JP2015100851A - 水平多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】作業軸どうしの干渉を防止しながら、作業内容に制約を受けることがない複数の作業軸を備え、生産性が向上する水平多関節ロボットを提供する。【解決手段】支持板６に回転自在に支持された第１のアーム９と、第１のアーム９に第２の回転軸１４を中心として回転自在に支持された第２のアーム１３とを備える。第２のアーム１３における回転方向へ離間した複数の作業部１３Ａに、上下方向に移動自在かつ回転自在に支持された作業軸２２と、作業軸２２を上下方向に移動させる昇降装置２４と、作業軸２２を上下方向の軸線を中心として回転させる回転装置２３とを備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、作業軸を複数備えた水平多関節ロボットに関するものである。

従来の水平多関節ロボットは、例えば特許文献１に記載されているように、作業ヘッドが１つであるものが多い。この特許文献１に開示された水平多関節ロボットは、互いに回動可能に連結された複数のアームからなる回転部と、この回転部の先端部分に上下方向に延びる状態で設けられた１本の作業軸とを備えている。この作業軸は、作業ヘッドを構成するもので、アームに上下方向へ移動可能かつ回転可能に設けられている。この作業軸の下端部には、作業用の工具が取付けられている。

一方、特許文献２には、複数の作業ヘッドを備えた水平多関節ロボットが開示されている。この水平多関節ロボットは、アームの先端部分に設けられた作業軸に複数のチャックが装着されている。この作業軸は、アームに回転可能に取付けられている。複数のチャックは、個々に上下方向にのみ移動できるものである。

特開平３−１６６０８３号公報 特開２００３−１５９６８７号公報

特許文献１に開示されている水平多関節ロボットでは、１つの作業ヘッドで作業を行わなければならないから、生産性を高くするにも限界があった。生産性を高くするためには、１つの作業エリア内で複数の水平多関節ロボットを同時に動作させることが考えられる。しかし、このようにすると、一方のロボットと他方のロボットとが互いに干渉することがあり、作動ヘッドどうしが接触してしまうおそれがある。また、１つのパーツフィーダーからパーツを取り出す場合は、一方のロボットがパーツを取り出して退避した後に他方のロボットでパーツを取り出さなければならないから、他方のロボットが待機する時間が必要になってしまう。すなわち、複数の水平多関節ロボットを使用したとしても、必ずしも生産性が高くなるとは限らない。

このような不具合は、特許文献２に開示されているように、１つの作業軸に複数の工具を取付けることによって、ある程度は解消することができる。しかし、特許文献２に開示されている多関節ロボットは、作業内容に制約があるという問題がある。この理由は、この水平多関節ロボットの工具（チャック）は、上下方向にのみ移動するものだからである。このロボットにおいて、工具を上下方向の軸線回りに回転させるときは、全ての工具が作業軸を中心にして回転する。

複数の工具のうち作業軸から水平方向に離間した位置にある工具は、作業軸を中心にして回転すると、水平方向の位置が大きく変わってしまう。このような場合は、工具の水平方向の位置を修正するために、アームが水平方向に移動することになる。すなわち、作業軸と同一軸線上に位置していない工具が回転する作業は、アームの移動が伴うために作業能率が著しく低くなるから、上述したように作業内容に制約を受けることになる。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、作業軸どうしが干渉することを防ぎながら、作業内容に制約を受けることがない複数の作業軸を備え、生産性が向上する水平多関節ロボットを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る水平多関節ロボットは、支持部材に上下方向へ延びる第１の回転軸を中心として回転自在に支持された第１のアームと、前記第１のアームに前記第１の回転軸と平行な第２の回転軸を中心として回転自在に支持され、回転中心部から水平方向に延びる第２のアームと、前記第２のアームにおける回転方向へ離間した複数の作業部に上下方向へ延びる状態でそれぞれ設けられ、上下方向に移動自在かつ上下方向の軸線を中心として回転自在な作業軸と、前記複数の作業部にそれぞれ設けられ、前記作業軸を上下方向に移動させる昇降装置と、前記複数の作業部にそれぞれ設けられ、前記作業軸を上下方向の軸線を中心として回転させる回転装置とを備えているものである。

本発明は、前記発明において、前記第１のアームは、前記支持部材より下方に配置され、前記第２のアームは、前記第１のアームより下方に配置され、前記作業軸は、下端部にツールが取付けられるものであることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記各作業軸は、前記第２の回転軸を中心とする同一円周上に位置付けられていることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記複数の作業軸のうち少なくとも一つの作業軸は、上下方向から見て前記第２の回転軸からこの作業軸に至る方向と、第１のアームが延びる方向とが平行になる状態において、前記第１のアームより前記第２の回転軸とは反対側に位置付けられていることを特徴とする。

本発明に係る水平多関節ロボットの作業軸は、第２のアームの作業部に対して昇降および回転が可能である。このため、本発明に係る水平多関節ロボットは、作業内容に制約を受けることがない複数の作業ヘッドが第２の回転軸を中心として回転可能に装備されたものとなる。これらの作業ヘッドは、所定の間隔をおいて互いに離間した状態に保たれるから、互いに干渉し合うことはない。

このため、本発明に係る水平多関節ロボットにおいては、作業ヘッドどうしが干渉することを防ぐことができるとともに、作業内容に制約を受けることがない複数の作業ヘッドが装備される。
したがって、本発明によれば、生産性が向上する水平多関節ロボットを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による水平多関節ロボットの側面図である。図１においては、第２のアームの一部を破断した状態で描いてある。 本発明の第１の実施の形態による水平多関節ロボットの底面図である。 本発明の第１の実施の形態による水平多関節ロボットの作業可能な領域を説明するための底面図である。 作業部を４箇所に備えた第２の実施の形態による水平多関節ロボットの底面図である。 作業部を３箇所に備えた第２の実施の形態による水平多関節ロボットの底面図である。 第３の実施の形態による水平多関節ロボットの側面図である。 第３の実施の形態による水平多関節ロボットの底面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る水平多関節ロボットの一実施の形態を図１〜図３によって詳細に説明する。
図１に示す水平多関節ロボット１は、作業室２の天井３に取付けられるベース部４と、このベース部４に吊り下げられた状態で動作する回転部５とを備えている。

ベース部４は、天井３に固定される支持板６に第１の駆動装置７を組み付けることによって構成されている。第１の駆動装置７は、後述する回転部５を上下方向に延びる第１の回転軸８を中心にして回転させるものである。
第１の回転軸８は、上下方向に延びる状態で支持板６に回転自在に支持されている。この第１の回転軸８の下端部には、後述する回転部５の第１のアーム９が一体に回転する状態で接続されている。

第１の駆動装置７は、上述した第１の回転軸８と、この第１の回転軸８に第１の減速機１０を介して接続された第１のモータ１１と、これらの部材を覆うカバー１２とを備えている。第１のモータ１１は、図示していない支持用ブラケットによって支持板６に支持されている。この実施の形態においては、この支持板６によって本発明でいう「支持部材」が構成されている。

回転部５は、天井３の下方近傍で水平方向に延びる第１のアーム９と、この第１のアーム９より下方に配置された第２のアーム１３とを備えている。第２のアーム１３は、詳細は後述するが、第１のアーム９の先端部に第１の回転軸８と平行な第２の回転軸１４を中心として回転自在に支持されている。
第１のアーム９は、支持板６より下方に配置されており、支持板６に第１の回転軸８を中心として回転自在に支持されている。この第１のアーム９は、上述した第１の駆動装置７による駆動によって、第１の回転軸８を中心として水平方向に回転する。

第２の回転軸１４は、第２のモータ１５と第２の減速機１６とによって構成されている。これらの第２のモータ１５と第２の減速機１６は、軸線方向が上下方向を指向する状態で第１のアーム９と第２のアーム１３との間に介在している。
第２のモータ１５は、第１のアーム９の先端部に固定されている。第２の減速機１６は、第２のモータ１５の下端部に接続されている。第２のアーム１３は、第２の減速機１６の下端部に接続されている。第２のモータ１５の回転は、第２の減速機１６によって減速されて第２のアーム１３に伝達される。

第２のアーム１３は、複数の作業部１３Ａを備えている。この実施の形態による複数の作業部１３Ａは、第２のアーム１３の回転方向へ離間して配置されており、それぞれ回転中心部（第２の減速機１６）から水平方向に延びる形状に形成されている。この実施の形態による水平多関節ロボット１は、第２のアーム１３の２箇所に作業部１３Ａが第２の減速機１６を中心として水平方向の一方と他方とに振り分けられる状態で装備されている。これらの作業部１３Ａには、上下方向に延びて作業ヘッド２１を構成する作業軸２２と、この作業軸２２を駆動するための回転装置２３および昇降装置２４とがそれぞれ設けられている。

作業軸２２は、スプライン軸によって構成されており、作業部１３Ａの先端部を上下方向に貫通している。作業軸２２が作業部１３Ａを貫通する位置、言い換えれば作業軸２２の軸心と第２の回転軸１４の軸心との間の距離Ｄは、全ての作業部１３Ａにおいて一致している。すなわち、各作業軸２２は、第２の回転軸１４を中心とする同一円周上に位置付けられている。このため、この多関節ロボットの２箇所の作業部１３Ａのアーム長（第２の回転軸１４と作業軸２２との間の長さ）は等しい。

この実施の形態による２つの作業部１３Ａのアーム長は、第１のアーム９のアーム長と等しい長さに形成されている。第１のアーム９のアーム長とは、第１の回転軸８と第２の回転軸１４との軸心間距離である。このため、作業軸２２は、図２に示すように、第１のアーム９と作業部１３Ａとが上方から見て重なる状態において、第１の回転軸８と同一軸線上に位置付けられる。
すなわち、２本の作業軸２２は、作業部１３Ａが第２の回転軸１４を中心にして回転することにより、図２中に二点鎖線Ａで示す円に沿って移動する。

作業軸２２は、作業部１３Ａに上下方向へ移動自在かつ上下方向の軸線を中心として回転自在に支持されている。作業軸２２の下端部には、ツール２５を取付けるためのツールフランジ２６が設けられている。
作業軸２２における作業部１３Ａの上面近傍に位置する部位には、回転装置２３が接続されている。回転装置２３は、作業軸２２を上下方向の軸線を中心として回転させるものである。

この回転装置２３は、全ての作業部１３Ａに設けられている。この実施の形態による回転装置２３は、作業軸２２から作業部１３Ａの基部１３ａに向けて延びるベルト式減速機３１と、作業部１３Ａの基部１３ａの上に取付けられた回転駆動用モータ３２とを備えている。
ベルト式減速機３１は、作業軸２２が貫通する従動プーリ３１ａと、回転駆動用モータ３２と一体に回転する駆動プーリ３１ｂと、これらの従動プーリ３１ａと駆動プーリ３１ｂとに巻き掛けられたベルト３１ｃなどによって構成されている。作業軸２２が貫通する従動プーリ３１ａは、作業軸２２のスプラインに嵌合している。すなわち、作業軸２２は、この従動プーリ３１ａと一体に回転する状態でこの従動プーリ３１ａに対して上下方向へ移動することができる。

作業軸２２の上端部には、連結部材３３を介して昇降装置２４が接続されている。作業軸２２の長さは、図１中に実線で示すように、最も上に移動した状態で昇降装置２４の上端と第１のアーム９との間に隙間ｄが形成される長さに形成されている。
連結部材３３は、作業軸２２に上下方向へ移動することができない状態で回転自在に取付けられている。
昇降装置２４は、作業軸２２を上下方向に移動させるものである。この昇降装置２４も全ての作業部１３Ａに設けられている。

この実施の形態による昇降装置２４は、作業軸２２と平行なボールねじ軸３４を備えている。このボールねじ軸３４は、作業部１３Ａにおけるこの作業部１３Ａが延びる方向の中間部に回転自在に支持されている。このボールねじ軸３４の下端部は、作業部１３Ａの中に挿入されている。
ボールねじ軸３４の下端部には、作業部１３Ａの中に収容されたベルト式伝動機構３５を介して昇降用モータ３６が接続されている。ベルト式伝動機構３５は、ボールねじ軸３４と一体に回転する従動プーリ３５ａと、昇降用モータ３６と一体に回転する駆動プーリ３５ｂと、これらの従動プーリ３５ａと駆動プーリ３５ｂとに巻き掛けられたベルト３５ｃなどによって構成されている。昇降用モータ３６は、図２に示すように、回転駆動用モータ３２と隣接する位置に配置され、作業部１３Ａの基部１３ａの上に取付けられている。

ボールねじ軸３４の上端部には、ボールねじナット３７が螺合している。このボールねじナット３７は、上述した連結部材３３に回転することができない状態で取付けられている。すなわち、ボールねじナット３７は、ボールねじ軸３４が回転することにより連結部材３３および作業軸２２と一体に上下方向へ移動する。
この昇降装置２４においては、昇降用モータ３６の回転がベルト式伝動機構３５を介してボールねじ軸３４に伝達される。ボールねじ軸３４が一方に回転することによって、ボールねじナット３７が上方に移動して作業軸２２が上昇する。また、ボールねじ軸３４が他方に回転することによって、ボールねじナット３７が下方に移動して作業軸２２が下降する。作業軸２２は、図１中に実線で示す上昇位置と、図１中に二点鎖線で示す下降位置との間で上下方向に移動することが可能である。

このように構成された水平多関節ロボット１においては、第１のモータ１１による駆動によって第１のアーム９が第１の回転軸８を中心として回転する。また、この水平多関節ロボット１においては、第２のモータ１５による駆動によって複数の作業部１３Ａが第２の回転軸１４を中心として回転する。
作業部１３Ａに設けられている作業軸２２は、作業部１３Ａに対して昇降および回転が可能である。このため、全ての作業部１３Ａに、作業内容に制約を受けることがない作業ヘッド２１がそれぞれ設けられる。この実施の形態による作業ヘッド２１は、第２の回転軸１４を挟んで一方と他方とに配置されており、所定の間隔をおいて互いに離間した状態に保たれるから、互いに干渉し合うことはない。

このため、この実施の形態による水平多関節ロボット１においては、作業ヘッド２１どうしが干渉することを防ぐことができるとともに、作業内容に制約を受けることがない複数の作業ヘッド２１が装備される。
したがって、この実施の形態によれば、生産性が向上する水平多関節ロボットを提供することができる。

この実施の形態による水平多関節ロボット１によれば、例えば２つの作業軸２２に異なるツール２５を装着することにより、異なる２種類の作業を交互に連続して行うことが可能になる。また、２つの作業軸２２のうち、一方の作業軸２２には、他方の作業軸２２に設けられるツール２５の予備となるツールを設けておくことができる。この構成を採ることにより、他方の作業部１３Ａに設けられている装置やツール２５に何らかの不具合が生じたとしても、水平多関節ロボット１を停止させることなく予備のツールを使用して作業を継続することができる。

この実施の形態による第１のアーム９は、支持板６より下方に配置されている。また、第２のアーム１３は、第１のアーム９より下方に配置されている。このため、第１のアーム９の下方に、支持板６と第１のアーム９とに遮られることなく作業軸２２が移動可能な作業空間Ｓが形成される。作業軸２２は、下端部にツール２５が取付けられているから、水平方向においてこの作業空間Ｓの全域で作業することができるものである。作業軸２２が到達可能な領域は、図３中に二点鎖線Ｂで示す円の中の全域となる。この領域Ｂには、第１の回転軸８の下方の空間も含まれる。
したがって、この実施の形態によれば、作業軸２２が作業を行う作業位置を決めるうえで水平方向の自由度が高い水平多関節ロボットを提供することができる。

この実施の形態による２つの作業軸２２は、第２の回転軸１４を中心とする同一円周上に位置付けられている。
このため、第１のアーム９が停止している状態で複数の作業部１３Ａが第２の回転軸１４を中心にして回転することにより、全ての作業軸２２を同一の作業位置に順次移動させることができる。

したがって、同一の作業位置に作業軸２２を移動させて行う作業を効率よく行うことが可能になるから、より一層生産性が高い水平多関節ロボットを提供することができる。同一の作業位置に複数の作業軸２２を移動させて行う作業としては、例えば１つのパーツフィーダからパーツを作業軸毎のチャックで取り出す作業がある。
この実施の形態による水平多関節ロボット１の第２のアーム１３は、２箇所に作業部１３Ａが設けられている。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。本発明に係る水平多関節ロボットにおいて、作業部１３Ａの数は、２つ以上であれば制約を受けることはない。

（第２の実施の形態）
複数の作業部は、図４および図５に示すように構成することができる。これらの図において、前記図１〜図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図４に示す水平多関節ロボット１の第２のアーム１３は、４箇所に作業部１３Ａを備えている。これらの作業部１３Ａは、第２の回転軸１４を中心として放射状に延びる形状に形成されている。

それぞれの作業部１３Ａに設けられている作業軸２２は、第２の回転軸１４を中心とする同一円周上に位置付けられている。
図４に示す構成を採ることにより、４箇所の作業部１３Ａが回転方向に等間隔をおいて並ぶから、重量バランスが良好になる。この結果、第２のアーム１３の回転速度を高くすることが可能になり、さらに生産性が高い水平多関節ロボットを提供することができる。

図５に示す水平多関節ロボット１の第２のアーム１３は、３箇所に作業部１３Ａを備えている。これらの作業部１３Ａは、第２の回転軸１４の軸心を対称の中心として点対称となることがない位置に設けられている。すなわち、３箇所の作業部１３Ａのうち、両側に位置する２箇所の作業部１３Ａは、回転方向において約９０°だけ離間した位置に位置付けられている。中央に位置する作業部１３Ａは、両側に位置する２つの作業部１３Ａの間の中央に位置付けられている。
このように３箇所の作業部１３Ａが近接して配置されていると、３個の作業ヘッド２１の切替えを短時間で行うことができるから、さらに生産性が高い水平多関節ロボットを提供することができる。

（第３の実施の形態）
第２のアームは図６および図７に示すように構成することができる。これらの図において、前記図１〜図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図６に示す水平多関節ロボット１の第２のアーム１３は、作業部１３Ａと作業部１３Ｂとを備えている。これらの２箇所の作業部１３Ａ，１３Ｂは、第２の回転軸１４を挟んで水平方向の一方と他方とに延びる形状に形成されている。これらの２箇所の作業部１３Ａ，１３Ｂのうち、一方の作業部１３Ａは、第１のアーム９とアーム長が等しくなる形状に形成されている。

他方の作業部１３Ｂは、一方の作業部１３Ａよりアーム長が長く形成されている。この他方の作業部１３Ｂは、一方の作業部１３Ａとはアーム長のみが異なるだけで、その他の構成は同一のものである。
他方の作業部１３Ｂに設けられている作業軸２２は、図７に示すように、上下方向から見て、第２の回転軸１４の軸心からこの作業軸２２に至る方向と、第１のアーム９が延びる方向とが平行になる状態において、第１のアーム９より第２の回転軸１４とは反対側（図７においては右側）に位置付けられている。この他方の作業部１３Ｂの作業軸２２は、他方の作業部１３Ｂが第２の回転軸１４を中心にして回転することにより、図７中に二点鎖線Ｃで示す円に沿って移動する。

この実施の形態においては、図６に示すように、連結部材３３とボールねじ軸３４も第１のアーム９より第２の回転軸１４とは反対側に位置付けられている。このため、他方の作業部１３Ｂに設けられている作業軸２２とボールねじ軸３４は、一方の作業部１３Ａに設けられている作業軸２２およびボールねじ軸３４と較べると、所定の長さだけ長く形成されている。この所定の長さとは、第１のアーム９の上下方向の幅に相当する長さである。すなわち、この実施の形態による他方の作業部１３Ｂの作業軸２２の上端部と昇降装置２４の上端部は、第１のアーム９と水平方向に隣り合う高さに位置付けられている。

このように相対的に長い作業軸２２は、上下方向の移動ストロークが長くなるから、他の作業軸２２より低い位置で作業を行うことが可能なものである。すなわち、相対的に長い作業軸２２を使用することにより、一方の作業部１３Ａの作業軸２２で作業可能な最も低い位置にある部品より低い位置に配置されている部品も作業対象物になる。
したがって、この実施の形態によれば、作業位置の水平方向の自由度が高いだけでなく、作業位置の上下方向の自由度も高くなる水平多関節ロボットを提供することができる。

上述した各実施の形態においては、天井３に固定された支持板６によって、本発明でいう「支持部材」が構成されている。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。本発明に係る支持部材は、天井３に回転自在に支持されたアーム（図示せず）によって構成することができる。この場合、このアームの先端部に第１のアーム９が回転自在に支持される。

また、本発明に係る水平多関節ロボットは、支持板６の上方に第１のアーム９が位置し、かつ第１のアーム９の上方または下方に第２のアーム１３が位置する構成を採ることができる。この構成を採る場合は、支持板６の下方で作業を行うことはできなくなるが、それ以外は第１〜第３の実施の形態を採るときと同等に構成された水平多関節ロボットが実現される。

上述した各実施の形態に示す複数の作業部１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ回転中心部（第２の減速機１６）から水平方向に延びる形状に形成されている。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。例えば、複数の作業部１３Ａは、円盤状に形成された第２のアーム１３の外周部に設けることができる。

１…水平多関節ロボット、６…支持板（支持部材）、８…第１の回転軸、９…第１のアーム、１３…第２のアーム、１３Ａ，１３Ｂ…作業部、１４…第２の回転軸、２２…作業軸、２３…回転装置、２４…昇降装置、２５…ツール。

Claims (4)

1. 支持部材に上下方向へ延びる第１の回転軸を中心として回転自在に支持された第１のアームと、
   前記第１のアームに前記第１の回転軸と平行な第２の回転軸を中心として回転自在に支持され、回転中心部から水平方向に延びる第２のアームと、
   前記第２のアームにおける回転方向へ離間した複数の作業部に上下方向へ延びる状態でそれぞれ設けられ、上下方向に移動自在かつ上下方向の軸線を中心として回転自在な作業軸と、
   前記複数の作業部にそれぞれ設けられ、前記作業軸を上下方向に移動させる昇降装置と、
   前記複数の作業部にそれぞれ設けられ、前記作業軸を上下方向の軸線を中心として回転させる回転装置とを備えている水平多関節ロボット。
2. 請求項１記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記第１のアームは、前記支持部材より下方に配置され、
   前記第２のアームは、前記第１のアームより下方に配置され、
   前記作業軸は、下端部にツールが取付けられるものであることを特徴とする水平多関節ロボット。
3. 請求項１または請求項２記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記各作業軸は、前記第２の回転軸を中心とする同一円周上に位置付けられていることを特徴とする水平多関節ロボット。
4. 請求項２記載の水平多関節ロボットにおいて、
   前記複数の作業軸のうち少なくとも一つの作業軸は、上下方向から見て前記第２の回転軸からこの作業軸に至る方向と、第１のアームが延びる方向とが平行になる状態において、前記第１のアームより前記第２の回転軸とは反対側に位置付けられていることを特徴とする水平多関節ロボット。

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