JPS5942287A - 産業用ロボツト - 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】 本発明は１４　革用ロボットに関するものである。

近年、生産工程においてロボットの導入による組立作業
の自動化が急速に進んでいる。こうした目的で使用され
ている従来の産業用ロボットの一例を第１図に示す１、 このロボットはｄＬ１腕１とＢ）　２　ＩＮ　２との二
関節水平Ｆｒｔｊ造となっている。第１腕１の根本に直
流ターボモータ３ｆｆ：設けて第１腕１を１自接駆ｎ０
＋し、第１腕の先ゾ高に軸支された第２　＋＋１２の（
侵木に直流モータ５′を設けて第２ｊ剋２を直接１１＾
動する＋１４成となっている。第２腕２の先端にはエア
シリンダ４が具備され、そのピストンロンドの先端に上
下動５が取付けられ、上下！ｉｌｌ　５の下端にはハン
ド６が軸支されている。したがって、エアシリンダ４の
伸縮によりハンド６は上下動ぜしめられる。さらにベー
ス７に固定されたステッピングモータ８よりタイミング
ベルト９１９／　、　９／／及びプーリ１０．１０’　
、１０″、１［）”を介してハンド乙に回転力を伝動し
てひねＤ　＃Ｉ作を行わせる○ 」二連のロボット（第１図）は、第１腕１と第２１１’
ｉｔ　２とによる水平面内での２自由１実と、上下刃向
の１自由ＩＪＩと、手先（ハンド）のひねりの１目由１
史との８１４自由度を有しており、−Ｆ方向から９１１
５品を組付ける作業に用いられている。

以上に説明した従来形の九業用ロボットには以下に示す
４つの欠点がある１、 ８′ｉル１の欠点は、２（）ノｊｈのｉ＜動刊　夕が第
１腕の先部■に設けであるため、第１腕の駆動モータに
対する工１．荷が大きいことである。し／ζがってンＨ
”、　１１ｉｉ１旋回ＩＩＩＩＪ作の重速化が困痛（と
なる。

７．１Ｎ２の欠点は、手先（ハンド）の上下動をエアシ
リンダ＋１４＜　動としているため、上下方向の任、も
・、の位置決めができないことである。憬わ＾−的スト
ツパを設ければ」ニート動のストロークエンドで（ｄ正
確に停止位置を設定できるが、停止ト１位１？’＋を変
更しようとするとストッパ位（或を修正しなければなら
ないので、動作パターンの模様替えに即応できない０、 第５の欠点は、手先（］・ンド）のひねり軸駆動にステ
ッピングモータ直結と同等な駆動方式をとっており、ス
テッピングモータの脱Ｗ１６を生じやすく、制御が出船
なことである。

Ｂｐ、　４の欠点は、各軸の駆動諒が統一されてないと
いうことである。すなわち、第１腕及び第２腕のバ（＾
動は直流ザーポモ　タであり、ト下、駆動はエアシリン
ダであり、手先ひねり駆動はステッピングモータである
。ロボットとして、ｌｌＫ動系に統一性を欠き、１ｂ制
御システムが煩雑となる１、第１の欠点を解消するだめ
の試みとして、第２腕の旋回駆１ｉυ用モータを第１腕
先端部からペース上に移設して、出２腕とその旋回駆動
用モータとを連結杆で連動をせるリンク（幾構を用いた
例もあるが、クランクと連結杆とで伝動する構造におい
ては、第２腕の回転角を１８０°よりも相当小さくしな
ければならない（実用的には１２０°桿Ｉｆ　）という
制約を受ける。これは、回転角１１８０°に近づけると
連結杆とクランクとが一直線に近づき、槻４ｉＬｆ学で
いう思案点を生じて伝動が不ｕＪ能となるからである。

本発明は、以上説明した従来ロボットの欠点を一掃すべ
くなされ、その目的とするところは手先（ハンド）の上
下動を任意の１１１ｉ！で高い４６度で停止させること
ができ、その上、旋回部分の慣性モーメントが小さくて
小容皐の駆動モータで高速駆動せしめることができ、し
かも第２腕の回転角を１８０°近く、あるいは１８０°
以上得る産業用ロボットを提供するにある。

上記目的を達成するため、本発明は第２腕回転軸後方に
設置したモータ回転を第２腕先端部まで伝え、そこに回
転運動を直線連動に変換する手段を設け、上記回転出力
によって工具保持＋ｌｉｌ＋を１ト方向に往複運動ぜし
めイ（）るように４ｆ’＋成し、かつ、第２腕の旋回駆
動モータをベースに設置１！１″することによって旋回
部材の慣性モーメント全軽減するとともに上記駆動モー
タの回転出力をダブルリンク機構を介して第２腕に伝動
Ｉ−ることにより１８０°近く、あるいは１８０°以上
の円滑な回動を可能ならしめることを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を第２図乃至第７図により説明
する。

第２図は本発明による産業用ロボットの一実施例の側面
図、４４６図及び第４図は同じく中央で一月υ「したｊ
ｌｌｌｌ而図であ面。

本ロボットは第１腕１１と第２腕１２とから成る二関節
４’Ｍ造の３自由度構成であり、手先（ハンド）１３の
回転は制御せず、手先１６の姿勢（対地角度９を一定に
保つ稗構を有している。なよ７・、手先１６の回転をも
制御する４自由１’ＪＩ　（’ｆ７）成のものについて
は後で説明する。

第１腕１１は二分割構造となっており、第１腕下１１′
はその枢支軸と同軸上のベース２０上に設置した直流ザ
ーボモータ２１により減速磯翻を弁先端の間に第１腕１
１に対し回動自在に軸支された第２腕１２をはさみ込み
、軸１５により連結しである。

第２腕１２は第１ｊ頗１１の枢支軸と同軸上のべ一ス２
０に設置した直流ザーボモータ２２の出力を減速機ろ２
を介してダブルクランク４２に伝えるように構成する。

ここでダブルクランク４２の出力軸１Ｂは、第１腕上１
１′に対して回動自在に軸支しである。上記のダブルク
ランク４２は、第６図に示すように出力軸１６に対して
同径上９０°の位相差を有する２個のクランクピン４２
ａ　、　４２ｂを設けである。これに対応して第２腕１
２の根本部にも該腕を枢支しているｍ　２　ｆｌｌ＋　
１７に対して同径上９０　　の位相差をもつ２個のクラ
ンクピン１２ａ。

１２ｂを設ける　そして前記クランクピン４２ａと同１
２ａとを連結杆５２ａで連結するとともにクランクピン
４２ｂと同１２ｂとを連結杆５２ｂで連結しダブルリン
ク機構を構成する。

手先機構の概要は、上下一対のベース６４ａ。

６４ｂ　′ｆニラツク６２を介して連結し、上記一対の
ベース６４ａ、６４ｂによってスプライン軸６５を欠配
のようにして回転自在に支承し、その下端に手先１６を
取付けて工具保持軸を構成する。

上下一対のベース６４ａ　、　６４ｂにはそれぞれ回転
ブラケツ）　７４ａ　、　ｖ、ｕ、を回転自在に軸支し
、スプライン軸６５の上端、下端をそれぞれ」二記の回
転ブラケット７４ａ　、　７４ｂに固着する。これによ
り、スプラインｉ’ｌｌ＋　６５は第３　＋Ｉ’ｌｌｌ
　Ａ　Ａの１１コ１りに１ｌ−ｉｌｌｌｌ（自在に支承
される。さらに第２腕１２の先端１τμに、スプライン
ｉＱｌ＋　６　ｓの摺！ｌＴｏ案内のだめのスプライン
ｌ１１１１受６６ｆ：第ろ軸ΔＡ回りに回転自在に支承
するよう軸受ホルダ６７を固着しである。上記スプライ
ン軸受６６にはスプライン軸６５に貫挿するスゲロケッ
ト４５が固着しである。これにより、手先１ろを支承す
る手先機構が第２１１’ｎ１２の先端に回転自在に支承
され、次に詳述するごとく、手先１５はラック６２を介
して上−駆動せしめられるように（］々成する６、ラッ
ク６２及びスゲライン軸６５は防塵のためジャバラ６８
でおおった。

第２　ＩＩ雅１２の根本部に直ｖ１シ勺−ボ・ｅ−夕２
ろを設置ｉｌ：Ｌ、その回転出力をシャフト５３．カッ
プリング５４を介して隼歯車６０ａに伝え、彫歯車６０
ａの回転は年歯単６０ｂにより回転方向を９０°変換さ
れ、平歯車６１ａ、ピニオン６１ｂに順次に伝えられ、
ラック６２を上下駆動するように構成する。

ラック６２の上下動案内は、スプライン−１６５及びス
プライン軸受６６によってなされ、ローラ６３ａはラッ
ク６２の第６軸ＡＡまわりの回転防止として、さらにロ
ーラ６ろｂはピニオン６１ｂとのかみ合せに対するラッ
ク６２の支持として構成しである。これにより、ラック
６２が上下動せしめられ該ラック６２に固着された上下
のベース６４ａ　、　６４ｂが上下動ぜしめられて手先
１６が上−トに駆動される。手先１５の上下動はラック
仝２とピニオン６１ｂとを介して直流ザーボモータ２５
によってｋ（へ動されるので、自在に」二下動せしめら
れ、かつ任、ｄの位置に正確に停止させることができる
。上記の回転伸動を直線運與１に変換する手段として、
例えば送りネジとナツトとのホ１↓合せ等任意の手段を
用い”ｔＨる。

次に手先１６０回転磯４’＋￥について説明する。ベー
ス２０に固定され、１１１１Ｎ乙に対して回転自在に設
けられたスゲロケット４５″からチェーン５４″を介し
て第２軸１７と同軸の軸１５に対して回転自在に設けら
れたスプロケット４５′に、さらにスプロケット４５′
からチェーン５４′ヲ介シてスゲ０　ケラト４５に＞、
ｉ１＋、結される。スプロケット４５ｉＪニスプライン
軸受６６に同定されでいるため、スジ１コケツト４５ｆ
６：回転することにより、スゲライン中出６５を介して
生先１３全回転することができる１、ここ（−は、スプ
ロケット４５“がベース２ｏに固定しであるため、手先
１６の回転は制御できないが、第１腕１１　＋　１”＝
　２１１’／１１１２０回動にかかわらず、ベース２０
に対し、當に一定の角紋を保つ磯（１！トとなっている
、 組立１？（〜品が方向性のないものでイ・・れば、上記
のような３自由度ロボットで充分でλ）るが、手先１３
も制徊１する必要を生じたＪ烏合には、次に説９甲］す
るようＩｉ’ｉ１．Ｑｔに４自由度ロホ゛ットに４１′
５Ｄ父することができる。

第７図に示すように、ベース２ｏに直Ｍ置す−ポモータ
２４を設置し、その回転を減速機６４で減速し、スゲロ
ケット４４およびチェーン５４を介して今一１でベース
２０に対して固定さり、てぃ／こスフロケラト４５″を
自由にし、ハ亥スプロケット４５“にスプロケット４４
′を追加し、回転できるようにして手先のひねり動作を
行わせる。このひねり動作の動力伝線、安素としてチェ
ーンを用いているのｆｄ　、保守の容易性を考慮しでい
る。つ１り歯付ベルトのようにエンドレスの部材は、組
付Ｊ１ｖ、はずしの際、軸部品を分育Ｃする必！妓が生
じる。

しかし、チェーンであれば、エンドレスでないため、’
：ｌ１部品をその寸まにして、チェーンの組イｆｌｊ、
取けすしができる 最後に、リンク機構の′Ｉイ長について説明する。

第６図において、直流サーボモータ２２により回動され
たダブルクランク４２は、相互に９０　　の位相差を設
けた二系統の伝導経路、即ちクランクピン４２ａ、連結
杆５２ａ、クランクビン１２ａ及びクランクピン４２ｂ
＋連結杆５２ｂ、クランクビン１２１）を弁して第２腕
１２を駆動する。このためシングルクランクにおけるよ
うな思案点を生じることなく広い範囲にわたって第２ｊ
屍１２を回動駆動することができる。本実施例では約３
１ＪＯＯ回動駆動がｉ＋Ｊ能である。

その上、上記ダブルリンク＋！＞　４ｉ’ｔは、クラン
クビン４２ａ　、　４２１＋　、　１２ｂ　、　　１２
ａが常に一１Ｖ行四辺形の頂点に１１ン１６．するより
にノ・！Ｉ、　Ｉｉｌ＃ノーる。このため、クプルクラ
ンク４２を静止、したま捷で第１１Ｉ）１１．１１を回
１１山させるとき第２１ｉｉ＋１１２は支承中心ＩＩＩ
ＩＩである化２申由１７に従って平行（・嫉小力する。

以−１，のように第２１扮（１２が半行７１“ｒ、　！
１ｕｌｌすること、及びｊＪＩ　Ｈ１７１ｊモータをペ
ース２０に設ｂ’ｊ　Ｌ、たことにより、本ロボットの
回動部分のＩＦ”＋　’＜１：±−メントｉ＋：１イｔ
’Ｅ来のロボットに比して著しく小さい。次にその原理
をＩＡｊ、　８図、第９図を用いて説明する１、第８図
は第１図に示した従来形ロボットの第１腕１が角θたけ
回転する場合を模式的に表わしたもので、２は第２腕、
■１１は第１腕１の１４さ中質量、ｍ２は第２腕駆動モ
ータ３′の質量、ｍ３は第２腕２の集中質量、ｍ４は手
先機構の集中質量である、第１腕１及び第２腕２の長さ
はともに２ａとする、 第１腕１を角θだけ回転させると第２腕２も角θたけ回
転する。従って、第１腕１の慣性モーメントＪｄ Ｊ＝ｎｌｒ１２＋ｎ２ｒ２２＋ｎ３ｒ３２＋ｍ４ｒ４２
となる。

たたし、ｒｌはｍｌの回転半径、ｒ２はｍｌの回転半径
。

ｒ３はｍ３の回転半径＋ｒｉはｍ４の回転半仔である。

第９図は前記実施例の第１腕が角θだけ回転する場合を
模式的に示した図である。

第６図において晴、明したように、本発明に係る組立ロ
ボットは、第１腕が角θたけ回転したとき２４ル２腕は
第２軸に沿って平行移！１１カする。従って、第２腕の
回転半径は第１腕の長さを加えたものにならない。この
ため、第１腕１１の慣性モーメントＪ′は Ｊ’＝（ｍ４’ｍ５）ｒｌ”＋０１３１”３２＋Ｉｎ４
１”４２となる川５はリンク１０の質量である。

ここで第１腕、第２脚の長さをともに２ａとしで第８図
、第９図における慣性モーメントを比較してみると、 Ｊ　＝　ｍｌａ２＋ｒｒ＋ｚ（２ａ）２＋ｍ３（３ａ）
２＋ｍ４（４ａ）２＝　（＋ｎ＋　＋　４＋ｎ２　＋　
９ｍ３　＋　１６ｍ４　）　ａ２Ｊ’　＝　（ｍｌ　＋
ｎ１５　）　ａ２＋ｍ３（２ａ）２＋ｒｎ４（２ａ）２
＝（ｍ１→軸１３　＋　４１１１４　＋　１１５　）　
ａ２設計常識的にｍｌ＞ｎ＋５と考えられるので、明ら
かに、Ｊ　＞　＞　Ｊ’　　となる７、例えば、ｍ＋＝
５ノ（９＋　１１＋２　”３　ｈ：９　＋　＋ｎ、＋　
＝　ＩＮ＋’ｌ　。

ｍ４＝　３ＬＣｇ＋　ｍｓ＝　１＆７　、２ａ＝＝０．
４１ｎとして試；Ｗ、　Ｌ　テミルト、Ｊ　＝　４．０
４７ｔ：ｌ／ｍ２．　Ｊ’　＝　１，３６１＋’ｊ７１
１１２とな９、本発明の適用によって第１腕の慣性モー
　メントＶよ従来のし１ポツトに比して約１／３となる
。

これにより、本発明を適用した’、Ｌｊ合、Ｍｊ来と同
）一度のｔｉｅｒ　ｆ′Ｆ速ハ（であれば第１腕の駆ル
リモータを著しく小谷ｈｔのものとすることができる。

捷だ第１腕の駆動モータを（１１−来と同稈庶にすれば
動作Ｉ！Ｉ鍔焦が格段に速くなる。

以上説明したように１１本発明は二関節から成るロオツ
トにおいて工具保持軸を回転、駆動するための巷１］）
伝動手段と、固定ベースに設ｉｃ６．　したｐ］へ動モ
ータとを備えるとともに、上ｔ（シ工具保持Ｑ１１１を
軸方間に狂句駆動するだめの伝動手段と、１４ｊＳ動モ
ータと、回転速！ｌｌｌ１金百線運Ｊｔ／ｌに変％Ｈす
る手段とを備え、かつ、記２腕と、第１腕枢支１ｑ１１
とト１中山」二に配設された駆動軸とをダフ゛ルリンク
機構を介して連結することにより、工具保持軸に取ｆ＝
Ｊけられたハンドの一ヒ下！１す１をｉ、ｒ：　；ｔの
旬１αに、Ｈ；７．い梢１焦で停止させることができ、
１−１かも旋回部分の個性モーメントが小さくて小容端
のｊ！Ｍ　１１ｆ１７モータで高速動作せしめることが
でき、さらに・′４ル１腕に対して第２腕を１８０°以
上の広い角１現でＩｂｙ　ｌ！、’、１７ｇぜることか
できるというトオれた実用的クノノ宋をイ１−じる。

【図面の簡単な説明】

弔１１νｊは従来一般に用いられている三関ｙ！１）形
の産業用ロボットのＬＥ面図、第２図乃↑君７μｍは本
発明の一実施例に係るＮｒ業用ロボットを不し、第２図
は正面図、第６図、ｃ′（４４図は・Ａ３２図の中央）
０１而図、第５図は工具保持醐ロ廖動ｉｉ１〜分の平面
図、第６図はダブルリンク部分の平面図、第７図は、二
［具保持軸回転駆ｊｉｉｌノモータ部の正面図である。 第８図は従来の産業用ロボット磯仇金示す模式図、第９
図は本発明の一実施例に係る′ｆ！Ｆ：業用ロボットの
リンクイ虚構を示す模式図である。 １１・Ｉも１腕　　　　１２・Ｇｌ’ｙ　２１１ｉ１ｉ
２１１・−ζ−ス フ１．２２．　　ンろ、　２４・・ユ１１＜動　１ニー
　タ４２・・ダブルクランク ５２ａ、５２ｔ）　　・・・タフ／Ｌ／　＋）　：ｙり
機構の；’ＩＴ結杆５４　、　　５４’　、　　　５４
″・・　シー　エ　−　ン６０ａ、　６ｏｂ　＝−傘爾
中　　６１ａ　、　　６１ｂ　＝平１′＠屯６２・　ラ
ック　　　　　６「３・・スプライン輔６６・・スジラ
イン軸受 １　　ン 第７図 第８図 ′、′；、 第９ンＪ （Ｑ　　　ｎＱＪ ４６２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１軸によって回動自在なように固定部材に枢支された
   ムき１腕と、第１軸と平行な第２軸により回動自在なよ
   うに第１腕の先端に軸支された第２腕と、第２軸に平行
   な軸方向の摺動及び該ｔ１ｊ回りに回動自在なように第
   ２ｊ％の先端に支承された工具保持軸とを有し、かつ上
   記の各回動１１１５月を回動駆動するモータを備えて成
   るｗ業用ロボットにおいて、工具鉾持軸を回動駆動する
   ための巻掛伝動手段と、固定部材に設置した該軸回動駆
   動子−タとを備えるとともに、上記工具保持！ＩＩＩＩ
   Ｉを軸方向に往復駆動するだめの伝！Ｉｒ１）り一段と
   、該軸往復駆動モータと、回転運動を直線運動に変換す
   る手段とを・備え、かつ、前記第２腕と、第１軸と同軸
   上に配設した第２腕ル・動軸とを、位相差を有するダブ
   ルクランクと連結杵とにより構成するダブルリンク機構
   を介して、！Ｉ！：結し／こことをｌ酊徴とする産業用
   ロボット。