JPS5822688A - 関節形ロボツトア−ム - Google Patents

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、所謂工業用ロボットとして、アーク溶接作業
、組立作業その他マテリアルズハンドリング分野の作業
の自動化に用いられる関節形のロボットアームに関する
。

従来の関節形ロボットアームの駆動方式は、第１図（３
）及び第１図（Ｂ）に示す直流モータ（ａ）とアーム駆
動用平行四辺形リンク（ｈ）及び肩部動用リンク（ｃ）
等を有する電動式及び第２図に示すサーボ弁（ｄ）と油
圧シリンダリンク（Ｃ）とを有する油圧式が主流をなし
ているが、それぞれ下記のごとき欠点を有していた。即
ち電動式は■アーム関節（ｆ）及び肩関節（ｙ））の作
動範囲α、βが大きくとれない。■リンク（Ａ）　（Ｃ
）の機構部に強度を持たせる必要があり、重量が大きく
なる。又リンクのビンの摩耗等）二より、ガタが発生し
精度が劣化する恐れがある。一方油圧式の場合は、■油
圧シリンダ（Ａ）のストロークと関節回転角度（γ）が
比例せず、角度によって位置精度が異なる。■シリンダ
推力が関節トルクと比例しないので、ノ（ワー効率が悪
い。■アーム関節（番）の作動範囲δが大きくとれない
。

本発明は、前述欠点を取り除くと共に、ロボットアーム
な小型軽量化し、更に回転軸ζ二取付けた歯輪と、該歯
輪に係合する駆動部材との係合位置を変更することによ
って油圧サーボシリンダのストローク（二対応する関節
角度の値を変更可能とすることによ１ハ天井、壁面等へ
の取付を可能とし、ロボット導入ラインのレイアウトの
自由度を増し、更（二油圧サーボシリンダをアーム内に
備え外部リンクを用いずに直接関節。

軸を駆動すること（二より、可動部のガタ及び］（ツク
ラツンユを除去し得るよう（ニし、更（＝シリンダスト
ロークとアームの回転角度の関係なリニアにすることに
より制御精度の高い関節形ロボットアームを提供する目
的でなしたもので、その要旨とするところは、アームに
内蔵した油圧サーボシリンダと、関節部の回転軸に取付
けた歯輪と、該歯輪に係合する駆動部材とを備え、前記
油圧サーボシリンダにより前記駆動部材を介して歯輪な
回転駆動するようにした関節部を１個以上有するもので
ある。

以下本発明の実施例につき添付の図面にも”とづいて説
明する。第５図乃至第５図において、（１）はロボット
アーム（２）の旋回軸、（３）は肩関節軸、（４）は肘
関節軸、（５）は手首振り軸、（６）は手首捩り軸を示
し、前記各軸（１１（３）（４）　（５）（６）は、そ
れぞれの軸心４＋　’＠ｓ　ｔ３＋　’４＋　ｔｓの周
りに矢印θ１．θ２．θ、。

θ４．θ６に示すごと′く回転する。また軸（１）　（
３）（４）　（５）には、それぞれスプロケット（力（
８）　（９）　Ｑ（ｌｌを取付け、該スプロケット（７
）（８）（９）　Ｑ（ｎ　ｔ＝は、それぞれチェーンα
υ０２１α渇αすを掛は廻わし、該チェーン０υ０２１
０□□□Ｑ４）の両端部には、それぞれ一方の端に電気
−油圧サーボシリンダα５）　Ｑｆ９　ａ７１　Ｑｌを
、他方の端に通常の油圧シリンダａＩｃ！Ｉａυ（ハ）
を連結する。前述の各軸（１）　（３）　（４）（５）
を駆動する要領はすべて同一であり、その詳細を第５図
に示す。

なお前述のスプロケット及びチェ←ンの代りに、ピニオ
ン及びラックを用いてもよい。また前述の通常のシリン
ダの代りに電気−油圧サーボシリンダを用いてもよい。

また第４図に示す電気−油圧サーボシリンダＱ！９０Ｅ
９　（１７１α樽は、後述のごとく制御弁及びメカニカ
ルフィードバックループな内蔵し、パルスモータ又は直
流サーボモータで制御される型式の電気−油圧サーボシ
リンダであるが、この代りに通常のサーボ弁をマニホー
ルドを介して一体（二取付けた型式の電気−油圧サーボ
シリンダでもよい。

次（＝第５図を用いて肘関節軸（４）を駆動する電気−
油圧サーボシリンダα７）以下シリンダαηと称す）と
通常の油圧シリンダ（２０（以下シリンダ（２１）と称
す）の構造及び作動について説明する。各シリンダαη
Ｑυはそれぞれロッド＠（財）を介して矢印に示す方向
の力Ｆｃ、Ｅ’ｏでチェーン０３を常時引つ張るｏ　’
　ＦＯ”　ＦＣの時スプロケット（９）は停止しＦ。−
ＦＣの時スプロケット（９）は時計方向（矢印ｋ）又は
反時計方向（矢印ｍ）（一回転する。本発明においては
Ｆ。を一定としＦｃを変化させてスプロケット（９）を
所望の方向１１回転させるが、チェーン（１３１には常
時張力が掛っているので、スプロケット（９）と９チエ
ーンＱ３１の間にバックラッシュを生ずることがなく、
高い精度でスズロケット（９）を駆動することができる
。Ｆｃの値はシリンダａ７）のロッド側のチャンバ（ハ
）の圧力ＰＣにより決まる。いまシリンダ０７）内のピ
ストン弼には制御弁（５）及びねじ棒（イ）が同心に内
蔵されており、制御弁（５）は送りねじ（ハ）のナツト
を兼ねているが、ピストン価）に対しては回転しないよ
うになっている。従ってパルスモータ又は直流サーボモ
ータＣ３Ｑ１″−よりねじ棒（２印を矢印ｎの方向に廻
転すると、制御弁（２ηは軸方向（矢印ｐ）に移動する
。こ＼〜でシリンダａηの側面ポート０１）より矢印ｑ
の方向に供給された高圧作動油ＰＳは、ピストン円周上
の油溝Ｃ３２１及び油路（至）を経て、制御弁円周上の
溝（財）に至る。該溝（ロ）とシリンダａηのロッド側
のチヤンバ（ハ）との間は油路Ｃ３５１により常時連通
している。一方油路［有］及び油路（至）がそれぞれ制
御弁円周上の溝（２）（＝開口するポー）　（３７）（
至）は、制御弁（２１の停止時は通常開されており、制
御弁（５）の軸方向の動きにより、油路Ｃ３３１（至）
に通ずるポー）Ｃ３η弼が差動的に制御される。こ。の
ような両方のポート０η（至）の開閉によってチャンバ
ｒ２５）内の圧力ＰＣが可変制御される。

いまパルスモータ翰に入力信号が入り、ねじ棒（至）が
回転し、制御弁−が矢印Ｐの方向に移動すると、油路（
ハ）と制御弁円周上の溝（３４）油路０５）が連通し、
チャンバＣ９内の圧力ＰＣは上昇する。

その結果ＦＣ＞Ｆｏとなり、シリンダ０７）のピストン
（イ）は矢印ｒの方向に駆動され、スプロケット（９）
は時計方向（矢印ｋ）に回転する。こ＼でパルスモータ
（至）への入力信号が停止すると、制御弁−が停止し、
ピストン（イ）が制御弁（５）に追いつくことにより、
油路（ハ）と制御弁円周上の溝（財）の間のポートＣ３
７）は閉じられ、ピストン（ホ）は停止する。

パルスモータ（７）を矢印Ｓの方向に逆転させると、制
御弁（資）は軸方向（矢印ｔ）に移動し、制御弁円周上
の溝０４）と、油路（至）の間のポート（至）が開いて
、チャンバ固自の圧力Ｐ。は油路Ｃ３５＋（財）（至）
Ｃ３１（４Ｇを経て、タンクポート（４０に連通される
。このためチャンバ（２ω内の圧力ＰＣは低下し、ＦＣ
＜Ｆ。

どなるため、スプロケット（９）は反時計方向（矢印ｍ
）に回転し、ピストン（イ）は矢印Ｗの方向に移動する
。パルスモータ（７）が停止すると制御弁（２７）も停
止し、ピストン（イ）が追いつき、再び円周上の溝（ロ
）と油路（力とは連通しなくなり、ピストン（イ）は停
止する。ビヌトン停止時には、チャンバ伺書の圧力Ｐｃ
の値は、ピストン（イ）の移動前の圧力に戻る。シリン
ダ（２１）のチャンバ（４り内には高圧作動油Ｐｓが側
面ポー）（４３）より矢印ｑで示すごとく供給されてお
り、ピストン（イ）停止時はＦｃ二ＦＵとなるようにピ
ストン面積が適宜定められている。前述のごとく制御弁
（２７）を操作した後ピストン（イ）が追いついて停止
するとＦｃ　＝　Ｆｏを満足するよう自動的にバランス
する。

なおピストン（ホ）、　（４４）の背面のザ倉′ンパ（
４５）　（４６）はいづれも矢印ν４Ｗに示す経路を経
て大気に開放する。

前述のようにパルスモータ（７）の回転を制御すること
により、スズロケット（９）の回転を制御することがで
きる。スズロケット（９）の回転軸（４）は肘関節軸で
あるが、他の関節部の回転軸についても同様に制御でき
、関節形ロボットアームの関節角度を制御することがで
きる。

電気−油圧サーボシリンダは、パルスモータを用いて駆
動し、制御弁を内蔵した、メカニカルフィードバックタ
イプであるので、外形寸法が小さ−く、且つ作動の精度
が高い。従ってロボットアーム内に配置し、スプロケッ
トとチェーン等を用いて関節軸を直接駆動することがで
き、しかもチェーン（二張力が発生するように両端部に
常時力が加わるよう（＝すれば、スプロケットとチェー
ンの間のバックラッシュを除去することができ、更に制
御精度を高めることができる。

なお手首捩り軸（６）は直流モータ（４７）により直接
駆動しているｒ＼、 第６図は本発明の第２の実施例を示すものぞ、肘関節以
降に２個の油圧サーボシリンダを配置した関節形ロボッ
トアームの概念図を示す。各関節部の駆動機構は前述の
実施例と全く同じであり、図面の符号は同じものを使用
する。

なお本発明は前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更
を加え得ることは勿論である。

本発明の関節形ロボットアームは、前述の構成を有する
ので、次の優れた効果を発揮する。

（１）　　ロボットアームの駆動は、アーム内に配置し
た小型の油圧サーボシリンダを用いたので、従来の外部
リンクにより駆動するものに比べ、ロボットアーム全体
を小型軽量化できる。従ってロボットの天井又は壁面等
への取付を考慮することにより、ロボット導入ラインの
レイアウトの自由度を増すことができる。

（１１）前項と同じ理由により、アームをアーム内部で
直接駆動することができるので、従来のようにリンク装
置のガタによる制御精度の低下のおそれがない。

（ｉｉｉ）　　関節軸に歯輪な取り付け、２つの油圧サ
ーボシリンダを用いて歯輪に係合する駆動部材を介し常
に歯輪に反対方向の廻転偶力を与えるようにすることに
より、歯輪と駆動部材間のバックラッシュを除去するこ
とができ、制御の精度を高めることができる。

４ｖ）　　関節軸に歯輪な取り付け、歯輪に係合する駆
動部材を油圧サーボシリンダで駆動するようにすること
により、シリンダストロークとアームの回転角度の関係
をリニアにすることができ、いかなる角度においても同
一の位置精度を確保することができる。

（Ｖ）　　パルスモータにより回転させられるねじ棒を
用いて駆動する内蔵型の制御弁とメカニカルフィードバ
ック機構を備支た電気−油圧サーボシリンダを用いるこ
とにより、比較的小型のロボット、或いは特別の理由に
より細いアームを有するロボットのアーム内に配置する
ことかでき広い範囲のロボットアームに適用することが
できる。

（ｖｉ）　　関節部を油圧シリンダで駆動するので、誤
まって定格以上の負荷又は外力が掛った場合でも、シリ
ンダ部がクッション効果を発揮し、アーム本体の損傷を
免かれることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（４）は従来のアーム駆動用平行四辺形リンクを
有する電動式関節形ロボットの側面図、第１図田）は第
１図囚のロボットの反対側の側面図、第２図囚は従来の
油圧サーボ弁駆動の関節形ロボットの側面図、第２図（
Ｂ）は第２図■の■−■方向からの平面図、第３図は本
発明の実施例を示す関節形ロボットアームの一部切断側
面図、第４図は第５図における■−■方向からの一部切
断平面図、第５図は第３図における肘関節軸を駆動する
電□気−油圧サーボシリンダ付近の詳細構造を示す一部
切断側面図、第６図は本発明の別の実施例を示す関節形
ロボットアームの概念図である。 第２ （Ａ） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アーム（二内蔵した油圧サーボシリンダと、関節部
   の回転軸に取付けた歯輪と、該歯輪に係合する駆動部材
   とを備え、前記油圧サーボシリンダにより前記駆動部材
   を介して歯輪な回転駆動するようにした関節部を少くと
   も１個以上有することを特徴とするロボットアーム。 ２）関節部に複数個の油圧サーボシリンダを備え、歯輪
   に回転方向が反対の一対の回転偶力を与えるよう駆動部
   材に油圧サーボシリンダを取付けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１）項記載のロボットアーム。 ３）油圧サーボシリンダのうちの少くとも１個が、電動
   機で回転駆動するねじ棒と、該ねじ棒の外側に螺合し前
   記ねじ棒の回転により軸方向に移動して圧油のポートを
   開閉させる制御弁と、該制御弁に外接するピストンとを
   油圧シリンダの内部に設けてあり、且つ圧油のポートを
   閉じるためのメカニカルフィードバック機構を内蔵させ
   た油圧サーボシリンダであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１）項又は第２）項記載の関節形ロボットアー
   ム。