JP2006102886A

JP2006102886A - ロボット

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Publication number: JP2006102886A
Application number: JP2004293868A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yazawa; 隆之矢澤; Yasunori Takeuchi; 靖典竹内; Hiroshi Arakawa; 洋荒川
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20
Also published as: CN1757491B; TW200626321A; KR20060052067A; KR100680394B1; CN1757491A; CN101108484A

Abstract

【課題】装置全体としての大型化・重量化を避けつつハンド部の長い上下ストロークを確保し、尚かつハンド部の移動速度の高速化を図ることもできるようにしたロボットを提供することを目的とする。
【解決手段】ハンド部２を上下動可能に支持する第１のフレーム３と、該第１のフレーム３を上下動可能に支持する第２のフレーム４とを備え、第１のフレーム３内には、ハンド部２を上下動させる第１のボールねじ５と、第２のフレーム４に対し第１のフレーム３を上下動させる第２のボールねじ６とを上下方向にかつ並列させて配列し、さらに、第１のボールねじ５と一体となって回転する第１の歯車および第２のボールねじ６と一体となって回転する第２の歯車と直接または間接的に連結されているモータ９を収納する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに関する。さらに詳述すると、本発明は、ワークを保持するハンド部を有するロボットの構造の改良に関する。

液晶パネル用のガラス基板等（本明細書ではこれらをワークという）をワーク収納用カセットに出し入れしたり搬送したりする手段として、ワークを保持するハンド部を有する搬送用ロボットが利用されている。

このようなロボットとしては、従来、図５に示すように固定された支柱からなる固定フレーム１０１に上下方向のガイド１０２を備え、このガイド１０２に沿ってハンド部１０３を上下に移動させるものがある（図中の符号Ａは装置の全高を示している）。ハンド部１０３を上下に移動させるための構成としては、図５に示したものとは異なるが、例えば固定フレームに組み込んだサーボモータで減速機を介してプーリおよびベルトを駆動し、これによってハンド部を移動させるもの等がある（特許文献１参照）。

特開平１１−１２３６７５号公報

しかしながら、このような構成のロボットは、上下方向の大きなストローク（図５中、符号Ｓで示す）が必要な場合にはガイド１０２を上下に延ばさざるを得ず、その分だけ固定フレーム１０１を高くしなければならなくなる。そうすると、装置の全高Ａが必然的に大きくなってしまうし、安定した支えも必要となることからロボットが全体として大型化、重量化してしまうという問題がある。

また、このように１つのガイド１０２にそってハンド部１０３を上下に移動させるという構造の場合、ワークを素早く上下に移動させようとすればそれだけの速さでハンド部１０３を昇降させるしかなく、構造からしてストローク速度の限界が比較的浅く、しかも高速動作させればその分だけ部品等の寿命が短くなることにもなる。

そこで、本発明は、装置全体としての大型化・重量化を避けつつハンド部の長い上下ストロークを確保し、尚かつハンド部の移動速度の高速化を図ることもできるようにしたロボットを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ワークを保持するハンド部を有するロボットにおいて、ハンド部を上下動可能に支持する第１のフレームと、該第１のフレームを上下動可能に支持する第２のフレームとを備え、第１のフレーム内には、ハンド部を上下動させる第１のボールねじと、第２のフレームに対し第１のフレームを上下動させる第２のボールねじとを上下方向にかつ並列させて配列し、さらに、第１のボールねじと一体となって回転する第１の歯車および第２のボールねじと一体となって回転する第２の歯車と直接または間接的に連結されているモータを収納してなることを特徴とするものである。

モータを駆動すると、このモータと連結されている歯車列が回転し、これに伴い第１ボールねじと第２ボールねじとが回転する。回転する第１のボールねじは、第１のフレームに対してハンド部を相対移動させる。回転する第２のボールねじは、第２のフレームに対して第１のフレームを相対移動させる。結局、ハンド部は、各相対速度を合わせた速度で上下動することになり、両相対速度が同じなら通常の２倍の速度で上下動することができる。また、モータを逆回転させれば当然にハンド部は逆方向へと移動することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットにおいて、第１のフレームと第２のフレームとの間に介在する上下動可能な他のフレーム、および該他のフレームを相対的に上下動させる他のボールねじ、ギア、モータを備えるというものである。

請求項３に記載の発明は、請求項1または請求項２に記載のロボットにおいて、第１、第２の歯車と、これら第１、第２の歯車のいずれか一方に噛合する仲介ギアと、該仲介ギアと噛合するモータに設けられたピニオン及び当該モータとが第１のフレームの上端部に配置されているというものである。

請求項１記載のロボットによると、ハンド部と第２のフレームの間に介在する第１のフレーム、およびこの第１のフレーム内に収納されたモータ、各ボールねじ、ギアといった各駆動装置により、ハンド部に対し２段分の動作をさせることができる。したがって、ハンド部の上下ストローク長さを大きくとる必要があるのであれば、ハンド部の相対ストローク長さと第１のフレームの相対ストローク長さをそれぞれ１／２程度ずつ延ばせばよく、従来のように支柱フレームのみを延長しなければならないというようなことがない。つまり、従来であれば支柱フレームのみを高くしなければならなかったのに対し、本発明によれば支柱（つまり第２のフレーム）を必要延長距離の半分程度高くするだけで済むから支柱（第２のフレーム）を従来ほど高くしなくてよい。換言すれば、装置高さを従来ロボットより低くした上で、ハンド部の上下ストロークを従来ロボットよりも大きくすることが可能となる。したがって装置全体のバランスをとりつつストロークを延長することが可能となり、装置全体としての大型化・重量化を避けつつハンド部の長い上下ストローク長を確保しやすくなる。

また、ハンド部は通常のおよそ２倍程度の速度で上下に移動することから、ワークを高速移動させる上で有利となる。しかも、各移動機構においては従来と同程度の速度で駆動すれば足りるから、高速化のために各移動機構に対して大きな負荷を与えることもない。

しかも、本発明にかかるロボットにおいては、各ボールねじとモータとが歯車を介して連結されており、１段分のモータ（単一のモータ）によって両ボールねじを駆動できることから、モータの増加ならびに消費電流の増加を抑えることができる。

加えて、各動作機構がボールねじで構成されていることから、例えばベルト駆動型の従来ロボットに比べて精度の高い動作が可能であり、位置決め精度も高い。また耐久性や信頼性といった面でも、延びたり外れたりする可能性のあるベルト駆動型と比較すると有利である。

請求項２に記載のロボットによると、フレームをさらに増やした分だけ、各フレームの縮小時における装置全高を抑えつつもさらなるストローク長を獲得することが可能となる。

請求項３に記載のロボットによると、フレームの端部に設けられたギアボックス（変速機）とボールねじによる駆動力伝達機構を構成しているため、ベルトやピニオンラック等による構成とした場合に比較して狭小なスペースに駆動力伝達機構を配置することができる。また、フレームの中間部に構造材配置の障害となるような物がなく、十分な剛性を得るための構造材を設けるスペースを確保できる。そのうえ、全体としても、同等の高さ（ストローク）のロボットに比較して省スペースの構成とすることが可能となる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかるロボットはワーク１を保持するハンド部２を有するものであり、さらに本実施形態にかかるロボットは、ハンド部２を上下動可能に支持する第１のフレーム３と、該第１のフレーム３を上下動可能に支持する第２のフレーム４とを備え、第１のフレーム３内には、ハンド部２を上下動させる第１のボールねじ５と、第２のフレーム４に対し第１のフレーム３を上下動させる第２のボールねじ６とを上下方向にかつ並列させて配列し、さらに、第１のボールねじ５と一体となって回転する第１の歯車７および第２のボールねじ６と一体となって回転する第２の歯車８と直接または間接的に連結されているモータ９を収納しているというものである。
より具体的には、本実施形態において、モータ９及びギア輪列（歯車７，８、ピニオン９ａ、仲介歯車２１等）は、ギアボックス２２（これらを「駆動機構」という）に収納されている。

本実施形態にかかるロボットが扱うワーク１は例えば液晶パネル用のガラス基板のような薄くて平たい板状物であり（図３参照）、ロボットは、このようなワーク１を図示しない基板収納用カセットに出し入れしたり搬送したりする。ただしこのような板状物は搬送対象の一例にすぎず、板状物以外のワーク１を取り扱うこともできることはもちろんである。

ハンド部２は上述したワーク１を保持しつつ搬送するためのもので、本願においては図示していないが例えば複数の支持棒が平行に並ぶフォークのような形状であり、ワーク１を下側から持ち上げて保持する（図３参照）。また、ハンド部２と第１のフレーム３との間には第１のアーム１０および第２のアーム１１が介在している（図３参照）。これら第１のアーム１０および第２のアーム１１はハンド部２を平行移動させたりその向きを変えさせたりするもので、第２のアーム１１は第１のフレーム３に対して旋回可能に設けられ、第１のアーム１０はこの第２のアーム１１の先端部に旋回可能に設けられている。この第２のアーム１１の先端部には、上述したハンド部２が旋回可能に設けられている（図３参照）。なお、これらハンド部２、第１のアーム１０、第２のアーム１１からなる搬送腕は、１本のみ設けられていてもよいし、必要に応じて複数本設けられていてもよい。例えば図３に示すロボットは２本１組の搬送腕を備えており、２枚のワーク１を同時に搬送することが可能である。

第２のフレーム４はいわば支柱として機能する部材であり、ロボットの台座１２に対して旋回可能に設けられたフレーム２７上に固定されている（図３参照）。この第２のフレーム４には例えば上下２箇所のガイド部材からなるガイド１３が設けられている（図１参照）。このガイド１３は、第１のフレーム３に設けられた上下に延びる被ガイド部１６を支持し、当該第１のフレーム３を上下方向に案内する。さらに第２のフレーム４には、第２のボールねじ６がねじ込まれた状態となるナット部材（以下「第２のナット部材」という）１５が取り付けられている。この第２のナット部材１５と第２のボールねじ６との間には、特に図示していないが複数の鋼球が介在している。これら鋼球が介在することによって第２のナット部材１５および第２のボールねじ６の間は点接触となり、ボールねじ６の回転時における摩擦が極めて小さいものとなる。このようなボールねじ機構は小さな回転力でも回転することができる上、ナットによる調整で誤差をなくすことができるというように精度が高く、搬送時に精度が要求される送り装置として好適である。

第１のフレーム３は、上述した第２のフレーム４によって支持され上下動可能となっている部材である（図１参照）。より具体的には、上述したようにその側部に設けられた被ガイド部１６を第２のフレーム４のガイド１３によって支持されており、上下にのみ移動できるようになっている。また、この被ガイド部１６とは逆の面（ハンド部２がある側の面）には同じく上下に延びるガイド部１７が設けられている。このガイド部１７は、ガイド部１７に係合する被ガイド部材１８を支持しながら上下方向にのみ案内する（図１参照）。被ガイド部材１８は、本実施形態のように第１のアーム１０と第２のアーム１１が介在している場合であれば第２のアーム１１の支持体２８に設けられている（第１のアーム１０や第２のアーム１１がなければハンド部２に直接設けられている）ものであり、搬送腕（ハンド部２、第１のアーム１０、第２のアーム１１からなる）を上下にのみ移動可能としている。

また、第１のフレーム３内には、第１のボールねじ５と第２のボールねじ６とが両者とも軸方向を鉛直にした状態で並列して配列されている。また、第１のボールねじ５および第２のボールねじ６を回転させるためモータ９がこの第１のフレーム３内に収納されている（図１参照）。

第１のボールねじ５は、第１のフレーム３に対してハンド部２を相対的に上下させるための送り機構として機能するねじであり、第１のフレーム３内において軸受け１９等によって回転可能な状態で支持されている（図１参照）。この第１のボールねじ５の上端付近には第１の歯車７が取り付けられて一体となっている（図２参照）。モータ９の回転はこの第１の歯車７を介して第１のボールねじ５に伝達される。さらに、第１のボールねじ５の途中ではナット部材（以下「第１のナット部材」という）１４が噛み合った状態となっている。上述した第２のナット部材１５と同様、この第１のナット部材１４と第１のボールねじ５との間には複数の鋼球が介在しており、これら鋼球によって第１のボールねじ５の回転時における摩擦が極めて小さくなっている。第１のナット部材１４は、被ガイド部材１８と同様、本実施形態のように第１のアーム１０と第２のアーム１１が介在している場合には第２のアーム１１の支持体２８に設けられ、第１のアーム１０や第２のアーム１１がなければハンド部２に直接設けられている。第１のボールねじ５が回転すると第１のナット部材１４が上下動し、搬送腕（ハンド部２、第１のアーム１０、第２のアーム１１からなる）を上下に移動させる（図１、図３参照）。

第２のボールねじ６は第１のフレーム３を上下させるための送り機構として機能するねじであり、第１のフレーム３内において軸受け２０等によって回転可能な状態で支持されている（図１参照）。この第２のボールねじ６の上端付近には第２の歯車８が取り付けられて一体となっている（図２参照）。モータ９の回転はこの第２の歯車８を介して第２のボールねじ６に伝達される。さらに、第２のボールねじ６の途中では上述したように第２のナット部材１５が噛み合った状態となっている。第２のナット部材１５は第２のフレーム４上に固定されていることから、第２のボールねじ６が回転すると第１のフレーム３が当該第２のボールねじ６と一緒に上下動する。なお、本実施形態では第２のボールねじ６として第１のボールねじ５を同じものを使用しており、第１のボールねじ５が右ねじであれば第２のボールねじ６も右ねじということになる。このように両者に同じねじを用いることは低コスト化を図りうる点で有利である。

モータ９は、第１の歯車７および第２の歯車８と直接または間接的に連結されており、これら歯車７，８を介して第１のボールねじ５と第２のボールねじ６を回転させるものである。例えば本実施形態の場合は、大ギア２１ａと小ギア２１ｂとが同軸上で一体化された仲介ギア２１を使って動力を伝達することとしている（図２参照）。すなわち、ギアボックス２２内に仲介ギア２１を設け、モータ９のピニオン９ａをこの仲介ギア２１の大ギア２１ａに噛合させ、また、小ギア２１ｂを第１の歯車７に噛合させている（図２参照）。第２の歯車８は、第１の歯車７とのだけ噛合している。このようなギア列においては、モータ９→ピニオン９ａ→仲介ギア２１→第１の歯車７→第２の歯車８というように動力が伝達される。ここで、第１の歯車７と第２の歯車８とが直接噛合していることから、本実施形態における第１のボールねじ５と第２ボールねじ６は常に互いに逆回転することになる。なお、図２においては、第１のボールねじ５と第２のボールねじ６が右ねじであって、ハンド部２と第１のフレーム３とがともに上昇する場合における各部材の回転方向を矢印で示している。

また、図示しているように、排気ファンとごみ等を集塵するフィルタとかなる排気手段２９が設けられている（図１、図４参照）。本実施形態の排気手段２９は図示するように鉛直に延びる第１のフレーム３の底部に内蔵されていることから、いわばストレートな構造物の真下に位置して効果的に集塵する装置であることに加え、余計なスペースをとらない集塵装置でもある。

以上のように、本実施形態のロボットにおいては１つの駆動手段（モータ９）で２本の軸（第１のボールねじ５と第２のボールねじ６）を同時にかつ逆方向に回転させる構造をとっていることから、第１のフレーム３の昇降動作、およびハンド部２の相対的な昇降動作を常に同時に行うことができる。つまり、２段のスライド機構が同時に動作する構造を有する本実施形態のロボットにおいては、ハンド部２が通常の２倍の速度で昇降（上下動）することができ、尚かつハンド部２の絶対的なストローク（図１中において符号Ｓで示している）についても通常の２倍の長さを確保することができる。このように、フレームを分割するとともに分割した数のスライド機構を併設したことにより、例えば長いストロークが必要な場合であってもフレームを単純に延長しなくて済み、装置の小型化、軽量化を図れるという点で有効である。

しかも、相対移動する部材（本実施形態であれば第１のフレーム３）にガイド（ガイド部１７）を設けており、ガイド位置が支柱をのせているフレームの上でなくてもよいため、フレーム上面よりも低い位置までガイドを伸ばすことができるという利点もある。すなわち、従来の装置では支柱フレームにのみガイドを設けていることからハンド部を十分に低い位置まで下げることができない場合があるが、本実施形態のロボットによれば十分に低い位置までハンド部２を下げることが可能となる（図１、図５参照）。この結果、ワーク１を従来よりも低い位置まで搬送することが可能となることから、ワーク収納用のカセットをさらに低位置まで延長して収納量を増やすことができる。

さらに、モータ９及びギア輪列（歯車７，８、ピニオン９ａ、仲介歯車２１等）を収納したギアボックス２２（これらを「駆動機構」という）が、第１のフレーム３の上端部に配置しているので、ロボット（中でも駆動機構）の保守作業を行う際、第１のフレーム３を低い位置に移動させれば駆動機構の位置が作業者にとって保守作業を行い易いものになるという利点がある。特に、第１のフレーム３が最下位の位置にある場合には、作業中に当該第１のフレーム３がそれ以上降下（落下）することもないためその分安全に保守作業を行うことができる。更に、第１のフレーム３の下端側が空きスペースとなるのでそのスペースに排気ファン等からなる排気手段２９を設けることができるようになり、このような排気手段２９を設けることによってクリーンな環境での作業が要請される液晶等のガラス基板搬送に適した構造とすることができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では２段のスライド機構（つまり、第２のフレーム４に対して第１のフレーム３が上下動する機構、および第１のフレーム３に対してハンド部２が相対的に上下動する機構という２つのスライド機構）を設けるとともにこれら両スライド機構を１つの駆動手段（モータ９）で同時に動作させることとしたが、これは一例にすぎず、３段のスライド機構とすることもできる。すなわち、例えば図４に示すロボットのように第１のフレーム３と第２のフレーム４との間に介在する上下動可能な第３のフレーム２３を設け、これを第３のボールねじ２４、第３のナット部材２５，図示しないギア、別個のモータ２６などからなるスライド機構によって相対的に上下動させることもできる（図４参照）。このようにフレームをさらに分割し、その分だけスライド機構を多く設けるようにすれば縮小時の装置の全高Ａを抑えつつもさらなるストローク長を獲得することが可能となる。

また、本実施形態においてはモータ９及びギア輪列（歯車７，８、ピニオン９ａ、仲介歯車２１等）よりなるギアボックス２２（これらを「駆動機構」という）を設けていたが、これら第１の歯車７、第２の歯車８、仲介ギア２１、モータ９および当該モータ９のピニオン９ａなどを、ギアボックス２２に収納せずに例えば第１のフレーム３の上端部に配置することもできる。ギアボックス２２に収納せずに第１のフレーム３の上端部に配置しても、ロボット（中でも駆動機構）の保守作業を行う際、第１のフレーム３を低い位置に移動させれば駆動機構の位置が作業者にとって保守作業を行い易いものになるという利点がある。特に、第１のフレーム３が最下位の位置にある場合には、作業中に当該第１のフレーム３がそれ以上降下（落下）することもないためその分安全に保守作業を行うことができる。更に、第１のフレーム３の下端側が空きスペースとなるのでそのスペースに排気ファン等からなる排気手段２９を設けることができるようになり、このような排気手段２９を設けることによってクリーンな環境での作業が要請される液晶等のガラス基板搬送に適した構造とすることができる。

また、図４に示したような３段式のロボットにおいて、ストロークを最大に確保するために、第２のフレーム（固定フレーム）４の全長に渡ってガイド部３０を配置し、第３のフレーム２３の被ガイド部材３１を案内することができる（図４参照）。なお、第２のフレーム（固定フレーム）４の全長を使うほどのストロークを確保する必要がない場合であれば、空きスペースとなる第２のフレーム（固定フレーム）４の下部に駆動部を配置することもできる。ただし、モータ２６等の駆動部の配置位置はこれに限定されるものではなく、例えば当該第２のフレーム４の上端側に配置しても良い。この場合、保守作業は、第１のフレーム３及び第２のフレーム４を最も全高の低い最下位位置に移動させ、第３のフレーム（中間フレーム）２３の上側に設けた蓋などを開けて行うことができ、更に第１のフレーム３のギアボックス２２と同時に、作業中にフレームが不意に降下することもなく、その分だけ安全に保守作業を行うことができる。また、下端に排気機構等を設けることができることは勿論である。

また、図４に示すロボットにおいて、第３のフレーム２３は第２のフレーム４を囲う様にしているので大きな閉断面のフレームを最小のスペースで得る事ができ、第３のフレーム（中間フレーム）２３の剛性を大きく取る事ができる。また、第３のフレーム２３を追加する事によるスペースの増加分は、被ガイド部（図１の符号１６に相当する）を第２のフレーム４に埋め込むようにすれば、第３のフレーム２３の板厚に、ガイドの厚みをそのまま追加せずに済み、小型化を図ることもできる。

さらに、第３のフレーム２３は略中空としてもよいが、配置スペースを制限するような駆動力伝達機構を有さないので、必要に応じて所望の剛性を確保すべく第２のフレーム４と干渉しないように、適宜の剛性構造を容易に構成することができる。

第２のフレーム４は、２段式の場合は配置スペースを制限するような駆動力伝達機構を有さないので、例え３段式であっても最小の駆動力伝達機構で済むので、ハンド部２や第１のフレーム３等の上段部の荷重を十分に支持できる剛性を容易に確保することができる。

本発明にかかるロボットを構成するスライド機構の一例を示す側面図である。ギアボックス内におけるギア列の構造を示す平面図である。図１に示したスライド機構を含むロボットの側面図である。本発明の他の実施形態を示すもので、他のフレーム等を設けたさらに多段としたスライド機構の一例を示すものである。従来のロボットを構成するスライド機構の一例を示す側面図である。

符号の説明

１ワーク
２ハンド部
３第１のフレーム
４第２のフレーム
５第１のボールねじ
６第２のボールねじ
７第１の歯車
８第２の歯車
９モータ
２１仲介ギア

Claims

ワークを保持するハンド部を有するロボットにおいて、前記ハンド部を上下動可能に支持する第１のフレームと、該第１のフレームを上下動可能に支持する第２のフレームとを備え、前記第１のフレーム内には、前記ハンド部を上下動させる第１のボールねじと、前記第２のフレームに対し前記第１のフレームを上下動させる第２のボールねじとを上下方向にかつ並列させて配列し、さらに、前記第１のボールねじと一体となって回転する第１の歯車および前記第２のボールねじと一体となって回転する第２の歯車と直接または間接的に連結されているモータを収納してなることを特徴とするロボット。
前記第１のフレームと第２のフレームとの間に介在する上下動可能な他のフレーム、および該他のフレームを相対的に上下動させる他のボールねじ、ギア、モータを備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記第１、第２の歯車と、これら第１、第２の歯車のいずれか一方に噛合する仲介ギアと、該仲介ギアと噛合する前記モータに設けられたピニオン及び当該モータとが前記第１のフレームの上端部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット。