JP2013212560A - ロボットシステムおよびロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボット1は、中空のコネクターハウジング91と、コネクターハウジング91内の気密性を保持する第1のパッキン92および第2のパッキン93とを有するコネクター9が接続される接続部8を備えている。このロボット1は、互いに連結されたアーム14とアーム15とさらに備えている。アーム14は、回動軸O3回りに回動可能に支持され、アーム15は、回動軸O4回りに回動可能に支持されている。また、接続部8は、この接続部8に接続されたコネクター9の引き出し方向が回動軸O4方向となるように、アーム14に設置されている。
【選択図】図13
Description
本発明のロボットシステムは、中空のコネクターハウジングと、該コネクターハウジング内の気密性を保持するパッキンとを有するコネクターと、
前記コネクターが接続される接続部を備えるロボットとを備え、
前記ロボットは、互いに連結された2本のアームを備え、該2本のアームのうちの一方のアームは、第1の回動軸回りに回動可能に支持され、他方のアームは、第1の回動軸と交差する第2の回動軸回りに回動可能に支持されており、
前記接続部は、該接続部に接続された前記コネクターの引き出し方向が前記第2の回動軸方向となるように、前記一方のアームに設置されていることを特徴とする。
これにより、コネクターに例えばケーブル等の可撓性を有する長尺体が接続されている場合、当該コネクターを接続部に接続すると、長尺体(コネクター)の引き出し方向が確実に第2の回動軸方向となる。そして、このような引き出し方向は、ロボットの周囲と長尺体との干渉を気にせずに、ケーブルを容易に引き回すことができる。
互いに連結された2本のアームを備え、
前記2本のアームのうちの一方のアームは、第1の回動軸回りに回動可能に支持され、他方のアームは、第1の回動軸と交差する第2の回動軸回りに回動可能に支持されており、
前記接続部は、該接続部に接続された前記コネクターの引き出し方向が前記第2の回動方向となるように、前記一方のアームに設置されていることを特徴とする。
これにより、コネクターに例えばケーブル等の可撓性を有する長尺体が接続されている場合、当該コネクターを接続部に接続すると、長尺体(コネクター)の引き出し方向が確実に第2の回動軸方向となる。そして、このような引き出し方向は、ロボットの周囲と長尺体の干渉を気にせずに、ケーブルを容易に引き回すことができる。
これにより、接続部本体内の気密性が確実に維持され、当該接続部本体内に、外部から気体や液体が侵入するのを確実に防止することができる。
前記接続部本体は、前記一方のアームの外面側に向かって開口する第1の開口部と、前記第2の回動軸方向に向かって開口する第2の開口部とを有することが好ましい。
これにより、コネクターに例えばケーブル等の可撓性を有する長尺体が接続されている場合、当該コネクターを接続部に接続すると、長尺体の引き出し方向がより確実に第2の回動軸方向となる。そして、例えば長尺体の引き出し方向が鉛直上方である場合に比べ、長尺体の引き出し方向が第2の回動軸方向となる態様では、ロボットの周囲とケーブルとの干渉を気にせずに、ケーブルを容易に引き回すことができる。
本発明のロボットでは、前記第1の開口部および前記第2の開口部には、それぞれ、前記接続部用パッキンが設置されていることが好ましい。
これにより、接続部本体内の気密性が確実に維持され、当該接続部本体内に、外部から気体や液体が侵入するのをより確実に防止することができる。
一方のアームは、他方のアームよりも動作範囲(回動範囲)が狭い。すなわち、一方のアームは、第1の回動軸回りに回動するが、他方のアームは、第2の回動軸回りに回動することの他に、一方のアームとともに第1の回動軸回りも回動することとなる。このように動作範囲が狭い一方のアームに接続部を設ける方が、コネクターに例えばケーブル等の可撓性を有する長尺体が接続されている場合、当該長尺体にとっては、好ましい。
これにより、マニピュレーター用装着アームに装着されたマニピュレーターが把持する対象物の形状や大きさなどに応じて、マニピュレーターの姿勢を適宜変更することができ、よって、対象物を容易かつ確実に把持することができる。
本発明のロボットでは、前記接続部は、前記マニピュレーターに電力を供給する供給源と電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、コネクターが接続部に接続された状態で、供給源からマニピュレーターに電力を供給することができ、よって、マニピュレーターを作動させることができる。
例えば、他方のアームが、第2の回動軸方向に沿った長尺状をなすものであり、その一端部に一方のアームが連結され、他端部には、コネクターと電気的に接続されたマニピュレーターが装着されるマニピュレーター装着用アームが連結されている場合、当該マニピュレーター装着用アームに装着されたマニピュレーターを所望の位置に配置させることができる。
本発明のロボットでは、前記コネクターハウジングは、筒体で構成されており、該筒体の両端側にそれぞれ前記パッキンが設置されていることが好ましい。
これにより、コネクターハウジング内の気密性が確実に維持され、当該コネクターハウジング内に、外部から気体や液体が侵入するのを確実に防止することができる。
図1は、本発明のロボット(ロボットシステム)を正面側から見た斜視図、図2は、本発明のロボット(ロボットシステム)を背面側から見た斜視図、図3は、本発明のロボット(ロボットシステム)の上部の拡大図、図4は、本発明のロボットの概略図、図5は、本発明のロボット(ロボットシステム)の主要部のブロック図、図6は、本発明のロボット(ロボットシステム)の使用状態(設置状態)を示す斜視図、図7は、本発明のロボットが備える複数本のアームのうちの代表的な1本のアームの分解斜視図、図8は、図7中のA−A線断面図、図9は、図7中のB−B線断面図、図10は、本発明のロボットが備える枠体の拡大断面図、図11は、図7中のC−C線断面図、図12は、図7中の矢印D方向から見た図(側面図)、図13および図14は、それぞれ、図3中のE−E線断面図(図13は接続状態を示し、図14は接続解除状態を示す)である。なお、以下では、説明の都合上、図1〜図5および図6〜図13中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図1〜図4および図6中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。また、図7〜図12中のアームの長手方向を「x軸方向」、x軸方向に対し垂直かつ水平な方向を「y軸方向」、x軸方向およびy軸方向のいずれにも垂直な方向を「z軸方向」と言う。
ロボット1は、基台11と、4本のアーム(リンク)12、13、14、15と、リスト(リンク)16とを備え、これらが順に連結された垂直多関節(6軸)ロボットである。なお、垂直多関節ロボットでは、基台11と、アーム12〜15と、リスト16とを総称して「アーム」と言うこともでき、基台11を「第1アーム」、アーム12を「第2アーム」、アーム13を「第3アーム」、アーム14を「第4アーム」、アーム15を「第5アーム」、リスト16を「第6アーム」と分けて言うことができる。
基台11とアーム12とは、関節(ジョイント)171を介して連結されている。そして、アーム12は、基台11に対し、鉛直方向と平行な回動軸O1回りに回動可能となっている。この回動軸O1回りの回動は、モーター401の駆動によりなされる。なお、モーター401の駆動は、モーター401とケーブル(図示せず)を介して電気的に接続されたモータードライバー301により制御される(図5参照)。
なお、モーター401〜406としては、特に限定されず、例えば、サーボモーターを用いるのが好ましい。また、前記各ケーブルは、それぞれ、ロボット1を挿通している。
図1、図2に示すように、基台11は、ロボット1が垂直多関節ロボットの場合、当該垂直多関節ロボットの最も下方に位置し、チャンバー100の床101に固定される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、図1、図2に示す本実施形態では、複数本のボルト111による固定方法を用いている。なお、基台11のチャンバー100での固定箇所のとしては、床101の他に、チャンバー100の壁102や天井103とすることもできる。
基台11は、中空の基台本体(ハウジング)112を有している。基台本体112は、円筒状をなす円筒状部113と、当該円筒状部113の外周部に一体的に形成された、箱状をなす箱状部114とに分けることができる。そして、このような基台本体112には、例えば、モーター401やモータードライバー301〜306が収納されている。
アーム13は、その基端部がアーム12の先端部に連結されている。このアーム13では、駆動機構3bがモーター403を有しており、アーム本体2b内に収納している。また、アーム本体2a内は、封止手段4bにより気密封止されている。
アーム14は、その基端部がアーム13の先端部に連結されている。このアーム14では、駆動機構3cがモーター404を有しており、アーム本体2c内に収納している。また、アーム本体2c内は、封止手段4cにより気密封止されている。
アーム15の先端部(他端部)には、リスト16が連結されている。図3に示すように、このリスト16には、その先端部(アーム15と反対側の端部)に、エンドファクターとして、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーター18が着脱自在に装着される。このように、リスト16は、マニピュレーター18が装着自在されるマニピュレーター装着用アームとして機能する。
リスト本体161の先端面163は、平坦な面となっており、マニピュレーターが装着される装着面となる。また、リスト本体161は、アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター406の駆動により、回動軸O6回りに回動する。
支持リング162は、アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター405の駆動により、リスト本体161ごと回動軸O5回りに回動する。
図7に示すように、アーム15は、アーム本体2(2d)と、駆動機構3(3d)と、封止手段4(4d)とを有している。
なお、前述した基台11の基台本体112の構成材料や、リスト16の支持リング162の構成材料も、アーム本体2の構成材料と同様のものを用いることができる。また、リスト16のリスト本体161の構成材料は、ステンレス鋼を用いるのが好ましい。
このような対称な配置は、アーム15(アーム本体2)の小型化に寄与し、アーム15の可動範囲をできる限り広く確保することができる。また、後述するように、側面23a側の封止手段4(4d)と、側面23b側の封止手段4(4d)とを共通の構成のものとすることができる。
封止手段4は、収納部21を気密的に封止するものである。この封止手段4により、収納部21内の駆動機構3(3d)に対する防水機能、防塵機能が発揮される。また、滅菌ガス発生装置200からの滅菌ガスは、駆動機構3を腐食させることがあるが、封止手段4により、その腐食を確実に防止することができる。
図7に示すように、枠体5は、アーム本体2の収納部21の側面23a(外面)に開口する開口部211の縁部212に沿った枠状をなす部材である。この部材の厚さは、例えば、10mm程度とすることができる。
なお、図8、図9に示すように、アーム本体2の縁部212では、雌ネジ26が形成されている部分と、それ以外の部分とで、厚さが異なっており、前者(以下「肉厚部213」と言う)の厚さt1は、雌ネジ26が形成されている分だけ、後者(以下「薄肉部214」と言う)の厚さt2よりも厚い。しかしながら、薄肉部214は、肉厚部213よりも形成領域が広いため、アーム本体2の軽量化を図ることができる。
ボルト60としては、特に限定されず、例えば、六角レンチを用いて締結・締結解除を行なう、いわゆる「六角穴付きボルト」を用いるのが好ましい。
なお、図8に示すように、各雌ネジ54は、それぞれ、枠体5の厚さ方向の途中まで形成されているのが好ましい、すなわち、裏側の面51にまでは至っていないのが好ましい。
そして、表側の面52に設置されたパッキン7をカバー6で圧縮する。このとき、枠体5では、規制部55により、パッキン7に対する圧縮限界を規制することができる。これにより、パッキン7を過不足なく圧縮することができ、よって、収納部21内の気密性を好適に確保することができる。また、例えば定期的なメンテナンス時にパッキン7を複数回にわたって交換したとしても、各回において、当該パッキン7に対し確実に一定の圧縮限界を規制することができる。このようにロボット1は、メンテナンスに優れている。
また、例えばメンテナンスを繰り返したことで、仮に枠体5の雌ネジ54が破損した、すなわち、雌ネジ54のネジ山が潰れたとしても、枠体5のみを交換しさえすれば、その交換された枠体5にカバー6を確実に装着することができ、よって、ロボット1を安全に使用することができる。
第1の保護膜57は、枠体5の少なくとも各雌ネジ54に(本実施形態では枠体5の表面全体に)形成されている。この第1の保護膜57は、枠体5に不動態処理またはめっき処理を施してなる膜である。前述したように滅菌ガスは駆動機構3を腐食させることがあるが、第1の保護膜57により、特に各雌ネジ54での腐食を確実に防止することができる。
第1の保護膜57の厚さt4としては、特に限定されず、例えば、10〜100μmであるのが好ましく、30〜80μmであるのがより好ましい。
なお、撥液性を有する材料としては、フッ素系材料を用いるのが好ましい。このような材料は、耐薬品性に優れる。また、仮に薬剤が枠体5に付着したとしても、当該薬剤を容易に拭き取ることができる。また、防汚機能も有しており、例えば枠体5に塵や埃、油分が付着したとしても、これらを容易に拭き取ることができる。
第2の保護膜58の厚さt5としては、特に限定されず、例えば、10〜50μmであるのが好ましく、20〜40μmであるのがより好ましい。第2の保護膜58の水との接触角としては、特に限定されず、例えば、100〜150度であるのが好ましく、100〜120度であるのがより好ましい。
このカバー6には、枠体5の各雌ネジ54にそれぞれ対応する位置に、ボルト80が挿通する挿通孔61が形成されている。各挿通孔61は、それぞれ、カバー6の厚さ方向に貫通する貫通孔で構成されている。そして、枠体5の各雌ネジ54に、カバー6の各挿通孔61にそれぞれ挿入されたボルト80が螺合することができる。これにより、カバー6が枠体5に装着される、すなわち、装着状態となる。なお、この装着状態では、前述したようにパッキン7が圧縮状態となっているため、アーム本体2の収納部21内の気密性が確実に保持されている。
このメンテナンス後に、ボルト80を介してカバー6を再度装着すると、パッキン7が圧縮状態となり、よって、アーム本体2の収納部21内の気密性を再度確実に保持することができる。このようにロボット1では、メンテナンスの前後に関わらず、収納部21内の気密性を確実に保持することができる。
また、パッキン7には、枠体5の各雌ネジ54にそれぞれ対応する位置に、ボルト80が挿通する挿通孔71が形成されている。各挿通孔71は、それぞれ、パッキン7の厚さ方向に貫通する貫通孔で構成されている。そして、各ボルト80は、それぞれ、挿通孔71を挿通した状態で、枠体5の雌ネジ54螺合する(図8(b)参照)。これにより、パッキン7の位置決めがなされる。
図13、図14に示すように、接続部8は、中空の接続部本体(アタッチメント)81と、接続部本体81内の気密性を保持する第1のパッキン(第1の接続部用パッキン)82および第2のパッキン(第2の接続部用パッキン)83と、複数本の端子84と、各端子84を一括して支持する支持部材(ハウジング)85とを有している。
なお、図3に示す構成では、接続部本体81は、アーム14に対し複数本のボルト86で固定されている。各ボルト86に螺合する雌ネジ28は、アーム14のアーム本体2cに形成されている(図13、図14参照)。
アーム14は、アーム15よりも動作範囲(回動範囲)が狭い。すなわち、アーム14は、回動軸O3回りに回動するが、アーム15は、回動軸O4回りに回動することの他に、アーム14とともに回動軸O3回りも回動することとなる。このように動作範囲が狭いアーム14に接続部本体81を設ける方が、引き回されるケーブル901にとっては、好ましい。
また、アーム15上に接続部本体81が配置されている場合、アーム15を回動軸O4回りに回動すると、アーム13と接続部本体81とが干渉し、アーム15の動作範囲が狭くなるため、アーム14に接続部本体81を設ける方が好ましい。
なお、接続部本体81の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アーム本体2の構成材料と同様のものを用いることができる。
第1のパッキン82は、リング状をなし、接続部本体81とアーム14との境界部を気密封止する部材である。第2のパッキン83は、リング状をなし、接続部本体81と、当該接続部本体81に挿入される支持部材85とのとの境界部を気密封止する部材である。このような第1のパッキン82および第2のパッキン83により、接続部本体81内の気密性が確実に維持され、当該接続部本体81内に滅菌ガス等が侵入するのを確実に防止することができる。
なお、第1のパッキン82および第2のパッキン83の構成材料としては、特に限定されず、例えば、封止手段4のパッキン7の構成材料と同様のものを用いることができる。
支持部材85の内周部には、固定板851が突出形成されている。固定板851は、その面方向に対して垂直な方向に、各端子84をそれぞれ支持、固定することができる。
また、支持部材85の外周部には、その外径が拡径したフランジ852が突出形成されている。支持部材85は、フランジ852が複数本のボルト87を介して接続部本体81と固定されている。また、この固定状態で、フランジ852で第2のパッキン83を圧縮することができる。各ボルト87に螺合する雌ネジ816は、接続部本体81の第2の開口部815の縁部に形成されている。
なお、支持部材85の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のような熱可塑性樹脂を用いることができる。
なお、端子84は、銅等のような導電性を有する材料で構成されている。
また、各端子84(接続部8)は、ケーブル19を介して、バッテリー500と電気的に接続されている。これにより、コネクター9が接続部8に接続された状態で、バッテリー500からマニピュレーター18に電力を供給することができ、よって、マニピュレーター18を作動させることができる。
図13、図14に示すように、コネクター組立体90は、コネクター9と、ケーブル901とで構成され、コネクター9にケーブル901を接続して組み立てられたものである。そして、マニピュレーター18は、ケーブル901を介してコネクター9と電気的に接続されている。
コネクターハウジング91、支持部材95、接続部材96の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のような熱可塑性樹脂を用いることができる。
第1のパッキン92は、リング状をなし、コネクターハウジング91の外周部にその外側から嵌合している。図13に示すように、コネクター9が接続部8に接続された状態では、第1のパッキン92は、支持部材95と接続部8の支持部材85との間で圧縮状態となっている。
また、第2のパッキン93は、リング状をなし、コネクターハウジング91の内周部にその内側から嵌合している。そして、この第2のパッキン93は、コネクターハウジング91の内周部とケーブル901との間で圧縮状態となっている。
なお、第1のパッキン92および第2のパッキン93の構成材料としては、特に限定されず、例えば、封止手段4のパッキン7の構成材料と同様のものを用いることができる。
各端子94は、それぞれ、ピン状をなし、銅等のような導電性を有する材料で構成されている。そして、1本の端子94と、接続部8の1本の端子84とが電気的に接続されることとなる。
また、この接続状態では、バッテリー500からの電力を、ケーブル19、接続部8、コネクター9およびケーブル901を介して、マニピュレーター18に確実に供給することができる。これにより、マニピュレーター18が、パーソナルコンピューター20の制御下で、可動することができる。
ここで、仮にケーブル901の引き出し方向が鉛直上方である場合、前記大きさが大きいコネクター9から延びるケーブル901は、チャンバー100の天井103の高さにもよるが、当該天井103と干渉するおそれが十分にある。
しかしながら、ロボット1(ロボットシステム10)では、ケーブル901の引き出し方向が回動軸O4方向であるため、コネクター9の大小にかかわらず、ロボット1の周囲とケーブル901との干渉を気にせずに、すなわち、前記不具合を確実に防止しつつ、ケーブル901をマニピュレーター18まで容易に引き回すことができる。
また、本発明のロボットシステムおよびロボットは、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、駆動機構は、減速機をさらに有していてもよい。
また、接続部は、アームに対し着脱自在に装着されるよう構成されていてもよい。この場合、エンドファクターの有無に応じて、接続部の装着・離脱を選択することができる。
Claims (10)
- 中空のコネクターハウジングと、該コネクターハウジング内の気密性を保持するパッキンとを有するコネクターと、
前記コネクターが接続される接続部を備えるロボットとを備え、
前記ロボットは、互いに連結された2本のアームを備え、該2本のアームのうちの一方のアームは、第1の回動軸回りに回動可能に支持され、他方のアームは、第1の回動軸と交差する第2の回動軸回りに回動可能に支持されており、
前記接続部は、該接続部に接続された前記コネクターの引き出し方向が前記第2の回動軸方向となるように、前記一方のアームに設置されていることを特徴とするロボットシステム。 - 中空のコネクターハウジングと、該コネクターハウジング内の気密性を保持するパッキンとを有するコネクターが接続される接続部を備えるロボットであって、
互いに連結された2本のアームを備え、
前記2本のアームのうちの一方のアームは、第1の回動軸回りに回動可能に支持され、他方のアームは、第1の回動軸と交差する第2の回動軸回りに回動可能に支持されており、
前記接続部は、該接続部に接続された前記コネクターの引き出し方向が前記第2の回動方向となるように、前記一方のアームに設置されていることを特徴とするロボット。 - 前記接続部は、前記一方のアームと別体で構成され、中空の接続部本体と、該接続部本体内の気密性を保持する少なくとも1つの接続部用パッキンとを有する請求項2に記載のロボット。
- 前記接続部は、前記一方のアームの外面に配置されており、
前記接続部本体は、前記一方のアームの外面側に向かって開口する第1の開口部と、前記第2の回動軸方向に向かって開口する第2の開口部とを有する請求項3に記載のロボット。 - 前記第1の開口部および前記第2の開口部には、それぞれ、前記接続部用パッキンが設置されている請求項3または4に記載のロボット。
- 前記他方のアームは、一端部に前記一方のアームが連結され、他端部に前記コネクターと電気的に接続されたマニピュレーターが装着されるマニピュレーター装着用アームが連結されている請求項2ないし5のいずれかに記載のロボット。
- 前記他方のアームは、前記第2の回動軸方向に沿った長尺状をなすものである請求項2ないし6のいずれかに記載のロボット。
- 前記接続部は、前記マニピュレーターに電力を供給する供給源と電気的に接続されている請求項7に記載のロボット。
- 前記第1の回動軸と前記第2の回動軸とは、直交している請求項2ないし8のいずれかに記載のロボット。
- 前記コネクターハウジングは、筒体で構成されており、該筒体の両端側にそれぞれ前記パッキンが設置されている請求項2ないし9のいずれかに記載のロボット。
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