JPH10118967A - 多関節ロボット - Google Patents
多関節ロボットInfo
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- JPH10118967A JPH10118967A JP29741596A JP29741596A JPH10118967A JP H10118967 A JPH10118967 A JP H10118967A JP 29741596 A JP29741596 A JP 29741596A JP 29741596 A JP29741596 A JP 29741596A JP H10118967 A JPH10118967 A JP H10118967A
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- articulated robot
- spring device
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
- B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
- B25J9/041—Cylindrical coordinate type
- B25J9/042—Cylindrical coordinate type comprising an articulated arm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
- B25J9/1065—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水平多関節型ロボットにおいて、２点間の搬
送時間を短縮し、なおかつ、駆動用モータを小容量化す
る。 【解決手段】 水平面内で旋回する複数のアームを備え
た多関節ロボットにおいて、固定ベース１と固定ベース
１上にあって垂直軸回りに旋回する旋回ヘッド３と、旋
回ヘッド３に固定された第１のアーム５と補助リンク７
とリンク９から成る平行四辺形リンク機構と、補助リン
ク７上に、第１のアーム５と補助リンク７の連結軸と同
軸に、回動自在に取付けられた第２のアーム１２を備
え、第１のアーム５と第２のアーム１２の間にばね装置
２０を張架する。
送時間を短縮し、なおかつ、駆動用モータを小容量化す
る。 【解決手段】 水平面内で旋回する複数のアームを備え
た多関節ロボットにおいて、固定ベース１と固定ベース
１上にあって垂直軸回りに旋回する旋回ヘッド３と、旋
回ヘッド３に固定された第１のアーム５と補助リンク７
とリンク９から成る平行四辺形リンク機構と、補助リン
ク７上に、第１のアーム５と補助リンク７の連結軸と同
軸に、回動自在に取付けられた第２のアーム１２を備
え、第１のアーム５と第２のアーム１２の間にばね装置
２０を張架する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボット、特
に水平多関節ロボットに関する。
に水平多関節ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハンドリング用ロボット、特に比較的に
距離の離れた２台の加工機間でワークの搬送を行うロボ
ットでは、非加工時間の短縮の為に２点間の移動時間の
短縮が求められている。
距離の離れた２台の加工機間でワークの搬送を行うロボ
ットでは、非加工時間の短縮の為に２点間の移動時間の
短縮が求められている。
【０００３】従来技術の第１の例として図５に示すよう
な、いわゆるスカラー型のロボットがあった。図５は前
記スカラー型ロボットの構成を示す平面図であり、図６
は同じく側面図である。図５にしたがって前記スカラー
型ロボットの構成を説明する。１は固定ベースであり、
設置場所に固定されている。固定ベース１には、第１の
旋回軸２が垂直に設けられ、旋回ヘッド３が第１の旋回
軸２を中心に回動自在に取り付けられている。旋回ヘッ
ド３は、旋回ヘッド３内に取り付けられた第１の駆動用
モータ４によって駆動される。前記旋回ヘッド３には、
第１のアーム５が固着されている。第１のアーム５の先
端には、第２の旋回軸１１が垂直に設けられ、第２のア
ーム１２が第２の旋回軸１１を中心にして、回動自在に
取り付けられている。第２のアーム１２は第１のアーム
５上の第２の駆動用モータ１３によって駆動される。
な、いわゆるスカラー型のロボットがあった。図５は前
記スカラー型ロボットの構成を示す平面図であり、図６
は同じく側面図である。図５にしたがって前記スカラー
型ロボットの構成を説明する。１は固定ベースであり、
設置場所に固定されている。固定ベース１には、第１の
旋回軸２が垂直に設けられ、旋回ヘッド３が第１の旋回
軸２を中心に回動自在に取り付けられている。旋回ヘッ
ド３は、旋回ヘッド３内に取り付けられた第１の駆動用
モータ４によって駆動される。前記旋回ヘッド３には、
第１のアーム５が固着されている。第１のアーム５の先
端には、第２の旋回軸１１が垂直に設けられ、第２のア
ーム１２が第２の旋回軸１１を中心にして、回動自在に
取り付けられている。第２のアーム１２は第１のアーム
５上の第２の駆動用モータ１３によって駆動される。
【０００４】この第１の従来技術には、次のような問題
があった。まず、前記第２のアーム１２の先端の基準点
Ｐが、始点Ａから終点Ｂまで、最短経路すなわち直線の
軌跡をたどって、移動する場合を考える。基準点Ｐが始
点Ａから終点Ｂまで移動するには、まず前記第１のアー
ム５が角度αだけ旋回する必要がある。第２のアーム１
２は、第１のアーム５と成す角度βを保ったまま第１の
アーム５と一緒に旋回するから、第１のアーム５が角度
αだけ旋回すると、基準点Ｐは点Ｃまで移動する。基準
点Ｐが点Ｃから終点Ｂまで移動するには、第２のアーム
１２を角度γだけ旋回する必要がある。したがって、基
準点Ｐを始点Ａから終点Ｂまで直線経路で移動させるに
は、第１のアーム５を角度αだけ旋回させる間に第２の
アーム１２を角度γだけ旋回させる必要がある。第２の
アーム１２の動作角γは、点Ａにおける第２のアーム１
２の前記固定ベース１に対する角度と点Ｂにおける第２
のアーム１２の固定ベース１に対する角度との差に第１
のアーム４の動作角βを加えた角度であるから、動作角
度βに比べて大きい。言い換えれば、第２のアーム１２
は、第１のアーム５に比べて高速で旋回する必要があ
る。また、第１のアーム５と第２のアーム１２が同時に
旋回するので、干渉トルクが第１の駆動用モータ４と第
２の駆動用モータ１３の間で生じる。すなわち、干渉ト
ルクは第１の駆動用モータ４の負荷を増加させ、第２の
駆動用モータ１３の負荷を軽減する。まとめると次のよ
うな問題が第１の従来技術にはある。 （１）第２のアーム１２の動作角が大きいので、２点間
の直線動作させるためには、第２のアーム１２の旋回速
度を高速にする必要があり、第２の駆動用モータ１３の
容量が大きくなる。 （２）第１の旋回軸２に第２のアーム１２の旋回による
干渉トルクが負荷として、加わるので、第１の駆動用モ
ータ４の容量を大きくする必要がある。
があった。まず、前記第２のアーム１２の先端の基準点
Ｐが、始点Ａから終点Ｂまで、最短経路すなわち直線の
軌跡をたどって、移動する場合を考える。基準点Ｐが始
点Ａから終点Ｂまで移動するには、まず前記第１のアー
ム５が角度αだけ旋回する必要がある。第２のアーム１
２は、第１のアーム５と成す角度βを保ったまま第１の
アーム５と一緒に旋回するから、第１のアーム５が角度
αだけ旋回すると、基準点Ｐは点Ｃまで移動する。基準
点Ｐが点Ｃから終点Ｂまで移動するには、第２のアーム
１２を角度γだけ旋回する必要がある。したがって、基
準点Ｐを始点Ａから終点Ｂまで直線経路で移動させるに
は、第１のアーム５を角度αだけ旋回させる間に第２の
アーム１２を角度γだけ旋回させる必要がある。第２の
アーム１２の動作角γは、点Ａにおける第２のアーム１
２の前記固定ベース１に対する角度と点Ｂにおける第２
のアーム１２の固定ベース１に対する角度との差に第１
のアーム４の動作角βを加えた角度であるから、動作角
度βに比べて大きい。言い換えれば、第２のアーム１２
は、第１のアーム５に比べて高速で旋回する必要があ
る。また、第１のアーム５と第２のアーム１２が同時に
旋回するので、干渉トルクが第１の駆動用モータ４と第
２の駆動用モータ１３の間で生じる。すなわち、干渉ト
ルクは第１の駆動用モータ４の負荷を増加させ、第２の
駆動用モータ１３の負荷を軽減する。まとめると次のよ
うな問題が第１の従来技術にはある。 （１）第２のアーム１２の動作角が大きいので、２点間
の直線動作させるためには、第２のアーム１２の旋回速
度を高速にする必要があり、第２の駆動用モータ１３の
容量が大きくなる。 （２）第１の旋回軸２に第２のアーム１２の旋回による
干渉トルクが負荷として、加わるので、第１の駆動用モ
ータ４の容量を大きくする必要がある。
【０００５】第２の従来技術の例として、これらの問題
を解決するために提案された、実開平６−４２０８９に
示された平行四辺形リンク機構付きの水平多関節ロボッ
トがある。図７は実開平６−４２０８９の水平多関節ロ
ボットの第３軸以降の構造を省略した平面図であり、図
８は同じく側面図である。図７にしたがって前記平行四
辺形リンク付き水平多関節ロボットの構成を説明する。
１は固定ベースであり、設置場所に固定されている。固
定ベース１には、第１の旋回軸２が垂直に設けられ、旋
回ヘッド３が第１の旋回軸２を中心に回動自在に取り付
けられている。旋回ヘッド３は、その内部に取り付けら
れた第１の駆動用モータ４によって駆動される。前記旋
回ヘッド３には、第１のアーム５が固着されている。第
１のアーム５の先端には、第１の回動軸６が垂直に設け
られ、補助リンク７が第１の回動軸６を中心に回動自在
に取り付けられている。補助リンク７の他方の端部に
は、第２の回動軸８が垂直に設けられ、リンク９が第２
の回動軸８を中心に回動自在に取付けられている。リン
ク９の他方の端は前記固定ベース１に垂直に設けられ
た、第３の回動軸１０に回動自在に取り付けられてい
る。このようにして、固定ベース１、第１のアーム５、
補助リンク７、及びリンク９によって平行四辺形リンク
機構が構成される。前記補助リンク７には、第２の旋回
軸１１が前記第１の回動軸５と同軸に設けられている。
第２のアーム１２は補助リンク７に第２の旋回軸１１を
中心に回動自在に取り付けられている。第２のアーム１
２は補助リンク７上の第２の駆動用モータ１３によって
駆動される。
を解決するために提案された、実開平６−４２０８９に
示された平行四辺形リンク機構付きの水平多関節ロボッ
トがある。図７は実開平６−４２０８９の水平多関節ロ
ボットの第３軸以降の構造を省略した平面図であり、図
８は同じく側面図である。図７にしたがって前記平行四
辺形リンク付き水平多関節ロボットの構成を説明する。
１は固定ベースであり、設置場所に固定されている。固
定ベース１には、第１の旋回軸２が垂直に設けられ、旋
回ヘッド３が第１の旋回軸２を中心に回動自在に取り付
けられている。旋回ヘッド３は、その内部に取り付けら
れた第１の駆動用モータ４によって駆動される。前記旋
回ヘッド３には、第１のアーム５が固着されている。第
１のアーム５の先端には、第１の回動軸６が垂直に設け
られ、補助リンク７が第１の回動軸６を中心に回動自在
に取り付けられている。補助リンク７の他方の端部に
は、第２の回動軸８が垂直に設けられ、リンク９が第２
の回動軸８を中心に回動自在に取付けられている。リン
ク９の他方の端は前記固定ベース１に垂直に設けられ
た、第３の回動軸１０に回動自在に取り付けられてい
る。このようにして、固定ベース１、第１のアーム５、
補助リンク７、及びリンク９によって平行四辺形リンク
機構が構成される。前記補助リンク７には、第２の旋回
軸１１が前記第１の回動軸５と同軸に設けられている。
第２のアーム１２は補助リンク７に第２の旋回軸１１を
中心に回動自在に取り付けられている。第２のアーム１
２は補助リンク７上の第２の駆動用モータ１３によって
駆動される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第２の従来
技術においても、次のような問題があった。前記第２の
アーム１２の先端の基準点Ｐを、始点Ａから終点Ｂま
で、直線の軌跡をたどって移動させる場合を考える。前
記第１の従来技術の場合とは異なり、第１のアーム５が
旋回するとき、第２のアーム１２は、平行四辺形リンク
機構の働きにより、固定ベース１に対する角度を保った
まま移動するので、動作角度が小さくて済む。しかし、
第１の駆動用モータ４と第２の駆動用モータ１３の間の
干渉トルクが発生しないので、第２の駆動用モータ１３
の駆動トルクが増大するので、容量を大きくする必要が
ある。また、第１の駆動用モータ４は第２のアーム１２
以降の構成要素を負荷として旋回するので、大きな駆動
トルクが必要になる。そこで、本発明は、第２のアーム
１２の動作角度が小さく、かつ第１の駆動用モータ４及
び第２の駆動用モータ１３の駆動トルクが小さい、水平
多関節ロボットを提供することを目的とする。
技術においても、次のような問題があった。前記第２の
アーム１２の先端の基準点Ｐを、始点Ａから終点Ｂま
で、直線の軌跡をたどって移動させる場合を考える。前
記第１の従来技術の場合とは異なり、第１のアーム５が
旋回するとき、第２のアーム１２は、平行四辺形リンク
機構の働きにより、固定ベース１に対する角度を保った
まま移動するので、動作角度が小さくて済む。しかし、
第１の駆動用モータ４と第２の駆動用モータ１３の間の
干渉トルクが発生しないので、第２の駆動用モータ１３
の駆動トルクが増大するので、容量を大きくする必要が
ある。また、第１の駆動用モータ４は第２のアーム１２
以降の構成要素を負荷として旋回するので、大きな駆動
トルクが必要になる。そこで、本発明は、第２のアーム
１２の動作角度が小さく、かつ第１の駆動用モータ４及
び第２の駆動用モータ１３の駆動トルクが小さい、水平
多関節ロボットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明は、平行四辺形リンクを有する水平多関節
ロボットの第１のアームと第２のアームの間にばね装置
を張架して、第１の旋回軸と第２の旋回軸の加減速を助
勢する。
めに、本発明は、平行四辺形リンクを有する水平多関節
ロボットの第１のアームと第２のアームの間にばね装置
を張架して、第１の旋回軸と第２の旋回軸の加減速を助
勢する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は、本発明の実施例を示す多関節ロ
ボットの第３軸以降の構造を省略した平面図であり、図
２は同じく側面図である。図において、１は固定ベース
であり、設置場所に固定されている。固定ベース１に
は、垂直に設けられた第１の旋回軸２の回りに、旋回ヘ
ッド３が回動自在に取り付けられている。旋回ヘッド３
は、旋回ヘッド３内に取り付けられた第１の駆動用モー
タ４によって駆動される。前記旋回ヘッド３には、第１
のアーム５が固着され、水平に伸びている。すなわち、
第１のアーム５は前記第１の旋回軸２の回りを、水平面
内で旋回する。第１のアーム５の先端には、第１の回動
軸６が垂直に設けられ、補助リンク７が第１の回動軸６
の回りに回動自在に取り付けられている。補助リンク７
の一方の端部には、第２の回動軸８が垂直に設けられ、
リンク９が回動自在に取付けられている。リンク９の一
方の端は前記固定ベースに垂直に設けられた、第３の回
動軸１０に回動自在に取り付けられている。このように
して、固定ベース１、第１のアーム５、補助リンク７、
及びリンク９から平行四辺形リンク機構が構成される。
前記補助リンク７には、第２の旋回軸１１が前記第１の
回動軸６と同軸に設けられている。第２のアーム１２
は、第２の旋回軸１１の回りに回動自在に取り付けられ
ている。前記第２のアーム１２は、補助リンク７上の第
２の駆動用モータ１３によって駆動され、第２の旋回軸
１１回りに、水平面内で旋回する。２０はばね装置であ
り、一端を第１のアーム５に回動自在に枢着し、他端を
第２のアーム１２に回動自在に枢着している。図２にお
いて前記ばね装置２０の構成を説明する。ばね装置２０
は、ばね箱２１、ばね受け２２、連結棒２３、第１のコ
イルばね２４、第２のコイルばね２５、およびブレーキ
２４から成る。前記ばね箱２１の端部には、取付け部２
１ａが固着されている。また反対側の端部には、底部２
１ｂから円筒状の支持筒部２１ｃがばね箱２１の長さ方
向に伸びている。前記ばね受け２２は、前記ばね箱２１
の中にある。前記連結棒２３には、一端に取付け部２３
ａが設けられている。ばね装置２０は、前記取付け部２
１ａで前記第１のアーム５に、回動自在に枢着され、ま
た取付け部２３ａで第２のアーム１２に、回動自在に枢
着される。連結棒２３は、取付け部２３ａと反対の端部
を先頭に、前記支持筒部２１ｃを通って前記ばね箱２１
の内部に差し込まれ、前記ばね受け２２と連結されてい
る。前記第１コイルばね２４の自然長は、前記ばね箱２
１の内法長さより短く、前記第２のコイルばね２５は、
第１のコイルばね２４より短い。第１のコイルばね２４
と第２のコイルばね２５は、前記ばね箱２１の内部に同
心に配置され、端部を前記ばね受け２２に固定されてい
る。前記連結棒２３は、前記支持筒部２１ｃで摺動する
から、ばね受け２２と連結棒２３と前記第１のコイルば
ね２４と前記第２のコイルばね２５は、一体となって、
ばね箱２１の内部をばね箱２１の長さ方向に自由に動
く。第１のコイルばね２４と第２のコイルばね２５は、
ばね箱２１に比べて短いから、連結棒２３がばね箱２１
に最も深く入った状態、すなわち、ばね装置２０が最も
縮んだ状態では、第１のコイルばね２４及び第２のコイ
ルばね２５は、ばね箱の底部２１ｂには接触しない。し
たがって、連結棒２３には、第１のコイルばね２４及び
第２のコイルばね２５の反力は加わらない。この状態は
連結棒２３がばね箱２１の外に引き出され、すなわち、
ばね装置２０が伸びて、第１のコイルばね２４がばね箱
の底部２１ｂに接触するまで続く。第１のコイルばね２
４がばね箱の底部２１ｂに接触すると、第１のコイルば
ね２４の反力だけが連結棒に加わる。さらに連結棒２３
をばね箱２１の外に引き出すと、第２のコイルばね２５
がばね箱の底部２１ｂに接触して、第１のコイルばね２
４に加えて第２のコイルばね２５の反力が連結棒２３に
加わる。以上のことを図３によって再度説明する。図３
はばね装置２０の変位と力の関係を説明する図である。
変位はばね装置２０が最も縮んだ状態の長さを０とし
て、連結棒２４がばね箱２１の外に引き出され、ばね装
置２０の長さが伸びると大きくなる。変位が０からＤ１
までの間は、力は０である。変位がＤ１より大きくなる
と、第１のコイルばね２４の変位−反力曲線３１にした
がって力が生じる。変位がＤ２に達すると、第２のコイ
ルばね２５の変位−反力曲線に従う力が生じる。したが
って、ばね装置２０の変位−反力曲線３３は、第１のコ
イルばね２４の変位−反力曲線３１と第２のコイルばね
２５の変位−反力曲線を合成した非線形のものになる。
２本のコイルばねの長さとばね定数の組み合わせを選ぶ
ことにより、ばね装置２０の変位−反力の特性を所望の
形に選べる。ブレーキ２６は、ばね箱２１の底部２１ａ
の外側に取り付けてあり、外部からの指令により連結棒
２３のばね箱２１に対する摺動を拘束する。さて、つぎ
に前記第２のアーム１２の先端の基準点Ｐを、点Ａから
点Ｂまで移動させる場合を考える。基準点Ｐが点Ａにあ
るとき、ばね装置２０は、引き延ばされているから、第
２のアーム１２と第１のアーム５を互いに引き寄せる方
向に、張力を生じている。したがってばね装置２０の張
力は、第２のアーム１２を第２の旋回軸１１回りに、時
計回りに旋回させるトルクを発生させる。また第２のア
ーム１２は、前記補助リンク７に取付けられているの
で、ばね装置２０の張力は、補助リンク７を第１のアー
ム５に対して第１の回動軸６を中心に時計回りに回動さ
せるトルクも発生させる。平行四辺形リンクが構成され
ているから補助リンク７の時計回りの回動は、第１のア
ーム５の反時計回りの旋回を生じさせる。つまり、ばね
装置２０の張力は、第１のアーム５を第１の旋回軸２回
りに反時計回り方向に旋回するトルクとしても働く。こ
のようにして、ばね装置２０は、基準点Ｐが点Ａから点
Ｂに向かうとき、加速トルクを助ける力として働く。ば
ね装置２０には、前記のような変位−反力特性を与えて
いるので、基準点Ｐが加速区間Ｌ１にある時は大きな力
を発生し、定速区間Ｌ２にあっては、力を発生しない。
定速区間では、元々大きなトルクを必要としないし、基
準点Ｐが点Ａと点Ｂの区間の中間のＭ点を過ぎると前記
ばね装置２０の力はアームを減速する方向に働くので、
これを避ける為、前記のような変位−反力特性を与えて
いるのである。さらにすすんで基準点Ｐが減速区間に入
ると、第１のアーム５と第２のアーム１２はコイルばね
の力に抵抗しながら、ばね装置２０を伸ばすように動
く、つまり、ばね装置２０は、今度は第１のアーム５と
第２のアーム１２の減速を助けるように働く。言い換え
れば、ばね装置２０は、アームの運動エネルギーをコイ
ルばねの歪みエネルギーに変換して蓄える働きをしてい
る。逆に基準点Ｐが点Ｂから点Ａに戻る時、コイルばね
に蓄えられた歪みエネルギーは再び、アームの運動エネ
ルギーに変換される。基準点Ｐが点Ａまたは点Ｂにあっ
て、ワークの着脱等のため、一時その位置を保持すると
き、ばね装置２０の張力に抵抗して位置を保持するため
に、第１の駆動用モータ４及び第２の駆動用モータ１３
に大きな保持トルクが必要になる。この時、ロボット制
御装置（図示せず）の指令により、ブレーキ２６で連結
棒２３を緊縛して、大きな保持トルクの発生を抑える。
ばね装置２０は、単純な引っ張りばね、あるいはこれと
同等の機能を持つ装置であっても良いし、ばねと同様な
機能を持つ物であれば、ゴムのような固体の弾性体であ
っても、流体の圧縮性を利用した装置であっても良い。
また、ブレーキ２６を省いて、構造を簡易にした構成も
考えられる。本実施例では、説明の煩雑さを避けるた
め、水平面内で旋回する第１のアーム５と第２のアーム
１２からなる２軸の多関節ロボットを採り上げた。３軸
以上の多関節ロボットであっても、その一部に本発明と
同様の水平２軸の構成があれば、本発明の実施は可能で
ある。
いて説明する。図１は、本発明の実施例を示す多関節ロ
ボットの第３軸以降の構造を省略した平面図であり、図
２は同じく側面図である。図において、１は固定ベース
であり、設置場所に固定されている。固定ベース１に
は、垂直に設けられた第１の旋回軸２の回りに、旋回ヘ
ッド３が回動自在に取り付けられている。旋回ヘッド３
は、旋回ヘッド３内に取り付けられた第１の駆動用モー
タ４によって駆動される。前記旋回ヘッド３には、第１
のアーム５が固着され、水平に伸びている。すなわち、
第１のアーム５は前記第１の旋回軸２の回りを、水平面
内で旋回する。第１のアーム５の先端には、第１の回動
軸６が垂直に設けられ、補助リンク７が第１の回動軸６
の回りに回動自在に取り付けられている。補助リンク７
の一方の端部には、第２の回動軸８が垂直に設けられ、
リンク９が回動自在に取付けられている。リンク９の一
方の端は前記固定ベースに垂直に設けられた、第３の回
動軸１０に回動自在に取り付けられている。このように
して、固定ベース１、第１のアーム５、補助リンク７、
及びリンク９から平行四辺形リンク機構が構成される。
前記補助リンク７には、第２の旋回軸１１が前記第１の
回動軸６と同軸に設けられている。第２のアーム１２
は、第２の旋回軸１１の回りに回動自在に取り付けられ
ている。前記第２のアーム１２は、補助リンク７上の第
２の駆動用モータ１３によって駆動され、第２の旋回軸
１１回りに、水平面内で旋回する。２０はばね装置であ
り、一端を第１のアーム５に回動自在に枢着し、他端を
第２のアーム１２に回動自在に枢着している。図２にお
いて前記ばね装置２０の構成を説明する。ばね装置２０
は、ばね箱２１、ばね受け２２、連結棒２３、第１のコ
イルばね２４、第２のコイルばね２５、およびブレーキ
２４から成る。前記ばね箱２１の端部には、取付け部２
１ａが固着されている。また反対側の端部には、底部２
１ｂから円筒状の支持筒部２１ｃがばね箱２１の長さ方
向に伸びている。前記ばね受け２２は、前記ばね箱２１
の中にある。前記連結棒２３には、一端に取付け部２３
ａが設けられている。ばね装置２０は、前記取付け部２
１ａで前記第１のアーム５に、回動自在に枢着され、ま
た取付け部２３ａで第２のアーム１２に、回動自在に枢
着される。連結棒２３は、取付け部２３ａと反対の端部
を先頭に、前記支持筒部２１ｃを通って前記ばね箱２１
の内部に差し込まれ、前記ばね受け２２と連結されてい
る。前記第１コイルばね２４の自然長は、前記ばね箱２
１の内法長さより短く、前記第２のコイルばね２５は、
第１のコイルばね２４より短い。第１のコイルばね２４
と第２のコイルばね２５は、前記ばね箱２１の内部に同
心に配置され、端部を前記ばね受け２２に固定されてい
る。前記連結棒２３は、前記支持筒部２１ｃで摺動する
から、ばね受け２２と連結棒２３と前記第１のコイルば
ね２４と前記第２のコイルばね２５は、一体となって、
ばね箱２１の内部をばね箱２１の長さ方向に自由に動
く。第１のコイルばね２４と第２のコイルばね２５は、
ばね箱２１に比べて短いから、連結棒２３がばね箱２１
に最も深く入った状態、すなわち、ばね装置２０が最も
縮んだ状態では、第１のコイルばね２４及び第２のコイ
ルばね２５は、ばね箱の底部２１ｂには接触しない。し
たがって、連結棒２３には、第１のコイルばね２４及び
第２のコイルばね２５の反力は加わらない。この状態は
連結棒２３がばね箱２１の外に引き出され、すなわち、
ばね装置２０が伸びて、第１のコイルばね２４がばね箱
の底部２１ｂに接触するまで続く。第１のコイルばね２
４がばね箱の底部２１ｂに接触すると、第１のコイルば
ね２４の反力だけが連結棒に加わる。さらに連結棒２３
をばね箱２１の外に引き出すと、第２のコイルばね２５
がばね箱の底部２１ｂに接触して、第１のコイルばね２
４に加えて第２のコイルばね２５の反力が連結棒２３に
加わる。以上のことを図３によって再度説明する。図３
はばね装置２０の変位と力の関係を説明する図である。
変位はばね装置２０が最も縮んだ状態の長さを０とし
て、連結棒２４がばね箱２１の外に引き出され、ばね装
置２０の長さが伸びると大きくなる。変位が０からＤ１
までの間は、力は０である。変位がＤ１より大きくなる
と、第１のコイルばね２４の変位−反力曲線３１にした
がって力が生じる。変位がＤ２に達すると、第２のコイ
ルばね２５の変位−反力曲線に従う力が生じる。したが
って、ばね装置２０の変位−反力曲線３３は、第１のコ
イルばね２４の変位−反力曲線３１と第２のコイルばね
２５の変位−反力曲線を合成した非線形のものになる。
２本のコイルばねの長さとばね定数の組み合わせを選ぶ
ことにより、ばね装置２０の変位−反力の特性を所望の
形に選べる。ブレーキ２６は、ばね箱２１の底部２１ａ
の外側に取り付けてあり、外部からの指令により連結棒
２３のばね箱２１に対する摺動を拘束する。さて、つぎ
に前記第２のアーム１２の先端の基準点Ｐを、点Ａから
点Ｂまで移動させる場合を考える。基準点Ｐが点Ａにあ
るとき、ばね装置２０は、引き延ばされているから、第
２のアーム１２と第１のアーム５を互いに引き寄せる方
向に、張力を生じている。したがってばね装置２０の張
力は、第２のアーム１２を第２の旋回軸１１回りに、時
計回りに旋回させるトルクを発生させる。また第２のア
ーム１２は、前記補助リンク７に取付けられているの
で、ばね装置２０の張力は、補助リンク７を第１のアー
ム５に対して第１の回動軸６を中心に時計回りに回動さ
せるトルクも発生させる。平行四辺形リンクが構成され
ているから補助リンク７の時計回りの回動は、第１のア
ーム５の反時計回りの旋回を生じさせる。つまり、ばね
装置２０の張力は、第１のアーム５を第１の旋回軸２回
りに反時計回り方向に旋回するトルクとしても働く。こ
のようにして、ばね装置２０は、基準点Ｐが点Ａから点
Ｂに向かうとき、加速トルクを助ける力として働く。ば
ね装置２０には、前記のような変位−反力特性を与えて
いるので、基準点Ｐが加速区間Ｌ１にある時は大きな力
を発生し、定速区間Ｌ２にあっては、力を発生しない。
定速区間では、元々大きなトルクを必要としないし、基
準点Ｐが点Ａと点Ｂの区間の中間のＭ点を過ぎると前記
ばね装置２０の力はアームを減速する方向に働くので、
これを避ける為、前記のような変位−反力特性を与えて
いるのである。さらにすすんで基準点Ｐが減速区間に入
ると、第１のアーム５と第２のアーム１２はコイルばね
の力に抵抗しながら、ばね装置２０を伸ばすように動
く、つまり、ばね装置２０は、今度は第１のアーム５と
第２のアーム１２の減速を助けるように働く。言い換え
れば、ばね装置２０は、アームの運動エネルギーをコイ
ルばねの歪みエネルギーに変換して蓄える働きをしてい
る。逆に基準点Ｐが点Ｂから点Ａに戻る時、コイルばね
に蓄えられた歪みエネルギーは再び、アームの運動エネ
ルギーに変換される。基準点Ｐが点Ａまたは点Ｂにあっ
て、ワークの着脱等のため、一時その位置を保持すると
き、ばね装置２０の張力に抵抗して位置を保持するため
に、第１の駆動用モータ４及び第２の駆動用モータ１３
に大きな保持トルクが必要になる。この時、ロボット制
御装置（図示せず）の指令により、ブレーキ２６で連結
棒２３を緊縛して、大きな保持トルクの発生を抑える。
ばね装置２０は、単純な引っ張りばね、あるいはこれと
同等の機能を持つ装置であっても良いし、ばねと同様な
機能を持つ物であれば、ゴムのような固体の弾性体であ
っても、流体の圧縮性を利用した装置であっても良い。
また、ブレーキ２６を省いて、構造を簡易にした構成も
考えられる。本実施例では、説明の煩雑さを避けるた
め、水平面内で旋回する第１のアーム５と第２のアーム
１２からなる２軸の多関節ロボットを採り上げた。３軸
以上の多関節ロボットであっても、その一部に本発明と
同様の水平２軸の構成があれば、本発明の実施は可能で
ある。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果がある。 （１）水平多関節ロボットを、２点間を直線経路で結ぶ
動作をさせるとき、第２のアームの動作角度を小さくで
きるので、高速動作が容易になる。 （２）第１及び第２のアームの起動と停止の際に必要な
トルクをばね力で助勢するので、駆動用モータの加減速
トルクを小さくできる。すなわちモータの容量を小さく
できる。 （３）減速時にアームの運動エネルギーをばねの歪みエ
ネルギーに変えて蓄え、加速時には、ばねの歪みエネル
ギーをアームの運動エネルギーに変換するので、加減速
に伴うエネルギーのロスが少なく、省エネルギー効果が
ある。 （４）ブレーキ装置でばね装置の働きを任意に停止でき
るので、ロボット姿勢保持の為の駆動用モータのトルク
が小さくてすみ、省エネルギー効果がある。
のような効果がある。 （１）水平多関節ロボットを、２点間を直線経路で結ぶ
動作をさせるとき、第２のアームの動作角度を小さくで
きるので、高速動作が容易になる。 （２）第１及び第２のアームの起動と停止の際に必要な
トルクをばね力で助勢するので、駆動用モータの加減速
トルクを小さくできる。すなわちモータの容量を小さく
できる。 （３）減速時にアームの運動エネルギーをばねの歪みエ
ネルギーに変えて蓄え、加速時には、ばねの歪みエネル
ギーをアームの運動エネルギーに変換するので、加減速
に伴うエネルギーのロスが少なく、省エネルギー効果が
ある。 （４）ブレーキ装置でばね装置の働きを任意に停止でき
るので、ロボット姿勢保持の為の駆動用モータのトルク
が小さくてすみ、省エネルギー効果がある。
【図１】本発明の実施例を示す多関節ロボットの平面図
である。
である。
【図２】本発明の実施例を示す多関節ロボットの側面図
である。
である。
【図３】本発明の実施例を示すばね装置の側断面図であ
る。
る。
【図４】ばね装置の変位と力の関係を示す説明図であ
る。
る。
【図５】第１の従来技術の例を示す多関節ロボットの平
面図である。
面図である。
【図６】第１の従来技術の例を示す多関節ロボットの側
面図である。
面図である。
【図７】第２の従来技術の例を示す多関節ロボットの平
面図である。
面図である。
【図８】第２の従来技術の例を示す多関節ロボットの側
面図である。
面図である。
１：固定ベース ２：第１の旋回軸 ３：旋回ヘッド ４：第１の駆動用モータ ５：第１のアーム ６：第１の回動軸 ７：補助リンク ８：第２の回動軸 ９：リンク １０：第３の回動軸 １１：第２の旋回軸 １２：第２のアーム １３：第２の駆動用モータ １４：Ｐ点の軌跡 ２０：ばね装置 ２１：ばね箱 ２１ａ：取付け部 ２１ｂ：支持部 ２１ｃ：底部 ２２：ばね受 ２３：連結棒 ２３ａ：取付け部 ２４：第１のばね ２５：第２のばね ２６：ブレーキ ３１：第１のばねによる変位と力の関係を示す曲線 ３２：第２のばねによる変位と力の関係を示す曲線 ３３：ばね装置の変位と力の関係を示す曲線 Ａ：アームの移動の開始端 Ｂ：アームの移動の終了端 Ｃ：第１アームを単独で旋回させたときの基準点Ｐの位
置 Ｍ：Ａ点、Ｂ点の中点 Ｄ１：ばね装置の変位 Ｄ２：ばね装置の変位 Ｌ１：加速区間 Ｌ２：定速区間 Ｌ３：減速区間 α：第１のアームの動作角度 β：第１のアームと第２のアームの成す角度 γ：第２のアームの動作角度
置 Ｍ：Ａ点、Ｂ点の中点 Ｄ１：ばね装置の変位 Ｄ２：ばね装置の変位 Ｌ１：加速区間 Ｌ２：定速区間 Ｌ３：減速区間 α：第１のアームの動作角度 β：第１のアームと第２のアームの成す角度 γ：第２のアームの動作角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小形 誠治 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 山口 浩一 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内
Claims (3)
- 【請求項１】 水平面内で旋回する複数のアームを備え
た多関節ロボットにおいて、固定ベースと、この固定ベ
ース上にあって垂直軸回りに旋回する旋回ヘッドと、前
記旋回ヘッドに固定された第１のアームと補助リンクと
リンクから成る平行四辺形リンク機構と、前記補助リン
ク上に、前記第１のアームと補助リンクの連結軸と同軸
に、回動自在に取付けられた第２のアームと、前記第１
のアームと前記第２のアームの間に張架されたばね装置
を有することを特徴とする多関節ロボット。 - 【請求項２】 前記ばね装置が非線形特性を有すること
を特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。 - 【請求項３】 前記ばね装置にブレーキを有することを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の多関節ロボ
ット。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29741596A JPH10118967A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 多関節ロボット |
| PCT/JP1997/003668 WO1998017443A1 (fr) | 1996-10-18 | 1997-10-13 | Robot articule |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29741596A JPH10118967A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 多関節ロボット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10118967A true JPH10118967A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=17846218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29741596A Pending JPH10118967A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 多関節ロボット |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10118967A (ja) |
| WO (1) | WO1998017443A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104708628A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-06-17 | 赖卫华 | 一种双臂机械手 |
| JP2020049550A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-04-02 | オークマ株式会社 | ロボットユニット |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2262428B1 (es) * | 2005-04-04 | 2007-11-16 | Fundacion Fatronik | Robot paralelo de cuatro grados de libertad con rotacion ilimitada. |
| CN105945474B (zh) * | 2016-06-01 | 2017-07-14 | 广西大学 | 一种多自由度可调式焊接机器人 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0716904B2 (ja) * | 1989-07-20 | 1995-03-01 | トキコ株式会社 | バランス機構 |
| JPH05228884A (ja) * | 1992-02-19 | 1993-09-07 | Tokico Ltd | 工業用ロボット |
| JP2607558Y2 (ja) * | 1992-09-25 | 2001-11-12 | 株式会社安川電機 | 多関節ロボット |
-
1996
- 1996-10-18 JP JP29741596A patent/JPH10118967A/ja active Pending
-
1997
- 1997-10-13 WO PCT/JP1997/003668 patent/WO1998017443A1/ja active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104708628A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-06-17 | 赖卫华 | 一种双臂机械手 |
| JP2020049550A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-04-02 | オークマ株式会社 | ロボットユニット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1998017443A1 (fr) | 1998-04-30 |
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