JP2007130729A

JP2007130729A - 産業ロボット

Info

Publication number: JP2007130729A
Application number: JP2005327235A
Authority: JP
Inventors: Hideto Miyamoto; 宮本　　秀人; Takashi Sakai; 隆史坂井; Nobuhito Kato; 伸仁加藤
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】旋回フレームの旋回及び各軸の複合動作に起因する周辺装置との干渉域を少なくし、水平方向に広い動作範囲を持った産業ロボットを提供。
【解決手段】固定ベース１の上に回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に回転自在に支持された第２垂直アーム４と、第２垂直アーム４の先端に第３水平軸ｉの回りに回転自在に支持された第１回転基台５と、第１回転基台５の上に第２水平軸ｂと直交する第３水平軸ｃの回りに回転自在に支持された傾動アーム６と、傾動アーム６に第１垂直軸ｄの回りに回転自在に支持された第１水平アーム９と、第１水平アーム９の先端に第２垂直軸ｅの回りに第１水平アーム９と相対するように回転自在に支持された第２水平アーム10とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水平方向に限られた空間に設置可能で、かつ水平方向の広い動作範囲を直線的に動作することを可能にした、干渉域の少ない省スペースな産業ロボットに関する。

従来の一般的な垂直多関節ロボットは、特許文献１に開示する、図５（ａ）、（ｂ）に示すような第１軸〜第６軸の６軸からなり、多軸ロボットの先端に搬送装置を取り付けることで水平方向の直線動作を可能にしている。
特開２００１−３０１９０号公報特開２００１−３８６５６号公報

特許文献１に開示する、図５（ａ）、（ｂ）において、ロボット20の水平方向に直線動作する場合、図５の第１軸・第２軸・第３軸の複合動作が必要である。そのため、図５（ａ）に示すように、例えばプレスといった周辺装置 30、31の間にロボット20が配置されたとき、図５の第１軸の旋回により旋回フレーム後部21と周辺装置 30、31の間で旋回フレーム部の干渉域41が発生し増大する。さらに、図５の第１軸・第２軸・第３軸の複合動作によりロボット上腕部22の干渉域42も増大してしまうので、結果として実際には狭い場所では動作できないといった課題があった。また、ロボットの水平方向に高速動作させるためには、第１軸・第２軸・第３軸のモータ・減速機などの機械要素が大きくなり、あるいは寿命が短くなるといった課題があり、かつ制御軸が多くなるため制御が難しくなるといった課題もあった。さらに、水平方向動作により、図５（ｂ）に示す第１軸および第４軸に加わる負荷が大きくなるため、第１軸および第４軸のモータ・減速機の容量を大きくする必要があるといった課題があった。特許文献２には、水平多関節型マニピュレータの構造に関する技術が開示されているが、特許文献１と同様に、アームの旋回による干渉域が大きいため、水平方向に狭い空間には設置できないといった課題があった。

本発明の課題は、周辺装置に隣接して配置できる産業ロボットにおいて、旋回フレームの旋回及び各軸の複合動作に起因する周辺装置との干渉域を少なくし、水平方向に広い動作範囲を持った産業ロボットを提供することにある。

このため本発明では、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に前記第１水平軸に平行な第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アームの先端に前記第２水平軸に平行な第３水平軸の回りに回転自在に支持された第１回転基台と、からなる第１垂直面移動部と、前記第１回転基台に前記第２水平軸と直交する第４水平軸の回りに回転自在に支持された傾動アームからなる第２垂直面移動部と、前記傾動アームに第１垂直軸の回りに回転自在に支持されかつ前記第１垂直アームの下方に配置された第１水平アームと、前記第１水平アームの先端に前記第１垂直軸に平行な第２垂直軸の回りに前記第１水平アームと相対するように回転自在に支持された第２水平アームとを有することを特徴とする産業ロボットを提供することにより上記課題を解決した。

かかる構成により、水平面移動部を形成する第１水平アームと第２水平アームは第１垂直アームの下方に配置され、第１水平アームと第２水平アームの動作による水平方向の干渉域が増大することがないため、水平方向に狭いスペースにロボットを設置可能になるだけでなく、旋回フレームの旋回及び各軸の複合動作に起因する周辺装置との干渉域を少なくし、水平方向に広い動作範囲を持った産業ロボットを提供するものとなった。また、特許文献１の図５の第１軸（旋回台）を廃止することにより、水平方向の動作に必要な特許文献１の図５の下腕である第２軸および上腕である第３軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくし、寿命を短くすることなく、ロボットの水平方向に高速動作させることが可能な産業ロボットを提供するものとなった。

以下、本発明の実施形態について、図１及至図４を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態の産業ロボットを示す概略上面図で（ｂ）のＰ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図で（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）のＱ矢視図で第２垂直アームの部分底面図、図２は、図１（ｂ）の産業ロボットの全体斜視図、図３（ａ）、（ｂ）は図２の産業ロボットの参考動作斜視図、図４（ａ）は本発明の一実施形態の産業ロボットと周辺装置に対する動作範囲の１例を示す概略上面図で（ｂ）のＲ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図で（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）のＳ矢視図で（ｂ）の正面図をそれぞれ示す。

本発明の実施形態の産業ロボットは、図１（ａ）ーｂ）（ｃ）でみて、固定ベース１の上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持される第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａに平行な第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持される第２垂直アーム４と、第２垂直アーム４の先端に第２水平軸ｂに平行な第３水平軸ｉの回りに回転自在に支持された第１回転基台５からなる第１垂直面移動部を有する。第１回転基台５の上には、第２水平軸ｂと直交する第４水平軸ｃの回りに回転自在に支持された傾動アーム６からなる第２垂直面移動部を有し、第１及び第２垂直面移動部により、傾動アーム６の垂直面位置が位置決めされる。傾動アーム６に第１垂直軸ｄの回りに回転自在に支持されかつ第１垂直アーム２の下方に配置された第１水平アーム９と、第１水平アーム９の先端に第１垂直軸ｄに平行な第２垂直軸ｅの回りに第１水平アーム９と相対するように回転自在に支持された第２水平アーム10と、第２水平アーム10の先端に第２垂直軸ｅに平行な第３の垂直軸ｆの回りに回転自在に支持された作業工具を取り付けるためのフランジ13からなる水平面移動部とを有する。

好ましくは、本発明の実施形態の産業ロボットは、水平面移動部を形成する第１水平アームと第２水平アームの地面に対する姿勢を一定に保つため、ベース１に固定されたベースリンク71と、第１垂直アーム２の先端に第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２回転基台３と、ベースリンク71先端軸である第６水平軸ｇと第２回転基台３の第１回転リンク72軸である第５水平軸ｈとを連結する第１リンク７と、を有し、第１垂直アーム２、ベースリンク71、第１リンク７及び第１回転リンク72は平行４辺形を形成する。さらに、第２回転基台３の第２回転リンク73と、第１回転基台５から延びる第３回転リンク82と、第３回転リンク82の軸ｋと第２回転リンク73の軸ｊとを連結する第２リンク８と、を有し、第２垂直アーム４、第１回転リンク73、第２リンク８及び第１回転基台５から延びる第３回転リンク82は平行４辺形を形成する。
かかる構成により、第１垂直アーム２と第２垂直アーム４が第１水平軸ａ、第２水平軸ｂの回りに回転しても、第１回転基台５の地面に対する姿勢が変わらないので、第４水平軸ｃは水平に保たれ、第１回転基台５に傾動アーム６を介して支持された水平面移動部を形成する第１水平アームと第２水平アームの地面に対する姿勢を一定に保つ。これにより、モータ・減速機を使用することなく、第１回転基台５に傾動アーム６を介して支持された第１水平アームと第２水平アームの地面に対する姿勢を一定に保つことができる。

作動においては、固定ベース１の上には、第１垂直アーム２を駆動するための第１軸モータ14が取り付けられ、前記第１軸モータ14が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第１垂直アーム２を第１垂直軸ａの回りに回転させる。第１垂直アーム２先端には、第２垂直アーム４を駆動するための第２軸モータ15が取り付けられ、第２軸モータ15が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第２垂直アーム４を第２垂直軸ｂの回りに回転させる。第１回転基台５は、第１垂直アーム２、ベースリンク71、第１リンク７及び第１回転リンク72の平行４辺形と、第２垂直アーム４、第１回転リンク73、第２リンク８及び第１回転基台５から延びる第３回転リンク82の平行４辺形とを介して固定ベース１に支持されているため、第１垂直アーム２および第２垂直アーム４の動作に関係なく第１回転基台５の姿勢は一定であり、第４水平軸ｃは水平に保たれる。

第１回転基台５上に、傾動アーム６を第４水平軸ｃの回りに傾動するための第３軸モータ16が取り付けられ、第３軸モータ16が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して傾動アーム６が第４水平軸ｃの回りに回転する。傾動アーム６には、第１水平アーム９を第１垂直軸ｄの回りに回転するための第４軸モータ17が取り付けられ、第４軸モータ17が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第１水平アーム９が第１垂直軸ｄの回りに回転する。第１水平アーム９の先端に第２垂直軸ｅの回りに第１水平アーム９と相対するように回転自在に支持されかつ第１水平アーム９と同一長さの第２水平アーム10を有し、第２水平アーム10の上に第４垂直軸ｍの回りに回転自在に支持された水平ヒンジ11を有し、第２水平アーム10の先端に第３垂直軸ｆの回りに回転自在に支持された図示しない作業工具を取り付けるためのフランジ13を有し、水平ヒンジ11上の第５垂直軸ｎとフランジ13上の第６垂直軸ｐに両端をそれぞれ回転自在に支持された第３リンク12を有する。

第１水平アーム９先端には、第２水平アーム10と水平ヒンジ11を同時に駆動するための第５・６軸モータ18が取り付けられ、かつ第２水平アーム10の減速比１Ｒに対して、前記ヒンジ11の減速比が−２Ｒになるように図示しないギヤ、減速機が取り付けられている。第５・６軸モータ18が回転すると、第２水平アーム10および水平ヒンジ11は、それぞれ２θ：−１θの割合で回転する。また、第１水平アーム９と第２水平アーム10の動作角度を−１θ：２θになるように動作させれば、フランジ13は、地面に対して姿勢を変えることなく直線運動を行なう。加えて第３垂直アーム６の角度によっては、任意の平面を直線動作することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。以上述べた実施形態によれば、第２水平アーム10と水平ヒンジ11を１つの第５・６軸モータ18で駆動しているが、それぞれ別のモータで駆動してもよい。また、水平ヒンジ11および第３リンク12を介してフランジ13を駆動しているが、他の方法で駆動してもよい。さらに、第１回転基台５は、第２リンク８、第２回転基台３および第１リンク７を介して固定ベース１に支持されているが、直接モータで第１回転基台５を駆動しても問題ない。
さらに、第１水平アームと第２水平アームを同一長さとしているが、異なる長さの場合でも第１軸および第２軸の動作により直線動作は可能である。また、第１軸および第２軸の動作と組み合わせれば、第１水平アーム９と第２水平アーム10および水平ヒンジ11の動作角度を、例えばそれぞれ−１θ：３θ：−２θとなるように動作させても、フランジ13は地面に対して姿勢を変えることなく直線動作することが可能である。

本発明によれば、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、水平面移動部を形成する第１水平アームと第２水平アームの２軸でロボットの水平方向の動作を行なうため、周辺装置などにより水平方向に限られた空間にロボットが設置されてもロボットは周辺装置と干渉することなく水平方向動作を行なうことができる。また、先述のように、第１水平アーム９と第２水平アーム10の動作角度を−１θ：２θになるように動作させれば、フランジ13は、地面に対して姿勢を変えることなく直線運動を行なうため、プレス間のワーク搬送などに適している。また、水平面移動部を形成する第１水平アームと第２水平アームによる水平方向の水平直線動作は、重力による静的モーメント荷重を受けない第４軸、第５軸および第６軸のみで行なわれるため、第１軸および第２軸の動作量を最小に抑えることができる。そのため、第１軸および第２軸のモータ・減速機の負荷を軽減することができ、モータ・減速機の容量を小さくすることが可能になった。さらに第５軸と第６軸を同一モータで駆動させるため、ロボットを低コストで提供することが可能となった。

（ａ）は本発明の一実施形態の産業ロボットを示す概略上面図で（ｂ）のＰ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図で（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）のＱ矢視図で第２垂直アームの部分底面図をそれぞれ示す。図１（ｂ）の産業ロボットの全体斜視図。（ａ）、（ｂ）は図２の産業ロボットの参考動作斜視図。（ａ）は本発明の一実施形態の産業ロボットと周辺装置に対する動作範囲の１例を示す概略上面図で（ｂ）のＲ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図で（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ｂ）のＳ矢視図で（ｂ）の正面図をそれぞれ示す。（ａ）は従来の産業ロボットの実施形態を示す概略上面図で（ｂ）のＹ矢視図、（ｂ）は（ａ）の左側面図を示す。

符号の説明

１固定ベース、２第１垂直アーム、３第２回転基台、４第２垂直アーム
５第１回転基台、６傾動アーム、７第１リンク、８第２リンク
９第１水平アーム、１０第２水平アーム、１１水平ヒンジ、１２第３リンク
１３フランジ、
ａ第１水平軸、ｂ第２水平軸、ｃ第４水平軸、ｄ第１垂直軸、ｅ第２垂直軸
ｆ第３垂直軸、ｇ第６水平軸、ｈ第５水平軸、ｉ第３水平軸、ｊ第７水平軸
ｋ第８水平軸、ｍ第４垂直軸、ｎ第５垂直軸、ｐ第６垂直軸

Claims

固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に前記第１水平軸に平行な第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アームの先端に前記第２水平軸に平行な第３水平軸の回りに回転自在に支持された第１回転基台と、からなる第１垂直面移動部と、前記第１回転基台に前記第２水平軸と直交する第４水平軸の回りに回転自在に支持された傾動アームからなる第２垂直面移動部と、前記傾動アームに第１垂直軸の回りに回転自在に支持されかつ前記第１垂直アームの下方に配置された第１水平アームと、前記第１水平アームの先端に前記第１垂直軸に平行な第２垂直軸の回りに前記第１水平アームと相対するように回転自在に支持された第２水平アームとを有することを特徴とする産業ロボット。
前記ベースに固定されたベースリンクと、前記第１垂直アームの先端に第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２回転基台と、前記ベースリンク先端軸と前記第２回転基台の第１回転リンク軸とを連結する第１リンクとを有し、前記第１垂直アーム、ベースリンク、第１リンク及び第１回転リンクは平行４辺形を形成し、さらに、前記第２回転基台の第２回転リンクと、前記第１回転基台から延びる第３回転リンクと、前記第３回転リンクの軸と前記第２回転リンク軸とを連結する第２リンクとを有し、前記第２垂直アーム、第２回転リンク、第２リンク及び第１回転基台から延び第３回転リンクは平行４辺形を形成することを特徴とする請求項１記載の産業ロボット。
前記第１水平アームと前記第２水平アームの長さを等しくすることを特徴とする請求項１記載の産業ロボット。
前記第１水平アームを角度−１θ動作させ、前記第２水平アームを角度２θ動作させ、前記フランジを角度−１θ動作させるように駆動系を配置したことを特徴とする請求項３記載の産業ロボット。
前記フランジを回転させるために前記フランジと平行に前記第２水平アーム上に第４の垂直軸の回りに回転自在に支持されたヒンジと、一端を前記ヒンジの先端に第５の垂直軸に回転自在に支持され、他端を前記フランジに第６の垂直軸に回転自在に支持され、かつ前記第２水平アームと平行に取り付けられたリンクと、を有すことを特徴とする請求項１、請求項３又は請求項４に記載の産業ロボット。