JPS5850837B2 - 関節形ロボットの腕機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、関節形ロボットの腕機構に関するものである
。

従来、第１図に示す如く、関節形ロボットの本体１と物
体をつかむチャック等で構成された手機構２との間に連
結された腕機構はクランクレバー３とクランクレバー４
とによって構成され、関節形ロボットの本体１とクラン
ク３との結合点にはクランクレバー３を回動させるモー
タ５が備え付けられ、クランクレバー３とクランクレバ
ー４との結合点にはクランクレバー３に対してクランク
レバー４を回動させるモータ６が備え付けられ、クラン
クレバー４と手機構２との結合点にはクランクレバー４
に対して手機構２を回動させるモータ７が備えられたも
のである。

しかしながらこのような腕機構では、クランクレバーの
運動端に相当重量であるモータが載置されているため、
クランクレバーの慣性力が大きくなり、速く手機構の姿
勢及び位置を制御することができないと共に振動及びす
べりを誘起させる欠点を有していた。

また上記腕機構において手機構の姿勢を所定方向に傾げ
た状態で保持させるためには、常にクランクレバー４の
傾きが変化する毎にその変化量だげモータ７を回動させ
なげればならず、複雑な制御が必要となると共に制御動
作が緩慢になる問題点を有していた。

この問題点を解決する関節形産業用ロボットとしては特
開昭４７−７４１８号に開示されたものが知られていた
。

しかしこの従来の関節形ロボットでは、上方腕材、及び
中間部材を回動させる駆動力は各シリンダのピストンの
直線運動出力で得ているため、常に上方腕材、及び中間
部材の回転角と各シリンダのピストンの直線運動量とが
比例しない。

それ故、下方腕材の先端を所定の位置から他の位置へ移
動させるとき、直ちにシリンダの直線運動量を定めるこ
とが出来ず、結局シリンダの制御を複雑にし、低速運転
しか出来ない欠点を有する。

また上記の如＜、この従来の関節形ロボットでは、常に
、上方腕材及び中間部材の回転角と各シリンダの直線運
動量とが比例しないことにより、下方腕材の先端の位置
を円滑に移動させること、即ち円滑に動作させることも
出来ない欠点を有する。

更にこの従来の関節形ロボットでは手機構を姿勢を変え
ることが出来ず、複雑な組立作業や、加工作業を行うこ
とが出来ない欠点も有する。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、位置決
め駆動制御を容易にして円滑な運動をさせることが出来
るようにすると共に高速運転も可能にし、しかも手機構
の姿勢を変え、複雑な組立作業や加工作業が行なえるよ
うにした関節形ロボットの腕機構を提供するにある。

即ち本発明は、第１の腕部材、第２の腕部材、第１のリ
ンク部材、及び第２のリンク部材でもって平行四辺形リ
ンク機構を構成し、肩部にこれらの駆動源を集め、機構
を簡素化して軽量化をはかった関節形ロボットの腕機構
において、これらの駆動源をモータ等の回転形アクチュ
エータで構成し、第１の回転形アクチュエータに連結さ
れた第１の回転駆動軸を有する第１の腕部材と、第２の
回転形アクチュエータに連結された第２の回転駆動軸を
有する第１のリンク部材とを、上記第１及び第２の回転
駆動軸の軸心が同一になるようにして肩部に回転自在に
支持し、更に上記第２の腕部材の先端に手機構を取付け
、この手機構を駆動する第３の回転形アクチュエータと
、上記手機構を上記第２の腕部材の先端において支持す
る第１の回転部材を、上記第２の腕部材の軸支部に設け
られ、かつ上記第１の回転部材と第１の連結部材を介し
て連結された第２の回転部材と、上記第２の回転部材と
第２の連結部材を介して連結され、かつ上記第３の回転
形アクチュエータに連結された第３の回転部材とを備え
付げたことを峙徴としたものであり、各回転形アクチュ
エータの回転駆動出力を、第１及び第２の回転駆動軸に
回転連結することを可能にして常に第１の腕部材の回転
角α、及び第１のリンク部材の回転角βと、各回転形ア
クチュエータの回転動作量θ０、及びθ２とが一定な比
例関係をもつように構成でき、第２の腕部材の先端の位
置制御を容易にした状態で、第２の腕部材の軸支部に設
けられた第２の回転部材を介して動力を伝達させて第３
の回転形アクチュエータによって手機構の姿勢を制御で
きるようにしたものである。

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。

第２図は、本発明による関節形ロボットの腕機構の一実
施例を構成する部品の組合せ斜視図、第３図は、差動歯
車機構を拡大して示した図、第４図は、第２図に示した
腕機構の動作原理を示す説明図である。

即ち関節形ロボットの本体１は、Ｌ金具８に固着された
軸９を回転自在に支持し、この軸９を回転させるモータ
（図示せず）を載置している。

１０は腕機構を支持する部材（以下肩部という）であり
、軸１１をＬ金具８に回転自在に支持している。

この軸１１は、ボールジヨイント（図示せず）を介して
本体１に載置されたモータ（図示せず）に連結されてい
る。

１２は上記肩部１０に回転自在に支持された第１の回転
駆動軸にして、第１の腕部材１３の一端に備えられてい
ると共に、モータである第１の回転形アクチュエータ（
図示せず）の出力軸に連結されている。

１４は上記第１の回転駆動軸１２と同軸心上に上記肩部
１０に回転自在に支持された第２の回転駆動軸にして、
第１のリンク部材１５の一端に備えられていると共に、
モータである第２の回転形アクチュエータ（図示せず）
の出力軸に連結されている。

なお、ここで連結とは、直接的に連結される場合のみな
らず、例えば、減速機を介して間接的に連結される場合
も含む。

１７は第１の腕部材１３と同一長さを有する第２のリン
ク部材にして、一端を第１のリンク部材１５の揺動端に
連結軸１６により回転自在に結合されている。

１９は第２の腕部材にして、第２のリンク部材１７の他
端と連結軸１８により回転自在に結合され、さらに第１
の腕部材１３の揺動端に連結軸２０により回転自在に結
合されている。

第２の腕部材１９の軸支部である連結軸１８から連結軸
２０までの長さは第１のリンク部材１５の長さと等しい
。

従って第１の腕部材１３、第１のリンク部材１５、第２
のリンク部材１７、第２の腕部材１９によって平行四辺
形リンク機構が形成されている。

２１は物体を保持するチャック等から成る手機構を先端
に取付けたロンドにして、後端に相対向して傘歯車２２
及び２３を回転自在に支持している。

２４は第２の腕部材１９の先端に回転自在に支持された
回転軸にして、一端に上記傘歯車２２及び２３に噛合う
傘歯車２５を固着している。

２６は第２の腕部材１９の先端に回転自在に支持された
回転軸にして、一端に上記傘歯車２２及び２３に噛合う
傘歯車２７を固着している。

従って傘歯車２２゜２３．２５，２７によって差動歯車
機構２８を形成している。

２９はレバーにして、一端を上記回転軸２４に固着し、
他端をピン３０を介してリンク部材３１の一端と回転自
在に結合している。

この回転軸２４とレバー２９等で第１の回転部材を構成
している。

３２は第２の腕部材１９の軸支部である連結軸２０に回
転自在に支持された３角形状を有するジヨイントプレー
ト（第２の回転部材）にして、一端をピン３３によりリ
ンク部材（第１の連結部材）３１の他端と回転自在に結
合し、他端をピン３４によりリンク部材３５の一端と回
転自在に結合している。

３６は第１の回転駆動軸１２に回転自在に支持され、３
角形状を有するジヨイントプレートにして、一端をピン
３７を介してリンク部材３５の他端と回転自在に結合し
、他端をピン３８を介してリンク部材３９の一端と回転
自在に結合している。

これらリンク部材３５、ジヨイントプレート３６、及び
リンク部材３５等で第２の連結部材を構成する。

４２はモータである第３の回転形アクチュエータの出力
軸に連結され、肩部１０に回転自在に支持された第３の
回転駆動軸にして、クランク（第３の回転部材）４１の
一端に固着されている。

このクランク（第３の回転部材）４１の他端はリンク部
材３９の他端とピン４０により回転自在に結合されてい
る。

即ち重要な点はリンク部材３５の長さを第１の回転駆動
軸１２と連結軸２０との距離に等しくすると共にジヨイ
ントプレート３６とジヨイントプレート（第２の回転部
材）３２の揺動半径を等しくして、リンク部材３５、ジ
ヨイントプレート３２及び３６で平行リンク機構を形成
することである。

なおこれら平行リンク機構は周知のチェーンを含む平行
な動力伝達機構（回転部材と連結部材）でよいことは明
らかである。

また同様にリンク部材３１の長さを回転軸２４と連結軸
２０との距離に等しくすると共に、ジヨイントプレート
３２とレバニ２９との揺動半径を等しくして、リンク部
材３１．ジヨイントプレート３２、レバー２９で平行リ
ンク機構を形成することである。

なおこの平行リンク機構は周知のチェーンを含む平行な
動力伝達機構でよいことは明らかである。

４３はレバーにして、一端を前記回転軸２６に固着し、
他端をピン４４を介してリンク部材４５の一端と回転自
在に結合している。

これら回転軸２６及びレバー４３等で第１の回転部材を
構成している。

４６は第２の腕部材の軸支部に設げられた連結軸２０に
回転自在に支持され、３角形状を有するジヨイントプレ
ート（第２の回転部材）にして、一端をピン４７により
リンク部材４５の他端と回転自在に結合し、他端をピン
４８によりリンク部材４９の一端と回転自在に結合して
いる。

５０は前記第２の回転駆動軸１４に回転自在に支持され
、３角形状を有するジヨイントプレートにして、一端を
ピン５１を介してリンク部材４９の他端と回転自在に結
合し、他端をピン５２を介してリンク部材５３の一端と
回転自在に結合している。

５６はモータである第４のアクチュエータの出力軸に連
結され、肩部１０に回転自在に支持された第４の回転駆
動軸にして、クランク（第３の回転部材）５５の一端を
固着している。

このクランク５５の他端はリンク部材部の他端とピン５
４により回転自在に結合されている。

これらレバー４３、リンク部材４５、ジヨイントプレー
ト４６との間、並びにジヨイントプレート４６及び５０
リンク部材４９との間は平行リンク機構で形成されてい
る。

なおこの平行リンク機構は周知のチェーンを含む平行な
動力伝達機構でよいことは明らかである。

而して手機構の根元、即ち手首となる回転軸２４゜２６
が配置されている点ｔの位置情報（Ｘ、ｙ）は次に示す
（１）式で与えられる。

ｘ＝ｌＣｏＳα＋ｍＣｏ５（π−β） ）・・・・・・・・・・・・（１） ｙ ＝ １ｓｉｎα−ｍｓｉｎ （π−β）ただしｌは
第４図に示す如く第１の腕部材１３・の全長、ｍは第４
図に示す如く連結軸２０から回転軸２４．２６までの長
さ、αは第４図に示す如く第１の腕部材１３とＸ軸のな
す角、βは第４図に示す如く第１のリンク部材１５とＸ
軸のなす角をいう。

従って手首である点ｔ（Ｘ、ｙ）の位置情報が与えられ
ると（１）式からα、βの各々の角が求まり、この角α
になるように第１の回転形アクチュエータ（モータ）を
回転駆動させて第１の回転駆動軸１２を回転させて第１
の腕部材１３を所定角度回動させ、また上記角βになる
ように第２ノ回転形アクチュエータ（モータ）を回転駆
動させて第２の回転駆動軸１４を回転させて第１のリン
ク部材１５を所定角度回動させる。

このとき第３の回転駆動軸４２及び第４の回転駆動軸５
６は停止され、ジヨイント３６、及び５０は停止してい
るため、ジヨイントプレート３２、及び４６は該ジヨイ
ントプレート３６、及び５０に平行状態が保持され、更
にレバー２９、及び４３も上記ジヨイントグレート３２
及び４６に平行状態に保持され、手機構を支持したロッ
ド２１の姿勢は第４図に示す如く常にゴ定に保持される
。

即ち第４図に示す如く、例えば第１の腕部材１３が所定
量回動しても、手機構を支持したロッド２１は常に平行
状態、即ち一定方向に保持することができ、また手機構
を支持したロッド２１の姿勢を一定に保持した状態でロ
ッド２１を回転させるには、第３の回転駆動軸４２と第
４の回転駆動軸５６とを互に反対方向に同一所定量だけ
回転させ、差動歯車機構２８の傘歯車２５及び２７を互
いに反対方向に等しい角度だけ回転させることによって
得ることができる。

更に手機構を支持したロッド２１を軸心まわりに回転さ
せず、姿勢だけを変更したい場合は、第３の回転駆動軸
４２及び第４の回転駆動軸５６を互いに同一方向に同じ
所定量回転させ、差動歯車機構２８の傘歯車２５及び２
７を互いに同一方向に等しい所定量回転させることによ
って達成することができる。

なお、手機構を支持したロッド２１は上記の如く同一平
面内で自由に動きうるが、水平方向の動きを与えるには
、垂直軸９をモータによって回転させることによって達
成でき、また水平面のある軸を中心にして回動させるに
は、肩部１０を固着した軸１１をモータによって達成す
ることができる。

以上説明したように本発明によれば、平行四辺形リンク
機構で機或し、ロボットの本体に最も近い肩部に駆動源
を集中させて、軽量化及び機構の簡素化をはかった関節
形ロボットの腕機構において、各駆動源をモータである
回転形アクチュエータによって構成し、該第１の回転形
アクチュエータに連結された第１の回転駆動軸を有する
第１の腕部材と、第２の回転形アクチュエータに連結さ
れた第２の回転駆動軸を有する第１のリンク部材とを、
上記第１および第２の回転駆動軸の軸心が同一になるよ
うにして肩部に回転自在に支持したので、各回転形アク
チュエータと第１の腕部材および第１のリンク部材が回
転連結可能となり、各回転形アクチュエータの回転量と
第１の腕部材および第１のリンク部材とが一定の比例関
係となり、位置制御が簡単であると共に高速で円滑な動
作をすることができ、しかも手機構を支持した第１の回
転部材と、第２の腕部材の軸支部に支持された第２の回
転部材と、手機構を駆動する第３の回転形アクチュエー
タに連結された第３の回転部材とを各々別々の第１及び
第２の連結部材２で連結したので、肩部付近に設けられ
た第３の回転形アクチュエータの駆動力を比較的剛性の
高い第１、及び第２の連結部材を用いて手機構を精度良
く伝達することが可能となり、上記平行四辺形リンク機
構に独立して機構を簡単にして手機構の姿勢の制御が出
来、手機構に複雑な動作をとらせる必要のある組立作業
や加工作業に適用した場合、優れた実用的な作用効果を
奏する。

更に本発明によれば、回転形アクチュエータから平行四
辺形リンク機構の制御、及び手機構の姿勢制御まで全て
回り対偶で構成でき、耐久性に優れ、高信頼度でもって
高速動作ができ、しかも重量バランスもよく安定した動
作ができる関節形ロボットの腕機構が得られる効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の関節形ロボットの腕機構の一例の概略構
成を示した図、第２図は本発明による関節形ロボットの
腕機構の一実施例を示す部品組合せ斜視図、第３図は差
動歯車機構を拡大して示した図、第４図は第２図に示し
た関節形ロボットの腕機構の一実施例の動作原理を示し
た図である。 １・・・・・・関節形ロボットの本体、１０・・・・・
・肩部、１２・・・・・・第１の回転駆動軸、１３・・
・・・・第１の腕部材、１５・・・・・・第１のリンク
部材、１Ｔ・・・・・・第２のリンク部材、１９・・・
・・・第２の腕部材、２０回転駆動軸、２１・・・・・
・ロッド、２・・・回転軸、２８・・・・・・差動歯車
機構、２・・・レバー、３１．３５，３９，４５゜１４
・・・・・・第 ４．２６・・・ ９．４３・・・ ４９．５３ ・・・・・・リンク部材、３２゜ ヨイントプレート、４１ ・・・・・・第３の回転駆動軸、 軸。 ３６．４６，５０・・・・・・ジ 、５５・・・・・・クランク、４２ ５６・・・・・・第４の回転駆動

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 肩部に配置した第１の回転形アクチュエータに連結
   された第１の回転駆動軸を直角に備えた第１の腕部材と
   、肩部に配置した第２の回転形アクチュエータに連結さ
   れた第２の回転駆動軸を直角に備えた第１のリンク部材
   とを、上記第１および第２の回転駆動軸の軸心が同一に
   なるようにして肩部に回転自在に支持し、更に上記第１
   の腕部材および第１のリンク部材と回転自在に結合され
   て平行四辺形リンク機構を構成する第２の腕部材および
   第２のリンク部材からなる腕機構を備え、かつ上記第２
   の腕部材の先端に取付けられた手機構を備え、更に該手
   機構を駆動する第３の回転形アクチュエータと、上記手
   機構を上記第２の腕部材の先端において支持する第１の
   回転部材と、上記第２の腕部材の軸支部に設けられ、上
   記第１の回転部材と第１の連結部材を介して連結された
   第２の回転部材と、上記第２の回転部材と第２の連結部
   材を介して連結され、かつ上記第３の回転形アクチュエ
   ータに連結された第３の回転部材とを備え付けたことを
   特徴とする関節形ロボットの腕機構。