JP5884785B2

JP5884785B2 - ロボット

Info

Publication number: JP5884785B2
Application number: JP2013158210A
Authority: JP
Inventors: 真義高橋; 知行白木; 伊藤　雅人; 雅人伊藤; 芳梨榊; 貴彦金森
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: EP2832505B1; US9216479B2; EP2832505A2; EP2832505A3; JP2015027714A; CN104339368B; CN104339368A; US20150034698A1

Description

開示の実施形態は、ロボットに関する。

従来、スポット溶接用途などに用いられるロボットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。かかるロボットは、たとえば、床面などに固定される基台部に対して旋回可能に設けられる旋回ベースと、かかる旋回台に取り付けられる多軸アームとを有して構成される。

また、旋回ベースには、重力補償用のバランサが連結される。なお、バランサは、スプリング式のものが用いられる場合が多い。

また、ロボットに艤装される艤装ケーブルは、旋回ベースの外側まわりに捻回させて配設され、さらにかかる旋回ベースの外側まわりから多軸アームに沿わせて配設される。

特開２０１１−２００９８９号公報

しかしながら、上述した従来技術には、省スペース化を図るうえで更なる改善の余地がある。

具体的には、スプリング式のバランサを用いた場合、フットプリントが肥大化しやすいという問題点があった。また、上述のような艤装ケーブルの配設形態についても、フットプリントの肥大化を招きやすかった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、省スペース化を図ることができるロボットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロボットは、基台部と、旋回ベースと、アーム部と、バランサと、艤装ケーブルとを備える。前記旋回ベースは、前記基台部に対し、所定の旋回軸まわりに旋回可能に連結される。前記アーム部は、前記旋回ベースに対し、基端部が前記旋回軸に略垂直な回転軸まわりに回転可能に連結される。前記バランサは、一端部側が前記回転軸よりも当該ロボットの前方で前記旋回ベースに連結され、他端部側が前記アーム部に連結される。前記艤装ケーブルは、前記バランサによって支持されつつ、該バランサの外側に前記アーム部に沿わせて配設される。

実施形態の一態様によれば、省スペース化を図ることができる。

図１は、実施形態に係るロボットの斜視図である。図２Ａは、実施形態に係るロボットの構成を示す左側面図である。図２Ｂは、実施形態に係るバランサがもたらす効果を示す模式図である。図３Ａは、実施形態に係るロボットの正面図である。図３Ｂは、旋回ベース周辺の矢視Ａ図である。図４Ａは、図２Ａに示したＰ１部周辺の透過図である。図４Ｂは、Ｐ１部周辺の矢視Ａ’透過図である。図４Ｃは、実施形態に係るロボットの平面図である。図５Ａは、フランジ部の平面図である。図５Ｂは、フランジ部の使用状態を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、スポット溶接用途に用いられるロボットを例に挙げて説明を行う。

まず、実施形態に係るロボット１０の概略について述べる。図１は、実施形態に係るロボット１０の斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、ロボット１０の旋回位置および姿勢が基本的に図１に示す状態にあるものとして、ロボット１０における各部位の位置関係を説明する。

また、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。なお、本実施形態では、Ｘ軸の正方向がロボット１０の前方を指すものとする。

図１に示すように、ロボット１０は、いわゆる垂直多関節型である。具体的には、ロボット１０は、基台部１１と、旋回ベース１２と、アーム部１３と、手首部１４と、フランジ部１５とを備える。手首部１４は、揺動部の一例である。

また、アーム部１３は、下部アーム１３ａと、上部アーム１３ｂとを備える。下部アーム１３ａは、第１アームの一例である。また、上部アーム１３ｂは、第２アームの一例である。

基台部１１は、床面などに固定される支持ベースである。旋回ベース１２は、かかる基台部１１上に旋回可能に設けられる。下部アーム１３ａは、旋回ベース１２に対して回転可能に設けられる。

上部アーム１３ｂは、下部アーム１３ａに対して回転可能に設けられる。手首部１４は、上部アーム１３ｂの先端部に揺動可能に設けられる。また、フランジ部１５は、かかる手首部１４に対して回転可能に設けられる。なお、フランジ部１５には、スポット溶接ガンといったエンドエフェクタが取り付けられる。

また、ロボット１０は、重力補償用のバランサ１６を備える。バランサ１６は、窒素ガス等の流体が封入されたシリンダ部１６ａと、かかる流体の圧力によって伸縮するロッド部１６ｂとを有する。なお、シリンダ部１６ａの流体としては、その他の気体、およびオイル等の液体を用いたものでもよい。

このバランサ１６は、旋回ベース１２に設けられた第１の取り付け部１２ａと、下部アーム１３ａに設けられた第２の取り付け部１３ａａとを介して、旋回ベース１２および下部アーム１３ａにそれぞれ連結される。

なお、バランサ１６のロッド部１６ｂは、シリンダ部１６ａよりも径が小さいロッドがロッドの伸縮に追従して伸縮するジャバラ状のカバー部材１６ｃによって覆われている。これは、溶接用途に用いられる場合においては、スパッタなどの熱片による焼損を防ぐうえで効果的である。なお、カバー部材１６ｃは必ずしもジャバラ形状である必要はなく、ロッド部１６ｂを筒状に覆うものであればよい。

また、ロボット１０は、艤装ケーブル１７を備える。艤装ケーブル１７は、溶接装備用のケーブル類やホース類等である。艤装ケーブル１７は、前述のバランサ１６によって支持されつつ、かかるバランサ１６の外側に下部アーム１３ａに沿わせて配索される。

また、この艤装ケーブル１７は、上部アーム１３ｂに対し、基端部外側から回り込ませながら先端部へ向けて配索される。

本実施形態に係るロボット１０は、このような構成において、省スペース化を図るものである。そして、艤装ケーブル１７による無用な規制を受けることなく、旋回ベース１２、アーム部１３および手首部１４を動作させることを可能とし、手首部１４に取り付けられたエンドエフェクタの位置および姿勢を制御して、スポット溶接作業といったハンドリング作業を行う。

かかるロボット１０の構成について、以下、図２Ａ以降を用いてさらに詳しく説明する。図２Ａは、実施形態に係るロボット１０の構成を示す左側面図である。

図２Ａに示すように、旋回ベース１２は、基台部１１に対し、旋回軸Ｓまわりに旋回可能に連結される（図中の矢印２０１参照）。なお、かかる基台部１１および旋回ベース１２の連結部分においては、省スペース化に資するように艤装ケーブル１７が配索される。この点の詳細については、図中に示すＰ１部の透過図（図４Ａおよび図４Ｂ）を用いて後述する。

また、図２Ａに示すように、下部アーム１３ａは、旋回ベース１２に対し、基端部が旋回軸Ｓに略垂直な軸Ｌまわりに回転可能に連結される（図中の矢印２０２参照）。

また、上部アーム１３ｂは、下部アーム１３ａの先端部に対し、基端部が軸Ｌに略平行な軸Ｕまわりに回転可能に連結される（図中の矢印２０３参照）。なお、上部アーム１３ｂは、原点となる回転位置（軸Ｕの回転中心参照）で、下部アーム１３ａよりも前方側に伸びる動作を行う。

あわせて、上部アーム１３ｂは、軸Ｕに略垂直な軸Ｒまわりに捻転可能に設けられている（図中の矢印２０４参照）。

また、手首部１４は、上部アーム１３ｂの先端部に対し、軸Ｒに略垂直な軸Ｂまわりに揺動可能に連結される（図中の矢印２０５参照）。また、フランジ部１５は、手首部１４に対し、軸Ｂに略垂直な軸Ｔまわりに回転可能に連結される（図中の矢印２０６参照）。

なお、フランジ部１５には、エンドエフェクタを取り付け可能とするエンドエフェクタ取り付け部１５ｂ（後述）が設けられている。かかるフランジ部１５の詳細については、図５Ａおよび図５Ｂを用いて後述する。

また、図２Ａに示すように、バランサ１６は、基端部が第１の取り付け部１２ａに取り付けられ、先端部が第２の取り付け部１３ａａに取り付けられて、旋回ベース１２および下部アーム１３ａにそれぞれ連結される。

また、バランサ１６は、第１の取り付け部１２ａにおいては、軸Ｌに略平行な軸ＡＸ１まわりに回転可能に取り付けられる（図中の矢印２０７参照）。また、第２の取り付け部１３ａａにおいては、軸Ｌに略平行な軸ＡＸ２まわりに回転可能に取り付けられる（図中の矢印２０８参照）。なお、軸ＡＸ１は第１の支持軸の一例であり、軸ＡＸ２は第２の支持軸の一例である。

ここで、図２Ａに示すように、第１の取り付け部１２ａは、旋回ベースの要部よりも旋回径方向外側で、かつ、軸Ｌよりも基台部１１側に配置されている。すなわち、第１の取り付け部１２ａは、旋回ベース１２よりもロボット１０の前方側でバランサ１６の基端部を取り付けられるように形成されている。

このように取り付けられるバランサ１６がもたらす効果について説明する。図２Ｂは、実施形態に係るバランサ１６がもたらす効果を示す模式図である。なお、図２Ｂでは、上段に、下部アーム１３ａを立てた状態のロボット１０を、下段に、下部アーム１３ａを後方に倒した状態のロボット１０を、それぞれ関節を示す図記号を用いてごく模式的に示している。

図２Ｂに示すように、第１の取り付け部１２ａを介し、バランサ１６の基端部が旋回ベース１２よりもロボット１０の前方側にあることで、下部アーム１３ａを後方により広範囲に倒すことが可能となる（図中の矢印２０９参照）。これは、後方に倒れる下部アーム１３ａに対して、バランサ１６により、下方から支持する力が作用するためである。

これにより、スポット溶接作業に際して、ロボット１０がとることのできる姿勢の自由度を向上させることができる。また、ロボット１０を運搬するのに際して、ロボット１０によりコンパクトな姿勢をとらせる、言うなればコンパクトにたたむことができるので、運搬容積を小さくすることができる。

また、このようにバランサ１６が取り付けられることによって、旧態のスプリング式のバランサが取り付けられる場合と比べてフットプリントを肥大化させにくい。すなわち、フットプリントを狭小化させ、省スペース化を図ることができる。

図２Ａの説明に戻る。また、図２Ａに示すように、艤装ケーブル１７は、基台部１１および旋回ベース１２の連結部分から旋回ベース１２の上部へと配索される。また、艤装ケーブル１７はさらに、バランサ１６によって支持されつつ、かかるバランサ１６の外側に下部アーム１３ａに沿わせて配索される。

すなわち、上述のようにフットプリントを狭小化させるバランサ１６によって支持されつつ艤装ケーブル１７を配索するので、やはり省スペース化を図ることができる。

なお、ロボット１０は、ステー１８をさらに備えている。ステー１８はバランサ１６に沿って設けられ、シリンダ部１６ａに支持具により２箇所で固定されている。艤装ケーブル１７は、かかるステー１８を介してバランサ１６の先端部に固定されることによって、バランサ１６に支持される。ステー１８は、支持具の一例である。

また、艤装ケーブル１７は、上部アーム１３ｂに対し、基端部外側から回り込ませながら先端部へ向けて配索される。これにより、上部アーム１３ｂおよび下部アーム１３ａの間に艤装ケーブル１７が挟み込まれないので、艤装ケーブル１７による無用な規制を与えることなくロボット１０を動作させることができる。

この点は、溶接装備用のケーブル類やホース類で艤装ケーブル１７がかさばりがちとなるスポット溶接用途においては有用となる。

つづいて、旋回ベース１２周辺の構成についてさらに詳しく説明する。図３Ａは、実施形態に係るロボット１０の正面図である。また、図３Ｂは、旋回ベース１２周辺の矢視Ａ図である。

図３Ａに示すように、ロボット１０は、下部アーム１３ａを軸Ｌまわりに回転させる回転駆動力を付与するサーボモータＭ１と、かかるサーボモータＭ１と動力伝達可能に連結される減速機Ｇ１とをさらに備える。

そして、旋回ベース１２は、下部アーム１３ａに回転可能に連結されるべく減速機Ｇ１を収容する連結部１２ｂを備える。したがって、連結部１２ｂには、減速機Ｇ１と連結されたサーボモータＭ１もまた支持される。

なお、旋回ベース１２は鋳物であり、連結部１２ｂはかかる旋回ベース１２に一体形成される。

また、前述の第１の取り付け部１２ａも、連結部１２ｂの下方から下部アーム１３ａの下方を軸Ｌと略平行に延びて下部アーム１３ａよりも延在方向側（図中のＹ軸の負方向側）でバランサ１６の基端部に連結されるように、旋回ベース１２に一体形成されている。

また、図３Ｂに示すように、連結部１２ｂには、孔部１２ｂａが設けられる。孔部１２ｂａには、サーボモータＭ１に連結されるケーブル１９（後述）が挿通される。

次に、かかるケーブル１９および前述の艤装ケーブル１７を含むケーブル類の配索について、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、図２Ａに示したＰ１部周辺の透過図である。また、図４Ｂは、Ｐ１部周辺の矢視Ａ’透過図である。また、図４Ｃは、実施形態に係るロボット１０の平面図である。

図４Ａに示すように、基台部１１と旋回ベース１２とは、旋回軸Ｓに沿った中空孔Ｇ２１を有する中空減速機Ｇ２を介して連結される。中空減速機Ｇ２は、回転部材の一例である。

そして、艤装ケーブル１７やケーブル１９は、ロボット１０の外部からまず、この中空孔Ｇ２１へ向けて配索される。このとき、これらケーブル類は、基台部１１の内部において、旋回軸Ｓまわりに外配（Ｕ字移動曲げ処理等）されることなく配索される。

そして、図４Ｂに示すように、艤装ケーブル１７およびケーブル１９は、中空孔Ｇ２１において捻回処理される。したがって、本実施形態に係るロボット１０によれば、ケーブル類の外配等のために、基台部１１を無用に肥大化させる必要がない。

これにより、ロボット１０のフットプリントを狭小化させ、ケーブル類の高密度配置を可能とすることができる。すなわち、省スペース化に資することができる。

なお、中空孔Ｇ２１において捻回処理されるケーブル類は中空孔Ｇ２１を通り、図４Ｃに示すように、基台部１１から旋回ベース１２の上部へと配索されて、旋回ベース１２の上部において分岐する。

そして、分岐した一方のケーブル１９は、連結部１２ｂの孔部１２ｂａを通ってサーボモータＭ１に連結される。また、分岐した他方の艤装ケーブル１７は、その他の艤装ケーブル１７と取りまとめられ、サーボモータＭ１の周囲を回り、ステー１８に沿って配索されることとなる。

次に、フランジ部１５の詳細について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、フランジ部１５の平面図である。また、図５Ｂは、フランジ部１５の使用状態を示す模式図である。

図５Ａに示すように、フランジ部１５は、平面視で略Ｕ字状をなす形状に形成されている。かかるフランジ部１５は、被取り付け部１５ａと、エンドエフェクタ取り付け部１５ｂと、開口部１５ｃとを備える。

なお、図５Ａでは図示を略しているが、開口部１５ｃに対向する底面側もまた開口されている。

かかるフランジ部１５は、図５Ｂに示すように、被取り付け部１５ａにおいて手首部１４に取り付けられる。また、エンドエフェクタ取り付け部１５ｂには、エンドエフェクタとして、たとえばスポット溶接ガン２０が取り付けられる。これにより、フランジ部１５を介して、手首部１４とスポット溶接ガン２０とが継手される。

また、上述のように下部アーム１３ａから上部アーム１３ｂ沿いに配索されてきた艤装ケーブル１７は、フランジ部１５の略Ｕ字状の開口部１５ｃ側から底面側へ挿通され、スポット溶接ガン２０へ接続される。

そして、艤装ケーブル１７は、フランジ部１５において空間的に余裕をもった状態で保持される。これにより、手首部１４の回転にともなってスポット溶接ガン２０が回転しても、艤装ケーブル１７はフランジ部１５内の空間で自由度高く動くことができる。

すなわち、かさばりやすい溶接装備用の艤装ケーブル１７であってもコンパクトに取りまとめることができ、かつ、艤装ケーブル１７が動作する自由度を高く保持することができる。したがって、ロボット１０の動作に無用な規制（干渉など）を与えることなく、ロボット１０にスポット溶接作業を行わせることができる。

上述してきたように、実施形態に係るロボットは、基台部と、旋回ベースと、アーム部と、バランサと、艤装ケーブルとを備える。上記旋回ベースは、上記基台部に対し、所定の旋回軸まわりに旋回可能に連結される。上記アーム部は、上記旋回ベースに対し、基端部が上記旋回軸に略垂直な回転軸まわりに回転可能に連結される。

上記バランサは、上記旋回ベースおよび上記アーム部にそれぞれ連結される。上記艤装ケーブルは、上記バランサによって支持されつつ、かかるバランサの外側に上記アーム部に沿わせて配設される。

したがって、実施形態に係るロボットによれば、省スペース化を図ることができる。

なお、上述してきた実施形態では、ロボットが、スポット溶接用途に用いられる場合を例に挙げたが、ロボットが行う作業の種別を限定するものではない。すなわち、例えばエンドエフェクタとしてスポット溶接ガンに代えてワークを保持可能なハンドを取り付けて、ワークのハンドリング作業用途に用いることもできる。

また、上述した実施形態では、バランサが、基端部および先端部において支持される場合を例に挙げたが、バランサの支持される部位を限定するものではない。すなわち、バランサは、一部とその他の一部とで少なくとも二点支持されればよい。

また、上述した実施形態では、６軸を有する多軸ロボットを例示したが、軸数を限定するものではない。たとえば、７軸ロボットであってもよい。

また、上述した実施形態では、単腕ロボットを例示したが、これに限られるものではなく、たとえば、双腕以上の多腕ロボットの腕の少なくともいずれかに、上述した実施形態が適用されてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１０ロボット
１１基台部
１２旋回ベース
１２ａ第１の取り付け部
１２ｂ連結部
１２ｂａ孔部
１３アーム部
１３ａ下部アーム
１３ａａ第２の取り付け部
１３ｂ上部アーム
１４手首部
１５フランジ部
１５ａ被取り付け部
１５ｂエンドエフェクタ取り付け部
１５ｃ開口部
１６バランサ
１６ａシリンダ部
１６ｂロッド部
１６ｃカバー部材
１７艤装ケーブル
１８ステー
１９ケーブル
２０スポット溶接ガン
ＡＸ１軸
ＡＸ２軸
Ｂ軸
Ｇ１減速機
Ｇ２中空減速機
Ｇ２１中空孔
Ｌ軸
Ｍ１サーボモータ
Ｒ軸
Ｓ旋回軸
Ｔ軸
Ｕ軸

Claims

ロボットであって、
基台部と、
前記基台部に対し、所定の旋回軸まわりに旋回可能に連結される旋回ベースと、
前記旋回ベースに対し、基端部が前記旋回軸に略垂直な回転軸まわりに回転可能に連結されるアーム部と、
一端部側が前記回転軸よりも当該ロボットの前方で前記旋回ベースに連結され、他端部側が前記アーム部に連結されるバランサと、
前記バランサによって支持されつつ、該バランサの外側に前記アーム部に沿わせて配設される艤装ケーブルと
を備えることを特徴とするロボット。
前記アーム部は、
基端部が前記旋回ベースに連結される第１アームと、
前記第１アームの先端部に対し、基端部が前記回転軸に略平行な平行軸まわりに回転可能に連結される第２アームと
を備え、
前記艤装ケーブルは、
前記第２アームに対し、該第２アームの基端部外側から回り込ませながら該第２アームの先端部へ向けて配索されること
を特徴とする請求項１に記載のロボット。
支持具をさらに備え、
前記艤装ケーブルは、
前記支持具を介して前記バランサの先端部に固定されることによって、前記バランサに支持されること
を特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
前記旋回ベースは、
前記アーム部に回転可能に連結されるべく減速機を収容する連結部が形成され、
前記連結部には、
前記アーム部の回転駆動力を付与するサーボモータが支持され、前記連結部に収容された減速機に動力伝達可能に連結されていること
を特徴とする請求項１、２または３に記載のロボット。
前記連結部には、
前記サーボモータに連結されるケーブルが挿通される孔部が設けられていること
を特徴とする請求項４に記載のロボット。
前記基台部と前記旋回ベースとは、前記旋回軸に沿った中空孔を有する回転部材を介して連結され、
前記ケーブルは、前記中空孔を通り前記基台部から前記旋回ベースの上部へと配索されて前記旋回ベースの上部において分岐し、
分岐した一方のケーブルは、前記連結部の前記孔部を通って前記サーボモータに連結され、
他方のケーブルは、前記艤装ケーブルと取りまとめられ前記バランサに沿って配索されること
を特徴とする請求項５に記載のロボット。
前記旋回ベースに設けられ、前記回転軸よりも当該ロボットの前方で、かつ、前記回転軸よりも前記基台部側に配置される第１の取り付け部と、
前記アーム部に設けられる第２の取り付け部と
をさらに備え、
前記第１の取り付け部には、前記バランサの基端部が前記回転軸に略平行な第１の支持軸まわりに回転可能に取り付けられ、
前記第２の取り付け部には、前記バランサの先端部が前記回転軸に略平行な第２の支持軸まわりに回転可能に取り付けられること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のロボット。
前記バランサは、
流体が封入されたシリンダ部と、前記流体の圧力によって伸縮するロッド部とを有すること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のロボット。
前記バランサは、
該バランサを覆うカバー部材を有すること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のロボット。
前記回転軸に略平行な回転軸まわりに回転可能に前記第２アームに連結された揺動部と、
前記揺動部の回転軸に対して略垂直な回転軸まわりに回転可能なフランジ部と、
前記フランジ部に設けられ、エンドエフェクタを取り付け可能とするエンドエフェクタ取り付け部と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
前記エンドエフェクタがスポット溶接ガンであること
を特徴とする請求項１０に記載のロボット。