JP5915005B2 - 水平多関節ロボット - Google Patents

Description

本発明は、水平多関節ロボットに関する。

産業用のロボットなどとして、特許文献１に例示するような、複数のアームが水平関節を介して回転自在に連結される水平多関節ロボット（スカラーロボット）が知られている。
水平多関節ロボットのアーム端には、上下および回転駆動される上下回転軸が設けられ、この上下回転軸に各種ツールが取り付けられている。そして、このツールを用いて被対象物のピックアップ、搬送、加工などの作業が行なわれる。

このような水平多関節ロボットでは、アームの回動範囲はロボット自身との干渉領域を考慮する必要があり、アームの回動範囲を機械的に規制するストッパー部が設けられている。
具体的には、連結されているアームの回動軸の近くに、一方のアームに一つのネジを止め、他方のアームに位置決めした２つのネジを止めて、ネジの頭部同士が当接することで、一方のアームの回動範囲を規制している。

特開２０１１−１０１９０７号公報

しかしながら、アームの回動範囲を規制するストッパー部が取り外し可能なネジで構成されており、メンテナンスなどによりネジを外した状態では、アーム回動範囲の規制がかからず、回動範囲を超えてロボット自身を破損させるおそれがある。
また、ストッパー部の形成位置は上下回転軸に設けられる各種ツールの大きさについても考慮されているものの、一定以上の大きさのツールを利用する場合には、ツールとロボット自身とが干渉する場合があり、ツールが破損することがある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる水平多関節ロボットは、基台に回動可能に連結される第１アームと、前記第１アームに回動可能に連結される第２アームと、を有する水平多関節ロボットであって、前記第１アームに形成され、前記第２アームの回動範囲を規制する第１突起部と、前記第２アームに形成され、前記第１突起部と当接可能な第２突起部と、前記第１アームに形成され、前記第２アームが回動する回動軸方向からの平面視で第２突起部の移動軌道上であり、前記第１突起部から離れた位置に形成された第１ネジ穴および第２ネジ穴と、を備え、前記第１突起部は前記第１アームと一体に形成され、前記第２突起部は前記第２アームと一体に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２アームの回動範囲を規制する第１突起部が第１アームに一体に形成され、第１突起部と当接可能な第２突起部が第２アームに一体に形成されている。さらに、第１突起部から離れた位置に第１ネジ穴および第２ネジ穴が形成されている。
このように、第１突起部および第２突起部がそれぞれ第１アームおよび第２アームに一体成形されていることから、メンテナンスなどによりこれらの突起部を取り外すことができない。このため、確実にアームの回動に規制がかかり、アームの回動範囲を超えてロボット自身を破損させることがない。
また、第１突起部から離れた位置に形成された第１ネジ穴および第２ネジ穴を利用することで、上下回転軸に設けられる各種ツールの大きさに応じてロボット自身との干渉を防止し、ツールが破損するのを防止することができる。具体的には、第１ネジ穴および第２ネジ穴にネジ止めして、ネジの頭部と第２突起部とを当接させてアームの回動を規制することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる水平多関節ロボットにおいて、前記第１アームおよび前記第２アームはダイカストで形成されていることが望ましい。

この構成によれば、第１アームおよび第２アームはダイカストで形成され、これらと一体に第１突起部と第２突起部とが形成されている。
このことから、第１突起部および第２突起部は両者の当接による力に耐える強度を有し、また優れた寸法精度で形状を形成することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる水平多関節ロボットにおいて、前記第２突起部と当接する前記第１突起部の端部は曲面形状であることが望ましい。

この構成によれば、第２突起部と当接する第１突起部の端部は曲面形状であることから、接触面積が小さくなり、当接する位置を正確に決めることができる。

［適用例４］本適用例にかかる水平多関節ロボットは、基台に回動可能に連結される第１アームと、前記第１アームに回動可能に連結される第２アームと、を有する水平多関節ロボットであって、前記第１アームの前記第２アームと対向する第１の面に設けられる第１突起部と、前記第２アームの前記第１アームと対向する第２の面に設けられる第２突起部と、前記第１アームの前記第１の面に装填可能な装填部材と、前記第１アームの前記第１の面に設けられ、前記装填部材と係合する係合部と、を備え、前記装填部材を前記係合部から外した状態で、前記第２アームが回動すると前記第１突起部と前記第２突起部とが当接することによって、前記第２アームの回動範囲は第１の回動範囲に規制され、前記装填部材を前記係合部に装填した状態で、前記第２アームが回動すると前記装填部材と前記第２突起部とが当接することによって、前記第２アームの回動範囲は前記第１の回動範囲よりも狭い第２の回動範囲に規制されることを特徴とする。

この構成によれば、第２アームの回動範囲は、第１の回動範囲と、第１の回動範囲よりも狭い第２の回動範囲に設定が可能である。
このように、２段階の回動範囲の規制が可能であり、第１の回動範囲で第２アームとロボット自身との干渉を防止し、第２の回動範囲で第２アームに取り付けられるツールとロボット自身とが干渉することができる。

［適用例５］上記適用例にかかる水平多関節ロボットにおいて、前記装填部材は２個で対となっており、前記係合部は２箇所に設けられていることが望ましい。

この構成によれば、２箇所の係合部に２個の装填部材が装填されている。このことにより、第１の回動範囲よりも狭い第２の回動範囲を規定することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる水平多関節ロボットにおいて、前記第１突起部は前記第１アームと一体に形成されており、前記第２突起部は前記第２アームと一体に形成されていることが望ましい。

この構成によれば、第１突起部および第２突起部がそれぞれ第１アームおよび第２アームに一体成形されていることから、メンテナンスなどによりこれらの突起部を取り外すことができない。このため、確実にアームの回動に規制がかかり、アームの回動範囲を超えてロボット自身を破損させることがない。

［適用例７］上記適用例にかかる水平多関節ロボットにおいて、前記装填部材はネジであり、前記係合部はネジ穴であることが望ましい。

この構成によれば、簡易な機械要素で装填部材と係合部とを構成でき、水平多関節ロボットの低コスト化が可能である。

実施形態の水平多関節ロボットの構成を示す側面図。 実施形態の第１アームの構成を示す部分平面図。 実施形態の第２アームの構成を示す部分平面図。 実施形態における第２アームの回動範囲の規制を示す説明図。 変形例における第１アームの構成を示す部分平面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（実施形態）

図１は本実施形態の水平多関節ロボットの構成を示す側面図である。
図１に示されるように、水平多関節ロボット１０は、基台２０と、第１アーム３０と、第２アーム４０と、上下回転軸５０と、ロボットコントローラー６０と、を有している。
基台２０は、装置などにおける設置面に固定され、基台２０の上部には、鉛直方向に沿う回動軸の軸心Ｃ１を中心にして回動する第１アーム３０がその基端部にて連結されている。そして、第１アーム３０の先端部には、鉛直方向に沿う回動軸の軸心Ｃ２を中心にして回動する第２アーム４０がその基端部にて連結されている。
第１アーム３０および第２アーム４０は鋳鉄、ダイカストなどの金属材料で形成され、その長さ方向および旋回方向などに高い剛性を有している。

基台２０内には第１アーム３０を回動させる駆動源としてのモーターＭ１と、モーターＭ１の回転軸２１に連結された減速機２２と、減速機２２の出力軸２３とが配置され、この出力軸２３に第１アーム３０が連結されている。
このようにして、モーターＭ１の駆動力が減速機２２を介して第１アーム３０に伝達され、軸心Ｃ１を中心にして第１アーム３０が水平方向に旋回する。

第２アーム４０内には第２アーム４０を回動させる駆動源としてのモーターＭ２と、モーターＭ２の回転軸４６に連結された減速機４５とが配置されている。
そして、第２アーム４０は、モーターＭ２の駆動力が減速機４５を介して第２アーム４０に伝達され、軸心Ｃ２を中心にして第２アーム４０が水平方向に旋回する。

なお、第１アーム３０には第２アーム４０の回動範囲を規制する第１突起部３２が設けられている。そして、第２アーム４０にはこの第１突起部３２と当接する第２突起部４２が設けられている。
図２は本実施形態の第１アームの構成を示す部分平面図であり、第２アーム側から見た平面図である。図３は本実施形態の第２アームの構成を示す部分平面図であり、第１アーム側から見た平面図である。

図２に示すように、第１アーム３０には軸に連結される軸穴３１が形成され、軸穴３１の外周に沿って第２アーム４０の回動範囲を規制する第１突起部３２が設けられている。第１突起部３２は２つの突起３２ａ，３２ｂから構成され、後述する第２突起部と当接する突起３２ａ，３２ｂの端部は平面視で曲面に形成されている。そして、この第１突起部３２は鋳鉄、ダイカストなどの材料にて、第１アーム３０と一体に形成されている。
また、軸穴３１の外周に沿って第１突起部３２から離れた位置に、装填部材としてのネジが係合する、係合部としての第１ネジ穴３５ａおよび第２ネジ穴３５ｂが形成されている。
この第１ネジ穴３５ａおよび第２ネジ穴３５ｂは、第２アームが回動する回動軸方向からの平面視で第２突起部４２の軌道上に形成されている。
なお、第１突起部３２および第１ネジ穴３５ａ、第２ネジ穴３５ｂは第１アーム３０の第２アーム４０と対向する面（第１の面）に形成されている。

第２アーム４０には、図３に示すように、回転軸に連結される軸穴４１が形成され、軸穴４１の外周から第２アーム４０の延出する方向に板状の第２突起部４２が設けられている。そして、この第２突起部４２は鋳鉄、ダイカストなどの材料にて、第２アーム４０と一体に形成されている。
なお、第２突起部４２は第２アーム４０の第１アーム３０と対向する面（第２の面）に形成されている。

このように、第１アーム３０、第２アーム４０には突起部が一体成形されることからコスト削減の効果がある。また、第１アーム３０および第２アーム４０ともにダイカスト用金属としてアルミニウム合金を用いた場合、第１突起部３２と第２突起部４２との当接による衝撃を緩和でき、他の機械要素が壊れにくくなる利点がある。

図１にもどり、第２アーム４０の先端部には、第２アーム４０に対して変位する上下回転軸５０が設けられている。上下回転軸５０は、円柱状の軸体であって、その周表面には図示しないボールネジ溝とスプライン溝とがそれぞれ形成されている。
上下回転軸５０は、そのスプライン溝が第２アーム４０の先端部に配置されたボールスプラインナット５１の中心に嵌め合わされるように挿通され、そのボールネジ溝がこれも第２アーム４０の先端部に配置されたボールネジナット５２の中心に螺合されるように挿通されている。これにより上下回転軸５０は、第２アーム４０に対して回転可能に、かつ、上下方向に移動可能に支持される。

第２アーム４０内には、駆動源としてのモーターＭ３が設置されている。モーターＭ３は、その駆動力がベルト（図示せず）を介してボールスプラインナット５１に伝達される。すなわち上下回転軸５０は、モーターＭ３によってボールスプラインナット５１が正逆回転されることによって、鉛直方向に沿う自らの軸心Ｃ３を中心にして正逆回転される。

また、第２アーム４０内には、駆動源としてのモーターＭ４が設置されている。モーターＭ４は、その駆動力がベルト（図示せず）を介してボールネジナット５２に伝達される。すなわち上下回転軸５０は、モーターＭ４によってボールネジナット５２が正逆回転されることによって、鉛直方向に昇降移動する。そして、その昇降移動によってその下端部である作業部５３を上下方向に昇降させる。

上下回転軸５０の作業部５３には、各種のツールが備えられる。ツールとしては、例えばハンドなどの被搬送物を把持するものやドリルなどの被加工物を加工するもの等の取り付けが可能になっている。そして、水平多関節ロボット１０は、作業部５３に取り付けられた各種ツールによって、部品を把持搬送したり、部品を加工したりするように構成されている。

また、第２アーム４０内には、各種センサーなどを駆動させる駆動回路基板５４が設けられている。
そして、第２アーム４０の基端部から先端部にかけて覆うアームカバー５５が設けられている。アームカバー５５は例えば樹脂材料で形成され、モーターＭ２，Ｍ３，Ｍ４などを保護している。

アームカバー５５の上方には、他端が基台２０に連結された可撓性を有する配線ダクト５６の一端が連結されている。この配線ダクト５６は、筒状をなしており、一端が第２アーム４０に対して回転自在に連結されているとともに他端が基台２０に対して回転自在に連結されている。配線ダクト５６には、第２アーム４０内に設置されたモーターＭ３に接続される電気配線Ｌ、駆動回路基板５４に接続される電気配線Ｌなどが第２アーム４０内から基台２０内まで引き回されている。

そして、基台２０内まで引き回された各電気配線Ｌは、基台２０内でまとめられることによって、モーターＭ１に接続される電気配線Ｌとともに、基台２０の外部に設置され水平多関節ロボット１０を統括制御するロボットコントローラー６０まで引き回すことが可能である。

（第２アームの回動範囲の規制）
次に、第２アームの回動範囲の規制について説明する。
図４は第２アームの回動範囲の規制を示す説明図である。本図では第１アームの平面図に、第２突起部の動きのみを示して図示してある。

図４（ａ）に示すように、第２アームが時計方向に回動して行くと、第２アームの第２突起部４２が第１アーム３０の突起３２ａの端部３３と当接し、第２アームは、それ以上の回動ができなくなる。
また、第２アームが反時計方向に回動して行くと、第２アームの第２突起部４２が第１アーム３０の突起３２ｂの端部３３と当接し、第２アームは、それ以上の回動ができなくなる。
このように、第２アームの第２突起部４２と第１アーム３０の第１突起部３２ａ，３２ｂとが当接することで、図中のＳ１の範囲における回動ができず、第２アームは第１の回動範囲Ａ１に規制される。

ここで、第１アーム３０の第１突起部３２ａ，３２ｂと、第２アームの第２突起部４２はそれぞれのアームと一体に形成されている。例えば、各アームをダイカストで成形した場合には、第１突起部３２ａ，３２ｂおよび第２突起部４２を精度良く形成でき、また両者の当接に耐える強度を確保することができる。
さらに、第２突起部４２と当接する第１突起部３２ａ，３２ｂの端部３３は曲面形状であることから、接触面積が小さくなり、当接する位置を正確に決めることができる。

次に、上下回転軸に設けられる各種ツールの大きさに考慮して、第２アームの回動範囲を規制する場合について説明する。
図４（ｂ）に示すように、係合部としての第１ネジ穴３５ａ、第２ネジ穴３５ｂには装填部材としてのネジが止められ、ネジ頭部３６ａ，３６ｂが第１アーム３０の平面から突出している。
第２アームが時計方向に回動して行くと、第２アームの第２突起部４２が第１アーム３０のネジ頭部３６ａと当接し、第２アームは、それ以上の回動ができなくなる。
また、第２アームが反時計方向に回動して行くと、第２アームの第２突起部４２が第１アーム３０のネジ頭部３６ｂ当接し、第２アームは、それ以上の回動ができなくなる。
このように、第２アームの第２突起部４２と第１アーム３０のネジ頭部３６ａ，３６ｂとが当接することで、図中のＳ２の範囲における回動ができず、第２アームは第１の回動範囲Ａ１より狭い第２の回動範囲Ａ２に規制される。

以上、本実施形態の水平多関節ロボット１０は、第１突起部３２および第２突起部４２がそれぞれ第１アーム３０および第２アーム４０に一体成形されていることから、メンテナンスなどにより取り外すことができない。このため、第１突起部３２と第２突起部４２とが当接することで確実に第２アーム４０のアーム回動範囲の規制がかかり、アームの回動範囲を超えて水平多関節ロボット１０自身を破損させるおそれがない。
また、第１突起部３２から離れた位置に形成された第１ネジ穴３５ａおよび第２ネジ穴３５ｂを利用することで、上下回転軸５０に設けられる各種ツールの大きさに応じてロボット自身との干渉を防止し、ツールが破損するのを防止することができる。具体的には、第１ネジ穴３５ａおよび第２ネジ穴３５ｂにネジ止めして、ネジ頭部３６ａ，３６ｂと第２突起部４２とを当接させてアームの回動を規制することができる。
（変形例）

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図５は本実施形態の変形例を示す第１アームの構成を示す部分平面図である。なお、上記実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。
上記の実施形態では第１突起部は２つの突起にて構成したが、本変形例では図５に示すように、１つの第１突起部３８で構成されている。
このように、第１突起部の形状は第２突起部と当接する２つの面が確保されていれば、どのような形状であっても実施が可能である。

また、他の変形例として、第１突起部と第２突起部の形状を各アームに対して逆に形成してもよい。
さらに、本実施形態では第１ネジ穴３５ａ、第２ネジ穴３５ｂにネジ止めして、ネジの円形の頭部を突起部として利用したが、ネジ頭部を他の形状に設計して配置することもできる。この場合、第２突起部との当接位置を、ネジ頭部を利用する場合から変更することができ、任意の位置を設定できる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。

１０…水平多関節ロボット、２０…基台、２１…回転軸、２２…減速機、２３…出力軸、３０…第１アーム、３１…軸穴、３２…第１突起部、３２ａ，３２ｂ…突起、３３…端部、３５ａ…第１ネジ穴、３５ｂ…第２ネジ穴、３６ａ，３６ｂ…ネジ頭部、３８…第１突起部、４０…第２アーム、４１…軸穴、４２…第２突起部、４５…減速機、４６…回転軸、５０…上下回転軸、５１…ボールスプラインナット、５２…ボールネジナット、５３…作動軸、５４…駆動回路基板、５５…アームカバー、５６…配線ダクト、６０…ロボットコントローラー、Ａ１…第１の回動範囲、Ａ２…第２の回動範囲、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…軸心、Ｌ…電気配線、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…モーター。

Claims (5)

1. 基台に回動可能に連結される第１アームと、前記第１アームに回動可能に連結される第２アームと、を有する水平多関節ロボットであって、
   前記第１アームと一体成型され、前記第２アームの回動範囲を規制する第１突起部と、
   前記第２アームと一体成型され、前記第１突起部と当接可能な第２突起部と、
   前記第１アームに形成され、前記第２アームが回動する回動軸方向からの平面視で第２突起部の移動軌道上であり、前記第１突起部から離れた位置に形成された係合部と、を備え、
   前記係合部は、装填部材と係合可能であり、
   前記装填部材が前記係合部に係合している場合、前記装填部材は前記第２突起部と当接可能である
   ことを特徴とする水平多関節ロボット。
2. 請求項１に記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記第１アームおよび前記第２アームはダイカストで形成されていることを特徴とする水平多関節ロボット。
3. 請求項１または２に記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記第２突起部と当接する前記第１突起部の端部は曲面形状であることを特徴とする水平多関節ロボット。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記装填部材は２個で対となっており、前記係合部は２箇所に設けられていることを特徴とする水平多関節ロボット。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記装填部材はネジであり、前記係合部はネジ穴であることを特徴とする水平多関節ロボット。

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