JPH0457685A - 産業用多関節ロボットのアーム駆動機構 - 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、産業用多関節ロボットにおけるアームの駆動
機構に関し、特に、ロボット胴の先端に枢着した第１ア
ームと、その第１アームの先端に枢着した第２アームと
を有した多関節ロポ・ントにおけるロボット作業範囲、
つまり、動作領域の拡張と、又、ロボット作用の過程に
おけるアームの種々の姿勢において周囲環境との干渉を
可及的に回避し得るようにしたアーム駆動機構の改良に
関する。

〔従来技術と発明が解決しようとする課題〕第１、第２
の２つのロボットアームを有した産業用多関節ロボット
において、該アームの駆動機構に平行四節リンクを用い
た構成は周知である。

第８図は従来のアーム駆動機構の１例を示し、第１、第
２のロボットアーム１．２を有した多関節ロボットが第
１アーム１の枢着結合線Ｗ上に設けた第１の駆動モータ
Ｍ１により該Ｗ軸線を中心に揺動可能であり、第２アー
ム２は第２の駆動モータＭ２から、上記Ｗ軸線上に一端
が枢着された主動リンク３とその主動リンク３の他端３
ａと第２アーム２の後方部の一点に枢着された中間リン
ク４を有した平行４節リンク機構を経てＵ軸線回りに俯
仰旋回可能に構成された産業用多関節ロボットのアーム
駆動機構がある。然しなから、この種の平行四節リンク
式アーム駆動機構を備えた多関節産業用ロボットにおい
ては、平行四節リンクの主動リンク３と中間リンク４と
が第１アーム１と重なる上死点位置及び下死点位置に達
したときには、第１、第２アーム１．２のＵ軸上の枢着
結合点における不安定状態が出現し、第２アーム２が第
１アームと一体化する拘束状態が得られなくなり、故に
正確なロボット動作を遂行不可能になる問題点がある。

このことは、第１アーム、第２アーム１．２を有した多
関節ロボットの動作領域は、第１１図（イ）〜（ホ）に
示すように、第１アーム１、第２アーム２、主動リンク
３、中間リンク４とが常に、平行四辺形を成す姿勢でロ
ボット動作を行う必要が生ずる結果となる。つまり、第
１１図（ハ）に示すように、第１アーム１に対して第２
アーム２が完全に伸長した状態で第１アーム１と第２ア
ームとを一体化して旋回動作させることが困難となり、
故に、動作領域の半径が、両アーム１．２の長さの和よ
り小さくなると言う欠点がある。

他方、第９図は上述のような平行四節リンクを用いない
で、第１アーム１１はロボット胴９に対してＷ軸上に設
けられた駆動モータＭｗから減速機Ｒｗを介して回転駆
動されることにより、Ｗ軸回りに揺動駆動され、この第
１アーム１１の先端にＵ軸回りに枢着結合された第２ア
ーム１２はＵ軸上に設けられた駆動モータＭｕ、減速機
Ｒｕを介して直接駆動され、Ｕ軸回りに俯仰旋回するモ
ータによる直接駆動型の機構を示している。この種の直
接駆動型のロボットでは、特に、第１アーム１１、第２
アーム１２の動作範囲が大きく取れる利点がある反面、
第２アーム１２やその駆動モータＭ　ｕ　、減速機Ｒｕ
等が第１アーム１１の駆動モータＭｗに直接、重力負荷
として作用する点、更に、加速時や減速時に第２アーム
１２の系から第１アーム１１の駆動モータＭｗに影響す
る動的負荷が第２アームの姿勢、位置に依って変動し、
故に、第１アーム１１の駆動モータＭｗは変動性の動的
負荷に対して予め充分な余裕を見込んだ性能を有するモ
ータによって形成しなければならない点等の問題点があ
り、特に、第１アーム１１と第２アーム１２が直線状に
伸長した姿勢状態では、第１アーム１１の駆動モータＭ
ｗにおよぶ負荷が平行四節リンクを用いた多関節ロボッ
トのアーム駆動機構よりも大幅に大きくなる欠点がある
。

また、平行四節リンクを用いた従来の多関節ロボットと
して、第１０図に示すように、ロボット胴１９の先端１
９ａを前方へオフセット（実線図示のロボット胴１９と
点線図示のロボット胴１９″の中心差Ｆがオフセット量
に相当する）させた先端に形成し、このオフセット先端
１９ａに第１アーム２１の下端を枢着結合し、主動リン
ク２３、中間リンク２４を備えた平行四節リンクを第１
アーム２１と第２アーム２２との後方部に設けた駆動リ
ンク機構の構成も周知である。このオフセ・ノド構造を
有したアーム駆動機構は、第２アーム２２の後端側に後
方領域における動作時に周囲環境との機械的干渉を可及
的に回避するために、主動リンク２３と第１アーム２１
との枢着結合点をロボット胴１９のオフセット先端１９
ａに変位させる構成を取ったものであるが、上記後方領
域におけるロボット動作範囲、つまり動作領域は縮小さ
れてしまう欠点があり、また、図示の姿勢のように、第
１アーム２１を後方領域に揺動させた姿勢状態にして後
方領域でロボット作業を遂行するとき、前方領域では第
２アーム２２の先端、つまりロボット手首（図示なし）
の装着部がロボット胴１９のオフセット先端１９ａと干
渉を起こし易い等の欠点がある。

依って、本発明の主たる目的は上述した従来の第１、第
２アームを備えた産業用多関節ロボットのアーム駆動機
構に伴う問題点を解決し、かつ、欠点の解消を図った産
業用多関節ロボットのアーム駆動機構を提供せんとする
ものである。

本発明の他の目的は、従来から採用されていた上述のご
とき、多関節ロボットのアーム駆動機構における平行四
節リンク型駆動機構と直接駆動型アーム駆動機構との両
者の利点を生かした構成を実現した改良型の産業用多関
節ロボットのアーム駆動機構を提供せんとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段と作用〕

本発明は、平行四節リンクからなる多関節型ロボットの
アーム駆動機構において、リンク部材又はカム機構を上
記平行四節リンク内部に追加することにより、平行四節
リンクの上死点位置や下死点位置における第１アームに
対する第２アームの不安定姿勢を解消するようにし、故
に、第１アームと第２アームとを完全に伸長した姿勢で
、第１アームの旋回に伴い第２アームも一体に旋回し得
るようにしてロボット作業範囲、つまり、動作範囲の増
大を図り得るようにし、かつ、第１、第２アームの動作
領域における周囲環境との干渉を回避できるようにした
ものである。

即ち、本発明によれば、ロボット胴に枢着結合された第
１のアームと、その第１のアームの先端に枢着結合され
た第２のアームと、前記第１、第２のアーム間に掛け渡
された２つの主動、中間リンク部材を具備して該第２の
アームに駆動力を伝達する平行四節リンクとを具備した
産業用多関節ロボットのアーム駆動機構において、 前記平行四節リンクにおける前記主動、中間リンク部材
が、前記第１アームの軸線に重なる上死点及び下死点の
少なくとも上死点位置で前記中間リンク部材と前記第１
アームとの間に前記第１、第２アームの枢着結合点を拘
束して該第１アームと第２アームとを一体的に旋回駆動
可能にする拘束手段を設けたことを特徴とする産業用多
関節ロボットのアーム駆動機構が提供されるのである。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳
細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る産業用多関節ロボットのアーム
駆動機構の１実施例を示す正面図、第２図は同実施例の
ロボットの第１、第２のアームが上方へ伸長した状態に
おける正面図、第３図は第２図の■−■矢視方向から見
た側面図、第４図は本発明に係る産業用多関節ロボット
のアーム駆動機構の他の実施例を示す正面図、第５図は
同実施例のロボットの第１、第２のアームが上方へ伸長
した状態における正面図、第６図は第５図のＶｌ　−■
矢視方向から見た側面図、第７図（イ）〜（へ）は、上
記第１の実施例によるアーム駆動機構を備えた産業用多
関節ロボットの動作領域を示した説明図である。第１〜
第３図を参照すると、本発明に係るアーム駆動機構を具
備した産業用多関節口ポットは、最下部にベース３１を
有し、このベース３１上にロボット胴３２を立設させ、
該ロボット胴３２の上端に形成された枢着結合部３２ａ
に第１のロボットアーム３３が枢着結合されている。

この第１のロボットアーム３３は第１図では上方に延長
し、該第１０ボツトアーム３３の先端に設けられた枢着
結合部３３ａに、第２のロボットアーム３４の最後端が
枢着結合されている。第１のロボットアーム３３の枢着
結合部３２ａにおける揺動々作がＷ軸動作であり、又、
第２０ボツトアーム３４の枢着結合部３３ａにおける俯
仰旋回運動がＵ軸動作である。第２のロボットアーム３
４の先端にはロボット手首３５が取付られている。

さて、ロボット胴３２と第１０ボツトアーム３３が枢着
結合される枢着結合部３２ａから第２０ボツトアーム３
４の伸長方向側に主動リンク３６が突出され、この主動
リンク３６の先端の枢着結合部３６ａに中間リンク３７
が枢着されている。

中間リンク３７は第１０ボツトアーム３３と平行に延長
し、第２０ボツトアーム３４の後方部の枢着結合部３７
ａにおいて該第２０ボツトアーム３４に枢着されている
。即ち、主動リンク３６、中間リンク３７は第１０ボツ
トアーム３３、第２０ボツトアーム３４に枢着結合部３
２ａ、３６ａ、３７ａで枢着された構造により、平行四
節リンク機構３８を形成しているのである。そして、第
３図に図示のように、枢着結合部３２ａのＷ軸上には左
右に分離して第１０ボツトアーム３３を直接駆動する駆
動モータＭｗが減速機を介して結合され、又、第２０ボ
ツトアーム３４を上記平行四節リンク機構３８を介して
駆動する駆動モータＭｕが結合されている。つまり、駆
動モータＭｕが出力する回転駆動力により主動リンク３
６が枢着結合部３２ａのまわりに旋回駆動されると、中
間リンク３７を介して該駆動力が第２０ボツトアーム３
４のＵ軸動作を起動させるアーム駆動機構の構成となっ
ている。しかも、本発明によれば、上記平行四節リンク
機構３８を駆動力伝達用の主リンクとし、かつ、中間リ
ンク３７の略中間点におき、枢着結合部３６ａと３７ａ
とを結ぶ該中間リンク３７上の線から第１０ボツトアー
ム３３側に変位した位置に枢着結合部３９ａを有した第
２の中間リンク３９が主動リンク３６と平行に且つ、等
長を有して設けられており、その他端は第１０ボツトア
ーム３３に設けた枢着結合部３９ｂに枢着結合されてい
る。このように第２の中間リンク３９を主リンクの中間
リンク３７と第１０ボツトアーム３３との間に設け、主
動リンク３６、中間リンク３７の下方部、第２の中間リ
ンク３９、第１０ボツトアーム３３の下方部との四節か
ら成る副リンク４０を設けると、第２図に示すように、
平行四節リンク３８からなる主リンク側が上死点位置に
達しても副リンク４０側が、第２図に破線図示した平行
四辺形状の剛節リンクを形成し、従って、第２０ボツト
アーム３４は主リンク側が上死点状態にあって両アーム
３３．３４の枢着結合部３３ａにおける剛性が低下して
いても副リンク側を介して両者は第１０ボツトアーム３
３のＷ軸回りの運動時に第２０ボツトアーム３４も一体
となって枢着結合部３２ａを中心に揺動旋回を行うこと
ができるのである。つまり、副リンク４０は主リンク側
が上死点位置にあるとき、第２０ボツトアーム３４を第
１０ボツトアーム３３に対して拘束するように機能し、
第２０ボツトアーム３４のふらつきを阻止する。故に、
従来、平行四節リンクを有した多関節ロボットの泣き所
とされていた死点位置におけるロボット動作機能の制御
性の喪失が解消され、本実施例から明らかなように、第
１、第２０ボツトアーム３３．３４を有した多関節ロボ
ットが、平行四節リンク機構３８を有したアーム駆動機
構を具備しながら、第９図に示した従来の直接駆動型多
関節ロボットの第１、第２０ボツトアームと同様な大き
な動作半径を有した広い動作領域に渡ってロボット作業
を遂行できのである。

なお、上述の説明は、平行四節リンク３８からなる主リ
ンクが上死点位置における安定した動作制御性に就き説
明したが、主リンクが下死点状態に在るときも、同様に
副リンク４０が第１、第２０ボツトアーム３３．３４間
を拘束し得ることは理解できよう。実際のロボット作業
上の観点からは、上死点位置におけるロボット動作性能
が確保されれば、広い動作領域に渡り多関節ロボットが
ロボット制御装置による制御指令に従って安定した動作
を達成でき、所望のロボット作業を遂行できる。

第４図から第６図は、本発明に係る他の実施例として、
上死点位置におけるロボットアームの動作の安定した制
御性を確保する構成を有したアーム駆動機構を備える多
関節ロボットの例を示している。

第４図〜第６図において、前述した実施例と同様なロボ
ットの基本構造部、つまり、ベース、ロボット胴、第１
、第２０ボツトアーム、平行四節リンク等は同参照番号
で示しである。

本実施例では、主リンクを成す平行四節リンク３８にお
ける中間リンク３７の中間部におき、該中間リンク３７
の上下の枢着結合部３６　ａ　、３１ａを結ぶ線から第
１０ボツトアーム３３側に変位して位置４１ａを回転中
心とした回転ローラ形状のカムフォロワー要素４２を設
け、かつ、平行四節リンク３８からなる主リンク側が第
５図に示す上死点位置に達したときに、同カムフォロワ
ー要素４２が第５図に図示された運動軌跡Ｐ（主動リン
ク３６の長さｒを半薪る円形軌跡である）をたどって第
１０ボツトアーム３３に設けられた一対の案内カム４３
ａ、４３ｂの間に挟持されるように構成されている。こ
のように、案内カム４３ａと４３ｂ、カムフォロワー要
素４２を設けた構成により、主リンク側が上死点位置に
あり、第１０ボツトアーム３３と第２０ボツトアーム３
４との枢着結合部３２ａにおける剛性が低下したとき、
案内カム４３ａ、４３ｂにカムフォロワー４２が挟持さ
れることにより、主リンク側の中間リンク３７を介して
第１、第２０ボツトアーム３３．３４が拘束され、故に
、第１０ボツトアーム３３が駆動モータＭｗによりＷ軸
回りに揺動されるとき、第１０ボツトアーム３３も枢着
結合部３２ａから第１０ボツトアーム３３と平行ないし
一直線となるように伸長した状態で一体となってＷ軸ま
わりに旋回可能となる。つまり、多関節ロボットが上死
点位置でもアームの動作制御性を喪失することなく、安
定したロボット動作を奏することができるのである。な
お、上記の案内カム４３ａ、４３ｂは適宜の取付手段、
例えば、ボルトねし等により第１０ボツトアーム３３の
所定の位置に取付られている。

第７図は上述した本発明に係るアーム駆動機構を具備し
た多関節ロボットのうち、第１の実施例に係るロボット
を代表例として示した第１、第２０ボツトアーム３３．
３４の動作過程と動作領域とを図示したものである。第
７図の（イ）は、第１、第２０ボツトアーム３３．３４
によりロボットベース３１の近傍位置で該第２０ボツト
アーム３４の先端に手首３５を介して装着されたエンド
エフェクタで所望のロボット動作を遂行する姿勢位置を
しめし、平行四節リンク３ト如から成る主リンクの主動
リンク３６はロボット胴３２に重なる位置に来ている。

この状態から平行四節リンク３８の作用で第２０ボツト
アーム３４が枢着結合部３２ａの回りにＵ軸旋回され、
第１０ボツトアーム３３もＷ軸回りに旋回すると、第７
図（ロ）で示す位置に達することができる。この状態か
ら更に、第２０ボツトアーム３４を主リンクが上死点位
置に来るまでＵ軸動作したすると、第１、第２のロボッ
トアーム３３．３４は最大長まで伸長し、第７図の（ハ
）に示す位置に達する。つまり、この最大製位置から内
側の動作領域内の各位置には第１、第２０ボツトアーム
３３．３４が夫々Ｗ軸、Ｕ軸回りに旋回して到達可能な
領域となる。そして、（ハ）の上死点位置においても本
発明に係る副リンク４０が作用して両アームは一体動作
可能な状態にあるので、状態（ハ）から（ニ）まで両ア
ーム３３．３４は一体と成ってＷ軸動作を遂行できる。

その後、第２０ボツトアーム３４を再び、主リンクの作
用でＵ軸旋回させれば、状態（ホ）、（へ）へ移行する
ことができる。すなわち、第７図にうちわ形の外周を有
して図示された動作領域内のどの位置にも第１、第２０
ボツトアーム３３．３４がＷ軸、Ｕ軸動作の組み合わせ
て到達可能となる。この動作領域は、明らかに第１１図
に示した従来の平行四節リンクを有した多関節ロボット
の動作領域に比較して大幅に拡大されていることがわか
る。

しかも、上述した説明による本発明の２つの実施例から
も明らかなように、本発明では、平行四節リンク３８が
第１、第２０ボ・ノドアーム３３．３４が枢着結合部３
２ａの点に関して中心角１８０゜以内で両者間に挟む動
作領域の内部に主動リンク３６、中間リンク３７、第２
中間リンク３９、カムフォロワー４２等を有し、第２０
ポ・ノドアーム３４の後方領域には何らの突出部材を有
しないアーム駆動機構を構成しているので、第７図に示
す広大な動作領域に渡って第１、第２０ロボットアーム
３３．３４が動作する過程においても、動作対象と反対
側に在る周囲環境と干渉を起こすような危惧は無いと言
う利点を有しているのである。

つまり、１台の多関節ロボットにより網羅することので
きる作業領域を大きくとれ、しかもその領域内において
動作対象に所定のロボット作業を遂行している間にロボ
ット機体の一部が機体後方の機器類に接触する等の不利
は無く、僅かに、機体自体との接触があるロボット胴周
囲の領域だけを不使用領域とする極めて有用性の高い多
関節ロボットが得られるのである。

〔発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、２つ
の枢着結合されたロボットアームを備えた多関節ロボッ
トのアーム駆動機構において、上死点位置や下死点位置
等における制御性を喪失ごとの無い広い動作領域を備え
た多関節形ロボットかえられ、しかも、動作過程に周囲
環境との干渉が極力低減された多関節形ロボットが得ら
れるのである。つまり、第２０ボツトアームのＵ軸動作
は平行四節駆動リンクを介して駆動され、しかも上死点
、下死点位置における動作制御性を失うことなく、かつ
、第１、第２０ボツトアームの両者を直接、駆動モータ
で駆動する直接駆動形の多関節形ロボットと同様な広い
動作領域を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る産業用多関節ロボットのアーム
駆動機構の１実施例を示す正面図、第２図は同実施例の
ロボットの第１、第２のアームが上方へ伸長した状態に
おける正面図、第３図は第２図の■−■矢視方向から見
た側面図、第４図は本発明に係る産業用多関節ロボット
のアーム駆動機構の他の実施例を示す正面図、第５図は
同実施例のロボットの第１、第２のアームが上方へ伸長
した状態における正面図、第６図は第５図の■−■矢視
方向から見た側面図、第７図（イ）〜（へ）は、上記第
１の実施例によるアーム駆動機構を備えた産業用多関節
ロボットの動作領域を示した説明図、第８図は従来の平
行四節リンク機構を有した多関節ロボットの構成を示す
部分斜視図、第９図は従来の直接駆動形の多関節形ロボ
ットのアーム駆動機構を示す略示部分斜視図、第１０図
は従来の平行四節リンクをアーム駆動機構として具備し
た多関節形ロボットの後方部の干渉を回避するオフセッ
ト構造を説明した略示正面図、第１１図は、従来の平行
四節リンクから成るアーム駆動機構を有した多関節形ロ
ボットの動作領域を示す説明図。 ３１・・・ベース、３２・・・ロボット胴、３３・・・
第１０ボツトアーム、３４・・・第２０ボツトアーム、
３６・・・主動リンク、３７・・・中間リンク、３８・
・・平行四節リンク、３９・・・第２の中間リンク、４
０・・・副リンク、４２・・・カムフォロワー、４３ａ
、４３ｂ・・・カム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット胴に枢着結合された第１のアームと、その
   第１のアームの先端に枢着結合された第２のアームと、
   前記第１、第２のアーム間に掛け渡された２つの主動、
   中間リンク部材を具備して該第２のアームに駆動力を伝
   達する平行四節リンクとを具備した産業用多関節ロボッ
   トのアーム駆動機構において、 前記平行四節リンクにおける前記主動、中間リンク部材
   が、前記第１アームの軸線に重なる上死点及び下死点の
   少なくとも上死点位置で前記中間リンク部材と前記第１
   アームとの間に前記第１、第２アームの枢着結合点を拘
   束して該第１アームと第２アームとを一体的に旋回駆動
   可能にする拘束手段を設けたことを特徴とする産業用多
   関節ロボットのアーム駆動機構。 ２、前記平行四節リンクを主リンク機構とし、前記拘束
   手段は、前記中間リンク部材と主動リンク部材との枢着
   結合点と前記中間リンク部材と前記第２アームとの枢着
   結合点とを結ぶ線から変位した該中間リンク部材上の点
   から前記第１アームに掛け渡され、かつ前記主動リンク
   部材と等長の第２の中間リンクを有した副リンク機構で
   ある請求項１に記載の産業用多関節ロボットのアーム駆
   動機構。 ３、前記拘束手段は、前記第１のアームに設けた案内カ
   ム手段と、前記中間リンク部材と主動リンク部材との枢
   着結合点と前記中間リンク部材と前記第２アームとの枢
   着結合点とを結ぶ線から変位した該中間リンク部材上の
   点に設けたカムフォロワーとから成る請求項１に記載の
   産業用多関節ロボットのアーム駆動機構。 ４、前記平行四節リンク機構における主動、中間リンク
   部材は、前記第１アームと該第１アームの先端に前記第
   ２アームの後端を枢着結合してなる該第１、第２アーム
   とが囲む１８０°の中心角以下の領域内に設けられ、前
   記ロボット胴と前記第１アームとの枢着結合点に設けら
   れた第２アームの駆動モータからの回転駆動力を該第２
   アームに伝動するように設けられている請求項１に記載
   の産業用多関節ロボットのアーム駆動機構。