JPH03196980A - 多関節６自由度ロボット機構および該ロボット機構を用いた組立、加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は組立または加工に使用する多関節ロボット機構
に係り、とくに高精度な位置と姿勢法めおよび高精度な
組立・加工を可能とする多関節６自由度ロボット機構お
よび該ロボット機構を用いた組立・加工装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 一般に物体の位置の自由度は３、姿勢の自由度も３であ
るから、任意の位置、姿勢を与えることのできるロボッ
トは６自由度を持たなければならない６位置の３自由度
を与える方法としては、３個の直動による直角座標形、
２個の直動と１個の回転による円筒座標形、１個の直動
と２個の回転による極座標形、３個の回転による関節形
の４つの方法がある。また姿勢の３自由度を与える方法
としては３個とも回転によらなければならない。

そこで、従来の６自由度を持つフレキシブルなロボット
機構としてたとえば特開昭６０−５２２７６号公報に記
載されているように、極座標形の位置の３自由度と姿勢
の１自由度を持っ４自由度のユニットと姿勢の２自由度
を持つユニットから構成される６自由度ロボットが提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、６自由度の内５自由度は回転関節機構
でサーボモータと減速ユニットあるいはサーボモータと
プーリを介してのベルトによる回転伝達機構にて構成さ
れ、残り１自由度はサーボモータと送りネジによる直動
伝達機構から構成されている。このように上記いずれの
機構も駆動用モータとアームまたはテーブルは直結構造
でないため、回転伝達機構あるいは直動伝達機構に含ま
れる減速機構部のガタやロストモーションの影響により
ロボットの位置決め精度が低下するという問題があった
。

このように上記従来技術は、口・ポットのフレキシブル
性と高精度な位置決め性を両立させる点について配慮が
されておらず、ロボットの高機能。

高性能化に対して問題があった。

本発明の第１の目的は、フレキシブルに移動可能にする
とともに位置および姿勢精度を向上可能にした多関節６
自由度ロボット機構を提供することにある。

本発明の第２の目的は、フレキシブルな生産の自動化を
可能にするとともに高精度化および効能重化を可能とす
る多関節６自由度ロボット機構を用いた組立・加工装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的を達成するために１本発明の多関節６自
由度ロボット機構においては、駆動用モータとアームも
しくはテーブルのいずれか一方を直結するダイレクトド
ライブ方式の回転関節とリンク機構からなる姿勢保持機
構を有する位置の３自由度並進運動ユニットと、駆動用
モータとテーブルもしくはアームのいずれか一方を直結
するダイレクトドライブ方式の回転関節を有し、３軸の
回転中心が互いに１点で交わる姿勢の３自由度回転運動
ユニットとを分割可能に組み合わせたものである。

また上記３自由度並進運動ユニットと上記３自由度回転
運動ユニットは、それぞれ回転関節の重力負荷をバラン
スするため、重力負荷バランス手段を設けたものである
。

上記第２の目的を達成するために１本発明の多量ｉ６自
由度ロボットを用いた組立・加工装置においては、駆動
用モータと直結するダイレクトドライブ方式の回転関節
とリンク機構からなる姿勢保持機構を有する位置の３自
由度並進運動ユニットもしくは駆動用モータと直結する
ダイレクトドライブ方式の回転関節を有し、３軸の回転
中心が互いに１点で交わる姿勢の３自由度回転運動ユニ
ットのいずれか一方の先端にエンドエフェクタを、いず
れか他方にテーブルをそれぞれ備え、上記３自由度並進
運動ユニットにより組立あるいは加工する部品の位置決
めをし、上記３自由度回転運動ユニットにより上記部品
の姿勢法めをしつつ組立・加工するように構成されたも
のである。

［作用］ 本発明は、駆動用モータとアームもしくはテーブルのい
ずれか一方を直結するダイレクトドライブ方式の回転関
節とリンク機構からなる姿勢保持機構を有する位置の３
自由度並進運動ユニットと、駆動用モータとテーブルも
しくはアームのいずれか一方を直結するダイレクトドラ
イブ方式の回転関節を有し、３軸の回転中心が互いに１
点で交わる姿勢の３自由度回転運動ユニットとを分割可
能に組み合わせたものであるから、物体に任意の位置、
姿勢を与えることができ、フレキシブルな動作が得られ
る。また駆動用モータとアームもしくはテーブルを直結
しているので、駆動用モータとアームもしくはテーブル
との間にガタやロストモーションがなくなって高精度の
位置決めをすることができる。

また上記回転関節は重力負荷バランス手段を設けている
のでアームもしくはテーブルの自重によるモーメント負
荷を重力負荷バランス手段にて受けてアームもしくはテ
ーブルの停止位置あるいは姿勢を保持することができる
。

また上記重力負荷バランス手段をブレーキ、スプリング
あるいはシリンダ機構にて構成することによりアームも
しくはテーブルの自重によるモーメント負荷を軽減し駆
動用モータの負荷を軽減することができる。

［実施例］ 以下５本発明の一実施例を示す第１図乃至第３図につい
て説明する。

第１図は本発明の一実施例である６自由度ロボット機構
を示す斜視図、第２図は第１図の位置の３自由度並進運
動ユニットを示す斜視図、第３図は第１図の姿勢の３自
由度回転運動ユニットを示す斜視図である。

第２図に示すように位置の３自由度並進運動ユニットＩ
Ａは旋回部Ａ、上下部Ｂ、アーム部Ｃ１手先部りとから
構成されている。上記旋回部Ａは、その内部のダイレク
トドライブモータ１の出力軸が旋回ポスト２に直結され
ており°、中心軸Ａ０を中心にして回動するように形成
されている。上記上下部Ｂは、ダイレクトドライブモー
タ３が駆動したとき、その高力軸の回転角が互いに平行
になるように配置された１対のリンク４，５を介して上
下部材６にリンク４，５の端部が係合するアーム部Ｃを
上下動させるように形成されている。上記上下部Ｂのダ
イレクトドライブモータ３の重力負荷バランス手段を構
成する電磁ブレーキ７が設けられている。上記アーム部
Ｃは、上下部材６内に固定されたダイレクトドライブモ
ータ８の出力軸がアーム９に直結されており、中心軸Ｃ
０を中心にして回動するように形成されている。上記手
先部りは、第１図に示す形状をしたエンドエフェクタ１
０が取り付けられている。すなわち、上記アーム９の先
端に取り付けられているエンドエフェクタＩＯの位置決
めは、旋回部Ａのダイレクトドライブモータ１およびア
ーム部Ｃのダイレクトドライブモータ８の回転角を制御
することにより平面的な位置決めができ、上下部Ｂのダ
イレクトドライブモータ３の回転角を制御することによ
り空間内での位置決めを行うことができる。なお上下部
材６を上下動させると、上下部Ｂのダイレクトドライブ
モータ３の中心ｆｉＢ、を中心にしてそのまわりに１対
のリンク４，５の端部が上下方向に揺動されるため、上
下部材６およびエンドエフェクタ１０の平面上の位置が
変化することになるが、これら各平面上の位置は、旋回
部Ａのダイレクトドライブモータ１およびアーム部Ｃの
ダイレクトドライブモータ８の回転角を制御することに
よって所望の位置に位置決めすることができる。

上記姿勢の３自由度回転運動ユニットＩＢは第３図に示
すように、回転Ｘ部Ｅ、回転Ｙ部Ｆ、回転２部Ｇとから
構成されている。上記回転Ｘ部Ｅは、その内部のダイレ
クトドライブモータ１１の出力軸が回転Ｙ部Ｆの回転Ｙ
ベース１２に直結されており、中心軸Ｅ０を中心にして
回動するように形成されている。上記回転Ｙ部Ｆはダイ
レクトドライブモータ１３の出力軸が回転２部Ｇの回転
Ｚベース１４に直結されており、中心軸Ｆ。を中心にし
て回動するように形成されている。ここで、回転Ｙべ一
人１２には回転Ｚベース１４をはさんでダイレクトドラ
イブモータ１３と重力負荷バランス手段を構成する電磁
ブレーキ１５が設けられている。上記回転２部Ｇはダイ
レクトドライブモータ１６の出方軸がテーブルフレーム
１７に直結されており、そのテーブルフレーム１７の上
にテーブル１８が取り付けられている。ここで、回転Ｚ
ベース１４にはダイレクトドライブモータ１６と重力負
荷バランス手段を構成する電磁ブレーキ１９が設けられ
ており、回転Ｚ部Ｇは中心軸Ｇ０を中心として回動する
ように構成されている。ここで、中心軸Ｅ、、　Ｆ、、
　Ｇ、は１点で交わる構成で、相互の中心軸は直交関係
にある。よってテーブル１８の姿勢決めは１回転Ｘ部Ｅ
のダイレクトドライブモータ１１と回転ＹｆｆｌｓＦの
ダイレクトドライブモータ１３および回転ＺｇＧのダイ
レクトドライブモータ１６の回転角を制御することによ
り空間内での姿勢決めを行うことができる。したがって
、第１図に示すように３自由度並進運動ユニットＩＡに
よりエンドエフェクタ１０によりハンドリングされた物
体の位置決めを行うことができ、３自由度回転運動ユニ
ットＩＢによりテーブル１８上の物体の姿勢決めを行う
ことができる。よって上記２つのユニットを組み合わせ
た６自由度ロボットＩＣにより、物体に対して任意の位
置および姿勢を与えることができる。

ここで、３自由度並進運動ユニットＩＡの上下部Ｂのダ
イレクトドライブモータ３にかかるアーム部Ｃと手先部
りの重力負荷は、停止時に電磁ブレーキ７を作動させる
ことにより位置の保持ができる。また３自由度回転運動
ユニットＩＢの回転Ｙ部Ｆのダイレクトドライブモータ
１３にかかる回転２部Ｇの重力負荷は、停止時に電磁ブ
レーキ１５を作動させる。さらに回転２部Ｇのダイレク
トドライブモータ１６にかかるテーブルフレーム１７．
テーブル１８等による重力負荷は、停止時に電磁ブレー
キ１９を作動させることにより、テーブル１８の姿勢の
保持ができる。なお、上記実施例では重力負荷バランス
手段として電磁ブレーキ７を使用したが、これは静的な
バランスであり、スプリングあるいは一定の空気圧によ
り作動する空気圧シリンダ機構により動的なバランスを
与えることも可能である。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、３自由度並進運動ユニッ
トにて位置決めを、３自由度回転運動ユニットにて姿勢
決めできるので、各ユニット動作の所要な組み合わせに
てフレキシブルな生産の自動化を得ることができる。ま
た、３自由度並進運動ユニットと３自由度回転運動ユニ
ットの組み合わせの代わりに１位置の３自由度を与える
従来からの直角座標形ユニットあるいは円筒座標形ユニ
ットあるいは極座標形ユニットと姿勢の３自由度を与え
る３自由度回転運動ユニットとの組み合わせによる６自
由度ロボットを構成することも可能であり、非常に汎用
性が高い。

また、ロボット機構は全てダイレクトドライブモータと
アームまたはテーブルが直結構造であるため、従来から
問題のあった減速機構部のガタやロストモーションの影
響がなくなり、高精度な位置と姿勢決めが可能となった
。

また、アームまたはテーブルにかかる重力負荷は、停止
時に電磁ブレーキの制動作用によってバランスがとれ、
位置と姿勢の保持が保障され、重力負荷によるアームま
たはテーブルに対する損傷を排除することができる。

また上記重力負荷バランス手段をスプリングあるいはシ
リンダ機構にて構成したので、アームもしくはテーブル
の自重によるモーメント負荷を軽減し駆動用モータの負
荷を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である６自由度ロボット機構
を示す斜視図、第２図は第１図の位置の３自由度並進運
動ユニットを示す斜視図、第３図は第１図の姿勢の３自
由度回転運動ユニットを示す斜視図である。 １、３．８．１１．１３．１６・・・ダイレクトドライ
ブモータ、７．１５．１９・・・電磁ブレーキ、２・・
・旋回ポスト、４，５・・・リンク、６・・・上下部材
、９・・・アーム、１０・・・エンドエフェクタ、１２
・・・回転Ｙベース、１４・・・回転Ｚベース、１７・
・・テーブル・フレーム、１８・・・テーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の回転関節を有するロボット機構において、３
   自由度並進運動ユニットと、３自由度回転運動ユニット
   を分離可能に組み合わせたことを特徴とする多関節６自
   由度ロボット機構。 ２、前記３自由度並進運動ユニットは、ダイレクトドラ
   イブ方式の回転関節とリンク機構とからなる姿勢保持機
   構を備えたことを特徴とする請求項１記載の多関節６自
   由度ロボット機構。 ３、前記３自由度回転運動ユニットは、ダイレクトドラ
   イブ方式の回転関節を有し、３軸の回転中心が互いに１
   点で交わるように構成されたことを特徴とする請求項１
   記載の多関節６自由度ロボット機構。 ４、前記回転関節は、該回転関節の重力負荷をバランス
   するための重力負荷バランス手段を備えたことを特徴と
   する請求項２もしくは３記載の多関節６自由度ロボット
   機構。 ５、前記重力負荷バランス手段は、ブレーキ、スプリン
   グ、シリンダ機構の少なくともいずれか一つで構成され
   たことを特徴とする請求項４記載の多関節６自由度ロボ
   ット機構。６、３自由度並進運動ユニットと３自由度回
   転運動ユニットと、上記３自由度並進運動ユニットもし
   くは上記３自由度回転運動ユニットのいずれか一方にエ
   ンドエフェクタを他方にテーブルを備え、上記３自由度
   並進運動ユニットおよび上記３自由度回転運動ユニット
   を協調動作させて組立あるいは加工のいずれか一方を行
   うように構成されたことを特徴とする多関節６自由度ロ
   ボット機構を用いた組立、加工装置。