JPS6219389A - 産業用ロボツト - 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、作業対象物体を平面上で精密に移載組立を行
う水平多関節リンク型の産業用ロボットに関するもので
ある。

従来の技術 従来、水平移動を主体とする平面作業用ロボットは、第
７図にその具体構成を示す、所謂スカラー型ロボットと
いわれる直列アームを有する水平多関節ロボットが大半
である。

これはペース１と一体となった支柱２に、回動可能に結
合する第１アーム３とこれを駆動する第１モータ４と、
一般的にはハーモニック減速機に代表される第１減速機
（図示せず）とを有し、第１アームの他端には回動可能
に結合する第２アーム６と、これを駆動する第２モータ
７及び第２減速機（図示せず）を有し、更に第２アーム
の他端には上下動用アクチュエータ９（一般的には液体
シリンダ又はボールネジ等の減速手段を備えだ小型モー
タ等）及び支柱２に取付けられたモータアクチュエータ
１０と連動しタイミングベルト１１等で伝動される回転
手段を備えている。

上記の様な構成では、支柱２により作業領域が限定され
、左右のアーム回動によシ作業領域を拡張しても、速や
かに作業領域の全域を移動することは困難である。

この点を改良するために、第８図に示すアーム形態を有
するロボットが開発されている。これは第１アーム１２
の一端に第２アーム１３が取付けられ、第１アームと第
２アームの結合点に第２アーム１３の駆動モータ１４を
取付け、第２アーム１３の他端に上下及び回転手段１５
を備えている。

上記構成のロボーットも第７図て示すロボットと同様に
、アーム及び原動機の重量のため自己慣性トルクが大き
くなり、又直列にアームを結合しているため、第１アー
ム１２と第２アーム１３が相互に干渉し影響を及ぼす相
互干渉トルクが発生し、ロボットの制御性や位置決め精
度が悪化し、高速化にも限界を生ずるなどの欠点を有し
ていた。

この直列アームによるモータ自重を軽減するために、第
９図に示す平行リンクを用いた構成のロボットが、提案
されている（特開昭５７−３３９９３号公報第２図参照
）。

これは固定台１ｅに２個のモータ１７，１Ｂをモータ軸
が同心に対向するように配設固定し、夫々のモータ軸に
第１アーム１９及び第４アーム２゜を固定し、第１アー
ム１９の先端に第２アーム２１を、第４アーム２ｏの先
端に第３アーム２２の一端を枢着し、第３アーム２２の
先端を第２アーム２１の中間部に枢着して第２アーム２
１を所定長突出させ、その先端に工具２３及び工具回転
用モータ２４を取り付けたロボットである。

上記構成のロボットは、モータ自重による慣性トルクの
増大は防止できるが、モータ支持部が背後にあり、アー
ムの作業領域が制限され、又ハンド部２５の上下手段が
なく更に工具回転用モータ２４がハンド部の先端に設け
られているので、負荷が先端に集中し、第１アーム１９
．第４アーム２０の相互に干渉をする相互干渉トルクが
発生し、その結果、モータの制御性の悪化を招き、高速
化や位置決め精度にも限界を生ずるなどの欠点を有して
いた。

そこで、本発明者らは、上記欠点を解消するだめに第１
０図に示す、平行リンクを用いた産業用ロボットを提案
した（特願昭５９−２４３７６０号）。

これは第１アーム２６の駆動用原動機２７と第４アーム
２８の駆動用原動機２９を支柱３ｏで保持し、先端ハン
ド部３１の上下及び回転駆動用アクチュエータ。３２．
及び３３を第２アーム３４と第３アーム３５の結合点の
近傍、即ち第３アーム３５と第４アーム２８の回動中心
３６に関して、ハンド部３１と反対側に配置し、各アー
ムのアー長、アーム質量、重心位置を一定の条件を満す
よう設定することによって、第１アーム２６と第４アー
ム２８間に生ずる相互干渉トルクを軽減し、負荷容量の
小さな原動機でコンパクトな構成を可能とし、位置精度
、高速性能を向上させるものであった。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、支柱３０のため
やはり作業範囲が制限され、又、上下及び回転駆動用ア
クチュエータを共に第３アーム３５上に設置するため、
これらのアクチュエータの自重により自己慣性トルクが
増化する。

更に、・・ンド部３１の回転角度を一定角度に維持しよ
うとする場合、常に回転用アクチュエータ３３を位置制
御する必要が生じ、制御系が高価になる問題が懸念され
る。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので、アーム相
互間の干渉トルク及びアームの自己慣性トルクを軽減し
、小型コンパクトな構成により、先端ハンド部の位置精
度、高速性能を向上し、更に先端ハンド部の回転姿勢に
関する定位置制御を容易にする産業用ロボットを提供す
るものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の産業用ロボットは
、ペース上に設置された第１原動機と、第１原動機と共
通の軸心を有し、かつ独立に駆動可能な手段を備えて設
置された第２原動機と、第１原動機と第２原動機を保持
する支柱と、第２原動機の出力軸と結合された第１アー
ムと、この第１アームの他端で回動可能に結合された第
２アームと、この第２アームの他端に回動可能に結合さ
れた第３アームと、第３アームの中間に回動軸を有し、
この回動軸と回転可能に結合され、かつ他端が第２原動
機の出力軸と結合する第４アームを有し、前記第３アー
ムの他端に、上下軸及び回動軸を備えだハンド部と、前
記第２アームと第３アームの結合点、又は第３アーム上
の近傍に、前記上下軸を駆動する第３原動機と、第３原
動機から上下軸に運動を伝達する手段と前記ペース上に
固定して設置された第４原動機と第４原動機より、前記
第１及び第２原動機の回動中心及び、第３アームと第４
アームの回動中心を経由して、前記ハンド部の回動軸に
回転運動を伝達する手段を備えたものである。

作　　用 本発明は上記構成の如く、第１．第２及び第４原動機を
ペース上に設置することによりアームの負荷重畳を軽減
し、第３原動機を、第２アームと第４アームの回動中心
に関してハンド部と反対側の第３アーム上尾配設するこ
とによって、第１０図の従来例で明示した理由と同じ作
用により、即ち各アームのアーム長（第１．第２．第３
．第４アーム長を各々２１，２゜、ｘ３．ｘ４とする）
、アーム質量（第１．第２．第３．第４アームの質量を
ｍ１２ｍ２２ｍ３２ｍ４とする）及び重心位置（第１゜
第２．第３．第４アームの各重心位置を各々の結合点よ
りの距離であられしたものをｈｌ、ｈ２．ｈ３゜ｈ４と
する）を！１１１２１１ｈ　２　＝ｍ３ｆｔ　２　ｊ！
　３０条件を満すように設定することにより、第１アー
ムと第４アーム間に生ずる相互干渉トルクを低減する作
用が生じ、原動機の制御性が向上し、小型の負荷容量を
もつ原動機で高速、高精度が達成できる。又支柱を第１
原動機と第２原動機の回転中心を一致させかつこれらを
保持する構成により各アームの回動範囲が拡大する。更
に第４原動機をペース上に固定設置し、第１及び第２原
動機の回転中心及び第３アームと第４アームの回動中心
を経由して、ハンド部の回動軸に回転運動をタイミング
ベルト等で伝達すること如より、第４原動機の回転を定
位置に固定すると、第１アーム及び第４アームが移動し
てもノ・ンド先端の回転位置は定位置に固定される。こ
の結果、上記構成の産業用ロボットにおいても定位置制
御が容易になる。

一実施例 以下本発明の一実施例の産業用ロポッ）Ｋついて図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例における産業用ロボットの平面
図を示すものである。また第２図は正面図、第３図は側
面略示図である。

第３図において４０はペース、４１は第１原動機、４２
は第２原動機であり、４３は第１．第２原動機４１．４
２と共通の軸心を有し、これらを保持する中空の支柱で
ある。また第１図において４４は第２原動機４２の出力
軸と結合された第１アーム、４６は第１アーム４４の他
端で回動可能に結合された第２アーム、４６は第２アー
ム４５の他端で回動可能に結合された第３アーム、４７
は第１原動機４１の出力軸に結合され、他端が第３アー
ム４６の中間で回動可能に結合された第４アームで、第
１〜第４アームで閉ループのリンクアームを形成する。

第２図に示す４８はノ・ンド部、４９は第３アーム上に
配設された第３原動機で、第３アーム４６と第４アーム
４７を結合した回動軸心５０に対しノ・ンド部４８と反
対の位置に取付けられる。５１は第３原動機４９の回転
力をノ・ンド部４８に伝達する第１タイミングベルトで
ある。

５２はペース４ｏ上に固定して設置された第４原動機で
ある。

第４図は第４原動機６２の伝達機構の略示図で、６３は
第１平歯車、５４は第１平歯車５３と噛合って係合して
いる第２平歯車、６６は第２平歯車６４と同軸の回転軸
５６を共有する第１タイミングプーリである。第１平歯
車５３と第２平歯車６４の歯数比は１：１又は１：１０
以下に設定されている。また第１図において６７は第１
タイミングプーリ５５より回転を伝達する第２タイミン
グベルトである。また第３図において５８及び、５９は
支柱４３と同じ軸心を有する第２及び第３タイミングプ
ーリで、第２タイミングベルト６７と係合している。第
２タイミングプーリ６８と第３タイミングプーリ６９は
一体化しており、軸受６０及び６１を介して支柱４３に
保持されている。第２タイミングベルト６７は、この第
２タイミングプーリ６８に回転力を伝達する様取付けら
れている。６２は第３タイミングベルトで、６３は第３
アーム４６と第４アーム４７の回動中心軸５ｏと軸心を
共有して設置された第４タイミングプーリである。第３
タイミングベルト６２は第３タイミングプーリ５９の回
転力を第４タイミングプーリ６３に伝達する様、係合し
ている。

第６図は第３アーム４６と第４アーム４７の回動軸部の
断面図である。６４は第４タイミングプーリ６３と一体
化し、第３アーム４６より突出して設けられた固定軸６
５に軸受６６及び６７を介して、回動可能に取付けられ
た第６タイミングプーリである。６８は第３アーム４６
よシ突出して設けられた固定軸で、第４アーム４７と軸
受６９及び７０を介して回動可能に設置されている。

第６図は先端ハンド部の断面図である。７１は第４タイ
ミングベルトで、ハンド部４８は回転軸７２に設けられ
た第６タイミングプーリ７３と回転力を伝達する様取付
けられている。７４は回転及び上下摺動可能なスプライ
ン軸、７６及び７６は軸受である。７７は第３原動機４
９より回転力を伝達する第１タイミングベルト５１と係
合する第７タイミングブーりである。７８はハンド部４
８の上下動作を行うボールネジ、７９はそのナツト部で
、ナツト部７９と前記スプライン軸７４はブラケット８
０により固定して係合されている。８１はこれらを保持
するホルダー、８２はホルダー８１と第３アームを固定
して一体化するブラケットである。

次に第３図において、８３は第１原動機４１の出力軸、
８４は第２原動機４２の出力軸で、各々減速機等を介さ
ず直接第４アーム４７及び第１アれた第２．第３原動機
４２．４９等の動力線や信号線等の配線を収納している
。

以上の様に構成された産業用ロボットについて以下筒１
．第２図及び第３図を用いてその動作を説明する。

一般に、平面作業を主体とする産業用ロボットにおいて
は、平面上の任意の位置に移動する必要がある。本発明
の産業用ロボットは、第１原動機４１及び第２原動機４
２を作動させることによって、第４アーム４７及び第１
アーム４４が所定の角度移動し、これらに回動可能に係
合している第２及び第３アーム４５．４６より形成され
る閉ループリンク機構により、第３アーム４６先端に設
置されたハンド部４８が所定の位置に移動する。

次に先端ハンド部４８の上下及び回転移動による位置決
めについて説明する。上下動については第３原動機′４
９の作動により、第３アーム内に配設された第１タイミ
ングベルト５１により、第６図に示すボールネジ７８に
回転力が伝達され、任意の高さに移動する。ハンド部４
８の回転移動は第４原動機６２の作動により第２．第３
．第４オイミングベルト５７．６２．７１によシ、ハン
ド部４８のスプライン軸７４と係合している第６タイミ
ングプーリ７３に、回転力が伝達され、所定の回転角度
を設定できる。ここで少なくとも第１゜第４．第５．第
６タイミングプーリは同一のピッチ円直径を有しており
、第４原動機５２の回転角度は第６タイミングプーリ７
３を経てスプライン軸７４に正確に伝達される。又この
伝達系の構成により第４原動機５２０回転角を一定に維
持すると、ハンド先端の回転軸７２の回転もベースに対
し一定角度に維持され一定角の姿勢制御が容易となる。

又前述した如く、ハンド部４８と第３原動機４９及び第
１．第２．第３．第４アーム４４゜４５．４６．４７の
構成を利用して、各アームの長さ、質量２重心を一定の
条件を満足するように設定することによって、アーム相
互間の干渉トルクの発生が押えられ、この結果筒１．第
２原動機４１．４２に及ぼす外乱項が少なくなり原動機
の制御が改善される。又第４原動機６２をベース４゜上
に設置することによジアームに加わる負荷、即ちアーム
の自己慣性が減少し、小型容量の原動機の使用が可能と
なる。

更に支柱４３が第１．第２原動機４１．４２の回転軸心
を共有して設けられているため、第１゜第４アーム４４
．４７の回転に関して支柱４３が障害とならず３６００
以上の回動が可能となり、作業範囲が著しく拡大される
。又支柱４３を中空にして、この中に、配線を導入する
ことにより配線の処理が容易になる。

次に第３及び第４原動機４９．５２により、ハンド部４
８の上下及び回転移動を行うが、この回転伝達を１：１
又は１：１ｏ以下の減速比で行うよう伝達機構が設定さ
れており、第１原動機４１及び第２原動機４２の出力軸
が第４アーム４７、第１アーム４４に直接取付、けられ
ていることと併せ、移動位置の教示には極めて小さい力
で教示することが可能となり、教示性能が著しく向上す
る。

発明の効果 以上のように本発明は、ベース上に設置された第１原動
機と、この第１原動機と共通の軸心を有し、かつ独立に
駆動可能な手段を備えて設置された第２原動機と、これ
らを保持する支柱と、第１原動機及び第２原動機の出力
軸と結合された第４゜第１アームとこれらの他端より回
動可能に結合し、閉ループリンクを形成する第２．第３
アームを有し、第３アームの他端に上下軸及び回動軸を
備えたハンド部と、第３アームと第２アームの結合点又
はその近傍に第３原動機と、第３原動機から上下運動を
伝達する手段と、前記ベース上に固定して設置された第
４原動機と第４原動機よシ、前記第１及び第２原動機の
回動中心及び第３アームと第４アームの回動中心を経由
して、前記ハンド部の回動軸に回転運動を伝達する手段
を備えることにより、自己慣性トルクと高速運転時にア
ーム間の相互干渉トルクを低減し、負荷容量の小さな原
動機を用いて／ＪＸ型コンパクトな構成とすることがで
き、かつ原動機の制御性を向上できるので、先端ハンド
部の位置精度、高速性能を向上し、更に先端ハンド部の
回転姿勢に関する定位置制御を容易にすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における産業用ロボットの平
面図、第２図は第１図の正面図、第３図は第１図の側面
略示図、第４図は第４原動機の伝達機構の略示図、第６
図は第３アームと第４アームの回動軸部の断面図、第６
図は先端ハンド部の断面図、第７図、第８図、第９図、
第１０図は従来の産業用ロボットの構成図である。 ４０・川・・ベース、４１・・・・・・第１原動機、４
２・・・・・・第２原動機、４３・・・・・・支柱、４
４・・・・・・第１アーム、４６・・・・・・第２アー
ム、４６・・・・・・第３アーム、４７・・・・・・第
４アーム、４８・・・・・・ハント部、４９・・・・・
・第３原動機、５１・・・・・・第１タイミングベルト
、５２・・・・・・第４原動機、５７・・・・・・第２
タイミングベルト、６２・・・・・・第３タイミングベ
ルト、７１・・・・・・第４タイミングベルト、７４・
・・・・・スプライン軸、７８・・・・・・ボールネジ
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名４Ｑ
−ｍ−へ′−ス ４４−−一肴１アーム 苧５−−−オ２　・ ４θ−一肴、？　＝Ｉ ５”−１１４０＞（↑ルＬ Ｊ７−−−脅２ｑ Ｃ２−矛３り ７ｆ−−−り１　＃ ４２−一一才２　　。 ４Ｃ−一一オノアー４ ４′−一へ′−ス ４３−一安社 ｑｌ−ｍ−）１）１゛予ｐ 第４図 第５図 第６図 第７図 第　９　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベース上に設置された第１原動機と、この第１原
   動機と共通の軸心を有し、かつ独立に駆動可能な手段を
   備えて設置された第２原動機と、前記第１原動機と第２
   原動機を保持する支柱と、前記第２原動機の出力軸と結
   合された第１アームと、この第１アームの他端で回動可
   能に結合された第２アームと、この第２アームの他端に
   回動可能に結合された第３アームと、この第３アームの
   中間に回動軸を有し、この回動軸と回転可能に結合され
   、かつ他端が前記第２原動機の出力軸と結合する第４ア
   ームを有し、前記第３アームの他端に、上下軸及び回動
   軸を備えたハンド部と、前記第２アームと第３アームの
   結合点、又はその近傍に、前記上下軸を駆動する第３原
   動機と、この第３原動機から前記上下軸に運動を伝達す
   る手段と、前記ベース上に固定して設置された第４原動
   機と、この第４原動機より前記第１及び第２原動機の回
   動中心及び第３アームと第４アームの回動中心を経由し
   て前記ハンド部の回動軸に回転運動を伝達する手段とを
   備えた産業用ロボット。
2. （２）第１原動機の出力軸が第４アームと、又第２原動
   機の出力軸が第１アームと減速機等を介さず直接結合し
   た特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボット。
3. （３）第３原動機及び第４原動機の出力軸がハンド部の
   上下軸及び回転軸と１：１又は１０：１以下の減速比を
   有する伝達手段で係合された特許請求の範囲第１項記載
   の産業用ロボット。
4. （４）第１原動機と第２原動機を保持する支柱が第１及
   び第２原動機の回転中心と軸心を共有し、かつ中空であ
   り、この中空内を第２原動機及び第３原動機を駆動する
   に必要な動力線と信号線が導入された特許請求の範囲第
   １項記載の産業用ロボット。