JPS63207573A

JPS63207573A - 産業用ロボツト

Info

Publication number: JPS63207573A
Application number: JP3805287A
Authority: JP
Inventors: 正宗像
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1987-02-23
Publication date: 1988-08-26

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は産業用ロボットに係り、特にその自由度の構成
に関する。

（従来の技術）産業用ロボットには、多関節形、直角座標形、円筒座標
形、極座標形等の自由度構成があり、各々得失がある。

中でも現在汎用ロボットの主流である多関節形ロボット
は、設置面積に比べて動作範囲が広く、回転関節駆動で
電動機駆動に適している。そして、その構成は第５図ａ
のように、コラム１に対し垂直軸回りの旋回Ｉ、第１ア
ーム２の旋回■、これと平行な軸回りの第２アーム３の
旋回■と、手首４の直交３軸回りの自由度、ＩＶ。

Ｖ、Ｖｌで構成される。

一方、直角座標形ロボットは、アームの３自由度が各々
直交する３方向への直進の自由度で構成しているため、
剛性が高く、動作形態が直観的に分かるため操作容易で
ある。そして構成は、第５図すのようにガントリー５上
をガータ６がＸ軸方向に動き、フレーム７がガータ６上
をＹ軸方向に直進し、直交３軸回りの自由度ＩＶ、Ｖ、
Ｖｌの手首４のあるアーム８がフレームに対しＺ軸方向
に昇降する。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、従来使われてきた上記の自由度構成には、以下
の問題がある。

まず、多関節形ロボットでは、片持ちのリンク連鎖構成
のため剛性に劣り、更に、第１アーム２と第２アーム３
はお互いに平行な軸■、■回り旋回するためトルク反力
と慣性力が互いに干渉して制御が難しい。又、複雑な作
業を教えるときには、手先の位置姿勢からロボットアー
ム全体の動きを推測するのが困難で操作が難しい。

一方、直角座標形ロボットでは、動作範囲に比べて設置
面積が増える。

更に、円筒座標形や極座標形のロボットでは、アーム３
軸の動作は直交した軸方向や軸回りの自由度で構成され
て、反力の相互作用、慣性力の相互干渉はなく制御性に
優れ、動作は直観的に分り操作性も良いが、直線動作を
するためにスプラインやリニアガイドとこれを駆動する
ボールスクリュが並列に用いられてデッドスペースが増
え機構の小形化がむつかしい。

本発明の目的は、設置面積が小さく動作領域が広く、ト
ルク反力と慣性力の相互干渉が少なく、動作形態が直観
的に分り、しかも機構を小形化できる産業用ロボットを
得ることにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）各々ボールスクリュナツトとボールスプラインベアリン
グを同軸で回動自在に支持するとともに、これらを独立
に駆動するモータ２１ａ、　２１ｂと減速機付きモータ
３０ａ、　３０ｂを備えた第１と第２のブラケット１９
ａ、　１９ｂを互いに直交して固定し、その各々に外周
にボールスクリュ溝とこれと交差してボールスプライン
溝を設けた軸１１ａ、　ｌｌｂを通し、その一方の軸１
１ａの端部をベース９のサポート部１０に固着する。ま
た、他の中空軸１１ｂの一端には手首駆動用モータを設
は他端には手首４を設ける。

（作　用）第１図のブラケット１９ａのモータ２１ａを駆動すると
、第１のボールスクリュナツトが回転し先端に手首４の
ある中空軸１１ｂはベース９のサポート部１０に端部が
固定された軸１１ａの軸心に沿って１方向に動く。同じ
く減速機付きモータ３０ａを駆動すると、第１のボール
スプラインベアリングが回り、第１．第２のブラケット
１９ａ、　１９ｂとともに先端に手首４のある中空軸１
１ｂは第１の軸１１ａの軸心回りに■の方向に揺動する
。次に第２のブラケット１９ｂのモータ２１ｂを駆動す
ると、第２のボールスクリュナツトが回り、先端に手首
４のある中空軸は軸心に沿って■の方向に動く。更に減
速機付きモータ３０ｂを駆動すると、ボールスプライン
ベアリングが回り、手首４は中空軸１１ｂの軸心回りに
■の方向に回動する。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面で説明する。第１〜３図
に於て、両端をベース９にサポート部１０ａ、１０ｂに
固着した中空軸１１ａの外周には、第３図ａ。

ｂに示すボールスクリュ溝１２とこれを横切るスプライ
ン溝１３が設けられ、各々の溝とポール１４を介して噛
み合うボールスクリュナツト（以下ナツトという。）１
５ａ、ボールスプラインベアリング（以下ベアリングと
いう。）１６ａは各々独立に一対の軸受１７ａと１８ａ
で第１のブラケット１９ａに回動自在に支持されている
。そのうち、ナツト１５ａにはプーリ２０ａが固着され
、第１のブラケット１９ａの端面に固着されたモータ２
１ａの出力軸２２ａに固着されたプーリ２３ａとタイミ
ングベルト（以下ベルトという。）２４ａを介して連動
している。またベアリング１６ａには、平歯車２５ａが
固着され、第１のブラケット１９ａの端面に設けられた
ハーモニックドライブ減速機（以下減速機という。）２
６ａの出力軸２７ａに固着された平歯車２８ａと噛合う
。更に上記減速機２６ａの入力軸であるウェーブジェネ
レータ２９ａは、モータ３０ａの出力軸３１ａに固着さ
れモータ３０ａは減速機ケース３２ａを介し第１のブラ
ケット１９ａに固着されている。次に、第２のブラケッ
ト１９ｂは、第１のブラケットと同様内部にナツト１５
ｂ、ベアリング１６ｂを各々一対の軸受１７ｂ、　１８
ｂを介し回動自在に支持しており、第１のブラケットに
直交して固着されている。またナツト１５ｂ、ベアリン
グ１６ｂは各々モータ２１ｂと、減速機２６ｂを介して
モータ３０ｂと連動している。一方、第２のブラケット
１９ｂのナツト１５ｂ及びベアリング１６ｂとボール１
４を介して噛み合う溝１２．１３を設けた第２の中空軸
１１ｂの一端には、手首４が固着され、他端に設けられ
た２台のモータ３３．３４との間には図示しないドライ
ブシャフト等の連動手段が設けられている。

次に、本実施例の作用を第１〜４図で説明する。

モータ２１ａを駆動すると、プーリ２３ａ、ベルト２４
ａプーリ２０ａを介しナツト１５ａが回転し、第１のブ
ラケット１９ａと第２のブラケット１９ｂは第１の中空
軸１１ａの軸心に沿って１方向に動く。また、モータ３
０ａを駆動すると、減速機２６ａで減速され平歯車２８
ａ、２５ａを介してベアリング１６ａは第１のブラケッ
ト１９ａに対し回動し、その結果、第１．第２のブラケ
ット１９ａ、１９ｂは第１の中空軸１１ａの軸心回りに
■方向に揺動する。同じく第２のブラケット１９ｂに設
けられたモータ２１ｂを駆動すると、ナツト１５ｂが回
転し第２の中空軸１１ｂはその軸心に沿って■方向に進
退する。更にモータ３０ｂを駆動すると、同様にベアリ
ング１６ｂが第２のブラケット１９ｂに対し回動し、結
果として第２の中空軸１１ｂと手首４はその軸心回り■
の方向に回動する。更にモータ３３とモータ３４を駆動
すると、図示しないドライブシャフト等の駆動機構で手
首４の振り■と回転■の動作をする。このとき第４図に
示すように第１の中空軸１１ａに直交した面内の動作範
囲は扇形ＡＣＧＥであるが、ベース９のサポート１０ａ
、　１０ｂの高さと第２の中空軸１１ｂのストロークを
調整すれば円弧ＡＢあるいはＧＨを経て、第２の中空軸
１１ｂを反転させることもでき、動作範囲は扇形ＢＤＨ
Ｆとなる。

このように本実施例によれば、同一中空軸１１ａ。

１１ｂでボールスクリュとボールスプラインの機能を兼
ねるため、機構全体がコンパクトに構成され、しかもア
ームの３自由度は直進のＩ、■の動作に於てはトルク及
び慣性力の相互干渉が全く見られず、直進と揺動の１．
ＩＩの動作に於ては機構的な干渉即ち第■の軸駆動によ
りブラケット１９ａが中空軸に対し揺動しナツト１５ａ
の噛合により■動作が行なわれるがボールスクリュによ
る送りは本質的に減速されており、影響度合は小さく、
移動量に対しては制御系で容易に補正できる。また、ず
ばり干渉する直進と揺動の■、■の動作も第１の中空軸
１１ａと第２の中空軸１１ｂの間のオフセットを小さく
すれば小さな値に制限することができる。

一方、ロボットの動作は直線的で操作性に優れており、
レイアウト等の事前検討も直観的で容易に行なえる。

尚、本実施例では第１の中空軸１１ａを水平に両端支持
したが、これは片端だけを支持してもあるいは垂直に支
持しても動作方向が変るだけで同様の効果が得られる。

また本実施例では第１のブラナツト１９ａと第２のブラ
ケット１９ｂを分割しているが、これを一体に構成して
もよい。一方軸１１ａ。

１１ｂについては中実軸でもよく、更に減速機２６ａ。

２６ｂはハーモニックドライブ以外の減速機であっても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように本発明によれば、外周にボール
スクリュ溝とボールスプライン溝を設けた軸とこれにボ
ールを介して噛合うナツト及びベアリングを持つブラケ
ットを２個直交して配置したので、動作領域が広く機構
がコンパクトで設置面積が小さく、トルク反力及び慣性
力の相互干渉が少なく、動作形態が直観的に分り、操作
性のよい産業用ロボットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業用ロボットの一実施例を示す全体
斜視図、第２図は第１図の要部を示す部分断面図、第３
図は第２図の要部を示す詳細図、第４図は本発明の産業
用ロボットの動作説明図、第５図（ａ）、（ｂ）は従来
例を示す全体図である。４・・・手首９・・・ベース１１ａ、１ｌｂ−中空軸１２・・・ボールスクリュ溝１３・・・ポールスプライト溝１５ａ、１５ｂ・・・ボールスクリュナツト１６ａ、１
６ｂ・・・ボールスプラインボアリング１９ａ、１９ｂ
・・・ブラケット２１ａ、２１ｂ、３０ａ、３０ｂ、３３．３４・−・モ
ータ２６ａ　、　２６ｂ・・・ハーモニックドライブ減
速機代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　三俣弘文こ第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ボールスクリュナットとボールスプラインベアリ
ングを同軸で回動自在に支持するとともに各々を駆動す
るモータと伝動手段を備え互いに直交して固定された２
個のブラケットと、その各々に貫通し外周にボールスク
リュ溝とこれと交差してボールスプライン溝を設けた２
本の軸と、その１本を端部で固定支持するベースと、他
の軸の先端に固着された手首装置と、他の軸の中空部を
介し手首を駆動する伝動手段と、他の軸後端部に設けら
れたモータとからなる産業用ロボット。
（２）２個のブラケットを一体にして構成したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボット。
（３）ベースをコの字形とし軸両端を固定支持すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボッ
ト。
（４）手段の自由度が振りと回転で構成され、伝動手段
と後端部に設けられたモータが各々２個であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボット。