【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は組立または加工に使用する多関節ロボット機構
に係り、とくに高精度な位置と姿勢法めおよび高精度な
組立・加工を可能とする多関節６自由度ロボット機構お
よび該ロボット機構を用いた組立・加工装置に関するも
のである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to an articulated robot mechanism used for assembly or processing, and in particular enables highly accurate position and posture control and highly accurate assembly/processing. The present invention relates to an articulated six-degree-of-freedom robot mechanism and an assembly/processing device using the robot mechanism.
［従来の技術］一般に物体の位置の自由度は３、姿勢の自由度も３であ
るから、任意の位置、姿勢を与えることのできるロボッ
トは６自由度を持たなければならない６位置の３自由度
を与える方法としては、３個の直動による直角座標形、
２個の直動と１個の回転による円筒座標形、１個の直動
と２個の回転による極座標形、３個の回転による関節形
の４つの方法がある。また姿勢の３自由度を与える方法
としては３個とも回転によらなければならない。[Prior art] Generally, an object has 3 degrees of freedom in position and 3 degrees of freedom in posture, so a robot that can give any position and posture must have 6 degrees of freedom. The way to give degrees is by rectangular coordinates with three linear motions,
There are four methods: cylindrical coordinates with two translational motions and one rotation, polar coordinates with one translational motion and two rotations, and articulated coordinates with three rotations. Furthermore, in order to provide three degrees of freedom in posture, all three must be rotated.
そこで、従来の６自由度を持つフレキシブルなロボット
機構としてたとえば特開昭６０−５２２７６号公報に記
載されているように、極座標形の位置の３自由度と姿勢
の１自由度を持っ４自由度のユニットと姿勢の２自由度
を持つユニットから構成される６自由度ロボットが提案
されている。Therefore, as a conventional flexible robot mechanism with 6 degrees of freedom, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-52276, there is a system with 4 degrees of freedom that has 3 degrees of freedom in polar coordinates position and 1 degree of freedom in posture. A 6-degree-of-freedom robot has been proposed, which consists of a unit with 2 degrees of freedom and a unit with 2 degrees of freedom in posture.
［発明が解決しようとする課題］上記従来技術は、６自由度の内５自由度は回転関節機構
でサーボモータと減速ユニットあるいはサーボモータと
プーリを介してのベルトによる回転伝達機構にて構成さ
れ、残り１自由度はサーボモータと送りネジによる直動
伝達機構から構成されている。このように上記いずれの
機構も駆動用モータとアームまたはテーブルは直結構造
でないため、回転伝達機構あるいは直動伝達機構に含ま
れる減速機構部のガタやロストモーションの影響により
ロボットの位置決め精度が低下するという問題があった
。[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned prior art, five of the six degrees of freedom are configured by a rotary joint mechanism and a rotation transmission mechanism using a servo motor and a reduction unit or a belt via a servo motor and a pulley. The remaining one degree of freedom consists of a servo motor and a linear motion transmission mechanism using a feed screw. In this way, in any of the above mechanisms, the drive motor and arm or table are not directly connected, so the robot's positioning accuracy decreases due to looseness or lost motion in the reduction mechanism included in the rotation transmission mechanism or linear motion transmission mechanism. There was a problem.
このように上記従来技術は、口・ポットのフレキシブル
性と高精度な位置決め性を両立させる点について配慮が
されておらず、ロボットの高機能。In this way, the above-mentioned conventional technology does not take into account the need to balance the flexibility of the mouth/pot with high-precision positioning, and the high functionality of the robot is not achieved.
高性能化に対して問題があった。There was a problem with improving performance.
本発明の第１の目的は、フレキシブルに移動可能にする
とともに位置および姿勢精度を向上可能にした多関節６
自由度ロボット機構を提供することにある。The first object of the present invention is to provide a multi-joint 6 that can be moved flexibly and that can improve position and posture accuracy.
The objective is to provide a robot mechanism with degrees of freedom.
本発明の第２の目的は、フレキシブルな生産の自動化を
可能にするとともに高精度化および効能重化を可能とす
る多関節６自由度ロボット機構を用いた組立・加工装置
を提供することにある。A second object of the present invention is to provide an assembly/processing device using an articulated 6-degree-of-freedom robot mechanism that enables flexible production automation, high precision, and increased efficiency. .
［課題を解決するための手段］上記第１の目的を達成するために１本発明の多関節６自
由度ロボット機構においては、駆動用モータとアームも
しくはテーブルのいずれか一方を直結するダイレクトド
ライブ方式の回転関節とリンク機構からなる姿勢保持機
構を有する位置の３自由度並進運動ユニットと、駆動用
モータとテーブルもしくはアームのいずれか一方を直結
するダイレクトドライブ方式の回転関節を有し、３軸の
回転中心が互いに１点で交わる姿勢の３自由度回転運動
ユニットとを分割可能に組み合わせたものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the first object, the multi-joint 6-degree-of-freedom robot mechanism of the present invention employs a direct drive system in which the drive motor is directly connected to either the arm or the table. It has a three-degree-of-freedom translation unit with a posture holding mechanism consisting of a rotary joint and a link mechanism, and a direct-drive rotary joint that directly connects the drive motor to either the table or the arm. It is a divisible combination of 3-degree-of-freedom rotary movement units whose rotation centers intersect with each other at one point.
また上記３自由度並進運動ユニットと上記３自由度回転
運動ユニットは、それぞれ回転関節の重力負荷をバラン
スするため、重力負荷バランス手段を設けたものである
。Further, each of the 3-degree-of-freedom translation unit and the 3-degree-of-freedom rotation unit is provided with a gravitational load balancing means in order to balance the gravitational loads on the rotary joints.
上記第２の目的を達成するために１本発明の多量ｉ６自
由度ロボットを用いた組立・加工装置においては、駆動
用モータと直結するダイレクトドライブ方式の回転関節
とリンク機構からなる姿勢保持機構を有する位置の３自
由度並進運動ユニットもしくは駆動用モータと直結する
ダイレクトドライブ方式の回転関節を有し、３軸の回転
中心が互いに１点で交わる姿勢の３自由度回転運動ユニ
ットのいずれか一方の先端にエンドエフェクタを、いず
れか他方にテーブルをそれぞれ備え、上記３自由度並進
運動ユニットにより組立あるいは加工する部品の位置決
めをし、上記３自由度回転運動ユニットにより上記部品
の姿勢法めをしつつ組立・加工するように構成されたも
のである。In order to achieve the above-mentioned second object, the assembly/processing device using the multiple i6 degree of freedom robot of the present invention has a posture holding mechanism consisting of a direct drive rotary joint and a link mechanism that are directly connected to the drive motor. Either a 3-degree-of-freedom translational unit in a position with a position of 3-degree-of-freedom or a 3-degree-of-freedom rotational unit in a position with a direct drive rotary joint directly connected to a drive motor, and in which the rotation centers of the three axes intersect with each other at one point. An end effector is provided at the tip and a table is provided at either end, and the 3-degree-of-freedom translation unit positions the parts to be assembled or processed, and the 3-degree-of-freedom rotation unit adjusts the posture of the parts. It is configured to be assembled and processed.
［作用］本発明は、駆動用モータとアームもしくはテーブルのい
ずれか一方を直結するダイレクトドライブ方式の回転関
節とリンク機構からなる姿勢保持機構を有する位置の３
自由度並進運動ユニットと、駆動用モータとテーブルも
しくはアームのいずれか一方を直結するダイレクトドラ
イブ方式の回転関節を有し、３軸の回転中心が互いに１
点で交わる姿勢の３自由度回転運動ユニットとを分割可
能に組み合わせたものであるから、物体に任意の位置、
姿勢を与えることができ、フレキシブルな動作が得られ
る。また駆動用モータとアームもしくはテーブルを直結
しているので、駆動用モータとアームもしくはテーブル
との間にガタやロストモーションがなくなって高精度の
位置決めをすることができる。[Function] The present invention provides a posture holding mechanism consisting of a direct drive rotary joint and a link mechanism that directly connects a drive motor to either an arm or a table.
It has a degree of freedom translation unit and a direct drive rotary joint that directly connects the drive motor to either the table or the arm, and the rotation centers of the three axes are aligned with each other.
Since it is a divisible combination of 3-degree-of-freedom rotational movement units whose postures intersect at points, it is possible to attach the object to any position.
It can give posture and provide flexible movement. Furthermore, since the drive motor and the arm or table are directly connected, there is no backlash or lost motion between the drive motor and the arm or table, allowing highly accurate positioning.
また上記回転関節は重力負荷バランス手段を設けている
のでアームもしくはテーブルの自重によるモーメント負
荷を重力負荷バランス手段にて受けてアームもしくはテ
ーブルの停止位置あるいは姿勢を保持することができる
。Further, since the rotary joint is provided with a gravity load balance means, the moment load due to the arm or table's own weight can be received by the gravity load balance means, and the stopped position or posture of the arm or table can be maintained.
また上記重力負荷バランス手段をブレーキ、スプリング
あるいはシリンダ機構にて構成することによりアームも
しくはテーブルの自重によるモーメント負荷を軽減し駆
動用モータの負荷を軽減することができる。Further, by constructing the gravity load balancing means using a brake, a spring, or a cylinder mechanism, the moment load due to the arm or table's own weight can be reduced, and the load on the drive motor can be reduced.
［実施例］以下５本発明の一実施例を示す第１図乃至第３図につい
て説明する。[Example] Hereinafter, five embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
第１図は本発明の一実施例である６自由度ロボット機構
を示す斜視図、第２図は第１図の位置の３自由度並進運
動ユニットを示す斜視図、第３図は第１図の姿勢の３自
由度回転運動ユニットを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a six-degree-of-freedom robot mechanism that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom translation unit in the position shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the three-degree-of-freedom rotational movement unit in the posture of FIG.
第２図に示すように位置の３自由度並進運動ユニットＩ
Ａは旋回部Ａ、上下部Ｂ、アーム部Ｃ１手先部りとから
構成されている。上記旋回部Ａは、その内部のダイレク
トドライブモータ１の出力軸が旋回ポスト２に直結され
ており°、中心軸Ａ０を中心にして回動するように形成
されている。上記上下部Ｂは、ダイレクトドライブモー
タ３が駆動したとき、その高力軸の回転角が互いに平行
になるように配置された１対のリンク４，５を介して上
下部材６にリンク４，５の端部が係合するアーム部Ｃを
上下動させるように形成されている。上記上下部Ｂのダ
イレクトドライブモータ３の重力負荷バランス手段を構
成する電磁ブレーキ７が設けられている。上記アーム部
Ｃは、上下部材６内に固定されたダイレクトドライブモ
ータ８の出力軸がアーム９に直結されており、中心軸Ｃ
０を中心にして回動するように形成されている。上記手
先部りは、第１図に示す形状をしたエンドエフェクタ１
０が取り付けられている。すなわち、上記アーム９の先
端に取り付けられているエンドエフェクタＩＯの位置決
めは、旋回部Ａのダイレクトドライブモータ１およびア
ーム部Ｃのダイレクトドライブモータ８の回転角を制御
することにより平面的な位置決めができ、上下部Ｂのダ
イレクトドライブモータ３の回転角を制御することによ
り空間内での位置決めを行うことができる。なお上下部
材６を上下動させると、上下部Ｂのダイレクトドライブ
モータ３の中心ｆｉＢ、を中心にしてそのまわりに１対
のリンク４，５の端部が上下方向に揺動されるため、上
下部材６およびエンドエフェクタ１０の平面上の位置が
変化することになるが、これら各平面上の位置は、旋回
部Ａのダイレクトドライブモータ１およびアーム部Ｃの
ダイレクトドライブモータ８の回転角を制御することに
よって所望の位置に位置決めすることができる。As shown in Fig. 2, the positional three-degree-of-freedom translation unit I
A is composed of a rotating part A, an upper and lower part B, and an arm part C1. The above-mentioned swivel section A is formed so that the output shaft of the direct drive motor 1 therein is directly connected to the swivel post 2, and rotates about the central axis A0. The upper and lower parts B are connected to the upper and lower members 6 via a pair of links 4 and 5 arranged so that the rotation angles of their high-force shafts are parallel to each other when the direct drive motor 3 is driven. It is formed so that the arm part C, which the end part of the arm part C engages with, can be moved up and down. An electromagnetic brake 7 constituting gravity load balancing means for the direct drive motor 3 of the upper and lower parts B is provided. In the arm portion C, the output shaft of a direct drive motor 8 fixed in the upper and lower members 6 is directly connected to the arm 9, and the central axis C
It is formed to rotate around 0. The hand portion is an end effector 1 having the shape shown in FIG.
0 is attached. That is, the end effector IO attached to the tip of the arm 9 can be positioned in a plane by controlling the rotation angles of the direct drive motor 1 of the swing section A and the direct drive motor 8 of the arm section C. By controlling the rotation angles of the direct drive motors 3 of the upper and lower parts B, positioning in space can be performed. Note that when the vertical member 6 is moved up and down, the ends of the pair of links 4 and 5 are swung in the vertical direction around the center fiB of the direct drive motor 3 in the upper and lower parts B. Although the plane positions of the member 6 and the end effector 10 change, these plane positions control the rotation angles of the direct drive motor 1 of the swing section A and the direct drive motor 8 of the arm section C. By doing this, it can be positioned at a desired position.
上記姿勢の３自由度回転運動ユニットＩＢは第３図に示
すように、回転Ｘ部Ｅ、回転Ｙ部Ｆ、回転２部Ｇとから
構成されている。上記回転Ｘ部Ｅは、その内部のダイレ
クトドライブモータ１１の出力軸が回転Ｙ部Ｆの回転Ｙ
ベース１２に直結されており、中心軸Ｅ０を中心にして
回動するように形成されている。上記回転Ｙ部Ｆはダイ
レクトドライブモータ１３の出力軸が回転２部Ｇの回転
Ｚベース１４に直結されており、中心軸Ｆ。を中心にし
て回動するように形成されている。ここで、回転Ｙべ一
人１２には回転Ｚベース１４をはさんでダイレクトドラ
イブモータ１３と重力負荷バランス手段を構成する電磁
ブレーキ１５が設けられている。上記回転２部Ｇはダイ
レクトドライブモータ１６の出方軸がテーブルフレーム
１７に直結されており、そのテーブルフレーム１７の上
にテーブル１８が取り付けられている。ここで、回転Ｚ
ベース１４にはダイレクトドライブモータ１６と重力負
荷バランス手段を構成する電磁ブレーキ１９が設けられ
ており、回転Ｚ部Ｇは中心軸Ｇ０を中心として回動する
ように構成されている。ここで、中心軸Ｅ、、 Ｆ、、
Ｇ、は１点で交わる構成で、相互の中心軸は直交関係
にある。よってテーブル１８の姿勢決めは１回転Ｘ部Ｅ
のダイレクトドライブモータ１１と回転ＹｆｆｌｓＦの
ダイレクトドライブモータ１３および回転ＺｇＧのダイ
レクトドライブモータ１６の回転角を制御することによ
り空間内での姿勢決めを行うことができる。したがって
、第１図に示すように３自由度並進運動ユニットＩＡに
よりエンドエフェクタ１０によりハンドリングされた物
体の位置決めを行うことができ、３自由度回転運動ユニ
ットＩＢによりテーブル１８上の物体の姿勢決めを行う
ことができる。よって上記２つのユニットを組み合わせ
た６自由度ロボットＩＣにより、物体に対して任意の位
置および姿勢を与えることができる。As shown in FIG. 3, the three-degree-of-freedom rotary movement unit IB in the above-mentioned posture is composed of a rotating X section E, a rotating Y section F, and a rotating second section G. The above-mentioned rotation
It is directly connected to the base 12 and is formed to rotate around the central axis E0. The output shaft of the direct drive motor 13 of the rotating Y section F is directly connected to the rotating Z base 14 of the rotating second section G, and the center axis F. It is designed to rotate around the center. Here, an electromagnetic brake 15 is provided on the rotary Y base 12 with the rotary Z base 14 in between and constitutes a direct drive motor 13 and gravity load balancing means. In the second rotating portion G, the output shaft of the direct drive motor 16 is directly connected to a table frame 17, and a table 18 is mounted on the table frame 17. Here, rotation Z
The base 14 is provided with a direct drive motor 16 and an electromagnetic brake 19 constituting gravity load balancing means, and the rotating Z section G is configured to rotate around the central axis G0. Here, the central axis E,, F,,
G, has a configuration in which they intersect at one point, and their central axes are orthogonal to each other. Therefore, the posture of the table 18 is determined by one rotation
By controlling the rotation angles of the direct drive motor 11 of , the direct drive motor 13 of rotation YfflsF, and the direct drive motor 16 of rotation ZgG, posture in space can be determined. Therefore, as shown in FIG. 1, the object handled by the end effector 10 can be positioned by the 3-degree-of-freedom translational movement unit IA, and the posture of the object on the table 18 can be determined by the 3-degree-of-freedom rotational movement unit IB. It can be carried out. Therefore, a six-degree-of-freedom robot IC that combines the above two units can give an arbitrary position and orientation to an object.
ここで、３自由度並進運動ユニットＩＡの上下部Ｂのダ
イレクトドライブモータ３にかかるアーム部Ｃと手先部
りの重力負荷は、停止時に電磁ブレーキ７を作動させる
ことにより位置の保持ができる。また３自由度回転運動
ユニットＩＢの回転Ｙ部Ｆのダイレクトドライブモータ
１３にかかる回転２部Ｇの重力負荷は、停止時に電磁ブ
レーキ１５を作動させる。さらに回転２部Ｇのダイレク
トドライブモータ１６にかかるテーブルフレーム１７．
テーブル１８等による重力負荷は、停止時に電磁ブレー
キ１９を作動させることにより、テーブル１８の姿勢の
保持ができる。なお、上記実施例では重力負荷バランス
手段として電磁ブレーキ７を使用したが、これは静的な
バランスであり、スプリングあるいは一定の空気圧によ
り作動する空気圧シリンダ機構により動的なバランスを
与えることも可能である。Here, the gravitational load applied to the arm C and the hand portion of the direct drive motor 3 of the upper and lower parts B of the three-degree-of-freedom translation unit IA can be maintained in position by operating the electromagnetic brake 7 when stopped. Further, the gravity load of the rotation 2 section G applied to the direct drive motor 13 of the rotation Y section F of the 3-degree-of-freedom rotary motion unit IB activates the electromagnetic brake 15 when stopped. Further, the table frame 17 is connected to the direct drive motor 16 of the rotating part G.
The gravity load caused by the table 18 and the like can be maintained in the posture of the table 18 by operating the electromagnetic brake 19 when the table 18 is stopped. In the above embodiment, the electromagnetic brake 7 is used as a gravity load balancing means, but this is a static balance, and it is also possible to provide dynamic balance with a spring or a pneumatic cylinder mechanism operated by a constant air pressure. be.
［発明の効果］以上のように本発明によれば、３自由度並進運動ユニッ
トにて位置決めを、３自由度回転運動ユニットにて姿勢
決めできるので、各ユニット動作の所要な組み合わせに
てフレキシブルな生産の自動化を得ることができる。ま
た、３自由度並進運動ユニットと３自由度回転運動ユニ
ットの組み合わせの代わりに１位置の３自由度を与える
従来からの直角座標形ユニットあるいは円筒座標形ユニ
ットあるいは極座標形ユニットと姿勢の３自由度を与え
る３自由度回転運動ユニットとの組み合わせによる６自
由度ロボットを構成することも可能であり、非常に汎用
性が高い。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, positioning can be performed using the 3-degree-of-freedom translation unit and posture can be determined using the 3-degree-of-freedom rotational unit, so that it is possible to flexibly perform the desired combination of the operations of each unit. Production automation can be obtained. In addition, instead of the combination of a 3-degree-of-freedom translation unit and a 3-degree-of-freedom rotation unit, a conventional rectangular coordinate unit, a cylindrical coordinate unit, or a polar coordinate unit that provides 3 degrees of freedom for one position and a 3-degree-of-freedom rotation unit can be used. It is also possible to configure a 6-degree-of-freedom robot by combining it with a 3-degree-of-freedom rotary motion unit that provides 3-degree-of-freedom rotational movement, making it extremely versatile.
また、ロボット機構は全てダイレクトドライブモータと
アームまたはテーブルが直結構造であるため、従来から
問題のあった減速機構部のガタやロストモーションの影
響がなくなり、高精度な位置と姿勢決めが可能となった
。In addition, all robot mechanisms have a structure in which the direct drive motor and the arm or table are directly connected, eliminating the effects of backlash and lost motion in the deceleration mechanism, which have traditionally been problematic, and enabling highly accurate positioning and orientation. Ta.
また、アームまたはテーブルにかかる重力負荷は、停止
時に電磁ブレーキの制動作用によってバランスがとれ、
位置と姿勢の保持が保障され、重力負荷によるアームま
たはテーブルに対する損傷を排除することができる。In addition, the gravitational load on the arm or table is balanced by the braking action of the electromagnetic brake when stopped.
Maintaining position and posture is ensured, and damage to the arm or table due to gravity loads can be eliminated.
また上記重力負荷バランス手段をスプリングあるいはシ
リンダ機構にて構成したので、アームもしくはテーブル
の自重によるモーメント負荷を軽減し駆動用モータの負
荷を軽減することができる。Furthermore, since the gravity load balancing means is constructed of a spring or cylinder mechanism, the moment load due to the arm or table's own weight can be reduced, and the load on the drive motor can be reduced.
第１図は本発明の一実施例である６自由度ロボット機構
を示す斜視図、第２図は第１図の位置の３自由度並進運
動ユニットを示す斜視図、第３図は第１図の姿勢の３自
由度回転運動ユニットを示す斜視図である。１、３．８．１１．１３．１６・・・ダイレクトドライ
ブモータ、７．１５．１９・・・電磁ブレーキ、２・・
・旋回ポスト、４，５・・・リンク、６・・・上下部材
、９・・・アーム、１０・・・エンドエフェクタ、１２
・・・回転Ｙベース、１４・・・回転Ｚベース、１７・
・・テーブル・フレーム、１８・・・テーブル。FIG. 1 is a perspective view showing a six-degree-of-freedom robot mechanism that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom translation unit in the position shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the three-degree-of-freedom rotational movement unit in the posture of FIG. 1, 3.8.11.13.16... Direct drive motor, 7.15.19... Electromagnetic brake, 2...
・Swivel post, 4, 5... Link, 6... Up and down member, 9... Arm, 10... End effector, 12
... Rotating Y base, 14... Rotating Z base, 17.
...Table frame, 18...Table.
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