JP5080357B2 - robot - Google Patents

Description

本発明は、人間に替わって手作業を行なうのに好適なロボットに関する。 The present invention relates to a robot suitable for performing manual work in place of a human.

従来より製造業においては、種々の産業用機械によって製造工程の自動化が図られている。しかし、繊細な作業や複雑な作業等、人間の手による作業に頼らざるを得ない作業内容も依然として数多く存在している。
特許文献１には、このような事態を改善して製造工程の自動化をより促進させるために、胴体に取り付けられた２本のアームを協働させることにより、より人間に近い作業を行なえるようにした手作業用のロボットが提案されている。
特開２００５−２３８３５０号公報） Conventionally, in the manufacturing industry, the manufacturing process has been automated by various industrial machines. However, there are still many work contents that must be relied on work by human hands, such as delicate work and complicated work.
In Patent Document 1, in order to improve such a situation and further promote automation of the manufacturing process, it is possible to perform work closer to humans by cooperating two arms attached to the body. A manual robot has been proposed.
JP-A-2005-238350)

このような、手作業用のロボットは常に小型化することが求められている。即ち、アームの径（太さ）や長さが大きいと、複数のアームを協働させて作業を行なう場合、複数のアームが互いに干渉してしまうという課題がある。   Such a robot for manual work is always required to be miniaturized. In other words, if the diameter (thickness) or length of the arm is large, there is a problem that the plurality of arms interfere with each other when working with the plurality of arms working together.

また、既存の工場に人間とロボットとをそのまま置き換えるだけで既存の周辺設備や工場レイアウトを流用して工場の設備やレイアウトの変更にかかる費用や時間を低減するためには、必要な性能を維持したまま、ロボットのサイズを人間と同程度に抑制することが望まれている。
本発明はこのような課題に鑑みて創案されたものであり、必要な機能を維持しながらも、よりコンパクトに形成されたロボットを提供することを目的とする。 In addition, by simply replacing humans and robots with existing factories, the necessary performance is maintained in order to divert existing peripheral equipment and factory layout to reduce costs and time required to change factory equipment and layout. Therefore, it is desired to reduce the size of the robot to the same extent as a human being.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a robot formed more compactly while maintaining necessary functions.

上述の目的を達成するために、本願発明（請求項１）にかかるロボットは、胴体と、前記胴体に基端が取り付けられるアームと、前記アームの骨格をなすフレーム部材と、前記フレーム部材に動力伝達可能に連結され、前記フレーム部材を旋回駆動させるアクチュエータと、前記フレーム部材と前記アクチュエータとの連結部においての前記フレーム部材の長手方向と重力方向とのなす角度αが９０度よりも小さくなるように前記フレーム部材の旋回を制限する旋回制限手段とをそなえていることを特徴としている。
即ち、フレーム部材の長手方向が水平であるとき、フレーム部材を旋回させるアクチュエータとフレームとの重心の水平方向距離が最大となるので、重力に抗してフレーム部材の姿勢を保つのに必要なアクチュエータの出力トルクが最大となる。
そこで、フレーム部材の長手方向と重力方向とのなす角度αを９０度よりも小さい範囲に制限することで、その分、アクチュエータに求められる出力が低減される。 In order to achieve the above-described object, a robot according to the present invention (Claim 1) includes a body, an arm having a base end attached to the body, a frame member that forms a skeleton of the arm, and power to the frame member. An angle α formed between the longitudinal direction of the frame member and the gravitational direction at a connecting portion between the frame member and the actuator, and an actuator that is connected so as to be able to rotate and that pivots the frame member is less than 90 degrees. And a turning restriction means for restricting turning of the frame member.
That is, when the longitudinal direction of the frame member is horizontal, the horizontal distance of the center of gravity between the frame turning actuator and the frame is the maximum, so the actuator necessary to maintain the posture of the frame member against gravity Output torque is maximized.
Therefore, by limiting the angle α formed by the longitudinal direction of the frame member and the direction of gravity to a range smaller than 90 degrees, the output required for the actuator is reduced correspondingly.

また、前記旋回制限手段は、前記角度αが９０度に達しないように前記アクチュエータの駆動を制限することが好ましい（請求項２）。
これにより、フレーム部材を旋回させるアクチュエータに求められる出力トルクが低減されるので、ロボットの搬送可能な重量（可搬重量）にかかる性能を維持しながらも、より小型で低出力なアクチュエータを採用することができる。 Further, it is preferable that the turning restriction means restricts driving of the actuator so that the angle α does not reach 90 degrees.
As a result, the output torque required for the actuator that rotates the frame member is reduced, so a smaller and lower output actuator is adopted while maintaining the performance of the robot's transportable weight (transportable weight). be able to.

なお、旋回制限手段は、これに限らず例えば角度αが９０度に達しないようにフレーム部材の旋回を機械的に規制するものでもよい。
また、よりシンプルには、角度αが９０度であるときのアームの重力による負荷トルクよりもアクチュエータの出力性能を小さく設定することで、角度αが９０度に達しないように構成してもよい。 Note that the turning restriction means is not limited to this, and may, for example, mechanically restrict the turning of the frame member so that the angle α does not reach 90 degrees.
Further, more simply, by setting the output performance of the actuator smaller than the load torque due to the gravity of the arm when the angle α is 90 degrees, the angle α may not reach 90 degrees. .

また、前記アームは、前記アクチュエータを介して直列に連結される複数の前記フレーム部材を有して構成され、前記旋回制限手段は、前記複数のフレーム部材のうち、最も前記胴体側のフレーム部材に連結されるフレーム部材の旋回を制限することが好ましい（請求項３）。即ち、旋回制限手段は、胴体から数えて２番目に位置するフレーム部材の旋回を制限する。
即ち、胴体側のフレーム部材と次のフレーム部材との間に介在するアクチュエータは胴体の外側に位置するため、ロボットのサイズに与える影響が大きい。また、アームの基端側のフレーム部材及びこれを旋回させるアクチュエータには、アームの先端側のものと比較してアームの自重に起因する負荷トルクが大きく、アクチュエータのサイズも大きくなる。
このため、最も前記胴体側のフレーム部材に連結されるフレーム部材と重力方向とのなす角度αを９０度以下に制限することによって、より効果的にロボットを小型化することができる。 Further, the arm includes a plurality of the frame members connected in series via the actuator, and the turning limiting means is the frame member closest to the body among the plurality of frame members. It is preferable to limit the turning of the frame members to be connected (Claim 3). That is, the turning restriction means restricts turning of the frame member located second from the body.
That is, since the actuator interposed between the frame member on the body side and the next frame member is located outside the body, the influence on the size of the robot is large. In addition, the frame member on the base end side of the arm and the actuator that rotates the frame member have a larger load torque due to the weight of the arm and the size of the actuator than those on the distal end side of the arm.
Therefore, by limiting the angle α formed by the frame member connected to the frame member closest to the body side and the direction of gravity to 90 degrees or less, the robot can be more effectively downsized.

前記アームは、前記アクチュエータを介して直列に連結される複数の前記フレーム部材を有して構成され、前記旋回制限手段は、前記複数のフレーム部材のうち、最も前記胴体側のフレーム部材の旋回を制限することが好ましい（請求項４）。
即ち、アームの自重に起因する負荷トルクが最も大きいフレーム部材の角度αが９０度に達しないように制限することにより、より効果的にアクチュエータの小型化を図ることができる。 The arm includes a plurality of the frame members connected in series via the actuator, and the turning restriction means turns the frame member closest to the body among the plurality of frame members. It is preferable to limit (Claim 4).
That is, the actuator can be more effectively downsized by limiting the angle α of the frame member having the largest load torque due to the weight of the arm so as not to reach 90 degrees.

また、前記アームが、前記胴体に複数取り付けられていることが好ましい（請求項５）。
即ち、アームがよりコンパクトに構成されるので、複数のアームが協働して作業する際にアーム同士が互いに干渉する領域をより低減することができ、ロボットによる作業の自由度や作業効率を向上することができる。 Further, it is preferable that a plurality of the arms are attached to the body.
In other words, since the arms are configured more compactly, the area where the arms interfere with each other when working with multiple arms can be further reduced, improving the freedom of work by the robot and the work efficiency. can do.

また、前記胴体は、前記胴体を支持する基台に対して旋回可能に取り付けられていることが好ましい（請求項６）。
即ち、旋回制限手段によりアームを構成するフレーム部材の動作が制限された場合でも、胴体そのものを旋回されることにより、アームの可能動作範囲の広く確保することができる。 Moreover, it is preferable that the said trunk | drum is attached so that rotation with respect to the base which supports the said trunk | drum is possible (Claim 6).
That is, even when the operation of the frame member constituting the arm is restricted by the turning restriction means, the arm itself can be turned to ensure a wide possible operation range of the arm.

本発明によれば、フレーム部材を旋回させるアクチュエータに求められる出力トルクが低減されるので、必要な性能を維持しながら、より小型で低出力なアクチュエータを採用することができる。
そして、小型で低出力のアクチュエータを使用することでアクチュエータに連結されるアーム（フレーム部材）のサイズも小型化することができるので、能力を低下させることなくロボットをよりコンパクトに構成することができる。
これにより、ロボットが使われる作業現場における省スペース化やサイクルタイムの向上を図ることができる。また、アクチュエータを小型化することができるので、ロボットの電力消費を抑制して省エネを図ることができる。 According to the present invention, since the output torque required for the actuator that rotates the frame member is reduced, it is possible to employ a smaller and lower output actuator while maintaining the required performance.
In addition, since the size of the arm (frame member) connected to the actuator can be reduced by using a small and low-power actuator, the robot can be configured more compactly without reducing the performance. .
As a result, it is possible to save space and improve cycle time at the work site where the robot is used. Further, since the actuator can be reduced in size, it is possible to save energy by suppressing the power consumption of the robot.

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。本実施形態はロボットとして２本のアームを胴体の左右にそなえた双腕ロボットに本発明を適用したものである。
図１〜図５はいずれも本発明の一実施形態にかかるロボットを説明するものであり、図１は、本発明の実施例を示す双腕ロボットの全体構成を模式的に示す正面図、図２はアームを水平に伸ばした状態における右側面を一部透視して示す模式図、図３は双腕ロボットの上面図、図４はアームの動作範囲を示す模式的な正面図、図５は図２の状態においてアームの動作範囲を示す模式的な上面図である。
双腕ロボット（ロボット）１は胴体２，アーム（右腕）３，アーム（左腕）４，基台５により構成されている。また、ロボット１はコントローラ（旋回制限手段）６とはケーブル８によって接続されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a dual-arm robot having two arms on the left and right sides of the body as a robot.
1 to 5 all illustrate a robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a front view schematically showing the entire configuration of a double-arm robot showing an embodiment of the present invention. 2 is a schematic view showing a part of the right side in a state where the arm is extended horizontally, FIG. 3 is a top view of the double-arm robot, FIG. 4 is a schematic front view showing the operating range of the arm, and FIG. FIG. 3 is a schematic top view showing an operating range of an arm in the state of FIG. 2.
A double-arm robot (robot) 1 includes a body 2, an arm (right arm) 3, an arm (left arm) 4, and a base 5. The robot 1 is connected to a controller (turning restricting means) 6 by a cable 8.

基台５は、図示しない工場などのフロアに固設されている。なお、基台５は図示しない走行軸を有する可動テーブルなどに固設して、可動テーブルとともに移動可能に構成してもよい。
基台５は胴体２を回転可能に支持しており、胴体２は、胴体２に内蔵される図示しないアクチュエータによって基台５に対して図中の軸θを回転軸として回転（旋回）するように構成されている。
胴体２の上部には２本のアーム３，４が設けられている。各アームは後述のように多関節のロボットで構成されている。アクチュエータによって旋回駆動して様々な姿勢をとるようになっている。 The base 5 is fixed on a floor of a factory or the like (not shown). The base 5 may be fixed to a movable table having a travel axis (not shown) so as to be movable together with the movable table.
The base 5 supports the body 2 in a rotatable manner, and the body 2 is rotated (turned) with respect to the base 5 about the axis θ in the drawing as a rotation axis by an actuator (not shown) built in the body 2. It is configured.
Two arms 3 and 4 are provided on the upper portion of the body 2. Each arm is composed of an articulated robot as will be described later. The actuator is swiveled by an actuator to take various postures.

コントローラ６はコンピュータ等により構成されており、各アーム３，４の動作を制御するようになっている。これにより、各アーム３，４がコントローラ６に予め教示された所望の姿勢で動作して作業を行うようになっている。
また、本実施形態では、アーム３及びアーム４の２つのアームをコントローラ６で協調して制御するようになっており、２つのアームを協働させて精度が高く多様な作業を行えるようになっている。 The controller 6 is constituted by a computer or the like, and controls the operation of each arm 3, 4. As a result, the arms 3 and 4 operate in a desired posture previously taught to the controller 6 to perform work.
Further, in this embodiment, the two arms of the arm 3 and the arm 4 are controlled in cooperation with the controller 6, and the two arms can cooperate to perform various operations with high accuracy. ing.

以下、アーム３及びアーム４の構成について説明するが、アーム３とアーム４とは、それぞれ左右対称であることを除いて同様に構成されているため、アーム３の構成についてのみ詳細に説明し、アーム４の詳細な説明は省略する。なお、アーム４の構成は添え字をＬとして読み変えればよい。
図１に示すように、アーム３は、その骨格をなすフレームＲ１Ｆ，フレームＲ２Ｆ，フレームＲ３Ｆ，フレームＲ４Ｆ，フレームＲ５Ｆ及びフレームＲ６Ｆの６個のフレーム部材を備えている。
また、図２，図３に示すように、アーム３は、アクチュエータＲ１Ａ，アクチュエータＲ２Ａ，アクチュエータＲ３Ａ，アクチュエータＲ４Ａ，アクチュエータＲ５Ａ，アクチュエータＲ６Ａ及びアクチュエータＲ７Ａの７個のアクチュエータを備えている。そして、胴体２及び各フレーム部材はそれぞれ各アクチュエータを介して直列に連結されている。 Hereinafter, the configuration of the arm 3 and the arm 4 will be described. Since the arm 3 and the arm 4 are configured in the same manner except that they are bilaterally symmetric, only the configuration of the arm 3 will be described in detail. Detailed description of the arm 4 is omitted. Note that the structure of the arm 4 may be read as a subscript L.
As shown in FIG. 1, the arm 3 includes six frame members, which are a frame R1F, a frame R2F, a frame R3F, a frame R4F, a frame R5F, and a frame R6F, which form the skeleton.
As shown in FIGS. 2 and 3, the arm 3 includes seven actuators, that is, an actuator R1A, an actuator R2A, an actuator R3A, an actuator R4A, an actuator R5A, an actuator R6A, and an actuator R7A. The body 2 and each frame member are connected in series via each actuator.

各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは、それぞれ、サーボモータと減速機とが一体となって構成されており、サーボモータの出力軸に減速機が動力伝達可能に接続されている。サーボモータと減速機とを一体形成することにより、アクチュエータがコンパクトに形成されている。
なお、サーボモータは内部にエンコーダを有しており、コントローラ６によって動作を制御されるとともにサーボモータの回転角度をコントローラ６に送信するようになっている。 Each of the actuators R1A to R7A is configured by integrating a servo motor and a speed reducer, and the speed reducer is connected to the output shaft of the servo motor so that power can be transmitted. The actuator is compactly formed by integrally forming the servo motor and the speed reducer.
The servo motor has an encoder inside, and the operation is controlled by the controller 6 and the rotation angle of the servo motor is transmitted to the controller 6.

各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは全て同様に構成されているが、サーボモータの出力性能（容量）が異なっている。
各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは、アクチュエータの位置よりもアーム３の先端側にあるフレーム、アクチュエータ、エンドエフェクタ及びエンドエフェクタで支持するワークや工具などの重量（可搬重量）を重力に抗して支持できるように出力性能が設定されている。
したがって、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの出力性能はアームの先端側（エンドエフェクタ側）のアクチュエータほど小さくなっているか、または胴体２側の直前のアクチュエータと同等となっている。
また、アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは出力性能が高いもの程サイズが大きくなるため、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａのサイズはアームの先端側（エンドエフェクタ側）のアクチュエータほど小さくなっているか、または胴体２側の直前のアクチュエータと同等となっている。 The actuators R1A to R7A are all configured in the same manner, but the output performance (capacity) of the servo motor is different.
Each of the actuators R1A to R7A can support the weight (portable weight) of the frame, the actuator, the end effector, and the work or tool supported by the end effector on the tip side of the arm 3 with respect to the position of the actuator against gravity. Output performance is set as follows.
Therefore, the output performance of each of the actuators R1A to R7A is smaller as the actuator on the distal end side (end effector side) of the arm, or equal to the actuator immediately before the body 2 side.
In addition, since the actuators R1A to R7A have a larger output performance, the size of the actuators R1A to R7A increases. Therefore, the size of each actuator R1A to R7A is smaller for the actuator on the distal end side (end effector side) of the arm or immediately before the body 2 side. It is equivalent to the actuator.

さらに、アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａには全て中空穴７が形成されている。中空穴７は、各アクチュエータのＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの回転軸に沿ってアクチュエータを貫通している。
各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの中空穴７は、それぞれ、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａ用の動力ケーブル及び信号ケーブルが挿通され、胴体２の内部へと配線されている。
また、後述するエンドエフェクタの種類によってはエンドエフェクタが用いる流体用の管や、エンドエフェクタ自身の動力ケーブル、信号ケーブルも中空穴７を通じて配線されるようになっている。 Furthermore, a hollow hole 7 is formed in each of the actuators R1A to R7A. The hollow hole 7 penetrates the actuator along the rotation axis of R1A to R7A of each actuator.
The hollow holes 7 of the actuators R1A to R7A are inserted into the body 2 through the power cables and signal cables for the actuators R1A to R7A, respectively.
Depending on the type of end effector described later, a fluid tube used by the end effector, a power cable of the end effector itself, and a signal cable are also routed through the hollow hole 7.

アクチュエータＲ７Ａのアームの先端側の端部（以下、アーム３，４の先端側の端部を先端部という）には、エンドエフェクタを取付け可能に構成されたエンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅが設けられている。
エンドエフェクタは、ワークを掴み離しして持ち運びするハンドリング用のハンド、Ｔｉｇ溶接やアーク溶接用の溶接トーチ、スポット溶接用のガン、及び、流体塗料を噴射する塗装ガンなどであり、エンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅには用途に応じた種々のエンドエフェクタが取り付け可能となっている。 An end effector mounting portion R7E configured so that an end effector can be mounted is provided at an end portion on the distal end side of the arm of the actuator R7A (hereinafter referred to as an end portion on the distal end side of the arms 3 and 4). .
The end effector is a handling hand that grabs and carries a workpiece, a welding torch for Tig welding or arc welding, a gun for spot welding, a painting gun for spraying fluid paint, etc. Various end effectors according to the application can be attached to R7E.

アクチュエータＲ１Ａは、その出力軸（即ち、減速機の出力軸）Ｒ１Ｊが重力方向（上下方向）Ｇに対して垂直な面（水平面）と平行な方向Ｈになるように胴体２の内部に固設されており、出力軸Ｒ１Ａは、最も胴体２側のフレーム部材であるフレームＲ１Ｆの胴体２側の端部（以下、胴体２側の端部を基端部という）に動力伝達可能に接続されている。即ち、アーム３の基端は胴体２に取り付けられている。
アクチュエータＲ２ＡはフレームＲ１Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ１Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ２Ａの出力軸Ｒ２Ｊは出力軸Ｒ１Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ２Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ２Ａが回転駆動することによりフレームＲ２Ｆが出力軸Ｒ２Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。 The actuator R1A is fixed inside the fuselage 2 so that its output shaft (ie, the output shaft of the speed reducer) R1J is in a direction H parallel to a plane (horizontal plane) perpendicular to the gravity direction (vertical direction) G. The output shaft R1A is connected to an end of the frame R1F, which is the frame member closest to the fuselage 2, on the fuselage 2 side (hereinafter, the end on the fuselage 2 side is referred to as a base end) so that power can be transmitted. Yes. That is, the base end of the arm 3 is attached to the body 2.
The actuator R2A is attached to the tip of the frame R1F and is supported by the frame R1F. The output shaft R2J of the actuator R2A is oriented so as to be orthogonal to the output shaft R1J, and is connected to the base end portion of the frame R2F so that power can be transmitted. That is, when the actuator R2A is rotationally driven, the frame R2F is supported so as to turn about the output shaft R2J.

アクチュエータＲ３ＡはフレームＲ２Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ２Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ３Ａの出力軸Ｒ３Ｊは出力軸Ｒ２Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ３Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ３Ａが回転駆動することによりフレームＲ３Ｆが出力軸Ｒ３Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
アクチュエータＲ４ＡはフレームＲ３Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ３Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ４Ａの出力軸Ｒ４Ｊは出力軸Ｒ３Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ４Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ４Ａが回転駆動することによりフレームＲ４Ｆが出力軸Ｒ４Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。 The actuator R3A is attached to the distal end portion of the frame R2F and supported by the frame R2F. The output shaft R3J of the actuator R3A is oriented so as to be orthogonal to the output shaft R2J, and is connected to the base end portion of the frame R3F so as to be able to transmit power. That is, when the actuator R3A is driven to rotate, the frame R3F is supported so as to turn about the output shaft R3J as the rotation axis.
The actuator R4A is attached to the tip of the frame R3F and is supported by the frame R3F. The output shaft R4J of the actuator R4A is oriented so as to be orthogonal to the output shaft R3J, and is connected to the base end portion of the frame R4F so that power can be transmitted. That is, when the actuator R4A is driven to rotate, the frame R4F is supported so as to turn about the output shaft R4J as the rotation axis.

アクチュエータＲ５ＡはフレームＲ４Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ４Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ５Ａの出力軸Ｒ５Ｊは出力軸Ｒ４Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ５Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ５Ａが回転駆動することによりフレームＲ５Ｆが出力軸Ｒ５Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
アクチュエータＲ６ＡはフレームＲ５Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ５Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ６Ａの出力軸Ｒ６Ｊは出力軸Ｒ５Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ６Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ６Ａが回転駆動することによりフレームＲ６Ｆが出力軸Ｒ４Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。 The actuator R5A is attached to the tip of the frame R4F and is supported by the frame R4F. The output shaft R5J of the actuator R5A is oriented so as to be orthogonal to the output shaft R4J, and is connected to the base end portion of the frame R5F so that power can be transmitted. That is, when the actuator R5A is driven to rotate, the frame R5F is supported so as to turn about the output shaft R5J as the rotation axis.
The actuator R6A is attached to the tip of the frame R5F and is supported by the frame R5F. The output shaft R6J of the actuator R6A is oriented so as to be orthogonal to the output shaft R5J, and is connected to the base end portion of the frame R6F so that power can be transmitted. That is, when the actuator R6A is rotationally driven, the frame R6F is supported so as to turn about the output shaft R4J as the rotational axis.

アクチュエータＲ７Ａはその出力軸Ｒ７Ｊが出力軸Ｒ６Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ６Ｆに支持されている。
また、上述したようにアクチュエータＲ７Ａの先端側の側部にはエンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅが設けられており、アクチュエータＲ６Ａが回転駆動することによりエンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅが出力軸Ｒ７Ｊを回転軸として回転するようになっている。 The actuator R7A is oriented so that its output shaft R7J is orthogonal to the output shaft R6J, and is supported by the frame R6F.
Further, as described above, the end effector mounting portion R7E is provided on the side portion on the distal end side of the actuator R7A, and the end effector mounting portion R7E rotates about the output shaft R7J as the rotation shaft when the actuator R6A is driven to rotate. It is like that.

また、コントローラ６は、上述のようにサーボモータの動作を制御する機能に加え、アーム３及びアーム４の各アクチュエータから受信される各サーボモータの回転角度情報に基づいて、最も胴体２側のフレームＲ１Ｆ，Ｌ１Ｆに連結されるフレーム部材であるフレームＲ２Ｆ，Ｌ２Ｆの長手方向（フレーム部材の基端部から先端部へ延在する方向）と重力方向Ｇとのなす角度αを算出する機能を有している。
そして、この角度αが予め設定された最大角度α０（ｄｅｇｒｅｅ）（０＜α０＜９０°）に達しないようにアクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａの駆動をそれぞれ制限するようになっている。 In addition to the function of controlling the operation of the servo motor as described above, the controller 6 is based on the rotation angle information of each servo motor received from each actuator of the arm 3 and arm 4 and the frame on the most body 2 side. It has a function of calculating an angle α between the longitudinal direction of the frames R2F and L2F (the direction extending from the base end portion of the frame member to the distal end portion) and the gravity direction G, which are frame members connected to R1F and L1F. ing.
The driving of the actuators R2A and L2A is restricted so that the angle α does not reach a preset maximum angle α0 (degree) (0 <α0 <90 °).

次に、最大角度α０の値の設定方法について図４を用いて説明する。図４中の点ＲＰは、出力軸Ｒ５Ｊと出力軸Ｒ６軸との交点であり、点ＬＰは出力軸Ｒ５Ｊと出力軸Ｒ６軸との交点である。そして、図４中の扇形状に示される領域は、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの駆動によって点ＲＰ及び点ＬＰの各点が到達しうる範囲（動作範囲）を示している。
即ち、これらの点ＲＰ，ＬＰが到達する範囲内であれば、各アーム３，４は少なくとも先端側の２つのアクチュエータＲ６Ａ，Ｒ７Ａ，Ｌ６Ａ，Ｌ７Ａを用いて精度のよい作業を行なうことができるようになっている。
そして、これら２つの動作範囲が重なる領域（斜線部）Ｃが、各アーム３，４が協調しながら作業を行いやすい作業領域を示している。
この領域Ｃは、各フレームＲ１Ｆ〜Ｒ６Ｆ，Ｌ１Ｆ〜Ｌ６Ｆの各長さやアクチュエータの数量等によって決定される。 Next, a method for setting the value of the maximum angle α0 will be described with reference to FIG. A point RP in FIG. 4 is an intersection between the output shaft R5J and the output shaft R6, and a point LP is an intersection between the output shaft R5J and the output shaft R6. And the area | region shown by the fan shape in FIG. 4 has shown the range (operating range) which each point of the point RP and the point LP can reach | attain by driving of each actuator R1A-R7A.
That is, as long as these points RP and LP reach, the arms 3 and 4 can perform highly accurate work using at least the two actuators R6A, R7A, L6A, and L7A on the distal end side. It has become.
And the area | region (hatched part) C where these two operation | movement ranges overlap has shown the work area | region where each arm 3 and 4 can work easily, cooperating.
This area C is determined by the length of each frame R1F to R6F, L1F to L6F, the number of actuators, and the like.

ところで、図４の状態においてα（ｄｅｇｒｅｅ）が９０度であるとき、即ち、アーム３がフロア（水平面）に対して平行となるような状態のとき、アクチュエータＲ２Ａにかかる負荷Ｔｍａｘはそれぞれ最大となる。
この負荷Ｔｍａｘは以下の式（１）で表される。



ただし、Ｍａ（ｉ）は各アクチュエータＲ２Ａ〜Ｒ７Ａの質量、Ａｇ（ｉ）は、各アクチュエータＲ２Ａ〜Ｒ７Ａの重心と各アクチュエータＲ２Ａの回転軸Ｒ２Ｊとの水平方向距離、Ｍｆ（ｉ）は各フレームＲ２Ｆ〜Ｒ７Ｆの質量、Ａｇ（ｉ）は、各フレームＲ２Ｆ〜Ｒ７Ｆの重心と各アクチュエータＲ２Ａの回転軸Ｒ２Ｊとの水平方向距離。 By the way, when α (degree) is 90 degrees in the state of FIG. 4, that is, when the arm 3 is parallel to the floor (horizontal plane), the load Tmax applied to the actuator R2A is maximized. .
This load Tmax is expressed by the following formula (1).



Where Ma (i) is the mass of each actuator R2A to R7A, Ag (i) is the horizontal distance between the center of gravity of each actuator R2A to R7A and the rotation axis R2J of each actuator R2A, and Mf (i) is each frame R2F. ~ R7F mass, Ag (i) is the horizontal distance between the center of gravity of each frame R2F ~ R7F and the rotation axis R2J of each actuator R2A.

したがって、角度αのときにアクチュエータＲ２Ａにかかる負荷Ｔαは以下の式（２）によって表される。


Therefore, the load Tα applied to the actuator R2A at the angle α is expressed by the following equation (2).

つまり、アクチュエータＲ２Ａに要求される出力性能は、最大角度α０（ｄｅｇｒｅｅ）（０＜α０＜９０°）のときにアクチュエータＲ２Ａにかかる負荷Ｔα０（Ｔα０＝Ｔｍａｘ×ｃｏｓα０）を満たすものであればよい。α０の値が小さく設定されているほど、アクチュエータＲ２Ａに要求される出力性能は小さく設定される。
したがって、最大角度α０は、各アーム３，４が協調しながら作業を行いやすい作業領域である領域Ｃをすべて確保した上でより小さい値に設定されることが好ましい。
なお、アーム３のアクチュエータＲ２Ａについてした説明はアーム４のアクチュエータＬ２Ａについても同様である。 That is, the output performance required for the actuator R2A only needs to satisfy the load Tα0 (Tα0 = Tmax × cos α0) applied to the actuator R2A at the maximum angle α0 (degree) (0 <α0 <90 °). The smaller the value of α0 is set, the smaller the output performance required for the actuator R2A is set.
Therefore, it is preferable that the maximum angle α0 is set to a smaller value after ensuring all the areas C, which are work areas where the arms 3 and 4 can easily work in cooperation.
The description for the actuator R2A of the arm 3 is the same for the actuator L2A of the arm 4.

本発明の一実施形態にかかるロボットはこのように構成されているので、アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａに要求される出力性能が低くなり低出力で小型のモータを用いることができる。その分電力の消費を抑えることができる。
即ち、従来のロボットは、各アクチュエータが全て３６０度回転することを前提としており、その分広い動作範囲を満足するために要求されるアクチュエータの出力性能大きかった。しかし、本実施形態では、角度αが予め設定された最大角度α０（ｄｅｇｒｅｅ）（０＜α０＜９０°）に達しないようにアクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａの駆動をそれぞれ制限するので、アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａに要求される出力性能を低く設定することができる。 Since the robot according to the embodiment of the present invention is configured as described above, the output performance required for the actuators R2A and L2A is reduced, and a small motor with low output can be used. Accordingly, power consumption can be reduced.
That is, the conventional robot is based on the premise that all the actuators rotate 360 degrees, and the output performance of the actuator required to satisfy the wide operation range is large. However, in the present embodiment, the driving of the actuators R2A and L2A is limited so that the angle α does not reach a preset maximum angle α0 (degree) (0 <α0 <90 °), so the actuators R2A and L2A The required output performance can be set low.

アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａが小さく設定されることによりアクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａに連結されるフレームＲ１Ｆ，Ｒ２Ｆ，Ｌ１Ｆ，Ｌ２Ｆも小型化することができる。その結果、搬送可能な重量（可搬重量）にかかる性能を維持しながらも、ロボット１をコンパクトに形成することができ、ロボット１を設置するスペースを小さくすることができる。これにより、工場等の作業現場にロボット１を高密度に配置することができ、工場のラインにおけるサイクルタイムを向上させることができる。   By setting the actuators R2A and L2A to be small, the frames R1F, R2F, L1F, and L2F connected to the actuators R2A and L2A can be reduced in size. As a result, the robot 1 can be formed compactly while maintaining the performance related to the transportable weight (portable weight), and the space for installing the robot 1 can be reduced. As a result, the robots 1 can be arranged at high density on a work site such as a factory, and the cycle time in the factory line can be improved.

これにより、ロボットが使われる作業現場における省スペース化やサイクルタイムの向上を図ることができる。また、アクチュエータを低出力・小型化した分、電力消費を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａは、胴体２から左右に突出する各フレームＲ１Ｆ，Ｌ１Ｆにより胴体２外側に支持される上、より胴体２側であるため、要求される出力性能が大きくロボット１のサイズに与える影響が大きく、アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａのサイズを小型化することで、より効果的にロボット１を小型化することができる。
また、コントローラ６によりフレームＲ２Ｆ，Ｌ２Ｆの長手方向と重力方向Ｇとのなす角度αが最大角度α０を超えないようにアクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａの動作が制御されるので、アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａの出力性能を超える位置（即ち、角度α０以上の範囲）を目標としてアクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａが駆動されることがなく、アクチュエータＲ２Ａ，Ｌ２Ａが過度に昇温するなどの不都合を回避することができる。 As a result, it is possible to save space and improve cycle time at the work site where the robot is used. Further, since the actuator has a low output and a small size, power consumption can be suppressed and energy can be saved.
The actuators R2A and L2A are supported on the outer side of the body 2 by the frames R1F and L1F projecting left and right from the body 2, and further on the side of the body 2, so that the required output performance greatly affects the size of the robot 1. Since the size of the actuators R2A and L2A is reduced, the robot 1 can be more effectively reduced in size.
Further, since the operation of the actuators R2A, L2A is controlled by the controller 6 so that the angle α between the longitudinal direction of the frames R2F, L2F and the gravity direction G does not exceed the maximum angle α0, the output performance of the actuators R2A, L2A is The actuators R2A and L2A are not driven with a target exceeding the position (that is, the range of the angle α0 or more), and inconveniences such as excessive temperature rise of the actuators R2A and L2A can be avoided.

また、アーム３，４の太さが小型化されることにより、領域Ｃにおいてアーム３，４が協働して作業する際にアーム３，４が互いに干渉することを低減することができ、ロボット１の作業の自由度や作業効率を向上することができる。
フレーム部材Ｒ２Ａ，Ｌ２Ａの動作が制限された場合でも、図５に示すように、最も胴体２側のフレームＲ１Ｆ，Ｌ１Ｆを水平にした状態で胴体２を軸θを回転軸として旋回させることにより、アーム３，４の可能動作範囲、及び、各アーム３，４が協調しながら作業を行いやすい作業領域である領域Ｃを水平方向に広く確保することができる。 In addition, since the thickness of the arms 3 and 4 is reduced, the arms 3 and 4 can be prevented from interfering with each other when the arms 3 and 4 work together in the region C. It is possible to improve the degree of freedom and work efficiency of one work.
Even when the operations of the frame members R2A and L2A are restricted, as shown in FIG. 5, by rotating the body 2 with the axis θ as the rotation axis in the state where the frames R1F and L1F on the most body 2 side are horizontal, The possible operation range of the arms 3 and 4 and the area C that is a work area in which the arms 3 and 4 can easily work while cooperating can be secured widely in the horizontal direction.

次に本実施形態の変形例について説明する。本変形例は、コントローラ６の機能を除いて実施形態と同様に構成されており、実施形態と同様である部分については説明を省略し同符号を用いて説明する。
本変形例では、コントローラ６は、最も胴体２側のフレームＲ１Ｆ，Ｌ１Ｆの長手方向と重力方向Ｇとのなす角度αｓを算出する機能を有している。
そして、この角度αｓが予め設定された最大角度αｓ０（ｄｅｇｒｅｅ）（０＜αｓ０＜９０°）に達しないようにアクチュエータＲ１Ａ，Ｌ１Ａの駆動をそれぞれ制限するように設定されている。 Next, a modification of this embodiment will be described. This modification is configured in the same manner as in the embodiment except for the function of the controller 6, and the description of the same parts as in the embodiment will be omitted using the same reference numerals.
In this modification, the controller 6 has a function of calculating an angle αs formed by the longitudinal direction of the frames R1F and L1F closest to the body 2 and the gravity direction G.
The driving of the actuators R1A and L1A is set to be limited so that the angle αs does not reach a preset maximum angle αs0 (degree) (0 <αs0 <90 °).

本発明の実施形態の変形例はこのように構成されているので、要求される出力性能が最も大きいアクチュエータＲ１Ａ，Ｌ１Ａを小型化することができ、より効果的にロボット１の小型化を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態及びその変形例では、２本のアームを有する双腕ロボットを例に説明したが、ロボットに設けられるアームは２本に限らず１本でも３本以上でもよい。
また、アームを構成するフレーム部材及びアクチュエータの数についても上述の実施形態に限定されることなく、適宜設定可能である。 Since the modification of the embodiment of the present invention is configured as described above, the actuators R1A and L1A having the highest required output performance can be downsized, and the robot 1 can be downsized more effectively. Can do.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment and the modifications thereof, a dual-arm robot having two arms has been described as an example, but the number of arms provided in the robot is not limited to two, and may be one or three or more.
Further, the number of frame members and actuators constituting the arm is not limited to the above-described embodiment, and can be set as appropriate.

旋回制限手段についても実施形態のものに限定されない。例えば、フレーム部材の長手方向と重力方向とのなす角度αが９０度に達しないようにフレーム部材の旋回を機械的に規制するものを旋回制限手段として用いてもよい。
また、よりシンプルな旋回制限手段として、アクチュエータの出力性能を上述の式（１）におけるＴｍａｘよりも小さく設定することで、フレーム部材の長手方向と重力方向とのなす角度αが９０度に達しないように構成してもよい。
さらに、旋回制限手段により、旋回が制限されるフレーム部材の位置についても適宜適用可能であり、アームを構成するフレーム部材のうちの単数及び複数のいずれのフレーム部材にも適用することができる。 The turning restriction means is not limited to that of the embodiment. For example, a member that mechanically restricts the turning of the frame member so that the angle α formed by the longitudinal direction of the frame member and the direction of gravity does not reach 90 degrees may be used as the turning restriction means.
Further, as a simpler turning restriction means, the angle α formed by the longitudinal direction of the frame member and the gravity direction does not reach 90 degrees by setting the output performance of the actuator to be smaller than Tmax in the above equation (1). You may comprise as follows.
Furthermore, the position of the frame member whose turning is restricted by the turning restriction means can be applied as appropriate, and can be applied to any one or a plurality of frame members of the frame members constituting the arm.

本発明の一実施形態を説明するものであり、双腕ロボットの全体構成を模式的に示す正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view schematically illustrating an overall configuration of a dual-arm robot, illustrating an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を説明するものであり、アームを水平に伸ばした状態における右側面を一部透視して示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an embodiment of the present invention and partially showing a right side surface in a state where an arm is extended horizontally. 本発明の一実施形態を説明するものであり、双腕ロボットの上面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 本発明の一実施形態を説明するものであり、アームの動作範囲を示す模式的な正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic front view illustrating an operating range of an arm, illustrating an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態を説明するものであり、アームの動作範囲を示す模式的な上面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic top view illustrating an operating range of an arm, illustrating an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 双腕ロボット（ロボット）
２ 胴体
３ アーム（右腕）
４ アーム（左腕）
５ 基台
６ コントローラ
７ 中空穴
８ ケーブル
Ｒ１Ｊ，Ｒ２Ｊ，Ｒ３Ｊ，Ｒ４Ｊ，Ｒ５Ｊ，Ｒ６Ｊ，Ｒ７Ｊ 出力軸（回転軸）
Ｒ１Ｆ，Ｒ２Ｆ，Ｒ３Ｆ，Ｒ４Ｆ，Ｒ５Ｆ，Ｒ６Ｆ フレーム（フレーム部材）
Ｒ１Ａ，Ｒ２Ａ，Ｒ３Ａ，Ｒ４Ａ，Ｒ５Ａ，Ｒ６Ａ，Ｒ７Ａ アクチュエータ
Ｌ１Ｊ，Ｌ２Ｊ，Ｌ３Ｊ，Ｌ４Ｊ，Ｌ５Ｊ，Ｌ６Ｊ，Ｌ７Ｊ 出力軸（回転軸）
Ｌ１Ｆ，Ｌ２Ｆ，Ｌ３Ｆ，Ｌ４Ｆ，Ｌ５Ｆ，Ｌ６Ｆ フレーム（フレーム部材）
Ｌ１Ａ，Ｌ２Ａ，Ｌ３Ａ，Ｌ４Ａ，Ｌ５Ａ，Ｌ６Ａ，Ｌ７Ａ アクチュエータ
Ｒ７Ｅ，Ｌ７Ｅ エンドエフェクタ取付部 1 Double-arm robot (robot)
2 trunk 3 arm (right arm)
4 Arm (left arm)
5 Base 6 Controller 7 Hollow hole 8 Cable R1J, R2J, R3J, R4J, R5J, R6J, R7J Output shaft (rotary shaft)
R1F, R2F, R3F, R4F, R5F, R6F Frame (frame member)
R1A, R2A, R3A, R4A, R5A, R6A, R7A Actuator L1J, L2J, L3J, L4J, L5J, L6J, L7J Output shaft (rotating shaft)
L1F, L2F, L3F, L4F, L5F, L6F Frame (frame member)
L1A, L2A, L3A, L4A, L5A, L6A, L7A Actuator R7E, L7E End effector attachment

Claims (6)

胴体と、
前記胴体に基端が取り付けられるアームと、
前記アームの骨格をなすフレーム部材と、
前記フレーム部材に動力伝達可能に連結され、前記フレーム部材を旋回駆動させるアクチュエータと、
前記フレーム部材と前記アクチュエータとの連結部においての前記フレーム部材の長手方向と重力方向とのなす角度αが９０度よりも小さくなるように前記フレーム部材の旋回を制限する旋回制限手段と、をそなえている
ことを特徴とする、ロボット。 The torso,
An arm with a proximal end attached to the body;
A frame member forming the skeleton of the arm;
An actuator coupled to the frame member so as to be capable of transmitting power, and driving the frame member to pivot;
A turning restricting means for restricting turning of the frame member so that an angle α formed by a longitudinal direction of the frame member and a gravity direction at a connecting portion between the frame member and the actuator is smaller than 90 degrees; A robot characterized by 前記旋回制限手段は、前記角度αが９０度に達しないように前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とする、請求項１記載のロボット。 The robot according to claim 1, wherein the turning restriction unit controls the actuator so that the angle α does not reach 90 degrees. 前記アームは、前記アクチュエータを介して直列に連結される複数の前記フレーム部材を有して構成され、
前記旋回制限手段は、前記複数のフレーム部材のうち、最も前記胴体側のフレーム部材に連結されるフレーム部材の旋回を制限する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のロボット。 The arm includes a plurality of the frame members connected in series via the actuator,
The robot according to claim 1, wherein the turning restriction unit restricts turning of a frame member connected to the frame member closest to the body among the plurality of frame members. 前記アームは、前記アクチュエータを介して直列に連結される複数の前記フレーム部材を有して構成され、
前記旋回制限手段は、前記複数のフレーム部材のうち、最も前記胴体側のフレーム部材の旋回を制限する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。 The arm includes a plurality of the frame members connected in series via the actuator,
The robot according to claim 1, wherein the turning restriction unit restricts turning of the frame member closest to the body among the plurality of frame members. 前記アームが、前記胴体に複数取り付けられている
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット。 The robot according to claim 1, wherein a plurality of the arms are attached to the body. 前記胴体は、前記胴体を支持する基台に対して旋回可能に取り付けられている
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット。 The robot according to any one of claims 1 to 5, wherein the body is pivotably attached to a base that supports the body.