(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台 (1)に取付けられた第１の駆動源 (2)の出力軸に連結された第１歯車 (3)と、前記第１歯車 (3)と両側で噛合い同一歯数を有する一対の第２歯車 (4、5)と、前記一対の第２歯車 (4、5)と固定されかつ前記基台 (1)にそれぞれ回転自由に支持された一対の外側軸 (6、7)と、前記一対の外側軸 (6、7)の各回転軸芯 (15、16) に対してそれぞれ第１距離だけ偏心しかつ同じ第１の位相もって外側軸内側に回転自由に支持された一対の内側軸 (8、9)と、前記一対の内側軸 (8、9)の各回転軸芯 (17、18)に対してそれぞれ第２距離だけ偏心しかつ同じ第２の位相もって内側軸内側に形成された一対の支持軸 (19、20)と、前記一対の支持軸 (19、20)に回転摺動可能に軸支された腕(10)と、前記腕(10)に支持されたツール(21)と、前記基台 (1)に取付けられかつ前記一対の内側軸 (8、9)をその各回転軸芯 (15、16) のまわりに回転させる第２の駆動源(11)と、を有し、前記第２の駆動源(11)による前記内側軸 (8、9)の回転は前記第１の駆動源 (2)による前記外側軸 (6、7)の回転と独立に又は同期して行われるようにしたことを特徴とする軌跡生成装置。
【請求項２】
前記第２の駆動源(11)の出力軸に連結された第３歯車(12)と、前記第３歯車(12)と両側で噛合う同一歯数を有する一対の第４歯車 (13、13)と、前記第４歯車のそれぞれと前記内側軸 (8、9)との間に介した等速継手(14)を有することを特徴とする請求項１記載の軌跡生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボット等のリストに取付けられ、装置先端に取付けられたツールにおいて円や、楕円等の所定の軌跡を生成する軌跡生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ツールに円等を描かせる場合ロボットの軸を制御して行なっていた。円軌跡の生成をロボットで行なった場合、軌跡を生成させるツール先端が制御される軸と離れている為、円軌跡を精度よく描かせる事は困難であった。この問題を解決する方法として軌跡生成装置をロボットのリストに取付けて軌跡を描かせる方法がとられていた。これらの１つの従来の軌跡生成装置としては図４に示す５節リンクを利用するものがあった。
【０００３】
図４の５節リンク機構の軌跡生成装置は、ベース50を固定腕とし、ベース50に固定された駆動源51、52と、駆動源51、52の出力軸61、62に連結された上腕54、55と、上腕54、55の各一端部と回転自由軸63、64を介して軸支された下腕56、57と、下腕56、57の他端部を相互に連結する回転自由軸58と、回転自由軸58に支持されたツール59とからなる。駆動源51を作動して上腕54を回動させてツール59を位置決めし、その後で駆動源52を駆動源51と同期させて作動し、上腕54、55及び下腕56、57を回転させ、ツール59に所望の軌跡を描かすものであった。回転自由軸58に支持されたツール59は各腕の回転にかかわらず同じ姿勢をとることができる。ロボットのリストに取付ける類似の軌跡生成装置の例としては、例えば特公平７─041417号公報に記載する装置もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ツールとしてＹＡＧレーザガンを使用する場合、ガンに結合される光ファイバー線はねじり、曲げ等をきらう性質があり、上記の５節リンクを利用する方法はガン姿勢の変化が小さい為、光ファイバー線のねじりは小さくなる利点はあるがねじれ問題は残り、かつ軌跡生成を２軸の制御により行なう為軌跡精度は制御に負う所が大で、多くの腕が共働するので制御が難しく軌跡精度は悪くなった。これに対し特公平７─041417号のものでは円軌跡を生成する場合、一軸で円軌跡の半径を決め、他方の一軸の回転で円軌跡を生成する為、円軌跡の精度は良くなるが、一方ツールに供給されるケーブル等とツールを支持する部材との間に姿勢を保つために軸受が介さされておりこの軸受その他装置内の軸受の摺動抵抗に起因して、ツールに結合している光ファイバー線のねじれ問題が残った。
本発明の課題はロボットのリストに取付けて軌跡を描かせる軌跡生成専用装置において、生成された軌跡精度がよくかつツールに供給されるケーブル等に曲げ、ねじりが生じることのない軌跡生成装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、基台 (1)に取付けられた第１の駆動源 (2)の出力軸に連結された第１歯車 (3)と、前記第１歯車 (3)と両側で噛合い同一歯数を有する一対の第２歯車 (4、5)と、前記一対の第２歯車 (4、5)と固定されかつ前記基台 (1)にそれぞれ回転自由に支持された一対の外側軸 (6、7)と、前記一対の外側軸 (6、7)の各回転軸芯 (15、16) に対してそれぞれ第１距離だけ偏心しかつ同じ第１の位相もって外側軸内側に回転自由に支持された一対の内側軸 (8、9)と、前記一対の内側軸 (8、9)の各回転軸芯 (17、18)に対してそれぞれ第２距離だけ偏心しかつ同じ第２の位相もって内側軸内側に形成された一対の支持軸 (19、20)と、前記一対の支持軸 (19、20)に回転摺動可能に軸支された腕(10)と、前記腕(10)に支持されたツール(21)と、前記基台 (1)に取付けられかつ前記一対の内側軸 (8、9)をその各回転軸芯 (15、16) のまわりに回転させる第２の駆動源(11)と、を有し、前記第２の駆動源(11)による前記内側軸 (8、9)の回転は前記第１の駆動源 (2)による前記外側軸 (6、7)の回転と独立に又は同期して行われるようにしたことを特徴とする軌跡生成装置を提供することによって上述した従来技術の課題を解決した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の軌跡生成装置の一部を省略した平面断面構造図、図２は図１の下方側から見た一部を省略した側面図、図３は図２に対応する各部材の作動を示すブロック図である。各図において基台１に取付けられた第１の駆動源２の出力軸に連結された第１歯車３と、第１歯車３と両側で噛合い同一歯数を有する一対の第２歯車４、５と、各一対の第２歯車４、５と固定されかつ前記基台１にそれぞれ回転自由に支持された一対の外側軸６、７と、各一対の外側軸６、７の回転軸芯15、16に対してそれぞれ第１距離だけ偏心しかつ同じ第１の位相もって外側軸内側に軸受42を介して回転自由に支持された一対の内側軸８、９とを有する。外側軸６、７と内側軸８、９とは自由に回転することができかつ第２歯車４、５の回転の影響も受けない。
【０００７】
さらに本発明の軌跡生成装置は、各一対の内側軸８、９の回転軸芯17、18に対してそれぞれ第２距離だけ偏心しかつ同じ第２の位相もって内側軸内側に形成された一対の支持軸19、20と、前記一対の支持軸19、20に回転摺動可能に軸支された腕10と、腕に支持されたツール21と、前記基台１に取付けられかつ一対の内側軸８、９をその回転軸芯17、18のまわりに回転させる第２の駆動源11と、を有する。ツール21はツールが動作しても基台１に干渉しない腕10上に支持されている。そして第２の駆動源11の出力軸に連結された第３歯車12と、第３歯車と両側で噛合う同一歯数を有する一対の第４歯車13、13と、各第４歯車と前記内側軸８、９との間に介した等速継手14が配置されており、第２の駆動源11による内側軸８、９の回転は第１の駆動源２による前記外側軸６、７の回転と独立に又は同期して行われるようにされている。図１では省略されているが、図１の左側には、第２の駆動源11の出力軸に連結された第３歯車12（図２参照）と、第３歯車12と噛合う第４歯車13と同一歯数を有する第４歯車と、第４歯車と前記内側軸９との間に介した等速継手とが配置されている。
【０００８】
本発明の軌跡生成装置の作用を説明する。図３においてそれぞれ回転自由に支持された一対の外側軸６、７の回転軸芯15、16及び一対の内側軸８、９の回転軸芯17、18は第１の４辺形リンクを形成し、そして、それぞれ回転自由に支持された一対の内側軸８、９の回転軸芯17、18と内側軸内側に形成された一対の支持軸19、20の回転軸芯 119、 120とは第２の４辺形リンクを形成する。支持軸19、20に回転摺動可能に軸支された腕10上のツール締結点を21とする。なお本実施の形態では腕10の軸線と回転軸芯17、18を結ぶ軸線が同一直線上に来た場合、剛性不足となる可能性があり、図１では省略されているが、図１の左側に、第２の駆動源11の出力軸に連結された第３歯車12と、第３歯車12と噛合う第４歯車13と同一歯数を有する第４歯車と、第４歯車と前記内側軸９との間に介した等速継手とを配し、両方の内側軸８、９を駆動源11にて回動することにより解決した。
【０００９】
いま外側軸６の回転軸芯15と内側軸８の回転軸芯17との偏心量をｒ1 、外側軸６、７の各回転軸芯15、16を結ぶ線(15 −16) と、外側軸回転軸芯15と内側軸回転軸芯17とを結ぶ線(15 ─17) と、のなす角をθ1 とし、内側軸８の回転軸芯17と支持軸19の回転軸芯 119との偏心量をｒ2 、外側軸軸芯15と内側軸回転軸芯17を結ぶ線(15 ─17) と、内側軸回転軸芯17と支持軸19の回転軸芯 119を結ぶ線(17 ─119)と、のなす角をθ2 とする。支持軸19の回転軸芯 119からツール点21までのオフセット量を（Ｘａ，Ｙａ）とすれば、外側軸回転軸芯15を座標原点Ｏ1 としたときの座標点Ｏ2 （Ｘａ，Ｙａ）を中心にツール点21は半径｜ｒ1 −ｒ2 ｜の円の外側から半径（ｒ1 ＋ｒ2 ）の円の内側までの動作範囲を有し、Ｏ1 に対する支持軸回転軸芯 119の動作と、Ｏ2 に対するツール点21の動作は合同となる。今Ｏ2 を中心にツール点21で半径ｒの円を描く場合、半径ｒはＯ2 からツール点21までの距離（回転軸芯15から支持軸回転軸芯 119までの距離に等しい）によってきまり、これはθ1 に関係なくθ2 によって決まる。
ｒ＝√（ｒ12＋ｒ22−２ｒ1 ｒ2 ｃｏｓθ2 ）
【００１０】
そこで、与えられたｒに対し第２の駆動源11の出力軸に連結された第３歯車12を駆動し、第４歯車13、13を回転させることにより、等速継手14を介して、内側軸８、９を内側軸回転軸芯17、18のまわりに回動させてθ2 を決める。しかる後、第１の駆動源２の出力軸に連結された第１歯車３を駆動し第２歯車４、５を駆動することにより外側軸６、７は回転軸芯15、16のまわりを回動する。第２歯車４、５は同一歯数であり、外側軸６、７は同一角速度で回転する。
【００１１】
外側軸６、７の回動により、内側軸８、９はそれぞれ外側軸回転軸芯15、16のまわりを回動するが、θ2 を一定とする為に、第２の駆動源11の出力軸に連結された第３歯車12を同期して駆動させることによって外側軸６、７の回転角θ2 分補正を行なう。なお第１歯車３と第３歯車12、第２歯車４、５と第４歯車13の歯車数が同一であれば、第１歯車３と第３歯車12の回転角速度は同じとすることができる。外側支持軸６、７は同一角速度で回転するため、内側軸の回転軸芯17と18、内側軸の回転軸芯17と支持軸19の回転軸芯 119、内側軸の回転軸芯18と支持軸20の回転軸芯 120、とで四節平行リンク機構を構成しツール点21はＯ2 のまわりを半径ｒで公転する。この時ツール点21はＯ2 のまわりを公転する為、ツール点21に配したケーブル類はねじられる事はない。ツール点21においてＯ2 点を中心に半径｜ｒ1 −ｒ2 ｜の外側から半径（ｒ1 ＋ｒ2 ）の内側であれば、第１の駆動源２の回転速度に対する第２の駆動源11の回転速度を比例的に変えることにより異形状の軌跡生成も可能である。
【００１２】
いまＯ1 点を座標原点としツール点21における軌跡上の座標（Ｘ，Ｙ）とすれば
Ｘ＝r1 cosθ1 ＋r2 cosθ1cosθ2 −r2 sinθ1sinθ2 ＋Ｘａ
Ｙ＝r1 sinθ1 ＋r2 sinθ1cosθ2 ＋r2 cosθ1sinθ2 ＋Ｙａ
となる。ここで軌跡上の座標（Ｘ，Ｙ）を逐次与える事によりθ1 、θ2 を逆変換し求めれば異形状の軌跡生成が可能となる。逆変換についてはロボット制御において既知であり記載を省略する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の軌跡生成装置によれば、基台１に駆動源となるモータが固定され、それぞれ回転自由に支持された一対の外側軸６、７及び一対の内側軸８、９は第１の４辺形リンクを形成し、そして回転自由に支持された一対の内側軸８、９と内側軸内側に形成された一対の支持軸19、20の回転軸芯 119、 120とは第２の４辺形リンクを形成し、一対の支持軸19、20に回転摺動可能に軸支された腕10に支持されたツール21は第１及び第２の４辺形リンクに支持されているので自転せず公転のみであり常に一定の姿勢を保ち、ツールに供給されるケーブル等とツールを支持する部材との間に姿勢を保つために軸受を介す必要がなくその他装置内の軸受の摺動抵抗の影響も受けないので、ツールに供給されるケーブル等に曲げ、ねじりが生じることはななく長寿命が期待でき、ツール21が描く生成された軌跡精度もよくなった。又ツールの取付け位置は腕10上であればどこでもよい。軌跡生成に対しては１軸又は２軸の制御のみで可能であり、５軸又は６軸のロボットで軌跡を生成する場合に比べ格段に精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軌跡生成装置の一部を省略した平面断面構造図。
【図２】図１の下方側から見た一部を省略した側面図。
【図３】図２に対応する各部材の作動を示すブロック図。
【図４】従来の軌跡生成装置を示す概略構造図。
【符号の説明】
１．．基台
２．．第１の駆動源
３．．第１歯車
４、５．．第２歯車
６、７．．外側軸
８、９．．内側軸
10．．腕
11．．第２の駆動源
12．．第３歯車
13、13．．第４歯車
14．．等速継手
15、16．．外側軸回転軸芯
17、18．．内側軸回転軸芯
19、20．．支持軸
21．．ツール
【図１】
0003705626.tif 000002
【図２】
0003705626.tif 000003
【図３】
0003705626.tif 000004
【図４】
0003705626.tif 000005