JP2023079110A - ロボット、ロボットの組立方法およびロボットシステム - Google Patents

ロボット、ロボットの組立方法およびロボットシステム Download PDF

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Abstract

Figure 2023079110000001
【課題】ベルトに加わる負荷を抑制しつつ、駆動プーリーにベルトを掛け回すことが可能なロボット、かかるロボットを効率よく組み立てられるロボットの組立方法、ならびに、前記ロボットを備えるロボットシステムを提供すること。
【解決手段】第1部材と第2部材とを備え、第1部材は、対向配置されている第1壁部および第2壁部、第1突出部ならびに第2突出部を有する筐体と、モーター本体、駆動プーリーおよびフランジを有する駆動部と、従動プーリーを有する関節部と、駆動プーリーと、ベルトと、を有し、第1突出部および第2突出部は、互いの離間距離が、フランジが突出する長さより短く、フランジの両端部を支持する支持部と、互いの離間距離が、フランジが突出する長さより長く、フランジの両端部が通過する欠損部と、を有することを特徴とするロボット。
【選択図】図2

Description

本発明は、ロボット、ロボットの組立方法およびロボットシステムに関するものである。
特許文献1には、ハウジングを有する架台と、架台に枢支されている第一アームと、第一アームに枢着されている第二アームと、を備える水平スカラロボットが開示されている。第一アームは、架台を通過する第一軸において回動自在に設けられており、第二アームは、第一アーム内に通された第二軸において回動自在に設けられている。
第一軸の下端には、タイミングベルト巻掛け機構を介して第一サーボモーターが連結されている。第二軸の下端には、タイミングベルト巻掛け機構を介して第二サーボモーターが連結されている。このうち、第一サーボモーターは、架台が有するハウジングに収容され、ハウジングに固定されている。
サーボモーターをハウジングに固定する方法として、サーボモーターに取り付けられているフランジを、ハウジングの内壁から突出する突出部に載せる(係合させる)方法が挙げられる。フランジは、サーボモーターの本体よりも幅広になっているため、フランジを突出部に載せることで、鉛直方向の精度の高い位置決めが可能になる。
特開平5-123986号公報
しかしながら、特許文献1に記載のロボットを組み立てるときには、第一サーボモーターをハウジングに固定した後、第一サーボモーターに接続されたプーリーに対してタイミングベルトを掛け回すという順序が採用されるが、第一サーボモーターに接続されたプーリーにタイミングベルトを掛け回すためには、タイミングベルトを強く曲げる必要がある。このため、タイミングベルトに強い負荷が加わり、タイミングベルトに損傷が生じることがある。
したがって、タイミングベルトに加わる負荷を抑制しつつ、サーボモーターに接続されたプーリーにタイミングベルトを掛け回すことが課題となっている。
本発明の適用例に係るロボットは、
第1部材と、
前記第1部材に対して相対的に回転する第2部材と、
を備え、
前記第1部材は、
互いに離れて対向配置されている第1壁部および第2壁部、前記第1壁部から前記第2壁部に向かって突出している第1突出部、ならびに、前記第2壁部から前記第1壁部に向かって突出している第2突出部を有する筐体と、
駆動軸まわりに回転する駆動力を発生するモーター本体、前記モーター本体に接続されている駆動プーリー、および、前記モーター本体から前記駆動軸に交差する方向に突出しているフランジを有する駆動部と、
従動プーリーを有し、前記第2部材に前記駆動力を伝達する関節部と、
前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに掛け渡されているベルトと、
を有し、
前記第1突出部および前記第2突出部は、
互いの離間距離が、前記フランジが突出する方向における長さより短く、前記フランジが突出する方向における両端部を支持する支持部と、
互いの離間距離が、前記フランジが突出する方向における長さより長く、前記フランジの前記両端部が通過するように構成されている欠損部と、
を有することを特徴とする。
本発明の適用例に係るロボットの組立方法は、
第1部材と、
前記第1部材に対して相対的に回転する第2部材と、
を備えるロボットの組立方法であって、
互いに離れて対向配置されている第1壁部および第2壁部、前記第1壁部から前記第2壁部に向かって突出している第1突出部、ならびに、前記第2壁部から前記第1壁部に向かって突出している第2突出部を有する筐体と、駆動軸まわりに回転する駆動力を発生するモーター本体、前記モーター本体に接続されている駆動プーリー、および、前記モーター本体から前記駆動軸に交差する方向に突出しているフランジを有する駆動部と、従動プーリーを有し、前記第2部材に前記駆動力を伝達する関節部と、ベルトと、を有し、前記第1突出部および前記第2突出部は、互いの離間距離が、前記フランジが突出する長さより短い支持部と、互いの離間距離が、前記フランジが突出する長さより長い欠損部と、を有する組立前の前記第1部材を用意する工程と、
前記ベルトを前記従動プーリーに掛け回す工程と、
前記フランジが突出する方向における両端部が前記欠損部を通過する経路で、前記駆動部を前記ベルトに近づける工程と、
前記ベルトを前記駆動プーリーに掛け回す工程と、
前記フランジを前記支持部に固定する工程と、
を有することを特徴とする。
本発明の適用例に係るロボットシステムは、
本発明の適用例に係るロボットと、
前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする。
実施形態に係るロボットシステムを示す側面図である。 図1に示す基台の部分断面図である。 図2の基台が有する筐体および駆動部のみを示す斜視図である。 図3に示す筐体の断面図および駆動部の上面図である。 実施形態に係るロボットの組立方法を説明するための工程図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための断面図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための上面図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための断面図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための断面図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための側面図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための断面図である。 図5に示すロボットの組立方法を説明するための断面図である。
以下、本発明のロボット、ロボットの組立方法およびロボットシステムの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
1.ロボットシステム
まず、実施形態に係るロボットシステムについて説明する。
図1は、実施形態に係るロボットシステム1を示す側面図である。図2は、図1に示す基台21の部分断面図である。なお、本願の各図では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、x軸、y軸およびz軸を設定し、それぞれ矢印で示している。以下の説明では、x軸と平行な方向を「x軸方向」といい、y軸と平行な方向を「y軸方向」といい、z軸と平行な方向を「z軸方向」という。また、以下の説明では、図示された各矢印の先端側を「+(プラス)」、基端側を「-(マイナス)」という。さらに、以下の説明では、説明の便宜上、+z軸方向を「上」、-z軸方向を「下」という。また、本明細書において「接続」とは、2つの部材同士が直接接している状態に加え、任意の部材を介して関節的に接している状態の双方を指す。さらに、本明細書において「平行」とは、線同士、面同士または線および面が、互いに平行な状態またはその状態から±5度以下の範囲で傾いている状態を指す。
図1に示すロボットシステム1は、ロボット2と、ロボット2の動作を制御する制御装置3と、を備えている。ロボットシステム1の用途は、特に限定されないが、例えば、ワークの保持、搬送、組立、検査等の各作業が挙げられる。
2.ロボット
本実施形態では、ロボット2は、水平多関節ロボット(スカラロボット)である。ロボット2は、基台21(第1部材)と、ロボットアーム20と、を備える。本実施形態では、ロボットアーム20が、後述する第1アーム22(第2部材)、第2アーム23、シャフト24、ペイロード244、および、エンドエフェクター29を有する。
2.1.基台の概要
基台21は、図示しない設置面にボルト等で固定されている。設置面としては、例えば、床面、壁面、天井面、テーブルや架台等の上面等が挙げられる。
基台21は、図2に示すように、筐体51と、駆動部261と、関節部53と、ベルト55と、を有する。
図2に示す筐体51は、内部空間510を有する略直方体の形状をなしている。なお、基台21の外形は、図2に示す形状に限定されず、いかなる形状であってもよい。筐体51の内部空間510には、図2に示すように、駆動部261、関節部53、ベルト55等が収容されている。
筐体51の構成材料としては、例えば、金属材料、樹脂材料が挙げられるが、金属材料が好ましく用いられる。これにより、筐体51の剛性を高めることができ、基台21の意図しない振動を抑制することができる。
駆動部261は、基台21に対して第1アーム22を第1軸AX1まわりに回動させる駆動力を発生する。また、駆動部261は、その回転量を検出する図示しないエンコーダーを有する。このエンコーダーからの出力によって基台21に対する第1アーム22の回動角を検出することができる。
関節部53は、第1アーム22に駆動力を伝達する。具体的には、駆動部261からの駆動力を第1アーム22の回動という動作に変換する。
ベルト55は、駆動部261からの駆動力を関節部53に伝達する無端ベルトである。
2.2.ロボットアームの概要
ロボットアーム20は、基台21に接続され、その姿勢が制御装置3によって制御される。これにより、エンドエフェクター29を目的とする位置および姿勢に保持し、様々な作業を実現する。図1に示すロボットアーム20では、第1アーム22、第2アーム23、シャフト24、ペイロード244、および、エンドエフェクター29が、この順で連結されている。なお、以下の説明では、説明の便宜上、ロボット2のエンドエフェクター29側を「先端」といい、基台21側を「基端」という。
第1アーム22は、基台21に対してz軸と平行な第1軸AX1まわりに回動可能になっている。第2アーム23は、第1アーム22の先端部に設けられ、第1軸AX1と平行な第2軸AX2まわりに回動可能になっている。シャフト24は、第2アーム23の先端部に設けられ、第2軸AX2と平行な第3軸AX3まわりに回動可能かつ第3軸AX3に沿って並進可能になっている。
第2アーム23は、ベース231と、上側カバー232と、下側カバー233と、駆動部262、263、264と、関節部240と、慣性センサー4と、を有する。
ベース231は、第2アーム23の骨格であり、駆動部262、263、264等を支持する。上側カバー232は、ベース231の上方に設けられ、駆動部262、263、264等を覆っている。下側カバー233は、ベース231の下方に設けられ、ベース231の下面に載置されている慣性センサー4等を覆っている。慣性センサー4としては、例えば、角速度センサー、加速度センサー等が挙げられる。なお、慣性センサー4は、省略されていてもよい。
駆動部262は、ベース231の基端部に位置し、第1アーム22に対して第2アーム23を第2軸AX2まわりに回動させる駆動力を発生する。駆動部262は、それぞれ図示しないモーター、減速機、エンコーダー等を有する。エンコーダーからの出力によって第1アーム22に対する第2アーム23の回動角を検出することができる。
駆動部263は、ベース231の基端部と先端部との間に位置し、ボールネジナット241を回転させてシャフト24を第3軸AX3に沿った方向に並進させる駆動力を発生する。駆動部263は、それぞれ図示しないモーター、減速機、エンコーダー等を有する。エンコーダーからの出力によって第2アーム23に対するシャフト24の並進量を検出することができる。
駆動部264は、ベース231の基端部と先端部との間に位置し、スプラインナット242を回転させてシャフト24を第3軸AX3まわりに回転させる駆動力を発生する。駆動部264は、それぞれ図示しないモーター、減速機、エンコーダー等を有する。エンコーダーからの出力によって第2アーム23に対するシャフト24の回転量を検出することができる。
関節部240は、シャフト24に駆動力を伝達する。具体的には、駆動部263、264からの駆動力をシャフト24の並進および回転という動作に変換する。
シャフト24は、円筒形状の軸体である。シャフト24は、第2アーム23に対して、鉛直方向に沿う第3軸AX3に沿って並進可能であり、かつ、第3軸AX3まわりに回転可能である。
また、シャフト24の長手方向の途中には、ボールネジナット241と、スプラインナット242と、が設置されており、シャフト24は、これらによって支持されている。
シャフト24の先端部には、エンドエフェクター29を装着するためのペイロード244が設けられている。ペイロード244に装着するエンドエフェクター29としては、特に限定されないが、例えば、対象物を保持するハンド、対象物を加工するツール、対象物を検査する検査装置等が挙げられる。なお、エンドエフェクター29を省略した構成を、ロボットアーム20としてもよい。
2.3.基台の詳細
次に、基台21について詳述する。
図3は、図2の基台21が有する筐体51および駆動部261のみを示す斜視図である。図4は、図3に示す筐体51の断面図および駆動部261の上面図である。なお、図3および図4は、組立完了時の基台21を示す図である。また、図3および図4に示す矢印は、組立完了時における駆動部261の位置を指し示している。
図3に示す筐体51は、駆動部261が収容される駆動部収容部位51aと、関節部53が収容される関節部収容部位51bと、で構成されている。内部空間510は、駆動部収容部位51aの内部と関節部収容部位51bの内部とで構成されている。後述するように、内部空間510は、筐体51を構成する第1壁部511、第2壁部512、天板513、底板514、および関節部収容部位51bによって画されている。
駆動部収容部位51aは、略直方体をなしており、z軸と平行に延在する長軸を有する。駆動部収容部位51aは、z-y面に沿って広がる第1壁部511および第2壁部512を有する。第1壁部511および第2壁部512は、互いに離れて(内部空間510を介して)対向配置されている。また、駆動部収容部位51aは、x-y面に沿って広がる天板513および底板514を有する。天板513は、第1壁部511の上端および第2壁部512の上端に連結されている。底板514は、第1壁部511の下端および第2壁部512の下端に連結されている。
第2壁部512は、内部空間510と外部空間とをつなぐ側方窓部515を有する。また、天板513は、内部空間510と外部空間とをつなぐ上方窓部516(開口部)を有する。なお、側方窓部515は、第2壁部512に代えて第1壁部511に設けられていてもよく、第1壁部511と第2壁部512の双方に設けられていてもよい。また、側方窓部515および上方窓部516は、それぞれ図示しない蓋で閉じられるようになっており、側方窓部515の縁および上方窓部516の縁には、蓋が載せられて、ねじなどにより固定できるように、段差またはテーパーがつけられている。なお、蓋で閉じないようになっていてもよい。
駆動部収容部位51aは、筐体51のうち、y軸プラス側の部位であり、内部空間510と外部空間とをつなぐ全面窓部517を有する。全面窓部517は、駆動部収容部位51aの長軸の全体にわたって延在している。この全面窓部517は、内部空間510に部材を搬入するときの搬入経路として用いることができる。なお、全面窓部517は、駆動部収容部位51aの長軸の全体ではなく、部分的に延在していてもよい。また、全面窓部517は、図示しない蓋で閉じられるようになっていてもよい。
駆動部収容部位51aは、図3および図4に示すように、第1突出部518および第2突出部519を有する。第1突出部518は、第1壁部511から内部空間510に向かって突出している。第2突出部519は、第2壁部512から内部空間510に向かって突出している。
第1突出部518および第2突出部519は、一対で、内部空間510に収容されている駆動部261を支持する。
駆動部261は、図3に示すように、モーター本体261aと、駆動プーリー261bと、フランジ261cと、を有する。モーター本体261aは、駆動軸AX4まわりに回転する駆動力を発生する。駆動部261が筐体51内に据え付けられた状態では、駆動軸AX4が、第1軸AX1と略平行に延在している。駆動プーリー261bは、モーター本体261aに接続されている。フランジ261cは、z軸方向を厚さ方向とする板状をなしており、x軸方向にモーター本体261aから突出している。このフランジ261cを第1突出部518および第2突出部519に載せることで、筐体51に対する駆動部261のz軸方向における位置決めを行うことができる。なお、フランジ261cが突出する方向は、駆動軸AX4に交差する方向であればよく、x軸方向に限定されない。また、フランジ261cには、フランジ261cを貫通する固定孔261dが設けられている。この固定孔261dには、図示しないネジを通すことができ、ネジを用いてフランジ261cを第1突出部518および第2突出部519に締結することができる。
第1突出部518および第2突出部519は、図4に示すように、それぞれ、支持部521と、欠損部522と、を有する。
支持部521は、フランジ261cが載せられることにより、フランジ261cを支持する。支持部521は、フランジ261cと接触する接触面523を有する。接触面523は、第1突出部518および第2突出部519の接触面523以外の部分と比べて窪んでいる。この接触面523にフランジ261cを接触させることにより、つまり、接触面523とフランジ261cとの係合により、支持部521によってフランジ261cが支持される。なお、フランジ261cは、その突出する方向、本実施形態ではx軸方向に長い矩形をなしており、その両端部が接触面523に接触している。
また、支持部521は、z軸に沿って延在する締結孔525を有する。締結孔525は、フランジ261cを接触面523に接触させた後、ネジを用いてフランジ261cを締結するのに用いられる。
欠損部522は、後に詳述するが、ロボット2の組み立てに伴って駆動部261の姿勢を変えたとき、フランジ261cの両端部が通過可能な形状をなしている。具体的には、欠損部522は、第1突出部518および第2突出部519をそれぞれz軸方向に貫通する溝524を有する。このような溝524を設けたことにより、後述するように基台21を組み立てるとき、フランジ261cの両端部を欠損部522に通す経路での移動が可能になる。これにより、図2に示すベルト55に加わる負荷を抑制しつつ、駆動プーリー261bにベルト55を掛け回すことができる。
なお、図4に示す溝524は、図4に示す位置よりもy軸マイナス側に拡張されていてもよい。ただし、溝524が拡張されると、第1突出部518および第2突出部519の機械的強度が低下し、ひいては筐体51の機械的強度が低下することもある。したがって、溝524の幅、すなわち、溝524のy軸方向の長さは、フランジ261cの両端部が通過可能な幅であればよく、必要以上に広くないことが好ましい。
関節部収容部位51bは、筐体51のうち、y軸マイナス側の部位である。関節部収容部位51bは、上端および下端がそれぞれ開放している略円筒状をなしており、z軸と平行に延在する長軸を有する。関節部収容部位51bの上端には、図2に示すように、第1アーム22が接続される。関節部収容部位51bには、図2に示す関節部53が収容される。
関節部53は、図2に示すように、従動プーリー532と、減速機534と、を有する。従動プーリー532は、減速機534に接続されている。減速機534は、図2に示す第1アーム22に接続されている。減速機534としては、例えば、プラノセントリック方式の減速機が挙げられる。
ベルト55は、駆動部収容部位51aに収容されている駆動部261から、関節部収容部位51bに収容されている関節部53に対し、駆動力を伝達する。したがって、ベルト55は、図2に示すように、駆動プーリー261bと従動プーリー532とに掛け渡されている。ベルト55は、駆動部261および関節部53を筐体51内に据え付けた状態で、x-y面内に広がる環状に張られている。
ベルト55の構成材料は、特に限定されないが、例えば、補強材と弾性材料との複合材が挙げられる。このような複合材で構成されたベルト55は、高トルクの駆動力を伝達可能な機械的強度を有する。
補強材としては、例えば、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、カーボン繊維、綿糸等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合繊維が用いられる。このうち、補強材には、ガラス繊維またはカーボン繊維が好ましく用いられる。
弾性材料としては、例えば、ニトリルゴム、カルボキシル化ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、ポリブタジエンゴム、天然ゴム、EPM、EPDM、ウレタンゴム、アクリルゴムからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。このうち、弾性材料には、超高硬度合成ゴムに分類される材料が好ましく用いられる。
3.制御装置
ロボット2の動作は、制御装置3によって制御される。制御装置3は、図1に示すように基台21の外部に配置されていてもよいが、基台21に内蔵されていてもよい。制御装置3は、あらかじめ記憶された動作プログラムに応じて、駆動部261、262、263、264の駆動を制御する。これにより、ロボットアーム20の姿勢が制御される。
4.ロボットの組立方法
次に、実施形態に係るロボットの組立方法について説明する。
図5は、実施形態に係るロボットの組立方法を説明するための工程図である。図6、図8、図9、図11および図12は、図5に示すロボットの組立方法を説明するための断面図である。図7は、図5に示すロボットの組立方法を説明するための上面図である。図10は、図5に示すロボットの組立方法を説明するための側面図である。なお、図9および図11では、ベルト55の一部の図示を省略している。
図5に示すロボットの組立方法は、準備工程S102と、第1ベルト懸回工程S104と、駆動部姿勢変更工程S106と、第2ベルト懸回工程S108と、フランジ固定工程S110と、を有する。以下、各工程について説明する。
4.1.準備工程
準備工程S102では、図6に示す組立前の基台21(第1部材)を用意する。図6に示す組立前の基台21は、筐体51と、駆動部261と、関節部53と、ベルト55と、を有するが、ベルト55は、まだ、駆動部261と接続されていない。
筐体51は、図3に示すように、第1壁部511および第2壁部512と、第1突出部518と、第2突出部519と、を有する。駆動部261は、図2に示すように、モーター本体261aと、駆動プーリー261bと、フランジ261cと、を有する。関節部53は、従動プーリー532と、減速機534と、を有する。第1突出部518および第2突出部519は、それぞれ、支持部521と、欠損部522と、を有する。
筐体51は、例えば、鋳造法、ダイキャスト法等により製造される。また、筐体51の一部は、機械加工法によって形成されてもよい。機械加工法としては、例えば、切削、研削等が挙げられる。機械加工法により形成される部位の例としては、接触面523、溝524、締結孔525等が挙げられる。これらの部位を機械加工法によって形成することにより、加工精度を容易に高めることができる。例えば、第1突出部518が有する接触面523と、第2突出部519が有する接触面523とで、両者の共面性、すなわち、両者が同一平面内に含まれる程度を高めることができる。また、溝524および締結孔525のx-y面内での位置、ならびに、締結孔525とz軸との平行度を、それぞれ設計値に十分近づけることができる。その結果、筐体51に対する駆動部261の位置および姿勢の精度を高めることができる。
さらに、接触面523、溝524、締結孔525等を機械加工法で加工することができれば、これらを鋳造法やダイキャスト法で作製する必要がなくなるため、筐体51を製造するときの難易度を下げることができる。
なお、図3に示す天板513は、前述したように、上方窓部516を有する。駆動軸AX4に沿った位置、つまり、上方窓部516の上方の位置から見ると、上方窓部516は、欠損部522と重なっている。このため、上方窓部516から加工ツールを差し込み、接触面523、溝524、締結孔525等を機械加工することが可能になる。これにより、筐体51の製造が容易になり、ひいては、製造容易性に優れたロボット2を実現することができる。
そして、関節部53を、筐体51の関節部収容部位51bにあらかじめ据え付けておく。関節部53は、図6に示すように、従動プーリー532が減速機534よりも下方に位置し、従動プーリー532が回転可能な状態で据え付けられる。また、減速機534は、筐体51に固定される。
4.2.第1ベルト懸回工程
第1ベルト懸回工程S104では、図6に示すように、ベルト55の一端を従動プーリー532に掛け回す。ベルト55は、前述したように、高トルクの駆動力を伝達可能な機械的強度を有する。このため、ベルト55自体が高剛性であり、ベルト55の一端を従動プーリー532に掛け回すと、ベルト55の他端は、駆動部収容部位51aに向かって延びた状態になる。また、そのようにならない場合でも、ベルト55の他端が下方に垂れ下がることはない。したがって、後述する第2ベルト懸回工程S108では、駆動プーリー261bを、ベルト55の他端の内側に差し込むことができる。これにより、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回す作業を比較的容易に行うことができる。
4.3.駆動部姿勢変更工程
駆動部姿勢変更工程S106では、駆動部261を筐体51の内部空間510に移動させるとともに、駆動部261の姿勢を変更する。これにより、ベルト55の他端の内側に駆動プーリー261bを差し込みやすい状態を作る。
具体的には、まず、図7に矢印M1で示すように、外部空間から内部空間510に向かって駆動部261を移動させる。図7は、筐体51の外部空間から内部空間510に向かって駆動部261を移動させる様子を示す模式図である。図7において実線で示す駆動部261は、矢印M1で示す移動の前の位置にある駆動部261であり、図7において破線で示す駆動部261は、矢印M1で示す移動の後の位置にある駆動部261である。
本工程では、z軸プラス側からz軸マイナス側に向かって筐体51を見たとき、図7に実線で示すように、欠損部522とフランジ261cとが重なる位置に、駆動部261を保持する。このとき、駆動部261のz軸方向の位置は、図6に示すように、第2突出部519の下方とする。また、駆動部261の姿勢は、図6および図7に示すように、駆動軸AX4とy軸とが略平行であり、かつ、フランジ261cがx-z面と略平行である姿勢とする。
4.4.第2ベルト懸回工程
第2ベルト懸回工程S108では、図8に矢印M2で示すように、フランジ261cの両端部が欠損部522を通過する経路で、駆動部261をz軸プラス側に向かって並進させる。図8には、欠損部522をフランジ261cの両端部が通過している最中の様子を示している。このように駆動部261を第1突出部518および第2突出部519の下方から上方へ移動させることにより、ベルト55の他端の下方から駆動プーリー261bを近づけることができる。つまり、z軸方向のうち、第1突出部518および第2突出部519が設けられている位置を「基準位置」としたとき、欠損部522が設けられていることにより、基準位置よりも下方(関節部53とは反対の領域)から上方(関節部53が位置する領域)に、駆動部261を並進させることが可能になる。このような並進が可能になることで、ベルト55の一端があらかじめ従動プーリー532に掛け回されている状態であっても、ベルト55の他端の下方から駆動プーリー261bを差し込むことができる。これにより、最終的に、ベルト55を強く曲げることなく、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回すことができる。
図7では、第1突出部518の接触面523と第2突出部519の接触面523との離間距離、つまり支持部521同士の離間距離をS1とし、第1突出部518の溝524と第2突出部519の溝524との離間距離、つまり欠損部522同士の離間距離をS2とする。これらの離間距離S1、S2は、x軸方向における距離のことをいう。また、図7では、モーター本体261aの幅をW1とし、フランジ261cの幅をW2とする。これらの幅W1、W2は、x軸方向における長さのことをいう。
これらの離間距離S1、S2および幅W1、W2は、下記式(1)を満たす。
W1<S1<W2<S2 … (1)
上記式(1)では、W1<S1が成り立っているため、図8に矢印M2で示すように駆動部261を並進させたとき、モーター本体261aが支持部521同士の間を通過できる。
また、上記式(1)では、W2<S2が成り立っている。さらに、溝524のy軸方向の幅W3は、図6に示すように、フランジ261cの厚さt1よりも広くなっている。このため、図8に矢印M2で示すように駆動部261を並進させたとき、フランジ261cの両端部が欠損部522を通過できる。
次に、フランジ261cが欠損部522を通過し終えた時点で、並進を止め、駆動部261を保持する。図9には、フランジ261cが欠損部522を通過し終えた状態、つまり、図8に矢印M2で示す駆動部261の移動が完了した状態を示している。図9では、ベルト55の他端の下方から駆動プーリー261bが差し込まれた状態となっている。なお、この時点では、必ずしも、ベルト55の他端に駆動プーリー261bが差し込まれていなくてもよく、ベルト55の他端と駆動プーリー261bとが互いに近接していればよい。
図10は、フランジ261cが欠損部522を通過し終えた状態を図9とは異なる視点で見たときの図である。図10に示すように、この時点では、フランジ261cが第1突出部518および第2突出部519の上方に位置している。なお、本実施形態では、フランジ261cが第1突出部518および第2突出部519の上方に位置していても、モーター本体261aの一部は、第1突出部518と第2突出部519との間に位置している。なお、駆動部261の形態は、図示した形態に限定されない。
次に、図11に示すように、x軸と平行な軸を中心軸として、駆動部261を回転させる。具体的には、図11に示すフランジ261cの下端に位置する稜線を回転軸として、図11に矢印M3で示すように駆動部261を回転させる。これにより、駆動プーリー261bが上方に、モーター本体261aが下方に移動する。その結果、ベルト55の内側に差し込まれていた駆動プーリー261bの姿勢が変化し、それに伴って、ベルト55の他端が駆動プーリー261bに掛け回されることになる。また、フランジ261cの両端部が、接触面523に接触する。これにより、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回す作業、および、z軸方向における駆動部261の位置決めを行う作業が完了する。
なお、上記式(1)では、S1<W2が成り立っているため、図11に矢印M3で示すように駆動部261を回転させたとき、接触面523上にフランジ261cを載せることができる。これにより、支持部521でフランジ261cを支持することが可能になる。
以上のように駆動部261の姿勢を変化させつつ、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回す手順を採用することにより、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回すとき、ベルト55を強く曲げる必要がなくなる。また、ロボット2では、駆動軸AX4に沿った方向において、ベルト55を介して減速機534とは反対側にモーター本体261aが位置している。つまり、ベルト55の上方に減速機534が位置し、ベルト55の下方にモーター本体261aが位置している。このため、ベルト55の他端の下方から駆動プーリー261bを差し込むだけで、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回すことができ、かつ、その作業の過程でベルト55とモーター本体261aとが干渉しにくい。よって、その観点でも、ベルト55を強く曲げる必要がない。これらの理由から、ベルト55に損傷が生じるのを避けることができる。
一方、従来は、タイミングベルトの内側にプーリーを差し込むようにサーボモーターの姿勢を変えながら、サーボモーターをハウジングに固定しようとしても、サーボモーターの姿勢を変えるときに、フランジと、ハウジングの内壁から突出する突出部と、が干渉してしまう。このため、サーボモーターの姿勢を変えることができず、プーリーをタイミングベルトの内側に差し込むことができない。
このような従来技術に対し、上述の構造および手順により、ベルト55に加わる負荷を抑制しつつ、モーター本体261aに接続された駆動プーリー261bにベルト55を掛け回すとともに、駆動部261が有するフランジ261cと基台21が有する筐体51との係合を利用した駆動部261の位置決めを行うことが可能となる。
また、ベルト55を曲げるためのスペースを確保しておく必要もない。具体的には、あらかじめ筐体51に支持されている駆動プーリー261bに対してベルト55を掛け回す場合、ベルト55を曲げながら駆動プーリー261bに掛け回す必要があるため、ベルト55を大きく曲げるためのスペースが必要となる。例えば、ベルト55を上方に大きく曲げる場合、減速機534とベルト55との干渉を避けるため、減速機534と従動プーリー532との距離をz軸方向に伸ばす必要がある。ところが、この距離が伸びると、減速機534に負荷が加わりやすくなり、減速機534の寿命が縮む原因となる。
本実施形態では、ベルト55を大きく曲げる必要がないため、z軸方向における減速機534とベルト55との距離を縮めることができる。これにより、減速機534に加わる負荷の低減を図り、減速機534の長寿命化を図ることができる。
また、モーター本体261aの一部は、関節部収容部位51bと重なるように配置されている。これにより、筐体51を小型化することができる。
4.5.フランジ固定工程
フランジ固定工程S110では、図12に示すように、ネジ526を用いてフランジ261cを支持部521に固定する。具体的には、図3に示すフランジ261cの固定孔261dに、図12に示すネジ526を挿通するとともに、図4に示す締結孔525にネジ526を螺合させる。なお、フランジ261cを支持部521に固定する方法は、ネジ526を用いた方法に限定されず、それ以外の方法であってもよい。
また、ネジ526およびそれを締結孔525に螺合させるツールは、上方窓部516から内部空間510に向かって進入させることができる。このため、上方窓部516を設けることにより、ロボット2の組立作業の効率を高めることができる。
さらに、図3に示す第2壁部512は、前述したように、側方窓部515および全面窓部517を有する。駆動部261の位置および姿勢を変化させる作業は、作業者または作業用ロボットが側方窓部515および全面窓部517の少なくとも一方から腕またはアームを進入させて行うことができる。このため、側方窓部515および全面窓部517を設けることにより、ロボット2の組立作業の効率を高めることができる。
以上のようにして基台21が組み立てられる。その後、基台21にロボットアーム20を接続することにより、ロボット2が組み立てられる。
なお、図2に示す基台21を、駆動軸AX4に沿った位置から見た場合、欠損部522は、駆動軸AX4と関節部53との間に位置している。つまり、欠損部522のy軸方向の位置は、図2に示す駆動軸AX4と関節部53との間にある。このような位置に欠損部522を設けることにより、駆動部261の姿勢を図8に示す姿勢から図12に示す姿勢に遷移させるとき、駆動部261の姿勢変化が円滑になる。つまり、図8に矢印M2で示すように駆動部261を並進させた後、図9に示すように、ベルト55の他端の下方から駆動プーリー261bを差し込み作業が容易に行えるようになる。
また、上方窓部516、側方窓部515および全面窓部517は、ロボット2の組立後、修理やメンテナンスを行うときにも、作業経路として用いることができる。この作業経路があることにより、組立後の基台21を上下反転させることなく、設置された姿勢のままで修理等に供することができる。また、修理等に際し、基台21からロボットアーム20を取り外す必要もなくなる。このため、修理等の作業効率を高めることができる。
5.実施形態が奏する効果
以上のように、実施形態に係るロボットの組立方法は、基台21(第1部材)と、基台21に対して相対的に回転する第1アーム22(第2部材)と、を備えるロボット2の組立方法であって、準備工程S102と、第1ベルト懸回工程S104と、駆動部姿勢変更工程S106と、第2ベルト懸回工程S108と、フランジ固定工程S110と、を有する。
準備工程S102では、筐体51と、駆動部261と、関節部53と、ベルト55と、を有する組立前の基台21を用意する。
筐体51は、第1壁部511および第2壁部512と、第1突出部518と、第2突出部519と、を有する。第1壁部511および第2壁部512は、互いに離れて(内部空間510を介して)対向配置されている。第1突出部518は、第1壁部511から第2壁部512に向かって突出している。第2突出部519は、第2壁部512から第1壁部511に向かって突出している。
駆動部261は、モーター本体261aと、駆動プーリー261bと、フランジ261cと、を有する。モーター本体261aは、駆動軸AX4まわりに回転する駆動力を発生する。駆動プーリー261bは、モーター本体261aに接続されている。フランジ261cは、モーター本体261aから駆動軸AX4に交差する方向に突出している。
関節部53は、従動プーリー532を有し、第1アーム22に駆動力を伝達する。
第1突出部518および第2突出部519は、支持部521と、欠損部522と、を有する。支持部521では、互いの離間距離S1が、フランジ261cが突出する方向における長さ(幅W2)よりも短い。欠損部522では、互いの離間距離S2が、フランジ261cが突出する方向における長さ(幅W2)よりも長い。
第1ベルト懸回工程S104では、ベルト55を従動プーリー532に掛け回す。
駆動部姿勢変更工程S106では、フランジ261cが突出する方向における両端部が欠損部522を通過する経路で、駆動部261をベルト55に近づける。
第2ベルト懸回工程S108では、ベルト55を駆動プーリー261bに掛け回す。
フランジ固定工程S110では、フランジ261cを支持部521に固定する。
このような組立方法によれば、ベルト55に加わる負荷を抑制しつつ、駆動プーリー261bにベルト55を掛け回すことができる。また、駆動部261が有するフランジ261cと、基台21が有する筐体51と、の係合を利用して、駆動部261の位置決めを行うことができる。したがって、上記のような組立方法によれば、ベルト55に損傷が生じることを抑制しつつ、信頼性の高いロボット2を組み立てることができる。
また、実施形態に係るロボット2は、基台21(第1部材)と、基台21に対して相対的に回転する第1アーム22(第2部材)と、を備える。
基台21は、筐体51と、駆動部261と、関節部53と、ベルト55と、を有する。
筐体51は、第1壁部511および第2壁部512と、第1突出部518と、第2突出部519と、を有する。第1壁部511および第2壁部512は、互いに離れて(内部空間510を介して)対向配置されている。第1突出部518は、第1壁部511から第2壁部512に向かって突出している。第2突出部519は、第2壁部512から第1壁部511に向かって突出している。
駆動部261は、モーター本体261aと、駆動プーリー261bと、フランジ261cと、を有する。モーター本体261aは、駆動軸AX4まわりに回転する駆動力を発生する。駆動プーリー261bは、モーター本体261aに接続されている。フランジ261cは、モーター本体261aから駆動軸AX4に交差する方向に突出している。
関節部53は、従動プーリー532を有し、第1アーム22に駆動力を伝達する。
ベルト55は、駆動プーリー261bと従動プーリー532とに掛け渡されている。
そして、第1突出部518および第2突出部519は、支持部521と、欠損部522と、を有する。支持部521では、互いの離間距離S1が、フランジ261cが突出する方向における長さ(幅W2)よりも短く、フランジ261cが突出する方向における両端部を支持する。欠損部522では、互いの離間距離S2が、フランジ261cが突出する方向における長さ(幅W2)よりも長く、フランジ261cの両端部が通過するように構成されている。
このような構成によれば、ベルト55に加わる負荷を抑制しつつ、駆動プーリー261bにベルト55を掛け回すことができるロボット2が得られる。このようなロボット2では、ベルト55の損傷が抑制されるため、信頼性が高められる。また、駆動部261が有するフランジ261cと基台21が有する筐体51とを係合させることにより、筐体51に対して駆動部261を位置決めすることができる。
また、本実施形態に係るロボット2では、駆動軸AX4に沿った位置から見たとき、欠損部522が、駆動軸AX4と関節部53との間に位置している。
このような位置に欠損部522を設けることで、駆動部261の姿勢が図8に示す姿勢から図12に示す姿勢に遷移するとき、駆動部261の姿勢変化が円滑になる。これにより、組み立てが容易なロボット2を実現することができる。
また、本実施形態に係るロボット2では、筐体51が、少なくとも第1壁部511および第2壁部512により画される内部空間510と外部空間とをつなぐ開口部である上方窓部516を有する。そして、駆動軸AX4に沿った位置、つまり上方窓部516の上方の位置から見たとき、上方窓部516と欠損部522とが重なっている。
これにより、例えば加工ツールを用いて第1突出部518および第2突出部519に欠損部522を形成するとき、加工ツールを上方窓部516から内部空間510に進入させることが可能になる。したがって、筐体51を図12に示す姿勢から変えることなく、溝524を機械加工することができる。
また、本実施形態に係るロボット2では、支持部521が締結孔525を有する。そして、フランジ261cは、この締結孔525を用いて支持部521に締結されている。
このような構成によれば、フランジ261cを支持部521に対して確実に固定するとともに、必要に応じて固定を解除することも容易になる。このため、ロボット2の組立効率を高めつつ、メンテナンス性も高めることができる。
また、本実施形態に係るロボット2では、駆動軸AX4に沿った位置から見たとき、開口部である上方窓部516と締結孔525とが重なっている。つまり、ロボット2を上方から見たとき、上方窓部516から締結孔525が見えるように設けられている。
このような構成によれば、締結孔525を加工する作業や、締結孔525に対してネジ526を螺合させる作業を、上方窓部516を介して効率よく行うことができる。
また、本実施形態に係るロボット2では、支持部521が、フランジ261cと接触する接触面523を有する。この接触面523は、機械加工面であることが好ましい。これにより、2つの接触面523の共面性を高めることができる。その結果、筐体51に対する駆動部261の位置および姿勢の精度を高めることができる。なお、支持部521に接触面523を設けない構成としてもよい。
また、本実施形態に係るロボット2では、関節部53が、従動プーリー532と接続される減速機534を有する。そして、モーター本体261aは、駆動軸AX4に沿った方向において、減速機534のベルト55を介した反対側に位置している。
これにより、ベルト55を強く曲げることなく、また、ベルト55を曲げるためのスペースを確保することなく、駆動プーリー261bにベルト55を掛け回すことができる。その結果、ベルト55に損傷が生じるのを避けるとともに、減速機534とベルト55との距離を縮めることができる。これにより、ベルト55および減速機534の長寿命化を図ることができる。
また、本実施形態に係るロボットシステム1は、ロボット2と、ロボット2の動作を制御する制御装置3と、を備える。
ロボット2は、前述したようにベルト55や減速機534の信頼性が高く、かつ、長寿命化が図られている。このため、信頼性が高く、長寿命化が図られたロボットシステム1を実現することができる。
以上、本発明のロボット、ロボットの組立方法およびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明のロボットおよびロボットシステムは、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成のものに置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよく、複数の前記実施形態を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明のロボットの組立方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加されたものであってもよい。
1…ロボットシステム、2…ロボット、3…制御装置、4…慣性センサー、20…ロボットアーム、21…基台、22…第1アーム、23…第2アーム、24…シャフト、29…エンドエフェクター、51…筐体、51a…駆動部収容部位、51b…関節部収容部位、53…関節部、55…ベルト、231…ベース、232…上側カバー、233…下側カバー、240…関節部、241…ボールネジナット、242…スプラインナット、244…ペイロード、261…駆動部、261a…モーター本体、261b…駆動プーリー、261c…フランジ、261d…固定孔、262…駆動部、263…駆動部、264…駆動部、510…内部空間、511…第1壁部、512…第2壁部、513…天板、514…底板、515…側方窓部、516…上方窓部、517…全面窓部、518…第1突出部、519…第2突出部、521…支持部、522…欠損部、523…接触面、524…溝、525…締結孔、526…ネジ、532…従動プーリー、534…減速機、AX1…第1軸、AX2…第2軸、AX3…第3軸、AX4…駆動軸、M1…矢印、M2…矢印、M3…矢印、t1…厚さ、S1…離間距離、S2…離間距離、S102…準備工程、S104…第1ベルト懸回工程、S106…駆動部姿勢変更工程、S108…第2ベルト懸回工程、S110…フランジ固定工程、W1…幅、W2…幅、W3…幅

Claims (9)

  1. 第1部材と、
    前記第1部材に対して相対的に回転する第2部材と、
    を備え、
    前記第1部材は、
    互いに離れて対向配置されている第1壁部および第2壁部、前記第1壁部から前記第2壁部に向かって突出している第1突出部、ならびに、前記第2壁部から前記第1壁部に向かって突出している第2突出部を有する筐体と、
    駆動軸まわりに回転する駆動力を発生するモーター本体、前記モーター本体に接続されている駆動プーリー、および、前記モーター本体から前記駆動軸に交差する方向に突出しているフランジを有する駆動部と、
    従動プーリーを有し、前記第2部材に前記駆動力を伝達する関節部と、
    前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに掛け渡されているベルトと、
    を有し、
    前記第1突出部および前記第2突出部は、
    互いの離間距離が、前記フランジが突出する方向における長さより短く、前記フランジが突出する方向における両端部を支持する支持部と、
    互いの離間距離が、前記フランジが突出する方向における長さより長く、前記フランジの前記両端部が通過するように構成されている欠損部と、
    を有することを特徴とするロボット。
  2. 前記駆動軸に沿った位置から見たとき、前記欠損部は、前記駆動軸と前記関節部との間に位置する請求項1に記載のロボット。
  3. 前記筐体は、少なくとも前記第1壁部および前記第2壁部により画される内部空間と外部空間とをつなぐ開口部を有し、
    前記駆動軸に沿った位置から見たとき、前記開口部と前記欠損部とが重なる請求項1または2に記載のロボット。
  4. 前記支持部は、締結孔を有し、
    前記フランジは、前記締結孔を用いて前記支持部に締結されている請求項1または2に記載のロボット。
  5. 前記筐体は、少なくとも前記第1壁部および前記第2壁部により画される内部空間と外部空間とをつなぐ開口部を有し、
    前記駆動軸に沿った位置から見たとき、前記開口部と前記締結孔とが重なる請求項4に記載のロボット。
  6. 前記支持部は、前記フランジと接触する接触面を有し、
    前記接触面は、機械加工面である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のロボット。
  7. 前記関節部は、前記従動プーリーと接続される減速機を有し、
    前記モーター本体は、前記駆動軸に沿った方向において、前記減速機の前記ベルトを介した反対側に位置している請求項1ないし6のいずれか1項に記載のロボット。
  8. 第1部材と、
    前記第1部材に対して相対的に回転する第2部材と、
    を備えるロボットの組立方法であって、
    互いに離れて対向配置されている第1壁部および第2壁部、前記第1壁部から前記第2壁部に向かって突出している第1突出部、ならびに、前記第2壁部から前記第1壁部に向かって突出している第2突出部を有する筐体と、駆動軸まわりに回転する駆動力を発生するモーター本体、前記モーター本体に接続されている駆動プーリー、および、前記モーター本体から前記駆動軸に交差する方向に突出しているフランジを有する駆動部と、従動プーリーを有し、前記第2部材に前記駆動力を伝達する関節部と、ベルトと、を有し、前記第1突出部および前記第2突出部は、互いの離間距離が、前記フランジが突出する長さより短い支持部と、互いの離間距離が、前記フランジが突出する長さより長い欠損部と、を有する組立前の前記第1部材を用意する工程と、
    前記ベルトを前記従動プーリーに掛け回す工程と、
    前記フランジが突出する方向における両端部が前記欠損部を通過する経路で、前記駆動部を前記ベルトに近づける工程と、
    前記ベルトを前記駆動プーリーに掛け回す工程と、
    前記フランジを前記支持部に固定する工程と、
    を有することを特徴とするロボットの組立方法。
  9. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載のロボットと、
    前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
    を備えることを特徴とするロボットシステム。
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