JPS62502844A - ロボット式ア−ム - 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】 技術分野 本発明はロボット式アーム、すなわち、マニピュレータに関する。より詳細には 、本発明は肩部と、第１の軸線を中心として回転できるように上記肩部に連結さ れた第１のアーム部分と、第２の軸線を中心として回転できるように上記第１の アーム部分に連結された第２のアーム部分と、第３の軸線を中心として回転でき るように上記第２のアーム部分に連結された出力部材と、駆動装置とを有し、上 記第１の軸線ないし第３の軸線は相互に平行であり、上記第１の軸線と第３の軸 線は第２の軸線から等距離離間し、上記駆動装置は上記第１のアーム部分、第２ ′のアーム部分、及び出力部材をそれぞれ上記第１の軸線ないし第３の軸線を中 心として回転させるためのものであることを特徴とするロボット式アームに関す る。

発明の開示及び産業上の利用可能性 本発明の目的は、例えば、出力部材に支持されて握る動作をする装置の作動を正 確に制御し、上記握る動作をする装置を広い範囲で移動させることができ、上記 握る動作をする装置の駆動装置の制御を容易にし、しかも、上記装置を経済的に 製造できる構造のロボット式アームを提供することにある。本発明に基くロボッ ト式アームは、上記駆動装置が上記第１のアームを上記第１の軸線を中心として 回転させるための第１の駆動措置と、上記第２のアームを上記第２の軸線を中心 として回転させるための第２の駆動措置と、上記出力部材を上記第３の軸線を中 心として回転させるための第３の駆動措置とを含み、上記第１の駆動装置ないし 第３の駆動装置はそれぞれ独立に作動し、上記出力部材を上記第１の駆動装置及 び第２の駆動装置の等速作動によって上記第１の軸線の半径方向に駆動し、上記 第２の駆動装置も、上記第２のアーム部分が上記第２の軸線を中心として回転す る角度の半分の角度になるまで、上記出力部材を上記第３の軸線を中心として回 転する作動を行うるように配置され、これにより、上記第２のアーム部分は上記 第２の軸線を中心として回転されることを特徴とする。

本発明に基くロボット式アームは、国際特許出願箱ＰＣＴ／ＧＢ８６１００１２ ３号に記載された手首の動作及び握りの動作を行う装置、及び国際特許出願節Ｐ ＣＴ／ＧＢ８６１００１４８号に記載された直線的な案内及び支持を行う装置と 組み合わせて使用できる長所を有する。上記国際特許出願箱ＰＣＴ／ＧＢ８６１ ００１２３号に記載された手首の動作及び握りの動作を行う装置は上記アーム部 分の出力部材に取り付けられる装置であり、上記国際特許出願節ＰＣＴ／ＧＢ８ ６１００１４８号に記載された案内支持装置は、上記アームの垂直方向の調節を 行うための上記支持装置に固定される上記アームの肩部である。上記アームは、 特に上記装置と組み合わされた場合に、移動型ロッポト又は据付型ロボットに使 用して有用なものである。

上記本発明に基くロボット式アームは、好ましい実施形態においては、上記第１ の駆動装置ないし第３の駆動装置はそれぞれ電動モータを有し、上記第１の電動 モータは上記肩部に支持され、上記第２の電動モータ、及び第３の電動モータは 上記第１のアーム部分により支持される。上記各電動モータは、各プーリーを駆 動するために、ギアボックスを介して、プーリー及びベルトから成る変速装置に 接続される。上記変速装置は、標準的なギアボックスを使用する場合に、そのギ アボックスのバックラッシュを、例えば約２″から約０．０５°まで減少させる ことができ、この構造によって、上記装置の製造経費を節約し、しかも、制御で きる精度を１ミリメートル未満にすることができる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に基くロボット式アームの断面図、第２図は上記ロボット式アー ムの端面図、第３図は上記ロボット式アームの第１のアームの平面図（図面簡素 化のために一部の構成部材の図示を省略）、第４図及び第５図は上記ロボット式 アームの作動を示すための平面略図である。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明に基くロボット式アームを、図を用いて詳細に説明する。

第１図ないし第３図に、本発明に基くロボット式アームの細部を示す。このロボ ット式アームはこのロボット式アームを垂直に移動させ得るように支持部材に取 り付けられた肩部１と、垂直な軸線Ａを中心として回転できるように上記肩部１ に連結された第１のアーム部分、すなわち上部アーム部分２と、垂直な軸線Ｂを 中心゛として回転できるように上記上部アーム部分２に連結された第２のアーム 部分、すなわち下部アーム部分３と、垂直な軸線Ｃを中心として回転できるよう に上記下部アーム部分３にジャーナル支持された出力部材４とを有する。上記上 部アーム部分２の軸線Ａから軸線Ｂまでの部分の長さは、上記下部アーム部分３ の軸線Ｂから軸線Ｃまでの部分の長さに等しい。　。

上記肩部１は支持フレーム１０を含み、この支持フレーム１０は水平なプラット フォーム１１を含み、このプラットフォーム１１に垂直な管状のスピンドル１２ の上端部が固定され、この垂直な管状のスピンドル１２は軸線Ａを形成する。上 記プラットフォーム１１には電動式の第１のモータ１４が取り付けられ、この第 １のモータに、上記プラットフォーム１１には偏心型スピンドル１７が取り付け られ、このスピンドル１７は自由に回転出来るように組み合わされたプーリー！ ８．１９を支持する。第１のベルト２１は歯を備えていてプーリー１８及び駆動 ベルト２２の周囲を回転する。この駆動ベルト２２は上記ギアボックス１６の出 力軸に取り付けられる。

第２のベルト２３は歯を備えていてプーリー１９及び駆動−ｊ−リ−２４の周囲 を回転する。この駆動プーリー２４は上記スピンドル１２にジャーナル支持され る。上記スピンドル１７は通常、プラットフォーム２５のボス２５に固定用のね じ２６によって固定されているが、この固定用のねじが弛められた後には、上記 偏心スピンドルがベルト２３の張り具合を調節するために回転する。

ベルト２１の張り具合を調節するためには、取付は板で電動モータ１４を支持し 、このモータ１４は長穴を有し、この長穴にねじ１３，１３・・・が通される。

このねじ１３は上記モータを移動させるためのものであり、このモータを移動さ せることにより、プーリー１８．２０の離間距離を、上記ベルト２３に所要の張 力を与え得るように調節することができる。

スピンドル１２の下端部は上記支持フレーム１０の第２のプラットフォーム２７ に支持され、上記上部アーム部分２は鋳造部材２８を有する。′この鋳造部材２ ８は、ベアリング２９．２９・・・によって、上記スピンドル１２にジャーナル 支持される。この鋳造部材２８の支持される位置は上記プラットフォーム１１． ２７の間である。

駆動プーリー２４はねじ３０，３０・・・によって上記鋳造部材２８に固定され る。これは、モータ１４を用いて軸線Ａを中心として上記上部アーム部分２を回 転できるようにするためである。この上部アーム部分２の回転は、例えば１８０ °に限定される。この回転範囲の限定は半円形の溝３１を用いて行う。この溝３ １は鋳造部材２８の底部に設けられ、この溝３１に停止用のピン３２が係合し、 このビン３２はプラットフォーム２７に固定される。

軸線Ｂを形成する垂直な管上のスピンドル３５の一方の端部、すなわち上記スピ ンドル１２から離れている方の端部は、ベアリング３６．３６・・・によって、 上記鋳造部材２８にジャーナル支持される。上記スピンドル３５の上端部には駆 動プーリー３７が固定される。この駆動プーリー３７を駆動するために、符号器 を備えた第２のモータ３８と、ギアボックス４０と、取付板４１が上記鋳造部材 に支持され、ねじ４２．４２・・・で固定される。

組み合わされた形のプーリー４３．４４は偏心型スピンドル４５によって自由に 回転し、このスピンドル４５はねじ４６によって鋳造部材２８のボスの中に固定 される。

第１のベルト４７は歯を備えており、プーリー４３と上記ギアボックス４０の出 力軸に固定された駆動プーリー４９との周囲を回転する。第２のベルト４８は歯 を備えており、プーリー４４．３７の周囲を回転する。ベルト４７．４８の張り 具合、すなわち張力は、ベルト２１゜２３の張力の調整要領で調節することがで きる。すなわち、上記ねじ４６を緩めた後に、偏心型スピンドル４５を回転させ て、ベルト４８の張り具合を調節し、また、モータ３８の取り付は板４１はねじ ４２のための長穴を有し、このねじを用いて上記モータを移動させて、ベルト４ ７の張り具合を調節する。

上記下部アーム部分３は鋳造部材５ｏがらなり、短いねじ５１によってスピンド ル３５の下側の端部に固定される。この短いねじ５１はスリーブ５２に取り付け られ、このスリーブ５２は上記鋳造部材５ｏに固定される。従って、モータ３８ に給電してこのモータ３８を回転させれば、このモータ３８がギアボックス４０ ．プーリー及びベルトを介してスピンドル３５を駆動し、このスピンドル３５が 軸Ｂを中心として回転し、従って、上記下部アーム部分３が回転する。モータ３ ８とスピンドル３５との減速比を、モータ１４とプーリー４９．４３．４４との 減速比の２倍にすれば、プーリー４９．４３．４４をブー！Ｊ−２２，１８，１ ９と同様に回転させ、プーリー３５をプーリー２４の歯の数の半分にすることが 容易になる。後述するように、上記構造によって、モータ１４．３８を等速、か つ、反対方向に回転させれば、出力部材４を軸線Ａの半径方向に駆動することが できる。

このようにすれば、上記モータの符号器が出力する位置を表すカウントを単純に 加算又は減算するだけで、従って、上部に設けられたソフトウェアの負担を最少 にして、アーム部分の運動を極座標で表すことができる。

上記下部アーム部分３の回転は約３３０’に限定する。

この回転の限定を行うために、指のような細長い形の停止部材５６を用いる。す なわち、上記停止部材５６を上記上部アーム部分に固定し、上記鋳造部材５ｏの ウェブ５７により形成された停止部材に上記停止部材５６を突き当てることによ り、上記下部アーム部分３の回転を停止させる。上記停止部材５６は、第３図に 示した２箇所の位置のどちらにでも取り付けることができ、この構造により、上 記下部アーム部分が軸線Ｂを中心として時計回り又は反時計回りに回転して、第 １図に鎖線で示すように上部アーム部分２の直下の位置まで移動することができ る。上記下部アーム部分をこの位置に置けば、格納や運搬の時に便利であり、上 記１対のアーム部分を移動型の自動装置のどちらの側に取付けた場合でも、どち ら側にでも選択的に回転させて延ばすことができる。

上記出力部材４は板状部材６０を有し、この板状部材６０はスピンドル６１に支 持され、このスピンドル６１は、軸線Ｃを中心として回転できるようにベアリン グ６２により上記鋳造部材５０にジャーナル支持される。

このスピンドル６３にプーリー６３が固定される。このプーリー６３を駆動する ために、第３の電動モータ６４が設けられる。このモータ６４は上記上部アーム 部分２によって支持される。このモータ６４に取り付けられた符号器６５、及び ギアボックス６６は取付は板６７に支持され、この取付は板６７は上記鋳造部材 ２８にねじ６８で固定される。組み合わされた形のプーリー６９゜７０は上記ス ピンドル３５上で自由に回転する。歯を有する一方のベルト７２は上記ギアボッ クス６６の出力軸に固定された駆動プーリー７１とプーリー６９との周囲を回転 し、歯を有する他のベルト７３はプーリー６３゜７０の周囲を回転する。上記プ ーリー６３．７０の減速比は２対１である。これは、モータ６４を停止させ、モ ータ３８を回転させた場合に、上記出力部材４が軸線Ｃを中心として回転し、こ の回転する角度が、上記下部アーム部分の回転角度すなわち軸線Ｂを中心とする 上記下部アーム部分の回転角度の半分になることを意味する。

従って、上記出力部材４に支持されて手首の動作及び握る動作をする部分は、後 述するように、軸線Ａと軸線Ｃが整列する方向に対して一定の角度をなす状態を 維持することができる。

上記出力部材の軸線Ｃを中心とする回転は、例えば、１８０”に限定する。この 回転角度の限定は、上記板状部材６０の停止部材１５を鋳造部材５０の下側の半 円形の溝に係合させることにより行う。

上記装置の位置及び方向、特に出力部材４が支持する手首と握りの動作を行う装 置の水平面内の位置及び方向は、独立に作動する３個のモータを用いて大巾に変 化させることができる。ギア変速を行うためにプーリーとベルトを２段階使用す る伝達方式を採用すれば、標準的なギアボックス１６．４０．６６を使用するこ とができ、この構造により、作動の制御の精度を低下させることなく少ない経費 で製造することができる。上記アーム部分の半径方向の作動は特に便利である。

これについて、第４図及び第５図を用いて説明する。出力部材４に取り付けられ た手首と握りの動作を行う装置８０を、第４図に鎖線で示す軸線Ｘに沿う位置か ら、第４図に鎖線で示すような半径方向の軸線Ｘ−Ｙに沿う姿勢を経て、第４図 に実線で示す軸線Ｘ−Ｙに沿う姿勢になるように調節するために、上記モータ１ ４．３８を、同一速度で、かつ、反対方向に回転させる。上記上部アーム部分２ が、軸線Ａを中心とし点Ｐを通って時計回りに回転する時に、上記下部アーム部 分３は、軸線Ｂを中心として反時計回りに上記上部アーム部分に対して角度Ｑを 為す位置まで回転し、また、上記各伝達段階に於ける減速比が２対１、従って、 角度Ｑ＝角度２Ｐであるから、軸線Ｃは半径方向に直線的な経路に沿って、軸線 Ａまで移動する。さらム部分２は軸線Ｃを中心として角度Ｒを為す位置まで回転 し、従って、上記手首及び掴みの動作をする部分も軸線Ｃを中心として角度Ｒを 為す位置まで回転し、さらに、上記プーリー６３．７０の減速比も２対１、従っ て、角度Ｒ＝角度Ｑ／２−角度Ｐであるから、上記手首及び掴みの動作をする部 分が上記半径方向の経路に沿って移動する時の上記手首及び掴みの動作をする部 分の方向が一定に保持される。

第５図に、上記モータ３８のみが回転する時の上記アーム部分の移動を示す。上 部アーム部分２は停止したままである。上記下部アーム部分は軸線Ｂを中心とし て角度Ｑになる位置まで回転し、プーリー６３．７０の減速比の作用によって、 上記手首及び掴みの動作をする部分が軸線Ｃを中心として角度Ｑ／２になる位置 まで回転する。上記アーム部分の初期位置、最終位置、及び移動中に於いては、 上記手首及び掴みの動作をする部分は、軸線Ａと軸線Ｃとが交差する点をよぎる 半径方向の線に対してなす角度が一定に維持される。取り扱う物が回転軸線Ａか ら半径方向の線に沿って上記手首の作用をする部分に接近した時には、モータ６ ４を回転させる必要がなく、上記アーム部分の作動を制御するためのソフトウェ アを簡単にすることができる。

国際調査報告 ｌ−１−−ＩＩＩＩ■＠ＩＩｊＩＡ””””０ＰＣＴ／ＧＢ８６１００２６２２ ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＦ、Ｅ　ＩＮＴＥＲＢＩＡτＩＯＮ、八Ｌ　ＳＥＡ、ＦＩ ＣＨＲ三ＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 肩部（１）と、第１の軸線（Ａ）を中心として回転できるように上記肩部 に連結された第１のアーム部分（２）と、第２の軸線（Ｂ）を中心として回転で きるように上記第１のアーム部分に連結された第２のアーム部分（３）と、第３ の軸線（Ｃ）を中心として回転できるように上記第２のアーム部分に連結された 出力部材（４）と、駆動装置とを有し、上記第１の軸線（Ａ）ないし第３の軸線 （Ｃ）は相互に平行であり、上記第１の軸線（Ａ）と第３の軸線（Ｃ）は第２の 軸線（Ｂ）から等しい距離離れ、上記駆動装置は上記第１のアーム部分、第２の アーム部分、及び出力部材をそれぞれ上記第１の軸線ないし第３の軸線を中心と して回転させるためのものであるロボット式アームにおいて、上記駆動装置は、 上記第１のアーム部分（２）を上記第１の軸線（Ａ）を中心として回転させるた めの第１の駆動措置（１４，１６，１８ないし２４）と、上記第２のアーム部分 （３）を上記第２の軸線（Ｂ）を中心として回転させるための第２の駆動措置（ ３７，３８，４０，４３，４４，４７ないし４９）と、上記出力部材（４）を上 記第３の軸線（Ｃ）を中心として回転させるための第３の駆動措置（６３，６４ ，６６，７０ないし７３）とを含み、上記第１の駆動装置ないし第３の駆動装置 はそれぞれ独立に作動し、上記出力部材（４）を上記第１の駆動装置及び第２の 駆動装置の等速作動によって上記第１の軸線（Ａ）の半径方向に駆動することが できるように、かつ、上記第２の駆動装置も上記出力部材（４）を上記第３の軸 線（Ｃ）を中心とする角度（Ｑ）の半分の角度（Ｑ／２）になるまで回転させる 作動を行い得るように配置され、これにより、上記第２のアーム部分（３）は上 記第２の軸線（Ｂ）を中心として回転されることを特徴とするロボット式アーム 。 ２．上記第１の駆動装置ないし第３の駆動装置は、それぞれ、電動モータ（１４ ，３８，６４）を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のロボット式 アーム。 ３．上記第１の電動モータ（１４）は上記肩部（１）に支持され、上記第２の電 動モータ（３８）及び第３の電動モータ（６４）は上記第１のアーム部分（２） により支持されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のロボット式アーム 。 ４．上記各電動モータ（１４，３８，６４）は、各プーリー（２４，３７，６３ ）を駆動するために、ギアボックス（１６，４０，６６）を介して、プーリー及 びベルトから成る変速装置に接続されることを特徴とする請求の範囲第２項又は 第３項に記載のロボット式アーム。 ５．上記第１のモータ（１４）及び（又は）第２のモータ（３８）に接続された 上記変速装置は、組み合わされた形のプーリー（１８ないし１９，４３ないし４ ４）を含み、このプーリー（１８ないし１９，４３ないし４４）は軸（１７，４ ５）により支持され、この軸（１７，４５）は上記プーリーの周囲を回るベルト の張力を変化させ得るように調節されることを特徴とする請求の範囲第４項に記 載のロボット式アーム。 ６．上記軸は偏心型のスピンドル（１７，４５）であり、上記ベルトの張力を調 節する為に回転することができ、固定装置（２６，４６）は上記スピンドルを調 節された位置に保持するために設けられ、上記組み合わされた形のプーリー（１ ８ないし１９，４３ないし４４）は上記スピンドル上で自由に回転することを特 徴とする請求の範囲第５項に記載のロボット式アーム。 ７．上記第１のモータ（１４）及び（又は）第２のモータ（３８）及びこれに接 続されたギアボックス（１６，４０）は位置が調節できるように取り付けられ、 この位置の調節は、上記ギアボックスの出力軸に駆動されてプーリー（２２，４ ９）の周囲を回るベルト（２１，４７）の張力を調節するために行うものである ことを特徴とする請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記載のロボット式 アーム。 ８．上記第２のアーム部分（３）は上記第１のアーム部分（２）にジャーナル支 持されたスピンドル（３５）に固定されて上記第２の軸線（Ｂ）を形成し、上記 スピンドルは上記第２の駆動装置に接続されてこの第２の駆動装置により駆動さ れ、上記第３の駆動装置はプーリー（７０）、他のプーリー（６３）及びベルト （７２）を含み、上記プーリー（７０）は上記スピンドル上で自由に回転し、上 記他のプーリー（６３）は上記出力部材（４）に固定され、上記ベルト（７２） は上記プーリーの周囲を回り、上記第１のプーリーと上記他のプーリーとの減速 比は２対１であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに 記載のロボット式アーム。 ９．上記第２のアーム部分（３）は、上記第１の軸線及び第３の軸線（Ａ，Ｃ） に整列する上記第１のアーム部分の下側にあって、移動できることを特徴とする 請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載のロボット式アーム。 １０．上記第２のアーム部分（３）の上記第２の第１の軸線（Ｂ）を中心とする 回転は、停止装置（５６）によって３６０°未満の角度に限定され、上記停止装 置の位置は変えることができ、この位置の変化は上記第２のアーム部分を上記第 １のアーム部分の下側の上記位置に対して時計回り、又は反時計回りに選択的に 回転させ得るように変え得るように行うことを特徴とする請求の範囲第９項に記 載のロボット式アーム。 １１．上記第１のアーム部分はスピンドル（１２）にジャーナル支持された鋳造 部材（２８）と、上記第１の駆動装置に駆動される部材（２４）とを有し、上記 スピンドル（１２）は上記肩部に支持されて上記第１の軸線（Ａ）を形成し、上 記第１の駆動装置は上記鋳造部材を上記スピンドル（１２）の周囲で回転させる ために上記鋳造部材に固定されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１ ０項のいずれかに記載のロボット式アーム。