JP2009072895A - スカラロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを組み付けるサイクルタイムを短縮し、ワークの組み付け精度を高められるスカラロボットを提供する。
【解決手段】第一回転軸１１を中心に回動する第一アーム２１と、この第一アーム２１の先端部２３に設けられる第二回転軸３１と、この第二回転軸３１を中心に回動する第二アーム４１とを備え、この第二アーム４１の先端部４３ハンドリング部５１が設けられ、第一アーム２１と第二アーム４１とをそれぞれ回動させることによってこのハンドリング部５１を少なくとも２次元方向に移動するスカラロボット１であって、第二アーム４１の長さＬ２を第一アーム２１の長さＬ１より短くし、第一アーム２１に凹状に窪むハンドリング凹部３５を形成し、第二アーム４１が一方に回動することによりハンドリング部５１がこのハンドリング凹部３５に収まる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば生産ラインにおいてワークの組み付け等を行うスカラロボットに関するものである。

スカラロボット（水平多関節ロボット）は、特定の方向（ＸＹ方向）にコンプライアンスを持ち、それ以外の方向（Ｚ方向）に高い剛性を持つアームを備え、主に生産ラインにおいてワークの組み付け作業を自動化するのに用いられる（特許文献１、２参照）。

従来、この種のスカラロボットとして、図６に示すものがある。

このスカラロボット１００は、人間の腕に近い構造を持つ第一アーム１２１と第二アーム１４１とを備えており、第二アーム１４１の先端部にハンドリング部１５１が設けられ、このハンドリング部１５１を介して例えばワークの組み付け作業や配置作業等を行うものである。

第一アーム１２１と第二アーム１４１は、それぞれ直線状に延びる片持ち梁として形成され、第一アーム１２１は第一回転軸１１１を介して回動し、第二アーム１４１は第二回転軸１３１を介して回動する。

第一アーム１２１の長さＬ１２１と第二アーム１４１の長さＬ１４１は同等に形成される。

図６の（ａ）に示すように、スカラロボット１００の伸張状態では第一アーム１２１と第二アーム１４１とが直線上に延びる。

図６の（ｂ）（ｃ）に示すように、スカラロボット１００の最収縮状態では、第一アーム１２１と第二アーム１４１とが折り畳まれる。
特開２００２−３０７３６５号公報 特開２００３−２８５２８４号公報

しかしながら、このような従来のスカラロボット１００では、図６の（ｂ）（ｃ）に示すように最収縮状態において、ハンドリング部１５１が第一アーム１２１と干渉しないように第二アーム１４１の回動範囲が制限されるため、ハンドリング部１５１を第一アーム１２１と重合する位置に移動できない。

図６の（ｂ）（ｃ）に示すスカラロボット１００の最収縮状態においても、ハンドリング部１５１は第一アーム１２１の側方に位置し、ハンドリング部１５１、第二アーム１４１に働く重力により第一アーム１２１、第二アーム１４１が撓むため、ワークの組み付け精度が悪化する可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ワークを組み付けるサイクルタイムを短縮し、ワークの組み付け精度を高められるスカラロボットを提供することを目的とする。

本発明は、第一回転軸と、第一回転軸を中心に回動する第一アームと、この第一アームの先端部に設けられる第二回転軸と、この第二回転軸を中心に回動する第二アームとを備え、この第二アームの先端部にハンドリング部が設けられ、第一アームと第二アームとをそれぞれ回動させることによってこのハンドリング部を少なくとも２次元方向に移動するスカラロボットであって、第二アームの長さを第一アームの長さより短くし、第一アームに凹状に窪むハンドリング凹部を形成し、このハンドリング凹部を第二アームと第一アームが折り畳まれる収縮状態にてハンドリング部が到達する領域に配置し、第二アームが一方に回動することによりハンドリング部がこのハンドリング凹部に収まることを特徴とするものとした。

本発明によると、スカラロボットは、第二アームの長さを第一アームの長さより短くし、第二アームが第一アームに比べて小型軽量化されるため、第一アームに比べて作動頻度が高い第二アームの作動速度を高められることにより、ワークを搬送するサイクルタイムを短縮することができる。

スカラロボットは、ハンドリング部を移動できる領域がハンドリング凹部を介して拡大され、ハンドリング部がワークを第一回転軸と第二回転軸の間に搬送することが可能となる。

スカラロボットの最収縮状態にてハンドリング部がハンドリング凹部に収まることにより、スカラロボットの重量バランスが改善され、ハンドリング部の位置及び姿勢を精度よく制御することが可能となり、ワークの組み付け精度を高められる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１はスカラロボット１の全体図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸がほぼ水平前後方向、Ｙ軸がほぼ水平横方向、Ｚ軸がほぼ垂直方向に延びるものとし、スカラロボット１の構成を説明する。

スカラロボット１は、人間の腕に近い構造を持つ第一アーム２１と第二アーム４１とを備えており、第二アーム４１の先端部４３に設けられるハンドリング部５１を介して例えばワークの組み付け作業等を行うものである。

スカラロボット１は、架台２上に設置される支持台５と、この支持台５に対して第一アーム２１を回動可能に支持する第一回転軸１１と、第一アーム２１に対して第二アーム４１に回動可能に支持する第二回転軸３１とを備える。この第一回転軸１１と第二回転軸３１とはＺ軸方向に延び、第一アーム２１と第二アーム４１はそれぞれＸ軸とＹ軸とを含むほぼ水平方向（ＸＹ方向）に回動する。

第一アーム２１の関節となる第一回転軸１１は、支持台５にベアリング１２を介して回転可能に支持され、第一アームモータ１３によって回転駆動される。

第一アームモータ１３は、架台２の下側に設置される。なお、これに限らず、第一アームモータ１３を支持台５の内側に設けても良い。

第一回転軸１１の上端部には第一アーム２１の基端部２２が連結される。平板状をした第一アーム２１は第一回転軸１１に対して直交するように固定される。

第二アーム４１の関節となる第二回転軸３１は、第一アーム２１の先端部２３にベアリング３２を介して回転可能に支持され、第二アームモータ３３によって回転駆動される。

第二アームモータ３３は、第一アーム２１の上側に支持板３６を介して設置され、第二回転軸３１の下端部には第二アーム４１の基端部４２が連結される。平板状をした第二アーム４１は第一アーム２１の下側に設けられ、第二回転軸３１に対して直交するように固定される。第一アーム２１と第二アーム４１はＺ軸方向にオフセットされ、互いに平行に並んで干渉しないようになっている。

なお、これに限らず、第二アームモータ３３を第二アーム４１の下側に設け、第一アーム２１を第二アーム４１の上側に設けても良い。

第二アーム４１の先端部４３にはハンドリング部５１が設けられる。ハンドリング部５１はアクチュエータ５３によって図１に矢印で示すように開閉駆動される一対のチャックハンド５２を備え、このチャックハンド５２が閉じてワークを把持し、チャックハンド５２が開いてワークを離すようになっている。

アクチュエータ５３は第二アーム４１の上側に設けられ、チャックハンド５２は第二アーム４１の下側に設けられる。

なお、これに限らず、アクチュエータ５３を第二アーム４１の下側に設け、チャックハンド５２を第二アーム４１の上側に設けても良い。

また、ハンドリング部５１はワークを把持するものに限らず、ワークを加工する加工機や他の装置でも良い。

第一アームモータ１３と第二アームモータ３３は、サーボモータが用いられる。第一アームモータ１３と第二アームモータ３３とハンドリング部５１の作動は図示しないコントローラによって制御される。

以上のように、スカラロボット１は、コントローラの指令に基づいて第一アーム２１と第二アーム４１がそれぞれ連係して回動してハンドリング部５１を所定の位置に移動し、そこでハンドリング部５１が作動してワークを把持したり、ワークを離すことにより、ワークを製品に組み付ける。

図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、スカラロボット１の動作を示す平面図である。

第一アーム２１は、コの字形の片持ち梁として形成され、その中程に凹状に窪むハンドリング凹部３５を有する。このハンドリング凹部３５は、第二アーム４１と第一アーム２１が折り畳まれる収縮状態にてハンドリング部５１が到達する領域に形成される。

平板状をした第一アーム２１は、第一回転軸１１が連結される基端部２２と、第二回転軸３１が連結される先端部２３と、この基端部２２と先端部２３を結ぶ梁部３４とを有し、基端部２２と先端部２３と梁部３４との間にハンドリング部５１に係合する矩形のハンドリング凹部３５が形成される。

ここで、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面図（図２）上にて、第一回転軸１１の回転中心Ｏ１１と第二回転軸３１の回転中心Ｏ３１を結ぶ直線を第一アーム中心線Ｃ１とすると、梁部３４が第一アーム中心線Ｃ１に対してオフセットされ、ハンドリング凹部３５を第一アーム中心線Ｃ１と交差するように配置される。

なお、第一アーム２１は、上記の形状に限らず、例えばほぼ円弧状に湾曲する片持ち梁として形成し、その中程に凹状に窪むハンドリング凹部を有する構造としても良い。

一方、第二アーム４１は、片持ち梁として形成される。平板状をした第二アーム４１は、第二回転軸３１が連結される基端部４２と、ハンドリング部５１が連結される先端部４３とが形成される。

ここで、平面図（図２）上にて、第二回転軸３１の回転中心Ｏ３１とハンドリング部５１の中心Ｏ５１を結ぶ直線を第二アーム中心線Ｃ２とすると、第二アーム中心線Ｃ２の長さＬ２を第一アーム中心線Ｃ１の長さＬ１より短くし、図２の（ｂ）に示すように、第二アーム４１が回動するのに伴って、ハンドリング部５１のアクチュエータ５３が第一アーム２１のハンドリング凹部３５に係合するように形成される。

ハンドリング凹部３５は第一アーム２１の第二回転軸３１から第二アーム４１のロボットハンド長Ｌ２だけ離れた部位を中心として形成される。

図２の（ａ）は、スカラロボット１が最伸長した状態を示す。このとき、第一アーム中心線Ｃ１と第二アーム中心線Ｃ２とが同一直線上に延び、第一回転軸１１の回転中心Ｏ１１からハンドリング部５１の中心Ｏ５１までのロボットハンド長はＬ１＋Ｌ２となって最大値となる。

図２の（ｂ）は、スカラロボット１が最収縮した状態を示す。このとき、第一回転軸１１と第二回転軸３１とハンドリング部５１とがほぼ直線上に並ぶ。すなわち、第一アーム中心線Ｃ１と第二アーム中心線Ｃ２とが同一直線上にて重合するように延び、第一回転軸１１の回転中心Ｏ１１が第一アーム中心線Ｃ１上に位置する。これにより、第一回転軸１１の回転中心Ｏ１１からハンドリング部５１の中心Ｏ５１までのロボットハンド長はＬ１−Ｌ２となって最小値となる。

したがって、第二アーム４１が、図１に矢印で示すように、図２の（ａ）に示す最伸長状態から図２の（ｂ）に示す最収縮状態まで回動する角度はほぼ１８０°と最大になり、ハンドリング部５１の中心Ｏ５１が移動する距離は最大値Ｌ２＋Ｌ２が確保される。

また、スカラロボット１の最収縮状態において、ハンドリング部５１がハンドリング凹部３５に収まることにより、ハンドリング部５１と第二アーム４１に働く重力によって第一アーム２１と第二アーム４１が捩れ方向と曲げ方向に撓むことを最小限に抑えられ、ハンドリング部５１の位置及び姿勢を精度よく制御することが可能となる。この最収縮状態において、ハンドリング部５１がワークを組み付ける構成とすることにより、ワークの組み付け精度を高められる。

図２の（ｃ）は、第二アーム４１が展開方向（図２にて時計回り方向）に最大に回動した最展開状態を示す。このとき、ハンドリング部５１のアクチュエータ５３が第一アーム２１に干渉しない寸前の位置にある。

このため、第二アーム４１が図２の（ａ）に示す最伸長状態から図２の（ｃ）に示す最展開状態まで回動する角度は１８０°より小さい。

スカラロボット１は、第二アーム４１が図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように第二回転軸３１の回転中心Ｏ３１について回動するとともに、第一アーム２１が第一回転軸１１の回転中心Ｏ１１について３６０°の角度範囲で回動することにより、第一アーム２１の基端部２２に近接する領域を除く広い範囲でハンドリング部５１を移動することができる。

第二アーム中心線Ｃ２の長さＬ２を第一アーム中心線Ｃ１の長さＬ１より短くすることにより、上記のように第一アーム２１の基端部２２に近接する領域にハンドリング部５１を移動できないが、この領域に支持台５を設けることにより、ハンドリング部５１が支持台５に干渉することが回避される。

さらに、第二アーム４１の長さＬ２を第一アーム２１の長さＬ１の半分程度に短くすることにより、第二アーム４１の慣性質量が大幅に低減されるため、第二アームモータ３３が第二アーム４１を回動する速度を高められ、ハンドリング部５１を介してワークが水平方向に搬送されるサイクルタイムを短縮することができる。

以上のように本発明は、第一回転軸１１と、第一回転軸１１を中心に回動する第一アーム２１と、この第一アーム２１の先端部２３に設けられる第二回転軸３１とを備え、この第二回転軸３１を中心に回動する第二アーム４１と、この第二アーム４１の先端部４３にハンドリング部５１が設けられ、第一アーム２１と第二アーム４１とをそれぞれ回動させることによってこのハンドリング部５１を少なくとも２次元方向に移動するスカラロボット１であって、第二アーム４１の長さＬ２を第一アーム２１の長さＬ１より短くし、第一アーム２１に凹状に窪むハンドリング凹部３５を形成し、このハンドリング凹部３５を第二アーム４１と第一アーム２１が折り畳まれる収縮状態にてハンドリング部５１が到達する領域に配置し、第二アーム４１が一方に回動することによりハンドリング部５１がこのハンドリング凹部３５に収まる構成とした。

上記構成に基づき、スカラロボット１は、第二アーム４１が第一アーム２１に比べて小型軽量化されるため、第一アーム２１に比べて作動頻度が高い第二アーム４１の作動速度を高められることにより、ワークを搬送し組み付けるサイクルタイムを短縮することができる。

スカラロボット１は、ハンドリング部５１を移動できる領域がハンドリング凹部３５を介して拡大され、第一回転軸１１と第二回転軸３１の間に位置する領域にワークを搬送することが可能となる。

スカラロボット１の最収縮状態にてハンドリング部５１がハンドリング凹部３５に収まることにより、スカラロボット１の重量バランスが改善され、ハンドリング部５１の位置及び姿勢を精度よく制御することが可能となり、ワークの組み付け精度を高められる。

本実施の形態では、第二アーム４１と第一アーム２１が折り畳まれるスカラロボット１の最収縮状態にて、第一回転軸１１と第二回転軸３１とハンドリング部５１とがほぼ直線上に並ぶ構成としたため、図２の（ａ）に示す最伸長状態から図２の（ｂ）に示す最収縮状態まで回動する角度をほぼ１８０°と最大にし、第二アーム４１によるハンドリング部５１の移動範囲を有効に拡げられる。

本実施の形態では、第一アーム２１は、第一回転軸１１が連結される基端部２２と、第二回転軸３１が連結される先端部２３と、この基端部２２と先端部２３を結ぶ梁部３４とを有する平板状に形成し、基端部２２と先端部２３と梁部３４との間にハンドリング部５１に係合するハンドリング凹部３５を形成したため、第一アーム２１の軽量化がはかれ、第一アーム２１の作動速度を高められる。

次に図３に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図１に示す実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。

ハンドリング部５１を昇降する手段として、第二アーム４１に対してハンドリング部５１を昇降する駆動シリンダ５６が設けられる。

第二アーム４１の先端部４３にＺ軸方向に延びるガイドレール５５が設けられ、このガイドレール５５を介してハンドリング部５１のアクチュエータ５３が昇降可能に支持される。

第二アーム４１の上側に駆動シリンダ５６が設けられ、この駆動シリンダ５６から突出するロッドにアクチュエータ５３が連結される。駆動シリンダ５６が伸縮作動することにより、アクチュエータ５３が図３に矢印で示すように昇降する。

この場合、駆動シリンダ５６の伸縮作動によってハンドリング部５１が昇降する動作と、チャックハンド５２が開閉する動作とが連係して行われることにより、チャックハンド５２がワークを円滑に操作できる。

次に図４に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図１に示す実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。

第二アーム４１を昇降する手段として、第一アーム２１に対して第二回転軸３１を昇降する駆動シリンダ６１が設けられる。

第二回転軸３１は、第一アーム２１の先端部２３にベアリング３２を介して回転可能かつ軸方向に摺動可能に支持される。

駆動シリンダ６１から突出するロッドに第二回転軸３１が連結される。駆動シリンダ６１が伸縮作動することにより、第二回転軸３１が図４に矢印で示すように昇降するようになっている。

第二回転軸３１にはスプライン６２が形成される。このスプライン６２に摺動可能に嵌合するギア６３と、このギヤ６３に噛み合うギヤ６４とを備え、このギヤ６４が第二アームモータ３３によって回転駆動される。これにより、第二回転軸３１が昇降しても、第二アームモータ３３の回転がギヤ６４、ギヤ６３、スプライン６２を介して第二回転軸３１に伝えられる。

この場合、駆動シリンダ６１の伸縮作動によって第二回転軸３１と第二アーム４１とを介してハンドリング部５１が昇降し、この昇降動作とチャックハンド５２が開閉する動作とが連係して行われることにより、チャックハンド５２がワークを円滑に操作できる。

次に図５に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図１に示す実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。

第一アーム２１を昇降する手段として、支持台５に対して第一回転軸１１を昇降する駆動シリンダ７１が設けられる。

第一回転軸１１は、支持台５にベアリング１２を介して回転可能かつ軸方向に摺動可能に支持される。

駆動シリンダ７１から突出するロッドに第一回転軸１１が連結される。駆動シリンダ７１が伸縮作動することにより、第一回転軸１１が図５に矢印で示すように昇降するようになっている。

第一回転軸１１にはスプライン７２が形成される。このスプライン７２に摺動可能に嵌合するギア７３と、このギヤ７３に噛み合うギヤ７４とを備え、このギヤ７４が第一アームモータ１３によって回転駆動される。これにより、第一回転軸１１が昇降しても、第一アームモータ１３の回転がギヤ７４、ギヤ７３、スプライン７２を介して第一回転軸１１に伝えられる。

この場合、駆動シリンダ７１の伸縮作動によって第一回転軸１１と第一アーム２１と第二回転軸３１と第二アーム４１とを介してハンドリング部５１が昇降し、この昇降動作とチャックハンド５２が開閉する動作とが連係して行われることにより、チャックハンド５２がワークを円滑に操作できる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のスカラロボットは、例えば生産ラインにてワークの組み付けや加工等を行う産業ロボットに利用できる。

本発明の実施の形態を示すスカラロボットの斜視図。 同じくスカラロボットの動作を示す平面図。 他の実施の形態を示すスカラロボットの斜視図。 他の実施の形態を示すスカラロボットの斜視図。 他の実施の形態を示すスカラロボットの斜視図。 従来例を示すスカラロボットの動作を示す平面図。

符号の説明

１ スカラロボット
１１ 第一回転軸
２１ 第一アーム
２２ 基端部
２３ 先端部
３１ 第二回転軸
３４ 梁部
３５ ハンドリング凹部
４１ 第二アーム
４３ 先端部
５１ ハンドリング部

Claims (3)

1. 第一回転軸と、
   第一回転軸を中心に回動する第一アームと、
   この第一アームの先端部に設けられる第二回転軸と、
   この第二回転軸を中心に回動する第二アームとを備え、
   この第二アームの先端部にハンドリング部が設けられ、
   前記第一アームと前記第二アームとをそれぞれ回動させることによってこのハンドリング部を少なくとも２次元方向に移動するスカラロボットであって、
   前記第二アームの長さを前記第一アームの長さより短くし、
   前記第一アームに凹状に窪むハンドリング凹部を形成し、
   このハンドリング凹部を前記第二アームと前記第一アームが折り畳まれる収縮状態にて前記ハンドリング部が到達する領域に配置し、
   前記第二アームが一方に回動することにより前記ハンドリング部がこのハンドリング凹部に収まる構成としたことを特徴とするスカラロボット。
2. 前記第二アームと前記第一アームが折り畳まれる最収縮状態にて前記第一回転軸と前記第二回転軸と前記ハンドリング部とがほぼ直線上に並ぶ構成としたことを特徴とする請求項１に記載のスカラロボット。
3. 前記第一アームは、
   前記第一回転軸が連結される基端部と、
   前記第二回転軸が連結される先端部と、
   前記基端部とこの先端部を結ぶ梁部とを有する平板状に形成し、
   前記基端部と前記先端部とこの梁部との間に前記ハンドリング部に係合する前記ハンドリング凹部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のスカラロボット。

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