JP2008023642A - 産業用ロボットのアーム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】アーム構造体のケーシングの軽量化および小型化を行う。
【解決手段】産業用ロボットのアーム構造体（１０）が、第一軸線（Ｘ）および第一軸線に対して垂直な第二軸線（Ｙ）回りに回転可能な手首ユニット（６１）と、手首ユニットを第一軸線回りに回転可能に支持するアームユニット（１０’）とを含む。アームユニットは底部ケーシング（１２）を具備し、底部ケーシングには、手首ユニットを第一軸線回りに回転させるのに用いられる第一モータ（３１）と、手首ユニットを第二軸線回りに回転させるのに用いられる第二モータ（３２）とが少なくとも配置されている。さらに、アームユニットは、モータの出力軸の両方を含む平面に対して垂直な方向において底部ケーシングに係合する蓋部ケーシング（１１）を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、産業用ロボットのアーム構造体に関する。

産業用ロボットは、アームの先端に備えられたハンド等によってワークの搬送およびワークの所定位置での位置決めなどを行う。さらに、産業用ロボットは、ハンドに代えて所定の工具を把持することにより、所要のロボット作業を遂行することも可能である。

図５は従来技術におけるロボットのアーム構造体を示す平面図であり、図６は図５に示されるアーム構造体の分解図である。これら図面に示されるように、アーム構造体１００は第一軸線Ｘおよび第二軸線Ｙ回りに回転可能な手首ユニット１６１を備えている。これら図面に示されるように、この手首ユニット１６１は略直線状の第一ケーシング部分１２１とこれに隣接する略Ｌ字形状の第二ケーシング部分１２２との間に形成される隙間に回転可能に支持されている。

手首ユニット１６１の両側部には、第一軸線Ｘおよび第二軸線Ｙ用の駆動部１３６、１４６がそれぞれ設けられている。これら駆動部１３６、１４６には、第一モータ１３１および第二モータ１４１からの回転動力が回転ベルト・プーリ機構１３５、１４５をそれぞれ介して伝達される。

図５から分かるように、回転ベルト・プーリ機構１３５は第一ケーシング部分１２１内に配置されており、回転ベルト・プーリ機構１４５は第一および第二モータ１３１、１４１と共に第二ケーシング部分１２２内に配置されている。

さらに、第二ケーシング部分１２２とは反対側に位置する第一ケーシング部分１２１の縁部にはカバーケーシング部分１２３が取付けられている。同様に、第一ケーシング部分１２１とは反対側に位置する第二ケーシング部分１２２の縁部にはカバーケーシング部分１２４が取付けられている。すなわち、図５および図６に示される従来技術のアーム構造体１００のケーシングは四つのケーシング部分１２１〜１２４をアーム構造体１００の幅方向に組付けるよりことにより構成されている。

さらに、特許文献１においては、中央ケーシングと、その両側に取付けられたアームカバーとを含むケーシングを備えたアーム構造体が開示されている。つまり、特許文献１に記載のアーム構造体のケーシングは三つのケーシング部分をアーム構造体１００の幅方向に組付けることにより構成されている。
特開平７−４０２８０号公報

このように従来技術におけるアーム構造体のケーシングを構成する部品（ケーシング部分）の数は比較的多い。このため、従来技術においては、アーム構造体のケーシングの重量を軽減するのが困難であることに加えて、アーム構造体のケーシング自体を小型化するのも難しい状況にあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、アーム構造体のケーシングの軽量化および小型化を可能とする産業用ロボットのアーム構造体を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、第一軸線および該第一軸線に対して垂直な第二軸線回りに回転可能な手首ユニットと、該手首ユニットを前記第一軸線回りに回転可能に支持するアームユニットと、を含む産業用ロボットのアーム構造体において、前記アームユニットは底部ケーシングを具備し、該底部ケーシングには、前記手首ユニットを前記第一軸線回りに回転させるのに用いられる第一モータと、前記手首ユニットを前記第二軸線回りに回転させるのに用いられる第二モータとが少なくとも支持されており、さらに、前記アームユニットは、前記第一および第二モータの出力軸の両方を含む平面に対して垂直な方向において前記底部ケーシングに係合する蓋部ケーシングを具備する、産業用ロボットのアーム構造体が提供される。

すなわち１番目の発明においては、アーム構造体のケーシングが二つのケーシング部分、つまり底部ケーシングと蓋部ケーシングとから形成されている。従って、三つまたは四つのケーシング部分を使用する従来技術の場合と比較すると、少なくともケーシング部分の厚さの分だけアーム構造体の幅を小さくでき、その結果、ケーシングの軽量化および小型化が可能となる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記蓋部ケーシングを前記底部ケーシングから取外すと、前記手首ユニット、前記第一モータおよび第二モータのうちの少なくとも一つが着脱可能になる。
すなわち２番目の発明においては、手首ユニットなどの組付けおよびこれらの保守作業を容易に行うことができる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記蓋部ケーシングの前記底部ケーシングの係合方向は、前記手首ユニット、前記第一モータおよび第二モータのうちの少なくとも一つの組付方向に等しいようにした。
すなわち３番目の発明においては、単一の組付方向のみでアーム構造体を組立てることができるので、自動組立を行うのに有利である。

４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記第一モータを前記底部ケーシングに配置する第一台座と前記第二モータを前記底部ケーシングに配置する第二台座とが、前記底部ケーシングの内面に該底部ケーシングと一体的に形成されている
すなわち４番目の発明においては、台座に要する部品を別途準備する必要性を排除できる。

５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、さらに、前記第一モータの回転動力を前記手首ユニットに伝達する第一動力伝達手段と、前記第二モータの回転動力を前記手首ユニットに伝達する第二動力伝達手段とが前記底部ケーシングに支持されている。

６番目の発明によれば、５番目の発明において、前記第一動力伝達手段および前記第二動力伝達手段の少なくとも一方は、回転ベルトとプーリとを含む。
すなわち６番目の発明においては、第一および第二の動力伝達手段を比較的簡易に形成することができる。さらに、回転ベルトおよびプーリは軽量かつ簡便であるので、アーム構造体をさらに軽量化および小型化できる。

７番目の発明によれば、５番目または６番目のいずれかの発明において、前記手首ユニットは、前記手首ユニットを前記第一軸線回りに駆動させる第一駆動手段と前記手首ユニットを前記第二軸線回りに駆動させる第二駆動手段とを含んでおり、前記第一および第二動力伝達手段は前記第一および第二モータのそれぞれの回転動力を前記手首ユニットの前記第一および第二駆動手段に伝達するようになっており、前記手首ユニットの一側には前記第一駆動手段が配置されており、前記手首ユニットの他側には前記第二動力伝達手段が配置されている。
すなわち７番目の発明においては、手首ユニットの他側には第二動力伝達手段を配置していて第二駆動部を配置していない。従って、第二駆動部の分だけ、アーム構造体を幅方向にさらに小型化できる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は産業用ロボットの全体構造を示す斜視図である。図１に示されるロボット１は五軸垂直多関節ロボットである。ロボット１のロボットベース部分１ａの頂端には、アーム２、アーム１０が順次に結合されている。図１に示されるように、アーム１０の前方側の先端には手首ユニット６１が備えられている。このような産業用ロボットは、外部のロボット制御装置（図示しない）からの所定プログラムに従って送出される指令入力に基づいて、ワーク（図示しない）の搬送または位置決め、もしくは種々のロボット作業等を遂行する。

図２は本発明に基づくアーム構造体の斜視図である。図示されるように、アーム構造体１０のケーシングは、略Ｕ字形状の底部ケーシング１２と、これに対応した形状の蓋部ケーシング１１との二つの部品から構成される。

蓋部ケーシング１１はスナップ留めなどにより底部ケーシング１２に係合される。あるいは、図示しない留め具、例えばネジなどにより蓋部ケーシング１１を底部ケーシング１２に係合させるようにしてもよい。

図示されるように、これらＵ字形状ケーシング１１、１２には凹部１５が形成されている。この凹部１５に支持される手首ユニット６１は、アーム構造体１０の幅方向における第一軸線Ｘと、アーム構造体１０の長さ方向における第二軸線Ｙ（第一軸線Ｘに対して垂直）との回りで回転することができる。なお、アーム構造体１０から手首ユニット６１を除いた部分をアームユニット１０’と適宜呼ぶことにする。

図３は図２に示されるアーム構造体の分解図であり、さらに図４は蓋部ケーシングを取外した状態におけるアーム構造体の平面図である。これら図面から分かるように、該手首ユニット６１の一側６２には、該一側６２から第一軸線Ｘの方向に突出する第一軸線Ｘ用の駆動部３６が取付けられており、手首ユニット６１の前方側の端部６４には、該端部６４から第二軸線Ｙ方向に突出する第二軸線Ｙ用の駆動部４６が取付けられている。これら駆動部３６、４６は複数のギア（図示しない）からなる一種の減速機および／または伝達機構部でありうる。なお、駆動部４６の一部は軸部６５として手首ユニット６１の他側６３から突出している。

図３に示されるように、底部ケーシング１２の凹部１５には、手首ユニット６１を支持するために互いに対面する受部１６、１６’、例えば切欠が形成されている。手首ユニット６１は、軸部６５と駆動部３６の一部分とがこれら受部１６、１６’に係合するように底部ケーシング１２に配置される。
特に、本発明においては手首ユニット６１を底部ケーシング１２に取付ける際に、手首ユニット６１の両側を受部１６、１６’に同時に支持させることが可能となる。これに対し、従来技術における手首ユニット１６１は第二ケーシング部分１２２に片持ち式に支持された状態で、第一ケーシング部分１２１に係合する。このため、本発明においては、手首ユニット６１を底部ケーシング１２に容易に支持させられるのが分かるであろう。

さらに、底部ケーシング１２には、駆動部３６を駆動するのに用いられる第一モータ３１、および駆動部４６を駆動するのに用いられる第二モータ４１も配置される。これらモータ３１、４１は例えばサーボモータであり、図示されるように互いに反対向きに配置される。

この目的のために、底部ケーシング１２の底側内面には、第一モータ３１を支持する第一台座１３、および第二モータ４１を支持する第二台座１４が底部ケーシング１２と一体的に形成されている。図示されるように、第一モータ３１および第二モータ４１のそれぞれの先端は台座１３、１４上に位置決めされる。これら台座１３、１４が底部ケーシング１２と一体的に形成されているので、本発明においてはこれら台座１３、１４のために追加の部品は必要とされない。
これらモータ３１、４１は従来技術のモータ１３１、１４１のように第二ケーシング部分１２２の側面に形成された開口部から挿入する必要がないので、本発明においてはモータ３１、４１を容易に取付けることが可能である。

本発明のアーム構造体１０においては、蓋部ケーシング１１を底部ケーシング１２から取外せば、操作者は、底部ケーシング１２内の手首ユニット６１、第一および第二モータ３１、４１ならびにそれらの関連部材にアクセスして、着脱することができる。従って、本発明においては、アーム構造体１０の保守作業を容易に行うことが可能である。

さらに、図示されるように、蓋部ケーシング１１の係合方向は第一および第二モータ３１、４１の出力軸の両方を含む平面に対して垂直である。そして、この蓋部ケーシング１１の係合方向は手首ユニット６１などの組付方向と同一である。従って、本発明においては単一の組付方向に部品（蓋部ケーシング１１、手首ユニット６１など）を移動させることによってアーム構造体１０を組立てることができる。このため、本発明のアーム構造体１０は、他のロボットによって自動的に組立てるのに特に有利である。

図４を参照すると、第一モータ３１の出力軸にはプーリ３２が取付けられており、駆動部３６の出力軸にはプーリ３７が取付けられている。これらプーリ３２、３７には回転ベルト３５が掛けられており、第一モータ３１の回転動力はこれらプーリ３２、３７および回転ベルト３５を介して駆動部３６に伝達される。これにより、手首ユニット６１はアームユニット１０’に対して第一軸線Ｘ回りに回転するようになる。

同様に、第二モータ４１の出力軸にはプーリ４２が取付けられており、回転ベルト４５がプーリ４２と軸部６５のプーリ６６とに掛けられている。第二モータ４１の回転動力はこれらプーリ４２、６６および回転ベルト４５を介して駆動部４６に伝達される。これにより、手首ユニット６１はアームユニット１０’に対して第二軸線Ｙ回りに回転できる。なお、これら回転ベルト３５、４５は簡単にする目的で図３には示していない。

前述したように本発明においては、アーム構造体１０のケーシングは蓋部ケーシング１１および底部ケーシング１２から形成されている。従って、三つまたは四つのケーシング部分からアーム構造体が形成される従来技術の場合と比較すると、本発明のアーム構造体１０はその幅（第一軸線Ｘ方向）を小さくでき、従って、アーム構造体１０のケーシングの軽量化および小型化が可能となる。また、本発明においては、アーム構造体１０のケーシングが蓋部ケーシング１１および底部ケーシング１２のみを含む構成であるので、蓋部ケーシング１１を底部ケーシング１２に向かって移動させればアーム構造体１０のケーシングを容易に組立てることができる。

前述したように本発明においては、駆動部３６が手首ユニット６１の一側６２に設けられており、駆動部４６が手首ユニット６１の端部６４に設けられている。従って、底部ケーシング１２の一側１２ａと凹部１５との間には駆動部３６とプーリ３７とを配置する必要があるのに対し、底部ケーシング１２の他側１２ｂと凹部１５との間にはプーリ６６のみを配置すればよい。言い換えれば、底部ケーシング１２の一側１２ａと凹部１５との間の距離Ａ１は、底部ケーシング１２の他側１２ｂと凹部１５との間の距離Ａ２よりも大きい。従って、本発明においては、第二駆動部４６の分だけ、アーム構造体１０を幅方向にさらに小型化するのが可能になっている。

前述した実施形態においては五軸垂直多関節ロボットに含まれるアーム構造体１０について説明したが、本発明のアーム構造体１０を他のロボット、例えば六軸垂直多関節ロボットにも採用できるのは当業者であれば明らかであろう。

産業用ロボットの全体構造を示す斜視図である。 本発明に基づくアーム構造体の斜視図である。 図２に示されるアーム構造体の分解図である。 蓋部ケーシングを取外した状態におけるアーム構造体の平面図である。 従来技術におけるロボットのアーム構造体を示す平面図である。 図５に示されるアーム構造体の分解図である。

符号の説明

１ ロボット
１ａ ロボットベース部分
２ アーム
１０ アーム構造体
１０’ アームユニット
１１ 蓋部ケーシング
１２ 底部ケーシング
１２ａ 一側
１２ｂ 他側
１３、１４ 台座
１５ 凹部
１６、１６’ 受部
３１ 第一モータ
４１ 第二モータ
３２、３７ プーリ
３５、４５ 回転ベルト
３６ 駆動部
４２、６６ プーリ
４６ 駆動部
６１ 手首ユニット
６２ 一側
６３ 他側
６４ 端部
６５ 軸部
Ｘ 第一軸線
Ｙ 第二軸線

Claims (7)

1. 第一軸線および該第一軸線に対して垂直な第二軸線回りに回転可能な手首ユニットと、該手首ユニットを前記第一軸線回りに回転可能に支持するアームユニットと、を含む産業用ロボットのアーム構造体において、
   前記アームユニットは底部ケーシングを具備し、該底部ケーシングには、前記手首ユニットを前記第一軸線回りに回転させるのに用いられる第一モータと、前記手首ユニットを前記第二軸線回りに回転させるのに用いられる第二モータとが少なくとも支持されており、
   さらに、前記アームユニットは、前記第一および第二モータの出力軸の両方を含む平面に対して垂直な方向において前記底部ケーシングに係合する蓋部ケーシングを具備する、産業用ロボットのアーム構造体。
2. 前記蓋部ケーシングを前記底部ケーシングから取外すと、前記手首ユニット、前記第一モータおよび第二モータのうちの少なくとも一つが着脱可能になる請求項１に記載のアーム構造体。
3. 前記蓋部ケーシングの前記底部ケーシングの係合方向は、前記手首ユニット、前記第一モータおよび第二モータのうちの少なくとも一つの組付方向に等しいようにした請求項１または２に記載のアーム構造体。
4. 前記第一モータを前記底部ケーシングに配置する第一台座と前記第二モータを前記底部ケーシングに配置する第二台座とが、前記底部ケーシングの内面に該底部ケーシングと一体的に形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のアーム構造体。
5. さらに、前記第一モータの回転動力を前記手首ユニットに伝達する第一動力伝達手段と、前記第二モータの回転動力を前記手首ユニットに伝達する第二動力伝達手段とが前記底部ケーシングに支持されている請求項１から４のいずれか一項に記載のアーム構造体。
6. 前記第一動力伝達手段および前記第二動力伝達手段の少なくとも一方は、回転ベルトとプーリとを含む請求項５に記載のアーム構造体。
7. 前記手首ユニットは、前記手首ユニットを前記第一軸線回りに駆動させる第一駆動手段と前記手首ユニットを前記第二軸線回りに駆動させる第二駆動手段とを含んでおり、
   前記第一および第二動力伝達手段は前記第一および第二モータのそれぞれの回転動力を前記手首ユニットの前記第一および第二駆動手段に伝達するようになっており、
   前記手首ユニットの一側には前記第一駆動手段が配置されており、
   前記手首ユニットの他側には前記第二動力伝達手段が配置されている請求項５または６に記載のアーム構造体。

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