KR102066333B1

KR102066333B1 - 산업용 로봇

Info

Publication number: KR102066333B1
Application number: KR1020177026268A
Authority: KR
Inventors: 신지 기타무라; 마사토 야마모토; 고지 요시노
Original assignee: 가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2020-01-14
Also published as: EP3272470B1; JP6677970B2; CN107249827A; US20180029223A1; EP3272470A4; CN107249827B; JP2016153146A; US10189156B2; EP3272470A1; KR20170120133A; WO2016133105A1

Abstract

로봇(1)의 암 수단(5)은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구(6)와, 상부 암 기구(7)를 갖는다. 하부 암 기구(6)는, 기부(3)에 회전 가능하게 접속된 각 하단을 갖는 전방 링크(8) 및 후방 링크(9)를 갖는다. 하부 암 구동 기구(19)는, 하부 볼 나사(21)와, 샤프트(21B)를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 하부 베어링부(22)를 갖는다. 후방 링크(9)의 하단으로부터 연장되는 연장부(24)가, 너트측 회전축선(B2) 둘레로 회전 가능하게 너트(21A)에 접속된다. 하부 베어링부(22)는, 베어링부측 회전축선(B1) 둘레로 회전 가능하게 기부(3)에 접속된다. 높은 부하 조건 하에서, 넓은 동작 범위에 걸쳐서, 높은 기계 강성을 확보할 수 있다.

Description

산업용 로봇

본 발명은, 산업용 로봇에 관한 것이며, 특히, 복수의 링크로 구성된 암 기구를 구비한 산업용 로봇에 관한 것이다.

종래, 산업용 로봇은, 대상물을 반송하기 위한 반송용 로봇이나 대상물의 가공 등을 행하는 작업용 로봇으로서, 전기기기, 기계나 자동차 등의 각종의 생산 공장에 설치되어 있다.

산업용 로봇은, 그 용도에 따라서 다양한 형태를 구비한 것이 있는데, 고부하 조건에서 로봇을 지장없이 운전하기 위해서는, 높은 기계 강성과 높은 서보 강성이 필요하게 된다. 또, 용도에 따라서는, 넓은 범위에 걸쳐 로봇을 동작시킬 필요가 있다.

로봇의 높은 기계 강성을 확보하기 위해서, 상부 암 기구 및 하부 암 기구의 각각에 있어서, 평행 링크 구조를 채용한 로봇이 제안되어 있다(특허 문헌 1).

또, 높은 기계 강성을 확보하면서, 넓은 동작 범위를 확보하기 위해, 하부 암 기구에 평행 링크 구조를 채용함과 더불어, 상부 암 기구는, 하부 암 기구로부터 독립하여 동작 가능하도록 한 로봇이 제안되고 있다(특허 문헌 2).

또, 암 구동 기구에 볼 나사를 채용한 로봇이 제안되고 있다(특허 문헌 3). 일반적으로 볼 나사는, 그 동작 범위를 적절하게 설정함으로써, 높은 기계 강성을 확보할 수 있으므로, 암 구동 기구로서 볼 나사를 채용함으로써, 로봇의 기계 강성을 높일 수 있다.

일본국 특허 공개 2011-31372호 공보 일본국 특허 공개 평 3-202288호 공보 일본국 특허 공개 소 60-44277호 공보

그런데, 용도에 따라서는, 높은 부하 조건 하에서, 넓은 동작 범위에 걸쳐서, 높은 기계 강성, 서보 강성 및 정밀도를 확보할 필요가 있는데, 상술한 종래 제안의 로봇에서는, 이러한 엄격한 조건을 동시에 만족시키는 것이 매우 곤란하거나, 혹은 불가능했다.

본 발명은, 상술한 종래의 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 높은 부하 조건 하에서, 넓은 동작 범위에 걸쳐서, 높은 기계 강성, 서보 강성 및 정밀도를 확보할 수 있는 산업용 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 양태에 의한 산업용 로봇은, 기부(基部)와, 상기 기부에 설치된 암 수단과, 상기 암 수단을 구동하기 위한 암 구동 수단을 구비하고, 상기 암 수단은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구와, 상기 하부 암 기구의 상부에 설치된 상부 암 기구를 갖고, 상기 하부 암 기구는, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 전방 링크와, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 후방 링크를 갖고, 상기 암 구동 수단은, 상기 하부 암 기구를 구동하기 위한 하부 암 구동 기구를 갖고, 상기 하부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 하부 볼 나사와, 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 하부 베어링부를 갖고, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 한쪽의 상기 하단으로부터 연장되는 연장부가, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 너트에 접속되어 있고, 상기 하부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 기부에 접속되어 있고, 상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크의 회전축선과 평행인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2의 양태는, 제1의 양태에 있어서, 상기 연장부는, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 한쪽의 상기 하단으로부터 하방으로 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3의 양태는, 제1 또는 제2의 양태에 있어서, 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 한쪽의 상기 하단보다, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 다른쪽의 상기 하단에 가까운 위치에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4의 양태는, 제3의 양태에 있어서, 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 다른쪽의 상기 하단의 근방에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5의 양태는, 제1 내지 제4 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 다른쪽의 상기 하단의 회전축선보다 하방에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6의 양태는, 제1 내지 제5 중 어느 한 양태에 있어서, 하부 암 구동 기구는, 상기 하부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 볼 나사 구동부를 갖고, 상기 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7의 양태는, 제1 내지 제6 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 하부 암 기구는, 상기 전방 링크의 상단 및 상기 후방 링크의 상단의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단을 포함하는 횡링크를 갖고, 상기 상부 암 기구는, 상부 암 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8의 양태는, 제7의 양태에 있어서, 상기 암 구동 수단은, 상기 상부 암 기구를 구동하기 위한 상부 암 구동 기구를 갖고, 상기 상부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 상부 볼 나사와, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부를 갖고, 상기 상부 암 기구는, 상기 상부 암 회전축선과는 상이한 위치에서, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 상부 볼 나사의 상기 너트에 접속되어 있고, 상기 상부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고, 상기 상부 볼 나사의 상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 상부 암 회전축선과 평행인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9의 양태는, 제8의 양태에 있어서, 상기 상부 볼 나사의 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 횡링크의 후단으로부터 후방으로 연장되는 연장부에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10의 양태는, 제8 또는 제9의 양태에 있어서, 상기 상부 암 구동 기구는, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 상부 볼 나사 구동부를 갖고, 상기 상부 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제11의 양태에 의한 산업용 로봇은, 기부와, 상기 기부에 설치된 암 수단과, 상기 암 수단을 구동하기 위한 암 구동 수단을 구비하고, 상기 암 수단은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구와, 상기 하부 암 기구의 상부에 설치된 상부 암 기구를 갖고, 상기 하부 암 기구는, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 전방 링크와, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 후방 링크와, 상기 전방 링크의 상단 및 상기 후방 링크의 상단의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단을 포함하는 횡링크를 갖고, 상기 상부 암 기구는, 상부 암 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고, 상기 암 구동 수단은, 상기 상부 암 기구를 구동하기 위한 상부 암 구동 기구를 갖고, 상기 상부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 상부 볼 나사와, 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부를 갖고, 상기 상부 암 기구는, 상기 상부 암 회전축선과는 상이한 위치에서, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 상부 볼 나사의 상기 너트에 접속되어 있고, 상기 상부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고, 상기 상부 볼 나사의 상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 상부 암 회전축선과 평행인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12의 양태는, 제11의 양태에 있어서, 상기 상부 볼 나사의 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 횡링크의 후단으로부터 후방으로 연장되는 연장부에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제13의 양태는, 상기 상부 암 구동 기구는, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 상부 볼 나사 구동부를 갖고, 상기 상부 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제14의 양태에 의한 산업용 로봇은, 기부와, 상기 기부에 설치된 암 수단과, 상기 암 수단을 구동하기 위한 암 구동 수단을 구비하고, 상기 암 수단은, 하부 암 기구와, 상기 하부 암 기구의 상부에 설치된 상부 암 기구를 갖고, 상기 암 구동 수단은, 상기 하부 암 기구를 구동하기 위한 하부 볼 나사와, 상기 상부 암을 구동하기 위한 상부 볼 나사를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제15의 양태는, 제14의 양태에 있어서, 상기 하부 암 기구는, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 전방 링크와, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 후방 링크와, 상기 전방 링크의 상단 및 상기 후방 링크의 상단의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단을 포함하는 횡링크를 갖는 평행 링크 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제16의 양태는, 제15의 양태에 있어서, 상기 상부 암 기구는, 상부 암 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제17의 양태는, 제14 내지 제16 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 상부 암 구동 기구는, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 상부 볼 나사 구동부를 갖고, 상기 상부 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖고, 상기 하부 암 구동 기구는, 상기 하부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 하부 볼 나사 구동부를 갖고, 상기 하부 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 높은 부하 조건 하에서, 넓은 동작 범위에 걸쳐서, 높은 기계 강성, 서보 강성 및 정밀도를 확보할 수 있는 산업용 로봇을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 산업용 로봇의 사시도.
도 2는 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 상면도.
도 3은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 측면도.
도 4는 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 정면도.
도 5는 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 배면도.
도 6은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 내부 구조를 설명하기 위한 부분 단면도.
도 7은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 하부 볼 나사의 종단면도.
도 8은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 하부 볼 나사의 횡단면도.
도 9는 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 상부 볼 나사의 종단면도.
도 10은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 상부 볼 나사의 횡단면도.
도 11은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 다른 자세를 나타낸 측면도.
도 12는 도 11에 나타낸 산업용 로봇의 부분 단면도.
도 13은 도 1에 나타낸 산업용 로봇의 동작 범위의 일례를 설명하기 위한 도.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 의한 산업용 로봇에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)은, 바닥면에 설치된 기대(2)를 갖고, 이 기대(2)에는, 수직 방향으로 연장되는 제1 회전축선(선회축선)(J1) 둘레로 회전 가능하게 선회 기부(3)가 설치되어 있다.

도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이, 선회 기부(3)의 좌우 양측에는 한 쌍의 서보 모터(4)가 설치되어 있고, 이들 서보 모터(4)에 의해서, 기대(2)에 대해 선회 기부(3)가 제1 회전축선 둘레로 회전 구동된다.

도 1에 잘 나타나 있는 바와 같이, 로봇(1)의 선회 기부(3)에는 암 수단(5)이 설치되어 있고, 암 수단(5)은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구(6)와, 하부 암 기구(6)의 상부에 설치된 상부 암 기구(7)를 갖는다.

도 6에 잘 나타나 있는 바와 같이, 하부 암 기구(6)는, 선회 기부(3)에 회전 가능하게 접속된 하단(8A)을 갖는 제1 링크(전방 링크)(8)와, 선회 기부(3)에 회전 가능하게 접속된 하단(9A)을 갖는 종링크(후방 링크)(9)와, 제1 링크(8)의 상단(8B) 및 종링크(9)의 상단(9B)의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단(10A, 10B)을 포함하는 횡링크(10)를 갖는다.

상기한 바와 같이, 제1 링크(8)의 하단(8A) 및 종링크(9)의 하단(9A)이 둘 다 선회 기부(3)에 접속되어 있으므로, 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조는, 그 하변이 고정된 평행 링크 구조이다. 이에 의해, 하부 암 기구(6)의 기계 강성을 큰 폭으로 높일 수 있다.

선회 기부(3)는, 그 상부에, 전후방향 및 상하 방향으로 연장되는 좌우 한 쌍의 하부 지지판(11)을 갖는다. 제1 링크(8)의 하단(8A)은, 좌우의 하부 지지판(11) 사이에 삽입되고, 수평 방향으로 연장되는 제2 회전축선(J2) 둘레로 회전 가능하게 좌우의 하부 지지판(11)에 접속되어 있다. 종링크(9)의 하단(9A)은, 좌우의 하부 지지판(11) 사이에 삽입되고, 수평 방향으로 연장되는 후방 하부 회전축선(A1) 둘레로 회전 가능하게 좌우의 하부 지지판(11)에 접속되어 있다.

횡링크(10)는, 전후방향 및 상하 방향으로 연장되는 좌우 한 쌍의 상부 지지판(12)을 갖는다. 제1 링크(8)의 상단(8B)은, 좌우의 상부 지지판(12) 사이에 삽입되고, 수평 방향으로 연장되는 전방 상부 회전축선(A2) 둘레로 회전 가능하게 좌우의 상부 지지판(12)에 접속되어 있다. 종링크(9)의 상단(9B)은, 좌우의 상부 지지판(12) 사이에 삽입되고, 수평 방향으로 연장되는 후방 상부 회전축선(A3) 둘레로 회전 가능하게 좌우의 상부 지지판(12)에 접속되어 있다.

상부 암 기구(7)는 제2 링크(13)를 갖고, 제2 링크(13)의 후단으로부터 연장되는 후단 연장부(14)가, 좌우의 상부 지지판(12)의 전단 부분 사이에 삽입되고, 수평 방향으로 연장되는 제3 회전축선(상부 암 회전축선)(J3) 둘레로 회전 가능하게 좌우의 상부 지지판(12)에 접속되어 있다. 제2 링크(13)의 전단(13A)에는, 제2 링크(13)의 긴 축선방향으로 연장되는 제4 회전축선(J4) 둘레로 회전 가능하게 연락 링크(15)가 접속되어 있다.

연락 링크(15)의 전단에는, 제4 회전축선(J4)에 직교하는 방향으로 연장되는 제5 회전축선(J5) 둘레로 회전 가능하게 손목부(16)가 접속되어 있다. 손목부(16)의 전단에는, 제5 회전축선(J5)에 직교하는 방향으로 연장되는 제6 회전축선(J6) 둘레로 회전 가능하게 회전체(17)가 설치되어 있다.

산업용 로봇(1)은, 하부 암 기구(6) 및 상부 암 기구(7)를 갖는 암 수단(5)을 구동하기 위한 암 구동 수단(18)을 구비한다.

암 구동 수단(18)은, 하부 암 기구(6)를 구동하기 위한 하부 암 구동 기구(19)와, 상부 암 기구(7)를 구동하기 위한 상부 암 구동 기구(20)를 갖는다.

도 6에 잘 나타나 있는 바와 같이, 하부 암 구동 기구(19)는, 너트(21A) 및 샤프트(21B)를 갖는 하부 볼 나사(21)와, 샤프트(21B)를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 하부 베어링부(22)와, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 하부 볼 나사 구동부(23)를 갖는다.

하부 베어링부(22)는, 적어도 그 일부가 좌우의 하부 지지판(11) 사이에 배치되고, 베어링부측 회전축선(B1) 둘레로 회전 가능하게 좌우의 하부 지지판(11)에 접속되어 있다. 베어링부측 회전축선(B1)은, 제2 회전축선(J2)보다 하방에 있어서, 제1 링크(8)의 하단(8A)의 근방에 위치하고 있다.

종링크(9)는, 그 하단(9A)으로부터 하방으로 연장되는 좌우 한 쌍의 하단 연장부(24)를 갖는다. 종링크(9)의 좌우의 하단 연장부(24) 사이에 하부 볼 나사(21)의 너트(21A)가 배치되고, 너트(21A)는, 너트측 회전축선(B2) 둘레로 회전 가능하게, 종링크(9)의 좌우의 하단 연장부(24)에 접속되어 있다.

베어링부측 회전축선(B1) 및 너트측 회전축선(B2)은, 수평 방향으로 연장되고, 제1 링크(전방 링크) 및 종링크(후방 링크)의 회전축선(J2, A1)과 평행이다.

암 구동 수단(18)의 상부 암 구동 기구(20)는, 너트(25A) 및 샤프트(25B)를 갖는 상부 볼 나사(25)와, 샤프트(25B)를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부(26)와, 상부 볼 나사(25)의 샤프트(25B)를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 상부 볼 나사 구동부(27)를 갖는다.

횡링크(10)의 좌우의 상부 지지판(12)의 각각은, 그 후단으로부터 후방으로 연장되는 후단 연장부(28)를 갖는다. 상부 베어링부(26)의 적어도 일부가, 횡링크(10)의 좌우의 상부 지지판(12)의 후단 연장부(28) 사이에 배치되고, 베어링부측 회전축선(B3) 둘레로 회전 가능하게 횡링크(10)의 좌우의 후단 연장부(28)에 접속되어 있다.

제2 링크(13)의 후단으로부터 연장되는 후단 연장부(14)는, 제3 회전축선(상부 암 회전축선)(J3)과는 상이한 위치에서, 너트측 회전축선(B4) 둘레로 회전 가능하게 상부 볼 나사(25)의 너트(25A)에 접속되어 있다.

상부 볼 나사(25)의 너트측 회전축선(B4) 및 베어링부측 회전축선(B3)은, 수평 방향으로 연장되고, 제3 회전축선(상부 암 회전축선)(J3)과 평행이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 하부 볼 나사 구동부(23)는, 기어 박스(29) 내의 공통의 회전축(30)에 동력을 부여하는 한 쌍의 서보 모터(31)를 갖는다. 즉, 한 쌍의 서보 모터(31)의 출력축에 설치된 한 쌍의 기어(32)가, 공통의 회전축(30)에 설치된 입력측 기어(33)와 맞물려 있다. 공통의 회전축(30)에 설치된 출력측 기어(34)는, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)의 후단에 설치된 기어(35)와 맞물려 있다.

이와 같이 공통의 회전축(30)을 한 쌍의 서보 모터(31)로 구동함으로써, 각 서보 모터(31)의 용량을 크게 하지 않고 , 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)에 대해서 큰 구동력을 부여할 수 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 하부 볼 나사(21)의 하부 베어링부(22)는, 베어링부측 회전축선(B1)을 따라서 샤프트(21B)의 좌우 양측에 배치된 좌우 지지축(36)을 통해, 선회 기부(4)의 좌우의 하부 지지판(11)에 회전 가능하게 접속되어 있다. 하부 볼 나사(21)의 너트(21A)는, 너트측 회전축선(B2)을 따라서 너트(21A)의 좌우 양측에 배치된 좌우 지지축(37)을 통해, 종링크(9)의 좌우의 하단 연장부(24)에 회전 가능하게 접속되어 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 상부 볼 나사 구동부(27)는, 기어 박스(38) 내의 공통의 회전축(39)에 동력을 부여하는 한 쌍의 서보 모터(40)를 갖는다. 즉, 한 쌍의 서보 모터(40)의 출력축에 설치된 한 쌍의 기어(41)가, 공통의 회전축(39)에 설치된 입력측 기어(42)와 맞물려 있다. 공통의 회전축(39)에 설치된 출력측 기어(43)는, 상부 볼 나사(25)의 샤프트(25B)의 후단에 설치된 기어(44)와 맞물려 있다.

이와 같이 공통의 회전축(39)을 한 쌍의 서보 모터(40)로 구동함으로써, 각 서보 모터(40)의 용량을 크게 하지 않고, 상부 볼 나사(25)의 샤프트(25B)에 대해서 큰 구동력을 부여할 수 있다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 상부 볼 나사(25)의 상부 베어링부(26)는, 베어링부측 회전축선(B3)을 따라서 샤프트(25B)의 좌우 양측에 배치된 좌우 지지축(45)을 통해, 횡링크(10)의 좌우의 후단 연장부(28)에 회전 가능하게 접속되어 있다. 상부 볼 나사(25)의 너트(25A)는, 너트측 회전축선(B4)을 따라서 너트(25A)의 좌우 양측에 배치된 좌우 지지축(46)을 통해, 제2 링크(13)의 좌우의 후단 연장부(14)에 회전 가능하게 접속되어 있다.

상술한 산업용 로봇(1)에 있어서, 하부 암 기구(6)의 자세를 제어할 때에는, 하부 볼 나사 구동부(23)의 서보 모터(31)를 구동하여, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)를 따라서 너트(21A)를 직동(直動) 구동한다. 종링크(9)의 하단 연장부(24)가 너트(21A)에 회전 가능하게 접속되어 있으므로, 샤프트(21B)를 따라서 너트(21A)가 직동함으로써, 후방 하부 회전축선(A1) 둘레로 종링크(9)가 회전한다. 이에 수반하여, 종링크(9)와 함께 평행 링크 구조를 형성하는 제1 링크(8) 및 횡링크(10)가 움직이고, 이에 의해, 하부 암 기구(6)의 자세를 제어할 수 있다.

상부 암 기구(7)의 자세를 제어할 때에는, 상부 볼 나사 구동부(27)의 서보 모터(40)를 구동하여, 샤프트(25B)를 따라서 너트(25A)를 직동 구동한다. 제2 링크(13)의 후단 연장부(14)가 너트(25A)에 회전 가능하게 접속되어 있으므로, 샤프트(25B)를 따라서 너트(25A)가 직동함으로써, 제3 회전축선(J3) 둘레로 제2 링크(13)가 회전한다. 이에 의해, 상부 암 기구(7)의 자세를 제어할 수 있다.

도 11 및 도 12는, 하부 암 기구(6)를 앞으로 기운 자세로 제어함과 더불어, 상부 암 기구(7)를 상향 자세로 제어한 상태를 나타내고 있다. 이 때, 하부 볼 나사(21)의 너트(21A)는 샤프트(21B)의 선단측에 위치하고 있고, 상부 볼 나사(25)의 너트(25A)는 샤프트(25B)의 기단측에 위치하고 있다.

하부 암 기구(6)를, 도 3에 나타낸 직립 자세에서, 도 11에 나타낸 앞으로 기운 자세로 변화시킬 때에는, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)가 베어링부 회전축선(B1) 둘레로 회전한다.

제2 링크(13)가 제3 회전축선(J3) 둘레로 회전 가능하게 횡링크(10)에 접속되어 있으므로, 상부 암 기구(7)의 자세는, 하부 암 기구(6)의 자세로부터 독립하여 제어할 수 있다. 또한, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구(6)의 횡링크(10)의 자세는, 제1 링크(8) 및 종링크(9)의 자세가 변화해도 변화하지 않는다.

도 13은, 산업용 로봇(1)의 손목부(16)의 회전축선인 제5 회전축선(J5)에 위치하는 점(P)의 동작 범위(R)의 일례를 나타내고 있다. 도 13으로부터 알 수 있듯이, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)은, 그 동작 범위(R)를 전면 상방 및 전면 하방으로 넓게 확보할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 의하면, 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조의 하변을 고정함과 더불어, 하부 암 기구(6)의 구동에 하부 볼 나사(21)를 이용하고, 또한, 하부 암 기구(6)에 대해 상부 암 기구(7)를 제3 회전축선(J3) 둘레로 회전 가능하게 접속했으므로, 높은 부하 조건 하에서, 전면 상방 및 전면 하방의 넓은 동작 범위에 걸쳐서, 높은 기계 강성을 확보할 수 있다.

또, 종링크(후방 링크)(9)의 하부 연장부(24)에 하부 볼 나사(21)의 너트(21A)를 회전 가능하게 접속함과 더불어, 하부 볼 나사(21)의 베어링부측 회전축선(B1)을, 제1 링크(전방 링크)(8)의 제2 회전축선(J2)보다 하방에 있어서, 제1 링크(8)의 하단(8A)의 근방에 배치했으므로, 하부 암 기구(6)를 직립 자세(도 3)에서 앞으로 기운 자세(도 11)로 변화시킨 경우, 혹은 그 반대의 동작을 행한 경우에도, 하부 볼 나사(21)가 하부 암 기구(6)와 간섭하는 일이 없다.

이 때문에, 하부 암 기구(6)의 자세의 변화량을 크게 확보할 수 있어, 나아가서는 로봇(1)의 동작 범위를 넓게 확보할 수 있다. 또, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)가 튀어나오는 방향이, 로봇(1)의 작업 영역과 반대측이 되는 후방을 향하고 있으므로, 하부 볼 나사(21)의 작업 영역으로의 간섭도 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 의하면, 상부 암 기구(7)의 구동에 상부 볼 나사(25)를 이용하고 있으므로, 로봇(1)의 기계 강성을 더욱 높일 수 있다. 즉, 하부 암 기구(6) 및 상부 암 기구(7)의 양방의 구동 기구에 볼 나사를 채용함으로써, 로봇 전체의 기계 강성을 큰 폭으로 높일 수 있다.

또, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 있어서는, 하부 암 기구(6) 및 상부 암 기구(7)의 각 구동 기구에, 하부 볼 나사(21) 및 상부 볼 나사(25)를 이용하고 있으며, 일반적으로 볼 나사는, 동력의 전달 효율이 높고, 유격이 적어서, 백드라이버빌리티(Backdrivability)가 높다.

이로써, 예를 들면 고부하시의 외력에 의한 위치 어긋남을, 피드백 제어에 의해 소프트적으로 고정밀도로 제어할 수 있다. 특히, 하부 암 기구(6) 및 상부 암 기구(7)의 양방의 구동 기구에 볼 나사를 채용함으로써, 로봇 전체의 위치 제어 정밀도를 큰 폭으로 높일 수 있다.

또, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 의하면, 항상 자세가 일정한 횡링크(10)에 제2 암(13)을 회전 가능하게 접속했으므로, 제2 암(13)의 중력 토크가 큰 자세로, 상부 볼 나사(25)의 구동력이 가장 커지도록 하거나, 가장 강성이 필요한 자세로, 상부 볼 나사(25)의 구동력을 크게 하거나 할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 의하면, 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조의 하변을 고정함과 더불어, 제1 링크(8) 및 종링크(9)의 하방에 하부 볼 나사(21) 및 그 구동부를 배치하도록 했으므로, 선회 기부(3)의 크기를 확대하지 않고, 하부 볼 나사(21)를 컴팩트한 배치로 설치할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 의하면, 2개의 서보 모터에 의해서 볼 나사를 구동하도록 했으므로, 각 서보 모터의 용량을 크게 하지 않고, 볼 나사의 샤프트에 대해 큰 구동력을 부여하는 것이 가능하며, 고부하 조건에 대응할 수 있는 로봇을 용이하게 제조할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 의하면, 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조의 하변이 고정되어 있으므로, 상부 암 기구(7)의 구동 기구로서 상기한 바와 같이 볼 나사를 채용한 경우에도, 로봇(1)의 동작 범위의 어느 부분에서 고강성·고토크를 확보할지, 용도에 따라서 최적의 설계를 행할 수 있다.

즉, 볼 나사(직동 액츄에이터)를 이용하여 암 링크의 회전 동작을 실현하는 경우, 암 링크의 회전축선과, 볼 나사의 샤프트(직동축)의 긴 축선의 최단 거리가, 토크 및 강성을 지배한다.

상기 실시형태에서 말하자면, 종링크(9)의 후방 하부 회전축선(A1)과, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(21B)의 긴 축선의 최단 거리(후방 하부 회전축선(A1)으로부터 샤프트(21B)의 긴 축선에 대해 그은 수선의 길이)가, 하부 암 기구(6)의 토크 및 강성을 지배한다.

마찬가지로, 제2 링크(13)의 제3 회전축선(J3)과, 상부 볼 나사(25)의 샤프트(25B)의 긴 축선의 최단 거리(제3 회전축선(J3)으로부터 샤프트(25B)의 긴 축선에 대해 그은 수선의 길이)가, 상부 암 기구(7)의 토크 및 강성을 지배한다.

후방 하부 회전축선(A1) 둘레로 종링크(9)가 회전하면, 종링크(9)의 하단 연장부(너트측 회전축선(B2))(24)는, 후방 하부 회전축선(A1)을 중심으로 원호상으로 움직이기 때문에, 하부 볼 나사(21)의 샤프트(직동축)(21B)의 긴 축선과 후방 하부 회전축선(A1)의 최단 거리가 변화한다. 이 때문에, 하부 암 기구(6)에 있어서의 강성·출력 토크, 속도가 변화한다.

마찬가지로, 제3 회전축선(J3) 둘레로 제2 링크(13)가 회전하면, 제2 링크(13)의 후단 연장부(14)의 너트측 회전축선(B4)의 부분은, 제3 회전축선(J3)을 중심으로 원호상으로 움직이기 때문에, 상부 볼 나사(25)의 샤프트(직동축)(25B)의 긴 축선과 제3 회전축선(J3)의 최단 거리가 변화한다. 이 때문에, 상부 암 기구(7)에 있어서의 강성·출력 토크, 속도가 변화한다.

상술한 바와 같이, 종링크(9)의 회전 동작에 따라 하부 암 기구(6)에 있어서의 강성·출력 토크, 속도가 변화하고, 또, 제2 링크(13)의 회전 동작에 따라서 상부 암 기구(7)에 있어서의 강성·출력 토크, 속도가 변화하므로, 로봇(1)의 동작 범위의 어느 부분에서, 고강성·고토크를 확보할지, 용도에 따라서 최적의 설계를 행할 필요가 있다.

여기서, 만일 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조의 하변을 고정하지 않고 회전 가능하게 한 경우(특허 문헌 3 참조), 제2 링크(13)의 제3 회전축선(J3)과 상부 볼 나사(25)의 샤프트(25B)의 긴 축선의 최단 거리가, 제2 링크(13)의 자세가 변화하지 않아도 제1 링크(8)의 자세에 따라 변화한다. 이 때문에, 항상 일정 방향으로 작용하는 중력과의 관계로부터, 동작 범위의 어느 부분에서 고강성·고토크를 확보할지에 관해서, 밸런스가 좋은 영역 설정이 어렵다.

이에 대해 본 실시형태에 의한 산업용 로봇(1)에 있어서는, 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조의 하변을 고정하도록 했으므로, 하부 암 기구(6)의 평행 링크 구조의 외관을 구성하는 횡링크(10)의 자세가, 제1 암(8)의 자세의 변화에 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 제2 링크(13)의 제3 회전축선(J3)과 상부 볼 나사(25)의 샤프트(25B)의 긴 축선의 최단 거리는, 제2 링크(13)의 자세가 변화하지 않는 한, 제1 링크(8)의 자세에 따라 변화하는 일은 없다.

따라서, 상부 암 기구(7)의 구동 기구로서 볼 나사를 채용한 경우에도, 동작 범위의 어느 부분에서 고강성·고토크를 확보할지에 관해서, 밸런스가 좋은 영역 설정을 용이하게 행할 수 있다.

1:산업용 로봇
2:기대
3:선회 기부
4:선회용 서보 모터
5:암 수단
6:하부 암 기구
7:상부 암 기구
8:제1 링크(전방 링크)
8A:제1 링크의 하단
8B:제1 링크의 상단
9:종링크(후방 링크)
9A:종링크의 하단
9B:종링크의 상단
10:횡링크
10A:횡링크 전단
10B:횡링크의 후단
11:하부 지지판
12:상부 지지판
13:제2 링크
13A:제2 링크 전단
14:제2 링크의 후단 연장부
15:연결 링크
16:손목부
17:회전체
18:암 구동 수단
19:하부 암 구동 기구
20:상부 암 구동 기구
21:하부 볼 나사
21A:하부 볼 나사의 너트
21B:하부 볼 나사의 샤프트
22:하부 베어링부
23:하부 볼 나사 구동부
24:종링크의 하단 연장부
25:상부 볼 나사
25A:상부 볼 나사의 너트
25B:상부 볼 나사의 샤프트
26:상부 베어링부
27:상부 볼 나사 구동부
28:횡링크의 후단 연장부
29:하부 볼 나사 구동부의 기어박스
30:하부 볼 나사 구동부의 공통의 회전축
31:하부 볼 나사 구동부의 서보 모터
32, 33, 34, 35:하부 볼 나사 구동부의 기어
36, 37:하부 볼 나사의 지지축
38:상부 볼 나사 구동부의 기어 박스
39:상부 볼 나사 구동부의 공통의 회전축
40:상부 볼 나사 구동부의 서보 모터
39:상부 볼 나사 구동부의 공통의 회전축
40:상부 볼 나사 구동부의 서보 모터
41, 42, 43, 44:상부 볼 나사 구동부의 기어
45, 46:상부 볼 나사의 지지축
J1:제1 회전축선(선회축선)
J2:제2 회전축선
J3:제3 회전축선(상부 암 회전축선)
J4:제4 회전축선
J5:제5 회전축선
J6:제6 회전축선
A1:후방 하부 회전축선
A2:전방 상부 회전축선
A3:후방 상부 회전축선
B1:하부 볼 나사의 베어링부측 회전축선
B2:하부 볼 나사의 너트측 회전축선
B3:상부 볼 나사의 베어링부측 회전축선
B4:상부 볼 나사의 너트측 회전축선
R:로봇의 동작 범위

Claims

기부(基部)와, 상기 기부에 설치된 암 수단과, 상기 암 수단을 구동하기 위한 암 구동 수단을 구비하고,
상기 암 수단은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구와, 상기 하부 암 기구의 상부에 설치된 상부 암 기구를 갖고,
상기 하부 암 기구는, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 전방 링크와, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 후방 링크를 갖고,
상기 암 구동 수단은, 상기 하부 암 기구를 구동하기 위한 하부 암 구동 기구를 갖고,
상기 하부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 하부 볼 나사와, 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 하부 베어링부를 갖고,
상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 한쪽의 상기 하단으로부터 연장되는 연장부가, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 너트에 접속되어 있고,
상기 하부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 기부에 접속되어 있고,
상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크의 회전축선과 평행이고,
상기 연장부는, 상기 후방 링크의 상기 하단으로부터 하방으로 연장되어 있고,
상기 베어링부측 회전축선은, 상기 후방 링크의 상기 하단보다, 상기 전방 링크의 상기 하단에 가까운 위치에 있고,
상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크의 상기 하단의 회전축선보다 하방에 위치하고 있는, 산업용 로봇.
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청구항 1에 있어서,
상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크의 상기 하단의 근방에 위치하고 있는, 산업용 로봇.
삭제
청구항 1에 있어서,
하부 암 구동 기구는, 상기 하부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 볼 나사 구동부를 갖고,
상기 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는, 산업용 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 하부 암 기구는, 상기 전방 링크의 상단 및 상기 후방 링크의 상단의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단을 포함하는 횡링크를 갖고,
상기 상부 암 기구는, 상부 암 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있는, 산업용 로봇.
기부와, 상기 기부에 설치된 암 수단과, 상기 암 수단을 구동하기 위한 암 구동 수단을 구비하고,
상기 암 수단은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구와, 상기 하부 암 기구의 상부에 설치된 상부 암 기구를 갖고,
상기 하부 암 기구는, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 전방 링크와, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 후방 링크를 갖고,
상기 암 구동 수단은, 상기 하부 암 기구를 구동하기 위한 하부 암 구동 기구를 갖고,
상기 하부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 하부 볼 나사와, 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 하부 베어링부를 갖고,
상기 전방 링크 및 상기 후방 링크 중 어느 한쪽의 상기 하단으로부터 연장되는 연장부가, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 너트에 접속되어 있고,
상기 하부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 기부에 접속되어 있고,
상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 전방 링크 및 상기 후방 링크의 회전축선과 평행이고,
상기 하부 암 기구는, 상기 전방 링크의 상단 및 상기 후방 링크의 상단의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단을 포함하는 횡링크를 갖고,
상기 상부 암 기구는, 상부 암 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고,
상기 암 구동 수단은, 상기 상부 암 기구를 구동하기 위한 상부 암 구동 기구를 갖고,
상기 상부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 상부 볼 나사와, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부를 갖고,
상기 상부 암 기구는, 상기 상부 암 회전축선과는 상이한 위치에서, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 상부 볼 나사의 상기 너트에 접속되어 있고,
상기 상부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고,
상기 상부 볼 나사의 상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 상부 암 회전축선과 평행인, 산업용 로봇.
청구항 8에 있어서,
상기 상부 볼 나사의 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 횡링크의 후단으로부터 후방으로 연장되는 연장부에 위치하고 있는, 산업용 로봇.
청구항 8에 있어서,
상기 상부 암 구동 기구는, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 상부 볼 나사 구동부를 갖고,
상기 상부 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는, 산업용 로봇.
기부와, 상기 기부에 설치된 암 수단과, 상기 암 수단을 구동하기 위한 암 구동 수단을 구비하고,
상기 암 수단은, 평행 링크 구조를 갖는 하부 암 기구와, 상기 하부 암 기구의 상부에 설치된 상부 암 기구를 갖고,
상기 하부 암 기구는, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 전방 링크와, 상기 기부에 회전 가능하게 접속된 하단을 갖는 후방 링크와, 상기 전방 링크의 상단 및 상기 후방 링크의 상단의 각각에 회전 가능하게 접속된 양단을 포함하는 횡링크를 갖고,
상기 상부 암 기구는, 상부 암 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고,
상기 암 구동 수단은, 상기 상부 암 기구를 구동하기 위한 상부 암 구동 기구를 갖고,
상기 상부 암 구동 기구는, 너트 및 샤프트를 갖는 상부 볼 나사와, 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부를 갖고,
상기 상부 암 기구는, 상기 상부 암 회전축선과는 상이한 위치에서, 너트측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 상부 볼 나사의 상기 너트에 접속되어 있고,
상기 상부 베어링부는, 베어링부측 회전축선 둘레로 회전 가능하게 상기 횡링크에 접속되어 있고,
상기 상부 볼 나사의 상기 너트측 회전축선 및 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 상부 암 회전축선과 평행인, 산업용 로봇.
청구항 11에 있어서,
상기 상부 볼 나사의 상기 베어링부측 회전축선은, 상기 횡링크의 후단으로부터 후방으로 연장되는 연장부에 위치하고 있는, 산업용 로봇.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 상부 암 구동 기구는, 상기 상부 볼 나사의 상기 샤프트를 그 축선 둘레로 회전 구동하기 위한 상부 볼 나사 구동부를 갖고,
상기 상부 볼 나사 구동부는, 공통의 회전축에 동력을 부여하는 한 쌍의 구동 모터를 갖는, 산업용 로봇.
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