JP2015211998A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】可動軸に発生する振動を抑制しつつ、この可動軸のストローク量を長くすることができるスカラロボットを提供する。
【解決手段】基台２と、基台２に第１の接続部３を介して回動可能に設けられた第１のアーム４と、第１のアーム４に第２の接続部５を介して回動可能に設けられた第２のアーム６と、第２のアーム６に設けられ、第２のアーム６に対して移動可能な可動軸部７と、を備え、可動軸部７の移動可能範囲をＳとし、可動軸部７が前記第２のアーム６に対して最も第１のアーム４側に移動した際の可動軸部７の第１のアーム４とは反対側の先端と、基台２と第１の接続部３との接続面である第１の接続面との高さをＨ_１とした場合、Ｈ_１≦３Ｓの関係を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに関する。

近年、自動車の車体製造をはじめとして、産業用ロボットによる自動化が進んでいる。産業用ロボットとしては、例えば、水平多関節ロボット（スカラロボット）や垂直多関節ロボットなどのロボットアームを備えたものが従来から広く用いられている。

このような産業用ロボットによる組立作業では、組立作業台が設置された設置面上に複数のロボットが組立作業台の周囲を囲むように設置される。そして、これら複数のロボットが互いに協働しながら、組立作業台上で組立体の組立作業を行う。

ところで、上述した複数のロボットによる組立作業では、各ロボットの水平状態を保つ必要がある。その対策として、各ロボットの設置面上に固定される基台の剛性を高めることが行われている。しかしながら、基台の剛性を高めることは、基台そのものの高コスト化を招くといった問題が生じてしまう。また、基台の位置を中心にロボットアームの回動範囲が制限されてしまうといった問題も生じている。

そこで、例えば、天面から吊り下げられた天吊り型スカラロボットが開発されている（例えば、特許文献１を参照。）。具体的に、この天吊り型スカラロボットは、天面側に固定される基台と、基台に第１の接続部を介して回動可能に設けられた第１のアームと、第１のアームに第２の接続部を介して回動可能に設けられた第２のアームと、第２のアームに設けられ、重力方向に移動可能な可動軸部とを備えている。

このような天吊り型スカラロボットでは、第１のアーム及び第２のアームの回動可能範囲を３６０°以上とすることができる。

再公表ＷＯ２０１２／０２９１７３号公報

しかしながら、従来の天吊り型スカラロボットでは、可動軸部のストローク量を長くするほど、例えば第１のアームと第２のアームとの接続部も長くなり、可動軸部に振動が発生し易くなるといった問題があった。また、可動軸部に振動が発生した場合、作業精度の悪化を招くことになる。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、可動軸部に発生する振動を抑制できるロボットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の一態様に係るロボットは、第１の部材と、第１の部材に第１の接続部を介して回動可能に設けられた第１のアームと、第１のアームに第２の接続部を介して回動可能に設けられた第２のアームと、第２のアームに設けられ、第２のアームに対して移動可能な可動軸部と、を備え、可動軸部の移動可能範囲をＳとし、可動軸部が第２のアームに対して最も第１のアーム側に移動した際の可動軸部の第１のアームとは反対側の先端と、第１の部材と第１の接続部との接続面である第１の接続面との高さをＨ_１とした場合、Ｈ_１≦３Ｓの関係を満足することを特徴とする。
この構成によれば、可動軸部に発生する振動を抑制できる。

また、上記構成において、２Ｓ≦Ｈ_１≦３Ｓの関係を満足する構成としてもよい。
この構成の場合、可動軸部の移動可能範囲を長くすることができる。

また、上記構成において、２Ｓ≦Ｈ_１≦２．７Ｓの関係を満足する構成としてもよい。
この構成の場合、更に、可動軸部の移動可能範囲を長くすることができる。

また、上記構成において、Ｓ≧１５０ｍｍの関係を満足する構成としてもうよい。
この構成の場合、可動軸部の移動可能範囲を長くすることができる。

また、上記構成において、第１の接続面と、第１のアームと第２の接続部との接続面である第２の接続面との高さをＨ_２とし、第１の接続面と、第１のアームと第１の接続部との接続面である第３の接続面との高さをＨ_３とした場合、Ｈ_１≧３．５Ｈ_２、Ｈ_２−Ｈ_３≦Ｈ_３≦１．２（Ｈ_２−Ｈ_３）、Ｈ_２−Ｈ_３≦８０ｍｍの関係を満足する構成としてもよい。
この構成の場合、可動軸部に発生する振動を抑制できる。

また、上記構成において、５５ｍｍ≦Ｈ_２−Ｈ_３≦６５ｍｍの関係を満足する構成としてもよい。
この構成の場合、更に、可動軸部に発生する振動を抑制できる。

また、上記構成において、第１の接続部は、第１の連結部と、第１の連結部よりも剛性の高い第１の補強部と、を含む構成としてもよい。
この構成の場合、可動軸部に発生する振動を抑制できる。

また、上記構成において、第２の接続部は、第２の連結部と、第２の連結部よりも剛性の高い第２の補強部と、を含む構成としてもよい。
この構成の場合、可動軸部に発生する振動を抑制できる。

また、上記構成において、可動軸の軸径が２０ｍｍ以上である構成としてもよい。
この構成の場合、可動軸部に発生する振動を抑制できる。

また、上記構成において、第２のアームを回動させる駆動部を備え、駆動部は、第２の接続部に設けられた中空減速機と、第１のアームに設けられたモータと、第１のアームに設けられ、モータの駆動力を中空減速機に伝達するプーリーと、を有し、中空減速機の中心部に設けられた中空配管に配線を有する構成としてもよい。
この構成の場合、第１のアームの厚みが増加することを抑えつつ、駆動部により第２の接続部を回動させることができる。

また、上記構成において、中空配管は、リング状の位置決め部材を介して第１のアームに固定されている構成としてもよい。
この構成の場合、第１のアームに対して中空配管が位置決め部材により固定されると共に、中空配管の内側にある配線が中空配管との接触により擦れるのを位置決め部材によって防ぐことができる。

また、上記構成において、第１のアームの内部には、プーリーと配線との間に位置する仕切り板が設けられている構成としてもよい。
この構成の場合、プーリーと配線との干渉を防ぐことができる。

また、上記構成において、第１のアームには、孔部と、孔部を覆う蓋部とが設けられている構成としてもよい。
この構成の場合、孔部を通して第１のアームの内部に設けられたプーリー等のメンテナンスを行うことができる。

本発明の一実施形態に係る天吊り型スカラロボットの概略構成を示す側面図である。 図１に示す天吊り型スカラロボットの第２の駆動部の構成を説明するための透視斜視図である。 図１に示す天吊り型スカラロボットの第２の接続部の構成を説明するための透視斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。また、以下の説明で用いる図面では、各構成要素を見やすくするため、構成要素を模式的に示している場合があり、構成要素によっては寸法の縮尺を異ならせて示すこともある。

先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１に示す天吊り型スカラロボット１について説明する。なお、図１は、天吊り型スカラロボット１の概略構成を示す側面図である。また、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。具体的には、図１中における紙面の左右方向をＸ軸方向とし、図１中における紙面と直交する方向をＹ軸方向とし、図１中における紙面の上下方向をＺ軸方向とする。また、Ｚ軸方向は、重力方向と一致するものとする。

天吊り型スカラロボット１は、図１に示すように、天面Ｃ側に固定される基台２と、基台に第１の接続部３を介して水平方向に回動可能に設けられた第１のアーム４と、第１のアーム４に第２の接続部５を介して水平方向に回動可能に設けられた第２のアーム６と、第２のアーム６に設けられ、重力方向に移動可能な可動軸部７とを備えている。

第１の接続部３は、基台２に対してその下にある第１のアーム４をＺ軸の軸回り方向に回動可能に支持している。第１のアーム４は、第１の接続部３から水平方向に延長されている。第２の接続部５は、第１のアーム４に対してその下にある第２のアーム６をＺ軸の軸回り方向に回転可能に支持している。また、第２の接続部５は、可動軸部７が最上位置にあるときの第１のアーム４との接触を防ぐため、第１のアーム４と第２のアーム６との間で、可動軸部７の重力方向における移動可能範囲（以下、ストローク量という。）に応じた長さを有している。第２のアーム６は、第２の接続部５から水平方向に延長されている。

可動軸部７は、第２のアーム６の先端側に設けられている。また、可動軸部７は、重力方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されると共に、Ｚ軸の軸回り方向に回転可能に支持されている。可動軸部７の先端には、例えば、ロボットハンドや、アクチュエーター、照明、カメラ、センサー、制御部など、各種の作業に合わせたエンドエフェクター（効果器）が交換可能に取り付けられる。なお、本実施形態では、可動軸部７の先端に取り付けられたロボットハンド（図示せず。）により、作業台上のトレイＴに収納されたワークＷをトレイＴの外へと取り出すといった作業を行う場合を例示している。また、可動軸部７については、少なくとも重力方向において上下に移動される構成であればよい。さらに、可動軸部７については、第２のアーム６に第３の接続部（図示せず。）を介して回動可能に設けられた構成とすることも可能である。

第１の接続部３及び第２の接続部５の回動可能範囲は、それぞれ３６０°以上である。また、第１の接続部３の回動中心と第２の接続部５の回動中心との間の距離と、第２の接続部５の回動中心と可動軸部７の軸心との間の距離とを一致させている。これにより、第１のアーム４と第２のアーム６とが平面視で重なる位置にあるときに、第１の接続部３の回動中心と可動軸部７の軸心とが同一軸線上に位置することになる。

また、天吊り型スカラロボット１は、第１の接続部３を回動させる第１の駆動部８と、第２の接続部５を回動させる第２の駆動部９と、可動軸部７を移動及び回動させる第３の駆動部１０とを備えている。第１の駆動部８は、基台２の上面側に設けられている。第２の駆動部９は、第１のアーム４の下面側に設けられている。第３の駆動部１０は、第２のアーム６の上面側に設けられている。

以上のような構成を有する天吊り型スカラロボット１では、基台２に対して第１のアーム４が水平方向に回動し、第１のアーム４に対して第２のアーム６が水平方向に回動し、第２のアーム６に対して可動軸部７が重力方向に移動することによって、トレイＴに収納されたワークＷをトレイＴの外へと取り出すといった作業を行わせることができる。

ところで、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、可動軸部７の重力方向における移動可能範囲（ストローク量）をＳとし、可動軸部７が第２のアーム６に対して最も重力方向上側に移動した際の可動軸部７の重力方向下側の先端Ｐ_０と、基台２と第１の接続部３との接続面である第１の接続面Ｐ_１の高さをＨ_１とした場合、下記式（１）の関係を満足している。
Ｈ_１≦３Ｓ …（１）

可動軸部７のストローク量Ｓを長くしたい場合には、上述した第１のアーム４と第２のアーム６との間で、可動軸部７のストローク量Ｓに応じた高さ方向の距離を確保する必要がある。この場合、第１のアーム４と第２のアーム６との間の距離が長くなるほど、第２の接続部５の長さが長くなる。第２の接続部５は、第１のアーム４に対して第２のアーム６を回動可能に接続する部分であり、この部分の剛性が低いと、第２のアーム６の先端側に設けられた可動軸部７に振動が発生し易くなる。一方、第２の接続部５の剛性を高めた場合、その重量増加によって第１のアーム４に撓みが発生し易くなる。したがって、この場合も、可動軸部７に振動が発生し易くなる。

そこで、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、上記式（１）の関係を満足することで、可動軸部７に発生する振動を抑制しつつ、この可動軸部７のストローク量Ｓを長くすることが可能な構成とする。具体的に、この可動軸部７のストローク量Ｓを１５０ｍｍ以上（Ｓ≧１５０ｍｍ）とすることが可能である。

さらに、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、下記式（１）’の関係を満足することが好ましく、下記式（１）''の関係を満足することが更に好ましい。これにより、可動軸部７のストローク量Ｓを更に長くすることも可能である。
２Ｓ≦Ｈ_１≦３Ｓ …（１）’
２Ｓ≦Ｈ_１≦２．７Ｓ …（１）''

また、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、上記式（１）を満足する構成において、第１の接続面Ｐ_１と、第１のアーム４と第２の接続部５との接続面である第２の接続面Ｐ_２との高さをＨ_２とし、第１の接続面Ｐ_１と、第１のアーム４と第１の接続部３との接続面である第３の接続面Ｐ_３との高さをＨ_３とした場合、下記式（２），（３），（４）の関係を満足している。
Ｈ_１≧３．５Ｈ_２ …（２）
Ｈ_２−Ｈ_３≦Ｈ_３≦１．２（Ｈ_２−Ｈ_３） …（３）
Ｈ_２−Ｈ_３≦８０ｍｍ …（４）

上記式（１）の関係を満足するためには、天面Ｃから第１のアーム４の下面に至る高さＨ_２を低く抑える必要がある。この場合、上記式（２），（３），（４）の関係を満足する、すなわち、天面Ｃから第１のアーム４の上面に至る高さ（主に第１の接続部３の長さ）Ｈ_３と、第１のアーム４の厚みＤ（＝Ｈ_２−Ｈ_３）とを低く抑えることによって、上記式（１）の関係を満足することが可能である。具体的に、この第１のアーム４の厚みＤを５０ｍｍ〜６０ｍｍ（５５ｍｍ≦Ｈ_２−Ｈ_３≦６５ｍｍ）の範囲とすることが可能である。

また、上記式（２），（３），（４）の関係を満足するためには、基台２から第１の接続部３を介して第１のアーム４に至る部分の高さを抑えつつ、この部分の剛性を高める必要がある。

具体的に、本実施形態の天吊り型スカラロボット１において、第１の接続部３は、第１の連結部１１ａと、第１の補強部１１ｂとを含む。第１の連結部１１ａは、基台２と連結される部分である。第１の補強部１１ｂは、この第１の連結部１１ａよりも剛性の高く、且つ、この第１の連結部１１ａよりも外径の大きいリング状のプレートからなる。天吊り型スカラロボット１では、このような第１の補強部１１ｂを基台２と第１の連結部１１ａとの間に設けることで、高さ方向の寸法増加を抑えつつ、この部分の剛性を高めることが可能である。なお、本実施形態では、第１の補強部１１ｂとして、鋼材を用い、第１の連結部１１ａとして、アルミニウム材を用いている。

また、第２の駆動部９は、図１及び図２に示すように、第１のアーム４の厚みＤを抑えた構造となっている。なお、図２は、第２の駆動部９の構成を説明するための透視斜視図である。

具体的に、この第２の駆動部９は、中空減速機１２と、第１のアーム４の下面側に設けられたモータ１３と、第１のアーム４の内部に設けられたプーリー１４とを有している。

中空減速機１２は、モータ１３から伝達された駆動力を減速させるものであり、その中心部には、中空配管１５が設けられている。天吊り型スカラロボット１では、この中空配管１５を通して第１のアーム４と第２のアーム６との間で配線等（図示せず。）が引き回されている。また、中空配管１５は、リング状の位置決め部材１６を介して第１のアーム４側に位置決め固定されている。これにより、第１のアーム４に対して中空配管１５が位置決め部材１６により固定されると共に、中空配管１５の内側にある配線が中空配管１５との接触により擦れるのを位置決め部材１６によって防ぐことができる。

プーリー１４は、モータ１３からの駆動力を中空減速機１２へと伝達するためのものであり、モータ１３側の駆動プーリ１７と、中空減速機１２側の被動プーリ１８との間で無端ベルト１９が架け渡された構造を有している。また、第１のアーム４の内側には、プーリー１４と配線との干渉を防ぐため、プーリー１４と配線との間に仕切り板２０が設けられている。さらに、第１のアーム４の上面には、孔部２１と、この孔部２１を閉塞する蓋部２２とが設けられている。天吊り型スカラロボット１では、この孔部２１を通して第１のアーム４の内部に設けられたプーリー１４等のメンテナンスを行うことができる。

また、第２の接続部５は、図１及び図３に示すように、第２の連結部２３ａと、第２の補強部２３ｂとを含む。なお、図３は、第２の接続部５の構成を説明するための斜視図である。第２の連結部２３ａは、第１のアーム４と連結される部分である。第２の補強部２３ｂは、この第２の連結部２３ａよりも剛性の高く、且つ、この第２の連結部２３ａよりも外径の大きいリング状のプレートからなる。天吊り型スカラロボット１では、このような第２の補強部２３ｂを第１のアーム４と第２の連結部２３ａとの間に設けることで、高さ方向の寸法増加を抑えつつ、この部分の剛性を高めることが可能である。なお、本実施形態では、第２の補強部２３ｂとして、鋼材を用い、第２の連結部２３ａとして、アルミニウム材を用いている。

また、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、上述した構造を備えることによって、可動軸部７の軸径を従来よりも太くすることが可能である。具体的に、可動軸部７の軸径については、２０ｍｍ以上とすることができる。これにより、可動軸部７に発生する振動を抑制することが可能である。一方、可動軸部７の軸径については、４０ｍｍ以下とすることが好ましい。

以上のように、本実施形態の天吊り型スカラロボット１では、上述した構成を備えることによって、可動軸部７に発生する振動を抑制しつつ、この可動軸部７のストローク量Ｓを長くすることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、天吊り型スカラロボット１を用いて、トレイＴに収納されたワークＷをトレイＴの外へと取り出すといった作業を行う場合を例示したが、このような作業に限らず、天吊り型スカラロボット１を用いて様々な作業を行わせることが可能である。また、複数の天吊り型スカラロボット１を組み合わせたロボットシステムを構成することも可能である。

また、本発明は、上述した天吊り型スカラロボット１のように、天面Ｃから吊り下げられた状態で使用されるものに必ずしも限定されるものではなく、場合によっては、作業台が設置される設置面側に基台２を固定したスカラロボット（上記天吊り型スカラロボット１をひっくり返した状態で使用する形態）や、作業台が設置される設置面に対して垂直な側面に基台を固定したスカラロボット（上記天吊り型スカラロボット１を横向きとした状態で使用する形態）とすることも可能である。

また、本発明は、上述したスカラロボットの構造に必ずしも限定されるものではなく、種々のロボット構造を採用することが可能である。例えば、上記基台２のような地面やテーブル、壁、天井といった固定面に固定される第１の部材（固定部材）の代わりに、アームのような移動可能な第１の部材（可動部材）を採用することで、アームの数を更に増やした構造とすることも可能である。

１…天吊り型スカラロボット ２…基台（第１の部材） ３…第１の接続部 ４…第１のアーム ５…第２の接続部 ６…第２のアーム ７…可動軸部 ８…第１の駆動部 ９…第２の駆動部 １０…第３の駆動部 １１ａ…第１の連結部 １１ｂ…第１の補強部 １２…中空減速機 １３…モータ １４…プーリー １５…中空配管 １６…位置決め部材 ２０…仕切り板 ２１…孔部 ２３ａ…第２の連結部 ２３ｂ…第２の補強部 Ｃ…天面 Ｐ_０…可動軸部７の先端Ｐ_０ Ｐ_１…第１の接続面 Ｐ_２…第２の接続面 Ｐ_３…第３の接続面 Ｓ…ストローク量

Claims (13)

1. 第１の部材と、
   前記第１の部材に第１の接続部を介して回動可能に設けられた第１のアームと、
   前記第１のアームに第２の接続部を介して回動可能に設けられた第２のアームと、
   前記第２のアームに設けられ、前記第２のアームに対して移動可能な可動軸部と、を備え、
   前記可動軸部の移動可能範囲をＳとし、
   前記可動軸部が前記第２のアームに対して最も前記第１のアーム側に移動した際の前記可動軸部の前記第１のアームとは反対側の先端と、前記第１の部材と前記第１の接続部との接続面である第１の接続面との高さをＨ_１とした場合、
   Ｈ_１≦３Ｓ
   の関係を満足することを特徴とするロボット。
2. ２Ｓ≦Ｈ_１≦３Ｓ
   の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. ２Ｓ≦Ｈ_１≦２．７Ｓ
   の関係を満足することを特徴とする請求項２に記載のロボット。
4. Ｓ≧１５０ｍｍ
   の関係を満足することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のロボット。
5. 前記第１の接続面と、前記第１のアームと前記第２の接続部との接続面である第２の接続面との高さをＨ_２とし、
   前記第１の接続面と、前記第１のアームと前記第１の接続部との接続面である第３の接続面との高さをＨ_３とした場合、
   Ｈ_１≧３．５Ｈ_２、
   Ｈ_２−Ｈ_３≦Ｈ_３≦１．２（Ｈ_２−Ｈ_３）、
   Ｈ_２−Ｈ_３≦８０ｍｍ
   の関係を満足することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のロボット。
6. ５５ｍｍ≦Ｈ_２−Ｈ_３≦６５ｍｍ
   の関係を満足することを特徴とする請求項５に記載のロボット。
7. 前記第１の接続部は、第１の連結部と、前記第１の連結部よりも剛性の高い第１の補強部と、を含むことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のロボット。
8. 前記第２の接続部は、第２の連結部と、前記第２の連結部よりも剛性の高い第２の補強部と、を含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のロボット。
9. 前記可動軸の軸径が２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のロボット。
10. 前記第２のアームを回動させる駆動部を備え、
    前記駆動部は、前記第２の接続部に設けられた中空減速機と、前記第１のアームに設けられたモータと、前記第１のアームに設けられ、前記モータの駆動力を前記中空減速機に伝達するプーリーと、を有し、
    前記中空減速機の中心部に設けられた中空配管に配線を有することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のロボット。
11. 前記中空配管は、リング状の位置決め部材を介して前記第１のアームに固定されていることを特徴とする請求項１０に記載のロボット。
12. 前記第１のアームの内部には、前記プーリーと前記配線との間に位置する仕切り板が設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のロボット。
13. 前記第１のアームには、孔部と、前記孔部を覆う蓋部とが設けられていることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載のロボット。

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