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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988003856A1
    申请号:PCT/JP1987/000913
    申请日:1987-11-26
    公开日:1988-06-02
    发明作者:Ove Larsson
    申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:B25J19-00
    专利说明:
    [0001] 明 綑 軎 産業用 ロ ポ ッ 卜 の 口 ポ プ 卜 ア ー ム 技 術 分 野
    [0002] こ の発明 は比較的小さ な回転運動 と比較的大きな並 進運動 に よ り 、 大きな運動能力性、 到達能力性及び高 精度性を有する一つ の運動パ タ ー ンを実現す る こ と が 出来る曲げ可能な産業用 口 ポ ソ 卜 の ロ ポ ッ 卜 ア ー ム に 関 し 、 特に連結部材である複数のジ ョ イ ン 卜 に よ り 、 互い に可撓的に連結された 複数のパイ プ扰の ア ー ム部 分を有 し 、 し かもそれ等の ア ー ム部分が一つ の上 ァ ー ム と 、 少な く と も一つ の中間 ア ー ム 、 及び一つ の下ァ ー ム とか ら なる よ う な産業用 ロ ポ ッ 卜 の ロ ポ ッ 卜 ァ ー ム に 関 する 。 背 景 技 術
    [0003] 一般に 、 スプ レー塗装 と かパテ作業あるい は ア ーク 溶接な どの よ う な各種の作業を産業用 ロ ボ ッ 卜 が行う 場合 、 例えば噴射ノ ズル等の如き 工具を持つ産業用 口 ポ ッ 卜 の ア ー ム に は対象物 （ 例えば率体 ） に突当 た る こ と な く 接近 し なければな ら ない と い う 大き な要求が 課せ ら れて いる 。 さ ら に ある場合 に は 、 作業中 に対象 物が工具 と相対的に移動する こ と もあ り 、 こ の場合 に は ロ ポ ッ 卜 ア ー ムが対象物の自 由移動を許容する よ う な位置姿勢を と る こ と が可能でなければな ら ない.。 そ し て 、 こ の よ う 要求に答える特性を具儀するた め に は - - 産業用 口 ポ ッ ト は、 工具を位置移動 （並進） させた り 回転させた り （角度調整〉 するのに必要な自由度よ り ち多い自由度、 即ち可動性を有しているこ とが要求さ れる。 工具の位置及び角度が完全に指定されなければ な らないとすると、 自由度 6 が必要であ り 、 そう する と上述した要求によ り 産業用 ロ ボ ッ 卜 は最低 7 つの独 立 した可動性を有 しなければな らない。 余分な自由度 が産業甩 ロ ボッ 卜 にある という こ とは、 例えばアーム が、 ある障害物を避けるために回転している間に、 ェ 具を対象物 との相対的な所望位置及び所望角度に維持 するこ とが可能なよう に産業用 ロ ポ ッ 卜 を制卸するこ とが出来る とい ·う こ とを意味 している。
    [0004] さ らに或る産業用 ロ ボ ッ 卜 の到達能力性 （作動領域 特性 〉 は、 この産業周 ロ ポ ッ 卜 の運動能力にかかっ て いる。 いいかえる と、 ロ ポ ッ 卜 の個々のコ ンポ一ネン 卜 は、 個々 のアーム部分の動きの間の交叉結合、 及び 機械的終端位置という形の幾何学的制限を受ける とい う こ とである σ
    [0005] 工具の並進運動は主と して ロ ポッ 卜 のァームによ り 行われ、. 一方、 工具の角度調整 （ 回転） は 口 ポ ッ ト の ハン ド リ ンク によ り得られる。 通常産業用 口 ポヅ 卜 の アームに は三つの可動性があ り 、 ハン ド リ ンクには二 または三の可動性がある c ハン ド リ ンクは出来るだけ - 小さい並進運動の働きをするのが望ま し く 、. ま たァー ムは小さな並進運動の際はあま り大きな回転の働きを しないほう が良い。
    [0006] 殆どの産業用 ロ ポ ッ 卜 は五つない し六つの機械的に 独立 し た可動性を持 っ て い る 。 要求さ れる到達能力性 ( 作動領域特性 ） を実現する た め に は ロ ポ ッ 卜 を送行 路上 に 置 く こ と が多 く 、 こ れに よ り 口 ポ ッ ト は更に一 つ 、 場合 に よ り 二つ の可動性を増す こ と が出来る 。 こ の要求さ れる到達能力性 （ 作動領域特性 〉 の問題を解 決するも う 一つ の工夫は、 例 えば回転及びノま た は昇 降テーブル等を用 いて対象物を ロ ポ ッ 卜 と相対的 に移 動 させる と い う や り 方であ る 。
    [0007] 第 Ί 図 に は 8 つ の可動性をもつ従来の産業用 ロ ポ ッ 卜 の翳念斜視図が示さ れて いる 。
    [0008] こ の産業用 ロ ボ ッ 卜 で は ア ー ムの到達能力性 （ 作勁 領域特性 〉 は 、 送行路 と 回転テーアルの双方に よ っ て 増加さ れて い る 。
    [0009] 以上述べた産業用 ロ ポ ッ 卜 に要求さ れる到達能力性 ( 作動領域特性 〉 を実現するた めの工夫に共通な こ と は 、 全 て の可動性が 、 即 ち 口 ポ ッ 卜 固有 の も の 、 或い は外部か ら あ て がわれた も の を問 はず 、 篛械的な動作 の独立を維持 し 、 し かあ共通 に制御さ れなければな ら な い と い う こ とである 。
    [0010] と こ ろで 、 産業用 ロ ポ ッ 卜 は出来るだけ ^用性の あ る も のが望 ま し く 、 余計な装備は出来るだけ少ないほ う が よ い 。 し か し なが ら 、 上速 し た産業 . 口 ポ ッ ト に 要求さ れる到達可能性 （ 作勁領域特性 ） を実現するた めの要求は 、 果た す べき役目 のた め に 必要な数よ り も 多い数の可動性を持つ ロ ポ ッ 卜 を作製する こ と に よ り 解決さ れてきた 。 し か し 、 得 ら れた到達可能性 （ 作動 領域特性 〉 の評価 と い う ちの は 、 目 標 と する運動が ど こで、 そ してどのよう に して達成されたかに左右され るのである。
    [0011] これまでに圧倒的に多い種類の 口 ポ ソ 卜 アームは、 いわゆる軸形 （ あるいは肩形） と称される構造を有し ている。 このよう な構造の口 ボッ 卜 アームでは複数の、 直列に支持された 』直なアームセグメ ン ト が、 それら のアームを回転させるこ とが出来る一つの基礎により 支持されている。 掘削バケツ 卜及びク-レーン用のァー ム とほぼ類似の上述 した軸形構造においては、 各ァー ムを連結するジ ョ イ ン 卜 の軸のう ち 、 少な く とも二つ の軸が常に平行であ り 、 そのよう に して互いに全体と しての到達能力性増大を図る目 的で、 ある部分的な到 達能力性増大を減少することを意図 している。 この軸 形構造では少な く とも二つのアーム部分が同一平面内 で作動するために運動能力が制約をう けるこ とが多い。
    [0012] これによ り 次には 到達能力性増大を意図 してそのよ う な馳形構造を具えた ロ ポ ッ 卜が、 従来の輸形耩造で は数学的に必要な数の自由度以上の数で襪われていた よう なと ころでは、 しば しば不必要に多い数の余裕可 動性を持 fcされた、. という 結果とな っ た。
    [0013] 上述した軸 ^構造と は別に , る種の作業に周い ら れて到達能力性 m大にいい結果をもた ら している別の タ イ プの輸形 （ あるいは肩形） 構造は、 達続的に曲が " るアームを有 しているよう なものであ り 、 §1]ちアーム にいかなる不連続な結合点もないよう なものである σ このよう な ロ ポ ッ 卜 アームは直接ない し間接的に互い にコ ロガ リ 接触する複数の要素から構成され、 同要素 は力 を伝達する作動素子、 例えば糸 に よ っ て結ばれ作 勁さ れる 。 ス エーデ ン特許出願第 8 3 0 4 7 2 6 — 6 に はその よ う な実施例で 7 つ の可動性を持つ も のが示 さ れて い る 。 し か し なが ら 、 同出願で解説さ れて いる 産業用 ロ ボ ッ 卜 の原理は周原理の内包する弱点 と摩擦 ヒ ス テ リ シスのた め 、 例えばスプ レー塗装の如 く 低い 精度要求のも のへ の応用 に搿途が限定さ れて いる こ と がわ か つ て いる 。
    [0014] さ ら に産業用 ロ ポ ッ 卜 は出来る だけ少ない直列結合 の伝達要素及び変換素子を用 い て電気的に駆動するの が望 ま し い 。
    [0015] そ の他 に 口 ボ.ッ 卜 ア ー ム及びハ ン ド リ ン ク に は 、 管 路及 ひ'ケーアルを ロ ポ ッ 卜 の対称軸線に近接 し て設け る た め の経路形成ができる よ う に 中空でなければな ら ない'と い う 要求が ある 。 こ の経路 は ア ー ム とハ ン ド リ ン ク を'最大限に 曲げた と き大きな曲率半径を持つ べ き であ り 、 ま た 、 管路ゃ ケーブルが大事に取扱われる よ う な構造でなけ ればな ら ない 。
    [0016] 産業用 口 ポ ッ 卜 の到達能力性 （ 作勁領域特性 ） を増 加さ せ よ う.と し た の と周 じ方法でハ ン ド リ ン ク の方向 展開能力 （ o r i e n t a t i o n ) も改善さ れて き た 。 殊に こ れ はハ ン ド リ ン ク の回転軸が互い に交叉す ' る と こ ろ に軸形構造を取 り 入れ、. それ に よ り ハ ン ド リ ― ン ク の対称軸線に対 し て傾斜 し た 回転面を形成する こ と に よ り 得 ら れて きた 。 ハ ン ド リ ン ク の方向展開能力 を増加 し 、 かつ周 目 的を維持する た め に 、 いいかえる と 工具を対象物 に対 し 回転させるた め に は軸の交点は - - 互いに出来るだけ近接して位置してなくてはな らない。 ' この方法によ って工具に対する回転点を小さな並進運 動で、 或いは全 く な しで形成するこ とが可能である。
    [0017] スエーデン特許出願第 8 3 0 4 7 2 6 一 6 に はェ具の 回転点に対 し大きな回転能力 と小さな並進運動を有す るハン ド リ ンクが示されている。
    [0018] この発明は、 電気的な直接駆動、 管路及びケーブル 用の中央経路によっ て、 極めて大きい運動能力 と、 到 達能力性及び高精度性とを有する産業用 ロ ポッ 卜 の 口 ボッ ト アームを提供するこ とを目的 とする。 発 明 の 開 示
    [0019] この発明に係わる産業用 ロ ポ ッ 卜 の口 ポ ッ 卜 アーム では、 一つのジ ョ イ ン 卜内のアーム部分を、 'アームの 長手方向軸に対 し ί頃斜したジ ョ イ ン 卜面を備えて形成 し 、 かつ 、 前記ジ ョ イン ト のジ ョ イ ン 卜軸を前記ジ ョ イ ン 卜面に対 して直角に配設するこ とによ っ て、 各ァ ーム部分を、 隣接の一ま たは複数のアーム部分と独立 に前記ジ ョイ ン 卜 軸を中心に回乾可能と し 、. かつ中間 アームの両端に位置する傾斜 したジ ョ イ ン ト 面を当該 中間アームの外部境界の外側で互いに交叉するよう に 配設するよう に している。 このよう に ロ ポッ 卜 アーム を溝成する とアームの回転軸は例外的な扰態で しか平 行とな らないよう になる。 したが っ て一つ一つの回軺 軸がアームの到達能力性に貢献するするこ と となる。
    [0020] さ ら にアーム部分が互いの回転を制限するので、. -各ジ ョ イ ン 卜 の可勒件に高い利用度 達成 れる 図面の簡単な説明
    [0021] 第 1 図 は 、 従来の産業用 ロ ポ ッ 卜 を示す概念斜視図 である
    [0022] 第 2 図 は、 本発明 に係わる産業用 口 ポ ッ ト の溉念斜 視図である 。
    [0023] 第 3 図 は 、 本発明 に係わ る産業用 ロ ボ ッ 卜 の組立て 分解斜視図である 。
    [0024] 第 4 阂 は 、 本 ¾明 に係わる産業用 ロ ポ ッ 卜 の断面図 であ る
    [0025] 第 5 図乃至第 8 図 は 、 本発明 に係わる産業用 ロ ポ ッ 卜 の中間 ア ー ムの各種形態を示す側面図であ る 。
    [0026] 第 9 図 は 、 本発明 に係わ る産業用 ロ ポ ッ 卜 の他の実 mを示す s念斜 であ る c 発明を実施するた め の最良の形態
    [0027] 本発明 に よ る ロ ポ ッ 卜 ア ー ムで は 、 第 2 図で示す よ う に 、 基礎 1 2 が取付け板 1 1 上 に 固定さ れて お り 、 こ の基礎 Ί 2 に 筒体形状の複数の ア ー ム部分か ら なる ロ ボ ッ 卜 ア ー ム 1 3 が回転可能 に支持さ れて いる 。 こ の ロ ポ ッ 卜 ア ー ム 1 3 は 、 一 つ の上ア ー ム 1 4 と 、 一 つ の中間 ア ー ム 1 5 と 、 一つ の下ア ー ム Ί 6 を有 し て いる 。 なお -. 中問 ア ー ム Ί 5.は 、 少な く と も二つ の中 間 ア ー ム 1 5 a 、. 1 5 b に分割さ れて い る 。 ま た 、 □ ポ ッ 卜 ア ー ム 1 3 は 、. その自 由端でハ ン ド リ ン ク 1 7 を支持 し て い る 。 .
    [0028] 一方、 前記 ロ ボ ッ 卜 ア ー ム Ί 3 の う ち 、 二つ の中問 アーム 1 5 a 、 1 5 b 、 及び一つの下アーム 1 6 は、 可撓的に相互結合させるジ ョ イ ン 卜 1 8 、 1 , 2 0 を介 し互いに連結されている。 上述 した ロ ポ ッ 卜 ァー 厶 1 3 のう ち 、 二つの中間アーム Ί 5 a、 1 5 b に は、 その両端に アーム部分の長手方向軸に対し傾斜 したジ ョ イ ン 卜面 2 1 が形成されてお り 、 上アーム Ί 4 と下 アーム 1 6 とには、 片方の端部にアーム部分の長手方 向軸に対 し傾斜 したジ ョ イ ン ト 面 2 1 が形成されてい る。 なお、 ここでいう ジ ョ イ ン 卜面とは、 あるジ ョ イ ン ト部分に属 し、 協働する両アーム部分の間に所定の ¾対運動が行われる ところの幾何学的平面のこ とであ る。 通常の場合、 ジ ョ イ ン 卜 のジ ョ イ ン ト軸 2 2 ( 第 5 図乃至第 8 図 ） はジ ョ イ ン 卜面 2 1 に対 し直角にも う け られている。 名ジ ョ イン 卜 には、 第 4 図の断面図 に示すよう に、 S動機によ っ て 成された駆動装 g 2 3 が一っ配設されてお り 、 この駆動装置 2 3 を構成す る電 K镲のステータ 2 4 は片方のパイプ部分に固定さ れ、 ロ ータ 2 5 はジ ョ イ ン ト に所属する他方のパイ プ 部分にね じこまれるよ う な構造とな っ ている。 さ ら に 駆動装置 2 3 に は、 口 ボッ 卜 アーム Ί 3 の内部に構成 された中空アーム部分を通っ て管路や、 ケープル、 導 線等 2 7 が基礎 Ί 2 か らハン ド リ ンク Ί 7 に導かれる ための中央貫通孔 2 6 が形成されている。 さ ら に、 各 ジ ョ イ ン ト に属するアーム部分は、 互いにォーパラ ッ プするよう に形成され、 その才ーパラ ッ プ域にはシー ル 2 8 が配置されている。 通常のモータである電動機 か ら構成された前記駆動装置 2 3 には、 ま たステータ 2 4 と ロ ー タ 2 5 と の間 に 図示せ ぬ軸受要素を具え て お り 、 こ の軸受要素は 、 同時に各 ジ ョ イ ン 卜 に おける 各 ア ー ム部分の た め の軸受要素 と し て も働 く 。
    [0029] ロ ポ ッ 卜 ア ー ムが どのよ う に応用 さ れるかに よ っ て 変化は するが 、 中間 ア ー ム 1 5 のジ ョ イ ン 卜 面 2 は 第 5 図乃至第 8 図 ま で に示すよ う に い ろ いろ な種類に 形成する こ と が出来る 。
    [0030] 第 5 図 に示す中間 ア ー ム Ί 5 で は 、 各ジ ョ イ ン ト 面 2 1 の各 ジ ョ イ ン 卜 軸 2 2 は 、 それぞれ同一 の平面内 に 配置さ れて お り 、. 各 ジ ョ イ ン 卜 面 2 1 の延長は ロ ポ ッ 卜 ア ー ム に お ける外部境界の外側で交叉 し て いる 。 なお 、 第 5 図で示す各 ジ ョ イ ン ト 軸 2 2 は中問 ア ー ム 5 の長手軸 2 9 に対 し同一 角度 ひ をな し て い る 。 な お 、 産業用 口 ポ ッ 卜 の用途 に よ っ て は 、 第 5 図 に示す 如 く 、 各 ジ ョ イ ン 卜 軸 2 2 が中 間 ア ー ム 1 5 の長手軸 2 9 に対 し て な す角度を必ず し も同一角度 に する必 要 はな く 、 第 6 図 に示す中問 ア ー ム Ί 5 の如 く 、 中間 ア ー ム Ί 5 の長手軸 2 9 に 対 し上側の ジ ョ イ ン 卜 面 2 1 が なす角度 と 、 下側 のジ ョ イ ン 卜 面 2 Ί がなす角 度 α と を異な らせ る よ う に し て も よ い 。 さ ら に 、 中問 ア ー ム 1 5 の各端部に形成さ れた ジ ョ イ ン 卜 面 2 1 は 、 第 7 図及び第 8 図で示す よ う に 、 互い に捩 ら れた配置 位置に形成する よ う に し て よ い 。 第 7 図で は上方のジ ョ イ ン 卜 面 2 Ί が中閭 ア ー ム 1 5 の下方 に 形成さ れた ジ ョ イ ン 卜 面 2 1 に対 し約 4 5 。 捩 ら れた位置に形成 さ れて いる 。 ま た 、 双方の ジ ョ イ ン ト 面 2 Ί が なす捩 り 角度 は 、 第 8 図で示す よ う に 4 5 以上でも よ い こ と はもちろんである。
    [0031] —方、 第 4 図で示すよう に産業周 ロ ポ ツ 卜 の基礎 Ί 2 には、 口 ポッ ト アーム 1 3 全体の回動を確僳するた めに他のジ ョ イ ン ト部分と同様な駆動装置 2 3 が配設 されてる。 なお、 この駆動装置 2 3 が配設さる基礎 Ί 2 のジ ョ イ ン ト面 2 1 は、 産業用 ロボ ッ 卜の使用 目 的 等の条件によ っ て第 4 図に示すよ う に水平なものであ つ てもよい し、 また第 9 図に示すよう に傾斜 したジ ョ イ ン 卜面 2 1 であ っ てもよい。
    [0032] なお、 この発明は図示 し、 解説された実施例に限定 されるものではなく 、 特許請求の範囲内で各種の変形 例が考え られる-。 産業上の利用可能性
    [0033] 以上の説明 したよう に、 この-発明に係わる ロ ポ ッ 卜 アームは、 スプ レー塗装、 アーク溶接等の大きな運動 能力、. 到達能力性、. 高精度性を要求される作業に用い る ^業 ffl ロ ボッ 卜 に適 している
    权利要求:
    Claims

    求 の 範 囲
    ( ) 複数の ジ ョ イ ン ト を介 し 、 互い に可撓的に接続 された複数の筒形 :伏の ア ー ム部分 （1 4 、 1 5、 1 6 ) を有 し て お り 、 こ の複数の筒形ア ー ム部分 （1 4 、 1 5、 1 6 ) は 、 一つ の上 ア ー ム （1 4 )と 、 少な く と も一つ の中問 ァ ーム （ 1 5 )と 、 下 ア ー ム （ 1 6 )と か ら な り 、 所定の前記ジ ョ イ ン 卜 内 に位 Eする前記 ア ー ム に は 、 当 該ア ー ム の 長手方向軸 （ 29 )に対 し傾斜 し た ジ ョ イ ン 卜 面 （ 2 1 )が形 成さ れて お り 、 かつ 、 前記ジ ョ イ ン 卜 のジ ョ イ ン 卜 軸 ( 22 )は前記ジ ョ ィ ン 卜 面 （ 2 1 )に 対 し 直角 に設け ら れて お り 、 さ ら に 前記各 ア ー ム部分は 、 隣接する一 ま た は 複数の ア ー ム部分 に 関係な く 独立 し て前記ジ ョ イ ン 卜 軸を中心に 回動 a在で 、 ま た 、 前記中間 ア ー ム （ 1 5 )の 両端 に位置す る ジ ョ イ ン 卜 面 （ 2 1 )は当該中問 ア ー ム （ 1 5 )の外部境界の ,外側で互い に交叉する よ う に形成さ れ て いる こ と を特徴 と する産業甩 ロ ボ ッ 卜 の ロ ポ ッ 卜 -ァ一 一ム 。
    ( 2 ) 前記ジ ョ イ ン 卜 内 に は 、 連結さ れる一方の ァ ー ム部分を他方の ア ー ム部分 に対 し独立 し て 回転させる m勁機か ら な る鞑勁装置 （ 23 )が配設さ れて いる こ と を 特徴 と する特許請求の範囲第 （1〉 項記載の産業用 ロ ポ ッ 卜 の ロ ボ ッ 卜 ア ー ム 。
    ( 3 ) 前記駆動装置 （ 23 )は 、 前記ジ ョ イ ン ト 内の一方 の ア ー ム部分に配設さ れた ス テータ （ 24 )と 、. 前記ジ ョ イ ン 卜 内 の他方の ア ー ム部分に配設さ れた ロ ー タ.（25 ) か ら なる こ と を特徴 と する特許請求の範囲第.（ 2 ) ¾記 載の産業用 口 ポ ッ トの 口 ポ ' 卜 アーム。 -
    ( 4 ) 前記ジ ョ イ ン 卜 内には、 運結される前記一方の アーム部分と前記他方のアーム部分 とが互いにオーバ ラ ッ プする部分が有り 、 該才ーパラ ッ プする部分に は シール （28)が配設されているこ とを特徴とする特許請 泶の範囲第 （ 3 ) 項記載の産業用 ロ ボ 、 y 卜の ロ ボ ッ ト ァ - ーム。
    ( 5 ) 記中問アーム （ 15 )の両端に位置する前記ジ ョ イ ン 卜面（21)は、 当該中間アーム （15)の長手方向軸 （2 9 )に対 し同 じ角度で形成されているこ とを特徴とする 特許請求の範囲第（1 ) 項又は第（2) 項記載の産業甩ロ ポ ッ 卜 の ロ ポ ッ ドア一ム。
    ( 6 ) 前記中間アーム (15 )の両端に位置する前記ジ ョ イ ン 卜面（21 )は、 当該中間アーム （15)の長手方向軸 （2
    9 )に対 し異なる角度で形成されていることを特徴とす る特 請求の'範 H第（1 ) 項又は第（2) 項記載の産業用 ロ ポ ッ 卜 の 口 ポ ッ 卜 アーム。
    ( 7 》 前記中間アーム （ 15 )の両！！に位置する前記ジ ョ イ ン 卜 面（21 )は、 互いに握れ fc角度関係を有 して ¾瑛 されているこ とを特徴 どする特許請求の範囲第（5) 頊 又は第（ S ) 項記 ¾の産業用 口 ポ ッ 卜 の ロ ボ ッ 卜 アーム。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    法律状态:
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    1989-01-19| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 3790743 Country of ref document: DE Date of ref document: 19890119 |
    1989-01-19| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 3790743 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    SE8605070-5||1986-11-26||
    SE8605070A|SE8605070L|1986-11-26|1986-11-26|Bojlig robotarm|GB8817157A| GB2207655B|1986-11-26|1987-11-26|Robot arm for use as an industrial robot|
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