JPS587433B2 - 特に工業ロボツト用のマニピユレ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サポート上に設けられて、そのサポートから
延びる関節式に連結されたつかみアームを備え、このつ
かみアームはそれぞれの駆動部で駆動できる第１と第２
および第３の部材を少くとも有し、前記第１の部材はサ
ポートに枢着され、前記第２の部材は第１の部材に枢着
され、前記第３の部材は第２の部材に枢着され、第１の
部材は第１のレバー平行四辺形の一辺を形成し、第２と
第３の部材は第２のレバー平行四辺形のそれぞれ異なる
辺を形成し、前記第３のアームにはつかみ部材すなわち
道具が取りつけられる、とくに工業ロボット用のマニピ
ュレータに関するものである。

このようなマニピュレータは米国特許第３，７０３，９
６８号に開示されているように既に知られている。

しかし、公知のこのマニピュレータでは第３の部材を駆
動するための駆動部が設けられていないから、第３の部
材を他の部材とは独立に動かすことはできない。

従来のマニピュレータでは部材すなわち関節式に連結さ
れているアームのレバーに駆動部がとりつけられている
から、このアームは駆動部の重量も支えねばならない。

したがって、従来のマニピュレータの可動性は限られた
ものとなる。

それらの駆動部の重量のために、部材したがってつかみ
アームがたわむ傾向がある。

アームのたわみによりマニピュレータの位置ぎめ精度が
大きな影響を受けることになる。

加速される部品の質量が大であるから位置ぎめ速度を高
くすることができず、そのために望ましくない震動をひ
き起すことなしにマニピュレータを動かすことが困難で
あることがある。

従来のマニピュレータの別の欠点は動きが複雑なことで
ある。

動きが複雑であるから、つかみ部材を所定位置まで動か
すようにマニピュレータの運動をプログラムすることが
困難となる。

従来のマニピュレータは工業ロボット用として作られて
いるのではなく、マニピュレータを操作している人がつ
かみ部材の動く経路を制御し、かつ必要があれば修正を
行うことができるような場合に、油圧装置により手動制
御するために作られていた。

したがって、本発明の目的は、個々の部材が容易にプロ
グラムできる明確に定められている運動を行い、かつ高
い位置ぎめ速度が可能であるように、前記した種類のマ
ニピュレータを改良することである。

本発明によれば、関節式に連結されているアームの第１
の部材は第３のレバー平行四辺形の一辺をも成し、種々
の部材のための駆動部がサポート上に設けられ、第１の
駆動部が第１の部材を駆動し、第２の駆動部か第３のレ
バー平行四辺形のレバーを駆動し、第３の駆動部が第１
のレバー平行四辺形のレバーを駆動するようになってお
り、それら３つの駆動部は、それらの駆動部によって駆
動されるレバーの回転によりそれぞれの枢軸に枢着され
ている第２と第３の部材が同じに回転させられるような
動作関係で構成されるマニピュレータにより前記目的は
達成される。

それらの運動は簡単であるからつかみ部材の運動をプロ
グラミングすることは容易である。

レバー機構には駆動部の荷重がかからないから、大きく
たわむことがない範囲内でレバー機構の重量を軽くでき
る。

こうすることにより位置ぎめ確度と位置ぎめ速度を高く
できる。

アームの第１の部材と、第１のレバー平行四辺形のレバ
ーと、第３のレバー平行四辺形のレバーとはサポート上
に共通枢軸を有する。

このように枢軸を共通にすることによりマニピュレータ
の構造が簡単になるという利点が得られる。

また、第１と第２のレバー平行四辺形に１つのレバーを
共有させることによっても、このマニピュレータの構造
を簡単にできる。

本発明の好適な実施例では少くとも１つのレバー平行四
辺形に加えて補助レバー平行四辺形が設けられる。

この補助レバー平行四辺形は前記レバー平行四辺形とは
ずれているそのためにレバー平行四辺形の死点により運
動がそれ以上制限されることはないから、マニピュレー
タの動作範囲が拡がることになる。

各補助レバー平行四辺形はアームの１つか２つの部材と
、それぞれのレバー平行四辺形の２つか１つのレバーを
共通に有する。

第１と第２のレバー平行四辺形のために補助レバー平行
四辺形が設けられる場合には、第１と第２のレバー平行
四辺形は共通のレバーを有することになる。

レバー平行四辺形の共通のレバーは補助レバー平行四辺
形の共通レバーでもあるから有利である。

このようにしてマニピュレータの部品を更に減少できる
から、アームの質量を軽くできる。

本発明のマニピュレータは以上述べたようにして構成さ
れているから、第１の部材とレバーは共通の枢軸を有し
、第１の部材とレバーとは歯車部を有し、それぞれの駆
動部のピニオンが前記歯車部の歯にかみ合う。

各歯車部には第２の歯車部を設けることができる。

この第２の歯車部はばねの力により第１の歯車部と相対
的に動いて、がたつきなしに力を双方向へ伝えることが
できる。

関節式に連結されているアームの構造を非常に安定なも
のとするために、少くとも１つの部材は互いに離れて配
置される２つの平行な部品、またはウエブで連結される
部品を有する。

サポートは柱の上に回転あるいは旋回できるようにして
支持され、サポートの上にはサポートを所定の位置まで
動かすための第４の駆動部が設けられる。

ステツピングモータのようなデジタル制御されるモータ
が駆動部としてとくに適する。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図に図形的に表わされているマニピュレータはアー
ム１０を備えている。

このアーム１０は第１の部材１１と、第２の部材１３と
、第３の部材１５とを有する。

これらの部材を他のレバーと区別するために、それらの
部材は太線で描かれている。

部材１１，１３，１５は３つのレバー平行四辺形１７，
１９，２１の辺も構成する。

第１のレバー平行四辺形１７は部材１１と、辺２２，２
３．２９と、枢軸２５〜２８とを有する。

第２のレバー平行四辺形１９は部材１３，１５と、レバ
ー２９，３１と、枢軸２６．３３〜３５とを有する。

第１と第２のレバー平行四辺形１７，１９はレバー２９
を共有していることがわかるであろう。

第３のレバー平行四辺形２１は部材１１と、部材１３の
延長部と、レバー３７．３８とを有する。

第３のレバー平行四辺形２１はレバー１１を第１のレバ
ー平行四辺形と共有し、レバー１３を第２のレバー平行
四辺形と共有する。

第３のレバー平行四辺形は枢軸２５，２６，３９，４１
も有する。

アーム１０の端部にはつかみ部材４０が設けられる。

このつかみ部材４０の代わりにその他の道具を取りつけ
ることもできる。

部材１１とレバー２２，３８はサポート４３上に枢軸２
５を共有する。

したがって、駆動部４５，４７．４９をサポート４３上
に配置することが可能であり、かつそうした方がよい。

それからの駆動部４５，４７．４９はピニオン５５，５
７．５９により歯車部６５，６７，６９を駆動する。

したがって、駆動部の重量はアーム１０にはかからない
。

サポート４３を軸７０を中心として回転させるための手
段（図示せず）も設けることができる。

このマニピュレータの動作時には種々の駆動部を、要求
に応じて１度に１つずつ、あるいは同期して動作させる
ことができる。

このマニピュレータの動作を良く理解するために、第２
図乃至第４図はレバー１１，３８．２２をそれぞれ駆動
することにより行われる部材１１，１３．１５の個々の
運動を示す。

各場合に２つのレバーまたは２つの部材は動きを阻止さ
れると仮定している。

すなわち、第２図ではレバー２２．３８が動きを阻止さ
れ、第３図では部材１１とレバー２２が動きを阻止され
、第４図ではレバー３８と部材１１が動きを阻止される
。

第２図から明らかなように，部材１１が仲度αだけ回転
させられると、部材１５が平行に動かされる。

また、第３図に示されているように、レバー３８が角度
βだけ回転させられると、部材１５が平行に案内され、
部材１３が枢軸２６を中心として同じ角度βだけ回転さ
せられる。

第４図に示されているように、レバー２２が角度γだけ
回転させられると、部材１５が枢軸３３を中心として同
じ角度γだけ回転させられることがわかるであろう。

これらの運動の全ては数学的に解析することが容易であ
るから、容易にプログラムできる。

このマニピュレータが行わねばならない運動の範囲に応
じて、レバー機構に死点が生ずることを避けるための手
段を設けなければならない。

この目的のために、レバー平行四辺形とずれている補助
レバー平行四辺形を設けることができる。

第５図にそのような補助レバー平行四辺形が２つ示され
ている。

この図では、いままで説明した部品が太い線で示されて
おり、新しい部品７２．７９が細い線で示されている。

斜線を施してある部分は前記したレバーまたは部材が更
に有しなければならない枢軸を示す。

たとえば、レバー２２は枢軸７３を更に有し、レバー２
９は枢軸７５．８０を更に有し、部材１５は枢軸８１を
更に有する。

第１のレバー平行四辺形１７に対応する補助平行四辺形
７１はレバー７２をほぼ有する。

このレバー７２はレバー２２に位置７３で枢着され、レ
バー２９に位置７５で枢着されて部材１１に対して平行
に動く。

同様に、第２のレバー平行四辺形１９に対応する第２の
補助平行四辺形７７はレバー７９を有する。

このレバー７９は部材１５へ位置８１で枢着され、レバ
ー２９へ位置８０で枢着されて部材１３に対して平行に
動く。

各補助レバー平行四辺形はアームの１つか２つの部材、
またはレバー平行四辺形の２つか１つの部材も共通に有
する。

レバー平行四辺形１７．１９においてはレバー２９は補
助レバー平行四辺形７１．７７の形成にも寄写する。

これによりマニピュレータの構造がとくに簡単となる。

第６図および第７図は第１図乃至第４図を参照して説明
したマニピュレータの実際的な例を示すもので、これら
のマニピュレータには第５図に示す補助レバー平行四辺
形が設けられている。

アーム１０と駆動部４５，４７，４９，８２が設けられ
ているサポート４３が柱８３に回転すなわち旋回できる
ようにして支持される。

サポート４３を回転させるために駆動部８２が用いられ
る。

この駆動部８２は他の駆動部と同様にステツピングモー
タで構成することができる。

駆動部８２のピュオン８５が歯車部８７にかみ合う。

この歯車部８７は第１と第２の円板８７′、８７″を有
する。

これらの円板は、ピニオン８５ががたつきなしにかみ合
うように、ばね（図示せず）により押される。

こうすることによって位置決めの確度を高くできる。

また、歯車部６５，６７，６９も歯車部８７と同様に構
成される。

部材１１，１３，１５は互いに離れている２本のアーム
１１′と１１″、１３′と１３″、１５′と１５″をそ
れぞれ有する。

これらのアーム１１′と１１″，１３′と１３″、１５
′と１５″はウエブ１１″′、１３″′１５″′により
それぞれ連結される。

したがって、アーム１０の部材は軽量構造であるが、枢
軸２５，２６，３３の上に良く支持されるから、ねじれ
に対する安定性の高いアーム１０が得られる。

第６図と第７図にはつかみ部材４０は示していない。

つかみ部材４０は軸９３へ連結できる。

つかみ部材を回転させるために、たとえば小型のステツ
ピングモータで構成されている駆動部９１によりピニオ
ン９２を介して駆動される歯車９０が設けられる。

軸９３は歯車９０に連結される。

【図面の簡単な説明】

第１図は３部材アームとつかみ部材を有するマニピュレ
ータの線図、第２図はサポートに枢着されている第１の
部材の運動が示されている第１図のマニピュレータの線
図、第３図は第２の部材の運動が示されている第１図の
マニピュレータの線図、第４図は第３の部材の運動が示
されている第１図のマニピュレータの線図、第５図は補
助平行四辺形（図示せず）が付加されているマニピュレ
ータの第４図の初めの位置における線図、第６図は本発
明のマニピュレータの一実施例の斜視図、第７図は第６
図のマニピュレータを別の側から見た斜視図である。 １０・・・・・・アーム、１１，１３．１５・・・・・
・部材、１７，１９，２１・・・・・・レバー平行四辺
形、２２，２９，３８・・・・・・レバー、２５，２６
，３３・・・・・・枢軸、４３・・・・・・サポート、
４５，４７，４９，８２・・・・・・駆動部、７１，７
７・・・・・・補助レバー平行四辺形、６５，６７．６
９・・・・・・歯車部、８３・・・・・・柱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サポート上にとりつけられて、そのサポートから延
   びる関節式に連結されたつかみアームを備え、このつか
   みアームはそれぞれの駆動部により駆動できる第１の部
   材と、第２の部材および第３の部材を少くとも備え、第
   １の部材はサポートに枢着され、第２の部材は第１の部
   材に枢着され、第３の部材は第２の部材に枢着され、第
   １の部材は第１のレバー平行四辺形の一辺を構成し、第
   ２と第３の部材は第２のレバー平行四辺形のそれぞれ異
   なる辺を構成し、前記つかみアームは第３の部材の所に
   設けられるつかみ部材すなわち道具を更に備える、とく
   に工業ロボット用のマニピュレータであって、関節式に
   連結されているアーム１０の前記第１の部材１１は第３
   のレバー平行四辺形２１の一辺をも構成し、各部材１１
   ，１３，１５のための駆動部４５．４７．４９はサポー
   ト４３の上に配置され、前記第１の部材１１のための第
   １の駆動部４５と、前記第３のレバー平行四辺形２１の
   レバー３８に対する第２の駆動部４７と、第１のレバー
   平行四辺形１７のレバー２２に対する第３の駆動部とは
   、それぞれの駆動部により駆動されたレバー３８，２２
   の回転角（β，γ）が、駆軸２６における第２の部材１
   ３と、駆軸３３における第３の部材１５とをそれぞれ同
   じ回転角（β，γ）だけ回転させるような動作連結関係
   にあることを特徴とするとくに工業ロボット用のマニピ
   ュレータ。 ２ 特許請求の範囲の第１項に記載のマニピュレータで
   あって、アーム１０の第１の部材１１と、第１のレバー
   平行四辺形１７のレバー２２と、第３のレバー平行四辺
   形２１のレバー３８とはサポート４３上の同じ枢軸２５
   に枢着されることを特徴とするマニピューレータ。 ３ 特許請求の範囲の第１項または第２項に記載のマニ
   ピュレータであって、第１と第２のレバー平行四辺形１
   ７，１９は共通レバー２９を有することを特徴とするマ
   ニピュレータ。 ４ 特許請求の範囲の第１〜３項のいずれかに記載のマ
   ニピュレータであって、レバー平行四辺形１７．１８の
   少くとも一方に加えて補助レバー平行四辺形７１，７７
   が設けられ、それらの補助平行四辺形７１．７７は前記
   レバー平行四辺形１７，１９からずれそいることを特徴
   とするマニピュレータ。 ５ 特許請求の範囲の第１項に記載のマニピュレータで
   あって、各補助レバー平行四辺形７１，７７はアーム１
   ０の１つの部材または２つの部材１１；１３，１５と、
   それぞれのレバー平行四辺形１７，１９の２つのレバー
   または１つのレバー２２，２９；２９とを共通に有する
   ことを特徴とするマニピュレータ。 ６ 特許請求の範囲の第４項または第５項に記載のマニ
   ピュレータであって、第１と第２のレバー平行四辺形１
   ７，１９のために補助レバー平行四辺形７１．７７が設
   けられ、これらの補助レバー平行四辺形は共通のレバー
   ２９を有することを特徴とするマニピュレータ。 ７ 特許請求の範囲の第６項に記載のマニピュレータで
   あって、レバー平行四辺形１７，１９の共通のレバー２
   ９は補助レバー平行四辺形７１，７７の共通のレバー２
   ９でもあることを特徴とまるマニピュレータ。 ８ 特許請求の範囲の第１〜７のいずれかに記載のマニ
   ピュレータであって、第１の部材１１とレバー３８，２
   ２はピボット軸２５を共有し第１の部材１１は歯車部６
   ５．６７，６９を有し、それぞれの駆動部４５，４７．
   ４９のピニオン５５，５７，５９が前記歯車部の歯にか
   み合うことを特徴とするマニピュレータ。 ９ 特許請求の範囲の第８項に記載のマニピュレークで
   あって、１つの歯車部の上に第２の歯車部が設けられ、
   この第２の歯車部はばねの力により第１の歯車部に対し
   て動いて、がたつきなしに双方向へ動力を伝達できるこ
   とを特徴とするマニピュレータ。 １０ 特許請求の範囲の第１〜９項のいずれに記載のマ
   ニピュレータであって、部材１１，１３．１５のうちの
   少くとも１つが２つの平行なプロング１１′，１１″，
   １３′，１３″，１５′，１５″）を有しこれらのプロ
   ングは互いに距離をおいて設けられかつウエブ１１″′
   ，１３″′、１５″′により連結されることを特徴とす
   るマニピュレータ。 １１ 特許請求の範囲の第１〜１０項のいずれかに記載
   のマニピュレータであって、サポート４３は柱８３の上
   に回転あるいは旋回できるようにして支持され、サポー
   ト４３を所定の位置へ動かすためにサポート４３の上に
   第４の駆動部８２が設けられることを特徴とするマニピ
   ュレータ。 １２ 特許請求の範囲の第１〜１１項のいずれかに記載
   のマニピュレータであって、それぞれの駆動部４５，４
   ７，４９，８２はデジタル制御されるモータであること
   を特徴とするマニピュレータ。