JP6499701B2 - ロボット - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットに関するものである。
従来、第1軸線回りに回転する旋回部と、該旋回部に第1軸線に直交する方向に沿う第2軸線回りに回転可能に接続する第1腕部と、該第1腕部に第2軸線と平行な第3軸線回りに回転可能に接続する第2腕部と、該第2腕部に第3軸線と平行な第4軸線回りに回転可能に接続し、3軸構成の手首部を先端に支持する先端揺動部とを備える7軸ロボットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1の7軸ロボットは、第1腕部と第2腕部のいずれか一方が他方との接続部である第3軸線近傍において第3軸線に沿う方向にクランク状に曲がることにより、第3軸線に沿う方向の第1腕部および第2腕部の一方の側面の段差を低減し、他方の側面に、第1腕部、第2腕部および先端揺動部を駆動するアクチュエータを配置し、これらのアクチュエータに動力を供給するケーブルを一方の側面に沿って配線している。
特許第5975129号公報
しかしながら、特許文献1の7軸ロボットは、第1腕部と第2腕部の一方の側面の段差を低減するために第1腕部または第2腕部のいずれか一方をクランク状に曲げているため、曲がった部分において発生する応力集中に耐え得るように、腕部を構成する鋳物の肉厚を厚くしたり、リブを増やしたり等の強度設計を行う必要がある。このため、腕部の重量が増大して制御性が低下するとともに、複雑な構造の腕部の鋳造コストが高く付くという不都合がある。また、第1腕部と第2腕部とが第2軸線および第3軸線に直交する方向に近接する構造となるため、相互の干渉によって第1腕部に対する第2腕部の動作範囲を広く確保することができないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、第1腕部および第2腕部に発生する応力集中を低減して強度および剛性を向上し、軽量化による制御性の向上、コスト低減を図り、かつ、動作範囲を広く確保することができるロボットを提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、第1軸線回りに回転可能な旋回部と、該旋回部に、前記第1軸線に直交する方向に延びる第2軸線回りに回転可能に接続され、長手方向に沿って真っ直ぐに延びる第1腕部と、該第1腕部に、前記第2軸線に平行な第3軸線回りに回転可能に接続され、長手方向に沿って真っ直ぐに延びる第2腕部と、該第2腕部に、前記第3軸線に平行な第4軸線回りに回転可能に接続され、先端に手首部を支持する先端揺動部と、前記旋回部に対して前記第1腕部を回転させる第1アクチュエータと、前記第1腕部に対して前記第2腕部を回転させる第2アクチュエータと、前記第2腕部に対して前記先端揺動部を回転させる第3アクチュエータと、これら前記第1から第3アクチュエータに動力および信号を供給するケーブルと、該ケーブルの本線を前記旋回部、前記第1腕部および前記第2腕部にそれぞれ支持させる支持部材とを備え、前記旋回部、前記第1腕部、前記第2腕部および前記先端揺動部が、前記旋回部から前記先端揺動部に向かって前記第2軸線に沿う方向の一側または他側に交互に配置され、前記旋回部および前記第2腕部の前記一側の各側面が同一平面に近接して配置され、前記旋回部および前記第2腕部の前記他側の側面に沿って、前記第1腕部および前記先端揺動部が配置され、前記ケーブルが前記一側の側面に沿って配置され、前記第1から第3アクチュエータが、前記他側の側面側に配置され、前記第1腕部に固定された前記支持部材が、前記旋回部と前記第2腕部との間を前記第2軸線に沿う方向に貫通して前記一側の側面側に突出するように延びて前記本線を支持しているロボットを提供する。
本態様によれば、先端に手首部を支持する先端揺動部を旋回部に対して直列に接続された第1腕部および第2腕部によって支持するので、第1腕部と第2腕部とを一直線状に延ばすことにより手首部の動作範囲を最大化することができる。一方、第1腕部に対して第2腕部を揺動させて折り畳むことにより、第2軸線と第4軸線との距離を短縮させて、手首部と旋回部との距離を短くすることができ、周辺装置との間隔を狭めて密集配置することができる。
この場合において、第1腕部および第2腕部がそれぞれ長手方向に沿って真っ直ぐに延びる形状であり、旋回部、第1腕部、第2腕部および先端揺動部を第2軸線に沿う方向に交互に配置しているので、第1腕部または第2腕部をクランク状に曲げなくても、ロボットの全幅寸法を抑えることができる。また、第2軸線方向の一側側面に沿ってケーブルを配置することにより、第1腕部、第2腕部および先端揺動部の動作に応じてケーブルを無理なく湾曲動作させるように取り回すことができるとともに、ケーブルの組み付けおよび取り外しが容易である。
さらに、第1腕部または第2腕部をクランク状に曲げていないので、第1腕部および第2腕部における過大な応力集中の発生を防止して、第1腕部および第2腕部の強度および剛性を向上することができる。また、過大な応力集中を回避するための厚肉化や補強リブを最小限に抑えて、製造容易性を向上し、かつ、軽量化によるコスト低減と制御性向上を図ることができる。
上記態様においては、前記旋回部および前記第2腕部の前記一側の各側面が同一平面に近接して配置され、前記旋回部および前記第2腕部の前記他側の側面に沿って、前記第1腕部および前記先端揺動部が配置されている。
このようにすることで、旋回部および第2腕部の一側側面における段差が低減され、ケーブルをこれらの側面に沿って配置することができる。
また、上記態様においては、前記ケーブルが、前記旋回部および前記第2腕部の前記一側の側面に沿って配線された前記本線と、該本線の長手方向の途中位置において該本線から分岐する支線とを備え、該支線が、前記第1腕部の長手方向の途中位置に前記第2軸線に沿う方向に形成された貫通孔を貫通して前記第1アクチュエータおよび前記第2アクチュエータに配線されていてもよい。
このようにすることで、ケーブルの本線から分岐した支線を、第1腕部に形成された貫通孔を貫通させて第2軸線方向の他側の側面に配置されている第1アクチュエータおよび第2アクチュエータに簡易に配線することができる。支線が第1腕部の外側を回って配線されないので、周辺装置との干渉を確実に防止して支線を保護することができる。
また、上記態様においては、前記ケーブルの本線を前記旋回部、前記第1腕部および前記第2腕部にそれぞれ支持させる支持部材を備え、前記第1腕部に固定された前記支持部材が、前記旋回部と前記第2腕部との間を前記第2軸線に沿う方向に貫通して前記一側の側面側に突出するように延びて前記本線を支持している。
従来のように第1腕部をクランク状に曲げる構成と比較すると、旋回部と第2腕部との隙間に曲がった部分の第1腕部を通過させる必要がなく、第1軸線と第2軸線との間隔が同じであれば、旋回部と第2腕部との間に隙間を形成することができる。
このようにすることで、第1腕部から第2軸線に沿う方向に隙間を貫通して一側側面側に突出する支持部材によって、ケーブルの本線を第1腕部に支持させることができ、第1腕部の回転に応じてケーブルを無理なく湾曲動作させることができる。
また、上記態様においては、前記先端揺動部が長手軸を有し、該長手軸が、前記第1軸線に交差する位置に配置されていてもよい。
このようにすることで、旋回部を回転させる第1軸線と先端揺動部の長手軸を同軸に配置して、制御を容易にすることができる。
本発明によれば、第1腕部および第2腕部に発生する応力集中を低減して強度および剛性を向上し、軽量化による制御性の向上、コスト低減を図り、かつ、動作範囲を広く確保することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るロボットを左斜め前方から見た斜視図である。 図1のロボットを右斜め後方から見た斜視図である。 図1のロボットの正面図である。 図1のロボットを模式的に示す正面図である。 図1のロボットの第1腕部と第2腕部とを最も長く延ばした状態を示す側面図である。 図1のロボットの第1腕部と第2腕部とを最も短く折り畳んだ状態を示す側面図である。 従来構造のロボットの第2腕部と第1腕部との干渉を説明する部分的な斜視図である。 図7の干渉による第2腕部の動作範囲の制限を説明する部分的な側面図である。 図1のロボットの第2腕部の動作範囲を説明する部分的な側面図である。 図1のロボットの変形例を模式的に示す正面図である。
本発明の一実施形態に係るロボット1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット1は、図1から図3に示されるように、水平な床面に設置されるベース2に対して鉛直な第1軸線A回りに回転可能に支持された旋回部3と、該旋回部3に水平な第2軸線B回りに回転可能に支持された第1腕部4と、該第1腕部4に第2軸線Bに平行な第3軸線C回りに回転可能に支持された第2腕部5と、該第2腕部5に第3軸線Cに平行な第4軸線D回りに回転可能に支持され先端に3軸構成の手首部6を支持する先端揺動部7とを備えた7軸ロボットである。
旋回部3には、モータ8aおよび減速機8bを備えるアクチュエータ8が備えられ、該アクチュエータ8の作動によって、旋回部3をベース2に対して第1軸線A回りに水平回転させることができるようになっている。
第1腕部4と旋回部3との間には、図4に模式的に示すように、モータ9aおよび減速機9bを備えるアクチュエータ(第1アクチュエータ)9が備えられ、第1腕部4を旋回部3に対して第2軸線B回りに回転させることができるようになっている。
第2腕部5と第1腕部4との間には、モータ10aおよび減速機10bを備えるアクチュエータ(第2アクチュエータ)10が備えられ、第2腕部5を第1腕部4に対して第3軸線C回りに回転させることができるようになっている。
先端揺動部7と第2腕部5との間には、モータ11aおよび減速機11bを備えるアクチュエータ(第3アクチュエータ)11が備えられ、先端揺動部7を第2腕部5に対して第4軸線D回りに回転させることができるようになっている。
本実施形態においては、図1から図3に示されるように、第1腕部4および第2腕部5がそれらの長手方向に沿って真っ直ぐに延びる形状を有している。
旋回部3は、第2軸線Bを中心軸とする円板状部分12を備えている。円板状部分12は、第1軸線Aに対して水平方向一側にオフセットした位置に、鉛直方向に沿って配置されている。
図3に示されるように、円板状部分12の第2軸線Bに沿う方向の一側(図3の紙面に向かって右側)の側面12aと、第2腕部5の同じ側の側面5aとが略同一平面に沿って段差なく配列されている。
また、第1腕部4は、旋回部3の円板状部分12および第2腕部5の第2軸線Bに沿う方向の他側(図3の紙面に向かって左側)の側面5b,12b側に配置されている。また、先端揺動部7も、第2腕部5の他側の側面5b側に配置されている。
これにより、旋回部3、第1腕部4、第2腕部5および先端揺動部7は、旋回部3から先端揺動部7に向かって第2軸線Bに沿う方向の一側または他側に交互に配置されている。
そして、旋回部3を回転させる第1軸線Aと、先端揺動部7の長手軸Eとが交差する位置に配置されている。
第1から第3アクチュエータ9,10,11は、全て、第2軸線Bに沿う方向の他側に配置されている。
そして、これらのアクチュエータ9,10,11に動力および信号を供給するためのケーブル13は、旋回部3から先端揺動部7まで、旋回部3、第1腕部4および第2腕部5の第2軸線Bに沿う方向の一側に配置されている。
各アクチュエータ9,10,11の減速機9b,10b,11bは、モータ9a,10a,11aが固定されるケース部14,15,16と、該ケース部14,15,16に対して回転させられる出力軸部17,18,19とを備えている。
本実施形態においては、第1アクチュエータ9の減速機9bは、ケース部14が第1腕部4に固定され、出力軸部17が旋回部3の円板状部分12に固定されている。また、第2アクチュエータ10の減速機10bは、ケース部15が第1腕部4に固定され、出力軸部18が第2腕部5に固定されている。さらに、第3アクチュエータ11の減速機11bは、ケース部16が先端揺動部7に固定され、出力軸部19が第2腕部5に固定されている。
第1アクチュエータ9は、モータ9aを駆動すると、旋回部3の円板状部分12に固定されることにより静止状態の出力軸部17に対して、モータ9aおよびケース部14が固定された第1腕部4を第2軸線B回りに回転させることができるようになっている。
第2アクチュエータ10は、モータ10aを駆動すると、第1腕部4に固定されることにより静止状態のケース部15に対して、出力軸部18が固定された第2腕部5を第3軸線C回りに回転させることができるようになっている。
第3アクチュエータ11は、モータ11aを駆動すると、第2腕部5に固定されることにより静止状態の出力軸部19に対して、モータ11aおよびケース部16が固定された先端揺動部7を第4軸線D回りに回転させることができるようになっている。
各アクチュエータ9,10,11のモータ9a,10a,11aには、動力および信号を供給するケーブル13が接続されている。ケーブル13は、ベース2の後部の配電盤からベース2内に延び、旋回部3の第1軸線A近傍を貫通して、旋回部3内に入ると、その一部が旋回部3を第1軸線A回りに回転させるアクチュエータ8のモータ8aに接続され、残りが旋回部3の外側に露出している。
旋回部3の外側に露出したケーブル13は、図3に示されるように、旋回部3の円板状部分12の一側の側面12aおよび第2腕部5の一側の側面5aに沿って先端揺動部7まで延びるように配線された本線13aと、途中位置で分岐する支線13bとを備えている。本線13aは、旋回部3の側面、第1腕部4の側面、第2腕部5の側面および先端揺動部7に設けられた支持部材20によって長手方向の途中位置がそれぞれ支持されている。本線13aの先端は、図1および図2に示されるように、先端揺動部7を回転駆動する第3アクチュエータ11のモータ11aおよび先端揺動部7に搭載されている手首部6を駆動するモータ7a,7b,7cに接続されている。
各支持部材20は、ケーブル13の本線13aが旋回部3および第2腕部5の一側の側面5aに沿う平面に沿って延びるような適当な長さに設定されている。特に、第1腕部4にケーブル13を支持させる支持部材20は、旋回部3および第2腕部5の他側の側面5b側に配置されている第1腕部4の側面から旋回部3の円板状部分12と第2腕部5との間の隙間を貫通して一側の側面側に突出するように延びている。
ケーブル13の支線13bはこの第1腕部4の支持部材20の位置で本線13aから分岐して、支持部材20に沿って第1腕部4の方向に延びている。第1腕部4には、この支持部材20が固定されている近傍に第2軸線Bに沿う方向に貫通する貫通孔21が設けられている。支線13bは、この貫通孔21を貫通して、第1および第2アクチュエータ9,10のモータ9a,10aに接続されている。
このように構成された本実施形態に係るロボット1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボット1によれば、先端に手首部6を支持する先端揺動部7を旋回部3に対して直列に接続された第1腕部4および第2腕部5によって支持するので、第1腕部4と第2腕部5とを一直線状に延ばすことにより手首部6の動作範囲を最大化することができる。
すなわち、図5に示されるように、第1腕部4と第2腕部5とを一直線状に延ばした状態で、第2アクチュエータ10を駆動することなく第1アクチュエータ9を駆動することにより、第1腕部4および第2腕部5を単一の長い腕部として動作させることができ、旋回部3の第1軸線A回りの回転および先端揺動部7の第4軸線D回りの回転と組み合わせて広い動作範囲にわたる3次元位置に手首部6を配置することができる。
一方、図6に示されるように、第1腕部4に対して第2腕部5を揺動させて折り畳むことにより、第2軸線Bと第4軸線Dとの距離を短縮して、手首部6と旋回部3との距離を短くすることができる。これにより、広い動作範囲を確保しながら、コンパクトで小回りのきく動作を可能にして、周辺装置や隣接するロボットとの間隔を狭めて密集配置することができる。
この場合において、第1腕部4および第2腕部5がそれぞれ長手方向に沿って真っ直ぐに延びる形状にして、図4に示されるように、旋回部3、第1腕部4、第2腕部5および先端揺動部7を第2軸線Bに沿う方向に交互に配置しているので、第1腕部4または第2腕部5をクランク状に曲げなくても、ロボット1の全幅寸法を抑えることができる。
そして、図3に示されるように、旋回部3と第2腕部5とで段差を少なくした第2軸線B方向の一側側面5a,12aに沿ってケーブル13を配置することにより、第1腕部4、第2腕部5および先端揺動部7の動作に応じてケーブル13を上記一側側面5a,12aに沿って一方向に湾曲させるだけの無理のない配線ルートで取り回すことができるとともに、ケーブル13の組み付けおよび取り外しが容易である。
さらに、従来のように第1腕部4または第2腕部5をクランク状に曲げていないので、第1腕部4および第2腕部5における過大な応力集中の発生を防止して、第1腕部4および第2腕部5の強度および剛性を向上することができるという利点がある。
また、クランク状に曲げずに真っ直ぐな形態を採用することで、第1腕部4および第2腕部5をそれぞれ平坦な形状に構成できる。
平坦な形状とすることにより、第1腕部4および第2腕部5を鋳造する際に使用する鋳型の体積を低減することができるとともに、過大な応力集中を回避するための補強リブを最小限に抑えて鋳型の複雑化を防止することができる。その結果、第1腕部4および第2腕部5の製造容易性を向上し、コストを大幅に低減することができる。
また、過大な応力集中を回避するための厚肉化を防止することや補強リブを最小限に抑えることで、第1腕部4および第2腕部5自体を軽量化してコストを低減することができるとともに、軽量化により、第1アクチュエータ9および第2アクチュエータ10による第1腕部4および第2腕部5の制御性を向上することができるという利点もある。
また、ケーブル13の本線13aから分岐した支線13bを第1腕部4の外面に沿って取り回すのではなく、第1腕部4に設けられた貫通孔21を貫通させているので、ケーブル13が外側に張り出さず、周辺装置等に引っ掛けることを防止することができる。これにより、ケーブル13をより確実に保護することができる。
また、本実施形態に係るロボット1によれば、真っ直ぐに延びるように形成された第1腕部4に第1アクチュエータ9および第2アクチュエータ10を同一方向から取り付けているので、第1腕部4をクランク状に湾曲させた従来構造よりも組立が容易であるという利点もある。すなわち、第1腕部4に第1アクチュエータ9用の減速機9bのケース部14および第2アクチュエータ10用の減速機10bのケース部15をそれぞれ組み付けた状態のユニットを旋回部3の円板状部分12に取り付けることができ、組立作業が容易である。
さらに、第1アクチュエータ9のモータ9aおよび第2アクチュエータ10のモータ10aが、いずれも第1腕部4に同一方向から固定されているので、第1腕部4と2つのモータ9a,10aとが相対的に移動せずに一体的に移動させられる。したがって、2つのアクチュエータ9,10用のケーブル13の支線13bを、第1腕部4の貫通孔21を貫通する共通の経路に沿って配線すればよい。
その結果、第1アクチュエータ9のモータ9aが旋回部3に固定され、第2アクチュエータ10のモータ10aが第1腕部4に固定される従来構造とは異なり、図3に鎖線で示されるように、2つのアクチュエータ9,10用のモータ9a,10aおよびケーブル13を覆うカバー22等を設けることも容易である。
また、本実施形態に係るロボット1によれば、第3軸線C回りの第2腕部5の径方向外方に配置されている旋回部3との間に比較的大きな隙間を形成することができるという利点がある。
すなわち、図7に示される従来構造のように、第1腕部30をクランク状に湾曲させた場合には、第3軸線C回りの第2腕部5の径方向外方には、クランク状に曲がった部分の第1腕部30が近接して配置されるため、図8に示されるように第2腕部5の第3軸線C回りの動作範囲は第1腕部30との干渉によって比較的狭い範囲に制限される。
これに対して、本実施形態に係るロボット1によれば、第2軸線Bと第3軸線Cとの距離を従来構造と同じに設定した場合には、図9に示されるように、クランク状に曲がった部分の第1腕部30が存在しない分だけ、第2腕部5から旋回部3の円板状部分12を径方向に離れた位置に配置することができ、第2腕部5の第3軸線C回りの動作範囲を広く確保することができる。
なお、本実施形態においては、旋回部3の円板状部分12を第1軸線Aに対して一側にオフセットし、旋回部3に接続する第1腕部4を第1軸線A近傍に配置する順序で、旋回部3、第1腕部4、第2腕部5および先端揺動部7を第2軸線Bに沿う方向に交互に配置したが、これに代えて、図10に示されるように配置してもよい。すなわち、旋回部3の円板状部分12を第1軸線A近傍に配置し、第1腕部4を第1軸線Aから一側にオフセットした位置に配置する順序で、旋回部3、第1腕部4、第2腕部5および先端揺動部7を第2軸線Bに沿う方向に交互に配置してもよい。
この場合には、ケーブル13を第2腕部5に支持させる支持部材20が第1腕部4と先端揺動部7との間の隙間を通過して第2腕部5を超える位置まで延びていればよい。
1 ロボット
3 旋回部
4 第1腕部
5 第2腕部
5a 一側の側面
5b 他側の側面
6 手首部
7 先端揺動部
9 第1アクチュエータ(アクチュエータ)
10 第2アクチュエータ(アクチュエータ)
11 第3アクチュエータ(アクチュエータ)
12a 一側の側面
12b 他側の側面
13 ケーブル
13a 本線
13b 支線
20 支持部材
21 貫通孔
A 第1軸線
B 第2軸線
C 第3軸線
D 第4軸線
E 長手軸

Claims (3)

  1. 第1軸線回りに回転可能な旋回部と、
    該旋回部に、前記第1軸線に直交する方向に延びる第2軸線回りに回転可能に接続され、長手方向に沿って真っ直ぐに延びる第1腕部と、
    該第1腕部に、前記第2軸線に平行な第3軸線回りに回転可能に接続され、長手方向に沿って真っ直ぐに延びる第2腕部と、
    該第2腕部に、前記第3軸線に平行な第4軸線回りに回転可能に接続され、先端に手首部を支持する先端揺動部と、
    前記旋回部に対して前記第1腕部を回転させる第1アクチュエータと、
    前記第1腕部に対して前記第2腕部を回転させる第2アクチュエータと、
    前記第2腕部に対して前記先端揺動部を回転させる第3アクチュエータと、
    これら前記第1から第3アクチュエータに動力および信号を供給するケーブルと
    該ケーブルの本線を前記旋回部、前記第1腕部および前記第2腕部にそれぞれ支持させる支持部材とを備え、
    前記旋回部、前記第1腕部、前記第2腕部および前記先端揺動部が、前記旋回部から前記先端揺動部に向かって前記第2軸線に沿う方向の一側または他側に交互に配置され、
    前記旋回部および前記第2腕部の前記一側の各側面が同一平面に近接して配置され、
    前記旋回部および前記第2腕部の前記他側の側面に沿って、前記第1腕部および前記先端揺動部が配置され、
    前記ケーブルが前記一側の側面に沿って配置され、
    前記第1から第3アクチュエータが、前記他側の側面側に配置され
    前記第1腕部に固定された前記支持部材が、前記旋回部と前記第2腕部との間を前記第2軸線に沿う方向に貫通して前記一側の側面側に突出するように延びて前記本線を支持しているロボット。
  2. 前記ケーブルが、前記旋回部および前記第2腕部の前記一側の側面に沿って配線された前記本線と、該本線の長手方向の途中位置において該本線から分岐する支線とを備え、
    該支線が、前記第1腕部の長手方向の途中位置に前記第2軸線に沿う方向に形成された貫通孔を貫通して前記第1アクチュエータおよび前記第2アクチュエータに配線されている請求項1に記載のロボット。
  3. 前記先端揺動部が長手軸を有し、該長手軸が、前記第1軸線に交差する位置に配置されている請求項1または請求項に記載のロボット。
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