JP2015212000A - ロボット及びロボットの調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリブレーションによる位置精度の向上を図ることができるロボットを提供する。
【解決手段】基台２と、基台２に第１の接続部３を介して回動可能に設けられた第１のアーム４と、第１のアーム４に第２の接続部５を介して回動可能に設けられた第２のアーム６と、第２のアーム６に設けられ、重力方向に移動可能な可動軸部７と、を備え、可動軸部７は、軸部材と、軸部材を軸線方向に移動可能に支持する軸受部材と、軸部材の重力方向に対する角度を変更する変更部材と、を有し、変更部材は、軸受部材を保持する保持部と、第２のアームの第１の面に対して締結具により固定される固定部と、を含み、固定部は、３つ以上の第１の貫通孔を有し、且つ、第１の貫通孔の孔径が前記締結具の軸径よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット及びロボットの調整方法に関する。

産業用ロボットとしては、例えば、水平多関節ロボット（スカラロボット）や垂直多関節ロボットなどのロボットアームを備えたものが従来から広く用いられている。このような産業用ロボットの中で、例えば、天面から吊り下げられた天吊り型スカラロボットが開発されている。

天吊り型スカラロボットは、天面側に固定される基台と、基台に第１の接続部を介して回動可能に設けられた第１のアームと、第１のアームに第２の接続部を介して回動可能に設けられた第２のアームと、第２のアームに設けられ、重力方向に移動可能な可動軸部とを備えている。

ところで、上述した天吊り型スカラロボットでは、出荷前（主にロボットの組立て時）にキャリブレーション（校正）と呼ばれる各部の基準位置調整が行われている（例えば、特許文献１を参照。）。具体的に、このキャリブレーションでは、治具等を用いて基台に設けられた基準位置（原点）に対する第１のアーム及び第２のアームの相対位置をそれぞれ合わせることで、位置精度の向上を図っている。

しかしながら、従来の天吊り型スカラロボットでは、例えば部品の加工精度や組み付け精度の変動などによって、上述したキャリブレーションによる各部の位置出し（位置決め）を行っても、最終的な可動軸部の先端（作用点）での位置精度の向上に繋がらないことがあった。

特公平６−４３０３４号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、キャリブレーションによる位置精度の向上を図ることができるロボット及びロボットの調整方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の一態様に係るロボットは、第１の部材と、第１の部材に第１の接続部を介して回動可能に設けられた第１のアームと、第１のアームに第２の接続部を介して回動可能に設けられた第２のアームと、第２のアームに設けられ、重力方向に移動可能な可動軸部と、を備え、可動軸部は、軸部材と、軸部材を軸線方向に移動可能に支持する軸受部材と、軸部材の重力方向に対する角度を変更する変更部材と、を有し、変更部材は、軸受部材を保持する保持部と、第２のアームの第１の面に対して締結具により固定される固定部と、を含み、固定部は、３つ以上の第１の貫通孔を有し、且つ、第１の貫通孔の孔径が締結具の軸径よりも大きいことを特徴とする。
この構成によれば、第１の貫通孔を貫通する締結具と第１の貫通孔との間に形成される隙間に応じた分だけ、第１の面の面内における変更部材の位置を変更できる。また、第１の面の面内における変更部材の位置を変更することによって、保持部に保持された軸受部材の第１の面の面内における位置を変更できる。これにより、軸受部材により支持された軸部材の重力方向に対する角度が変更される。

また、上記構成において、第１の面の面内における変更部材の位置を変更することによって、角度が変更される構成としてもよい。
この構成の場合、キャリブレーションによる位置精度の向上を図ることができる。

また、上記構成において、固定部は、１つ以上の第２の貫通孔を有し、且つ、第２の貫通孔の孔径が前記第１の孔部の孔径よりも小さい構成としてもよい。
この構成の場合、第２の貫通孔を貫通する締結具によって、固定部を第１の面に対して安定的に固定できる。

また、上記構成において、保持部は、軸受部材が嵌合される嵌合孔である構成としてもよい。
この構成の場合、嵌合孔に軸受部材を嵌合させることによって、保持部で軸受部材を保持できる。また、固定部を第１の面に固定した後でも、嵌合孔に対して軸受部材が着脱可能となる。

また、上記構成において、第１の面には、軸受部材が遊嵌される遊嵌孔が設けられている構成としてもよい。
この構成の場合、第１の面の面内における変更部材の位置を変更したときに、保持部に保持された軸受部材の位置を遊嵌孔の内側で変更できる。

また、上記構成において、第１の部材及び可動軸部には、位置決め基準部が設けられている構成としてもよい。
この構成の場合、第１の部材側の位置決め基準部と可動軸部側の位置決め基準部との相対位置を基準にして、第１の面の面内における変更部材の位置を変更しながら、軸部材の重力方向に対する角度を変更できる。

本発明の一態様に係るロボットの調整方法は、前記何れかのロボットにおいて、第１の部材と可動軸部との相対位置を基準にして、第１の面の面内における変更部材の位置を変更しながら、角度を変更するステップを含むことを特徴とする。
この方法によれば、キャリブレーションによる位置精度の向上を図ることができる。

また、上記方法において、固定部を締結具で仮止めした状態で、角度を変更した後に、締結具を本締めすることによって、固定部を第１の面に対して固定してもよい。
この方法の場合、軸部材の重力方向に対する角度を容易に変更できる。

また、上記方法において、角度を変更するステップの前に、第１の部材と第１のアームとの相対位置を基準にして、第１のアームの位置を変更するステップを含んでいてもよい。
この方法の場合、キャリブレーションによる位置精度の更なる向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る天吊り型スカラロボットの概略構成を示す側面図である。 図１に示す天吊り型スカラロボットの要部を拡大した断面斜視図である。 図１に示す天吊り型スカラロボットの要部を拡大した平面図である。 図３中に示す線分Ａ−Ａによる断面図である。 図１に示す天吊り型スカラロボットが備える変更部材の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施できる。また、以下の説明で用いる図面では、各構成要素を見やすくするため、構成要素を模式的に示している場合があり、構成要素によっては寸法の縮尺を異ならせて示すこともある。

（ロボット）
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１に示す天吊り型スカラロボット１について説明する。なお、図１は、天吊り型スカラロボット１の概略構成を示す側面図である。また、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。具体的には、図１中における紙面の左右方向をＸ軸方向とし、図１中における紙面と直交する方向をＹ軸方向とし、図１中における紙面の上下方向をＺ軸方向とする。また、Ｚ軸方向は、重力方向と一致するものとする。

天吊り型スカラロボット１は、図１に示すように、天面Ｃ側に固定される基台２と、基台２に第１の接続部３を介して水平方向に回動可能に設けられた第１のアーム４と、第１のアーム４に第２の接続部５を介して水平方向に回動可能に設けられた第２のアーム６と、第２のアーム６に設けられ、重力方向に移動可能な可動軸部７とを備えている。

第１の接続部３は、基台２に対してその下にある第１のアーム４をＺ軸の軸回り方向に回動可能に支持している。第１のアーム４は、第１の接続部３から水平方向に延長されている。第２の接続部５は、第１のアーム４に対してその下にある第２のアーム６をＺ軸の軸回り方向に回転可能に支持している。また、第２の接続部５は、可動軸部７が最上位置にあるときの第１のアーム４との接触を防ぐため、第１のアーム４と第２のアーム６との間で、可動軸部７の重力方向における移動可能範囲（以下、ストローク量という。）に応じた長さを有している。第２のアーム６は、第２の接続部５から水平方向に延長されている。

可動軸部７は、第２のアーム６の先端側に設けられている。また、可動軸部７は、重力方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されると共に、Ｚ軸の軸回り方向に回転可能に支持されている。可動軸部７の先端には、例えば、ロボットハンドや、アクチュエーター、照明、カメラ、センサー、制御部など、各種の作業に合わせたエンドエフェクター（効果器）が交換可能に取り付けられる。なお、本実施形態では、可動軸部７の先端に取り付けられたロボットハンド（図示せず。）により、トレイＴに収納されたワークＷをトレイＴの外へと取り出すといった作業を行う場合を例示している。また、可動軸部７については、少なくとも重力方向において上下に移動される構成であればよい。さらに、可動軸部７については、第２のアーム６に第３の接続部（図示せず。）を介して回動可能に設けられた構成とすることも可能である。

第１の接続部３及び第２の接続部５の回動可能範囲は、それぞれ３６０°以上である。また、第１の接続部３の回動中心と第２の接続部５の回動中心との間の距離と、第２の接続部５の回動中心と可動軸部７の軸心との間の距離とを一致させている。これにより、第１のアーム４と第２のアーム６とが平面視で重なる位置にあるときに、第１の接続部３の回動中心と可動軸部７の軸心とが同一軸線上に位置することになる。

また、天吊り型スカラロボット１は、第１の接続部３を回動させる第１の駆動部８と、第２の接続部５を回動させる第２の駆動部９と、可動軸部７を移動及び回動させる第３の駆動部１０とを備えている。第１の駆動部８は、基台２の上面側に設けられている。第２の駆動部９は、第１のアーム４の下面側に設けられている。第３の駆動部１０は、第２のアーム６の上面側に設けられている。

以上のような構成を有する天吊り型スカラロボット１では、基台２に対して第１のアーム４が水平方向に回動し、第１のアーム４に対して第２のアーム６が水平方向に回動し、第２のアーム６に対して可動軸部７が重力方向に移動することによって、トレイＴに収納されたワークＷをトレイＴの外へと取り出すといった作業を行わせることができる。

ところで、本実施形態の天吊り型スカラロボット１において、可動軸部７は、図２、図３及び図４に示すように、軸部材１１と、軸部材１１を軸線方向に移動可能に支持する軸受部材１２と、軸部材１１の重量方向に対する角度を変更する変更部材１３とを有している。なお、図２は、天吊り型スカラロボット１の要部を拡大した断面斜視図である。また、図３は、天吊り型スカラロボット１の要部を拡大した平面図である。図４は、図３中に示す線分Ａ−Ａによる断面図である。

軸部材１１は、ストローク量に応じた長さを有する中空円筒状のシャフトからなる。また、軸部材１１の先端側には、上述したエンドエフェクターが着脱可能な構造となっている。

軸受部材１２は、第３の駆動部１０の一部を構成する上下一対のボールねじスプラインのうち、下部側のボールねじスプラインに対応する。軸受部材１２は、その中心部に挿通された軸部材１１を軸線方向に移動可能に支持している。また、軸受部材１２は、第２のアーム６に変更部材１３を介して取り付けられている。

変更部材１３は、軸受部材１２を保持する保持部１４と、第２のアーム６の第１の面６ａに対して締結具１５により固定される固定部１６とを有している。具体的に、この変更部材１３は、図５に示すようなリング状の金属製プレートからなる。なお、図５は、変更部材１３の構成を示す斜視図である。

変更部材１３は、図２〜図５に示すように、第２のアーム６の内側の下面（第１の面）６ａの面上に配置されている。保持部１４は、この変更部材１３の中央部に形成された円形状の嵌合孔１４ａである。軸受部材１２は、この嵌合孔１４ａの内側に着脱可能に嵌合されている。また、第１の面６ａには、嵌合孔１４ａよりの径の大きい円形状の遊嵌孔６ｂが設けられている。軸受部材１２は、この遊嵌孔６ｂの内側に遊嵌（隙間を有して嵌合された状態を言う。）されている。

締結具１５は、例えばネジ止めやボルト止めなどによって変更部材１３の固定部１６を第２のアーム６の第１の面６ａに固定する。本実施形態では、締結具１５として、第１の面６ａに形成された雌ネジ部１５ａに雄ネジ部１５ｂを螺合する構成となっている。また、締結具１５としては、第１の面６ａに取り付けられたボルトにナットを螺合する構成であってもよい。

固定部１６は、少なくとも３つ以上（本実施形態では４つ。）の第１の貫通孔１７と、少なくとも１つ以上（本実施形態では３つ。）の第２の貫通孔１８とを有している。これら第１の貫通孔１７及び第２の貫通孔１８は、変更部材１３の嵌合孔１４ａの周囲を囲む位置に設けられている。第１の貫通孔１７は、雄ネジ部１５ｂの軸径よりも大きい孔径を有している。第２の貫通孔１８は、第１の貫通孔１７の孔径よりも小さい孔径を有している。

変更部材１３は、第１の貫通孔１７及び第２の貫通孔１８を貫通する各雄ネジ部１５ｂをそれぞれの雌ネジ部１５ａに螺合することによって、第２のアーム６の第１の面６ａに固定されている。

基台２及び可動軸部７には、図１に示すように、位置決め基準部２ａ，７ａが設けられている。位置決め基準部２ａ，７ａは、後述する基準位置調整（キャリブレーション）を行う際の基準位置となるものである。位置決め基準部２ａは、基台２の下面に設けられている。位置決め基準部７ａは、可動軸部７（軸部材１１）の先端側の側面に設けられている。位置決め基準部２ａ，７ａは、例えばキャリブレーション用の治具（図示せず。）の先端が係合される凹部からなる。なお、位置決め基準部２ａ，７ａとしては、それぞれの基準位置を示すものであればよく、それ以外にも、例えば目盛りや目印、マーク等を挙げることができる。

（ロボットの調整方法）
次に、上記天吊り型スカラロボット１の基準位置調整（キャリブレーション）方法について説明する。

本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、図１〜図４に示すように、基台２側の位置決め基準部２ａと可動軸部７側の位置決め基準部７ａとの相対位置を基準にして、第１の面６ａの面内における変更部材１３の位置を変更しながら、軸部材１１の重力方向に対する角度を変更する。

具体的に、この天吊り型スカラロボット１では、第１の貫通孔１７を貫通する雄ネジ部１５ｂと第１の貫通孔１７との間に形成される隙間に応じた分だけ、第１の面６ａの面内における変更部材１３の位置を変更できる。また、第１の面６ａの面内における変更部材１３の位置を変更することによって、保持部１４に保持された軸受部材１２の第１の面６ａの面内における位置を変更できる。このとき、軸受部材１２は、遊嵌孔６ｂの内側で変更できる。これにより、上述した上下一対のボールねじスプラインのうち、下部側のボールねじスプラインの位置を変更することで、軸受部材１２により支持された軸部材１１の重力方向に対する角度が変更される。

また、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、第１の貫通孔１７を貫通する雄ネジ部１５ｂを雌ネジ部１５ａに仮止めした状態で、第１の面６ａの面内における変更部材１３の位置を変更することにより、軸部材１１の重力方向に対する角度を容易に変更できる。そして、変更後に、雄ネジ部１５ｂを雌ネジ部１５ａに本締めする。さらに、第２の貫通孔１８を貫通する雄ネジ部１５ｂを雌ネジ部１５ａに螺合する。これにより、変更部材１３の固定部１６を第２のアーム６の第１の面６ａに対して安定的に固定できる。

以上のようにして、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、上述したキャリブレーションによる位置精度の向上を図ることが可能である。すなわち、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、基台２に設けられた位置決め基準部２ａと、可動軸部７の先端に設けられた位置決め基準部７ａとの間でのキャリブレーションによる位置精度の向上を図ることで、従来のような部品の加工精度や組み付け精度の変動などによる影響を吸収しつつ、最終的な可動軸部７の先端（作用点）での位置精度の向上を図ることが可能である。

また、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、上述したキャリブレーション後に、嵌合孔１４ａの内側に嵌合された軸受部材１２が着脱可能となっている。この場合、メンテナンス等により軸受部材１２を交換した後に、上述したキャリブレーションを行わなくても、可動軸部７の位置精度を保つことが可能である。

また、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、キャリブレーションとして、上述した軸部材１１の重力方向に対する角度を変更する前に、基台２と第１のアーム４との相対位置を基準にして、第１のアーム４の位置変更を行ってもよい。この場合、上述したキャリブレーションによる位置精度の更なる向上を図ることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、天吊り型スカラロボット１を用いて、トレイＴに収納されたワークＷをトレイＴの外へと取り出すといった作業を行う場合を例示したが、このような作業に限らず、天吊り型スカラロボット１を用いて様々な作業を行わせることが可能である。また、複数の天吊り型スカラロボット１を組み合わせたロボットシステムを構成することも可能である。

また、本発明は、上述した天吊り型スカラロボット１のように、天面Ｃから吊り下げられた状態で使用されるものに必ずしも限定されるものではなく、場合によっては、作業台が設置される設置面側に基台２を固定したスカラロボット（上記天吊り型スカラロボット１をひっくり返した状態で使用する形態）や、作業台が設置される設置面に対して垂直な側面に基台を固定したスカラロボット（上記天吊り型スカラロボット１を横向きとした状態で使用する形態）とすることも可能である。

また、本発明は、上述したスカラロボットの構造に必ずしも限定されるものではなく、種々のロボット構造を採用することが可能である。例えば、上記基台２のような地面やテーブル、壁、天井といった固定面に固定される第１の部材（固定部材）の代わりに、アームのような移動可能な第１の部材（可動部材）を採用することで、アームの数を更に増やした構造とすることも可能である。

１…天吊り型スカラロボット ２…基台（第１の部材） ３…第１の接続部 ４…第１のアーム ５…第２の接続部 ６…第２のアーム ６ａ…第１の面 ６ｂ…遊嵌孔 ７…可動軸部 ８…第１の駆動部 ９…第２の駆動部 １０…第３の駆動部 １１…軸部材 １２…軸受部材 １３…変更部材 １４…保持部 １４ａ…嵌合孔 １５…締結具 １５ａ…雌ネジ部 １５ｂ…雄ネジ部 １６…固定部 １７…第１の貫通孔 １８…第２の貫通孔

Claims (9)

1. 第１の部材と、
   前記第１の部材に第１の接続部を介して回動可能に設けられた第１のアームと、
   前記第１のアームに第２の接続部を介して回動可能に設けられた第２のアームと、
   前記第２のアームに設けられ、前記重力方向に移動可能な可動軸部と、を備え、
   前記可動軸部は、軸部材と、前記軸部材を軸線方向に移動可能に支持する軸受部材と、前記軸部材の重力方向に対する角度を変更する変更部材と、を有し、
   前記変更部材は、前記軸受部材を保持する保持部と、前記第２のアームの第１の面に対して締結具により固定される固定部と、を含み、
   前記固定部は、３つ以上の第１の貫通孔を有し、且つ、前記第１の貫通孔の孔径が前記締結具の軸径よりも大きいことを特徴とするロボット。
2. 前記第１の面の面内における前記変更部材の位置を変更することによって、前記角度が変更されることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 前記固定部は、１つ以上の第２の貫通孔を有し、且つ、前記第２の貫通孔の孔径が前記第１の孔部の孔径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記保持部は、前記軸受部材が嵌合される嵌合孔であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のロボット。
5. 前記第１の面には、前記軸受部材が遊嵌される遊嵌孔が設けられていることを特徴とする１〜４の何れか一項に記載のロボット。
6. 前記第１の部材及び前記可動軸部には、位置決め基準部が設けられていることを特徴とする１〜５の何れか一項に記載のロボット。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のロボットの調整方法であって、
   前記第１の部材と前記可動軸部との相対位置を基準にして、前記第１の面の面内における前記変更部材の位置を変更しながら、前記角度を変更するステップを含むことを特徴とするロボットの調整方法。
8. 前記固定部を前記締結具で仮止めした状態で、前記角度を変更した後に、前記締結具を本締めすることによって、前記固定部を前記第１の面に対して固定することを特徴とする請求項７に記載のロボットの調整方法。
9. 前記角度を変更するステップの前に、前記第１の部材と前記第１のアームとの相対位置を基準にして、前記第１のアームの位置を変更するステップを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載のロボットの調整方法。

Images