JP2000042953A - 水平多関節ロボット - Google Patents

水平多関節ロボット

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JP2000042953A
JP2000042953A JP10213735A JP21373598A JP2000042953A JP 2000042953 A JP2000042953 A JP 2000042953A JP 10213735 A JP10213735 A JP 10213735A JP 21373598 A JP21373598 A JP 21373598A JP 2000042953 A JP2000042953 A JP 2000042953A
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arm
motor
direction machine
robot
machine base
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Kiyoshi Wakaizumi
潔 若泉
Shinji Suzuki
伸司 鈴木
Yoshihito Sakashita
喜仁 坂下
Katsuaki Nozawa
勝明 野澤
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Janome Sewing Machine Co Ltd
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    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/041—Cylindrical coordinate type
    • B25J9/042—Cylindrical coordinate type comprising an articulated arm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20317—Robotic arm including electric motor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボット本体に対して高精度にＺ方向機台を
駆動させることができ、且つ該Ｚ方向機台に第１アー
ム，第２アームのモータを収納して全体としても小さな
出力の駆動源にて駆動させることができ、しかも小型化
を図ること。 【解決手段】 ロボット本体１と、該ロボット本体１に
垂直方向ガイド３及び摺動部材４を介して昇降可能とし
たＺ方向機台２と、前記ロボット本体１に設けたＺ方向
機台用モータ５の駆動にて回動可能とした垂設のネジ杆
６と、該ネジ杆６に螺合して昇降可能であって、その他
端は前記Ｚ方向機台２に固着してなる昇降部材８と、前
記Ｚ方向機台２に設けた水平面を揺動する第１アーム９
と、該第１アーム９先端に設けた水平面を揺動する第２
アーム１０とからなこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット本体に対して
高精度にＺ方向機台を駆動させることができ、且つ該Ｚ
方向機台に第１アーム，第２アームのモータを収納して
全体としても小さな出力の駆動源にて駆動させることが
でき、しかも小型化を図ることができる水平多関節ロボ
ットに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、水平多関節ロボットにおいて
は、水平面を揺動する第１アームの先端箇所には、水平
面を揺動する第２アームと第２アーム用モータが設けら
れ、前記第２アームの先端には、姿勢駆動するＲ軸とＲ
軸用モータが設けられている。駆動力を大きくすればす
る程、それぞれのモータの容量を大型化にせざるを得な
い。大型化は重量増大ともなり、これによって、前記水
平面を揺動する第１アーム及び第２アームは強固且つ大
型化せざるを得なくなる。これがため、アーム自体も重
くなり、且つモータも必要以上に大型化で大重量とな
る。
【０００３】また、従来の水平多関節ロボットにおいて
は、制御部を含めて一体化したものはなかった。これ
は、従来の水平多関節ロボットはその駆動源として、Ａ
Ｃサーボモータを使用しており、一体化すると装置全体
が極めて巨大化するため実用上、障害をもたらしてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
特に、省スペース用としての小型化で、Ｚ方向に対して
高精度に昇降する機台を有する水平多関節ロボットが求
められている。さらに、小容量駆動源としてのモータが
要求されている。また、モータドライバなる制御部を別
部材にすることなく小型化することも要望されていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで発明者は、前記課
題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、その発明
を、ロボット本体と、該ロボット本体に垂直方向ガイド
及び摺動部材を介して昇降可能としたＺ方向機台と、前
記ロボット本体に設けたＺ方向機台用モータの駆動にて
回動可能とした垂設の動作螺旋と、該動作螺旋に螺合し
て昇降可能であって、その一端は前記Ｚ方向機台に固着
してなる昇降部材と、前記Ｚ方向機台に設けた第１アー
ムと、該第１アーム先端に設けた第２アームとからなる
水平多関節ロボットとしたことにより、ロボット本体に
対して高精度にＺ方向機台を駆動させることができ、且
つ該Ｚ方向機台に第１アーム，第２アームのモータを収
納して全体としても小さな出力の駆動源にて駆動させる
ことができ、しかも小型化を図ることができ、前記課題
を解決したものである。
【０００６】
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。１は筐体状のロボット本体であって、該
ロボット本体１の前面に対して筐体状のＺ方向機台２が
昇降自在に設けられている。具体的には、前記ロボット
本体１の前面には、垂直方向ガイド３が固着され、前記
Ｚ方向機台２の後面側に固着された摺動部材４が前記垂
直方向ガイド３に係合され、前記Ｚ方向機台２は前記ロ
ボット本体１に対して上下方向に摺動自在に構成されて
いる。前記垂直方向ガイド３と摺動部材４とは摺動機構
であるが、この間にボールが回転するようにして、いわ
ゆるボールのころがり構成としてスムーズなる摺動構成
とすることもある。
【０００７】前記ロボット本体１内には、前記Ｚ方向機
台２の昇降用のＺ方向機台用モータ５が内蔵されてい
る。該Ｚ方向機台用モータ５の駆動にて回転するネジ杆
６の上下が前記ロボット本体１の軸受箇所に軸支されて
いる。具体的には、前記Ｚ方向機台用モータ５に設けた
駆動プーリ５ａと前記ネジ杆６の上端に固着した従動プ
ーリ６ａとの間にベルト７掛けされている。前記ネジ杆
６の中間には、昇降部材８の一端の筒状部が螺合され、
その他端は前記Ｚ方向機台２に固着されている。前記ネ
ジ杆６にはネジ周囲にボールが回転するようにして、い
わゆるボールネジを使用してスムーズなる回転構成とす
ることもある。
【０００８】該Ｚ方向機台２の前面には、水平面を揺動
する第１アーム９と、該第１アーム９の先端箇所より水
平面を揺動する第２アーム１０と、該第２アーム１０の
先端に姿勢制御可能なＲ軸１１が設けられている。具体
的には、前記Ｚ方向機台２の上下方向の中間箇所より、
水平面上を揺動可能に第１アーム９が設けられ、さらに
前記Ｚ方向機台２の上部箇所に設けた第１アーム用モー
タ１２による駆動を減速機１３を介して該減速機１３の
駆動軸が前記第１アーム９の基部に固着されている。こ
れによって、前記第１アーム用モータ１２の駆動にて第
１アーム９が該基部を中心として水平面上を揺動可能に
構成されている。
【０００９】前記第１アーム９及び第２アーム１０の具
体的構成としては、前記第１アーム９の基部側（軸支
側）と、先端側（自由端側）とに、軸方向が垂直方向を
向く，基部側プーリ１４と先端側プーリ１５とが水平面
上を回転可能にそれぞれ設けられている。これによっ
て、基部側プーリ１４（第１アーム９の基部箇所）は不
動位置で回転可能に構成され、先端側プーリ１５は第１
アーム９の先端側（自由端側）で、位置が可動し、且つ
回転もするように構成され、それぞれプーリの直径が同
一に形成されている。前記先端側プーリ１５箇所の下側
に前記第２アーム１０の基部が固着され、水平面を揺動
可能に構成されている。
【００１０】前記基部側プーリ１４と先端側プーリ１５
との間は、ステンレス薄板によるスチールベルト１６が
巻き掛けされている。具体的には、該スチールベルト１
６を両端付きベルト本体として２本とし、この２本を基
部側プーリ１４と先端側プーリ１５とが平面的にみてそ
れぞれ逆方向となるように設置され、前記両端付きベル
ト本体の両端及び中間は板片部材で挟持させて固定し、
且つその中間の板片部材箇所でスチールベルト１６が緊
張するようにして連結されている。
【００１１】１７は第２アーム用モータであって、前記
基部側プーリ１４を適宜回転駆動させることで、前記第
２アーム１０を揺動させ得るもので、前記Ｚ方向機台２
の内部に設けられている。前記Ｒ軸１１駆動用のＲ軸用
モータ１８も前記Ｚ方向機台２の内部下側に設けられ、
前記第１アーム９と同期して揺動する副第１アーム１９
内の両端のプーリ２０，２０及びスチールベルト２１、
さらには、前記第２アーム１０内部両端のプーリ２２，
２２及びスチールベルト２３を介して前記Ｒ軸１１が駆
動可能に設けられている。前記スチールベルト２１に
は、テンション用プーリ２４が圧力調整可能に設けられ
ている。このようにして、前記Ｒ軸１１は前記Ｒ軸用モ
ータ１８によって姿勢制御されるように駆動可能に設け
られている。特に、この姿勢制御する前記Ｒ軸用モータ
１８は、プーリ及びベルトを介しているがＲ軸用モータ
１８が平面的に固定状態となっているＺ方向機台２に固
定されていることで位置制御をしやすくできる。
【００１２】前記Ｚ方向機台用モータ５は前記ロボット
本体１内に収納され、第１アーム用モータ１２，第２ア
ーム用モータ１７，Ｒ軸用モータ１８は前記Ｚ方向機台
２内に収納されているが、前記Ｚ方向機台用モータ５，
第１アーム用モータ１２，第２アーム用モータ１７，Ｒ
軸用モータ１８の全てはステッピングモータとして構成
されている。また、前記ロボット本体１内には、その各
モータの制御部としてのモータドライバ２５が収納され
ている。このようにステッピングモータとして構成する
ことで、従来のように別の筐体に収納するような大型で
はなく、該モータドライバ２５を小容積として、前記ロ
ボット本体１内にコンパクトに収納可能にできる。
【００１３】また、ロボット本体１の前側他の箇所に
は、バランス用の引張りコイルスプリング２６を張設さ
れている。即ち、前記Ｚ方向機台２に設けたブラケット
２７端と、前記ロボット本体１の下端箇所との間であっ
て、該ロボット本体１の上端箇所に設けた滑車２８を介
して前記引張りコイルスプリング２６が張設され、前記
Ｚ方向機台２の重量が略零となるように構成され、これ
によって、該Ｚ方向機台２を上昇させる際に、小容量の
Ｚ方向機台用モータ５でも対応可能に構成されている。
また、前記ロボット本体１の上方箇所とＺ方向機台２と
の間には、適宜屈曲自在の屈曲自在型ケーシング２９が
設けられ、モータ等の制御の配線が収納され絡まないよ
うに構成されている。また、前記ロボット本体１の下端
には、ベース３０が設けられている。該ベース３０も含
めてロボット本体１として構成することもある。前記屈
曲自在型ケーシング２９を設けないで、モータドライバ
２５の配線等をロボット本体１とＺ方向機台２との間に
設けることもある。
【００１４】前記垂直方向ガイド３は前記ロボット本体
１の側部に固着し、前記摺動部材４は前記Ｚ方向機台２
に固着するものであるが、昇降が自在になれば、前記垂
直方向ガイド３を前記Ｚ方向機台２に固着し、前記摺動
部材４は前記ロボット本体１に固着することもあり、実
施の形態に制限されない。
【００１５】
【発明の効果】請求項１の発明においては、ロボット本
体１と、該ロボット本体１に垂直方向ガイド３及び摺動
部材４を介して昇降可能としたＺ方向機台２と、前記ロ
ボット本体１に設けたＺ方向機台用モータ５の駆動にて
回動可能とした垂設のネジ杆６と、該ネジ杆６に螺合し
て昇降可能であって、その他端は前記Ｚ方向機台２に固
着してなる昇降部材８と、前記Ｚ方向機台２に設けた水
平面を揺動する第１アーム９と、該第１アーム９先端に
設けた水平面を揺動する第２アーム１０とからなる水平
多関節ロボットとしたことにより、特にロボット本体に
対して高精度にＺ方向機台２を駆動させることができる
利点がある。
【００１６】これらの効果を詳述すると、本発明では、
ロボット本体１と、該ロボット本体１に垂直方向ガイド
３及び摺動部材４を介して昇降可能としたＺ方向機台２
と、前記ロボット本体１に設けたＺ方向機台用モータ５
の駆動にて回動可能とした垂設のネジ杆６と、該ネジ杆
６に螺合して昇降可能であって、その他端は前記Ｚ方向
機台２に固着してなる昇降部材８とからなり、前記ロボ
ット本体１に対して垂直方向ガイド３及び摺動部材４を
介してＺ方向機台２をＺ方向機台用モータ５駆動とネジ
杆６回転にて昇降自在としたことで、特に、ロボット本
体１とは別部材なるＺ方向機台２が垂直方向に対して高
精度に摺動可能にできる。これは従来のロボット本体が
昇降させる場合と比較して簡易な構成で、且つ高精度に
できるものである。
【００１７】次に請求項２の発明では、請求項１におい
て、前記Ｚ方向機台２内に第１アーム用モータ１２及び
第２アーム用モータ１７とを設けてなる水平多関節ロボ
ットとしたことにより、前記Ｚ方向機台２内に第１アー
ム９，第２アーム１０のモータを収納して全体としても
小さな出力の駆動源にて駆動させることができ、しかも
小型化を図ることができる等の効果を奏する。即ち、特
に、第１アーム９の先端箇所にモータ荷重がなくなり、
アームの強度を少なくできると共にアームの重量も軽く
でき、ひいてはモータ容量も小さくできる。これは一見
簡単な構成とも思えるが、第１アーム９の先端箇所にモ
ータを設ける構成では、先端箇所に取り付けるがゆえ
に、第１アーム９全体の強度と、重量が増加した分だけ
モータ容量を増加させなければならない点を解消し、小
容量のモータであって、且つ強度的にも小さくでき、モ
ータを設けないアームとすることができる。これによっ
てアーム構成が小型化でき、且つ小さい容量のモータに
て第１アーム９及び第２アーム１０を高速，高加速にて
駆動（揺動）可能にできる。
【００１８】請求項３の発明では、請求項１において、
前記第２アーム１０先端に姿勢制御用のＲ軸１１を駆動
可能に設け、Ｒ軸用モータ１８は前記Ｚ方向機台２内に
設け、前記Ｒ軸用モータ１８の駆動にてベルト，プーリ
を介して前記Ｒ軸１１を制御可能としてなる水平多関節
ロボットとしたことにより、特に、平面的に見ると、Ｚ
方向機台２は昇降可能であっても、平面的に見ると制止
状態を保持しており、水平面での姿勢制御するＲ軸１１
の位置制御は極座標形式とした場合に極めて簡易な制御
ができる利点がある。即ち、前記第２アーム１０の先端
にモータを設置したとなると、第２アーム１０自体が方
向及び角度が異なり、この異なった状態においての姿勢
制御となり、制御が面倒であった点を解消できる効果
と、前述のモータ容量を小さくでき、且つ高速にアーム
駆動できることが相乗的に作用するという効果を奏する
ものである。
【００１９】請求項４の発明では、ロボット本体１と、
該ロボット本体１内に設けたＺ方向機台用モータ５の駆
動にて昇降可能としたＺ方向機台２と、該Ｚ方向機台２
に設けた水平面を揺動する第１アーム９と、該第１アー
ム９先端に設けた水平面を揺動する第２アーム１０と、
前記Ｚ方向機台２内にそれぞれ設けた第１アーム用モー
タ１２及び第２アーム用モータ１７と、前記モータは全
てステッピングモータとし、該モータを制御するモータ
ドライバ２５は前記ロボット本体１内に収納してなる水
平多関節ロボットとしたことにより、モータがステッピ
ングモータゆえに、自己保持でき常時励磁しなくとも制
御でき、これで制御装置なるモータドライバ２５を小型
化することができ、ロボット全体を小さくできるととも
に従来別体としたドライバもロボット本体１内に収納し
て機械の移動・工程変更の設置が極めて簡単に行うこと
ができ、さらにはロボットと制御部間の配線部が露出す
ることなく、保守管理上の効果を大きくできる。このよ
うにステッピングモータとしてモータドライバ２５を一
体化したことと、モータを第１アーム先端上には一切設
けないことで第１アーム等も小型化できることが相乗的
な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一部切除した斜視図
【図２】本発明の縦断側面図
【図３】本発明の横断平面図
【符号の説明】
１…ロボット本体 ２…Ｚ方向機台 ３…垂直方向ガイド ４…摺動部材 ５…Ｚ方向機台用モータ ６…ネジ杆 ８…昇降部材 ９…第１アーム １０…第２アーム １１…Ｒ軸 １２…第１アーム用モータ １７…第２アーム用モータ １８…Ｒ軸用モータ ２５…モータドライバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂下 喜仁 東京都中央区京橋３丁目１番１号 蛇の目 ミシン工業株式会社内 (72)発明者 野澤 勝明 東京都中央区京橋３丁目１番１号 蛇の目 ミシン工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3F060 AA01 DA09 EB12 EC12 GA01 GA05 GA13 GB02 GB19 GC01 HA00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロボット本体と、該ロボット本体に垂直
    方向ガイド及び摺動部材を介して昇降可能としたＺ方向
    機台と、前記ロボット本体に設けたＺ方向機台用モータ
    の駆動にて回動可能とした垂設のネジ杆と、該ネジ杆に
    螺合して昇降可能であって、その他端は前記Ｚ方向機台
    に固着してなる昇降部材と、前記Ｚ方向機台に設けた水
    平面を揺動する第１アームと、該第１アーム先端に設け
    た水平面を揺動する第２アームとからなることを特徴と
    する水平多関節ロボット。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記Ｚ方向機台内に
    第１アーム用モータ及び第２アーム用モータとを設けて
    なることを特徴とする水平多関節ロボット。
  3. 【請求項３】 請求項１において、前記第２アーム先端
    に姿勢制御用のＲ軸を駆動可能に設け、Ｒ軸用モータは
    前記Ｚ方向機台内に設け、前記Ｒ軸用モータの駆動にて
    ベルト，プーリを介して前記Ｒ軸を制御可能としてなる
    ことを特徴とする水平多関節ロボット。
  4. 【請求項４】 ロボット本体と、該ロボット本体内に設
    けたＺ方向機台用モータの駆動にて昇降可能としたＺ方
    向機台と、該Ｚ方向機台に設けた水平面を揺動する第１
    アームと、該第１アーム先端に設けた水平面を揺動する
    第２アームと、前記Ｚ方向機台内にそれぞれ設けた第１
    アーム用モータ及び第２アーム用モータと、前記モータ
    は全てステッピングモータとし、該モータを制御するモ
    ータドライバは前記ロボット本体１内に収納してなるこ
    とを特徴とする水平多関節ロボット。
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