JP2022044794A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアームの先端部の届かない位置が少なく抑えられたロボット装置を提供する。【解決手段】ロボット装置１００は、ベース１０から先端部にかけて順に、第１ベント軸ＢＪＴ１と、第２ベント軸ＢＪＴ２と、第３ベント軸ＢＪＴ３と、第４ベント軸ＢＪＴ４とを有している。第１ベント軸ＢＪＴ１から第２ベント軸ＢＪＴ２までの距離をＬ１、第２ベント軸ＢＪＴ２から第３ベント軸ＢＪＴ３までの距離をＬ２、第３ベント軸ＢＪＴ３から第４ベント軸ＢＪＴ４までの距離をＬ３とすると、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち、Ｌ３が最も短くなるように構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、多関節のロボットアームの先端部の位置制御を行うロボット装置に関する。

従来、複数のリンクが直列的に連結されて構成された多関節のロボットアームを備えたロボットが採用されている。多関節のロボットアームを備えたロボットは、先端部にエンドエフェクタを取り付けた際に、エンドエフェクタの位置制御を行う上で自由度が高いので、エンドエフェクタの位置を広範囲に亘って設定することができる。そのような多関節のロボットアームを備えたロボットが、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、３つのベント軸と４つのスイベル軸とを備えたロボットについて開示されている。

特開平５－０５０３８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような多関節のロボットアームを備えたロボットであっても、エンドエフェクタによって作業できる空間には制限がある。空間の内部にエンドエフェクタを挿入して空間内部でエンドエフェクタによる作業を行うには、空間内部でロボットアームを屈曲させて、エンドエフェクタを作業対象に対向させる必要がある場合がある。このときにロボットアームにおける空間内部に挿入する部分のサイズが大きいと、ロボットアームと空間の壁面とが接触し、空間内部でロボットアームを円滑に操作することが難しくなる。そのため、エンドエフェクタの届かない位置が生じてしまい、エンドエフェクタによる作業を行うことのできない領域が生じる可能性がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、ロボットアームの先端部の届かない位置が少なく抑えられたロボット装置を提供することを目的とする。

本発明のロボット装置は、ベースと、直列的に連結された複数のリンクと、複数の前記リンクのそれぞれの間を接続する複数の関節とを備え、複数の前記関節は、隣接するリンク同士の間を接続すると共に、隣接するリンク同士のなす角を変更する方向に移動させることが可能なベント軸を有して構成され、前記ベント軸は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１ベント軸と、第２ベント軸と、第３ベント軸と、第４ベント軸とを有し、前記第１ベント軸から前記第２ベント軸までの距離をＬ１、前記第２ベント軸から前記第３ベント軸までの距離をＬ２、前記第３ベント軸から前記第４ベント軸までの距離をＬ３とすると、前記Ｌ１、前記Ｌ２、前記Ｌ３のうち、前記Ｌ３が最も短いことを特徴とする。

上記構成のロボット装置では、先端部に近い第３ベント軸から第４ベント軸までの距離を短く構成しているので、先端部側の部分が小さく形成されている。従って、ロボットアームの先端部に近い部分を狭い空間に挿入した場合にも、空間内部でロボットアームの操作を円滑に行うことができる。これにより、狭い空間内部の全体に亘って先端部が対向することができ、狭い空間内部の全体に亘ってエンドエフェクタによる作業を行うことができる。そのため、ロボットアームの先端部の届かない位置を少なく抑えることができる。

また、複数の前記関節は、隣接するリンク同士の間を捻じれる方向に変位させることが
可能なスイベル軸を有して構成されていてもよい。

また、前記関節は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１関節、第２関節、第３関節、第４関節、第５関節、第６関節及び第７関節を有し、前記ベント軸は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１ベント軸と、第２ベント軸と、第３ベント軸と、第４ベント軸とを有し、前記スイベル軸は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１スイベル軸と、第２スイベル軸と、第３スイベル軸とを有し、前記リンクは、前記ベースに対し前記第１スイベル軸を有する前記第１関節を介して接続された第１リンクと、前記第１リンクに対し前記第１ベント軸を有する前記第２関節を介して接続された第２リンクと、前記第２リンクに対し前記第２ベント軸を有する前記第３関節を介して接続された第３リンクと、前記第３リンクに対し前記第３ベント軸を有する前記第４関節を介して接続された第４リンクと、前記第４リンクに対し前記第２スイベル軸を有する前記第５関節を介して接続された第５リンクと、前記第５リンクに対し前記第４ベント軸を有する前記第６関節を介して接続された第６リンクと、前記第６リンクに対し前記第３スイベル軸を有する前記第７関節を介して接続された第７リンクとを有していてもよい。

また、前記第３ベント軸を挟んで隣接したリンク同士の間のなす角度が、それぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満となる角度で前記第３ベント軸が屈曲され、前記第４ベント軸を挟んで隣接したリンク同士の間のなす角度が、それぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満となる角度で前記第４ベント軸が屈曲されたときに、前記先端部が、前記第２ベント軸と前記第３ベント軸との間を向いて配置されることが可能であってもよい。

また、前記先端部が前記ベースの配置されている側を向いた状態で、前記第３ベント軸を、前記ベースに対して、近接、離間させる方向に移動させることが可能であってもよい。

また、前記先端部が前記ベースの配置されている側を向いた状態で、前記先端部を、鉛直方向に移動させることが可能であってもよい。

また、前記第３ベント軸には、前記第３リンクと前記第４リンクとの間のなす角を変更させる方向に移動させる第１の駆動装置が取り付けられ、前記第２スイベル軸には、前記第４リンクと前記第５リンクとの間を捻じれる方向に変位させる第２の駆動装置が取り付けられ、前記第３リンクの径方向の中央の周囲に空洞部が設けられ、前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置が、前記空洞部を避けて前記第３リンクに取り付けられていてもよい。

また、前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置は、前記空洞部を挟んでそれぞれ互いに対向する位置に配置され、前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置のそれぞれの出力軸の延びる方向と、前記空洞部の延びる方向との間のなす角が３０度以内となるように、前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置が配置されていてもよい。

本発明のロボット装置によれば、より広範囲に亘って作業を行うことができるので、ロボット装置による作業効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るロボット装置の斜視図である。 図１のロボット装置の制御系統の構成について示したブロック図である。 図１のロボット装置における第３リンクの先端部から第７リンクまでの構成について示し、一部を破断して示した部分断面図である。 （ａ）は、図１のロボット装置において、多関節アームの先端部を塗装対象の開口部に挿入した状態について示した側面図であり、（ｂ）は多関節アームの先端部を屈曲させた状態について示した側面図である。 図４（ｂ）のロボット装置において、多関節アームの先端部をさらに屈曲させた状態について示した側面図である。 図４（ｂ）のロボット装置において、多関節アームの先端部を塗装対象の開口部に挿入した状態で、ベースに対し近接、離間する方向に多関節アームの先端部を移動させている状態について示した側面図である。 図４（ｂ）のロボット装置において、多関節アームの先端部を塗装対象の開口部に挿入した状態で、鉛直方向に多関節アームの先端部を移動させている状態について示した側面図である。

以下、本発明の実施形態に係るロボット装置について、添付図面を参照して説明する。図１に、本実施形態のロボット装置１００を示す。図１には、ロボット装置１００についての斜視図が示されている。

ロボット装置１００は、ベース１０と、多関節に構成されたロボットアームとしての多関節アーム２０とを備えている。

ベース１０は、地面に設置されている。なお、本発明はこれに限定されず、ベース１０は、天井や壁面等、他の位置に取り付けられていてもよい。

ベース１０の先端部側は、多関節アーム２０に接続されている。ここで、「先端部側」との語は、後述するエンドエフェクタの取り付けられる、第７リンクの先端部に近い側の位置のことを言うものとする。先端部は、多関節アーム２０の先端部のことを言うものとする。多関節アーム２０にエンドエフェクタが取り付けられている場合には、先端部は、エンドエフェクタの先端部のことを言うものとし、エンドエフェクタが取り付けられていない場合には、連結された複数のリンクの最も先端側にあるリンクの先端部のことを言うものとする。

多関節アーム２０は、直列的に連結された複数のリンク２１を備えている。すなわち、多関節アーム２０は、複数のリンク２１が直列的に連結されて構成されている。本実施形態では、ベース１０に近い側から順に、第１リンク２１１から第７リンク２１７まで、７つのリンク２１を備えている。第１リンク２１１、第２リンク２１２、第３リンク２１３、第４リンク２１４、第５リンク２１５、第６リンク２１６、第７リンク２１７の各リンク２１が、ベース１０から先端部へ向けてこの順に直列的に連結されている。

複数のリンク２１のそれぞれの間には、隣接するリンク２１同士の間を接続する関節２２が設けられている。本実施形態では、関節２２は、ベース１０に近い側から順に、第１関節２２１から第７関節２２７まで、７つの関節２２を有している。

複数の関節２２は、隣接するリンク同士のなす角を変更する方向に移動させることが可能なベント軸ＢＪＴと、隣接するリンク同士の間を捻じれる方向に変位させることが可能なスイベル軸ＳＪＴとを有して構成されている。

ベント軸ＢＪＴは、少なくとも４つ備えられている。本実施形態では、ベント軸ＢＪＴは、４つ設けられている。ベース１０から多関節アーム２０の先端部にかけて順に、第１ベント軸ＢＪＴ１と、第２ベント軸ＢＪＴ２と、第３ベント軸ＢＪＴ３と、第４ベント軸
ＢＪＴ４とが、ロボット装置１００に設けられている。

本実施形態では、ベント軸ＢＪＴが４つ設けられており、ベント軸ＢＪＴの数が比較的多く形成されている。従って、エンドエフェクタの位置を制御するうえで、多関節アーム２０を所定の角度屈曲させるに際し、１つのベント軸ＢＪＴの受け持つ屈曲が小さく抑えられる。従って、多関節アーム２０を屈曲させる際のそれぞれのベント軸の屈曲を小さく抑えることができる。

なお、上記実施形態では、ベント軸ＢＪＴは４つとしたが、本発明はこれに限定されない。５つ以上のベント軸ＢＪＴが設けられていてもよい。

また、本実施形態では、スイベル軸ＳＪＴは、３つ備えられている。ベース１０から多関節アーム２０の先端部にかけて順に、第１スイベル軸ＳＪＴ１と、第２スイベル軸ＳＪＴ２と、第３スイベル軸ＳＪＴ３が、ロボット装置１００に設けられている。

複数の関節２２は、ベース１０から先端部にかけて順に、第１関節２２１、第２関節２２２、第３関節２２３、第４関節２２４、第５関節２２５、第６関節２２６及び第７関節２２７を有している。

本実施形態では、リンク２１は、ベース１０に対し第１関節２２１を介して接続された第１リンク２１１を有している。第１関節２２１は、第１スイベル軸ＳＪＴ１を有している。ベース１０に対し第１リンク２１１が捻じれる方向に変位可能に接続されている。

また、リンク２１は、第１リンク２１１に対し第２関節２２２を介して接続された第２リンク２１２を有している。第２関節２２２は、第１ベント軸ＢＪＴ１を有している。第２リンク２１２が、第１リンク２１１に対し、お互いのなす角度を変更可能に接続されている。第２関節２２２の第１ベント軸ＢＪＴ１を中心に、第１リンク２１１と第２リンク２１２との間のなす角度を変更することが可能に構成されている。

また、リンク２１は、第２リンク２１２に対し第３関節２２３を介して接続された第３リンク２１３を有している。第３関節２２３は、第２ベント軸ＢＪＴ２を有している。第３リンク２１３が、第２リンク２１２に対し、お互いのなす角度を変更可能に接続されている。第３関節２２３の第２ベント軸ＢＪＴ２を中心に、第２リンク２１２と第３リンク２１３との間のなす角度を変更することが可能に構成されている。

また、リンク２１は、第３リンク２１３に対し第４関節２２４を介して接続された第４リンク２１４を有している。第４関節２２４は、第３ベント軸ＢＪＴ３を有している。第４リンク２１４が、第３リンク２１３に対し、お互いのなす角度を変更可能に接続されている。第４関節２２４の第３ベント軸ＢＪＴ３を中心に、第３リンク２１３と第４リンク２１４との間のなす角度を変更することが可能に構成されている。

また、リンク２１は、第４リンク２１４に対し第５関節２２５を介して接続された第５リンク２１５を有している。第５関節２２５は、第２スイベル軸ＳＪＴ２を有している。第４リンク２１４に対し第５リンク２１５が捻じれる方向に変位可能に接続されている。

また、リンク２１は、第５リンク２１５に対し第６関節２２６を介して接続された第６リンク２１６を有している。第６関節２２６は、第４ベント軸ＢＪＴ４を有している。第６リンク２１６が、第５リンク２１５に対し、お互いのなす角度を変更可能に接続されている。第６関節２２６の第４ベント軸ＢＪＴ４を中心に、第６リンク２１６と第５リンク２１５との間のなす角度を変更することが可能に構成されている。

また、リンク２１は、第６リンク２１６に対し第７関節２２７を介して接続された第７リンク２１７を有している。第７関節２２７は、第３スイベル軸ＳＪＴ３を有している。第６リンク２１６に対し第７リンク２１７が捻じれる方向に変位可能に接続されている。

以上のように、多関節アーム２０は、７つのリンク２１と、７つの関節２２とを備えている。７つの関節２２には、ベース１０から多関節アーム２０の先端部にかけて、第１スイベル軸ＳＪＴ１、第１ベント軸ＢＪＴ１、第２ベント軸ＢＪＴ２、第３ベント軸ＢＪＴ３、第２スイベル軸ＳＪＴ２、第４ベント軸ＢＪＴ４、第３スイベル軸ＳＪＴ３が、この順に、それぞれの関節に対応して設けられている。

また、上述のように、第２関節２２２は第１ベント軸ＢＪＴ１を有し、第３関節２２３は第２ベント軸ＢＪＴ２を有し、第４関節２２４は第３ベント軸ＢＪＴ３を有して構成されている。従って、第２関節２２２から第４関節２２４までは、それぞれベント軸ＢＪＴによって隣接するリンクの間が屈曲するように構成されている。本実施形態では、第２関節２２２と第４関節２２４との間の区間では、スイベル軸ＳＪＴがなく、リンク同士の間で捻じれが生じない。従って、第２関節２２２の第１ベント軸ＢＪＴ１の軸中心と、第３関節２２３の第２ベント軸ＢＪＴ２の軸中心と、第４関節２２４の第３ベント軸ＢＪＴ３の軸中心とが平行になるように構成されている。

また、本実施形態では、第１ベント軸ＢＪＴ１から第２ベント軸ＢＪＴ２までの距離Ｌ１、第２ベント軸ＢＪＴ２から第３ベント軸ＢＪＴ３までの距離Ｌ２、第３ベント軸ＢＪＴ３から第４ベント軸ＢＪＴ４までの距離Ｌ３とすると、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち、Ｌ３が最も短くなるように構成されている。

多関節アーム２０は、各関節２２に対応した関節駆動部を備えている。各関節駆動部は、サーボドライバ、サーボモータ、回転角検出器および減速機などを含んでいる。サーボモータの回転は、制御装置２３によってサーボ制御される。

図２に、本実施形態のロボット装置１００で用いられる制御装置２３についてのブロック図を示す。

制御装置２３は、図２に示すように、ＣＰＵ等の演算部２３ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部２３ｂと、サーボ制御部２３ｃと、を備える。制御装置２３は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置２３は、集中制御する単独の制御装置２３によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置２３によって構成されていてもよい。

記憶部２３ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部２３ａは、記憶部２３ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット装置１００の各種動作を制御する。たとえば、制御装置２３は、記憶部２３ｂに予め記憶されたプログラム、または、作業者により入力された操作に基づいて多関節アーム２０の動作を制御する。

すなわち、演算部２３ａは、ロボット装置１００の制御指令を生成し、これをサーボ制御部２３ｃに出力する。サーボ制御部２３ｃは、演算部２３ａにより生成された制御指令に基づいて、多関節アーム２０の各関節２２に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

次に、第３リンク２１３に取り付けられたサーボモータの配置について説明する。図３
に、第３リンク２１３の一部を部分的に破断して内部の構成について示した構成図を示す。

上述のように、第３リンクは、先端部で第４リンクに接続されている。第３リンク２１３と第４リンク２１４とは、第３ベント軸ＢＪＴ３を有する第４関節２２４を介して接続されている。従って、第３リンク２１３と第４リンク２１４との間で、お互いのなす角度を変更可能に接続されている。

第３リンク２１３と第４リンク２１４とがお互いのなす角度を変更可能に接続された接続部分の構成について説明する。第４リンク２１４の回転軸の軸線をＳ４とする。

第３リンク２１３には、第３リンク２１３に対して第４リンク２１４を移動させるためのサーボモータとして、第４リンク駆動モータ（第１の駆動装置）３０が設けられている。第４リンク駆動モータ３０の出力軸には、傘歯車としてのギア３１が取り付けられている。

また、ギア３１に噛み合うように、ギア３１の上部に傘歯車としてのギア３２が取り付けられている。また、ギア３２の上部で、ギア３２の根本側の位置に固定的にギア３３が取り付けられている。ギア３２の回転軸とギア３３の回転軸とが一致するように、ギア３２とギア３３とがそれぞれ互いに固定的に取り付けられている。

また、ギア３３の配置された面と略同一面に、ギア３４が、ギア３３に噛み合うように、ギア３３に隣接して配置されている。ギア３４には、下部に軸３５が取り付けられている。ギア３４の回転軸と軸３５の回転軸とが一致するように取り付けられている。

軸３５には、軸３５に固定的にフランジ３６が取り付けられている。フランジ３６には、フランジ３６に一体的に第４リンク２１４が取り付けられている。

このように構成された第３リンク２１３と第４リンク２１４との間の接続部分において、第４リンク駆動モータ３０が駆動されると、第４リンク駆動モータ３０の出力軸が回転し、ギア３１が回転する。ギア３１が回転すると、それに伴い、ギア３１に噛み合ったギア３２が回転する。ギア３２が回転すると、ギア３２に固定的に取り付けられたギア３３がギア３２と同方向に回転する。ギア３３が回転すると、それに伴い、ギア３３に噛み合ったギア３４が軸線Ｓ４を中心に回転する。ギア３４が回転すると、ギア３４に固定的に取り付けられた軸３５が同様に軸線Ｓ４を中心に回転する。軸３５が回転すると、軸３５に固定的に取り付けられたフランジ３６が軸線Ｓ４を中心に回転する。フランジ３６が回転すると、それに伴って第４リンク２１４も軸線Ｓ４を中心に回転する。

このように、第４リンク駆動モータ３０を駆動させることにより、第３リンク２１３に対し、第４リンク２１４を、軸線Ｓ４を中心に回転させることができる。

なお、ここでは、第３リンク２１３と第４リンク２１４との間の第３ベント軸ＢＪＴ３の構成について説明したが、他のベント軸ＢＪＴについても同様の構成を有していてもよい。また、他のベント軸ＢＪＴについては、他の構成であってもよい。

また、上述のように、第４リンク２１４と第５リンク２１５とは、第２スイベル軸ＳＪＴ２を有する第５関節２２５を介して接続されている。従って、第４リンク２１４と第５リンク２１５との間で、互いに捻じれる方向に変位可能に接続されている。

第３リンク２１３には、第４リンク２１４に対して第５リンク２１５を移動させるため
のサーボモータとして、第５リンク駆動モータ（第２の駆動装置）３７が設けられている。第５リンク駆動モータ３７の出力軸には、傘歯車としてのギア３８が取り付けられている。

また、ギア３８に噛み合うように、ギア３８の下部に傘歯車としてのギア３９が取り付けられている。また、ギア３９の下部で、ギア３９の根本側の位置に固定的にギア４０が取り付けられている。ギア３９の回転軸とギア４０の回転軸とが一致するように、ギア３９とギア４０とがそれぞれ互いに固定的に取り付けられている。

また、ギア４０の配置された面と略同一面に、ギア４１が、ギア４０に噛み合うように、ギア４０に隣接して配置されている。ギア４１には、上部に軸４２が取り付けられている。ギア４１の回転軸と軸４２の回転軸とが一致するように取り付けられている。

軸４２には、軸４２に固定的に、傘歯車としてのギア４３が取り付けられている。ギア４３の回転軸と、軸４２の回転軸とが一致するように、ギア４３と軸４２とがそれぞれ互いに取り付けられている。ギア４３に隣接する位置に、ギア４３に噛み合うように、傘歯車としてのギア４４が取り付けられている。ギア４４には、ギア４４に固定的に第５リンク２１５が取り付けられている。

このように構成された第４リンク２１４と第５リンク２１５との間の接続部分において、第５リンク駆動モータ３７が駆動されると、出力軸が回転し、ギア３８が回転する。ギア３８が回転すると、それに伴い、ギア３８に噛み合ったギア３９が回転する。

ギア３９が回転すると、ギア３９に固定的に取り付けられたギア４０がギア３９と同方向に回転する。ギア４０が回転すると、それに伴い、ギア４０に噛み合ったギア４１が軸線Ｓ４を中心に回転する。ギア４１が回転すると、ギア４１に固定的に取り付けられた軸４２が同様に軸線Ｓ４を中心に回転する。軸４２が回転すると、軸４２に固定的に取り付けられたギア４３が回転する。

ギア４３が回転すると、ギア４３に噛み合ったギア４４が回転する。ギア４３及びギア４４は、それぞれ傘歯車なので、ギア４３とギア４４とは斜めに噛み合っている。そのため、ギア４３が回転すると、ギア４３に斜めに噛み合ったギア４４は、ギア４３に対し、第４リンク２１４の周方向に沿って移動する。ギア４４が周方向に沿って移動すると、ギア４４に固定的に取り付けられた第５リンク２１５が、第４リンク２１４に対し、第４リンク２１４の周方向に沿って移動する。これにより、第５リンク２１５が、第４リンク２１４に対し、捻じれる方向に変位する。結果的に、第４リンク２１４及び第５リンク２１５が、互いに捻じれる方向に変位する。

このように、第５リンク駆動モータ３７を駆動させることにより、第４リンク２１４に対し、第５リンク２１５を、捻じれる方向に回転させることができる。

なお、ここでは、第４リンク２１４と第５リンク２１５との間の第２スイベル軸ＳＪＴ２の構成について説明したが、他のスイベル軸ＳＪＴについても同様の構成を有していてもよい。また、他のスイベル軸ＳＪＴについては、他の構成であってもよい。

また、第５リンク２１５、第６リンク２１６、第７リンク２１７の間においても、ベース１０側から先端部側に向けて、比較的短い区間にベント軸ＢＪＴの次にスイベル軸ＳＪＴが配置された構成を有している。従って、第５リンク２１５、第６リンク２１６、第７リンク２１７の間についても、第３リンク２１３、第４リンク２１４、第５リンク２１５の間の構成と同様の構成を有していてもよい。

第３リンク２１３には、第３リンク２１３の延在する方向に沿って、第３リンク２１３の径方向の中央の周囲に、空洞部５０が設けられている。空洞部５０には、リンク２１及び関節２２を構成する部材は配置されない。空洞部５０には、例えば、それぞれのリンク２１を駆動させるためのサーボモータに接続させる配線や、エンドエフェクタを駆動するための配線を通すことができる。配線がリンク２１の内部の空洞部を通って配置される場合には、配線がリンク２１の移動を妨げることを抑えることができる。また、配線がリンク２１に引っ張られることで切断されることを抑えることができる。

なお、空洞部５０に配置されるものとしては、上記実施形態に限定されない。空洞部５０には、配線以外の他の構成が配置されてもよい。

空洞部５０は、第４リンク２１４～第７リンク２１７についても形成されている。従って、第３リンク２１３～第７リンク２１７までに亘って、それぞれのリンク２１の延在する方向に沿って、径方向の中央の周囲に空洞部５０が設けられている。第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７は、空洞部５０を避けて第３リンク２１３の内部に取り付けられている。

第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７は、空洞部５０を挟んでそれぞれ互いに対向する位置に配置されている。第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７のそれぞれの出力軸の延びる方向は、空洞部５０の延びる方向に平行となるように、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７がそれぞれ配置されている。

第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７がそれぞれ第３リンク２１３の延在する第３リンク２１３の軸方向に平行に配置されているので、これらの向かい合うｚ方向には比較的長い出力軸は延びていない。第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７が向かい合ったｚ方向に沿って、比較的長い出力軸が延びるわけではなく、それぞれのモータの比較的短い部分がそれぞれｚ方向に沿って延びることになる。

本実施形態では、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７の向かい合うｚ方向に対し、第４リンク駆動モータ３０と第４リンク２１４を駆動させるためのギア等の構成とが重なった位置に配置されている。また、同様にｚ方向に対し、第５リンク駆動モータ３７と、第５リンク２１５を駆動させるためのギア等の構成とが重なった位置に配置されている。従って、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７の向かい合うｚ方向に対し、第３リンク２１３が大型化することを抑えることができる。

従って、第３リンク２１３をｚ方向に沿って小型化することができる。これにより、ロボット装置１００を小型化させることができる。そのため、ロボット装置１００の製造コストを少なく抑えることができる。また、ロボット装置１００を設置するためのスペースを大きく確保する必要がなく、ロボット装置１００の適用させることのできる範囲を広げることができる。

なお、本実施形態では、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７のそれぞれの出力軸の延びる方向が、空洞部５０の延びる方向に平行となるように、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７がそれぞれ配置されているが、本発明は上記実施形態に限定されない。第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７のそれぞれの出力軸は、空洞部５０の延びる方向に対し傾いていてもよい。第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７のそれぞれの出力軸の延びる方向が、空洞部５０の延びる方向に対し傾いていても、３０度以内で傾いているのであれば、第３リンク
２１３を小型化させることができる。従って、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７のそれぞれの出力軸の延びる方向と、空洞部５０の延びる方向との間のなす角が３０度以内となるように、第４リンク駆動モータ３０及び第５リンク駆動モータ３７が配置されてもよい。

また、本実施形態では、第４リンク駆動モータ３０、第５リンク駆動モータ３７といったモータ等の駆動系の部品が密集して配置されている。従って、これらの駆動系の部品の配置のためのスペースが小型化されている。そのため、駆動系の部品を配置した領域以外の領域には、駆動系以外の部品を多く配置することができ、第３リンク２１３の内部のスペースをより有効に利用することができる。

第７リンク２１７の先端部には、エンドエフェクタが取り付けられる。多関節アーム２０を制御することによって、エンドエフェクタの位置を制御し、所定位置でエンドエフェクタによって作業をすることができる。

本実施形態では、エンドエフェクタとして、塗装用のスプレーガンを取り付けることができる。本実施形態では特に、自動車工場の塗装ラインで用いられる塗装用のスプレーガンが、エンドエフェクタとして第７リンク２１７の先端部に取り付けられる。

以下、エンドエフェクタとして塗装用スプレーガン６０が取り付けられた形態のロボット装置１００の動作について説明する。

エンドエフェクタとして塗装用スプレーガン６０が取り付けられたロボット装置１００の側面図を図４（ａ）、（ｂ）に示す。

本実施形態では、塗装用スプレーガン６０によって塗装の行われる塗装対象７０に開口部７１が形成されている。塗装用スプレーガン６０は、先端から塗装用の塗料を噴射することができる。塗装用スプレーガン６０の先端部を、塗装対象７０における塗装の行われる塗装領域に対向させて先端から塗料を噴射させることにより、塗装領域に塗料を吹き付けて塗装を行うことができる。

図４（ａ）に示されるように、ロボット装置１００における多関節アーム２０の先端部を開口部７１に挿入し、塗装対象におけるベース１０とは反対側の部位に塗装用スプレーガン６０を配置することができる。そこから、図４（ｂ）に示されるように、ベース１０に対し塗装対象７０の裏側の領域で第３ベント軸ＢＪＴ３及び第４ベント軸ＢＪＴ４を屈曲させることにより、塗装用スプレーガン６０をベース１０に対し塗装対象７０の裏側の面に対向させることができる。

このとき、塗装対象７０の開口部７１を通して、多関節アーム２０の先端部がベース１０とは反対側に位置した状態で、第３ベント軸及び第４ベント軸を屈曲させることにより塗装用スプレーガン６０を塗装対象７０の裏側の面に対向させることができる。

本実施形態では、第１ベント軸ＢＪＴ１から第２ベント軸ＢＪＴ２までの距離Ｌ１、第２ベント軸ＢＪＴ２から第３ベント軸ＢＪＴ３までの距離Ｌ２、第３ベント軸ＢＪＴ３から第４ベント軸ＢＪＴ４までの距離Ｌ３とすると、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち、Ｌ３が最も短くなるように構成されている。従って、第３ベント軸ＢＪＴ３よりも先端側の部分は、比較的小さく形成されている。そのため、塗装用スプレーガン６０を塗装対象７０の裏側の面に対向させるための第４リンク２１４から第７リンク２１７までの部分の取り回しを、狭いスペースで行うことができる。塗装用スプレーガン６０を塗装対象７０の裏側の面に対向させるための取り回しを狭いスペースで行うことができるので、塗装対象７０の内
部に取り回しのための広いスペースを必要とせず、塗装対象７０の適用できる範囲を広くすることができる。

このように、多関節アーム２０の先端部に近い部分が小さく構成されているので、多関節アーム２０の先端部に近い部分を塗装対象７０の狭い空間に挿入した場合にも、空間内部で多関節アーム２０の操作を円滑に行うことができる。これにより、塗装対象７０における狭い空間内部の全体に亘って先端部を対向させることができる。多関節アーム２０の先端部にエンドエフェクタを取り付けた場合には、狭い空間内部の全体に亘ってエンドエフェクタによる作業を行うことができる。そのため、ロボットアームの先端部の届かない位置を少なく抑えることができる。これにより、より広範囲に亘ってエンドエフェクタによる作業を行うことができるので、ロボット装置１００による作業効率を向上させることができる。本実施形態では、より広範囲に亘って塗装用スプレーガン６０による塗装を行うことができる。

また、第３リンク２１３の先端部から第７リンク２１７の先端部にかけて、小さい領域に、第３ベント軸ＢＪＴ３、第２スイベル軸ＳＪＴ２、第４ベント軸ＢＪＴ４、第３スイベル軸ＳＪＴ３が集中的に配置されている。そのため、第３リンク２１３の先端部よりも先端側の部分の自由度が高く形成されている。従って、塗装用スプレーガン６０の姿勢を細かく調節することができる。つまり、エンドエフェクタの姿勢を細かく調節することができる。また、第３リンク２１３の先端部よりも先端側が小さく形成されている。従って、狭いスペースで周囲との干渉を避けながら塗装用スプレーガン６０の姿勢を調節することができる。つまり、狭いスペースでエンドエフェクタの姿勢を調節することができる。

図５に、第４ベント軸ＢＪＴ４を図４（ｂ）の状態からさらに屈曲させた状態の、ロボット装置１００の側面図を示す。図５に示されるように、第４ベント軸ＢＪＴ４を中心に、矢印Ｄ１に沿って、第５リンク２１５と第６リンク２１６との間のなす角度が９０度よりも小さくする方向に第６リンク２１６を移動させている。その結果、第５リンク２１５と第６リンク２１６との間に鋭角が形成されてロボット装置１００が構成されている。

第５リンク２１５に対し第６リンク２１６を移動させることにより、塗装用スプレーガン６０の対向する領域を変更させることができる。図５では、第４ベント軸ＢＪＴ４を中心に、第６リンク２１６が、第５リンク２１５に対し、第３リンク２１３に近接する方向に移動している。

このとき、第３ベント軸ＢＪＴ３は、第３リンク２１３と第４リンク２１４との間のなす角度が、第３リンク２１３と第４リンク２１４とがそれぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満で屈曲される。また、第４ベント軸ＢＪＴ４は、第５リンク２１５と第６リンク２１６との間のなす角度が、第５リンク２１５と第６リンク２１６とがそれぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満で屈曲される。つまり、第３ベント軸ＢＪＴ３を挟んで隣接したリンク同士の間のなす角度が、それぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満となる角度で第３ベント軸ＢＪＴ３が屈曲される。また、第４ベント軸ＢＪＴ４を挟んで隣接したリンク同士の間のなす角度が、それぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満となる角度で第４ベント軸ＢＪＴ４が屈曲される。

ここで、基準の状態とは、リンク同士が平行な位置関係にあるときの状態のことを言うものとする。隣接したリンク同士の間のなす角度は、リンク同士が平行な位置関係にあるときに０度とし、そこからの角度を、隣接したリンク同士の間のなす角度と言うものとする。

このように、本実施形態では、塗装対象７０についてのベース１０とは反対側の領域にベント軸ＢＪＴが２つあるので、それぞれのベント軸ＢＪＴを中心に隣接するリンク同士の間を屈曲させることにより、隣接するリンク同士の間の屈曲を小さくすることができる。第３ベント軸ＢＪＴ３及び第４ベント軸ＢＪＴ４のそれぞれを中心に、リンク２１同士の間を１８０度未満の比較的小さい角度で屈曲させることによって塗装用スプレーガン６０を広範囲の領域に対し対向させることができる。つまり、リンク２１同士の間を比較的小さい角度で屈曲させることによって、第７リンク２１７の先端部を、広範囲の領域に対し対向させることができる。

このとき、少なくとも、第７リンク２１７の先端部が第３リンク２１３を向いた状態で、第７リンク２１７を配置することが可能である。つまり、第７リンク２１７の先端部が、第２ベント軸ＢＪＴ２と第３ベント軸とＢＪＴ３の間を向いて配置されることが可能である。図５では、塗装対象７０における、ベース１０とは反対側の面の、第３リンク２１３に最も近接した端部の領域に対して塗料を吹き付けている。本実施形態によれば、第３リンク２１３の先端部から第７リンクの先端部までにベント軸ＢＪＴを２つ配置させることにより、塗装対象７０におけるベース１０とは反対側の面の、第３リンク２１３に最も近接した領域に対しても塗料を吹き付けることができる。

このように、塗装対象７０における、ベース１０とは反対側の面について、第３リンク２１３に最も近接した領域に対しても塗料を吹き付けることができるので、塗装対象７０における、ベース１０とは反対側の面の全体に亘って塗料を吹き付けることができる。従って、塗装対象７０に塗装を行う際に、塗装用スプレーガン６０の届かない位置が生じずに、塗装対象７０の全体に満遍なく塗装を行うことができる。

本実施形態では、第４リンク２１４を、第３リンクに対し、第３リンク２１３と第４リンク２１４とがそれぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、９０度屈曲させている。また、第６リンク２１６を、第５リンク２１５に対し、９０度以上屈曲させることにより、第７リンク２１７の先端部が第３リンク２１３を向く位置に第７リンク２１７を配置させている。このとき、第６リンク２１６は、第５リンク２１５に対し、第５リンク２１５と第６リンク２１６とがそれぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満と、比較的小さく屈曲されている。

仮に、塗装対象７０についてのベース１０とは反対側の領域に、ベント軸ＢＪＴが１つしかない場合には、塗装対象７０のベース１０側とは反対側の裏面の開口部７１付近を塗装するには、ベント軸ＢＪＴを略１８０度屈曲させる必要が生じる。つまり、隣接するリンク同士のなす角度を、隣接するリンク同士が平行な関係にある基準の状態から、隣接するリンク同士が重なるような位置まで略１８０度屈曲させる必要が生じる。その場合、隣接するリンク同士の間をあまりに大きく屈曲させることにより、リンク同士が干渉してしまい、リンク同士の間の屈曲が不足してしまう可能性がある。これにより、塗装用スプレーガン６０を塗装対象のベース１０とは反対側の領域の全体に亘って対向させることができず、塗装を行うことができない領域が生じる可能性がある。

これに対し本実施形態では、塗装対象７０についてのベース１０とは反対側の領域を塗装するに当たって、隣接するリンク２１同士の間で屈曲させる角度を比較的小さい角度とすることができる。従って、隣接するリンク同士の間で干渉することが抑えられ、塗装対象７０についてのベース１０とは反対側の位置で、広範囲の領域に対し塗装用スプレーガン６０の先端部を対向させることができる。従って、塗装対象７０における、ベース１０とは反対側の領域で、広範囲に亘って塗装を行うことができる。

また、本実施形態のロボット装置１００によれば、塗装対象７０の開口部７１に多関節
アーム２０の先端部分を挿入した状態で、多関節アーム２０の先端部を、ベース１０から離間、近接する方向に往復移動させることが可能である。このとき、第３ベント軸ＢＪＴ３及び第４ベント軸ＢＪＴ４が屈曲され、塗装用スプレーガン６０がベース１０の配置されている側を向いた状態で、第３リンク２１３の先端部を、ベース１０に対して、近接、離間させる方向に移動させることが可能である。すなわち、第７リンク２１７の先端部がベース１０の配置されている側を向いた状態で、第３リンク２１３の先端部を、ベース１０に対して、近接、離間させる方向に移動させることが可能である。

つまり、第３ベント軸ＢＪＴ３及び第４ベント軸ＢＪＴ４が屈曲され、第７リンク２１７の先端部がベース１０の配置されている側を向いた状態で、第３ベント軸ＢＪＴ３を、ベース１０に対して、近接、離間させる方向に移動させることが可能である。

図６に、塗装対象７０における塗装用スプレーガン６０と対向した位置を変更しないまま塗装用スプレーガン６０を塗装対象７０に対して近接、離間する方向に移動させたときのロボット装置１００の側面図を示す。図６には、それぞれのリンク２１が、実線で表示された位置から、破線で表示された位置に移動することにより、塗装用スプレーガン６０と塗装対象７０との間の距離を変更している。図６では、それぞれのリンク２１が破線で表示された位置に移動することにより、塗装用スプレーガン６０を塗装対象７０に近接させている。

このように、塗装用スプレーガン６０の向いた方向を決定し、塗装用スプレーガン６０による位置決めを行った後に、塗装用スプレーガン６０の向いた方向を変更せずに塗装用スプレーガン６０と塗装対象７０との間の距離を変更させることができる。従って、塗装の際の塗装位置の調節や、塗装用スプレーガン６０による塗料の拡散の程度の調節を行うことができる。これにより、より操作性が向上されたロボット装置１００を提供することができる。

また、本実施形態のロボット装置１００によれば、塗装対象７０の開口部７１に多関節アーム２０の先端部分を挿入した状態で、多関節アーム２０の先端部を、鉛直方向に移動させることが可能である。このとき、塗装用スプレーガン６０がベース１０の配置されている側を向いた状態で、塗装用スプレーガン６０を、鉛直方向に移動させることが可能である。すなわち、第７リンク２１７の先端部がベース１０の配置されている側を向いた状態で、第７リンク２１７の先端部を、鉛直方向に移動させることが可能である。つまり、第７リンク２１７の先端部がベース１０の配置されている側を向いた状態で、第７リンク２１７の先端部を、鉛直方向に移動させることが可能である。従って、塗装用スプレーガン６０の先端部がベース１０の配置されている側を向いた状態で、塗装用スプレーガン６０の先端部を、鉛直方向に移動させることが可能である。

図７に、塗装用スプレーガン６０を鉛直方向に移動させたときのロボット装置１００の側面図を示す。このように、本実施形態では、塗装対象７０の開口部７１に多関節アーム２０を挿入した状態で塗装用スプレーガン６０を鉛直方向に移動させることができるので、塗装対象７０におけるベース１０とは反対側の面の全体に亘って塗装を行うことができる。このとき、第７リンク２１７の届く範囲内で、塗装用スプレーガン６０を鉛直方向に移動させることができる。

なお、図７に示される形態では、第４リンク２１４の長さが、図６に示される形態と比べて長く形成されている。このように、用途に合わせていずれかのリンクが交換されて使用されてもよい。第４リンク２１４が長く形成されているので、塗装用スプレーガン６０を鉛直方向の広い範囲に亘って移動させることができる。また、第４リンク２１４以外のリンクが用途に応じて変更されてもよい。

なお、上記実施形態では、エンドエフェクタとして、塗装用スプレーガンを用いる形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。吹き出しの行われるものが塗料ではなく、他の液体を吹き出す吹出手段がエンドエフェクタとして用いられてもよい。また、エンドエフェクタとして、吹き出しを行う吹出手段以外のものが用いられてもよい。例えば、エンドエフェクタとして、吸引手段が使用され、吸引手段によって、ごみや埃等の吸引が行われる形態であってもよい。

１０ ベース
２１ リンク
２２ 関節
ＢＪＴ ベント軸

Claims (8)

1. ベースと、
   直列的に連結された複数のリンクと、
   複数の前記リンクのそれぞれの間を接続する複数の関節とを備え、
   複数の前記関節は、隣接するリンク同士の間を接続すると共に、隣接するリンク同士のなす角を変更する方向に移動させることが可能なベント軸を有して構成され、
   前記ベント軸は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１ベント軸と、第２ベント軸と、第３ベント軸と、第４ベント軸とを有し、
   前記第１ベント軸から前記第２ベント軸までの距離をＬ１、
   前記第２ベント軸から前記第３ベント軸までの距離をＬ２、
   前記第３ベント軸から前記第４ベント軸までの距離をＬ３とすると、
   前記Ｌ１、前記Ｌ２、前記Ｌ３のうち、前記Ｌ３が最も短いことを特徴とするロボット装置。
2. 複数の前記関節は、隣接するリンク同士の間を捻じれる方向に変位させることが可能なスイベル軸を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記関節は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１関節、第２関節、第３関節、第４関節、第５関節、第６関節及び第７関節を有し、
   前記スイベル軸は、前記ベースから先端部にかけて順に、第１スイベル軸と、第２スイベル軸と、第３スイベル軸とを有し、
   前記リンクは、
   前記ベースに対し前記第１スイベル軸を有する前記第１関節を介して接続された第１リンクと、
   前記第１リンクに対し前記第１ベント軸を有する前記第２関節を介して接続された第２リンクと、
   前記第２リンクに対し前記第２ベント軸を有する前記第３関節を介して接続された第３リンクと、
   前記第３リンクに対し前記第３ベント軸を有する前記第４関節を介して接続された第４リンクと、
   前記第４リンクに対し前記第２スイベル軸を有する前記第５関節を介して接続された第５リンクと、
   前記第５リンクに対し前記第４ベント軸を有する前記第６関節を介して接続された第６リンクと、
   前記第６リンクに対し前記第３スイベル軸を有する前記第７関節を介して接続された第７リンクとを有していることを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
4. 前記第３ベント軸を挟んで隣接したリンク同士の間のなす角度が、それぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満となる角度で前記第３ベント軸が屈曲され、
   前記第４ベント軸を挟んで隣接したリンク同士の間のなす角度が、それぞれ互いに平行な関係に位置した基準の状態から、１８０度未満となる角度で前記第４ベント軸が屈曲されたときに、
   前記先端部が、前記第２ベント軸と前記第３ベント軸との間を向いて配置されることが可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロボット装置。
5. 前記先端部が前記ベースの配置されている側を向いた状態で、前記第３ベント軸を、前記ベースに対して、近接、離間させる方向に移動させることが可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のロボット装置。
6. 前記先端部が前記ベースの配置されている側を向いた状態で、前記先端部を、鉛直方向に移動させることが可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のロボット装置。
7. 前記第３ベント軸には、前記第３リンクと前記第４リンクとの間のなす角を変更させる方向に移動させる第１の駆動装置が取り付けられ、
   前記第２スイベル軸には、前記第４リンクと前記第５リンクとの間を捻じれる方向に変位させる第２の駆動装置が取り付けられ、
   前記第３リンクの径方向の中央の周囲に空洞部が設けられ、
   前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置が、前記空洞部を避けて前記第３リンクに取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。
8. 前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置は、前記空洞部を挟んでそれぞれ互いに対向する位置に配置され、
   前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置のそれぞれの出力軸の延びる方向と、前記空洞部の延びる方向との間のなす角が３０度以内となるように、前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置が配置されていることを特徴とする請求項７に記載のロボット装置。
   
   

Images