
る部分についてはそれと同一符号を付して説明を
省略する。

第２実施例は、第１実施例のメインアーム３の
第２アーム６からアクチユエータ１８およびエン
コーダ２３を取り除く一方、メインアーム３の先
端３ａに回転継手３４の回転軸と平行な回転軸を
有する回転継手４１を介してグラインダ１５を取
付けると共に、上記回転継手４１の回転軸４１ａ
を回転させて、グラインダ１５を傾斜させるサー
ボモータ４３と回転軸４１ａの回転角を検出する
エンコーダ４４を備える。

一方、第２図に示すように、サブアーム２５
は、第１部材３１を旋回させる油圧モータ４６
と、第２部材３２を旋回させる油圧モータ４７
と、第３部材３３を旋回させる油圧モータ４８と
を備え、さらに回転継手２６の回転軸２６ａを回
転させて連結部材２７を旋回させる油圧モータ４
９を備える。また、上記回転継手４６，４７，４
８，４９の回転軸の回転角を夫々検出するエンコ
ーダ５１，５２，５３，５４を備えている。

したがつて、このロボツトは図示しない制御装
置によつて、エンコーダ５１，５２，５３，５４
の出力を基礎として、サブアーム２５の油圧モー
タ４６，４７，４８，４９の駆動を制御して、サ
ブアーム２５の先端の連結部材２８を位置決めす
ることによつて、メインアーム３の先端の位置決
めをすることができる。この位置決めは、基準部
３０を原点として、サブアーム２５の短い第１，
２，３部材３１，３２，３３および連結部材２７
を旋回させて行ない、上記サブアーム２５全体が
短かく、上記部材３１，３２，３３，３４の変
形、歪が少ないので正確なものである。また、メ
インアーム３の先端３ａのサーボモータ４３とエ
ンコーダ４４とによつて、回転継手４１をその回
転角を検出しながら回転させて、グラインダ１５
を作業対象平面２９ａに常に垂直に当てるように
制御できる。

なお、この第２実施例は、第１実施例と同様の
作用、効果も奏することができるのは勿論であ
る。

第３図に示す第３実施例は、サブアーム２５の
一端３３ａに設けた回転継手２６にメインアーム
３の先端近傍を直接強固に固定して、回転継手２
６を第３アーム７に対する支点として、てこ作用
で大きな力をメインアーム３の先端に作用させ得
ると共に、サブアーム２５の他端を、ワーク２９
を塔載した作業ステーシヨン５１の基準部３０に
回転継手３４を介して回転自在に取り付けたもの
である。

第４図に示す第４実施例はサブアーム２５が円
筒座標系を構成し、位置決めおよび反力の分担を
円筒座標で行なうようにしたものである。

上記サブアーム２５は、ワーク２９上の基準部
３０に固定した回転台７１と、回転台７１に立設
した縦アーム７２と、縦アーム７２に摺動自在に
外嵌されたリング７３と、上記リング７３に垂直
に固定したリング７４と、そのリング７４に摺動
自在に嵌合した横アーム７５とからなり、横アー
ム７５の先端に連結部材２７，２８を介してメイ
ンアーム３の先端近傍を連結している。上記連結
部材２７は、両端部の各々を中心として旋回自在
になつている。

第５図〜第７図は他の実施例を示し、エンドエ
フエクターとして溶接機８１を用いたものであ
る。

第５図に示す実施例はサブアーム２５が多関節
構造のものである。

第６図に示す実施例はサブアーム２５が円筒座
標系を構成するものである。

第７図に示す実施例はサブアーム２５が極座標
系を構成するものである。

第８図に示す実施例は、グラインダー、バフ、
メタルソー、ワイヤブラシ等のエンドエフエクタ
ー１５の回転軸が作業対象平面２９ａに平行で、
サブアーム２５の中間部の回転継手８５，８５が
作業対象平面２９ａに垂直で、サブアーム２５が
作業対象平面２９ａと平行な適当な平面内の任意
の点に位置決め可能な自由度を持ち、一方、メイ
ンアーム３の中間部の回転継手８６，８６，８６
が作業対象平面２９ａに平行な回転軸の回りに回
転可能になつているものである。

この実施例は、メインアーム３の動作平面とサ
ブアーム２５の動作平面とが直交するため、反力
および動的負荷に対する抵抗力が大きいという利
点を有する。

第９，１０図に夫々示す各実施例のメインアー
ム３とサブアーム２５は第８図に示すものと同様
の構成をもち、第９図の実施例はドリル、タツ
プ、サンダー、セートル等のエンドエフエクター
９１の回転軸が作業対象平面２９ａと直交するも
のであり、第１０図に示す実施例はエンドエフエ
クターとして、スポツト溶接機９２を用いて、ス
ポツト溶接機９２の往復運動方向に力を加え得る
ようにしたものである。

第１１図の実施例はメインアーム３が円筒座標
系を構成し、メインアーム先端近傍をサブアーム
２５の先端に自在継手で連結したものである。

第１２図の実施例はメインアーム３が極座標系
を構成し、メインアーム先端近傍をサブアーム２
５の先端に自在継手で連結したものである。

なお、エンドエフエクターとは、組立作業等を
行なうマニユプレータも含む概念である。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、この発明のロボ
ツトは、前述の如く構成しているので、運動性を
損なうことなく、大きな反力および動的負荷に耐
えることができ、かつ高い位置決め精度を有す
る。また、この発明によれば、サブアームの一端
を支点として、てこ作用により、メインアームの
先端に大きな力を発生させることが可能となる。
また、サブアームはフレキシブル構造なので、そ
の一端が取り付けられたメインアームの先端の動
作範囲が広くなる。さらにまた、上記サブアーム
は少なくとも一つの回転継手を備え、この回転継
手の軸方向は、反力の方向と一致するので、この
回転継手の部分でのサブアームの剛性が高くな
る。

【図面の簡単な説明】

第１，２，３，４図は、夫々この発明の各実施
例の斜視図、第５，６，７，８，９，１０，１
１，１２図は夫々この発明の他の各実施例の説明
図である。 ３……メインアーム３、１１，１２，１３，２
６，３４，３５，３６，４１……回転継手、１
５，５８，８１……エンドエフエクター、１６，
１７，１８，４１，４３，４６，４７，４８，４
９……アクチユエータ、２５……サブアーム、２
９……ワーク、３０……基準部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンドエフエクターを有する先端をアクチユ
   エータで移動させて位置決め可能なメインアーム
   の先端または先端近傍に、上記メインアームの先
   端の移動を許容するサブアームの一端を取付ける
   一方、上記サブアームの他端を位置決め用基準部
   に取付けると共に、上記サブアームを少なくとも
   一つの回転継手を備えたフレキシブル構造とし、
   かつ、この回転継手の軸方向を上記メインアーム
   先端のエンドエフエクターに作用する反力の方向
   と略一致させたことを特徴とするロボツト。 ２ 上記特許請求の範囲第１項に記載のロボツト
   において、上記サブアームは、軸方向およびそれ
   に直交する一方向に移動自在でかつ旋回自在なア
   ームを備えて、円筒座標系を構成するようにした
   ことを特徴とするロボツト。 ３ 上記特許請求の範囲第１項に記載のロボツト
   において、上記サブアームは回転継手により旋回
   自在なアームと、そのアームに軸方向に移動自在
   に連結したアームとを備えて、極座標系を構成す
   るようにしたことを特徴とするロボツト。 ４ 上記特許請求の範囲第１項に記載のロボツト
   において、上記サブアームは一連の複数のアーム
   を互いに回転継手で連結してなり、この各回転継
   手の回転軸を互いに平行に配置して、上記サブア
   ームの一端の軌跡が平面上に拘束されるようにし
   たことを特徴とするロボツト。 ５ 上記特許請求の範囲第４項に記載のロボツト
   において、上記回転継手の回転軸を、上記エンド
   エフエクターの作業すべき作業対象平面に直交す
   るように配置して、上記サブアームの一端の軌跡
   である動作平面が作業対象平面と平行となるよう
   にしたことを特徴とするロボツト。 ６ 上記特許請求の範囲第４項に記載のロボツト
   において、上記回転継手の回転軸を上記エンドエ
   フエクターの作業対象平面に平行に配置して、上
   記サブアームの動作平面が作業対象平面と直交す
   るようにしたことを特徴とするロボツト。 ７ 上記特許請求の範囲第１項乃至第６項のいず
   れかに記載のロボツトにおいて、上記サブアーム
   の一端に、上記メインアームの先端部または先端
   部近傍を回転継手により取付けて、上記サブアー
   ムにより支持された回転継手をメインアームの支
   点とし、メインアームの先端を力点として、エン
   ドエフエクターにてこ作用で力を加えるようにし
   たことを特徴とするロボツト。 ８ 上記特許請求の範囲第４項乃至第６項のいず
   れかに記載のロボツトにおいて、上記サブアーム
   の一端と、上記メインアームの先端部または先端
   部近傍とを、上記サブアームの一端の軌跡である
   動作平面と平行な回転軸を有する回転継手により
   取付けたことを特徴とするロボツト。 ９ 上記特許請求の範囲第７項または第８項に記
   載のロボツトにおいて、上記メインアームの先端
   にエンドエフエクターを、上記回転継手の回転軸
   と平行な回転軸を有する回転継手を介して取付け
   たことを特徴とするロボツト。 １０ 上記特許請求の範囲第９項に記載のロボツ
   トにおいて、上記メインアームとエンドエフエク
   ターとを連結する回転継手を中心として、エンド
   エフエクターを旋回または回転させるアクチユエ
   ータを備えていることを特徴とするロボツト。 １１ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１０項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記基準部
   にサブアームの他端を旋回または回転自在に取付
   けたことを特徴とするロボツト。 １２ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１１項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記基準部
   は基準点であることを特徴とするロボツト。 １３ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１１項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記基準部
   は基準線であることを特徴とするロボツト。 １４ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１１項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記基準部
   は基準面であることを特徴とするロボツト。 １５ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１０項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記基準部
   はワークまたは作業ステーシヨンに設けたことを
   特徴とするロボツト。 １６ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１５項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記サブア
   ームに基準部を原点として上記サブアームの一端
   の位置を検出するセンサを設けたことを特徴とす
   るロボツト。 １７ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１６項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記サブア
   ームに上記サブアームの一端の姿勢を検出するセ
   ンサを設けたことを特徴とするロボツト。 １８ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１７項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記メイン
   アームは軸方向およびそれに直行する一方向に移
   動自在でかつ旋回自在なアームを備えて、円筒座
   標系を構成するようにしたことを特徴とするロボ
   ツト。 １９ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１７項の
   いずれかに記載のロボツトにおいて、上記メイン
   アームは、回転継手により旋回自在なアームとそ
   のアームに軸方向に移動自在に連結したアームと
   を備えて、極座標系を構成するようにしたことを
   特徴とするロボツト。