JP3805560B2 - ロボット装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば物品のハンドリング、組立、加工などに使用するロボット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、例えば特公平４−４５３１０号公報に開示された従来のロボット装置（従来例１と称する）を示す斜視図である。図において、１０１はベースプレート、１０２はツール１１０が取り付けられる可動部材としてのエンドプレートである。１０３は２自由度を有する回転自在なジョイントである。１０６は回転式モータ１０９により回動自在に動作する第１のアーム、１０７はジョイント１０３を介してエンドプレート１０２に連結された２本のアーム１０７ａ，１０７ｂから構成される第２リンク手段、１０９は回転式モータ、１１２は回転式モータ１０９により回転される軸である。１１０はツールであって、把持部材，工具，吸着具または注入器などの作業部材からなる。１１１はベースプレート１０１の配置された回転式モータ、１１２は回転式モータ１１１の駆動力をツール１１０へ伝達するロッドシステムであり、図示の例では入れ子式腕を使用している。
【０００３】
次に動作について説明する。
ベースプレート１０１に取り付けられた回転式モータ１０９をそれぞれ所定の角度まで回転させることにより、回転式モータ１０９の回転軸に取り付けられた軸１０５の回転角度が決定され、その回転軸１０５に取り付けられた第１のアーム１０６のエンドプレート１０２側の先端位置が決定される。第１のアーム１０６のエンドプレート１０２側の端部と第２リンク手段１０７は２自由度を有する回転自在なジョイント１０３で連結されており、さらにエンドプレート１０２と第２リンク手段１０７を構成するアーム１０７ａ，１０７ｂのエンドプレート１０２側の端部も２自由度を有する回転自在なジョイントで連結されていることから、エンドプレート１０２を３次元空間内で所定の位置に決定することが可能となる。エンドプレート１０２の位置が決定されると、回転式モータ１１１を駆動させて例えば把持部材，工具，吸着具または注入器などの作業部材であるツール１１０の操作を行う。
【０００４】
図６は、特開平９−１３６２８６号公報に開示された他の従来のロボット装置（従来例２と称する）を示す斜視図である。図において、２０２はエンドプレート、２０３は第１のアーム２０６のエンドプレート２０２側の端部と第２リンク手段２０７、およびエンドプレート２０２と第２リンク手段２０７のエンドプレート２０２側の端部とを連結する２自由度を有する回転自在なジョイント、２０６は第１リンク、２０７は第２リンク手段、２０９は回転式モータ、２１０はツール、２１４はピニオン２１５に噛合したラック、２１５はピニオン、２１６は第１リンク２０６を保持するための部材である。
【０００５】
次に動作について説明する。
第１リンク２０６のベースプレート側（図示略）は第１のアーム２０６を保持するための部材２１６で回転自由に取り付けられ、第１のアーム２０６の他端にはラック２１４の一端が１自由度を有する回動自在なジョイントを介して取り付けられており、ベースプレートに固定されている回転式モータ２０９の回転軸にはピニオン２１５が取り付けられて、回転式モータ２０９をそれぞれ所定の角度に停止させることにより、ピニオン２１５と噛合したラック２１４の長さが決定され、ラック２１４の傾きも自動的に決定されることにより、第１のアーム２０６のエンドプレート２０２側の位置が決定される。これにより、２自由度を有する回転自在なジョイント２０３によって第１リンク２０６のエンドプレート２０２側の端部と第２リンク手段２０７、およびエンドプレート２０２と第２リンク手段２０７のエンドプレート２０２側の端部が各々連結されているので、このエンドプレート２０２を３次元空間内で所定の位置に決定することが可能となる。
【０００６】
なお、上記のロボット装置は、一般的に作業中に発生した異物などによって動作不良が起こることを防ぐために可動部分にはカバーが設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のロボット装置は以上のように構成されているので、１組のリンク機構において、少なくとも２本のアームをエンドプレートに連結した構造をとっているため、複数個のリンク機構ではエンドプレートに配置されるジョイントの個数を減らすことができず、全体の構造が複雑になることから小型化するのが困難であった。
【０００８】
また、従来例２のロボット装置のように、ラック２１４，ピニオン２１５のような直動機構でアーム２０６、リンク手段２０７を駆動させると、駆動力を与えるモータ２０９の回転量に対して可動部分であるラック２１４の動作量が少ないことから高速動作を行わせることが困難であるという課題があった。
【０００９】
さらに、ピニオン２１５，ラック２１４のような機構ではラック２１４の長さ及び角度が変化するため動作部分にカバーを設けるには、フレキシブルチューブのような特殊な構造のカバーを必要とするので、可動部分にカバーを設けることが容易でないという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、エンドプレート周辺部の構造を単純化して小型化することができる構造とし、さらに、３次元空間内を任意に高速動作可能で、かつ可動部分に容易にカバーを設けることができるロボット装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るロボット装置は、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと回動自在に連結されたアームと、上記アームに一端が１つの軸上で回転自在なジョイントで連結した第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を１つの軸上で回転する第１の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第２の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第３の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えるものである。
【００１２】
この発明に係るロボット装置は、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと直交する２つの軸上で回転自在なジョイントで一端が連結された第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を直交する２つの軸上で回転する第４の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第５の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第６の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えるものである。
【００１３】
この発明に係るロボット装置は、第１から第６の関節部は回転式ジョイントであることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるロボット装置を示した斜視図であり、図２は実施の形態１によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に示した斜視図である。図において、１は装置を固定するベースプレートであり、２は把持部材，工具，吸着具または注入器などの作業部材であるツールを装着するエンドプレートである。４は１つの軸上で回転自在なジョイント（第１の関節部、第２の関節部、第３の関節部、回転式ジョイント）であって、回転式モータ９ａの回転軸とアーム１１ｂ、アーム８ｂとアーム１１ａ、アーム１１ａとアーム８ａ、アーム１１ｂとアーム８ａ、アーム８ａとアーム７、アーム７とエンドプレート２を回動自在に連結している。このジョイント４は玉軸系の一般的な回転式ジョイントなどが使用される。６はアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂとベースプレート１より構成された平行四辺形リンク（リンク群）である。７はエンドプレート２に連結されるアーム（第２のアーム）である。９ａは回転式モータでベースプレート１上に支持固定されており、１組のリンク機構１３に１個配置されている（図１では図示を省略する）。これにより、リンク機構１３は３自由度の動作をすることができる。１３は平行四辺形リンク６及びアーム７によって構成されるリンク機構である。
【００１５】
次に動作について説明する。
図２において、ベースプレート１に固定されている回転式モータ９ａは平行四辺形リンク６をＸ軸回りに回転動作させ、回転式モータ９ａの回転角度を所定の角度で停止させることにより平行四辺形リンク６のＸ軸回りの傾斜角度を決定することができる。平行四辺形リンク６はこれを構成するアーム８ｂがＸ軸回りに回動自在に軸受けなどにより連結され（図１では図示を省略する）、アーム１１ｂは回転式モータの回転軸にジョイント４を介して連結されていることから、平行四辺形リンク６は平行四辺形リンク６の面内方向（ＺＸ平面内）に変形自由である。この平行四辺形リンク６の面内の変形動作は、３組のリンク機構１３に取り付けられた各３個の回転式モータ９ａの回転角度を調節することで制御される。さらに、回転式のジョイント４によって従来例２のような直動機構と比較して格段に高速の動作を行うことができる。
【００１６】
また、平行四辺形リンク６を構成しているアーム８ａとアーム７の一端はＸ軸回りに回動自在にジョイント４により連結されていることから、アーム７のエンドプレート２側の端部は、図中の下側（−Ｚ方向側）に球面状の動作範囲を有する。さらに、図示の例ではベースプレート１とエンドプレート２を連結しているリンク機構１３が３組存在するため、これらのアーム７をエンドプレート２に連結することで、各々のアーム７の延長線を結ぶ交点が１点に求まる。このように、３つの球面状の動作範囲から３本のアーム７の交点は一意に決定されることから、エンドプレート２の３次元空間内における位置を決定することができる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、装置を固定する側のベースプレート１と、ツール装着用のエンドプレート２と、ベースプレート１と連結し、２自由度で移動・位置決めが可能なリンク手段である平行四辺形リンク６と、一端がこの平行四辺形リンク６に連結し、他端がエンドプレート２に連結したアーム７とからなる３組のリンク機構１３と、平行四辺形リンク６のエンドプレート２側をアーム７の一端に、このアーム７の他端をエンドプレート２に、それぞれ回動自在に連結する１つの軸上で回転するジョイント４と、ベースプレート１に配置され、リンク機構１３に駆動力を与える回転式モータ９ａとを備えたので、１組のリンク機構１３はエンドプレート２の１箇所に１本のアーム（アーム７）を連結することから、エンドプレート２に配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより、装置を小型化することができる。また、全てのジョイントを１自由度のもののみで構成し１組のリンク機構１３に回転式モータ９ａは１個のみ配置するので、構造が単純化され安価に構成することができる。
【００１８】
また、従来例２のロボット装置におけるラック２１４，ピニオン２１５のような直動機構でなく回転式のジョイント４を介して各アームを連結したので、回転式モータ９ａの回転量に対して回転式ジョイント４は可動部分の動作量が多いことから３次元空間を任意に高速動作を行うことができる。
【００１９】
さらに、可動部分を連結する回転式のジョイント４は、従来例２におけるラック２１４，ピニオン２１５のように特殊な形状のカバーを必要としないので、容易に可動部分にカバーを設けることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるロボット装置を示す斜視図であり、図４はこの発明の実施の形態２によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に表現した斜視図である。図において、３は直交する２つの軸上で回転自在なジョイント（第４の関節部、回転式ジョイント）で、回転式モータ９ａの回転軸とアーム１１ｂ、アーム８ｂとアーム１１ａ、アーム１１ａとアーム８ａ、アーム１１ｂとアーム８ａを各々Ｘ軸Ｙ軸回りに回動自在に連結している。４は１つの軸上で回転自在なジョイント（第５の関節部、第６の関節部、回転式ジョイント）でアーム８ａとアーム７、アーム７とエンドプレート２をＸ軸回りに回動自在に連結している。これらのジョイント３，４は玉軸系の一般的な回転式ジョイントなどが使用される。６’はベースプレート１とアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂとから構成された平行四辺形リンク（リンク群）であり、回転式モータ９ａに連結されたアーム１１ｂと不図示の軸受けを介してベースプレート１に連結されたアーム８ｂとによって、ベースプレート１に連結されている。１３’は平行四辺形リンク６’及びアーム７によって構成されるリンク機構である。なお、図１および図２と同一の構成要素は同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２１】
次に動作について説明する。
ベースプレート１に固定されている回転式モータ９ａは平行四辺形リンク６’をＸ軸回りに回転動作させ、所定の角度で停止させることによりアーム８ａに取り付けられているジョイント４のＹ軸方向への移動距離を決定することができる。平行四辺形リンク６’を構成している各々のアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂを連結しているジョイント３によって、平行四辺形リンク６’はこの平行四辺形リンク６’の面内方向（ＺＸ平面内）に変形自由である。この平行四辺形リンク６’の面内の変形動作は、３組のリンク機構１３’に取り付けられた各３個の回転式モータ９ａの回転角度を調節することで制御される。さらに、回転式のジョイント３によって従来例２のような直動機構と比較して格段に高速の動作を行うことができる。
【００２２】
また、平行四辺形リンク６’を構成しているアーム８ａとアーム７の一端は平行四辺形リンク６’が作る平面（ＺＸ平面に平行な平面）に平行な軸（Ｘ軸）回りに回動自在なジョイント４により連結されていることから、アーム７のエンドプレート２側の端部は、図中の下側（−Ｚ方向側）に球面状の動作範囲を有する。さらに、図示の例ではベースプレート１とエンドプレート２を連結しているリンク機構１３’が３組存在するため、これらのアーム７をエンドプレート２に連結することで、各々のアーム７の延長線を結ぶ交点が１点に求まる。このように、３つの球面状の動作範囲から３本のアーム７の交点は一意に決定されることから、エンドプレート２の３次元空間内における位置を決定することができる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態２によれば、装置を固定する側のベースプレート１と、ツール装着用のエンドプレート２と、ベースプレート１と連結し、２自由度で移動・位置決めが可能な複数のアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂからなる平行四辺形リンク６’と、一端が平行四辺形リンク６’に連結し、他端がエンドプレート２に連結したアーム７とからなる３組のリンク機構１３’と、平行四辺形リンク６’とベースプレート側の一辺との間を回動自在に連結した直交する２つの軸上で回転するジョイント３と、平行四辺形リンク６’のエンドプレート２側とアーム７の一端との間と、アーム７の他端とエンドプレート２との間とをそれぞれ回動自在に連結した１つの軸上で回転するジョイント４と、ベースプレート１に配置され、リンク機構１３’に駆動力を与える回転式モータ９ａとを備えたので、１組のリンク機構１３’はエンドプレート２の１箇所に１本のアーム（アーム７）を連結したことから、エンドプレート２に配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより装置を小型化することができる。また、１組のリンク機構１３’に回転式モータ９ａを１個のみ配置するので、構造が単純化され安価に構成することができる。さらに、１組のリンク機構１３に回転式モータ９ａを１個のみ配置しているところを、アーム８ｂに新たに回転式モータを取り付け、エンドプレート２上のジョイント４を３つの軸上で回転するジョイントに置き換えることで、容易に６自由度のロボット装置に変換することができる。
【００２４】
また、回転式のジョイント３を介して各アームを連結したので、上記実施の形態１と同様に回転式モータ９ａの回転量に対して回転式ジョイント３は可動部分の動作量が多いことから高速動作を行わせることができる。
【００２５】
さらに、従来例２におけるラック２１４，ピニオン２１５のような直動機構の可動部分のように特殊な構造のカバーを必要としないので、容易に可動部分にカバーを設けることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２においてリンク手段を平行四辺形リンクとしたがこれに限るものでなく、１組のリンク機構において図１から図４に示したベースプレート１に連結されるアーム１１ａまたはアーム１１ｂを第１のアームとしてこれと第２のアームであるアーム７を回動自在に連結したものであっても同様の動作を実現することができる。また、リンク群は平行リンクを構成しない複数のアームにて構成してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと回動自在に連結されたアームと、上記アームに一端が１つの軸上で回転自在なジョイントで連結した第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を１つの軸上で回転する第１の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第２の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第３の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えたので、１組のリンク機構はエンドプレートの１箇所に１本のアームを連結したことから、エンドプレートに配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより、装置の小型化をすることができる効果がある。また、全てのジョイントを１自由度のもののみで構成し１組のリンク機構に回転式モータは１個のみ配置するので、構造が単純化され安価に構成することができる効果がある。
【００２８】
この発明によれば、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと直交する２つの軸上で回転自在なジョイントで一端が連結された第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を直交する２つの軸上で回転する第４の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第５の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第６の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えたので、上記と同様に１組のリンク機構はエンドプレートの１箇所に１本のアームを連結したことから、エンドプレートに配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより、装置の小型化をすることができる効果がある。また、１組のリンク機構にもう１個の回転式モータを取り付け、エンドプレート上のジョイントを３つの軸上で回転するジョイントに置き換えることで、容易に６自由度のロボット装置に変換することができる。
【００２９】
この発明によれば、第１から第６の関節部は回転式ジョイントであるので、モータの回転量に対して回転式ジョイントは可動部分の動作量が多いことから３次元空間内を任意に高速動作を行わせることができる効果がある。
【００３０】
また、直動機構の可動部分のように特殊な構造のカバーを必要としないので、容易に可動部分にカバーを設けることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるロボット装置を示した斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に示した斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるロボット装置を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態２によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図５】 特公平４−４５３１０号公報に開示された従来のロボット装置（従来例１と称する）を示す斜視図である。
【図６】 特開平９−１３６２８６号公報に開示された他の従来のロボット装置（従来例２と称する）を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ベースプレート、２ エンドプレート、３ ジョイント（第４の関節部、回転式ジョイント）、４ ジョイント（第１の関節部、第２の関節部、第３の関節部、第５の関節部、第６の関節部、回転式ジョイント）、６，６’ 平行四辺形リンク（リンク群）、７ アーム（第２のアーム）、９ａ 回転式モータ、１３，１３’ リンク機構。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば物品のハンドリング、組立、加工などに使用するロボット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、例えば特公平４−４５３１０号公報に開示された従来のロボット装置（従来例１と称する）を示す斜視図である。図において、１０１はベースプレート、１０２はツール１１０が取り付けられる可動部材としてのエンドプレートである。１０３は２自由度を有する回転自在なジョイントである。１０６は回転式モータ１０９により回動自在に動作する第１のアーム、１０７はジョイント１０３を介してエンドプレート１０２に連結された２本のアーム１０７ａ，１０７ｂから構成される第２リンク手段、１０９は回転式モータ、１１２は回転式モータ１０９により回転される軸である。１１０はツールであって、把持部材，工具，吸着具または注入器などの作業部材からなる。１１１はベースプレート１０１の配置された回転式モータ、１１２は回転式モータ１１１の駆動力をツール１１０へ伝達するロッドシステムであり、図示の例では入れ子式腕を使用している。
【０００３】
次に動作について説明する。
ベースプレート１０１に取り付けられた回転式モータ１０９をそれぞれ所定の角度まで回転させることにより、回転式モータ１０９の回転軸に取り付けられた軸１０５の回転角度が決定され、その回転軸１０５に取り付けられた第１のアーム１０６のエンドプレート１０２側の先端位置が決定される。第１のアーム１０６のエンドプレート１０２側の端部と第２リンク手段１０７は２自由度を有する回転自在なジョイント１０３で連結されており、さらにエンドプレート１０２と第２リンク手段１０７を構成するアーム１０７ａ，１０７ｂのエンドプレート１０２側の端部も２自由度を有する回転自在なジョイントで連結されていることから、エンドプレート１０２を３次元空間内で所定の位置に決定することが可能となる。エンドプレート１０２の位置が決定されると、回転式モータ１１１を駆動させて例えば把持部材，工具，吸着具または注入器などの作業部材であるツール１１０の操作を行う。
【０００４】
図６は、特開平９−１３６２８６号公報に開示された他の従来のロボット装置（従来例２と称する）を示す斜視図である。図において、２０２はエンドプレート、２０３は第１のアーム２０６のエンドプレート２０２側の端部と第２リンク手段２０７、およびエンドプレート２０２と第２リンク手段２０７のエンドプレート２０２側の端部とを連結する２自由度を有する回転自在なジョイント、２０６は第１リンク、２０７は第２リンク手段、２０９は回転式モータ、２１０はツール、２１４はピニオン２１５に噛合したラック、２１５はピニオン、２１６は第１リンク２０６を保持するための部材である。
【０００５】
次に動作について説明する。
第１リンク２０６のベースプレート側（図示略）は第１のアーム２０６を保持するための部材２１６で回転自由に取り付けられ、第１のアーム２０６の他端にはラック２１４の一端が１自由度を有する回動自在なジョイントを介して取り付けられており、ベースプレートに固定されている回転式モータ２０９の回転軸にはピニオン２１５が取り付けられて、回転式モータ２０９をそれぞれ所定の角度に停止させることにより、ピニオン２１５と噛合したラック２１４の長さが決定され、ラック２１４の傾きも自動的に決定されることにより、第１のアーム２０６のエンドプレート２０２側の位置が決定される。これにより、２自由度を有する回転自在なジョイント２０３によって第１リンク２０６のエンドプレート２０２側の端部と第２リンク手段２０７、およびエンドプレート２０２と第２リンク手段２０７のエンドプレート２０２側の端部が各々連結されているので、このエンドプレート２０２を３次元空間内で所定の位置に決定することが可能となる。
【０００６】
なお、上記のロボット装置は、一般的に作業中に発生した異物などによって動作不良が起こることを防ぐために可動部分にはカバーが設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のロボット装置は以上のように構成されているので、１組のリンク機構において、少なくとも２本のアームをエンドプレートに連結した構造をとっているため、複数個のリンク機構ではエンドプレートに配置されるジョイントの個数を減らすことができず、全体の構造が複雑になることから小型化するのが困難であった。
【０００８】
また、従来例２のロボット装置のように、ラック２１４，ピニオン２１５のような直動機構でアーム２０６、リンク手段２０７を駆動させると、駆動力を与えるモータ２０９の回転量に対して可動部分であるラック２１４の動作量が少ないことから高速動作を行わせることが困難であるという課題があった。
【０００９】
さらに、ピニオン２１５，ラック２１４のような機構ではラック２１４の長さ及び角度が変化するため動作部分にカバーを設けるには、フレキシブルチューブのような特殊な構造のカバーを必要とするので、可動部分にカバーを設けることが容易でないという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、エンドプレート周辺部の構造を単純化して小型化することができる構造とし、さらに、３次元空間内を任意に高速動作可能で、かつ可動部分に容易にカバーを設けることができるロボット装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るロボット装置は、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと回動自在に連結されたアームと、上記アームに一端が１つの軸上で回転自在なジョイントで連結した第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を１つの軸上で回転する第１の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第２の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第３の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えるものである。
【００１２】
この発明に係るロボット装置は、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと直交する２つの軸上で回転自在なジョイントで一端が連結された第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を直交する２つの軸上で回転する第４の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第５の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第６の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えるものである。
【００１３】
この発明に係るロボット装置は、第１から第６の関節部は回転式ジョイントであることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるロボット装置を示した斜視図であり、図２は実施の形態１によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に示した斜視図である。図において、１は装置を固定するベースプレートであり、２は把持部材，工具，吸着具または注入器などの作業部材であるツールを装着するエンドプレートである。４は１つの軸上で回転自在なジョイント（第１の関節部、第２の関節部、第３の関節部、回転式ジョイント）であって、回転式モータ９ａの回転軸とアーム１１ｂ、アーム８ｂとアーム１１ａ、アーム１１ａとアーム８ａ、アーム１１ｂとアーム８ａ、アーム８ａとアーム７、アーム７とエンドプレート２を回動自在に連結している。このジョイント４は玉軸系の一般的な回転式ジョイントなどが使用される。６はアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂとベースプレート１より構成された平行四辺形リンク（リンク群）である。７はエンドプレート２に連結されるアーム（第２のアーム）である。９ａは回転式モータでベースプレート１上に支持固定されており、１組のリンク機構１３に１個配置されている（図１では図示を省略する）。これにより、リンク機構１３は３自由度の動作をすることができる。１３は平行四辺形リンク６及びアーム７によって構成されるリンク機構である。
【００１５】
次に動作について説明する。
図２において、ベースプレート１に固定されている回転式モータ９ａは平行四辺形リンク６をＸ軸回りに回転動作させ、回転式モータ９ａの回転角度を所定の角度で停止させることにより平行四辺形リンク６のＸ軸回りの傾斜角度を決定することができる。平行四辺形リンク６はこれを構成するアーム８ｂがＸ軸回りに回動自在に軸受けなどにより連結され（図１では図示を省略する）、アーム１１ｂは回転式モータの回転軸にジョイント４を介して連結されていることから、平行四辺形リンク６は平行四辺形リンク６の面内方向（ＺＸ平面内）に変形自由である。この平行四辺形リンク６の面内の変形動作は、３組のリンク機構１３に取り付けられた各３個の回転式モータ９ａの回転角度を調節することで制御される。さらに、回転式のジョイント４によって従来例２のような直動機構と比較して格段に高速の動作を行うことができる。
【００１６】
また、平行四辺形リンク６を構成しているアーム８ａとアーム７の一端はＸ軸回りに回動自在にジョイント４により連結されていることから、アーム７のエンドプレート２側の端部は、図中の下側（−Ｚ方向側）に球面状の動作範囲を有する。さらに、図示の例ではベースプレート１とエンドプレート２を連結しているリンク機構１３が３組存在するため、これらのアーム７をエンドプレート２に連結することで、各々のアーム７の延長線を結ぶ交点が１点に求まる。このように、３つの球面状の動作範囲から３本のアーム７の交点は一意に決定されることから、エンドプレート２の３次元空間内における位置を決定することができる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、装置を固定する側のベースプレート１と、ツール装着用のエンドプレート２と、ベースプレート１と連結し、２自由度で移動・位置決めが可能なリンク手段である平行四辺形リンク６と、一端がこの平行四辺形リンク６に連結し、他端がエンドプレート２に連結したアーム７とからなる３組のリンク機構１３と、平行四辺形リンク６のエンドプレート２側をアーム７の一端に、このアーム７の他端をエンドプレート２に、それぞれ回動自在に連結する１つの軸上で回転するジョイント４と、ベースプレート１に配置され、リンク機構１３に駆動力を与える回転式モータ９ａとを備えたので、１組のリンク機構１３はエンドプレート２の１箇所に１本のアーム（アーム７）を連結することから、エンドプレート２に配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより、装置を小型化することができる。また、全てのジョイントを１自由度のもののみで構成し１組のリンク機構１３に回転式モータ９ａは１個のみ配置するので、構造が単純化され安価に構成することができる。
【００１８】
また、従来例２のロボット装置におけるラック２１４，ピニオン２１５のような直動機構でなく回転式のジョイント４を介して各アームを連結したので、回転式モータ９ａの回転量に対して回転式ジョイント４は可動部分の動作量が多いことから３次元空間を任意に高速動作を行うことができる。
【００１９】
さらに、可動部分を連結する回転式のジョイント４は、従来例２におけるラック２１４，ピニオン２１５のように特殊な形状のカバーを必要としないので、容易に可動部分にカバーを設けることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるロボット装置を示す斜視図であり、図４はこの発明の実施の形態２によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に表現した斜視図である。図において、３は直交する２つの軸上で回転自在なジョイント（第４の関節部、回転式ジョイント）で、回転式モータ９ａの回転軸とアーム１１ｂ、アーム８ｂとアーム１１ａ、アーム１１ａとアーム８ａ、アーム１１ｂとアーム８ａを各々Ｘ軸Ｙ軸回りに回動自在に連結している。４は１つの軸上で回転自在なジョイント（第５の関節部、第６の関節部、回転式ジョイント）でアーム８ａとアーム７、アーム７とエンドプレート２をＸ軸回りに回動自在に連結している。これらのジョイント３，４は玉軸系の一般的な回転式ジョイントなどが使用される。６’はベースプレート１とアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂとから構成された平行四辺形リンク（リンク群）であり、回転式モータ９ａに連結されたアーム１１ｂと不図示の軸受けを介してベースプレート１に連結されたアーム８ｂとによって、ベースプレート１に連結されている。１３’は平行四辺形リンク６’及びアーム７によって構成されるリンク機構である。なお、図１および図２と同一の構成要素は同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２１】
次に動作について説明する。
ベースプレート１に固定されている回転式モータ９ａは平行四辺形リンク６’をＸ軸回りに回転動作させ、所定の角度で停止させることによりアーム８ａに取り付けられているジョイント４のＹ軸方向への移動距離を決定することができる。平行四辺形リンク６’を構成している各々のアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂを連結しているジョイント３によって、平行四辺形リンク６’はこの平行四辺形リンク６’の面内方向（ＺＸ平面内）に変形自由である。この平行四辺形リンク６’の面内の変形動作は、３組のリンク機構１３’に取り付けられた各３個の回転式モータ９ａの回転角度を調節することで制御される。さらに、回転式のジョイント３によって従来例２のような直動機構と比較して格段に高速の動作を行うことができる。
【００２２】
また、平行四辺形リンク６’を構成しているアーム８ａとアーム７の一端は平行四辺形リンク６’が作る平面（ＺＸ平面に平行な平面）に平行な軸（Ｘ軸）回りに回動自在なジョイント４により連結されていることから、アーム７のエンドプレート２側の端部は、図中の下側（−Ｚ方向側）に球面状の動作範囲を有する。さらに、図示の例ではベースプレート１とエンドプレート２を連結しているリンク機構１３’が３組存在するため、これらのアーム７をエンドプレート２に連結することで、各々のアーム７の延長線を結ぶ交点が１点に求まる。このように、３つの球面状の動作範囲から３本のアーム７の交点は一意に決定されることから、エンドプレート２の３次元空間内における位置を決定することができる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態２によれば、装置を固定する側のベースプレート１と、ツール装着用のエンドプレート２と、ベースプレート１と連結し、２自由度で移動・位置決めが可能な複数のアーム８ａ，８ｂ，１１ａ，１１ｂからなる平行四辺形リンク６’と、一端が平行四辺形リンク６’に連結し、他端がエンドプレート２に連結したアーム７とからなる３組のリンク機構１３’と、平行四辺形リンク６’とベースプレート側の一辺との間を回動自在に連結した直交する２つの軸上で回転するジョイント３と、平行四辺形リンク６’のエンドプレート２側とアーム７の一端との間と、アーム７の他端とエンドプレート２との間とをそれぞれ回動自在に連結した１つの軸上で回転するジョイント４と、ベースプレート１に配置され、リンク機構１３’に駆動力を与える回転式モータ９ａとを備えたので、１組のリンク機構１３’はエンドプレート２の１箇所に１本のアーム（アーム７）を連結したことから、エンドプレート２に配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより装置を小型化することができる。また、１組のリンク機構１３’に回転式モータ９ａを１個のみ配置するので、構造が単純化され安価に構成することができる。さらに、１組のリンク機構１３に回転式モータ９ａを１個のみ配置しているところを、アーム８ｂに新たに回転式モータを取り付け、エンドプレート２上のジョイント４を３つの軸上で回転するジョイントに置き換えることで、容易に６自由度のロボット装置に変換することができる。
【００２４】
また、回転式のジョイント３を介して各アームを連結したので、上記実施の形態１と同様に回転式モータ９ａの回転量に対して回転式ジョイント３は可動部分の動作量が多いことから高速動作を行わせることができる。
【００２５】
さらに、従来例２におけるラック２１４，ピニオン２１５のような直動機構の可動部分のように特殊な構造のカバーを必要としないので、容易に可動部分にカバーを設けることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２においてリンク手段を平行四辺形リンクとしたがこれに限るものでなく、１組のリンク機構において図１から図４に示したベースプレート１に連結されるアーム１１ａまたはアーム１１ｂを第１のアームとしてこれと第２のアームであるアーム７を回動自在に連結したものであっても同様の動作を実現することができる。また、リンク群は平行リンクを構成しない複数のアームにて構成してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと回動自在に連結されたアームと、上記アームに一端が１つの軸上で回転自在なジョイントで連結した第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を１つの軸上で回転する第１の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第２の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第３の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えたので、１組のリンク機構はエンドプレートの１箇所に１本のアームを連結したことから、エンドプレートに配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより、装置の小型化をすることができる効果がある。また、全てのジョイントを１自由度のもののみで構成し１組のリンク機構に回転式モータは１個のみ配置するので、構造が単純化され安価に構成することができる効果がある。
【００２８】
この発明によれば、装置を固定する側のベースプレートと、ツール装着用のエンドプレートと、ベースプレートと直交する２つの軸上で回転自在なジョイントで一端が連結された第１のアームと、２つの第１のアームの他端間を直交する２つの軸上で回転する第４の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、一端がリンク群のエンドプレート側に１つの軸上で回転する第５の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端をエンドプレートに１つの軸上で回転する第６の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、ベースプレートに配置しリンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、ベースプレートとエンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えたので、上記と同様に１組のリンク機構はエンドプレートの１箇所に１本のアームを連結したことから、エンドプレートに配置されるジョイント数を減らすことができ、これにより、装置の小型化をすることができる効果がある。また、１組のリンク機構にもう１個の回転式モータを取り付け、エンドプレート上のジョイントを３つの軸上で回転するジョイントに置き換えることで、容易に６自由度のロボット装置に変換することができる。
【００２９】
この発明によれば、第１から第６の関節部は回転式ジョイントであるので、モータの回転量に対して回転式ジョイントは可動部分の動作量が多いことから３次元空間内を任意に高速動作を行わせることができる効果がある。
【００３０】
また、直動機構の可動部分のように特殊な構造のカバーを必要としないので、容易に可動部分にカバーを設けることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるロボット装置を示した斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に示した斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるロボット装置を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態２によるロボット装置におけるリンク機構の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図５】 特公平４−４５３１０号公報に開示された従来のロボット装置（従来例１と称する）を示す斜視図である。
【図６】 特開平９−１３６２８６号公報に開示された他の従来のロボット装置（従来例２と称する）を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ベースプレート、２ エンドプレート、３ ジョイント（第４の関節部、回転式ジョイント）、４ ジョイント（第１の関節部、第２の関節部、第３の関節部、第５の関節部、第６の関節部、回転式ジョイント）、６，６’ 平行四辺形リンク（リンク群）、７ アーム（第２のアーム）、９ａ 回転式モータ、１３，１３’ リンク機構。
Claims (3)
- 装置を固定する側のベースプレートと、
ツール装着用のエンドプレートと、
上記ベースプレートと回動自在に連結されたアームと、上記アームに一端が１つの軸上で回転自在なジョイントで連結した第１のアームと、２つの上記第１のアームの他端間を１つの軸上で回転する第１の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、
一端が上記リンク群の上記エンドプレート側に１つの軸上で回転する第２の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端を上記エンドプレートに１つの軸上で回転する第３の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、
上記ベースプレートに配置し上記リンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、上記ベースプレートと上記エンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えたロボット装置。 - 装置を固定する側のベースプレートと、
ツール装着用のエンドプレートと、
上記ベースプレートと直交する２つの軸上で回転自在なジョイントで一端が連結された第１のアームと、２つの上記第１のアームの他端間を直交する２つの軸上で回転する第４の関節部で各々回動自在に連結して構成した２自由度に動作可能なリンク群と、
一端が上記リンク群の上記エンドプレート側に１つの軸上で回転する第５の関節部で１自由度に回動自在に連結し、他端を上記エンドプレートに１つの軸上で回転する第６の関節部で１自由度に回動自在に連結した第２のアームと、
上記ベースプレートに配置し上記リンク群に駆動力を与える回転式モータとからなり、上記ベースプレートと上記エンドプレートとの間に筒状を形成するように複数個配置したリンク機構とを備えたロボット装置。 - 第１から第６の関節部は、回転式ジョイントであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のロボット装置。
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