JPH02237783A - 産業用ロボット - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多関節形ロボットに係り，特に直列に連結され
たロボットアームの各関節に配置されたモータがそれぞ
れ他のモータの動作時に受ける干渉トルクを除去する機
構を有する産業用ロボットに関する． 〔従来の技術） 従来の水平多関節形ロボットの主軸と手首」二下軸との
干渉を除去する機構としては，特開昭６３−７７６７３
号公報に記載のように，手首上下軸駆動モータをロボッ
トアーム長手方向に配置し、主軸と平行な回転軸が皆無
となるよう動力伝達系を構成した例がある． また、制御的な手法を用いた例としては、電気学会論文
集Ｄ編１０７巻１号（昭和６２年）１〜８頁に論じられ
ているように、軸間の干渉を除去できるようなトルク髪
各軸に発生させることにより輔間の干渉を除去した例が
ある． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記特開昭６３　−　７７６７３号公報に開示された従
来技術では、通常上下・回転の２軸劾作が要求される手
首装置で上下軸のみを採り上げたものであり、手首の回
転機能のあるものにはこのような動力伝達機構を構成す
ることはできない．また、上下軸の動力伝達においても
、ベルトで上下軸を直接移動させる方式であるため上下
方向の剛性が低く、位置決め精度が悪いという問題があ
る。

また、上記電気学会論文集で論じられた従来技術では、
複雑な演算をリアルタイムで行う必要があるため，ロボ
ットコントローラの負荷が大きくなるという問題がある
。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、直列に連結されたロボッ
トアーム同志の各関節、またはロボットアームと手首軸
の各関節に配置されたモータが，それぞれ他のモータの
動作時に受ける干渉トルクを除去する機構をアームに設
けることにより、各軸のモータの所要トルクを低減し，
ロボット運動の高速化を図ることを目的としている．〔
課題を解決するための手段〕 上記目的は、第１モータにより直接駆動される第１ロボ
ットアームと、該第１ロボットアームに前記第１モータ
と軸平行にしてステータ側を固定された第２モータと、
該第２モータにより直接駆動される第２ロボットアーム
または手首軸と、前記第１モータと軸平行にステータ側
が前記第１ロボットアームに固定して取り付けられた第
３モータとを備え，該第３モータが前記第２モータの動
作により第１モータが受ける干渉トルクを打ち消すトル
クを発生する産業用ロボットにより、達成される． そして，前記第３モータは前記第１モータの軸に関して
前記第２モータと反対側に位置し，前記第１ロボットア
ームの重心が前記第１モータの軸と一致する位置とさせ
るのがよい．また，前記第１ロボットアームに回転角加
速度検出器を設けるのがよい。

さらに、上記目的は、第１モータにより直接駆動される
第１ロボットアームと，該第１，ロボットアームに前記
第１，モータと軸平行にしてステータ側を固定された第
２モータと、該第２モータにより直接駆動される第２ロ
ボットアームまたは手首軸と，前記第１モータと軸平行
にステータ側が前記第１ロボットアームに固定して取り
付けられた第３モータと，該第３モータと軸結合し前記
第１ロボットアームに坐が固定された減速機と、該減速
機の出力軸に結合されたおもりとを備え、該第３モータ
、前記減速機及びおもりが前記第２モータの動作により
第１モータが受ける干渉トルクを打ち消すトルクを発生
する産業用ロボットにより、達成される． そして、この場合も，前記第３モータは前記第１モータ
の軸に関して前記第２モータと反対側に位置し、前記第
１ロボットアームの重心が前記第１モータの軸と一致す
る位置にあるのがよく、また前記第１ロボットアームに
回転角加速度検出器を設けるのがよい。

〔作用〕

干渉１−ルク除去の涼理につき第３モータに減速機及び
おもりが取り付けられている場合を例にとって説明する
．第１ロボットアームに設けられ第２ロボットアームま
たは手首軸を駆動する第２モータがτなるトルクを伝達
すると、第１ロボットアームはーτなる反カトルクを受
ける．第１ロボットアームを回転駆動する第１モータが
第２ロボットアーム又は手首軸を駆動する第２モータの
干渉を受けないためには、第３モータがおもりを回転駆
動する際に第１ロボットアームが受ける反力トルクＴが
でと一致することにより可能となる。

減速機固定側は第１ロボットアーム結合されているため
、第３モータに電流が流れると減速機で減速比倍に増倍
された反カトルクが第１ロボットアームに伝達される。

また、第３モータ及び減速機を第１ロボットアームの回
転関節に対して第２モータと反対側に設けることにより
第１ロボットアームの重心を第１ロボットアームの回転
関節軸と一致させることができ、第１モータの軸からみ
た負荷イナーシャルの姿勢変化をなくすることができ，
第１ロボツｌ−アームの慣性トルク，遠心トルク，コリ
オリトルクの発生を抑えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第３図により説明する
．第１図は本実施例の水平多関節形直接駆動ロボットの
斜視図を示し、第２図は第１図のロボットの第１アーム
断面斜視図を示し、第３図は第１図のロボットのモデル
を示した。まず第１を用いて本実施例のロボットの靖造
を説明する，第１直接駆動モータ１は、そのステータを
ベースに固定されその回転子は第１アーム２の底部と固
定して結合されている，第１−アーム２には第２直接駆
動モータ３と第１干渉トルク除去用モータ７及び第１減
速機８が設けられている．この減速機８の出力軸先端に
はおもり１６が設けられている。

第２直接駆動モータ３と第１干渉トルク除去用モータ７
は第１アーム２上で第１直接駆動モータ１に対して反対
側に設けられており、第１アームの重心は第１直接駆動
モータ１の軸位置と一致している。また、第２直接駆動
モータ３の回転子は第２アーム４の底部に固定して結合
されており、第２アーム４には手首軸駆動モータ５，６
、手首装置１１、第２干渉トルク除去用モータ９及び第
２加速機１０及びおもりが設けられている。手首軸１２
は手首駆動モータ５，６の回転によりそれぞれ上下運動
及び回転運動を行う．第２干渉トルク除去用モータ９は
第２アーム４上で第２直接駆動モータ３に対して手首装
置１１とは反対側にあり、第２アーム４全体の重心は第
２直接駆動モータ３の軸位置と一致している。また、以
上の説明では干渉トルク除去用モータは減速機と直結す
ることにより出力トルクを増倍する構成としたが、直接
駆動モータのみで構成してもよい。また各アーム先端の
側面には回転角加速度検出器１３ａ，１３ｂが設けられ
ている。

次に、干渉トルク除去用モータ，減速機，おもりの取り
付け方法について第１アームを例にとり第２図を用いて
説明する．第１干渉トルク除去用モータ７と直結された
第１減速機８の固定側が第１アーム２に設けられた渡し
板１４に結合されている。減速機出力軸１５はおもり１
６と結合さｈており、回転可能である． このような構造をとることにより，第１干渉トルク除去
用モータ７の発生する静止トルクＴＬ′第１の減速比ｎ
１とすると、ロボットアーム２には反カトルクＴＩ　”
：　　ｎｔＴ％　がロボットアーム底而に伝達され、第
２の直接駆動モータ３のトルグτ２が発生した際にベー
ス部１８が設ける反力トルクーで２と合成されたトルク
が第１直接駆動モータ１締結部１７を介して第１直接駆
動モータ１に伝達される。第２干渉トルク除去用モータ
９、第２減速機１０及びおもりも同様の取り付け方法を
とることにより同様の機能を得ることができる。

次に、本ロボットの運動方程式をもとに干渉トルク打ち
消しの効果について述べる．ロボットを剛体モデルで扱
うと、運動方程式は、（１），（２）式に示すようにな
る．ここで使用する記号の意味は第３図中に示した８ ｃｘ＝Ｊｚｘ　θｚ＋Ｊｘｘ　θｘ−２ｍｚａｉＱｚ　
　ｓｉｎ　θ２θ１θ２−ｍ２ａｚ！）．ｘ　ｓｉｎθ
２θｘ２Ｔｔ　　　　　　−（１）？ｚ＝Ｊｔｚ゜θ１
１＋Ｊ２■”ｏ’２＋　ｍ２ａ　ｔ　Ｑ　２　ｓｊ．ｎ
θ２θ，２＋τ８＋τ番一Ｔ２　　　　　　　　　　　
　　・・・（２）Ｊ　１１＝ｍｘＱｘ”＋ｍｚ　　（ａ
ｔ”＋１２ｚ２＋２　　ａｔｌ２ｔ　　ｃｏｇθ２．）
＋■工ｘ＋Ｉｚｚ Ｊ　１２＝　ｍｚ　（　Ｑ　２”＋　ａ　ｔ　ｎ　２　
Ｃｏｇθ２）＋ＩｚｚＪ　２２：　ｍ　２Ｑ　２”＋　
Ｉ　ｚｘここで各アームの重心位置が各アームの駆動モ
ータの回転軸位置と一致する場合は、Ｑｘ＝：Ｑｚ＝０
となり、第１式の第３項，第４項，第２式の第３項がＯ
となり、遠心トルク，コルオリトルクが０となり、イナ
ーシャＪＩＪの姿勢θ２による変化がなくなり．Ｊ１ｚ
＝Ｊｚｘが常に成り立つ。従って（１），　（２）式は
それぞれ（３）　，　（４）のように簡略化される． τ１＝　（ｍｚ　ａ．　ｔ”＋　Ｉ　ｔｚ＋　Ｉ　ｚｚ
）　　θ１＋Ｉｚｚθ２−Ｔｉ・・・（３） τｚ＝Ｉ２ｚθ１＋Ｉｚｚθ２＋τδ＋τ４−Ｔ２山（
４）ここで次の４つの場合につき干渉トルク｝余去用モ
ータ，減速機出力トルクＴ，及び直接駆動モータ所要ト
ルクτＪを以下に示した。

（Ａ）手首軸のみ動作時 Ｔｔ＝０，Ｔｚ＝　ｔ＋ｓ＋τ＜，　　τｌ＝：Ｑ，　
　τ２＝０（Ｂ）２＃のみ動作時 Ｔｚ＝ｔｘ，　Ｔｚ＝　τｓ＋　τａｔ　τｚ＝０＋τ
ｚ＝ｌｚｚθ２ （Ｃ）１＠のみ動作時 Ｔｘ＝Ｉｘｚθｚ　＋　Ｔ　ｘ　＝　Ｔ　ｚ＋τ３＋τ
４，τ１＝（　Ｉ　ｒｚ＋ｍｚａ　１２）　　θ１，τ
２−０（Ｄ）１．２軸及び手首動作時 Ｔｚ＝Ｉ２ｘθｘ，　Ｔｚ＝＝　Ｉ　ｚｚ　Ｂ　１＋τ
３＋τ４ｐｒｚ＝　　（Ｉｔｚ＋Ｉ２ｘ＋ｍｚａＩＱ　
　θｌ，τｘ＝Ｉｚｚθ２ 上記の結果から、第１及び第２の干渉トルク除去用モー
タ７及び９を設けることにより、第コ及び第２の直接駆
動モータ１及び３の所要１−ルクは非干渉化される。ま
た、干渉トルク除去用七ータも直接駆動モータ所要トル
クともロボットの姿勢によらず一定値のイナーシャ値と
関節回転角加速度の積で与えらわるため、第１図に示し
た回転角加速度検出器Ｊ．３ａ，１３ｂの出力を演算増
幅器等で増幅して各モータコントローラにトルク指令を
与えることにより、軸間で非干渉化された動作が可能と
なる． 〔発明の効果フ 本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する．第１に、干渉トルク
除去用モータをロボットアーム上でその回転関節に対し
て他軸駆動モータと反対側に設置することにより、アー
ムの重心を回転関節軸位置と一致させることができ、ロ
ボットの姿勢変化による負荷イナーシャの変化がなくな
り、遠心トルク等の発生を抑えることができ．モータ制
御が容易となる。

第２に、干渉トルク除去用モータにより干渉トルク除去
トルクを発生させることにより．ロボッ１−アーム回転
駆動モータの所要トルクが低減され、ロボットの高速動
作が可能となる． 第３に、各モータの所要トルクは一定値のイナーシャと
関節回転角加速度の積で表現されるため，加速度検出器
と演算増幅器により容易にアナログトルク指令信号を生
成できる，

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の産業用ロボットの斜視図、第
２図は第１図の第１アームの斜視断面図、第３図は第１
図のロボットのモデルを示す図である。 １・・・第１直接駆動モータ、２・・・第１アーム、：
３・・・第２直接駆動モータ、４・・・第２アーム、５
，６・・・手首軸駆動モータ，７，９・・・干渉トルク
除去用モータ、８，１０・・・減速機、１１・・・手首
装置，１２・・・手首軸，１３・・・回転角加速度検出
器、］４・・・渡し板．１，５・・・減速機出力軸、１
６・・・おもり、１７格 凹

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１モータにより直接駆動される第１ロボットアー
   ムと、該第１ロボットアームに前記第１モータと軸平行
   にしてステータ側を固定された第２モータと、該第２モ
   ータにより直接駆動される第２ロボットアームまたは手
   首軸と、前記第１モータと軸平行にステータ側が前記第
   １ロボットアームに固定して取り付けられた第３モータ
   とを備え、該第３モータが前記第２モータの動作により
   第１モータが受ける干渉トルクを打ち消すトルクを発生
   する産業用ロボット。 ２、前記第３モータは前記第１モータの軸に関して前記
   第２モータと反対側に位置し、前記第１ロボットアーム
   の重心が前記第１モータの軸と一致する位置にあること
   を特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。 ３、前記第１ロボットアームに回転角加速度検出器を設
   けたことを特徴とする請求項１又は２記載の産業用ロボ
   ット。 ４、第１モータにより直接駆動される第１ロボットアー
   ムと、該第１ロボットアームに前記第１モータと軸平行
   にしてステータ側を固定された第２モータと、該第２モ
   ータにより直接駆動される第２ロボットアームまたは手
   首軸と、前記第１モータと軸平行にステータ側が前記第
   １ロボットアームに固定して取り付けられた第３モータ
   と、該第３モータと軸結合し前記第１ロボットアームに
   坐が固定された減速機と、該減速機の出力軸に結合され
   たおもりとを備え、該第３モータ、前記減速機及びおも
   りが前記第２モータの動作により第１モータが受ける干
   渉トルクを打ち消すトルクを発生する産業用ロボット。 ５、前記第３モータは前記第１モータの軸に関して前記
   第２モータと反対側に位置し、前記第１ロボットアーム
   の重心が前記第１モータの軸と一致する位置にあること
   を特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。 ６、前記第１ロボットアームに回転角加速度検出器を設
   けたことを特徴とする請求項４又は５記載の産業用ロボ
   ット。