JPH06134682A - スカラ−ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自由なデザインが可能で、占有スペ−スが小さ
く、且つ、垂直剛性の高いスカラ−ロボットを提供する
ことにある。 【構成】中空で回動自在な第１のア−ム１３に中空な第
２のア−ム１４を回動自在に連結したスカラ−ロボット
１１において、上記第１のア−ム１３の先端部に上記第
２のア−ム１４の基端部を嵌合して連続に繋げ、上記両
ア−ム１３、１４を連結シャフト３６とこの連結シャフ
ト３６の軸方向に沿って離間した複数の玉軸受３７、３
７とを有する蝶番部３３を介して連結した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、複数のア−ム
を連結して各ア−ムを水平に回動させるスカラ−ロボッ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、工場での作業を自動化するため
に種々の産業用ロボットが利用されている。そして、こ
れらの産業用ロボットの中には、図７及び図８に示すよ
うに水平に回動する複数のア−ム１、２を備えた水平多
関節型のロボット、いわゆるスカラ−ロボット３があ
る。

【０００３】このスカラ−ロボット３においては、土台
４の上に第１のア−ム１の基端部が載せられ、第１のア
−ム１は基端部を中心にして水平に回動する。さらに、
第２のア−ム２は、第１のア−ム１の先端部の下側に連
結されており、第１のア−ム１との基端部を中心にして
水平に回動する。そして、各ア−ム１、２の動作が組合
されて第２のア−ム２の先端部が所望の作業位置に送ら
れる。

【０００４】第２のア−ム２の先端部には工具軸５が設
けられており、この工具軸５は上下動する。工具軸５の
上下動のための動力の伝達には、図８中に示すように工
具軸５に形成されたボ−ルねじ６が利用されている。そ
して、工具軸５が下降した際には工具軸５が第２のア−
ム２から突出し、上昇した際には工具軸５が第２のア−
ム２に上向きに突設された工具軸収納部７に収納され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来のスカラ−ロボット３においては、第２のア−ム
２の上に第１のア−ム１が積み重ねられていたため、両
ア−ム１、２の連結部に段差が存在していた。また、上
下動する工具軸５を収納するための工具軸収納部７が必
要だった。さらに、第２のア−ム２を駆動するためのモ
−タ８や、工具軸５を駆動するためのモ−タ９が第２の
ア−ム２の上に突出していた。

【０００６】そして、これらのことを原因として、スカ
ラ−ロボット３のデザインが制限されており、スカラ−
ロボット３の形状を自由に設定することができなかっ
た。また、突出する部分が多く、占有スペ−スが大きか
った。さらに、第１のア−ム１と第２のア−ム２とが上
下に重ねられていたため、軸受間距離を大とすることが
できず、第２のア−ム２の回転軸方向の剛性、即ち垂直
剛性が低かった。

【０００７】本発明の目的とするところは、人間の腕の
形態に近いデザインが可能で、占有スペ−スが小さく、
且つ、垂直剛性の高いスカラ−ロボットを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、中空で回動自在な第１のア−ム
に中空な第２のア−ムを回動自在に連結したスカラ−ロ
ボットにおいて、上記第１のア−ムの先端部に上記第２
のア−ムの基端部を嵌合して連続に繋げ、上記両ア−ム
を連結シャフトとこの連結シャフトの軸方向に沿って離
間した複数の軸受手段とを有する蝶番部を介して連結し
た。

【０００９】また、本発明は、第１のア−ム内に第２の
ア−ムを回転駆動ための駆動手段を収納するとともに、
駆動手段の駆動力を、かさ歯車等のように動力伝達方向
を転換する手段を介して第２のア−ムへ伝達する。

【００１０】そして、本発明は、形状の制限を減らして
人間の腕の形態に近いデザイン及び小型化を可能にする
とともに、第２のア−ムの垂直剛性を向上できるように
した。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２に基
づいて説明する。

【００１２】図１及び図２は本発明の一実施例を示すも
ので、両図中の符号１１は四軸のスカラ−ロボットであ
る。このスカラ−ロボット１１は、例えば一定位置に固
定された土台１２、この土台１２に連結された中空箱状
の第１のア−ム１３、及び、第１のア−ム１３に連結さ
れた同じく中空箱状の第２のア−ム１４により構成され
ている。

【００１３】土台１２と第１のア−ム１３との間に第１
軸（水平方向の第１軸）Ａが形成されており、第１のア
−ム１３と第２のア−ム１４との間に第２軸（水平方向
の第２軸）Ｂが形成されている。また、土台１２に第３
軸（垂直方向の第１軸）Ｃが形成されており、第２のア
−ム１４の先端に第４軸（水平方向の第３軸）Ｄが形成
されている。また、両図中に符号１５〜１８で示すの
は、第１〜第４の各軸用のモ−タであり、各モ−タ１５
〜１８には、例えば消費電力が８０ワット以下の小型モ
−タが採用されている。

【００１４】前記土台１２は、ベ−ス部１９と、このベ
−ス部１９と組合った箱状の可動部２０とにより構成さ
れている。可動部２０には連結板２１が下向きに垂設さ
れており、この連結板２１は二つの空間２２、２３の間
を仕切っている。

【００１５】また、一方の空間２２には可動部２０を上
下動させる上下機構部２４が配置されている。この上下
機構部２４は、第３軸用モ−タ１７、皿状のカム２５、
及びリニアガイド部２６により構成されている。

【００１６】これらのうちカム２５は、軸受２７を介し
てベ−ス部１９上に回転自在に支持されており、カム面
２８を上に向けている。さらに、カム２５はカム面２８
に、周方向に沿って高低差を有している。また、カム面
２８には、可動部２０の連結板２１に取付けられた回転
自在なカムフォロア２９が接している。第３軸用モ−タ
１７はカム２５に下向に且つ同軸的に連結されている。
そして、第３軸用モ−タ１７はカム２５を同軸的に回動
変位させる。

【００１７】リニアガイド部２６は、ベ−ス部１９に固
定されたベ−ス部側部材３０と、可動部２０に固定され
た可動部側部材３１とを有している。ベ−ス部側部材３
１は第３軸用モ−タ１７を保持している。可動部側部材
３１は可動部２０の連結板２１に固定されており、ベ−
ス部側部材３０と組合っている。そして、可動部側部材
３１はベ−ス部側部材３０に沿って上下にスライドす
る。

【００１８】前記第１のア−ム１３は土台１２に載せら
れており、土台１２の偏倚した位置において、軸受３２
を介して土台１２と連結されている。さらに、土台１２
の空間２３には第１軸用モ−タ１５が配置されており、
この第１軸用モ−タ１５は可動部２０に上向きに固定さ
れている。そして、第１のア−ム１３は第１軸用モ−タ
１５に連結されており、この第１軸用モ−タ１５によっ
て水平に回転駆動される。第１のア−ム１３の先端には
蝶番部３３を介して前記第２のア−ム１４が同軸的に連
結されている。

【００１９】つまり、蝶番部３３においては、第１のア
−ム１３の開口部３４が、第２のア−ム１４の開口部３
５よりも小さく成形されて第２のア−ム１４の開口部３
５に差込まれている。また、両ア−ム１３、１４の両開
口部３４、３５は、第２のア−ム１４の開口部３５を外
側にして互いに重なっている。

【００２０】１本の連結シャフト３６が両開口部３４、
３５を上下に貫通しており、この連結シャフト３６の両
端は第２のア−ム１４に固定されている。また、連結シ
ャフト３６と第１のア−ム１３とは軸受手段としての玉
軸受３７、３７を介して連結されており、第２のア−ム
１４は連結シャフト３６を中心にして水平に自由に回動
する。

【００２１】第１のア−ム１３の中には第２軸用モ−タ
１６が横向きに収納されており、この第２軸用モ−タ１
６の軸心は連結シャフト３６の軸心と略直交している。
また、第２軸用モ−タ１６と連結シャフト３６とにはノ
−バックラッシュタイプのかさ歯車３８、３９が取付け
られており、両かさ歯車３８、３９は噛み合っている。
そして、第２軸用モ−タ１６の駆動力がかさ歯車３８、
３９を介して連結シャフト３６へ伝達され、第２のア−
ム１４が回動変位する。

【００２２】前記玉軸受２７、２７は連結シャフト３６
の軸方向両端部に外装されている。そして、第２のア−
ム１４の回転軸方向の剛性、即ち垂直剛性は玉軸受３
７、３７の距離によって決まる。

【００２３】また、第２のア−ム１４の先端には回転軸
４０が縦向きに配置されており、この回転軸４０は球軸
受４１、４１を介して第２のア−ム１４に連結されてい
る。さらに、回転軸４０は下端部を第２のア−ム１４か
ら突出させており、この下端部にツ−ルフランジ４２を
有している。そして、ツ−ルフランジ４２に、例えばハ
ンドリングツ−ル４３が取付けられる。

【００２４】第２のア−ム１４の中には第３軸用モ−タ
１７が横向きに収納されており、この第３軸用モ−タ１
７の軸心は回転軸４０の軸心と略直交している。また、
第３軸用モ−タ１７と回転軸４０とにはノ−バックラッ
シュタイプのかさ歯車４２、４３が取付けられており、
両かさ歯車４４、４５は噛み合っている。そして、第３
軸用モ−タ１７の駆動力がかさ歯車４４、４５を介して
回転軸４０へ伝達され、ハンドリングツ−ル４３が回動
変位する。

【００２５】回転軸４０の回転量はロ−タリエンコ−ダ
４６によって検出される。また、同様に、前記上下機構
部２４のカム２５及び第１のア−ム１３の回転量も、そ
れぞれロ−タリエンコ−ダ４７、４８によって検出され
る。さらに、第１のア−ム１３と土台１２との間には、
例えば二組のリミットセンサ４９、４９（一方のみ図
示）が設けられている。

【００２６】このリミットセンサ４９は、第１のア−ム
１３に突設された移動ピン５０と、土台１２に突設され
たストッパ５１とにより構成されており、移動ピン５０
は第１のア−ム１３と一体に変位する。さらに、ストッ
パ５１の配置は第１のア−ム１３に許された回動範囲に
応じて決められており、ストッパ５１は、第１のア−ム
１３が可動範囲の端に達したときに移動ピン５０を当接
させて第１のア−ム１３を停止させる。

【００２７】つまり、リミットセンサ４９は、移動ピン
５０をストッパ５１に当てて第１のア−ム１３の動きを
機械的に規制する。このため、第１のア−ム用のロ−タ
リエンコ−ダ４８は＋、−のリミット検出を行わずに、
原点位置の検出のみを行っている。そして、このロ−タ
リエンコ−ダ４８によって、第１のア−ム１３が可動範
囲の中心に在るか否か（中立状態に在るか否か）が検出
される。

【００２８】また、スカラ−ロボット１１においては、
例えば一般のスカラ−ロボットと同様に、センサ信号
線、モ−タ用電力線、エンコ−ダ信号線、及び、圧縮空
気配管等が備えられている。（ここでは、図２中に配線
５２…のみを示す。）

【００２９】そして、スカラ−ロボット１１において
は、これらの配線・配管類は、各ア−ム１３、１４の中
に収納されている。そして、配線・配管類は第２のア−
ム１４から第１のア−ム１３へ順に配索され、第１のア
−ム１３と土台１２とを繋ぐ蛇腹式の可撓管５３を通っ
て土台１２内に導かれている。なお、各ア−ム１３、１
４及び土台１２間において、コネクタを介在させて配線
・配管類を接続することが考えられる。つぎに、このス
カラ−ロボット１１の作用を説明する。

【００３０】第１のア−ム１３は第１軸用モ−タ１５に
よって駆動される。そして、第１のア−ム１３は、図１
中に矢印Ｅで示すように、第１軸Ａを中心として水平に
回動変位する。また、第１ア−ム１３の可動範囲は機械
式のリミットセンサ４９によって設定される。そして、
第１のア−ム１３が可動範囲の端に達すると、移動ピン
５０がストッパ５１に当たり、第１のア−ム１３が停止
する。

【００３１】第２のア−ム１４は第２軸用モ−タ１６に
よって駆動される。そして、第２のア−ム１４は、図１
中に矢印Ｆで示すように、第１のア−ム１３の先端に位
置する第２軸Ｂを中心として水平に回動変位する。

【００３２】スカラ−ロボット１１の第３軸Ｃについて
の駆動は第３軸用モ−タ１７によって行われる。つま
り、第３軸用モ−タ１７がカム２５を回動変位させる
と、カム面２８に接したカムフォロア２９がカム面２８
の高さの変化に追従し、可動部２０がリニアガイド部２
６により案内されながら、図１中に矢印Ｃで示すように
上昇或いは下降する。可動部２０に連結された第１ア−
ム１３、及び、第１のア−ム１３に連結された第２のア
−ム１４の高さが変化し、ハンドリングツ−ル４３の高
さが所望の値に調節される。

【００３３】また、カム２５の変位量はロ−タリエンコ
−ダ４７によって検出されており、このロ−タリエンコ
−ダ４７の出力を基にしてハンドリングツ−ル４３の高
さが判断される。

【００３４】ハンドリングツ−ル４３を保持するツ−ル
フランジ４２は、第４軸用モ−タ１８によって駆動され
る。そして、ツ−ルフランジ４２は、図１中に矢印Ｇで
示すように、第４軸Ｄを中心として回動変位する。ま
た、回転軸４０の変位量はロ−タリエンコ−ダ４６によ
って検出されており、このロ−タリエンコ−ダ４６の出
力を基にしてハンドリングツ−ル４３の姿勢が判断され
る。

【００３５】すなわち、上述のスカラ−ロボット１１に
おいては、第１のア−ム１３と第２のア−ム１４とが蝶
番部３３を介して同軸的に連結されているので、両ア−
ム１３、１４の連結部に段差が生じない。また、各モ−
タ１５〜１８が各ア−ム１３、１４内、及び、土台１２
内に収納されているので、各モ−タ１５〜１８が露出し
ない。また、配線・配管類（配線５０…など）が両ア−
ム１３、１４及び土台１２内に配索されているので、配
線・配管類を収納する可撓管５３の数を減らすことがで
きる。

【００３６】さらに、カム２５を利用した上下機構２４
が備えられており、土台１２の可動部２０が両ア−ム１
３、１４を保持しながら上下動するので、ハンドリング
ツ−ル４３の高さが変化する際に、スカラ−ロボット１
１の外観の変化が小さい。また、ボ−ルねじを用いるこ
となくハンドリングツ−ル４３の高さが調節されるの
で、従来の技術の項で説明した工具軸収納部７が不要で
ある。

【００３７】そして、これらのことから、デザインの制
限が少なくなり、形状の設定を自由に行うことができ
る。また、外側に突出する部分が少なく、占有スペ−ス
が小さい。また、突起物が少ないので、例えばスカラ−
ロボット１１がクリンル−ム内に設置された場合には、
クリンル−ム内のダウンフロ−が乱されにくい。

【００３８】また、第１及び第２のア−ム１３、１４が
蝶番部３３を介して連結されているので、各ア−ム１
３、１４の内部空間の大きさを、蝶番部３３の軸方向長
さに応じて大とすることができる。このため、各モ−タ
１７、１８や配線・配管類（配線５２…など）を各ア−
ム１３、１４内に容易に収納することができる。したが
って、スカラ−ロボット１１の外観が簡素化され、デザ
インの自由度が増す。さらに、スカラ−ロボット１１の
外観が簡素化されるので、土台１２及び各ア−ム１３、
１４自体をケ−スとして兼用することができる。

【００３９】さらに、第１のア−ム１３と第２のア−ム
１４とが蝶番部３３の連結シャフト３６を介して連結さ
れているので、図２中に示すように玉軸受３７、３７の
距離Ｉを連結シャフト３６の長さに合わせて大きく設定
することができる。したがって、軸受間距離を容易に長
く設定することができ、第２のア−ム１４の垂直剛性を
高めることができる。そして、例えば従来と同程度の特
性の軸受を用いた場合には、可搬重量を増加させること
ができる。

【００４０】また、配線・配管類が両ア−ム１３、１４
及び土台１２内に配索され、さらに、第３軸Ｃに沿った
上下動のための動力伝達にカム２５が用いられているの
で、部品数及び部品コストを低減できた。

【００４１】さらに、第１のア−ム１３に機械式のリミ
ットセンサ４９、４９（一方のみ図示）が設けられてお
り、第１のア−ム１３の＋、−のリミット検出はこの機
械式のリミットセンサ４９、４９によって行われる。そ
して、ロ−タリエンコ−ダ４８は第１のア−ム１３の原
点位置検出のみを行っている。つまり、一般に行われて
いるように第１のア−ム１３の＋、−のリミット検出を
ソフトウエア制御する必要がなくなる。したがって、第
１のア−ムの回転量制御が容易になる。

【００４２】また、第１のア−ム１３が可動範囲の端で
停止する際に移動ピン５０がストッパ５１に当たるが、
モ−タ１５には消費電力が２０数ワットの小型モ−タが
採用されているので、移動ピン５０がストッパ５１に当
たる際の衝撃は小さい。

【００４３】なお、機械式のリミットセンサ４９、４９
のみを用い、第１のア−ム１３のリミット検出のみを行
うことも可能である。この場合には、ロ−タリエンコ−
ダ４８が不要になり、一般的に用いられるセンサ治具や
センサドッグを設ける必要もなくなる。また、機械式リ
ミットセンサ４９を第２のア−ム１４にも設けて第２の
ア−ム１４をリミット検出することも可能である。な
お、本発明は、例えば、図３〜図６に示すような変形が
可能である。

【００４４】すなわち、図３のスカラ−ロボット６１に
おいては、第３軸用モ−タ６２が横向きに設けられ、こ
の第３軸用モ−タ６２の駆動力の伝達のために、回転軸
を水平に向けた板カム６３が用いられている。また、第
２のア−ム１４の先端部において、回転軸６３に第４軸
用モ−タ６４が直結されており、ハンドリングツ−ル４
３が直接に回転駆動される。

【００４５】また、図４においては、第１のア−ム１３
と第２のア−ム１４との連結部にＤＤ（ダイレクトドラ
イブ）モ−タ７１が組込まれ、第２のア−ム１４がこの
ＤＤモ−タ７１によって直接駆動される。ＤＤモ−タ７
１の伝達シャフト７２の回転量は、ロ−タリエンコ−ダ
７３によって検出される。

【００４６】図５においては、第２軸用モ−タ１６の駆
動力を第２のア−ム１４へ伝達するために、ウォ−ム８
１とウォ−ムホイ−ル８２とからなるウォ−ムギア８３
が用いられている。ウォ−ム８１は第２軸用モ−タ１６
の出力軸に連結されており、ウォ−ムホイ−ル８２は両
ア−ム１３、１４を連結した連結シャフト８４に設けら
れている。図６においては、第２軸用モ−タ１６が出力
軸１６ａが連結シャフト９１に同軸的に直結されてい
る。また、本発明はこの他にも、要旨を逸脱しない範囲
で種々に変形することが可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、中空で回
動自在な第１のア−ムに中空な第２のア−ムを回動自在
に連結したスカラ−ロボットにおいて、上記第１のア−
ムの先端部に上記第２のア−ムの基端部を嵌合して連続
に繋げ、上記両ア−ムを連結シャフトとこの連結シャフ
トの軸方向に沿って離間した複数の軸受手段とを有する
蝶番部を介して連結した。

【００４８】また、本発明は、第１のア−ム内に第２の
ア−ムを回転駆動ための駆動手段を収納するとともに、
駆動手段の駆動力を、かさ歯車を介して第２のア−ムへ
伝達する。そして、本発明は、形状の制限を減らして自
由なデザイン及び小型化を可能にするとともに、第２の
ア−ムの垂直剛性を向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を縦断して示す斜視図。

【図２】本発明の一実施例を縦断して示す正面図。

【図３】変形例を示す縦断面図。

【図４】変形例を示す拡大断面図。

【図５】変形例を示す拡大断面図。

【図６】変形例を示す拡大断面図。

【図７】従来例を示す正面図。

【図８】従来例の一部を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…スカラ−ロボット、１３…第１のア−ム、１４…
第２のア−ム、３３…蝶番部、３６…連結シャフト、３
７、３７…玉軸受（軸受手段）、３８、３９…かさ歯
車。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空で回動自在な第１のア−ムに中空な
   第２のア−ムを回動自在に連結したスカラ−ロボットに
   おいて、上記第１のア−ムの先端部に上記第２のア−ム
   の基端部を嵌合して連続に繋げ、上記両ア−ムを連結シ
   ャフトとこの連結シャフトの軸方向に沿って離間した複
   数の軸受手段とを有する蝶番部を介して連結したことを
   特徴とするスカラ−ロボット。
2. 【請求項２】 上記第１のア−ム内に上記第２のア−ム
   を回転駆動ための駆動手段を収納するとともに、上記駆
   動手段の駆動力を、かさ歯車を介して上記第２のア−ム
   へ伝達することを特徴とする［請求項１］記載のスカラ
   −ロボット。