JPS6347078A - 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） この発明は、溶接作業、溶断作業、シーリング作業、接
着剤塗布作業、デバリング作業、拡管作業、研磨作業、
ねじ締め作業及び組立組付作業などに使用する多目的形
の産業用ロボットに関する。

（従来の技術） 従来この種産業用ロボットは、例えば第１０図に示した
ごとく、支持受台（１）に支持されるアーム（２）の中
間部位に、該アーム（２）の長さ方向に延びる平行軸周
りに回転する３つの第１〜第３回転関節（Ｒ１）（Ｒ２
）（Ｒ３）と、前記アーム（２）の長さ方向と直交する
直交軸周りに揺動する３つの第１〜第３曲げ関節（Ｐｉ
）（Ｒ２）（Ｒ３）とを備えており、これら各関節は、
前記支持受台（１）側から前記アーム（２）の先端にか
けて、第１回転量節（Ｒ１）−第１曲げ関節（Ｐｌ）−
第２曲げ関節（Ｒ２）−第２回転量節（Ｒ２）−第３曲
げ関節（Ｒ３）−第３回転量節（Ｒ３）の順序で配列し
ている。

斯くして前記アーム（２）の先端部に取付けた作業機で
各種作業を行う場合、前記第１〜第３回転関節（Ｒ１）
（Ｒ２）（Ｒ３）を、それぞれ前記アーム（２）の平行
軸周りに回転させ、かつ前記第１〜第３曲げ関節（Ｐｉ
）（Ｒ２）（Ｒ３）を、それぞれ前記アーム（２）の直
交軸周りに揺動させることにより、前記作業機の位置と
姿勢とを制御して、該作業機で各種作業を行うようにし
ている。

尚、説明の都合上、第１０図に示したロボットにおいて
、支持台（１）から第１曲げ関節（Ｐｌ）までを胴部（
Ａ）と称し、第１曲げ関節（Ｐｌ）から第２回転量節（
Ｒ２）までを材部（Ｂ）と称し、第２回転量節（Ｒ２）
から前記アーム（２）の先端部までを手首部（Ｃ）と称
する。

しかして、前記胴部（Ａ）は第１回転量節（Ｒ１）に上
り上半部が下半部に対し回転が行なえるし、また、前記
材部（Ｂ）は前記第１曲げ関節及び第２曲げ関節（Ｒ２
）により前記胴部（Ａ）に対する角度と肘部前半部に対
する肘部後半部の角度とが変更できるし、更に手首部（
Ｃ）は前記第２回転量節（Ｒ２）と第３曲げ関節（Ｒ３
）及び第３回転量節（Ｒ３）とにより３自由度が得られ
、全体として前記アーム（２）の先端部は、６自由度が
得られ、その位置、姿勢について前記６自由度により正
確に制御が行なえるのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで前記回転関節と曲げ関節とを、以」二のごとき
配列とする場合、前記アーム（２）の先端はその位置、
姿勢について６自由度が得られ、先端部に設ける作業機
を所定の位置、姿勢に正確に制御できるのであるが、前
記アー１．（２）の先端部の位置、姿勢の制御を行なう
場合、制御胴部（Ａ）、材部（Ｂ）及び手首部（Ｃ）の
各部の動きは特定されてしまうのである。

即ち、前記アーム（２）の先端部の位置と方向を固定し
た場合、前記材部（Ｂ）を動かそうとしても、該材部（
Ｂ）は前記第１及び第２曲げ関節（Ｐｉ）（Ｒ２）によ
り拘束されてしまい、前記胴部（Ａ）に対する角度変更
及び肘部前半部と後半部との角度変更は全く行なえない
し、ましてや、前記材部（Ｂ）を倒して肘高さを変更す
るようなことは全く行なえないのである。つまり、従来
のロボットのように曲げ関節が（Ｐｉ）（Ｒ２）のよう
に２つ以上連続し、その間に回転関節がない時、前記ア
ーム（２）の先端部の位置及び方向を固定すると、材部
（Ｂ）の動きは拘束されてしまい、三次元空間を自由に
揺動させるようなことはできなかったのである。

従って、前記アーム（２）の先端部に作業機を取付けて
、この作業機を狭い作業空間内に差し込んで各種作業を
行なうような場合に、その作業に制限を受けるのである
。

例えば前記アーム（２）の先端部に溶接機を取付けて、
この溶接機を第１１図及び第１２図に示す如く、自動車
ドア（Ｄ）から内部に差し込んで、自動車内部の溶接作
業を行なうような場合で、該アーム（２）の差し込み方
向前方側に、ドアフレーム（Ｆ）などの障害物があるよ
うなとき、該アーム（２）の材部高さの変更によって、
この障害物を回避するといった動作は全く行なうことが
できないのであり、結局、前記アーム（２）の中間部位
の一部が前記障害物に接触して、内部への差し込みがで
きないのであった。

そこで以上のごとき産業用ロボットにあっては、第１１
図及び第１２図に示したごとく、前記自動車の組立加工
ラインと平行に作業レール（ＳＲ）を設け、この作業レ
ール（ＳＲ）に前記支持受台（１）を摺動自由に支持し
て、前記ドア（Ｄ）から前記アーム（２）を自動車内部
に差し込むとき、前記支持受台（１）を前記作業レール
（ＳＲ）の長さ方向−側から他側に向けて摺動させ、か
つこのとき前記アーム（２）の位置と姿勢とを、同各図
に連続して示すごとく順次制御しながら、前記自動車の
内部に差し込むようにしている。

ところが以上のように産業用ロボットで各種作業を行う
とき、前記作業レール（ＳＲ）を用いる場合には、コス
トアップとなるばかりか、大きな設置スペースを必要と
したのである。

本発明は以−Ｌのごとき問題に鑑みて成したもので、そ
の目的は、前記アームに設ける回転関節と曲げ関節との
配列に工夫を加えて、６図節以上を用いる場合、−直線
上にない任意の連続する３つの曲げ関節のうち、両端の
曲げ関節の位置を固定しても、中間の曲げ関節の位置が
自由に選べることになり、各種作業時に障害物があって
も、前記作業レールを使用したりすることなく、前記障
害物を回避可能として、小さな設置スペースで、しかも
安価なコストで、各種作業を行うことができる産業用ロ
ボットを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明にかかる産業用ロボットは、少なくとも゛　　６
軸関節を備え、少なくとも６自由度を有するごとくなし
た産業用ロボットにおいて、アーム（２）の長さ方向に
延びる平行軸周りに回転する回転関節（Ｒ１）（Ｒ２）
（Ｒ３）…と、前記アーム（２）の長さ方向と直交する
直交軸周りに揺動する曲げ関節（Ｐｌ）（Ｒ２）（Ｒ３
）…とを、支持台（１）に対し交互に配列したことを特
徴とするものである。

（作用） しかして前記回転関節（Ｒ１）　　（Ｒ２）　　（Ｒ３
）…と曲げ関節（ＰＬ）（Ｒ２）（Ｒ３）…とを交互に
配列することにより、−直線上にない任意の連続する３
つの曲げ関節のうち両端の曲げ関節の位置を固定しても
、中間の曲げ関節の位置は任意に選べるのである。

即ち、６軸関節を備えたものについて説明すると、支持
台（１）から、該支持台（１）に対し最も近い第１曲げ
関節（Ｐｌ）までを胴部（Ａ）とし、この第１曲げ関節
（Ｐｌ）から第３回転量節（Ｒ３）までを材部（Ｂ）と
し、前記第３回転量節（Ｒ３）から前記アーム（２）の
先端部までを手首部（Ｃ）とした場合、この手首部（Ｃ
）の先端は、三つの前記回転関節（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ
３）と三つの曲げ関節（Ｐｉ）（Ｒ２）（Ｒ３）との６
軸関節により６自由度が得られ、位置及び姿勢の制御が
行なえると共に、前記先端部の位置及び方向を固定して
も前記材部（Ｂ）は、第３゜４図に示した起立位置から
第５，６図に示した傾倒位置に揺動させられるのである
。つまり、第３．４図に示した材部（Ｂ）の起立位置で
前記アーム（２）の先端部の位置及び方向を固定して前
記第１回軌間節（Ｒ１）及び第２回軌間節（Ｒ２）を例
えば第５．６図矢印方向に回転駆動すると共に、第１曲
げ関節（Ｐｌ）を揺動させることにより前記材部（Ｂ）
は第３図において手前側、第４図では下方側に倒れ込み
、第５，６図の如くなり、肘高さは、第３図に示したＲ
３高さから第５図に示したＲ２高さに低くなるのである
。

しかして、全ての関節を協調させて動かすことにより、
肘高さを任意に変更しながら、先端部の位置及び方向は
一定に維持できるのであり、斯くて前記先端部の位置、
姿勢に関し、６自由度で正確に制御できると共に、位置
及び方向を維持させつ＼前記アーム（２）にもう一つの
自由度を与えることができるのである。

従って各種作業を行う場合で、前記アーム（２）の移動
方向前方側に障害物があっても、該アーム（２）の先端
の位置及び方向を、前記６つの自由度で正確に制御でき
ながら、肘高さの変更により、前記アーム（２）の前記
障害物からの回避が可能となるのである。

（実施例） 以下本発明にかかる産業用ロボットを図面に示した６軸
関節の実施例によって説明する。

第１図乃至第６図において、（１）は支持受台で′あっ
て、該支持受台（１）に所定長さのアーム（２）を支持
するのであり、このアーム（２）の中間部には、該アー
ム（２）の長さ方向に延びる平行軸（ａ）の周りに回転
する３つの第１〜第３回転関節（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３
）と、前記アーム（２）の長さ方向と直交する直交軸（
ｂ）の周りに揺動する３つの第１〜第３曲げ関節（Ｐｌ
）（Ｒ２）（Ｒ３）とを設けるのである。

そして前記第１〜第３回転関節（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３
）と、前記第１〜第３曲げ関節（Ｐｌ）（Ｒ２）（Ｒ３
）とを、それぞれ交互に配列して、前記アーム（２）の
先端の位置及び方向を制御するとき、６関節を用いる場
合には、先端の位置及び方向の自由度以外に１つの自由
度を与えるごとくなすのである。

尚、前記各関節は何れもモータ（Ｍ＋）（Ｍ２）…を用
いて駆動するのである。

また、前記アーム（２）は、第１図で明らかなごとく、
実質上４本の第１〜第４リンク（２１）（２２）（２３
）（２４）により形成して、この第１リンク（２１）と
前記支持受台（１）との間に、前記第１リンク（２１）
の長さ方向に延びる平行軸（ａ）の周りに回転する第１
回転関節（Ｒ１）を設けると共に、前記第１リンク（２
１）と第２リンク（２２）との間に、これら各リンク（
２１）（２２）の長さ方向と直交する直交軸（ｂ）の周
りに揺動する第１曲げ関節（Ｐｌ）を設ける一方、前記
第１リンク（２１）と第２リンク（２２）との間に、こ
れら各リンク（２１）（２２）の長さ方向に延びる平行
軸（ａ）の周りに回転する第２回転関節（Ｒ２）を設け
るのである。

また前記第２リンク（２２）と第３リンク（２３）との
間に、これら各リンク（２２）（２３）の長さ方向と直
交する直交軸（ｂ）の周りに揺動する第２曲げ関節（Ｒ
２）を設けると共に、前記第２リンク（２２）と第３リ
ンク（２３）との間に、これら各リンク（２２）（２３
）の長さ方向に延びる平行軸（ａ）の周りに回転する第
３回転関節（Ｒ３）を設ける一方、前記第３リンク（２
３）と第４リンク（２４）との間に、これら各リンク（
２３）（２４）の長さ方向と直交する直交軸（ｂ）の周
りに揺動する第３曲げ関節（Ｒ３）を設けるのである。

即ち、第１図に示したものは前記アーム（２）を実質」
二４本の第１乃至第４リンク（２１）〜（２４）により
構成し、第１リンク（２１）と第２リンク（２２）との
直結部に第１曲げ関節（Ｐｌ）と第２回転関節（Ｒ２）
とを設けると共に、第２リンク（２２）と第３リンク（
２３）との連結部に第２曲げ関節（Ｒ２）と第３回転関
節（Ｒ３）とを設け、支持台（１）と第１リンク（２１
）との間に設ける第１回転関節（Ｒ１）と、第３リンク
（２３）と第４リンク（２４）との間に設ける第３曲げ
関節（Ｒ３）とにより６軸関節を形成するのである。尚
、以上の構成を原理的に示した第２図及び第３図乃至第
６図では、前記第２回転関節（Ｒ２）を第２リンク（２
２）の中間部に介装し、また、前記第３回転関節（Ｒ３
）を第３リンク（２３）の中間に介装した構成となる。

以下、説明の都合上、前記第１曲げ関節（Ｐｌ）と第２
回転関節（Ｒ２）との間のリンク部分を第２リンクの前
半部（２２ａ）と称し、第２回転関節（Ｒ２）と第２曲
げ関節（Ｒ２）との間のリンク部分を第２リンク後半部
（２２ｂ）と称し、また、前記第２曲げ関節（Ｒ２）と
第３回転関節（Ｒ３）との間のリンク部分を第３リンク
前半部（２３ａ）と称し、第３回転関節（Ｒ３）と第３
曲げ関節（Ｒ３）とのリンク部分を第３リンク後半部（
２３ｂ）と称する。

次に以上の如く構成するロボットの動作を説明する。

尚、作用の項で説明した通り、前記支持台（１）から第
１関節（Ｐｌ）までを胴部（Ａ）とし、前記第１曲げ関
節（Ｐｌ）から第３回転関節（Ｒ３）までを材部（Ｂ）
とし、前記第３回転関節（Ｒ３）から先端部までを手首
部（Ｃ）として説明すると、先ず、前記手首部（Ｃ）の
先端部は、前記した６軸関節による６自由度で、その位
置及び姿勢が正確に制御できるのである。

次に、前記構成によると、先端部の位置及び方向を保持
しながら、更に、前記材部（Ｂ）の高さ制御が可能にな
るのである。

即ち、第３，４図に示した状態は、前記肘部（Ｂ）が高
さＨｏにある状態であるが、この状態で前記第１回転量
節（Ｒ１）及び第２回転量節（Ｒ２）を第５．６図矢印
方向に回転駆動すると共に第１曲げ関節（Ｐｌ）を揺動
させ、さらに、（Ｒ２）（Ｒ３）（Ｒ３）を協調させて
動かすと、前記手首部（Ｃ）の先端部の位置及び方向を
変更することなく、前記材部（Ｂ）を第５，６図の如く
揺動させられ、該材部（Ｂ）の高さを第３図のＲ１高さ
から、第５図に示したＲ２高さに変更できるのである。

更に詳記すると、前記第１回転量節（Ｒ１）及び第２図
関節（Ｒ２）の回転により、前記第１リンク（２１）が
第５，６図矢印方向に示した如く回転すると共に、第２
リンク後半部（２２ｂ）が第２リンク前半部（２２ａ）
に対し第５．６図矢印の如く回転して第２曲げ関節（Ｒ
２）を揺動させることなく、第１曲げ関節（Ｐｌ）を揺
動させながら第２リンク（２２）及び第３リンク（２３
）が傾倒するのであって、第３図に示した第２リンク（
２２）と第３リンク（２３）との相対角度は変化するこ
となく、つまり、前記手首部（Ｃ）の先端部の位置、及
び方向が変化することはないのである。

前記材部（Ｂ）は、前記手首部（Ｃ）の先端部の位置を
固定した状態で第３，４図に示した起立状態から、第５
，６図に示した傾倒状態に制御できるのであって、前記
アーム（２）について、アーム先端の位置及び方向の他
に肘高さを変更し得る自由度が与えられるのである。

次に、以上の如く構成され、かつ、動作するロボットを
、例えば自動車における車室内の溶接作業等を行なう場
合について説明する。

即ち、自動車内部の溶接作業等を行なう場合には、第７
図及び第８図に示した如（、自動車の組立ラインの側部
に前記産業用ロボットを配置し、該ロボットの前記アー
ム（２）を車室内に差し込み、前記アーム（２）の先端
つまり第４リンク（２４）の先端に取付けた作業具によ
り、自動車内部の溶接作業等を行なうのであるが、前記
アーム（２）の自動車差し込み時に、ドア（Ｄ）のフレ
ーム（Ｆ）が前記アーム（２）の障害となるときには、
該アーム（２）の中間部分即ち、前記材部（Ｂ）に与え
る１つの自由度により前記材部（Ｂ）を第７，８図の実
線で連続状に示した如く、前記アーム（２）の差し込み
方向に対し材部（Ｂ）を横方向に揺動させ傾倒させなが
ら、前記フレーム（Ｆ）を回避させるのである。

詳しくは第９図で明らかな如く、前記アーム（２）にお
ける材部（Ｂ）を、高さ変更の自由度で、前記アーム（
２）の差し込み方向に対し横方向に揺動制御することに
より、その肘高さを変更し、これにより、前記フレーム
（Ｆ）を回避して、前記アーム（２）を自動車内部に差
し込むのである。そして、前記アーム（２）の位置、方
向及び肘高さを前記６つの自由度で制御しながら前記作
業具により溶接作業等を行うのである。

また前記アーム（２）の材部（Ｂ）に前述したごとく肘
高さの変更を可能にすることにより、この材部（Ｂ）を
、前記アーム（２）の差し込み方向に対し横方向に揺動
自由となすことにより、前記自動車内部の溶接作業等に
、前記アーム（２）を利用して前記ドア（Ｄ）の開閉作
業を行い得るのであり、更に前述した作業以外に、例え
ばエンジンルームなどの狭い作業空間内での作業も可能
となるのである。また以上のごとく前記アーム（２）の
材部（Ｂ）を横方向に揺動自由となし、該アーム（２）
の前記各関節に、消費エネルギーが最小となるように角
度指令を与えることにより、各種作業を最小の消費エネ
ルギーでもって行い得るのである。

向辺」二説明した実施例は、６軸関節を採用したもので
あるが、６軸関節に限らず、例えば７軸関節又はそれ以
上の多軸関節にも適用できるのであって、何れにしても
、これら多軸関節において、任意の一直線」二にない３
つの連続する曲げ関節のうち、両端の曲げ関節の位置が
固定されても、中間の曲げ関節の位置を自由に選べるの
である。

（発明の効果） 以上説明したごとく本発明にかかる産業用ロボットでは
、アーム（２）の長さ方向に延びる平行軸周りに回転す
る回転関節（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）と、前記アーム（
２）の長さ方向と直交する直交軸周りに揺動する曲げ関
節（Ｐｉ）（Ｒ２）（Ｒ３）とを、交互に配列したから
、例えば６関節を用いる場合に本来得られる先端の位置
と方向の自由度と、この自由度以外に前記アーム（２）
の中間部分に１つの自由度を確保することができ、前記
産業用ロボットで各種作業を行う場合に、前記アーム（
２）の移動方向前方側に障害物があっても、肘高さを変
更することにより、前記アーム（２）を前記障害物から
回避させ得るのであり、従って従来のように作業レール
などを必要としたりすることなく、小さな設置スペース
で、しかも安価なコストで、各種作業を行うことかでき
るに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる産業用ロボットの全体構造を示
す側面図、第２図は同ロボットの原理を説明するスケル
トン図、第３図乃至第６図は作動を説明するもので、第
３図は作動前の側面図、第４図は平面図、第５図は作動
後の側面図、第６図は平面図、第７図、第８図及び第９
図は自動車内部の溶接作業状態を示す説明図、第１０図
は従来の産業用ロボットを示す図面、第１１図及び第１
２図は従来例による自動車内部の溶接作業状態を示す図
面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも６軸関節を備え、少なくとも６自由度を有す
   るごとくなした産業用ロボットにおいて、アーム（２）
   の長さ方向に延びる平行軸周りに回転する回転関節（Ｒ
   １）（Ｒ２）（Ｒ３）…と、前記アーム（２）の長さ方
   向と直交する直交軸周りに揺動する曲げ関節（Ｐ１）（
   Ｐ２）（Ｐ３）…とを、支持台（１）に対し交互に配列
   したことを特徴とする産業用ロボット。