JPS59351B2 - 産業用ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は産業用ロボットに関し、特に作業に応じた柔軟
な動作機能を有すると共にイナーシャを解決した作業性
の高い産業用ロボットに関する。

従来の産業用ロボットは、一定の力で定められた動作を
繰り返す作業はできるが、作業内容や作業範囲にあわせ
た力を出すことができない。例えば、軸にホィールを差
し込む作業に於いて、そのハンド部に保持されているホ
ィールは、取付軸の中心と絶えず同心に保たないと、確
実にホィールを取付軸にセットできない欠点がある。こ
れは前記のように一定の力で定めた動作を繰り返すロボ
ットでは、その位置がずれても、なお定められた力が作
用するために無理な力による作業対象部、つまり取付軸
、あるいはホィール自体が損傷したり、さらにロボット
が破損することがある。本発明は上記観点に鑑み創作さ
れたもので、その目的は人間の筋肉のように作業に応じ
た柔軟な動作機能を有して、作業内容や作業範囲の多様
化に応じた順応性を有し、ために外部動作に敏感に反応
し、僅かな外力にも確実に動作することができ、しかも
イナーシャを防止して安定性と信頼性をよりー層高めた
産業要ロボットを提供せんとするものである。以下図面
を参照しながら、本発明の実施例を説明すると、第１図
は本発明に係る産業用ロボット全体の側面図、第２図は
一部を切欠した説明用の同側面図である。

図に於いて、１は平行四辺形構成のアーム機構で、前後
、上下及び旋回操作が単独あるいは同時にできる三次元
動作が可能であると共に作業時にその動作は無重力状態
を保つ構成になつている。

このアーム機構１は基端部を側板２、３に支持され、そ
の旋回機構４により略々３６０゜旋回すするようにして
あり、図示では台座１６２で地上に設置できる構成にな
つているが、設置方法は任意で、例えば天井に設置した
り、車台で地上を走行する構成にすることは可能である
。前記旋回機構４は、第３図示のようにそのロータリー
サーボアクチユエータ５を側板２，３に設けた取付板６
を介して取付けた構成にしてある。

このロータリーサーボアクチユエータ５の構成を次に説
明する。円筒状のケーシング６内に電磁クラツチ７を備
えた直流サーボモータ、交流インダクシヨンモータ、パ
ルスモータ等の駆動モータ８を配し、この出力軸９にカ
バー１０の軸受１１に基端部を取付けてなる制御用回転
軸１２をカツプリング１３とキー１４を介して連結して
あり、他端部にはパルスエンコーダ１５を取付けてある
。１６はこの制御用回転軸１２の基端部に設けた減速装
置で、駆動モータ８の回転駆動を所定の減速比に減速し
、バツクラツシユを少なくして、停止精度を高める高精
度の位置決を行うものであり、１７はサーキユラスプラ
イン、１８はフレツクスプライン、１９はウェーブジェ
ネレータである。

２０は減速装置１６に基端部を締付けボルト２１を介し
て取付けた駆動用回転軸で、前記ケーシング６の先端部
に締付けボルト２２を介して取付けたカバー２３内に配
すると共に前記制御用回転軸１２はこの駆動用回転軸２
０内に挿通しており、さらにこの駆動回転軸２０の先端
部は前記側板２，３の取付板６に締付けネジ２４を介し
て取付けてある。

このような構成の旋回機構であれば、駆動モータ８の回
転駆動吉共にパルスエンコーダ１５を設けた制御用回転
軸１２は所定の減速比に減速されて回転し、さらに駆動
用回転軸２０も同様減速して回転している。

このためパルスエンコーダ１５のパルス信号は駆動モー
タ８に直接伝わり、駆動モータ８を直接制御でき、減速
比を大きくすることによつて、電磁クラツチ７が作動し
て駆動モータ８を停止しても、そのバツクラツシユは極
めて小さくなり、停止精度を高めて高精度の位置決めを
可能とするものである。次にアーム機構１の構成につい
て説明すると、このアーム機構１はいかなる操作位置に
於いても、バランスを保つように平行四辺形構成になつ
ている。

つまり、水平に伸びている上下のアーム２５，２６間に
補助アーム２７を介在し、この上方アーム２５と補助ア
ーム８の基端部は、側板２，３間に於いて、垂直に結ぶ
リンク２８，２８に夫々支軸２９，３０を介して枢支し
、さらに上下のアーム２５，２６の先端部は垂直に結ん
で下方に垂下している垂直アーム３１に夫々支軸３２，
３３を介して枢支してある。

３４は垂直アーム３１に沿う垂直補助アームで、これに
補助アーム２７の先端部はその突出片３５が支軸３６を
介して枢支してあると共に垂直アーム３１に支軸３７を
介して枢支してあり、支軸３３，３７間には垂ｆ片３８
を設けてある。

このような構成のアーム機構１は、一定範囲規制された
状態で、前後及び上下方向に移動しうる構成になつてい
る。

すなわち、前記側板２，３には、その先端側に上下方向
と上端側に水平方向に案内孔３９，４０を夫々構成し、
これら案内孔３９，４０には夫々その長手端縁に沿つて
案内軌条４１，４１及び４２，４２が付設してある。一
方の案内孔３９の内側に前記補助アーム２７の基端部と
下方アーム２６とを垂直に結ぶリンク４３は支軸４４，
４５を介して枢支し、さらに案内孔３９の外側でこのリ
ンク４３と連結している支持具４６に上下端部に設けた
ローラ４７，４７及び４８，４８が前記案内軌条４１，
４１に摺動自在に嵌合してある。４９は支軸４５に連結
して、案内孔３９の範囲内に於いて規制されるアーム機
構１の上下方向の移動を行うよう構成した上下動機構で
あり、第７図乃至第９図示のように種々な駆動用のサー
ボアクチユエータを使用して、アーム機構１の上ト動を
操作できるが、次に説明する前後動機構５０に於いても
、同様なサーボアクチユエータを使用するために、まず
この前後動機構５０について説明する。

このアーム機構１の前後動機構５０の構成は次の通りで
ある。

他方の案内孔４０の内側に一端部を前記リンク２８の支
軸２９に枢支してなる支持具５１と案内孔４０の外側で
、この支持具５１と連結している外側の支持具５２に設
けた前後のローラ５３，５３及び５４，５４が案内軌条
４２，４２に摺動自在に嵌合してなる構成である。この
ような上下動機構４９と前後動機構５０には前記のよう
に駆動用のサーボアクチユエータを取付けて所定方向に
アーム機構１を移動操作することができる。第７図示の
サーボアクチユエータ５５について説明すると、エアー
シリンダのチユーブ５６内に配したピストン５７にパイ
プロツト５８の基端部を取付け、先端部はロツドフラン
ジ５９より延出してナックルジョイント６０を設けてあ
る。

６１はパイプロツド５８内に配したボルトネジで、その
基端部側はピストンフランジ６２に設けた支持具６３が
螺合してあり、さらに基端部はヘツドフランジ６４に軸
支してある。

このようにチユーブ５６内に配したピストン５７により
シリンダ内を二室６５，６６に区分し、図示省略の空気
出入口から空気圧を注入・排出し、ピストン５７を往復
して、そのパイプロツド５８を作動し、所定の推力を生
ぜしめるものである。しかし、一般に空気圧は大きな推
力を生じるが、ピストン５７の摺動抵抗、圧力変動等が
原因となり、極めて僅かな位置調節、つまり微調節は困
難なことである。このためロボツトに於いて空気圧を使
用して位置決め精度を高めることは難しい。この点を考
慮しこのサーボアクチユエータ５５には、微調節可能な
構成を施してある。

そのパイプロツド５８内に配したボルトネジ６１の基端
部と連結する回転軸６７をヘツドフランジ６４の下方に
延出し、これにギヤー６８を取付け、これに順次噛合す
るギヤー６９，７０からなる変速機構７１を構成し、ギ
ヤー７０の回転軸７２の一端部にヘツドフランジ６４に
設けた取付板７３に取付けた駆動モータ７４、例えば直
流サーボモータ、交流インダクシヨンモータ、パルスモ
ータ等を連結すると共に他端部に電磁クラツチ７５を取
付け、さらに前記回転軸６７にはパルスエンコーダ７６
を連結してある。第８図示のサーボアクチユエータJモ
Vは、ダイヤフラム７８を使用したことに特色があり、
他の構成は前記実施例と同様である。

第９図示のサーボアクチユエータ７９は、前記実施例と
異なり、そのボルトネジ８０をピストンロツド８１内に
内設せずにシリンダの外部に取付けて、同様に精度を高
めた位置決めを期待せんとするものである。

このピストンロツド８１の先端部にナックルジョイント
６０を介して支持部材８２を取付け、この支持片８３に
設けた支持具８４にボルトネジ８０を螺合し、ボルトネ
ジ８０の基端部はチユーブ５６の上端部側方に取付けた
支持板８５の軸受部８６に軸支し、このボルトネジ８０
の基端部に連結する回転軸８７にギヤー８８を取付け、
これに順次噛合するギヤー８９，９０を構成して変速機
構９１を設け、ギヤー９０の回転軸９２の一端部に支持
板８５に設けた駆動モータ７４を連結し、さらに他端部
に電磁クラツチ７５を連結してある。また、回転軸８７
にはパルスエンコーダ７５を連結し、駆動モータ７４を
制御するようにしてある。９３は支持部材８２をガイド
する案内棒、９４は係子孔である。

このような駆動用のサーボアクチユエータ５５，７７，
７９は、前記のようにピストン７５を空気圧で駆動して
、パイプロツド５８あるいはピストンロツド８１を作動
し、その推力を利用することができるが、位置決め精度
を高める場合、つまり前記アーム機構１の前後及び上下
操作には、駆動モータ７４を駆動して、変速機構７１，
９１により、所定の減速比に減速した駆動モータ７４の
回転駆動でボルトネジ６１，８０を駆動して、これに螺
合している支持具６３，８４を介してピストン５７を摺
動してアーム機構１の前後及びト下操作を極めて精度よ
く位置決めすることができ、しかもパルスエンコーダ７
６は駆動モータ７４を制御できるので、その操作はより
安定性を高めることができるし、バツクラツシが極めて
小さくなり高精度な繰返し位置決め精度が可能となる。

また、上下動機構４９に取付けるサーボアクチユエータ
５５にあつては、空気圧を利用しその発生する推力は、
作業時に於いて保持するワークの重量に対応して、アー
ム機構１を無重力状態に保つために使用するものである
。なお、前後動機構５０のサーボアクチユエータ５５の
パイプロツド５８は、支持具５１の後端部に於いて支軸
９５を介して連結している。次に前記垂直アーム３１と
第２垂直アーム３４がアーム機構１の操作により、いか
なる位置に移動してもバランスを保つて良好な状態で作
業できるようにバランス機構９６を構成してある。

つまり、９７，９７は前記側板２，３の案内孔４２，４
２の下方に設けた窓孔で、前記のように補助アーム２７
の基端部とリンク２８，２８とを枢支している支軸３０
の両端部はこの窓孔９７，９７から延出しており、その
延出端部９８，９８は側板２，３の外側に設けたシリン
ダ９９，９９のピストンロツド１００がナックルジョイ
ント１０１を介して連結してあり、このシリンダ９９は
アーム機構１の前後動に対応して、これに追随して常に
前記垂直アーム３１とのバランスを保つように垂直推力
が作用する構成になつている。すなわち、シリンダ９９
，９９の上下端部に夫々支持具１０２，１０３を介して
側面に延出している軸杆１０４，１０５の先端部に設け
たローラ１０６，１０７は前記窓孔９７の下方位置にて
側板２，３に設けた水平方向の上下２条の案内孔１０８
，１０９に摺動自在に嵌合しており、さらにシリンダ９
９の下端部に垂下している軸杆１１０に配したローラ１
１１は、側板２，３に設けた案内軌条１１２，１１２の
案内溝１１３に摺動自在に嵌合してある。従つて、この
ようなバランス機構９６を構成したことにより、このシ
リンダ９９，９９はアーム機構１の前後動に伴なつてリ
ンク２８，２８に追随して、常に垂直状態を保つて前後
方向に移動するために垂直アーム３１がいかなる位置に
移動しても、その推力は常に垂直方向に作用し、適確な
バランスを保つことができる。また、第６図示のように
シリンダ９９の下端部を支軸１１４に枢支しても、この
シリンダ９９はリンク２８の規制範囲内、つまり案内孔
４２の範囲内にてシリンダ９９が傾動しても、シリンダ
９９の推力は略々垂直方向に作用し、バランスを保つこ
とができる。

なお、この案内孔１０８，１０９の一方を省略しても、
一方側のシリンダ９９を省略することも可能である。従
つて、従来のようにバランス用のウエートを設ける必要
がなく、垂直アーム３１とのバランスは、このバランス
機構９６で保つことができる。１１５はこのバランス機
構９６の近傍に設けたイナーシヤ防止機構で、特にワー
クが重量物である場合、発生するイナーシヤを防ぎ、安
定性と信頼性を高めた作業を可能とするもので、この構
成を具体的に説明すると、１１６は前記窓孔９７の略々
全面を覆うように緊締具１１７，１１７，・・・を介し
て側板２，３の側面に取付けた板状体で、この板状体１
１６に前記支軸３０の延出端部９８，９８と一体または
金具１１８を介して取付けた突出軸１１９，１１９の先
端部にボールベアリング等の接合子１２０，１２０を常
時当接するように構成してある。

従つて、この接合子１２０，１２０が移動する固定点と
なるので、回転に伴なうイナーシヤがなくなり、大きな
負荷に対しても停止精度を高める効果がある。なお、側
板２，３の間隔を広く構成し、前記バランス機構９６を
この側板２，３内に配して、接合子１２０をこの側板２
，３に直接当接するように構成しても同様な効果を期待
できる。次にワータを保持するハンド機構１２１につき
説明すると、このハンド機構１２１は前記アーム機構１
の垂直アーム３１と第２垂直アーム３４の丁端部に取付
けてあり、１２２はその取付具で、この取付具１２２に
はハンド部１２３を一体に回動駆動する機構１２４とワ
ーク取付部１２５を上ト動する機構１２６とワーク取付
部１２５のみを回転駆動する機構１２７とで構成してあ
り、以下順次この構成を説明する。

ハンド部１２３を一体に回転駆動する機構１２４は電磁
クラツチ１２８を備えた直流サーボモータ、交流インダ
タシヨンモータ、パルスモータ等の駆動モータ１２９の
出力軸１３０に減速装置１３１を取付け、さらにこの減
速装置１３１の先端部に駆動用回転軸１３２を取付け、
駆動モータ１２９の回転１駆動を所定の減速比に減速し
て、バツクラツシユを少なくし、高精度の位置決めを可
能に構成してある。

この減速装置１３１の構成は、前記旋回機構４に用いた
ものと同様であり、サーキユラスプライン１３３、フレ
ツクスプライン１３４、ウェーブジェネレータ１３５か
らなり、１３６はカバーで、その先端部は取付具１２２
の取付部１３７に支持してあり、１３８は出力軸１３２
の先端部に設けたギヤーである。このギヤー１３８は取
付具１２２の先端部にワーク取付部１２５を上下動する
機構１２６の電磁クラツチ付の駆動モータ１３９に設け
たギヤー１４０と噛合せてあれば、ハンド部１２３は回
転駆動する。

さらにこのト下動する機構１２６は、電磁クラツチ付の
駆動モータ１３９の出力軸１４１に前記と同様な減速装
置１４２を取付け、この先端部に駆動用回転軸１４３を
取付け、そのベアリングケース１４４は保持具１４５に
取付けてある。

１４６は回転軸１４３の先端部に設けたギヤーで、この
ギヤー１４６は保持具１４５の取付部１４ｒに設けた軸
受１４８に軸支してある駆動用回転軸１４９の基端部の
ギヤー１５０と噛合つており、この回転軸１４９の先端
部にベベルギヤ一１５１を取付け、この回転軸１４９と
直交状態に保持具１４５の側面に軸受１５２，１５２を
介して一端部を取付けた支軸１５３，１５３の一方に前
記ベベルギャ一１５１と噛合するベベルギヤ一１５４を
取付けてある。

なお、支軸１５３，１５３の他端部は後記するワーク取
付部の回転駆動機構１２７の駆動モータ１５５のケース
１５６に取付けてある。このためワーク取付部１２６は
駆動モータ１３９の回転駆動は減速装置１４２で所定減
速比に応じて減速され、回転軸１４３、ギヤー１４４，
１５０、回転軸１４９に伝わり、噛合するベベルギヤ一
１５１，１５４により、支軸１５３，１５３を支点とし
てワーク取付部１２５は上下動する。次にワーク取付部
１２５のみを回転駆動する機構１２７は、前記のように
支軸１５３，１５３を取付けてあるケース１５６内に電
磁クラツチ付の駆動モータ１５５を配し、この駆動モー
タ１５５の出力軸１５７に前記と同様に減速装置１５８
を取付け、これの先端部にワーク取付部１２５を構成し
てあり、所定の減速比に減速された回転駆動はワーク取
付部１２５に伝わり、これを高精度に回転駆動すること
ができる。１５９はケース１５６のカバーである。

以上の構成である本発明の産業用ロボツトに於いて、第
１２図示の作用説明図からも明らかなように支軸４５が
案内孔３９内を上下動しても、△ＡＢＣと△ＡＤＥは常
に相似形を保つものであれば、アーム機構１はバランス
を保持でき、負荷がある場合は前記のようにサーボアク
チエータ５５の空気圧より大きな垂直方向の推力により
負荷とバランスを的確に保つことができ、無重力状態を
作り作業できるものである。

今使用状態につき説明すると、第１３図及び第１４図示
のように無重力状態に保つているアーム機構１のハンド
機構１２１のワーク取付部１２５に軸１６０を把持し、
ホイール１６１に対し軸１６０の位置がずれていると仮
定した場合、θ軸移動、つまり旋回機構４によりその角
度アーム機構１を旋回し、そのサーボアクチユエータ５
のクラツチ７を解除し、フリーな状態にし、ついでＸ軸
移動、つまり前後動機構５０により前方にアーム機構１
を移動して取付軸１６１の中心と同心に保つようにし、
そのサーボアクチユエータ５５のクラツチ７５を解除し
、フリーな状態にし、さらにＹ軸移動、つまりサーボア
クチユエータ５５のクラツチ７５を解除し、フリーな状
態にすると、アーム機構１と軸１６０は自動的に下降し
挿入する。

この場合、このサーボアクチユエータ５５の空気圧の推
力がアーム機構１の自重と同じであるとそのままの状態
で停止している。つまりフリーな状態になつている。ま
た、挿入時にこの挿入する力を無解除な圧力調節により
選ぶことができる。また、このようにクラツチを解除し
ても、空気圧を利用して駆動させても、上下動の動きは
たえずパルスエンコーダ７６によつて、その位置関係は
制御されており、軸、ホイール、あるいはロボツト本体
の損傷はないものである。本発明は以上の構成であれば
、無重力状態で作業できて柔軟な動作機能を有し、順応
性に富み、ために外部動作に敏感に反応し、部品の損傷
はなくなり、しかもイナーシヤを防止できる安定性と信
頼性のある産業ロボツトである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業用ロボツト全体の側面図、第２図
は一部を切欠した同側面図、第３図は旋回機構の断面図
、第４図は要部の断面図、第５図は要部の他の実施例の
断面図、第６図は要部の一部を切欠した断面図、第７図
乃至第９図はサーボアクチユエータの各実施例の一部を
切欠した断面図、第１０図はハンド部の要部の側面図、
第１１図は同断面図、第１２図は作用説明図、第１３図
、第１４図は使用状態の説明図である。 １・・・・・・アーム機構、２，３・・・・・・側板、
４・・・・・・旋回機構、４９・・・・・・上下動機構
、５０・・・・・・前後動機構、１２１・・・・・・ハ
ンド機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも三軸方向に単独または同時に操作できる
   ハンド機構を下端部に設けた垂直アーム及び第２垂直ア
   ームの各上端部と水平方向に伸びる上下アーム及び補助
   アームの各先端部とを連結し、これら上下アーム及び補
   助アームの基動部は、駆動モータに直結するパルスエン
   コーダを備えていると共に、減速装置を設けた制御用回
   転軸を駆動用回転軸内に内設し、これに連動する旋回機
   構を設けた側板に支持されてアーム機構を構成し、前記
   上下アームには水平方向に移動規制される前後動機構を
   取付け、さらに補助アーム及び下方アームには上下方向
   に移動規制される上下動機構を取付け、これら前後動機
   構及び上下動機構にはシリンダのピストンに結合された
   パイプロッドに基端部側からボルトネジを進退自在に螺
   挿し、このボルトネジに変速機構を介在してモータを連
   結すると共に、前記パイプロッドの移動量を検出する装
   置を設けた駆動用のサーボアクチュエータを夫々連結し
   、また前記上方アームと補助アームとを垂直に結ぶリン
   クには、常時垂直方向にシリンダの推力が作用するバラ
   ンス機構を設け、このリンクの下方の支軸と一体または
   これに連結する突出軸の接合子は前記側板の外方に設け
   た板状体に当接しうるイナーシャ防止機構を構成してな
   る産業用ロボット。