JPS61131890A - 多関節型ロボツト - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、溶接、塗装、吹付け、パリ取り１組立て等の
作業を行う産業用ロボットとして有用な多関節型ロボッ
トに関する。

「従来技術」 従来の多関節型ロボットの一例について説明すると、基
本的には基体部とアーム部と手首部の３つの部分から構
成されており、作業工具を持つ手首部は作業工具の姿勢
制御のために３自由度ををしており、アーム部と基体部
は空間での手首部の位置制御のために合わせて３自由度
を有している。

そのアーム部と基体部は、たとえば第６図に示すように
、基体５２に設けられた第１関節５３から第１アーム５
４が延設され、その第１アーム５４の先端に第２関節５
５が設けられかつその第２関節５５から第２アーム５６
が延設され、その第２アーム５６の先端に手首部５７が
設けられて構成されている６基体５２はその基準軸すな
わちＺ軸に対して回転可能であり、これが第１の自由度
θ。

である。第１アーム５４は第１関節５３によってその基
準軸すなわちＺ軸に対して１つの旋回面すなわちα１面
で旋回可能であり、これが第２の自由度θ２である。第
２アーム５６は第２関節５３によってその基準軸すなわ
ち■１軸に対して１つの旋回面すなわちβ１面で旋回可
能であり、これが第３の自由度θ３である。これら３つ
の自由度θ１．θり、β３によって空間内の所望の位置
に手首部５７を移動するわけである。

「従来技術の問題点」 上記従来装置では、基体５２と旋回面α１と旋回面β覧
の相対位置が一定の関係にある。したがって、空間の一
点に手首部５７を位置させるための基体５２の位置およ
び旋回面α１．β１の位置は一意的に定まる。

これは換言すれば、空間の成る一点に手首部５７を位置
させるのに唯一つの旋回面αし　β１の位置しか選択で
きないことを息味している。

そこでたとえば、何らかの障害物が存在して旋回面７区
、β■をその位置に合わせることができない場合、その
空間の一点には手首部５７を全く位置させることができ
なくなる問題がある。

「発明の目的」 本発明は、空間の成る一点に手首部を位置させるのに複
数の声なる旋回面の位置を採ることができるようにした
多関節型ロボットを提供することを目的とする。

「発明の構成」 本発明の多関節型ロボットは、基体に設けられた第１関
節から第１アームが延設され、その第１アームの先端に
第２関節が設けられかつその第２Ｍ節から第２アームが
延設され、その第２アームの先端以降に手首部が設けら
れる多関節型ロボットにおいて、第１アームが旋回面を
２以上をすると共に、第２アームもまた旋回面を２以上
有することを構成土の特徴とするものである。

「作用」 ３次元空間の一点に手首部を位置させるためには３自由
度あればよい、ところで一般に多関節型ロボットでは３
自由度の順位が決められてしまうから、成る一点にアク
セスするとき孫りうる経路は唯一つである。

これに対して本発明では３自由度に加えて１つのアーム
の前後の関節に１自由度（以上）ずつ追加している。そ
こで成る一点にアクセスするとき取りうる経路は複数と
なる。これらの追加した自由度は、障害物のない空間で
は冗長な自由度である。しかし、障害物がある空間では
障害物を避けた経路を選択できる作用をもたらすものと
なる。

「実施例」 以下、図に示す実施例に基いて更にこの発明を詳説する
。ここに第１図はこの発明の一実施例の多関節型ロボッ
トの外観斜視図、第２図は第１図に示す多関節型ロボッ
トの旋回面を示す説明図、第３図は第１図に示す多関節
型ロボットにおける第１の関節機構の断面図、第４図は
第１図に示す多関節型ロボットにおける手首部機構の断
面図、第５図はこの発明の他の実施例の多関節型ロボッ
トの斜視図である。なお、これによりこの発明が限定さ
れるものではない。

第１図に示す多関節型ロボット１において基体２はロボ
ットのアーム部以降の構成要素全体をＺ軸のまわりに回
転する。これが第１の自由度θ１である。

基体２には第１の関節機構３が設けられており、その第
１の関節機構３から第１のアーム４が延設されている。

第１の関節機構３の取付は基準軸はＺ軸に垂直であり、
これをＸ軸とする。第１のアーム４は、Ｚ軸を含みＸ軸
と直角な平面内を旋回可能である。この平面は第２図に
示す旋回面α１であり、このときの２軸と第１のアーム
４のなす角が第２の自由度θ、である。第１アームの４
の先端に第２の関節機構５が設けられている。

第２の関節機構５からは第２のアーム６が延設されてお
り、その第２のアーム６の先端に手首部７が設けられて
いる。第２の関節機構５の取付は基準軸ｖＩは第１のア
ームの軸と一致している。

第２のアーム６はＺ軸とｖ１軸を含む平面内において、
旋回可能である。この平面が第２図に示す旋回面β鴛で
あり、これが第３の自由度θ３である。

手首部７は第２のアーム６の旋回面β１内における手首
部軸の旋回の自由度θ吟とその面に垂直な面における手
首部軸の旋回の自由度θ５と軸転運動θ６の３つの自由
度を独自に有している。

以上に述べた６つの自由度θ、〜θＧは従来公知の多関
節型ロボットにおける自由度となんら変わるところはな
い、しかしながら、この多関節型ロボットｌにおいては
更に２つの自由度θ７およびθ８を有している。以下こ
れらについて説明する。

まず第７の自由度θ７は第２図に示すようにＸ軸とＶ、
軸、すなわち第１の関節機構３の基準軸と第１のアーム
４の基準軸とに垂直な軸！、を回転軸として第１のアー
ム４を旋回させる自由度である。この旋回面は第２図に
示す旋回面α２のようになる。そこで別の観点から見る
と、第１のアーム４は第１の関節機構３の基準軸（Ｘ軸
）と第１のアーム４の基準軸（Ｖｔ軸）とを含む平面内
を旋回可幸であり、その旋回によって旋回面α２が出来
、その旋回面α２は更に第１の関節機構３の基準軸（Ｘ
軸）を軸として旋回され、その旋回によって旋回面α１
が出来る、ということになる。

前者が第７の自由度θ７、後者が第２の自由度θ９であ
る。

次に第８の自由度θ８は第２図に示すように■１軸、す
なわち第２の関節機構５の基準軸を旋回軸として第２の
アーム６を旋回する自由度である。

この旋回面は第２図に示す旋回面β、である。そこで別
の観点から見ると、第２のアーム６は第２の関Ｗ／ｊ機
構５の基準軸（Ｖｔ軸）を軸として旋回可能であり、そ
の旋回によって旋回面β２が出来、その旋回面β２は更
にＶｔ軸とｖ２軸とに垂直な旋回軸！２軸を旋回軸とし
て旋回され、その旋回によって旋回面β、が出来る、と
いうことになる、前者が第８の自由度θ８、後者が第３
の自由度θ３である。

さて以上のことから第１図に示すＡ点に手首部７を位置
させたいとき、従来は第１図実線のように各自由度θ東
、θ２．θ３を選ぶほかなく、唯−通りの選択しか許さ
れなかワたが、この発明にかかる多関節型ロボット１に
よれば、第７の自由度θ７および第８の自由度θｇを適
切に選択することにより、第１図一点鎖線で示すように
別方向から空間の一点Ａに手首部７を位置させることが
できるようになる。言うまでもなくθ７．θ８を変える
ことに応じて、第１から第３の自由度θ１からθ、を適
宜変更する必要がある。

第３図は第１の関節機構３の具体的構造図である。この
図はＺ軸方向から見た平面図で、第２の自由度θりは０
度、第７の自由度θ７はα【面を基準として９０度とし
た状態を示している。すなわち換言すれば、第１のアー
ム４を第１の関節機構３の基準軸上に延ばした状態であ
る。

作動に従って説明すると、第１図に示すモータｌＯが回
転すると第１の関節機構３の中軸２０が回転する。中軸
２０が回転すると、その先端の傘歯車２１が回転し、こ
の傘歯車２１と噛み合うセクタ歯車２２が軸ＩＩのまわ
りに回転する。このセクタ２２に先端ポス２３が固設さ
れ、その先端ボス２３に第１アーム取付はフランジ２４
が固設されている。そこでセクタ歯車２２の回転はその
まま第１アーム取付はフランジ２４の回転になる。

結局のところモータｌＯが回転すると第１アーム４が１
１軸を回転軸として旋回することになる。

これは、すなわち第７の自由度θ７である。

次に第１図に示すモータ１１が回転すると第１の関節機
構３の外軸２５が回転する。外軸２５が回転するとこの
外輪２５の先端部はセクタ歯車２２の回転軸２２＆を軸
受を介して把持しているから、その軸２２□の向きがＸ
軸を回転軸として回転する。すなわち外軸２５の回転は
ｌ、軸をＸ軸のまわりに回転させるが、これは第２図に
示すαり旋回面を傾かせることを意味し、第２の自由度
θ。

を定めることにほかならない。

なお、２８□及び２８ｂは歯車部分への塵埃の侵入を防
ぎ、また歯車部分を機械的に保護するカバ一部材である
。いずれも半球形であり、第１カバ一部材２８．は第１
アーム取付はフランジ２４に回転自在に取付けられ、第
２のカバ一部材２８−は外軸２５に回転自在に取付けら
れ、また両力バ一部材２８ａ　、　　２８ｈは摺動可能
に当接して歯車部分を密閉している。両力バ一部材２８
ａ、２８ｂの周接面は旋回面αＩおよび旋回面α２のい
ずれに対しても約４５度の角度を持っている。そこで第
１アーム４のＸ軸に対する角度がどのように変わっても
　第１カバ一部材２Ｂ、および第２カバ一部材２８１．
がその動きを妨げないように摺動し、歯車部分を保護す
るのである。

第２の関節機構５についても第１の関節機構３と同様の
機構を採用ことができる。この場合、中軸と外輪の回転
を行うサーボモータを第１アーム４に内蔵すればよい。

第４図は手首部７のための関節機構Ｂの断面図である。

基本的には第３図に示す関節機構と同じで、第２のアー
ム６に内蔵したサーボモータにより中軸３０を回転する
と２３軸を回転軸として手首部７が旋回する。これが第
４の自由度θ、である。同様に外軸３５を回転すれば、
■２軸を回転軸として１３軸が回転する。これが第５の
自由度θ５である。これら中軸３０及び外軸３５に関し
ては第３図に示す関節機構と同様であるが、第４図にお
いては更に芯軸４０が追加されている。芯軸４０を回す
とその先端の傘歯車４１が回転し、これと噛み合う傘歯
車４３２、更にその傘歯車４２と噛み合う傘歯車４３を
介して手首部作業工具取付はフランジ３４を回転させる
。これが第６の自由度θ−である０以上により、手首部
７の３つの自由度が得られている。　。

上記第４図に示した３つの自由度を持つ関節機構８を第
１の関節機構３や第２の関節機構５に採用することも可
能である。この場合には第１のアーム４にサーボモータ
を内蔵する個数が少な（てすむ。

また以上の関節機構に変えて特開昭５３−８３２６５号
に開示の如き関節機構を採用することも可能である。

さて第５図は本発明の他の実施例を示すものである。こ
の実施例の多関節型ロボット１′において、第１図に示
す多関箇型ロボット１の構成要素に対応する構成要素に
は同じ参照番号を付している。第５図から理解されるよ
うに、極めて人間に近い動きを得ることができるように
なっている。

なお、物を挟むことができるように第９の自由度θ９が
追加されている。

「発明の効果」 本発明によれば、基体に設けられた第１関節から第１ア
ームが延設され、その第１アームの先端に第２関節が設
けられかつその第２関節から第２アームが延設され、そ
の第２アームの先端以降に手首部が設けられる多関節型
ロボットにおいて、第１アームが旋回面を２以上をする
と共に、第２アームもまた旋回面を２以上育することを
特徴とする多関節型ロボットが提供され、これにより空
間の成る一点に手首部を位置させるときに複数通りのア
ームの位置を選択できるようになるから、一つのアーム
位置の組合せの経路中に障害物があったとしても他のア
ーム位置の組合せを選択することにより障害物のない経
路をとって手首部を位置させうろことになる。

また一般的に対象ワークに対しているいろの方向からア
プローチできるようになるため、非常にフレキシブルな
動作をさせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の多関節型ロボットの外観
斜視図、１２ｒ！！Ｊは第１ｒＩ！Ｊに示す多関節型ロ
ボットの旋回面を示す説明図、第３図は第１図に示す多
関節型ロボットにおけ、る第１の関節機構の断面図、第
４図は第１図に示す多関節型ロボットにおける手首部機
構の断面図、第５図はこの発明の他の実施例の多関節型
ロボットの斜視図、第６８！！Ｉは従来の多関節型ロボ
ットのアーム部の自由度を示す説明図である。 （符号の説明） １．１′・・・多関節型ロボット ２・・・基体　　　　　　　　３・・・第１関節機構４
・・・第１アーム　　　　　５・・・第２関節機構６・
・・ｆｆ１２アーム　　　　　７・・・手首部θえ〜θ
６・・・第１〜第６の自由度 ′　θ７・・・第７の自由度 θ８・・・第８の自由度 α６．αｔ、β１．β２・・・旋回面 １、、Ｉｔ２・・・旋回軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体に設けられた第１関節から第１アームが延設さ
   れ、その第１アームの先端に第２関節が設けられかつそ
   の第２関節から第２アームが延設され、その第２アーム
   の先端以降に手首部が設けられる多関節型ロボットにお
   いて、第１アームが旋回面を２以上有すると共に、第２
   アームもまた旋回面を２以上有することを特徴とする多
   関節型ロボット。 ２、第１アームが、互いに直交する２つの旋回面を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の多関節型ロボット。 ３、第２アームが、互いに直交する２つの旋回面を有す
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の多関節型ロボ
   ット。 ４、基体が、基体の基準軸に対して回転可能である特許
   請求の範囲第１項から第３項のいずれか一つに記載の多
   関節型ロボット。