JPH09248777A - 垂直多関節ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 組み立てが容易になる垂直多関節ロボットを
提供する。 【解決手段】 ベース２上で旋回するフレーム３と、第
１，第２，第３，第４リンク４，５，６，７と、第１、
第２リンク４を駆動させる第１、第２リンク用駆動機構
９１７と、第１、第２リンク用駆動機構９１７を取り付
けるためにフレーム３において所定間隔を隔てて立設さ
れた一対の取付部３ａ，３ｂとを有する垂直多関節ロボ
ット１において、一対の取付部３ａ，３ｂの間に第１リ
ンクの基端４ａを配設し、一方の取付部３ａの外方側に
第１リンク用駆動機構を取付け、第１リンク用駆動機構
の出力部材に基端を連結し、他方の取付部３ｂに外方側
に、第１リンクの基端と第２リンク用駆動機構とを配設
し、第２リンク用駆動機構の出力部材を他方の取付部４
ａに取付け、第２リンク用駆動機構の回転するケーシン
グ部１９ｂに第１リンク４の基端４ａを連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行四辺形リンク
を使った垂直多関節ロボット、さらに詳しくは、ロボッ
トアームを駆動させる駆動機構の取り付けに特徴のある
垂直多関節ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】垂直多関節ロボットは、通常工場内に直
線状に何台も配置されており、物体を搬送等を行うため
に、垂直多関節ロボットは旋回させるようになってい
る。そのために、垂直多関節ロボットは、旋回の際の動
作範囲を大きくするように、ベースの取付部から突出す
る部分の幅を小さくすることが望ましい。

【０００３】垂直多関節ロボットの取付部の幅を小さく
した従来技術としては、特開平２−６５９８１号公報に
開示されているものがある。この従来の垂直多関節ロボ
ットの構成は、以下のようになっている。垂直多関節ロ
ボットは、ベースと、フレームと、駆動機構とを有して
いて、ベース上部には、フレームが備え付けられてお
り、フレームはベースを中心として、旋回できるように
なっている。図４に示されるように、フレームの上部は
一対の取付部１１０ａ，１１０ｂが所定間隔を隔てて位
置するように形成しており、この一対の取付部１１０
ａ，１１０ｂの両壁には、穴が形成されている。取付部
に形成した穴には、駆動機構１２２，１２３が対面状態
で備え付けられている。駆動機構１２２，１２３は、サ
ーボモータ１２２ａ，１２３ａと、減速機１２２ｂ，１
２３ｂと、フランジ１２２ｃ，１２３ｃとを有してい
る。この駆動機構１２２，１２３は、それぞれ第１リン
ク１１１の基端部と第２リンク１１２の基端部が減速機
１２２ｂ，１２３ｂの出力部材に連結され、減速機１２
２ｂ，１２３ｂのケーシング部がフランジ１２２ｃ，１
２３ｃに取り付けられ、フランジ１２２ｃ，１２３ｃに
取り付けられたサーボモータ１２２ａ，１２３ａの出力
部材が減速機１２２ｂ，１２３ｂの入力部材に嵌入され
て構成されている。特に、第１リンク１１１の基端部に
は、第２リンク１１２の駆動機構１２３を収納するため
の空洞部が形成されている。すなわち、第２リンク１１
２の基端部は、第１リンク１１１の基端部内の空洞部の
中にあって、第１リンク１１１はフランジ１２２ｃ，１
２３ｃに対する軸受１１１ａ，１１１ｂによって回動自
在であり、第２リンク１１２は第１リンク１１１とフラ
ンジ１２３ｃに対する軸受１１１ａ，１１１ｃによって
回動自在となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような構造の駆動
機構１２２，１２３と第１リンク１１１及び第２リンク
１１２とを取付部１１０ａ，１１０ｂの間に組みたてる
際には、まず第１リンク１１１を取付部１１０ｂに予め
組み込んだ状態にしておかないと、組み立てることがで
きない。搬送用等の大型の産業用ロボットでは、搬送重
量が非常に大きいため、第１リンク１１１等の構造部材
にその搬送重量に応じた強度が必要になるため、その重
量も増大する。そのため組立に際して、第１リンク１１
１をホイスト等で吊った状態にしておき、第２リンク１
１２等の部品を組み立てていかなくてはならず、その為
には数台のホイスト若しくは特別の組立治具を必要とす
る。

【０００５】そこで本発明のうち請求項１記載の発明
は、第１リンク用駆動機構と第２リンク用駆動機構とを
取付部に外方側から取り付けることによって、組み立て
が容易になる垂直多関節ロボットを提供することを目的
としたものである。請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明の目的に加えて、第２リンク用駆動機構を出力
部材に連結させることによって、特別な配線が不要にな
る垂直多関節ロボットを提供することを目的としたもの
である。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の
発明の目的に加えて、第１リンクの基端部に軸受けを備
え付けることによって、幅の大きさを抑制できる垂直多
関節ロボットを提供することを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、ベース上
で旋回するフレームと、前記フレーム上部に取り付けた
平行四辺形リンクを形成する第１，第２，第３，第４リ
ンクと、前記第１リンクを駆動させる第１リンク用駆動
機構と、前記第２リンクを駆動させる第２リンク用駆動
機構と、前記第１リンク用駆動機構及び前記第２リンク
用駆動機構を取り付けるために前記フレームにおいて所
定間隔を隔てて立設された一対の取付部と、を有する垂
直多関節ロボットにおいて、前記一対の取付部の間に前
記第１リンクの基端部を配設し、一方の前記取付部の外
方側に前記第１リンク用駆動機構を取付け、前記第１リ
ンク用駆動機構の出力部材に前記基端部を連結し、他方
の前記取付部に外方側に、前記第１リンクの基端と前記
第２リンク用駆動機構とを配設し、前記第２リンク用駆
動機構の出力部材を他方の前記取付部に取付け、前記第
２リンク用駆動機構の回転するケーシング部に前記第１
リンクの基端部を連結したことを特徴としたものであ
る。取付部に第１リンク用駆動機構と、第２リンク用駆
動機構を上記のようにして取り付けることによって、垂
直多関節ロボットの組み立ての際に、第１リンクの組み
立てと第２リンクの組み立てを同時に行う必要がなくな
る。

【０００７】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の構成のうち、第２リンク用駆動機構を駆動部と
減速部とからなっており、前記減速部は前記ケーシング
部と前記出力部材とを有しており、前記駆動部は前記出
力部材に連結されていることを特徴としたものである。
第２リンク用駆動機構の構成を上記のようにすることに
よって、駆動部は、第２リンクの動きとは無関係になっ
て、取付部に対して固定されたの同様になる。また請求
項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成
に、前記第１リンクの基端部は前記第１リンク用駆動機
構に対して軸受を介して支持されている用にしたことを
特徴としたものである。第１リンクの基端部に軸受を取
る付けることによって、第１リンクは、軸受けを介して
両持ち支持で回転するようになる。これによって、第１
リンクを幅を小さくすることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図示例とと
もに説明する。図１は、本発明の垂直多関節ロボットの
斜視図であり、図２は、図１でのＡ−Ａ断面詳細図であ
り、図３は、Ａ−Ａ断面を分解した説明図である。垂直
多関節ロボット１は、図１に示すように、ベース２と、
フレーム３と、第１リンク４と、第２リンク５と、第３
リンク６と、第４リンク７とを有している。ベース２
は、垂直多関節ロボット１を固定するための固定台であ
る。ベース２の上部には、フレーム３が備え付けられて
いる。フレーム３は、ベース２上で旋回できるようにな
っており、これによって垂直多関節ロボット１は、ベー
ス２の周囲方向に回ることができるようになっている。
フレーム３の形状は断面凹状となって後述する第１及び
第２リンク用駆動機構が取り付けられるようになってい
る。すなわち、フレームは、その上部に所定間隔を隔て
た一対の取付部３ａ，３ｂを垂直上向きに立設して形成
されている。一対の取付部３ａ，３ｂには、軸穴２９
ａ，２９ｂが形成されており、軸穴２９ａ，２９ｂと断
面凹状とで形成される空間には、第１リンク４の基端部
４ａが第１，第２リンク用駆動機構９，１７によって取
付部３ａ，３ｂの外方側からはさみ付けるようにして連
結されている。そして、第２リンク用駆動機構１７に第
２リンク５が連結されている。

【０００９】第１リンク４の基端部４ａは、図２に示す
ように、取付部３ａ，３ｂで形成された空間に配置され
ている。取付部３ａの外方側から、第１リンク４の基端
部４ａは、ボルト８によって第１リンク用駆動機構９に
固定されるようになっている。第１リンク用駆動機構９
は、取付部３ａの外方側に配置され、駆動部１０と、減
速部１１とを有している。駆動部１０は、減速部１１を
介して第１リンク４を駆動させるものである。駆動部１
０のフランジはフランジ部１３を介して後述する減速部
１１のケーシング部１１ｂにボルト１３ａを通して固定
される。

【００１０】減速部１１は、例えばクロスローラタイプ
のベアリングが組み込まれた一体型のものであり、中心
の位置する入力部材１２と、外周に位置するケーシング
部１１ｂと、中間に位置する出力部材１１ａとからなっ
ている。入力部材１２には駆動部１０の出力軸が嵌入さ
れ一緒に回転する。ケーシング部１１ｂは取付部３ａに
形成された軸穴２９ａに嵌入され、ボルト１３ａによっ
て固定される。出力部材１１ａは第１リンク４の基端部
４ａに同軸に嵌められてボルト８で固定される。これに
よって駆動部１０の回転駆動力は、減速部１１を介して
第１リンク４に伝達される。すなわち、駆動部１０の回
転は、減速後出力部材１１ａに伝達するようになってお
り、出力部材１１ａは、入力部材１２の回転と逆方向に
回転するようになっている。

【００１１】第２リンク用駆動機構１７は、取付部３ｂ
の外側に配置され、駆動部１８と、減速部１９と、連結
部材１６とを有している。駆動部１８は、減速部１９を
介して第２リンク５を駆動させるものである。減速部１
９は、減速部１１と同様にクロスローラタイプのベアリ
ングが組み込まれた一体型のものであり、中心の位置す
る入力部材２０と、外周に位置するケーシング部１９ｂ
と、中間に位置する出力部材１９ａとからなっている。
第１リンク用駆動機構９と異なる点は、減速部１９の出
力部材１９ａが連結部材１６を介して他方の取付部３ｂ
に固定され、減速部１９のケーシング部１９ｂが回転
し、このケーシング部１９ｃに第２リンク５が連結され
ている点である。

【００１２】このように、ケーシング部１９ａが回転側
となり、出力部材１９ａが固定側になるため、ケーシン
グ部１９ａにフランジ２２が嵌められ、ボルト２２ａを
通して固定できるようになっており、このフランジ２２
に対して軸受１８ａを介してフランジ１８ａを回転自在
に支持し、このフランジ１８ａに駆動部１８をボルト１
８ｄで固定する構造になっている。すなわち、駆動部１
８の重量は軸受１８ｂを介して減速部１９のケーシング
部１９ｂに支持される。また、駆動部１８をフランジ１
８ａを介して出力部材１９ａに固定した状態では、駆動
部１８の出力軸が減速部１９の入力部材２０内に嵌入さ
れ一緒に回転するようになっている。駆動部１８の出力
軸を介して減速部１９の入力部材２０に回転伝達が行わ
れると、ケーシング部１９ｂは入力部材２０の回転方向
と逆方向に減速しながら回転する。例えば、減速部１９
に減速比ｎの減速機を用いている場合には、ケーシング
部１９ｂにおける回転速度は、入力部材２０の回転方と
逆方向に１／（ｎ−１）の回転速度となる。ケーシング
部１９ｂの内方側からは、第２リンク５が嵌め込めら
れ、ボルト２２ａによって、駆動部１８と減速部１９と
第２リンク５とは一体型となる。ケーシング部１９ｂに
固定された第２リンク５は、軸３１を備え付けている。
軸３１に対して、第１リンク４側と反対側には、カウン
タウエイト２３が備え付けられており、これによって第
２リンク５の駆動時の動力を低減させている。

【００１３】連結部材１６は、駆動部１８と減速部１９
と第２リンク５との一体部分を他方の取付部３ｂに連結
すると同時に、第１リンク４の基端部４ａを両持ちで支
持するための機能を有する。この連結部材１６は、取付
部３ｂに固定するためのフランジ１６ａと、第１リンク
４の基端４ａを支持するための突出部１６ｂとを有して
いる。また第１リンク４の基端４ａには、穴４ｂが設け
られている。突出部１６ａには、軸受１５を保持する保
持部材１４が嵌入され、ボルト３０で固定されている。
軸受１５の内輪は突出部１６ａと保持部材１４との間で
挟まれて保持される。この軸受１５の外輪が第１リンク
４の基端４ａの穴４ｂに挿入される。また、フランジ１
６ａの外周側は取付部３ｂに嵌入され、ボルト３２で固
定され、フランジ１６ａの内周側は減速部１９の出力部
材１９ａに嵌入され、ボルト２８で固定される。第１リ
ンク４の軸芯と連結部材１６の軸芯は軸受１５と穴４ｂ
の嵌合によって確保され、駆動部１８と減速部１９と第
２リンク５との一体部分の軸芯と連結部材１６の軸芯と
は一致するため、第１リンク用駆動機構９と、第１リン
ク４の基端部４ａと、第２リンク５の基端部と、第２リ
ンク用駆動機構１７との軸芯は一致した状態のまま、取
付部３ａ，３ｂに組み込まれる。

【００１４】軸３１の先端部には、図１に示すように、
第３リンク６が第１リンク４と平行になるようにしてつ
ながれている。第３リンク６には、第２リンク５と平行
になるように第４リンク７がつながれている。また、第
４リンク７は、第２リンク５に加えて、関節３２によっ
て、第１リンク４ともつながっている。これによって、
第１〜第４リンク４，５，６，７の４個のリンクが、平
行四辺形を形成するようになっている。第４リンク７の
先端部には、物体を保持するための手首２４が備え付け
られている。手首２４の側面部には、クランク２５が備
え付けられており、クランク２５は、ロッド２６とつな
ぐことで、手首２４の水平姿勢が保持される。ロッド２
６は、三角板２７とつながれている。三角板２７は、ロ
ッド２６の他に関節３２と、第４リンク７につながれて
いる。

【００１５】次に本発明の垂直多関節ロボットの第１リ
ンク４と第２リンク５の装着手順を説明する。まず始め
に、図３に示すように、第１リンク用駆動機構９の組み
立てを行う。駆動部１０がフランジ１３にボルト１０ａ
で取り付けられ、駆動部１０の出力軸が減速部１１の入
力部材１２に嵌入され、フランジ１３と減速部１１のケ
ーシング部１１ｂとにボルト１３ａを通して図示の如き
第１リンク用駆動機構９の予備組立体を形成する。次
に、フレーム３の間に第１リンク４の基端部４ａが入れ
られる。それから第１リンク用駆動機構９は、取付部３
ａの外方側からはめ込められる。その後、第１リンク用
駆動機構９はボルト１３ａによって、取付部３ａに固定
される。また、第１リンク４の基端部４ａ側からボルト
８によって、第１リンク４と出力部材１１ａとは嵌入状
態で固定され、出力部材１９ａ及び第１リンク４は固定
の取付部３ａに対して回転自在となる。つぎに、第１リ
ンク４は、第２リンク用駆動機構１７を装着しやすい位
置にまで駆動回転して固定する。この固定には、駆動部
１０の内蔵ブレーキが使用できる。これで、第１リンク
４と第１リンク用駆動機構９の装着は終了する。

【００１６】次に、第２リンク５と第２リンク用駆動機
構１７の装着を行う。まず、駆動部１８と減速部１９と
を組み立て、駆動部１９に対して第２リンク５の基端部
を嵌入し、駆動部１９に対して連結部材１６を固定した
予備組立体を形成する。そのため、減速部１９のケーシ
ング部１９ｂにフランジ２２を嵌めてボルト２２ａで固
定し、軸受１８ｂが組み込まれたフランジ１８ａを減速
部１９の出力部材１９ａに嵌入してボルト１８ｃで固定
し、フランジ１８ａに対して駆動部１８をボルト１８ｄ
で固定する。この状態では、駆動部１８の出力軸は減速
部１９の入力部材２９に嵌入されて一体となっている。
つぎに、減速部１９のケーシング部１９ｂの外周に第２
リンク５の基端部の穴を嵌め、ボルト２２ａで固定す
る。さらに、減速部１９の出力部材１９ａに対して、連
結部材１６を嵌めてボルト２８で固定する。すると、駆
動部１８、減速部１９の出力部材１９ａ及び連結部材１
６を固定側とし、減速部１９のケーシング部１９ｂと第
２リンク５の基端部を可動側とする予備組立体が形成さ
れる。上記の予備組立体を取付部３ｂ外方側から軸穴２
９ｂを通すと、連結部材１６の軸受１５が第１リンク４
の基端部４ａの穴４ｂの中に嵌入され、第１リンク４の
基端部４ａの軸芯と第２リンク５の基端部の軸芯の一致
が担保される。この状態で、連結部材１６におけるボル
ト３２によって、第２リンク用駆動機構１７は取付部３
ｂに固定される。これにより、第２リンク用駆動機構１
７の装着は終了する。

【００１７】次に本発明の垂直多関節ロボットの作動を
説明する。まず、図２に示すように、第１リンク用駆動
機構９の駆動部１０を作動させる。駆動部１０の回転駆
動力は、減速されて減速部１１の出力部材１１ａに伝達
され、出力部材１１ａは入力部材１２の回転方向と逆方
向に回転し、第１リンク４の基端部４ａは所定角度だけ
揺動する。

【００１８】上記の作動と同時に、第２リンク用駆動機
構１７の駆動部１８を作動させる。駆動部１８の回転駆
動力は、減速されて減速部１９のケーシング部１９ｂに
伝達され、ケーシング部１９ｂは入力部材２０の回転方
向と逆方向に回転し、第２リンク５の基端部は所定角度
だけ揺動する。第２リンク５の揺動は、第２リンク５に
備え付けられている軸３１へと伝達される。この時、第
２リンク５の軸３１を越えた延長部分にはカウンターウ
エイト２３が備え付けられていることにより、このカウ
ンターウエイト２３が第１リンク４等と干渉することが
ない。

【００１９】軸３１が作動すると、図１に示すように、
第３リンク６にその作動を伝達する。軸３１から受けた
作動によって、第３リンク６は上または下方向に作動す
る。第３リンク６は、上または下方向する作動を第４リ
ンク７へと伝達する。第４リンク７は、第３リンク６の
作動を受けると同時に、関節３２で第１リンク４の作動
をも受ける。第３リンク６の上または下方向の作動と、
第１リンク４の回転を受けた第４リンク７は、第２リン
ク５と常に平行状態を保ちながら、上または下方向に作
動する。第４リンク７を上または下方向に作動させる
と、第４リンク７と関節３２につながっている三角板２
７は、第４リンク７と異なった上または下方向の作動を
する。三角板２７の作動は、ロッド２６へと伝達され
る。ロッド２６によりクランク２５は手首２４の水平姿
勢を保つ。そして、水平面内で回転自在な手首２５によ
って所定の物品を保持する。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、ベース上で旋回するフレームと、前
記フレーム上部に取り付けた平行四辺形リンクを形成す
る第１，第２，第３，第４リンクと、前記第１リンクを
駆動させる第１リンク用駆動機構と、前記第２リンクを
駆動させる第２リンク用駆動機構とを有する垂直多関節
ロボットにおいて、前記フレームの一対の取付部の間に
前記第１リンクの基端部を配設し、一方の前記取付部の
外方側に前記第１リンク用駆動機構を取付け、前記第１
リンク用駆動機構の出力部材に前記基端部を連結し、他
方の前記取付部に外方側に、前記第１リンクの基端部と
前記第２リンク用駆動機構とを配設し、前記第２リンク
用駆動機構の出力部材を他方の前記取付部に取付け、前
記第２リンク用駆動機構の回転するケーシング部に前記
第１リンクの基端部を連結したことを特徴としたもので
ある。取付部に第１リンク用駆動機構と、第２リンク用
駆動機構を上記のようにして取り付けることによって、
垂直多関節ロボットの組み立ての際に、第１リンクの組
み立てと第２リンクの組み立てを同時に行う必要がなく
なる。これによって、第１リンクの組み立ての終了後
に、第２リンクの組み立てを行えば良くなり、垂直多関
節ロボットの組み立てを容易にすることを可能とするも
のである。

【００２１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果のうち、第２リンク用駆動機構を駆動部と減速
部とからなっており、前記減速部は前記ケーシング部と
前記出力部材とを有しており、前記駆動部は前記出力部
材に連結されていることによって、駆動部は出力部材だ
けを回転させれば良いので、駆動部自体は回転しなくな
る。そのために、駆動部を回転させるために必要な特別
な配線処理が不要になるということが加わったものであ
る。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明
の効果に加えて、第１リンクの基端部に軸受を取る付け
ることによって、第１リンク基端部の両持ち支持ちとな
る。これによって、第１リンクの幅が狭くなり、取付部
外方側に配置した第２リンク用駆動機構の突出の幅を補
うことで、垂直多関節ロボット全体としての幅を小さく
することができることを可能としたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の垂直多関節ロボットの斜視図である。

【図２】図２は、図１でのＡ−Ａ断面詳細図である。

【図３】図３は、Ａ−Ａ断面を分解した説明図である。

【図４】従来の垂直多関節ロボットの要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 垂直多関節ロボット ２ ベース ３ フレーム ３ａ 取付部 ３ｂ 取付部 ４ 第１リンク ４ａ 基端部 ５ 第２リンク ６ 第３リンク ７ 第４リンク ９ 第１リンク用駆動機構 １１ａ 出力部材 １５ 軸受 １７ 第２リンク用駆動機構 １９ａ 出力部材 １９ｂ ケーシング部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 崇行 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株式 会社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンタ ー内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース上で旋回するフレームと、 前記フレーム上部に取り付けた平行四辺形リンクを形成
   する第１，第２，第３，第４リンクと、 前記第１リンクを駆動させる第１リンク用駆動機構と、 前記第２リンクを駆動させる第２リンク用駆動機構と、 前記第１リンク用駆動機構及び前記第２リンク用駆動機
   構を取り付けるために前記フレームにおいて所定間隔を
   隔てて立設された一対の取付部と、 を有する垂直多関節ロボットにおいて、 前記一対の取付部の間に前記第１リンクの基端部を配設
   し、 一方の前記取付部の外方側に前記第１リンク用駆動機構
   を取付け、前記第１リンク用駆動機構の出力部材に前記
   基端部を連結し、 他方の前記取付部に外方側に、前記第１リンクの基端部
   と前記第２リンク用駆動機構とを配設し、 前記第２リンク用駆動機構の出力部材を他方の前記取付
   部に取付け、前記第２リンク用駆動機構の回転するケー
   シング部に前記第１リンクの基端部を連結したことを特
   徴とする垂直多関節ロボット。
2. 【請求項２】 前記第２リンク用駆動機構は駆動部と減
   速部とからなり、前記減速部は前記ケーシング部と前記
   出力部材とを有しており、前記駆動部は前記出力部材に
   連結されている請求項１記載の垂直多関節ロボット。
3. 【請求項３】 前記第１リンクの基端部は前記第１リン
   ク用駆動機構に対して軸受を介して支持されている請求
   項１または２記載の垂直多関節ロボット。