WO1982001680A1 - Arm for program-controlled manipulator - Google Patents

Description

明 細 プログラム制御されるマニ ピュレータ用アーム 技術分野

本発明は産業用 ロ ボ ッ ト 、 す わち プ ロ グ ラ ム制御 される マ 二 ピュ レーク に用い られる可撓性ア ー ム に関 する。

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タ ー ンテー ブル に支柱を取 付け、 支柱の一端に摇 動 自在に ア ー ム を取 ]9 付け、 アー ム の先端に例えば塗 装用 ガ ンを装着 し、 支柱の回転及びア ー ム の摇動に よ Ί) 'ガ ンを 自 在の位置に 自 動的に設定 して塗装作業を行 う テ ィ 一 チ ン グ - プ レ イ バ ッ ク タ イ プ の ロ ホ' ッ ト は 提案されている。

と こ ろで、 こ の種 ロ ボッ ト に用い られている 了ー 厶 では、 一般にそれが曲折 自 在で いため、 ガ ン の任意 の位置への位置決めは比較的困難であ ]) 、 こ の よ う る アー ム を有する p ボ ッ ト は、 簡阜 形状を有 した被作 業体に しか適用 し得ず、 ： 用性にそれ程優れて い い _c

—方、 最近に いては、 エ レ フ ァ ン ト ノ ーズ型のァ — ム も 種 々提案されているが、 いずれ も 構造が ¾雑で あ る上に、 比較的長いアー ム とする と 、 アー ム 当 体の 重量に よ i? 撓み、 所定の ii置に ガ ンを設定 し難 く 、 こ れに対処せん と する と 、 ¾めて優れた 1¾性を有 したァ —ム部材を使用 し ければ らず実^的で ない。

更に、 従来の可撓性アー ム においては、 作動装置に よ 生起される作動量にお して十分 変 ¾量を得 られ 難 く 、 曲折性に よ る効果を最大限に莉^ し得 い。

本発明の 目 的は、 好ま しい曲折性を有する可撓性ァ ー ム を提供する こ と にあ る 。 本発明に よ る可撓拦 ァ一 ム を ロ ボッ ト に使用する こ と に よ ] 3 、 複雜 形 を有 した被作業体に ¾ して困難 く 作業を行い得、 ¾用性 に優れた ロ ホ'ッ ト を提供 し得る 。

本発明の他の 目 的は、 それ程 1¾性に優れた部^を用 いる こ と く 、 簡単 構造に よ 等^ έ 剛性に優れ たア ーム部材を用いた場合 と 同様の ¾杲、 すなわち撓 む こ と く 自 由端を正確に位置決め し得る可撓性ァー ム を提供する こ と にあ る。

本発明の他の 目 的は、 作 »装置のわずかな作 S:量で も って十分 折量を得る こ とがで き る可撓性ア ーム を提供する こ と にあ る 。

発 明 の 開 示

本発明に よ る可撓性'アー ムは、 基 " と 、 基 ¾材に 可動に装着された作動 ロ ッ ド と、 基 ^に固定された 第 1 のアー ム部材 と、 第 1 のアーム g:材に回転自 在に 違結され、 一端で作動 ロ ッ ドに摇動自在に違結された 第 2 の アー ム部材 と 、 第 2 の ア ーム ¾ ¾" ίて回動 自 に 連結された第 3 の アー ム部材 と 、 一 ¾で、 第 l O ァ ー ム部材の一端に摇動 自 在に違結され、 ¾ ¾で第 3 ©ァ 一ム部材の一端に摇動 自 在に違結された リ ン ク部材 と か ら な る 。 こ の よ う 本発明の可徺性 ア ー ム に よ ]? 前 記 目 的を達成 し得る。

図面の簡単る説明

第 1 図は本発明に よ る好ま しい具体例の マ ニ ピユ レ ータ を示す側面図 、 第 2 図は第 1 図に示す可撓性ァ 一 ム の側面図 、 第 3 図は第 2 図に示す可徺性ァ 一 ム を示 す底面図 、 第 4 図は第 3 図の IV - I 鎳断面図、 第 5 図 及び第 6 図は第 2 図に示す可撓性ア ー ム の勣作説明図 で る。

発明を実施するための最良の形態

以下添付図面に従って本発明を よ ]? 詳細に説明する， これに よ ]? 本発明の前記 目 的、 善徵、 更には他の 目 的 及び特徵が明 らか と ¾ る であ ろ う 。

図 に示される以下の具体例に いては 、 1 個おき の アー ム部材が リ ンク部材に よ ]? 回動 自 在に違結されて お ]) 、 作動 ロ ッ ドに よ る第 丄 の アーム部材に ¾する第

2 の アー ム部材の角変位が引 き繞 く アーム部材の角変 位 と して伝達される よ う に可撓 &アー ム は構成されて いる 。

マ ニ ピ ュ レ ー タ i は、 支持台 2 と 、 支柱 3 と 、 長 く 延びた非可撓性の ア ーム 4 と を有 して ]? 、 支柱 3 は 基台 2 上 の タ 一 ン テ 一 ブル 5 に設け られて ]? 、 テ ー ブル 5 の回転 と共に中心鎳 6 を中心 と して D 方向に回 転される 。 支持台 2 内 はテ ー ブル 5 を D 方 ^ に回転

Οϊ.ίΡΙ V, PO ; m する油圧作動装置が収納されている 。 テ ー ブル 5 の ブ ラ ケ ッ ト に軸 7 を介 して連結された支柱 3 は、 垂直面 内において E方向に摇動 自 在であ ]) 、 支柱 3 と テープ ル 5 と の間に設け られた作勣装置 と しての油圧 シ リ ン ダ装置 8 の作動に よ ]? E方向に摇動される。 ア ー ム 4 は軸 9 を介 して垂直面内で F 方向に摇勣 自在 と る よ う に支柱 3 に違結されて ]) 、 アー ム 4 と支拦 3 と の 間に設け られた油圧作勣装置 と しての油圧シ リ ン ダ装 置 1 0 に よ F 方向に摇勣される 。 アー ム 4 の先端に は、 伸縮 自在かつ可撓性の カバ一 1 1 に覆われた可徺 性すなわち 曲折.自 在 ¾ アー ム 1 2 が設け られてお ！） 、 アー ム 1 2 にはハ ン ド ル 1 3 が取 ]) 付け られて ]? 、 ハ ン ド ル 1 3 を操作者が把持 して プ ロ グ ラ ム ^淘され る マ ニ ピュ レ ー タ 1 に対する テ ィ 一チ ングを行 う 。

ア ー ム 1 2 か ら突出する 口 ッ ド 1 4 には、 支持部材 1 5 を介 して塗料噴霧ガ ン 1 6 が取 付け られて る 。 可 徺性ア ーム 1 2 は、 了 一 ム 4 に回耘自 在、 す ¾わち中 心線 1 7 を中心 と して G方向に回転自在に装着された 円筒状の基部材 1 8 を有 して ]) 、 ψ広面で^向する 一対の第 1 のアー ム部材 1 9 は一端で基部材 1 8 に固 着されている 。

平板状の一対の第 1 のアー ム部材 1 9 稆互は、 板部材

1 9 a に よ 橋絡されて違結されている 。 中心籙 1 7 の伸延方向 と平行る方向に移 » 自在に基台 1 8 を貫通 する作動 π ッ ド 2 0 は、 先 ί¾で軸 2 1 を介 して 、 対向

Ο ΡΙ ■ する一 対 の リ ン ク部材 2 2 に違結されている 。 勃 2 1 の中央部 2 3 は球状に形成されてお ]9 、 中央部 2 3 に ロ ッ ド 2 0 の環状端 2 4 が違結されてお 、 軸 2 1 に 対 して ロ ッ ド 2 0 はほぼ任意の方向に摇動 し得る 。 中 央部 2 3 と環状端 2 4 と に よ ]} ホ'一ル ジ ョ ィ ン ト が構 成されている 。 リ ン ク部材 2 2 を回転 自 在に貫通する 軸 2 5 の両端には、 夫 々 、 回勣 自在に平板状の第 2 の アー ム部材 2 6 が違結されてお ]) 、 巾広面で対向する —対の第 2 のア ー ム部材 2 6 は こ の よ う に、 軸 2 1 、 2 5 、 リ ン ク部材 2 2 を介 して ロ ッ ド 2 0 に回勣 自 在 に部材 1 8 側の一端で違結されている 。

第 2 のアー ム部材 2 6 は、 ほぼ中央部で軸 2 7 を介 し て第 1 のア ー ム部材 1 9 に回転 自 在に違結されている ， 巾広面で対向する 一対の第 3 の ア ー ム部材 2 8 は 、 ほ ぼ中央部で軸 2 9 を介 して第 2 の アー ム部材 2 6 に回 動 自在に連結されてお ]) 、 平板状の第 3 の ア ー ム部材 2 8 の部材 1 8 側の一 は、 軸 3 0 を介 して一対の リ ンク部材 3 1 の一端に回勣 自 在に違結されている 。

対向する 一対の リ ン ク ¾材 3 1 の他端は軸 3 2 を介 し て第 1 のア ー ム部材 1 9 の徙端に回動 自 在に連結され ている。 一対の第 3 のア ー ム 2 8 は一対の板部材 3 3 に よ 橋絡されて違結されてい る。 第 2 の ア ー ム部材 2 6 の他端は、 毂 3 4 を介 して夫 々 リ ン ク部材 3 5 の 一端に回動 自 在に違結されてお ]? 、 対向する 一対の リ ン ク部材 3 5 の他端は、 乾 3 6 を介 して平板状の第 4 のア ー ム部材 3 7 の部材 1 8 側の一 に回動 自在に違 結されている。 巾広面で対向する 一対の第 4 の ア ーム 部材 3 7 は、 ほぼ中央部で韜 3 8 を介 して第 3 の ァ一 ム部材 2 8 に回動 自在に連結されている 。

前記ア ー ム部材 と 同様に巾広面で ¾向する 一対の第 5 のア ーム部材 3 9 の部材 1 8 側の一 は リ ン ク部材 4 0 の一端に軸 4 1 を介 して違結されて ]? 、 対向する一 対の リ ンク部材 4 0 の他端は軸 4 2 を介 して第 3 のァ 一ム部材 2 8 の他端に違結されている。 平板状の一対 の第 5 の ア ー ム部材 3 9 は、 一対の板部材 4 2 a に よ J9 橋絡されて違結されている 。 第 5 の ァ一ム部材 3 9 は、 ほぼ中央部で ¾ 4 3 を介 して第 4 のアーム部材 37 の他端に回動 自在に違結されて る。 アーム 1 2 のほ ぽ中心線 1 7 上を俾長する ガ ン回耘用檨構 4 4 は、 作 動装置 4 5 に ¾結された リ ンク棒 4 6 と リ ンク樟 4 7 〜 5 0 と を有 してお ]? 、 一対のア ー ム部材 1 9 間に配 置された リ ン ク棒 4 6 は軸受 5 1 を介 して中心鎳 1 7 を中心 と して G方向 に回転 し得る よ う に、 部材 1 8 に 支持されてお ]? 、 リ ンク棒 4 6 と 一対のア ー ム部材 2 6 間に配置された リ ン ク棒 4 7 、 リ ン ク棒 4 7 と 一対の アーム部材 2 8 間に配置された リ ン ク 棒 4 8 、 リ ン ク 棒 4 8 と 一対の ア ー ム ¾材 3 7 間に配置された リ ン ク 棒 4 9 及び リ ン ク棒 4 9 と 一対のアー ム部材 3 9 間に 配置された リ ン ク 棒 5 0 と は夫 々 自在鎪手 5 2 〜 5 5 に よ ]) 違結されて ]? 、 アーム 1 2 が β折される と ガ ン回転用機構 4 4 も それに応 じて ¾折される。 自 在継 手 5 2 〜 5 5 それ自 体は公知であ る。 リ ン ク棒 4 8 は 、 板部材 3 3 に固着された支持部材 5 6 に軸受 5 7 を介 して回転自 在に支持されてい る。 リ ン ク棒 5 0 も 同様 に、 板部材 4 2 a に固着された支持部材 5 8 に翱受 5 9 を介 して回転自 在に支持されている。 リ ン ク棒 5 0 に は ロ ッ ド 1 4 が取 付け られてお ]) 、 ガ ン回転用機'構

4 4 が G方向に回転される と 、 口 ッ ド 1 4 も G方向に 回転される 。

ロ ッ ド 2 0 には 、 油圧作動装置 6 0 が違結されてお ]) 、 作動装置 6 0 に よ ]) ロ ッ ド 2 0 は A方向又は B 方向 に、 すなわち、 中心線 17方向に沿 う 方向に進退さ れる 。 油 圧作動装置 6 1 は、 部材 1 8 を中心線 1 7 を 中心 と し て G方向に回転せ しめる よ う に部材 1 8 に違結されて いる。 部材 1 8 の回転 と ロ ッ ド 4 6 と の回転は夫 々 独 立に行える。

こ の よ う に構成された エ レ フ ァ ン ト ノ ーズ型ア ー ム

1 2 を有する マ ニ ピ ュ レータ 1 は次の よ う に動作する。

支持台 2 内 の油圧作動装置の作動に よ ]} 支柱 3 は中心 線 6 を中心 と して回転され、 作 ¾装置 8 の作動に よ

支柱 3 は軸 7 を 中心 と して垂直面内で摇動され、 作動 装置 1 0 の作動に よ ]? アー ム 4 は軸 9 を中心 と して垂 直面内で回動される。

作動装置 6 1 の作動に よ ] 部材 1 8 が中心篛 1 7 を中 心 と して回転される と 、 ア ー ム 2 は同様に中心鎵 1 7

CJviPI

\7IFO ^ を中心 と して回転され、 作動装置 4 5 の作動に よ ]? 口 ッ ド 4 6 が中心鎳 1 7 を中心 と して回転される と ロ ッ ド 1 4 も 回転され、 こ の結果、 ガ ン 1 6 も 回転される 。 作動装置 6 0 に よ ]? ロ ッ ド 2 0 が例えば B 方向に移動 される と 、 第 2 のアー ム部材 2 6 は、 軸 2 7 を 中心 と して C 方向に回勣される。

アーム部材 2 6 が C 方向に回動される と 、 リ ン ク部材 3 1 が軸 3 2 を中心と して C 方向 に回動される と共に、 第 3 の アーム部材 2 8 が軸 2 9 を 中心 と して C 方向に 回動され、 第 3 のアー ム部材 2 8 が C 方向に回動され る と 、 リ ン ク部材 3 5 が軸 3 4 を中心 と して C 方向に 回動される と共に第 4 の ア ー ム部材 3 7 が軸 3 8 を中 心 と して C 方向に回 ¾?され 、 第 4 の了 一ム部材 3 7 が C方向に回動される と 、 リ ンク部材 4 0 が軸 4 2 を中 心 と して C 方向に回 ¾される と共に第 5 のアー ム部材 3 9 が軸 4 3 を中心 と して C方向 に回勣される結杲、 アー ム 1 2 は第 5 図 示す よ う に曲折される 。

アー ム 1 2 がこ の よ う に曲折される と 、 ガ ン回転用機 構 4 4 も ア ーム 1 2 の E折に対応 して曲折され、 この 状態で も 、 作動装置 4 5 の作動で 口 ッ ド 4 6 を回転す る こ と に よ ]? ロ ッ ド 1 4 を回転する こ とができ る。 ま た、 作動装置 6 1 に よ D ア ーム 1 2 自体を も 回転 し得 る。 逆に、 作動装置 6 0 に よ ]) 口 ッ ド 2 0 を A方向に 移勣する と 、 第 5 図 と は逆の方向に、 するわち第 6 図 に示す よ う にアー ム 1 2 は S折される 。 第 6 図に示す

OMPI WIPO 曲折状態で も 、 ロ ッ ド 1 4 及びァ 一 ^1 体を 立に回 転 し得る 。

尚 、 前記具体例では、 リ ン ク部材、 ア ー ム ¾材を対 で構成 したが、 本発明は これに限定されず、 必要に応 じ リ ン ク部材、 ア ー ム部材を夫 々 一個で構成 して も よ く 、 ま た、 例えば第 3 のアー ム部材か ら ロ ッ ド 1 4 を 突出 して も よ く 、 加えて、 第 6 の アー ム部材等更に多 く の ア ー ム部材、 リ ン ク部材を連結 して可撓性ア ー ム を構成 して も よ い。 そ う して、 前記具体例では、 ァ 一 ム 4 に アー ム 1 2 を取 付けたが、 ア ー ム全体を可撓 性の アー ム と し支柱 3 又は支持台 2 に取 付けて も よ い。 ま た本発明は塗装用 に限 らずデータ ^理装置に よ つて制御される例えば溶接用の マ ニ ピ ュ レ ー タ に も 適 用 し得る のみな らず、 被作業物体を把持する よ う ¾ マ ニ ピユ レ 一タ に も適用 し得る。

O PI

¾ τΐο

Claims

請 求 の 範 匿

1. 基部材 と 、 基部材に可動に装着された作動 ロ ッ ド と 、 基部材に固定された第 1 の ア ー ム部材 と 、 第 1 のア ー ム部材に回転 自 在に違結され、 一端で作動 口 ッ ドに摇動 自 在に違結された第 2 の ア ー ム部材 と 、 第 2 のア ー ム部材に回転 自在に違結された第 3 の ァ — ム部材 と 、 一端で第 1 の アー ム部材の一端に摇動 自在に違結され、 他端で第 3 のアー ム部材の一端に 摇動 自在に違結された リ ン ク部材と か ら な る可撓性 了 一ム ₀

2. 更に、 夫 々 の アー ム部材に^置された第 1 、 第 2

及び第 3 の リ ン ク棒力 ら る ]? 、 こ の リ ン ク棒は夫 々 自在継手に よ 違結されて ]? 、 第 1 の リ ン ク棒は 基部材に回転き 在に支持されて ]? 、 第 2 の リ ン ク 棒を介 して第 1 の リ ン ク棒に違結された第 3 の リ ン ク棒は第 3 のアー ム部材に回転自在に支持されてい る請求の範囲第 1項に記載の可撓性 アー ム 。

3. 更に、 作動 π ッ ドを基部材に対 してア ー ム の中心 線方向に沿って移動せ しめる第 1 の作動装置 と 、 回 転自 在である基部材を回耘せ しめる第 2 の作 »装置 と 、 第 1 の リ ン ク棒を基部材に対 して回転せ しめる 作動装置 とか ら な る請求の範固苐- 2 項に記載の可撓 性アー ム 。

4. 第 1 い し第 3 の アー ム fi は夫 々 、 巾 の広い面

で対向 した一対の菝状部材か ら 、 この一対の板

™ OMFI― ノ ' V^IFO 状部材の間に 、 対応する リ ン ク槔 <D各 々 が配置され ている請求の範囲第 2 項又は第 3 項に記載の可撓性 ア ー ム 。

5. 第 1 い し第 3 のア ー ム部材は夫 々 対向 して一対

設け られている請求の範 S第 1 項 い し第 3 項のい ずれかに記載の可撓性ア ー ム 。

6. 第 1 る い し第 3 のア ー ム部材は夫 々 、 巾 の広い面

で対向 した一対の板状部材か ら ¾ る請求の範囲第 1 項 い し第 3 項のいずれかに記載の可撓倥ア ー ム 。 .

7. 作動 ロ ッ ド と第 2 の ア ー ム部材 と は、 俛の リ ン ク

部材を介 して連結されてお ]? 、 作勣 ロ ッ ド と 他の リ ンク部材 と は互いに揺動自 在に違結されてお ]) 、 他

の リ ン ク部材 と第 2 の アー ム部材 と は互いに摇動 自 在に違結されている請求の範 S第 1 項 い し第 3 項

のいずれかに記載の可養佺アー ム 。

OMPI

んへ /IFO _a