JPS61249287A

JPS61249287A - 関節型産業用ロボツト

Info

Publication number: JPS61249287A
Application number: JP9186185A
Authority: JP
Inventors: 轟木　正章
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1985-04-27
Publication date: 1986-11-06
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0790474B2

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】産業上の利用分野この発明は、四節平行リンクａ構を応用し几関節型の産
業用ロボットに関する。

従来の技術この種の関節型の産業用ロボットとして例えば第１１図
お工び第１５１ａに示す構造のものが知らｎている。

圀に示す１うに、旋回ベース１に支持さ−ｒｔ九ロプロ
アアーム２点Ｐ１を中心として矢印Ａ方向に自転可能で
あり、ま之アッパーアーム３はロアアーム２に対し支点
Ｐ意にエリ支持さｎてぃて矢印Ｂ方向に回転可能である
。

ロアアーム２の端部には該ロアアーム２と支点ｐ、２同
じくするリンク４があり、他方アッパーアーム３の端部
にもリンク５が連結さｎている。

こ１らリンク４．５同士を連結することに二〇。

ロアアーム２お工びアッパーアーム３を含めて四節平行
リンク機構を槽底している。

そして、ロアアーム２は駆動モータ６のは友らきにＬり
図示外の減速機構を介して矢印Ａ方向に回転する。この
時、平行リンク機構の特性としてアッパーアーム３とリ
ンク４とは常に平行であるから、アッパーアーム３はロ
アアーム駆動前と駆動後とでは平行状態全維持する。

また、アッパーアーム３については、駆動モータ７のは
友らきにＬｔ）支点Ｐｔ　ｋ中心としてリンク４ｔ−回
転させることにエフ、そのリンク４０回転変位がリンク
５を介してアッパーアーム３に伝達さｎる。その結果と
してアッパーアーム３が支点ｔ”　Ｐ　＊中心として矢
印Ｂ方向に回転することになる。

ここで、駆動モータ６は、平行リンク機構があるが几め
にアッパーアーム３の回転モーメントｔｌ！僧的には負
担せず、シ九がって駆動モータ６が負担するトルクとし
ては一般に平行リンク機構のない産業用ロボットに比べ
小さいものとさｎている。

発明が解決しようとする問題点上記の工つな従来の関ｌＢ型産業用ロボットにあっては
、ロアアーム２とアッパーアーム３とのなす角度θが１
８０度ま友は０度に近付くとそｉＬぞｎ上死点または下
死点として限界となり、七ｎ以上の自転が不能となる。

し比がって実用上の作動範囲としては、θの値で３０度
〜１２０度の範囲に制限さｎてしまうことになる。

すなわち、５ｇ１３図は従来の産業用ロボットの作動範
囲を示しｔもので、同図に斜線で示す領域Ｑがリスト部
８の中心Ｐ０の作動範１である。

支点Ｐｔ　ｔ−通る鉛ｉ［綴ｔ−Ｙとすると、Ｙ線とロ
アアーム２とのなす７１１度α１は、旋回ベースｌとロ
アアーム２との干渉に工Ｏ制限さ′ｆ′Ｌ、第１３図で
はＹａから反時計回り方向（マイナス方向）に６０度で
時計回り方向（プラス方向）に４５ｔの範囲となる。

また、Ｉ：Ｉアアーム２とアッパーアーム３とのなす角
θは、アシ１．３同士の干渉お工びロアアーム２とリン
ク５との干渉により制限さｎる。第１３図では理論上４
５〜１３５［の蛇口となる。

同様に、Ｙａとリンク４とのなす角度α８については、
リンク４と旋回ベースｌとの干渉、およびリンク４とロ
アアーム２との干渉に工９制限さｎ、第１３図ではＹ＃
！から反時計回り方向（マイナス方向）に１５度で時計
回り方向（プラス方向）に１２０［（Ｄ範囲となる。

以上のような制限の九め第１３図ではＹａエク左半分だ
けの作動領域に限定さｎてしまうことになる。

本発明は、四節平行リンク機構の利点を生かしつつ作動
領域の拡大化を図つ几関節型産業用ロボットを提供しょ
うとするものである。

問題点を解決する九めの手段本発明においては、ロアアームを１つの節とじてこｎに
他の３つの節を児えて四節平行リンク機構ｔ−構成し、
ロアアームに１６８するいずｎか１つの部上固定する。

そして、固定し九ｆｆｉ會除くいず几かの節、まｔは固
定しｔ節に対向する節と該対向する節に１ｌＪＩ接する
いず１かの節との連結支点上にアッパーアームを回転可
能に軸支させる。

この場合、各アーム七回転させる駆ＩＩｅＪ機構例えば
モータ等は、各アームの支点上に設けても工〈。

ま九支点以外の部位に設けることもできる。

作用本発明に工ｎは、実施例のｐＪ４図がら明らかなように
ロアアームとアッパーアームとなす角度について４５〜
３１５度というきわめて大きな値を確保することができ
、ま友第１３図に示し九α。

に二るところの制限がない。そのため、第４番図にｆｌ
＋ｌｉで示すようなきわめて大きな作動領域ｔ−確保す
ることができる。

実施例第１図および第２図は本発明のエリ具体的な第１＋７）
実施例を示す図であり、さらに第３図は関節部の絆細に
ついて示している。

ｔＪｊＩｈ１図おＬび第２図に示す工うに、ロアアーム
１２は旋回ベース１１の支点ｐｔｔに連結されており、
この支点ＰＩ３上に設け７を駆動モータ１６のはたらき
に１０図示外の減速機構を弁して矢印Ａ方向に回転する
。こｎらモータ１６と減速機構とでロアアーム１２の駆
動機構を構成している。

旋回ベース１１には支点Ｐ、と同一水平線上に位置する
別の支点ｐｔｓがあり、この支点１３にロアリンク１４
が連結さｎている。

ま九、ロアアームｌ？の上端には支点ｐ、霊があリ、こ
の支点Ｐ１．にアッパーアーム１３とアッパーリンク１
５とがそＩＬぞｎに連結さｎ、さらに支点ＰＫ！上にア
ッパーアーム１３’に回転させるｔめの駆動モータ１７
が設けらｎている。

そして、ロアリンク１４とアッパーリンク１５とは支点
Ｐ１４にて相互に連結さｎてお９．こｎらのロアリンク
１４とアッパーリンク１５に旋回ベースｌとロアアーム
１５１とを加えて四節平行リンク機構を構成している。

この１会、２つの支点ＰｔｔｓＰｔｓｔ”もつ旋回ペー
ス１が固定節として機能する。

駆動モータ１７は第３図に示すようにハウジング２０を
弁してアッパーアーム１３に固定さｎており、その出力
軸２１は減速機構２２の入力部２３に連結さｎてする。

これらモータ１７と減速機構２２とでアッパーアームの
駆動機構を構成している。

減速機構（市販商品名二）１−モニツクドライブ）２２
は、ｍ円状のカムの外周にボールベアリングを配した入
力部としてのジエネＶ−夕２３と、外周にスプラインを
形成し比弾性変形可能なカップ状のリングギヤ２４と、
内周にスプラインを形成したリングギヤ２５とから構成
さｎる・本実施例ではリングギヤ２４が支点ｐｔｔとし
てのヒンジピンｌＢに固定さｎ、リングギヤ２５がハウ
ジング２０に固定さｎでおり、リングギヤ２５の歯数は
リングギヤ２４のそｎ工９も２枚多く設定さｎて。

いる。し九がって、ジェネレータ２３が１回転し几とき
に歯数差２枚分だけリングギヤ２５つまりアッパーアー
ム１３が回転することになる。

尚、ハウジング２０はアッパーアーム１３に。

ヒンジピン１８はアッパーリンク１５にそｎぞれ固定さ
ｎてお９．ハウジング２０とヒンジピン１８の間、およ
びロアアーム１２とヒンジピン１Ｂの間にはそｎぞｎに
ベアリング２６．２７が介装さｎている。

以上のように構成さｎ九産槃用ロボットにあっては、駆
動モータ１６のは几らきにエリロアアーム１２が第１図
の矢印入方向に回転する。この時。

アッパーリンク１１５は、支点ｐｔｔと支点Ｐ１８とを
結ぶ線と平行な状態つまり水平状題を常に維持する。

まを、アッパーアーム１３は駆動モータ１７のはｔらき
にエリ矢印白方向に回転する。詳しくは。

ｉ３図において、駆動モータ１７が回転駆動さ几ると、
減速機構２２のジェネレータ２３を介してリンクギヤ２
４がヒンジピン１８とともに回転しょうとする。ところ
が、リングギヤ２４が固定さｎているヒンジピン１８は
アッパーリンク１５とも固定さｎている几め、四節平行
リンク機構の拘、東により回転不能である。

したがって、逆にその回転反力を受けて駆動モータ１７
お工びハウジング２０！−含むアッパーアーム１３が第
１図の矢印Ｂ方向のいずｎかに回転することになる。つ
まり、アッパーアーム１３は四節平行リンク機構の動き
を伴わずに単独で回転する。

ここで１本実施例においては第４図に示すようにＹｌｌ
ｉとロアアーム１２とのなす角度α１を反時計回り方向
（マイナス方向）に６０度で時計回り方向（プラス方向
）４５度の範囲とし、ロアアーム１２とアッパーアーム
１３とのなす角度θ全４５〜３１５度の範囲に設定して
いる。その結果、リスト部８の中心点Ｐ０での作動範囲
Ｑは斜縁で示す領域となる。したがって、第１３図と比
べ作動範囲が著しく拡大されることになる。

次に、従来と本実施例の構造と全比較し几ときに、アッ
パーアームの重量にエフロアアーム駆動用モータが負担
すべきモーメントが変化するかどうかについて検討して
みる。

従来の構造ｔ−模式的に示し九のが第１４図であり、ア
ッパーアーム３（第１１図参照）の重量に１９駆動モー
タ６が負担すべきモーメン）？ＭＡとし、　ＭＡ＝　Ｆ
Ｍ　Ｘ　ｌとする。モーメントのつり合いにＪ：９下記
のようにＦＭｔ−求める。

０重量ＷＫよる回転を止めるｔめにはＦｌの力が必要と
なる。

Ｗ　Ｘ　１１　：　ＦＩ　Ｘ　Ｊ　Ｉ　　　Ｆ　＠　：
＝　Ｗ　Ｘ　ｊ　ｌ　／　７　＠ｏＦＢ　全分解すると
Ｆ１ａ　＊　Ｆｌｌ）となる。

Ｆｓ　ａ＝　Ｆ　１　ｃｏｏθ１＋Ｆ１ｓｉｎθ、　ｔ
ａｎ（θｔ　−’ｔ　＞Ｆ１１５　＝Ｆ　＠　ａＬｎθ
、１／ｃｏａ（θ、−〇、）０支点Ｐ、にはＷとＦｌと
ｔ−支えるためにＦ、＝Ｗ＋Ｆ１の力が必要となる。こ
ｆｌｔ”Ｆｚ６とＦｉｌ）とに分解する。

Ｆ２ａ＝ＦＩＣｏｓθｔ　　Ｆ２　ｂ　；Ｉ’１　ａ　
ｉｎ　１１＠ｏＦ１ｂｔ−さらにＦｌｂａとＦ、　ｂｂ
とに分解する。

’１ｂａ　＝　Ｆ’１ｂｓｉｎ（θｔ　−’＊　）　Ｆ
＊ｂｂ＝＝Ｆｔｂｃｏｓ（ｑ−％）ＯここでＦ’ｚｂと
Ｆｌ　ｂｂは逆方向の力であるためにその差？ＦＭとし
て求める。

ＦＭ　”　Ｆ２ｂ　”　Ｆｌｂｂ＝１？１５１１ｎ　６’　＠　−ＦｌｂＣｏｇ　（’１
−θ、）＝　（ｗｘ　’ｔ／／ｍ＋”　）　ａＬｎθ、
−（ｗｘ　Ａｔ／ｚ、）　−ｃｏａ（０１−０１）ｓｉ
ｎθｔ”／’ｃｏａｔ’５−Ｑ＝Ｗ−ｓｉｎθ１同様に上記実施例構造についても第１５１ｍｔ−もとに
ＦＭ　’ｉ求める。

０重量ＷＫぶる回転を止めるためにはＰ、Ｏ力が必要と
なる。

ＷＸ／１ｃｏａθｊ＝＝Ｆ１　・ｌ＠　　ＰにＷ’Ｇ（
’ｔ４）ｃｏｇ％ｏＦ１　ｔ−Ｆｔａと１１！′１ｂと
に分解する。

Ｆｌ６　　＝　　ｒ、−１／ｃｏａ　θｔ　　　　Ｆｌ
ｂ　　＝　　Ｆｌ　　ｔａｆ）ａ、、ｏ′ｇＬ点Ｐｔ＆
にはＷとＦ、とｔ支える几めＩｃ　Ｆ、　＝Ｗ＋　Ｆ’
、の力が必要となり、こｆ′ＬｔＦ２ａとＦ’ｚｂとに
分解する。

を、ａ＝＝　Ｆ鵞ｃｏｏ　ｌ！’　１　　　Ｆ２６　：
　Ｐ電ｇｉｎθ。

ＯＦ＊ｈｋさらにＦｌｂａとＦ’ｔａｂとに分解する。

Ｆ１ｈａ＝Ｆ１ｂａＬｎθ１　　’１１）ｂ＝　Ｆ１６
ｃｏａ　１１ｏ　Ｆ２ｂとｖｓ　ｂｂとの差ｔＦｕ　と
して求めろ。

Ｆ［＝：ｐ’２６−Ｆｔｂｂ＝　（ｗ＋ｗｘ　（／ｌ／７Ｂ−−ｃｏａ　ａ＠　）　
ｓｉｎθ１Ｗ　Ｘ　（’　１’４　）　ｅ　ｏｓｓ　’
＠　−ｔａｎ　ａ、　＋　ｃ　ｏｓ　”　１＝　ｖｒ−
ａ１Ｂ＆、＋（ｗｘｊｓ／ｚ、１ｃｏａ　ｕｌ（ｓＬｎ
＃１−ａＬｎθ諺）＝　Ｗ−ａｉｍ　＃１以上のように、アッパーアームの重量に工って支点に発
生するモーメントは、　Ｗ＠　４　＃　Ｉ２尋の東件が
同一であｎば双方ともに同一となる。

し九がって、上記実施例の場會にも、駆動モータ１６が
負担するトルクが小さくて済むと−う平行リンク機構の
利点はそのまま生かさｎることになる。

まを、上記実施例に！ｆ’Ｌば、第２図から明らかな二
うにモータを片側にそろえて配置することができるので
全幅が小さくなるほか、同図に示す工うにいわゆる片持
ちタイプのリスト部Ｂｔｓ用しても、旋回ベース１１の
Ｉｌｉ！回中心からハンド先端までのオフセット量七零
にすることができる。

第５図〜第７図は本発明の第２の実施例について示して
おり、第７図は第５図の■−■線断面について示してい
る。本実施例においては、アッパーアーム１３とその駆
動機構ｔアッパーリンク１５の中間部に設けた点が第１
実施例と異なる。

第７図に示すようにアッパーアーム１３にはヒンジピン
３０が一体に付設さｎており、ベアリング３１ｔ−介し
てアッパーリンク１５に回転可能に支持さｎている。ヒ
ンジビン３０と同一軸線上には、アッパーリンク１５に
固定さｎた駆動モータ１７と、減速機構５１２とが配設
さｎている。

そして、減速機構２２のリングギヤ５１５はアッパーリ
ンク１５に固定さｎており、他方のリングギヤ５１４は
ヒンジビン３０に一体に連結さ１ている。

したがって本実施例の３ａ會には、駆動モータ１７のは
たらきにエリ減速機構２２の減速出力を受けて、アッパ
ーアーム１３が第５図のＢ方向に回転することになろう尚、第７図の３２．８３は支点ｐｌ、、ｐ目としてのヒ
ンジピンである。

ここで、第２１１！施例ではアッパーアーム１３の回転
中心（軸支点）ｔアッパーリンク１５の中間部に設定し
ているが、ロアアーム１２またはロアリンク１４の中間
部に設定しても同様に実施できる。

第８図〜第１Ｏ図は本発明の第３の実施例を示す図であ
り、ｇｌｏ図は第８図のｘ−ｘ断面について示している
。本実施例の場曾、アッパーアーム１３の配置は第２実
施例と同様であるが、その駆動モータを旋回ペース１ｌ
ｉｌｌｌに配置し次点が異なる。

第８図〜第１θ図において、第２冥施例と異なる部分に
ついてのみ説明すると、駆動モータ１７は旋回ペース１
１に固定されており、他方、減速機構２２内には第１０
図に示すように回転＠３４が配設さｎている。

この回転軸３４はベアリング３５にＬり回転可能に支持
さｎるとともに、ジェネレータ２３に固定され、さらに
その一端にはプーリ３６が固定さ几ている。そして、こ
のプーリ３６と駆動モータ１７［のプーリ３７との間に
ベルト３Ｂが巻き掛けらｎてお９．ベルト伝達にエリ回
転軸３４が回転［＃さｎる。以上の１うに、モータ１丁
と減速機構２２のほかに回転軸３４．プーリ３ｇ、３７
およびベル）３８ｔ−含めてアッパーアーム１３の駆動
機構を構成している。

本実施例の場合、回転軸３４の回転に応じ九減速機構２
２の減速出力によりアッパーアーム１３が１１ｇｇ図Ｏ
Ｂ方向に回転することになる。

以上のような第２．第３の実施例の場合にも。

第１実施例とほぼ同様の作動領域の拡大が図らｎるＯ発明の効果本発明にＬｎば、基本的にはロアアームｔ−１つの節と
して含む四節平行リンク機構について上記ロアアームに
隣接するいずｊＬか１つの節を固定するとともに、固定
した節を除くいずｎか１つの節。

または固定した節に対向する節とこｎに隣接する節との
連結支点上にアッパーアームを回転可能に軸支させ７を
構造である。

したがって、従来の四節平行リンク機構タイプの利点を
そのま１活かすことができることはもちろん、四節平行
リンク機構がアッパーアームに与える制限が少ない九め
、従来と比べ作動範囲を者しく大きく確保することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２図は＋１
！１図の右側面図、ｓ３図は第１図のＩ−１線に沿うｌ
！Ｆｒ面＠、第４図は第１因に示すロボットの作動範囲
を示す説明図、第５図は本発明のｒＪｌ、２の実施例を
示す正面図、第６図は第５図の右側面図、第７図は第５
図の■−■線に沿う断面図、第８図は本発明の第３の実
施例を示す正面図、第９図は第８図の右側面図、第１Ｏ
図は第８図のＸ　−Ｘ断面に石う断面図、第１１図は従
来の関節型産業用ロボットの正面図、第１５１図は第１
１図の右９１１面図、第１３図は第１１図に示すロボッ
トの作動範囲金示す説明図、第１４図および第１５図は
アームモーメントの説明−である。１１・・・固定節としての旋回ペース、１２・・・節と
してのロアアーム、１３・・・節としてのアッパーアー
ム、１４・・・節としてのロアリンク、１６・・・駆動
モータ、１７・・・駆動モータ、２２・・・減速機構。ｐｔｔ　ＩＰｌｔ　ｅｐｔｍ　ＩＰｌｔ・・・叉点、３
６．３？・・・プーリ、３８・・・ベルト。第２図第５図１３−−−−−−１ヅパーヱーＡ第６図第８図１１−−−−−７２！回公−ス１２−−−−一ロアアーム１３−一−−−−アッパーｆ−ＩＡ１４−−−−−一ロヱリンク第９図第１５図Ｆ２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロアアームを１つの節として含む四節平行リンク
機構について上記ロアアームに隣接するいずれか１つの
節を固定するとともに、固定した節を除くいずれかの節
、または固定した節に対向する節とこれに隣接する節と
の連結支点上にアッパーアームを回転可能に軸支させて
なり、かつ前記ロアアームを、該ロアアームと固定した
節との連結支点を中心として回転させる駆動機構と、ア
ッパーアームを、前記軸支点を中心として回転させる駆
動機構とを備えたことを特徴とする関節型産業用ロボッ
ト。