JP2007237346A - 搬送用ロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に製造でき、小型軽量化が可能なロボットアームを得る。
【解決手段】 駆動源として水平アーム部材の回転軸と同軸の第１及び第２駆動軸を各々備えた第１及び第２原動機と、水平アーム部材に配置されて第１及び第２駆動軸に各々連結された第１及び第２駆動プーリと、回転軸に対する水平アーム部材の相対回動を阻止するアームストッパと、第１駆動プーリと水平アーム部材の一端部に設置された第１固定従動プーリとに掛け渡された第１駆動ベルトと、第２駆動プーリと水平アーム部材の一端部に設置された第２固定従動プーリとに掛け渡された第２駆動ベルトと、スライド部材に配置され第２駆動ベルトの移動に追従回転する第３従動プーリと、第３従動プーリの回転によって回転される送りナットと、送りナットの回転によって軸方向移動する送りネジとを備え、スライド部材は第１駆動ベルトに結合され、ヘッド部材は送りネジの回動に応じて上昇又は降下されるロボットアーム。
【選択図】 図１

Description

本発明は製造ラインに配される産業ロボットのロボットアームに関し、特に１つの製造ラインから次の製造ラインへワークを橋渡しするロボットに好適な搬送用ロボットアームに関するものである。

従来より、製造装置のライン等の高速処理ラインでは製品を掴んで次工程のラインに載せ替える際には人手作業にとって代わる産業用ロボットの導入が要望されている。ワークの搬出搬入を確実に行い効率的な処理を実現する搬送装置としては、種々のものが既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６４−５７８４号公報

このような搬送装置としては、ワークをｘ，ｙ，ｚ軸方向に搬送するためにワークを保持したアーム等の駆動部材を各々の方向に駆動するために個別の駆動源が必要であった。その駆動源としては、原動機や空圧・油圧シリンダ等のリニアアクチュエータ等が用いられている。

しかしながら、リニアアクチュエータによってワークを保持したアーム等を伸縮させるためには、大型のシリンダ及びピストンを必要とし、これを駆動する流体量も大きくならざるを得ない。また、原動機については、個別の方向に駆動させるための原動機数が必要となっている。従って、得られる搬送装置は高額となり、しかも装置全体として大型化せざるを得ないものとなっている。

本発明は、安価に製造でき、小型軽量化が可能なロボットアームを得ることを目的とする。また、繰り返し位置決めの精度を格段に向上させることのできるロボットアームを得ることを目的とする。更に、制御系を単純化でき、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することができるロボットアームを得ることを目的とする。

請求項１に記載された発明に係る搬送用ロボットアームは、基台に設置された回転軸を中心にして定められた２つの角度位置間を水平方向に回動される水平アーム部材と、
この水平アーム部材の水平位置に対して定められた２点高さ位置間を上下移動されるヘッド部材と、
このヘッド部材をアーム部材軸方向の定められた２点位置間スライド移動させるスライド部材とを備えたロボットアームであって、
少なくとも前記ヘッド部材及びスライド部材の駆動源として前記水平アーム部材の回転軸と同軸の第１及び第２駆動軸を各々備えた第１及び第２原動機と、
前記水平アーム部材に配置され、第１及び第２駆動軸に各々連結された第１及び第２駆動プーリと、
前記回転軸に対する水平アーム部材の相対回動を阻止するアームストッパと、
前記第１駆動プーリと、水平アーム部材の一端部に設置された第１固定従動プーリとに掛け渡された第１駆動ベルトと、
前記第２駆動プーリと、水平アーム部材の一端部に設置された第２固定従動プーリとに掛け渡された第２駆動ベルトと、
前記スライド部材に配置され、前記第２駆動ベルトの移動に追従回転する第３従動プーリと、
前記第３従動プーリの回転によって回転される送りナットと、
前記送りナットの回転によって軸方向移動する送りネジとを備え、
前記スライド部材は、前記第１駆動ベルトに結合され、
前記ヘッド部材は、前記送りネジの回動に応じて上昇又は降下されることをするものである。

請求項２に記載された発明に係る搬送用ロボットアームは、請求項１に記載の水平アーム部材に対する前記第１及び／又は第２駆動プーリの相対回動を阻止して前記第１及び／又は第２原動機の駆動により水平アームを回動するプーリストッパを更に備えたことを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明に係る搬送用ロボットアームは、請求項２に記載のアームストッパを兼ねる前記プーリストッパとして、水平アーム部材の回転軸近傍に一端が突出すると駆動プーリを押圧してプーリの回転を阻止し、他端が突出するとアーム部材の回転軸に対する相対回動を阻止するシリンダロッド部材を含むことを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明に係る搬送用ロボットアームは、請求項１に記載のアームストッパを兼ねる前記水平アーム部材の駆動源として軸上の往復スライダの運動を前記水平アーム部材の回動運動に変換するスライダクランク機構を更に備えたことを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明に係る搬送用ロボットアームは、請求項１〜４の何れかに記載の第１及び第２原動機と、アームストッパとの駆動を制御する制御手段を更に備えたことを特徴とするものである。

請求項６に記載された発明に係る搬送用ロボットアームは、請求項５に記載の水平アーム部材の定められた２つの角度位置の各々にアームが移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２アーム位置センサと、
前記ヘッド部材の定められた２点位置高さの各々にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２ヘッド位置センサと、
前記スライド部材の水平アーム部材方向の定められた２点位置の各々にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２スライド位置センサとを備え、
前記制御手段が、前記アーム位置センサの何れか一方のセンサと、ヘッド位置センサの何れか一方のセンサと、スライド位置センサの何れか一方のセンサとが検出信号を発する組合せの第１位置からこの第１位置と相違する検出信号を発する組合せの第２位置へ、又は前記第２位置から前記第１位置へのシーケンス制御を行うことを特徴とするものである。

本発明は、２つの原動機とストッパで駆動系を構成することができるため、安価に製造でき、小型軽量化が可能な搬送用ロボットアームを得ることができる。また、繰り返し位置決めの精度を格段に向上させることのできるロボットアームを得ることができる。更に、制御系を単純化でき、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することが可能な搬送用ロボットアームを得ることができるという効果がある。

本発明においては、基台に設置された回転軸を中心にして定められた２つの角度位置間を水平方向に回動される水平アーム部材と、
この水平アーム部材の水平位置に対して定められた２点高さ位置間を上下移動されるヘッド部材と、
このヘッド部材をアーム部材軸方向の定められた２点位置間スライド移動させるスライド部材とを備えたロボットアームであって、
少なくとも前記ヘッド部材及びスライド部材の駆動源として前記水平アーム部材の回転軸と同軸の第１及び第２駆動軸を各々備えた第１及び第２原動機と、
前記水平アーム部材に配置され、第１及び第２駆動軸に各々連結された第１及び第２駆動プーリと、
前記回転軸に対する水平アーム部材の相対回動を阻止するアームストッパと、
前記第１駆動プーリと、水平アーム部材の一端部に設置された第１固定従動プーリとに掛け渡された第１駆動ベルトと、
前記第２駆動プーリと、水平アーム部材の一端部に設置された第２固定従動プーリとに掛け渡された第２駆動ベルトと、
前記スライド部材に配置され、前記第２駆動ベルトの移動に追従回転する第３従動プーリと、
前記第３従動プーリの回転によって回転される送りナットと、
前記送りナットの回転によって軸方向移動する送りネジとを備え、
前記スライド部材は、前記第１駆動ベルトに結合され、
前記ヘッド部材は、前記送りネジの回動に応じて上昇又は降下される。これにより、２つの原動機とストッパで駆動系を構成することができるため、安価に製造でき、小型軽量化が可能となる。

即ち、本発明では、アームストッパによって、水平アーム部材の回転軸に対する相対回動を阻止することにより、第１駆動プーリの駆動は第１駆動ベルトに伝達され、第２駆動プーリの駆動は第２駆動ベルトに伝達される。第１駆動ベルトは第１駆動プーリから水平アーム部材の一端部に設置された第１固定従動プーリに掛け渡される。第１駆動ベルトは、スライド部材と結合しているため、第１駆動ベルトの移動により、ヘッド部材を保持したスライド部材をアーム部材軸方向の定められた２点位置間スライド移動させる。

更に、アームストッパによる水平アーム部材の回転軸に対する相対回動の阻止は、第２駆動プーリの駆動を第２駆動ベルトにも伝達される。第２駆動ベルトは第２駆動プーリから水平アーム部材の一端部に設置された第２固定従動プーリに掛け渡される。これら第２駆動プーリと第２固定従動プーリとの間には、スライド部材が配置され、そのスライド部材には第２駆動ベルトの移動に追従回転する第３従動プーリを備え、この第３従動プーリの回転によって回転される送りナットと、この送りナットの回転によって軸方向移動する送りネジとによってヘッド部材が昇降される。尚、第２駆動ベルトはスライド部材本体には結合されていないが、第１駆動ベルトの駆動に合わせて同一回転方向に駆動する。これにより、スライド部材をスライドさせるための第１駆動ベルトの駆動力がボールネジを相対回動することを妨げるため、第１原動機の負担が軽減する。

本発明の第１原動機及び第２原動機は、同期して水平アーム部材を回動させるか、各々第１駆動プーリ及び第２駆動プーリを回動するものであればよく、そのエネルギー源は問わないが、一般的に電気で駆動するモータが使用される。特に精密な回動角度の制御が可能なパルスモータ（ステッピングモータ）が好適である。

本発明の駆動プーリ、固定プーリ及び駆動ベルトの回転伝動部材は、タイミングプーリ・ベルト駆動などの噛合伝達系のものや、平ベルト用プーリ・ベルトなどの摩擦伝動系のものが想定されるが、スリップが生じない噛合伝動系の方が正確な位置決めや長期間にわたるトルク伝達の安定性などの性能が優れている。

本発明のスライド部材は、ヘッド部材をアーム部材軸方向の定められた２点位置間スライド移動させるものであればよい。具体的には、アーム部材を回転軸に対して出入り自在に水平移動させるものも想定されるが、アーム部材軸方向に摺動可能とするものが機構が簡略化でき、故障も少なく、メンテナンスも容易である。より具体的には、アーム部材軸方向にリニアウエイ等のスライドユニットを配し、このスライドユニット上をスライド可能にスライド部材を取付け、スライド部材を第１駆動ベルトに固定すればよい。

本発明のヘッド部材は、水平アーム部材の水平位置に対して定められた２点高さ位置間を上下移動されるものであればよく、必要ならば、ヘッド部材の先端部等に１つの製造ラインから次の製造ラインへ製品を橋渡しするための治具を搭載してもよい。

本発明の好ましい態様としては、水平アーム部材に対する前記第１及び／又は第２駆動プーリの相対回動を阻止して前記第１及び／又は第２原動機の駆動により水平アームを回動するプーリストッパを更に備える。これにより、第１原動機の駆動軸に連結された第１駆動プーリ及び／又は第２原動機の駆動軸に連結された第２駆動プーリをプーリストッパで水平アーム部材に対する相対回動を阻止することにより、第１及び／又は第２原動機の駆動力は水平アーム部材を回動させる。水平アーム部材を回動させる原動機としては少なくとも２つの原動機の何れか一方であればよいが、２つの原動機の駆動力を用いることにより、個々の原動機の負担が減少する。

詳しくは、第１駆動プーリと第２駆動プーリとをプーリストッパで水平アーム部材に対して固定し、第１駆動源と第２駆動源とを同期して駆動することにより、水平アーム部材を回動させる。所望の位置に水平アーム部材を回動させた後、アームストッパで水平アーム部材の回転軸に対する相対回動を阻止すると同時にアームストッパを解除し、第１駆動プーリと第２駆動プーリとを同期して駆動して所望の水平アーム部材の位置にスライド部材を移動させる。その後、第１駆動プーリ及び第１駆動ベルトの駆動を停止させつつ第２駆動プーリを駆動させて第３従動プーリを正回転又は逆回転させてヘッド部材を昇降させる。これにより、２つの原動機とストッパで駆動系を構成することができるため、安価に製造でき、小型軽量化が可能となる。

本発明のプーリストッパ及びアームストッパは、各々第１及び／又は第２駆動プーリの相対回動を前記水平アーム部材に対して各々固定するもの及び第１駆動プーリと第２駆動プーリとを水平アーム部材の回転軸に対して固定するものであればよく、個別のストッパを搭載してもよいが、各々のストッパについて何れかのストッパが作動している状態では他方のストッパが作動していない状態となればよいため、１つのストッパでプーリとアームとの一方を押圧するように構成してもよい。

従って、好ましい態様としては、前記アームストッパを兼ねる前記プーリストッパとして、水平アーム部材の回転軸近傍に一端が突出すると駆動プーリを押圧してプーリの回転を阻止し、他端が突出するとアーム部材の回転軸に対する相対回動を阻止するシリンダロッド部材を含む。例えば、アーム部材の回転軸近傍に一端が突出すると駆動プーリを押圧してプーリの回転を阻止し、他端が突出するとアーム部材の回転軸に対する相対回動を阻止するシリンダロッド部材を含む構成とすると駆動部品数の減少が行える。尚、シリンダロッド部材の一端又は他端側への突出距離は短くて済むため、シリンダロッド部材を駆動する駆動系も大きなものとならない。

別の本発明としては、前記水平アーム部材の駆動源として軸上の往復スライダの運動を前記水平アーム部材の回動運動に変換するスライダクランク機構を更に備える。このスライダクランク機構はアームストッパを兼ねる。これにより、繰り返し位置決めの精度が格段に向上する。

即ち、水平アーム部材の回動の駆動源として、前述のような第１原動機及び第２原動機を用いても良いが、水平アーム部材の繰り返し位置決めについて高い精度が求められる場合には、高い精度の位置決めが可能なように別途に駆動源を確保することも可能である。駆動源としては、特にステッピングモータやサーボモータ等の回転角度を高い精度で制御するモータを用いることもできるが、装置自体が高価になり、制御プログラムも煩雑となる。

本発明においては、水平アーム部材は、回転軸を中心にして定められた２つの角度位置間を水平方向に回動されればよいため、２つの角度位置の各々で確実に停止されればよい。そこで、本発明では、水平アーム部材の駆動源として軸上の往復スライダの運動を前記水平アーム部材の回動運動に変換するスライダクランク機構を更に備える。スライダクランク機構では、クランクの回動位置はピストンの往復動位置に対応するため、ピストンの往復動の両端位置の精度を高めることにより、回転軸を中心にした２つの角度位置の精度が高まる。

具体的なスライダクランク機構の往復動源としては、２点間の往復運動を行うアクチュエータであればよく、シリンダ装置が好ましくは採用される。シリンダ装置としては、電動、油圧、空気圧等のものが使用できるが、空気圧シリンダ装置が安価で、充分な動作を得ることができる。また、搬送用ロボットアームが設置される搬送ラインには一般的に圧縮空気を発生するラインが設置されているため、これを利用することができるという利点もある。また、本発明のスライダクランク機構は、回転軸に対する水平アーム部材の相対回動を阻止するアームストッパを兼ねるものであるため、押付け動作が可能な空気圧が有利である。

本発明では、好ましくは、第１及び第２原動機と、アームストッパとの駆動（場合によってはプーリストッパやスライダクランク機構の駆動）を制御する制御手段を更に備えることにより、制御系を単純化できる。本発明の制御手段としては、本発明の搬送用ロボットアームのみを制御するための制御装置をロボットアームに付属して設けてもよいが、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することにより、ロボットアーム製品自体の価格を低減することができる。

より好ましくは、水平アーム部材の定められた２つの角度位置の各々にアームが移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２アーム位置センサと、ヘッド部材の定められた２点位置高さの各々にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２ヘッド位置センサと、スライド部材のアーム部材方向の定められた２点位置の各々にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２スライド位置センサとを備え、制御手段がアーム位置センサの何れか一方のセンサとヘッド位置センサの何れか一方のセンサとスライド位置センサの何れか一方のセンサとが検出信号を発する組合せの第１位置からこの第１位置と相違する検出信号を発する組合せの第２位置へ又は第２位置から第１位置へのシーケンス制御を行う。これにより、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することが可能な搬送用ロボットアームを得ることができる。

即ち、本発明では、２つの原動機の回動制御と、ストッパのＯＮ／ＯＦＦ制御によってヘッド部材のｒ，θ，ｚ位置制御、即ち、ｘ（＝ｒｃｏｓθ），ｙ（＝ｒｓｉｎθ），ｚ位置制御が可能である。具体的には、θ移動はストッパ制御及び２つの電動機の回転角度制御又はスライダクランク機構の往復動位置制御によって、ｒ移動はストッパ制御及び１又は２つの電動機の回転角度制御によって、ｚ移動はストッパ制御及び１つの電動機の回転角度制御によって行うため、安価に製造することができ、軽量小型化も可能となる。

具体的な制御は、６つのセンサで制御が可能となる。即ち、水平アーム部材軸方向の定められた２点位置をｒ１，ｒ２とし、水平アーム部材の回転軸に対して定められた２つの角度位置をθ１，θ２とし、水平アーム部材の水平位置に対して定められた２点高さ位置をｚ１，ｚ２とすると、各々の位置に６つのセンサを配することにより、これら６つの位置情報を組み合わせた２つの位置（例えば、（ｒ１，θ１，ｚ１）及び（ｒ２，θ２，ｚ１））間を移動するよう、センサによるリレー制御やシーケンス制御（プログラマブルコントロール）を行うことができ、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することが可能となる。

本発明のセンサとしては、ｒ１及びｒ２位置にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２スライド位置センサと、θ１及びθ２位置にアームが移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２アーム位置センサと、ｚ１，ｚ２位置にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する合計６つのセンサがあればよい。センサとしては、種々のものを取り得るが、光の遮断で位置を検出するフォトマイクロセンサ等の無接点センサを用いることにより、種々の製造装置で用いられているシーケンス制御（プログラマブルコントロール）を行うことができ、この製造装置の制御系に統合することが可能となる。

図１は本発明の搬送用ロボットアームの一実施例の正面構成を示す説明図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図に示す通り、本実施例の搬送用ロボットアーム１０は、平板１１上に立設された基台１２には２つのモータ（原動機）１３，１４が各々の駆動軸が同一軸線上になるように間隙を開けて設置されている。

上部側の第１原動機としての第１モータ１３の第１駆動軸１５には第１駆動プーリとしての第１タイミングプーリ１７が連結され、下部側の第２原動機としての第２モータ１４の第２駆動軸１６には第２駆動プーリとしての第２タイミングプーリ１８が連結されている。尚、第１駆動軸１５と第２駆動軸１６との間の間隙は各タイミングプーリ１７，１８に噛合するタイミングベルト（後述）の取替が可能な程度の距離である。

基台１２には、第１駆動軸１５と第２駆動軸１６とを回転軸として水平アーム部材１９が１／４円の回転の回動可能に設置されており、回転軸を介して水平アーム部材１９の対向側に平面形状が１／４円弧状の内側壁面を備えたアーム軸側壁部材２０が設置されている。水平アーム部材１９の回転軸側の端部にはアームストッパ及びプーリストッパとして機能するエアシリンダ２１が装着されている。このエアシリンダ２１はピストンロッド２２によってシリンダ内部を貫通され、このピストンロッド２２が両端方向に交互に出し入れ可能である。

ピストンロッド２２の一端部には一端側に突出した場合にアーム軸側壁部材２０の内側壁面を押圧する弾性を有するプッシャー２３が装着され、他端部には他端側に突出した場合に第１及び第２タイミングプーリ１７，１８を押圧する弾性を有するストッパ部材２４が装着されている。尚、ピストンロッド２２を両端方向に交互に出入り可能にするものとしてはエア圧で行うエアシリンダを磁気吸着・反発で行うもの等に置換えてもよい。

アームストッパの機構としては、エアシリンダ２１を駆動させてピストンロッド２２のプッシャー２３をアーム軸側壁部材２０に押圧することにより、水平アーム部材１９の相対回動を阻止する。また、プーリストッパの機構としては、エアシリンダ２１を駆動させてピストンロッド２２のストッパ部材２４を第１及び第２タイミングプーリ１７，１８を押圧することにより、水平アーム部材１９に対する第１及び第２タイミングプーリ１７，１８の相対回動を阻止する。

本実施例の水平アーム部材１９は中空の箱形であり、内部にスライド部材２９が内装されている。スライド部材２９は水平アームの両内側壁に装着された１対のリニアレール２５，２６によってスライド自在に保持されている。スライド部材２９には第３従動プーリとしての第３従動タイミングプーリ３０が備わり、第３従動タイミングプーリ３０の回動中心には、プーリ回転によって回転する送りナット３３と、この送りナット３３の回転によって垂直軸方向に移動する送りネジとしてのボールネジ３４と、ボールネジ３４に平行に設けられたシャフト３５とを備える。シャフトはスライド部材２９に穿設された穿設孔３６に遊貫している。水平アーム部材１９の先端部には、第１固定従動プーリとしての第１従動タイミングプーリ２７と、第２固定従動プーリとしての第２従動タイミングプーリ２８とが設置されている。

上段に位置する第１従動タイミングプーリ２７には、第１タイミングプーリ１７から第１駆動ベルトとしての第１タイミングベルト３１が掛け渡されている。第１タイミングベルト３１はスライド部材２９と結合しており、第１タイミングベルト３１の移動に応じてスライド部材２９が水平アーム部材１９の軸線上を移動する。

下段に位置する第２従動タイミングプーリ２８には、第２タイミングプーリ１８から第２駆動ベルトとしての第２タイミングベルト３２が掛け渡されている。第２タイミングベルト３２はスライド部材２９の第３従動タイミングプーリ３０と噛合し、第３従動タイミングプーリ３０はベルト３２の移動に追従回転して、送りナット３３を回転させ、垂直軸方向に移動するボールネジ３４を昇降させる。

スライド部材２９のボールネジ３４とシャフト３５との上下端部には両者を連結する連結部材３７，３８が装着され、下端部の連結部材３８にはヘッド部材４０が装着されている。ヘッド部材４０にはワーク４８を保持する治具３９が装着されている。

本実施例の搬送用ロボットアーム１０の水平アーム部材１９と、スライド部材２９と、ヘッド部材４０とは、各々１対のセンサによって定められた２つの位置間を移動するように設定可能である。即ち、基台１２には水平アーム部材１９の定められた２つの角度位置の各々にアームが移動した際（図２の実線位置と破線位置）に各々検出信号を発する第１アーム位置センサ４１と第２アーム位置センサ４２とを備える。

また、水平アーム部材１９にはスライド部材２９が水平アームの先端部近傍に移動した際及び回転軸に近づいた際に各々検出信号を発する第１スライド位置センサ４３と第２スライド位置センサ４４とを備える。更に、スライド部材２９にはヘッド部材４０が予め定められた相違する高さ位置となった際に各々検出信号を発する第１ヘッド位置センサ４５と第２ヘッド位置センサ４６とを備える。本実施例では何れの６つのセンサ４１〜４６はフォトセンサであり、センサ前を遮光板４１ａ〜４６ａがよぎった際に検出信号を発するものである。

本実施例の搬送用ロボットアーム１０は２つのモータ１３，１４の回動制御と、ピストンロッド２２の出し入れの制御によってヘッド部材のｒ，θ，ｚ位置制御、即ち、ｘ（＝ｒｃｏｓθ），ｙ（＝ｒｓｉｎθ），ｚ位置制御が可能である。具体的には、θ移動はピストンロッド２２のストッパ部材２４を第１及び第２タイミングプーリ１７，１８に押圧する制御と２つのモータ１３，１４の回転角度制御によって、ｒ移動はピストンロッド２２のプッシャー２３をアーム軸側壁部材２０に押圧する制御とモータ１３，１４の何れか１つ又は２つの回転角度制御によって、ｚ移動はピストンロッド２２のプッシャー２３をアーム軸側壁部材２０に押圧する制御と第２モータ１４の回転角度制御とによって行うため、安価に製造することができ、軽量小型化も可能となる。

本実施例の搬送用ロボットアームは１つの製造ラインから次の製造ラインへワーク４８を橋渡しするに好適である。即ち、１つの工程の終了位置から次工程の開始位置へワーク４８を橋渡しすればよいため、前述の第１アーム位置センサ４１と第２アーム位置センサ４２で定められた水平アーム部材１９の２つの角度位置（θ１，θ２）と、第１スライド位置センサ４３と第２スライド位置センサ４４とで定められたスライド部材２９の水平アーム部材軸方向の定められた２つの位置（ｒ１，ｒ２）と、第１ヘッド位置センサ４５と第２ヘッド位置センサ４６とで定められたヘッド部材４０の予め定められた相違する高さ位置（ｚ１，ｚ２）とを組み合わせた２つの位置（例えば、（ｒ１，θ１，ｚ１）及び（ｒ２，θ２，ｚ１））間を移動するよう、各センサを用いてリレー制御やシーケンス制御（プログラマブルコントロール）を行うことができる。

図４は製造ラインＡから製造ラインＢへワークを橋渡しする状態を説明する平面図である。図に示す通り、本実施例の搬送用ロボットアーム１０のヘッド部材には製造ラインＡ４７Ａの下流のワークを保持して製造ラインＢ４７Ｂの上流に搬送した後にワークを離す治具（図示せず）が備わっている。先ず、製造ラインＡ４７Ａの下流のワークを保持するため、アームの制御手段４９からヘッド部材４０をＡ位置（ｒ１，θ１，ｚ１）にする指令を出す。

この位置でワークを保持した後、ヘッド部材４０を高さ位置のみを変化させる指令を出すことにより、第２モータ１４のみを駆動させてヘッド部材４０を上昇させ、Ｂ位置（ｒ１，θ１，ｚ２）に移動させる。次に、スライド部材２９を移動させる指令を出すことにより、第１モータ１３と第２モータ１４とを同期させて駆動することにより、Ｃ位置（ｒ２，θ１，ｚ２）に移動させる。

次に、水平アーム部材１９を回動させる指令を出すことにより、ピストンロッドを駆動してアーム軸側壁部材２０を押圧していたプッシャー２３を解除すると共にストッパ部材２４で第１タイミングプーリ１７，第２タイミングプーリ１８を押圧し、第１モータ１３と第２モータ１４とを同期させて駆動することにより、Ｄ位置（ｒ２，θ２，ｚ２）に移動させる。最後にヘッド部材４０を高さ位置のみを変化させる指令を出すことにより、第２モータ１４のみを駆動させてヘッド部材４０を下降させ、Ｅ位置（ｒ２，θ２，ｚ１）に移動させ、製造ラインＢ４７Ｂの上流に搬送してワークを離す。

また、再度、Ａ位置に移動させる場合には、逆にＥ位置、Ｄ位置、Ｃ位置、Ｂ位置を経てＡ位置に戻す。以上のように本実施例のロボットアームの制御は６つのセンサによるリレー制御やシーケンス制御（プログラマブルコントロール）を行うことができ、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することが可能である。

図５は本発明の搬送用ロボットアームの別の実施例の正面構成を示す説明図である。図６は図５のＡ−Ａ断面図である。本実施例の搬送用ロボットアーム５０は、図１〜図３に示したロボットアーム１０のアームストッパ及びプーリストッパとして機能するエアシリンダ２１の代わりに、アームストッパを兼ねる水平アーム部材５９の駆動源として軸上の往復スライダの運動を水平アーム部材５９の回動運動に変換するスライダクランク機構を備えたものである。

図に示す通り、本実施例の搬送用ロボットアーム５０は、平板５１上に立設された基台５２には２つのモータ（原動機）５３，５４が各々の駆動軸が同一軸線上になるように間隙を開けて設置されている。上部側の第１原動機としての第１モータ５３の第１駆動軸５５には第１駆動プーリとしての第１タイミングプーリ５７が連結され、下部側の第２原動機としての第２モータ５４の第２駆動軸５６には第２駆動プーリとしての第２タイミングプーリ５８が連結されている。尚、第１駆動軸５５と第２駆動軸５６との間の間隙は各タイミングプーリ５７，５８に噛合するタイミングベルト（後述）の取替が可能な程度の距離である。

基台５２には、第１駆動軸５５と第２駆動軸５６とを回転軸として水平アーム部材５９が１／４円の回動可能に設置されており、回転軸を介して水平アーム部材５９の対向側に平面形状が１／４円弧状の内側壁面を備えたアーム軸側壁部材６０が設置されており、その壁部材６０の一端側に設けられた支点で一端を軸支された平面がヘ字状のクランク軸６１を備える。クランク軸６１の他端は、水平アーム部材５９の一側面に沿って設置されたロッドレスシリンダ６２のシリンダヘッド部６２ａと連動して摺動する案内ブッシュ６３ａに設けられた支点で軸支されている。案内ブッシュ６３ａはロッドレスシリンダ６２に並設された案内シャフト６３（シリンダヘッド部６２ａの摺動を案内する）を摺動するものである。

ロッドレスシリンダ６２には、圧縮空気を発生するエアライン（図示せず）からのエアを両端に各々設けられたコネクタ６４ａ、６４ｂの何れかに供給することにより、シリンダヘッド部６２ａ及び案内ブッシュ６３ａは各々の軸を一部から他端へ移動する。案内ブッシュ６３ａの移動に伴い、クランク軸６１により、水平アーム部材５９が１／４円回動する。案内シャフト６３の両端部には、案内ブッシュ６３ａの端部側への移動を阻害するストッパ６３ｂ、６３ｃが各々配置されている。

これらのストッパ６３ｂ、６３ｃへのシリンダヘッド部６２ａ及び案内ブッシュ６３ａの押圧がアームストッパとして働く。即ち、本実施例の水平アーム部材の回転軸に対して１／４円の定められた２つの角度位置をθ１，θ２間を移動するため、これらθ１，θ２の角度位置に正確に停止するようにストッパ６３ｂ、６３ｃを配置し、コネクタ６４ａ、６４ｂの何れか一方にエアを供給し、対応するストッパへの押圧を維持することにより、水平アーム部材５９が何れか一方の角度位置に留まる。

本実施例の水平アーム部材５９は中空の箱形であり、内部にスライド部材６９が内装されている。スライド部材６９は水平アームの両内側壁に装着された１対のリニアレール６５，６６によってスライド自在に保持されている。スライド部材６９には第３従動プーリとしての第３従動タイミングプーリ７０が備わり、第３従動タイミングプーリ７０の回動中心には、プーリ回転によって回転する送りナット７３と、この送りナット７３の回転によって垂直軸方向に移動する送りネジとしてのボールネジ７４と、ボールネジ７４に平行に設けられたシャフト７５とを備える。シャフトはスライド部材６９に穿設された穿設孔７６に遊貫している。水平アーム部材５９の先端部には、第１固定従動プーリとしての第１従動タイミングプーリ６７と、第２固定従動プーリとしての第２従動タイミングプーリ６８とが設置されている。

上段に位置する第１従動タイミングプーリ６７には、第１タイミングプーリ５７から第１駆動ベルトとしての第１タイミングベルト７１が掛け渡されている。第１タイミングベルト７１はスライド部材６９と結合しており、第１タイミングベルト７１の移動に応じてスライド部材６９が水平アーム部材５９の軸線上を移動する。

下段に位置する第２従動タイミングプーリ６８には、第２タイミングプーリ５８から第２駆動ベルトとしての第２タイミングベルト７２が掛け渡されている。第２タイミングベルト７２はスライド部材６９の第３従動タイミングプーリ７０と噛合し、第３従動タイミングプーリ７０はベルト７２の移動に追従回転して、送りナット７３を回転させ、垂直軸方向に移動するボールネジ７４を昇降させる。

スライド部材６９のボールネジ７４とシャフト７５との上下端部には両者を連結する連結部材７７，７８が装着され、下端部の連結部材７８にはヘッド部材８０が装着されている。ヘッド部材８０にはワーク８８を保持する治具７９が装着されている。

尚、図５及び図６に示した搬送用ロボットアーム５０も、第１アーム位置センサと第２アーム位置センサで定められた水平アーム部材の２つの角度位置（θ１，θ２）と、第１スライド位置センサと第２スライド位置センサとで定められたスライド部材の水平アーム部材軸方向の定められた２つの位置（ｒ１，ｒ２）と、第１ヘッド位置センサと第２ヘッド位置センサとで定められたヘッド部材の予め定められた相違する高さ位置（ｚ１，ｚ２）との６つのセンサを備え、２つの位置（例えば、（ｒ１，θ１，ｚ１）及び（ｒ２，θ２，ｚ１））間を移動するよう、各センサを用いてリレー制御やシーケンス制御（プログラマブルコントロール）を行う、図４に示すような製造ラインＡから製造ラインＢへワークを橋渡しするために配置される。

この場合も、図４に示したように、ヘッド部材８０をＡ位置（ｒ１，θ１，ｚ１）、Ｂ位置（ｒ１，θ１，ｚ２）、Ｃ位置（ｒ２，θ１，ｚ２）、Ｄ位置（ｒ２，θ２，ｚ２）、Ｅ位置（ｒ２，θ２，ｚ１）へと順に移動させ、製造ラインＢの上流に搬送してワークを離す。

また、Ｅ位置からＡ位置に移動させる場合には、逆にＥ位置、Ｄ位置、Ｃ位置、Ｂ位置を経てＡ位置に戻す。以上のように本実施例のロボットアームの制御は６つのセンサによるリレー制御やシーケンス制御（プログラマブルコントロール）を行うことができ、既存の製造装置のライン等のシーケンス制御系に統合することが可能である。

本発明の搬送用ロボットアームの一実施例の正面構成を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 製造ラインＡから製造ラインＢへワークを橋渡しする状態を説明する平面図である。 本発明の搬送用ロボットアームの別の実施例の正面構成を示す説明図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０ …搬送用ロボットアーム、
１１ …平板、
１２ …基台、
１３ …第１モータ（原動機）、
１４ …第２モータ（原動機）、
１５ …第１駆動軸、
１６ …第２駆動軸、
１７ …第１タイミングプーリ（第１駆動プーリ）、
１８ …第２タイミングプーリ（第２駆動プーリ）、
１９ …水平アーム部材、
２０ …アーム軸側壁部材、
２１ …エアシリンダ（アームストッパ、プーリストッパ）、
２２ …ピストンロッド、
２３ …プッシャー、
２４ …ストッパ部材、
２５ …リニアレール、
２６ …リニアレール、
２７ …第１従動タイミングプーリ（第１固定従動プーリ）、
２８ …第２従動タイミングプーリ（第２固定従動プーリ）、
２９ …スライド部材、
３０ …第３従動タイミングプーリ（第３従動プーリ）、
３１ …第１タイミングベルト（第１駆動ベルト）、
３２ …第２タイミングベルト（第２駆動ベルト）、
３３ …送りナット、
３４ …ボールネジ（送りネジ）、
３５ …シャフト、
３６ …穿設孔、
３７ …連結部材、
３８ …連結部材、
３９ …治具、
４０ …ヘッド部材、
４１ …第１アーム位置センサ、
４２ …第２アーム位置センサ、
４３ …第１スライド位置センサ、
４４ …第２スライド位置センサ、
４５ …第１ヘッド位置センサ、
４６ …第２ヘッド位置センサ、
４１ａ〜４６ａ…遮光板、
４７Ａ…製造ラインＡ、
４７Ｂ…製造ラインＢ、
４８ …ワーク、
４９ …制御手段、

５０ …搬送用ロボットアーム、
５１ …平板、
５２ …基台、
５３ …第１モータ（原動機）、
５４ …第２モータ（原動機）、
５５ …第１駆動軸、
５６ …第２駆動軸、
５７ …第１タイミングプーリ（第１駆動プーリ）、
５８ …第２タイミングプーリ（第２駆動プーリ）、
５９ …水平アーム部材、
６０ …アーム軸側壁部材、
６１ …クランク軸、
６２ …ロッドレスシリンダ、
６２ａ…シリンダヘッド部、
６３ …案内シャフト、
６３ａ…案内ブッシュ、
６３ｂ…ストッパ、
６３ｃ…ストッパ、
６４ａ…コネクタ、
６４ｂ…コネクタ、
６５ …リニアレール、
６６ …リニアレール、
６７ …第１従動タイミングプーリ（第１固定従動プーリ）、
６８ …第２従動タイミングプーリ（第２固定従動プーリ）、
６９ …スライド部材、
７０ …第３従動タイミングプーリ（第３従動プーリ）、
７１ …第１タイミングベルト（第１駆動ベルト）、
７２ …第２タイミングベルト（第２駆動ベルト）、
７３ …送りナット、
７４ …ボールネジ（送りネジ）、
７５ …シャフト、
７６ …穿設孔、
７７ …連結部材、
７８ …連結部材、
７９ …治具、
８０ …ヘッド部材、
８８ …ワーク、

Claims (6)

1. 基台に設置された回転軸を中心にして定められた２つの角度位置間を水平方向に回動される水平アーム部材と、
   この水平アーム部材の水平位置に対して定められた２点高さ位置間を上下移動されるヘッド部材と、
   このヘッド部材をアーム部材軸方向の定められた２点位置間スライド移動させるスライド部材とを備えたロボットアームであって、
   少なくとも前記ヘッド部材及びスライド部材の駆動源として前記水平アーム部材の回転軸と同軸の第１及び第２駆動軸を各々備えた第１及び第２原動機と、
   前記水平アーム部材に配置され、第１及び第２駆動軸に各々連結された第１及び第２駆動プーリと、
   前記回転軸に対する水平アーム部材の相対回動を阻止するアームストッパと、
   前記第１駆動プーリと、水平アーム部材の一端部に設置された第１固定従動プーリとに掛け渡された第１駆動ベルトと、
   前記第２駆動プーリと、水平アーム部材の一端部に設置された第２固定従動プーリとに掛け渡された第２駆動ベルトと、
   前記スライド部材に配置され、前記第２駆動ベルトの移動に追従回転する第３従動プーリと、
   前記第３従動プーリの回転によって回転される送りナットと、
   前記送りナットの回転によって軸方向移動する送りネジとを備え、
   前記スライド部材は、前記第１駆動ベルトに結合され、
   前記ヘッド部材は、前記送りネジの回動に応じて上昇又は降下されることを特徴とする搬送用ロボットアーム。
2. 前記水平アーム部材に対する前記第１及び／又は第２駆動プーリの相対回動を阻止して前記第１及び／又は第２原動機の駆動により水平アームを回動するプーリストッパを更に備えたことを特徴とするものである。
3. 前記アームストッパを兼ねる前記プーリストッパとして、水平アーム部材の回転軸近傍に一端が突出すると駆動プーリを押圧してプーリの回転を阻止し、他端が突出するとアーム部材の回転軸に対する相対回動を阻止するシリンダロッド部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の搬送用ロボットアーム。
4. 前記アームストッパを兼ねる前記水平アーム部材の駆動源として軸上の往復スライダの運動を前記水平アーム部材の回動運動に変換するスライダクランク機構を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の搬送用ロボットアーム。
5. 前記第１及び第２原動機と、アームストッパとの駆動を制御する制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の搬送用ロボットアーム。
6. 前記水平アーム部材の定められた２つの角度位置の各々にアームが移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２アーム位置センサと、
   前記ヘッド部材の定められた２点位置高さの各々にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２ヘッド位置センサと、
   前記スライド部材の水平アーム部材方向の定められた２点位置の各々にヘッド部材が移動した際に各々検出信号を発する第１及び第２スライド位置センサとを備え、
   前記制御手段が、前記アーム位置センサの何れか一方のセンサと、ヘッド位置センサの何れか一方のセンサと、スライド位置センサの何れか一方のセンサとが検出信号を発する組合せの第１位置からこの第１位置と相違する検出信号を発する組合せの第２位置へ、又は前記第２位置から前記第１位置へのシーケンス制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の搬送用ロボットアーム。
   

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