JPS60114492A - 可撓性ア−ム - 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】 この発明は、産業用ロボットの手首部分に装着して有効
な可撓性アームに関するものである。

従来、例えば塗装用ロボットにおいて、その手首部分に
可撓性アームを装着することにより、その先端に取付け
た吹付ノズルの任意の位置への設茄　３ 定を容易とし、ワークの側面や裏面なども容易に塗装し
得るようにすることはよく知られている。

それら可撓性アームとしては、リンク式のものや歯車を
用いたものがある。しかしながら従来の前記リンク式の
ものは、２次元で工夫されたもので、平面上でしか正確
な位置決めができない。丑た歯車を用いたものは外径が
犬となり、手首部分が大きくなってしまったり、あるい
はその外径を小にしようとすれば、中継用の歯車を追加
せねばならず、構造複雑、重量大と々ってしまう。

この発明は前述事情に鑑みなされたものであシ、構造簡
単、小型、重量小とした３次元で正確に位置決めできる
可撓性アームを提供せんとするものである。

以下実施例を詳述する。なおこの実施例では、多関節ア
ーク溶接ロボットに装着した可撓性アームとして説明す
るが、この発明をこの実施の形態に限定するものではな
い。

■は基台であり、その上部には旋回台２が軸支され、旋
回角α】が強制される。また旋回台２には第１垂直回動
腕３が軸支され、回動角α２が強制される。さらに腕３
先端には第２垂直回動腕４が軸支され、回動角α３が強
制される。さらには腕４には回動体５が軸支され、回動
角α４が強制される。

そして回動体５先端部にこの発明実施例の可撓性アーム
ＦＡが装着され、そのアームＦＡ先端部にＭＩＧ溶接用
トーチＴが保持具６により保持されている。

以下アームＦＡの説明をする。々お説明上、第２図にお
いて左下をアームＦＡの後、右上をアームＦＡの前、右
下をアームＦＡの左、左上をアームＦＡの右と称するこ
とにする。

１１は、回動体５先端部に固設したアームＦＡの本体で
あり、半円リング状の湾曲部材として形成されている。

１２は、本体１１の両端部に回動自在に第１軸支１２ａ
、１２ｂした第１回動部材であり、リング状に形成され
ている。

１３は、部材１２に、かつ軸１２ａ、１２ｂとは０１点
で交差（実施例では直交）する第２軸１３届　５ ａ、１３ｂにより回動自在に支承した第２回動部材であ
る。部材１３は、半円リング状の部材を９０度の位相差
を有して背中合わせに一体的に接合されてなる。

１４は、本体１１の中央、すなわち回動体５との接合個
所において、回動体５と同軸に支承した第１回転軸であ
る。この回転軸１４は、腕４内に設けた動力源によ逆駆
動される出力軸として構成されている。回転軸１４の先
端部には、第１腕１４ａが突設されている。々お回転軸
１４の軸中心線は０１点を通るように設定されている。

１５は、回転軸１４に突設した腕１４ａ先端と部材１２
との間に揺動自在に軸着１５ａ、１５ｂ（実施例ではラ
ジアルジャーナル）した第１リンクである。なお軸１５
ｂは、実施例では軸１３ａと共通になされている。また
軸１５ａ、１５ｂは、その軸中心線が０１点を通るよう
に設定されている。

１６は、本体１１に回動自在に軸着１６ａした第２リン
クである。なお軸１６ａは軸１４と共通になされている
。

扁　６ １７は、部材１３の中央、すなわち半円リング状部材を
背中合わせにして接合した個所に支承した第２回転軸で
ある。回転軸１７の軸中心線は０１点を通るように設定
されている。また回転軸１７の後端には第２腕１７ａが
突設されている。

１８は、回転軸１７に突設した腕１７ａ先端とリンク１
６先端との間に揺動自在に軸着１８ａ、１８ｂ（実施例
ではラジアルジャーナル）され、しかも中間が部材１２
に回動自在に軸着１８ｃされた第３リンクである。なお
軸１８ｃは、実施例では軸１８ａと共通になされている
。また軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃの軸中心線は０１点を
通るように設定されている。

１９は、本体１１に支承した第３回転軸である。

回転軸１９は、軸１４と同軸に支承され、腕４内に設け
た動力源により駆動される出力軸として構成されている
。回転軸１９先端部には第３腕１９ａが突設されている
。

２０は、回転軸１９に突設した腕１９ａ先端と部材１３
との間に揺動自在に軸着２０ａ、２０ｂ扁　７ （実施例ではラジアルジャーナル）した第４リンクであ
る。なお軸２０ｂは後述する第４回転軸２１と共通にな
されている。また軸２０ａ、２０ｂの軸中心線は０１点
を通るように設定されている。

２１は、部材１３に支承した第４回転軸であり、回転軸
１７と同軸に支承されている。回転軸２１後端には第４
腕２１ａが突設されている。

２２は、回転軸２１に突設した腕２１ａ先端と部材１２
との間に揺動自在に軸着２２ａ、２２ｂ（実施例ではラ
ジアルジャーナル）した第５リンクである。なお軸２２
ｂは軸１２ａと共通になされている。−１，た軸２２ａ
、２２ｂの軸中心線は０１点を通るように設定されてい
る。

以上の１１〜２２で１つの球面リンク機構Ｌ１が構成さ
れている。

３１は、部材１３前端部に回動自在に第１軸支３１、ａ
、３１ｂした第１回動部材である。

３２は、部材３１に、軸３１ａ、３１ｂとは０２点で交
差（実施例では直交）する第２軸３２ａ、８２ｂにより
回動自在に支承した第２回動部材である。

３３は、軸１７前端に突設した第１腕１７ｂ先端と部材
３１との間に揺動自在に軸着３３ａ、ａ８ｂ（実施例で
はラジアルジャーナル）した第１リンクである。なお軸
８８ｂは軸８２ａと共通になされている。また軸８３ａ
、３８ｂの軸中心線は２ 翫点を通るように設定されている。

３４は、回転軸２１の前端に突設した第３腕２１ｂ先端
と部材３２との間に揺動自在に軸着３４ａ、３４ｂ（実
施例ではラジアルジャーナル）した第４リンクである。

軸３４ａ、３４ｂの軸中心線は０２点を通るように設定
されている。

以上の３１〜３４でもう１つの球面リンク機構Ｌ２が構
成されている。

以上のようにアームＦＡは２組の機構Ｌ１、しで構成さ
れ、そのアームＦＡＯ前端部材３２の前端に保持具６が
固設される。

さらにこの実施例の作用を述べる。

なおこのロボットは、α１〜α４軸および軸１４．１９
の計６軸を制御してトーチＴの位置、姿勢を９ 決定しつつ溶接を実行するのであるが、とりわけ軸１４
．１９の回転によるトーチＴの姿勢変更について説明す
る。

（５）　まず第２図の状態において、回転軸１９は拘束
したまま、回転軸１４を回動させる場合を説明する。

（ａｌ）回転軸１４だけを図示矢印り方向に回動すると
、腕１４ａもＬ方向に回動する。するとリンク１５は、
その長手方向が軸１８ａ、１４および０１点を含む平面
に接近する方向に揺動する。よって部材１２の軸１３ａ
側はリンク１５に押され、部材１２は軸１２ａ、１２ｂ
を中心に時計方向に回動することになる。

この回動により、軸１３ａと１４との距離が大きくなる
ので、軸１８ｂは、軸１３ａ１１４および０１点を含む
平面に接近する。これにょ９リンク１６は軸１’６ａを
中心にＲ方向（第２図図示）に回動し、リンク１８は軸
１８ｃを中心に反時計方向に回動し、腕１７ａは回転軸
１７とともにＬ方向に回動する。従って回転軸１４のＬ
方向回動が１０ 回転軸１７にも同方向に回動するように伝達されること
になる。

すると腕１７ｂもＬ方向に回動され、リンク３３は、そ
の長手方向が軸１７．８２ａ、０２点を含む平面に接近
する方向に揺動する。よって部材３１の軸８２ａ側はリ
ンク３３に押され、部材３１は軸３１ａ、３１ｂを中心
に時計方向に回動することになる。

従って回転軸１４のＬ方向回動により、部材１２は本体
１１に対し、また部材３１は部材１８に対し、それぞれ
軸１２ａ、１２ｂ、軸３１ａ、３１ｂを中心に時計方向
に回動することになる。

（ａ２）　Ｌかしながら前記部材１２の時計方向回動。

オ、７□９ａゆ６位、ヵα都、部＃　１８　Ｕ　ＩＪ　
７り２０によジ引張られ、部材１３は軸１３ａ、１８ｂ
を中心に右へ回動してしまう。

するとこの部材１３の右回動に伴ない、軸２０ｂと２２
ｂとの距離が犬となるので、軸２’　２’　ａは、軸２
０ｂ、２２ｂ、０１点を含む平面に接近し、応じて腕２
１ａは回転軸２１とともにＬ方向に回動Ａ１１ することに々る。すると腕２１ｂもＬ方向に回動され、
リンク３４は、その長手方向が軸２１．３２ａ　、０２
点を含む平面から遠隔する方向に揺動する。

よって部材３２の中央はリンク３４に引張られ、部材３
２も軸３２ａ、３２ｂを中心に右へ回動してしまうこと
になる。加えて前記部材３１の時計方向の回動によって
も、部材３２はリンク３４に引張られ、部材３２はさら
に軸８２ａ、３２ｂを中心に右へ回動してしまうことに
なる。

すなわち部材１２．３１の前記時計方向回動に伴ない、
部材１３は部材１１に対し、また部材３２は部材３１に
対し、それぞれ軸１３ａ、１３ｂ、軸８２ａ、８２ｂを
中心に右へ回動してしまうことに々る。

（ａ３）従って前述輸）、（ａ２）から明らかなように
、回転軸１４をＬ方向に回動すれば、アームＦＡはその
右下方向に湾曲し、トーチＴは前記右下方向に変位する
ことになる。

（ａ４）また逆に回転軸１４だけをＲ方向に回動した場
合は、アームＦＡは左上方向に湾曲し、トーチＴは左上
方向に変位することは明白である。

廁 する。なおこの場合、回転軸１９．２１および軸３４ｂ
が一直線すなわちアームＦＡが直線状態に橙ってはなら
ないという条件が必要である。

（ｂｌ）そこで回転軸１９だけを図示矢印Ｒ方向に回動
すると、腕１９ａもＲ方向に回動する。すると部材１３
の中央はリンク２０により押され、部材１３は軸１３ａ
、１８ｂを中心に左へ回動することになる。

この回動により、軸２１と２２ｂとの距離が小さくなる
ので、軸２２ａは、軸１３ｂ、２１．０１点を含む平面
に接近する。これにより腕２１ａは回転軸２１とともに
Ｒ方向に回動する。従って回転軸１９のＲ方向回動が回
転軸２１にも同方向に回動するように伝達されることに
なる。

すると腕２１ｂもＲ方向に回動され、部材３２中央はリ
ンク３４により押され、部材３２は軸３２ａ、３２ｂを
中心に左へ回動することに々る。

扁１３ 従って回転軸１９のＲ方向回動により、部材１３は部材
１２に対し、また部材３２は部材３１に対し、それぞれ
軸１３ａ、１３ｂｔ軸３２ａ、３２ｂを中心に左へ回動
することになる。

（ｂ２）　Ｌかしながら前記部材１３の左回動の際、１
８によりＬ方向に回動してしまう。

すると腕１７ｂもＬ方向に回動され、部材３１の上部す
なわち軸８２ａ側はリンク３３により押され、部材３１
は軸３１ａ、８１ｂを中心に時計方向に回動してしまう
ことになる。

すなわち部材１３の前記左回動に伴ない、部材３１は部
材１３に対して軸８１ａ、３１ｂを中心に時計方向に回
動してしまうことに々る。

（ｂ３）従って前述（ｂｌ）、（ｂ２）から明らかなよ
うに、回転軸１９をＲ方向に回動ずれば、アームＦＡは
その左下方向に湾曲し、トーチＴは前記左下方向に変位
することに々る。

（ｂ４）また逆に回転軸１９だけをＬ方向に回動し蔦１
４ た場合は、アームＦＡは右上方向に湾曲し、トーチＴが
前記右上方向に変位することは明白である。

（Ｃ）　ところで回転軸１４．１９の回動角をともに制
御すれば、アームＦＡを例えば回転軸１４と軸１２ａ、
１２ｂを含む平面より下方において、若干湾曲した状態
から任意の角度だけ任意の方向に湾曲させ得ることは明
白であろう。

なお前述実施例では球面リンク機構を２組しか連結して
いないので、アームＦＡは、最大湾曲状態でも、その前
端部が第２図の状態から約６０度しか姿勢を変化できな
い。従ってアームＦＡをさらに湾曲させて、トーチＴを
例えば第２図の向きとはほぼ１８０度反転させたいよう
々場合には、前記球面リンク機構Ｌ１を例えば約５組連
結し、その前端部に球面リンク機構Ｌ２を１組連結すれ
ば実行できる。また第１リンク１５．３３、第２リンク
１６、第３リンク１８、第４リンク２０．３４、第５リ
ンク２２の各軸着、すなわち１５ａ、１５ｂｔ　３３ａ
ｉ　３８ｔｚ　１６ａ＋　１８ａ＋　１８ｂｔ１８ｃｉ
　２０ａ＋　２０ｂｘ　３４ａ、８４ｂｔ　２２扁１５ ａ、２２ｂは、球形ジャーナルであってもよい。

その他各構成の均等物との置換もこの発明の技術範囲に
含まれることはもちろんである。

この発明は前述したように、回転軸〕４．１９の回動角
を制御することによりアームＦＡを３次元で湾曲させる
ことができ、アームＦＡ前端部に取付ケたエンドエフェ
クタ（実施例ではトーチＴ）の姿勢を任意に正確に決定
できる。また球面リンク機構Ｌ１を使用しているので、
外径を最小限におさえることができ、コンパクトであり
、さらには歯車を用いた従来のものに比し、構造簡単、
軽量、精度も良好である。よってこの発明アームは産業
用ロボットの手首部分に装着して特に有効である。

【図面の簡単な説明】

図はいずれもこの発明の実施例を示し、第１図は可撓性
アームを多関節アーク溶接ロボットに装着した場合の全
体図、第２図は可撓性アームの一部破断斜視図、第３図
は可撓性アームの一部を示す断面側面図である。 ＦＡ・・・可撓性アーム、Ｌｌ、Ｌ２・・・それぞれ球
面リンク機構、５・・・回動体、１１・・本体、１２．
３１・・・それぞれ第１回動部材、１２ａ、１２ｂ、３
１ａ、３１ｂ・・・それぞれ第１軸、１３．３２・・・
それぞれ第２回動部材、１３ａ、１３ｂ、３２　ａ　、
　３２ｂ・・・それぞれ第２軸、０１．０２・・・それ
ぞれ交点、１４・・・第１回転軸、１５．３３・・・そ
れぞれ第１リンク、１５ａ、１５ｂ、３３ａ、３８　ｂ
　−・・それぞれ軸着、１６・・第２リンク、１６ａ・
・・軸着、１７・・第２回転軸、１８　＝・第３リンク
、１８ａ、１８ｂ、１８Ｃ・・・それぞれ軸着、１９・
・・第３回転軸、２０・・第４リンク、２０ａ、２０ｂ
・・・それぞれ軸着、２１・・・第４回転軸、２２・・
・第５リンク、２２ａ、２２ｂ・・・それぞれ軸着。 出願人　新明和工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体に回動自在に第１軸支した第１回動部材と、
   この第１回動部材に、かつ前記第１軸とは交差する第２
   軸により回動自在に支承した第２回動部材と、前記本体
   に支承した第１回転軸と、この第１回転軸と前記第１回
   動部材との間に揺動自在に軸着した第１リンクと、前記
   本体に回動自在に軸着した第２リンクと、前記第２回動
   部材に支承した第２回転軸と、この第２回転軸と前記第
   ２リンクとの間に揺動自在に軸着され、かつ中間が前記
   第１回動部材に回動自在に軸着された第３リンクと、前
   記本体に支承した第３回転軸と、この第３回転軸と前記
   第２回動部材との間に揺動自在に軸着した第４リンクと
   、前記第２回動部材に支承した第４回転軸と、この第４
   回転軸と前記第１回動部材との間に揺動自在に軸着した
   第５リンクとを備え、前記第１〜第４回転軸は、それら
   軸中６扁　２ 線が前記第１軸と前記第２軸との交点を通るように設定
   されてなる、可撓性アーム。
2. （２）　前記第１、第３回転軸は、前記本体に同軸に支
   承され、前記第２、第４回転軸は、前記第２回動部材に
   同軸に支承されてなる、特許請求の範囲第１項記載の可
   撓性アーム。
3. （３）　前記第１、第２、第３、第４、第５リンクの前
   記各軸着は、ラジアルジャーナルとし、それら軸方向が
   前記第１軸と前記第２軸との交点を通るように設定され
   てなる、特許請求の範囲第１項記載の可撓性アーム。
4. （４）前記第１、第２、第３、第４、第５リンクの前記
   各軸着は、球形ジャーナルとした、特許請求の範囲第１
   項記載の可撓性アーム。