JP2004291171A

JP2004291171A - アーム式ロボット

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Publication number: JP2004291171A
Application number: JP2003088523A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yasuda; 敏安田
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4156421B2

Abstract

【課題】剛性が高く安定した、小型軽量であり、アーム動作の速いシンプルなアーム式ロボットの提供。
【解決手段】一対の支柱１１に独自に上下動可能に配設した上下一対の第１昇降体２０及び第２昇降体３０と、第１昇降体２０から前方に延在する左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂを備えた平行リンク機構４０と、第２昇降体３０に対して平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂに左右方向に回転揺動させる駆動アーム５０を有し、平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの先端部に支持されたヘッド部４２に自動作業機４８を取付ける。支柱１１の両側に設置した第１駆動手段６０と第２駆動手段７０で対応する昇降体２０、３０を同時或いは独自に昇降させ、第３駆動手段８０で駆動アーム５０を水平方向に回転揺動させて，ヘッド部４２を鉛直姿勢のまま前後左右上下に平行移動させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナットランナーなどの自動作業機を水平な直交二方向（Ｘ−Ｙ方向）方向と略鉛直な上下方向（Ｚ方向）のいずれにも自在に移動させるアーム式ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の製造組立ラインで使用されるナットランナーを水平方向と上下方向に自在に移動させるロボットとして一般的なものに、直交ロボットとスカラ型アーム式ロボットがある。前者直交ロボットは、水平な直交二方向に移動するテーブルを使用するため、水平な幅方向に大きな設置スペースを必要として、製造組立ラインでの設置にスペース的な制約が多い。また、後者スカラ型アーム式ロボットの場合も、後述するように幅方向に大きな設置スペースを必要とする。
【０００３】
スカラ型アーム式ロボット（例えば、特許文献１参照。）の具体例を、図６に示すと、このロボット１は、略鉛直な主軸２の上端部に第１水平アーム３の後端部を回転可能に連結し、第１水平アーム３の先端部に第２水平アーム４の後端部を回転可能に連結し、第２水平アーム４の先端部の軸受５で垂直軸６を上下動可能に連結している。垂直軸６に自動作業機の例えばナットランナー７が固定され、各水平アーム３、４の各々が独自に水平方向に旋回することで、軸受５と垂直軸６から成るロボット作業用ヘッド部８とナットランナー７が水平方向に移動する。図７に示す製造組立ラインＬに沿った搬送体上のワーク９は、図中のＰ点とＱ点で示す複数の被ねじ締め部を有し、これら被ねじ締め部の真上にナットランナー７が順に移動するように、第１水平アーム３と第２水平アーム４が独自に旋回運動する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１２５７号公報（図３、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の鎖線で示すように、第１水平アーム３と第２水平アーム４が例えば一直線状の連結状態にあるときにワーク９上の最も離れた１点Ｐ’にヘッド部８が移動してねじ締め動作を行い、また、第１水平アーム３と第２水平アーム４が互いに水平方向にく字状に屈曲して最も近い点Ｐ１にヘッド部８が移動してねじ締め動作を行うとすると、図６のアーム式ロボット１は、ロボット前方の左右両側方に各水平アーム３、４が屈曲して食み出すだけの大きな幅方向スペースＳ１を必要とし、この幅方向スペースＳ１がアーム式ロボット１の床上設置スペースを大きくしていた。また、複数台のアーム式ロボット１を床上に併設する場合、隣接する一対のロボット１、１の間隔を幅方向スペースＳ１の２倍以上にする必要があって、複数台のロボットを省スペースで併設することが難しい。
【０００６】
また、上記アーム式ロボット１の各水平アーム３、４とヘッド部８は、各々の必要とする機能のために幅、厚さ、径の大きな大形重量物となる傾向が強くて、高速運転させることが難しい。特に、ヘッド部８は垂直軸６を上下動させる動力源などで大径構造となり、例えば図７に示すワーク９上の所定の最小的な間隔Ｗ１で接近した２点Ｐ１とＱ１の被ねじ締め部を２台の同じアーム式ロボットで同時にねじ締めしようとする場合、２台のロボットの各ヘッド部同士が干渉し合って、同時にねじ締めすることができないことがある。そこで、１台のロボットで点Ｐ１をねじ締めすると、この点Ｐ１に最も接近した他の点Ｑ１にヘッド部８を移動させてねじ締めしているため、接近する２点Ｐ１、Ｑ１でのねじ締め作業性を上げることが難しい。また、図示しないが１台のヘッド部に一対のナットランナーを配備して、上記の２点Ｐ１、Ｑ１を同時にねじ締めするようにして作業性を上げることことが可能であるが、一対のナットランナーのためにヘッド部の重量と外径が倍増して、水平アームが高剛性の大形重量構造となり、高速運転をさせることが難しくなる。
【０００７】
また、上記のようなアーム式ロボットの場合、水平アームの水平方向の旋回でアーム先端部に固定されたヘッド部と、このヘッド部に支持されたナットランナーなどの自動作業機の水平方向の向きが変わり、自動作業機の種類によっては作業不適格となることがある。そこで、水平アームの旋回に関わらず自動作業機の向きを定方向に自動修正する独自の回転手段（θ軸）をヘッド部に装備させることが行なわれているが、これではヘッド部が大形大重量となって、水平アーム回転駆動部のイナーシャが増大し、尚更に高速運転が難しくなる不具合が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、設置スペースの縮小化が容易であり、アームの小形軽量化で速い動きを可能にして、ねじ締め作業などの作業能率を改善したしたアーム式ロボットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、略鉛直な定軌道上を昇降する第１昇降体２０と、前記定軌道上を第１昇降体２０と別に昇降する第２昇降体３０と、第１昇降体２０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部４２に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アーム４３をそれぞれに備えた複数の平行リンクアーム部４１ａ、…を、第１昇降体２０とヘッド部４２で水平方向に平行リンク運動可能に連結して成る平行リンク機構４０と、第２昇降体３０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部が平行リンク機構４０の少なくとも１つの平行リンクアーム部に上下方向に回転可能に連結され、連結された平行リンクアーム部が平行リンク運動する略鉛直な平面で上下揺動する駆動アーム５０と、前記定軌道に設置されて第１昇降体２０及び第２昇降体３０を独自に昇降させる第１駆動手段６０及び第２駆動手段７０と、第２昇降体３０に設置されて駆動アーム５０を水平方向に回転揺動させる第３駆動手段８０とを具備したことを特徴とする（請求項１の発明）。
【００１０】
ここで、略鉛直な定軌道は、略鉛直な支柱１１であり、この支柱に固定されたガイドレール、同様な支柱に形成されたガイド溝であり、この定軌道に沿って第１昇降体２０と第２昇降体３０の一対が、上下二段に分かれて独自に昇降する。平行リンク機構４０を構成する複数の平行リンクアーム部４１ａ、…における複数の各平行アーム４３は、略鉛直な平面に沿って上下に同時に平行移動する２本又は２本以上の同一長さの鋼性アームで、この複数の各平行アーム４３の後端部が第１昇降体２０に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部４２に連結されて、平行四辺形の平行リンクアーム部４１ａ、…を構成する。複数の平行リンクアーム部４１ａ、…が真上から見て平行四辺形に連結されて、水平な左右方向に平行リンク運動する。この左右の平行リンク運動でヘッド部４２が前後左右に平行移動する。ヘッド部４２は複数の平行リンクアーム部の平行アーム４３で支持されることから安定した高剛性を保持して、ヘッド部４２に単機又は複数機のナットランナーなどの自動作業機を安定して保持し、自動作業機を定方向に向けたまま平行移動させる。
【００１１】
また、第２昇降体３０に設置される駆動アーム５０は、複数の平行リンクアーム部４１ａ、…の内の少なくとも１本の平行アームに連結される。駆動アーム５０は、連結された平行リンクアーム部が上下に平行リンク運動する略鉛直な平面で上下に揺動するように第２昇降体３０に連結される。駆動アーム５０は複数の平行リンクアーム部の全てに同一構造のものを連結することができ、また、駆動アーム５０を連結しない平行リンクアーム部においては、駆動アーム５０の駆動で従動的な動作をして対応する平行リンクアーム部を支持（補強）する従動アームを連結することが望ましい。このような駆動アーム５０や従動アームは、連結された平行リンクアーム部を補強して、平行アームと駆動アーム５０の各アームに構造簡単で軽量なものの適用を可能にする。また、平行リンクアーム部と駆動アーム５０を同一の略鉛直な平面で上下揺動させることで、アーム式ロボット１０の幅方向スペースが縮小化される。第１昇降体２０と第２昇降体３０を独自に昇降させる第１駆動手段６０と第２駆動手段７０、及び、駆動アーム５０を水平方向に揺動回転させる第３駆動手段８０の各々は、サーボモータやシリンダが適用できる。
【００１２】
本発明においては、平行リンク機構４０を一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂで構成し、この一対の一方に駆動アーム５０を連結することができる（請求項２の発明）。この場合、他方の平行リンクアーム部は、上記従動アームを連結して支持することが望ましい。このような従動アームは、駆動アーム５０と同期して駆動アーム５０と平行な姿勢を維持して平行リンク運動する。
【００１３】
また、本発明においては、略鉛直に固設した支柱１１の前面に定軌道を配設し、この支柱１１の両側面の一方に第１駆動手段６０を、他方に第２駆動手段７０を配設する（請求項３の発明）。この場合の支柱１１は角柱や丸柱が適用でき、支柱１１の前面にガイドレールやガイド溝構造の定軌道を固設し、両側面に第１駆動手段６０と第２駆動手段７０を配設することで、支柱周辺の幅方向スペースが小さくできる。また、支柱１１の両側面に設置される第１駆動手段６０と第２駆動手段７０は、支柱１１の両側面に上下方向に設置されたボールねじをサーボモータで正逆回転させる構造が、ロボット設置スペースを縮小する上で有効である。
【００１４】
また、本発明においては、ロボット作業用ヘッド部４２が、ナットランナーを含む複数の自動作業機を着脱自在に支持する構造のものにすることができる（請求項４の発明）。この場合、ヘッド部４２をナットランナー以外のビス止め用電動工具、クリップ立て工具、外観検査機器などの自動作業機を着脱自在に支持する汎用構造にすることで、各種の自動作業機が交換できる汎用ロボットが提供できる。また、１台のヘッド部４２に複数の自動作業機を設置した場合、ヘッド部４２が前後左右に平行移動するために各自動作業機も平行移動だけして、ねじ締めなどの各自の作業を行なう。この作業は複数の自動作業機で同時に行なわせることができて、作業性の改善を容易なものにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図４に示すアーム式ロボット１０は、床上に略鉛直に固設された左右一対の支柱１１と、支柱１１の前面で独自に上下運動する上下一対の第１昇降体２０及び第２昇降体３０と、第１昇降体２０から前方に延在する一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂを備えた平行リンク機構４０と、第２昇降体３０から前方に延在する駆動アーム５０と、第１昇降体２０及び第２昇降体３０を独自に上下動させる第１駆動手段６０及び第２駆動手段７０と、駆動アーム５０を水平方向に回転揺動させる第３駆動手段８０を備える。
【００１７】
左右一対の支柱１１は所定間隔で平行に対向する角柱で、下端部に固定した台座１２で床上に固定され、各々の上端部が連結体１３で連結される。一対の支柱１１が並ぶ水平方向をＸ方向、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とすると、第１昇降体２０と第２昇降体３０の各々はＸ方向に横長の略鉛直な矩形板構造で、Ｚ方向に上下２段に分けて配置される。一対の各支柱１１のＹ方向前面にＺ方向にガイドレール１４が配設され、一対の各ガイドレール１４の上部領域に第１昇降体２０のＸ方向両端部が上下動可能に連結され、各ガイドレール１４の下部領域に第２昇降体３０のＸ方向両端部が上下動可能に連結される。一対の各支柱１１の上部領域の側方に第１昇降体２０の上下位置を検知する複数のセンサー１５が設置され、また、図２に示すように支柱１１の下部領域の側方に第２昇降体３０の上下位置を検知する複数のセンサー１６が設置される。
【００１８】
第１昇降体２０は、左右一対のガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直な支持板２１と、支持板２１の裏面両側にＺ方向に設置された複数のガイドローラ２２と、支持板２１の前面両端部に配設された左右一対のアーム連結用回転軸２４を有する。左右一対の各回転軸２４は、支持板２１の前面両端部の上下両端から前方に突設された軸受板２３に水平方向に回転可能に連結される。支持板２１の裏面両側の各ガイドローラ２２が対応するガイドレール１４を両側面から挟持して、支持板２１の上下運動をガイドする。左右一対の平行な各回転軸２４の上下両端部に一対のブラケット２５が突設され、一方の回転軸２４の上下のブラケット２５にピン２６を介して２本の平行な平行アーム４３ａの後端部が上下方向に回転可能に連結され、他方の回転軸２４の上下のブラケット２５にピン２６を介して２本の平行な平行アーム４３ｂの後端部が上下方向に回転可能に連結される。
【００１９】
左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂは、第１昇降体２０からＹ方向前方へと延在する各上下２本ずつの平行アーム４３ａ、４３ｂを有する。４本の各平行アーム４３ａ、４３ｂは、同一長さの直線状の剛性アームである。一方の回転軸２４の上下両端部から延びる２本の平行アーム４３ａの各先端部が、１台のロボット作業用ヘッド部４２の裏面上下両端部に連結される。一方の回転軸２４と２本の平行アーム４３ａとヘッド部４２で、鉛直な平面を上下に平行リンク運動する平行リンクアーム部４１ａが構築される。他方の回転軸２４の上下両端部から延びる２本の平行アーム４３ｂの各先端部が、同じロボット作業用ヘッド部４２の裏面上下両端部に連結され、この回転軸２４と２本の平行アーム４３ｂとヘッド部４２で、鉛直な平面を上下に平行リンク運動する平行リンクアーム部４１ｂが構築される。以下、必要に応じて一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂを第１平行リンクアーム部４１ａ、第２平行リンクアーム部４１ｂと称する。
【００２０】
ロボット作業用ヘッド部４２は、Ｘ方向に幅を有する鉛直な矩形の取付板４９と、取付板４９の裏面両端部に突設した鉛直な左右一対の回転式連結軸４４と、取付板４９の前面に水平に固定した自動作業機装着部４５を有する。左右一対の連結軸４４の上下両端部に突設したブラケット４６にピン４７を介して平行アーム４３ａ、４３ｂの先端部が上下方向に回転可能に連結される。ピン４７と連結軸４４を介することで、各平行アーム４３ａ、４３ｂの先端部に取付板４９が上下左右に回転可能に連結される。第１平行リンクアーム部４１ａと第２平行リンクアーム部４１ｂは真上から見て常に平行四辺形の関係にあり、各平行アーム４３ａ、４３ｂの前後両端部を対応する第１昇降体２０とヘッド部４２に上下左右に回転自在に連結することで、一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂがＸ方向とＹ方向、及び、Ｚ方向に平行リンク運動する平行リンク機構４０が構築される。
【００２１】
ヘッド部４２における水平な自動作業機装着部４５に一対の自動作業機であるナットランナー４８が略鉛直にして着脱自在に装着される。一対の各ナットランナー４８は、図３及び図４に示すようにＸ方向に所定の間隔Ｗ１で配列されて、鉛直な姿勢のままヘッド部４２と共にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に平行移動して、後述するようなねじ締め動作をする。一対のナットランナー４８の間隔Ｗ１は、例えば図７のワーク９の２点Ｐ１とＱ１の最小的な間隔Ｗ１に設定される。この間隔は縮小拡大自在とされ、その最大間隔に対応させて左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの間隔Ｗ２の上限が設定される。つまり、左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの間隔Ｗ２は、大きくなるほどロボット１０の幅方向の設置スペースを大きくし、ロボット１０を大形重量物化することから、この間隔Ｗ２はロボット１０が大形大重量とならないよう考慮して設定される。
【００２２】
第１昇降体２０を上下動させる第１駆動手段６０は、図２に示すように左右一対の支柱１１の右側支柱の外側面にＺ方向に設置されたボールねじ６１と、ボールねじ６１を正逆回転させるモータ６２を有する。ボールねじ６１の一部にナット部材６３が螺装され、ボールねじ６１の上下両端部が軸受部材６４、６５で支柱１１に取付けられる。ナット部材６３は第１昇降体２０の支持板２１の片端に一体に連結され、ボールねじ６１が非回転状態にあるときはナット部材６３が第１昇降体２０を左右一対の支柱１１の任意の高さ位置に保持し、ボールねじ６１をモータ６２で正逆回転させるとナット部材６３と第１昇降体２０が一体となって一対の支柱１１の前面側で上下動する。
【００２３】
第２昇降体３０は、左右一対の支柱１１のガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直でＸ方向に幅広な支持板３１と、支持板３１の裏面両側に設置された複数のガイドローラ３２と、支持板３１の前面の両端部に設置された左右一対のアーム連結用回転軸３４ａ、３４ｂを有する。各回転軸３４ａ、３４ｂは、支持板３１の前面両端部の上下両端から前方に突設された軸受板３３、３５に水平方向に回転可能に連結される。支持板３１の裏面両側の各ガイドローラ３２が対応する左右一対のガイドレール１４を両側面から挟持して、支持板３１の上下運動をガイドする。左右一対の各回転軸３４ａ、３４ｂの中央部にブラケット３６が突設され、一方の回転軸３４ａのブラケット３６に１本の駆動アーム５０の基端部が上下方向に回転可能に連結され、他方の回転軸３４ｂのブラケット３６に従動アーム５１の基端部が上下方向に回転可能に連結される。駆動アーム５０と従動アーム５１は同一構造で、駆動アーム５０の先端部が第１平行リンクアーム部４１ａの下段の平行アーム４３ａの略中央部に上下方向に回転可能に連結され、従動アーム５１の先端部が第２平行リンクアーム部４１ｂの下段の平行アーム４３ｂの略中央部に上下方向に回転可能に連結される。駆動アーム５０と従動アーム５１は常に平行四辺形の関係にあって、互いに平行リンク運動する。
【００２４】
第２昇降体３０を上下動させる第２駆動手段７０が、図１に示すように左側の支柱１１の外側面、つまり、第１駆動手段６０と反対の側面に配設される。第２駆動手段７０は、支柱１１の側面と平行に設置された略鉛直なボールねじ７１と、ボールねじ７１を正逆回転させるモータ７２を有する。ボールねじ７１の一部にナット部材７３が螺装され、ボールねじ７１の上下両端部が軸受部材７４、７５で支柱１１に取付けられる。ナット部材７３は第２昇降体３０の支持板３１と一体で、ボールねじ７１が非回転状態にあるときはナット部材７３で第２昇降体３０が左右一対の支柱１１に保持され、ボールねじ７１をモータ７２で正逆回転させるとナット部材７３と第２昇降体３０が左右一対のガイドレール１４にガイドされて上下動する。
【００２５】
第２昇降体３０に、駆動アーム５０をＸ方向に回転揺動させる第３駆動手段８０が設置される。第３駆動手段８０は、支持板３１の前面下端部に突設した軸受板３７の下面に固定したモータ８１と、モータ８１の回転出力軸と一方の回転軸３４ａを一体に連結するコ字状の回転駆動枠８２を有し、モータ８１の回転力が回転駆動枠８２を介して回転軸３４ａに直接に伝達されて、回転軸３４ａが水平方向に正逆回転する。モータ８１で一方の回転軸３４ａを水平方向に正逆回転させることで、駆動アーム５０とこれに連結された第１平行リンクアーム部４１ａが同時にＸ方向に揺動回転し、この回転力で従動アーム５１が同期して同方向に揺動回転して、平行リンク機構４０が水平方向に平行リンク運動する。
【００２６】
駆動アーム５０と第１平行リンクアーム部４１ａが同じ略鉛直平面で上下に回転揺動し、同時に従動アーム５１と第２平行リンクアーム部４１ｂが同じ略鉛直平面で上下に回転揺動するため、図４に示すように平行リンク機構４０を真上から見ると各平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの各平行アーム４３ａ、４３ｂで駆動アーム５０と従動アーム５１が常に隠された状態にある。左右一対の平行アーム４３ａ、４３ｂの真上から見た平行リンク運動でヘッド部４２は第１昇降体２０と常に平行な状態にあり、かつ、常に鉛直な状態にあって、その状態のままＹ方向に前後平行移動する。
【００２７】
鉛直なヘッド部４２の裏面左右上下の４箇所が左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの計４本の平行アーム４３ａ、４３ｂで支持され、かつ、左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの各々が駆動アーム５０と従動アーム５１で補強されるように支持されるため、ヘッド部４２の支持強度、剛性が常に高く確保されて、ヘッド部４２に一対のナットランナー４８を安定して取付けることができる。また、ヘッド部４２に取付けるナットランナー４８などから発生する反力が４本の平行アーム４３ａ、４３ｂと２本のアーム５０、５１に分配されることで、ヘッド部４２を含む平行リンク機構４０の高剛性化が実現され、後述するような運転の高速化、安定化が実現される。
【００２８】
以上のアーム式ロボット１０は、第１〜第３の各駆動手段６０〜８０をコンピュータ制御によって同時に、或いは、異なる時間帯で独自に作動させて、一対のナットランナー４８を略鉛直な姿勢のまま、かつ、Ｘ方向の配列を変えることなくＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の上下左右前後に平行移動させる。一対のナットランナー４８は、例えば図７に示す製造組立ラインＬにおけるワーク９の各一対の２点Ｐ１、Ｑ１、…を順に移動して、２点同時のねじ締め動作を順に行う。
【００２９】
例えば、図１及び図２の静止状態において、第３駆動手段８０のモータ８１だけを作動させて第２昇降体３０の回転軸３４ａを正逆いずれかの方向に回転させると、回転軸３４ａと共に駆動アーム５０と第１平行リンクアーム部４１ａが一体的に水平方向に揺動回転し、この回転力で従動アーム５１と第２平行リンクアーム部４１ｂが一体的に揺動回転する。この左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの左右方向の平行リンク運動で、図４の鎖線で示すようにヘッド部４２がＸ方向に平行な鉛直姿勢のまま、同じ高さでＸ−Ｙ方向に平行移動し、一対のナットランナー４８がＸ方向の配列のまま、同じ高さでＸ−Ｙ方向に平行移動する。
【００３０】
また、図２の静止状態において、第１駆動手段６０のモータ６２だけを作動させてボールねじ６１を例えば正方向回転させると、ナット部材６３を介して第１昇降体２０が上昇動作をし、この上昇動作に応じて左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂが駆動アーム５０と従動アーム５１で下方に引っ張られて下方に揺動し、ヘッド部４２と一対のナットランナー４８が支柱１１に近付くように平行移動する。逆に、モータ６２でボールねじ６１を逆方向回転させると、ナット部材６３を介して第１昇降体２０が下降動作し、この下降動作に応じて左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂが駆動アーム５０と従動アーム５１で上方に突き上げられて上方に揺動し、ヘッド部４２と一対のナットランナー４８が支柱１１から遠ざかるように平行移動する。この間、ヘッド部４２とナットランナー４８は鉛直で、かつ、Ｘ方向に平行な姿勢は変わらない。
【００３１】
また、図１及び図２の静止状態において、第１駆動手段６０と第２駆動手段７０を同時に作動させて第１昇降体２０と第２昇降体３０を同時に同速度で上昇させると、平行リンク機構４０の全体が上昇する。この上昇の途中で第２昇降体３０の上昇と止めると、ヘッド部４２が支柱１１に近付くように平行移動を始める。このようなヘッド部４２の上下左右前後の平行移動は、通常のアーム式では２軸の関数演算をしないと直線運動をさせられないが、本発明の場合は関数演算しなくても直線運動をするため、ティーチングやプログラミングする場合に有利である。
【００３２】
図５に示すように、鉛直なヘッド部４２における一対のナットランナー４８は、ワーク９の隣接する２点Ｐ１、Ｑ１の被ねじ締め部に下降して同時にねじ締め動作をする。２点Ｐ１、Ｑ１でねじ締め動作の終了した一対のナットランナー４８を真上に上昇させる場合、第１駆動手段６０と第２駆動手段７０を同時に作動させて第１昇降体２０と第２昇降体３０を同時に同速度で上昇させる。２点Ｐ１、Ｑ１の真上に上昇した一対のナットランナー４８を次の２点Ｐ２，Ｑ２の真上にＹ方向前進移動させる場合は、第１駆動手段６０と第３駆動手段８０を同時に作動させる。第１〜第３駆動手段６０〜８０をコンピュータ制御することで、一対のナットランナー４８はワーク９の２点間を予め設定された最短距離で移動して、高能率でねじ締め動作を行う。
【００３３】
図５で分かるように、平行リンク機構４０の一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂはアーム長さ方向に変位するが、Ｘ方向のアーム幅方向にく字状に屈曲するといった変位をしないため、ロボット１０の床上設置上に必要とされる幅方向スペースＳ２は、ワーク９の幅で決まる必要最小限のスペースで済み、ロボットの設置スペースの縮小化が図れる。
【００３４】
また、ヘッド部４２を支持する一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの平行アーム４３ａ、４３ｂを下方から駆動アーム５０と従動アーム５１で補強した構造のため、各アームに構造簡単な軽量物が使用できて、各アームの上下左右前後の動きを速くすることが容易に可能となり、一対のナットランナー４８によるねじ締め動作をより高能率で行うことができる。
【００３５】
また、ロボット１０に対するヘッド部４２の左右横移動は、支柱１１を含むロボット全体を横に回転させる、又は、支柱１１に支持された昇降体２０、３０のようなアーム支持用台座部を横に回転させることでも可能であるが、このような重量物を回転させずに軽量なアームだけを回転させることで、各アームの速い動きが実現でき、また、アーム回転駆動源である第３駆動手段８０に構造簡単で小形、安価なものが適用できる。
【００３６】
また、１台のヘッド部４２を２台の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂで支持するために、ヘッド部４２を含む平行リンク機構４０を高剛性構造体とすることが容易になり、ヘッド部４２に単機のみならず複数機の自動作業機を搭載させても剛性的に問題なく、汎用性に優れたロボットが構築できる。上記実施の形態のように、１台のヘッド部４２に一対のナットランナー４８を搭載して、ワークに２点ずつ多数点設けられた被ねじ締め部を２点ずつ同時にねじ締めすることで、多数点全てのねじ締めが短時間で行なえるようになる。
【００３７】
なお、図示しないが仮に１台のヘッド部を単機の平行リンクアーム部だけで支持して平行移動させるようにした場合、高い剛性の確保が難しいと共に、単機の平行リンクアーム部の平行リンク先端に連結されたヘッド部が平行リンクの左右の回転揺動で回転することになり、ヘッド部に搭載された自動作業機の水平方向の向きが変わる。そのため、１台のヘッド部に複数機の自動作業機を搭載させた場合に、複数機の自動作業機の配列方向の変化となって現れる不具合が発生する。本発明においては、一対の平行リンクアーム部が１台のヘッド部を常に鉛直かつＸ方向に平行に姿勢を保持して、平行移動させるため、ヘッド部に複数機の自動作業機を搭載しても各自動作業機は常に鉛直姿勢を保ち、各作業機間の配列方向が変わらず、ワークの被ねじ締め部ような複数点の同時ねじ締めなどの作業を容易にする。
【００３８】
なお、本発明のアーム式ロボットは、上記実施の形態に限らず、例えば、平行リンク機構における平行リンクアーム部は一対が実用的であるが、ヘッド部に搭載する自動作業機の種類、数によっては３以上を平行に配列して構成してもよい。また、複数の平行リンクアーム部のうちの１つに駆動アームを連結して、他の全てを従動アームで補強する以外に、全ての平行リンクアーム部の各々に駆動アームを連結することも可能である。さらに、支柱に配設する第１昇降体と第２昇降体の位置関係を上下逆にして、下部の第１昇降体から延びる平行リンクアーム部に上方から第２昇降体から延びる駆動アームや従動アームを連結するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、自動作業機のヘッド部を支持する平行リンク機構を、一対以上の平行リンクアーム部で構成したので、ヘッド部を含む平行リンク機構の剛性が高く安定して、ヘッド部に支持される単数或いは複数の自動作業機の支持強度が増し、高速運転が可能となる。また、平行リンクアーム部を構成する平行アームやこれを左右揺動させる駆動アームの各アームが同一の略鉛直な平面で上下揺動するため、平行リンク機構が幅方向に屈曲せずにロボットの幅方向スペースが必要最小限まで縮小でき、複数台のロボットを接近させて省スペースで併設することが可能となる。さらに、平行リンクアーム部の平行アームが駆動アームで補強されて、各アームに構造簡単で軽量なものが適用でき、これにより各アームの速い動きが可能となって、ロボット作業の高能率化が図れる。
【００４０】
また、前面に定軌道を構成する支柱の両側面に第１駆動手段と第２駆動手段を配設することで、支柱の前方に複数の平行リンクアーム部で平行リンク機構を配備しても、駆動手段でロボット幅方向スペースが増大せず、高剛性のロボットを省スペースで併設することが容易になる。
【００４１】
また、複数の平行リンクアーム部で支持されるヘッド部の剛性が増すことから、ヘッド部にナットランナーを含む自動作業機の複数機を着脱自在に取付けることが容易になり、このようにヘッド部に複数の自動作業機を取付けて同時動作をさせることで、ロボットによる自動作業の高能率化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すアーム式ロボットの斜視図である。
【図２】図１のロボットの角度を変えた方向からの斜視図である。
【図３】図１のロボットの正面図である。
【図４】図１のロボットの平面図である。
【図５】図１のロボットとワークの概要を示す平面図である。
【図６】従来のアーム式ロボットの斜視図である。
【図７】図６のアーム式ロボットとワークの概要を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ロボット
１１支柱
１４ガイドレール
２０第１昇降体
３０第２昇降体
４０平行リンク機構
４１ａ平行リンクアーム部
４１ｂ平行リンクアーム部
４２ロボット作業用ヘッド部
４３ａ平行アーム
４３ｂ平行アーム
４５自動作業機装着部
４８自動作業機、ナットランナー
５０駆動アーム
５１従動アーム
６０第１駆動手段
６２モータ
７０第２駆動手段
７２モータ
８０第３駆動手段
８１モータ

Claims

略鉛直な定軌道上を昇降する第１昇降体と、
前記定軌道上を前記第１昇降体と別に昇降する第２昇降体と、
前記第１昇降体に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アームをそれぞれに備えた複数の平行リンクアーム部を、第１昇降体とヘッド部で水平方向に平行リンク運動可能に連結して成る平行リンク機構と、
前記第２昇降体に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部が前記平行リンク機構の少なくとも１つの平行リンクアーム部に上下方向に回転可能に連結され、連結された平行リンクアーム部が平行リンク運動する略鉛直な平面で上下揺動する駆動アームと、
前記定軌道に設置されて前記第１昇降体及び第２昇降体を独自に昇降させる第１駆動手段及び第２駆動手段と、
前記第２昇降体に設置されて前記駆動アームを水平方向に回転揺動させる第３駆動手段と、
を具備したことを特徴とするアーム式ロボット。
前記平行リンク機構を一対の平行リンクアーム部で構成し、この一対の平行リンクアーム部の一方に前記駆動アームを連結したことを特徴とする請求項１記載のアーム式ロボット。
前記定軌道を略鉛直に固設した支柱の前面に配設し、この支柱の両側面の一方に前記第１駆動手段を、他方に前記第２駆動手段を配設したことを特徴とする請求項１又は２記載のアーム式ロボット。
前記ロボット作業用ヘッド部が、ナットランナーを含む複数の自動作業機を着脱自在に支持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアーム式ロボット。