JPH1015861A

JPH1015861A - 垂直多関節型産業用ロボット

Info

Publication number: JPH1015861A
Application number: JP19407896A
Authority: JP
Inventors: Akira Nihei; 亮二瓶; Takeshi Okada; 毅岡田; Hiroshi Uchida; 博内田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】第１，第２のロボットアームが自由に揺動で
きるようにし、しかも、姿勢変化によって生じる水平軸
周りの回転モーメントの増大を抑えて、垂直多関節型産
業用ロボットを小型化する。【解決手段】第１，第２のロボットアーム４，２を揺
動するサーボモータＭｗ，Ｍｕおよび減速機Ｇｗ，Ｇｕ
の全てをベース３側に配備する。また、第２のロボット
アーム２を駆動するための伝動装置を平行リンクやドラ
イブシャフトに代えてタイミングベルト７で構成するこ
とにより、第１，第２のロボットアーム４，２の総重量
を軽くし、第１のロボットアーム４の揺動と重力との影
響で生じるＷ軸周りの回転モーメントの変動を抑える。
リンク機構がないので第１，第２のロボットアーム４，
２の動作が自由になり、また、装置全体が小形化され
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、垂直多関節型産業
用ロボットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】垂直多関節型産業用ロボットとしては、
平行リンクを利用したものや固定リンクを利用したもの
が公知である。

【０００３】図１（ａ）に示されるように、平行リンク
を利用した垂直多関節型産業用ロボットは、概略におい
て、ロボット本体を支えるためのベース１００と、該ベ
ース１００上に配備された水平軸Ｗの周りに揺動する第
１のロボットアーム１０１、および、第１のロボットア
ーム１０１の先端に配備された水平軸Ｕの周りに揺動す
る第２のロボットアーム１０２とからなり、この垂直多
関節型産業用ロボットを特徴付ける平行リンク機構は、
第２のロボットアーム１０２の基部側に一体的に固設さ
れたブラケットによって形成されるリンク部１０２ａ
と、該リンク部１０２ａに平行して一端を水平軸Ｗ上に
枢着されたベース側リンク１０３ａ、ならびに、第１の
ロボットアーム１０１自体と、該アーム１０１に平行し
て両端をリンク部１０２ａおよびベース側リンク１０３
ａの端部に枢着されたサポートリンク１０４とによって
構成される。

【０００４】また、図１（ｂ）に示されるように、ベー
ス１００の一側には、ベース１００に対しＷ軸の周りに
第１のロボットアーム１０１を揺動させるためのサーボ
モータＭｗとその減速機Ｇｗが設けられる一方、ベース
１００の他側には、水平軸Ｗ上に枢着されたベース側リ
ンク１０３を揺動させるためのサーボモータＭｕとその
減速機Ｇｕとが設けられており、第１のロボットアーム
１０１は、サーボモータＭｗとその減速機Ｇｗとによっ
て直に揺動駆動される一方、第２のロボットアーム１０
２は、サーボモータＭｕとその減速機Ｇｕとによって揺
動駆動されるベース側リンク１０３ａおよびサポートリ
ンク１０４を介して水平軸Ｕの周りに揺動駆動されるよ
うになっている。

【０００５】この構成の長所は、第１，第２のロボット
アーム１０１，１０２を駆動するためのサーボモータＭ
ｗ，Ｍｕおよび減速機Ｇｗ，Ｇｕの全てをベース１００
の側に配備することで、第１，第２のロボットアーム１
０１，１０２の総重量を軽量化できる点にある。この結
果、第１のロボットアーム１０１を傾斜させてもＷ軸の
周りに重力の影響による大きな回転モーメントが作用す
ることがなく、サーボモータＭｗに作用する負荷が軽減
され、第１のロボットアーム１０１の揺動駆動または定
位置保持に必要とされる消費電力が節約されるといった
効果がある。

【０００６】しかし、第１のロボットアーム１０１を図
１（ａ）において反時計方向に揺動させると、ベース側
リンク１０３ａの先端部がベース１００や床面に干渉す
るので、第１のロボットアーム１０１の揺動可能範囲が
大幅に規制されるといった欠点もある。無論、ベース側
リンク１０３ａがベース１００や床面に干渉した状態で
はＵ軸を中心としてそれ以上に第２のロボットアーム１
０２を反時計方向に揺動させることもできなくなる。

【０００７】固定リンクを利用した垂直多関節型産業用
ロボットは、図２（ａ）に示す通り、ベース側リンク１
０３ｂがベース１００と一体的に構成されているので、
サーボモータＭｗおよび減速機Ｇｗで第１のロボットア
ーム１０１を揺動させると、リンクの一部を構成するブ
ラケット１０２ｂが床面と平行な状態を維持したまま、
第１のロボットアーム１０１およびサポートリンク１０
４の姿勢のみが変化することになる。従って、このまま
では第２のロボットアーム１０２の姿勢を変化させるこ
とができないので、ブラケット１０２ｂと第２のロボッ
トアーム１０２とを別構成とし、図２（ｂ）に示される
ように、第２のロボットアーム１０２を揺動駆動するた
めのサーボモータＭｕおよび減速機ＧｕをＵ軸上に配備
し、Ｕ軸を中心に、ブラケット１０２ｂに対して第２の
ロボットアーム１０２を揺動駆動するようにしている。

【０００８】この結果、ベース側リンク１０３ｂがベー
ス１００や床面と干渉して第１，第２のロボットアーム
１０１，１０２の揺動可能範囲が規制されるといった心
配はなくなるが、第２のロボットアーム１０２を揺動駆
動するためのサーボモータＭｕおよび減速機Ｇｕが第１
のロボットアーム１０１の先端部分に取り付けられるこ
とになるので、第１，第２のロボットアーム１０１，１
０２の総重量が大きくなり、第１のロボットアーム１０
１を傾斜させると、重力の影響によるＷ軸の周りの回転
モーメントが大幅に増大し、第１のロボットアーム１０
１の揺動駆動または定位置保持に必要とされる消費電力
が増大するといった問題が生じる。

【０００９】いうまでもなく、望まれている産業用ロボ
ットは、第１，第２のロボットアーム１０１，１０２の
揺動が自在で、しかも、第１，第２のロボットアーム１
０１，１０２の姿勢を変えても重力の影響によるＷ軸の
周りの回転モーメントが増大しない産業用ロボットであ
る。

【００１０】平行リンクを利用した産業用ロボットでは
前者の要求を満たすことができず、また、固定リンクを
利用した産業用ロボットでは後者の要求を満たすことが
できず、各々に一長一短がある。また、いずれのものも
サポートリンク１０４を必要とし、第１のロボットアー
ム１０１の周りに突出する部分が生じるので、ロボット
を挟んで生産ラインを併設するような場合、コンベア等
のラインを密接して配備することができなくなるといっ
た問題もある。

【００１１】そこで、このような問題を解消すべく、第
１のロボットアームを駆動するためのサーボモータおよ
びその減速機と第２のロボットアームを駆動するための
サーボモータとをベース側に配備すると共に、第２のロ
ボットアームを駆動するためのドライブシャフトを第１
のロボットアームに内装して取り付け、ベース側のサー
ボモータで前記ドライブシャフトを回転させて、ドライ
ブシャフト先端のベベルギァと噛合するＵ軸上の減速機
を作動させて第２のロボットアームを揺動させるように
した垂直多関節型産業用ロボットが本出願人らにより特
開昭６０−７６９８８号として提案されている。

【００１２】この構成によれば、第１，第２のロボット
アームを図２の従来例と同様に自由に揺動させることが
でき、また、第２のロボットアームを駆動するためのサ
ーボモータもベース側に設けられているので、第１，第
２のロボットアームの総重量も図２の従来例と比較して
大幅に削減することができ、また、サポートリンクを設
ける必要もないので、コンベア等の生産ラインを密接し
て配備することができるといった利点がある。

【００１３】ただ、サポートリンクを取り除いて第２の
ロボットアームを駆動するためのサーボモータをベース
側に配備した関係上、このサーボモータの駆動力を第２
のロボットアームに伝達するための太いドライブシャフ
トが必要となり、このドライブシャフトと、第１のロボ
ットアームの先端部に残った第２のロボットアーム駆動
用の減速機の存在とが、第１，第２のロボットアームの
総重量の軽減化を妨げていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の欠点を解消し、第１，第２のロボットアーム
を自由に揺動させることができ、しかも、姿勢変化によ
って生じる水平軸周りの回転モーメントの増大を更に高
い次元で抑制することのできる垂直多関節型産業用ロボ
ットを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベース上に配
備された水平軸の周りに揺動する第１のロボットアーム
と、前記第１のロボットアームの先端に配備された水平
軸の周りに揺動する第２のロボットアームとを備えた垂
直多関節型産業用ロボットにおいて、ベースに対して第
１のロボットアームを揺動させるための第１の駆動機構
と、第１のロボットアームに対して第２のロボットアー
ムを揺動させるための第２の駆動機構とを前記ベース上
に配備し、前記第２の駆動機構と第２のロボットアーム
とをベルトまたはチェーン伝動機構で接続して第２のロ
ボットアームの揺動動作を行わせるようにしたことを特
徴とする構成により前記目的を達成した。

【００１６】第２のロボットアームを揺動する第２の駆
動機構をベース側に配備し、しかも、第２の駆動機構か
らベルトまたはチェーンを介して第２のロボットアーム
を駆動するようにしたので、ドライブシャフトやベベル
ギァを伝動機構として利用した場合よりも第１，第２の
ロボットアームの総重量を軽くすることができ、姿勢変
化によって生じる水平軸周りの回転モーメントの増大が
少なくなる。また、サポートリンクが不要となるので装
置全体が小形化され、生産ライン等の密接配備が可能と
なる。

【００１７】更に、第２の駆動機構をサーボモータと減
速装置とで構成し、前記第２のロボットアームにプーリ
またはスプロケットを直に固設し、前記第２の駆動機構
の減速装置と前記プーリまたはスプロケットとをベルト
またはチェーン伝動機構で直に接続して第２のロボット
アームの揺動動作を行わせることにより、第１，第２の
ロボットアームの総重量を一層軽くした。

【００１８】第２のロボットアームを駆動する減速機を
ベース側に移すことにより、特に、第１のロボットアー
ムの先端の重量が大幅に軽減されるので、ロボットの姿
勢変化によって生じる水平軸周りの回転モーメントの増
大を効果的に抑制することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図３は、本発明を適用した一実施
形態の垂直多関節型産業用ロボット１の構成を示す概念
図であり、そのうち、図３（ａ）は側面図、また、図３
（ｂ）は図３（ａ）の姿勢でロボットアーム２の先端側
から見たときの状態を示す正面図である。図３（ａ）に
示す通り、垂直多関節型産業用ロボット１は、概略にお
いて、ロボット本体を支えるためのベース３と、該ベー
ス３上に配備された水平軸Ｗの周りに揺動する第１のロ
ボットアーム４、および、第１のロボットアーム４の先
端に配備された水平軸Ｕの周りに揺動する第２のロボッ
トアーム２により構成される。

【００２０】また、図３（ｂ）に示されるように、ベー
ス３の一側には、ベース３に対しＷ軸の周りに第１のロ
ボットアーム４を揺動させるためのサーボモータＭｗと
その減速機Ｇｗ、要するに、第１の駆動機構が設けられ
ている。この点は図１および図２に示した従来例と同様
である。

【００２１】一方、ベース３の他側には、サーボモータ
Ｍｕとその減速機Ｇｕ、要するに、ロボットアーム２を
揺動駆動するための第２の駆動機構が設けられている。
サーボモータＭｕと減速機Ｇｕの取り付け位置に関して
図１に示した従来例と同じであるが、本実施形態におい
ては、減速機Ｇｕの出力軸の先端に歯付プーリ５が固着
されており、ベース側リンク１０３ａを固着した図１の
従来例とでは構成が全く異なる。

【００２２】また、第１のロボットアーム４の先端に揺
動自在に取り付けられた第２のロボットアーム２の枢着
部には従動側歯付プーリ６が固着され、歯付プーリ５と
従動側歯付プーリ６との間に、伝動機構としてのタイミ
ングベルト７が巻回されている。従動側歯付プーリ６は
第２のロボットアーム２に実質的に一体に固着されてお
り、第１のロボットアーム４の先端部に対しては、Ｕ軸
の周りに回転自在である。

【００２３】従って、サーボモータＭｗを駆動すれば、
減速機Ｇｗを介して第１のロボットアーム４が直にＷ軸
の周りに揺動駆動され、また、サーボモータＭｕを駆動
すれば、減速機Ｇｕ，歯付プーリ５，タイミングベルト
７および従動側歯付プーリ６を介して第２のロボットア
ーム２がＵ軸の周りに揺動駆動されることになる。

【００２４】ベース３側に配備された減速機Ｇｕから伝
動機構を介して第２のロボットアーム２を揺動駆動する
点に関しては図１に示した従来例と同様であるが、伝動
機構となるベース側リンク１０３ａやサポートリンク１
０４を介して第２のロボットアーム１０２を揺動駆動す
る図１の従来例とは相違し、本実施形態においては、伝
動機構となるタイミングベルト７を第１のロボットアー
ム４に内装して取り付けているので、産業用ロボット１
全体の構成をコンパクト化することができ、特に、第１
のロボットアーム４の周辺部から邪魔な突出物がなくな
ることから、ロボット１を挟んでコンベア等の生産ライ
ンを密接して配備するといったとき、スペースの有効利
用が可能となる。

【００２５】また、図１に示した従来例とは違ってベー
ス側リンク１０３ａを必要としないので、ベース３や床
面と伝動機構との間に不用意な干渉が生じることもな
く、第１のロボットアーム４の姿勢、更には、第２のロ
ボッットアーム２の姿勢を、各々完全に独立させて自由
に操作することができ、特に、桿状のリンクを必要とし
ないことから、従来困難であった第２のロボットアーム
２の３６０°に近い回転動作や反転動作が可能となる。

【００２６】更に、第２のロボットアーム２を揺動させ
るためのサーボモータＭｕをベース３の側に配備するよ
うにしているので、第１のロボットアーム１０１の先端
部にサーボモータＭｕを取り付けた図２の従来例に比
べ、第１，第２のロボットアーム４，２の総重量を大幅
に軽減することができ、アーム４の傾斜によりＷ軸の周
りの回転モーメントが著しく増大するといった問題も発
生しない。従って、姿勢変化時の過負荷によってサーボ
モータＭｕに悪影響が生じることはなく、また、姿勢変
化で生じる回転モーメントに抗するためにサーボモータ
Ｍｕを大型化するといった必要もないので、安定して動
作する産業用ロボットを低価格にて提供することが可能
となる。

【００２７】また、ベース側に配備したサーボモータか
らドライブシャフトおよびベベルギァ等の伝動機構を介
して第２のロボットアームを揺動駆動する特開昭６０−
７６９８８号の産業用ロボットと比べても、伝動機構と
なるドライブシャフト等の重量に比べてタイミングベル
ト７の重量が軽い分だけ、第１，第２のロボットアーム
４，２の総重量が軽減化され、重力とロボットの姿勢変
化の影響で生じるＷ軸周りの不都合な回転モーメントの
発生を効果的に抑制することができる。更に、この実施
形態では、Ｕ軸駆動用のサーボモータＭｕのみならずそ
の減速機Ｇｕを含めてベース３の側に配備するようにし
ているので、第１，第２のロボットアーム４，２の総重
量、特に、重力と姿勢変化の影響が最も顕著に作用する
第１のロボットアーム４の先端部分の重量を大幅に軽減
することができ、Ｗ軸周りの不都合な回転モーメントを
減らすのに大きな効果がある。

【００２８】金属製のチェーンはタイミングベルトに比
べれば重いが、タイミングベルトに代わる伝動機構とし
て十分に利用することが可能であり、当然、その場合は
歯付プーリ５，６に代えてスプロケットを装着すること
になる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の垂直多関節型産業用ロボットは
ロボットアームの周辺にリンク機構を備えていないの
で、平行リンク用いた従来の垂直多関節型産業用ロボッ
トとは相違し、リンク部材とベースまたはリンク同志の
干渉を生じるといった問題がなく、第１，第２のロボッ
トアームの姿勢を独立して自由に操作することができ、
特に、桿状のリンクを必要としないことから、従来困難
であった第２のロボットアームの３６０°に近い回転動
作や反転動作が可能となる。

【００３０】また、固定リンクを用いた従来の垂直多関
節型産業用ロボットと違い、第２のロボットアームを揺
動するための駆動機構を第１のロボットアームの先端に
設ける必要がないので、第１，第２のロボットアームの
総重量を軽くすることができ、姿勢変化によって生じる
水平軸周りの回転モーメントの増大が抑えられるので、
ロボットを駆動または定位置に保持するサーボモータ等
の駆動源に作用する負荷を減らし、過負荷の発生や消費
電力の増大を防止することができる。

【００３１】更に、ロボットアームの周辺にかさ張るリ
ンク機構が存在しないので、装置全体が小形化され、生
産ライン等の密接配備が可能となる。

【００３２】また、ロボットアームを駆動するサーボモ
ータおよび減速機の全てをベース側に配備してベルトま
たはチェーンを介して第２のロボットアームを駆動する
ようにしているので、ドライブシャフトやベベルギァ等
を伝動機構として利用した従来の垂直多関節型産業用ロ
ボットに比べても、第１，第２のロボットアームの総重
量が大幅に軽減化され、姿勢変化によって生じる水平軸
周りの回転モーメントの増大をより確実に防止できるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平行リンクを利用した従来の垂直多関節型産業
用ロボットの一例を示す概念図である。

【図２】固定リンクを利用した従来の垂直多関節型産業
用ロボットの一例を示す概念図である。

【図３】本発明を適用した一実施形態の垂直多関節型産
業用ロボットの一例を示す概念図である。

【符号の説明】１垂直多関節型産業用ロボット２第２のロボットアーム３ベース４第１のロボットアーム５歯付プーリ６従動側歯付プーリ７タイミングベルト１００ベース１０１第１のロボットアーム１０２第２のロボットアーム１０２ａリンク部１０２ｂブラケット１０３ａベース側リンク１０３ｂベース側リンク１０４サポートリンクＷ水平軸Ｕ水平軸ＭｗサーボモータＭｕサーボモータＧｗ減速機Ｇｕ減速機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース上に配備された水平軸の周りに揺
動する第１のロボットアームと、前記第１のロボットア
ームの先端に配備された水平軸の周りに揺動する第２の
ロボットアームとを備えた垂直多関節型産業用ロボット
において、ベースに対して第１のロボットアームを揺動
させるための第１の駆動機構と、第１のロボットアーム
に対して第２のロボットアームを揺動させるための第２
の駆動機構とを前記ベース上に配備し、前記第２の駆動
機構と第２のロボットアームとをベルトまたはチェーン
伝動機構で接続して第２のロボットアームの揺動動作を
行わせるようにしたことを特徴とする垂直多関節型産業
用ロボット。
【請求項２】前記第２の駆動機構をサーボモータと減
速装置とで構成し、前記第２のロボットアームにプーリ
またはスプロケットを直に固設し、前記第２の駆動機構
の減速装置と前記プーリまたはスプロケットとをベルト
またはチェーン伝動機構で直に接続して第２のロボット
アームの揺動動作を行わせるようにしたことを特徴とす
る請求項１記載の垂直多関節型産業用ロボット。