WO2018181040A1 - 多関節ロボット - Google Patents

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WO2018181040A1
WO2018181040A1 PCT/JP2018/011825 JP2018011825W WO2018181040A1 WO 2018181040 A1 WO2018181040 A1 WO 2018181040A1 JP 2018011825 W JP2018011825 W JP 2018011825W WO 2018181040 A1 WO2018181040 A1 WO 2018181040A1
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WO
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link
arm
end side
articulated robot
hub
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/011825
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English (en)
French (fr)
Inventor
高田　声一
Original Assignee
Ntn株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2018181040A1 publication Critical patent/WO2018181040A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions

Definitions

  • the present invention relates to an articulated robot used for devices requiring high speed, high accuracy, and a wide operation range such as medical devices and industrial devices.
  • Patent Document 1 has a plurality of joint portions including a rotary joint and a linear motion joint.
  • the industrial robot of Patent Document 2 is a combination of two arms that rotate horizontally.
  • a manipulator is attached to a guard rail.
  • Patent Document 1 eliminates or reduces the occurrence of a singular point posture within the movable range by devising the arrangement of the joints.
  • the configuration of the robot arm mechanism of Patent Document 1 can cope with the movement of transporting an object, but it cannot move in a direction perpendicular to the expansion and contraction direction, so that it is difficult to perform a detailed movement, which is like an assembly work. It seems that detailed movement is not possible.
  • the industrial robot of Patent Document 2 has difficulty in dealing with various operations because the direction of taking out an object is one direction below.
  • the work conveyance robot of patent document 3 can perform fine work with a manipulator, it requires a wide space for installing a guardrail.
  • An object of the present invention is to provide an articulated robot that can operate without having a singular point, can obtain a wide movable range in a plan view, and can change the posture of the end effector mounting stage at the tip to an arbitrary angle. That is.
  • the articulated robot includes a first arm that is provided on a support and is rotatable about a vertical axis, a first arm rotation motor that rotates the first arm, and a tip of the first arm.
  • a second arm rotatable around a vertical axis, a second arm rotation motor for rotating the second arm, and a link actuating device provided at a tip of the second arm.
  • the link actuating device the distal end side link hub is connected to the proximal end side link hub via three or more sets of link mechanisms so that the posture can be changed.
  • Each of the link mechanisms includes a proximal end link member having one end rotatably connected to the proximal link hub, and a distal end link having one end rotatably connected to the distal link hub. It has an end link member, and a central link member whose both ends are rotatably connected to the other ends of the end link members on the proximal end side and the distal end side. At least two sets of the three or more sets of link mechanisms are provided with attitude control actuators that arbitrarily change the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub. .
  • This multi-joint robot performs work by attaching an end effector to a link hub on the distal end side of a link actuator that is an end effector attachment stage. At that time, the horizontal position of the end effector is changed by rotating the first arm and the second arm, and the attitude of the end effector is changed by operating the link actuator.
  • the first arm and the second arm are provided for changing the horizontal position, it is wide within a radius range obtained by adding the radius of the first arm and the radius of the second arm around the axis of the first arm.
  • the end effector can be moved to the area. Since the mechanism composed of the first arm and the second arm has no singular point, the end effector can be moved to the target position in the shortest time.
  • the link actuating device is composed of a link hub on the base end side, a link hub on the front end side, and three or more sets of link mechanisms.
  • the link hub on the front end side is rotatable about two orthogonal axes with respect to the link hub on the base end side.
  • a two-degree-of-freedom mechanism Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the link hub on the distal end side can be widened. For this reason, the end effector can be changed to an arbitrary posture. Further, since the link operating device is compact, the burden on the first arm and the second arm is small, and the rigidity of these arms and their support portions can be kept low.
  • the second arm may be provided with an elevating mechanism for elevating the link actuating device in the vertical direction. It may replace with this and the raising / lowering mechanism which raises / lowers the said 1st arm to a perpendicular direction may be provided in the said support body. In either case, the vertical height of the end effector can be changed.
  • the first arm is provided with the second arm rotation motor so that the output shaft is horizontal, and the output shaft of the second arm rotation motor and the rotation shaft of the second arm are a pair.
  • a belt transmission mechanism for transmitting the rotation of the second arm rotation motor to the rotation shaft of the second arm may be provided inside the first arm.
  • the second arm rotation motor can be installed at a position near the base end of the first arm. Thereby, the burden of the load concerning a 1st arm can be reduced.
  • a rotation mechanism for rotating the link actuating device around the vertical axis with respect to the second arm.
  • the rotation mechanism is provided, the orientation of the end effector around the vertical axis can be changed.
  • the rotation motor of the rotation mechanism is provided on the second arm so that the output shaft thereof is horizontal, and the output shaft of the rotation motor and the rotation shaft of the link actuator May be directly or indirectly connected via a gear mechanism including a pair of bevel gears.
  • the link actuating device may be provided at the distal end of the second arm so that the proximal end side link hub and the distal end side link hub are horizontally aligned in a neutral state.
  • it is suitable for performing work on a workpiece in a position horizontally facing the link actuating device.
  • the overall configuration can be slim in the vertical direction.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an articulated robot according to a first embodiment of the present invention. It is a top view of the articulated robot. It is a front view which abbreviate
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 3. It is the figure which expressed one link mechanism of the parallel link mechanism with a straight line. It is a figure which shows schematic structure of the articulated robot concerning 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 9 is a partial view of a modified example of the articulated robot shown in FIG. 8. It is a figure which shows schematic structure of the articulated robot concerning 3rd Embodiment of this invention. It is a figure which shows schematic structure of the articulated robot concerning 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the articulated robot according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view thereof.
  • the articulated robot 1 includes a support body 2 installed on the ground, a first arm 3 supported on the upper end of the support body 2 so as to be rotatable around an axis O1 in a vertical direction, A second arm 4 rotatably supported around the vertical axis O2 at the tip, a link actuator 5 supported at the tip of the second arm 4, and a vertical axis of the link actuator 5
  • a rotation / lifting mechanism 6 that rotates around O3 and moves up and down along the axis O3 is provided.
  • the support body 2 is installed on the ground, but the support body 2 may be suspended from the ceiling. The same applies to other embodiments described later.
  • the first arm 3 has a base end portion (right end portion in FIG. 1) attached to a rotary shaft 11 having the axis O1.
  • the rotating shaft 11 is provided on the support body 2, and an upper end portion thereof protrudes upward from the upper surface of the support body 2.
  • the first arm 3 is attached to the upper end portion of the rotating shaft 11.
  • a first arm rotary motor 12 and a speed reducer 13 are provided inside the support body 2.
  • the second arm 4 has a base end (right end in FIG. 1) attached to a rotary shaft 14 having the axis O2.
  • the rotating shaft 14 is provided at the tip end (left end in FIG. 1) of the first arm 3, and the lower end portion projects downward from the lower surface of the first arm 3.
  • the second arm 4 is attached to the lower end of the rotating shaft 14.
  • a second arm rotation motor 15 is provided on the top surface of the tip of the first arm 3, and a speed reducer 16 is provided inside the first arm 3.
  • the rotation / lifting mechanism 6 has a rotating shaft 17 that protrudes downward from the distal end portion (left end portion in FIG. 1) of the second arm 4, and the link actuating device 5 is attached to the lower end thereof.
  • the rotating / elevating mechanism 6 includes a rotating mechanism 6 a that rotates the rotating shaft 17 and an elevating mechanism 6 b that moves the rotating shaft 17 up and down.
  • the rotation mechanism 6 a has a rotation motor 18, and the lifting mechanism 6 b has a lifting motor 19.
  • FIG. 3 is a front view in which a part of the link actuating device is omitted.
  • the link operating device 5 includes a parallel link mechanism 30 and a posture control drive source 31 that operates the parallel link mechanism 30.
  • FIGS. 4 and 5 are views showing only the parallel link mechanism 30 taken out and showing different states.
  • the parallel link mechanism 30 connects the link hub 33 on the distal end side to the link hub 32 on the proximal end side through three sets of link mechanisms 34 so that the posture can be changed. In FIG. 3, only one set of link mechanisms 34 is shown. The number of link mechanisms 34 may be four or more.
  • Each link mechanism 34 includes a base end side end link member 35, a tip end side end link member 36, and a central link member 37, and constitutes a four-joint link mechanism including four rotating pairs.
  • the end link members 35 and 36 on the proximal end side and the distal end side are L-shaped, and one ends thereof are rotatably connected to the link hub 32 on the proximal end side and the link hub 33 on the distal end side, respectively.
  • the center link member 37 is rotatably connected to both ends of the end link members 35 and 36 on the proximal end side and the distal end side.
  • the parallel link mechanism 30 has a structure in which two spherical link mechanisms are combined. That is, the central axis of each rotational pair of the proximal side link hub 32 and the proximal side end link member 35 and the central axis of each rotational pair of the proximal side end link member 35 and the central link member 37 are , At the base end side spherical link center PA (FIG. 3). Similarly, the central axis of each rotational pair of the link hub 33 on the distal end side and the end link member 36 on the distal end side, and the central axis of each rotational pair of the end link member 36 on the distal end side and the central link member 37 are It intersects at the spherical link center PB (FIG. 3) on the side.
  • PB spherical link center
  • the distance from the rotation pair of the base end side link hub 32 and the base end side end link member 35 to the base end side spherical link center PA is the same, and the base end side end link member 35 and The distance from each rotation pair of the central link member 37 to the spherical link center PA on the base end side is also the same.
  • the distance from each rotation pair of the distal end side link hub 33 and the distal end side end link member 36 to the spherical link center PB on the distal end side is the same, and the end link member 36 and the central link member on the distal end side are the same.
  • the distance from each rotation pair 37 to the spherical link center PB on the tip side is the same.
  • the central axis of the rotational pair of the proximal end side link member 35 and the central link member 37 and the central axis of the rotational pair of the distal end end link member 36 and the central link member 37 have a certain crossing angle ⁇ . (FIG. 3) may be provided or parallel.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
  • the center axis O1 of each rotation pair of the link hub 32 on the base end side and the end link member 35 on the base end side, and each rotation pair of the center link member 37 and the end link member 35 on the base end side are shown.
  • the relationship between the central axis O2 and the spherical link center PA on the base end side is shown. That is, the point where the central axis O1 and the central axis O2 intersect is the spherical link center PA.
  • the shape and positional relationship of the distal end side link hub 33 and the distal end side end link member 36 are also the same as in FIG. 6 (not shown).
  • the angle ⁇ formed by the base end side end link member 35 (the front end side end link member 36) and the central axis O2 of each rotation pair of the central link member 37 is 90 °, and the angle ⁇ is 90 °. It may be other than °.
  • the three sets of link mechanisms 34 have the same geometric shape. As shown in FIG. 7, the geometrically identical shape is expressed by a geometric model in which each link member 35, 36, 37 is expressed by a straight line, that is, by each rotation pair and a straight line connecting these rotation pairs.
  • the model means that the base end side portion and the tip end side portion are symmetrical with respect to the center portion of the center link member 37.
  • FIG. 7 is a diagram representing a set of link mechanisms 34 by straight lines.
  • the parallel link mechanism 30 of this embodiment is a rotationally symmetric type, and includes a base end side portion composed of a base end side link hub 32 and a base end side end link member 35, a front end side link hub 33 and a front end side.
  • the positional relationship with the distal end side portion constituted by the end link member 36 is rotationally symmetric with respect to the center line C of the center link member 37.
  • the central part of each central link member 37 is located on a common track circle D.
  • the link hub 32 on the proximal end side, the link hub 33 on the distal end side, and the three sets of link mechanisms 34 allow the link hub 33 on the distal end side to rotate about two orthogonal axes with respect to the link hub 32 on the proximal end side.
  • the degree mechanism is configured.
  • the rotation of the link hub 33 on the distal end side with respect to the link hub 32 on the proximal end side is a mechanism whose posture can be freely changed with two degrees of freedom.
  • this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the link hub 33 on the distal end side with respect to the link hub 32 on the proximal end side can be widened.
  • a straight line that passes through the spherical link center PA on the base end side and intersects the central axis O1 (FIG. 6) of each rotation pair of the link hub 32 on the base end side and the end link member 35 on the base end side at a right angle is the base end. This is the center axis QA of the link hub 32 on the side.
  • a straight line passing through the spherical link center PB on the distal end side and perpendicularly intersecting the central axis O1 (FIG. 6) of each rotation pair of the distal end side link hub 33 and the distal end side end link member 36 is a distal end side link hub. It is assumed that 33 is the central axis QB.
  • the maximum value of the bending angle ⁇ (FIG. 7) between the center axis QA of the link hub 32 on the proximal end side and the center axis QB of the link hub 33 on the distal end side can be about ⁇ 90 °.
  • the turning angle ⁇ (FIG. 7) of the distal end side link hub 33 relative to the proximal end side link hub 32 can be set in a range of 0 ° to 360 °.
  • the bending angle ⁇ is a vertical angle at which the central axis QB of the distal link hub 33 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal link hub 32.
  • the turning angle ⁇ is a horizontal angle at which the central axis QB of the distal link hub 33 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal link hub 32.
  • the posture change of the distal end side link hub 33 with respect to the proximal end side link hub 32 is performed with an intersection O between the central axis QA of the proximal end side link hub 32 and the central axis QB of the distal end side link hub 33 as a rotation center. Is called.
  • FIG. 4 shows a state where the central axis QA of the link hub 32 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 33 on the distal end side are on the same line.
  • FIG. 5 shows a state in which the central axis QB of the distal end side link hub 33 takes a certain operating angle with respect to the central axis QA of the proximal end side link hub 32. Even if the posture changes, the distance L (FIG. 7) between the spherical link center PA on the proximal end side and the spherical link center PB on the distal end side does not change.
  • the parallel link mechanism 30 functions as a constant velocity universal joint that rotates at a constant speed with the same rotation angle on the proximal end side and the distal end side when transmitting rotation from the proximal end side to the distal end side.
  • the center axis O2 of the rotational pair of the end link member 35 (tip end link member 36) on the end side and the central link member 37 is the spherical link center PA on the base end side (spherical link center PB on the tip end side). Cross at.
  • the link hub 32 on the base end side includes a base end member 40 and three rotary shaft connecting members 41 provided integrally with the base end member 40.
  • the base end member 40 is formed with a circular through hole 40a (FIG. 3) in the center, and three rotary shaft connecting members 41 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the through hole 40a.
  • the center of the through hole 40a is located on the central axis QA of the link hub 32 on the proximal end side.
  • a rotating shaft 42 (FIGS. 4 and 5) is rotatably connected to each rotating shaft connecting member 41.
  • the axis of the rotary shaft 42 intersects the central axis QA of the link hub 32 on the proximal end side.
  • One end of an end link member 35 on the base end side is connected to the rotating shaft 42.
  • the rotating shaft 42 is rotatably supported by the rotating shaft connecting member 41 through two bearings 43.
  • the bearing 43 is, for example, a ball bearing such as a deep groove ball bearing or an angular ball bearing.
  • the bearing 43 is installed in a fitted state in an inner diameter hole 44 provided in the rotary shaft connecting member 41, and is fixed by a method such as press fitting, bonding, or caulking. The same applies to the types and installation methods of the bearings provided in other rotating pairs.
  • a base end side end link member 35 and a fan-shaped bevel gear 45 are coupled to the rotating shaft 42 so as to rotate integrally with the rotating shaft 42.
  • the fan-shaped bevel gear 45 constitutes a part of an axis orthogonal reduction gear 77 described later.
  • a notch 46 is formed at one end of the base end side end link member 35, and the rotation shaft connecting member is provided between the inner and outer rotation shaft support portions 47 and 48, which are both sides of the notch 46. 41 is arranged.
  • the bevel gear 45 is disposed in contact with the inner surface of the inner rotary shaft support portion 47.
  • the rotation shaft 42 includes a through hole formed in the bevel gear 45, a through hole formed in the inner rotation shaft support portion 47, an inner ring of the bearing 43, and a through hole formed in the outer rotation shaft support portion 48. It is inserted in order.
  • the bevel gear 45, the inner and outer rotary shaft support portions 47 and 48, and the inner ring of the bearing 43 are sandwiched between the head 42a of the rotary shaft 42 and the nut 50 screwed to the screw portion 42b of the rotary shaft 42.
  • Spacers 51 and 52 are interposed between the inner and outer rotary shaft support portions 47 and 48 and the bearing 43, and a preload is applied to the bearing 43 when the nut 50 is screwed.
  • the rotation shaft 55 is coupled to the other end of the end link member 35 on the base end side.
  • the rotary shaft 55 is rotatably connected to one end of the central link member 37 via two bearings 53.
  • a notch 56 is formed at the other end of the end link member 35 on the base end side, and a central link is provided between the inner and outer rotary shaft support portions 57 and 58 that are both sides of the notch 56.
  • One end of the member 37 is disposed.
  • the rotation shaft 55 is inserted from the outside in the order of a through hole formed in the outer rotation shaft support portion 58, an inner ring of the bearing 53, and a through hole formed in the inner rotation shaft support portion 57.
  • the inner and outer rotary shaft support portions 57 and 58 and the inner ring of the bearing 53 are sandwiched between the head portion 55a of the rotary shaft 55 and the nut 60 screwed to the screw portion 55b of the rotary shaft 55, and are coupled to each other.
  • Spacers 61 and 62 are interposed between the inner and outer rotary shaft support portions 57 and 58 and the bearing 53, and a preload is applied to the bearing 53 when the nut 60 is screwed.
  • the link hub 33 on the distal end side has a distal end member 70 and three rotary shaft coupling members 71 provided on the inner surface of the distal end member 70 at equal intervals in the circumferential direction. is doing.
  • the center of the circumference where the rotation shaft connecting member 71 is arranged is located on the center axis QB of the link hub 33 on the distal end side.
  • a rotary shaft 73 is rotatably connected to the rotary shaft connecting member 71.
  • the axis of the rotation shaft 73 intersects the center axis QB of the link hub 33 on the distal end side.
  • One end of an end link member 36 on the distal end side is connected to the rotation shaft 73 of the link hub 33 on the distal end side.
  • a rotating shaft 75 is connected to the other end of the end link member 36 on the front end side.
  • the rotating shaft 75 is rotatably connected to the other end of the central link member 37.
  • the rotary shaft 73 of the link hub 33 on the distal end side and the rotary shaft 75 of the central link member 37 are similar to the rotary shafts 42 and 55 described above, via the two shaft bearings (not shown), and the rotary shaft connecting member 71 and The other end of the central link member 37 is rotatably connected.
  • the attitude control drive source 31 for operating the parallel link mechanism 30 is installed on the base end member 40.
  • the output shaft 31a of the attitude control drive source 31 is parallel to the central axis QA of the link hub 32 on the proximal end side.
  • the number of posture control drive sources 31 is three, which is the same as the number of link mechanisms 34.
  • the attitude control drive source 31 is a rotary actuator.
  • a bevel gear 76 is attached to the output shaft 31 a of the attitude control drive source 31.
  • the bevel gear 76 meshes with a fan-shaped bevel gear 45 attached to the rotating shaft 42 of the link hub 32 on the proximal end side.
  • the pair of bevel gears 76 and 45 constitutes an axis orthogonal reduction device 77 in which the input side shaft and the output side shaft are orthogonal to each other.
  • the attitude control drive source 31 and the axis orthogonal reduction gear 77 are arranged on the inner diameter side of the rotating pair of the base end side link hub 32 and the base end side end link member 35.
  • the same number of posture control drive sources 31 as the link mechanisms 34 are provided, but if at least two of the three sets of link mechanisms 34 are provided with the posture control drive sources 31, The attitude of the link hub 33 on the distal end side with respect to the link hub 32 on the end side can be determined.
  • the link actuating device 5 actuates the parallel link mechanism 30 by rotationally driving each attitude control drive source 31. Specifically, when the attitude control drive source 31 is rotationally driven, the rotation is transmitted to the rotary shaft 42 via the axis orthogonal reduction gear 77 composed of a pair of bevel gears 76 and 45. As a result, the angle of the end link member 35 on the base end side with respect to the link hub 32 on the base end side changes. As a result, the attitude of the distal end side link hub 33 with respect to the proximal end side link hub 32 is determined.
  • the axis orthogonal reduction gear 77 includes a pair of bevel gears 76 and 45, but is not limited thereto, for example, a mechanism using a worm gear and a pinion gear, a mechanism using a hypoid gear (trade name), and the like. It may be.
  • the multi-joint robot 1 performs work by attaching an end effector (not shown) to the link hub 33 on the distal end side of the link operating device 5. That is, the link hub 33 on the distal end side constitutes an end effector mounting stage. At that time, the horizontal position of the end effector is changed by rotating the first arm 3 and the second arm 4 around the vertical axes O1 and O2, respectively. Furthermore, the attitude
  • FIG. Further, the rotation / elevating mechanism 6 rotates the link actuating device 5 around the vertical axis O3 and moves it up and down along the axis O3, thereby adjusting the direction and height of the end effector.
  • the link actuating device 5 is provided so that the link hub 33 on the distal end side is located on the lower side. For this reason, it is suitable for performing work on a workpiece positioned below the link actuating device 5.
  • the first arm 3 and the second arm 4 are used for changing the horizontal position. Therefore, as shown in FIG. 2, a wide area within the range of the radius (R1 + R2) obtained by adding the radius R1 of the first arm 3 and the radius R2 of the second arm 4 with the axis O1 of the first arm 3 as the center.
  • the end effector can be moved. Since the mechanism composed of the first arm 3 and the second arm 4 has no singular point, the end effector can be moved to the target position in the shortest time.
  • the link actuating device 5 is a two-degree-of-freedom mechanism that can widen the movable range of the link hub 33 on the tip side. For this reason, the end effector can be changed to an arbitrary posture. Further, since the link actuating device 5 is compact, the burden on the first arm 3 and the second arm 4 is small, and the rigidity of these can be kept low.
  • FIG. 8 shows a second embodiment.
  • the support 2 is provided with a lifting mechanism 7 that lifts and lowers the first arm 3.
  • the first arm 3 is provided on an elevating body 8 that can be moved up and down with respect to the support body 2.
  • the second arm 4 is provided with a rotation mechanism 9 that simply rotates the link actuating device 5 around the axis O3 in place of the rotation / lifting mechanism 6 in the first embodiment.
  • the link actuating device 5 can be rotated around the vertical axis O3 and moved up and down along the axis O3, as in the first embodiment.
  • the second arm rotary motor 15 is provided on the upper surface of the first arm 3, and the output shaft 15a of the second arm rotary motor 15 is set to be horizontal. .
  • the output shaft 15 a of the second arm rotation motor 15 and the input shaft 16 a of the speed reducer 16 are connected via a gear mechanism 23 including a pair of bevel gears 21 and 22.
  • the input shaft 16 a of the speed reducer 16 is arranged coaxially with the rotary shaft 14 of the second arm 4.
  • the output shaft 15 a of the second arm rotation motor 15 and the rotation shaft 14 of the second arm 4 are connected via a gear mechanism 23.
  • the 2nd arm rotation motor 15 is provided so that the output shaft 15a may become horizontal, the height of the articulated robot 1 can be restrained low.
  • the rotation motor 24 of the rotation mechanism 9 is also provided on the second arm 4 and is set so that the output shaft 24a is horizontal.
  • the output shaft 24 a of the rotating motor 24 and the input shaft 25 a of the speed reducer 25 are connected via a gear mechanism 28 including a pair of bevel gears 26 and 27.
  • the input shaft 25 a of the speed reducer 25 is arranged coaxially with the rotary shaft 17 of the link operating device 5.
  • the output shaft 24 a of the rotation motor 24 and the rotation shaft 17 of the link actuator 5 are connected via a gear mechanism 28. Also in this case, the height of the articulated robot 1 can be kept low.
  • the second arm rotation motor 15 and the gear mechanism 23 may be provided inside the first arm 3 as shown in FIG. 9. In this case, the height of the articulated robot 1 can be further reduced.
  • FIG. 10 shows a third embodiment.
  • the multi-joint robot 1 of the third embodiment rotates the second arm rotation motor 15 via the belt transmission device 29 provided inside the first arm 3. Is transmitted to the rotary shaft 14.
  • the second arm rotation motor 15 can be installed at a position closer to the base end (right end in FIG. 10) of the first arm 3, and the load on the first arm 3 can be reduced.
  • FIG. 11 shows a fourth embodiment.
  • the articulated robot 1 of the fourth embodiment is provided with a link operating device 5 at the distal end (left end in FIG. 11) of the second arm 4, and in the neutral state, the link hub on the proximal end side 32 and the distal end side link hub 33 are set horizontally.
  • the neutral state refers to a state where the central axis QA of the link hub 32 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 33 on the distal end side are on the same line.
  • the link actuating device 5 shown in FIG. 11 is rotated around a horizontal axis O4 by a rotation motor 24 provided in the second arm 4.
  • the link actuating device 5 is arranged in this way, it is suitable for performing work on a workpiece in a position horizontally facing the link actuating device 5. Also, the overall configuration can be slim in the vertical direction. Also in the fourth embodiment, the second arm rotation motor 15 and the gear mechanism 23 may be provided inside the first arm 3 as shown in FIG. Also in this case, the height of the articulated robot 1 can be further reduced.

Abstract

多関節ロボット（１）は、鉛直方向の軸心（Ｏ１）周りに回転自在な第一アーム（３）と、第一アーム（３）の先端に設けられ鉛直方向の軸心（Ｏ２）周りに回転自在な第二アーム（４）と、第二アーム（４）の先端に設けられたリンク作動装置（５）とを備える。リンク作動装置（５）は、基端側のリンクハブ（３２）に対し先端側のリンクハブ（３３）が３組以上のリンク機構（３４）を介して姿勢を変更可能に連結されている。３組以上のリンク機構（３４）のうちの２組以上のリンク機構（３４）に、基端側のリンクハブ（３２）に対して先端側のリンクハブ（３３）の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ（３１）が設けられている。

Description

多関節ロボット 関連出願
　この出願は、２０１７年３月２９日出願の特願２０１７－０６５６０５の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、例えば、医療機器、産業機器のような高速、高精度、および広範な作動範囲を必要とする機器に用いられる多関節ロボットに関する。
　多関節ロボットに関して、例えば以下の特許文献１～３の提案がある。特許文献１のロボットアーム機構は、回転関節と直動関節を含む複数の関節部を有する。特許文献２の産業用ロボットは、水平に回動する２つのアームが組み合わされている。特許文献３のワーク搬送ロボットは、ガードレールにマニピュレータを取り付けられている。
特開２０１６－８３７２２号公報 特開平６－２６２５５５号公報 特開平８－１７４４４９号公報
　特許文献１は、関節部の配置を工夫することで、可動範囲内で特異点姿勢が生じることを解消または減少させている。しかしながら、特許文献１のロボットアーム機構の構成では、物を搬送するような動きには対応できるが、伸縮方向に対して直角方向には動けないことから、細かな動きが難しく、組立作業のような細かな動きはできないと思われる。また、特許文献２の産業用ロボットは、物の取出し方向が下方の一方向であるので、様々な作業に対応することが難しい。さらに、特許文献３のワーク搬送ロボットは、マニピュレータによる細かな作業が可能であるが、ガードレールを設置するための広いスペースが必要である。
　この発明の目的は、特異点を持たずに動作することができ、平面視で広い可動範囲が得られ、先端のエンドエフェクタ取付ステージを任意の角度に姿勢変更が可能な多関節ロボットを提供することである。
　この発明の多関節ロボットは、支持体に設けられ鉛直方向の軸心周りに回転自在な第一アームと、前記第一アームを回転させる第一アーム回転モータと、前記第一アームの先端に設けられ鉛直方向の軸心周りに回転自在な第二アームと、前記第二アームを回転させる第二アーム回転モータと、前記第二アームの先端に設けられたリンク作動装置とを備えている。
　前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結されている。前記各リンク機構は、前記基端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側の端部リンク部材と、前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端が回転可能に連結された中央リンク部材とを有している。前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられている。
　この多関節ロボットは、エンドエフェクタ取付ステージであるリンク作動装置の先端側のリンクハブにエンドエフェクタを取り付けて作業を行う。その際、第一アームおよび第二アームを回転させることでエンドエフェクタの水平位置を変更し、リンク作動装置を作動させることでエンドエフェクタの姿勢を変更する。
　水平位置変更用として第一アームと第二アームが設けられたことにより、第一アームの軸心を中心にして、第一アームの半径と第二アームの半径を加算した半径の範囲内の広い領域にエンドエフェクタを移動させることができる。この第一アームと第二アームからなる機構は特異点を持たないので、エンドエフェクタを目的位置まで最短で移動させることができる。
　リンク作動装置は、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交２軸周りに回転自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。このため、エンドエフェクタを任意の姿勢に変更することができる。また、リンク作動装置はコンパクトであるので、第一アームおよび第二アームにかかる負担が小さく、これらアームおよびその支持部の剛性を低く抑えることができる。
　この発明において、前記第二アームに、前記リンク作動装置を鉛直方向に昇降させる昇降機構が設けられていてもよい。これに代えて、前記支持体に、前記第一アームを鉛直方向に昇降させる昇降機構が設けられていてもよい。いずれの場合も、エンドエフェクタの上下高さを変更することができる。
　この発明において、前記第一アームに、出力軸が水平となるように前記第二アーム回転モータが設けられ、この第二アーム回転モータの前記出力軸と前記第二アームの回転軸とが一対のかさ歯車からなる歯車機構を介して直接または間接的に連結されていてもよい。第二アーム回転モータを出力軸が水平となるように設けることにより、多関節ロボットの高さを低く抑えることができる。
　この発明において、前記第二アーム回転モータの回転を前記第二アームの回転軸に伝達するベルト伝動機構が、前記第一アームの内部に設けられていてもよい。この場合、第二アーム回転モータを第一アームの基端寄りの位置に設置することができる。これにより、第一アームにかかる荷重の負担を軽減することができる。
　この発明において、前記第二アームに対して前記リンク作動装置を鉛直方向の軸心周りに回転させる回転機構が設けられていてもよい。回転機構が設けられていると、エンドエフェクタの鉛直方向の軸心周りの向きを変更することができる。
　前記回転機構が設けられる場合、この回転機構の回転用モータが、その出力軸が水平となるように前記第二アームに設けられ、前記回転用モータの出力軸と前記リンク作動装置の回転軸とが一対のかさ歯車からなる歯車機構を介して直接または間接的に連結されていてもよい。回転用モータを出力軸が水平となるように設けられることにより、多関節ロボットの高さを低く抑えることができる。
　この発明において、前記リンク作動装置が、中立状態において前記基端側のリンクハブと前記先端側のリンクハブとが水平に並ぶように、前記第二アームの先端に設けられていてもよい。この場合、リンク作動装置と水平に対向する位置にあるワークに対して作業を行うのに適する。また、全体的に上下方向にスリムな構成とすることができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。
この発明の第１実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成を示す図である。 同多関節ロボットの平面図である。 同多関節ロボットのリンク作動装置の一部を省略して示す正面図である。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の一状態を示す正面図である。 同パラレルリンク機構の異なる状態を示す正面図である。 図３のVI－VI断面図である。 同パラレルリンク機構の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 この発明の第２実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成を示す図である。 図８に示す多関節ロボットの変形例の部分図である。 この発明の第３実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成を示す図である。 この発明の第４実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成を示す図である。
　以下、図面と共にこの発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
　図１は第１実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成を示す図、図２はその平面図である。この多関節ロボット１は、地面に設置された支持体２と、この支持体２の上端に鉛直方向の軸心Ｏ１周りに回転自在に支持された第一アーム３と、この第一アーム３の先端に鉛直方向の軸心Ｏ２周りに回転自在に支持された第二アーム４と、この第二アーム４の先端に支持されたリンク作動装置５と、このリンク作動装置５を鉛直方向の軸心Ｏ３周りに回転させ、かつ前記軸心Ｏ３に沿って昇降させる回転・昇降機構６とを備える。この実施形態では、支持体２が地面に設置されているが、支持体２は天井から吊り下げられていてもよい。後で説明する他の実施形態についても同様である。
　第一アーム３は、その基端部（図１の右端部）が、前記軸心Ｏ１を有する回転軸１１に取り付けられている。回転軸１１は支持体２に設けられ、その上端部が支持体２の上面から上方に突出している。この回転軸１１の上端部に、第一アーム３が取り付けられている。支持体２の内部には、第一アーム回転モータ１２および減速機１３が設けられている。
　第二アーム４は、その基端部（図１の右端部）が、前記軸心Ｏ２を有する回転軸１４に取り付けられている。回転軸１４は、第一アーム３の先端（図１の左端）に設けられ、その下端部が第一アーム３の下面から下方に突出している。この回転軸１４の下端部に、第二アーム４を取り付けている。第一アーム３の先端部の上面に、第二アーム回転モータ１５が設けられ、第一アーム３の内部に減速機１６が設けられている。
　回転・昇降機構６は、第二アーム４の先端部（図１の左端部）から下方に突出する回転軸１７を有し、その下端にリンク作動装置５が取り付けられている。回転・昇降機構６は、回転軸１７を回転させる回転機構６ａと、回転軸１７を昇降させる昇降機構６ｂとを有している。回転機構６ａは回転用モータ１８を有し、昇降機構６ｂは昇降用モータ１９を有している。
［リンク作動装置］
　図３はリンク作動装置の一部を省略した正面図である。なお、図３では、図１に示す設置状態と上下反転して示されている。リンク作動装置５は、パラレルリンク機構３０と、このパラレルリンク機構３０を作動させる姿勢制御用駆動源３１とを有している。
　図４および図５は、パラレルリンク機構３０のみを取り出して示した図であり、互いに異なる状態を示している。パラレルリンク機構３０は、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３を３組のリンク機構３４を介して姿勢変更可能に連結する。なお、図３では、１組のリンク機構３４のみが示されている。リンク機構３４の数は、４組以上であってもよい。
　各リンク機構３４は、基端側の端部リンク部材３５、先端側の端部リンク部材３６、および中央リンク部材３７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構を構成する。基端側および先端側の端部リンク部材３５，３６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ３２および先端側のリンクハブ３３に回転自在に連結されている。中央リンク部材３７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材３５，３６の他端が回転自在に連結されている。
　パラレルリンク機構３０は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造である。つまり、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸、および基端側の端部リンク部材３５と中央リンク部材３７の各回転対偶の中心軸が、基端側の球面リンク中心ＰＡ（図３）で交差している。同様に、先端側のリンクハブ３３と先端側の端部リンク部材３６の各回転対偶の中心軸、および先端側の端部リンク部材３６と中央リンク部材３７の各回転対偶の中心軸が、先端側の球面リンク中心ＰＢ（図３）で交差している。
　また、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶から基端側の球面リンク中心ＰＡまでの距離は同じであり、基端側の端部リンク部材３５と中央リンク部材３７の各回転対偶から基端側の球面リンク中心ＰＡまでの距離も同じである。同様に、先端側のリンクハブ３３と先端側の端部リンク部材３６の各回転対偶から先端側の球面リンク中心ＰＢまでの距離は同じであり、先端側の端部リンク部材３６と中央リンク部材３７の各回転対偶から先端側の球面リンク中心ＰＢまでの距離も同じである。基端側の端部リンク部材３５と中央リンク部材３７との回転対偶の中心軸と、先端側の端部リンク部材３６と中央リンク部材３７との回転対偶の中心軸とは、ある交差角γ（図３）を持っていてもよいし、平行であってもよい。
　図６は図３のVI－VI断面図である。同図に、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材３７と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６の形状ならびに位置関係も図６と同様である（図示せず）。
　図６では、基端側のリンクハブ３２（先端側のリンクハブ３３）と基端側の端部リンク部材３５（先端側の端部リンク部材３６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、基端側の端部リンク部材３５（先端側の端部リンク部材３６）と中央リンク部材３７との各回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度αが９０°であるが、前記角度αは９０°以外であってもよい。
　３組のリンク機構３４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図７に示すように、各リンク部材３５，３６，３７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材３７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることをいう。
　図７は、一組のリンク機構３４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構３０は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ３２および基端側の端部リンク部材３５で構成される基端側部分と、先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６で構成される先端側部分との位置関係が、中央リンク部材３７の中心線Ｃに対して回転対称となる。各中央リンク部材３７の中央部は、共通の軌道円Ｄ上に位置している。
　基端側のリンクハブ３２と先端側のリンクハブ３３と３組のリンク機構３４とで、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３が直交２軸回りに回転自在な２自由度機構が構成されている。言い換えると、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の回転が、２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の可動範囲を広くとれる。
　例えば、基端側の球面リンク中心ＰＡを通り、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図６）と直角に交わる直線を基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡとする。また、先端側の球面リンク中心ＰＢを通り、先端側のリンクハブ３３と先端側の端部リンク部材３６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図６）と直角に交わる直線を先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとする。この場合、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図７）の最大値を約±９０°とすることができる。
　また、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の旋回角φ（図７）を０°～３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度である。旋回角φは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度である。
　基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図４は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示す。図５は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが或る作動角をとった状態を示す。姿勢が変化しても、基端側の球面リンク中心ＰＡと先端側の球面リンク中心ＰＢ間の距離Ｌ（図７）は変化しない。
　各リンク機構３４が以下の条件１～５を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ３２および基端側の端部リンク部材３５で構成される基端側部分と、先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６で構成される先端側部分とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構３０は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
（条件１）各リンク機構３４における基端側のリンクハブ３２（先端側のリンクハブ３３）と基端側の端部リンク部材３５（先端側の端部リンク部材３６）との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが等しい。
（条件２）基端側のリンクハブ３２（先端側のリンクハブ３３）と基端側の端部リンク部材３５（先端側の端部リンク部材３６）との回転対偶の中心軸Ｏ１、および基端側の端部リンク部材３５（先端側の端部リンク部材３６）と中央リンク部材３７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側の球面リンク中心ＰＡ（先端側の球面リンク中心ＰＢ）で交差する。
（条件３）基端側の端部リンク部材３５と先端側の端部リンク部材３６の幾何学的形状が等しい。
（条件４）中央リンク部材３７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
（条件５）中央リンク部材３７の対称面に対して、中央リンク部材３７と基端側の端部リンク部材３５との角度位置関係と、中央リンク部材３７と先端側の端部リンク部材３６との角度位置関係が同じである。
　図３～図５に示すように、基端側のリンクハブ３２は、基端部材４０と、この基端部材４０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材４１とを有している。基端部材４０は、中央部に円形の貫通孔４０ａ（図３）が形成され、この貫通孔４０ａの周囲に３個の回転軸連結部材４１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔４０ａの中心は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡ上に位置する。各回転軸連結部材４１に、回転軸４２（図４、図５）が回転自在に連結されている。回転軸４２の軸心は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと交差する。この回転軸４２に、基端側の端部リンク部材３５の一端が連結されている。
　図６に示すように、回転軸４２は、２個の軸受４３を介して回転軸連結部材４１に回転自在に支持されている。軸受４３は、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。軸受４３は、回転軸連結部材４１に設けられた内径孔４４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定されている。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
　回転軸４２に、基端側の端部リンク部材３５の一端と扇形のかさ歯車４５とが、回転軸４２と一体に回転するように結合されている。扇形のかさ歯車４５は、後述の軸直交型減速機７７の一部を構成する。詳しくは、基端側の端部リンク部材３５の一端に切欠き部４６が形成されており、この切欠き部４６の両側部分である内外の回転軸支持部４７，４８間に回転軸連結部材４１が配置されている。かさ歯車４５は、内側の回転軸支持部４７の内側面に当接して配置される。
　回転軸４２が内側から、かさ歯車４５に形成された貫通孔、内側の回転軸支持部４７に形成された貫通孔、軸受４３の内輪、外側の回転軸支持部４８に形成された貫通孔の順に挿通される。この状態で、回転軸４２の頭部４２ａと回転軸４２のねじ部４２ｂに螺着したナット５０とで、かさ歯車４５、内外の回転軸支持部４７，４８および軸受４３の内輪が挟持され、互いに結合されている。内外の回転軸支持部４７，４８と軸受４３との間にスペーサ５１，５２が介在されており、ナット５０の螺着時に軸受４３に予圧が付与されている。
　基端側の端部リンク部材３５の他端に、回転軸５５が結合されている。回転軸５５は、２個の軸受５３を介して中央リンク部材３７の一端に回転自在に連結されている。詳しくは、基端側の端部リンク部材３５の他端に切欠き部５６が形成されており、この切欠き部５６の両側部分である内外の回転軸支持部５７，５８間に、中央リンク部材３７の一端が配置されている。
　回転軸５５が外側から、外側の回転軸支持部５８に形成された貫通孔、軸受５３の内輪、内側の回転軸支持部５７に形成された貫通孔の順に挿通される。この状態で、回転軸５５の頭部５５ａと回転軸５５のねじ部５５ｂに螺着したナット６０とで、内外の回転軸支持部５７，５８および軸受５３の内輪が挟持され、互いに結合されている。内外の回転軸支持部５７，５８と軸受５３との間にスペーサ６１，６２が介在されており、ナット６０の螺着時に軸受５３に予圧が付与されている。
　図４、図５に示すように、先端側のリンクハブ３３は、先端部材７０と、この先端部材７０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材７１とを有している。回転軸連結部材７１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢ上に位置する。回転軸連結部材７１に、回転軸７３が回転自在に連結されている。回転軸７３の軸心は、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢと交差する。この先端側のリンクハブ３３の回転軸７３に、先端側の端部リンク部材３６の一端が連結されている。
　先端側の端部リンク部材３６の他端に、回転軸７５が連結されている。回転軸７５は、中央リンク部材３７の他端に回転自在に連結されている。先端側のリンクハブ３３の回転軸７３および中央リンク部材３７の回転軸７５は、前述の回転軸４２，５５と同様に、２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材７１および中央リンク部材３７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。
　図３に示すように、パラレルリンク機構３０を作動させる姿勢制御用駆動源３１は、基端部材４０に設置されている。姿勢制御用駆動源３１の出力軸３１ａは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと平行である。姿勢制御用駆動源３１の数は、リンク機構３４と同数の３個である。姿勢制御用駆動源３１はロータリアクチュエータからなる。姿勢制御用駆動源３１の出力軸３１ａに、かさ歯車７６が取り付けられている。このかさ歯車７６と、基端側のリンクハブ３２の回転軸４２に取り付けられた扇形のかさ歯車４５とが噛み合っている。これら一対のかさ歯車７６，４５により、入力側軸と出力側軸とが互いに直交した軸直交型減速機７７が構成されている。
　図６に示すように、姿勢制御用駆動源３１および軸直交型減速機７７は、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５との回転対偶部よりも内径側に配置されている。この実施形態では、リンク機構３４と同数の姿勢制御用駆動源３１が設けられているが、３組のリンク機構３４のうち少なくとも２組に姿勢制御用駆動源３１が設けられていれば、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢を確定することができる。
　リンク作動装置５は、各姿勢制御用駆動源３１を回転駆動することで、パラレルリンク機構３０を作動させる。詳しくは、姿勢制御用駆動源３１を回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車７６，４５からなる軸直交型減速機７７を介して回転軸４２に伝達される。これにより、基端側のリンクハブ３２に対する基端側の端部リンク部材３５の角度が変更する。その結果、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢が決まる。この実施形態では、軸直交型減速機７７が、一対のかさ歯車７６，４５からなるが、これに限定されず、例えば、ウォームギヤとピニオンギヤを用いた機構、ハイポイドギヤ（商標名）を用いた機構等であってもよい。
　この多関節ロボット１は、リンク作動装置５の先端側のリンクハブ３３にエンドエフェクタ（図示せず）を取り付けて作業を行う。つまり、先端側のリンクハブ３３がエンドエフェクタ取付ステージを構成する。その際、第一アーム３および第二アーム４を鉛直方向の軸心Ｏ１，Ｏ２の周りにそれぞれ回転させることで、エンドエフェクタの水平位置が変更される。さらに、リンク作動装置５を作動させることで、エンドエフェクタの姿勢が変更される。また、回転・昇降機構６により、リンク作動装置５を鉛直方向の軸心Ｏ３周りに回転させ、かつ軸心Ｏ３に沿って昇降させることで、エンドエフェクタの向きおよび高さが調整される。この実施形態では、先端側のリンクハブ３３が下側に位置するようにリンク作動装置５が設けられている。このため、リンク作動装置５の下方に位置するワークに対して作業を行うのに適する。
　水平位置変更用として第一アーム３と第二アーム４とを有する。したがって、図２に示すように、第一アーム３の軸心Ｏ１を中心とし、第一アーム３の半径Ｒ１と第二アーム４の半径Ｒ２を加算した半径（Ｒ１＋Ｒ２）の範囲内の広い領域にエンドエフェクタを移動させることができる。この第一アーム３と第二アーム４からなる機構は特異点を持たないので、エンドエフェクタを目的位置まで最短で移動させることができる。
　リンク作動装置５は、先端側のリンクハブ３３の可動範囲を広くとれる２自由度機構である。このため、エンドエフェクタを任意の姿勢に変更することができる。また、リンク作動装置５はコンパクトであるので、第一アーム３および第二アーム４にかかる負担が小さく、これらの剛性を低く抑えることができる。
［第２実施形態］
　図８は第２実施形態を示す。第２実施形態の多関節ロボット１は、支持体２に、第一アーム３を昇降させる昇降機構７が設けられている。第一アーム３は、支持体２に対して昇降可能な昇降体８に設けられている。第二アーム４には、第１実施形態における回転・昇降機構６に代えて、単にリンク作動装置５を軸心Ｏ３周りに回転させる回転機構９が設けられている。第２実施形態の構成でも、第１の実施形態と同様に、リンク作動装置５を鉛直方向の軸心Ｏ３周りに回転させ、かつ軸心Ｏ３に沿って昇降させることができる。
　第２実施形態では、第１実施形態と異なり、第二アーム回転モータ１５が第一アーム３の上面に設けられ、第二アーム回転モータ１５の出力軸１５ａが水平となるように設定されている。第二アーム回転モータ１５の出力軸１５ａと減速機１６の入力軸１６ａとが、一対のかさ歯車２１，２２からなる歯車機構２３を介して連結されている。減速機１６の入力軸１６ａは、第二アーム４の回転軸１４と同軸上に配置されている。減速機１６を設けない場合、第二アーム回転モータ１５の出力軸１５ａと第二アーム４の回転軸１４とが、歯車機構２３を介して連結される。このように、出力軸１５ａが水平となるように第二アーム回転モータ１５を設けると、多関節ロボット１の高さを低く抑えることができる。
　回転機構９の回転用モータ２４も、第二アーム回転モータ１５と同様に、第二アーム４の上に設けられ、出力軸２４ａが水平となるように設定されている。この回転用モータ２４の出力軸２４ａと減速機２５の入力軸２５ａとが、一対のかさ歯車２６，２７からなる歯車機構２８を介して連結されている。減速機２５の入力軸２５ａは、リンク作動装置５の回転軸１７と同軸上に配置されている。減速機２５を設けない場合、回転用モータ２４の出力軸２４ａとリンク作動装置５の回転軸１７とが、歯車機構２８を介して連結される。この場合も、多関節ロボット１の高さを低く抑えることができる。
　図８の構成に代えて、図９に示すように、第二アーム回転モータ１５および歯車機構２３を第一アーム３の内部に設けてもよい。この場合、多関節ロボット１の高さをより一層低く抑えることができる。
［第３実施形態］
　図１０は第３実施形態を示す。第３実施形態の多関節ロボット１は、第２実施形態と異なり、第二アーム回転モータ１５の回転が、第一アーム３の内部に設けられたベルト伝動装置２９を介して、第二アーム４の回転軸１４に伝達されている。この場合、第二アーム回転モータ１５を第一アーム３の基端（図１０の右端）寄りの位置に設置することができ、第一アーム３にかかる荷重の負担を軽減することができる。
［第４実施形態］
　図１１は第４実施形態を示す。第４実施形態の多関節ロボット１は、第１～３実施形態と異なり、リンク作動装置５が第二アーム４の先端（図１１に左端）に設けられ、中立状態において基端側のリンクハブ３２と先端側のリンクハブ３３とが水平に並ぶように設定されている。中立状態とは、図４のように、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を指す。図１１に示すリンク作動装置５は、第二アーム４の内部に設けられた回転用モータ２４により、水平方向の軸心Ｏ４の周りに回転させられる。
　このようにリンク作動装置５を配置すると、リンク作動装置５と水平に対向する位置にあるワークに対して作業を行うのに適する。また、全体的に上下方向にスリムな構成とすることができる。第４の実施形態においても、図９のように、第二アーム回転モータ１５および歯車機構２３を第一アーム３の内部に設けてもよい。この場合も、多関節ロボット１の高さをより一層低く抑えることができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１…多関節ロボット
２…支持体
３…第一アーム
４…第二アーム
５…リンク作動装置
６…回転・昇降機構
６ａ…回転機構
６ｂ…昇降機構
７…昇降機構
９…回転機構
１２…第一アーム回転モータ
１４…第二アームの回転軸
１５…第二アーム回転モータ
１５ａ…第二アーム回転モータの出力軸
１７…リンク作動装置の回転軸
２１，２２…かさ歯車
２３…歯車機構
２４…回転用モータ
２４ａ…出力軸
２６，２７…かさ歯車
２８…歯車機構
２９…ベルト伝動機構
３１…姿勢制御用アクチュエータ
３２…基端側のリンクハブ
３３…先端側のリンクハブ
３４…リンク機構
３５…基端側の端部リンク部材
３６…先端側の端部リンク部材
３７…中央リンク部材
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３…鉛直方向の軸心

Claims (8)

  1. 　支持体に設けられ鉛直方向の軸心周りに回転自在な第一アームと、
    　前記第一アームを回転させる第一アーム回転モータと、
    　前記第一アームの先端に設けられ鉛直方向の軸心周りに回転自在な第二アームと、
    　前記第二アームを回転させる第二アーム回転モータと、
    　前記第二アームの先端に設けられたリンク作動装置と、を備え、
    　前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、
    　前記各リンク機構は、前記基端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側の端部リンク部材と、前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端が回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、
    　前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられている多関節ロボット。
  2. 　請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記第二アームに、前記リンク作動装置を鉛直方向に昇降させる昇降機構が設けられている多関節ロボット。
  3. 　請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記支持体に、前記第一アームを鉛直方向に昇降させる昇降機構が設けられている多関節ロボット。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記第一アームに、出力軸が水平となるように前記第二アーム回転モータが設けられ、
    　前記第二アーム回転モータの前記出力軸と前記第二アームの回転軸とが一対のかさ歯車からなる歯車機構を介して直接または間接的に連結されている多関節ロボット。
  5. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記第二アーム回転モータの回転を前記第二アームの回転軸に伝達するベルト伝動機構が、前記第一アームの内部に設けられている多関節ロボット。
  6. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記第二アームに対して前記リンク作動装置を鉛直方向の軸心周りに回転させる回転機構が設けられている多関節ロボット。
  7. 　請求項６に記載の多関節ロボットにおいて、前記回転機構の回転用モータが、その出力軸が水平となるように前記第二アームに設けられ、
    　前記回転用モータの出力軸と前記リンク作動装置の回転軸とが一対のかさ歯車からなる歯車機構を介して直接または間接的に連結されている多関節ロボット。
  8. 　請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記リンク作動装置が、中立状態において前記基端側のリンクハブと前記先端側のリンクハブとが水平に並ぶように、前記第二アームの先端に設けられている多関節ロボット。
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