JPH0512119B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は多関節ロボツトアームに関する。

＜従来の技術＞ 近年、狭隘空間等において塗装作業、溶接作
業、検査監視作業等の各種作業を行うため、象の
鼻のような柔軟性を有する多関節ロボツトアーム
が開発されつつある。

これら従来の多関節ロボツトアームの動力伝達
方式を大別すると、１ギヤ方式、２ワイヤ方式、
３リンク方式等がある。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが上述の各方式の中で、１ギヤ方式は、
通常各関節毎に動力源であるモータを必要とし、
アームの大重量化につながる。またモータをアー
ムの肩部に集中して配設して各関節部にギヤで動
力を伝達することも考えられるが、この場合はギ
ヤ配列が多くなり、ギヤのバツクラツシ等の技術
的に解消困難な問題が発生する。また、２ワイヤ
方式ではワイヤの伸びによる位置決め誤差が発生
し、且つワイヤと各関節エレメントとの摩擦によ
る動力損失が大きいという問題がある。さらに、
３リンク方式は機構が複雑となるので、製造、保
守の上で問題がある。

本発明はこのような従来の多関節ロボツトアー
ムにおける問題点を解決するものであり、正確な
位置決めができると共に、動力の伝達損失が少な
く、且つ比較的簡単な構成で軽量化を企図し得る
新規な多関節ロボツトアームを提供することを目
的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ この目的を達成するための本発明にかかる多関
節ロボツトアームの構成は、複数の関節体が回動
自在に連結されてなる多関節ロボツトアームにお
いて、前記関節体の回動部において自在継手によ
り連結されると共に駆動源により回転駆動される
シヤフトと、回動部を挟んで相互に連結される部
材間に掛渡されて取付けられると共にその伸縮に
より該両部材の相対角度を規制するねじ機構と、
前記シヤフトと前記ねじ機構との間に介在して該
シヤフトの動力により該ねじ機構を駆動するギヤ
機構とを具えたことを特徴とするものである。

＜作用＞ シヤフトは各関節体の回動部で自在継手を有し
ているので、関節体がどのような回動角度位置に
あつても動力を伝達することができる。シヤフト
の正逆回転によりギヤ機構を介してねじ機構が駆
動され、それによりねじ機構が伸縮して回動部に
おける部材間の相対角度を制御し、これが複数の
回動部において同時に行われるのでアーム全体と
して柔軟なう動きが得られる。

＜実施例＞ 以下本発明の一実施例を図面により詳細に説明
する。

図面は本発明の一実施例にかかり、第１図は多
関節ロボツトアームの正面図、第２図は第１図の
−断面図、第３図は第１図の−断面図、
第４図は第１図の−断面図、第５図は第３図
の−断面図、第６図は関節が曲がつた状態を
表わす第３図の−断面図、第７図は作用説明
図である。

本実施例は第１図に示すように、６個の筒状の
関節体１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１
ｅ，１１ｆを有し、それらを連結部材１２ａ，１
２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅを介して回動自在
に連結すると共に、基端側の第１の関節体１１ａ
はロボツト本体のベースプレート１３に回動自在
に連結する一方、先端側の第６の関節体１１ｆに
は所要の機器が取付けられる先端プレート１４が
回動自在に連結される。すなわち、第２図に示す
ように、ベースプレート１３に突設されたプラケ
ツトにピン１５，１６により第１の関節体１１ａ
の一端がそれらのピン１５，１６の共通軸線を中
心として回動自在に取付けられる一方、第１の関
節体１１ａの他端にはピン１７，１８により第１
の連結部材１２ａの一端がそれらのピン１７，１
８の共通軸線を中心として回動自在に取付けられ
ると共に第１の連結部材１２ａの他端に次の第２
の関節体１１ｂがピン１９，２０によりそれらの
共通軸線を中心として回動自在に取付けられ、こ
のように順次第６の関節体１１ｆまで連結され、
第６の関節体１１ｆの先端に先端プレート１４が
取付けられる。

第２図に示すように、ベースプレート１３には
ブラケツトを介して２個のモータ２１，２２が並
んで取付けられている。これらのモータ２１，２
２のうち、一方のモータ２１が基端側の第１〜第
３の関節体１１ａ，１１ｂ，１１ｃを駆動し、も
う一方のモータ２２は先端側の第４〜第６の関節
体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆを駆動するようになつ
ている。いまモータ２１に関するものから説明す
ると、モータ２１の出力軸に固定された平ギヤ２
３はベースプレート１３にベアリングを介して軸
支されたシヤフト２４の一端に固定された平ギヤ
２５と噛み合つており、モータ２１によりシヤフ
ト２４が回転駆動される。シヤフト２４の他端に
は自在継手２６を介して中間シヤフト２７の一端
が連結されると共に中間シヤフト２７の他端は第
１の関節体１１ａのフランジ部にベアリングを介
して軸支されたギヤシヤフト２８の一端に固定さ
れる。この自在継手２６の関節部は前記ピン１
５，１６の共通軸線上に位置し、第１の関節体１
１ａがベースプレート１３に対して回動しても動
力の伝達が成されるようになつている。また、ギ
ヤシヤフト２８には平ギヤ２９が固定されてお
り、平ギヤ２９は同じく第１の関節体１１ａのフ
ランジ部の中央にベアリングを介して軸支された
シヤフト３０に固定された平ギヤ３１と噛み合つ
ている。

この平ギヤ３１には、第３図、第５図に示すよ
うに、シヤフト３０に関してギヤシヤフト２８と
直角を成す方向にそれぞれ第１の関節体１１ａの
フランジ部に軸支されたギヤ３２，３３が中心部
を挟んで両側から噛み合つている。一方のギヤ３
２には軸方向両側にそれぞれ右ねじナツト付シヤ
フト３４及び左ねじナツト付シヤフト３５が固定
されると共に、他方のギヤ３３には軸方向両側に
それぞれ左ねじナツト付シヤフト３６及び右ねじ
ナツト付シヤフト３７が固定されており、各ナツ
ト付シヤフト３４，３５，３６，３７は第１の関
節体１１ａのフランジ部にそれぞれ軸支されてい
る。各ナツト付シヤフト３４，３５，３６，３７
にはそれぞれねじ付シヤフト３８，３９，４０，
４１がねじ込んであり、ベースプレート１３側の
ねじ付シヤフト３８，４０はベースプレート１３
に前記ピン１５，１６の共通軸線ｄを挟んで両側
に突設されたブラケツト４２，４３にそれぞれ取
付ピン４４，４５を介して連結される一方、第１
の連結部材１２ａ側のねじ付シヤフト３９，４１
は第１の連結部材１２ａに同じく前記ピン１７，
１８の共通軸線d′を挟んで両側に突設されたブラ
ケツト４６，４７にそれ取付ピン４８，４９を介
して連結されている。

また、第２図に示すように、前記ギヤシヤフト
２８の他端にはさらに中間シヤフト５０が固定さ
れると共に、この中間シヤフト５０の他端は自在
継手５１を介して第１の連結部材１２ａのフラン
ジ部に軸支された連結シヤフト５２に連結され
る。また、この連結シヤフト５２の他端は自在継
手５３を介して第２の関節体１１ｂの中間シヤフ
ト５４に連結されている。これらの自在継手５
１，５３も前記自在継手２６と同様にそれぞれピ
ン１７，１８及びピン１９，２０の共通軸線上に
位置している。図示していないが第２の関節体１
１ｂにおいても第１の関節体１１ａに関するもの
と同様な機構を有しており、中間シヤフト５４は
第１の関節体１１ａの中間シヤフト２７に相当し
ている。さらに、第３の関節体１１ｃも同じく第
１の関節体１１ａと同様な機構を有し、これらの
シヤフトの延長が連結されている。従つて、モー
タ２１を駆動することにより基端側の第１〜第３
の関節体１１ａ，１１ｂ，１１ｃが同時に作動さ
れる。

一方、他方のモータ２２の出力軸には第２図に
示すように、同じく平ギヤ５５が固定され、平ギ
ヤ５５はベースプレート１３に軸支されたシヤフ
ト５６の平ギヤ５７と噛み合つている。シヤフト
５６の他端には自在継手５８を介して中間シヤフ
ト５９が連結されると共に中間シヤフト５９の他
端は第１の関節体１１ａのフランジ部にベアリン
グを介して軸支されたシヤフト６０に固定されて
いる。尚、シヤフト６０には前述のギヤシヤフト
２８と異なり、ギヤは取付けられておらず、単に
動力を伝達するのみである。さらに、シヤフト６
０の他端には中間シヤフト６１が固定されると共
に、中間シヤフト６１の他端は自在継手６２を介
して第１の連結部材１２ａのフランジ部に軸支さ
れた連結シヤフト６３に連結される。また、この
連結シヤフト６３の他端は自在継手６４を介して
第２の関節体１１ｂの中間シヤフト６５に連結さ
れている。このように各シヤフトが順次連結され
て第４の関節体１１ｄまで到るが、この間はシヤ
フトは動力を伝達するのみとなつている。一方、
第４〜第６の関節体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆもそ
れぞれ第１の関節体１１ａと同様な機構を有し、
第４〜第６の関節体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆにお
いてはこのシヤフトは各フランジ部に軸支された
ギヤシヤフトを有し、そのギヤシヤフトに固定さ
れた平ギヤが第１の関節体１１ａの平ギヤ３１に
相当する平ギヤと噛み合うようになつている。
尚、このシヤフトに関しても各自在継手５８，６
２，６４等はそれぞれ各部材の回動中心線上に位
置している。従つて、モータ２２を駆動すること
により先端側の第４〜第６の関節体１１ｄ，１１
ｅ，１１ｆが同時に作動される。尚、第２図中、
６６は第５の連結部材１２ｅのフランジ部に軸支
された連結シヤフト、６７は自在継手、６８は中
間シヤフト、６９は第６の関節体１１ｆのフラン
ジ部に軸支されたギヤシヤフト、７０はギヤシヤ
フト６９に固定された平ギヤ、７１はそのフラン
ジ部の中央に軸支されたシヤフト、７２は平ギヤ
７０と噛み合うシヤフト７１に固定された平ギ
ヤ、また７３，７４は第５と連結部材１２ｅと第
６の関節体１１ｆとを回動自在に連結するピン、
７５，７６は第６の関節体１１ｆと先端プレート
１４とを回動自在に連結するピンである。また、
第４図において、７７，７８は先端プレートに突
設されたブラケツト、７９，８０はねじ付シヤフ
ト、８１，８２はそれらを連結するピンである。

一方、これらのモータ２１，２２にはそれぞれ
回転角を検出するエンコーダが内蔵されており、
それらの回転量が検出できるようになつている。
尚、エンコーダはモータ２１，２２に内蔵するか
わりに、例えばシヤフト２４，５６等の回転を検
出するようにしてもよい。

次に、このようなロボツトアームの作用につい
て説明する。先ず、モータ２１の出力軸を左回転
（第１図において左方から見た場合、以下同じ）
させると平ギヤ２５は右回転し、その回転はシヤ
フト３０に伝えられてその平ギヤ３１を左回転さ
せる。平ギヤ３１が左回転すると、それに噛み合
つているギヤ３２，３３を介してナツト付シヤフ
ト３４，３５，３６，３７が全て右回転すること
となる。この時、各ナツト付シヤフト３４，３
５，３６，３７にそれぞれ螺合しているねじ付シ
ヤフト３８，３９，４０，４１は回転不能である
ので、第６図に示すように、右ねじのねじ付シヤ
フト３８，４１は図中左方へ、左ねじのねじ付シ
ヤフト３９，４０は図中右方へ移動する。つま
り、図中上部のねじ付シヤフト３８，３９は共に
ナツト付シヤフト３４，３５から抜き出て行く方
向に伸び移動し、逆に図中下部のねじ付シヤフト
４０，４１はナツト付シヤフト３６，３７に入り
込む方向に縮み移動する。従つて、第１の関節体
１１ａを中心として両側がそれぞれ折れ曲がるこ
とになる。第６図は最大ストロークまで作動させ
た状態を表わしており、本実施例では第１の関節
体１１ａを中心として両側に15度ずつ、合わせて
一つの関節で30度の最大折れ角が得られるように
している。尚、この最大折れ角は必要に応じて適
宜変更することができる。この折れ角はモータ２
１に取付けられたエンコーダから算出することが
可能であり、それを用いて任意の折れ角に制御す
ることができる。また、同様に第２の関節体１１
ｂ、第３の関節体１１ｃにおいても同一方向に折
曲が成される。

一方、モータ２２を駆動すると第４〜第６の関
節体１１ｄ，１１ｅ，１１ｆにおいて同様に折曲
が成される。

ここで、アームがどのように折れ曲がつても、
前述したように各部材の回動中心線上に各自在継
手が位置しているので、各シヤフトにモータ２
１，２２の動力を伝達することが可能である。

いま、例えば第７図のパターンＡに示すような
各関節が真直になつた状態から、モータ２１を駆
動して基端側の第１〜第３の関節体１１ａ，１１
ｂ，１１ｃを最大折れ角まで折曲させるとパター
ンＢに示すようになる。このときの折れ角は30度
×３＝90度となる。この状態からモータ２２を駆
動して先端側の第４〜第６の関節体１１ｄ，１１
ｅ，１１ｆを同方向の最大折れ角まで折曲させる
とパターンＣに示すようになる。次に、モータ２
２を逆回転させて先端側の第４〜第６の関節体１
１ｄ，１１ｅ，１１ｆを上方へ90度折り曲げ、別
に設けた旋回駆動部８３でベースプレート１３を
180度旋回させた状態がパターンＤである。また、
次にモータ２１を逆回転させ元の状態に復帰させ
るとパターンＥとなる。

このように、本多関節ロボツトアームは２個の
モータ２１，２２を用いて、一例として示した第
７図の各パターンＡ〜Ｅのようないろいろな姿勢
に連続的に位置決め保持することが可能であり、
２個のモータ２１，２２を同時に作動させること
で、複雑な経路もたどることができる。従つて、
アームの先端プレート１４に例えばITVカメラ
８４等を搭載することにより、狭隘空間等の作業
者が接近困難な場所の目視検査を行うことがで
き、また、塗装作業機器、溶接作業機器等の各種
作業機器を取付けることにより所要の作業を行う
ことが可能である。

尚、上述した実施例では２個のモータを用いた
６関節のロボツトアームについて示しているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、必要に
応じてモータの数や関節数は適宜変更されるもの
である。

＜発明の効果＞ 以上一実施例を挙げて詳細に説明したように本
発明によれば、回動部に自在継手を有するシヤフ
トで動力を伝達し、その動力を用いてギヤ機構を
介してねじ機構を駆動して各関節部の曲がり角度
を制御しているので、外力に対して剛性が高く、
アームの正確な位置決めが可能となると共に、動
力の伝達損失が少なく、且つ比較的簡単な構成で
軽量化を企図することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例にかかり、第１図は多
関節ロボツトアームの正面図、第２図は第１図の
−断面図、第３図は第１図の−断面図、
第４図は第１図の−断面図、第５図は第３図
の−断面図、第６図は関節が曲がつた状態を
表わす第３図の−断面図、第７図は作用説明
図である。 図面中、１１ａ〜１１ｆは関節体、１２ａ〜１
２ｅは連結部材、２１，２２はモータ、２６，５
１，５３，５８，６２，６４，６７は自在継手、
２７，５０，５４，５９，６１，６５，６８は中
間シヤフト、２８，６９はギヤシヤフト、２９，
３１，７０，７２は平ギヤ、３２，３３はギヤ、
３４，３５，３６，３７はナツト付シヤフト、３
８，３９，４０，４１，７９，８０はねじ付シヤ
フト、５２，６３，６６は連結シヤフトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の関節体が回動自在に連結されてなる多
   関節ロボツトアームにおいて、前記関節体の回動
   部において自在継手により連結されると共に駆動
   源により回転駆動されるシヤフトと、回動部を挾
   んで相互に連結される部材間に掛渡されて取付け
   られると共にその伸縮により該両部材の相対角度
   を規制するねじ機構と、前記シヤフトと前記ねじ
   機構との間に介在して該シヤフトの動力により該
   ねじ機構を駆動するギヤ機構とを具えたことを特
   徴とする多関節ロボツトアーム。