JP3134091B2 - 双腕伸縮ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対のアームの屈曲、
伸縮動作によってワーク或いは工具等の保持部が直線動
作する双腕伸縮ロボット、特に重量物を搬送するハンド
リングロボット或いは砥石車等の工具を保持して鋳鍛造
品のバリ取りを行う加工作業ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のハンドリングや加工作業を行う
ロボットとして従来、ロボットアームの先端が複数のガ
イド部に沿って直線往復移動する直交座標タイプのも
の、複数の軸部を軸端で関節連結し、各軸の相対回動や
屈曲動作により先端の軸に取り付けた作動部に所要の動
作を行わせる多関節タイプ、その他円筒体の回転・伸縮
とその先の回転・旋回関節とを組み合せた円筒座標タイ
プのもの等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の各タイプのロボ
ットはそれぞれ利点、欠点があり、適用対象或いは適用
範囲にも制限がある。例えば直交座標タイプでは固定の
ガイド部が必要で装置全体が大形になりがちであるた
め、設置場所として狭いスペースしか取れない箇所には
不向きである。多関節タイプのものは軸端の作動部が巧
妙な動きをし得るものの、各軸の駆動モータが独立制御
できず、すべてのモータの協調制御が必要である。ま
た、位置によっては特異点の問題が生じるためストロー
クも制限される。さらに、各部の姿勢により剛性が著し
く変化し、可搬重量の変動が大きいので適用範囲が比較
的軽作業のものに限定される。また、一般的な円筒座標
タイプのものはアームが１本であるから構造上円筒体の
軸線まわりの剛性即ちＺ軸まわりのモーメントに対する
剛性が低く、特に重切削や重研削の加工作業用や重量物
の搬送用には不向きである、等の問題がある。

【０００４】そこで本発明は、高剛性、高精度で、しか
も稼働範囲を大きくとることができ、また機体のＣ形フ
レーム内にコンパクトに収められて狭いスペースでも使
用でき、特に重量物のハンドリングや各種構造部品の縁
部バリ取り加工作業用として有用な双腕伸縮ロボットを
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、中途部
に屈曲可能な肘部を備え、かつ、昇降および基部を支点
に回転可能な一対のアームと、該一対のアームの先端に
設けられたワーク或いは加工工具等の保持装置と、前記
一対のアームの基部にそれぞれ連結された一対の被動歯
車およびこれらの被動歯車を連結する一対の中間歯車
と、前記一対の被動歯車の一方を回転駆動する駆動モー
タとを有し、前記一対のアームの基部を軸支するスプラ
イン軸部はその軸芯が互いにずれており（同心ではな
く）、前記一対のアームは前記肘部が互いに逆方向に屈
曲可能で該一対のアームの屈曲によって前記保持装置が
直線的に移動するようになっており、前記保持装置は、
前記一対のアームの先端から互いに内向きに延びた二叉
部に枢支された枢軸と、該枢軸は前記一対のアームの先
端どおしを相対的に回転可能に連結しており、前記枢軸
の下端に同心に固着され、かつ、前記ワーク或いは加工
工具を保持するための取付用フランジ部とを有し、前記
一対のアームの最大伸長状態で両アームが平行状態とな
るようにした双腕伸縮ロボットが提供される。

【０００６】

【実施例】次に、本発明を実施例について図面を参照し
つつ説明する。図１は本発明の実施例による双腕伸縮ロ
ボットの上面図、図２は図１に示すロボットの側面図で
ある。また図３は図１のＡ−Ａ線に沿った拡大側面断面
図、図４は図１のＢ−Ｂ線に沿った拡大側面断面図であ
る。これらの図を参照すれば、Ｃ形の機体フレーム（Ｃ
形フレーム）１の上下部には水平な上下端板２，３が短
軸４，５を介して回転可能に軸支されている。また前記
Ｃ形フレーム１の下部には全体旋回用減速機付モータ６
が設けられ、該モータ６の出力軸と下端板３を保持した
下側短軸５の軸端とがタイミングベルト７を介して連結
されている。上下端板２，３は前側２本の回転可能なス
プライン軸８，９と後側１本の固定ボールねじ軸１０と
によって連結され、したがって、前記モータ６の正転、
逆転駆動により上下端板２，３が短軸４，５の軸線を中
心に正逆両方向に回転するようになっている。なおボー
ルねじ軸１０の後側で両端板２，３を連結するカバー板
４２が設けられている。なお、減速機付モータ６は減速
機とモータが別体のものでも良いことは言うまでもな
い。

【０００７】上下端板２，３の間には全体としてコ字形
の昇降フレーム１１が配置されるが、この昇降フレーム
１１には前記２本のスプライン軸８，９が挿通され、ま
た昇降フレーム１１の上下部の間に支持されるようにし
て各スプライン軸８，９にそれぞれ中空軸１２がスプラ
イン係合している。各中空軸１２にはそれぞれ水平にの
びるアーム１４，１５の基部が各々上下に間隔をもって
２箇所で固着されている。

【０００８】図３を参照すれば、上側の短軸４は中空に
形成され、かつ、ころがり軸受１８を介してＣ形フレー
ム１の上部に、下側短軸５と軸芯を整合させて、軸支さ
れている。上端板２はこの上側中空短軸４の下端に固着
されている。上側中空短軸４内には該短軸４と同芯状に
アーム旋回用モータ１６および該モータ１６に連結され
た減速機３９が配置されている。なお減速機３９の下面
は上端板２の上面に搭載固定される。減速機３９の出力
軸１７は上端板２を貫通して下方へ突出し、図３，図５
に示されるように減速機出力軸１７に固着された出力軸
歯車１９は上端板２（の裏側）に中間軸４７（図４）に
よって軸支された中間伝動歯車２０を介して一方のスプ
ライン軸８に固着されたスプライン軸歯車２１と噛合し
ている。また図６に示すように上端板２の上面側で各ス
プライン軸８，９の上端に連動歯車２２，２３が固着さ
れ、これらの連動歯車２２，２３は中間連動歯車２４，
２５を介して互いに噛合連結されている。

【０００９】スプライン軸８，９の連動歯車２２，２３
および中間連動歯車２４，２５の歯数はそれぞれ同一で
あり、したがって、アーム旋回用モータ１６の駆動によ
り、出力軸歯車１９およびスプライン軸歯車２１を介し
て前記一方のスプライン軸８が回転すると、上端板上面
側の一方のスプライン軸８の連動歯車２２、一対の中間
連動歯車２４，２５および他方のスプライン軸９の連動
歯車２３を介して該他方のスプライン軸９は前記一方の
スプライン軸８と逆方向に、かつ、同量回転駆動され
る。両スプライン軸８，９の回転により、これらのスプ
ライン軸８，９に中空軸１２を介してスプライン係合さ
れた一対のアーム１４，１５は互いに逆方向に同量回転
する。

【００１０】図３に明示される如く、昇降フレーム１１
には昇降用モータ２６が搭載されている。昇降フレーム
１１はその後側にボールねじ軸１０と螺合するボールナ
ット２７が該フレーム１１に対して軸方向に移動不能か
つ回転可能に保持されている。昇降用モータ２６の出力
軸とボールナット２７はタイミングベルト２８を介して
連結され、したがって該モータ２６の駆動により、固定
側のボールねじ軸１０と回転側のボールナット２７との
ねじ作用で昇降フレーム１１が中空軸１２とともに上下
端板２，３間を上下移動する。この場合、昇降フレーム
１１を貫通する一対のスプライン軸８，９は昇降フレー
ム１１の上下動作のガイドとして作用する。この昇降フ
レーム１１の上下動により、中空軸１２を介して一対の
アーム１４，１５が水平状態のまま上下移動する。

【００１１】昇降フレーム１１の両側部位置で該フレー
ム１１の上部と下端板３との間に一対のエアシリンダ装
置３０が装着されている。図示の実施例ではシリンダ本
体部３１の下端が下端板３に固定され、該シリンダ本体
部３１の上端は昇降フレーム１１の下部に遊挿され、シ
リンダロッド３２の先端は、フレーム１１上部の下面の
球面座３３およびロッド先端の球面受け３４を介して、
昇降フレーム１１の上部下面に接当されている。エアシ
リンダ装置３０は昇降用モータ２６の動作を補強し、こ
れによって昇降用モータ２６の容量を小さくでき、か
つ、フレーム昇降駆動時の加減速を迅速に行うのに有効
となる。なお、全体旋回用モータ６、アーム旋回用モー
タ１６および昇降用モータ２６はそれぞれサーボモータ
で構成される。

【００１２】図１、図２を参照すれば、一対のアーム１
４，１５のそれぞれ中間部は、互いに逆方向に、つまり
互いに外向きに屈曲可能となるように肘部連結構造とな
っている。具体的には、基部側アーム部材１４ａ，１５
ａと先端側アーム部材１４ｂ，１５ｂとが軸４６で連結
されている。先端側アーム部材１４ｂ，１５ｂの先端
は、この実施例では、互いに内向きに延びた有孔の上下
に分れた二叉部３５，３６が形成されている。図７に示
すように、一方の先端側アーム部材１４ｂの二叉部３５
は他方のそれより上下の間隔が広く、各二叉部３５，３
６の孔が整合するように一方の二叉部３５の間隔内に他
方の二叉部３６が入り込み、かつ、前記孔にころがり軸
受３８（図８）を介して先端主軸３７が挿入されてい
る。そして、下端にはワーク或いは加工工具の取付用フ
ランジ４１が固着されている。本実施例のロボットを鋳
鍛造品の縁部バリ取り用として使用する場合は前記フラ
ンジ４１に砥石車（図示省略）が取り付けられる。

【００１３】上述したように、Ｃ形フレーム１の上部に
保持されたアーム旋回用モータ１６の付勢により、一対
のアーム１４，１５が図１の伸長状態（実線位置）から
スプライン軸８，９を中心に互いに逆向きに、外側へ同
量回転すると、アーム先端が主軸３７によって連結され
ているために、各アーム１４，１５は図１の破線で示す
如く肘部４５が外側へ張り出すように屈曲し、アーム先
端が直線状にＣ形フレーム側へ移動する。アーム１４，
１５が上述と逆方向に回転すると、前記肘部４５が真直
に伸長し、結局アーム先端の主軸３７に保持された取付
用フランジ４１はアーム１４，１５先端の最大伸長位置
と最大屈曲位置との間（Ｒ軸ストローク、図１）を直線
状に往復水平移動する。

【００１４】昇降フレーム１１上に搭載された昇降用モ
ータ２６を付勢すれば、既に述べたように、その駆動力
がタイミングベルト２８を介して昇降フレーム１１上の
ボールナット２７を回転させ、ボールねじ軸１０とのね
じ作用で昇降フレーム１１および該フレーム１１に保持
された一対のアーム１４，１５が一対のスプライン軸
８，９をガイドとして上下移動する（Ｚ軸ストローク、
図２）。

【００１５】アーム全体を水平面内で旋回させる場合
は、Ｃ形フレーム１の下部の全体旋回用モータ６の駆動
によりタイミングベルト７を介して下側短軸５および該
下側短軸５に固着された下端板３が回転する。下端板３
からカバー板４２および一対のスプライン軸８，９、ボ
ールねじ軸１０を介して上端板２にトルク伝達され、上
端板２をＣ形フレーム１の上部に軸支している上側中空
短軸４を介して該上端板２もアーム旋回用モータ１６と
一体で回転し、これによって昇降フレーム１１とともに
アーム全体が上下の短軸４，５の軸線まわりに旋回す
る。なお、下端板３から上端板２へのトルク伝達は主と
してカバー板４２で受けるため、ボールねじ軸１０やス
プライン軸８，９には大きなトルクはかからない。

【００１６】上述の実施例では一対のスプライン軸８，
９の一方を駆動し、他方のスプライン軸９へ歯車伝動す
るように構成したが、２本のスプライン軸各々を単独に
サーボモータで回転駆動するようにしてもよく、この場
合はアームのＲ軸駆動容量の約１／２の２個のモータで
同様のアーム稼働範囲を実現することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ームを双腕構造とし、かつＣ形フレームに機構部全体を
支持するようにしたので、高剛性が確保され、特に重量
物搬送の加減速時やグラインダ作業時に生じる水平方向
の荷重に対する剛性が高くなり、その分アームの長さや
伸縮ストロークを大きくすることができ、稼働範囲を拡
大することができる。また双腕のアームの各基部を上下
に大きい間隔の２箇所で昇降フレームに軸支し、かつ該
昇降フレームを２本のスプライン軸と１本のボールねじ
軸でガイドするようにしたので、アームにかかる垂直方
向の荷重に対しても高い剛性が得られる。Ｃ形の機体フ
レームの上下部で外径大の短軸により旋回機構部を支持
するため高剛性に加えて旋回精度も高くできる。このよ
うに本発明は高精度を維持しつつ高剛性を確保し、アー
ムの稼働範囲を拡張でき、しかも機構部をＣ形フレーム
内に収容してコンパクトな工業用ロボットを実現できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る双腕伸縮ロボットの上面
図である。

【図２】図１に示すロボットの側面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った拡大側面断面図であ
る。

【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿った拡大側面断面図であ
る。

【図５】図３のＣ−Ｃ線に沿った横断面図である。

【図６】図３のＤ−Ｄ線に沿った横断面図である。

【図７】図１の矢視Ｆ方向から見た保持装置の正面図で
ある。

【図８】図１に示す保持装置の拡大側面断面図である。

【符号の説明】

１ Ｃ形フレーム ２ 上端板 ３ 下端板 ４ 上側中空短軸 ５ 下側短軸 ６ 全体旋回用減速機付モータ ８，９ スプライン軸 １０ ボールねじ軸 １１ 昇降フレーム １２ 中空軸 １４，１５ アーム １６ アーム旋回用モータ ２７ ボールナット ２８ タイミングベルト ３０ エアシリンダ装置 ３５，３６ 二叉部 ３７ 先端主軸 ４１ 取付用フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 17/00 B25J 9/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中途部に屈曲可能な肘部を備え、かつ、昇
   降および基部を支点に回転可能な一対のアームと、該一
   対のアームの先端に設けられたワーク或いは加工工具等
   の保持装置と、前記一対のアームの基部にそれぞれ連結
   された一対の被動歯車およびこれらの被動歯車を連結す
   る一対の中間歯車と、前記一対の被動歯車の一方を回転
   駆動する駆動モータとを有し、前記一対のアームの基部
   を軸支するスプライン軸部はその軸芯が互いにずれてお
   り（同心ではなく）、前記一対のアームは前記肘部が互
   いに逆方向に屈曲可能で該一対のアームの屈曲によって
   前記保持装置が直線的に移動するようになっており、前
   記保持装置は、前記一対のアームの先端から互いに内向
   きに延びた二叉部に枢支された枢軸と、該枢軸は前記一
   対のアームの先端どおしを相対的に回転可能に連結して
   おり、前記枢軸の下端に同心に固着され、かつ、前記ワ
   ーク或いは加工工具を保持するための取付用フランジ部
   とを有し、前記一対のアームの最大伸長状態で両アーム
   が平行状態となることを特徴とす双腕伸縮ロボット。
2. 【請求項２】Ｃ形機体フレームの上下部に回転可能に軸
   支された上下端板と、該上下端板を連結するねじ軸およ
   び一対のスプライン軸と、前記ねじ軸と螺合するナット
   を保持し、かつ、前記一対のスプライン軸にガイドされ
   て上下動する昇降フレームと、該昇降フレーム上に搭載
   され、かつ、前記ナットと伝動連結される昇降用モータ
   と、機体の固定側に配置され、かつ、前記上下端板を回
   転駆動する全体旋回用モータと、前記機体の固定側に配
   置され、かつ、前記一対のスプライン軸を互いに逆方向
   に回転させるアーム旋回用モータとを有し、前記一対の
   アームの各基部が前記昇降フレームを介して前記スプラ
   イン軸に上下動可能に軸支されることを特徴とする請求
   項第１項に記載した双腕伸縮ロボット。