JP5272647B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ軸方向に水平に延びる直動レールに沿って移動される移動体を備えるロボットに関する。

工場設備（ライン）において組立等の作業を行うロボットとして、例えば特許文献１に開示された直角座標ロボット（ＸＹロボット）が知られている。この直角座標ロボットは、工場の床上に設置されるＸ軸直線方向搬送装置、このＸ軸直線方向搬送装置によってＸ軸方向に移動されるＹ軸直線方向搬送装置、このＹ軸直線方向搬送装置によってＹ軸方向に移動されるＺ軸直線方向搬送装置、このＺ軸直線方向搬送装置によって上下方向（Ｚ軸方向）に移動されると共に、Ｚ軸周り（Ｔ軸）に回転可能な手首部を備えて構成されている。前記手首部には、チャック等の作業用ツールが交換可能に取付けられ、もって、手首部（作業用ツール）を、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に自在に移動させながら作業を行うようになっている。
特開平８−１４１９４９号公報

ところで、上記のようなロボットが用いられている作業ラインにあっては、例えば工場内全体の見渡しを良くしてラインの動作状況を把握し易くするといった要望から、ライン容積の小型化、特に上下方向の小型化が望まれている。従って、そのようなラインに投入されるロボットについても、Ｘ軸方向がラインのワークの搬送方向に沿って設置されることが多いため、Ｘ軸以外の高さ方向（Ｚ軸方向）や幅方向（Ｙ軸方向）についての小型化、特に高さ方向の小型化が求められる。

しかしながら、上記したような、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸全てを直動軸とした一般的な直角座標ロボットでは、例えば、手首部の上下方向の可動範囲に対応したＺ軸直線方向搬送装置の高さ方向の寸法が必要となり、可動範囲を維持したままで十分な小型化を図ることができない事情がある。また、ラインの容積を小型化したとしても、タクトタイムが長くなっては意味がなく、少なくとも従来通りのタクトタイム（ロボットの移動速度）を維持することが必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、Ｘ軸方向に水平に延びる直動レールに沿って移動される移動体を備えるものにあって、必要な可動範囲及び移動速度を確保しながらも、上下方向の小型化を図ることができるロボットを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、Ｘ軸方向に水平に延びる直動レールと、この直動レールに沿ってＸ軸方向に直線移動される移動体と、この移動体に、前記直動レールの両側のうち一方の側部に位置して、基端側が前記Ｘ軸方向と直交して水平方向に延びるｒ軸を中心に回転可能に連結され、先端側が前記ｒ軸から放射方向に延び、該ｒ軸を中心に旋回される旋回アームと、この旋回アームの先端部に連結され、作業用ツールが装着可能な手首部を前記ｒ軸と平行なＹ軸方向に直線移動させるものであって、前記ｒ軸の基端側である前記直動レール側に位置する状態と、その状態から該直動レールから離れる方向であるＹ軸方向前方に移動させた伸長状態との間で移動する直動アームとを具備し、前記直動アームが伸長状態になったときに、該直動アームは前記直動レールの投影下から外れて位置されるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

これによれば、アーム先端の手首部は、移動体のＸ軸方向の直線移動によってＸ軸方向に移動され、また旋回アームがｒ軸を中心に旋回されることにより、Ｘ軸方向と直交して水平方向に延びるｒ軸を中心として縦方向に回転軌跡を描くように移動され、さらに直動アームによってＹ軸方向に移動される。この場合、水平方向に延びるｒ軸を中心に旋回する旋回アームによって、上下（Ｚ軸）方向の移動が行われるので、Ｚ軸直線方向搬送装置を用いたものと比べて、手首部のＺ軸方向の同じ可動範囲を得る場合であっても、アーム全体としてＺ軸方向の寸法が短くて済む。

また、Ｘ軸方向の移動に関しては、移動体のＸ軸方向移動の移動速度と、旋回アームの旋回移動のＸ軸方向成分とを合成した速度で移動させることも可能となる。従って、必要な移動速度を確保することができ、タクトタイムの維持或いは短縮も可能となる。さらには、ロボットの可動範囲の一部に、設備や他の装置、ワーク等の障害物が存在するような場合でも、旋回アームを上げた状態或いは下げた状態として、その障害物を回避しながら、Ｘ軸方向に移動するといった動作が可能となるので、障害物回避動作などに対する適応性の高いものとすることができる。

本発明においては、前記直動アームを、テレスコピック型の伸縮アームから構成することができる（請求項２の発明）。これによれば、手首部を、伸縮アーム自身の伸縮によってＹ軸方向に移動させるものであるから、伸縮アームを必要時にのみ延ばして、それ以外の通常時には、短縮状態としておくことができる。従って、Ｙ軸方向に関する可動範囲を確保しつつ、アームのＹ軸方向についての小型化をも図ることができる。

以下、本発明を、壁付け型（吊り型）のロボットに適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、本実施例に係るロボット１の全体の外観を示している。尚、図１（ｂ）に示すように、このロボット１は、例えば工場内に設けられた垂直な壁面Ｗに取付面（背面）側を宛がうようにして取付けられるようになっており、以下、その取付面側を背面側とし、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向として説明する。

図１及び図２に示すように、このロボット１は、左右方向（Ｘ軸方向）に水平に延びる直動レール２を備えている。その直動レール２には、移動体３がＸ軸方向にスライド移動可能に支持されていると共に、該移動体３を直動レール２に沿ってＸ軸方向に直線移動させるための図示しないボールねじ機構等の直動機構が組込まれている。前記移動体３は、直動レール２の前面及び上面に配置されるような側面ほぼＬ字状に構成されている。

前記直動レール２の左端部には、矩形箱状をなすベース４が設けられており、このベース４には、前記直動機構の駆動源となるＸ軸移動用モータ５が組込まれていると共に、外部（ロボットコントローラ）との接続のためのコネクタ等が設けられている。図１（ｂ）に示すように、ロボット１は、壁面Ｗに取付けられる際には、前記ベース４の背面が壁面Ｗに宛がわれるようになっており、その際、壁面Ｗと直動レール２との間には隙間ができるようになっている。

図１（ｃ）及び図２（ｂ）に示すように、直動レール２には、その隙間部分に位置して、該直動レール２の下端後辺部から後方に延びる底板６が取付けられている。前記ベース４と移動体３との間を接続する電気配線（及びエア配管）は、ケーブルベア（登録商標）７により屈曲可能に保持され、その底板６上（壁面Ｗと直動レール２との間の隙間部分）に配置されている。尚、図１（ａ）に示すように、前記底板６の底面側には、左右２箇所に位置して、外部とのボルト締結用の取付板８，８が設けられている。このロボット１は、壁面Ｗに取付けずに、取付板８，８を図示しない支柱（支持台）上に載置して取付けることもできる。

前記移動体３の前面側には、旋回アーム９が連結されている。この旋回アーム９は、その基端側（図１等では上端側）が、Ｘ軸方向と直交して水平方向（前後方向すなわちＹ軸方向）に延びるｒ軸を中心に回転可能に取付けられていると共に、その先端側が、ｒ軸から放射方向に延びて設けられている。図１（ｂ），（ｃ）及び図２に示すように、この旋回アーム９は、前記移動体３の上部に設けられたｒ軸用モータ１０により、ｒ軸を中心に自在に回転駆動（旋回）されるようになっている。尚、図１〜図３では、旋回アーム９の先端側を下方に向けた状態で示しており、以下の説明では、その状態を、上下等の向きを述べる際の基準とする。

前記旋回アーム９の先端部には、図３にも示すように、図示しない作業用ツール（ハンド等）が取付けられる手首部１１を、前記ｒ軸と平行なＹ軸方向に直線移動させる直動アーム１２が取付けられる。本実施例では、この直動アーム１２は、いわゆるテレスコピック型の伸縮アームから構成されている。以下、この直動アーム１２の構成について、図３を参照しながら詳述する。

この直動アーム１２は、前記旋回アーム９の先端側（図で下面側）に配置された板状をなす第１の移動部材１３と、その第１の移動部材１３の更に下面側に配置された板状をなす第２の移動部材１４とを備えている。前記第２の移動部材１４の図で下面側には筒状部１４ａが設けられ、この筒状部１４ａの前端面部に前記手首部１１がＹ軸方向に平行なＴ軸を中心に同軸回転可能に設けられている。このとき、筒状部１４ａ内には、手首部１１を回転駆動するためのＴ軸用モータ１５が配設されている。

前記第１の移動部材１３の裏面（図で上面）には、Ｙ軸（前後）方向に延びる第１のスライドレール１６が設けられていると共に、Ｙ軸（前後）方向に長い第１のラック１７が設けられている。第１の移動部材１３は、前記第１のスライドレール１６が、前記旋回アーム９の先端面（図で下面）に設けられた第１のリニアガイドブロック１８にスライド移動自在に支持されることにより、旋回アーム９に対しＹ軸（前後）方向に移動可能とされている。

前記第２の移動部材１４の裏面（図で上面）には、Ｙ軸（前後）方向に延びる第２のスライドレール１９が設けられていると共に、Ｙ軸（前後）方向に長い第２のラック２０が設けられている。第２の移動部材１４は、前記第２のスライドレール１９が、前記第１の移動部材１３の表面（図で下面）に設けられた第２のリニアガイドブロック２１にスライド移動自在に支持されていることにより、第１の移動部材１３に対しＹ軸（前後）方向に移動可能とされている。

そして、前記旋回アーム９内には、Ｙ軸移動用モータ２２が配設されている。このＹ軸移動用モータ２２は、その回転軸２２ａが旋回アーム９の外壁を貫通して下方に突出しており、更にその先端側が、前記第１の移動部材１３に形成されたＹ軸方向に長い長孔１３ａを通って第２の移動部材１４の裏面側まで延びている。このＹ軸移動用モータ２２の回転軸２２ａには、途中部に位置して、前記第１のラック１７に噛合う第１のピニオン２３が取付けられ、先端に位置して、前記第２のラック２０に噛合う第２のピニオン２４が取付けられている。尚、前記第２のピニオン２４は、前記第１のピニオン２３の２倍の径を有している。

これにて、Ｙ軸移動用モータ２２の駆動により回転軸２２ａが回転されると、第１のピニオン２３によって第１のラック１７ひいては第１の移動部材１３がＹ軸方向に移動すると共に、第２のピニオン２４によって第２のラック２０ひいては第２の移動部材１４がＹ軸方向に移動し、もって、直動アーム１２がＹ軸（前後）方向に自在に直線移動（伸縮）する。

この場合、例えばＹ軸移動用モータ２２の正方向回転により、直動アーム１２が前方に移動（伸長）し、Ｙ軸移動用モータ２２の逆方向回転により、直動アーム１２が後方に移動（縮む）ようになっている。この際、第２の移動部材１４は、第１の移動部材１３の２倍の距離だけ移動する。尚、通常時においては、図３（ａ）に示すように、直動アーム１２は縮んだ状態にある。また、図３（ｂ）は、直動アーム１２が最も前方に伸長した状態を示している。

次に、上記構成の作用について述べる。上記のように構成されたロボット１は、例えば工場設備（ライン）において、組立、加工、溶接、塗装等の作業を行うため、例えば、Ｘ軸方向（直動レール２の延びる方向）がラインのワークの搬送方向に沿うように、壁面Ｗ或いは図示しない支柱に支持されて設置される。このとき、図示はしないが、アーム先端の手首部１１には、必要な作業用ツールが取付けられる。そして、前記Ｘ軸移動用モータ５、ｒ軸用モータ１０、Ｙ軸移動用モータ２２、Ｔ軸用モータ１５、並びに前記作業用ツールは、図示しないロボットコントローラにより駆動制御される。

このロボット１においては、移動体３が、Ｘ軸移動用モータ５の駆動により直動レール２に沿ってＸ軸方向に自在に移動され、移動体３の前面部に設けられた旋回アーム９が、ｒ軸用モータ１０の駆動により、Ｘ軸方向に直交して水平方向に延びるｒ軸を中心に回転（旋回）される。さらに、旋回アーム９の先端に設けられた直動アーム１２が、Ｙ軸移動用モータ２２の駆動により旋回アーム９の先端をＹ軸（前後）方向に自在に移動（伸縮）され、直動アーム１２（筒状部１４ａ）の先端に設けられた手首部１１が、Ｔ軸用モータ１５の駆動によりＴ軸を中心に同軸回転される。これにより、手首部１１（作業用ツール）を三次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）に自在に移動させながら、ロボット１による作業が行われるようになっている。

ところで、上記のようなロボット１が用いられている作業ラインにあっては、例えば工場内全体の見渡しを良くしてラインの動作状況を把握し易くするといった要望から、ライン容積の小型化、特に上下方向の小型化が望まれている。本実施例にロボット１においては、水平方向に延びるｒ軸を中心に旋回する旋回アーム９によって、上下（Ｚ軸）方向の移動が行われるので、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸全てを直動軸とした従来の一般的な直角座標ロボットと比べて、手首部１１のＺ軸方向に関する同じ可動範囲を得る場合であっても、ロボット１全体としてＺ軸方向の寸法が短くて済む。

また、本実施例では、Ｘ軸方向の移動に関しては、移動体３のＸ軸方向移動の移動速度と、旋回アーム９の旋回移動のＸ軸方向成分とを合成した速度で移動させることも可能となる。従って、必要な移動速度を確保することができ、タクトタイムの維持或いは短縮も可能となる。さらには、ロボット１の可動範囲の一部に、設備や他の装置、ワーク等の障害物が存在するような場合でも、旋回アーム９を上げた状態或いは下げた状態として、その障害物を回避しながら、移動体３をＸ軸方向に移動させるといった動作が可能となるので、障害物回避動作などに対する適応性の高いものとすることができる。

そして、本実施例のロボット１においては、直動アーム１２としてテレスコピック型の伸縮アームを採用したので、手首部１１を、直動アーム１２自身の伸縮によってＹ軸方向に移動させることができ、直動アーム１２を必要時にのみ延ばして、それ以外の通常時には、短縮状態としておくことができる。従って、Ｙ軸方向に関する可動範囲を確保しつつ、直動アーム１２のＹ軸方向についての小型化をも図ることができる。特に本実施例では、直動アーム１２を、第１及び第２の２つの移動部材１３及び１４を備えて構成したので、直動アーム１２を縮めた場合のＹ軸方向の長さ寸法を十分にコンパクトとしながらも、比較的大きい移動ストロークを得ることができたのである。

このように本実施例のロボット１によれば、Ｘ軸方向に水平に延びる直動レール２に沿って移動される移動体３を備えるものにあって、必要な可動範囲及び移動速度を確保しながらも、全体の上下（Ｚ軸）方向の小型化を図ることができるという優れた効果を得ることができるものである。

尚、上記実施例では、直動アーム１２をテレスコピック型の伸縮アームから構成したが、例えばボールねじ・ナット機構により直線移動される一般的な直線移動機構から構成しても良い。また、直動アーム１２を伸縮アームから構成する場合でも、２つの移動部材１３及び１４を設けるものに限らず、１個の移動部材を移動させる構成としたり、３個以上の移動部材を移動させる構成としたりすることもできる。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、ロボットの全体の外観構成を示す正面図（ａ），左側面図（ｂ），上面図（ｃ） ロボットの正面側（ａ）及び背面側（ｂ）からの斜視図 直動アーム部分の構成を、縮めた状態（ａ）及び伸長した状態（ｂ）にて示す縦断面図

符号の説明

図面中、１はロボット、２は直動レール、３は移動体、９は旋回アーム、１１は手首部、１２は直動アームを示す。

Claims (2)

1. Ｘ軸方向に水平に延びる直動レールと、
   この直動レールに沿ってＸ軸方向に直線移動される移動体と、
   この移動体に、前記直動レールの両側のうち一方の側部に位置して、基端側が前記Ｘ軸方向と直交して水平方向に延びるｒ軸を中心に回転可能に連結され、先端側が前記ｒ軸から放射方向に延び、該ｒ軸を中心に旋回される旋回アームと、
   この旋回アームの先端部に連結され、作業用ツールが装着可能な手首部を前記ｒ軸と平行なＹ軸方向に直線移動させるものであって、前記ｒ軸の基端側である前記直動レール側に位置する状態と、その状態から該直動レールから離れる方向であるＹ軸方向前方に移動させた伸長状態との間で移動する直動アームとを具備し、
   前記直動アームが伸長状態になったときに、該直動アームは前記直動レールの投影下から外れて位置されることを特徴とするロボット。
2. 前記直動アームは、テレスコピック型の伸縮アームから構成されていることを特徴とする請求項１記載のロボット。

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