JP2012187667A

JP2012187667A - 多関節型ロボット

Info

Publication number: JP2012187667A
Application number: JP2011053388A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Satao; 圭輔佐田尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】占有空間の縮小を図りつつ、先端部を上下に直進運動させる多関節型ロボットを得ること。
【解決手段】多関節型ロボット５０は、第１回転軸１３ａで回転可能とされた第１アーム２１と、第１アームに沿って移動するスライド部６と、スライド部に第２回転軸１３ｂで連結された第１リンク部３と、第１リンク部に第３回転軸１３ｃで連結された第１先端部１０と、第１アームと第４回転軸１３ｄで連結され、第１リンク部に第５回転軸１３ｅで連結された第２リンク部４と、を備え、第２回転軸は、第１回転軸および第１アームの延びる方向と略垂直に設けられ、第４回転軸は、第２回転軸と第３回転軸との略中央に設けられ、第５回転軸は、スライド部の移動する延長線上に位置し、第４回転軸と第５回転軸との距離は、第２回転軸と第３回転軸との距離の略半分の距離とされ、第３，４，５回転軸は、第２回転軸と略平行に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多関節型ロボットに関し、特にその先端の直動伸縮機構に関するものである。

多関節型ロボットには、アームの先端部に設けられたメカニカルインターフェース（メカニカルＩ／Ｆ）を上下に直進運動させる機構を備えるものがある。例えば、アームに回転可能に設けられたボールネジナットと、ボールネジナットと組み合わされて上下に延びるボースネジスプラインシャフトとを備え、ボールネジナットを回転駆動させることで、ボースネジスプラインシャフトの先端に設けられたメカニカルＩ／Ｆを直動させる。また、特許文献１には、リンク構造とメカニカルＩ／Ｆとリンクとの間に直動案内機構を設けることにより、メカニカルＩ／Ｆとアームとの平行を保ちながら、上下運動を可能とする技術が開示されている。

特開平６−３９７５８号公報

しかしながら、上記のような従来の多関節型ロボットの直動伸縮機構では、メカニカルＩ／Ｆの位置を高くすると、ボールネジスプラインのシャフトの上端や直動案内機構の位置も高くなるため、ボールネジスプラインのシャフトの上端などが上方に突出してしまう場合がある。ボールネジスプラインのシャフトの上端などが上方に突出することで、多関節形ロボットの占有空間が大きくなる。そのため、周辺装置や建物構造との干渉を避けて多関節型ロボットを円滑に動作させるために大きなスペースが必要となってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、占有空間の縮小を図りつつ、先端部を上下に直進運動させることのできる多関節型ロボットを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１回転軸を中心に回転可能とされた第１アームと、第１アームに設けられて、第１アームの伸びる方向と略平行にスライド移動するスライド部と、スライド部に第２回転軸を中心として回転可能に一端側で連結された第１リンク部と、第１リンク部の他端側に第３回転軸を中心として回転可能に連結された第１先端部と、第１アームと第４回転軸を中心として回転可能に連結され、第１リンク部に第５回転軸を中心として回転可能に連結された第２リンク部と、を備え、第２回転軸は、第１回転軸および第１アームの延びる方向と略垂直な方向に延びるように設けられ、第３回転軸は、第２回転軸と略平行に設けられ、第４回転軸は、第２回転軸と略平行に設けられるとともに、第２回転軸と第３回転軸との略中央部分に設けられ、第５回転軸は、スライド部のスライド移動する延長線上に位置するとともに、第２回転軸と略平行に設けられ、第４回転軸と第５回転軸との距離は、第２回転軸と第３回転軸との距離の略半分の距離とされ、スライド部が第５回転軸に近接するように移動すると第１先端部が第１アーム側に直線移動し、スライド部が第５回転軸から離間するように移動すると第１先端部が第１アームから離間する側に直線移動することを特徴とする。

本発明によれば、占有空間の縮小を図りつつ、先端部を上下に直進運動させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる多関節型ロボットの概略構成を示す図である。図２は、図１に示す多関節型ロボットにおいて、第１メカニカルＩ／Ｆおよび第２メカニカルＩ／Ｆを上方に移動させた状態を示す図である。図３は、比較例としての多関節型ロボットの概略構成を示す図である。図４は、図３に示す多関節型ロボットにおいて、先端部を上方に移動させた状態を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる多関節型ロボットを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる多関節型ロボットの概略構成を示す図である。多関節型ロボット５０は、支持筐体２０、第２アーム２２、第１アーム２１、第１リンク部３、第２リンク部４、第１メカニカルＩ／Ｆ（第１先端部）１０、第２メカニカルＩ／Ｆ（第２先端部）１１、補助リンク部１２などの複数の機械的要素を備えて構成される。多関節型ロボット５０は、これら複数の機械的要素が互いに回転可能に連結されて、先端部である第１メカニカルＩ／Ｆ１０を上下に直進運動させる。

支持筐体２０は、建物構造などに固定されて、上述した各機械的要素を支持する。なお、以下の説明において、支持筐体２０が水平な固定面に固定された状態を例に挙げて説明する。したがって、支持筐体２０を鉛直な固定面に固定した場合など、固定面の状態に応じて、以下の説明で用いる「上」、「下」などの方向は変化する。支持筐体２０の天面には、第９回転軸１３ｉを中心として回転可能に第２アーム２２が連結されている。第９回転軸１３ｉは、鉛直方向に延びる軸である。

第２アーム２２は、支持筐体２０との連結箇所から水平に延びる形状を呈している。第２アーム２２のうち、支持筐体２０に連結された一端側の反対側となる他端側には、第１回転軸１３ａを中心として回転可能に第１アーム２１が連結されている。第１回転軸１３ａは、第９回転軸１３ｉと平行、すなわち鉛直方向に延びる軸である。

第１アーム２１は、第２アーム２２の下側に連結される。第１アーム２１は、第２アーム２２との連結箇所から水平に延びる形状を呈している。第１アーム２１は、第１回転軸１３ａを中心に３６０度回転させても、支持筐体２０に衝突しない長さに形成されている。第１アーム２１には、自身の延びる方向と平行に延びるようにボールネジ軸５が設けられている。

ボールネジ軸５は、第１アーム２１に設けられたモータ８に駆動されることで回転する。ボールネジ軸５の一端に設けられたタイミングプーリ７ａと、モータ８の回転軸に設けられたタイミングプーリ７ｂとがタイミングベルト７ｃを介して連結されることで、モータ８の駆動力をボールネジ軸５に伝えることができる。

ボールネジ軸５には、ボールネジナット（スライド部）６が組み合わされている。ボールネジ軸５が回転することで、ボールネジナット６はボールネジ軸５に沿って水平に移動する。ボールネジナット６には、第２回転軸１３ｂを中心として回転可能に第１リンク部３が連結される。

第１リンク部３は、ボールネジナット６から下方に垂れ下がるように連結される。第２回転軸１３ｂは、第１回転軸１３ａおよびボールネジ軸５の延びる方向と略垂直に延びる軸である。すなわち、図１において、第２回転軸１３ｂは紙面に対して奥行き方向に延びる軸となっている。

第１リンク部３のうち、ボールネジナット６に連結された一端側の反対側となる他端側には、第３回転軸１３ｃを中心として回転可能に第１メカニカルＩ／Ｆ１０が連結されている。第３回転軸１３ｃは、第２回転軸１３ｂと略平行に延びる軸である。

第１リンク部３には、第４回転軸１３ｄを中心として回転可能に第２リンク部４が連結される。第４回転軸１３ｄは、第２回転軸１３ｂと略平行に延びる軸である。第１リンク部３と第２リンク部４とを連結する第４回転軸１３ｄは、第２回転軸１３ｂと第３回転軸１３ｃとの略中央部分に設けられる。

第２リンク部４のうち、第１リンク部３に連結された一端側の反対側となる他端側は、第５回転軸１３ｅを中心として回転可能に第１アーム２１に連結される。第５回転軸１３ｅは、第２回転軸１３ｂと略平行に延びる軸である。第２リンク部４と第１アーム２１とを連結する第５回転軸１３ｅは、ボールネジナット６が移動する延長線上に設けられる。

また、第４回転軸１３ｄと第５回転軸１３ｅとの間の距離が、第２回転軸１３ｂと第３回転軸１３ｃとの間の距離の略半分の距離となるように、第５回転軸１３ｅの位置が定められる。これにより、第４回転軸１３ｄと第５回転軸１３ｅとの間の距離と、第４回転軸１３ｄと第２回転軸１３ｂとの距離とが等しくなる。

第１メカニカルＩ／Ｆ１０の上側にはモータ９が取り付けられる。また、第１メカニカルＩ／Ｆ１０の下側には第２メカニカルＩ／Ｆ１１が設けられる。モータ９の回転軸は、第２メカニカルＩ／Ｆ１１に連結されている。モータ９が駆動することで、第８回転軸１３ｈを中心として第２メカニカルＩ／Ｆ１１が回転する。

第１メカニカルＩ／Ｆや第２メカニカルＩ／Ｆには、多関節型ロボット５０の作業目的に合わせて様々なアタッチメントを取り付けることが可能である。例えば、多関節型ロボット５０に対象物を移動させる場合には、対象物を把持するためのハンドを取り付けることができる。第２メカニカルＩ／Ｆ１１が回転可能に取り付けられているので、ハンドなどのアタッチメントも回転させることができる。

さらに、第１メカニカルＩ／Ｆ１０とボールネジナット６とを連結する補助リンク部１２が設けられる。補助リンク部１２は、第１リンク部３と略平行に設けられる。補助リンク部１２は、第６回転軸１３ｆを中心として回転可能にボールネジナット６に連結される。第６回転軸１３ｆは、第２回転軸１３ｂと略平行に延びる軸である。

補助リンク部１２は、第７回転軸１３ｇを中心として回転可能に第１メカニカルＩ／Ｆ１０に連結される。第７回転軸１３ｇは、第２回転軸１３ｂと略平行に延びる軸である。また、第６回転軸１３ｆと第７回転軸１３ｇとの間の距離は、第２回転軸１３ｂと第３回転軸１３ｃとの間の距離と略等しい。

以上説明した多関節型ロボット５０の構造によれば、モータ８を駆動してボールネジ軸５を回転させ、ボールネジナット６を第１アーム２１の延びる方向に沿って移動させれば、第１メカニカルＩ／Ｆ１０および第２メカニカルＩ／Ｆ１１を上下に直進移動させることができる。

図２は、図１に示す多関節型ロボット５０において、第１メカニカルＩ／Ｆ１０および第２メカニカルＩ／Ｆ１１を上方に移動させた状態を示す図である。ボールネジナット６が第１アーム２１の延びる方向に沿って移動すれば、第１メカニカルＩ／Ｆ１０および第２メカニカルＩ／Ｆ１１が上下に直進移動するので、図２に示すように、メカニカルＩ／Ｆ１０，１１を上方に移動させた場合であっても、第１アーム２１より上方に機械要素を突出させずに済む。これにより、多関節型ロボット５０の占有空間の縮小化を図ることができる。

また、補助リンク部１２が、第１リンク部３と略平行に設けられ、第６回転軸１３ｆと第７回転軸１３ｇとの間の距離が、第２回転軸１３ｂと第３回転軸１３ｃとの間の距離と略等しくされているので、第１メカニカルＩ／Ｆ１０および第２メカニカルＩ／Ｆ１１の姿勢を変化させずに上下に直進移動させることができる。具体的には、第８回転軸１３ｈと第１回転軸１３ａとの平行を保ったまま、メカニカルＩ／Ｆ１０，１１を上下に直進移動させることができる。

また、メカニカルＩ／Ｆ１０，１１の位置に関わらず、第１リンク部３などの機械要素が第１アーム２１よりも上方に突出しないので、本実施の形態のように第１アーム２１を第２アーム２２の下方に連結すれば、第１アーム２１の回転位置に関わらず、機械要素と第２アーム２２が接触するのを防ぐことができる。また、第１アーム２１を支持筐体２０に到達しない長さに形成すれば、メカニカルＩ／Ｆ１０，１１の位置に関わらず第１アーム２１を３６０度回転させることができる。

図３は、比較例としての多関節型ロボットの概略構成を示す図である。図４は、図３に示す多関節型ロボットにおいて、先端部を上方に移動させた状態を示す図である。比較例としての多関節型ロボット１００は、図３に示すように、ボールネジ軸５５を鉛直に延びるように設けている。そして、ボールネジ軸５５に組み合わされたボールネジナット５６を回転させることで、ボールネジ軸５５の先端に設けた先端部６０を上下させる構成となっている。

比較例としての多関節型ロボット１００では、図４に示すように、先端部６０を上方に移動させた場合に、ボールネジ軸５５が第１アーム７１よりも上方に突出してしまい、多関節型ロボット１００の占有面積の縮小化を図ることが難しい。

また、第１アーム７１を第２アーム７２の下側に連結した場合であっても、上方に突出する可能性のある機械要素（ボールネジ軸５５）と第２アーム７２が衝突しないように、先端部６０の位置を気にしながら第１アーム７１を回転させなければならず、その制御が煩雑になってしまう。

以上のように、本発明にかかる多関節型ロボットは、先端部を上下に直進移動させる多関節型ロボットに有用である。

３第１リンク部
４第２リンク部
５ボールネジ軸
６ボールネジナット
７ａタイミングプーリ
７ｂタイミングプーリ
７ｃタイミングベルト
８モータ
９モータ
１０第１メカニカルＩ／Ｆ（第１先端部）
１１第２メカニカルＩ／Ｆ（第２先端部）
１２補助リンク部
１３ａ第１回転軸
１３ｂ第２回転軸
１３ｃ第３回転軸
１３ｄ第４回転軸
１３ｅ第５回転軸
１３ｆ第６回転軸
１３ｇ第７回転軸
１３ｈ第８回転軸
１３ｉ第９回転軸
２０支持筐体
２１第１アーム
２２第２アーム
５０多関節型ロボット
５５ボールネジ軸
５６ボールネジナット
６０先端部
７１第１アーム
７２第２アーム
１００多関節型ロボット

Claims

第１回転軸を中心に回転可能とされた第１アームと、
前記第１アームに設けられて、前記第１アームの伸びる方向と略平行にスライド移動するスライド部と、
前記スライド部に第２回転軸を中心として回転可能に一端側で連結された第１リンク部と、
前記第１リンク部の他端側に第３回転軸を中心として回転可能に連結された第１先端部と、
前記第１アームと第４回転軸を中心として回転可能に連結され、前記第１リンク部に第５回転軸を中心として回転可能に連結された第２リンク部と、を備え、
前記第２回転軸は、前記第１回転軸および前記第１アームの延びる方向と略垂直な方向に延びるように設けられ、
前記第３回転軸は、前記第２回転軸と略平行に設けられ、
前記第４回転軸は、前記第２回転軸と略平行に設けられるとともに、前記第２回転軸と前記第３回転軸との略中央部分に設けられ、
前記第５回転軸は、前記スライド部のスライド移動する延長線上に位置するとともに、前記第２回転軸と略平行に設けられ、
前記第４回転軸と前記第５回転軸との距離は、前記第２回転軸と前記第３回転軸との距離の略半分の距離とされ、
前記スライド部が前記第５回転軸に近接するように移動すると前記第１先端部が前記第１アーム側に直線移動し、前記スライド部が前記第５回転軸から離間するように移動すると前記第１先端部が前記第１アームから離間する側に直線移動することを特徴とする多関節型ロボット。
一端側で前記スライド部に第６回転軸を中心として回転可能に連結され、他端側で前記第１先端部に第７回転軸を中心として回転可能に連結された補助リンク部をさらに備え、
前記第６回転軸は、前記第２回転軸と略平行に設けられ、
前記第７回転軸は、前記第２回転軸と略平行に設けられ、
前記第６回転軸と前記第７回転軸との距離は、前記第２回転軸と前記第３回転軸との距離と略等しい距離とされることを特徴とする請求項１に記載の多関節型ロボット。
前記第１関節部に対して回転可能に設けられた第２先端部と、
前記第２先端部を回転させるモータと、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節型ロボット。
前記第１アームを前記第１回転軸で回転可能に支持する第２アームをさらに備え、
前記第２アームは、前記第１アームに対して前記第１先端部が設けられた側の反対側に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の多関節型ロボット。