JP2010158753A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】エンドエフェクターの可動範囲の拡大が図れると共に、可動範囲を自由に変更で
きる多関節ロボットを提供すること。
【解決手段】ベース部１０と、ベース部１０に対して第１関節２０によって回動自在に連
結される第１アーム３０と、第１アーム３０よりも短い長さであって第１アーム３０に対
して第２関節４０によって回動自在に連結される第２アーム５０と、第２アーム５０に装
着されるエンドエフェクター６０とを有する。第１アーム３０に、第１アーム３０を屈曲
して所望の屈曲角度で固定する屈曲固定部３５を設ける。屈曲固定部３５は、第１アーム
３０を構成する２本のアーム部材３１，３３同士を回動自在に連結している部分を締結具
で固定する構造である。
【選択図】図４

Description

本発明は、多関節ロボットに関するものである。

従来、各種工場の生産ラインなどで使用される産業用多関節ロボットは、複数の腕と関
節によりエンドエフェクターを移動させる構造のものが主流である。エンドエフェクター
の可動範囲は、腕の形状によって決まってくる。そして生産ラインが変わると、多関節ロ
ボットに要求されるエンドエフェクターの必要可動範囲も変わってくるため、それに対応
できる汎用性の高い多関節ロボットが望まれている。

一方特許文献１には、エンドエフェクターの可動範囲を広くできる多関節ロボットが開
示されている。この多関節ロボットは、基部アームの先端側に先端アームを取り付け、先
端アームの先端にエンドエフェクターを取り付けた構造の多関節ロボットである。そして
前記基部アームを湾曲形状に形成することで凹状に凹んだ部分にエンドエフェクターを位
置できるように構成している。このように構成すれば、エンドエフェクターの可動範囲を
広くすることができるので、広い可動範囲が要求される生産ラインなどに用いて好適とな
る。しかしながらアーム形状が特殊な形状になってしまうため、汎用性がなく、広い可動
範囲が要求されない生産ラインなどではむしろ使い勝手が悪くなる場合もあった。

特開平３−３７８４号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、エンドエフェクターの可動
範囲の拡大が図れると共に、可動範囲を自由に変更できる多関節ロボットを提供すること
にある。

上記目的を達成するため、本発明にかかる多関節ロボットは、ベース部と、前記ベース
部に対して第１関節によって回動自在に連結される第１アームと、前記第１アームよりも
短い長さであって前記第１アームに対して第２関節によって回動自在に連結される第２ア
ームと、前記第２アームに装着されるエンドエフェクターとを有し、前記第１アームの１
か所以上の位置に、前記第１アームを屈曲して所望の屈曲角度で固定する屈曲固定部を設
けたことを特徴とする。この構成によれば、第１アームに屈曲固定部を設けたので、エン
ドエフェクターの可動範囲の拡大を図ることができる。また屈曲固定部における屈曲角度
が変更できるので、エンドエフェクターの可動範囲を自由に変更することができ、汎用性
が高くなる。このためたとえ各種工場の生産ラインなどが変わって多関節ロボットに要求
されるエンドエフェクターの必要可動範囲が変わっても、それに容易に対応できる。

また本発明は、前記屈曲固定部が、前記第１アームを構成する複数のアーム部材同士を
回動自在に連結している部分を締結具で固定する構造であることを特徴とする。この構成
によれば、屈曲固定部における屈曲角度の変更及び固定を容易に行うことができる。

また本発明は、前記屈曲固定部が、前記第１アームに対して前記第２アームを回動した
際にエンドエフェクターが接近する位置にあることを特徴とする。この構成によれば、エ
ンドエフェクターの可動範囲を効果的に拡大することができる。

また本発明は、前記屈曲固定部に屈曲角度測定手段を設けたことを特徴とする。この構
成によれば、屈曲角度の設定・調節・変更などを容易に行うことができる。なおこの屈曲
角度測定手段によって測定した測定値を、コンピューターなどの制御手段に入力すること
で、自動的にエンドエフェクターの位置を認識させることができる。

多関節ロボット１−１の概略側面図である。 多関節ロボット１−１の概略平面図である。 屈曲固定部３５の例を示す要部概略拡大断面図である。 多関節ロボット１−１の動作説明図である。 多関節ロボット１−１の動作説明図である。 多関節ロボット１−２の概略側面図である。 多関節ロボット１−２の概略平面図である。 多関節ロボット１−２の動作説明図である。 多関節ロボット１−２の動作説明図である。 多関節ロボット１−３の概略側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形
態にかかる水平多関節ロボット（以下「多関節ロボット」という）１−１の概略側面図、
図２は多関節ロボット１−１の概略平面図である。両図に示すように多関節ロボット１−
１は、静止側の部材に固定されるベース部１０と、前記ベース部１０に対して第１関節２
０の部分で回動自在に連結される第１アーム３０と、前記第１アーム３０よりも短い長さ
（この例では約半分の長さ）であって前記第１アーム３０に対して第２関節４０の部分で
回動自在に連結される第２アーム５０と、第２アーム５０の前記第２関節４０を設けた反
対側の端部近傍に装着されるエンドエフェクター６０とを有して構成されている。

ベース部１０は静止側の部材に固定される基体であり、その上面に第１関節２０を介し
て第１アーム３０の一端近傍部分が水平方向に回動可能に連結されている。第１関節２０
はステッピングモータなどのモータ（駆動手段）によって構成され、モータのステータ側
とローター側の部分をそれぞれベース部１０と第１アーム３０に固定することで、ベース
部１０に対して第１アーム３０を回動（旋回）自在に駆動する構成となっている。

第１アーム３０は棒状の２本のアーム部材３１，３３を屈曲固定部３５において固定し
、その一方の端部近傍に前記第１関節２０を取り付け、もう一方の端部近傍に第２関節４
０を取り付けている。図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ屈曲固定部３５の例を示す要部概略
拡大断面図である。すなわち２本のアーム部材３１，３３の端部同士を重ね合わせ、両者
に設けた締結具挿通孔３７，３９を一致させて締結具挿通孔３７側からボルト４１（４３
）を挿入する。そして締結具挿通孔３９から突出するボルト４１（４３）の先端にナット
４５（４７）をねじ込んで両アーム部材３１，３３を締結すれば、屈曲固定部３５が構成
される。この実施形態ではボルト４１（４３）とナット４５（４７）が締結具である。屈
曲固定部３５をこのように構成することで、２本のアーム部材３１，３３を、所望の屈曲
角度で固定することができる。たとえば、図２においては屈曲角度θ１は１８０°になっ
ているが、下記する図４においては屈曲角度θ２は１０５°になっている。また屈曲固定
部３５には屈曲角度（絶対角度）を測定するための目盛り（屈曲角度測定手段）Ｍ１が形
成されている。

第２アーム５０は１本の棒部材によって構成され、その一方の端部近傍に第２関節４０
を取り付け、もう一方の端部近傍にエンドエフェクター６０を取り付けている。第２関節
４０も前記第１関節２０と同様、ステッピングモータなどのモータ（駆動手段）によって
構成されている。そしてモータのステータ側とローター側の部分をそれぞれ第１アーム３
０と第２アーム５０に固定することで、第１アーム３０に対して第２アーム５０を水平面
内で回動（旋回）自在に駆動する構成となっている。

エンドエフェクター６０は、各種工場の生産ラインなどで使用される作業工具やハンド
などであり、第２アーム５０に対して上下動や回転するように取り付けられている。なお
場合によってはエンドエフェクター６０は第２アーム５０に対して固定してもよい。

以上のように構成されている多関節ロボット１−１において、たとえば図４に示すよう
に第１アーム３０の屈曲固定部３５の部分を所定角度θ２だけ屈曲して固定しておく。こ
れによって図５に示すように、第２アーム５０を第１アーム３０に対して回動した際に、
エンドエフェクター６０は前記屈曲固定部３５で凹部になっている部分に入り込む位置ま
で回動できる。したがってエンドエフェクター６０の可動範囲を広くすることができるの
で、広い可動範囲が要求される生産ラインなどに用いて好適となる。特にこの実施形態の
ように、第２アーム５０の長さを第１アーム３０の長さの略半分にしておくと、エンドエ
フェクター６０が接近する位置に屈曲固定部３５が位置し、エンドエフェクター６０を第
１アーム３０の凹状に凹んでいる最も奥の位置まで移動できる。したがってエンドエフェ
クター６０の可動範囲を効果的に拡大することができる。なお屈曲固定部３５には目盛り
Ｍ１が設けられているので、屈曲角度θ２の設定・調節・変更を容易かつ正確に行うこと
ができる。

一方エンドエフェクター６０の可動範囲を広くする必要がない場合であって、エンドエ
フェクター６０をベース部１０から遠い位置まで移動させたい場合は、たとえば図２に示
すように、前記屈曲固定部３５の屈曲角度θ１を１８０°に変更して固定すればよい。

たとえば前記のように設定した屈曲角度θ１，θ２をこの多関節ロボット１−１を制御
するコンピューターなどからなる制御部に入力することで、制御部にエンドエフェクター
６０の位置を認識させることができる。

上記実施形態では屈曲角度θ１（θ２）を測定する屈曲角度測定手段として目盛りＭ１
を用いたが、その代りに（またはそれとともに）屈曲固定部３５に、屈曲角度自動測定用
の角度センサ（絶対角度センサ）を取り付け、これを屈曲角度測定手段としてもよい。こ
のように構成すれば、屈曲角度θ１（θ２）が自動的に測定でき、例えばその測定値を直
接前記制御部に入力させることで、自動的にエンドエフェクター６０の位置を制御部に認
識させることができる。

このように多関節ロボット１−１によれば、第１アーム３０に屈曲固定部３５を設けた
ので、エンドエフェクター６０の可動範囲の拡大を図ることができる。また屈曲固定部３
５における屈曲角度を変更することでエンドエフェクター６０の可動範囲を自由に変更す
ることができる。したがって汎用性が高くなる。このためたとえ各種工場の生産ラインな
どが変わって多関節ロボット１−１に要求されるエンドエフェクター６０の必要可動範囲
が変わっても、それに容易に対応できる。またこの多関節ロボット１−１によれば、屈曲
固定部３５の構造を、２つのアーム部材３１，３３を回動自在に連結している部分を締結
具〔ボルト４１（４３）とナット４５（４７）〕で固定する構造としたので、屈曲固定部
３５における屈曲角度の変更及び固定を容易に行うことができる。

図６は本発明の第２実施形態にかかる水平多関節ロボット（以下「多関節ロボット」と
いう）１−２の概略側面図、図７は多関節ロボット１−２の概略平面図である。両図に示
す多関節ロボット１−２において、前記図１〜図５に示す多関節ロボット１−１と同一又
は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図
１〜図５に示す実施形態と同じである。

この多関節ロボット１−２において、前記多関節ロボット１−１と相違する点は、第１
アーム３０に設ける屈曲固定部３５を２か所（３５−１，２）とし、３本のアーム部材３
１，３３，３４を前記２つの屈曲固定部３５−１，２において固定した点のみである。３
本のアーム部材３１，３３，３４の長さはほぼ同一である。２か所の屈曲固定部３５−１
，２の固定はいずれも、前記多関節ロボット１−１の屈曲固定部３５の固定と同様に、締
結具〔ボルト４１（４３）とナット４５（４７）〕によって行われる。各屈曲固定部３５
−１，２に屈曲角度を測定するための屈曲角度測定手段（目盛り）Ｍ１が形成されている
点も前記多関節ロボット１−１と同じである。

またこの多関節ロボット１−２においても、第２アーム５０の長さは、第１アーム３０
全体の長さよりも短い長さになっている。

そしてたとえば図８に示すように、第１アーム３０の両屈曲固定部３５−１，２の部分
をそれぞれ所定角度θ３，θ４ずつ屈曲して固定する。これによって図９に示すように、
第２アーム５０を第１アーム３０に対して回動した際に、エンドエフェクター６０は前記
屈曲固定部３５−１，２によって凹部となっている部分に入り込む位置まで回動できる。
したがってエンドエフェクター６０の可動範囲を広くすることができるので、広い可動範
囲が要求される生産ラインなどに用いて好適となる。特にこの実施形態では、第１アーム
３０に対して第２アーム５０を回動した際にエンドエフェクター６０が両屈曲固定部３５
−１，２の間の位置に接近する。したがってエンドエフェクター６０を屈曲固定部３５−
１，２によって凹部となっている部分の最も奥まで移動でき、したがってエンドエフェク
ター６０の可動範囲を効果的に拡大することができる。

なおエンドエフェクター６０の可動範囲を広くする必要がない場合であって、エンドエ
フェクター６０をベース部１０から遠い位置まで移動させたい場合は、たとえば図７に示
すように、屈曲固定部３５−１，２の屈曲角度θ３，θ４を１８０°に変更して固定すれ
ばよい。

この多関節ロボット１−２の場合も、第１アーム３０に屈曲固定部３５−１，２を設け
たので、エンドエフェクター６０の可動範囲の拡大を容易に図ることができる。また屈曲
固定部３５−１，２における屈曲角度を変更することでエンドエフェクター６０の可動範
囲を自由に変更することができる。

図１０は本発明の第３実施形態にかかる垂直多関節ロボット（以下「多関節ロボット」
という）１−３の概略側面図である。同図に示す多関節ロボット１−３において、前記図
１〜図５に示す多関節ロボット１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下
で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図５に示す実施形態と同じである。

この多関節ロボット１−３において、前記多関節ロボット１−１と相違する点は、第１
アーム３０と第２アーム５０を、垂直方向を向く面に沿って回動するように構成し、かつ
ベース部１０を垂直軸を中心に回動できるように構成した点のみである。つまりこの多関
節ロボット１−３は、第１，第２アーム３０，５０の回動方向が前記多関節ロボット１−
１と異なる点を除き、その作用・効果は前記多関節ロボット１−１と同様である。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく
、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変
形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本
願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば上記実
施形態では、第１アーム３０の１または２か所に屈曲固定部３５を設けたが、３ヶ所以上
の位置に屈曲固定部３５を設けてもよい。また上記各実施形態では第１アーム３０を構成
するアーム部材３１，３３，３４の形状をいずれも直線形状で形成したが、湾曲形状や屈
曲形状などで形成してもよい。

１−１ 多関節ロボット（水平多関節ロボット）、１０ ベース部、２０ 第１関節（駆
動手段）、３０ 第１アーム、３１，３３，３４ アーム部材、３５，３５−１，３５−
２ 屈曲固定部、４０ 第２関節（駆動手段）、４１，４３ ボルト（締結具）、４５，
４７ ナット（締結具）、５０ 第２アーム、６０ エンドエフェクター、θ１，θ２，
θ３，θ４ 屈曲角度、Ｍ１ 目盛り、１−２ 多関節ロボット（水平多関節ロボット）
、１−３ 多関節ロボット（垂直多関節ロボット）

Claims (4)

1. ベース部と、前記ベース部に対して第１関節によって回動自在に連結される第１アーム
   と、前記第１アームよりも短い長さであって前記第１アームに対して第２関節によって回
   動自在に連結される第２アームと、前記第２アームに装着されるエンドエフェクターとを
   有し、前記第１アームの１か所以上の位置に、前記第１アームを屈曲して所望の屈曲角度
   で固定する屈曲固定部を設けたことを特徴とする多関節ロボット。
2. 請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、
   前記屈曲固定部は、前記第１アームを構成する複数のアーム部材同士を回動自在に連結
   している部分を締結具で固定する構造であることを特徴とする多関節ロボット。
3. 請求項１または２に記載の多関節ロボットにおいて、
   前記屈曲固定部は、前記第１アームに対して前記第２アームを回動した際にエンドエフ
   ェクターが接近する位置にあることを特徴とする多関節ロボット。
4. 請求項１乃至３の内のいずれかに記載の多関節ロボットにおいて、
   前記屈曲固定部には、屈曲角度測定手段が設けられていることを特徴とする多関節ロボ
   ット。

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