JPH0966479A - スカラ型ロボットのアーム構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第２アームにおける駆動部レイアウトの自由
度を高めて旋回駆動時の各アームの慣性モーメントを低
減させるとともにアームのコンパクト化を図る。 【解決手段】 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に装着される作動軸１３と
を備えてスカラ型ロボットを構成し、作動軸１３を第２
アーム４の先端にＺ軸方向の移動及び回転可能に装着し
た。第２アーム４には、アーム主部４ａと、突出部４ｂ
と、延出部分４ｃとを設け、突出部４ｂに第２関節軸７
を設けることにより、第２関節軸７に対してアーム主部
４ａ及び延出部分４ｃをオフセットした。そして、上記
突出部４ｂに第２アーム駆動用のモータ９を、アーム主
部４ａに作動軸１３を、延出部分４ｃに作動軸駆動用の
Ｚ軸モータ１０及びＲ軸モータ１１をそれぞれ配置し、
アーム主部４ａと延出部分４ｃとにわたる範囲にベルト
２４，２７等の駆動伝達機構を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
軸とを備えており、例えば、図６に示すように、本体５
０に第１関節軸５１を介して連結される第１アーム５２
と、この第１アーム５２の先端に第２関節軸５３を介し
て連結される第２アーム５４とで水平関節型のアームが
構成され、この第２アーム５４の先端に可動部材として
の作動軸５５が設けられている。

【０００３】作動軸５５は、第２アーム５４に対し、Ｚ
軸方向（上下方向）の移動及び回転が可能とされ、それ
ぞ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５５に、チャック部材等の作業用部材を
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、アーム等
を作動させるモータを本体に集中させると、第２アーム
５４や作動軸５５を作動させるための伝動機構が複雑に
なることから、同図に示すように、第２アーム駆動用の
モータ５７と作動軸駆動用のＺ軸モータ５８及びＲ軸モ
ータ５９を第２アーム５４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５７を
第２アーム５４の基端部において第２関節軸５３と略同
軸上に配置し、このモータ５７と作動軸５５との間のス
ペースに作動軸駆動用のモータ５８，５９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５４や作動軸５５の駆動源としてのモータ５
７，５８，５９を第２アーム５４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５４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５４の重量が嵩み、これにより第１アー
ム旋回駆動時における第１関節軸回りの慣性モーメント
が制御性や、動作性能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。また、第２アーム５
４においても、第２アーム駆動用のモータ５７と作動軸
５５との間に作動軸駆動用のモータ５８，５９が並べて
配置されるため、第２関節軸回りの慣性モーメントが大
きくなる傾向にある。

【０００６】そのため、駆動時の第１関節軸や第２関節
軸回りの慣性モーメントを小さくし得るように第２アー
ム５４において各モータ５８，５９を第２アームの基端
側に配置することが望ましいが、従来の第２アーム５４
の構造では、第２アームの基端側が第２関節軸を介して
第１アームに連結されて、この部分に第２アーム駆動用
のモータ５７が配置されているため、慣性モーメントを
充分に小さくし得るようなモータ５８，５９のレイアウ
トを採用することが構造的に難しかったり、また、慣性
モーメントを低減できるようなモータ配置を採用すると
作動軸駆動用の機構部分が複雑化する等の弊害を伴い、
現実の実施が難しい。

【０００７】また、従来の第２アーム５４の構造では、
各モータ５７、５８，５９がアーム上に一列に並べて配
置されるために、第２アームの全長（長手方向長さ）を
短くしてロボットをコンパクトな構成とすることが難し
かった。

【０００８】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２アームにおける駆動部レイアウト
の自由度を高めて旋回駆動時の各アームの慣性モーメン
トを低減させるとともに、アームのコンパクト化を図る
ことができるスカラ型ロボットのアーム構造を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のスカラ型ロボッ
トのアーム構造は、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アームとを有し、この第２アーム
に作業部材を取付けるための可動部材と、上記第２関節
軸上に配される第２アーム駆動用のモータとを備えてな
る水平関節型のスカラ型ロボットにおいて、上記第２ア
ームは、アーム本体とその軸方向一側部から張り出した
突出部分とを有し、上記突出部分が第２関節軸を介して
第１アームに連結されることにより、両アームが同方向
に向くアーム伸長状態において上記アーム本体が第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
セットするように構成されるとともに、このアーム本体
に上記可動部材と、可動部材駆動用の駆動源と、駆動伝
達機構とを備えてなるものである。

【００１０】この構造によれば、可動部材、可動部材駆
動用の駆動源及び駆動伝達機構が、第２関節軸からオフ
セットされたアーム本体に搭載されるので、これらのレ
イアウトに関して第２アーム駆動用のモータが邪魔にな
ることがない。そのため、可動部材駆動用の駆動源等の
レイアウトに関し、駆動伝達機構を複雑化するといった
弊害を伴うことなく、慣性モーメントをより小さくし得
るようなレイアウトを採用することが可能となる。

【００１１】

【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。

【００１２】図１〜図３は、本発明のアーム構造が適用
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を介して回動自在に連結さ
れている。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】上記ボールねじ軸１８は、図２及び図４に
示すように、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。

【００１９】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、Ｒ軸モータ１１に減速機１１ａ
を介して連結されたプーリ２６とこのプーリ２５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２２，２３，２５，２６及
びタイミングベルト２４，２７によって駆動伝達機構が
構成されている。

【００２０】上記作動軸１３、ボールねじ軸１８、Ｚ軸
モータ１０及びＲ軸モータ１１は第２アーム４において
一列に配置されており、図３及び図４に示すようなアー
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、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３で下方）にオフセットされ、か
つ、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。

【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
機構が配置されている。すなわち、アーム主部４ａ及び
延出部分４ｃによって第２アーム４のアーム本体が構成
されている。

【００２２】このようにして、Ｚ軸モータ１０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なっている。

【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】このようなスカラ型ロボットの動作におい
て、上記第２アーム４は、アーム本体の一側部から張り
出した突出部４ｂに第２関節軸７が設けられることによ
り、上記アーム本体が第２関節軸７に対してオフセット
した構造となっているため、第２関節軸７上に設けられ
る第２アーム駆動用のモータ９とアーム本体上に設けら
れるモータ１０，１１及び駆動伝達機構との干渉が避け
られつつ、アーム本体上のモータ１０，１１等のレイア
ウトの自由度が高められ、慣性モーメント低減等に有利
なレイアウトとすることができる。とくに、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６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、第１アーム３の制御性や、動作性能
がより良く高められる。

【００２７】このような作用効果も、第２アーム４のア
ーム本体が上述のように第２関節軸７に対してオフセッ
トされ、このアーム主部４ａ及び延出部分４ｃにＺ軸，
Ｒ軸モータ１０，１１を含むヘッドアッセンブリ作動用
の駆動部が配置されているため、ヘッドアッセンブリ５
の駆動部の構造を複雑化するといった弊害等を伴うこと
なく容易に達成される。

【００２８】すなわち、ヘッドアッセンブリ５を作動さ
せるためのＺ軸，Ｒ軸モータを第２関節軸よりも第１関
節軸に近い位置に配置する構造は、アーム伸長状態で第
１アームと第２アームが直線的に配置される従来のアー
ム構造においても達成することが可能である。しかし、
この場合には、Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１と作動軸と
の間に第２アーム駆動用のモータが介在されるため、例
えば、このモータを迂回するような駆動伝達のための機
構を構成することが要求され、構造が複雑化したり、あ
るいはこれに起因してメンテナンス性が損なわれるよう
な虞がある。

【００２９】これに対し、上記実施形態のロボットで
は、上述のよにＲ軸モータ１０，１１を含むヘッドアッ
センブリ作動用の駆動部が第２関節軸７に対してオフセ
ットされ、第２アーム駆動用のモータ９が作動軸１３と
Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１の間に介在されることがな
いので、駆動部のレイアウトを自由に設定して上述の作
用効果を得ながらも、駆動伝達のための機構を複雑化す
る等の弊害を伴うことがない。

【００３０】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。

【００３１】そのため、上記Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１
１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するのが望ましい。

【００３２】第２関節軸回りの慣性モーメントの低減に
有利な構造の一例として、図５に示すような第２アーム
４の構造が考えられる。

【００３３】この構造では、第２アーム４に延出部分４
ｃが設けられておらず、Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１が
アーム主部４ａの基端部分、すなわち第２アーム駆動用
のモータ９の側方に配置された構造とっている。

【００３４】このようなアームの構造では、第２関節軸
７の周辺にＺ軸，Ｒ軸モータ１０，１１が集結配置され
るため、第２関節軸回りの慣性モーメントをより低減さ
せることができるとともに、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
ーム先端側に並べて配置した従来のアーム構造に比べる
と、Ｚ軸，Ｒ軸モータ１０，１１が第１関節軸６に近く
配置され、第１関節軸回りの慣性モーメントも従来より
は充分に低減することができる。しかも、このアーム構
造によれば、第２アーム駆動用のモータ９の側方にＺ
軸，Ｒ軸モータ１０，１１が並べて配置されるため、従
来のアーム構造に比して第２アームの全長を短くしてコ
ンパクトなロボットを構成することができるという利点
も有る。

【００３５】なお、以上説明した上記実施形態のスカラ
型ロボットは、本発明のアーム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。
例えば、上記実施形態のスカラ型ロボットでは、可動部
材として作動軸１３が設けられ、この作動軸１３がベル
ト伝動機構を介してＺ軸，Ｒ軸モータ１０，１１によっ
て作動されるようになっているが、作動軸１３をシャフ
トドライブ機構やギア伝動機構を介して作動させたり、
あるいはエアシリンダを駆動源として作動させるように
構成してもよい。

【００３６】

【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
アームの先端に第２関節軸を介して連結される第２アー
ムとを有し、この第２アームに作業部材を取付けるため
の可動部材と、上記第２関節軸上に配される第２アーム
駆動用のモータとを備えたスカラ型ロボットにおいて、
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
てオフセットされるアーム本体に可動部材、可動部材駆
動用の駆動源及び駆動伝達機構を配置し、これらのレイ
アウトに関して第２アーム駆動用モータが邪魔にならな
いようにしたので、駆動伝達機構の構造を複雑化すると
いった弊害を伴うことなく、駆動時の慣性モーメントを
低減し得るような可動部材駆動用の駆動源等のレイアウ
トをより自由に採用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアーム構造の一例が適用されるス
カラ型ロボットを示す斜視略図である。

【図２】本発明に係るアーム構造の一例が適用されるス
カラ型ロボットを示す断面（側面）略図である。

【図３】本発明に係るアーム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４】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５】本発明に係るアーム構造の別の例を示す第２ア
ームの平面模式図である。

【図６】従来のスカラ型ロボットの一例を示す平面略図
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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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アームとを有し、この第２アームに作
   業部材を取付けるための可動部材と、上記第２関節軸上
   に配される第２アーム駆動用のモータとを備えてなる水
   平関節型のスカラ型ロボットにおいて、上記第２アーム
   は、アーム本体とその軸方向一側部から張り出した突出
   部分とを有し、上記突出部分が第２関節軸を介して第１
   アームに連結されることにより、両アームが同方向に向
   くアーム伸長状態において上記アーム本体が第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
   トするように構成されるとともに、このアーム本体に上
   記可動部材と、可動部材駆動用の駆動源と、駆動伝達機
   構とを備えてなることを特徴とするスカラ型ロボットの
   アーム構造。