JPH07273B2

JPH07273B2 - ロボツトマニピユレ−タ

Info

Publication number: JPH07273B2
Application number: JP60503070A
Authority: JP
Inventors: セルジオエヌシムノヴイツク
Original assignee: セルジオエヌシムノヴイツク
Priority date: 1984-06-14
Filing date: 1985-06-13
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: CA1259643A; DE3585594D1; EP0182907A4; ATE73375T1; WO1986000039A1; EP0182907A1; US4569627A; JPS61502322A; EP0182907B1

Description

【発明の詳細な説明】本出願は、1980年10月６日出願の米国特許出願第194,35
2号の一部継続出願である1983年３月10日出願の米国特
許出願第472,205号の一部継続出願である。

A.発明の分野本発明はロボット工学装置に関し、特に、ロボット式位
置決め等のためのロボットマニピュレータに関する。

B.発明の背景ロボット式位置決め機械の代表的なものとして関節アー
ムがあり、このアームは、種々の装置の部品を取扱い及
び組立てるために、定められた容積内を移動する。これ
ら機械は、なかんずく自動組立ておよび数値制御機械加
工のような種々の目的に用いられる。ますます高まる傾
向として、かかる機械はディジタルコンピュータのよう
な装置の制御の下に置かれ、このコンピュータは、上記
アームに取付けられたマニピュレータ部材の位置及び方
向を制御する。かかる機械の例は、K.ナクラ（K.NAKUR
A）等に対する1976年10月12日発行の米国特許第3,985,2
38号及びティー・エイチ・スタックハウス（T.H.Stackh
aus）に対する1978年１月17日発行の米国特許第4,068,5
36号に示されている。これらマニピュレータは、本質的
に、複数の関節式及び滑動式の継手を組込んだ片持ちア
ームであり、空間内で必要な動作を行なうようになって
いる。

かかる機械のいくつかのより重要な特性として、その荷
重支持能力、その最大作動速度（これは、大部分、この
機械の慣性の関数である）、及びこの機械の簡単性があ
り、この簡単性は、その使用の容易さに影響を与えるだ
けではなく、更にその価格に直接影響を与える。現在市
販の多くのマニピュレータ、特に片持ちアーム型のマニ
ピュレータの荷重支持能力は、マニピュレータ自体の重
さに関連して大巾に制限されているのが屡々である。ま
た、これらマニピュレータの構造は、並進的及び回転的
の高い慣性モーメントを生じさせるようになっており、
その結果、マニピュレータの加速、従ってまたマニピュ
レータ自体の最大速度が必然的に制限される。また、そ
の複雑性の結果、価格が高くなり、信頼性が低下し、従
って「稼動不能時間」が増大するのが屡々であり、また
これら機械を駆動するための制御機構の複雑性が増大す
るのが屡々である。

発明の簡単な説明従って、改良されたロボットマニピュレータを提供する
ことが本発明の目的である。

更に、簡単且つ効率的な設計のロボットマニピュレータ
を提供することが本発明の目的である。

本発明の他の目的は、マニピュレータの可動部分が該マ
ニピュレータの運ぶことのできる荷重に関して比較的低
い慣性を有しているようなロボットマニピュレータを提
供することである。

本発明の更に他の目的は、マニピュレータヘッドを所望
の位置に位置決めするのに必要な計算を最少にする構造
を有するようなロボットマニピュレータを提供すること
である。

本発明によれば、ロボット組立体等のための関節構造体
は３つのアームを有し、その各々は、対応のアームと横
向きの平面と平行な第１及び第２の軸線中心に、及びこ
の平面と横向きの第３の軸線中心に、フレーム上に回転
自在（このフレームに対して）に取付けられている。好
ましい実施例においては、上記第１及び第２の軸線は上
記アームの縦軸線と横向きの（そして好ましくはこれと
垂直の）平面内に在り、上記第３の軸線は上記（縦の）
アーム軸線と一致する。これは、上記アームを所定の位
置に位置決めする際に必要な計算を簡単化するという利
点を有す。他の実施例においては、この実施例について
説明する理由のために、これら軸線のうちの１つまたは
それ以上のものが上記横向き平面からずれている。

各実施例において、上記アームの終端は、工具の取付け
のためのコネクタヘッドを含むコネクタを支持する連結
装置となっている。上記ヘッドは１つまたはそれ以上の
アーム軸線中心に回転（各アームに対して）するように
取付けられており、上記軸線は、各アームに対して、対
応のアームと横向きの第２の平面と平行な第１及び第２
の軸線並びに上記第２の平面と横向きの第３の軸線から
なっている。上記コネクタヘッドの（従って上記コネク
タヘッドによって支持される全ての工具または部品の）
位置及び方向は、各アームの縦伸長により、及び、上記
アーム軸線に、従ってまた上記フレームに対する上記コ
ネクタヘッドの制限的回転によって決定される。上記の
伸長及び回転は、使用者からの指令または制御入力に応
答する制御部材（例えばモータ）により、及び構造的相
互連結によって行なわれる。好ましい実施例において
は、回転制御部材はアームとフレームとの間に介装さ
れ、そして、制御入力に応答して制御された回転がヘッ
ドに与えられ、該ヘッドを上記アームとともに所与の軸
線中心に、通例は上記アームと一致する軸線中心に回転
させる。他の実施例においては、回転制御部材はアーム
とコネクタヘッドとの間に介装される。後者の実施例
は、高速穿孔作業または比較的軽い工具を大きな容積に
わたって移動させることを必要とする作業のような若干
の型式の作業に対して特に有用である。

他の好ましい実施例においては、コネクタヘッドは、各
アームに対するその回転軸線が共通点において交差する
ように取付けられており、これにより、この機構の並進
的及び回転的の位置方程式を切り離し、これにより、上
記コネクタの位置は各アームの縦伸長によるのみで決定
され、その角度的方向は各アームの角度的方向によって
主として決定される。これは、上記コネクタヘッドの位
置、方向及び速度に対する上記アームの伸長及び回転及
びその速度に関する運動方程式を有意的に切り離す。こ
れは、この機構を制御するのに必要な計算上の労力を低
減させ、従ってまた、この機構の価格及び複雑性を低減
させる。例えば、上記コネクタの位置的及び角度的の速
度を対応のアームの速度から計算する際には、上記コネ
クタの移動中、計算を繰返し行なわなければならないの
であるが、これは、６×６のマトリックスの反転から３
×３のマトリックスの反転へと計算の仕事を低減させ
る。

同様に、好ましい実施例においては、駆動モータが、各
アーム上に、フレームに対するその連結点に隣接して取
付けられて各アームを縦に伸長及び回転させ、これによ
り、コネクタヘッドを所望の位置に所望の方位で位置決
めするようになっている。上記駆動モータのこの配置
は、上記コネクタの付近からモータ（従ってまたその重
量）を除去するので、この機構の慣性を著しく減少さ
せ、これにより、その応答時間を最小にする。しかし、
若干の用途においては、コネクタヘッドに取付けた工具
の方向を、該コネクタ自体において、そしてアーム回転
とは独立に制御することが望ましい。例えば、加工物に
穿孔すに際には、ドリルモータをコネクタヘッドに取付
け、そしてドリルビットをロボットのフレームに対して
回転させる。この場合には、アームの一つを介するドリ
ルビットの急速回転は、コネクタ自体において回転を制
御することと比べて、望ましさが少ない。これは、アー
ムのうちの一つのその縦軸線中心の回転を制限し、これ
により、ドリルの作動に必要な反動トルクを提供するよ
うにすることを必要とする。かかる場合には、ドリルハ
ウジングをコネクタ構造自体に取込み、アームに対する
コネクタの２つだけの回転自由度を、即ち、アームのう
ちの一つのものの縦軸線と横向きの軸線中心であるがこ
のアームと一致する軸線中心ではない回転を与えるよう
にする。

同様に、種々の他の用途においては、コネクタヘッドの
角度的方向を、該ヘッド自体に取付けた制御手段によっ
て制御することが望ましいと認められる場合がある。例
えば、大きな容積にわたる運動が必要な場合（例えば、
大形の部品の輪郭描きの場合、自動車車体のような大形
の塗装の場合等）には、アームは長いことが必要であっ
て従って重くなり、そのために、コネクタを方向づけす
るように上記アームを回転させるのにかなりのトルクを
必要とする。かかる場合には、１つまたはそれ以上のモ
ータを介してコネクタをアームに連結することによって
方向づけを行なうことができ、上記モータがコネクタヘ
ッドを所定のアームに対して所望量だけ回転させる。し
かし、これは、コネクタ自体における重量の増大という
犠牲において行なわれる。

本明細書に記載する本発明は、使用者が空間におけるコ
ネクタヘッドの角度的方向づけを行なうことができるよ
うにするものである。これは、各アームと関連してお
り、共通平面と平行でない１組の軸線に対してヘッドの
方向づけを行なうことによってなされる。これら軸線
は、１つのねじれ軸線、及びこのねじれ軸線と横向きの
１対の軸線である。最も簡単な場合においては、このね
じれ軸線は単にアームの縦軸線である。本明細書に記載
する他の場合においては、このねじれ軸線はアームから
ずれている。最も一般的には、所与の機械的アームと関
連するねじれ軸線は上記アームに対して固定した方向を
保持する。しかし、若干の場合においては、以下に詳細
に説明するように、一つのアームの該アームに対するね
じれ軸線の方向は、コネクタヘッドが点から点へ移動す
るにつれて変化する。

更に詳細には、本明細書において詳述するように、フレ
ームに対するコネクタヘッドの所望の方向は、少なくと
も３つのアーム軸線中心の上記ヘッドの回転を制御する
ことによって定められる。この制限は、このように制限
される各軸線に対して、使用者指令式の制御手段によっ
て上記軸線中心のヘッドの回転を積極的に制御すること
により、または、上記軸線中心のその回転を構造的に妨
げることによって行なわれる。

三点（「三脚」）取付け機構をアームに対して用いる。
これは、かなりの荷重を高速で移動させることのできる
強固な構造を提供する。

この設計は、いくつかの相異なる自由度のいずれに対し
ても実施容易であり、特定の要求に適応することができ
る。即ち、本明細書に記載する好ましい実施例は６つの
自由度（３つは並進的、３つは回転的）を有するが、こ
れらのうちの任意の１つまたはそれ以上のものを簡単に
束縛し、所与の目的に特に適応するマニピュレータを提
供することができる。例えば、本質的に平らな面上に部
品を組立てる際には、加工物平面に対してヘッドの方向
を変化させることが必要である。この場合には、マニピ
ュレータの好ましい実施例は、アーム軸線のうちの２つ
を中心とするヘッドの回転を構造的に妨げるかまたは制
御可能に制御し、これにより、上記ヘッドを抑制して作
業平面との固定した方向（フレームに対して）を保持さ
せるように構成される。また、各アームは他の各アーム
と本質的に同じであり、従って、多量組立方式で、比較
的経済的に、高度に臨界的な公差なしに、及び制限され
た個数の相異なる構成部材でこの機構を構成することが
できる。

発明の詳細な説明本発明の上記及び他の特徴及び目的は、添付の図面を参
照すれば、本発明についての以下の詳細な説明からより
容易に理解される。図面において、第１図は本発明に従って構成されたロボットマニピュレ
ータの斜視図、第２図は図示のために一部を截除して示す第１図のマニ
ピュレータヘッドの斜視図である。

第３図はアームのための一つの型式の駆動手段の図、第４図は、コネクタの水平掃引を変化させるためにこの
構造体のアームのうちの２つをその取付けジンバルから
横にずらしてある本発明の他の実施例、第５図は穿孔に用いる場合を示す本発明の更に他の実施
例の図、第６図は、コネクタヘッド自体に配置された制御装置に
よるコネクタの回転的方向の制御を示す本発明の更に他
の実施例の図である。

第１図において、フレーム10は、基部12、垂直軸受台1
4、16、及び三角形プラットホーム18を有す。ジンバル
取付台20、22及び24が軸受台14、16及びプラットホーム
18にそれぞれ固定されている。ジンバル取付台20は第１
のヨーク26を有し、該ヨーク内には第２のヨーク28が垂
直ピボット30によって回転可能に取付けられている。電
気モータ32がヨーク28内にピボット34によって回転可能
に取付けられており、第２のモータ36のフレームがモー
タ32の軸にこれとともに回転するように取付けられてい
る。

伸長可能アーム部52を有するアーム50がモータ36の軸と
同心的に取付けられている。アーム部52は、中央が穴あ
けされて内部がねじ切りされた後部53を有し、これに、
モータ36の軸上に形成されて対応的にねじ切りされたね
じ55がねじ込まれるようになっている。アーム50の内壁
に連結されたピン57がアーム52内の縦スロット59に入り
込み、アーム50に対するアーム52の回転を妨げている。
モータ32及び36の形式の制御部材は、好ましくは上記モ
ータに種々の位置及び回転の駆動指令を与えるためのコ
ンピュータを含んでいる制御装置（図示せず）に接続さ
れている。各モータは、好ましくは、独立に賦勢され
る。モータ32はアーム52の角度的方向を制御し、モータ
36はその縦伸長を制御する。

同様に、ジンバル22は、これから延びるアーム54及び伸
長可能アーム部56を有し、ジンバル24は、これから延び
るアーム58及び伸長可能アーム部60を有す。ジンバル2
2、24の構造並びにその付属のアームの並進及び回転の
駆動装置はジンバル20の構造及びその対応の駆動装置と
同様であり、従ってこれらについては詳細には説明をし
ない。

第１図に示すように、各アームは３つの軸線中心に上記
フレームに対して自由に回転する。これらのうちの第１
のものは、各アームの縦軸線、例えば、アーム54、54に
対する軸線「ａ」、アーム58、60に対する軸線「ｅ」、
及びアーム50、52に対する軸線「ｃ」からなっている。
第２及び第３の軸線は、それぞれのピボットによって形
成される互いに交差する軸線からなっており、そして、
これら自体は、対応のアーム軸線と横向きのそれぞれの
平面を形成するかまたは該平面と平行になっている。ア
ーム52、56及び60の終端は、第２図に詳細に示すヘッド
62となっている。ヘッド62は、内部部材64、中間部材6
6、及び外部部材68を有す。部材64と66とは玉軸受70に
よって分離されており、部材66及び68は玉軸受72によっ
て分離されている。工具を取付けるためのコネクタ74
（第２図）が内部部材64にしっかりと連結され、部材6
6、68とは独立に部材64とともに回転するようになって
いる。

アーム52は継手ブラケット80によって外部ヘッド部材68
に取付けられており、上記ブラケットは、一端がアーム
52に固着され、他端は軸受ピン82を中心として回転可能
に区着されている。同様に、アーム60は連結ブラケット
86によって中間ヘッド部材66に連結されており、上記ブ
ラケットは、一端がアーム60にしっかりと取付けられ、
他端は軸受ピン88を中心として回転可能に枢着されてい
る。従って、コネクタヘッド74は、アーム52に対して、
内部部材64の回転軸線と同心の第１の軸線「ｈ」中心
に、及び軸受ピン82の軸線と共線の第２の軸線中心に、
回転することができ、これら軸線は、アーム52の縦軸線
「ｃ」と横向きの平面を形成する。（「横向き」とは、
本明細書においては、上記平面と横向きの線または軸線
がこの平面の外側に在る如き零度以外の角度での方向づ
けの意味であると理解されたい。）ブラケット80がアー
ム52にしっかりと連結されているので、コネクタヘッド
74は、アーム52に対してこのアームの縦軸線「ｃ」中心
に回転することを阻止されるが、このアームと一緒にこ
の軸線中心に回転することができる。同様に、コネクタ
ヘッド74は、アーム60に対して、第１の軸線「ｈ」中心
に、軸受ピン88の軸線と共線の第２の軸線「ｄ」中心に
回転し、これら軸線はアーム60の縦軸線「ｅ」と横向き
の平面を形成する。コネクタヘッド74は、アーム60に対
して軸線「ｅ」中心に回転することを阻止されるが、ア
ーム60と一緒にこの軸線中心に回転することができる。

連結部材即ち内部部材64は、アーム56の下端部にあるス
ロット付きジョー92を横切って延びる第１のピン90、及
びコネクタヘッド74に固定された取付け軸98のスロット
付きジョー96内に取付けられてピン90と垂直に延びる第
２のピン94で形成されたものとして例示してある自在継
手により、アーム56に連結されている。ピン90及び94は
それらの交点において互いに回転可能に取付けられてお
って自在継手を形成し、ピン90、94のそれぞれの縦軸線
「ｆ」、「ｇ」と一致する１対の軸線中心にアーム56に
対してコネクタ74が回転運動することのできるようにし
ている。これら軸線はアーム56の縦軸線「ａ」と横向き
の平面を形成し、従ってコネクタ74はこの平面内にある
軸線中心にアーム56に対して回転する。これと逆に、コ
ネクタ74は、アーム56に対してこのアームの縦軸線
「ａ」中心に回転することを抑制されているが、このア
ームと一緒にこの軸線中心に回転する。

コネクタ74の位置及び方向はアーム52、56、60の各々の
縦延長部及び角度的方向によって決定される。また、こ
こに示す好ましい実施例においては、上記アームに対す
るコネクタ74の回転軸線は共通点（第１図及び第２図に
おける点「I」）で交わるように位置づけされている。
これは、それぞれのアームの並進座標及び回転座標を切
り離すものであり、従って、コネクタ74の位置は上記ア
ームの縦延長部によってのみ決定され、一方、上記コネ
クタの角度的方向は、最初のゼロ基準点に対するこれら
アームの回転状態によって主として決定される。これ
は、上記コネクタを所望の位置に指定の方向をもって位
置決めするために必要な上記アームの各々の縦伸長及び
角度的方向を決定するために行なわなければならない計
算を最少限化するので、本明細書に記載するロボットマ
ニピュレータのための制御機構を大巾に簡単化する。従
って、上記制御機構の開発が簡単化され、また上記機構
自体がより迅速に作動することができる。

上述したロボットマニピュレータのアーム52、56、60は
空間内に四面体形を形成し、上記アームは上記四面体の
収束する３つの縁に沿っており、上記コネクタはそれら
の頂点にある。これは、上記コネクタ及びこれよ取付け
られた工具を支持する格別に強力且つ強固な形状を提供
し、且つ、過度の振動及び長い落着き時間なしにこれに
比較的高い加速及び減速を加えることを可能ならしめ
る。また、これは上記コネクタによるかなりの荷重の支
持を可能ならしめる。従って、このマニピュレータは、
部品組立て、数値制御機械加工、部品分類、部品移送等
に特に好適する。

次に第４図について説明すると、図は本発明の他の実施
例を示すものである。第４図の諸部材は、アーム50及び
58（及びそれらの対応のアーム伸長部52及び60）がアー
ムブラケット100及び102によってそれぞれジンバル取付
台20及び24から横にずれているという点を除き、第１図
の諸部材と大部分の点において同様である。アームブラ
ケット100の一端部はモータ32′（第１図のモータ32に
対応する）の軸とともに回転するように固定されてお
り、上記アームブラケットの他端部は、第１図及び第３
図について前述した仕方でアーム50内にアーム52を縦に
伸縮させるモータ36′（第１図のモータ36に対応する）
を支持している。アームブラケット102は同様の仕方で
ジンバル取付台24及びアーム58及びアーム伸長部60に連
結されており、これ以上の説明は不要である。

第４図に示す構造について説明すると、アーム52及び60
は有効回転軸線104、106中心にそれぞれ回転し、及びこ
れらのジンバル取付け部によって形成される軸線中心に
回転する。これらは、上記アーム自体と一致する縦軸線
（108、110）に沿って内方及び外方へ並進する。前述の
場合のように、アーム54は、そのジンバル22によって形
成されておってその縦軸線と横向きの平面と平行である
軸線中心に、及びその縦（アーム）軸線112中心に回転
する。上記アームはまた、そのアーム伸長モータ36の作
動に応答して軸線112に沿って並進する。

第１図に示す実施例と対照に、アーム52及び60の有効回
転縦軸線はこれらアームのそれぞれの実際の縦軸線から
ずれている。この構造は上記コネクタの水平掃引を変化
させ、該コネクタがフレーム10自体の垂直支柱により近
い位置へ移動することを許す。しかし、この利点は、上
記コネクタヘッドの位置決め及び方向づけのための制御
方程式の複雑性を増大させるという犠牲において得られ
るのである。

第５図は、上記アームに対する上記の連結用のヘッド及
びその関連の付属装置の構造の拡大図であり、部品の穿
孔を含む諸用途に特に有用なものである。かかる用途に
おいては、上記アームの一つを介してビットを駆動する
ことは、これによって回転慣性が増大するので、実用的
でない。従って、上記アームの一つに対するドリルの回
転自由度を制限し、ドリルビットを上記コネクタ自体に
おいて駆動する。第５図において、アーム伸長部52、56
及び60は、第１図または第４図に示す仕方で、フレーム
の端部に取付けられている。上記コネクタの端部におい
て、上記伸長部は、内部及び外部の連結部材124及び126
を有する連結ヘッド122を介して電気ドリル120に連結す
る。連結部材124は、その一端部がドリル本体120に固定
的に連結され、その他端部は、ブラケット86′内の通路
132並びに内部及び外部の軸受136、138、並びに対応の
それぞれの軸受け板140、142を通って延びるピン130に
より、アームブラケット86′（従ってアーム60）に回転
可能に連結されている。本体120は第２図のヘッド62と
同じ働きをなす。即ち、上記本体は上記コネクタを介し
て上記アームに工具（ここではドリルビット）を連結す
る。

同様に、外部の部材126はピン150によってブラケット8
0′（従ってアーム52）に対して回転自在に取付けられ
ており、上記ピンは、ブラケット80′内の通路（図示せ
ず）を通って延び、そして、内部及び外部の軸受156、1
58をそれぞれ閉じ込められている外部及び内部の軸受け
板152、154に固定されている。内部軸受け板154は部材1
26に堅く（回転不可能に）連結されており、従って、上
記部材は、ピン150の縦方向部によって形成される縦軸
線（即ち軸線160）中心に回転する。同様に、連結部材1
24はピン130の縦軸線162中心に回転する。

自在継手が連結ヘッド122をアーム52に連結している。
この継手は、第１図及び第２図に示したのと同じ仕方で
構成され、スロット付きジョーを横切って横向きに延び
る第１及び第２のピン90′及び94′を有しており、これ
らピンの軸線中心の部材122の回転を許すようになって
いる。アーム52及び60とは異なり、アーム56に対するヘ
ッド122の回転は、軸受174を囲むカラー172によって与
えられる。

ドリル本体120は回転ヘッド180及びドリルビット182を
有す。ドリルビット182によって生ずる反動トルクはア
ーム60の撓みによって取り上げられる。特に、上記ドリ
ルの作用によって生ずるトルクはアーム56中心の旋回モ
ーメントを生じさせる。この旋回モーメントは、内部の
部材124を通り、そしてそこからピン130を通ってブラケ
ット86′及びアーム60へ伝達される。

或る用途においては、上記コネクタの方向をアーム回転
以外の方法で制御することが望ましい。例えば、スプレ
ー塗装作業においては、比較的軽い工具（例えばペンキ
スプレーヘッド）をかなりの距離（例えば自動車車体の
大きさ）にわたって動かす。かかる用途においては、上
記アームは、長い距離にまたがる際にそれ自体の重量を
も支えるために、より肉厚に作ることが必要となり、従
ってより重くなる。かかる場合には、上記アームはかな
りの回転慣性を示し、そして、それぞれのアームを回転
させることによって上記コネクタヘッドを角度的に方向
づけすると、この機構の応答時間が長くなり、且つ、必
要とする駆動力が増大する。従って、かかる用途に対し
ては、ヘッドの方向づけを、フレームにおいて制御する
代りに、該ヘッド自体において制御することが望まし
い。

これが得られる本発明の実施例を第６図に示す。図示の
ように、連結ヘッド200は、内部、中央及び外部の部材2
02、204及び206を有す。これら部材は軸受210及び212を
介して第１の軸線208中心に互いに回転する。第１のモ
ータ214が内部部材202に固定され、第２のモータ216が
中央部材204に固定され、第３のモータ218が外部部材20
6に固定されている。空間内で位置決め及び角度的方向
づけされるべき工具または他の装置をモータ214の回転
軸215に取付ける。この回転軸は、この場合は、コネク
タヘッドの役をなす。上記モータは操作員またはプログ
ラム制御装置によって制御可能に賦勢され、次に詳細に
説明するように、上記コネクタヘッドを上記アームに対
して角度的に方向づけする。

モータ214は、横ピン96′、98′を有する自在継手94′
を介してアーム伸長部56に取付けられており、モータケ
ーシング214及びヘッド200は上記継手の回りを回転する
ことができる。モータ218の軸219は外部コネクタ部材20
6の支柱221に固定的に連結されている。モータ218はカ
ラー217及びブラケット222を介してアーム52に回転可能
に連結されており、上記ブラケットはこれを貫通する通
路224を有しており、ボルト226がこれを貫通してアーム
52のねじ山付き端面にねじ込まれている。アーム52の端
面とブラケット222との間に第１の軸受け板228が介装さ
れており、この軸受け板は、好ましくは、アーム52の端
面に堅く取付けられている（例えば、溶接されてい
る）。第２の軸受け板230がボルト226のヘッドとブラケ
ット222との間に介装されている。軸受け板228及び230
は、それぞれ軸受232、234により、ブラケット222から
分離されている。この構成になっているので、ボルト22
6並びに軸受け板228及び230はアーム52に固定的に取付
けられたままになっており、一方、コネクタブラケット
222、及びこれに連結されたヘッド200は、軸受232、234
があるので、アーム52を通る縦軸線中心に回転自由であ
る。モータ216は、モータ218がアーム52に連結されてい
る仕方と同様の仕方で、アーム60に回転可能に連結され
ており、従ってこの連結についてはこれ以上詳述する必
要はない。

第６図に示す構造体は、軸215を、アーム52、56及び60
の伸長部によって決定される空間内の位置に位置決めす
るが、上記軸を、上記フレームに対して（及び上記アー
ムに対して）、モータ214、216及び218の軸の角度的方
向によって決定される仕方で方向づけする。荷重が比較
的軽いとすると、これらモータは小形の器具モータであ
ってよく、従って、上記コネクタヘッドにある重量に格
別大きく加わるということはない。

第１図ないし第５図の実施例においては、アーム対コネ
クタの連結は、それぞれのアームの縦軸線中心の該アー
ムに対するコネクタヘッドの回転が、上記アームの１つ
またはそれ以上のものに対しては妨げられるという如く
になっている。即ち、第１図においては、ヘッドはアー
ムと独立に任意の縦アーム軸線中心に回転することはで
きないが、一つのアームとともにその軸線中心に回転す
ることだけはできる。第４図においても上記と同じであ
る。しかし、ねじれ軸線及び縦軸線は第４図においては
一致していないということに注意されたい。第５図にお
いては、ヘッドは、同様に、アーム52及び60の軸線中心
に回転しないように抑制され、上記アーム自体から離れ
ている。但し、アーム56の軸線中心の回転についてはこ
の通りではない。即ち、このアームに対するアーム対コ
ネクタ連結は、ドリルビットを、アーム56を回転させる
ことなしに該アームの軸線中心に急速に回転させること
のできるように、軸受176を介して行なわれているから
である。しかし、この場合でもなお、上記アーム軸線の
回りの工具（ここではドリルビット）の角度的方向は、
もはや妨害されてはいないが、なお制限されている。即
ち、操作員によって独立に制御される。最後に、第６図
において、アームに対する、アーム軸線の各々を中心と
するコネクタヘッドの角度的方向は、モータ214、216、
218に与えられる信号により、操作員によって制御され
る。従って、各々の場合において、アームに対する、ア
ーム軸線中心のヘッドの回転は制限される。即ち、操作
員によって制御される。従って、ヘッドの位置及び方向
は操作員によって独立に制御可能である。

結論以上から解るように、本発明者は改良されたロボットマ
ニピュレータを提供した。このマニュピュレータは非片
持型であり、且つ、三点取付け式の堅固なフレームに支
持された複数のアームを有しており、これに取付けられ
て工具または部品を支持して位置決めまたは方向づけす
べきコネクタヘッドに高い剛性を与えるようになってい
る。これにより、かなりの荷重を比較的高い速度で移動
させることが可能になる。

上記の好ましい実施例においては、位置決め及び方向づ
けのための駆動手段はコネクタの有効回転軸線から遠く
離れて配置され、これにより、上記コネクタの所在位置
における構造体の重量、及びこれに伴う慣性を最小限化
する。これにより、上記コネクタ及びこれに取付けられ
た工具の高速運動が容易になる。上記駆動手段は、アー
ムをフレームに連結する取付け手段に直接隣接して有利
に配置することができる。しかし、上記駆動手段を、要
すれば、コネクタヘッドに加えられる荷重を釣り合わせ
るため、または他の理由で、使用者の要求に従って、こ
の所在位置から遠く離れた位置に配置することもでき
る。従って、本発明の設計は駆動部材の位置について大
きな柔軟性を提供するものである。

このマニピュレータのアームは極めて簡単であり、構造
が本質的に同じであり、公差の厳しい部品を用いていな
い。従って、上記アームは量産手法で安価に製造可能で
あり、簡単に組み合わせることができる。この設計は、
単に、上記アームのうちの１つまたはそれ以上のものの
伸長または回転を制限することにより、種々の自由度を
提供するようになっている。

上記の好ましい実施例においては、コネクタとそれぞれ
のアームとを相互連結する連結構造は、上記アームに対
する上記コネクタの有効回転軸線が共通点においては交
差する如くになっている。これは上記アームの位置座標
及び回転座標を実質的に切り離すものであり、上記コネ
クタの運動をそれぞれのアームの運動によって表わす運
動方程式が簡単化される。従って、上記コネクタの位置
及び方向を正確に制御するための、及びこのコネクタを
所望の位置及び方向にあらしめるための必要な計算が簡
単化される。

最後に、特定の用途に適応するように変形した本発明の
いくつかの他の実施例を示す。即ち、一つの他の実施例
においては、フレームに至近するコネクタの移動を増進
するために１組のアームを横にずらしてある。他の実施
例においては、コネクタヘッドの方向を、該コネクタヘ
ッドにおける１つまたはそれ以上の回転装置（モータ）
によって制御し、上記回転装置を、操作員によるか、ま
たは多分に、プログラム制御装置によって選択的に賦勢
する。本発明の特定の用途に適応させるために種々の他
の変形を行なうことができるのであり、当業者は理解す
るように、前述の実施例は単に例として示したものであ
る。

以上、本発明を図示及び説明したが、次の如くに請求す
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】A.フレーム（10）と、 B.工具あるいは加工品を装着するためのヘッドを有する
コネクタ（62）と、 C.前記フレームに回転可能に設けられ、伸長可能とされ
て前記ヘッドを空間内の選択された位置に位置決めする
第１、第２、第３のアーム（50、54、58）と、 D.前記アームと前記ヘッドを相互に連結する連結手段
（80、86、90〜96）とからなり、前記各アームは、前記ヘッドと結合されたときに、該ア
ームと関連したねじれ軸線（ａ、ｂ、ｃ）及び該アーム
に対して横方向の第１、第２軸線を有し、前記連結手段は前記各アームに関して前記軸線の少なく
とも１つの軸線を中心とする前記ヘッドの回転に順応
し、かつ前記軸線の少なくとも３つの軸線を中心とする
前記ヘッドの回転を制限するように構成されたロボット
マニピュレータにおいて、前記連結手段は、前記アームの前記回転とは別の、前記
３つの軸線の少なくとも１つの軸線を中心とする制御可
能な回転を行なわせるか、あるいは該３つの軸線の少な
くとも１つの軸線がねじれ軸線と平行でないように構成
されている、ことを特徴とするロボットマニピュレータ。
【請求項２】前記連結手段が、前記軸線の少なくとも１
つの軸線中心を中心とする制御された回転を行なわせる
ように構成されている、請求の範囲第１項のロボットマ
ニピュレータ。
【請求項３】前記連結手段が、前記ねじれ軸線の少なく
とも１つの軸線中心の回転を制限する、請求の範囲第２
項のロボットマニピュレータ。
【請求項４】前記連結手段が、前記ねじれ軸線の少なく
とも２つの軸線を中心とする回転を制限する、請求の範
囲第３項のロボットマニピュレータ。
【請求項５】前記連結手段が、３つの前記ねじれ軸線を
中心とする回転を制限する、請求の範囲第４項のロボッ
トマニピュレータ。
【請求項６】前記連結手段が、前記軸線の少なくとも２
つの軸線を中心とする制御された回転を行なわせるよう
に構成されている、請求の範囲第１項のロボットマニピ
ュレータ。
【請求項７】前記連結手段が、前記ねじれ軸線の少なく
とも１つの軸線を中心とする回転を制限する、請求の範
囲第６項のロボットマニピュレータ。
【請求項８】前記連結手段が、前記ねじれ軸線の少なく
とも２つの軸線を中心とする回転を制限する、請求の範
囲第７項のロボットマニピュレータ。
【請求項９】前記連結手段が、前記ねじれ軸線の少なく
とも３つの軸線を中心とする回転を制限する、請求の範
囲第８項のロボットマニピュレータ。
【請求項１０】前記連結手段が、前記軸線の３つの軸線
を中心とする制御された回転を行なわせるように構成さ
れている、請求の範囲第１項のロボットマニピュレー
タ。
【請求項１１】前記連結手段が、１つのねじれ軸線を中
心とする回転を制限する、請求の範囲第10項のロボット
マニピュレータ。
【請求項１２】前記連結手段が、２つのねじれ軸線を中
心とする回転を制限する、請求の範囲第11項のロボット
マニピュレータ。
【請求項１３】前記連結手段が、３つのねじれ軸線を中
心とする回転を制限する、請求の範囲第12項のロボット
マニピュレータ。
【請求項１４】前記連結手段が、少なくとも１つのねじ
れ軸線を中心とする回転を制限する手段を有している、
請求の範囲第１項のロボットマニピュレータ。
【請求項１５】前記連結手段が、少なくとも２つのねじ
れ軸線を中心とする回転を制限する手段を有している、
請求の範囲第１項のロボットマニピュレータ。
【請求項１６】前記連結手段が、少なくとも３つのねじ
れ軸線を中心とする回転を制限する手段を有している、
請求の範囲第１項のロボットマニピュレータ。
【請求項１７】前記回転を制限する手段が、少なくとも
３つのねじれ軸線を中心とする回転を妨げる手段からな
る、請求の範囲第16項のロボットマニピュレータ。
【請求項１８】前記回転を制限する手段が、少なくとも
２つのねじれ軸線を中心とする回転を妨げる手段からな
る、請求の範囲第16項のロボットマニピュレータ。
【請求項１９】前記連結手段が、第１ねじれ軸線を中心
とする回転を制限し、別のアームに関連する第２及び第
３の横方向の軸線を中心とする回転を妨げる手段を有し
ている、請求の範囲第１項のロボットマニピュレータ。