JP2020015152A - ロボットアーム - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の複雑化を招くことなく、狭小エリアでの作業に適したロボットアームを提供すること。【解決手段】ロボットアームは、把持部と、前記把持部を支持する第1支持部と、を有する先端部と、前記把持部と前記第1支持部とが並ぶ方向に沿う軸を第1軸としたとき、前記第1支持部に対して前記把持部を前記第1軸に沿う第1回動軸まわりに回動させる第1駆動部と、前記第1支持部を支持する第2支持部と、前記第1軸に直交する軸を第2軸としたとき、前記第2支持部に対して前記先端部を前記第2軸に沿う第2回動軸まわりに回動させる第2駆動部と、を有し、前記第1駆動部は、圧電モーターを備え、前記第2回動軸は、前記先端部と交差している。【選択図】図2

Description

本発明は、ロボットアームに関するものである。
例えば、特許文献1に記載されているロボットシステムは、把持装置を備えた多関節ロボットと、この多関節ロボットの把持装置によって把持されるワークを不整列に収容するパレットと、を有する。また、パレットは、底面と、この底面から立設する壁面と、を有し、底面と壁面とが相対的に上下動するようになっている。そのため、パレットの形状を変更することができ、パレットと把持装置との干渉を抑えることができる。その結果、パレット内のワークが把持し易くなる。
特開2010−105081号公報
しかしながら、このような構成のロボットシステムでは、パレットの構成が複雑化するといった問題があった。
本発明のロボットアームは、把持部と、前記把持部を支持する第1支持部と、を有する先端部と、
前記把持部と前記第1支持部とが並ぶ方向に沿う軸を第1軸としたとき、前記第1支持部に対して前記把持部を前記第1軸に沿う第1回動軸まわりに回動させる第1駆動部と、
前記第1支持部を支持する第2支持部と、
前記第1軸に直交する軸を第2軸としたとき、前記第2支持部に対して前記先端部を前記第2軸に沿う第2回動軸まわりに回動させる第2駆動部と、を有し、
前記第1駆動部は、圧電モーターを備え、
前記第2回動軸は、前記先端部と交差していることを特徴とする。
本発明の第1実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 ロボットが備えるエンドエフェクターを示す平面図である。 図2のエンドエフェクターが備える第1駆動部を示す断面図である。 図3の第1駆動部が備える圧電アクチュエーターを示す平面図である。 図2のエンドエフェクターが備える把持部を示す断面図である。 図2のエンドエフェクターを第8回動軸に沿う方向から見た平面図である。 図2のエンドエフェクターが備える第2駆動部を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係るロボットが備えるエンドエフェクターを示す断面図である。
以下、本発明のロボットアームを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図2は、ロボットが備えるエンドエフェクターを示す平面図である。図3は、図2のエンドエフェクターが備える第1駆動部を示す断面図である。図4は、図3の第1駆動部が備える圧電アクチュエーターを示す平面図である。図5は、図2のエンドエフェクターが備える把持部を示す断面図である。図6は、図2のエンドエフェクターを第8回動軸に沿う方向から見た平面図である。図7は、図2のエンドエフェクターが備える第2駆動部を示す断面図である。
図1に示すロボット1は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ただし、ロボット1の用途としては、これに限定されない。ロボット1は、垂直多関節ロボットであり、基台2と、ロボットアーム3と、を有している。また、ロボットアーム3は、第1アーム31、第2アーム32、第3アーム33、第4アーム34、第5アーム35、第6アーム36およびエンドエフェクター4を有している。なお、以下の説明では、ロボットアーム3の基台2側を「基端」または「基端側」とも言い、基台2と反対側すなわち基台2から遠ざかる側を「先端」または「先端側」とも言う。
基台2は、床、壁または天井等に対して固定されている。第1アーム31は、その基端側において基台2に対して第1アーム回動軸O1まわりに回動可能に接続されている。また、第2アーム32は、その基端側において第1アーム31に対して第1アーム回動軸O1に直交する第2アーム回動軸O2まわりに回動可能に接続されている。また、第3アーム33は、その基端側において第2アーム32に対して第2アーム回動軸O2に平行な第3アーム回動軸O3まわりに回動可能に接続されている。また、第4アーム34は、その基端側において第3アーム33に対して第3アーム回動軸O3と直交する第4アーム回動軸O4まわりに回動可能に接続されている。また、第5アーム35は、その基端側において第4アーム34に対して第4アーム回動軸O4と直交する第5アーム回動軸O5まわりに回動可能に接続されている。また、第6アーム36は、その基端側において第5アーム35に対して第5アーム回動軸O5と直交する第6アーム回動軸O6まわりに回動可能に接続されている。エンドエフェクター4は、第6アーム36の先端部に着脱自在に装着されている。なお、本実施形態では、上述した第6アーム36が本発明の第3支持部を構成している。
なお、第1アーム回動軸O1〜第6アーム回動軸O6および後述する第1、第2回動軸O7、O8について、「直交」とは、2つの軸のなす角度が90°から±5°の範囲内でずれている場合も含み、また、「平行」とは、2つの軸の一方が他方に対して±5°の範囲内で傾斜している場合も含む。
また、ロボット1は、基台2と第1アーム31との連結部に設けられ、基台2に対して第1アーム31を回動させる第1アーム駆動部51と、第1アーム31と第2アーム32との連結部に設けられ、第1アーム31に対して第2アーム32を回動させる第2アーム駆動部52と、第2アーム32と第3アーム33との連結部に設けられ、第2アーム32に対して第3アーム33を回動させる第3アーム駆動部53と、第3アーム33と第4アーム34との連結部に設けられ、第3アーム33に対して第4アーム34を回動させる第4アーム駆動部54と、第4アーム34と第5アーム35との連結部に設けられ、第4アーム34に対して第5アーム35を回動させる第5アーム駆動部55と、第5アーム35と第6アーム36との連結部に設けられ、第5アーム35に対して第6アーム36を回動させる第6アーム駆動部56と、を有する。なお、本実施形態では、上述した第6アーム駆動部56が本発明の第3駆動部を構成している。
第1アーム駆動部51〜第6アーム駆動部56は、それぞれ、例えば、アームの駆動源となるモーターM、モーターMの駆動を制御するコントローラー、減速機、エンコーダー等を備えている。なお、モーターMとしては、特に限定されないが、通電による圧電素子の伸縮を利用した圧電モーターを用いることが好ましい。これにより、例えば、モーターMとして電磁モーター等を用いた場合と比べて、モーターMの小型化を図ることができる。また、圧電モーターは、例えば、電磁モーターと比べて低速・高トルクでの駆動が得意であり、このような特性上、ロボット1の駆動に適している。なお、圧電モーターの構成としては、特に限定されないが、例えば、後述する圧電モーター70、80と同様の構成とすることができる。
図2に示すように、エンドエフェクター4は、ワークを把持する把持部61および把持部61を支持する第1支持部62を備える先端部6と、第1支持部62に対して把持部61を第1回動軸O7まわりに回動させる第1駆動部7と、第1支持部62を支持する第2支持部63と、先端部6と第2支持部63とを連結する連結部64と、第2支持部63に対して先端部6を第1回動軸O7に直交する第2回動軸O8まわりに回動させる第2駆動部8と、を有している。
把持部61と第1支持部62とは、第1軸O7’に沿って配置されており、第1支持部62が把持部61の基端側(連結部64と接続している側)に位置している。また、把持部61は、第1支持部62に対して第1軸O7’に沿う軸すなわち第1軸O7’と一致するかまたは平行な軸である第1回動軸O7まわりに回動可能に連結されている。また、第1支持部62は、その先端部に把持部61を着脱自在に装着可能な装着部621を有している。このように、第1支持部62に対して把持部61を着脱自在とすることにより、作業内容に合わせて把持部61を容易に交換することができる。また、把持部61のメンテナンスも容易となる。なお、装着部621への把持部61の装着方法としては、特に限定されず、例えば、凹凸嵌合、螺合、ねじ止め、磁気的な吸着等いかなる方法であってもよい。
図3に示すように、第1駆動部7は、圧電モーター70を備えている。圧電モーター70は、筐体72と、筐体72に対して回転可能なローター73と、ローター73の主面731に当接する凸部744を備える圧電アクチュエーター74と、を有している。また、筐体72は、第1支持部62に固定されている。また、ローター73は、ベアリング76を介して筐体72に支持され、筐体72に対して第1回動軸O7まわりに回転可能となっている。そして、このローター73に、装着部621が設けられている。また、圧電アクチュエーター74は、図示しない付勢部材によって凸部744がローター73の主面731に押し付けられた状態で筐体72に固定されている。
また、図4に示すように、圧電アクチュエーター74は、振動体741と、振動体741を支持する支持部742と、振動体741と支持部742とを接続する接続部743と、振動体741に設けられ、振動体741の振動をローター73に伝達する凸部744と、を有している。このような圧電アクチュエーター74は、第1回動軸O7から偏心した位置すなわち第1回動軸O7からずれた位置に配置されており、図示の構成では、第1回動軸O7に対して紙面奥側にずれて配置されている。また、振動体741には、5つの圧電素子745A〜745Eが配置されている。これら5つの圧電素子745A〜745Eは、それぞれ、振動体741の長手方向に伸縮するようになっており、圧電素子745A〜745Eを所定のタイミングで伸縮させることにより、圧電アクチュエーター74がS字状に屈曲振動し、この屈曲振動がローター73に伝達されることにより、ローター73が筐体72に対して第1回動軸O7まわりに回転する。
以上のような圧電モーター70は、例えば、電磁モーター等の他のモーターと比べて小型化が可能である。そのため、エンドエフェクター4の小型化を図ることができる。また、圧電モーター70は、電磁モーターと比べて、低速・高トルクの特性を有し、このような特性は、エンドエフェクター4の駆動に適している。そのため、より安定した駆動が可能なエンドエフェクター4となる。
図5に示すように、把持部61は、第1支持部62の装着部621に着脱自在に装着された基部611と、基部611に対してスライド可能に支持された一対のラックギア612、613と、ラックギア612、613の間に位置し、これらに噛合するピニオンギア614と、ピニオンギア614をその中心軸まわりに回転させるピニオンギア駆動部615と、ラックギア612、613に固定されている一対の指部616、617と、を有している。なお、本実施形態では、ピニオンギア614の中心軸は、第1回動軸O7と一致している。
ピニオンギア駆動部615によってピニオンギア614を回転させると、基部611に対してラックギア612、613が相反方向にスライドし、これにより、一対の指部616、617が開閉し、対象物を把持、リリースすることができる。ピニオンギア駆動部615としては、特に限定されず、例えば、圧電モーター、電磁モーター等を用いることができる。圧電モーターを用いる場合は、前述した圧電モーター70と同様の構成とすることができる。本実施形態では、ピニオンギア駆動部615は、基部611に対しベアリング618を介して回転可能に支持されたローター6151と、ローター6151を回転させる圧電アクチュエーター6152と、を有している。なお、圧電アクチュエーター6152は、前述した圧電アクチュエーター74と同様の構成であり、圧電アクチュエーター6152が有する凸部6153は、ローター6151の主面6154の回動軸から偏心した位置に当接している。
以上、把持部61について説明したが、把持部61の構成としては、図示のものに限定されない。例えば、指部の数は、特に限定されず、例えば、3本以上であってもよい。また、指部616、617を開閉する機構についても、特に限定されず、例えば、指部616をスライドさせる駆動部と、指部617をスライドさせる駆動部と、を別々に設けてもよい。また、本実施形態の把持部61は、一対の指部616、617で対象物を把持する構成となっているが、これに限定されず、例えば、対象物を負圧によって吸着する吸着部を有する構成となっていてもよい。
また、第2支持部63は、第6アーム36に支持されている基部631と、基部631から延出し、先端部6を支持する先端部支持部632と、を有している。また、先端部支持部632と先端部6とは、第1軸O7’と直交する第2軸O8’に沿う軸すなわち第2軸O8’と一致するかまたは平行な軸である第2回動軸O8に沿って配置されている。言い換えると、図6に示すように、第2回動軸O8に沿う方向からの平面視で、先端部支持部632と先端部6とが重なっている。
図7に示すように、第2駆動部8は、先端部支持部632に配置されている。また、第2駆動部8は、圧電モーター80を備えている。また、圧電モーター80は、圧電アクチュエーター84を有し、この圧電アクチュエーター84は、前述した圧電モーター70の圧電アクチュエーター74と同様の構成である。
すなわち、圧電モーター80は、筐体82と、筐体82に対して回転可能なローター83と、ローター83の主面831に当接する凸部844を備える圧電アクチュエーター84と、を有している。また、筐体82は、先端部支持部632の先端部に固定されている。また、ローター83は、ベアリング85を介して筐体82に支持され、筐体82に対して第2回動軸O8まわりに回転可能となっている。また、圧電アクチュエーター84は、図示しない付勢部材によって凸部844がローター83の主面831に押し付けられた状態で筐体82に固定されている。このような圧電アクチュエーター84は、第2回動軸O8から偏心した位置すなわち第2回動軸O8からずれた位置に配置されており、図示の構成では、第2回動軸O8に対して紙面奥側にずれて配置されている。そして、圧電アクチュエーター84をS字状に屈曲振動させると、その振動がローター83に伝達され、ローター83が第2回動軸O8まわりに回転する。
連結部64は、途中で直角に屈曲したL字状をなしている。具体的には、連結部64は、第1回動軸O7に沿う方向に延在する第1部分641と、第1部分641の一端部に接続され、第2回動軸O8に沿う方向に延在する第2部分642と、を有する。そして、第1部分641にローター83が固定されており、第2部分642に第1支持部62が固定されている。そのため、圧電アクチュエーター84の作動によりローター83が回転すると、連結部64および先端部6が第2回動軸O8まわりに回動する。なお、第2部分642と基部631との間には、連結部64および先端部6が第2回動軸O8まわりに回動したときにこれらが接触しない程度の隙間66が形成されている。
図2および図6に示すように、第2回動軸O8は、先端部6と交差している。言い換えると、第2回動軸O8に沿う方向からの平面視で、第2回動軸O8と先端部6とが重なっている。このように、第2回動軸O8と先端部6とが交差することにより、第2回動軸O8から把持部61の先端までの距離Dが短くなり、より小さい領域内で先端部6を第2回動軸O8まわりに回動させることができる。そのため、狭小エリアにおける作業が行い易くなる。特に、本実施形態では、第2回動軸O8と第1回動軸O7とが交差している。これにより、上述した効果をより顕著に発揮することができる。ただし、これに限定されず、第2回動軸O8と第1回動軸O7とが交差しておらずねじれの関係にあってもよい。
また、第2回動軸O8(第2軸O8’)に沿った方向からの平面視で、第2駆動部8と先端部6とが重なっている。言い換えると、第2駆動部8と先端部6とが第2回動軸O8に沿って配置されている。これにより、エンドエフェクター4の全長を短くすることができ、ロボットアーム3の小型化を図ることができる。特に、本実施形態では、第2回動軸O8に沿った方向からの平面視で、第2駆動部8と把持部61とが重なっている。これにより、エンドエフェクター4の全長をさらに短くすることができ、ロボットアーム3のさらなる小型化を図ることができる。なお、第2駆動部8と先端部6とが重なるとは、例えば、第2回動軸O8に沿った方向からの平面視で、先端部6の少なくとも一部が第2駆動部8の筐体82およびローター83の少なくとも一方と重なっていることを意味する。また、第2駆動部8と把持部61とが重なるとは、例えば、第2回動軸O8に沿った方向からの平面視で、把持部61を第1回動軸O7まわりに回転させた回転面の少なくとも一部が、第2駆動部8の筐体82およびローター83の少なくとも一方と重なっていることを意味する。
また、第2回動軸O8(第2軸O8’)に沿った方向からの平面視で、第2駆動部8と装着部621とが重なっている。これにより、先端部6の全長方向のほぼ中央部において、第2回動軸O8と先端部6とを交差させることができ、より小さい領域内で先端部6を第2回動軸O8まわりに回動させることができる。なお、第2駆動部8と装着部621とが重なるとは、例えば、第2回動軸O8に沿った方向からの平面視で、装着部621の少なくとも一部が第2駆動部8の筐体82およびローター83の少なくとも一方と重なっていることを意味する。
以上、ロボット1について説明した。このようなロボット1が有するロボットアーム3は、前述したように、把持部61と、把持部61を支持する第1支持部62と、を有する先端部6と、把持部61と第1支持部62とが並ぶ方向に沿う軸を第1軸O7’としたとき、第1支持部62に対して把持部61を第1軸O7’に沿う第1回動軸O7まわりに回動させる第1駆動部7と、第1支持部62を支持する第2支持部63と、第1回動軸O7に直交する軸を第2軸O8’としたとき、第2支持部63に対して先端部6を第2軸O8’に沿う第2回動軸O8まわりに回動させる第2駆動部8と、を有している。また、第1駆動部7は、圧電モーター70を備えている。また、第2回動軸O8は、先端部6と交差している。このように、第2回動軸O8と先端部6とが交差することにより、第2回動軸O8から把持部61の先端までの距離Dが短くなり、より小さい領域内で先端部6を第2回動軸O8まわりに回動させることができる。また、第1駆動部7が圧電モーター70を備えることにより、例えば、第1駆動部7が電磁モーターを備える場合と比べて、ロボットアーム3の小型化を図ることができる。そのため、狭小エリアにおける作業が行い易いロボットアーム3となる。
また、前述したように、第2回動軸O8は、第1回動軸O7と交差している。これにより、さらに小さい領域内で先端部6を第2回動軸O8まわりに回動させることができる。そのため、狭小エリアにおける作業が行い易いロボットアーム3となる。
また、前述したように、第2駆動部8は、圧電モーター80を備えている。これにより、例えば、第2駆動部8を電磁モーターとした場合と比べて、ロボットアーム3の小型化を図ることができる。
また、前述したように、ロボットアーム3は、第2支持部63を支持する第3支持部としての第6アーム36と、第2回動軸O8に直交する軸を第3軸O6’としたとき、第2支持部63を第6アーム36に対して第3軸O6’に沿う第3回動軸としての第6アーム回動軸O6まわりに回動させる第3駆動部としての第6アーム駆動部56と、を有する。これにより、把持部61の姿勢をより自由に変化させることができ、利便性の高いロボットアーム3となる。
<第2実施形態>
図8は、本発明の第2実施形態に係るロボットが備えるエンドエフェクターを示す断面図である。
本実施形態に係るロボット1は、エンドエフェクター4が備える第1駆動部7の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。以下の説明では、第2実施形態のロボット1に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図8では、前述した第1実施形態と同様の構成について同一符号を付している。
図8に示すように、本実施形態の第1駆動部7が有する圧電モーター70では、圧電アクチュエーター74が、ローター73の外周面である側面732に当接している。圧電アクチュエーター74は、振動を伝達する凸部744を有し、この凸部744が側面732に押し付けられるようにして付勢部材を介して筐体72に固定されている。このような構成によれば、例えば、前述した第1実施形態のように、圧電アクチュエーター74がローター73の主面731に当接している場合と比べて、圧電モーター70の薄型化を図ることができる。そのため、先端部6の全長(第1回動軸O7に沿う長さ)をより短くでき、より小さい領域内で先端部6を第2回動軸O8まわりに回動させることができる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明のロボットアームを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、ロボット1が6軸ロボットである構成について説明したが、ロボット1としては、特に限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラロボット等であってもよい。
1…ロボット、2…基台、3…ロボットアーム、31…第1アーム、32…第2アーム、33…第3アーム、34…第4アーム、35…第5アーム、36…第6アーム、4…エンドエフェクター、51…第1アーム駆動部、52…第2アーム駆動部、53…第3アーム駆動部、54…第4アーム駆動部、55…第5アーム駆動部、56…第6アーム駆動部、6…先端部、61…把持部、611…基部、612、613…ラックギア、614…ピニオンギア、615…ピニオンギア駆動部、6151…ローター、6152…圧電アクチュエーター、6153…凸部、6154…主面、616、617…指部、618…ベアリング、62…第1支持部、621…装着部、63…第2支持部、631…基部、632…先端部支持部、64…連結部、641…第1部分、642…第2部分、66…隙間、7…第1駆動部、70…圧電モーター、72…筐体、73…ローター、731…主面、732…側面、74…圧電アクチュエーター、741…振動体、742…支持部、743…接続部、744…凸部、745A〜745E…圧電素子、76…ベアリング、8…第2駆動部、80…圧電モーター、82…筐体、83…ローター、831…主面、84…圧電アクチュエーター、844…凸部、85…ベアリング、D…距離、M…モーター、O1…第1アーム回動軸、O2…第2アーム回動軸、O3…第3アーム回動軸、O4…第4アーム回動軸、O5…第5アーム回動軸、O6…第6アーム回動軸、O6’…第3軸、O7…第1回動軸、O7’…第1軸、O8…第2回動軸、O8’…第2軸

Claims (7)

  1. 把持部と、前記把持部を支持する第1支持部と、を有する先端部と、
    前記把持部と前記第1支持部とが並ぶ方向に沿う軸を第1軸としたとき、前記第1支持部に対して前記把持部を前記第1軸に沿う第1回動軸まわりに回動させる第1駆動部と、
    前記第1支持部を支持する第2支持部と、
    前記第1軸に直交する軸を第2軸としたとき、前記第2支持部に対して前記先端部を前記第2軸に沿う第2回動軸まわりに回動させる第2駆動部と、を有し、
    前記第1駆動部は、圧電モーターを備え、
    前記第2回動軸は、前記先端部と交差していることを特徴とするロボットアーム。
  2. 前記第2回動軸は、前記第1回動軸と交差している請求項1に記載のロボットアーム。
  3. 前記第2駆動部は、圧電モーターを備えている請求項1または2に記載のロボットアーム。
  4. 前記第2軸に沿った方向からの平面視で、前記第2駆動部と前記先端部とが重なっている請求項1ないし3のいずれか1項に記載のロボットアーム。
  5. 前記第2軸に沿った方向からの平面視で、前記第2駆動部と前記把持部とが重なっている請求項4に記載のロボットアーム。
  6. 前記第2支持部を支持する第3支持部と、
    前記第2軸に直交する軸を第3軸としたとき、前記第2支持部を前記第3支持部に対して前記第3軸に沿う第3回動軸まわりに回動させる第3駆動部と、を有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載のロボットアーム。
  7. 前記第1支持部は、前記把持部を装着する装着部を有し、
    前記第2軸に沿った方向からの平面視で、前記第2駆動部と前記装着部とが重なっている請求項1ないし6のいずれか1項に記載のロボットアーム。
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