JPS6312753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、前腕の運動に伴なう手首の姿勢変化
を生じないようにした４節平行リンク方式の多関
節形ロボツトに関する。

４節平行リンク方式の多関節形ロボツトは（以
下、単にロボツトという）、前腕の長さ方向に沿
つた運動による姿勢変化が少なくて制御が容易な
ため、近年広く使用されるようになつてきた。

しかしながら、従来のロボツトでは、手首の駆
動源が手首機構に一体化されていたり、前腕に取
り付けられていたりしたため、手首が大形化して
狭い部分での作業が困難であつたり、可動部分の
イナーシヤが大きくなつて運動の高速化や制御が
困難になつたりするという欠点があつた。

そこで、この欠点を除くため、手首を駆動する
ためのモータをロボツトの上腕に取付け、リンク
機構を用いて手首に駆動力を伝達するようにした
ロボツトが提案された。

しかしながら、この従来のロボツトでは、上記
したリンク機構のため構成が複雑になり、従つ
て、手首の自由度を多くするのが困難であるとい
う欠点があつた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、構造が簡単で制御が容易に行なえ、しかも高
い動作速度が得られてる上、手首の自由度が多く
取れ、狭い場所でも作業が可能なロボツトを提供
するにある。

この目的を達成するため、本発明は、手首駆動
用モータをロボツトの上腕の下部又は基台に取付
け、その上腕と前腕との連結部に設けたスプロケ
ツト車を介して上記モータの出力軸から手首機構
の被駆動軸にチエーンでトルクの伝達を行なうよ
うにした点を特徴とする。

以下、本発明による工業用多関節形ロボツトの
実施例を図面について説明する。

第１図は本発明の一実施例で、１は固定台、２
は旋回台、３は台枠、４は第１の水平軸、５は第
１の上腕、６はレバー、７は第２の上腕、８はレ
バー６と上腕７とを連結する第２の水平軸、９，
１０はそれぞれの上腕５，７の上端に設けられた
第４と第３の水平軸、１１は前腕、１２は手首機
構、１３は曲げ軸、１４はひねり軸、１５は振り
軸、１６は溶接トーチ、１７は上腕駆動用モー
タ、１８はレバー駆動用モータ（なお、このモー
タ１８は図において台枠３の向う側にモータ１７
と同じ位置に設けられており、図には表われてい
ない）、１９はひねり軸駆動用モータ、２０はモ
ータ１９の浮かし板、２１は連結棒、２２，２３
は連結ピン、２４は振り軸駆動用のモータ、２５
はモータ２４の浮かし板、２６は連結棒、２７，
２８は連結ピン、２９はモータ２４の出力軸、３
０は出力軸２９に取付けたスプロケツト車、３１
は軸１０に軸支された中間スプロケツト車、３２
は手首機構１２の被駆動軸の一つである振り軸１
５に取付けたスプロケツト車、３３はスプロケツ
ト車３０と３１の間に掛け渡されたチエーン、３
４はスプロケツト車３１と３２の間に掛け渡され
たチエーンである。

旋回台２は図示してない垂直軸によつて固定台
１に対して回動可能に軸支され、これも図示して
ない旋回駆動用モータにより所定範囲にわたつて
任意の回転位置に回動され、これにより前腕１１
の先端部、つまり手首機構１２が設けられている
部分の位置をほぼＹ方向に沿つて任意に位置決め
する働きをする。

第１の上腕５はその下端部が駆動用モータ１７
の出力軸に取付けられ、水平軸４を中心として揺
動可能に保持されている。

レバー６はレバー駆動用モータ１８（図には見
えない）の出力軸に取付けられ、水平軸４を中心
として揺動可能に保持されている。

第２の上腕７は、その下端部が軸８でレバー６
の揺動端に取付けられ、上端部は第３の水平軸１
０で前腕１１の後端部に連結されている。

前腕１１はさらに第４の水平軸９によつて第１
の上腕５の上端部に連結され、この結果、前腕１
１と第１と第２の上腕５，７とレバー６により第
１の４節平行リンク機構を形成することになる。

従つて、上腕駆動用モータ１７を制御してやれ
ば、上腕５は任意の方向に任意の量だけ傾けら
れ、上腕７、レバー６からなる４節平行リンク機
構の働きにより前腕１１をその長さ方向に平行移
動させて手首機構１２のＸ方向の位置決めを任意
に行なうことができると共に、レバー駆動用モー
タ１８を制御してやれば、レバー６は上下に傾
き、第２の上腕７をその長さ方向に動かすので、
前腕１１は第２の水平軸９を中心にして回動し、
手首機構１２のＺ方向の位置決めを任意に行なう
ことができる。

ひねり軸駆動用モータ１９は第１の系統の手首
駆動用モータとして定義され、その出力軸は第２
の水平軸８と同心にされており、かつ、この水平
軸８を中心として回動自在に第２の上腕７に保持
されている。

同様に、振り軸駆動用モータ２４は第２の系統
の手首機構駆動用モータとして定義され、その出
力軸２９が第２の上腕７の第２の水平軸８と第３
の水平軸１０の中間部に位置し、かつ、これらの
軸と平行になるようにした上で、出力軸２９を中
心として回動自在に第２の上腕７に保持されてい
る。

浮かし板２０と２４はそれぞれモータ１９，２
４の本体に取付けられ、連結棒２１，２６と連結
ピン２２，２３，２７，２８で台枠３に結合され
ている。そして、このとき、連結棒２１の連結ピ
ン２２と２３の間の長さはレバー６の水平軸４と
軸８の間の長さに等しく、かつ、水平軸４と連結
ピン２３の間の距離と軸８と連結ピン２２の間の
距離とが等しくなるようにされ、同様に、連結棒
２６の連結ピン２７と２８の間の長さは上腕７の
軸８と２９の間の長さに等しく、かつ、軸８と連
結ピン２８の間の距離と連結ピン２７と軸２９の
間の距離とが等しくなるように作られ、これによ
り、まず、第１の水平軸４と第２の水平軸８、そ
れに浮かし板２０の連結ピン２２と台枠３の連結
ピン２３とが相互に平行になつたレバー６と連結
棒２１で結合されたことになり、ここにレバー６
と連結棒２１を主要部とする第２の４節平行リン
ク機構が形成されることになり、さらに、第２の
水平軸８と出力軸２９、それに浮かし板２０，２
５のそれぞれの連結ピン２７，２８が相互に平行
になつた第２の上腕７と連結棒２６で結合される
ことにより、ここに上腕７と連結棒２６を主要部
とする第３の４節平行リンク機構が、同じく形成
されることになる。

この結果、上腕５，７を揺動させて手首機構１
２の位置をＸ方向に変化させ、或いは、レバー６
を揺動させて手首機構１２の位置をＺ方向に変化
させて駆動用モータ１９，２４の位置が変つて
も、これらモータ１９，２４の軸８，２９を中心
とする回動方向の位置、即ち、その姿勢は変化し
ないようになつている。

中間スプロケツト車３１は軸方向に重ね合わせ
た２枚のスプロケツト車を有し、その一方とスプ
ロケツト車３０との間にチエーン３３が掛けら
れ、他方とスプロケツト車３２との間にチエーン
３４が掛けられている。従つて、駆動用モータ２
４を制御してその出力軸２９に取付けられている
スプロケツト車３０を回転させれば、手首機構１
２のスプロケツト車３２が回転し、振り軸１５を
回動させ、溶接トーチ１６の振り軸方向の姿勢を
制御することができる。

次に、第２図及び第３図は手首機構１２の詳細
を示したもので、第２図は第１図の下側からみた
断面図、第３図は同じく側面からみた断面図であ
る。

これらの図において、３５はひねり軸１４を駆
動するスプロケツト車、３６は同じくひねり軸駆
動用のチエーン、３７は曲げ軸１３を駆動するス
プロケツト車、３８は同じくそのチエーン、３
９，４０，４１，４２は振り軸１５を駆動するた
めの伝達用ベベルギヤ、４３，４４はひねり軸を
駆動する伝達用ベベルギヤである。

従つて、振り軸駆動用モータ２４（第１図）に
よりスプロケツト車３０が回転すると、チエーン
３３、中間スプロケツト車３１、チエーン３４を
介してスプロケツト車３２が回転し、ベベルギヤ
３９〜４２により振り軸１５が第１図、第３図の
で示す方向に回転することになり、溶接トーチ
１６の振り軸まわりの姿勢を任意に制御すること
ができる。

また、図示してないが、ひねり軸駆動用モータ
１９の出力軸にもスプロケツト車が設けられ、チ
エーン３３、中間スプロケツト車３１と同様にし
てモータ１９の回転がチエーン３６を介してスプ
ロケツト車３５に伝達されるように構成され、こ
れによりひねり軸駆動用モータ１９を回転制御す
ることによりスプロケツト車３５が回転し、ベベ
ルギヤ４３，４４を介してひねり軸１４は第１
図、第３図のα方向に回転させられることにな
り、溶接トーチ１６のひねり軸まわりの姿勢を任
意に制御することができる。

さらに、これも図示してないが、第２の上腕７
の反対側には、ひねり軸駆動用モータ１９と同様
な曲げ軸駆動用モータが取付けられており、その
出力軸に設けてあるスプロケツト車からチエーン
と中間スプロケツト車を介してチエーン３８に動
力が伝達され、スプロケツト車３７に結合される
ようになつている。従つて、この図示してない曲
げ軸駆動用モータを制御することにより曲げ軸１
３を第１図、第３図のθ方向に回動させることが
でき、溶接トーチ１６の曲げ軸まわりの姿勢を任
意に制御することができる。

なお、この図示してない曲げ軸駆動用モータ
も、ひねり軸駆動用モータ１９と同様に浮かせ板
を備え、連結棒２１により台枠３に結合されてお
り、これによりレバー６や上腕７が揺動したとき
にもモータ本体の出力軸まわりの姿勢が変化しな
いようになつている。

従つて、この実施例によれば、旋回駆動用モー
タ（図示してない）と、上腕駆動用モータ１７、
それにレバー駆動用モータ１８をそれぞれ制御す
ることにより手首機構１２をＹ方向、Ｘ方向、そ
れにＺ方向に任意に動かして位置決めが可能な
上、ひねり軸駆動用モータ１９、振り軸駆動用モ
ータ２４、それに曲げ軸駆動用モータ（図示して
ない）をそれぞれ制御することにより手首機構１
２に取付けた溶接トーチ１６のひねり軸方向α
と、振り軸方向、それに曲げ軸方向θのそれぞ
れの姿勢を任意に制御し、第４図に示すようにワ
ーク５０の側面などに対する溶接などの作業も容
易に行なわせることができる。

そして、このとき、上記実施例では、手首機構
１２の姿勢制御のための駆動用モータが全て上腕
７に取付けられているから、手首機構１２が小形
軽量になり、狭い部分での作業が容易になる上、
イナーシヤが少くなつて動作の高速化を容易に行
なうことができる。

また、この実施例では、手首機構１２に対する
動力伝達がチエーンとスプロケツト車で行なわ
れ、しかもこれらに対する駆動用モータの出力軸
まわりの姿勢が前腕１１の姿勢制御と無関係に一
定に保たれているから、溶接トーチ１６のα軸、
軸、θ軸のそれぞれ全ての軸まわりの姿勢は手
首機構１２のＸ方向、Ｙ方向の位置変化と無関係
に常に自動的に保たれ、手首機構の位置の制御と
姿勢の制御を関連づけて制御するなどのソフト的
なバツクアツプ制御を全く要せず、そのままで手
首機構の姿勢を変えずに位置の制御を行なうこと
ができ、動作遅れや姿勢誤差を伴なうことなく高
速度、高精度の位置決めを行なうことができる。

なお、以上の実施例では、手首機構１２として
３軸方向に自由度をもつたものについて示した
が、本発明は３軸を超える自由度の手首機構によ
つても実施可能なことはいうまでもない。

また、手首機構に保持すべき工具も溶接トーチ
に限らないこともいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、手首機
構の駆動用モータを上腕の下部又は台枠部に取付
け、チエーンとスプロケツト車によつて動力の伝
達を行なうようにしたから、手首が小形で可動部
分が軽量化でき、手首の位置制御と姿勢制御が独
立に行なえるようになり、従来技術の欠点を除
き、制御の高速化と高精度化が容易で狭い部分で
の作業も容易に行なうことができる高性能の多関
節ロボツトを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工業用多関節形ロボツト
の一実施例を示す側面図、第２図及び第３図はそ
の手首機構の一実施例を示す断面図、第４図は作
業態様の一例を示す説明図である。 ２…旋回台、３…台枠、４…第１の水平軸、５
…第１の上腕、６…レバー、７…第２の上腕、８
…第２の水平軸、９…第４の水平軸、１０…第３
の水平軸、１１…前腕、１２…手首機構、１９…
ひねり軸駆動用モータ（第１の系統の手首機構駆
動用モータ）、２０…浮かし板、２１…連結棒、
２４…振り軸駆動用モータ（第２の系統の手首機
構駆動用モータ）、２５…浮かし板、２６…連結
棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 垂直軸をもつた旋回台と、該旋回台に保持さ
   れた第１の水平軸と、該第１の水平軸に揺動自在
   に軸支した第１の上腕と、上記第１の水平軸に揺
   動自在に軸支したレバー部材と、該レバー部材の
   揺動端に一方の端部を第２の水平軸により回動自
   在に連結した第２の上腕と、該第２の上腕の他方
   の端部と上記第１の上腕の揺動端にそれぞれ取付
   けた第３と第４の水平軸により回動自在に軸支さ
   れ、これら第１と第２の上腕及び上記レバー部材
   と共に第１の４節平行リンク機構を形成する前腕
   と、該前腕の一端に取付けた少なくとも３軸の自
   由度を有する手首機構とを備えた多関節形ロボツ
   トにおいて、上記第２の水平軸と同心になつた出
   力軸を有する少なくとも１個の第１の系統の手首
   機構駆動用モータと、上記第２の上腕の一方の端
   部と他方の端部の間にその出力軸が上記第２の水
   平軸と平行になるようにして保持された少なくと
   も１個の第２の系統の手首機構駆動用モータと、
   上記第３の水平軸に回転自在に軸支した少なくと
   も１個の中間スプロケツト車と、該中間スプロケ
   ツト車を介して上記第１と第２の系統の手首機構
   駆動用モータの出力軸に取付けたスプロケツト車
   に掛け渡した少なくとも１個のチエーンと、上記
   第１と第２の系統の手首機構駆動用モータの本体
   を上記第２の上腕にそれぞれ出力軸を中心として
   回動自在に保持する機構と、上記第１と第２の系
   統の手首機構駆動用モータのそれぞれの本体外周
   部に突出する少なくとも１の軸支用ピンを備えた
   第１と第２の系統の浮かし板と、上記第１の系統
   の浮かし板の軸支用ピンの一方と上記旋回台との
   間を連結する第１の系統の少なくとも１の連結棒
   と、上記第２の系統の浮かし板の軸支用ピンと上
   記第１の系統の浮かし板の軸支用ピンの他方との
   間を連結する第２の系統の少なくとも１の連結棒
   とを設け、上記レバー部材と第１の系統の連結棒
   とを主要部とする第２の４節平行リンク機構と、
   上記第２の連結棒と第２の上腕とを主要部とする
   第３の４節平行リンク機構とが形成され、上記前
   腕の姿勢及び位置の変化に伴なう手首の姿勢変化
   が生じないように構成したことを特徴とする工業
   多用関節形ロボツト。