JP2017213636A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】可搬重量が大きく、複雑な動作が可能な多関節ロボットを提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る多関節ロボット１は、回転軸ＡＸが水平方向に配置された第一のロータ２０と、第一のロータ２０と同軸に配置された第二のロータ３０と、第一のロータ２０に固定された第一のプーリ４１と、先端部に第一の軸部５２を有し、基端部が第二のロータ３０に固定された第一のアーム５０と、第一の軸部５２に第一の軸受部１１５を介して固定された第二のプーリ４２と、第一のプーリ４１と第二のプーリ４２とに掛け渡された第一のタイミングベルト８１と、先端部に第二の軸部６２を有し、基端部が第二のプーリ４２に固定された第二のアーム６０と、第二の軸部６２に第二の軸受部１１６を介して固定された第三のプーリ４３と、基端部が第三のプーリ４３に固定された第三のアーム７０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多関節ロボットに関する。

複数のアームを有する多関節ロボットとして、特許文献１〜７に記載のものが知られている。アームの動きはモータによって制御される。モータはアームごとに設けられる場合もあるし、一つのモータにプーリ機構を介して複数のアームが接続される場合もある。

特開平８−１０５５０２号公報 特開２０１３−１３１５４３号公報 特開２００３−２８５２８４号公報 特開２００９−０３９７８７号公報 特開２００９−０３９７９６号公報 特開２０００−１００８９４号公報 特開平４−３２２９９２号公報

モータがアームごとに設けられる場合には、アームの重量が大きくなるため、可搬重量が小さい。一つのモータにプーリ機構を介して複数のアームが接続される場合には、それぞれのアームの回転角はプーリ比によって一意に決まる。複数のアームは常に同じ軌道に沿って移動する。そのため、多関節ロボットに複雑な動作をさせることができない。

本発明の目的は、可搬重量が大きく、複雑な動作が可能な多関節ロボットを提供することにある。

本発明の一態様に係る多関節ロボットは、回転軸が水平方向に配置された第一のロータと、前記第一のロータと同軸に配置された第二のロータと、前記第一のロータに固定された第一のプーリと、先端部に第一の軸部を有し、基端部が前記第二のロータに固定された第一のアームと、前記第一の軸部に第一の軸受部を介して固定された第二のプーリと、前記第一のプーリと前記第二のプーリとに掛け渡された第一のタイミングベルトと、先端部に第二の軸部を有し、基端部が前記第二のプーリに固定された第二のアームと、前記第二の軸部に第二の軸受部を介して固定された第三のプーリと、基端部が前記第三のプーリに固定された第三のアームと、を有する。

この構成によれば、第一のロータの回転角と第二のロータの回転角との組み合わせによって、第一のアームの回転角と第二のアームの回転角とを個別に制御することができる。そのため、多関節ロボットに複雑な動作をさせることができる。また、アームごとにモータが設けられていないので、可搬重量が大きい。

例えば、本発明の一態様に係る多関節ロボットは、前記第一のロータと前記第二のロータとの間に配置された筒状のステータと、前記ステータが固定されたハウジングと、前記第一のロータを前記ハウジングに対して回転自在に支持する第三の軸受部と、前記第二のロータを前記ハウジングに対して回転自在に支持する第四の軸受部と、を有する。

この構成によれば、第一のロータと第二のロータとを内蔵したアクチュエータが提供される。一つのアクチュエータに二つのロータが内蔵されるため、それぞれのロータに対応した二つのアクチュエータを用意する必要がない。そのため、小型の多関節ロボットが提供される。

例えば、前記第一のロータは、前記ステータの径方向内側に配置され、前記第二のロータは、前記ステータの径方向外側に配置され、前記第二のロータは、前記第一のプーリの外周を囲む第二のロータブラケットを有し、前記第二のロータブラケットは、前記第一のアームに固定されている。

この構成によれば、第一のアームを回転したときに第一のアームと第一のプーリとが干渉しにくい。

例えば、前記第二のアームおよび前記第三のアームは、前記回転軸と平行な方向において、前記第一のアームよりも前記第二のロータブラケットから遠い位置に配置されている。

この構成によれば、第二のアームが回転したときに第二のアームおよび第三のアームが第二のロータブラケットと干渉しにくい。よって、第三のアームを回転軸を挟んで水平方向の一方側から他方側まで広範囲に移動させることができる。

例えば、前記第一のアームの長さと前記第二のアームの長さは等しく、前記第一のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第一のプーリの外径は、前記第一のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第二のプーリの外径の２倍である。

この構成によれば、第二のロータを回転させたときの第二のアームの回転角は、第一のアームの回転角の２倍となる。よって、第二のアームの先端部に取り付けられた第三のアームを、第二のロータの回転角に応じて直線的に移動させることができる。

例えば、前記第一の軸部と前記第三のプーリとに掛け渡された第二のタイミングベルトを有する。

この構成によれば、第一のロータおよび第二のロータによって第三のアームの回転角を制御することができる。

例えば、前記第二のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第一の軸部の外径は、前記第二のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第三のプーリの外径の１／２倍である。

この構成によれば、第二のロータを回転させたときの第三のアームの回転角は、第一のアームの回転角と等しくなる。第三のアームの回転の向きは、第一のアームの回転の向きと異なる。そのため、第三のアームの姿勢を、第二のロータの回転角に関係なく、常に同じ姿勢に保つことができる。

例えば、前記第三のプーリは、前記第三のアームの重心が常に前記第三のプーリの直下に配置されるように自由回転する。

この構成によれば、第三のアームの姿勢を常に同じ姿勢に保つことができる。

例えば、前記第一のロータの回転角と前記第二のロータの回転角とを独立に制御するコントローラーを有し、前記コントローラーは、前記第一のアームに対する前記第二のアームの回転角が変化しないように、前記第一のロータの回転角に合わせて前記第二のロータの回転角を変化させる。

この構成によれば、第一のアームと第二のアームとを回転軸のまわりにスムーズに回転させることができる。

本発明によれば、可搬重量が大きく、複雑な動作が可能な多関節ロボットを提供することができる。

図１は、第一の実施形態に係る多関節ロボットの概略図である。 図２は、多関節ロボットの断面図である。 図３は、回転軸と平行な方向から見た多関節ロボットの正面図である。 図４は、回転軸と直交する多関節ロボットの断面図である。 図５は、モータ部の動作とアーム部の動作との関係を示す図である。 図６は、モータ部の動作とアーム部の動作との関係を示す図である。 図７は、アーム部の旋回動作を示す図である。 図８は、アーム部の伸縮動作を示す図である。 図９は、アーム部のピックアンドプレースの動作を示す図である。 図１０は、第二の実施形態に係る多関節ロボットの正面図である。

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第一の実施形態］
図１は、第一の実施形態に係る多関節ロボット１の概略図である。

多関節ロボット１は、例えば、ピックアンドプレース装置として用いられる。多関節ロボット１は、ワークを移送するアーム部ＡＰと、アーム部ＡＰを駆動するアクチュエータＭＢと、を有する。

アーム部ＡＰは、複数のアームＡＭを有する。本実施形態では、例えば、複数のアームＡＭとして、第一のアーム５０と、第二のアーム６０と、第三のアーム７０と、が設けられている。第一のアーム５０と第二のアーム６０と第三のアーム７０は、直列に接続されている。最も先端側に配置された第三のアーム７０の先端部には、ワークを保持するチャック部７１が設けられている。

支持台ＳＢには、ワークが搬入される搬入レーンＬＬと、ワークが搬出される複数の搬出レーンＵＬと、が設けられている。本実施形態では、例えば、複数の搬出レーンＵＬとして、第一の搬出レーンＵＬ１と第二の搬出レーンＵＬ２とが設けられている。複数の搬出レーンＵＬは、アクチュエータＭＢを挟んで搬入レーンＬＬの反対側に配置されている。搬入レーンＬＬと複数の搬出レーンＵＬは、回転軸ＡＸと直交する方向に並んで配置されている。

多関節ロボット１は、アーム部ＡＰの回転軸ＡＸを支持台ＳＢに対して水平にした状態で支持台ＳＢに固定されている。多関節ロボット１は、アーム部ＡＰを鉛直面内で回転および伸縮させて、ワークを搬入レーンＬＬから搬出レーンＵＬに移送する。

図２は、多関節ロボット１の断面図である。図３は、回転軸ＡＸと平行な方向から見た多関節ロボット１の正面図である。図４は、回転軸ＡＸと直交する多関節ロボット１の断面図である。

図２および図３に示すように、アクチュエータＭＢは、モータ部ＭＰと、駆動伝達部ＴＰと、を有する。モータ部ＭＰは、同一の回転軸ＡＸを中心とする二つの独立した回転駆動力を発生させる。駆動伝達部ＴＰは、モータ部ＭＰで発生した回転駆動力をアーム部ＡＰに伝達する。アーム部ＡＰは、駆動伝達部ＴＰによって伝達された回転駆動力によって鉛直面内で伸縮および旋回する。

モータ部ＭＰは、ステータ１０と、第一のロータ２０と、第二のロータ３０と、ハウジング９０と、第一の回転センサー１０１と、第二の回転センサー１０２と、を有する。ステータ１０、第一のロータ２０および第二のロータ３０は、回転軸ＡＸを中心として、互いに同軸に配置されている。回転軸ＡＸは、支持台ＳＢに対して水平方向に配置されている。ステータ１０は、第一のロータ２０と第二のロータ３０との間に配置されている。例えば、第一のロータ２０は、ステータ１０の径方向内側に配置され、ステータ１０に対して相対回転する。第二のロータ３０は、ステータ１０の径方向外側に配置され、ステータ１０に対して相対回転する。

ステータ１０は、ステータコア１１と、第一の励磁コイル１２と、第二の励磁コイル１３と、を有する。図４に示すように、ステータ１０は、回転軸ＡＸの周りに筒状に設けられている。ステータコア１１は、筒状のバックヨーク１５と、バックヨーク１５の径方向内側に配置された複数の第一のティース１４と、筒状のバックヨーク１５の径方向外側に配置された複数の第二のティース１６と、を有する。

複数の第一のティース１４は、バックヨーク１５の内周に沿って並んでいる。複数の第一のティース１４は、それぞれ第一の接続部１４ａを介してバックヨーク１５と接続されている。第一の励磁コイル１２は、第一の接続部１４ａの周りに巻き回されている。第一の励磁コイル１２は、第一のドライバ１２１と電気的に接続されている。第一のドライバ１２１は、第一の励磁コイル１２に第一の駆動電流Ｉ１を供給することにより、第一のロータ２０を駆動する。

複数の第二のティース１６は、バックヨーク１５の外周に沿って並んでいる。複数の第二のティース１６は、それぞれ第二の接続部１６ａを介してバックヨーク１５と接続されている。第二の励磁コイル１３は、第二の接続部１６ａの周りに巻き回されている。第二の励磁コイル１３は、第二のドライバ１２２と電気的に接続されている。第二のドライバ１２２は、第二の励磁コイル１３に第二の駆動電流Ｉ２を供給することにより、第二のロータ３０を駆動する。

第一のドライバ１２１と第二のドライバ１２２は、コントローラー１２０と電気的に接続されている。コントローラー１２０は、第一のドライバ１２１と第二のドライバ１２２とを同期して制御する。コントローラー１２０は、第一の駆動電流Ｉ１の電流量と第二の駆動電流Ｉ２の電流量とを独立に制御する。第一の駆動電流Ｉ１の電流量によって、第一のロータ２０の回転角が制御される。第二の駆動電流Ｉ２の電流量によって、第二のロータ３０の回転角が制御される。コントローラー１２０は、第一のロータ２０の回転角と第二のロータ３０の回転角とを独立に制御する。

図２に示すように、ハウジング９０は、第一のハウジング部９１と、第二のハウジング部９２と、を有する。第一のハウジング部９１と第二のハウジング部９２は、回転軸ＡＸと平行な軸方向（回転軸方向）からバックヨーク１５を挟み込む。これにより、ハウジング９０にステータコア１１が固定されている。第一のハウジング部９１は、ステータ１０のアーム部ＡＰ側に設けられている。第二のハウジング部９２は、支持台ＳＢ（図１参照）に固定されている。

第一のロータ２０は、第一のロータコア２１と、第一のロータブラケット２２と、を有する。第一のロータコア２１は、複数の第一のティース１４と径方向において対向配置されている。図４に示すように、第一のロータコア２１は、外周面に径方向外側に突出する複数の第一の歯部２１ａを有する。複数の第一の歯部２１ａは、ステータコア１１の内周に沿って並んでいる。第一のロータコア２１のリラクタンス（磁気抵抗）は、第一のロータコア２１の回転位置に応じて変化する。第一のロータコア２１は、磁気抵抗が最小となるように回転する。

図２に示すように、第一のロータコア２１は、第一のロータブラケット２２に固定されている。第一のロータブラケット２２は、第三の軸受部１１０を介して第一のハウジング部９１に固定されている。第三の軸受部１１０は、第一のロータ２０をハウジング９０に対して回転自在に支持する。第三の軸受部１１０は、例えば、軸受１１１と軸受１１２とを有する。軸受１１１は、第一のロータブラケット２２の回転軸方向一端部を支持する。軸受１１２は、第一のロータブラケット２２の回転軸方向中央部を支持する。

第二のロータ３０は、第二のロータコア３１と、第二のロータブラケット３２と、を有する。図４に示すように、第二のロータコア３１は、複数の第二のティース１６と径方向において対向配置されている。第二のロータコア３１は、内周面に径方向内側に突出する複数の第二の歯部３１ａを有する。複数の第二の歯部３１ａは、ステータコア１１の外周に沿って並んでいる。第二のロータコア３１のリラクタンス（磁気抵抗）は、第二のロータコア３１の回転位置に応じて変化する。第二のロータコア３１は、磁気抵抗が最小となるように回転する。

図２に示すように、第二のロータコア３１は、第二のロータブラケット３２に固定されている。第二のロータブラケット３２は、第四の軸受部１１３を介して第一のハウジング部９１に固定されている。第四の軸受部１１３は、第二のロータ３０をハウジング９０に対して回転自在に支持する。

第二のロータブラケット３２と第一のハウジング部９１との間には、第一の回転センサー１０１が設けられている。第一の回転センサー１０１は、ハウジング９０に対する第二のロータブラケット３２の回転角を検出し、コントローラー１２０（図４参照）に供給する。第一の回転センサー１０１は、例えば、レゾルバである。コントローラー１２０は、第二のロータ３０において所望の回転角を得られるように、第一の回転センサー１０１の検出結果に基づいて第二の駆動電流Ｉ２の電流量を調節する。

第一のロータブラケット２２と第二のハウジング部９２との間には、第二の回転センサー１０２が設けられている。第二の回転センサー１０２は、ハウジング９０に対する第一のロータブラケット２２の回転角を検出し、コントローラー１２０（図４参照）に供給する。第二の回転センサー１０２は、例えば、レゾルバである。コントローラー１２０は、第一のロータ２０において所望の回転角を得られるように、第二の回転センサー１０２の検出結果に基づいて第一の駆動電流Ｉ１の電流量を調節する。

図２および図３に示すように、駆動伝達部ＴＰは、第一のプーリ４１と、第二のプーリ４２と、第三のプーリ４３と、第一のタイミングベルト８１と、第二のタイミングベルト８２と、第一のテンショナー１１７と、第二のテンショナー１１８と、を有する。

第一のプーリ４１は、第一のロータ２０に固定されている。第一のプーリ４１は、第一のロータ２０と一体に回転する。第一のロータブラケット２２には、第一のプーリ４１の軸部が挿入されている。第二のロータブラケット３２は、第一のプーリ４１の外周を囲む。第二のロータブラケット３２は、第一のアーム５０に固定されている。第二のロータブラケット３２は、第五の軸受部１１４を介して第一のプーリ４１の軸部に固定されている。第五の軸受部１１４は、第二のロータブラケット３２を第一のプーリ４１の軸部に対して回転自在に支持する。

第一のアーム５０は、先端部に第一の軸部５２を有する。第一のアーム５０は、基端部が第二のロータ３０に固定されている。第一のアーム５０は、第二のロータ３０と一体に回転する。第二のプーリ４２は、第一の軸部５２に第一の軸受部１１５を介して固定されている。第一のタイミングベルト８１は、第一のプーリ４１と第二のプーリ４２とに掛け渡されている。第一のテンショナー１１７は、第一のタイミングベルト８１にテンションをかける。

第一のアーム５０は、第一のプーリ４１、第二のプーリ４２、第一のタイミングベルト８１および第一のテンショナー１１７を収容する収容空間５０Ｓを有する第一のアームケーシング５１を有する。第一の軸部５２は、第一のアームケーシング５１の先端部に設けられた開口部５１Ｈから、回転軸ＡＸと平行な方向に突出している。

第一のアーム５０の先端部には、第二のアーム６０が接続されている。第二のアーム６０は、先端部に第二の軸部６２を有する。第二のアーム６０は、基端部が第二のプーリ４２に固定されている。第二のアーム６０は、第二のプーリ４２と一体に回転する。第三のプーリ４３は、第二の軸部６２に第二の軸受部１１６を介して固定されている。第二のタイミングベルト８２は、第一の軸部５２と第三のプーリ４３とに掛け渡されている。第二のテンショナー１１８は、第二のタイミングベルト８２にテンションをかける。

第二のアーム６０は、第一のアームケーシング５１から突出した部分の第一の軸部５２、第三のプーリ４３、第二のタイミングベルト８２および第二のテンショナー１１８を収容する収容空間６０Ｓを有する第二のアームケーシング６１を有する。第二の軸部６２は、第二のアームケーシング６１の先端部に設けられた開口部６１Ｈから、回転軸ＡＸと平行な方向に突出している。

第二のアーム６０の先端部には、第三のアーム７０が接続されている。第三のアーム７０は、先端部にチャック部７１を有する。第三のアーム７０は、基端部が第三のプーリ４３に固定されている。第三のアーム７０は、第三のプーリ４３と一体に回転する。

第二のアーム６０および第三のアーム７０は、回転軸ＡＸと平行な方向において、第一のアーム５０よりもハウジング９０から遠い位置に配置されている。第一のアーム５０、第二のアーム６０および第三のアーム７０は、例えば、回転軸ＡＸと平行な方向において、ハウジング９０側からこの順に設けられている。第一のロータ２０および第二のロータ３０の回転角がいずれも０である状態を初期状態とすると、初期状態では、第一のアーム５０の先端部は鉛直上方を向いており、第二のアーム６０の先端部および第三のアーム７０の先端部は、鉛直下方を向いている。

第一のアーム５０の長さＤ１と第二のアーム６０の長さＤ２は等しい。第一のアーム５０の長さＤ１は、第一のプーリ４１の中心から第二のプーリ４２の中心までの距離である。第二のアーム６０の長さＤ２は、第一の軸部５２の中心から第三のプーリ４３の中心までの距離である。

第一のタイミングベルト８１が掛け渡された部分の第一のプーリ４１の外径Ｒ１は、第一のタイミングベルト８１が掛け渡された部分の第二のプーリ４２の外径Ｒ２の２倍である。第二のタイミングベルト８２が掛け渡された部分の第一の軸部５２の外径Ｒ３は、第二のタイミングベルト８２が掛け渡された部分の第三のプーリ４３の外径Ｒ４の１／２倍である。

第一のプーリ４１と第二のプーリ４２とのプーリ比Ｒ２／Ｒ１を第一のプーリ比とすると、第一のプーリ比は１／２である。第一の軸部５２と第三のプーリ４３のプーリ比Ｒ４／Ｒ３を第二のプーリ比とすると、第二のプーリ比は２である。

図５および図６は、モータ部ＭＰの動作とアーム部ＡＰの動作との関係を示す図である。

図５および図６において、符号θＰは、第一のロータ２０の回転角を示す。符号θＲは、第二のロータ３０の回転角を示す。符号θ１は、第一のアーム５０の回転角を示す。符号θ２は、第二のアーム６０の回転角を示す。符号θ３は、回転軸ＡＸ上の位置から見た第二の軸部６２の仰角を示す。符号θ４は、第三のアーム７０の回転角を示す。符号ｒは、第一のアーム５０および第二のアーム６０のそれぞれの長さを示す。符号Ｌは、回転軸ＡＸと第二の軸部６２との距離を示す。以下、ｙ方向を鉛直方向とし、ｚ方向を回転軸ＡＸと平行な方向とするｘｙｚ座標系を用いて、アーム部ＡＰの動作を説明する。符号Ｘおよび符号Ｙは、第二の軸部６２のｘ座標およびｙ座標を示す。

図６に示すように、第一のロータ２０の回転角θＰを０とすると、第一のアーム５０の回転角θ１、第二のアーム６０の回転角θ２および第三のアーム７０の回転角θ４は、第一のプーリ比および第二のプーリ比に基づいてリニアに変化する。第一のアーム５０の回転角θ１、第二のアーム６０の回転角θ２および第三のアーム７０の回転角θ４は、第二のロータ３０の回転角θＲを用いて以下のように表される。

θ１＝θＲ−θＰ＝θＲ …（１）
θ２＝２×θ１＝２×θＲ …（２）
θ４＝θＲ …（３）

第一のプーリ比は１／２であるため、第二のアーム６０の回転角θ２は、第一のアーム５０の回転角θ１の２倍となる。第三のアーム７０の回転角θ４は、第一のアーム５０の回転角θ１と一致し、第三のアーム７０の回転方向は第一のアーム５０の回転方向と同じである。第一のアーム５０の長さと第二のアーム６０の長さは等しいため、第二のアーム６０の先端部のｙ座標は常に０となる。第二のアーム６０の先端部に取り付けられた第三のアーム７０は、第二のロータ３０の回転角θＲに応じて直線的に移動する。第三のアーム７０の先端部は、常に鉛直下方を向く。

図５に示すように、図６の状態から第一のロータ２０を回転させると、第一のロータ２０の回転角θＰに応じて、第二のアーム６０の回転角θ２および第三のアーム７０の回転角θ４が変化する。第三のアーム７０は鉛直方向に移動する。

コントローラー１２０（図４参照）は、例えば、第一のアーム５０に対する第二のアーム６０の回転角θ２が図６の状態から変化しないように、第一のロータ２０の回転角θＰに合わせて第二のロータ３０の回転角θＲを変化させる。この場合、第一のアーム５０の回転角θ１および第二のアーム６０の回転角θ２は、第一のロータ２０の回転角θＰおよび第二のロータ３０の回転角θＲを用いて式（４）のように表される。第三のアーム７０の回転角θ４は、第二のアーム６０の回転角θ２が不変であるため、不変である。

θ２＝２×θ１＋２×θＰ＝２×θＲ …（４）

式（４）より、第一のアーム５０の回転角θ１は、第一のロータ２０の回転角θＰおよび第二のロータ３０の回転角θＲを用いて式（５）のように表される。

θ１＝θＲ−θＰ …（５）

第二のアーム６０の回転角θ２を図６の状態から変化させないようにするために、第二のロータ３０の回転角θＲと仰角θ３は、式（６）の関係を有する。

θＲ＝θ１＋θ３ …（６）

式（６）に式（５）を代入すると、仰角θ３は式（７）のように表される。

θ３＝θＲ−θ１＝θＰ …（７）

仰角θ３と座標（Ｘ，Ｙ）との間には、式（８）の関係が存在する。そのため、式（８）に式（７）を代入すると、第一のロータ２０の回転角θＰは式（９）のように求められる。

ｔａｎθ３＝Ｙ／Ｘ …（８）
θＰ＝ｔａｎ^−１（Ｙ／Ｘ） …（９）

距離Ｌと座標（Ｘ，Ｙ）との間には、式（１０）の関係が存在する。第二のアーム６０の回転角θ２が不変である場合、距離Ｌも不変である。そのため、距離Ｌは、式（１１）によって表される。式（７）および式（１１）を式（１０）に代入すると、式（１２）が求められる。よって、第二のロータ３０の回転角θＲは、式（１３）のように求められる。

ｃｏｓθ３＝Ｘ／Ｌ …（１０）
Ｌ＝２×ｒ×ｓｉｎθＲ …（１１）
ｃｏｓθ３＝ｃｏｓθＰ＝Ｘ／Ｌ＝Ｘ／（２×ｒ×ｓｉｎθＲ） …（１２）
θＲ＝ｓｉｎ^−１（Ｘ／（２×ｒ×ｃｏｓθＰ）） …（１３）

コントローラー１２０（図４参照）は、式（９）および式（１２）を用いて第一のロータ２０および第二のロータ３０の回転角を計算し、第三のアーム７０を所望の位置に移動させる。

図７は、アーム部ＡＰの旋回動作を示す図である。図７の左端部は、第二のロータ３０を回転させて第三のアーム７０を水平移動させた状態を示している。図７の左端部の状態から第一のロータ２０と第二のロータ３０を同方向に同量回転させると、アーム部ＡＰは、第二のアーム６０の回転角θ２および第三のアーム７０の回転角θ４を変化させずに、図７の左端部の状態から右端部の状態に向けて旋回する。

図８は、アーム部ＡＰの伸縮動作を示す図である。図８の左端部は、第二のロータ３０を回転させて第三のアーム７０を第一の位置Ｐ１に水平移動させた状態を示している。図８の左端部の状態から第二のロータ３０を回転させると、第二のアーム６０の回転角θ２は徐々に小さくなる。第三のアーム７０は、先端部を鉛直下方に向けたまま、初期状態の位置（初期位置）Ｐ０に向けて移動する。

第二のロータ３０をさらに回転させると、第三のアーム７０は、初期位置Ｐ０を通過して第二の位置Ｐ２に到達する。第二の位置Ｐ２は、モータ部ＭＰを挟んで第一の位置Ｐ１とは反対側の位置である。第一の位置Ｐ１から第二の位置Ｐ２に移動する際には、第一のロータ２０は回転させない。これにより、第三のアーム７０の先端部を鉛直下方に向けたまま、第三のアーム７０の鉛直方向の位置を固定した状態で、第三のアーム７０を水平方向に移動させることができる。

図９は、アーム部ＡＰのピックアンドプレースの動作を示す図である。図９の左端部は、第二のロータ３０を回転させて第三のアーム７０を水平移動させ、チャック部７１によってワークを保持した状態を示している。コントローラー１２０は、図９の左端部の状態から第一のロータ２０の回転角θＰおよび第二のロータ３０の回転角θＲを制御し、第二のアーム６０の回転角θ２を変化させずに、アーム部ＡＰを鉛直上方に向けて旋回させる。

アーム部ＡＰが所望の角度だけ旋回したら、コントローラー１２０は、第二のロータ３０の回転を停止する。コントローラー１２０は、第一のロータ２０を回転させてアーム部ＡＰを伸張させる。アーム部ＡＰが伸張したら、コントローラー１２０は、第一のロータ２０の回転角θＰおよび第二のロータ３０の回転角θＲを制御し、第二のアーム６０の回転角θ２を変化させずに、アーム部ＡＰを鉛直下方に向けて旋回させる。なお、アーム部ＡＰの旋回と伸縮は同時に行ってもよい。

以上説明した本実施形態の多関節ロボット１では、第一のロータ２０および第二のロータ３０の回転駆動力は、第一のタイミングベルト８１および第二のタイミングベルト８２を介して第二のアーム６０および第三のアーム７０に伝達される。第一のアーム５０の回転角θ１、第二のアーム６０の回転角θ２および第三のアーム７０の回転角θ４は、第一のロータ２０の回転角θＰおよび第二のロータ３０の回転角θＲによって制御される。

この構成によれば、第一のロータ２０の回転角θＰと第二のロータ３０の回転角θＲとの組み合わせによって、第一のアーム５０の回転角θ１と第二のアーム６０の回転角θ２とを個別に制御することができる。そのため、多関節ロボット１に複雑な動作をさせることができる。また、アームごとにモータが設けられていないので、可搬重量が大きい。

また、本実施形態では、ステータ１０、第一のロータ２０および第二のロータ３０が、ハウジング９０に一体に固定されている。そのため、第一のロータ２０と第二のロータ３０とを内蔵したアクチュエータＭＢが提供される。一つのアクチュエータＭＢに二つのロータが内蔵されるため、それぞれのロータに対応した二つのアクチュエータを用意する必要がない。そのため、小型の多関節ロボット１が提供される。

また、本実施形態では、第二のロータブラケット３２が第一のプーリ４１の外周を囲んで第一のアーム５０に固定されている。そのため、第一のアーム５０が回転したときに第一のアーム５０と第一のプーリ４１とが干渉しにくい。

また、本実施形態では、第二のアーム６０および第三のアーム７０は、回転軸ＡＸと平行な方向において、第一のアーム５０よりも第二のロータブラケット３２から遠い位置に配置されている。そのため、第二のアーム６０が回転したときに第二のアーム６０および第三のアーム７０が第二のロータブラケット３２と干渉しにくい。よって、第三のアーム７０を回転軸ＡＸを挟んで水平方向の一方側から他方側まで広範囲に移動させることができる。

また、本実施形態では、第一のアーム５０の長さＤ１と第二のアーム６０の長さＤ２は等しく、第一のプーリ比は１／２となっている。そのため、第二のロータ３０を回転させたときの第二のアーム６０の回転角θ２は、第一のアーム５０の回転角θ１の２倍となる。よって、第二のアーム６０の先端部に取り付けられた第三のアーム７０を、第二のロータ３０の回転角θＲに応じて直線的に移動させることができる。

また、本実施形態では、第二のプーリ比が２となっている。そのため、第二のロータ３０を回転させたときの第三のアーム７０の回転角θ４は、第一のアーム５０の回転角θ１と等しくなる。第三のアーム７０の回転の向きは、第一のアーム５０の回転の向きと異なる。そのため、第三のアーム７０の姿勢を、第二のロータ３０の回転角θＲに関係なく、常に同じ姿勢に保つことができる。

また、本実施形態では、コントローラー１２０は、第一のアーム５０に対する第二のアーム６０の回転角θ２が変化しないように、第一のロータ５０の回転角θＰに合わせて第二のロータ６０の回転角θＲを変化させる。そのため、第一のアームと第二のアームとを回転軸のまわりにスムーズに回転させることができる。

［第二の実施形態］
図１０は、第二の実施形態に係る多関節ロボット２の正面図である。本実施形態において第一の実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第一の実施形態と異なる点は、第一の軸部５２と第三のプーリ４３とが第二のタイミングベルトで接続されていない点である。第三のプーリ４３は、第三のアーム７０の重心が常に第三のプーリ４３の直下に配置されるように自由回転する。この構成によれば、第三のアーム７０の姿勢を常に同じ姿勢に保つことができる。チャック部７１が常に鉛直下方を向いているため、搬入レーンＬＬ上のワークをチャック部７１で保持したり、チャック部７１の保持されたワークを搬出レーンＵＬに載置したりする作業が容易になる。

１，２ 多関節ロボット
１０ ステータ
２０ 第一のロータ
３０ 第二のロータ
３２ 第二のロータブラケット
４１ 第一のプーリ
４２ 第二のプーリ
４３ 第三のプーリ
５０ 第一のアーム
５２ 第一の軸部
６０ 第二のアーム
６２ 第二の軸部
７０ 第三のアーム
８１ 第一のタイミングベルト
８２ 第二のタイミングベルト
９０ ハウジング
１１０ 第三の軸受部
１１３ 第四の軸受部
１１５ 第一の軸受部
１１６ 第二の軸受部
ＡＸ 回転軸

Claims (9)

1. 回転軸が水平方向に配置された第一のロータと、
   前記第一のロータと同軸に配置された第二のロータと、
   前記第一のロータに固定された第一のプーリと、
   先端部に第一の軸部を有し、基端部が前記第二のロータに固定された第一のアームと、
   前記第一の軸部に第一の軸受部を介して固定された第二のプーリと、
   前記第一のプーリと前記第二のプーリとに掛け渡された第一のタイミングベルトと、
   先端部に第二の軸部を有し、基端部が前記第二のプーリに固定された第二のアームと、
   前記第二の軸部に第二の軸受部を介して固定された第三のプーリと、
   基端部が前記第三のプーリに固定された第三のアームと、
   を有する多関節ロボット。
2. 前記第一のロータと前記第二のロータとの間に配置された筒状のステータと、
   前記ステータが固定されたハウジングと、
   前記第一のロータを前記ハウジングに対して回転自在に支持する第三の軸受部と、
   前記第二のロータを前記ハウジングに対して回転自在に支持する第四の軸受部と、
   を有する請求項１に記載の多関節ロボット。
3. 前記第一のロータは、前記ステータの径方向内側に配置され、
   前記第二のロータは、前記ステータの径方向外側に配置され、
   前記第二のロータは、前記第一のプーリの外周を囲む第二のロータブラケットを有し、
   前記第二のロータブラケットは、前記第一のアームに固定されている
   請求項２に記載の多関節ロボット。
4. 前記第二のアームおよび前記第三のアームは、前記回転軸と平行な方向において、前記第一のアームよりも前記第二のロータブラケットから遠い位置に配置されている
   請求項３に記載の多関節ロボット。
5. 前記第一のアームの長さと前記第二のアームの長さは等しく、
   前記第一のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第一のプーリの外径は、前記第一のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第二のプーリの外径の２倍である
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多関節ロボット。
6. 前記第一の軸部と前記第三のプーリとに掛け渡された第二のタイミングベルトを有する
   請求項５に記載の多関節ロボット。
7. 前記第二のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第一の軸部の外径は、前記第二のタイミングベルトが掛け渡された部分の前記第三のプーリの外径の１／２倍である
   請求項６に記載の多関節ロボット。
8. 前記第三のプーリは、前記第三のアームの重心が常に前記第三のプーリの直下に配置されるように自由回転する
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の多関節ロボット。
9. 前記第一のロータの回転角と前記第二のロータの回転角とを独立に制御するコントローラーを有し、
   前記コントローラーは、前記第一のアームに対する前記第二のアームの回転角が変化しないように、前記第一のロータの回転角に合わせて前記第二のロータの回転角を変化させる
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載の多関節ロボット。

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