JPS629880A - 平行リンク形ロボツトア−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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、平行リンク形ロボットアームに係り、特に、
産業用ロボットの多関節結合部の高剛性および制御の精
度向上に好適な平行リンク形ロボットアームに関するも
のである。

〔発明の背景〕

多関節形の産業用ロボットには、駆動方式によって平行
リンク形、関節直接駆動形など様々のタイプがあるが、
平行リンク形ロボットが多く用いられている。（米国特
許第４０７６１３１号）そこで、従来の平行リンク形ロ
ボットアームについて第４図ないし第８図を参照して説
明する。

まず、第４図は、従来の平行リンク形ロボットの略示構
成図である。

平行リンク形ロボットは、第４図に示すように、旋回体
１と、この旋回体１上に設けられた第１腕部材に係る上
腕２′と、この上腕２′に枢軸を介して揺動可能に結合
される第２腕部材に係る前腕３′と、補助部材に係るリ
ンク部材４′とで平行リンクを構成し、前記腕３′の先
端部に手首部５を備えた構造になっている。

この場合の作動の自由度は、一般に、旋回、上腕、前腕
機能の３自由度と手首における２ないし３自由度で構成
されている。

このうち、前腕３′の先端部に位置する手首部５の自由
度に対する駆動がもつとも問題となる。

多関節形の産業用ロボットは、高速、高精度を要求され
るものであるから、軽量で振動の生じない高剛性の機構
系、駆動系を要求されることになり、先端部である手首
部の駆動が重要となるのである。

手首部５の駆動方式としても、直接駆動、チェーン駆動
、トルクチューブ駆動、ベルト駆動など多くの方式が存
在するが、チェーン駆動とトルクチューブ駆動が多く用
いられている。この場合。

チェーンやトルクチューブなどの駆動用機械要素ないし
機構（以下駆動要素系という）は、一般に前腕３′の構
成体内、換言すれば前腕軸心３ｏ上ら配設されている。

第５，６図は、従来のチェーンによる手首部駆動方式の
ロボットアームを、前腕と上腕との結合部付近で示した
ものであり、第５図は側面断面図、第６図は正面断面図
である。

第５図に示すようにチェーン６は前腕３Ａの箱形構成体
内に必要数配置されており、例えば第６図の例では２本
である。

上腕２Ａと前腕３Ａとの結合は、例えば第６図に示すよ
うに、箱形に構成された上腕２Ａ上部の対向するブラケ
ット２ａに、支持ボス９を設け、前腕３Ａの箱形構成体
の両側ボス７に装着した軸受８を介して支持し、枢軸に
係る結合ピン１０によって回動自在に結合されている。

第５，６図のようなチェーン駆動の場合、チェーン６が
走行するため、結合ピン１０の中心である結合中心はチ
ェーンのほぼ中間に位置するものである。

また、前腕３Ａは、この結合中心まわりに揺動するため
、上腕２Ａの上端壁２ｃとの干渉が問題となる。このた
め、上腕２Ａのブラケット２ａの有効高さＨはかなり大
きくとることが必要となる。

ブラケット２ａは、結合部に負荷される平行リンク面内
の荷重はもちろん、面外横荷重や捩りトルクを支持する
必要がある。一方、ブラーケラト２ａは開断面であるた
め、高さＨが大きい程、これらに対する剛性が低下し、
振動１強度の面から問題となる。これを防止するために
は、ブラケット２ａの厚さを増すことが考えられるが重
量増加となって合理的でない。また、結合回転中心を第
５図で下方に近づけることは有効であるが、チェーン６
が走行しているため、ある程度以上は困難である。

一方、第４図に示すように、前腕３′上の結合支点３−
ａ、　３−ｂ、　３−ｃは一直線上に配置されているの
が普通である。

第４図において、３−　ａは、前腕３′の先端部におけ
る前腕３′と手首部５との結合支点に係る手首曲げ軸支
点、３−ｂは、上腕２′と前腕３′との結合支点、３−
ｃは、上腕２′と平行に設けられたリンク部材４′と前
腕３′との結合支点である。結合支点３−ｂ、３−ｃは
、平行リンクの面結合支点となるもので、この面結合支
点３−ｂ。

３−　ｃを結ぶ線３Ｐを平行リンク軸心という。また、
３０は、前腕３′の長手方向の中心線で前腕軸心という
。

平行リンク軸心３Ｐと前腕軸心３０とは第４図の場合同
一直線上であり、平行リンクの面結合支点３−ｂ、３−
ｃの延長線上に手首曲げ軸支点３−ａが位置している。

これは、ロボット制御上における制御ソフトが簡略化さ
れる長所が大きいためである。したがって、平行リンク
の面結合支点３−ｂ、３−ｃを前腕軸心３０から心ずれ
（いわゆるオフセット）させることは、この制御ソフト
上の長所を失うことになるのである。

次に、第７図は、従来のトルクチューブによる手首部駆
動方式のロボットアームを、前腕と上腕との結合部で示
した正面断面図であり、上腕２Ｂと前腕３Ｂとの結合支
点３−ｂ断面を示したものである。

トルクチューブ１２が貫通した円ＷＪＷ成体をなす前腕
３Ｂは、箱形に構成された上腕２Ｂ上部の対向するブラ
ケット２ｄに装着された枢軸に係る結合ピン１１により
、軸受８を介して回動自在に支持されている。

この場合、手首曲げ軸支点３−ａは、第４図に示したも
のと同様に、平行リンク軸心３Ｐの延長線上にある。こ
の結果、トルクチューブ１１があるためチェーン駆動の
場合同様にブラケット２ｄの有効高さＨが大きくなり合
理的でない。

一方、第８図は、同じ〈従来のトルクチューブ駆動の平
行リンク形ロボットの要部構成図で、図中、第４図、第
７図と同一符号のものは前述の例と同等部分であるから
、その説明を省略する。

前腕３Ｂの反手首側には、手首部５を複数自由度作動さ
せるための複数の駆動モータ１３が設置され、前腕３Ｂ
内には各駆動モータ１３の動力を手首部５に伝達するた
めのトルクチューブ１２が貫通している。

１４は、前腕２Ｂおよびリンク部材４Ｂに連結する前腕
駆動手段で、この前腕駆動手段１４は、駆動モータ１４
Ａにより作動するボールねじ１４Ｂを備えている。

第８図のロボットアームでは、上腕２Ｂ、前腕３Ｂの結
合支点３−ｂと、リンク部材４Ｂ、前腕３Ｂの結合支点
３−　ｃとは、それぞれブラケット１５．１６を介して
結合されており、結合支点３−ｂ、３−ｃを結ぶ平行リ
ンク軸心３Ｐは１手首曲げ軸支点３−　ａの通る前腕軸
心３０からずれ量（いわゆるオフセット量）Ｄ外れて平
行リンクを形成している。

この結果、前腕３Ｂと上腕２Ｂとの揺動時の干渉が低減
されて、上腕２Ｂのブラケット２ｄの有効高さＨが小さ
くなり、ブラケット２ｄの剛性。

強度は向上する。しかし、結合支点３−ｂ、３−Ｃと手
首曲げ軸支点３−　ａが心ずれしているため、ロボット
制御ソフト面では複雑となり合理的でない面を生じると
いう問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、平行リンクを構成する第１腕部材、第２
腕部材の結合部の高剛性、軽量化を可能にするとともに
、ロボット制御ソフト上の長所を生かして精度および信
頼性を向上しうる平行リンク形ロボットアームの提供を
、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る平行リンク形ロボットアームの構成は、第
１腕部材と、この第１腕部材に揺動可能に結合される第
２腕部材と、補助部材とで平行リンクを構成し、前記第
２腕部材の先端部に手首部を結合し、前記第２腕部材の
軸心上に前記手首部の駆動要素系を配設してなる平行リ
ンク形ロボットアームにおいて、前記平行リンクを構成
する第２腕部材と第１腕部材との結合交点、および第２
腕部材と補助部材との結合支点の面結合支点を結ぶ平行
リンク軸心の延長上に前記手首部の結合支点を位置せし
めるとともに、当該手首部の結合支点を支点として、前
記平行リンク軸心と、前記第２腕部材における手首部駆
動要素系軸心とが、前記手首部駆動要素系と前記第１腕
部材とが干渉しない間隙を保つための所要の角度を保持
するようにしたものである。

なお、本発明を開発した考え方を付記すると、次のとお
りである。

従来の平行リンク形ロボットアームでは、平行リンクの
一部を構成する第２腕部材に係る前腕の前腕軸心上の先
端部に手首曲げ軸支点が位置しており、しかも平行リン
ク軸心と前腕軸心とが一致しているものが多かった。

また、前記軸心が一致していない構成のものでも、第８
図に示したように平行リンク軸心３Ｐと前腕軸心３Ｑと
が平行にずれ量（オフセット）Ｄをもつ構成であるため
、手首曲げ軸支点３−　ａが平行リンク軸心３Ｐとずれ
る結果となった。

この点を改良するため、平行リンク軸心延長線上に位置
せしめた手首曲げ軸支点を支点として、前腕における手
首部駆動要素系の軸心を、平行リンク軸心に対して所要
角度傾けて、手首部駆動要素系配置のためのスペースを
確保することを考えた。

これによって、制御上は、ずれ量のない平行リンク構造
を得るとともに、第１腕部材に係る上腕と第２腕部材に
係る前腕との係合支点を前腕軸心（すなわち手首部駆動
要素系軸心）からずらせることができ、結合部のブラケ
ットアームを短かくして、軽量で高剛性のロボットアー
ム構造を得ることを考えたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る平行リンク形
ロボットの構成図であり、図中、第４図と同一符号のも
のは同一部品または相当部であるから、その説明を省略
する。

第１図において、１は旋回体、２は、旋回体１上に設け
られた第１腕部材に係る上腕、３は、この上腕２に枢軸
を介して摺動可能に結合される第２腕部材に係る前腕、
４は補助部材に係るリンク部材、５は、前腕３の先端部
に結合された手首部である。上腕２、前腕３は、リンク
部材４など補助部材を介して平行リンクを構成している
。

上腕２、前腕３の結合支点３−ｂと前腕３、リンク部材
４の結合支点３−　ｃとは平行リンクの再結合支点を構
成するもので、この再結合支点３−す、３−ｃを結ぶ平
行リンク軸心３Ｐの延長上に、前腕３と手首部５との結
合支点である手首曲げ軸支点３−ａが位置している。

６は１手首部５の回転、曲げ作動を駆動するためのチェ
ーン、１４は、チェーン駆動用のスプロケットホイール
であり、これらは手首部５の駆動要素系として前腕３の
箱形構成体内に配置されている。

３Ｓは、この手首部駆動要素系軸心に係るチェーン駆動
系軸心を示す。

このチェーン駆動系軸心３Ｓは、手首曲げ軸支点３−　
ａを支点として、前記の平行リンク軸心３Ｐと角度θを
保持するように、チェーン６、スプロケット１４等が配
置されている。

この角度θは、チェーン６、スプロケット１４等が上腕
２の箱形構成体の上端壁２ｃと干渉しない間隙を保つた
め、例えばスプロケットホイール１４の半径＋チェーン
高さ程度傾けて配置するための所要の角度である。

本実施例によれば、上腕２と前腕３との結合支点３−ｂ
は、前腕３のできるだけ端部に設けることができるよう
になって、前腕３の揺動にともなう上腕２との干渉の問
題を大幅に改良することができる。すなわち、上腕２の
ブラケット高さＨを小さくすることができ、結合部の剛
性、強度を向上することができる。また、小形コンパク
トにすることによって軽量化が可能となり、上腕、旋回
等の駆動系へも高結果をもたらす。さらに、前腕の動作
範囲を拡げることが可能となり、より作業性のよい高精
度のロボットアームを提供することが可能となる。

しかも、手首曲げ軸支点３−　ａが百行リンク軸心３Ｐ
の延長上にあるため、ロボットの制御ソフトも簡単にす
ることができる。

次に、本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する
。

第２図は、本発明の他の実施例に係る平行リンク形ロボ
ットの構成図であり、図中、第１図と同一符号のものは
第１図の実施例と同等部分であるから、その説明を省略
する。

第２図の実施例は、第１図の実施例と基本的には同じで
あるが、前腕３Ｃの構成体の軸心は、チェーン駆動系軸
心３Ｓにほぼ一致しており、結合支点３−ｂ、３−ｃを
支持構造部材に係るブラケット３ｄ、３ｅを介してずら
せたものである。

手首曲げ軸支点３−　ａと平行リンクの再結合支点３−
ｂ、３−ｃは同一線上にあり、チェーン駆動系軸心３Ｓ
は平行リンク軸心３Ｐに対し所要角θだけ傾いて配置さ
れていることは第１図の実施例と同じである。

第２図の実施例によれば、第１図の実施例と全く同様の
効果が期待されるほか、前腕３Ｃはより軽量化をはかる
ことができる。

次に、本発明のさらに他の実施例を第３図を参照して説
明する。

第３図は、本発明のさらに他の実施例に係る平行リンク
形ロボットの要部構成図で１図中、第８図と同一符号の
ものは従来技術と同等部分であるから、その説明を省略
する。

第３図の実施例は、手首部駆動要素゛系としてトルクチ
ューブ１２を用いたもので、先に第８図で示した従来例
と異なるところは、手首曲げ軸支点３−ａを、平行リン
クの面結合支点３−ｂ、３−Ｃを結ぶ平行リンク軸心３
Ｐの延長上に位置させ。

この手首曲げ軸支点３−　ａを支点として、前腕３Ｂの
構成体を貫通して設けられたトルクチューブ１２の軸心
３Ｔが平行リンク軸心３Ｐに対して所要の角度θだけ傾
いて配置されていることである。

この角度θは、トルクチューブ１２の貫通した前腕３Ｂ
が上腕２Ｂの構成部材と干渉しないように間隙を保つた
めの所要の角度である。

第３図の実施例によれば、第８図の従来例における平行
リンク軸心３Ｐと前腕軸心３０とのずれ量りが解消され
るので、ロボット制御ソフトの而で有利となるほか、第
１図の実施例で述べたと同様の効果が期待される。

なお、前述の各実施例では、手首部の駆動が、チェーン
駆動およびトルクチューブ駆動の例を説明したが、本発
明はこれに限るものでなく、他の駆動要素系を用いるも
のでも、駆動要素系が前腕部に配設されるものであれば
、同様に適用されるものである。

また、第１腕部材、第２腕部材等の形状、構造、各結合
支点部の構造などは、前述の各実施例に限定されるもの
ではない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、平行リンクを構成
する第１腕部材、第２腕部材の結合部の高剛性、軽量化
を可能にするとともに、ロボット制御ソフト上の長所を
生かして精度および信頼性を向上しうる平行リンク形ロ
ボットアームを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る平行リンク形ロボッ
トの構成図、第２図は、本発明の他の実施例に係る平行
リンク形ロボットの構成図、第３図は、本発明のさらに
他の実施例に係る平行リンク形ロボットの要部構成図、
第４図は、従来の平行リンク形ロボットの略示構成図、
第５，６図は、従来のチェーンによる手首駆動方式のロ
ボットアームを、前腕と上腕との結合部付近で示したも
ので、第５図は側面断面図、第６図は正面断面図、第７
図は、従来のトルクチューブによる手首駆動方式のロボ
ットアームを、前腕と上腕との結合部で示した正面断面
図、第８図は、同じ〈従来のトルクチューブ駆動の平行
リンク形ロボットの要部構正図である。 ２．２Ｂ・・・上腕、２ａ・・・ブラケット、２ｃ・・
・上端壁、３．３Ｂ、３Ｇ・・・前腕、３−ａ・・・手
首曲げ軸支点、３−ｂ、３−ｃ−結合支点、３ｄ、３ｅ
−ブラケット、３Ｐ・・・平行リンク軸心、３Ｓ・・・
チェーン駆動系軸心、３Ｔ・・・トルクチューブ軸心、
５・・・手首部、６・・・チェーン、１２・・・トルク
チューブ、１４・・・スプロケットホイール、１．５．
１６・・・ブラケット。 ＶＪｌ　　図 纂　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１腕部材と、この第１腕部材に揺動可能に結合さ
   れる第２腕部材と、補助部材とで平行リンクを構成し、
   前記第２腕部材の先端部に手首部を結合し、前記第２腕
   部材の軸心上に前記手首部の駆動要素系を配設してなる
   平行リンク形ロボットアームにおいて、前記平行リンク
   を構成する第２腕部材と第１腕部材との結合交点、およ
   び第２腕部材と補助部材との結合支点の両結合支点を結
   ぶ平行リンク軸心の延長上に前記手首部の結合支点を位
   置せしめるとともに、当該手首部の結合支点を支点とし
   て、前記平行リンク軸心と、前記第２腕部材における手
   首部駆動要素系軸心とが、前記手首部駆動要素系と前記
   第１腕部材とが干渉しない間隙を保つための所要の角度
   を保持するように構成したことを特徴とする平行リンク
   形ロボットアーム。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、平行リ
   ンクの両結合支点は、第２腕部材における手首部駆動要
   素系軸心まわりの当該第２腕部材の構成体から突出した
   支持構造部材上に設けたものである平行リンク形ロボッ
   トアーム。