JP2021053707A - 多軸ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】可動領域に対して動作に必要な領域が狭く、コンパクトな多軸ロボットを提供する。【解決手段】多軸ロボット１０は、フレーム４６と、第１軸１３９に沿ってフレーム４６に配置された一組の直線ガイド５９と、第１軸１３９に沿って移動可能なサドル７７と、第２軸１４１を中心に回転可能な第１アーム９３と、第２軸１４１と垂直な第３軸１４３を中心に回転可能な第２アーム１０１と、第２アーム１０１の先端部に配置され、第２アーム１０１に沿って第３軸１４３と垂直な第４軸１４５を中心に回転可能であり、第４軸１４５に沿って延びる第３アーム１１３と、第３アーム１１３の先端に配置され、第４軸１４５と直交する第５軸１４７を中心に回転可能な第４アーム１２９と、第４アーム１２９の先端部に配置され、第５軸１４７と直交する第６軸１４９を中心に回転可能なフランジ１３６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、多軸ロボットに関する。

複数の可動軸を有する多軸ロボットが提案されている（例えば、ファナック株式会社、“大型知能ロボット ＦＡＮＵＣ Ｒｏｂｏｔ Ｒ−２０００ｉｃ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２０１９年８月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｆａｎｕｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｊａ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐｄｆ／ｒｏｂｏｔ／ｒｒ−２０００ｉｃ（ｊ）−０７．ｐｄｆ＞、以下、非特許文献１）。

非特許文献１の多軸ロボットは、手先部を基台部に近づける場合、第１アーム部と第２アーム部とをつなぐ関節部が後方に突出する。そのため、設置面積が大きくなる場合がある。

本発明は、可動領域に対して動作に必要な領域が狭く、コンパクトな多軸ロボットを提供することを目的とする。

本発明の多軸ロボットは、
フレームと、
第１軸に沿って前記フレームに配置された一組の直線ガイドと、
前記直線ガイドに配置され、前記第１軸に沿って移動可能なサドルと、
前記サドルに配置され、第２軸を中心に回転可能な第１アームと、
前記第１アームに配置され、前記第２軸と垂直な第３軸を中心に回転可能な第２アームと、
前記第２アームの先端部に配置され、前記第２アームに沿って前記第３軸と垂直な第４軸を中心に回転可能であり、第４軸に沿って延びる第３アームと、
前記第３アームの先端に配置され、前記第４軸と直交する第５軸を中心に回転可能な第４アームと、
前記第４アームの先端部に配置され、前記第５軸と直交する第６軸を中心に回転可能なフランジと、
を有する。

多軸ロボットは、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸、および第６軸に沿って駆動される。第３軸は、第２軸と交差してよい。望ましくは、第６軸が第４軸に平行であるときに、第６軸と第４軸は一致する。多軸ロボットは、数値制御される。
並進部上に、アーム部が配置される。各軸のモータは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータである。

伸縮カバーは、例えば、テレスコピックカバー、蛇腹である。伸縮カバーは、ベースプレートの正面よりに配置される。伸縮カバーは、サドル穴の両端部にそれぞれ配置される。それぞれの伸縮カバーの移動端は、サドルに固定され、固定端はフレームに固定される。伸縮カバーは、貫通穴からフレーム内への異物の侵入を抑制する。

本発明によれば、可動領域に対して動作に必要な領域が狭く、コンパクトなロボットを提供できる。

第１実施形態の多軸ロボット 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図 第２実施形態の多軸ロボット 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図

（第１実施形態）
図１に従って、本実施形態の多軸ロボット１０を説明する。多軸ロボット１０の正面から見て左右方向をＸ軸（正面から向かって左を正とする。）、前後方向をＹ軸（手前向きを正とする。）、上下方向をＺ軸（下向きを正とする。）とする。

第１軸１３９は、水平方向（Ｘ軸方向）に延びる並進軸である。第２軸１４１は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸である。第３軸１４３は、第２軸１４１と直交する。第４軸１４５ａは、第３軸１４３に対して垂直に延びる回転軸である。第４軸１４５ａは、第３軸１４３と交差しない。第５軸１４７は、第４軸１４５ａに対して直交する回転軸である。第６軸１４９は、第５軸１４７に対して直交する回転軸である。
なお、第３軸１４３は、第２軸１４１に垂直であれば、必ずしも直交する必要はない。

多軸ロボット１０は、並進部４４と、アーム部４５を有する。
並進部４４は、長辺が水平方向に延びる。並進部４４は、フレーム４６、サドル７７、駆動装置６７、及び直線ガイド５９を有する。アーム部４５は、サドル７７上に配置された５軸アームである。

図１は、アーム部４５をＺ方向に平行に伸ばした状態を示す。断面ＩＩ−ＩＩは、第２軸１４１を通るＹＺ平面と、第３軸１４３を通るＸＹ平面の組み合せ断面である。

フレーム４６は、支柱４６ａと、ブラケット４６ｂを有する。支柱４６ａは、柱体であり、長辺が水平方向に延びる。支柱４６ａの両端に、一対のブラケット４６ｂがそれぞれ配置される。

二本一組の直線ガイド５９は、支柱４６ａに配置される。直線ガイド５９は、ガイドレール５９ａと、ガイドブロック５９ｂを有する。ガイドレール５９ａは、Ｘ方向に延びる。ガイドレール５９ａは、支柱４６ａの上面及び下面に配置される。ガイドブロック５９ｂは、直線ガイド５９上を往復する。

サドル７７は、ガイドブロックホルダ７７ａ、ナットホルダ７７ｂ、及びアーム支持部７７ｃを有する。サドル７７は、直線ガイド５９に配置される。ガイドブロックホルダ７７ａは、サドル７７の背面部、かつ、支柱４６ａの下方に配置される。ガイドブロックホルダ７７ａは、下方の直線ガイド５９のガイドブロック５９ｂに固定される。ナットホルダ７７ｂは、サドル７７の背面部、かつ、支柱４６ａの下方に配置される。ナットホルダ７７ｂは、上方の直線ガイド５９のガイドブロック５９ｂに固定される。支持部７７ｃは、ガイドブロックホルダ７７ａの正面に固定される。

駆動装置６７は、例えば、ナット回転型ボールねじ機構である。
駆動装置６７は、ボールねじ７１と、第１軸モータ６９と、伝動ベルト機構１１を有する。駆動装置６７は、第１軸１３９に沿って配置される。
ボールねじ７１は、ねじ軸７１ａと、ナット７１ｂを有する。ねじ軸７１ａの両端は、ブラケット４６ｂにそれぞれ固定される。ナット７１ｂは回転型であり、ナットホルダ７７ｂに支持される。

第１軸モータ６９は、出力軸６９ａを有する。第１軸モータ６９は、ナットホルダ７７ｂに支持される。第１軸モータ６９は、例えば、出力軸６９ａを＋Ｘ方向に向けて配置される。

伝動ベルト機構１１は、原動プーリ１３と、無端歯付ベルト１５と、従動プーリ１７を有する。原動プーリ１３は、歯付プーリであり、出力軸６９ａに固定される。従動プーリ１７は、歯付プーリであり、ナット７１ｂに固定される。無端歯付ベルト１５は、原動プーリ１３と従動プーリ１７との間に架けられる。

アーム部４５は、第１アーム９３と、第２軸モータ７９と、第２軸減速ユニット８１と、第３軸モータ９５と、第３軸減速機９７と、ベアリング９９と、支持軸１０７と、第２アーム１０１と、第４軸モータ１０３と、第４軸減速ユニット１０５と、第３アーム１１３と、第５軸モータ１１５と、第５軸減速ユニット１１７と、支持軸１１９と、第４アーム１２９と、第６軸モータ１３１と、第６軸減速機１３３と、フランジ１３６を有する。

第２軸モータ７９は、出力軸７９ａを有する。第２軸モータ７９は、支持部７７ｃの基端側に配置される。
第２軸減速ユニット８１は、原動プーリ８５と、無端歯付ベルト８７と、従動プーリ８９と、第２軸最終減速機９１を有する。第２軸最終減速機９１は、入力軸９１ａと、出力軸９１ｂを有する。出力軸９１ｂは、第２軸１４１に一致する。出力軸９１ｂは、入力軸９１ａと同軸である。第２軸最終減速機９１は、好ましくは、ノンバックラッシの減速機である。原動プーリ８５は、出力軸７９ａに固定される。従動プーリ８９は、入力軸９１ａに固定される。無端歯付ベルト８７は、原動プーリ８５と従動プーリ８９との間に架けられる。

第１アーム９３は、出力軸９１ｂに固定される。第１アーム９３は、第２軸１４１を中心に回転可能に、サドル７７に支持される。第１アーム９３は、第３軸１４３についてトラニオン型の支持部９４を有する。支持部９４は、Ｕ字状であり、第１アーム９３の先端部に配置される。第１アーム９３は、延伸部９３ａを有してもよい。延伸部９３ａは、第１アーム９３の基端部に配置され、出力軸９１ｂに固定される。延伸部９３ａは、出力軸９１ｂと第３軸１４３との距離９２を調整する。

第３軸モータ９５は、出力軸９５ａを有する。第３軸モータ９５は、第２アーム１０１の基端部に配置される。第３軸モータ９５は、第３軸減速機９７と接続される。
第３軸減速機９７は、入力軸９７ａ及び出力軸９７ｂを有する。第３軸減速機９７は、支持部９４の一方に配置される。入力軸９７ａ及び出力軸９７ｂは、第３軸１４３と同軸である。入力軸９７ａは、出力軸９５ａに固定される。ベアリング９９は、支持部９４の他方に配置される。

第２アーム１０１は、Ｌ字状であり、支持部９４に第３軸１４３を中心として揺動可能に支持される。第２アーム１０１の基端部は、支持軸１０７を有する。支持軸１０７は、第３軸と同軸であり、ベアリング９９に支持される。第２アーム１０１の先端部は、第４軸１４５ａに沿って延びる。

第４軸モータ１０３は、出力軸１０３ａを有する。第４軸モータ１０３は、第２アーム１０１の先端部に配置される。
第４軸減速ユニット１０５は、小歯車１０８と、大歯車１０９と、第４軸最終減速機１１１を有する。第４軸最終減速機１１１は、入力軸１１１ａ及び出力軸１１１ｂを有する。第４軸最終減速機１１１は、第２アーム１０１の先端部に配置される。小歯車１０８は、出力軸１０３ａに固定される。大歯車１０９は、入力軸１１１ａに固定され、小歯車１０８に噛み合う。出力軸１１１ｂは、第４軸１４５ａと同軸である。望ましくは、第４軸最終減速機１１１は、ノンバックラッシ減速機である。

第３アーム１１３は、第４軸１４５ａに沿って延びて、出力軸１１１ｂに固定される。第３アーム１１３は、トラニオン型の支持部１１８及び支持軸１１９を有する。支持部１１８は、Ｕ字状であり、第３アーム１１３の先端部に配置される。支持軸１１９は、支持部１１８の内側に、第５軸１４７と一致するように配置される。

第５軸モータ１１５は、出力軸１１５ａを有する。第５軸モータ１１５は、第３アーム１１３の基端部に配置される。
第５軸減速ユニット１１７は、原動プーリ１２１と、無端歯付ベルト１２３と、従動プーリ１２５と、第５軸最終減速機１２７を有する。第５軸最終減速機１２７は、入力軸１２７ａ及び出力軸１２７ｂを有する。例えば、入力軸１２７ａと出力軸１２７ｂは同軸である。望ましくは、第５軸最終減速機１２７は、ノンバックラッシ減速機である。第５軸最終減速機１２７は、支持部１１８の内側に、出力軸１２７ｂが第５軸１４７に一致するように配置される。
原動プーリ１２１は、出力軸１１５ａに固定される。従動プーリ１２５は、入力軸１２７ａに固定される。無端歯付ベルト１２３は、原動プーリ１２１と従動プーリ１２５との間に架けられる。

第４アーム１２９は、出力軸１２７ｂに固定される。第４アーム１２９は、出力軸１２７ｂと支持軸１１９に両端を支持されて、第５軸１４７を中心に揺動可能に配置される。

ベアリング１３５、第６軸モータ１３１及び第６軸減速機１３３は、第４アーム１２９に配置される。支持軸１１９は、ベアリング１３５に支持される。

第６軸モータ１３１は、出力軸１３１ａを有する。第６軸モータ１３１は、第４アーム１２９の先端部に配置される。出力軸１３１ａは、第６軸１４９に一致する。
第６軸減速機１３３は、入力軸１３３ａ及び出力軸１３３ｂを有する。出力軸１３３ｂは、入力軸１３３ａと同軸である。入力軸１３３ａは、出力軸１３１ａと直接連結される。出力軸１３３ｂは、第６軸１４９と一致する。

フランジ１３６は、出力軸１３３ｂに固定される。

本実施形態の多軸ロボット１０によれば、ナット回転型のボールねじ７１を有するため、Ｘ軸のストロークを長くできる。また、駆動装置６７は、フレーム４６から容易に取り外すことができる。つまり、駆動装置６７は、ベルト１５を外し、ナット７１ｂをナットホルダ７７ｂと切り離すだけでフレーム４６から取り外される。駆動装置６７が取り外される際、サドル７７やアーム部４５は、フレーム４６に支持される。駆動装置６７は、サドル７７の取付面（正面）と異なる面（上面又は背面）から取り外される。

（第２実施形態）
図５及び図６に示すように、第２実施形態の多軸ロボット４０は、並進部４４１と、アーム部４５１を有する。並進部４４１は、フレーム４６１と、側板４９と、ベースプレート４７と、サドル穴（貫通穴）５１と、スライダ６３と、支持板５３と、及び駆動装置６７１を有する。アーム部４５１は、サドル７７上に配置される。並進部４４１は、伸縮カバー７５を有してもよい。

フレーム４６１は、ベースプレート４７と、側板４９と、支持板５３によって囲まれた箱体であり、背面（第１方向の面）に開口４６１ａを有する。開口４６１ａは、スライダ６３の背面（第１方向）側に配置される。ベースプレート４７は、フレーム４６１の正面（第２方向の面）に配置される。サドル穴５１は、ベースプレート４７の中央部に配置され、Ｘ軸に沿って延びる。二つ一組の側板４９は、フレーム４６１の上下に配置される。
例えば、開口４６１ａは背面側（第１方向）の側板４９に配置されてもよい。

一組の直線ガイド５９は、ガイドレール５９ａ及びガイドブロック５９ｂをそれぞれ有する。ベースプレート４７の背面側に、一組の直線ガイド５９がＸ方向に延びて配置される。ガイドレール５９ａは、サドル穴５１の上下にそれぞれ配置される。ガイドブロック５９ｂは、ガイドレール５９ａ上をスライドする。

スライダ６３は、ガイドブロック５９ｂに固定される。スライダ６３は、ベースプレート４７の背面側で、かつ、駆動装置６７１の正面側に配置される。スライダ６３は、ナットホルダ６５を有する。ナットホルダ６５は、スライダ６３の背面側に配置される。

サドル７７は、スライダ６３の正面側に固定され、サドル穴５１を貫通して正面側（＋Ｙ方向）に突出する。
伸縮カバー７５は、蛇腹である。伸縮カバー７５は、ベースプレート４７の正面に隣接し、ベースプレート４７とサドル７７との間に配置される。

支持板５３は、開口４６１ａに、ベースプレート４７と離間して配置される。支持板５３は、例えば、ベースプレート４７と平行に、側板４９の間に架けられる。支持板５３は、例えば、位置決めピンによって正確に配置される。支持板５３は、フレーム４６１に対して取り外し可能でもよい。
支持板５３は、モータ支持板５３Ａおよび軸端支持板５３Ｂを有してもよい。

モータ支持板５３Ａは、フレーム４６１の一端部に配置される。モータ支持板５３Ａは、モータブラケット５５と、ベアリングホルダ５７を有する。モータブラケット５５及びベアリングホルダ５７は、モータ支持板５３Ａのベースプレート４７側（正面側）に配置される。ベアリングホルダ５７は、ベアリング５７ａを有する。モータ支持板５３Ａは、フレーム４６１に対して取り外し可能である。
軸端支持板５３Ｂは、フレーム４６１の他端部に配置される。軸端支持板５３Ｂは、ベアリングホルダ５８を有する。ベアリングホルダ５８は、軸端支持板５３Ｂの正面側に配置される。ベアリングホルダ５８は、ベアリング５８ａを有する。軸端支持板５３Ｂは、フレーム４６１に対して取り外し可能である。

駆動装置６７１は、支持板５３に固定される。駆動装置６７１は、スライダ６３の背面（第１方向）側に配置される。駆動装置６７１は、例えば、ボールねじ機構である。駆動装置６７１は、第１軸モータ６９と、ボールねじ７２と、カップリング７３を有する。駆動装置６７１は、第１軸１３９に沿って配置される。
ボールねじ７２は、ねじ軸７２ａと、ナット７２ｂを有する。ねじ軸７２ａの両端は、ベアリング５７ａ、５８ａに支持される。ナット７２ｂは、ナットホルダ６５に固定される。
モータ６９は、出力軸６９ａを有する。モータ６９は、モータブラケット５５に支持される。カップリング７３は、出力軸６９ａとボールねじ７２を直接締結する。

アーム部４５１は、第２アーム２０１を有する。第２軸１４１は、直線ガイド５９に平行である。第２アーム２０１は、第１アーム９３の先端に支持される。第２アーム２０１は、第４軸１４５ｂに沿って延びる。第４軸１４５ｂは、第３軸１４３に直交する。

本実施形態の多軸ロボット４０によれば、駆動装置６７１は支持板５３と共にフレーム４６１から容易に取り外すことができる。駆動装置６７１を取り外す際に、サドル７７及びアーム部４５１は、フレーム４６１に支持される。駆動装置６７１は、サドル７７の取付面（正面）と異なる面（背面）に配置された開口４６１ａから取り外される。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１０、４０ 多軸ロボット
４６、４６１ フレーム
５９ 直線ガイド
７７ サドル
９３ 第１アーム
１０１、２０１ 第２アーム
１１３ 第３アーム
１２９ 第４アーム
１３６ フランジ
１３９ 第１軸
１４１ 第２軸
１４３ 第３軸
１４５ 第４軸
１４７ 第５軸
１４９ 第６軸

Claims (10)

1. フレームと、
   第１軸に沿って前記フレームに配置された一組の直線ガイドと、
   前記直線ガイドに配置され、前記第１軸に沿って移動可能なサドルと、
   前記サドルに配置され、第２軸を中心に回転可能な第１アームと、
   前記第１アームに配置され、前記第２軸と垂直な第３軸を中心に回転可能な第２アームと、
   前記第２アームの先端部に配置され、前記第２アームに沿って前記第３軸と垂直な第４軸を中心に回転可能であり、第４軸に沿って延びる第３アームと、
   前記第３アームの先端に配置され、前記第４軸と直交する第５軸を中心に回転可能な第４アームと、
   前記第４アームの先端部に配置され、前記第５軸と直交する第６軸を中心に回転可能なフランジと、
   を有する多軸ロボット。
2. 前記第２軸は、前記一組の直線ガイドを通る平面に平行であり、前記第１軸と垂直である、
   請求項１に記載の多軸ロボット。
3. 前記第２軸は、前記一組の直線ガイドに平行である、
   請求項１に記載の多軸ロボット。
4. 前記第４軸は、前記第３軸と交差しない、
   請求項１〜３のいずれかに記載の多軸ロボット。
5. 前記第４軸は第３軸と直交する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の多軸ロボット。
6. 前記第１軸に沿って前記フレームに固定されたねじ軸と、ナットを有する回転ナット型のボールねじと、
   前記サドルに配置され、出力軸を有する第１軸モータと、
   前記第１軸モータの前記出力軸に固定された原動歯付プーリと、
   前記ナットに固定された従動歯付プーリと、
   前記原動歯付プーリと前記歯付従動プーリとの間に架けられた無端歯付ベルトと、を更に有する、
   請求項１〜５のいずれかに記載の多軸ロボット。
7. 前記第１軸に沿って前記フレームに配置された第１軸駆動装置を更に有し、
   前記フレームは、
   第１方向に配置された開口と、
   前記第１方向と反対の第２方向に配置されたベースプレートであって、前記第１軸に延びる貫通穴を有するベースプレートと、を有し、
   前記直線ガイドは、前記ベースプレートの前記第１方向の面に配置され、
   前記サドルは、前記貫通穴を貫通して、前記直線ガイドの前記第１方向に配置されたスライダと接続し、
   前記第１軸駆動装置は、前記開口から取り外し可能である、
   請求項１〜６のいずれかに記載の多軸ロボット。
8. 前記第２アームに配置された第３軸モータと、
   前記第２アームに配置され、出力軸を有する第３軸減速機と、を有し、
   前記第３軸減速機の前記出力軸は、前記第１アームと直接接続される、
   請求項１〜７のいずれかに記載の多軸ロボット。
9. 前記第４アーム内に配置された第６軸モータと、
   前記第４アーム内に配置され、出力軸を有する第６軸減速機と、を有し、
   前記第６軸減速機の前記出力軸は、前記フランジと直接接続される、
   請求項１〜８のいずれかに記載の多軸ロボット。
10. 前記サドルに配置され、出力軸を有する第２軸モータと、
    前記第２軸モータの前記出力軸に直接配置された駆動歯付プーリと、
    前記サドルに配置され、入力軸を有する第２軸最終減速機と、
    前記第２軸最終減速機の前記入力軸に配置された従動歯付プーリと、
    前記駆動歯付プーリと前記従動歯付プーリに張られた無端歯付ベルトと、を有し、
    前記第１アームは、前記第２軸最終減速機に直接配置される、
    請求項１〜９のいずれかに記載の多軸ロボット。

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