JPS61236493A

JPS61236493A - 多関節ロボツトア−ム

Info

Publication number: JPS61236493A
Application number: JP7664585A
Authority: JP
Inventors: 幸雄田中; 博正亀井; 西川　善久; 明彦木村; 正己小岩
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-21
Also published as: JPH0512119B2

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〉本発明は多関節ロボットアームに関する。

〈従来の技術〉近年、狭隘空間等に−おいて塗装作業、浴接作業、検査
監視作業等の各種作業を行うため、象の鼻のような柔軟
性を有する多関節口？ットアームが開発されつつある。

これら従来の多関節ロボットアームの動力伝達方式を大
別すると、ｔｌ）ギヤ方式、（２）ワイヤ方式、（３）
リンク方式等がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが上述の各方式の中で、（１）ギヤ方式は、通常
各関節毎に動力源であるモータを必鮫とし、アームの大
重量化につながる。またモータをアームの肩部に集中し
て配設して各関節部にギヤで動力を伝達することも考え
られるが、この場合はギヤ配列が多くなシ、ギヤのパツ
クラツシ等の技術的に解消困難な問題が発生する。また
、（２）ワイヤ方式ではワイヤの伸びによる位置決め誤
差が発生し、且つワイヤと各関節エレメントとの摩擦に
よる動力損失が大きいという問題がある。さらに、（３
）リンク方式は機構が複雑となるので、製造。

保守の上で問題がある。

本発明はこのような従来の多関節ロボットアームにおけ
る問題点を解決するものであ）、正確な位置決めができ
ると共に、動力の伝達損失が少なく、且つ比較的簡単な
構成でＧ量化を企図し得る新規な多関節ロボットアーム
を提供することを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉この目的を達成するための本発明Ｋかかる多、関節ロボ
ットアームの構成は、複数の関節体が回動自在に連結さ
れてなる多関節ロボットアームにおいて、前記関節体の
回動部において自在継手により連結されると共に駆動源
によ多回転駆動されるシャフトと、回動部を挾んで相互
に連結される部材間に掛渡されて取付けられると共にそ
の伸縮により該両部材の相対角度を規制するねじ機構と
、前記シャフトと前記ねじ機構との間に介在して該シャ
フトの動力により該ねじ機構を駆動するギヤ機構とを具
えたことを特徴とするものである。

く作　　用〉シャフトは各関節体の回動部で自在継手を有しているの
で、関節体がどのような回動角度位置にあっても動力を
伝達することができる。シャフトの正逆回転によりギャ
機構を介してねじ機構が駆動され、それによりねじ機構
が伸縮して回動部における部材間の相対角度を制御し、
これが複数の回動部において同時に行われるのでアーム
全体として柔軟な動きが得られる。

く実　施　倒〉以下本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。

図面は本発明の一実施例にかかり、第１図は多関節口〆
ットアームの正面図、第２図は第１図のｎ−ｎ断面図、
第３図は第１図の履−通断面図、第４図は第１図のＩＶ
−ＩＶ断面図、第５図は第３図のｖ−■断面図、第６図
は関節が曲がった状態を表わす第３図の■−■断面図、
第７図は作用説明図である。

本実施例はｗＪ１図に示すように、６個の筒状の関節体
１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、１１ｄ。

１１ｅ、ｌｌｆを有し、それらを連結部材１２ａ、１２
ｂ、１２ｅ、１２ｄ、１２ｅを介して回動自在に連結す
ると共に、基端側の第１の関節体１１ａはロボット本体
のベースプレート１３に回動自在に連結する一方、先端
側の第６の関節体１１ｆには所要の機器が取付けられる
先端プレート１４が回動自在に連結される。すなわち、
第２図に示すように、ペースプレート１３に突設された
ブラケットにピン１５．１６により第１の関節体１１ａ
の一端がそれらのピン１５．１６の共通軸線を中心とし
て回動自在に増付けられる一方、第１の関節体１１ａの
他端にはピン１７．１８により第１の連結部材１２ａの
一端がそれらのピン１７．１８の共通軸線を中心として
回動自在に取付けられると共に１！１の連結部材１２＆
の他端に次の第２の関節体１１ｂがピン１９．２０によ
りそれらの共通軸線を中心として回動自在に取付けられ
、このように順次第６の関節体１１ｆまで連結され、第
６の関節体１１ｆの先端に先端プレート１４が取付けら
れる。

第２図に示すように、ベースプレート１３にはブラケッ
トを介して２個のモータ２１゜２２が並んで取付けられ
ている。これらのモータ２１．２２のうち、一方のモー
タ２１が基端側の１！１〜ｗ、３の関節体１１ａ、ｌｌ
ｂ。

１１ｃを駆動し、もう一方のモータ２２は先熾側のａＫ
　４〜＠　６の関節体ｌｉｄ、Ｉｌ？１１ｆを駆動する
ようになっている。いまモータ２１に関するものから説
明すると、モータ２１の出力軸に固定された平ギヤ２３
はペースプレー）１３にベアリングを介して軸支された
シャフト２４の一端に固定された平ギヤ２５と噛み合っ
ておシ、モータ２１によりシャフト２４が回転駆動され
る。シャフト２４の他端には自在継手２６を介して中間
シャフト２７の一端が連結されると共に中間シャフト２
７の他端は第１の関節体１１ａの７ランソ部にベアリン
グを介して軸支されたギヤシャフト２８の一端に固定さ
れる。この自在継手２６の関節部位前記ビン１５．１６
の共通軸線上に位置し、第１の関節体１１ａがペースプ
レート１３に対して同動しても動力の伝達が成されるよ
うになっている。また、ギヤシャフト２８には平ギヤ２
９が固定されておシ、平ギヤ２９は同じく第１の関節体
１１ａのフランツ部の中央にベアリングを介して軸支さ
れたシャフト３０に固定された平ギヤ３１と噛み合って
いる。

この平ギヤ３１には、ＩＫ３図、第５図に示すように、
シャン）３０に関してギヤシャフト２８と直角を成す方
向にそれぞれ第１の関節体１１ａのフランツ部に軸支さ
れたギヤ３２゜３３が中心部を挾んで両側から噛み合っ
ている。一方のギヤ３２には軸方向両側にそれぞれ右ね
じナツト付シャフト３４及び左ねじナツト付シャフト３
５が固定されると共に、他方のギヤ３３には軸方向両側
にそれぞれ左ねじナツト付シャフト３６及び右ねじナツ
ト付シャフト３７が固定されており、各ナツト付シャフ
ト３４，３５，３６，３７は第１の関節体１１ａのフラ
ンツ部にそれぞれ軸支されている。各ナツト付シャフト
３４，３５，３６゜３７にはそれぞれねじ付シャフ）３
８，３９゜４０．４１がねじ込んであシ、ペースプレー
ト１３側のねじ付シャフト３８．４０はペースプレート
１３に前記ピン１５．１６の共通軸ｌｌ１Ｉｄを挾んで
両側に突設されたブラケット４２．４３にそれぞれ取付
ピン４４．４５を介して連結される一方、＠１の連結部
材１２ａ側のねじ付シャフ）３９，４１はＷｌ、１の連
結部材１２ａに同じく前記ビン１７．１８の共通軸線ｄ
′を挾んで両側に突設されたプラタン）４６．４７にそ
れぞれ取付ビン４８．４９を介して連結されている。

また、！２図に示すように、前記ギヤシャフト２８の他
端にはさらに中間シャフト５０が固定されると共に、こ
の中間シャフト５０の他端は自在継手５１を介して第１
の連結部材１２ａのフランツ部に軸支された連結シャフ
ト５２１Ｃ連結される。また、この連結シャフト５２の
他端は自在継手５３を介して第２の関節体１１ｂの中間
シャフト５４に連結されている。これらの自在継手５１
．５３も前記自在継手２６と同様にそれぞれビン１７゜
１８及びピン１９．２０の共通軸線上に位置している。

図示していないが第２の関節体１１ｂにおいても第１の
関節体１１ａに関するものと同様な機構を有しておシ、
中間シャフト５４は第１の関節体１１ａの中間シャフト
２７に相当している。さらに、第３の関節体１１ｃも同
じく第１の関節体１１ａと同様な機構を有し、これらの
シャフトの延長が連結されている。従って、モータ２１
を駆動することによυ基端側の第１〜第３の関節体１１
ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃが同時に作動される。

一方、他方のモータ２２の出力軸には第２図に示すよう
に、同じく平キャ５５が固定され、平ギヤ５５はペース
プレート１３に軸支されたシャフト５６の平ギヤ５７と
噛み合っている。シャフト５６の他端には自在継手５８
を介して中間シャフト５９が連結されると共忙中間シャ
フト５９の他端は＠１の関節体１１ａのフランツ部にベ
アリングを介して軸支されたシャン）６０に固定されて
いる。尚、シャフト６０には前述のギヤシャフト２８と
異なり、ギヤは取付けられておらず、単に動力を伝達す
るのみである。さらに、シャフト６０の他端には中間シ
ャフト６１が固定されると共に、中間シャフト６１の他
端は自在継手６２を介して第１の連結部材１２ａのフラ
ンツ部に軸支された連結シャフト６３に連結される。ま
た、この連結シャフト６３の他端社自在継手６４を介し
て第２の関節体１１ｂの中間シャフト６５に連結されて
いる。このように各シャフトが順次連結されて１！４の
関節体１１　ｄｉで到るが、この間はシャフトは動力を
伝達するのみとなっている。一方、第４〜第６の関節体
１１ｄ、１１ｅ、１１ｆもそれぞれ第１の関節体１１ａ
と同様な機構を有し、第４〜Ｉｉ６の関節体ｌｉｄ、ｌ
ｉｅ。

１１ｆにおいてはこのシャフトは各フランジ部に軸支さ
れたギヤシャフトを有し、そのギヤシャフトに固定され
た平ギヤが第１の関節体１１１Ｌの平ギヤ３１に相当す
る平ギヤと噛み合うようになっている。尚、このシャフ
トに関しても各自在継手５８，６２．６４等はそれぞれ
各部材の回動中心線上に位置している。従って、モータ
２２を駆動することにより先端側の第４〜第６の関節体
１１ｄ、ｌｌｅ。

１１ｆが同時に作動される。尚、ｖ／Ｉｃ２図中。

６６は第５の連結部材１２ｅのフランジ部に軸支された
連結シャフト、６７は自在継手。

６８は中間シャフト、６９は第６の関節体１１ｆのフラ
ンジ部に軸支されたギヤシャフト、７０はギヤシャフト
６９に固定された平ギヤ、フ１はその７ラン′ノ部の中
央に軸支されたシャフト、７２は平ギヤ７０と噛み合う
シャフト７１に固定された平ギヤ、また７３゜７４はＩ
！５の連結部材１２ｅと第６の関節体１１ｆとを回動自
在に連結するビン、７５゜７６は第６の関節体１１ｆと
先端プレー）１４とを回動自在に連結するビンである。

また、！４図において、７７．７８は先端プレートに突
設されたブラケット、７９．８０はねじ付シャフト、８
１．８２はそれらを連結するビンである。

一方、これらのモータ２１．２２にはそれぞれ回転角を
検出するエンコーダが内蔵されておシ、それらの回転量
が検出できるようになっている。尚、エンコーダはモー
タ２１゜２２に内蔵するかわりに、例えはシャフト２４
゜５６等の回転を検出するよう圧してもよい６次に、こ
のようなロボットアームの作用について説明する。先ず
、モータ２１の出力軸を左回転（第１図において左方か
ら見た場合。

以下同じ）させると平ギヤ２５は右回転し、その回転は
シャフト３０に伝えられてその平ギヤ３１を左回転させ
る。平ギヤ３１が左回転すると、それに旨み合っている
ギヤ３２゜３３を介してナツト付シャフ）３４，３５゜
３６．３７が全て右回転することとなる。この時、各ナ
ツト付７ヤ７ト３４，３５，３６゜３７にそれぞれ螺合
しているねじ付シャフト３８．３９，４０，４１は回転
不能であるので、！！６図に示すように、右ねじのねじ
付シャフ）３８．４１は図中左方へ、左ねじのねじ付シ
ャフ）３９．４０は図中右方へ移動する。つまシ、図中
上部のねじ付シャフト３８゜３９は共にナツト付シャフ
ト３４．３５から抜き出て行く方向に伸び移動し、逆に
図中下部のねじ付シャフト４０．４１はナツト付シャフ
）３６．３７に入シ込む方向に縮み移動する。従って、
第１の関節体１１ａを中心として両側がそれぞれ折れ曲
がることになる。

第６図は最大ストロークまで作動させた状態を表わして
おシ１本実施例では第１の関節体１１ａを中心として両
側に１５度ずつ、合わせて一つの関節で３０度の最大折
れ角が得られるようにしている。尚、この最大折れ角は
必要に応じて適宜変更することができる。この折れ角は
そ一夕２１に取付けられたエンコーダから算出すること
が可能であり、それを用いて任意の折れ角に制御するこ
とができる。

また、同様に第２の関節体１１ｂ、第３の関節体１１ｃ
においても同一方向に折曲が底される。

一方、モータ２２を駆、動すると第４〜紀６の関節体１
１ｄ、ｌｉｅ、ｌｌｆにおいて同様に折曲が成される。

ここで、アームがどのように折れ曲がっても、前述した
ように各部材の回動中心線上に各自在継手が位置してい
るの−で、各シャフトにモータ２１．２２の動力を伝達
することが可能である。

いま、例えば第７図のパターンＡに示すような各関節が
真直になった状態から、モータ２１を駆動して基端側の
第１〜第３の関節体１１ａ、ｌｌｂ、ｌｉｅを最大折れ
角まで折曲させるとパターンＢに示すようになる。この
ときの折れ角は３０度Ｘ３＝９０度となる。

この状態からモータ２２を駆動して先端側の第４〜第６
の関節体１１ｄ、ｌｉｅ、ｌｌｆを同方向の最大折れ角
まで折曲させるとパターンＣに示すようになる。次に、
モータ２２を逆回転させて先端側のＩ！４〜第４〜第６
体１１ｄ、ｌｉｅ、ｌｌｆを上方へ９０度折り曲げ、別
に設けた旋回駆動部８３でベースプレート１３を１８０
度旋回させた状態がパターンＤである。また１次にモー
タ２１を逆回転させ元の状態に復帰させるとパターンＥ
となる。

このように、本多関節口がットアームは２個のモータ２
１，２２を用いて、−例として示した第７図の各パター
ンＡ−Ｅのようないろいろな姿勢に連続的に位置決め保
持することが可能であり、２個のモータ２１，２２を同
時に作動させることで、複雑な経路もたどることかでき
る。従って、アームの先端プレート１４に例えばＩＴＶ
カメラ８４等を搭載することにより、狭隘空間等の作業
者が接近困難な場所の目視検査を行うことができ、また
、塗装作業機器、浴接作業機器等の各種作業機器を取付
けることにより所要の作業を行うことが可能である。

尚、上述した実施例では２個のモータを用いた６関節の
ロボットアームについて示しているが、本発明はこれに
限定されるものではなく、心安に応じてモータの数や関
節数は適宜変更されるものである。

〈発明の効果〉以上一実施例を挙げて詳細に説明したように本発明によ
れば１回動部に自在継手を有するシャフトで動力を伝達
し、その動力を用いてギヤ機構を介してねじ機構を駆動
して各関節部の曲がシ角度を制御しているので、外力に
対して剛性が高く、アームの正確な位置決めが可能とな
ると共に、動力の伝達損失が少なく、且つ比較的簡単な
構成で軽量化を企図することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例にかがシ、第１図は多関節ロボ
ットアームの正面図、第２図はＷ、１図のｔ＋−ｎ断面
図、第３図は第１図の！−１断面図、第４図は第１図の
ＩＶ−ＩＶ断面図、第５図は第３図のＶ−■断面図、第
６図は関節が曲がった状態を表わす第３図の■−ｖ断面
図、第７図は作用説明図である。図面中、１１ａ〜１１ｆは関節体、１２ａ〜１２ｅは連結部材。２１．２２はモータ、２６．５１．５３，５８，６２，６４．６７は自在継手
。２７．５０，５４，５９，６１，６５．６８は中間シャ
フト、２８．６９はギヤシャフト、２９．３１，７０．７２は平ギヤ。３２．３３はギヤ。３４．３５，３６．３７はナツト付シャフト。３８．３９，４０，４１．７９．８０はねじ付シャフト
。５２．６３．６６は連結シャフトである。

Claims

【特許請求の範囲】

複数の関節体が回動自在に連結されてなる多関節ロボッ
トアームにおいて、前記関節体の回動部において自在継
手により連結されると共に駆動源により回転駆動される
シャフトと、回動部を挾んで相互に連結される部材間に
掛渡されて取付けられると共にその伸縮により該両部材
の相対角度を規制するねじ機構と、前記シャフトと前記
ねじ機構との間に介在して該シャフトの動力により該ね
じ機構を駆動するギヤ機構とを具えたことを特徴とする
多関節ロボットアーム。