JPH07246580A - 多関節型ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多関節型ロボットにおいてアーム間又はアー
ムとツールとの間の力学的な干渉をなくし又は低減す
る。 【構成】 ロボット８は、基台１２上に設置された基軸
部９と、該基軸部９に回動可能な状態で取り付けられた
第１アーム１０と、第１アーム１０に回動可能な状態で
取り付けられた第２アーム１１とを有する。第２アーム
１１を回動させるためのモータ１６及びハーモニック減
速機１７を基台１２又は基軸部９に固定するとともに、
モータ１６の駆動軸と第１アーム１０を回動させるモー
タ１４の駆動軸とが略同軸になるように配置し、モータ
１６の駆動力を第２アーム１１の回動軸に伝達する。そ
して、第２アーム１１の重心が第２アーム１１の回動軸
上に位置するようにバランス設定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多関節型ロボットにお
いてアーム間又はアームとツールとの間の力学的な干渉
をなくし又は低減することを目的とした新規な多関節型
ロボットを提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】多関節型ロボットは複数のアームから構
成され、アーム間あるいはアームとツール間で力学的な
干渉を及ぼし合いながら運動制御が行われる。

【０００３】図８は従来の水平多関節型ロボットの構成
をモデル化して示すものである。

【０００４】ロボットａは、基軸部ｂと、第１アーム
ｃ、第２アームｄとからなり、第１アームｃの一端部が
回動し得る状態で基軸部ｂに取り付けらている。そし
て、第１アームｃの他端部には第２アームｄの一端部が
回動し得る状態で取り付けられており、第２アームｄの
他端部にはツール搭載軸ｅが設けられている。

【０００５】基軸部ｂには第１アームｃを回動させるた
めにモータｆとハーモニック減速機ｇとが設けられてお
り、モータｆの駆動力がハーモニック減速機ｇを介して
第１アームｃの回動力として伝達される。

【０００６】第１アームｃには、第２アームｄを回動さ
せるための機構が設けられている。例えば、図示するよ
うに第１アームｃに固定された支持部ｈにモータｉ及び
ハーモニック減速機ｊが取り付けられており、ハーモニ
ック減速機ｊの出力軸にプーリｋが取り付けられてい
る。ｌはプーリｋと対をなすプーリであり、第２アーム
ｄの回動軸に固定されている。そして、プーリｋとプー
リｌとの間にベルトｍが掛け渡されている。モータｉの
駆動力はハーモニック減速機ｊを介してプーリｋの回動
力となり、これがベルトｍによってプーリｌに伝達さ
れ、第２アームｄの回動力となる。

【０００７】図９はロボットａを平面で見たときの構成
を略線的に表現したものであり、第１アームｃの回動中
心を原点Ｏとする２次元の位置座標系（Ｘ，Ｙ）を基軸
部ｂに設定している。

【０００８】図９において点Ｃは第２アームｄの回動中
心を示し、点Ｅは手先位置を示しており、線分ＯＣ（長
さ「Ｌ１」）によって第１アームｃを表し、線分ＣＥ
（長さ「Ｌ２」）が第２アームｄを表している。また。
角度「θ１」は線分ＯＣがＸ軸に対してなす角度を示
し、角度「θ２」は線分ＣＥが線分ＯＣの延長線に対し
てなす角度を示している。

【０００９】点Ｐ１は第１アームｃの重心位置、点Ｐ２
は第２アームｄの重心位置をそれぞれ示しており、線分
ＯＰ１の長さが「ｌ１」とされ、線分ＣＰ２の長さが
「ｌ２」とされている。

【００１０】このように簡略化された力学系モデルにつ
いての運動方程式を導出するにあたって、Ｘ軸を実数軸
とし、Ｙ軸を虚数軸とする複素平面座標系を用いること
によって位置や速度等を、複素表示で表現することがで
きる。

【００１１】例えば、各アームの重心位置やその１階の
時間微分は複素量に拡張されて下式のように表わされ
る。

【００１２】

【数１】

【００１３】尚、ここで「ｉ」は虚数単位である。

【００１４】解析にあたって必要な物理量の記号を表形
式にまとめたものが、下表１、２である。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】第１アームｃの回転角がθ１である時のモ
ータｆの回転角はＲ１・θ１であり、第２アームｄの回
転角がθ２である時のモータｉの回転角はＲ２・θ２で
あるので、ロボット系の全運動エネルギーを「Ｅｋ」と
すると、下式のようになる。

【００１８】

【数２】

【００１９】速度の２乗値は複素数の絶対値として求め
られるので、Ｅｋは下式のようになる。

【００２０】

【数３】

【００２１】ポテンシャルエネルギーはゼロであるの
で、ラグランジアンはＥｋに等しいことに注意してオイ
ラー−ラグランジュ方程式に従って各アームに係る運動
方程式（［数４］式）に［数３］式を適用すると、ハー
モニック減速機の出力トルクが［数５］式のように求め
られる。

【００２２】

【数４】

【００２３】

【数５】

【００２４】尚、上式において摩擦等の粘性項の影響は
無視している。

【００２５】［数５］式において、Ｔ１に係る第１式の
右辺第１項は慣性項を示し、第２項は第２アームｄから
受ける慣性力（トルク）を示しており、また、第３項は
コリオリ力（トルク）を示し、第４項は第２アームｄの
回転による遠心力が第１アームｃに及ぼすトルクを示し
ている。

【００２６】また、Ｔ２に係る第２式の右辺第１項は慣
性項を示し、第２項は第１アームｃから受ける慣性力
（トルク）を示しており、また、第３項は第１アームｃ
の回転による遠心力が第２アームｄに及ぼすトルクを示
している。

【００２７】各アームの運動についてはアーム自身の慣
性項の他に干渉項が存在し、該干渉項の絶対値は慣性項
と略同程度の大きさをもっているため無視することがで
きない。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の多
関節型ロボットにおいて、第１アームと第２アームとが
互いに力学的な干渉を及ぼし合いながら運動しているた
め、ロボットの手先位置について位置決めを行う際に静
定に要する時間を短縮することが困難であり、結果とし
てタクトタイムが長くなってしまうという問題がある。

【００２９】これは、以下の（１）乃至（３）に示す事
項が要因となっているからである。 （１）第１アームの運動に関して慣性項（［数５］式の
第１式右辺第１項）が第２アームの姿勢に影響される
（慣性項における２・ｂ・ｃｏｓθ２の項に注意）。 （２）第１アームは、第２アームの運動によって生じる
慣性力や、コリオリ力、遠心力（［数５］式の第１式右
辺第２項乃至第４項）の影響を受ける。 （３）第２アームは、第１アームの運動によって生じる
慣性力や遠心力（［数５］式の第２式右辺第２項、第３
項）の影響を受ける。

【００３０】第１アームと第２アームとの間の複雑な干
渉作用のため、位置や速度のフィードバック制御におけ
る最適ゲインがロボットの姿勢によって変化してしまい
制御が難しくなってしまう。

【００３１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明多関節型
ロボットは、上記した問題を解決するために、基台上に
設置された基軸部と、該基軸部に回動可能な状態で取り
付けられた第１の回動体と、第１の回動体に回動可能な
状態で取り付けられた第２の回動体とを備えた多関節型
ロボットにおいて、以下の（イ）及び（ロ）の構成を有
するようにしたものである。

【００３２】（イ）第２の回動体を回動させるための駆
動手段を基台又は基軸部に固定するとともに、該第２の
回動体の駆動手段の駆動軸と第１の回動体の駆動手段の
駆動軸とが略同軸になるように配置し、第２の回動体の
駆動手段による駆動力を第２の回動体の回動軸に伝達す
る動力伝達手段を設ける。

【００３３】（ロ）第２の回動体の重心が第２のアーム
の回動軸上に略位置する。

【００３４】

【作用】本発明多関節型ロボットによれば、（イ）に示
す構造を採用することによって、第１の回動体（上記ロ
ボットでは第１アームに相当する。）の慣性項が第２の
回動体（上記ロボットでは第１アームに相当する。）の
姿勢に影響されないようにするとともに、第１の回動体
にかかるコリオリ力をなくし、（ロ）によって互いの相
対的運動に起因して各回動体に生じる干渉項（慣性力、
遠心力）を消失させることで各回動体が互いに干渉しな
いようにすることができるので、回動体の制御が容易に
なり、また、静定に要する時間を短縮することができ
る。

【００３５】

【実施例】以下に、本発明多関節型ロボットの詳細を図
示した実施例に従って説明する。

【００３６】本発明ではロボットの構造に下記に示す２
つの事項を取り入れる。

【００３７】（Ｉ）第２アームの重心（Ｐ２）を第２ア
ームの回動軸上に位置させる。

【００３８】（ＩＩ）第２アームを回動させるための駆
動手段（モータや減速機等）を第１アームに取り付けず
に、基軸部又はその基台に固定された支持部材に取り付
けることによって支持する。

【００３９】先ず、（Ｉ）について説明すると、上記し
た［数５］式においてｂ＝０とおくと、コリオリ力
（［数５］式の第１式右辺第３項）と遠心力（［数５］
式の第１式右辺第４項、第２式右辺第３項）が消え、下
式が得られる。

【００４０】

【数６】

【００４１】ｂ＝Ｍ２・Ｌ１・ｌ２であり、第２アーム
の質量Ｍ２や第１アームの長さＬ１をゼロとすることは
できないので、ｂ＝０とするためにはｌ２＝０として第
２アームの重心をその回動軸上に位置させれば良いこと
が分かる。

【００４２】これによって、［数６］式の右辺がθ１の
２階微分とθ２の２階微分との線形結合式となるため、
アーム間の干渉の影響を低減することができる。

【００４３】第２アームの重心をその回動軸上に位置さ
せるためには、以下の方法を挙げることができる。

【００４４】（イ）第２アームにウェイトを付加する方
法。

【００４５】図３（ａ）に概略的に示す水平多関節型ロ
ボットにおいて、Ａ１が第１アーム１の回動軸を示し、
Ａ２が第２アーム２の回動軸を示しており、第２アーム
２の端部のうち手先とは反対側の端部にカウンターウェ
イト３を取り付け、カウンターウェイト３を取り付ける
前における第２アームの重心Ｐ２を矢印Ｍに示すように
移動させて回動軸Ａ２上の重心Ｇ２に来るようにバラン
スを調整する。

【００４６】（ロ）ロボットの手先位置に設けられる末
端効果器の駆動部品等をウェイトとして用いる方法。

【００４７】図３（ｂ）に示すように、第２アーム２の
手先側の端部に設けられるツール搭載軸４の駆動モータ
５をカウンターウェイトとして用い、第２アーム２の重
心が回動軸Ａ２上に来るようにバランスを調整する。図
ではツール搭載軸４の回動機構として駆動モータ５、ベ
ルト６及び一対のプーリ７、７を使った例を示してい
る。

【００４８】（イ）の方法では、ウェイトの付加により
第２アーム２の重心位置を自在に調整することができる
という利点がある反面、第２アーム２を含む関節系が全
体的に重くなってしまうことになるが、（ロ）の方法で
は末端効果器の駆動源として元来必要な部品（駆動モー
タ５）をカウンターウェイトとして利用するができる。
但し、（ロ）の方法では第２アーム２の重心位置の調整
には部品の質量を任意に選べないという制約がある。
尚、実際上は（イ）と（ロ）の方法を組み合せることに
よって両者の欠点を補うようにすれば良い。

【００４９】次に、事項（ＩＩ）の説明に移る。

【００５０】図１は第２アームを回動させるためのモー
タの支持について説明するために水平多関節型ロボット
の構成をモデル化して示すものであり、図８に示したロ
ボットとの違いは第２アームを回動させるためのモータ
及びハーモニック減速機が基台に固定された支持部材に
よって支持されている点である。

【００５１】ロボット８は、基軸部９と、第１アーム１
０、第２アーム１１とからなり、基軸部９が基台１２上
に固定されている。そして、第１アーム１０の一端部が
回動し得る状態で基軸部９に取り付けられ、第１アーム
１０の他端部には第２アーム１１の一端部が回動し得る
状態で取り付けられており、第２アーム１１の他端部に
ツール搭載軸１３が設けられている。

【００５２】基軸部９には第１アーム１０を回動させる
ためにモータ１４とハーモニック減速機１５とが設けら
れており、モータ１４の駆動力がハーモニック減速機１
５を介して第１アーム１０の回動力として伝達される。

【００５３】また、第２アーム１１を回動させるために
はモータ１６とハーモニック減速機１７が用いられ、こ
れらは基台１２に固定された支持部材１８に取り付けら
れている。ハーモニック減速機１７の出力軸にはプーリ
１９が取り付けられおり、該プーリ１９と対をなすプー
リ２０は、第２アーム１１の回動軸に固定されている。
そして、プーリ１９とプーリ２０との間にベルト２１が
掛け渡されている。

【００５４】従って、モータ１６及びハーモニック減速
機１７は第１アーム１０の運動には全く無関係であって
常に静止状態を保っており、モータ１６の駆動力がハー
モニック減速機１７を介してプーリ１９の回動力とな
り、これがベルト２１によってプーリ２０に伝達され、
第２アーム１１の回動力となる。尚、モータ１６の駆動
軸とモータ１４の駆動軸とは同軸上に位置されている。

【００５５】図２はロボット８を平面で見たときの構成
を略線的に表現したものであり、図９と同様に第１アー
ム１０の回動中心を原点Ｏとする２次元の位置座標系
（Ｘ，Ｙ）を基軸部９に設定している。

【００５６】図２において点Ｃ、Ｅ、Ｐ１、Ｐ２、長さ
Ｌ１、Ｌ２、ｌ１、ｌ２、角度θ１については上述した
通りである。

【００５７】角度「θ３」は第２アーム１１がＸ軸に対
してなす角度であり、第２アーム１１の駆動源であるモ
ータ１６が支持部材１８に固定されていることから明ら
かなように、モータ１６に係る回動角はそのまま第２ア
ーム１１の回動角となる。

【００５８】この力学系モデルについての運動方程式を
導出するにあたって、前記のようにＸ軸を実数軸とし、
Ｙ軸を虚数軸とする複素平面座標系を用いることによっ
て位置や速度等を複素表示で表現すると、各アームの重
心位置やその１階の時間微分は複素量に拡張されて下式
のように表わされる。

【００５９】

【数７】

【００６０】尚、ここで「ｉ」は虚数単位である。

【００６１】解析にあたって必要な物理量の記号につい
ては前記した［表１］、［表２］に示す記号のうちＴ
１、Ｔ２を除く全てを援用し、Ｔ１、Ｔ２の代わりにＴ
１′、Ｔ２′を用いることにする。つまり、「Ｔ１′」
はハーモニック減速機１５の出力軸に係るトルクを示
し、「Ｔ２′」はハーモニック減速機１７の出力軸に係
るトルクを示す。

【００６２】第１アーム１０の回転角がθ１である時の
モータ１４の回転角はＲ１・θ１であり、第２アーム１
１の回転角がθ３である時のモータ１６の回転角はＲ２
・θ３であるので、ロボット系の全運動エネルギーを
「Ｅｋ′」とすると、下式のようになる。

【００６３】

【数８】

【００６４】［数７］式及び［数８］式から下式［数
９］が得られる。尚、その際、速度の２乗値は複素数の
絶対値として求めれば良い。

【００６５】

【数９】

【００６６】ラグランジアンがＥｋ′に等しいことに注
意してオイラー−ラグランジュ方程式（［数１０］式）
に従って各アームに係る運動方程式を導くと、ハーモニ
ック減速機１５、１７の出力トルクが［数１１］式のよ
うに求められる。尚、摩擦等の粘性項の影響は無視して
いる。

【００６７】

【数１０】

【００６８】

【数１１】

【００６９】［数１１］式においてＴ１′に係る第１式
の右辺第１項は慣性項を示し、第２項は第２アーム１１
から受ける慣性力（トルク）を示しており、また、第３
項は第２アーム１１の回転による遠心力が第１アーム１
０に及ぼすトルクを示している。

【００７０】そして、Ｔ２′に係る第２式の右辺第１項
は慣性項を示し、第２項は第１アーム１０から受ける慣
性力（トルク）を示しており、第３項は第１アーム１０
の回転による遠心力が第２アーム１１に及ぼすトルクを
示している。

【００７１】尚、前記［数５］式との比較から明らかな
ように、第１アーム１０に係るコリオリ力は消失してい
るが、慣性力や遠心力に係る干渉項は未だ残っている。

【００７２】さて、［数１１］式においてｂ＝０とおく
と、干渉項が消えて下式が得られる。

【００７３】

【数１２】

【００７４】上式は、第１アーム１０と第２アーム１１
の運動がそれぞれ自己の慣性項だけに依存することを示
しており、２つのアーム間には全く干渉がなくなり、よ
ってロボット系として非干渉系を構築することができ
る。

【００７５】ｂ＝０とするためには、（イ）、（ロ）の
方法があることは前述した通りであるが、図８に示すロ
ボット系と図１に示すロボット系ではその効果に差異が
ある。即ち、前者ではｂ＝０とおくことによってアーム
間の干渉の程度を小さくしたにすぎないのに対して、後
者ではｂ＝０とおくことによって各アームを独立系とし
て制御することができるようになる。

【００７６】尚、図１では、モータ１６やハーモニック
減速機１７を支持する支持部材１８を基台１２に固定し
た例を示したが、支持部材１８を基軸部９に取り付ける
ようにしても良いことは勿論である。

【００７７】図４及び図５は、上記事項（Ｉ）、（Ｉ
Ｉ）を取り入れたロボットの構成例を概略的に示すもの
である。

【００７８】図４に示すロボット２２では、その基軸部
２３内に第１アーム２４を回動させるためのモータ２５
とハーモニック減速機２６が設けられており、モータ２
５の駆動力がハーモニック減速機２６の出力軸に固定さ
れた回動軸２７に伝達されるようになっている。そし
て、回動軸２７の上端部が第１アーム２４に固定されて
いる。

【００７９】２８は第２アームであり、２９は該第２ア
ーム２８を回動させるためのモータである。モータ２９
は、側面から見てＬ字状をした支持部材３０に固定され
ており、該支持部材３０の下端部は基軸部２３の側面か
ら側方に張り出したモータ収納部３１の上端面に固定さ
れている。

【００８０】３２はハーモニック減速機であり、支持部
材３０の下面に固定されている。第１アーム２４の上面
には軸受ホルダー３３が取り付けられており、その内周
面に設けられた軸受３４を介してハーモニック減速機３
２が支持されている。つまり、ハーモニック減速機３２
は支持部材３０に固定されているので、軸受３４を用い
てハーモニック減速機３２を支持することによって第１
アーム２４の回動に支障を来さない構造を採っている。

【００８１】ハーモニック減速機３２の出力軸は上記回
動軸２７と同軸に配置されており、その下端部にはプー
リ３５が固定されており、該プーリ３５と第２アーム２
８の回動軸３６に固定されたプーリ３７との間にはスチ
ールベルト３８が掛け渡されている。尚、回動軸３６の
上端部は第１アーム２４の回動端部に設けられた軸受３
９により支持され、その下端部は第２アーム２８に固定
されている。

【００８２】４０はツール搭載軸であり、上下方向に沿
う摺動と軸回りの回動が各別のモータによって行われる
ようになっている。

【００８３】回動軸３６の近くに設けられたモータ４１
はツール搭載軸４０を上下方向に摺動させるための駆動
源であり、その出力軸に固定されたプーリ４２と、これ
からツール搭載軸４０に近づく方向に所定の距離をおい
て配置されたプーリ４３との間にはスチールベルト４４
が掛け渡されている。

【００８４】プーリ４３は、ツール搭載軸４０に近くに
おいてこれに平行に延びるボールネジ４５を回転させる
ために設けられており、ボールネジ４５の回転によって
これに係合されたボールナット４６が上下方向に移動す
るようになっている。尚、ボールネジ４５の下端部は軸
受４７によって支持されており、また、その上端部は、
第２アーム２８の上面に立設されたガイド部材４８に設
けられた軸受４９によって支持されている。

【００８５】５０はツール搭載軸４０の支持部材であ
り、ボールナット４６に固定されている。ツール搭載軸
４０の上端部はこの支持部材５０に設けられる軸受５１
によって回動自在に支持されている。

【００８６】よって、モータ４１の駆動力がスチールベ
ルト４４を介してプーリ４２からプーリ４３へと伝達さ
れることによってボールネジ４５が回動し、ボールナッ
ト４６及び支持部材５０が上下方向に沿って移動され、
これによってツール搭載軸４０の上下移動が行われる。

【００８７】ツール搭載軸４０の回動は基軸部２３のモ
ータ収納部３１内に設けられたモータ５２を駆動源とし
て、プーリ及びスチールベルトを使った機構によって行
われる。

【００８８】即ち、モータ５２の出力軸にはプーリ５３
が固定されており、該プーリ５３と回動軸２７に外挿さ
れた中間プーリ５４の下部との間にスチールベルト５５
が掛け渡されている。尚、中間プーリ５４は軸受５６、
５６を介して回動軸２７に回動自在な状態で外挿されて
いる。また、第２アーム２８の回動軸３６には中間プー
リ５７が軸受５８、５８を介して回動自在な状態で外挿
されており、その上部と上記中間プーリ５７の上部との
間にスチールベルト５９が掛け渡されている。そして、
ツール搭載軸４０に外挿されたプーリ６０と中間プーリ
５７の下部との間にはスチールベルト６１が掛け渡され
ている。

【００８９】よって、モータ５２の駆動力はスチールベ
ルト５５を介して中間プーリ５４に伝達され、さらにこ
れがスチールベルト５９、６１を介して中間プーリ５
７、プーリ６０へと伝達されてツール搭載軸４０の回動
力となる。尚、このようにモータ５２を基軸部２３内に
配置することによって第２アーム２８にかかる重量を軽
減している。

【００９０】６２は第２アーム２８の回動軸３６側の端
部に取り付けられたカウンターウェイトであり、第２ア
ーム２８の重心をその回動軸３６上に位置させるために
設けられている。

【００９１】尚、図５のロボット２２Ａに示すように、
ツール搭載軸４０の上下移動に係るモータ４１をカウン
ターウェイトとして用いても良いことは前述した通りで
ある。即ち、モータ４１を第２アーム２８の回動軸３６
側の端部に配置すれば良い。

【００９２】図６及び図７は従来のロボット（図８の構
成を有する。）と本発明に係るロボットとをある姿勢で
運動させた時のモータ電流の違いを示すものである。

【００９３】図６は従来のロボットに係るモータ電流の
波形を概略的に示すものであり、図中の「Ｉ（１）」が
モータｆの電流を示し、「Ｉ（２）」がモータｉの電流
を示している。尚、グラフの横軸ｔは時間を示してい
る。

【００９４】図６（ａ）において左側に示す波形図は、
右側の図に示すように第１アームｃだけを９０°回動さ
せた場合（θ１＝９０°、θ２＝０°）の電流波形を示
しており、図６（ｂ）において左側に示す波形図は、右
側の図に示すように第２アームｄだけを１０８°回動さ
せた場合（θ１＝０°、θ２＝１０８°）の電流波形を
示している。そして、図６（ｃ）において左側に示す波
形は、右側の図に示すように、図６（ａ）及び図６
（ｂ）の動作を合成した動作を行った場合、つまり、第
１アームｃを９０°回動させながら第２アームｄを１０
８°回動させた場合（θ１＝９０°、θ２＝１０８°）
の電流波形を示している。

【００９５】図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、
回動させない方のアームの駆動モータにも電流が流れて
おり、また、図６（ｃ）の電流波形が図６（ａ）の電流
波形と図６（ｂ）の電流波形とを重ね合わせた波形とな
っていないことが分かる。

【００９６】図７は本発明に係るロボットについてのモ
ータ電流の波形を概略的に示すものであり、図中の「Ｉ
（１）」がモータ２５の電流を示し、「Ｉ（２）」がモ
ータ２９の電流を示している。尚、グラフの横軸ｔは時
間を示している。

【００９７】図７（ａ）において左側に示す波形図は、
右側の図に示すように第１アーム２４だけを９０°回動
させた場合（θ１＝９０°、θ３＝０°）の電流波形を
示しており、図７（ｂ）において左側に示す波形は、右
側の図に示すように第２アーム２８だけを１０８°回動
させた場合（θ１＝０°、θ３＝１０８°）の電流波形
を示している。尚、前記（ＩＩ）の事項により、図７
（ａ）においてθ３＝０°であることは、第１アーム２
４を回動する前の第２アーム２８と、第１アーム２４を
回動した後の第２アーム２８とが平行になることを意味
する点に注意を要する。また、図７（ｃ）において左側
に示す波形図は、右側の図に示すように、図７（ａ）及
び図７（ｂ）の動作を合成した動作を行った場合、つま
り、第１アーム２４を９０°回動させながら第２アーム
２８を１０８°回動させた場合（θ１＝９０°、θ３＝
１０８°）の電流波形を示している。

【００９８】図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、
回動させない方のアームの駆動モータの電流は略ゼロで
あり、また、図７（ｃ）の各電流波形が図７（ａ）の電
流波形と図７（ｂ）の電流波形とを重ね合わせた波形又
はこれに近い傾向をもった波形となっており、この事は
［数１２］式に示したように第１アーム２４と第２アー
ム２８とが非干渉系を構成していることを裏付けてい
る。

【００９９】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明多関節型ロボットによれば、第２の回動体を
回動させるための駆動手段を基台又は基軸部に固定する
とともに、該第２の回動体の駆動手段の駆動軸と第１の
回動体の駆動手段の駆動軸とが略同軸になるように配置
して第２の回動体の駆動力を動力伝達手段によって第２
の回動体の回動軸に伝えるようにロボット系を構成する
ことによって、第１の回動体の慣性項が第２の回動体の
姿勢に影響されないようにするとともに、第１の回動体
にかかるコリオリ力をなくし、さらに第２の回動体の重
心をその回動軸上に位置させることによって互いの相対
的運動に起因して各回動体に生じる干渉項（慣性力、遠
心力）を消失させ、各回動体が互いに干渉作用を及ぼし
合わないようにすることができる。

【０１００】これによって、各回動体についてのフィー
ドバック制御のゲインを最適な値に調整することが可能
となり、その結果、ロボットの静定に要する時間やタク
トタイムを大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明多関節型ロボットの構成について説明す
るための概略図である。

【図２】平面から見た場合の図１のロボットを略線的に
示す図である。

【図３】第２アームに係るバランス調整の方法について
説明するための図であり、（ａ）は第２アームにカウン
ターウェイトを付加した例を示し、（ｂ）はツール搭載
軸の駆動モータをカウンターウェイトに流用した例を示
す。

【図４】本発明に係る多関節型ロボットの構成例を概略
的に示す透過側面図である。

【図５】本発明に係る多関節型ロボットの変形例を概略
的を示す透過側面図である。

【図６】従来の多関節型ロボットについてのモータ電流
をアームの動きとともに示す図であり、（ａ）は第１ア
ームだけを回動させた場合、（ｂ）は第２アームだけを
回動させた場合、（ｃ）は第１アーム及び第２アームを
回動させた場合をそれぞれ示している。

【図７】本発明に係る多関節型ロボットについてのモー
タ電流をアームの動きとともに示す図であり、（ａ）は
第１アームだけを回動させた場合、（ｂ）は第２アーム
だけを回動させた場合、（ｃ）は第１アーム及び第２ア
ームを回動させた場合をそれぞれ示している。

【図８】従来の多関節型ロボットの構成について説明す
るための概略図である。

【図９】平面から見た場合の図８のロボットを略線的に
示す図である。

【符号の説明】

１ 第１アーム（第１の回動体） ２ 第２アーム（第２の回動体） ３ カウンターウェイト（バランサー） ５ モータ（駆動部品） ８ 多関節型ロボット ９ 基軸部 １０ 第１アーム（第１の回動体） １１ 第２アーム（第２の回動体） １２ 基台 １３ ツール搭載軸（作用端） １４、１５ 第１の回動体の駆動手段 １６、１７ 第２の回動体の駆動手段 １９、２０、２１ 動力伝達手段 ２２ 多関節型ロボット ２２Ａ 多関節型ロボット ２３ 基軸部 ２４ 第１アーム（第１の回動体） ２５、２６ 第１の回動体の駆動手段 ２８ 第２アーム（第２の回動体） ２９、３２ 第２の回動体の駆動手段 ３５、３７、３８ 動力伝達手段 ４０ ツール搭載軸（作用端） ４１ モータ（駆動部品） ６２ カウンターウェイト（バランサー）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上に設置された基軸部と、該基軸部
   に回動可能な状態で取り付けられた第１の回動体と、第
   １の回動体に回動可能な状態で取り付けられた第２の回
   動体とを備えた多関節型ロボットにおいて、（イ）第２
   の回動体を回動させるための駆動手段を基台又は基軸部
   に固定するとともに、該第２の回動体の駆動手段の駆動
   軸と第１の回動体の駆動手段の駆動軸とが略同軸になる
   ように配置し、第２の回動体の駆動手段による駆動力を
   第２の回動体の回動軸に伝達する動力伝達手段を設けた
   こと、（ロ）第２の回動体の重心が第２のアームの回動
   軸上に略位置すること、を特徴とする多関節型ロボッ
   ト。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した多関節型ロボットに
   おいて、第２の回動体の重心が第２のアームの回動軸上
   に略位置するように、第２の回動体にバランサーを設け
   たことを特徴とする多関節型ロボット。
3. 【請求項３】 請求項１に記載した多関節型ロボットに
   おいて、第２の回動体に設けられる作用端の駆動部品を
   第２の回動体の回動軸を挟んで作用端とは反対側に位置
   させることによって、第２の回動体の重心が第２のアー
   ムの回動軸上に略位置するようにしたことを特徴とする
   多関節型ロボット。