JPS6076988A - 関節型ロボツト - 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】 発明の技術分野 本発明は関節型ロボットに関し、更に詳しくは、関節型
ロボットの関節駆動機構の改良に関する。

従来技術と問題点 ロボット胴部に第１アームの基部を垂直面に沿って回動
可能に枢着するとともに、該ロボット胴部に第１アーム
を回転駆動する第１アーム駆動装置を設け、第２アーム
の先端部に第２アームを垂直面に沿って回動可能に枢着
した関節型ロボットにおいては、ロボットの出力端即ち
第２アームの先端に設けられる手首先端部の動作範囲を
広くすることと、アーム駆動装置に加わる負荷をできる
だけ小さくすることが要望されている。

第１図及び第２図は平行四辺形リンク機構を利用した従
来の一般的な関節型ロボットの構造を示すものである。

この図を参照すると、ロボット胴部１には第１アーム２
の基部が垂直面に沿って軸線Ｃ１の周りにＷ方向に回動
可能に枢着されており、第１アーム２の先端部には第２
アーム３の中間部が垂直面に沿って軸線Ｃ２の周りにＵ
方向に回動可能に枢着されている。第２アーム３の先端
部には手首部４が設けられている。第２７−ム３の後部
には第１アーム２と同寸の第１リンク５の一端がピン結
合されており、第１リンク５の他端にピン結合された第
２リンク６が軸線Ｃ１上で第１アーム２に枢着されて平
行四辺形リンク機構を構成している。第２図に示すよう
に、軸線Ｃ１上には第１アーム２をロボット胴部１に対
して回転駆動するための第１アーム駆動モータ７と第２
アーム３を第１アーム２に対して回転駆動するための第
２アーム駆動モータ８とがそれぞれ設けられている。第
２アーム駆動モータ８の駆動力は第２リンク６及び第１
リンク５を介して第２アーム３に伝達されるようになっ
ている。

このような平行四辺形リンク機構を用いた従来の関節型
ロボットの場合、第１アーム駆動モータ７に加わる負荷
（軸線Ｃ１周りのモーメント）は第１７−ム２の角度と
第２アーム３の重さのみに依存することとなり、第１ア
ーム２に対する第２アーム３の角度に依存しなくなるの
で、アームの重心移動に伴う第１アーム駆動モータ７の
負荷の変動は比較的小さくなる。また、軸線Ｃ１上に設
けた第２アーム駆動モータ８で第２補助リンク６を駆動
することにより第２アーム３を回転駆動することができ
るから、第１アーム２に加わる荷重を小さくすることが
でき、第１アームアーム駆動モーク７に加わる負荷を小
さくすることができることとなる。

しかしながら、上記従来構造の場合、平行四辺形リンク
機構を用いているため、第２７−ム３と第１７−ム２と
の成す角度θが大きく制限され、実際には１００°程度
が限度となる。したがって、ロボットの出力端即ち手首
先端部の運動自由度が狭くなるという欠点がある。

発明の目的 上記従来技術の欠点に鑑み、本発明は、ロボット胴部に
第１アームの基部を垂直面に沿って回動可能に枢着する
とともに、該ロボット胴部に第１アームを回転駆動する
第１アーム駆動装置を設け、第２アームの先端部に第２
アームを垂直面に沿って回動可能に枢着した関節型ロボ
ットにおいて、ロボットの出力端即ち第２アームの先端
に設けられる手首先端部の動作範囲を広くすることがで
きるとともに、アーム駆動装置に加わる負荷をできるだ
け小さくすることができる関節型ロボットを提供するこ
とを目的とする。

発明の構成 上記目的は、本発明によれば、ロボット胴部に第１アー
ムの基部を垂直面に沿って回動可能に枢着するとともに
、該ロボット胴部に第１アームを回転駆動する第１アー
ム駆動装置を設け、第２アームの先端部に第２アームを
垂直面に沿って回動可能に枢着した関節型ロボットにお
いて、前記第２アームを該第２アームの枢軸部軸線上及
び第１アームの枢軸部軸線上にそれぞれ位置する回転伝
達部材を介して第２アーム駆動装置に連結し、前記ロボ
ット胴部と前記第１アームとの間には前記第１アームの
傾斜角度に応じた重力補償を行なう重力バランサを設け
たことを特徴とする関節型ロボットにより達成される。

発明の実施例 以下、図面第３図ないし第６図を参照して本発明の一実
施例を説明する。

第３図を参照すると、関節型ロボットは機台１１上に水
平方向に回動可能に設けられたロボット胴部１２を備え
ており、ロボット胴部１２には第１アーム１３の基部が
垂直面に沿って軸線０１周りにＷ方向に回動可能に枢着
されている。第１アーム１３の先端部には第２７−ム１
４が垂直面に沿って軸線Ｃ２周りにＵ方向に回動可能に
枢着されている。第２アーム１４の先端部には手首部１
５が設けられている。特に限定はされないが、ここでは
、手首部１５は第２７−ム１４に対してγ方向に回動可
能な手首基部１５ａと、手首基部１５ａに対してβ方向
に回動可能な手首中間部］５ｂと、手首中間部１５ｂに
対してα方向に回動可能な手首先端部１５ｃとからなっ
ている。図示されていないが、手首部１５に対するα方
向、β方向及びγ方向の駆動用モータはそれぞれ第２ア
ーム１４に設けることができる。

第４図を参照すると、第１アーム１３はロボット胴部１
２に対しヘアリング１６．１７を介して軸線Ｃ１の周り
に回動可能に支持されている。第１７−ム１３の一例に
おいて、ロボット胴部１２には第１アーム駆動モータ１
８が取り付けられている。モータｊ８の出力軸１８ａは
回転伝達機構を兼ねた減速機１９を介して第１アーム１
３の基部に連結されている。

特に限定はされないが、減速機１９は、ミこでは、ハー
モニックドライブ（登録商標）と呼ばれるものからなっ
ており、この減速機１９は、ウェーブジェネレータ２ｏ
とフレクスプライン２１とサーキュラ・スプライン２２
とからなっている。

第５図に示すように、ウェーブジェネレータ２゜はモー
タ１８の出力軸１８ａに固定された楕円形のカム２０ａ
とそψ外周に嵌め込まれたボールヘアリング２０ｂとが
らなっており、ボールベアリング２０ｂの内輪はカム２
０ａに固定されているが、外輪はボールを介して弾性変
形可能となっている。薄肉カップ状の金属弾性体からな
るフレクスプライン２１はボールベアリング２０ｂの外
輪に嵌っており、その外周には歯が形成されている。

リング状のサーキュラ・スプライン２２の内周にはフレ
クスプライン２１の歯と同ピンチの歯が円周方向に形成
されており、サーキュラ・スプライン２２の歯数はフレ
クスプライン２■の歯数よりも僅かに（例えば２枚）多
くなっている。サーキュラ・スプライン２２はロボット
胴部１２に固定されており、フレクスプライン２１に一
体に設けられた端板２３は軸線Ｃ１上で第１７−ム１３
の基部に固定されている。モータ１８の出力軸１８ａが
軸線Ｃ】の周りに第５図中時計方向に回転するとウェー
ブジェネレータ２ｏが軸線ｃ１の周りに回転し、ウェー
ブジェネレータ２ｏによって楕円状に撓められたフレク
スプライン２１は長軸部でサーキュラ・スプライン２２
と噛み合っており、ウェーブジェネレータ２０の回転に
伴って噛合い位置が移動する。ウェーブジェネレータ２
０が一回転したときフレクスプライン２１はサーキュラ
・スプライン２２との歯数差分だけ反時計方向に移動す
る。その結果、フレクスプライン２１の歯数をＺｆとし
且つ歯数差をｄとすると、減速比は−ｄ／Ｚｆとなって
、軸線Ｃ１周りに減速出力が得られる。この減速出力が
第１アーム１３に伝達される。

第４図を参照すると、第２アーム１４は第１７−ム】３
に対しベアリング２４を介して軸線Ｃ２周りに回動可能
に支持されており、第２アーム１４と第１アーム１３と
の間には回転伝達機構を兼ねた減速機２５が軸線Ｃ２に
沿って設けられている。この減速機２５は上述した減速
機１９と同一の構造を有している。減速機２５のフレク
スプライン２６は第２アーム１４に固定された端板２７
と一体に形成されており、サーキュラ・スプライン２８
は第１アーム１３に固定されており、つ工−ブジェネレ
ーク２９ば第１７−ム１３に回転可能に支持された第１
シヤフト３ｏに固定されている。第１７−ム１３内にお
いて、第１シヤフト３０には傘歯車３Ｉが固定されてい
る。

第１アーム１３内には第１アームの長手方向に延びる第
２シヤフト３２がその長手方向軸線の周りに回転可能に
設けられており、第２シヤフ１．３２の一端には傘歯車
３１と噛み合う傘歯車３３が固定されている。第２シヤ
フト３２の他端には別の傘歯車３４が固定されている。

ロボット胴部１２には軸線Ｃ１上に位置する第３シヤフ
ト３５がヘアリング３６．３７を介して回転可能に支持
されており、第３シャフト３５には第２シヤフト３２の
傘歯車３４に噛み合う傘歯車３８が固定されている。第
３シヤフト３５はロボット胴部１２に固定された第２ア
ーム駆動モータ３９の出力軸３９ａに結合されている。

したがって、モータ３９の回転駆動力は第２シヤフト３
２及び減速機２５を経て第２アーム１４に伝達される。

ロボット胴部１２と第１アーム１３との間には第１アー
ム１３の傾斜角度に応じて重力補償を行なうための重力
バランサ４０が設けられている。

この重力バランサ４０はここではシリンダ４１と、ピス
トン・ロッド４２とコイルばね４３とを備えている。ピ
ストン・ロッド４２の下端は軸線Ｃ１の上方において支
持ピン４４を介してロボット胴部１２に支持されている
。ピストン・口・ノド４２の上端はシリンダ４１内に挿
入されており、シリンダ４１の上端は第１アーム１３の
長手方向軸線上で支持ピン４５を介して第１アーム１３
に支持されている。特に限定はされないが、ここでは、
支持ビン４５は軸線Ｃ２との交点上に位置している。シ
リンダ４１とピストン・ロッド４２はコイルばね４３に
よって縮み方向に付勢されている。

上記構成の関節型ロボットにおいては、第１アーム１３
がモータ１８の駆動力によって垂直姿勢から傾斜せしめ
られると、重心移動に伴ってアームの重量によるモータ
１８の負荷モーメントは増大するが、第６図中二点鎖線
で示すように、重力バランサ４０が伸張してコイルばね
４３が圧縮されるので、支持ビン４４．４５間には縮み
方向のばね力が作用する。このばね力はモータ１８の出
力軸１８ａに刻してアームの重量によるモーメントと反
対の方向にモーメントを与えるので、結果としてモータ
１８の出力軸］８ａに対する負荷モーメントの増加量は
低減されることとなる。重力バランサ４０のばね力は第
１アーム１３の傾斜角度にほぼ比例するので、第１アー
ム１３の傾斜角度に応じた重力補償を行なうことができ
る。

重力バランサ４０は第２アーム１４の動きに対して干渉
しないから、第２アーム１４は第１アーム１３に干渉し
ない範囲内で自由に移動させることができる。実際には
第２アーム１４を第１アーム１３に対して１８０°以上
回動させることができる。

上記構成の関節型ロボットにおいては、第２アーム駆動
モータ３９は軸線Ｃ１及び軸線Ｃ２」二にそれぞれ設け
た回転伝達機構を介して第２アーム１４に連結されてい
るので、第２アーム駆動モータ３９の重量は第１アーム
１３には作用しない。

したがって、第１アーム駆動モータ１８に加わる負荷が
軽減される。

以上一実施例につき説明したが、本発明は上記実施例の
態様のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に
記載されている発明の範囲内で種々の変更を加えること
ができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、ロボット胴
部に第１アームの基部を垂直面に沿って回動可能に枢着
するとともに、該ロボット胴部に第１アームを回転駆動
する第１アーム駆動装置を設け、第２アームの先端部に
第２アームを垂直面に沿って回動可能に枢着した関節型
ロボ・ノドにおいて、前記第２アームを該第２アームの
枢軸部軸線上及び第１アームの枢軸部軸線上にそれぞれ
位置する回転伝達部材を介して第２アーム駆動装置に連
結し、前記ロボット胴部と前記第１アームとの間には前
記第１アームの傾斜角度に応じた重力補償を行なう重力
バランサを設けたことを特徴とするものであるから、ロ
ボットの出力端即ち第２アームの先端に設けられる手首
先端部の動作範囲を従来の平行四辺形リンク機構方式の
関節型ロボットに比して広げることができるとともに、
第１アーム駆動装置に加わる負荷を軽減させることがで
きる関節型ロボットを提供できることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は平行四辺形リンク機構を用いた従来の関節型ロ
ボットの正面図、第２図は第１図に示すロボットの側面
図、第３図は本発明の一実施例を示す関節型ロボットの
概略斜視図、第４図は第３図に示すロボットの要部縦断
面図、第５図は第３図に示すロボットの第４図中■−Ｖ
線に沿った断面図、第６図は第３図に示すロボットの重
力バランサの作動を示す線図である。 １２−ロボット胴部、 １３−第１アーム、 １４−第２アーム、 １８−第１アーム駆動モーク、 １９．２５−減速機、 ３９−第２アーム駆動モータ、 ４〇−重力バランサ。 特許出願人 ファナソク株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘　和才 弁理士西岡　部間 弁理士　山　口　昭　之 弁理士百出　雅也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ロボット胴部に第１アームの基部を垂直面に沿っ
   て回動可能に枢着するとともに、該ロボット胴部に第１
   アームを回転駆動する第１アーム駆動装置を設り、第２
   アームの先端部に第２アームを垂直面に沿って回動可能
   に枢着した関節型ロボットにおいて、前記第２アームを
   該第２アームの枢軸部軸線上及び第１アームの枢軸部軸
   線上にそれぞれ位置する回転伝達部材を介して第２アー
   ム駆動装置に連結し、前記ロボット胴部と前記第１アー
   ムとの間には前記第１アームの傾斜角度に応じた重力補
   償を行なう重力バランサを設けたことを特徴とする関節
   型ロボット。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の関節型ロボットｔご
   おいて、前記重力バランサは前記第１アームの枢軸部軸
   線の上方において前記ロボ・ノド胴部に支持された第１
   部材と、前記第１アームの長手方向線上において前記第
   １アームに支持された第２部材と、該第１部材と第２部
   材とを縮み方向に付勢するばね手段とからなっているこ
   とを特徴とする関節型ロボット。