JP2018130796A - 水平多関節型ロボット - Google Patents

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Abstract

【課題】基台から第２アームの上面までの高さ寸法を抑えるとともに、ケーブルを含む全高を低く抑える。【解決手段】基台２と、基台２の上方に一端側が鉛直な第１軸線Ａ回りに回転可能に取り付けられた第１アーム３と、基台２に対して第１アーム３を回転させる第１駆動部４と、第１アーム３の他端側の上方に、鉛直な第２軸線Ｂ回りに回転可能に取り付けられた第２アーム５と、第１アーム３に対して第２アーム５を回転させる第２駆動部６とを備え、第１駆動部４が、第１軸線Ａに沿って直列に配置される第１モータ８およびその上方に配置され第１モータ８の回転を減速する第１減速機９を備え、第２駆動部６が、第２軸線Ｂに沿って直列に配置される第２モータ１２およびその下方に配置され第２モータ１２の回転を減速する第２減速機１３とを備え、第２減速機１３の下面が、第１減速機９の上面よりも低い位置に配置されている水平多関節型ロボット１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、水平多関節型ロボットに関するものである。
従来、基台と、該基台に一端側が鉛直な第１軸線回りに回転可能に取り付けられた第１アームと、該第１アームの他端側に鉛直な第２軸線回りに回転可能に取り付けられた第２アームとを備え、基台と第２アームとの間に、第２アームに搭載されたモータを駆動するケーブルが逆Ｊ字状に取り付けられている水平多関節型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載された水平多関節型ロボットは、水平方向に延びる中空角パイプ状の第１アームの一端側の下面に第１アームを回転させるための減速機を固定し、他端側の上面に第２アームを回転させるための減速機を固定している。第１アームを回転させるためのモータは基台内部に収容され、第２アームを回転させるためのモータは第２アーム内に収容されている。
特開２０１４−４６３８号公報
しかしながら、特許文献１の水平多関節型ロボットは、基台、第１アーム用の減速機、第１アーム、第２アーム用の減速機および第２アームを高さ方向に積み重ねるように設置しているため、基台の下面から第２アームの上面までの高さ寸法が大きくなってしまうという不都合がある。
また、固定された基台と移動する第２アームとを結ぶケーブルは、第１アームおよび第２アームの回転によって捻られるため、第２アームに固定された端部においては、捻りを許容するために第２軸線に沿って鉛直方向に延びる直線部分を設ける必要がある。このため、逆Ｊ字状に湾曲したケーブルの上端まで含めた全高を抑えることが困難である。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、基台から第２アームの上面までの高さ寸法を抑えるとともに、ケーブルを含む全高を低く抑えたコンパクトな水平多関節型ロボットを提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、基台と、該基台の上方に一端側が鉛直な第１軸線回りに回転可能に取り付けられた第１アームと、前記基台に対して前記第１アームを回転させる第１駆動部と、前記第１アームの他端側の上方に、鉛直な第２軸線回りに回転可能に取り付けられた第２アームと、前記第１アームに対して前記第２アームを回転させる第２駆動部とを備え、前記第１駆動部が、前記第１軸線に沿って直列に配置される第１モータおよび該第１モータの上方に配置され該第１モータの回転を減速する第１減速機を備え、前記第２駆動部が、前記第２軸線に沿って直列に配置される第２モータおよび該第２モータの下方に配置され該第２モータの回転を減速する第２減速機とを備え、該第２減速機の下面が、前記第１減速機の上面よりも低い位置に配置されている水平多関節型ロボットを提供する。
本態様によれば、第１モータの駆動により、第１モータのトルクが第１減速機によって増幅されて第１アームが基台に対して第１軸線回りに水平回転させられる。また、第２モータの駆動により、第２モータのトルクが第２減速機によって増幅されて第２アームが第１アームに対して第２軸線回りに水平回転させられる。第１減速機および第２減速機は所定の厚さ寸法を有するが、第２減速機の下面を第１減速機の上面よりも低い位置に配置することにより、第１減速機と第２減速機の厚さ方向の少なくとも一部が上下方向に重複して配置される。これにより、基台の下面から第２モータの上面までの高さ寸法を従来よりも小さくコンパクトにすることができる。
上記態様においては、前記基台に一端が取り付けられるとともに前記第２モータの鉛直上方において前記第２アームに他端が取り付けられ、内部にケーブルを貫通させるケーブルコンジットを備えていてもよい。
このようにすることで、第２アームにおけるケーブルコンジットの取付位置を下げることができ、ケーブルコンジットを含めた全高を低く抑えてコンパクトに構成することができる。
また、上記態様においては、前記第２アームの上面が、前記第２モータの鉛直上方に間隔をあけて配置され、前記ケーブルコンジットが、前記基台に固定された固定コンジットと、前記第２アームの前記上面に前記第２軸線回りに回転可能に取り付けられるとともに前記固定コンジットに前記第１軸線回りに回転可能に取り付けられた可動コンジットとを備えていてもよい。
このようにすることで、第２モータと第２アームの上面との間にケーブルの捻りを許容するための空間を設けることができ、可動コンジットにおける捻りの吸収を不要として、可動コンジットを硬質の材料により構成することができる。これにより、フレキシブルコンジットのように、逆Ｊ字状に湾曲させる必要がなく、ケーブルコンジットを含めた全高を低く抑えてコンパクトに構成することができる。
本発明によれば、基台から第２アームの上面までの高さ寸法を抑えるとともに、ケーブルを含む全高を低く抑えてコンパクトに構成することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る水平多関節型ロボットを示す縦断面図である。 （ａ）図１の水平多関節型ロボットと（ｂ）従来の水平多関節型ロボットとを比較して説明する縦断面図である。 図１の水平多関節型ロボットの変形例を示す縦断面図である。
本発明の一実施形態に係る水平多関節型ロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る水平多関節型ロボット１は、図１に示されるように、床面等に設置される基台２と、該基台２の上部に鉛直な第１軸線Ａ回りに回転可能に一端側が取り付けられた第１アーム３と、基台２に対して第１アーム３を回転させる第１駆動部４と、第１アーム３の他端側に鉛直な第２軸線Ｂ回りに回転可能に取り付けられた第２アーム５と、第１アーム３に対して第２アーム５を回転させる第２駆動部６と、基台２と第２アーム５とを連結するように延び、第２アーム５内の後述する第２モータ１２、第３モータ１９および第４モータ２２への電力供給等を行うためのケーブル（図示略）を案内するケーブルコンジット７とを備えている。
基台２は中空箱状に形成され、内部に第１駆動部４を構成している第１モータ８を収容している。
第１駆動部４は、第１軸線Ａに沿って直列に配置された第１モータ８および第１減速機９を備えている。第１モータ８は、出力シャフト８ａを鉛直上向きに配置されており、上方に配置されている第１減速機９内に出力シャフト８ａを挿入している。出力シャフト８ａには第１減速機９内の図示しない入力ギヤに噛み合うギヤが取り付けられている。
第１減速機９は、所定の厚さを有する円板状に形成され、基台２の上面に固定される取付部１０と、該取付部１０に対して第１軸線Ａ回りに回転可能に支持された出力軸１１とを備え、第１モータ８の回転を減速し、第１モータ８のトルクを減速比の逆数の比率で増幅して出力軸１１を回転させるようになっている。
第２駆動部６は、第２軸線Ｂに沿って直列に配置された第２モータ１２および第２減速機１３を備えている。第２モータ１２は、出力シャフト１２ａを鉛直下向きに配置されており、下方に配置されている第２減速機１３内に出力シャフト１２ａを挿入している。出力シャフト１２ａには第２減速機１３内の図示しない入力ギヤに噛み合うギヤが取り付けられている。
第２減速機１３は、所定の厚さを有する円板状に形成され、第２アーム５に固定される取付部１４と、該取付部１４に対して第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持された出力軸１５とを備え、第２モータ１２の回転を減速し、第２モータ１２のトルクを減速比の逆数の比率で増幅して出力軸１５を回転させるようになっている。
第２アーム５は、第２モータ１２および第２減速機１３の取付部１４を取り付けるベース部１６と、該ベース部１６に取り付けられ、該ベース部１６との間に第２モータ１２等を収容するカバー１７とを備えている。ベース部１６には、第２アーム５の先端部を鉛直方向に貫通して配置され上下方向に移動可能かつ鉛直な第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持されたボールネジスプラインシャフト１８が備えられている。そして、ベース部１６とカバー１７との間には、ボールネジスプラインシャフト１８を第３軸線Ｃ回りに回転させるための第３モータ１９、プーリ２０ａ，２０ｂおよびベルト２１と、ボールネジスプラインシャフト１８を上下方向に移動させるための第４モータ２２、プーリ２３ａ，２３ｂおよびベルト２４とが収容されている。
第１アーム３は、第１減速機９を収容する第１凹部２５と、第２減速機１３を収容する第２凹部２６とを備えている。第１凹部２５は水平に延びる第１アーム３の下面から上方に向かって凹んでおり、第２凹部２６は第１アーム３の上面から下方に向かって凹んでいる。第１減速機９の出力軸１１は第１凹部２５の底面に固定され、第２減速機１３の出力軸１５は第２凹部２６の底面に固定されている。
これにより、本実施形態においては、第１減速機９の上面よりも下方に第２減速機１３の下面が配置され、２つの減速機９，１３は、第１アーム３内において高さ方向に相互に重なる位置に配置されている。
ケーブルコンジット７は、外力に倣って変形可能なフレキシブルな素材によって構成されたチューブであり、基台２の上面から鉛直上方に立ち上がり、逆Ｊ字状に湾曲して、第２軸線Ｂに沿って延びる直線部分の下端が第２アーム５のカバー１７の上面に固定されている。ケーブルコンジット７内には、第２アーム５内に収容されている第２モータ１２、ボールネジスプラインシャフト１８を回転させるための第３モータ１９、およびボールネジスプラインシャフト１８を上下動させるための第４モータ２２への電力供給用および信号伝達用のケーブルが収容されている。
このように構成された本実施形態に係る水平多関節型ロボット１の作用について以下に説明する。
第１駆動部４の第１モータ８を作動させると、第１モータ８の回転が第１減速機９によって減速されることによりトルクが増幅されて取付部１０に対して出力軸１１が第１軸線Ａ回りに回転させられる。取付部１０が基台２の上面に固定され、出力軸１１が第１アーム３の第１凹部２５の底面に固定されているので、第１モータ８の駆動により、第１アーム３が基台２に対して第１軸線Ａ回りに水平回転させられる。
また、第２駆動部６の第２モータ１２を作動させると、第２モータ１２の回転が第２減速機１３によって減速されることによりトルクが増幅されて取付部１４に対して出力軸１５が第２軸線Ｂ回りに回転させられる。取付部１４が第２アーム５のベース部１６の下面に固定され、出力軸１５が第１アーム３の第２凹部２６の底面に固定されているので、第２モータ１２の駆動により、第２アーム５が第１アーム３に対して第２軸線Ｂ回りに水平回転させられる。第１アーム３の回転と第２アーム５の回転との組合せにより、第２アーム５の先端に保持されているボールネジスプラインシャフト１８の水平方向位置を２次元的に変更することができる。
この場合に、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１によれば、第１アーム３を駆動する第１駆動部４の第１減速機９の上面よりも低い位置に第２アーム５を駆動する第２駆動部６の第２減速機１３の下面を配置しているので、図２（ｂ）に示されるように、従来、第１減速機９、第１アーム２７および第２減速機１３を高さ方向に積み重ねた場合と比較して、図２（ａ）に示されるように、基台２の下面から第２アーム５の上面までの高さ寸法を大幅に小さくしてコンパクトに構成することができるという利点がある。
また、上記のように、第２アーム５の上面までの高さ寸法を大幅に小さくしているので、従来と同様のフレキシブルなケーブルコンジット７を取り付けた場合においても、ケーブルコンジット７を含めた全高を十分に低く抑えることができるという利点がある。
なお、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１においては、ケーブルコンジット７としてフレキシブルな素材からなるものを例示したが、これに代えて、図３に示されるように、基台２に固定された固定コンジット２８と該固定コンジット２８と第２アーム５のカバー１７の上面との間に配置された可動コンジット２９とを備え、硬質の材料により構成されたものを採用してもよい。この場合、可動コンジット２９は、第２アーム５のカバー１７の上面と第２軸線Ｂ回りに回転可能に接続され、固定コンジット２８とは第１軸線Ａ回りに回転可能に接続されている。
すなわち、上述したように、基台２の下面から第２モータ１２の上面までの高さ寸法を十分に小さくできるので、第２アーム５の上面を従来と同様の高さに維持することにより、カバー１７と第２モータ１２の上面との間に空間を設けることができる。そして、この空間において第２軸線Ｂに沿って上下方向にケーブルを配線した部分により、第２アーム５の回転によるケーブルの捻れを吸収することができる。したがって、可動コンジット２９内ではケーブルを変位させる必要がなく、可動コンジット２９を略水平に真っ直ぐに延びる筒状に形成することができて、ケーブルコンジット７を含めた全高を大幅に小さくした水平多関節型ロボット１を構成することができるという利点がある。
１ 水平多関節型ロボット
２ 基台
３ 第１アーム
４ 第１駆動部
５ 第２アーム
６ 第２駆動部
７ ケーブルコンジット
９ 第１減速機
１３ 第２減速機
２８ 固定コンジット
２９ 可動コンジット
Ａ 第１軸線
Ｂ 第２軸線

Claims (3)

  1. 基台と、
    該基台の上方に一端側が鉛直な第１軸線回りに回転可能に取り付けられた第１アームと、
    前記基台に対して前記第１アームを回転させる第１駆動部と、
    前記第１アームの他端側の上方に、鉛直な第２軸線回りに回転可能に取り付けられた第２アームと、
    前記第１アームに対して前記第２アームを回転させる第２駆動部とを備え、
    前記第１駆動部が、前記第１軸線に沿って直列に配置される第１モータおよび該第１モータの上方に配置され該第１モータの回転を減速する第１減速機を備え、
    前記第２駆動部が、前記第２軸線に沿って直列に配置される第２モータおよび該第２モータの下方に配置され該第２モータの回転を減速する第２減速機とを備え、
    該第２減速機の下面が、前記第１減速機の上面よりも低い位置に配置されている水平多関節型ロボット。
  2. 前記基台に一端が取り付けられるとともに前記第２モータの鉛直上方において前記第２アームに他端が取り付けられ、内部にケーブルを貫通させるケーブルコンジットを備える請求項１に記載の水平多関節型ロボット。
  3. 前記第２アームの上面が、前記第２モータの鉛直上方に間隔をあけて配置され、
    前記ケーブルコンジットが、前記基台に固定された固定コンジットと、前記第２アームの前記上面に前記第２軸線回りに回転可能に取り付けられるとともに前記固定コンジットに前記第１軸線回りに回転可能に取り付けられた可動コンジットとを備える請求項２に記載の水平多関節型ロボット。

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