JPH0957669A - スカラ型ロボットの駆動部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スカラ型ロボットにおける制御性や、動作性
能を向上させる。 【解決手段】 本体１と、第１，第２アーム３，４から
なる水平関節型のアーム２と、アーム２の先端部に装着
されるヘッドアッセンブリ５とを備えてスカラ型ロボッ
トを構成し、ヘッドアッセンブリ５を、第２アーム４の
先端に装備されたＺ軸方向の移動及び回転が可能な作動
軸１３の下端部に装着した。第２アーム４には、この作
動軸１３を駆動するためのＺ軸モータ１０，Ｒ軸モータ
１１及び第２アーム駆動用のモータ９を搭載し、モータ
９を第２関節軸７の上方に配置するとともに、第１アー
ム３及び第２アーム４が同一方向に向くアーム伸長状態
で、Ｚ軸モータ１０及びＲ軸モータ１１を第２関節軸７
より第１関節軸６に近くなる位置に配置するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本体に関節軸を介
して連結される第１アームと、この第１アームの先端に
関節軸を介して連結される第２アームとで水平関節型の
アームが構成されるスカラ型ロボットにおいて、特に、
作業用部材を取付けるための可動部材と、その駆動源が
第２アームに一体に備えられるスカラ型ロボットの駆動
部構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、アームが水平関節型の機構と
なったスカラ型ロボットは一般に知られている。このス
カラ型ロボットは、垂直な関節軸を介して連結された複
数部分からなるアームと、その先端部に連結された作動
軸とを備え、例えば、本体に第１関節軸を介して連結さ
れる第１アームと、この第１アームの先端に第２関節軸
を介して連結される第２アームとで水平関節型のアーム
が構成されるとともに、上記第２アームの先端に可動部
材としての作動軸が設けられている。

【０００３】作動軸は、アームに対し、Ｚ軸方向（上下
方向）の移動及び回転が可能とされ、モータにより駆動
されるようになっている。そして、この作動軸に、チャ
ック等の作業用部材を具備するヘッド部分が取付けられ
るようになっている。

【０００４】この種のスカラ型ロボットでは、各アーム
等を作動させる駆動源としてのモータを本体に集中させ
ると、第２アームや作動軸を作動させるための伝動機構
が複雑になることから、第２アーム駆動用のモータと作
動軸駆動用のモータを第２アームに搭載することが行わ
れており、多くの機種では、第２アーム駆動用のモータ
を上記第２関節軸と略同軸上に配置し、このモータと作
動軸との間のスペースに作動軸駆動用のモータを並べて
配置するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
第２アームや作動軸の駆動源としてのモータを第２アー
ムに一体に搭載する構造では、減速機等、比較的重量を
有する付属部材を第２アームに一緒に搭載することが要
求されるため、必然的に第２アームの重量が嵩み、これ
により第１アームの旋回駆動時における第１関節軸回り
の慣性モーメントがロボットの制御性や、作業精度にお
いて無視できない程度に大きくなるといった事態を招い
ている。

【０００６】従って、第２アームや作動軸を駆動するた
めのモータを第２アームに一体に搭載するようなロボッ
トでは、第１アームの旋回駆動時における第１関節軸回
りの慣性モーメントの増大を極力抑え得るような構造が
望まれる。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、第１アームの第１関節軸回りの慣性モ
ーメントの増大を抑えてロボットの制御性や、動作性能
を向上させることができるスカラ型ロボットの駆動部構
造を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るスカラ型
ロボットの駆動部構造は、水平関節型のアームの先端部
に作業用部材を取付けるための可動部材が設けられたス
カラ型ロボットにおいて、上記アームは、本体に第１関
節軸を介して連結される第１アームと、この第１アーム
の先端に第２関節軸を介して連結される第２アームとか
らなり、上記第２アームに上記可動部材と、可動部材駆
動用の駆動源と、駆動伝達手段とが搭載されるととも
に、上記第１及び第２アームが同方向に向くアーム伸長
状態において第２関節軸よりも第１関節軸に近くなる位
置に上記駆動源が配置されてなるものである。

【０００９】この構造によれば、可動部材駆動用の駆動
源を第１関節軸と可動部材との間に並べて配置する従来
のこの種のスカラ型ロボットに比べ、第２アームの重心
位置が第１関節軸に近い位置となる。そのため、可動部
材駆動用の駆動源を第２アームに一体に搭載しながらも
第１アーム旋回時の第１関節軸回りの慣性モーメントを
効果的に低減することが可能となる。

【００１０】請求項２に係るスカラ型ロボットの駆動部
構造は、請求項１記載の駆動部構造において、上記第２
アーム駆動用の駆動源が第２アームに搭載され、かつこ
の駆動源が第２関節軸と略同軸上に配置されるものであ
って、上記可動部材及び駆動源がアーム伸長状態におい
て上記第２関節軸中心と第１関節軸中心とを結んだ線分
に対してオフセットされてなるものである。

【００１１】この構造によれば、第２アーム駆動用の駆
動源が可動部材とその駆動源との間に介在することがな
いため、駆動伝達機構を複雑化等することがない。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。

【００１３】図１及び図２は、本発明の駆動部構造が適
用されるスカラ型ロボットの全体を概略的に示してい
る。この図に示すスカラ型ロボットは、本体１と、水平
関節型のアーム２と、このアーム２の先端部に装着され
るヘッドアッセンブリ５とを備えている。上記アーム２
は、第１アーム３と第２アーム４とからなり、第１アー
ム３の基端部が垂直な第１関節軸６を介して本体１に回
動自在に連結されるとともに、この第１アーム３の先端
部に第２アーム４が第２関節軸７（図２参照）を介して
回動自在に連結されている。

【００１４】上記本体１には、その内部に第１アーム駆
動用のモータ８が装備され、このモータ８の出力軸が減
速機を介して第１関節軸６に連結されている。

【００１５】上記第２アーム４には、第２アーム駆動用
のモータ９が装備され、このモータ９が上記第２関節軸
７と同軸上に配置されるとともに、その出力軸が減速機
を介して第２関節軸７に連結されている。

【００１６】また、第２アーム４には、上記ヘッドアッ
センブリ５を作動させるための駆動部が設けられてい
る。この駆動部は、第２アーム４の先端に設けられる作
動軸１３（可動部材）と、この作動軸１３のＺ軸方向
（上下方向）の移動及び回転のための機構と、駆動源と
してのＺ軸モータ１０及びＲ軸モータ１１とを有してお
り、上記作動軸１３の先端部（下端部）に上記ヘッドア
ッセンブリ５が装着されている。

【００１７】詳細には、上記第２アーム４の先端に、ボ
ールスプライン１２のスプライン軸により構成される上
記作動軸１３がＺ軸方向に配置され、ボールスプライン
１２の外筒部分１４が第２アーム４にベアリング１５を
介して支持されることにより、上記作動軸１３が第２ア
ーム４に対してＺ軸方向に移動自在で、かつ回転自在と
なっているとともに、この作動軸１３の先端部が第２ア
ーム４の下方に突出している。

【００１８】また、上記作動軸１３の側方には、Ｚ軸方
向に配置されて第２アーム４に回転自在に支持されるボ
ールねじ軸１８と、このボールねじ軸１８に螺合するナ
ット部材１９とからなるボールねじ機構１７が設けら
れ、上記ナット部材１９に作動軸ホルダー２０が連結さ
れ、この作動軸ホルダー２０に上記作動軸１３がベアリ
ング２０を介して回転自在に保持されている。

【００１９】上記ボールねじ軸１８は、その下端部に取
付けられたプーリ２２と、Ｚ軸モータ１０の出力軸に装
着されたプーリ２３と、これらに掛け渡されたタイミン
グベルト２４とを介し、Ｚ軸モータ１０で回転駆動させ
るようになっている。そして、Ｚ軸モータ１０で駆動さ
れてボールねじ軸１８が回転させられると、ナット部材
１９が上下動し、それに伴って上記作動軸１３が上下動
するようになっている。また、上記外筒部分１４の上端
にはプーリ２５が結合されており、このプーリ２５とＲ
軸モータ１１に減速機１１ａを介して連結されたプーリ
２６とにタイミングベルト２７が掛け渡されることによ
り、Ｒ軸モータ１１で作動軸１３が回転駆動されるよう
になっている。すなわち、これらプーリ２２，２３，２
５，２６及びタイミングベルト２４，２７によって駆動
伝達手段が構成されている。

【００２０】上記ヘッドアッセンブリ５を作動させるた
めの上述の駆動部は、図２及び図３に示すように作動軸
１３、ボールねじ軸１８、Ｚ軸モータ１０及びＲ軸モー
タ１１が第２アーム４において一列に配置され、かつ、
図示のアーム伸長状態（第１アーム３と第２アーム４が
同方向に向いた状態）で上記駆動部のＺ軸モータ１０及
びＲ軸モータ１１が第２関節軸７よりも第１関節軸６に
近い位置となるように配置されている。さらに、図示の
例では、駆動部全体がアーム伸長状態で、第１関節軸６
と第２関節軸７を結んだ線分に対して側方（図２で下
方）にオフセットされた配置となっている。

【００２１】すなわち、第２アーム４には、アーム主部
４ａの基端側に側方への突出部４ｂが設けられるととも
に、アーム主部４ａの基端側から先端側とは反対方向に
延びる延出部分４ｃが設けられており、上記突出部４ｂ
に第２関節軸７が設けられ、この第２関節軸７に対して
アーム主部４ａ及び延出部分４ｃがオフセットされてい
る。そして、上記延出部分４ｃにＺ軸モータ１０及びＲ
軸モータ１１が設置され、アーム主部４ａと延出部分４
ｃとにわたる範囲に上記ベルト２４，２７等の駆動伝達
手段が配置されている。このようにして、Ｚ軸モータ１
０及びＲ軸モータ１１をモータ９よりも第１関節軸６に
近い位置に配置することで、第２アーム４の重心位置を
第１関節軸６に近い位置に設定する一方、駆動部全体を
モータ９に対してオフセットすることで、ボールスプラ
イン１２等とＺ軸，Ｒ軸モータ１０，１１との間に第２
アーム駆動用の上記モータ９が介在して駆動伝達機構の
邪魔になるというようなことがないようにしている。

【００２２】また、上記第２アーム４には、上記突出部
４ｂと延出部分４ｃとの間に、略三角形の部分４ｄが形
成されており、この部分に第２アーム４の旋回角度を検
出する旋回角センサが配置されている。

【００２３】なお、上記ヘッドアッセンブリ５について
は詳しく図示していないが、例えば先端部にエアー作動
式のチャックが装備され、このチャックによりワークを
把持するようにヘッドアッセンブリ５が構成されてい
る。

【００２４】以上のように構成されたスカラ型ロボット
においては、第１アーム駆動用及び第２アーム駆動用の
モータ８，９の駆動によって第１，第２アーム３，４が
作動されることにより、例えば、第２アーム４の先端部
がワークの搬入部と搬出部との間を往復移動させられ
る。そして、ワークの搬入部及び搬出部において、上記
Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１の駆動によってヘッドアッ
センブリ５が作動させられるとともに、エア圧の吸排に
応じてチャックが作動されることにより、搬入部に搬入
されたワークがピックアップされて搬出部へと移載され
るようになっている。

【００２５】ところで、このようなスカラ型ロボットの
動作において、ヘッドアッセンブリ５を作動させるため
のＺ軸，Ｒ軸モータ１０，１１を第２関節軸７よりも第
１関節軸に近い位置に配置した上記実施形態のスカラ型
ロボットによれば、従来のこの種のスカラ型ロボット、
すなわちヘッドアッセンブリ作動用のＺ軸モータ及びＲ
軸モータを第２関節軸よりも第２アーム先端側に配置し
たスカラ型ロボットに比べ、第２アーム４の重心位置が
第１関節軸６に近く、その分だけ第１アーム３の旋回動
作時における第１関節軸回りの慣性モーメントが小さく
なる。

【００２６】そのため、第１アーム３の旋回始動、旋回
停止、あるいは旋回方向の切替え等、動作切替え時の反
応が良い。従って、上記実施形態のスカラ型ロボットに
よれば、従来のこの種のスカラ型ロボットに比べ、第１
アーム３の制御性や、動作性能をより良く高めることが
できる。

【００２７】ところで、上述のようにＺ軸，Ｒ軸モータ
１０，１１を第２関節軸７よりも第１関節軸に近い位置
に配置する場合、Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１が第１関
節軸６に近づくほど第１関節軸回りの慣性モーメントが
低減されて有利となるが、第２関節軸７から遠ざかる
（延出部分４ｃが延びる）につれて第２アーム旋回駆動
時の第２関節軸７回りの慣性モーメントが増大すること
になる。そのため、上記Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１の
位置は、第２関節軸回りの慣性モーメントを著しく増大
させない範囲で第１関節軸回りの慣性モーメントを充分
に低減できるように設定するのが望ましい。

【００２８】なお、以上説明した上記実施形態のスカラ
型ロボットは、本発明の駆動部構造の一例が適用される
スカラ型ロボットの例であって、その具体的な構成は、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【００２９】例えば、上記実施形態では、ヘッドアッセ
ンブリ５を作動させるための駆動部の配置が第２アーム
駆動用のモータ９に対してオフセットされているが、必
ずしもこのようなレイアウトを採用する必要はなく、図
４に示すように、上記駆動部をモータ９に対してオフセ
ットすることなく設けるようにしても構わない。

【００３０】この場合、ボールスプライン１２等とＺ
軸，Ｒ軸モータ１０，１１との間に第２アーム駆動用の
モータ９が介在することになるが、モータ９の出力軸と
第２関節軸７との連結部分等に上下方向のスペースがあ
るような場合には、同図に示すようにそのスペースを利
用して回転力伝動のためのタイミングベルト２４，２７
を掛け渡すようにすればよい。また、そのようなスペー
スがない場合には、プーリ２２，２３，２５，２６の径
を大きく設定し、タイミングベルト２４の内周部分にモ
ータ９を配置するようにすればよい。但し、このように
ボールスプライン１２等とＺ軸，Ｒ軸モータ１０，１１
との間にモータ９を介在させるレイアウトでは、タイミ
ングベルト２４，２７の交換が行い難くなる等、メンテ
ナンス性が良くないため、好ましくは上記実施形態のよ
うにヘッドアッセンブリ５を作動させるための駆動部を
第２アーム駆動用のモータ９に対してオフセットしたレ
イアウトとするのが好ましい。

【００３１】また、上記実施形態では、第２アーム駆動
用のモータ９が第２アーム４に装備されているが、例え
ば、モータ９を第１アーム３に装備するようにしてもよ
い。すなわち、第１アーム３の先端下面にモータ９を装
備するようにしてもよい。この構成によれば、Ｚ軸，Ｒ
軸モータ１０，１１を第２関節軸７より第１関節軸６に
近い位置に配置しても第２アーム４にモータ９が存在し
ないため、ヘッドアッセンブリ５を作動させるための駆
動部を第２アーム駆動用のモータ９に対してオフセット
する必要がなくなる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、本体に
第１関節軸を介して連結される第１アームと、この第１
アームの先端い第２関節軸を介して連結される第２アー
ムとからなる水平関節型のアームを有するスカラ型ロボ
ットにおいて、上記第２アームに作業用部材を取付ける
ための可動部材と、可動部材駆動用の駆動源と、駆動伝
動手段とを搭載しながらも、上記可動部材駆動用の駆動
源を、アーム伸長状態において第２関節軸よりも第１関
節軸に近くなる位置に配置し、これにより従来のこの種
のスカラ型ロボットよりも第２アームの重心位置を第１
関節軸に近くなるようにしたので、第１アームの旋回駆
動時の第１関節軸回りの慣性モーメントを効果的に低減
することができる。そのため、可動部材駆動用の駆動源
を第２関節軸と可動部材との間に並べて配置する従来の
この種のスカラ型ロボットに比べ、第１アームの動作切
替え時の反応が良く、スカラ型ロボットの制御性や、動
作性能をより良く高めることができる。

【００３３】特に、第２アーム駆動用のモータが第２ア
ームに搭載され、かつ第２関節軸と略同軸上に配置され
るような場合には、可動部材及びその駆動源の配置を、
アーム伸長状態において第２関節軸中心と第１関節軸中
心とを結んだ線分に対してオフセットするようにすれ
ば、第２アーム駆動用のモータが可動部材とその駆動源
との間に介在することがなく、そのため駆動伝達機構を
複雑化等することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る駆動部構造の一例が適用されるス
カラ型ロボットを示す側面略図である。

【図２】本発明に係る駆動部構造の一例が適用されるス
カラ型ロボットを示す平面略図である。

【図３】作動軸への回転力伝動のための機構部を示す第
２アームの平面模式図である。

【図４】本発明に係る駆動部構造の別の例を示す第２ア
ームの平面模式図である。

【符号の説明】

１ 本体 ２ アーム ３ 第１アーム ４ 第２アーム ５ ヘッドアッセンブリ ６ 第１関節軸 ７ 第２関節軸 ８，９ モータ １０ Ｚ軸モータ １１ Ｒ軸モータ １２ ボールスプライン １３ 作動軸 １７ ボールねじ機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平関節型のアームの先端部に作業用部
   材を取付けるための可動部材が設けられたスカラ型ロボ
   ットにおいて、上記アームは、本体に第１関節軸を介し
   て連結される第１アームと、この第１アームの先端に第
   ２関節軸を介して連結される第２アームとからなり、上
   記第２アームに上記可動部材と、可動部材駆動用の駆動
   源と、駆動伝達手段とが搭載されるとともに、上記第１
   及び第２アームが同方向に向くアーム伸長状態において
   第２関節軸よりも第１関節軸に近くなる位置に上記駆動
   源が配置されてなることを特徴とするスカラ型ロボット
   の駆動部構造。
2. 【請求項２】 上記第２アーム駆動用の駆動源が第２ア
   ームに搭載され、かつこの駆動源が第２関節軸と略同軸
   上に配置されるものであって、上記可動部材及び駆動源
   がアーム伸長状態において上記第２関節軸中心と第１関
   節軸中心とを結んだ線分に対してオフセットされてなる
   ことを特徴とする請求項１記載のスカラ型ロボットの駆
   動部構造。