JPH0453674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、作業対象物体を平面上で精密に移載
組立を行う水平多関節リンク型の産業用ロボツト
に関するものである。

従来の技術 従来、水平移動を主体とする平面産業用ロボツ
トは、第７図にその具体構成を示す、所謂スカラ
ー型ロボツトといわれる直列アームを有する水平
多関節塞が大半である。

これはベース１と一体となつた支柱２に、回動
可能に結合する第１アーム３とこれを駆動する第
１モータ４と、一般的にはハーモニツク減速機に
代表される第１減速機（図示せず）とを有し、第
１アームの他端には回動可能に結合する第２アー
ム６と、これを駆動する第２モータ７及び第２減
速機（図示せず）を有し、更に第２アームの他端
には上下動用アクチユエータ９（一般的には流体
シリンダ又はボールネジ等の減速手段を備えた小
型モータ等）及び支柱２に取付けられたモータア
クチユエータ１０と連動しタイミングベルト１１
等で伝動される回転手段を備えている。

上記の様な構成では、支柱２により作業領域が
限定され、左右のアーム回動により作業領域を拡
張しても、速やかに作業領域の全域を移動するこ
とは困難である。

この点を改良するために、第８図に示すアーム
形態を有するロボツトが開発されている。これは
第１アーム１２の一端に第２アーム１３が取付け
られ、第１アームと第２アームの結合点に第２ア
ーム１３の駆動モータ１４を取付け、第２アーム
１３の他端に上下及び回転手段１５を備えてい
る。

上記構成のロボツトも第７図に示すロボツトと
同様に、アーム及び原動機の重量のため自己慣性
トルクが大きくなり、又直列にアームを結合して
いるため、第１アーム１２と第２アーム１３が相
互に干渉し影響を及ぼす相互干渉トルクが発生
し、ロボツトの制御性や位置決め精度が悪化し、
高速化にも限界を生ずるなどの欠点を有してい
た。

この直列アームによるモータ自重を軽減するた
めに、第９図に示す平行リンクを用いた構成のロ
ボツトが、提案されている（特開昭57−33993号
公報第２図参照）。

これは固定台１６に２個のモータ１７，１８を
モータ軸が同心に対向するように配設固定し、
夫々のモータ軸に第１アーム１９及び第４アーム
２０を固定し、第１アーム１９の先端に第２アー
ム２１を、第４アーム２０の先端に第３アーム２
２の一端を枢着し、第３アーム２２の先端を第２
アーム２１の中間部に枢着して第２アーム２１を
所定長突出させ、その先端に工具２３及び工具回
転用モータ２４を取り付けたロボツトである。

上記構成のロボツトは、モータ自重による慣性
トルクの増大は防止できるが、モータ支持部が背
後にあり、アームの作業領域が制限され、又ハン
ド部２５の上下手段がなく更に工具回転用モータ
２４がハンド部の先端に設けられているので、負
荷が先端に集中し、第１アーム１９、第４アーム
２０の相互に干渉をする相互干渉トルクが発生
し、その結果、モータの制御性の悪化を招き、高
速化や位置決め精度にも限界を生ずるなどの欠点
を有していた。

そこで、本発明者らは、上記欠点を解消するた
めに第１０図に示す、平行リンクを用いた産業用
ロボツトを提案した（特開昭59−243760号）。

これは第１アーム２６の駆動用原動機２７と第
４アーム２８の駆動用原動機２９を支柱３０で保
持し、先端ハンド部３１の上下及び回転駆動用ア
クチユエータ３２、及び３３を第２アーム３４と
第３アーム３５の結合点の近傍、即ち第３アーム
３５と第４アーム２８の回動中心３６に関して、
ハンド部３１と反対側に配置し、各アームのアー
長、アーム質量、重心位置を一定の条件を満すよ
う設定することによつて、第１アーム２６と第４
アーム２８間に生ずる相互干渉トルクを軽減し、
負荷容量の小さな原動機でコンパクトな構成を可
能とし、位置精度、高速性能を向上させるもので
あつた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、支柱３
０のためやはり作業範囲が制限され、又、上下及
び回転駆動用アクチユエータを共に第３アーム３
５上に設置するため、これらのアクチユエータの
自重により自己慣性トルクが増化する。

更に、ハンド部３１の回転角度を一定角度に維
持しようとする場合、常に回転用アクチユエータ
３３を位置制御する必要が生じ、制御系が高価に
なる問題が懸念される。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので、
アーム相互間の干渉トルク及びアームの自己慣性
トルクを軽減し、小型コンパクトな構成により、
先端ハンド部の位置精度、高速性能を向上し、更
に先端ハンド部の回転姿勢に関する定位置制御を
容易にする産業用ロボツトを提供するものであ
る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の産業用ロ
ボツトは、ベース上に垂設された支柱と、前記支
柱に回動可能に結合された第１アームと、前記第
１アームの他端に鉛直軸方向中心に回動可能に結
合された第２アームと、前記第２アームの他端に
鉛直軸方向中心に回動可能に結合された第３アー
ムと、前記支柱に回動可能に結合され、かつその
他端に前記第３アームの長手方向の中間位置に鉛
直方向中心に回動可能に結合された第４アーム
と、前記支柱にその支柱と同軸芯になるよう保持
され、前記第４アームをその軸を中心に回転駆動
する第１原動機と、同じく前記支柱にその支柱と
同軸芯になるよう保持され、前記第１アームをそ
の軸を中心に回転駆動する第２原動機と、前記第
３アームの先端に取付けられ、上下動可能かつ回
転可能な工具と、前記第２アームと前記第３アー
ムの結合部に、あるいはその近傍の第３アーム上
に取付けられ、第１伝達手段を介して前記工具を
上下動させる第３原動機と、ベース上に取付けら
れ、第２伝達手段を介して前記工具を回転駆動す
る第４原動機とからなり、かつ前記第２伝達手段
を、ベースに対する前記工具の回転角が前記第３
アームの位置に関係なく常に一定に維持されるよ
う構成したものである。

作 用 本発明は上記構成の如く、第１、第２及び第４
原動機をベース上に設置することによりアームの
負荷重量を軽減し、第３原動機を、第２アームと
第４アームの回動中心に関してハンド部と反対側
の第３アーム上に配設することによつて、第１０
図の従来例で明示した理由と同じ作用により、即
ち各アームのアーム長（第１、第２、第３、第４
アーム長を各々l₁，l₂，l₃，l₄とする）アーム質量
（第１、第２、第３、第４アームの質量をm₁，
m₂，m₃，m₄とする）及び重心位置（第１、第
２、第３、第４アームの各重心位置を各々の結合
点よりの距離であらわしたものをh₁，h₂，h₃，h₄
とする）をm₂l₁h₂＝m₃l₂l₃の条件を満すように設
定することにより、第１アームと第４アーム間に
生ずる相互干渉トルクを低減する作用が生じ、原
動機の制御性が向上し、小型の負荷容量をもつ原
動機で高速、高精度が達成できる。又支柱を第１
原動機と第２原動機の回転中心を一致させかつこ
れらを保持する構成により各アームの回動範囲が
拡大する。更に第４原動機をベース上に固定設置
し、第１及び第２原動機の回転中心及び第３アー
ムと第４アームの回動中心を経由して、ハンド部
の回動軸に回転運動を伝達手段であるタイミング
ベルト等で伝達することにより、第４原動機の回
転を定位置に固定すると、第１アーム及び第４ア
ームが移動してもハンド先端の回転位置は定位置
に固定される。この結果、上記構成の産業用ロボ
ツトにおいても定位置制御が容易になる。

実施例 以下本発明の一実施例の産業用ロボツトについ
て図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例における産業用ロボツ
トの平面図を示すものである。また第２図は正面
図、第３図は側面略示図である。

第３図において４０はベース、４１は第１原動
機、４２は第２原動機であり、４３は第１、第２
原動機４１，４２と共通の軸心を有し、これらを
保持する中空の支柱である。また第１図において
４４は第２原動機４２の出力軸と結合された第１
アーム、４５は第１アーム４４の他端で回動可能
に結合された第２アーム、４６は第２アーム４５
の他端で回動可能に結合された第３アーム、４７
は第１原動機４１の出力軸に結合され、他端が第
３アーム４６の中間で回動可能に結合された第４
アームで、第１〜第４アームで閉ループのリンク
アームを形成する。第２図に示す４８はハンド
部、４９は第３アーム上に配設された第３原動機
で、第３アーム４６と第４アーム４７を結合した
回動軸心５０に対しハンド部４８と反対の位置に
取付けられる。５１は第３原動機４９の回転力を
ハンド部４８に伝達する第１タイミングベルトで
ある。５２はベース４０上に固定して設置された
第４原動機である。

第４図は第４原動機５２の伝達機構の略示図
で、５３は第１平歯車、５４は第１平歯車５３と
噛合つて係合している第２平歯車、５５は第２平
歯車５４と同軸の回転軸５６を共有する第１タイ
ミングプーリである。第１平歯車５３と第２平歯
車５４の歯数比は１：１又１：10以下に設定され
ている。また第１図において５７は第１タイミン
グプーリ５５より回転を伝達する第２タイミング
ベルトである。また第３図において５８及び、５
９は支柱４３と同じ軸心を有する第２及び第３タ
イミングプーリで、第２タイミングベルト５７と
係合している。第２タイミングプーリ５８と第３
タイミングプーリ５９は一体化しており、軸受６
０及び６１を介して支柱４３に保持されている。
第２タイミングベルト５７は、この第２タイミン
グプーリ５８に回転力を伝達する様取付けられて
いる。６２は第３タイミングベルトで、６３は第
３アーム４６と第４アーム４７の回動中心軸５０
と軸心を共有して設置された第４タイミングプー
リである。第３タイミングベルト６２は第３タイ
ミングプーリ５９の回転力を第４タイミングプー
リ６３に伝達する様、結合している。

第５図は第３アーム４６と第４アーム４７の回
動軸部の断面図である。６４は第４タイミングプ
ーリ６３と一体化し、第３アーム４６より突出し
て設けられた固定軸６５に軸受６６及び６７を介
して、回動可能に取付けられた第５タイミングプ
ーリである。６８は第３アーム４６より突出して
設けられた固定軸で、第４アーム４７と軸受６９
及び７０を介して回動可能に設置されている。

第６図は先端ハンド部の断面図である。７１は
第４タイミングベルトで、ハンド部４８は回転軸
７２に設けられた第６タイミングプーリ７３と回
転力を伝達する様取付けられている。７４は回転
及び上下摺動可能なスプライン軸、７５及び７６
は軸受である。７７は第３原動機４９より回転力
を伝達する第１タイミングベルト５１と係合する
第７タイミングプーリである。７８はハンド部４
８の上下動作を行うボールネジ、７９はそのナツ
ト部で、ナツト部７９と前記スプライン軸７４は
ブラケツト８０により固定して係合されている。
８１はこれらを保持するホルダー、８２はホルダ
ー８１と第３アームを固定して一体化するブラケ
ツトである。

次に第３図において、８３は第１原動機４１の
出力軸、８４は第２原動機４２の出力軸で、各々
減速機等を介さず直接第４アーム４７及び第１ア
ーム４４に取付けられている。

又支柱４３は中空であり、コネクタ８５により
導入された第２、第３原動機４２、４９等の動力
線や信号線等の配線を収納している。

以上の様に構成された産業用ロボツトについて
以下第１、第２図及び第３図を用いてその動作を
説明する。

一般に、平面作業を主体とする産業用ロボツト
においては、平面上の任意の位置に移動する必要
がある。本発明の産業用ロボツトは、第１原動機
４１及び第２原動機４２を作動させることによつ
て、第４アーム４７及び第１アーム４４が所定の
角度移動し、これらに回動可能に係合している第
２及び第３アーム４５，４６より形成される閉ル
ープリンク機構により、第３アーム４６先端に設
置されたハンド部４８が所定の位置に移動する。
次に先端ハンド部４８の上下及び回転移動による
位置決めについて説明する。上下動については第
３原動機４９の作動により、第３アーム内に配設
された第１タイミングベルト５１により、第６図
に示すボールネジ７８に回転力が伝達され、任意
の高さに移動する。ハンド部４８の回転移動は第
４原動機５２の作動により、第２、第３、第４タ
イミングベルト５７、６２，７１により、ハンド
部４８のスプライン軸７４と係合している第６タ
イミングプーリ７３に、回転力が伝達され、所定
の回転角度を設定できる。ここで少なくとも第
１、第４、第５、第６タイミングプーリは同一の
ピツチ円直径を有しており、第４原動機５２の回
転角度は第６タイミングプーリ７３を経てスプラ
イン軸７４に正確に伝達される。又この伝達系の
構成により第４原動機５２の回転角を一定に維持
すると、ハンド先端の回転軸７２の回転もベース
に対し一定角度に維持された一定角の姿勢制御が
容易となる。又前述した如く、ハンド部４８と第
３原動機４９及び第１、第２、第３、第４アーム
４４，４５，４６，４７の構成を利用して、各ア
ームの長さ、質量、重心を一定の条件を満足する
ように設定することによつて、アーム相互間の干
渉トルクの発生が押えられ、この結果第１、第２
原動機４１，４２に及ぼす外乱項が少なくなり原
動機の制御が改善される。又第４原動機５２をベ
ース４０上に設置することによりアームに加わる
負荷、即ちアームの自己慣性が減少し、小型容量
の原動機の使用が可能となる。

更に支柱４３が第１、第２原動機４１，４２の
回転軸心を共有して設けられているため、第１、
第４アーム４４，４７の回転に関して支柱４３が
障害とならず360°以上の回動が可能となり、作業
範囲が著しく拡大される。又支柱４３を中空にし
て、この中に、配線を導入することにより配線の
処理が容易になる。

次に第３及び第４原動機４９，５２により、ハ
ンド部４８の上下及び回転移動を行うが、この回
転伝達を１：１又は１：10以下の減速比で行うよ
う伝達機構が設定されており、第１原動機４１及
び第２原動機４２の出力軸が第４アーム４７、第
１アーム４４に直接取付けられていることと併
せ、移動位置の教示には極めて小さい力で教示す
ることが可能となり、教示性能が著しく向上す
る。

発明の効果 以上のように本発明は、ベース上に垂設された
支柱と、前記支柱に回動可能に結合された第１ア
ームと、前記第１アームの他端に鉛直軸方向中心
に回動可能に結合された第２のアームと、前記第
２アームの他端に鉛直軸方向中心に回動可能に結
合された第３アームと、前記支柱に回動可能に結
合され、かつその他端が前記第３アームの長手方
向の中間位置に鉛直方向中心に回動可能に結合さ
れた第４アームと、前記支柱にその支柱と同軸芯
になるよう保持され、前記第４アームをその軸を
中心に回転駆動する第１原動機と、同じく前記支
柱にその支柱と同軸芯になるよう保持され、前記
第１アームをその軸を中心に回転駆動する第２原
動機と、前記第３アームの先端に取付けられ、上
下動可能かつ回転可能な工具と、前記第２アーム
と前記第３アームの結合部に、あるいはその近傍
の第３アーム上に取付けられ、第１伝達手段を介
して前記工具を上下動させる第３原動機と、ベー
ス上に取付けられ、第２伝達手段を介して前記工
具を回転駆動する第４原動機とからなり、かつ前
記第２伝達手段を、ベースに対する工具の回転角
が第３アームの位置に関係なく常に一定に維持さ
れるよう構成することにより、自己慣性トルクと
高速運転時にアーム間の相互干渉トルクを低減
し、負荷容量の小さな原動機を用いて小型コンパ
クトな構成とすることができ、かつ原動機の制御
性を向上できるので、先端ハンド部の位置精度、
高速性能を向上し、更に先端ハンド部の回転姿勢
に関する定位置制御を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における産業用ロボ
ツトの平面図、第２図は第１図の正面図、第３図
は第１図の側面略示図、第４図は第４原動機の伝
達機構の略示図、第５図は第３アームと第４アー
ムの回動軸部の断面図、第６図は先端ハンド部の
断面図、第７図、第８図、第９図、第１０図は従
来の産業用ロボツトの構成図である。 ４０……ベース、４１……第１原動機、４２…
…第２原動機、４３……支柱、４４……第１アー
ム、４５……第２アーム、４６……第３アーム、
４７……第４アーム、４８……ハンド部、４９…
…第３原動機、５１……第１タイミングベルト、
５２……第４原動機、５７……第２タイミングベ
ルト、６２……第３タイミングベルト、７１……
第４タイミングベルト、７４……スプライン軸、
７８……ボールネジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ベース上に垂設された支柱と、 前記支柱に回動可能に結合された第１アーム
   と、 前記第１アームの他端に鉛直軸方向中心に回動
   可能に結合された第２アームと、 前記第２アームの他端に鉛直軸方向中心に回動
   可能に結合された第３アームと、 前記支柱に回動可能に結合され、かつその他端
   が前記第３アームの長手方向の中間位置に鉛直方
   向中心に回動可能に結合された第４アームと、 前記支柱にその支柱と同軸芯になるよう保持さ
   れ、前記第４アームをその軸を中心に回転駆動す
   る第１原動機と、 同じく前記支柱にその支柱と同軸芯になるよう
   保持され、前記第１アームをその軸を中心に回転
   駆動する第２原動機と、 前記第３アームの先端に取付けられ、上下動可
   能かつ回転可能な工具と、 前記第２アームと前記第３アームの結合部に、
   あるいはその近傍の第３アーム上に取付けられ、
   第１伝達手段を介して前記工具を上下に駆動する
   第３原動機と、 ベース上に取付けられ、第２伝達手段を介して
   前記工具を回転駆動する第４原動機とからなり、 かつ前記第２伝達手段を、ベースに対する前記
   工具の回転角が前記第３アームの位置に関係なく
   常に一定に維持されるよう構成したことを特徴と
   する産業用ロボツト。 ２ 第１原動機の出力軸と第４アーム及び第２原
   動機の出力軸と第１アームが、ともに減速機等を
   介さず直接結合し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ツト。 ３ 第３原動機及び第４原動機の出力軸が工具の
   上下軸及び回転軸と１：１又は10：１以下の減速
   比を有する伝達手段で係合された特許請求の範囲
   第１項記載の産業用ロボツト。 ４ 第１原動機と第２原動機を保持する支柱が中
   空であり、この中空内に原動機を駆動するに必要
   な動力線と信号線が導入された特許請求の範囲第
   １項記載の産業用ロボツト。