JP4590322B2 - Articulated robot - Google Patents
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Description
本発明は、先端に支持するチャック部を所定の方向に移動させる複数のアーム部を連結したアーム機構を備える多関節ロボットに関する。 The present invention relates to an articulated robot including an arm mechanism in which a plurality of arm portions that move a chuck portion supported at a tip in a predetermined direction are connected.
一般に、先端に支持するチャック部を所定の方向に移動させる複数のアーム部を連結したアーム機構を備える多関節ロボット(産業ロボット)は知られている。 In general, an articulated robot (industrial robot) including an arm mechanism in which a plurality of arm portions that move a chuck portion supported at the tip in a predetermined direction is connected is known.
例えば、実開平5−51544号公報には、連結軸により相対的回転を自由にして連結された一対の第1アーム及び第2アームとモータを含み、第1アームの基端にモータの出力軸を固着し、第2アームの先端に加工物把持手段を取り付け、連結軸と出力軸とを回転伝達機構を介して連結するとともに、第2アームの基端を連結軸に固着し、これにより、アームを旋回させることなく折り畳む構造とすることによって、アームとタレット等との干渉を解消するようにした工作機械への加工物装填装置(多関節ロボット)が開示されている。
しかし、上述した従来の多関節ロボット(工作機械への加工物装填装置)は、次のような問題点があった。 However, the above-described conventional articulated robot (workpiece loading device to a machine tool) has the following problems.
第一に、アームは連結軸を介して連結するため、特許文献1のように加工物把持手段がX軸方向に移動する場合、アームの連結軸がZ軸方向に大きく変位し、Z軸方向に連結軸の変位を許容するための空間を確保する必要がある。したがって、他の用途においてZ軸方向にアームの変位を許容する空間を確保できない場合には用途が制限されるなど、汎用性に難がある。
First, since the arms are connected via a connecting shaft, when the workpiece gripping means moves in the X-axis direction as in
第二に、基端からアームを片持ち状に支持するため、アームを伸張させて加工物把持手段を基端から離間位置に移動させた場合、基端に対して相当の荷重が付加されることになり、基端側の機械的強度を確保する必要がある。したがって、特許文献1のように基端をボールねじ機構により支持する場合には、ボールねじ機構に機械的強度が要求され、コストアップや大型化を招く原因となるとともに、円滑な動作を損なう虞れがある。
Second, in order to support the arm in a cantilevered manner from the base end, when the arm is extended and the workpiece gripping means is moved from the base end to the separated position, a considerable load is applied to the base end. Therefore, it is necessary to ensure the mechanical strength on the base end side. Therefore, when the base end is supported by the ball screw mechanism as in
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した多関節ロボットの提供を目的とするものである。 An object of the present invention is to provide an articulated robot that solves such problems in the background art.
本発明は、上述した課題を解決するため、先端に支持するチャック部2を所定の方向に移動させる複数のアーム部3,4を連結したアーム機構5を備える多関節ロボット1を構成するに際して、位置が固定されるベース部6と、このベース部6を支点として旋回アーム7の一端7s側を水平方向に回転させる水平回転機構8と、この旋回アーム7の他端7t側から起立し、かつ支持部9をZ軸方向へ移動させるZ軸移動機構10であって、Z軸方向に配したガイドレール23,このガイドレール23にスライド自在に装填し、かつ支持部9を一体に有するスライダ24,このスライダ24をZ軸方向に移動させるボールねじ機構25,ボールねじ機構25を回転駆動するモータ部26を有するZ軸移動駆動部27,スライダ24に設けたY軸方向の支軸部28s,28sにより回動自在に支持される被支持ローラ28,28,及びこの被支持ローラ28,28をガイドし、かつ、当該被支持ローラ28,28を支持部9側から支持することでスライダ24に付加される荷重を支持する位置に配した第二ガイドレール29,29を備えたZ軸移動機構10と、前アーム部3と後アーム部4を回動軸部11を介して連結したアーム機構5を有し、このアーム機構5の後端5r側を、支持部9に対して、回動軸部11がZ軸方向に変位する第一位置Xa又は回動軸部11がY軸方向に変位する第二位置Xbで選択的に装着可能な着脱部12として構成し、アーム機構5を当該着脱部12を介して支持部9に装着するとともに、アーム機構5の後端5r側を回転させることにより、アーム機構5の先端5fに支持するチャック部2をX軸方向に移動させるX軸移動機構13を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the present invention provides an articulated
この場合、発明の好適な態様により、水平回転機構8は、旋回アーム7の一端7s側を回転駆動するモータ部21を有する水平回転駆動部22を備えて構成できる。また、X軸移動機構13は、アーム機構5の後端5r側を回転駆動するモータ部30を有するX軸移動駆動部31と、少なくともアーム機構5の内部に内蔵するプーリ32,33,34,35及び無端ベルト36,37を利用することによりチャック部2の移動をX軸方向に規制する回転伝達機構38を備えて構成できる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the
このような構成を有する本発明に係る多関節ロボット1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the articulated
(1) アーム機構5の後端5r側を、装着位置の変更可能な着脱部12を介して支持部9に装着できるようにしたため、各種用途において、アーム機構5における回動軸部11の変位を許容する空間を容易に確保できるなど、各種用途に臨機応変に適応することができ、汎用性を高めることができる。
(1) Since the
(2) 着脱部12は、支持部9に対して、回動軸部11がZ軸方向に変位する第一位置Xa又は回動軸部11がY軸方向に変位する第二位置Xbに選択的に装着可能に構成したため、装着位置の変更や位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
(2) The
(3) Z軸移動機構10は、Z軸方向に配したガイドレール23,このガイドレール23にスライド自在に装填し、かつ支持部9を一体に有するスライダ24,このスライダ24をZ軸方向に移動させるボールねじ機構25,ボールねじ機構25を回転駆動するモータ部26を有するZ軸移動駆動部27,スライダ24に設けたY軸方向の支軸部28s,28sにより回動自在に支持される被支持ローラ28,28,及びこの被支持ローラ28,28をガイドし、かつスライダ24に付加される荷重を支持する位置に配した第二ガイドレール29,29を備えて構成したため、比較的簡易な構成によりZ軸移動駆動部27における機械的強度を確保することができ、コストアップや大型化を招く弊害を回避できるとともに、常に円滑かつ安定したな動作を確保できる。
(3) The Z-
(4) 好適な態様により、X軸移動機構13を、アーム機構5の後端5r側を回転駆動するモータ部30を有するX軸移動駆動部31と、少なくともアーム機構5の内部に内蔵するプーリ32,33,34,35及び無端ベルト36,37を利用することによりチャック部2の移動をX軸方向に規制する回転伝達機構38を備えて構成すれば、アーム機構5の先端5fに支持するチャック部2をX軸方向へ確実に移動させることができる。
(4) According to a preferred embodiment, the
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る多関節ロボット1の構成について、図1〜図7を参照して説明する。
First, the configuration of the articulated
図1中、6はベース部を示す。このベース部6は、所定の設置場所Fに取付けられ、位置が固定される。また、このベース部6を支点として旋回アーム7の一端7s側を回転させる水平回転機構8を備える。この水平回転機構8は、図4に示すように、旋回アーム7の一端7s側を回転駆動するモータ部21を有する水平回転駆動部22を備える。この場合、モータ部21はサーボモータを使用し、ベース部6の内部に配設する。モータ部21の回転シャフトは、遊星ギア機構を利用した減速ギア機構41の入力軸に接続(結合)するとともに、減速ギア機構41の出力軸は、旋回アーム7の一端7s側に接続(結合)する。
In FIG. 1, 6 shows a base part. The
一方、旋回アーム7の他端7t側から起立し、かつ支持部9をZ軸方向へ移動させるZ軸移動機構10を備える。この場合、回転支点となる減速ギア機構41の出力軸と旋回するZ軸移動機構10間は、旋回アーム7を介してオフセットした位置に配される。したがって、このオフセット量を適宜設定することにより、旋回アーム7の一端7s側を支点とした前後方向におけるZ軸移動機構10と後述するX軸移動機構13の全体の重量バランスを最適な状態に設定することができ、全体の機械的強度を容易に確保することができるとともに、コストアップや大型化を招く弊害を回避でき、しかも、常に円滑かつ安定したな動作を確保できる。
On the other hand, a Z-
Z軸移動機構10は、旋回アーム7の他端7t側から起立したハウジング42を備える。ハウジング42は、図5に示すように、断面平面視をチャンネル形(コの字形)に形成し、このハウジング42の内部にボールねじ機構25を配設する。ボールねじ機構25は、ボールスクリュ45sと、このボールスクリュ45sに装填したボールナット45nを有し、このボールナット45nにスライダ24を一体に設ける。これにより、スライダ24はボールねじ機構25によりZ軸方向に移動する。また、ハウジング42の上端には、ボールねじ機構25を回転駆動するモータ部26を有するZ軸移動駆動部27を配設する。この場合、モータ部26はサーボモータを使用し、ハウジング42の上端面に取付ける。モータ部26の回転シャフトは、カップリング機構43の入力側に接続(結合)するとともに、カップリング機構43の出力側は、ボールねじ機構25におけるボールスクリュ45sの上端に接続(結合)する。他方、旋回アーム7の内部には、電磁ブレーキ44を配設し、ボールスクリュ45sの下端に接続(結合)する。
The Z-
さらに、ハウジング42の後内面(チャンネル口の対向面)には、ガイドレール23をZ軸方向に取付け、このガイドレール23には、スライダ24の後面側をスライド自在に装填する。この場合、ガイドレール23とスライダ24の装填は、円滑にスライドするように係合させれば足りる。一方、スライダ24の左右(図5中、上下)には、Y軸方向の支軸部28s,28sを設け、この支軸部28s,28sにより被支持ローラ28,28を回動自在に支持する。なお、被支持ローラ28,28は、金属等で形成した硬質ローラである。また、ハウジング42のチャンネル口付近の内面には、この被支持ローラ28,28をガイドする第二ガイドレール29,29をZ軸方向にそれぞれ取付ける。この場合、スライダ24の前側には、後述する支持部9を一体に有し、この支持部9によりX軸移動機構13をいわば片持状に支持するため、スライダ24には、このスライダ24を支点としたかなりのモーメント(荷重)が付加されることになる。したがって、第二ガイドレール29,29は、被支持ローラ28,28を介してスライダ24に付加される荷重を支持する機能を有する。
Further, a
このように、Z軸移動機構10は、Z軸方向に配したガイドレール23と、このガイドレール23にスライド自在に装填し、かつ支持部9を一体に有するスライダ24と、このスライダ24をZ軸方向に移動させるボールねじ機構25と、ボールねじ機構25を回転駆動するモータ部26を有するZ軸移動駆動部27を備えることに加え、スライダ24に設けたY軸方向の支軸部28s,28sにより回動自在に支持される被支持ローラ28,28と、この被支持ローラ28,28をガイドし、かつスライダ24に付加される荷重を支持する位置に配した第二ガイドレール29,29を備えるため、比較的簡易な構成によりZ軸移動駆動部27における機械的強度を確保することができ、コストアップや大型化を招く弊害を回避できるとともに、常に円滑かつ安定したな動作を確保できる。
As described above, the Z-
他方、支持部9によりX軸移動機構13を支持する。X軸移動機構13は、前アーム部3と後アーム部4を回動軸部11を介して連結したアーム機構5を備え、このアーム機構5の後端5r側を、装着位置の変更可能な着脱部12を介して支持部9に装着することができる。着脱部12は、支持部9に対して、回動軸部11がZ軸方向に変位する第一位置Xa、又は回動軸部11がY軸方向に変位する第二位置Xbに選択的に装着可能に構成する。
On the other hand, the
支持部9及び着脱部12の構成を図7に示す。支持部9は、一定の厚さを有する正方形のブロック状に形成し、スライダ24の前面にネジ止め等により固定する。また、上下面及び左右面の四面には、それぞれ三つのネジ孔51a,51b,51cを等間隔に設ける。一方、着脱部12は、矩形のベースプレート部52と、このベースプレート部52の相対向する二辺部から直角に突出した一対の取付プレート部53p,53qを一体に有し、各取付プレート部53p,53qには、ネジ孔51a,51b,51cに対応するネジ挿通孔54a,54b,54cを設ける。これにより、着脱部12を支持部9に装着する際は、一対の取付プレート部53p,53q間に支持部9を嵌め入れ、別途用意した固定ネジ55…(図5参照)をネジ挿通孔54a…に通した後、ネジ孔51a…にそれぞれ螺着すればよく、着脱部12は、支持部9に対して位置決めして取付(装着)できる。このように、着脱部12は、支持部9に対して、回動軸部11がZ軸方向に変位する第一位置Xa、又は回動軸部11がY軸方向に変位する第二位置Xbに選択的に装着可能となるため、装着位置の変更や位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
The structure of the
一方、X軸移動機構13は、アーム機構5の後端5r側を回転させることにより、アーム機構5の先端5fに支持するチャック部2をX軸方向に移動させる機能を備え、主要構成として、アーム機構5の後端5r側を回転駆動するモータ部30を有するX軸移動駆動部31と、少なくともアーム機構5の内部に内蔵するプーリ32,33,34,35及び無端ベルト36,37を利用することによりチャック部2の移動をX軸方向に規制する回転伝達機構38を備える。
On the other hand, the
この場合、図1に示すように、ベースプレート部52の前面には、対峙した一対の支持プレート部61m,61nを取付け、一方の支持プレート部61mによりモータ部30を支持する。モータ部30はサーボモータを使用し、モータ部30の回転シャフトは、遊星ギア機構を利用した減速ギア機構62の入力軸に接続(結合)するとともに、減速ギア機構62の出力軸は、後アーム部4の後端側の側面に接続(結合)する。また、図4に示すように、他方の支持プレート部61nには、減速ギア機構62の出力軸に対して同軸上に配した平歯車63を固定して取付けるとともに、後アーム部4の内部には、平歯車63に噛合する平歯車64を回動自在に配設する。そして、平歯車64には、同軸上に配したプーリ32を一体に固定するとともに、回動軸部11にはプーリ33を回動自在に設け、このプーリ33とプーリ32間にタイミングベルトを用いた無端ベルト36を架け渡す。なお、65は無端ベルト36の撓みを防止する補助ローラである。
In this case, as shown in FIG. 1, a pair of opposing
さらに、プーリ33は、遊星ギア機構を利用した減速ギア機構66を介してプーリ34に接続(結合)する。したがって、プーリ33及びプーリ34は、回動軸部11に対して同軸上に配されるも、回動軸部11に対しては独立して回動する。また、前アーム部3の前端側にはプーリ35を回動自在に設け、このプーリ35とプーリ34間にタイミングベルトを用いた無端ベルト37を架け渡す。なお、66は無端ベルト37の撓みを防止する補助ローラである。そして、プーリ35は一体の支軸部67を有し、この支軸部67によりチャック部2を支持する。
Furthermore, the
この場合、平歯車63と64の歯数比、プーリ32と33の径比率、プーリ33と34の径比率、プーリ34と35の径比率、減速ギア機構66の減速比を適宜設定することにより、チャック部2の移動をX軸方向に規制することができる。即ち、アーム機構5の後端5r側を、X軸移動駆動部31により回転させた際に、アーム機構5の先端5fに支持するチャック部2をX軸方向に移動させるX軸移動機構13を構成することができる。また、このX軸移動駆動部31の機能により、チャック部2は、X軸方向に移動した場合であっても、その姿勢(角度)は維持されるため、X軸方向に平行移動する。
In this case, by appropriately setting the gear ratio of the spur gears 63 and 64, the diameter ratio of the
なお、チャック部2は、狭義には製品等を着脱する機能を意味するが、例示のチャック部2には、塗装を行うための吹付ノズルやネジ締めを行う電動アクチュエータ等の各種機能が含まれる。したがって、チャック部2には、多関節ロボット1の作用端部として機能するモータ等の各種アクチュエータや機構部等を備えている。
The
このように、X軸移動機構13は、アーム機構5の後端5r側を回転駆動するモータ部30を有するX軸移動駆動部31と、少なくともアーム機構5の内部に内蔵するプーリ32,33,34,35及び無端ベルト36,37を利用することによりチャック部2の移動をX軸方向に規制する回転伝達機構38を備えるため、アーム機構5の先端5fに支持するチャック部2をX軸方向へ確実に移動させることができる。その他、図面において、71は、各種ケーブルを収容したケーブルカバーを示す。
As described above, the
次に、本実施形態に係る多関節ロボット1の機能及び動作について、図1〜図7を参照して説明する。
Next, functions and operations of the articulated
まず、多関節ロボット1は、着脱部12を、支持部9に対して、回動軸部11がZ軸方向に変位する第一位置Xa、又は回動軸部11がY軸方向に変位する第二位置Xbに選択的に装着できるため、多関節ロボット1の設置場所等の状況に対応して、装着位置を選択することができる。
First, the articulated
図7において、図面下側に描いた着脱部12は、第一位置Xaに装着する状態を示している。この場合、取付プレート53p,53qは左右に位置する。したがって、この状態で、図中、矢印Da方向から支持部9に装着するとともに、六本の固定ネジ55…(図5参照)を用意し、各固定ネジ55…を、各取付プレート53p,53qに設けたネジ挿通孔54a,54b,54c…に通した後、支持部9に設けた各ネジ孔51a,51b,51c…に螺着(ネジ止め)すれば、第一位置Xaに装着することができる。
In FIG. 7, the attaching / detaching
第一位置Xaに装着した場合、X軸移動機構13の回動軸部11は、Z軸方向に変位する。図2及び図3は、第一位置Xaに装着した場合を示している。なお、図1では仮想線で示すX軸移動機構13が第一位置Xaに装着した場合となる。第一位置Xaを選択した場合には、回動軸部11がZ軸方向に変位するため、多関節ロボット1のY軸方向に、アーム機構5の変位に邪魔となる物体が存在するなど、アーム機構5の変位がY軸方向において制限される場合に有効となり、また、回動軸部11等の軸部がY軸方向に位置するため、比較的重い製品等を扱う場合に有利となる。
When mounted at the first position Xa, the
一方、図7において、図面上側に描いた着脱部12は、第二位置Xbに装着する状態を示している。この場合、第一位置Xaに対して90〔°〕回転した状態となり、取付プレート53p,53qは上下に位置する。したがって、この状態で、図中、矢印Db方向から支持部9に装着するとともに、用意した六本の固定ネジ55…を、各取付プレート53p,53qに設けたネジ挿通孔54a,54b,54c…に通した後、支持部9に設けた各ネジ孔51a,51b,51c…に螺着(ネジ止め)すれば、第二位置Xbに装着することができる。
On the other hand, in FIG. 7, the attaching / detaching
第二位置Xbに装着した場合、X軸移動機構13の回動軸部11は、Y軸方向に変位する。図1に実線で示すX軸移動機構13が第二位置Xbに装着した場合となる。第二位置Xbを選択した場合には、回動軸部11がY軸方向に変位するため、多関節ロボット1のZ軸方向に、アーム機構5の変位に邪魔となる物体が存在するなど、アーム機構5の変位がZ軸方向において制限される場合に有効になる。しかし、回動軸部11等の軸部がZ軸方向に位置することになるため、比較的重い製品等を扱う場合には不利となり、比較的軽い製品(半導体ウェーハ等)を扱う場合に適用することができる。
When mounted at the second position Xb, the
他方、多関節ロボット1は、モータ部21を作動制御することにより、モータ部21が正逆回転し、この回転は減速ギア機構41により減速されて旋回アーム7に伝達される。これにより、旋回アーム7が旋回するため、旋回アーム7の他端7t側に支持されるZ軸移動機構10は、旋回アーム7の一端7s側を支点に回転し、X軸移動機構13(アーム機構5)の先端5fに支持するチャック部2を、旋回アーム7の一端7s側を支点に水平方向へ回転させることができる。
On the other hand, the articulated
また、モータ部26を作動制御することにより、モータ部26が正逆回転し、この回転はカップリング機構43を介してボールねじ機構25に伝達される。これにより、ボールスクリュ45sが回転するため、ボールナット45n及びこのボールナット45nと一体のスライダ24をZ軸方向へ移動させることができる。この際、スライダ24は、ガイドレール23に沿ってスライド移動するとともに、スライダ24に設けた一対の被支持ローラ28,28は第二ガイドレール29,29に沿って転動する。したがって、スライダ24に付加される荷重は、第二ガイドレール29,29により受けることができる。
Further, by controlling the operation of the
さらに、モータ部30を作動制御することにより、モータ部30が正逆回転し、この回転は減速ギア機構62により減速されてアーム機構5に伝達される。これにより、アーム機構5の後端5r側が回転する。この際、平歯車64は、固定された平歯車63に沿って周回(旋回)するとともに、この平歯車64の回転は、プーリ32の回転となるため、このプーリ32の回転は、無端ベルト36を介してプーリ33に伝達される。プーリ33の回転は、減速ギア機構66により減速されてプーリ34に伝達されるとともに、このプーリ34の回転は、無端ベルト37を介してプーリ35に伝達される。
Furthermore, by controlling the operation of the
この場合、前述したように、平歯車63と64の歯数比、プーリ32と33の径比率、プーリ33と34の径比率、プーリ34と35の径比率、減速ギア機構66の減速比が適宜設定されることにより、チャック部2の移動がX軸方向に規制されるため、アーム機構5の後端5r側を回転させることにより、アーム機構5の先端5fに支持するチャック部2をX軸方向(図4中、一点鎖線で示すX線)に移動させることができるとともに、チャック部2はX軸方向に平行移動するようにチャック部2の姿勢(角度)を一定に維持することができる。
In this case, as described above, the gear ratio between the spur gears 63 and 64, the diameter ratio between the
よって、このような本実施形態に係る多関節ロボット1によれば、アーム機構5の後端5r側を、装着位置の変更可能な着脱部12を介して支持部9に装着できるようにしたため、各種用途において、アーム機構5における回動軸部11の変位を許容する空間を容易に確保できるなど、各種用途に臨機応変に適応することができ、汎用性を高めることができる。
Therefore, according to the articulated
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。 Although the best embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and the scope of the present invention is not deviated from the gist of the present invention in the detailed configuration, shape, material, quantity, and the like. It can be changed, added, or deleted arbitrarily.
例えば、着脱部12は、支持部9に対して、回動軸部11がZ軸方向に変位する第一位置Xa、又は回動軸部11がY軸方向に変位する第二位置Xbに選択的に装着可能に構成した場合を例示したが、支持部9及びこの支持部9に装着する着脱部12の形状を任意の多角形或いは円形にすることにより、三つ以上の装着位置或いは任意の装着位置に変更することができる。したがって、着脱部12とは、必ずしも支持部9から離脱可能にするという意味ではなく、支持部9に着脱部12を装着した状態で回転させる場合なども含む概念である。また、例示の多関節ロボット1は、4軸タイプによる基本形態を示したが、回動軸部11にモータ部及び減速ギア機構を追加して前アーム部3を支持すれば、前アーム部3を独立して回転駆動できる5軸タイプにも容易に変更できるとともに、さらに、前アーム部3の先端にモータ部及び減速ギア機構を追加してチャック部2を支持すれば、チャック部2を独立して回転駆動できる6軸タイプにも容易に変更できるなど、各種機構を付加した変更を容易に行うことができる。
For example, the attachment /
1 多関節ロボット
2 チャック部
3 アーム部(前アーム部)
4 アーム部(後アーム部)
5 アーム機構
5f アーム機構の先端
5r アーム機構の後端
6 ベース部
7 旋回アーム
7s 旋回アームの一端
7t 旋回アームの他端
8 水平回転機構
9 支持部
10 Z軸移動機構
11 回動軸部
12 着脱部
13 X軸移動機構
21 モータ部
22 水平回転駆動部
23 ガイドレール
24 スライダ
25 ボールねじ機構
26 モータ部
27 Z軸移動駆動部
28s… 支軸部
28… 被支持ローラ
29… 第二ガイドレール
30 モータ部
31 X軸移動駆動部
32… プーリ
36… 無端ベルト
38 回転伝達機構
Xa 第一位置
Xb 第二位置
1 Articulated
4 Arm part (rear arm part)
5 Arm mechanism 5f Front end of
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