JPS60146689A

JPS60146689A - 多関節ロボツト

Info

Publication number: JPS60146689A
Application number: JP111684A
Authority: JP
Inventors: 靖井原; 英夫小山; 裕敏山本; 近藤　隆彦
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1984-01-07
Filing date: 1984-01-07
Publication date: 1985-08-02

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】この発明は、中間部を水平軸支した垂直回動腕の一端部
に、少なくとも前部垂直回動腕の長手方向中心線とは交
差する軸まわりに回動する部材を有する手首装置を備え
てなる多関節ロボットに係り、特に動力としてダイレク
トドライブモータを使用したものに関する。

従来多関節ロボットの動力としては、Ａ　ＣｈるいはＤ
Ｃサーボモータを使用するのが通常である。

そして中間部を水平軸支した垂直回動腕の一端部には前
述手首装置を設けるとともに、その手首装置の動力であ
るサーボモータを前記垂直回動腕の他端部に設け、減速
機やかさ歯車を用いて動力伝達するべくなされている。

ところで前記減速機の減速比は約ｉ／１ｏｏＯ高減速比
を必要とし、バックラッシュや摩擦が大きく、剛性も低
いなどの欠点があり、ロボットの位置決め精度を向上さ
せるのに障害と々っていた。

一方近時低回転高トルクのダイレクトドライブモータが
出現し、これの産業用ロボットへの応用が試みられてい
る。しかしながらダイレクトドライブモータを使用した
場合、従来のサーボモータ使用の場合の欠点は除去され
るものの、重量が大となり、多関節ロボットの先端部で
ある手首装置の各関節にダイレクトドライブモータを設
けることは、手首装置が大型、重量大、応じてその手首
装置を支える垂直回動腕も大型、剛性大とする必要が生
じ、慣性モーメントも犬となって、制御に困難をきたす
うれいがある。

そこでこの発明は、前記手首装置の動力としてダイレク
トドライブモータを使用し、減速機やかさ歯車を廃して
、位置決め精度を向上させるとともに、前記手首装置を
支える垂直回動腕などの剛性に悪影響を与えないように
した、すなわち剛性を楽にできる多関節ロボットを提供
せんとするものである。

以下実施例を詳述する。まず第１〜３図の実施例を説明
する。なおこの実施例では多関節アーク溶接ロボットと
して説明するが、この発明をこの実施の形態に限定する
ものではない。

１は基台である。基台１にはフレーム２が垂直軸Ｖまわ
９に旋回可能に枢支され、そして図示しないダイレクト
ドライブモータＭｌにより回動角α１が強制される。

３はフレーム２の両性側に水平枢支Ｈ１された第イ垂直
回動腕であり、ダイレクトドライブモータＭ２により回
動角α２が強制される。モータＭ２は、そのロータＲ２
を軸Ｈ１と一体の高磁性永久磁石とし、フレーム２と一
体のステータＳ２にはコイルを巻回し、このコイルに図
示しない電子式スイッチング回路を介して直流電圧を印
加して、ブラシレスの高トルクを発生するモータとして
構成している。

４は両腕３の先端間においてその中間部が水平軸支Ｈ２
された第２垂直回動腕であり、ダイレクトドライブモー
タＭ３により回動角α３が強制される。

腕４は平行四辺形リンク機構を介して回動される。

すなわち軸Ｈ１には第１リンク５が軸支マΣれ、さら　
ｒにはリンク５先端と腕４との間には第２リンク６が軸
支Ｈ３、Ｈ４され、そして各軸Ｈ，−Ｈ４は平行四辺形
の各頂点に位置するべくなされている。モータＭ３は軸
Ｈ１に設けられ、モータＭ２と同様の構成でちり、軸Ｈ
１に一体のロータＲ３およびリンク５と一体のステータ
Ｓ３とで構成されている。４ａは腕４の一端部（後述す
る手首装置ＷＢ２側に突設した取手であり、その取手４
ａには教示用スイッチＳが設けられる。

かくして両モータＭ２１　Ｈ３はフレーム２の内側に並
設される。

ＷＲ，は腕４の一端部に設けられ、少なくとも腕４の長
手方向中心線Ｃ１とは交差（０１点で交差）する軸重わ
りに回動する部材を有する手首装置である。以下この手
首装置Ｗ’ＲＩの説明をする。

腕４内には、中心線ＣＩと同軸に３本の回動軸１１．１
２．１３がそれぞれ単独で回動自在に設けられている。

そして各軸１１．１２．１３の一端（手首装置ＷＲＩ側
）には、それぞれレバー１１ａ、１２ａ　ｓ　１８　ａ
が突設されている。さらに各レノ＜　−１１ａ〜１８ａ
先端部にはリンク１４．１５．１６が軸支１４ａ、１５
ａ、１６ａされ、それらリンク１４〜１６の先端部には
おわん形の揺動体１７が軸支１７ａ、１７ｂ、１７ｃさ
れている。なお揺動体１７が、中心線Ｃ１と交差する軸
まわり′に回動する部材として構成されている。そして
この揺動体１７に、溶接用トーチＴの保持具１８が固設
されている。なお軸１４ａ、１５ａ＋　ｌＧａ１”１７
ａ〜１７ｃは、ラジアルジャーナルであり、それら軸方
向中心線は０１点を通るように設定されている。

また腕４の他端部には、各軸１１〜１３のダイレクトド
ライブモータＭ４、Ｈ５、Ｈ６が設けられている。モー
タＭ４〜Ｍ６もモータＭｌと同様であり、軸１１〜１３
に一体のロータＲ４〜Ｒ６および腕４に一体のステータ
８４〜Ｓ６とで構成されている。　□なお各制御軸αｌ
〜α３および手首装置ＷＲ１の３制御軸には、図示しな
いが、回動角検出器が設けられている。

さらにこの実施例の作用を述べる。

このロボットは１．ダイレクトティーチングにより予め
ティーチングされたプログラムに基いて位置制御される
プレイバック式のロボットであるが、モータＭｌ−Ｍ３
を制御することにより、手首装置ＷＲ１の位置が３次元
で決められる。さらにモータＭ４〜Ｍ６を制御すること
により、各レバー１１ａ〜１３ａがそれぞれ単独で回動
され、リンク１４〜１６を介して揺動体１７は任意の姿
勢に回動され、トーチＴの姿勢が決められる。

ところでこのロボットにおいては、腕４は、その中間部
が軸支Ｈ２され、その一端に手首装置ＷＲＩを、他端に
その手首装置Ｗ　Ｌ用のモータＭ４〜Ｍ６を設けている
ので、腕４の重量が平衡されることはもちろん、腕４が
小型、剛性楽で、慣性モーメントも小となる。応じて腕
４を支える構成の剛性も楽になり、制御軸Ｍ１〜Ｍ３の
負荷も軽減される。しかもモータＭ４〜Ｍ６と保持具１
８との間には、減速機も歯車も使用していないので、バ
ックラッシュや摩擦のうれいはなく、位置決め精度が向
上する。

次に第４図の実施例手首装置ＷＲ２につき、前述第１〜
３図の実施例との相違点を述べる。

腕４内には、中心線Ｃ２と同軸に３本の回動軸２１．２
２．２３がそれぞれ単独で回動自在に設けられている。

そして軸２１の一端には半円弧状のレバー２１ａの中央
が突設されている。またとのレバ＝２１ａの両端部には
リング状の部材２４が軸支２４ａされ、この軸２４ａは
、その軸方向中心線か中心線Ｃ２と０２Ａで交差するよ
うに設定されている。さらに部材２４には軸２４とは交
差する軸２５ａにより半円弧状の部材２５が支承され、
その軸２５ａは、その軸方向中心線がｑ点で交差するよ
うに設定されている。そして軸２２と２３の一端にはそ
れぞれレバー２２ａ、２８ａが突設され、レバＴ、　２
２　ａ先端と部材２４との間にはリンク２６が軸支２６
ａ、２６ｂ（実施例では軸２６ｂは軸２５ａと共通）さ
れており、またレバー２８ａ先端と部材２５との間には
リンク２７が軸支２７ａ、２７ｂされている。なお各軸
２６ａ、２６　ｂ　、　２７ａ　＊　２７　ｂは、ラジ
アルジャーナルであり、それら［ｈｌｌｌ−，５ＩＮや
、。ワ。。カヤ、おようゆツォうゎアい　ｒる。そして
部材２５に、トーチＴの保持具２８が固設されている。

そして軸２１が回動すれば、トーチＴは中心線Ｃ２まわ
りにその姿勢が変化する。また軸２２が回動すれば、部
材２４が軸２４ａまわりに回動する。

このとき軸２３は拘束されており、部材２５はリンク２
７を介して軸２３に連結されている関係上、部材２４の
前記回動が部材２５にも影響を及ぼす０結果的に軸２２
が回動ずれば、トーチＴは、０誌を中心として図におい
て左下〜右上にその姿勢が変化することになる。さらに
は軸２３が回動すれば、部材２５が軸２５ａまわ９に回
動する。以上のように３軸２１〜２３の回動角を制御す
れば、トーチＴの姿勢を３次元で決めることができる。

その他の構成作用は前述実施例と同様であるので、その
説明は省略する。

前述説明はいずれも実施例であり、手首装置としてはＷ
ＢＩ、ＷＢ２の他、種々の変形が可能であり、とにかく
中心線自、Ｃ２とは交差する軸まわりに回動する部材を
備えた球面リンク構造のものであればよい。また− 二−−−Ｆ≠軸２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂｇ球形
ジャーナルであってもよい。その他者構成の均等物との
置換もこの発明の技術範囲に含まれることはもちろんで
ある。

この発明は前述したとおり、手首装置ＷＲＩ、ＷＢ２の
動力としてダイレクトドライブモータＭ４〜Ｍ（ｉを使
用し、減速機や歯車は使用していないので、バックラッ
シュや摩擦のうれいはなく、位置決め精度が向上する。

しかもそれらモータＭ４〜Ｍ６は、手首装置ＷＲＩ、Ｗ
、Ｒ２の各関節に設けるのではなく、手首装置ＷＲＩ、
ＷＢ２を支持する腕４に設けているので、従来のように
大きなモータＭ４〜Ｍ６を前記各関節に設けた場合に比
し、手首装置ＷＲ１，、ＷＢ２を小型、軽量化でき、そ
の慣性モーメントも小となる。応じｆこの手首装置ＷＲ
１、ＷＢ２を支える他の構成についても小型、剛性が楽
になる。よって制御軸α１〜α３の負荷が軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図はこの発明の一実施例を示し、第１図は全体
斜視図、第２図は第１図の断面矢視１図、第３図は要部
説明用断面斜視図である。第４図はこの発明の別の実施
例であって、要部断面斜視図である。１・・・基台、２・・・フレーム、３・・・第１垂直回
動腕、４・・・第２垂直回動腕、Ｈ２・・・水平軸、Ｗ
　Ｒｈ　Ｗ　′Ｒｙ：・・手首装置％　Ｍｌ〜Ｍ６・・
ダイレクトドライブモータ、１１．１２．１Ｂ、２１．
２２．２８・・・回動軸、１１ａ、１２ａｂ　１８ａ、
２１ａ、２２ａｓ　Ｚ８ａ　”’レバー、Ｃ１、Ｃ２−
・・中心線、０１．０２・・交点、１７．２４．２５・
・・中心線Ｃ１、Ｃ２とは交差する軸まわ９に回動する
部材。出願人　新明和工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　中間部を水平軸支した垂直回動腕の一端部に、
少なくとも前記垂直回動腕の長手方向中心線とは交差す
る軸まわりに回動する部材を有する手首装置を備えてな
る多関節ロボットにおいて、前記手首装置は、前記垂直
回動腕に同軸に軸支した回動軸およびその一端部に突設
したレバーと、このレバー先端と前記回動部材との間に
揺動自在に軸着したリンクとを含み、また前記垂直回動
腕の他端部には、前記回動軸のダイレクトドライブモー
タが設けられてなる、前記多関節ロボット。
（２）前記リンクの両軸蓋は、ラジアルジャーナルとし
、それら各軸は、その軸中心線が前記回動軸と前記回動
する部材の回動中心軸との交点を通過するように設定さ
れてなる、特許請求の範囲第１項記載の多関節ロボット
。
（３）　前記リンクの両軸蓋は、球形ジャーナルとした
、特許請求の範囲第１項記載の多関節ロボット。