(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、棒状のアーム部材と、該アーム部材の中間部にその一端が枢着され、前記基部にその他端が枢支されている第１リンクと、前記アーム部材の基端にその一端が枢着された第２リンクと、該第２リンクの他端にその一端が枢着され、前記基部に前記第１リンクの他端と同軸的にその他端が枢支された第３リンクとを備え、前記アーム部材、前記第１リンク、前記第２リンク、及び前記第３リンクによって平行リンク機構が構成されているロボットにおいて、
前記第２リンクの他端及び前記第３リンクの一端の少なくとも一方にその一端が枢着された第４リンクと、該第４リンクの他端にその一端が枢着され、前記基部にその他端が枢支された第５リンクと、該第５リンクの他端を中心として前記第５リンクを回動せしめるアクチュエータとを備え、
前記第３リンクを直接駆動する場合に比べて前記アクチュエータに加わる負荷トルクを軽減すべく、前記第５リンクのリンク長を、前記第３リンクのリンク長よりも短くしてあり、
前記アーム部材の可動範囲を十分に確保すべく、前記第５リンクの他端は、前記第１リンク及び前記第３リンクが前記基部に枢支されている位置から、前記第３リンクのリンク長よりも短い距離だけ離隔した位置にて、前記基部に他端が枢支されていることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第５リンクのリンク長を、前記第３リンクのリンク長の０．３〜０．８倍としてあることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第４リンクのリンク長を、前記第５リンクのリンク長の０．９〜１．１倍としてあることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
可搬質量が１００ｋｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多関節型のマニピュレータ等のロボットに関し、特に、平行リンク機構を利用したアームを有するロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
関節の機構に平行リンク機構等の四節回転機構を利用したマニピュレータ等のロボットが知られている。図２は、従来のこの種のロボットの構成を示す側面図である。図２に示すロボットは、棒状のアーム部材Ａ、第１リンク１、第２リンク２、第３リンク３、及び基部６から主に構成されている。
【０００３】
アーム部材Ａの先端には、対象物を把持するためのハンド、又は対象物に対して溶接を行うための溶接装置等のエンドエフェクタ（図示せず）が取り付けられる。アーム部材Ａの先端近傍は、アーム部材Ａの中心軸を中心として回動し、またアーム部材Ａの長手方向に対して屈曲することが可能とされている。
【０００４】
アーム部材Ａの中間部、アーム部材Ａの長手方向の中央位置より若干基端側の位置には、第１リンク１の一端がアーム部材Ａの長手方向に交差する方向の枢軸によって枢着されている。一方、第１リンク１の他端は旋回台６１に前記枢軸と略同一方向の枢軸によって枢支されている。
【０００５】
基部６は、この旋回台６１及び基台６２によって構成されている。基台６２はモータ及び減速機等を内蔵しており（図示せず）、これによって旋回台６１を水平方向に旋回させることが出来るようになっている。
【０００６】
アーム部材Ａの基端部には、第２リンク２の一端が前記枢軸と略同一方向の枢軸によって枢着されている。第２リンク２のリンク長（２つの枢軸間の距離）は、第１リンク１のリンク長と略同寸とされており、第２リンク２の他端は、第３リンク３の一端に前記枢軸と略同一方向に長い枢軸によって枢着されている。
【０００７】
第３リンク３の他端は、前記第１リンクの他端と同軸的に、旋回台６１に枢支されている。また第３リンク３のリンク長は、アーム部材Ａと第１リンク１との枢着位置及びアーム部材Ａと第２リンク２との枢着位置の間の距離と略同寸とされている。従って、アーム部材Ａ、第１リンク１、第２リンク２、及び第３リンク３によって、平行リンク機構が構成された状態となっている。
【０００８】
旋回台６１には、第１リンク１を回動するためのモータと、第３リンク３を回動するためのモータが対向配置されている（図示せず）。一方のモータは、第１リンク１の枢軸にその回転軸が連結され、モータの回転が第１リンク１へ伝達されるようになっており、他方のモータは、第３リンク３の枢軸にその回転軸が連結され、モータの回転が第３リンク３へ伝達されるようになっている。
【０００９】
また、第２リンク２の下部は、第１リンク１と反対側へ延長されており、この先端にバランサウェイト（重り）Ｗが設けられている。このバランサウェイトＷは、アーム部材Ａ、エンドエフェクタ、及び搬送する対象物等の質量と、旋回台６１の第３リンク３に対する枢軸周りに均衡を保つために設けられており、これによって第３リンク３を回動せしめるモータへの負荷が軽減される。
【００１０】
また、スプリングを内蔵するスプリングユニット７が、第１リンク１と平行に配されており、スプリングユニット７の一端はアーム部材Ａと第１リンク１との枢軸に回動自在に取り付けられ、他端は旋回台６１の上端部分に回動自在に取り付けられている。このため、第１リンク１が傾倒し、アーム部材Ａが移動したときに、スプリングユニット７によりアーム部材Ａが移動方向の反対側へ付勢され、第１リンク１を回動せしめるモータへの負荷が軽減される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の如き従来のロボットにおいては、以下に説明するような理由によって、特に可搬質量が１００ｋｇ以上の場合に、第３リンク３を回動せしめるモータに加わる負荷トルクが甚大であるという問題があった。
【００１２】
図３は、従来のロボットでの力学的なつり合い状態を説明する模式的側面図である。図に示す如く、アーム部材Ａの先端に力Ｆを下方へ与えたときであって、第３リンク３が水平な状態から図中反時計方向へ角度θだけ傾斜している場合、アーム部材Ａも水平方向から同方向へ角度θだけ傾斜するので、力Ｆのアーム部材Ａに直交する方向の成分の大きさは、Ｆｃｏｓθとなる。従って、アーム部材Ａの基端部には、（１）式にて示す力Ｆ１が加わることとなる。
【００１３】
Ｆ１＝（Ｌ／Ｌ３）Ｆｃｏｓθ    …（１）
但し、Ｌ：アーム部材Ａの第１リンク１との枢着位置からその先端までの長さ
Ｌ３：アーム部材Ａの第１リンク１との枢着位置から第２リンク２との枢着位置までの長さ
また、第３リンク３の第２リンク２との枢着位置には、第２リンク２を介して力Ｆ１が加わり、第３リンク３のリンク長はＬ３であるので、第３リンク３を回動せしめるモータＭには、Ｆ１・Ｌ３（＝Ｌ・Ｆｃｏｓθ）の大きさの負荷トルクｔが加わる。
【００１４】
従って、特に可搬質量が１００ｋｇ以上のような、質量が大きい対象物を搬送する場合には、モータＭへの負荷が甚大となり、大型のモータを必要としていた。
【００１５】
また、この場合には、第３リンク３を基部６に枢支している枢軸に加わるトルクが甚大となるため、第３リンク３、その枢軸、及びその周辺部材に大きな応力が発生することとなり、この応力に耐え得るだけの剛性を確保する必要が生じ、これらの部材の大型化が避けられないという問題があった。
【００１６】
また、モータＭの大型化だけでなく、このモータＭの回転軸に連結される減速機を高減速比のものとする必要があり、このため対象物を高速に搬送することができないという問題があった。
【００１７】
更に、前記モータＭの負荷を軽減するためには、アーム部材Ａ、エンドエフェクタ、及び搬送する対象物等の質量と均衡を保ち得るだけの質量のバランサウェイトＷを取り付ければよいが、可搬質量が１００ｋｇ以上の場合では、大型のバランサウェイトＷが必要となり、ロボット１自身の質量が大きくなるため、旋回台６１を水平方向へ旋回せしめるモータを大型化する必要がある等の問題があった。
【００１８】
また、いわゆるハイブリッドリンク機構を利用したロボットでは、以下に説明するような問題があった。
【００１９】
図４は、ハイブリッドリンク機構を利用したロボットの概略を模式的に示す側面図である。ハイブリッドリンク機構を利用したロボットは、４つのリンクＬ１１〜Ｌ１４によって構成された平行リンク機構を有しており、これらのリンクＬ１１〜Ｌ１４の内、上部に配された横長のリンクＬ１１には、その長手方向中間部から上方へ延設部が設けれている。この延設部はその中途で略直角に屈曲せしめられており、延設部の先端部分には、モータ及び減速機等が取り付けられている（図示せず）。このモータの回転軸が、減速機を介して、アーム部材Ａの中間部に連結されている。このようにして、リンクＬ１１〜Ｌ１４及びアーム部材Ａによってハイブリッドリンク機構が構成されている。
【００２０】
また、リンクＬ１１〜Ｌ１４の内、アームＡの先端側に配された縦長のリンクＬ１２及び下部に配された横長のリンクＬ１４は、同軸的に基部６に枢支されており、リンクＬ１２が基部６に内蔵されたモータ及び減速機（図示せず）によって回動せしめられるようになしてある。
【００２１】
このようなハイブリッドリンク機構を利用したロボットにおいては、可搬質量が１００ｋｇ以上のような、質量が大きい対象物を搬送する場合に、アーム部材Ａを回動せしめるモータへの負荷が甚大となる。またこのモータへの負荷を減少させるためには、図４に示す如く、アームＡの基端を延長してバランサウェイトＷを取り付ける必要があり、このときにはリンクＬ１２を回動せしめるモータの負荷が増大する。このため、ハイブリッドリンク機構を利用したロボットでは、可搬質量が１００ｋｇ以上の場合等に、各モータへの負荷が甚大となり、大型のモータを利用する必要があった。
【００２２】
また、いわゆるシリアルリンク機構を利用したロボットでは、以下に説明するような問題があった。
【００２３】
図５は、シリアルリンク機構を利用したロボットの概略を模式的に示す側面図である。シリアルリンク機構を利用したロボットは、アーム部材Ａの中間部に、リンクＬ２１の一端が枢着され、このリンクＬ２１の他端が基部６に枢支された構造をなしており、アーム部材Ａ及びリンクＬ２１によってシリアルリンク機構が構成されている。リンクＬ２１の先端には、モータ及び減速機が取り付けられており（図示せず）、これらによってアーム部材Ａが回動せしめられる。また基部６にもモータ及び減速機が内蔵されており（図示せず）、これらによってリンクＬ２１が回動せしめられる。
【００２４】
このようなシリアルリンク機構を利用したロボットにおいては、可搬質量が１００ｋｇ以上のような、質量が大きい対象物を搬送する場合に、ハイブリッドリンク機構を利用したロボットと同様、アーム部材Ａを回動せしめるモータへの負荷が甚大となり、これを減少させるためには、アームＡの基端を延長してバランサウェイトＷを取り付ける必要がある。このとき、リンクＬ２１を回動せしめるモータには、搬送する対象物の重量だけでなく、バランサウェイトＷの重量も負荷として与えられることとなる。このため、シリアルリンク機構を利用したロボットでは、可搬質量が１００ｋｇ以上の場合等に、各モータへの負荷が甚大となり、大型のモータを利用する必要があった。
【００２５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、大型のバランサウェイトを設けることなく、モータへの負荷を軽減し、従来に比してモータ及び各種部材の小型化を可能とし、しかも対象物の高速搬送を可能とするロボットを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を以下のような構成からなるロボットによって解決することができる。
【００２７】
本発明に係るロボットは、基部と、棒状のアーム部材と、該アーム部材の中間部にその一端が枢着され、前記基部にその他端が枢支されている第１リンクと、前記アーム部材の基端にその一端が枢着された第２リンクと、該第２リンクの他端にその一端が枢着され、前記基部に前記第１リンクの他端と同軸的にその他端が枢支された第３リンクとを備え、前記アーム部材、前記第１リンク、前記第２リンク、及び前記第３リンクによって平行リンク機構が構成されているロボットにおいて、前記第２リンクの他端及び前記第３リンクの一端の少なくとも一方にその一端が枢着された第４リンクと、該第４リンクの他端にその一端が枢着され、前記基部にその他端が枢支された第５リンクと、該第５リンクの他端を中心として前記第５リンクを回動せしめるアクチュエータとを備え、前記第３リンクを直接駆動する場合に比べて前記アクチュエータに加わる負荷トルクを軽減すべく、前記第５リンクのリンク長を、前記第３リンクのリンク長よりも短くしてあり、前記アーム部材の可動範囲を十分に確保すべく、前記第５リンクの他端は、前記第１リンク及び前記第３リンクが前記基部に枢支されている位置から、前記第３リンクのリンク長よりも短い距離だけ離隔した位置にて、前記基部に他端が枢支されていることをことを特徴とする。
【００２８】
上記発明によれば、以下に説明するような理由によって、第５リンクを回動せしめるアクチュエータへの負荷を従来に比して減少させることが出来る。
【００２９】
図６は、本発明に係るロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。図に示す如く、第２リンク２と第３リンク３とを枢着している枢軸によって、第４リンク４の一端が第２リンク２及び第３リンク３に枢着されており、また第４リンク４の他端に、横方向へ設けられた枢軸によって第５リンク５が枢着されている。また図６では、第５リンク５を回動せしめるアクチュエータとして、モータＭを用いた場合を示している。
【００３０】
図６に示したロボットでは、モータＭ１を駆動することにより、第１リンク１を回動せしめた場合に、アーム部材Ａが第１リンク１の傾倒方向へ移動し、モータＭを駆動することにより、第５リンク５を回動せしめた場合に、アーム部材Ａが第１リンク１との枢着位置を中心に回動する。
【００３１】
図７は、本発明に係るロボットでの力学的なつり合い状態を説明する模式的側面図である。図に示す如く、アーム部材Ａの先端に力Ｆを下方へ与えたときであって、第５リンク５が、その第４リンク４との接続端をアーム部材Ａの先端側（前方）へ向けて水平に配された状態から、図中時計方向へ角度Θだけ傾斜している場合には、第５リンク５を枢支する枢軸に負荷トルクＴが与えられる。この負荷トルクＴは、角度Θが０°＜Θ≦１８０°を満たすときには式（２）によって、角度Θが１８０°＜Θ≦２４０°を満たすときには式（３）によって、角度Θが２４０°＜Θ≦３６０°を満たすときには式（４）によって、その近似値が夫々与えられる。但し、式（２）〜（４）では、第４リンク４と第５リンク５のリンク長を同一とし、基部６での第１リンク１及び第３リンク３の枢支位置と第５リンク５の枢支位置とを同一水平面上に配置した場合についての負荷トルクＴの近似値を表している。
【００３２】
【数１】
0003614383.tif 000002
【００３３】
【数２】
0003614383.tif 000003
【００３４】
【数３】
0003614383.tif 000004
ここで式（２）〜（４）において、Ｌはアーム部材Ａの第１リンク１との枢着位置からその先端までの長さを、Ｌ３は第３リンク３のリンク長を、Ｌ５は第５リンク５のリンク長を夫々表しており、ｆ（Θ），ｇ（Θ），ｈ（Θ），ｋ（Θ），ｍ（Θ），ｎ（Θ），ｐ（Θ）は、夫々式（５）〜（１１）で与えられる関数である。
【００３５】
【数４】
0003614383.tif 000005
【００３６】
【数５】
0003614383.tif 000006
【００３７】
【数６】
0003614383.tif 000007
【００３８】
【数７】
0003614383.tif 000008
【００３９】
【数８】
0003614383.tif 000009
【００４０】
【数９】
0003614383.tif 000010
【００４１】
【数１０】
0003614383.tif 000011
このようにして得られる負荷トルクＴは、図２に示す従来のロボットにおいて第３リンク３を回動せしめるモータに与えられる負荷トルクに比して非常に小さいものとなる。このことを、図８（ａ），（ｂ）に示すような本発明に係るロボットの構成例及び従来のロボットの構成例夫々における負荷トルクの演算結果を比較して説明する。図８（ａ）に示す本発明に係るロボットの構成例では、アーム部材Ａの第１リンク１との枢着位置からその先端までの長さを１９００ｍｍとし、第１リンク１及び第２リンク２のリンク長を夫々１１００ｍｍとし、アーム部材Ａ及び第３リンク３のリンク長を夫々８００ｍｍとし、第４リンク４及び第５リンク５のリンク長Ｌを夫々４００ｍｍとし、アーム部材Ａが水平に配された状態（以下、基準姿勢という）のときに第３リンク３と第４リンク４とがなす角度を６０°とし、基準姿勢のときに第４リンク４と第５リンク５とがなす角度を６０°としている。また図８（ｂ）に示す従来のロボットの構成例では、アーム部材Ａ、第１リンク１、第２リンク２、及び第３リンク３のサイズを本発明に係るロボットの構成例と同一としている。図９（ａ），（ｂ）に、このような構成の本発明に係るロボット及び従来のロボット夫々についての負荷トルクＴ，ｔを、上述した式を用いて演算した結果を示している。なお、図９（ａ），（ｂ）に示した演算結果は、アーム部材Ａの先端に質量が５００ｋｇの物体を取り付けられた本発明に係るロボットが、基準姿勢から第３リンク３を図中矢符にて示す方向へ０°〜３０°回動させたとき姿勢を維持する場合に、第５リンク５の枢軸ＪＴ５に加わる負荷トルクＴ、及びこれと同じ条件で従来のロボットの姿勢を維持する場合に、第３リンク３の枢軸ＪＴ３に加わる負荷トルクｔの分布である。
【００４２】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、従来のロボットでの負荷トルクｔは、８０００〜９５００Ｎｍであるのに対して、本発明に係るロボットでの負荷トルクＴは、４０００〜４３００Ｎｍとなっている。このように、本発明による場合では、第５リンク５の枢軸ＪＴ５に加わる負荷トルクＴを、従来のロボットに係る第３リンク３の枢軸ＪＴ３に加わる負荷トルクｔに対して大幅に軽減することが出来、このため、従来に比して小型のアクチュエータを用いることが出来る。
【００４３】
また、本発明のロボットに係る第５リンク５の枢軸ＪＴ５に加わる負荷トルクＴを、従来のロボットに係る第３リンク３の枢軸ＪＴ３に加わる負荷トルクｔに対して低減することが可能であるため、第５リンク５、その枢軸ＪＴ５及びその周辺の部材に発生する応力も低減され、これらの部材に要求される剛性等を緩和し、これらの部材をよりコンパクトにすることが可能となる。
【００４４】
更に、第５リンク５をモータによって回動させる場合、このモータの回転力を第５リンク５に伝達する減速機の減速比を、従来のロボットに係る第３リンク３に連結された減速機の減速比よりも小さくすることが出来、従って対象物をより高速に搬送することが可能となる。
【００４５】
なお、アクチュエータは、必ずしもモータとする必要はなく、例えば油圧式又は空気圧式のシリンダとクランク機構又はリンク機構とを組み合わせ、シリンダによる直線運動をクランク機構又はリンク機構によって回転運動へ変換して、第５リンク５を回動せしめる構成としても良い。しかしながら、構造を単純化し、製造コストを抑える目的から、モータを利用する方が望ましい。
【００４６】
また、第４リンク４の一端は、必ずしも上述したように第２リンク２及び第３リンク３の枢着と同軸的に第２リンク２及び第３リンク３に枢着する必要はなく、第２リンク２及び第３リンク３を枢着するための枢軸とは別に、第２リンク２及び第４リンク４を枢着するための枢軸を設け、これによって第４リンク４を第２リンク２に枢着する構成であっても良く、また第２リンク２及び第３リンク３を枢着するための枢軸とは別に、第３リンク３及び第４リンク４を枢着するための枢軸を設け、これによって第４リンク４を第３リンク３に枢着する構成であっても良い。しかしながら、部品点数を削減し、製造コストを抑える目的から、第２リンク２及び第３リンク３の枢着に利用されている枢軸を用いて、第４リンク４を第２リンク２及び第３リンク３に枢着する構成の方が望ましい。
【００４７】
更に、前記第５リンクの他端が前記基部に枢支されている位置と、前記第１リンク及び前記第３リンクが前記基部に枢支されている位置との距離が大きくなる程、基部のサイズが大きくなり、ロボット自身の大型化を招くとともに、前記第１リンク及び前記第３リンクが前記基部に枢支されている位置から、前記第３リンクのリンク長よりも長い距離を隔てた位置にて、前記第５リンクの他端が前記基部に枢支されている場合には、以下に説明するような理由によって、ロボットの可動範囲が小さくなる。
【００４８】
図１０は、ロボットの可動範囲を説明する模式的側面図である。図中実線にて示すように、第５リンク５の他端が、第１リンク１及び第３リンク３が基部６に枢支されている位置から、第３リンク３のリンク長よりも短い距離だけ隔てた位置に設けられた枢軸Ｏ１によって基部６に枢支されている場合には、ロボットの可動範囲の限界である、第４リンク４及び第５リンク５が直線状に並んだ状態のときに、アーム部材Ａの長手方向が略鉛直方向となる。
【００４９】
一方、図中二点鎖線にて示すように、第５リンク５の他端が、第１リンク１及び第３リンク３が基部６に枢支されている位置から、第３リンク３よりも長い距離を隔てた位置に設けられた枢軸Ｏ２によって基部６に枢支されている場合には、第４リンク４及び第５リンク５が直線状に並んだ状態のときに、実線で示したアーム部材Ａの傾斜角度に比して、アーム部材Ａの傾斜角度が小さくなる。このように、第５リンク５の他端を、第１リンク１及び第３リンク３が基部６に枢支されている位置から、第３リンク３のリンク長よりも短い距離だけ離隔した位置にて、基部６に枢支することにより、ロボットの可動範囲を十分に確保することが出来る。
【００５０】
また、第５リンクの他端を枢支する位置は、第１リンク及び第３リンクが基部に枢支されている位置から、第３リンクのリンク長の０．８倍の長さよりも短い距離だけ離隔した位置に設定することがより望ましい。このようにすることにより、ロボットの可動範囲を更に適切に確保することが出来る。
【００５１】
上記発明においては、前記第５リンクのリンク長を、前記第３リンクのリンク長の０．３〜０．８倍とすることが望ましい。第５リンクのリンク長が長くなるに従い、第５リンクを回動せしめるアクチュエータに加わる負荷トルクは増大し、また第５リンクのリンク長が短くなるに従い、アーム部材の可動範囲が小さくなる。このような事情から、第５リンクのリンク長は、アクチュエータの出力及びアーム部材の可動範囲を勘案して設定する必要がある。従って、第５リンクのリンク長を、第３リンクのリンク長の０．３〜０．８倍とすることにより、前記アクチュエータに加わる負荷トルクが大きくなり過ぎることを防止することが出来るとともに、アーム部材の可動範囲が小さくなり過ぎることも防止することが出来る。
【００５２】
上記発明においては、前記第４リンクのリンク長を、前記第５リンクのリンク長の０．９〜１．１倍とすることが望ましい。第４リンクのリンク長が短くなるに従い、アーム部材の可動範囲が小さくなる。また第４リンクのリンク長が長くなるに従い、アーム部材の可動範囲が大きくなるが、ロボット自身が大型化する。更に、第４リンクのリンク長が、第５リンクのリンク長に対して長くなるに従い、第４リンクと第５リンクとがなす角度が小さくなる。リンク機構において、リンク間の角度が鋭角となり過ぎることは、リンク機構の剛性の観点から好ましくない。このような事情から、第４リンクのリンク長は、アーム部材の可動範囲、ロボットのサイズ、リンク機構の剛性等を勘案して設定する必要がある。従って、第４リンクのリンク長を、第５リンクのリンク長の０．９〜１．１倍とすることにより、アーム部材の可動範囲が小さくなり過ぎることを防止することが出来るとともに、ロボット自身の大型化を防止することもでき、しかも第４リンク及び第５リンクの連結部分の剛性を実用上十分なだけ確保することが出来る。
【００５３】
上記発明においては、ロボットの可搬質量を１００ｋｇ以上とすることが望ましい。可搬質量が１００ｋｇ以上の比較的大型のロボットでは、上述した如く第３リンクをアクチュエータによって直接回動せしめる構成とした場合、このアクチュエータに加わる負荷トルクが、一般的に使用されるアクチュエータの出力では対処できない程大きなものとなるが、第５リンクをアクチュエータにて回動せしめ、第４リンク及び第５リンクを介して第３リンクを回動させるようにすることによって、より小型のアクチュエータを使用することが可能となり、製造コストの削減が期待できる。また、バランサウェイトをより小型化することが可能となり、ロボットの大型化を抑制することも期待できる。
【００５４】
また、可搬質量が１００ｋｇ以上のロボットでは、第３リンクのリンク長が３００〜１０００ｍｍのものが殆どである。この場合、第４リンク及び第５リンクのリンク長を夫々１５０〜７５０ｍｍとし、基準姿勢のときの第３リンクと第４リンクとがなす角度及び第４リンクと第５リンクとがなす角度を夫々３０°〜７０°とすることが望ましい。ロボットの各構成部品のサイズ及び仕様等に応じて、これらの範囲で前記リンク長及び前記角度を適宜設定することにより、ロボット自身のサイズ及びロボットの可動範囲を適切に設定することが出来る。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るロボットについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００５６】
図１は、本発明の実施形態に係るロボットの全体斜視図である。図１に示す如く、本実施形態に係るロボットは、アーム部材Ａ、第１リンク１、第２リンク２、第３リンク３、第４リンク４、第５リンク５、及び基部６から主に構成されている。
【００５７】
アーム部材Ａは、略鞍状をなす基端部Ａ２と、該基端部Ａ２の一端面から延設された略丸棒状のアーム本体Ａ１とを備えている。アーム本体Ａ１の先端は、該アーム本体Ａ１の中心軸を中心とした回動が可能とされているとともに、アーム本体Ａ１の長手方向に対して屈曲することが可能であるように、関節Ａ３が設けられている。関節Ａ３の先端側には、対象物を把持するためのハンド、又は対象物に対して溶接を行うための溶接装置等のエンドエフェクタ（図示せず）を取り付けることが可能である取付部Ａ４が設けられている。取付部Ａ４も、その中心軸を中心として回動することが可能とされており、アーム本体Ａ１、関節Ａ３、及び取付部Ａ４が回動することで、手首に相当する動作を可能としている。
【００５８】
アーム部材Ａの中間部、即ち基端部Ａ２の先端部分の下側は半円状に延設された部分を有しており、この半円の部分の中心には、アーム本体Ａ１の長手方向に交差する方向へ貫通する孔が設けられている。また角棒状をなす第１リンク１は、その一端が二股に分かれており、その両方に対向するように孔が設けられている。この二股に分かれた一端で前記基端部Ａ２の半円状の部分を挟む状態とし、基端部Ａ２及び第１リンク１夫々に設けてある孔に枢軸を通すことにより、アーム部材Ａと第１リンク１とが枢着されている。そして、アーム部材Ａ及び第１リンク１が相対的に移動することにより、肘に相当する動作を可能としている。
【００５９】
一方、第１リンク１の他端には、第１リンク１の長手方向に交差する方向の枢軸が固着されており、この枢軸が旋回台６１に設けられた軸受けによって回動自在に支持されている（図示せず）。旋回台６１は、円盤６１ａの上面に２つの突設部６１ｂ，６１ｃが対向配置されたような形状をなしており、各々の突設部６１ｂ，６１ｃは、上部が半円状とされた直方体の上部をアーム部材Ａの先端側へ傾斜した如き側面視形状をなしている。これらの内の一方の突設部６１ｃに前述した軸受けが設けられており、これによって第１リンク１の他端が枢支されている。そして、第１リンク１が旋回台６１に対して回動することにより、肩に相当する動作を可能としている。
【００６０】
更に旋回台６１の２つの突設部６１ｂ，６１ｃの上端部には、夫々スプリングユニット７，７の下側のフックが係合されている。該スプリングユニット７，７は、上下端夫々にフックが設けられており、その両端が前記フックに夫々連結されているスプリングを内蔵している。また、アーム部材Ａと第１リンク１とを枢着している枢軸の両端は、第１リンク１の外側に夫々突出しており、この枢軸に夫々のスプリングユニット７，７の上側のフックが係合されている。これによって、第１リンク１が傾倒し、アーム部材Ａが移動した場合に、スプリングユニット７，７によりアーム部材Ａが移動方向の反対側へ付勢される。
【００６１】
またアーム部材Ａの基端、即ち基端部Ａ２の基端面からは、二股に分かれた部分が延設されており、二股に分かれた部分の両方には、夫々対向するように、アーム本体Ａ１の長手方向に交差する方向へ貫通する孔が設けられている。そのリンク長が第１リンク１のリンク長と略同一である第２リンク２の一端にも孔が設けられており、該第２リンク２の一端が基端部Ａ２から延設された二股に分かれた部分に挟まれる状態とされ、これらの孔に枢軸が貫通されて、アーム部材Ａと第２リンク２とが枢着されている。
【００６２】
第２リンク２の他端の第１リンク１との対向面の反対側の側面には、直方体のブロック状をなすバランサウェイトＷが固着されている。また第２リンク２の他端は二股に分かれており、二股に分かれた部分の両方には、夫々対向するように、第２リンク２の長手方向に交差する方向へ貫通する孔が設けられている。第３リンク３の一端にも孔が設けられており、この第３リンク３の一端が前記第２リンク２の他端に挟まれる状態とされ、これらの孔を枢軸が貫通されて、第２リンク２と第３リンク３とが枢着されている。
【００６３】
また、第３リンク３の他端にも、一端側の孔と略平行な孔が設けられている。この孔は、前述した第１リンク１の他端に設けられた枢軸に遊嵌されており、これによって第３リンク３の他端が旋回台６１に枢支されている。第３リンク３のリンク長は、基端部Ａ２に設けられた第１リンク１及び第２リンク２との枢着に夫々用いられている孔間の距離と略同一とされており、このためアーム部材Ａ、第１リンク１、第２リンク２、及び第３リンク３によって平行リンク機構が構成されている。
【００６４】
第３リンク３のリンク長の約１／２のリンク長を有する第４リンク４の両端には、夫々孔が略平行に設けられている。第２リンク２と第３リンク３とを枢着する枢軸は、第２リンク２の外側の一方に突出せしめられており、これに前記第４リンク４の一端に設けられた孔が遊嵌されている。これにより、第４リンク４が第２リンク２及び第３リンク３に対して回動することが可能となっている。
【００６５】
第５リンク５のリンク長は、第４リンク４のリンク長と略同一とされている。また、第５リンク５の一端の一側面からは、枢軸が突出されている。この枢軸は、第４リンク４の他端に設けられた孔に貫通せしめられており、これによって第４リンク４と第５リンク５とが相対的に移動することが可能となっている。また第５リンク５の他端の他側面からも、枢軸が突出せしめられており、この枢軸が旋回台６１に設けられた軸受けによって回動自在に支持されている（図示せず）。更に具体的には、旋回台６１の突設部６１ｃに、これの上側の傾斜面の中途部分から円弧部６１ｄが突出しており、この円弧部６１ｄの内部に前記軸受けが設けられていて、第５リンク５が枢支されている。この枢支位置は、第１リンク１を旋回台６１が枢支する枢支位置の横に設けられており、これらの枢支位置の高さは略同一とされている。
【００６６】
また、第４リンク４及び第５リンク５は、前記平行リンク機構によって形成される四角形の外側にて接続されている。なお、第４リンク４及び第５リンク５を前記四角形の内側にて接続しても良いが、各リンク間の干渉によるロボットの可動範囲の制限の観点から、本実施の形態の如く、第４リンク４及び第５リンク５を前記四角形の外側にて接続する構成の方が望ましい。
【００６７】
旋回台６１は、第１リンク１を回動せしめるためのモータを内蔵している。このモータの回転軸は、減速機構を介して、第１リンク１の他端に固定された枢軸に連結されており（図示せず）、モータの回転力を第１リンク１に伝達することが可能とされている。
【００６８】
また旋回台６１は、第５リンク５を回動せしめるモータＭも内蔵している。このモータＭは、円弧部６１ｄの内部に配されており、モータＭの回転軸が、減速機構を介して、第５リンク５の他端から突設された枢軸に連結されている。これによってモータＭの回転力を第５リンク５に伝達することが可能となっている。
【００６９】
更に旋回台６１は、短寸の略円柱形状をなす基台６２の上面に載置された状態とされている。基台６２は、旋回台６１の円盤６１ａの直径と略同寸の直径とされており、モータ及び減速機構が内蔵されている（図示せず）。そして、このモータの回転力が旋回台６１に伝達され、旋回台６１を水平方向へ旋回させるようになっている。
【００７０】
以上の如き構成により、第１リンク１を回動せしめるためのモータを駆動した場合には、第１リンク１がアーム部材Ａの先端側又は基端側へ回動する。第１リンク１がアーム部材Ａの先端側へ回動したときには、第２リンク２も第３リンク３との枢着点を中心として第１リンク１と略同一角度だけ同一方向へ回動し、これに伴いアーム部材Ａが水平方向からの角度を一定に保ったままその先端側へ移動する。また第３リンク３，第４リンク４、及び第５リンク５は移動しない。
【００７１】
第１リンク１がアーム部材Ａの基端側へ回動したときも同様に、第２リンク２が第３リンク３との枢着点を中心として第１リンク１の回動角度と略同一角度だけ同一方向へ回動し、これに伴いアーム部材Ａが水平方向からの角度を一定に保ったままその基端側へ移動する。このときも同様に、第３リンク３、第４リンク４、及び第５リンク５は移動しない。
【００７２】
一方、モータＭを駆動した場合には、第５リンク５が第３リンク３へ接近する方向（以下、正方向という）又は第３リンク３から離隔する方向（以下、負方向という）へ回動する。第５リンク５が正方向へ回動したときには、第４リンク４が上方へ移動せしめられ、これによって第３リンク３が押動され、旋回台６１の枢支位置を中心に正方向へ回動する。これに伴い第２リンク２が水平方向からの角度を一定に保ったまま上方へ移動し、アーム部材Ａの基端が持ち上げられる。アーム部材Ａは、第１リンク１との枢着位置を中心として回動し、その先端が下方へ移動する。また、第１リンク１は移動しない。
【００７３】
また第５リンク５が逆方向へ回動したときには、第４リンク４が下方へ移動せしめられ、これによって第３リンク３が旋回台６１の枢支位置を中心に負方向へ回動する。そして第２リンク２が水平方向からの角度を一定に保ったまま下方へ移動し、アーム部材Ａの基端が引き下げられる。アーム部材Ａが第１リンク１との枢着位置を中心として回動し、その先端が上方へ移動する。このときも第１リンク１は移動しない。
【００７４】
これらの動作に伴い、旋回台６１が旋回せしめられ、またアーム部材Ａの先端の各可動部分が駆動されることにより、エンドエフェクタを所要の位置へ移動させることが出来る。
【００７５】
【発明の効果】
本発明に係るロボットによれば、アーム部材を１つのリンクとし、これに対向配置される第３リンク、並びにアーム部材及び第３リンクを夫々連結する第１リンク及び第２リンクによって構成される平行リンク機構等の四節回転機構の内、第１リンク及び第３リンクを同軸的に基部に枢支し、第２リンク及び第３リンクの連結部分近傍で、第２リンク及び第３リンクの少なくとも一方に第４リンクの一端を枢着し、該第４リンクの他端に前記第３リンクのリンク長よりもそのリンク長が短い第５リンクの一端を枢着し、該第５リンクの他端を基部に枢支し、アクチュエータにより、この枢軸を中心として第５リンクを回動すべく構成することにより、大型のバランサウェイトを設けることなく、アクチュエータへの負荷を軽減し、従来に比して出力が小さいアクチュエータを用いることが出来る。
【００７６】
また、第５リンク、その枢軸、及びその周辺部材に過大な応力を発生させず、これらの部材の小型化を可能とするとともに、第５リンクを高速に回動せしめることが出来、対象物の高速搬送を可能とする等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロボットの全体斜視図である。
【図２】平行リンク機構を利用した従来のロボットの構成を示す側面図である。
【図３】従来のロボットでの力学的なつり合い状態を説明する模式的側面図である。
【図４】ハイブリッドリンク機構を利用した従来のロボットの概略を模式的に示す側面図である。
【図５】シリアルリンク機構を利用した従来のロボットの概略を模式的に示す側面図である。
【図６】本発明に係るロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図７】本発明に係るロボットでの力学的なつり合い状態を説明する模式的側面図である。
【図８】負荷トルクの比較に用いたロボットの構成例を示す模式図である。
【図９】図８の構成例に対する負荷トルクの演算結果を示す図表である。
【図１０】ロボットの可動範囲を説明する模式的側面図である。
【符号の説明】
１  第１リンク
２  第２リンク
３  第３リンク
４  第４リンク
５  第５リンク
６  基部
６１  旋回台
６２  基台
Ａ  アーム部材
Ａ１  アーム本体
Ａ２  基端部
Ｍ  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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