JP6712114B2 - リンク式多関節ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、リンク式多関節ロボットおよびロボットシステムに関する。

生産現場におけるワークの搬送、溶接、加工、組立等の各種作業は自動化が進み、多くの産業用ロボットが使われている。一方で、生産現場のスペースをできる限り有効活用するため、各装置間の間隔は操作や保守に必要な最小限にレイアウトされる。

従来、コンパクト化を図るため、スコットラッセル機構を採用した産業用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に記載された産業用ロボットは、主アームが曲げられたブーメラン状の形状をなしているため、主アームの先端部を副アームの直近となる手元まで寄せることができる。

特許第５４７６５０７号公報（請求項１、明細書の段落００２７、図１〜図４）

しかしながら、特許文献１に記載された産業用ロボットは、旋回軸を直動機構によって上下に移動させているので、旋回可動範囲が制限されるという問題があった。産業用ロボットは、装置や作業者との干渉を回避しながら、可動範囲を広くする必要がある。

一方、特許文献１に記載された産業用ロボットは、主アームを副アームで支える構造となっているため、主アームおよび副アームから構成されるアーム自体の剛性は高い。しかし、アームを開いた状態での稼働、大重量のワークの搬送、アームの先端部に取り付けた工具による加工や把持されたワークを工具に押し当てて行う加工の際の反力等、アームに過大な荷重がかかる場合がある。このような場合、アームを支持する支柱が傾斜してしまい、産業用ロボットにおけるアームの先端部の位置決め精度に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、狭小スペースでも旋回可動範囲を広くできるとともに、ロボット全体としての剛性をより向上させることができるリンク式多関節ロボットおよびロボットシステムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、主アームと、該主アームの先端部に連結されたハンド部と、を備え、前記ハンド部に取り付けた対象物を操作するリンク式多関節ロボットである。前記リンク式多関節ロボットは、前記主アームの胴部に対して一端部が回動自在に連結された副アームと、前記主アームおよび前記副アームを支持する本体支柱を有する本体塔と、を備える。また、前記リンク式多関節ロボットは、前記本体塔を前記本体支柱の長手方向に平行な旋回軸のまわりに回転駆動させる本体塔回転駆動装置と、前記本体塔を囲む複数の脚部を有するフレームと、を備える。前記本体塔は、前記主アームの基端部が回動自在に連結され該基端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第１の直動装置を有している。また、前記本体塔は、前記副アームの他端部が回動自在に連結され該他端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第２の直動装置を有している。前記フレームは、前記本体塔回転駆動装置が設置された基台と、前記基台に対して前記脚部を介して連結された天井部と、を有している。そして、前記本体塔は、前記基台および前記天井部に対して前記旋回軸のまわりに回転自在に支持されている。本発明の一側面では、前記旋回軸に対して前記主アームが平行となる状態で前記本体塔が回転駆動させられる。
また、本発明の他の側面では、前記主アームの先端部を前記本体塔に近接させたアーム閉状態において、前記主アームおよび前記副アームが前記フレーム内に退避し、前記主アームの先端部を前記本体塔から離間させたアーム開状態において、前記主アームの先端部が前記フレームから外に突出する。
また、本発明のさらに他の側面では、前記旋回軸は、前記本体支柱の断面外形の外接円の中心から、前記主アーム側にオフセットしている。
また、本発明のさらに他の側面では、前記本体支柱は、該本体支柱の長手方向に垂直な断面がＵ字状、アール形状、あるいは略コの字状の支持構造体を有し、前記第１の直動装置は、駆動源と、該駆動源で回転駆動されるボールねじと、該ボールねじに螺合されたボールナットと、を備え、前記第１の直動装置のボールナットには、前記主アームの基端部が回動自在に連結された第１の連結部が取り付けられており、前記第２の直動装置は、駆動源と、該駆動源で回転駆動されるボールねじと、該ボールねじに螺合されたボールナットと、を備え、前記第２の直動装置のボールナットには、前記副アームの他端部が回動自在に連結された第２の連結部が取り付けられており、前記第１の直動装置の駆動源、ボールねじおよびボールナットと、前記第２の直動装置の駆動源、ボールねじおよびボールナットとは、それぞれ前記支持構造体におけるＵ字状、アール形状、あるいは略コの字状の断面の外形の内側に配置されている。

また、本発明は、前記リンク式多関節ロボットを一つのモジュール単位とするロボットシステムである。前記ロボットシステムは、前記リンク式多関節ロボットと、前記リンク式多関節ロボットのフレームと同じ平面外形形状のフレームを有し、該フレーム内で前記対象物を用いた作業を行う作業ユニットと、を備える。あるいは、前記ロボットシステムは、複数の前記リンク式多関節ロボット同士がワークの搬送方向に沿って連結されている。

本発明によれば、狭小スペースでも旋回可動範囲を広くできるとともに、ロボット全体としての剛性をより向上させることができるリンク式多関節ロボットおよびロボットシステムを提供できる。

本発明の一実施形態に係るリンク式多関節ロボットのアーム開状態の外観を一部透視して示す斜視図である。 図１に示されるリンク式多関節ロボットのアーム閉状態の外観を示す斜視図である。 図１に示されるリンク式多関節ロボットにおいてフレームを除いたアーム開状態の外観を示す斜視図である。 図１に示される主アームの構成を示し、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は側面断面図である。 図１に示されるハンド部の構成を示す平面断面図である。 図１に示されるリンク式多関節ロボットにおいて本体塔の前カバー部材を除いたアーム開状態の左側から見た断面図であり、図８のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。 主アームと副アームの支持構造を模式的に示す断面図であり、（ａ）は図６のＶＩＩａ−ＶＩＩａ断面図、（ｂ）は図６のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図を示す。 図１に示されるリンク式多関節ロボットにおいて主アームおよび副アームとそれらとの連結部とを除いた状態の正面図である。 図３の上から見た図である。 ロボットシステムの一例を模式的に示す平面図である。 ロボットシステムの他の例を模式的に示す平面図である。 ロボットシステムのさらに他の例を模式的に示す平面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

本発明の一実施形態に係るリンク式多関節ロボット１について図１から図９を適宜参照しながら詳細に説明する。以下、説明の都合上、図１に示すように、リンク式多関節ロボット１について上下左右前後の方向を設定する。ただし、図１に示す方向は一例であって、リンク式多関節ロボット１の実際の設置方向がこれに限定されるものではない。

〈全体構成の概要〉
リンク式多関節ロボット１は、図１、図２に示すように、主アーム２と、主アーム２の先端部に連結されたハンド部３と、副アーム４と、本体塔５と、フレーム９とを備えている。副アーム４の一端部である関節部４１は、主アーム２の胴部に対して回動自在に連結されている。

リンク式多関節ロボット１は、ハンド部３に取り付けた対象物である工具、治具、クランプ装置等を操作するロボットである。例えば、図１０に示すように、エアクランプやマグネット等で把持するクランプ装置Ｔをハンド部３に取り付けることができる。この場合、リンク式多関節ロボット１は、ワークＷをマシニングセンタ等の工作機械Ｍ１から工作機械Ｍ２に搬送する用途に使用され得る。

本体塔５は、図８に示すように、本体支柱５２と、第１の直動装置５４と、第２の直動装置５５とを備えている。本体支柱５２は、主アーム２および副アーム４（図１参照）を支持する。第１の直動装置５４は、主アーム２の基端部２３（図１参照）を本体支柱５２の長手方向に沿って移動させる。第２の直動装置５５は、副アーム４の他端部である関節部４２（図１参照）を本体支柱５２の長手方向に沿って移動させる。また、リンク式多関節ロボット１は、本体塔５を本体支柱５２の長手方向に平行な旋回軸Ｃ１のまわりに回転駆動させる本体塔回転駆動装置５３を備えている。

フレーム９は、図１、図２に示すように、本体塔５を囲む複数（４本）の脚部９１を有している。本体塔５は、該本体塔５の前面を覆う前カバー部材５６と、可動部を覆うスライドガード５７とを備えている。また、リンク式多関節ロボット１は、図３に示すように、本体塔回転駆動装置５３（図８参照）が設置されたベース部５１と、制御装置１０とを備えている。

〈主アーム〉
主アーム２は、図４（ａ）に示すように、ハンド部支持部２１と、主アームベース部２２と、ハンド部揺動駆動装置６と、ハンド部支持部駆動装置７（図４（ｂ）参照）と、対象物回転駆動装置８と、を備えている。

ハンド部支持部２１は、主アーム２の先端側（手先部分）に配設されている。ハンド部支持部２１は、基体となるケーシング２１ａと、先端部にＵ字状をなした貫通凹部２１ｂとを備えている。ハンド部支持部２１は、貫通凹部２１ｂにおいて、主アーム軸２ａに交差（ここでは直交）する方向に設定されたハンド部揺動軸２ｂのまわりに、ハンド部３を回転自在に支持する。主アームベース部２２は、主アーム２の基端側に配設されており、ハンド部支持部２１を主アーム軸２ａのまわりに回転自在に支持する。

主アーム２の基端部２３は、第１の直動装置５４の第１の連結部２４（図６参照）に連結されている。リンク式多関節ロボット１は、第１の直動装置５４によって、第１の連結部２４、ひいては主アーム２の基端部２３を本体支柱５２（図６参照）に沿って上下方向に往復移動（図１の符号Ｓ１参照）させる。

ハンド部揺動駆動装置６は、図４（ａ）に示すように、ハンド部揺動軸２ｂのまわりに少なくとも９０度の可動範囲θ３（図１参照）で、ハンド部３を往復揺動回転または連続回転させる。ハンド部揺動駆動装置６は、駆動モータ６１の駆動力を、歯車６２、伝達シャフト６３、ハンド部揺動駆動伝達機構６６（図５参照）、および減速機Ｇ２（図５参照）を介して、ハンド部３へ伝達する。

ハンド部支持部駆動装置７は、図４（ｂ）に示すように、主アーム軸２ａのまわりに少なくとも１８０度の可動範囲θ４（図１参照）で、ハンド部支持部２１を往復揺動回転または連続回転させる。ハンド部支持部駆動装置７は、駆動モータ７１の駆動力を、歯車７２、減速機Ｇ１、伝達シャフト７３、および連結継手７４を介して、ハンド部支持部２１のケーシング２１ａへ伝達する。

対象物回転駆動装置８は、図４（ａ）に示すように、中心軸２ｃのまわりに少なくとも３６０度の可動範囲θ５（図１参照）で、被取付部３１を往復揺動回転または連続回転させる。対象物回転駆動装置８は、駆動モータ８１の駆動力を、歯車８２、伝達シャフト８３、および被取付部駆動伝達機構８８（図５参照）を介して、ハンド部３の被取付部３１へ伝達する。

〈ハンド部〉
ハンド部３は、図５に示すように、対象物を取り付ける被取付部３１と、被取付部３１を回転自在に支持する被取付部支持部３２と、を備えている。被取付部３１は、先端部に減速機Ｇ３が配設されている。

被取付部支持部３２は、図４（ｂ）に示すように、略円柱形状をなした部材であり、被取付部３１を中心軸２ｃのまわりに回転自在に支持する部位である。被取付部支持部３２は、ハンド部支持部２１の先端部に形成された貫通凹部２１ｂに配設され、ハンド部揺動軸２ｂのまわりに回転自在に支持されている。

〈副アーム〉
副アーム４は、図６に示すように、両端部が回転自在に連結されたリンク部材である。副アーム４の一端部である関節部４１が主アーム２の胴部である主アームベース部２２に連結され、副アーム４の他端部である関節部４２が第２の直動装置５５の第２の連結部２５に連結されている。リンク式多関節ロボット１は、第２の直動装置５５によって、第２の連結部２５、ひいては副アーム４の関節部４２を本体支柱５２に沿って上下方向に往復移動（図１の符号Ｓ２参照）させる。

また、リンク式多関節ロボット１には、ハンド部３へ制御媒体を供給する図示しないケーブルが配設されている。ケーブルは、圧縮エア配管や油圧配管、電線等であり、制御媒体は、ハンド部３に取り付けた対象物としてのクランプ装置Ｔ（図１０参照）を制御するための圧縮エアや圧油、電力等である。

〈本体塔回転駆動装置〉
本体塔回転駆動装置５３について、図６を参照しながら説明する。図６は、リンク式多関節ロボット１において本体塔５の前カバー部材５６（図１参照）を除いたアーム開状態の左側から見た断面図であり、図８のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。

図６に示すように、本体塔回転駆動装置５３は、ベース部５１に対して、本体塔５を回転駆動させる装置であり、サーボモータ５３ａと、伝達機構５３ｂと、減速装置５３ｃとを備えている。リンク式多関節ロボット１は、本体塔回転駆動装置５３によって、旋回軸Ｃ１のまわりに少なくとも３６０度の可動範囲θ１で、本体塔５を往復揺動回転または連続回転させる。これにより、リンク式多関節ロボット１は、主アーム２および副アーム４を本体塔５とともに３６０度で全周回転させることができる。

〈本体塔〉
本体塔５について、主として図６〜図８を参照しながら説明する。図７は、主アーム２と副アーム４の支持構造を模式的に示す断面図であり、（ａ）は図６のＶＩＩａ−ＶＩＩａ断面図、（ｂ）は図６のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図である。図８は、リンク式多関節ロボット１において主アーム２および副アーム４とそれらとの連結部とを除いた状態の正面図である。

本体塔５は、図６に示すように、本体支柱５２と、第１の直動装置５４と、第２の直動装置５５とを備えている。本体支柱５２は、ベース部５１から立設するように上下方向に延伸して配設された部材であり、ベース部５１に対して回転自在に支持されている。具体的には、本体支柱５２は、ベース部５１に設置された減速装置５３ｃの出力軸５３ｄに固定された回転円板５２ｃ上に、取付板５９を介して固定されている。

本体支柱５２は、図７（ａ）に示すように、本体支柱５２の長手方向に垂直な断面がＵ字状の支持構造体５２ａと、支持構造体５２ａの内側における左右の隅部にそれぞれ溶接等によって接合された一対の支柱５２ｂとを有している。支持構造体５２ａは、本体塔５の左右側面および背面を覆うカバー部材としても機能する。支柱５２ｂは、ここでは中空のパイプ部材であるが、中実の棒状部材であってもよい。支持構造体５２ａおよび支柱５２ｂの下端に、取付板５９が設けられている。なお、本体支柱５２および支持構造体５２ａは、前記した構成に限定されるものではなく、例えば四角管形状や四角柱形状、アール形状（円弧状）、あるいは略コの字状（門形状）等、一定方向（ここでは上下方向）に延伸する形状を呈するものであればよい。

第１の直動装置５４は、図６に示すように、主アーム２の基端部２３を本体支柱５２に沿って移動させる装置である。第１の直動装置５４は、直線ガイド機構と、駆動機構とを備えている。

第１の直動装置５４の直線ガイド機構は、図７（ａ）に示すように、ガイドレール５４ａと、ガイドブロック５４ｂと、ガイドプレート５４ｃとを備えている。ガイドレール５４ａは、本体支柱５２の一対の支柱５２ｂの各前面に左右それぞれ配設されている。ガイドブロック５４ｂは、ガイドレール５４ａに沿って移動自在である。ガイドプレート５４ｃは、左右それぞれのガイドレール５４ａ，５４ａに沿って移動自在に配設されたガイドブロック５４ｂに取り付けられている。ガイドプレート５４ｃは、左右２個ずつ合計４個のガイドブロック５４ｂ（図８参照）の前面に固定されている。

第１の直動装置５４の駆動機構は、図８に示すように、駆動源としてのサーボモータ５４ｄと、サーボモータ５４ｄで回転駆動されるボールねじ５４ｅと、ボールねじ５４ｅに螺合されたボールナット５４ｆとを備えている。ボールナット５４ｆは、接続ブロック５４ｇを介してガイドプレート５４ｃに固定されている。図７（ａ）に示すように、ガイドプレート５４ｃの前面に、第１の連結部２４が取り付けられている。すなわち、ボールナット５４ｆには、接続ブロック５４ｇおよびガイドプレート５４ｃを介して第１の連結部２４が取り付けられている。

第２の直動装置５５は、図６に示すように、副アーム４の関節部４２を本体支柱５２に沿って移動させる装置である。第２の直動装置５５は、直線ガイド機構と、駆動機構とを備えている。

第２の直動装置５５の直線ガイド機構は、図７（ｂ）に示すように、前記した第１の直動装置５４の左右一対のガイドレール５４ａを共用化して使用する。また、第２の直動装置５５の直線ガイド機構は、ガイドブロック５５ｂと、ガイドプレート５５ｃとを備えている。ガイドブロック５５ｂは、ガイドレール５４ａに沿って移動自在である。ガイドプレート５５ｃは、左右それぞれのガイドレール５４ａ，５４ａに沿って移動自在に配設されたガイドブロック５５ｂに取り付けられている。ガイドプレート５５ｃは、左右２個ずつ合計４個のガイドブロック５５ｂ（図８参照）の前面に固定されている。

第２の直動装置５５の駆動機構は、図８に示すように、駆動源としてのサーボモータ５５ｄと、サーボモータ５５ｄで回転駆動されるボールねじ５５ｅと、ボールねじ５５ｅに螺合されたボールナット５５ｆとを備えている。ボールナット５５ｆは、接続ブロック５５ｇを介してガイドプレート５５ｃに固定されている。図７（ｂ）に示すように、ガイドプレート５５ｃの前面に、第２の連結部２５が取り付けられている。すなわち、ボールナット５５ｆには、接続ブロック５５ｇおよびガイドプレート５５ｃを介して第２の連結部２５が取り付けられている。
ここで、第１の直動装置５４のサーボモータ５４ｄ、ボールねじ５４ｅおよびボールナット５４ｆは、それぞれ支持構造体５２ａにおけるＵ字状の断面の外形の内側に配置されている。同様に、第２の直動装置５５のサーボモータ５５ｄ、ボールねじ５５ｅおよびボールナット５５ｆも、それぞれ支持構造体５２ａにおけるＵ字状の断面の外形の内側に配置されている。

〈フレーム〉
フレーム９について、主として図１、図６、図９を参照しながら説明する。図９は、図３の上から見た図である。

フレーム９は、図１に示すように、本体塔５を囲む４本の脚部９１と、本体塔回転駆動装置５３（図６参照）が設置された基台９２と、基台９２に対して脚部９１を介して連結された天井部９３とを有している。基台９２は、工場の床等に台座９５（図６参照）を介して設置される底部９４と、底部９４上に固定されるベース部５１とを備えている。天井部９３と底部９４とは、矩形板状を呈しており、脚部９１によって接続されている。

隣り合う脚部９１の下部同士を繋ぐ連結バー９１ａが底部９４に平行に４本設置されている。連結バー９１ａと脚部９１の下部と底部９４との間に形成された開口にはカバー９１ｂが設置されており、４本の連結バー９１ａで囲まれて形成された開口にはカバー９１ｃが設置されている。

ベース部５１は、図６に示すように、本体塔回転駆動装置５３を囲む筒状のケーシング５１ａと、ケーシング５１ａの上端に固定された上板５１ｂと、ケーシング５１ａの下端に固定された下板５１ｃとを有している。本体塔回転駆動装置５３は、ベース部５１の上板５１ｂに設置されている。下板５１ｃは、底部９４上にねじ締結等によって固定される。本体支柱５２は、ベース部５１に設置された本体塔回転駆動装置５３の出力軸５３ｄに、回転円板５２ｃおよび取付板５９を介して固定されている。つまり、本体塔５は、基台９２に対して旋回軸Ｃ１のまわりに回転自在に支持されている。下板５１ｃおよび底部９４には、本体塔回転駆動装置５３のサーボモータ５３ａとの干渉を避けるための逃げ孔が形成されている。

天井部９３には、支持軸９６が軸受９７を介して回転自在に支持されている。支持軸９６は、取付板５８を介して本体支柱５２に固定されている。取付板５８は、本体塔５の支持構造体５２ａおよび支柱５２ｂの上端に設けられている。つまり、本体塔５は、天井部９３に対して旋回軸Ｃ１のまわりに回転自在に支持されている。

出力軸５３ｄの軸線と支持軸９６の軸線とは、同軸上にあって旋回軸Ｃ１を形成している。旋回軸Ｃ１は、図９に示すように、本体支柱５２の長手方向に垂直な断面外形の外接円の中心Ｃ２（図７（ａ）参照）から、主アーム２側にオフセットしている。好適には、旋回軸Ｃ１は、本体支柱５２の長手方向に垂直な断面外形の外接円の中心Ｃ２（図７（ａ）参照）と主アーム２の間に位置している。より好適には、旋回軸Ｃ１は、本体支柱５２の長手方向に垂直な断面外形の外接円の中心Ｃ２（図７（ａ）参照）と主アーム２の間であって、かつ前記外接円の中心Ｃ２から該外接円の半径以内に位置している。

リンク式多関節ロボット１は、図２に示すように、主アーム２の先端部を本体塔５に近接させたアーム閉状態において、主アーム２および副アーム４がフレーム９内に退避する。一方、リンク式多関節ロボット１は、図１に示すように、主アーム２の先端部を本体塔５から離間させたアーム開状態において、主アーム２の先端部がフレーム９から外に突出する。そして、図２に示すように、旋回軸Ｃ１に対して主アーム２が平行となる状態で、本体塔５が旋回軸Ｃ１のまわりに回転駆動させられるように構成されている。

制御装置１０（図３参照）は、ハンド部揺動駆動装置６、ハンド部支持部駆動装置７、対象物回転駆動装置８、本体塔回転駆動装置５３、第１の直動装置５４および第２の直動装置５５、その他の装置の動作を制御する。

次に、以上のように構成された本実施形態に係るリンク式多関節ロボット１の動作について説明する。
図８に示すように、リンク式多関節ロボット１は、第１の直動装置５４によって、本体支柱５２に沿って所定の可動範囲で、主アーム２の基端部２３（図１参照）を直線往復移動させることができる。また、第２の直動装置５５によって、本体支柱５２に沿って所定の可動範囲で、副アーム４の関節部４２（図１参照）を直線往復移動させることができる。

本実施形態に係るリンク式多関節ロボット１は、第１の直動装置５４、および第２の直動装置５５からなるガイドレール５４ａ，５４ａを共用化した直線移動ガイド方式を採用している。これにより、コンパクトに構成するとともに、かつ、高度な剛性および軌道精度を確保することができる。

リンク式多関節ロボット１は、主アーム２の基端部２３と副アーム４の関節部４２とを一緒に上下移動させることで、主アーム２を旋回軸Ｃ１に対する角度θ２（図１参照）を維持したままで上下移動させることができる。

リンク式多関節ロボット１は、主アーム２の基端部２３と副アーム４の関節部４２とが相互に離隔する方向に移動させることで、主アーム２の旋回軸Ｃ１に対する角度θ２（図１参照）を減少させることができる。そして、角度θ２が０度になるまで移動させると、図２に示すように、旋回軸Ｃ１に対して主アーム２が平行となる。このようにして、主アーム２をコンパクトに折り畳んだ状態で、フレーム９との干渉を回避しつつ、本体支柱５２を回転駆動させることができる。これにより、主アーム２の手元まで作業範囲を拡大させることで、狭小スペースでも作動可動範囲を広く確保することができる。

リンク式多関節ロボット１は、第１の直動装置５４、および第２の直動装置５５によって、それぞれ主アーム２の基端部２３、および副アーム４の関節部４２の２か所の位置を制御すればよい。このため、本実施形態に係るリンク式多関節ロボット１は、一般的な多関節ロボットのような複雑な同期制御を不要とすることができ、制御系を簡素化してコスト低減を図ることができる。

また、本実施形態に係るリンク式多関節ロボット１は、一般的な多関節ロボットのように、稼働中にアームが背面側に飛び出すことがない。このため、狭小な作業スペースに設置しても、他の装置等との干渉を防止することが容易である。

さらに、本実施形態では、図６に示すように、フレーム９は、本体塔回転駆動装置５３が設置された基台９２と、基台９２に対して脚部９１を介して連結された天井部９３と、を有している。そして、本体塔５は、基台９２および天井部９３に対して旋回軸Ｃ１のまわりに回転自在に支持されている。このような構成では、本体塔５の上端部および下端部の両方が支持されるため、本体塔５の曲げに対する剛性が向上する。このため、アーム開状態での稼働、大重量のワークの搬送、アームの先端部に取り付けた工具による加工等の際の反力など、アームに過大な荷重がかかる場合でも本体塔５の傾斜を抑制できる。これにより、主アーム２の先端部の位置決め精度が向上する。

このように本実施形態によれば、狭小スペースでも旋回可動範囲を広くできるとともに、ロボット全体としての剛性をより向上させることができるリンク式多関節ロボット１を提供できる。

また、本実施形態では、図２に示すように、主アーム２の先端部を本体塔５に近接させたアーム閉状態において、主アーム２および副アーム４がフレーム９内に退避する。一方、図１に示すように、主アーム２の先端部を本体塔５から離間させたアーム開状態において、主アーム２の先端部がフレーム９から外に突出する。したがって、リンク式多関節ロボット１は、アーム閉状態では占有空間をフレーム９の大きさまで縮小できるとともに、アーム開状態では主アーム２をフレーム９の外まで延伸させて広い範囲で作業を行うことができる。

また、本実施形態では、旋回軸Ｃ１に対して主アーム２が平行となる状態で本体塔５が回転駆動させられる。したがって、主アーム２および副アーム４とフレーム９との干渉を避けつつフレーム９の平面形状を極力小さくできる。これにより、リンク式多関節ロボット１をよりコンパクト化できる。

また、本実施形態では、図９に示すように、旋回軸Ｃ１は、本体支柱５２の断面外形の外接円の中心Ｃ２（図７（ａ）参照）から、主アーム２側にオフセットしている。したがって、本体塔５と主アーム２および副アーム４とが旋回軸Ｃ１のまわりに旋回するときに旋回軸Ｃ１からの最遠点が描く円の半径である旋回半径を小さくできる。これにより、リンク式多関節ロボット１をよりコンパクト化できる。

また、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、サーボモータ５４ｄ，５５ｄ、ボールねじ５４ｅ，５５ｅおよびボールナット５４ｆ，５５ｆは、それぞれ支持構造体５２ａにおけるＵ字状の断面の外形の内側に配置されている。このようにして、本体支柱５２、ひいては本体塔５の剛性を保持しつつ、本体塔５の径方向寸法がコンパクト化されている。

なお、本実施形態では、旋回軸Ｃ１と、主アーム２の回転軸中心である主アーム軸２ａおよびハンド部３の被取付部３１の回転軸中心である中心軸２ｃとが、重なることがない。このため、本体塔５の旋回と主アーム２およびハンド部３の回転とが特異点を形成することがなく、制御上安定である。これに対し、一般の垂直多関節ロボットでは、各々の回転軸中心が重なった場合に特異点を形成して制御上不安定となるおそれがある。

次に、前記したリンク式多関節ロボット１を備えて構成されたロボットシステムについて説明する。図１０は、ロボットシステムの一例を模式的に示す平面図である。
図１０に示すように、ロボットシステム１００は、リンク式多関節ロボット１と、搬送ユニット１０１と、バリ取りユニット１０１ａとを備えている。バリ取りユニット１０１ａは、バリ取り装置１０２によるバリ取り作業に用いられる作業ユニットであって、リンク式多関節ロボット１に隣り合って左側方に配置されている。搬送ユニット１０１は、搬送作業に用いられる作業ユニットであって、リンク式多関節ロボット１に隣り合って前方に配置されている。リンク式多関節ロボット１は、クランプ装置ＴによってワークＷを把持または解放できる。

このような構成によれば、搬送ユニット１０１内の置き台１０３とバリ取りユニット１０１ａとの間におけるワーク（図示せず）の搬送を、狭小なスペースを活用してリンク式多関節ロボット１を用いて行うことができる。

また、隣接する脚部９１，９１の間に形成される複数の開口の一部に、該開口の少なくとも一部を覆う防護カバー９８が設けられている。ロボットシステム１００では、リンク式多関節ロボット１の右側面および背面、搬送ユニット１０１の前面および側面、バリ取りユニット１０１ａの前面、左側面および背面に防護カバー９８がそれぞれ設けられている。このような構成では、フレーム９の内部に作業者の身体の一部が誤って入ってしまうことを防止できる。また、防護カバー９８は脚部９１，９１の間に内設されているため、ロボットシステムの平面外形形状を大きくすることなく防護カバー９８を形成することができる。ここでは、搬送ユニット１０１の左側面に設けられた防護カバー９８には、作業者Ｐがワーク（図示せず）を搬入または搬出する際に開閉可能な電磁ロック付きのドア９８ｃが取り付けられている。また、バリ取りユニット１０１ａの左側面に設けられた防護カバー９８には、集じん装置９８ｄが設置され得る。

また、ロボットシステム１００では、リンク式多関節ロボット１を一つのモジュール単位としており、搬送ユニット１０１およびバリ取りユニット１０１ａは、リンク式多関節ロボット１のフレーム９と同じ平面外形形状のフレーム９ａをそれぞれ有している。搬送ユニット１０１およびバリ取りユニット１０１ａのフレーム９ａの高さは、リンク式多関節ロボット１のフレーム９の高さと同じでもよいし、異なっていてもよい。そして、フレーム９ａ内で、クランプ装置Ｔやバリ取り装置１０２等の対象物を用いた作業（ここではワークの搬送やバリ取り作業）が行われる。つまり、リンク式多関節ロボット１と搬送ユニット１０１およびバリ取りユニット１０１ａとは、連結して組み合わせることが容易なモジュールとしてそれぞれ機能する。このような構成では、リンク式多関節ロボット１と同じ平面外形形状の作業ユニットをモジュール化して用意できるため、リンク式多関節ロボット１と連結することでロボットシステムを容易に構築できる。

図１１は、ロボットシステムの他の例を模式的に示す平面図である。前記したロボットシステムと相違する点について説明し、同様の点については説明を省略する。なお、図１１では、主アーム２の先端部に取り付けたクランプ装置等の対象物、およびワークの図示を省略している（図１２でも同様）。
図１１に示すように、ロボットシステム１００ａは、リンク式多関節ロボット１と、工作機械Ｍ１と、搬送ユニット１０１と、バリ取りユニット１０１ａと、撮像ユニット１０１ｂと、コンベア１１０とを備えている。

工作機械Ｍ１は、リンク式多関節ロボット１に隣り合って左側方に配置されている。搬送ユニット１０１は、リンク式多関節ロボット１に隣り合って前方に配置されている。バリ取りユニット１０１ａは、リンク式多関節ロボット１に隣り合って後方に配置されている。撮像ユニット１０１ｂは、カメラ等の撮像装置１０４による撮像作業に用いられる作業ユニットであって、リンク式多関節ロボット１に隣り合って右側方に配置されている。撮像装置１０４は、フレーム９内を撮像する。また、撮像ユニット１０１ｂに隣り合って後方に、予備ユニット１０１ｃが配置されている。予備ユニット１０１ｃには、追加の撮像装置１０４等が設置されていてもよい。また、撮像装置１０４は、リンク式多関節ロボット１のフレーム９内に設けられていてもよい。コンベア１１０は、搬送ユニット１０１の側方を貫通して配置されている。

ここでは、搬送ユニット１０１の前面および側面、バリ取りユニット１０１ａの背面、撮像ユニット１０１ｂの前面および右側面、予備ユニット１０１ｃの右側面および背面に、防護カバー９８がそれぞれ設けられている。搬送ユニット１０１の側面に設けられた防護カバー９８の窓９８ａには、ラインセンサ９８ｂが設置されている。ラインセンサ９８ｂが作業者の身体の一部等を検知すると、例えば警報を発したり機械を停止したりする等の処理が実行される。また、搬送ユニット１０１の前面に設けられた防護カバー９８には、撮像装置１０４によって撮像された画像を表示する表示装置１０５が設置されている。表示装置１０５の設置位置は適宜変更できる。また、表示装置１０５は、移動端末における表示部であってもよい。

このような構成によれば、コンベア１１０と工作機械Ｍ１とバリ取りユニット１０１ａとの間におけるワーク（図示せず）の搬送を、狭小なスペースを活用してリンク式多関節ロボット１を用いて行うことができる。

また、撮像装置１０４によって撮像された画像を表示装置１０５で見ることができ、リンク式多関節ロボット１の主アーム２等の各部の位置を監視できる。これにより、防護カバー９８で閉じられた状態でも、撮像装置１０４によって撮像された画像に基づいてリンク式多関節ロボット１の教示操作を行うことができる。さらに、リンク式多関節ロボット１の主アーム２等の各部の動作を画像処理により監視することによって、可動範囲を制限して衝突防止機能を持たせることができる。

なお、図１１に示すロボットシステム１００ａは、以下のような変形例として実施され得る。この変形例に係るロボットシステム（図示せず）は、複数（例えば２つ）の工作機械と、複数の工作機械の各々の間に配置されたリンク式多関節ロボット１と、を備えている。このようなロボットシステムによれば、複数の工作機械の各々の間におけるワークＷの搬送を、狭小なスペースを活用してリンク式多関節ロボット１を用いて行うことができる。

他の変形例に係るロボットシステム（図示せず）は、図１１に示すロボットシステム１００ａから、バリ取りユニット１０１ａ、撮像ユニット１０１ｂおよび予備ユニット１０１ｃを省略した構成とすることができる。このようなロボットシステムによれば、コンベア１１０と工作機械Ｍ１との間におけるワーク（図示せず）の搬送を、狭小なスペースを活用してリンク式多関節ロボット１を用いて行うことができる。

さらに他の変形例に係るロボットシステム（図示せず）は、図１１に示すロボットシステム１００ａから、撮像ユニット１０１ｂおよび予備ユニット１０１ｃを省略した構成とすることができる。このような構成によれば、コンベア１１０と工作機械Ｍ１とバリ取りユニット１０１ａとの間におけるワーク（図示せず）の搬送を、狭小なスペースを活用してリンク式多関節ロボット１を用いて行うことができる。

図１２は、ロボットシステムのさらに他の例を模式的に示す平面図である。前記したロボットシステムと相違する点について説明し、同様の点については説明を省略する。
図１２に示すように、ロボットシステム１００ｂは、複数（図１２では３つ）のリンク式多関節ロボット１と、複数（図１２では３つ）の搬送ユニット１０１と、コンベア１１０とを備えている。すなわち、ロボットシステム１００ｂでは、複数のリンク式多関節ロボット１同士がワークＷの搬送方向に沿って連結されている。また、複数の搬送ユニット１０１が、リンク式多関節ロボット１に隣り合って前方に配置されている。コンベア１１０は、複数の搬送ユニット１０１の側方を貫通して配置されている。そして、各主アーム２の先端側に配置された各ハンド部３に、対象物としての工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３がそれぞれ取り付けられている」。

ロボットシステム１００ｂでは、複数連結されたリンク式多関節ロボット１の側面および背面、複数連結された搬送ユニット１０１の前面および側面に、防護カバー９８がそれぞれ設けられている。搬送ユニット１０１の側面に設けられた防護カバー９８の窓９８ａには、ラインセンサ９８ｂが設置されている。

このようなロボットシステム１００ｂによれば、コンベア１１０によって搬送されるワークＷに対して流れ作業で順次行われる加工を、狭小なスペースを活用してリンク式多関節ロボット１を用いて行うことができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

例えば、前記した実施形態では、リンク式多関節ロボット１の本体塔５を鉛直方向に設置したが、これに限定されるものではなく、本体塔５を水平方向に設置したり、傾けて設置したりすることもできる。

また、前記した実施形態では、リンク式多関節ロボット１は、工場の床等に固定される場合について説明したが、これに限定されるものではない。リンク式多関節ロボット１は、例えば移動装置に搭載することによって、移動可能に構成されてもよい。

１ リンク式多関節ロボット
２ 主アーム
３ ハンド部
４ 副アーム
５ 本体塔
９，９ａ フレーム
１０ 制御装置
２３ 基端部
２４ 第１の連結部
２５ 第２の連結部
４１ 関節部（一端部）
４２ 関節部（他端部）
５１ ベース部（基台）
５２ 本体支柱
５２ａ 支持構造体
５２ｂ 支柱
５３ 本体塔回転駆動装置
５４ 第１の直動装置
５４ｄ，５５ｄ サーボモータ（駆動源）
５４ｅ，５５ｅ ボールねじ
５４ｆ，５５ｆ ボールナット
５５ 第２の直動装置
９１ 脚部
９２ 基台
９３ 天井部
９４ 底部（基台）
９８ 防護カバー
１００，１００ａ，１００ｂ ロボットシステム
１０１ 搬送ユニット（作業ユニット）
１０１ａ バリ取りユニット（作業ユニット）
１０１ｂ 撮像ユニット（作業ユニット）
１０４ 撮像装置
Ｃ１ 旋回軸
Ｃ２ 中心
Ｍ１，Ｍ２ 工作機械
Ｔ クランプ装置（対象物）
Ｔ１〜Ｔ３ 工具（対象物）
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 主アームと、該主アームの先端部に連結されたハンド部と、を備え、前記ハンド部に取り付けた対象物を操作するリンク式多関節ロボットであって、
   前記主アームの胴部に対して一端部が回動自在に連結された副アームと、
   前記主アームおよび前記副アームを支持する本体支柱を有する本体塔と、
   前記本体塔を前記本体支柱の長手方向に平行な旋回軸のまわりに回転駆動させる本体塔回転駆動装置と、
   前記本体塔を囲む複数の脚部を有するフレームと、を備え、
   前記本体塔は、
   前記主アームの基端部が回動自在に連結され該基端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第１の直動装置と、
   前記副アームの他端部が回動自在に連結され該他端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第２の直動装置と、を有し、
   前記フレームは、
   前記本体塔回転駆動装置が設置された基台と、
   前記基台に対して前記脚部を介して連結された天井部と、を有し、
   前記本体塔は、前記基台および前記天井部に対して前記旋回軸のまわりに回転自在に支持されており、
   前記旋回軸に対して前記主アームが平行となる状態で前記本体塔が回転駆動させられること、
   を特徴とするリンク式多関節ロボット。
2. 主アームと、該主アームの先端部に連結されたハンド部と、を備え、前記ハンド部に取り付けた対象物を操作するリンク式多関節ロボットであって、
   前記主アームの胴部に対して一端部が回動自在に連結された副アームと、
   前記主アームおよび前記副アームを支持する本体支柱を有する本体塔と、
   前記本体塔を前記本体支柱の長手方向に平行な旋回軸のまわりに回転駆動させる本体塔回転駆動装置と、
   前記本体塔を囲む複数の脚部を有するフレームと、を備え、
   前記本体塔は、
   前記主アームの基端部が回動自在に連結され該基端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第１の直動装置と、
   前記副アームの他端部が回動自在に連結され該他端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第２の直動装置と、を有し、
   前記フレームは、
   前記本体塔回転駆動装置が設置された基台と、
   前記基台に対して前記脚部を介して連結された天井部と、を有し、
   前記本体塔は、前記基台および前記天井部に対して前記旋回軸のまわりに回転自在に支持されており、
   前記主アームの先端部を前記本体塔に近接させたアーム閉状態において、前記主アームおよび前記副アームが前記フレーム内に退避し、前記主アームの先端部を前記本体塔から離間させたアーム開状態において、前記主アームの先端部が前記フレームから外に突出すること、
   を特徴とするリンク式多関節ロボット。
3. 主アームと、該主アームの先端部に連結されたハンド部と、を備え、前記ハンド部に取り付けた対象物を操作するリンク式多関節ロボットであって、
   前記主アームの胴部に対して一端部が回動自在に連結された副アームと、
   前記主アームおよび前記副アームを支持する本体支柱を有する本体塔と、
   前記本体塔を前記本体支柱の長手方向に平行な旋回軸のまわりに回転駆動させる本体塔回転駆動装置と、
   前記本体塔を囲む複数の脚部を有するフレームと、を備え、
   前記本体塔は、
   前記主アームの基端部が回動自在に連結され該基端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第１の直動装置と、
   前記副アームの他端部が回動自在に連結され該他端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第２の直動装置と、を有し、
   前記フレームは、
   前記本体塔回転駆動装置が設置された基台と、
   前記基台に対して前記脚部を介して連結された天井部と、を有し、
   前記本体塔は、前記基台および前記天井部に対して前記旋回軸のまわりに回転自在に支持されており、
   前記旋回軸は、前記本体支柱の断面外形の外接円の中心から、前記主アーム側にオフセットしていること、
   を特徴とするリンク式多関節ロボット。
4. 主アームと、該主アームの先端部に連結されたハンド部と、を備え、前記ハンド部に取り付けた対象物を操作するリンク式多関節ロボットであって、
   前記主アームの胴部に対して一端部が回動自在に連結された副アームと、
   前記主アームおよび前記副アームを支持する本体支柱を有する本体塔と、
   前記本体塔を前記本体支柱の長手方向に平行な旋回軸のまわりに回転駆動させる本体塔回転駆動装置と、
   前記本体塔を囲む複数の脚部を有するフレームと、を備え、
   前記本体塔は、
   前記主アームの基端部が回動自在に連結され該基端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第１の直動装置と、
   前記副アームの他端部が回動自在に連結され該他端部を前記本体支柱の長手方向に沿って移動させる第２の直動装置と、を有し、
   前記フレームは、
   前記本体塔回転駆動装置が設置された基台と、
   前記基台に対して前記脚部を介して連結された天井部と、を有し、
   前記本体塔は、前記基台および前記天井部に対して前記旋回軸のまわりに回転自在に支持されており、
   前記本体支柱は、該本体支柱の長手方向に垂直な断面がＵ字状、アール形状、あるいは略コの字状の支持構造体を有し、
   前記第１の直動装置は、駆動源と、該駆動源で回転駆動されるボールねじと、該ボールねじに螺合されたボールナットと、を備え、
   前記第１の直動装置のボールナットには、前記主アームの基端部が回動自在に連結された第１の連結部が取り付けられており、
   前記第２の直動装置は、駆動源と、該駆動源で回転駆動されるボールねじと、該ボールねじに螺合されたボールナットと、を備え、
   前記第２の直動装置のボールナットには、前記副アームの他端部が回動自在に連結された第２の連結部が取り付けられており、
   前記第１の直動装置の駆動源、ボールねじおよびボールナットと、前記第２の直動装置の駆動源、ボールねじおよびボールナットとは、それぞれ前記支持構造体におけるＵ字状、アール形状、あるいは略コの字状の断面の外形の内側に配置されていること、
   を特徴とするリンク式多関節ロボット。
5. 隣接する前記脚部の間に形成される複数の開口の一部に、該開口の少なくとも一部を覆う防護カバーが設けられていること、
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリンク式多関節ロボット。
6. 前記フレーム内に、該フレーム内を撮像する撮像装置が設けられていること、
   を特徴とする請求項５に記載のリンク式多関節ロボット。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のリンク式多関節ロボットを一つのモジュール単位とし、
   前記リンク式多関節ロボットと、
   前記リンク式多関節ロボットのフレームと同じ平面外形形状のフレームを有し、該フレーム内で前記対象物を用いた作業を行う作業ユニットと、を備えること、
   を特徴とするロボットシステム。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のリンク式多関節ロボットを一つのモジュール単位とし、
   複数の前記リンク式多関節ロボット同士がワークの搬送方向に沿って連結されていること、
   を特徴とするロボットシステム。

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