JP2009154261A

JP2009154261A - 産業ロボット

Info

Publication number: JP2009154261A
Application number: JP2007336536A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Konishi; 豊小西; Yuichi Ota; 裕一太田; Masatoshi Akagawa; 正寿赤川; Yasuo Torigoe; 康夫鳥越; Teruki Ito; 輝樹伊東; Takashi Sakai; 隆史坂井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供。
【解決手段】固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３の先端に第２水平軸ｂと直交する第１旋回軸ｃの回りに回転自在に支持された第１旋回アーム４と、第１旋回アーム４上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム５と、第３垂直アーム５の上に支持された手首機構６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな産業ロボットに関する。

従来の垂直多関節ロボットは、例えば、図４に示すようなベース上に垂直軸のまわりに旋回可能に支持された旋回軸である第１軸、第１軸上に第１水平軸のまわりに回転可能に支持された上腕である第２軸、第２軸上に第１水平軸に平行な第２水平軸のまわりに回転可能に支持された下腕である第３軸、第３軸上に支持された３軸の手首機構の６軸からなり、６軸の各アームを動作させる構造になっている。ロボットが上向きの作業姿勢をとる場合、第２軸・第３軸の複合動作が必要である。そのため、図４に示すように第２軸・第３軸の動作によりロボット上腕部の干渉域や手首部も含めたロボット全体の干渉域が増大してしまうので、結果として実際には狭い場所では動作できす、複数のロボットを稠密に設置することが困難といった課題があった。また、ロボットの上腕と下腕の姿勢が水平に近くなり、重力の影響を大きく受けて、第２軸・第３軸への負荷が大きくなり、モータ・減速機などの機械要素が大きくなってしまう、あるいは減速機の寿命が短くなるといった課題があった。本出願人が提案した特許文献１では、水平多関節型マニピュレータの構造に関する技術が開示されているが、主に上向きの作業を行うときは、アームの旋回による干渉域が大きいため、左右方向に狭い空間への設置や複数のロボットの稠密設置が出来ないという課題があった。
特開平11−216692号公報

本発明の課題は、主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供することにある。

このため本発明によると、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アームの先端に第２水平軸と直交する第１旋回軸の回りに回転自在に支持された第１旋回アームと、前記第１旋回アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有することを特徴とする産業ロボットによって上記本発明の課題を解決した。

本発明では、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アームの先端に第２水平軸と直交する第１旋回軸の回りに回転自在に支持された第１旋回アームと、前記第１旋回アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有するので、従来の産業ロボットの旋回軸、上腕及び下腕といったアーム構造における、アームの旋回による干渉域の増大すること及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域の増大することがないため、旋回軸、上腕及び下腕の干渉域を大幅に減少させ、前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数のロボットを稠密に設置することが可能となり、かつ、係る構成によれば、前後及び左右方向の動作に必要な第１軸および第２軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。

好ましくは、前記第１水平軸の回転中心と前記第２水平軸の回転中心と前記第１旋回軸の回転中心が、同一点上で交わるようにすることで、アームの旋回による干渉域及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域を最小にすることができ、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を最小にすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。

本発明の実施形態の産業ロボットを図１乃至図４を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の産業ロボットの上面図で（ｂ）のＰ矢視上面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図で（ｂ）のＱ矢視右側面図、図２（ａ）は図１（ｂ）の第３垂直アーム５を軸方向に直線移動しかつ第２垂直アーム３を左に傾けた動作姿勢、（ｂ）は図１（ｃ）の第３垂直アーム５を軸方向に直線移動しかつ第１旋回アーム４を右に傾けた動作姿勢、をそれぞれ示す。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同一点ｇ（図１）上で直交している第１水平軸、第２水平軸及び第１旋回軸の異なる動作姿勢をそれぞれ示す斜視図。図４は従来の垂直多関節ロボットの干渉域を示す側面図である。

本発明の実施形態の産業ロボットは、図１、図２で示すように、固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３の先端に第２水平軸ｂと直交する第１旋回軸ｃの回りに回転自在に支持された第１旋回アーム４と、第１旋回アーム４上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム５と、第３垂直アーム５の上に支持された手首機構６とを有する。手首機構６は第１手首軸ｅと第２手首軸ｆの２軸で構成される。図１乃至図３の実施形態の産業ロボットでは、第１水平軸ａと第２水平軸ｂとが直交し、かつ第２水平軸ｂと第１旋回軸ｃとが直交し、さらに第１水平軸ａと第２水平軸ｂと第１旋回軸ｃとは同一交点ｇ（図１）で交わっているが、第１垂直アーム２の第１水平軸ａと第２垂直アーム３の第２水平軸ｂと、または第２垂直アーム３の第２水平軸ｂと第１旋回アーム４の第１旋回軸ｃと、をそれぞれオフセットしてもよく、これにより、水平方向に所望の直線移動可能な第３垂直アーム５と手首機構６の位置を得ることができる。

第１垂直アーム２の上には、第１垂直アーム２を駆動するための第１軸モータ７が取り付けられ、第１軸モータ７が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第１垂直アーム２が回転する。第２垂直アーム３の上に、第２垂直アーム３を駆動するための第２軸モータ８が取り付けられ、第２軸モータ８が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第２垂直アーム３が回転する。さらに第２垂直アーム３には、第１旋回アーム４を駆動するための第３軸モータ９が取り付けられ、第３軸モータ９が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第１旋回アーム４が回転する。第３垂直アーム５の上には、第３垂直アーム５を駆動するための第４軸モータ10が取り付けられ、第４軸モータ10が回転すると、図示しないギヤ、ボールネジを介して第１直動軸ｄに沿って第３垂直アーム５が直動する。

第３垂直アーム４上には、ロボット手首機構６が取付いており、ロボット手首機構６は第１手首軸ｅ、第２手首軸ｆを有する。さらに、前記手首機構６上には、第１手首軸ｅ、第２手首軸ｆを駆動するための手首第１軸モータ11、手首第２軸モータ12が取付けられ、手首第１軸モータ11、手首第２軸モータ12が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して手首機構６を構成する第１手首軸ｅ、第２手首軸ｆが動作し、第１手首軸ｅは曲げ、第２手首軸ｆは回転する機構となっている。

本発明の実施形態の産業ロボットでは、固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３の先端に第２水平軸ｂと直交する第１旋回軸ｃの回りに回転自在に支持された第１旋回アーム４と、第１旋回アーム４上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム５と、第３垂直アーム５の上に支持された手首機構６とを有するので、従来の産業ロボットの旋回軸、上腕及び下腕といったアーム構造における、アームの旋回による干渉域の増大すること及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域の増大することがないため、旋回軸、上腕及び下腕の干渉域を大幅に減少させ、前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数のロボットを稠密に設置することが可能となり、かつ、係る構成によれば、前後及び左右方向の動作に必要な第１軸および第２軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。

図１乃至図３の実施形態の産業ロボットでは、ｇ（図１）は第１水平軸ａと第２水平軸ｂと第１旋回軸ｃの交点を示し、それぞれ図３に示すようにロボット姿勢に関係なく同一点ｇにて交わる。第１垂直アーム２の第１水平軸ａと第２垂直アーム３の第２水平軸ｂ、及び第２垂直アーム３の第２水平軸ｂと第１旋回アーム４の第１旋回軸ｃがそれぞれ直交することにより、アームの旋回による干渉域及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域を最小にすることができ、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を最小にすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
以上述べた実施形態によれば、前記手首機構６は曲げ軸−回転軸のインライン構造となっているが、ロボットの用途によっては、回転軸のみで構成するオフセット構造でもよい。また、直動軸は図示しないボールネジで駆動しているが、ラック−ピニオンで駆動してもよい。

（ａ）は本発明の実施形態の産業ロボットの上面図で（ｂ）のＰ矢視上面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図で（ｂ）のＱ矢視右側面図。（ａ）は図１（ｂ）の第３垂直アーム５を軸方向に直線移動しかつ第２垂直アーム３を左に傾けた動作姿勢、（ｂ）は図１（ｃ）の第３垂直アーム５を軸方向に直線移動しかつ第１旋回アーム４を右に傾けた動作姿勢、をそれぞれ示す。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同一点ｇ（図１）上で直交している第１水平軸、第２水平軸及び第１旋回軸の異なる動作姿勢をそれぞれ示す斜視図。図４は従来の垂直多関節ロボットの干渉域を示す側面図である。

符号の説明

１：固定ベース
２：第１垂直アーム
３：第２垂直アーム
４：第１旋回アーム
５：第３垂直アーム
６：手首機構
ａ：第１水平軸
ｂ：第２水平軸
ｃ：第１旋回軸
ｄ：第１直動軸
ｅ：第１手首軸
ｆ：第２手首軸
ｇ：第１水平軸と第２水平軸と第１旋回軸の交点

Claims

固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アームの先端に第２水平軸と直交する第１旋回軸の回りに回転自在に支持された第１旋回アームと、前記第１旋回アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有することを特徴とする産業ロボット。
前記第１水平軸の回転中心と前記第２水平軸の回転中心と前記第１旋回軸の回転中心が、同一点上で交わることを特徴とする請求項１に記載の産業ロボット。