JPH03287392A - 多関節ロボット - 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、歯車機構を応用した多関節ロボットに関する
。

〈従来の技術〉 従来、工業用として用いられる多関節ロボットは、平行
リンク式、ベルト単式、およびトルクモータによって各
関節軸が直接駆動されるダイレクトドライブ式等が用い
られてきた。しかし、ベルト単式の多関節ロボットは剛
性が低いこと、ダイレクトドライブ式の多関節ロボット
は、トルクを発生させるモータが各関節に対し、重力負
荷と慣性モーメントとして作用すること等から可搬重量
が小さいという問題があった。このため可搬重量の大き
な多関節ロボットは、例えば実開平１−１２１６８３に
示されるような平行リンク式垂直多関節ロボットが広く
用いられている。

この種のロボットは第８図に示すように、支持ムース１
０に旋回可能に支持された旋回台１２と、基端部が旋回
台１２の旋回軸線と直交する軸線回りに回動自在に支持
された第１７−ム１４と、この第１アームの先端部に第
１アーム１４の旋回軸線と平行な軸線回りに回動自在に
支持された第２アーム１５と、この第２アーム１５先端
に設けられた手首部１９とを備え、旋回台１２を支持ベ
ース１０に対し旋回駆動する１軸サーボモータ１３と、
第１アーム１４を旋回台１２に対し回転駆動する２軸サ
ーボモータ１６と、第２アーム１５を第１アーム１４に
対し回転駆動する回路の３軸サーボモータを有していた
。前記３軸サーボモータの駆動力は平行リンク機構１８
を介して第２アーム１５に伝えていた。

このような平行リンク式垂直多関節ロボットは第９図（
ａ）、　（ｂ）にモデル化して示すように、第９図（ａ
）の中立状態から第９図〜）のように第１アームのみを
駆動させると、ロボット外部から見た第２アーム１５の
姿勢は変化しない。このような特徴によって、平行リン
ク式垂直多関節ロボ、ントは、アームを容易に制御でき
るという利点がある。また平行リンク機構を用いること
により、第２７−ム■５を駆動する３軸サーボモータを
旋回台１２付近に配置することができ、第１アーム１４
を回転駆動する２軸サーボモータ１６にかかる負荷を軽
減することができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上述のような構造のロボットでは、作業領域が
第８図の一点鎖線１で示されるように主にロボットの前
方の片側半分を作業領域としており、ロボットの後方お
よび上方では作業できず、作業領域が制約されるという
問題があった。この理由は、リンク機構１８が旋回台１
２に干渉すること、またこの干渉を除いた構造にしたと
しても平行リンク機構の死点が存在するために、円滑な
動作が実現できないことによるものである。

本発明は以上のような問題を解決するためになされたも
のであり、可搬重量が大きく、アームを容易に制御でき
、第２アームを駆動する３軸サーボモータを旋回台付近
に配置することによって、第１アームを回転駆動する２
軸サーボモータにかかる負荷を軽減することができると
いう、平行リンク式垂直多関節ロボットの利点を有し、
しかもロボットの前後両方および上方で作業が可能な多
関節ロボットを提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の多関節ロボットは、上述したような問題を解決
するためになされたものであり、肩部に第１旋回軸を中
心として回動可能に支持された第１アームと、この第１
アームの先端部に前記第１旋回軸と平行な第２旋回軸を
中心として回動自在に支持された第２アームと、前記第
１アームを旋回駆動する第１駆動装置と、前記第２アー
ムを旋回駆動する第２駆動装置を備えた多関節ロボット
・であって、前記第１旋回軸を中心として前記第２駆動
装置によって回動される第１歯車を前記肩部に支持し、
前記第１歯車と同形同大であり前記第２旋回軸を中心と
して回動可能な第２歯車を前記第２アームに固着し、前
記第１歯車と前記第２歯車とを前記第１アームに支持し
た奇数個の遊び歯車を介して互いに噛合させてなるもの
である。

く作用〉 上記の構成により、第２駆動装置を駆動せず、第１歯車
を固定した状態で第１駆動装置を駆動させ、第１アーム
を揺動させると、第２歯車は第１旋回軸を中心として公
転するが、自分自身は、回転しない。このため第１アー
ムのみを揺動させた状態では、外部から見た第２アーム
の姿勢は変化しない。また第２駆動装置を駆動すること
によって、第１歯車を回動させると、遊び歯車を介して
第２歯車が第１歯車と同し方向に回動し、第２アームを
揺動させる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図および第２図に示すごとく、支持ベース１０には旋回
台１２が鉛直な第１軸線１００を中心として回転可能に
支持され、この旋回台１２は旋回台１２自身に取付けら
れた１軸サーボモータ１３により旋回駆動されるように
なっている。

旋回台１２には、第１アーム１４の基端部が水平な第２
軸線１０１を中心とする第１旋回軸５によって回動可能
に支持されて、回路の減速機構を介して旋回台１２に取
付けられた２軸サーボモータ１６により揺動駆動される
ようになっている。また旋回台１２には、第１旋回軸５
を中心として回動可能な第１歯車８２が支持されている
。第１アーム１４の先端部には、第２軸線１０１と平行
な第３軸線１０２を中心とする第２旋回軸６が支持され
ている。第２旋回軸６には第３軸線１０２を中心として
揺動可能に第２アームエ５が固定されている。また、第
２旋回軸６には第１７−ム１４に対して回動可能な第２
歯車８３が固定されている。第１歯車８２と第２歯車８
３の間には、第２軸線１０１および第３軸線１０２と平
行な軸線を回転中心軸とする３つの遊び歯車６０ａ、６
０ｂ。

６０ｃが噛合し、これらの遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６
０ｃの回転中心軸は、第２軸線１０１および第３軸線１
０２を結ぶ直線から、遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０ｃ
の順で交互に逆の方向にオフセットされて、第１７−ム
１４に支持されている。

旋回台１２には、数個の補助歯車による減速機構３６を
介して第１歯車８２を回動させることによって、第２ア
ーム１５を揺動駆動する３軸サーボモータ１７が固定さ
れている。第２アーム１５先端部には、ツイストリスト
６３が第２アーム１５中心の第４軸線１０３を中心に回
転自在に支持され、回路の４軸サーボモータにより旋回
駆動されるようになっている。ツイストリスト６３上に
は、ペンドリスト６４およびスイベルリスト６５が順次
回転可能に支持されて、それぞれ５軸サーボモータ５０
および６軸サーボモータ６６により旋回駆動されるよう
になっている。

旋回台１２と第２アーム１５の間には、バランス用シリ
ンダ３７が設けられている。

第３図（ａｔ　（ｂ）に示すように、遊び歯車６０ａ。

６０ｂ、６０ｃの支持軸６７　ａ、　　６７　ｂ、　　
６７　ｃは第１アーム１５の内側フレーム６８と外側フ
レーム６９の間に支持されている。

支持軸６７ａの内側フレーム６８における取付部は、遊
び歯車６０ａが隣接する第２歯車８３と遊び歯車６０ｂ
とのバックラッシュを除去すべく移動できるように長大
７０が形成され、支持軸６７ａに形成された長方形の突
設部７１が長穴７０の長手方向に摺動可能に嵌め合わさ
れている。また支持軸６７ａを内側フレーム６８と外側
フレーム６９０間に支持するためのボルト７２を挿入ス
るために、支持軸６７ａには長大７０と同し方向に長い
遊嵌穴７３が形成されている。支持軸６７ａの外側には
ベアリング７４を介して遊び歯車６０ａの歯部２０ａが
取付けられている。

支持軸６７ｂは、ベアリング７５を介して歯部２０ｂ＠
支持する中間支持部１５０と、中間支持部１５０をこの
中間支持部１５０の中心軸１０７から偏心した位置に設
けられた回転中心軸１０６回りに偏心回転可能に支持す
る支持部２１からなっている。支持部２１の内側フレー
ム６８および外側フレーム６９の取付部は、隣接する遊
び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心軸を結んだ直線と平行
な方向の長大７８が形成されている。また支持軸６７ｂ
は内側フレーム６８と外側フレーム６９の間に４つのボ
ルト７９よって支持されている。このボルト７９を緩め
ることによって、支持軸６７ｂが回転中心軸１０６回り
の偏心回転と長穴７８の長手方向の移動ができるように
、支持軸６７ｂには、遊嵌穴８１が形成されている。

支持軸６７ｃの内側フレーム６８における取付部は、遊
び歯車６０ｃが隣接する第１歯車８２と遊び歯車６０ｂ
とのバックラッシュを除去すべく移動できるように長穴
８４が形成され、支持軸６７Ｃに形成された長方形の突
設部８５が長穴８４の長手方向に摺動可能に嵌め合わさ
れている。また支持軸６７ｃを内側フレーム６８と外側
フレーム６９の間に支持するためのボルト８７を挿入す
るために、支持軸６７ｃには長穴８４と同し方向に長い
遊嵌穴８６が形成されている。支持軸６７Ｃの外側には
ヘアリング８８を介して遊び歯車６０Ｃの歯部２０ｃが
取付けられている。

次に本実施例の多関節ロボットの動作を説明するために
、第４図（ａ）、　（ｂ）のモデルを用いて説明する。

第４図のモデルでは、実施例の遊び歯車は３つであるの
に対し、遊び歯車は１つとなっている。

実施例における遊び歯車の数は、駆動側である第１歯車
８２と被動側である第２歯車８３の回動方向を一致させ
ることと、細長い形状をした第１ア−ム１４内に歯車を
コンパクトに配置することを考えて３つとしており、ロ
ボットの動作のみを考慮した場合、第１歯車８２と第２
歯車８３の回動方向を一致させればよいので、遊び歯車
は奇数個であれば幾つでもよく、モデルでは簡単に１つ
とした。３軸サーボモータ１７を駆動させず、第１歯車
８２を固定したままで、２軸サーボモータ１６を駆動し
、第１アーム１４を揺動させると、この歯車機構は、第
１歯車８２を太陽歯車として遊星連鎖をなした遊星歯車
装置となる。第１歯車８２と第２歯車８３は同し歯車で
あり、かつ同し方向に回転するから、第１歯車８２に対
する第２歯車８３の回転比ｅは１である。ここで第１歯
車８２の回転をｎＬ第２歯車８３の回転をｎ２、第１ア
ームの回転をＮとして、回転比ｅを表すと以下の式にな
る。

ｅ＝　（ｎ２−Ｎ）／　（ｎｌ　−Ｎ）上式においてｅ
＝１かつ第１歯車８２は固定され、死重であるからｎ１
＝ｏである。よって上式となる。つまり、第１歯車８２
を固定した状態で第１アーム１４を揺動させると、第４
図（ハ）に示すように第２歯車８３は、第１歯車８２の
周囲を公転するが、第２歯車８３自身は回転せず、第２
歯車８３に描かれた矢印Ａの方向は不変である。従って
、第２歯車８３が固定された第２７−ム１５のロボット
外部から見た姿勢は不変である。この性質は第９図（ａ
）、（ト）で示した平行リンク機構の性質と等価なもの
である。

上述の性質に加え、本実施例の多関節ロボットは、３軸
サーボモータ１７を駆動させて第１歯車８２を回動させ
、遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０Ｃを介して第２歯車８
３を第１歯車８２と同し方向に回動させることができ、
これによって第２アーム１５を第３軸線１０２を中心と
して約３３０゜あまり揺動させることができる。従って
、第１アーム１４および第２アーム１５の両方を駆動さ
せると第５図に示すような多関節ロボットの前後両方お
よび上方の広い作業領域を有する。

以上述べたように、本実施例の多関節ロボットは３軸サ
ーボモータ１７を駆動させず、２軸サーボモータ１６を
駆動して第１アーム１４を揺動させると、第２アーム１
５のロボット外部から見た姿勢は不変であるためにアー
ムの制御が容易であり、第２アーム１５を揺動させる３
軸サーボモータ１７を旋回台１２に設置することができ
、２軸サーボモータ１６にかかる負荷を軽減することが
できるという平行リンク式垂直多関節ロボットと同し利
点を有するだけでなく、多関節ロボットの前後両方およ
び上方の広い作業領域を有する。また本実施例の多関節
ロボットは、歯車という剛性の高い要素によって構成さ
れているため可搬重量が大きいという特徴を有する。

次に第３図（ａ）、　（ｂ）に示したバックラッシュ除
去装置について説明する。支持軸６７ａ、６７ｂ。

６７ｃを固定するボルト７２，７９．８７を緩めると、
各ボルトが嵌め込まれている遊嵌穴７３゜８１．８６の
ため、支持軸６７ａ、６７ｂ、６７Ｃは移動可能となる
。すなわち支持軸６７ａに固定された遊び歯車６０ａは
長穴７０に沿って、移動可能となる。同様に、支持軸６
７ｃに固定された遊び歯車６０ｃは長穴８４に沿って、
移動可能となる。第６図（ａ）にモデル化して示すよう
に、中間支持部５０の中心軸１０７と、支持部２１の回
転中心軸１０６が偏心している。このため遊び歯車６０
ｂの歯部２０ｂの回転中心である中心軸Ｉ０７は、支持
部２工の回転中心軸１０６を中心として、偏心量を半径
とする円弧上を移動可能となる。この移動は主に遊び歯
車６０ｂを遊び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心軸１０８
，１０９を結ぶ直線と直交する方向に動かずもので、こ
の移動を第１の移動３５とする。また支持軸６７ｂは長
穴７８によって内側フレーム６８と外側フレーム６９の
間に支持されているため、支持軸６７ｂは長穴７８の長
手方向、すなわち遊び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心軸
１０８，１０９を結ぶ直線と平行な方向に移動可能であ
る。よって歯部２０ｂも同方向に移動可能であり、この
移動を第２の移動３６とする。よって遊び歯車６０ｂの
歯部２０ｂは、第１の移動３５と第２の移動３６を組み
合わせて自由に移動できる。この移動を利用して、遊び
歯車６０ｂを遊び歯車６０ａ、６０ｃとの間にバックラ
ッシュがないように押し付けると、この力によって、遊
び歯車６０ａ、６０ｃは長穴７゜８４に沿って移動する
。その結果、遊び歯車６゜ａは、第２歯車８３とバック
ラッシュ無く噛合する。また、遊び歯車６０ｃは、第１
歯車８２とバンクラッシュ無く噛合する。よって、本実
施例のバックラッシュ除去装置は、遊び歯車６０ｂを遊
び歯車６０ａ、６０ｃに押し付け、遊び歯車６゜ｂと６
０ａの間および遊び歯車６０ｂと６０ｃの間のバックラ
ッシュを除去することによって、同時に遊び歯車６０ａ
と第２歯車８３０問および遊び歯車６０ｃと第１歯車８
２の間のバックラッシュも除去することできる。

なお、本実施例の多関節ロボットの動作を実現させるた
めには、遊び歯車の数は、奇数ならば幾つでもよいこと
は先に述べた。これに加えて本実施例ではバックラッシ
ュ除去のために、３つの遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０
ｃの回転中心軸は、第１歯車８２と第２歯車８３の回転
中心軸を結ぶ直線から、遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０
ｃの順で交互に逆方向にオフセットされて、バックラッ
シュ除去装置を遊び歯車６０ｂに取付けた構成としたが
、バックラッシュ除去装置を取付けた歯車の回転中心軸
が、隣合う２つの歯車の回転中心軸を結ぶ直線からオフ
セットされていれば、本実施例のバックラッシュ除去装
置は、有効に作用する。

このため、第７図（ａ）のように遊び歯車を１つとして
、この遊び歯車６０の回転中心軸を第１歯車８２と第２
歯車８３の回転中心軸を結ぶ直線からオフセットし、遊
び歯車６０にバックラッシュ除去装置を取付けたものや
、第７図（ｂ）、　（Ｃ）のように、３つの遊び歯車６
０ａ、６０ｂ、６０ｃにおいて、遊び歯車６０ｂの回転
中心軸を第１歯車８２と第２歯車８３の回転中心軸を結
ぶ直線上に配置し、遊び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心
軸をこの直線からオフセントし、遊び歯車６０ａ、６０
ｃにバックラッシュ除去装置を取付けたものでもよい。

ここで、第７図（ｂ）、　（Ｃ）では、（ハ）は遊び歯
車６０ａ。

６０ｃを逆方向にオフセントし、（Ｃ）は遊び歯車６０
ａ、６０ｃを同一方向にオフセットしている。

また本実施例のパックランシュ除去装置では、支持部２
１の内側フレーム６８および外側フレーム６９の取付部
に、隣接する遊び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心軸を結
んだ直線と平行な方向の長大７８力く形成された構成と
なっているが、第６図（ｂ）にモデル化して示すように
、中間支持部１５０に長穴７８と同様の長大１６０を設
け、この長大１６０の内部に支持部２１を通した構成に
しても同様の効果が得られる。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明の多関節ロボットは、遊星連鎖
をなした歯車機構を応用したために、第２駆動装置を駆
動させず、第１駆動装置を駆動して第１アームを揺動さ
せると、第２アームのロボット外°部から見た姿勢は不
変であるためにアームの制御が容易であり、第２アーム
を揺動させる第２駆動装置を肩部に設置することができ
、第１駆動装置にかかる負荷を軽減することができると
いう平行リンク式垂直多関節ロボットと同し利点を有す
るだけでなく、多関節ロボットの前後両方および上方に
作業領域を有し、歯車という剛性の高い要素によって構
成されているため可搬重量が大第１図から第７図は本発
明の実施例を示した図であり、第１図は実施例の多関節
ロボ・ノドの構造を説明するための側面図、第２図は同
多関節ロボットの構造を説明するための背面図、第３図
は遊び歯車の拡大図、第４図は本実施例をモデル化した
図、第５図は本実施例の多関節ロホ・７トの作業領域を
示した図、第６図は本実施例のバックリンク除去装置を
モデル化した図およびその応用変形例を示した図、第７
図は本実施例のの応用変形例を説明するための図である
。第８図、第９図は従来技術を示した図であり、第７図
は従来技術の平行リンク弐垂直多関節ロボントを示した
図、第９図は従来技術をモデル化した図である。

５・・・第１旋回軸、６・・・第２旋回軸、１２・・・
旋回台、１４・・・第１アーム、１５・・・第２アーム
、１６・・・２軸サーボモータ、１７・・・３軸サーボ
モータ、６０．６０ａ、６０ｂ、６０ｃ・・・遊び歯車
、８２・・・第１歯車、８３・・・第２歯車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 肩部に第１旋回軸を中心として回動可能に支持された第
   １アームと、この第１アームの先端部に前記第１旋回軸
   と平行な第２旋回軸を中心として回動自在に支持された
   第２アームと、前記第１アームを旋回駆動する第１駆動
   装置と、前記第２アームを旋回駆動する第２駆動装置を
   備えた多関節ロボットであって、前記第１旋回軸を中心
   として前記第２駆動装置によって回動される第１歯車を
   前記肩部に支持し、前記第１歯車と同形同大であり前記
   第２旋回軸を中心として回動可能な第２歯車を前記第２
   アームに固着し、前記第１歯車と前記第２歯車とを前記
   第１アームに支持した奇数個の遊び歯車を介して互いに
   噛合させてなる多関節ロボット。