JPS6328584A - 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】 （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、特に低速高トルクモー
タで各関節軸が直接駆動されるいわゆるダイレクトドラ
イブロボットに関する。

（従来の技術） 近年、応用分野の拡大と利用技術の高度化に伴ない、産
業用ロボットの高速化・高精度化の要求は強い。しかし
、モータと減速機を組合わせた従来の駆動方式では、例
えば減速機のバックラッシュや剛性の低さなどから、高
速化するとアームが撮動したり、高精度の位置決めがで
きなくなる。

また、複雑な組立作業に有効な力制御を行うとき、減速
機の効率の悪さが力制御の分解能を粗くしてしまい、細
やかな制御ができない。

一方、こうした駆動方式にかわって、最近低速高トルク
のモータを使い、各関節を直接駆動する方式がとられて
いる。ダイレクトドライブロボットと呼ぶこの方式は、
当初の文献“［）ｅｓｉｇｎＣＯｎＣｅＯｔ　ｏｆ　Ｄ
ＩＶｅＣｊ　Ｄｒｉｖｅ　Ｍａｎ！ｐｕｌａｊｏｒ’ｓ
　ｕｓｉｎｇＲａｒｅ−Ｅａｒｔｈ　Ｔｏｒｑｕｅ　Ｍ
ｏｔｏｒｓ”　（浅田他第１１回国際産業用ロボットシ
ンポジウム論文集Ｐ６２９〜６３６）のように、各関節
にモータを置き、それらの出力軸で直接各関節を駆動す
る方式をとっていた。しかしこの方式では、高トルクを
発生させるモータ（重量大）が各関節に対し重力による
モーメント負荷と慣性モーメントとして作用し、更に他
軸の駆動トルク反力の影響を直接こうむるため、大きい
割に可搬重量が小ざく、高速化もむつかしい。

そこで考案されたのが第４図の５節リンクのアーム構成
で、固定ベース１に固着された低速高トルクモータ（以
後ＤＤモータと称す）２の出力軸に旋回胴３を固着し、
この旋回胴３に固着されたＤＤモータ４，５の出力軸に
各々リンク６．７を固着し、これらとリンク８上腕９か
らなる５節リンクを構成する。今、ＤＤモータ４を駆動
すると、上腕９は前後に揺動し、ＤＤモータ５を駆動す
ると上腕９の先端１０は上下に揺動し、これらにＤＤモ
ータ２による鉛直軸回りの旋回動作を合成することによ
り上腕９の先端１０は３次元的に任意の位置決めができ
る。この場合三つのＤＤモータ２゜４．５は、各々固定
ベースあるいは関節の回転中心と同軸上か、あるいはご
く近傍に位置するため、重力によるモーメント負荷と慣
性モーメントがさ程大きくならず、しかも軸相互のトル
ク干渉も小さく抑えられる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上の方式では、５節リンクという機構構成数、リンク
相互の干渉のために上腕の動作が制約され、例えば上腕
９とリンク４あるいは８との挟角はせいぜい３０’〜１
２０°程度しかとれず、広い動作範囲の実現がむつかし
く、しかも手首の３自由度の構成には腕先端に位置する
自由度とその駆動用モータをどう配置するかが課題とな
る。

本発明はバックラッシュや剛性の低下のないＤＤモータ
を使って、高速動作可能で精度が高く、しかも広い動作
範囲のめる産業用ロボットを提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 固定ベース１に対し、第１のＤＯモータ２により旋回自
在でこの旋回軸に直交し互いに平行な２自由度を有する
第１アーム１１、第２アーム１２によりアームを構成し
、第１アーム１１と第２アーム１２を駆動するＤＤモー
タ４，５を旋回胴３に固着し、第１アーム１１はＤＤモ
ータ４の出力軸に固着し、第２アームに対してはＤＤモ
ータ５の出力軸両端と第２アーム１２支持軸１３ａ、１
３ｂ両端を相互に位相差を設けた２本のロッドで結合す
る。更に第１アーム１１、第２アーム１２の揺動軸と直
交し、相互に直交する２自由度を有し２個のＤＤモータ
２２゜２８で構成された手首装置を第２アーム１２先端
に第１、第２アームの揺動軸と平行した軸回りに揺動自
在に支持し、この支持軸の両端と第２アーム後端に設け
た第４のＤＤモータ２１の出力軸両端とを相互に位相差
を設けた第２の一対のロッドで結合し駆動する。

（作　用） 第１のＤＤ七−タと第２のＤＤモータで旋回ふ仰する第
１アームの先端の第２アームは、第３のＤＤモータを駆
動することにより２本のロッドを介し揺動する。しかも
２本のロットは位相差をもって設けられているため、第
１アームがどんな姿勢をとっても第１アームと第２アー
ムが相互に干渉するまでの広い動作範囲を確保できる。

同様に、手首装置も第４のＤＤ七−タと２本の位相差を
持ったロッドで広い範囲に揺動し、手首装置の２自由度
を含め全体として６自由度の任意の位置決めを行う。

（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、固定ベース１に固着されたＤＤモータ２の出力
軸には、コの字形の旋回１１３が固着され、旋回胴３の
突起３ａには第２のＤＤモータ４が、他の突起３ｂには
第３のＤＤモータ５が固着されている。第２のＤＤモー
タ４の出力軸には、第３のＤＤモータ５の出力軸に対し
軸受１０を介して揺動自在の第１アーム１１が固着され
ている。

また、第１アーム１１の先端には第２アーム１２の側面
に固着された支持軸１３ａ、１３ｂが軸受１４を介して
揺動自在に支持され、支持軸１３ａ、１３ｂには揺動方
向に位相差を持って設けられたロッドエンド軸受１４ａ
、１４ｂがあり、第３のＤＤモータ５の出力軸両端の各
々対応する位相に設けられたロッドコンド軸受１５ａ、
１５ｂとロッド１６ａ、１６ｂを介して連結される。更
に第１アーム１１の側面に設けられた支点１７と突起３
ａ先端に設けられた支点１８間には、両端に揺動軸受１
９ａ、１９ｂのある引張形のバランサ装置２０がある。

一方、第２７−ム１２の後端には、第２アーム１２の揺
動軸と平行な軸心のある第４のＤＤモータ２１が固着さ
れ、第２アーム１２の先端には第２アーム１２の揺動軸
と直交する軸心のある第５のＤＤ、モータ２２の両側面
に固着された軸２３ａ、　２３ｂが軸受２４を介し第２
アーム１２の揺動輪と平行な軸回りに揺動自在に支持さ
れ、これらの軸２３ａ、２３ｂと先の第４のＤＤモータ
２１の出力軸の両端は各々両端にロッドエンド軸受２５
ａ。

２６ａ、２５ｂ、２６ｂがあり、揺動方向に相互に位相
差を持つロッド２７ａ、２７ｂで連結されている。更に
第５のＤＤモータ２２の出力軸には、これと直交した軸
心のある第６のＤＤモータ２８が固着され、この第６の
ＤＯモータ２８の出力軸には先端フランジ２９がある。

　　　　　。

次に本実施例の作用を説明する。第１のＤＤモータ２を
駆動すると、アームは旋回軸回りに回動し、第２のＤＤ
モータ４を駆動すると第１アーム１１は独立にふ仰動作
を行い、このときバランサ装置２０の引張力は常に第１
アーム１１を中立点へ引き戻す方向に働き、第１アーム
１１の重力モーメントを減らす。次に第３のＤＤモータ
５を駆動すると、第２アーム１２はやはり第１アーム１
１と独立してロッド１６ａ、１６ｂを介して揺動し、し
かも２本のロッド１６ａ、１６ｂは位相差をもって支持
軸１３ａ。

１３ｂとＤＤモータ５の出力軸に連結されているため、
機構的には第２アーム１２と第１アーム１１の干渉がな
い範囲で常に動作できる。また、第４のＤＤモータ２１
を駆動すると、第２アーム１２の場合と同様筒５のＤＤ
モータ２２は一対のロッド２７ａ。

２７ｂを介して広い角度範囲で揺動する。更に第５、第
６のＤＤモータ２２．２Ｂを駆動すると、手先フランジ
２９は任意の姿勢を選択できる。

この結果、本実施例は、まず第１、第２アーム１１、１
２の駆動を旋回胴３に固着された第２、第３のＤＤモー
タ４，５で行うため、第１、第２アームの動作は各々独
立となり、従って各々の駆動トルクの相互干渉を除くこ
とができ、同一容量のＤＤモータにでもより急峻な加減
速を得ることができる。しかも第３のＤＤモータ５と第
２アーム１２をロッドで連絡したので、剛性が高くバッ
クラッシュのない伝動ができる。更に２本のロッドに設
けた位相差で死点のない広範囲の動作ができる。

一方、第４のＤＤモータ２１を第３のＤＤモータ５と第
２アーム１２間の伝動と同様の方式により第２アーム１
２の俊端部に設けたので、第２アーム１２の重量バラン
スと慣性モーメントを改善できる。

また、手首の機構が簡素のため、小形軽量化できる。

尚、本実施例では第３のＤＤモータ５を旋回胴に固着し
たが、第２のＤＤモータ４の容量に余裕があれば第１ア
ーム１１に固着しても、第１アームの重力モーメントの
みならず慣性モーメントの低減と広動作範囲を実現でき
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、垂直多関節形ロボ
ットに於て第３のＤＤモータを第１アーム後端部に設け
、第４のＤＤモータを第２アーム後端部に設け、各々第
２アーム及び手首装買との間を位相差を設けた２本のロ
ッドで連結したので、剛性が高くバックラッシュがなく
従って高精度で且つ重量バランスが良く慣性モーメント
が低減されているため高速動作が可能でしかも動作範囲
の広い産業用ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体図、第２図は同じ
く縦断面図、第３図は同じく部分説明図である。第４図
は従来例を示す全体構成図である。 １　固定ベース ２、４．５．２１．２２．２８　　ＤＤモータ３　旋回
胴　　　　　６，７．８　　リンク９　上腕　　　　　
　１１　　第１アーム１２　　第２アーム １６ａ、１６ｂ、２７ａ、２７ｂ　　口ｙド代理人　弁
理士　則　近　憲　氾 同　　三俣弘文 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定ベースに対し低速高トルクモータ（以下ＤＤ
   モータと呼ぶ）に直結され旋回する旋回胴と、これと直
   交した軸回りに揺動自在な第１アームとその先端で第１
   アームの揺動軸と平行な軸回りに揺動自在な第２アーム
   と更にその先端に設けられた手首装置とからなる産業用
   ロボットに於て、旋回胴に固着され第１アームに出力軸
   が直結された第２のＤＤモータと、旋回胴に固着され出
   力軸両端に於て位相差を設けて一対のロッドにより第２
   アーム支持軸両端と連結された第３のＤＤモータを備え
   たことを特徴とする産業用ロボット。
2. （２）第２アーム後端に固着され出力軸両端に於て位相
   差を設けて一対のロッドにより第２アーム先端に揺動自
   在に支持された手首装置の支持軸の両端と連結された第
   ４のＤＤモータを備え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. （３）固定ベースに対しＤＤモータに直結され旋回する
   旋回軸とこれと直交した軸回りに揺動自在な第１アーム
   とその先端で第１アームの揺動軸と平行な軸回りに揺動
   自在な第２アームと更にその先端に設けられた手首装置
   とからなる産業用ロボットに於てその手首装置が第２ア
   ーム後端に固着され出力軸両端に於て位相差を設けて一
   対のロッドにより第２アーム先端に第２アームの揺動軸
   と平行な軸回りに揺動自在に支持されこれと直交し相互
   に直交する２個のＤＤモータからなる手首装置の両端と
   連結された第４のＤＤモータを備えたことを特徴とする
   産業用ロボット。