JPS58143991A

JPS58143991A - 産業用ロボツトの関節ア−ム

Info

Publication number: JPS58143991A
Application number: JP2229182A
Authority: JP
Inventors: 小路　進; 長原　外志夫
Original assignee: Toyama Machine Works Ltd
Current assignee: Toyama Machine Works Ltd
Priority date: 1982-02-15
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1983-08-26
Also published as: JPH0133314B2

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】本発明は関節型の産業用ロボットに関し、特に第１アー
ムおよび第２アームに椋ヰな制御計算により所望の移動
運動を与えるだめの手段に係る。

従来の多くの関節型産業用ロボットは、２つのアームす
なわち第１アームと第２アームとを軸により回動可能な
状態で連結している。第１アームの旋回はロボット本体
に取付けられたサーボモータにより行なっており、また
第２アームの旋回は別にロボット本体に取付けたサーボ
モータの回転を四節平行リンク捷たけチェーン巻掛は機
構を介して行なっている。この場合、両者のサーボモー
タは独立しており、したがって制御装置は別個の制御指
令により各サーボモータを駆動し、第１アームおよび第
２アームに適切な回転量（回転角度）を与えている。こ
のため第２アームの先端部分の移動量および空間位置け
、両者の回転角度により決定されるから、複雑な数値計
算により算出しなければなら々い。これが原因で制御装
置の演算回路に大きな負担がかかることになり、制御速
度に限界が生じ、ロボットの運動速度が制限されたり、
あるいは高価な特殊集積回路の採用が必要とされていた
。

ここに本発明の目的は、関節アームの先端の移動量およ
び空間位置の計算を単純化して、制御装置に対する演算
の負担を軽減化し、上述の欠点を除去する点にある。ま
た本発明の他の目的は、制御計算の単純化を機構学的な
手段により実現する点にある。

上記目的のもとに本発明は、ロボット本体に対し主軸に
より支持された第１アームと、この第１アームに対し上
記主軸に対し平行々回動軸により支持された第２アーム
との間にカルダンの応用機構を組み込み、上記第２アー
ムの先端をこれと上記主軸とを結ぶ直線（傾斜線）上を
移動させるようにし、この直線の傾斜角および第２アー
ムの先端部分の傾斜線上での移動をそれぞれ独立のモー
タの回転によ、り得るようにしている。ここで第２アー
ムの先端部分の移動距離はモータの回転量（回転角度）
Ｋただ１回の数値計算をするのみで決定でき、また上記
直線（移動軌跡）の傾斜角は他・　　３　　± のモータの回転量（回転角度）から直接求められるよう
にしている。したがってこの関節アームでは、制御計算
が極座標形式に単純化し、演算時の負担が従来のものに
比較して格段に軽減されることになる。

以下、本発明を図に示す一実施例にもとづいて具体的に
説明する。

危第１図および第２図の関節型の差業用ロボット１は本発
明に係る関節アーム２を備えており、その関節アーム２
は主要部として主軸機構３．第１アーム機構４および第
２アーム機構５を備えている。

上記の主軸機構３は、ロボット本体６に対し水平方向の
主軸７を回転自在に支持し、この主軸７に大歯車８を取
付けるとともＶＣ１上記ロボット本体６に直線（移動軌
跡）の傾斜角制御用のモータ９を取付け、とのモータ９
で上記大歯車８に所望の回転変位を与えるように構成し
である。上記ロボット本体６は正面から見てＵ字状で垂
直方向の旋回軸１０によりロボットベース１１に対し旋
回（４１可能な状態で取付けられており、この旋回軸１０の駆動
はロボットベースｘｌｖｃ取付けられた旋回駆動用のモ
ータ１２により行なわれる。このモータ１２の回転はロ
ボットベース１１の内部に組込まれたぁ示しない歯車列
やタイミングベルトなどの伝動機構により大減速比のも
とに旋回軸１０に伝えられる。１だ主軸７はロボット本
体６の一対の軸受１３により水平な方向で回転自在に支
持されており、大歯車８の他に歯車１４および巻き掛は
歯車１５を固定している。この歯車１４Ｉｒｉモータ９
のモータ軸９αに地利けられた出力歯車１６とかみ合っ
ている。したがってモータ９の回転は出力歯車１６．歯
車１４および主軸７を介して間接的に大歯車８と巻き掛
は歯車１５とに伝達されることになる。

また第１アーム機構４は、上記主軸７に対し第１アーム
１７の一端部を回動自在に取付けるとともに、上記大歯
車８にかみ合う駆動歯車１８および上記主軸７全中心と
して第１７−ム１７に任意の回転変位を与えるだめのア
ーム駆動用のモータ１９を取付けて構成しである。第１
７−ム１７の一端部は軸受２０により主軸７に対して滑
らかに回転できるようＫがっている。またモータ１９は
例えば第１アーム１７の側面に取付けられており、その
モータ軸１９αは駆動歯車１８を支持している。

さらに第２アーム機構５は第１アーム１７の他端に主軸
７と平行な状態で回動軸２１を回動自在に取付け、この
回動軸２１に対し第１７−ム１７と同じ長さの第２７−
ム２２の一端を固定し、またこの第２７−ム２２に上記
巻き掛は歯車１５と連動し２倍の回転量でかつ同一方向
に回転する小歯車２３を取付けて構成しである。回動軸
２１は第１アーム１７の他端に対し軸受２４により回動
自在に支持され、かつ第２７−ム２２に対し回シ止めさ
れた状態で固定しである。また小歯車２３は回動軸２１
に対し固定されている。前記駆動歯車１８の回転はそれ
と噛み合う大歯車８に伝わり、これに固定された前記巻
き掛は歯車１５と小歯車２３との間に掛は渡した無端状
のタイミングベルト２５により小歯車２３に伝達される
。

ここで巻き抄１け歯車１５の歯数は小歯車２３の歯数の
２倍に設定しであるから、小歯車２３の回転量は巻き掛
は歯車１５および大歯車８の回転量の２倍に等しく、か
つその方向は同じである。このことは大歯車８を固定し
て、第１アーム１７を回転させるとき、小歯車２３０回
転量は第１アーム１７の回転量の２倍で、かつその方向
は第１アーム１７の回転方向の逆に々ることを意味して
いる。そして小歯車２３の回転はす々わち第２アーム２
２の回転運動と々る。さらに第１アーム１７の有効長す
なわち主軸７と回動軸２１との軸間距離と、第２アーム
２２の有効長すなわち回動軸２１と第２アーム２２の動
作点２６との距離とが共に等しく皇に設定されているか
ら、これらはカルダンの応用機構を構成している。した
がってモータ１９が単独で回転するときは、第２７−ム
２２の動作点２６はこれと主軸７とを結ぶ直線（移動軌
跡）ＬＫそって移動することになる。なお、モータ９，
１２．１９の回転量はそれぞれエンコーダ２７．２８．
２９によって電気信号として検出で　７１きる。

つぎに動作を説明する。モータ１９ｆ：始動させて、固
定的な大歯車８に対する駆動歯車１８のかみ合い位置を
変え、第１アーム１７を主軸７に対したとえば反時計方
向に回動させ、第１アーム１７の直線りに対する角度β
を変化させると、第２アーム２２の先端の動作点２６は
直線りにそって主軸７に接近する方向に移動する。また
逆に第１アーム１７が時計方向に回動するとき、第２７
−ム２２の動作点２６は直線りにそって主軸７から遠ざ
かる方向に移動する。このようにして動作点２６の主軸
７からの距離Ｒは変化できるが、このときの動作点２６
の最大移動量は２兎と々つている。ｔたモータ１９の停
止状態でモータ９を回転させると、大歯車８が駆動歯車
１８に対するかみ合い位置を変えない状態で回転するた
め、第１アーム１７および第２アーム２２け一体となっ
て水平線に対し仰伏角を変化できるから、直線りの傾斜
角αは任意の値に設定できる。この結果、第２アーム２
２の動作点２６はこれと回動軸２１および主軸７を（８
）含む平面上で任意の位置に移動できる。もちろんモータ
９，１９が同時に回動すれば、動作点２６は直線りを含
む平面内で自由に移動する。しかもこの平面は旋回駆動
用のモータ１２を動作させ、旋回軸１０つまりロボット
本体６を垂直軸に対し旋回させることにより、任意の旋
回角に設定できるから、結局、動作点２６は半径２党の
球面内で任意の空間位置に移動できることになる。

さて、第３図は動作点２６の座標上の点Ｐを示している
。極座標系で表示すると、動作点２６はＰ（Ｒ，、α）
として表わされる。ここでＲ＝　２　％ｓβであり、ま
たαはそのままモータ１９の回転量と対応している。そ
して直角座標系での動作点２６はＰ（ｘ、ｙ）となり、
ｘ　＝　２１ｃｘｒＳβ＠Ｃｏ５Ｃ１、またｙ＝２［ｃ
ｏｓβ・ｓｉｎαとして求められる。このように直角座
標系はもちろん直交座標系においても、動作点２６の座
標位置は簡単な三角関数として表示できるから、制御時
の位置計算は従来の関節ロボットに比較して格段に単純
化されている。

なお、上記実施例は第１アーム１７に対する巻き掛は歯
車１５の相対回転をタイミングベルト２５および小歯車
２３により第２アーム２２に２倍の回転量で同一回転方
向として伝達しているが、この回転伝達手段は第４図あ
るいは第５図のように構成してもよい。

まず、第４図の伝達手段は、巻き掛は歯車１５を省略し
、第１７−ム１７の中間位置に中間軸３０を軸受３１に
より回転自在に設け、これに中間歯車３２および歯車３
３を固定し、中間歯車３２を駆動歯車１８にかみ合わせ
、かつ歯車３３と小歯車２３との間にタイミングベルト
３４を巻き掛けて構成しである。ここで中間歯車３２の
歯数は犬歯数は等しく設定しであるから、小歯車２３の
回転数は第１アーム１７に対する大歯車８の相対回転数
の２倍であり、しかもその回転方向は一致している。こ
の例では、タイミングベルト３４がタイミングベルト２
５よりも短くできるので、その弾性変形による悪影響が
少くできる。

また、第５図のものは、さらに中間軸３５を追加し、そ
れに固定した歯車３６により歯車３３の回転を小歯車２
３．に伝達し、タイミングベルトを完全に無くしている
。したがって伝達経路には弾性変形要素が存在しないか
ら、回転の伝達は一層確実化する。もちろんタイミング
ベルト２５．３４はチェインなどで置き代えることもで
きる。

本発明では、第１アームおよび第２アームの相対的な運
動をカルダンの応用機構により得ているから、動作点が
直線運動をするので、例えばワークなどの搬送方向が主
軸を通る線上にあるときけ運搬が常に最短距離の状態で
可能となり、また動作点が簡単な三角関数により算出で
きるため、その移動量および位置制御が簡単な制御演算
のもとに実現でき、したがって制御装置の容量が可及的
に小さくなり、また制御速度の高速化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は産業用ロボットの側面図、第２図は第１図のｉ
ｉ　−ｎ線における断面図、第３図は動作点の座標を示
すグラフ、第４図および第５図は不発（１１；明の他の実施例を示す断面図である。１・・・産業用ロボット、　　２・・・関節アーノ・、
　　３・・・主軸機構、　４・・・第１アーム機構、　
　５・・・第２アーム機構、　　６・・・ロボット本体
、　　７・・・主軸、８・・・大歯車、　９・・・傾斜
角制御用のモータ、　９α・・・モータ軸、　　１０・
・・旋回軸、　　１１・・ロボットベース、　１２・・
・モータ、　１４・・・歯車、１５・・・巻き掛は歯車
、　　１６・・・出力歯車、　　１７・・・第１アーム
、　　１８・・・駆動歯車、　　１９・・・アーム駆動
用のモータ、１９α・・・モータ軸、　　２１・・・回
動軸、　２２・・・第２アーム、　　２３・・・小歯車
、　２５・・・タイミングベルト、　　２６・・・動作
点、　　３０・・・中間軸、　　３１・・・軸受、　　
３２・・・中間歯車、　　３３・・・歯車、　　３４・
・・タイミングベルト、　　３５・・・中間軸、　３６
・・・歯車。（１２ｌ５３

Claims

【特許請求の範囲】

ロボット本体に対して回転自在に支持された主軸に大歯
車を取付けるとともに、この大歯車に所望の回転変位を
与える傾斜角制御用のモータを上記ロボット本体に取付
けてなる主軸機構と、上記主軸に対して第１アームの一
端部を回動自在に取付けるとともに上記主軸を中心とし
て第１アームに任意の回転変位を与えるアーム駆動用の
モータを上記第１アームに取付けその回転全上記大歯車
に伝える第１アーム機構と、上記第１アームの他端に上
記主軸と平行な状態で取付けられた回動軸に対して一端
部で回動自在に支持され上記第１アームと同じ長さの第
２アームおよびこの第２アームに固定され上記大歯車と
連動し２倍の回転量でかつ同一方向に回転する小歯車か
らなる第２アーム機構とから構成されていることを特徴
とする産業用ロボットの関節アーム。