JP2023142317A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアームの各部に過剰な負荷がかかってしまうのを抑制することができるロボットを提供すること。
【解決手段】基部と、第１アームと、前記第１アームの先端部に前記第１アームに対して回転可能に接続された第２アームと、第３アームと、前記第３アームの先端部に前記第３アームに対して回転可能に接続された第４アームと、前記第２アームの先端部と前記第４アームの先端部とを回転可能に連結する連結部と、を有するロボットアームと、回転力を出力する第１出力部を有し、前記第１出力部が前記第１アームの基端部に接続されている第１駆動部と、回転力を出力する第２出力部を有し、前記第２出力部が前記第３アームの基端部に接続されている第２駆動部と、前記基部に設けられ、前記第１駆動部、前記第２駆動部および前記ロボットアームを昇降させる昇降部と、を備えることを特徴とするロボット。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに関する。

複数のアームが回転可能に連結された多関節ロボットアームを有するロボットを用いてワークに対し所定の作業を行うロボットが知られている。

特許文献１には、基台と、基台に接続された第１アームと、第１アームに接続された第２アームと、第２アームに接続された第３アームと、第１アームを駆動する第１駆動部と、第２アームを駆動する第２駆動部と、第３アームを駆動する第３駆動部と、を備えるロボットが開示されている。第２駆動部および第３駆動部は、第２アーム上に搭載されている。第３アームの先端部には、所定の工具が設置されている。

このロボットでは、第１アーム、第２アームおよび第３アームによりロボットアームが構成され、第１駆動部、第２駆動部および第３駆動部を適宜駆動することによりロボットアームの姿勢を変え、第３アームの先端部を目的の位置へ移動し、工具によりワークに対し、加工、組み立て、検査等の作業が行われる。

特開２０１６－４１４５３号公報

特許文献１に記載されているロボットでは、第２駆動部および第３駆動部が第２アーム上に搭載されているため、第２アーム全体の重量が重くなり、そのため、ロボットアームを所望の姿勢に変化させて第３アームの先端部を目的位置へ移動する際のロボットアームの慣性力が大きい。このため、工具が設置されている第３アームの先端部を目的位置へ俊敏に移動させようとすると、ロボットアームの各部に過剰な負荷がかかってしまう。

本発明のロボットは、基部と、
第１アームと、前記第１アームの先端部に前記第１アームに対して回転可能に接続された第２アームと、第３アームと、前記第３アームの先端部に前記第３アームに対して回転可能に接続された第４アームと、前記第２アームの先端部と前記第４アームの先端部とを回転可能に連結する連結部と、を有するロボットアームと、
回転力を出力する第１出力部を有し、前記第１出力部が前記第１アームの基端部に接続されている第１駆動部と、
回転力を出力する第２出力部を有し、前記第２出力部が前記第３アームの基端部に接続されている第２駆動部と、
前記基部に設けられ、前記第１駆動部、前記第２駆動部および前記ロボットアームを昇降させる昇降部と、を備えることを特徴とする。

図１は、本発明のロボットの第１実施形態の部分断面側面図を含む、ロボットシステムの概略図である。 図２は、図１に示すロボットを上方から見た模式図である。 図３は、図１に示すロボットを上方から見た模式図である。 図４は、図１に示すロボットを上方から見た模式図である。 図５は、図１に示すロボットを上方から見た模式図である。 図６は、本発明のロボットの第２実施形態を上方から見た模式図である。 図７は、本発明のロボットの第３実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。 図８は、本発明のロボットの第４実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。 図９は、本発明のロボットの第５実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。 図１０は、本発明のロボットの第６実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明のロボットの第１実施形態の部分断面側面図を含む、ロボットシステムの概略図である。図２～図５は、図１に示すロボットを上方から見た模式図である。

以下、本発明のロボット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。なお、本明細書では、説明の便宜上、図１中のＺ軸＋方向、すなわち上側を「上」、Ｚ軸－方向、すなわち下側を「下」とも言う。また、ロボットアーム１０については、図１中のＸ軸－方向、すなわち基部側を「基端」、Ｘ軸＋方向、すなわちエンドエフェクター１０側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち上下方向を「鉛直方向」または「昇降方向」とも言い、Ｘ－Ｙ平面と平行な面を「水平面」、該水平面における面方向を「水平方向」とも言う。

図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１の作動を制御する制御装置３と、を備える。まず、ロボット１について説明する。

図１に示すロボット１は、基部１１と、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０を支持する支持部材１７と、第１駆動部２１と、第２駆動部２２と、昇降部２３と、を備える。また、ロボットアーム１０の先端部には、エンドエフェクター２０を装着することができる。

基部１１は、ロボットアーム１０を支持する支持体であり、Ｚ軸方向に延在する筐体１１１と、筐体１１１の下方に設けられ、筐体１１１を搭載する台座１１２と、を有する。筐体１１１は、基部１１のケーシングとして機能するものである。台座１１２は、例えば工場内の床等に固定されている。

筐体１１１は、その先端側の壁部に、Ｚ軸方向に延在する貫通孔１１３を有する。貫通孔１１３は、後述する支持部材１７の突出部１７２が上下方向に移動可能に挿通される長孔である。

ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第２アーム１３および第４アーム１５の先端部同士を回転可能に連結する連結部１６と、を有する。第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５は、いずれも、水平方向に延びる長尺形状をなしている。

また、第１アーム１２および第２アーム１３は、第３アーム１４および第４アーム１５より上方に位置している。

本実施形態では、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５は、いずれも、外形が直線状に延びた長尺形状をなしているが、これに限らず、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５のうちの少なくとも１つは、厚さ（Ｚ方向の長さ）または幅（Ｙ方向の長さ）が長手方向に沿って連続的または段階的に変化する部分を有する形状や、湾曲部、屈曲部、中空部、溝部、凸部、凹部、拡径部、縮径部等を有する形状であってもよい。さらには、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５のうちの少なくとも１つは、長尺状ではない形状、例えば中実または中空のブロック状であってもよい。

第１アーム１２は、その基端部１２１が、回転軸Ｏ１回りに回転可能に第１駆動部２１の第１出力部２１０に固定されている。回転軸Ｏ１は、鉛直方向と平行である。第１アーム１２の先端部１２２には、第２アーム１３が接続されている。

第２アーム１３は、その基端部１３１が、回転軸Ｏ２回りに回転可能に第１アーム１２の先端部１２２に接続されている。回転軸Ｏ２は、回転軸Ｏ１と平行である。また、第２アーム１３の先端部１３２は、後述する第４アーム１５の先端部１５２に対し回転可能に連結されている。この連結されている部分が、連結部１６である。

第３アーム１４は、その基端部１４１が、回転軸Ｏ３回りに回転可能に第２駆動部２２の第２出力部２２０に固定されている。回転軸Ｏ３は、鉛直方向と平行である。本実施形態では、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ３とは、同軸上に位置している。第３アーム１４の先端部１４２は、第４アーム１５が接続されている。

第４アーム１５は、その基端部１５１が、回転軸Ｏ４回りに回転可能に第３アーム１４の先端部１４２に接続されている。ロボットアーム１０の姿勢に関わらず、回転軸Ｏ４は、回転軸Ｏ３と平行な位置関係を保持する。また、第４アーム１５の先端部１５２は、第２アーム１３の先端部１３２と連結部１６により回転可能に連結されている。

先端部１２２と基端部１３１、先端部１４２と基端部１５１、および先端部１３２と先端部１５２は、それぞれ、例えば図示しないピボット軸を有する回転機構を介して回転可能に接続することができる。

以上述べたように、ロボットアーム１０を構成する第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５は、隣接するアーム同士が回動可能に接続されており、特に、リンク機構を構成している。これにより、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５は、ぞれぞれ、一定の制限の下に、水平面内で変位することができる。本明細書において、ロボットアーム１０の姿勢とは、２次元方向または３次元方向における第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５の配置パターンを言う。

ロボットアーム１０の水平面内での姿勢、すなわちＸ－Ｙ平面内での姿勢は、第１アーム１２の回転方向を加味した回転軸Ｏ１回りの回転角度（以下単に「回転角度」とも言う）と、第３アーム１４の回転方向を加味した回転軸Ｏ３回りの回転角度（以下単に「回転角度」とも言う）との組み合わせにより決定され、ロボットアーム１０の３次元方向での姿勢、すなわちＸＹＺ座標による３次元空間での姿勢は、第１アーム１２の回転角度と、第３アーム１４の回転角度と、ロボットアーム１０のＺ軸方向における位置とにより決定される。そしてロボットアーム１０の姿勢が決定されると、連結部１６またはこれに設置されたエンドエフェクター２０の水平面内または３次元方向での位置も決定される。

なお、本実施形態では、回転軸Ｏ１～回転軸Ｏ４は、それぞれ、鉛直方向と平行であるが、本発明ではこれに限定されず、回転軸Ｏ１～回転軸Ｏ４のうちの少なくとも１つは、鉛直方向に対し所定角度、例えば±３０°以内の角度、傾斜していてもよい。

また、本実施形態では、第１アーム１２～第４アーム１５は、それぞれ、水平方向に延在するが、本発明ではこれに限定されず、第１アーム１２～第４アーム１５のうちの少なくとも１つは、水平方向に対し所定角度、例えば±３０°以内の角度、傾斜していてもよい。

連結部１６には、例えば、ワークに対し把持、加工、塗装、組み立て、検査等の所定の作業（以下単に「作業」と言う）を行う作業ヘッドとしてのエンドエフェクター２０が設置されている。エンドエフェクター２０は、作業の種類に応じて適宜交換可能に設置される。エンドエフェクター２０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの、検査に使用するもの等が挙げられる。

本実施形態では、連結部１６の回転軸Ｏ５上にエンドエフェクター２０が位置している。しかし、本発明ではこれに限定されず、エンドエフェクター２０は、連結部１６の回転軸Ｏ５に対し、ずれた位置にあってもよい。

また、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ２との軸間距離、回転軸Ｏ３と回転軸Ｏ４との軸間距離、回転軸Ｏ２と回転軸Ｏ５との軸間距離、および回転軸Ｏ４と回転軸Ｏ５との軸間距離は、それぞれ、同一であっても、一部または全部が異なっていてもよい。これらの軸間距離の組み合わせを適宜選択することにより、連結部１６の水平面内における移動範囲や移動の応答性等の条件を定めることができる。

第１駆動部２１は、第１モーター２１１と、第１減速機２１２と、第１エンコーダー２１３と、を有し、これらが互いに固定されてユニットを構成している。第１駆動部２１では、第１減速機２１２、第１モーター２１１および第１エンコーダー２１３の順で下側から順に並んで配置されている。

第１モーター２１１は、通電方向の切り替えにより正逆回転可能な回転駆動源であり、第１アーム１２を回転軸Ｏ１回りに回転させる回転力を出力する。第１減速機２１２は、第１モーター２１１の回転速度、より詳しくは第１モーター２１１が備えるローターの回転速度を減速して出力するものである。第１エンコーダー２１３は、第１モーター２１１の回転方向および回転角度を検出するものである。なお、第１エンコーダー２１３は、第１出力部２１０の回転方向および回転角度を検出するものであってもよい。

第１駆動部２１は、回転力を出力する第１出力部２１０を有する。第１出力部２１０は、本実施形態では、第１減速機２１２の出力軸である。第１出力部２１０は、第１駆動部２１の下側に位置している。このような第１駆動部２１は、第１アーム１２の基端部１２１の上方に位置している。また、第１出力部２１０は、第１減速機２１２の下側に突出して設けられており、第１出力部２１０は、第１アーム１２の基端部１２１に固定されている。これにより、第１出力部２１０が出力した回転力が第１アーム１２の基端部１２１に伝達され、第１アーム１２が所定の方向に回転する。第１アーム１２が回転すると、先端部１２２は、水平面内を円弧状に移動する。

第２駆動部２２は、第２モーター２２１と、第２減速機２２２と、第２エンコーダー２２３と、を有し、これらが互いに固定されてユニットを構成している。第２駆動部２２では、第２エンコーダー２２３、第２モーター２２１および第２減速機２２２の順で下側から順に並んで配置されている。

第２モーター２２１は、通電方向の切り替えにより正逆回転可能な回転駆動源であり、第３アーム１４を回転軸Ｏ３回りに回転させる回転力を出力する。第２減速機２２２は、第２モーター２２１の回転速度、より詳しくは第２モーター２２１が備えるローターの回転速度を減速して出力するものである。第２エンコーダー２２３は、第２モーター２２１の回転方向および回転角度を検出するものである。なお、第２エンコーダー２２３は、第２出力部２２０の回転方向および回転角度を検出するものであってもよい。

第２駆動部２２は、回転力を出力する第２出力部２２０を有する。第２出力部２２０は、本実施形態では、第２減速機２２２の出力軸である。第２出力部２２０は、第２駆動部２２の上側に位置している。このような第２駆動部２２は、第３アーム１４の基端部１４１の下方に位置している。また、第２出力部２２０は、第２減速機２２２の上側に突出して設けられており、第２出力部２２０は、第３アーム１４の基端部１４１に固定されている。これにより、第２出力部２２０が出力した回転力が第３アーム１４の基端部１４１に伝達され、第３アーム１４が所定の方向に回転する。第３アーム１４が回転すると、先端部１４２は、水平面内を円弧状に移動する。

このような第１駆動部２１および第２駆動部２２は、支持部材１７に固定されている。支持部材１７は、板状部１７１と、板状部１７１から突出して設けられた突出部１７２と、を有する。

板状部１７１は、その厚さ方向をＸ軸方向とする向きで設置されている。また、板状部１７１の先端側の面には、第１駆動部２１および第２駆動部２２が上下方向に並んで、かつ所定距離離間して固定されている。板状部１７１の基端側の面には、Ｘ軸－方向に延びる突出部１７２が設けられている。

突出部１７２は、中空の部材で構成され、基部１１の貫通孔１１３に上下移動可能に挿入されている。突出部１７２の内腔部には、後述する昇降部２３のシャフト２３０が挿通されている。また、突出部１７２の内腔部の内周には、シャフト２３０の外周に形成された雄ねじと螺合する図示しない雌ねじが形成されている。シャフト２３０が所定方向に回転すると、その回転力が上下方向の力に変換され、突出部１７２は、貫通孔１１３の長手方向に沿って移動する。これにより、支持部材１７が、第１駆動部２１、第２駆動部２２およびロボットアーム１０を支持した状態でＺ軸方向に沿って移動し、ロボットアーム１０をＺ軸方向に沿って移動、すなわち、昇降させることができる。

昇降部２３は、シャフト２３０と、第３モーター２３１と、第３減速機２３２と、第３エンコーダー２３３と、を有し、これらが互いに固定されてユニットを構成している。昇降部２３では、第３エンコーダー２３３、第３モーター２３１および第３減速機２３２の順で下側から順に並んで配置されている。

第３モーター２３１は、通電方向の切り替えにより正逆回転可能な回転駆動源であり、シャフト２３０をその中心軸回りに回転させる回転力を出力する。第３減速機２３２は、第３モーター２３１の回転速度、より詳しくは第３モーター２３１が備えるローターの回転速度を減速して出力するものである。第３エンコーダー２３３は、第３モーター２３１の回転角度を検出する位置検出部である。

また、シャフト２３０は、第３減速機２３２の出力軸に固定されている。シャフト２３０は、その外周に雄ねじを有し、この雄ねじと突出部１７２の内腔部に設けられた雌ねじとが螺合する。第３モーター２３１の作動により、シャフト２３０が所定方向に回転すると、突出部１７２を含む支持部材１７およびこれに固定された第１駆動部２１、第２駆動部２２およびロボットアーム１０が昇降する。

なお、シャフト２３０と突出部１７２とは、例えばスプラインねじを有する回転ユニットとして構成することができる。

第１モーター２１１、第２モーター２２１および第３モーター２３１は、それぞれ、図示しないモータードライバーを介して制御装置３と電気的に接続されている。制御装置３が、動作プログラムに従って、各モータードライバーへの通電条件を変更することにより、第１モーター２１１、第２モーター２２１および第３モーター２３１の作動が制御される。

第１モーター２１１、第２モーター２２１および第３モーター２３１としては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。

第１減速機２１２、第２減速機２２２および第３減速機２３２としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。

第１エンコーダー２１３、第２エンコーダー２２３および第３エンコーダー２３３は、制御装置３と電気的に接続されている。制御装置３は、第１エンコーダー２１３、第２エンコーダー２２３および第３エンコーダー２３３がそれぞれ検出した各モーターの回転方向および回転角度の情報を受信する。制御装置３は、各モーターの回転方向を加味した回転角度の情報と、動作プログラムとに基づいて、第１モーター２１１、第２モーター２２１および第３モーター２３１の作動を制御する。この制御内容としては、例えば、第１モーター２１１、第２モーター２２１および第３モーター２３１の作動タイミング、回転方向、回転角度が挙げられる。

制御装置３は、ロボット１から離間して配置されており、プロセッサーの１例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶部と、を有するコンピューターである。プロセッサーが記憶部に記憶されている各種プログラムを読み出して実行することにより、種々の制御を実現することができる。また、制御装置３は、中継ケーブル１８を介してロボット１の各部と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよい。あるいは、ネットワークを介した接続であってもよい。

このようなロボット１では、第１アーム１２の回転角度、特に、回転方向を加味した回転角度と、第３アーム１４の回転角度、特に、回転方向を加味した回転角度との組み合わせにより、ロボットアーム１０の姿勢が決定する。すなわち、第１モーター２１１および第２モーター２２１の回転角度を制御することにより、ロボットアーム１０の姿勢を制御し、エンドエフェクター２０のＸ－Ｙ平面内、すなわち水平面内での位置を決定することができる。

例えば、図２に示すように、第１アーム１２と、Ｘ軸と平行でかつ平面視で回転軸Ｏ１、Ｏ３を通る基準線Ｓとのなす角度が＋θ１、第３アーム１４と基準線Ｓとのなす角度が－θ１のとき、ロボットアーム１０の姿勢は、基準線Ｓを介して対称の形状となる。このとき、Ｘ－Ｙ平面内でのエンドエフェクター２０の位置をＰ１とする。

また、図３に示すように、第１アーム１２と基準線Ｓとのなす角度が＋θ１よりも大きい＋θ２、第３アーム１４と基準線Ｓとのなす角度が－θ１より小さい－θ２のとき、ロボットアーム１０の姿勢は、基準線Ｓを介して対称の形状となる。このとき、Ｘ－Ｙ平面内でのエンドエフェクター２０の位置は、位置Ｐ１よりも基部１１側に近い位置Ｐ２である。すなわち、第１アーム１２および第３アーム１４を、互いに開く方向に回転させると、第１アーム１２に対して第２アーム１３が接近する方向に回転し、第３アーム１４に対して第４アーム１５が接近する方向に回転する。これにより、エンドエフェクター２０の位置を、Ｘ軸－方向に移動させること、すなわち基部１１側に近づけることができる。

このように、ロボット１では、第１アーム１２と第３アーム１４とを互いに反対方向に回転させることによりロボットアーム１０を伸縮させることができる。換言すれば、ロボットアーム１０は、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５により構成されたリンク機構により、ロボットアーム１０の基端側に設置された第１駆動部２１および第２駆動部２２から出力された回転力を直線運動に変換して姿勢を変化することができる。これにより、ロボットアーム１０の先端部に設置されたエンドエフェクター２０を、Ｘ－Ｙ平面内で所望の位置に移動させることができる。

以上述べたように、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５により、リンク機構が構成されている。そのため、第１アーム１２および第３アーム１４の回転による変位が、それらより先端側にある第２アーム１４および第４アーム１５へも伝達され、各アーム１２～１５が一定の規則性を持って変位し、ロボットアーム１０の姿勢を特定することができる。これにより、第１駆動部２１および第２駆動部２２を第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４および第４アーム１５上に搭載することなく、すなわち、ロボットアーム１０の慣性力を増大させることなく、ロボットアーム１０の先端部の連結部１６を、目的位置へ迅速に移動させることができる。換言すれば、ロボットアーム１０の姿勢を変える際の応答性を向上させることができる。

また、図４は、図２に示す状態に対し、第１アーム１２および第３アーム１４を図中時計回りにそれぞれ同じ角度回転させた状態を示す図である。これにより、エンドエフェクター２０の位置を、位置Ｐ１よりもＸ軸－側で、かつＹ軸－側の位置Ｐ３とすることができる。

また、図５は、図３に示す状態に対し、第１アーム１２および第３アーム１４を図中時計回りにそれぞれ同じ角度回転させた状態を示す図である。これにより、エンドエフェクター２０の位置を、位置Ｐ２よりもＸ軸－側で、かつＹ軸－側の位置Ｐ４とすることができる。

また、前述したように、昇降部２３の作動により、ロボットアーム１０は、水平面内での姿勢を維持した状態で、Ｚ軸方向に移動することができる。これによりロボットアーム１０の先端部、すなわち連結部１６またはこれに設置されたエンドエフェクター２０を所望の高さに移動させることができる。

以上述べたように、第１アーム１２の回転と、第３アーム１４の回転とにより、連結部１６が昇降部２３の昇降方向を法線とする面内、すなわち、Ｘ－Ｙ平面内で移動し、昇降部２３の作動により、連結部１６が昇降部２３の昇降方向、すなわち、Ｚ軸方向に移動する。これにより、連結部１６またはこれに設置されたエンドエフェクター２０を、３次元空間における所望の位置、すなわち目的位置へ移動させることができる。特に、この移動は、迅速かつ適正に行うことができる。目的位置へ移動されたエンドエフェクター２０は、当該エンドエフェクター２０に応じた作業を行うことができる。

前述したように、従来のロボットでは、ロボットアーム１０に相当するロボットアームの長手方向中央部付近に、第１駆動部２１および第２駆動部２２に相当する駆動ユニットが搭載されていた。すなわち、従来のロボットでは、ロボットアーム自体が駆動ユニットを支持する構成であった。このため、ロボットアームが姿勢を変化する際、ロボットアームには、ロボットアームを構成する各アームの自重に加え、駆動ユニットの重量による負荷がかかる。よって、ロボットアームが姿勢を変化する際の慣性力が大きく、ロボットアームの各部や、駆動ユニットに大きな負荷がかかったり、振動が生じたりしてしまう。その結果、ロボットアームの先端部を目的位置へ俊敏に移動させることが難しく、エンドエフェクターによる迅速な作業の妨げとなっていた。

このような問題を鑑みて、ロボット１では、前述したように、第１駆動部２１および第２駆動部２２をロボットアーム１０上に搭載するのではなく、ロボットアーム１０の基端側、すなわち基部１１に配置し、第１駆動部２１に第１アーム１２を接続すると共に第２駆動部２２に第３アーム１４を接続する構成とした。すなわち、基部１１側に配置された第１駆動部２１および第２駆動部２２に、ロボットアーム１０の基端部を接続する構成とした。これにより、第１駆動部２１および第２駆動部２２の重量による負荷がロボットアーム１０にかかるのを防止することができる。よって、従来のロボットに比べ、ロボットアーム１０の姿勢の変化に伴いロボットアーム１０に加わる慣性力および負荷を軽減し、ロボットアーム１０の先端部、すなわち、エンドエフェクター２０が設置される連結部１６を目的位置へ俊敏に移動させることができる。その結果、ロボット１は、比較的少ないエネルギーで迅速な作業を行うことができる。

以上、説明したように、ロボット１は、基部１１と、第１アーム１２と、第１アーム１２の先端部１２２に第１アーム１２に対して回転可能に接続された第２アーム１３と、第３アーム１４と、第３アーム１４の先端部１４２に第３アーム１４に対して回転可能に接続された第４アーム１５と、第２アーム１３の先端部１３２と第４アーム１５の先端部１５２とを回転可能に連結する連結部１６と、を有するロボットアーム１０と、回転力を出力する第１出力部２１０を有し、第１出力部２１０が第１アーム１２の基端部１２１に接続されている第１駆動部２１と、回転力を出力する第２出力部２２０を有し、第２出力部２２０が第３アーム１４の基端部に接続されている第２駆動部２２と、基部１１に設けられ、第１駆動部２１、第２駆動部２２およびロボットアーム１０を昇降させる昇降部２３と、を備える。これにより、第１駆動部２１および第２駆動部２２の重量による負荷がロボットアーム１０にかかるのを防止することができる。よって、ロボットアーム１０の姿勢の変化に際しての、ロボットアーム１０に加わる慣性力および負荷を軽減し、ロボットアーム１０の先端部、すなわちエンドエフェクター２０が設置される連結部１６を目的位置へ俊敏に移動させることができる。その結果、ロボット１は、比較的少ないエネルギーで迅速な作業を行うことができる。

なお、本実施形態では、第１モーター２１１、第１減速機２１２、第１エンコーダー２１３、第２モーター２２１、第２減速機２２２および第２エンコーダー２２３の全てが、ロボットアーム１０上に搭載されていない構成であったが、本発明はこれに限定されず、例えば、第１モーター２１１および第２モーター２２１がロボットアーム１０に支持され、第１減速機２１２および第２減速機２２２が支持部材１７に支持される構成であってもよい。この場合、第１減速機２１２と第１モーター２１１との間に回転力伝達機構が設けられ、第２減速機２２２と第２モーター２２１との間に回転力伝達機構が設けられる。

また、第１駆動部２１は、第１モーター２１１と、第１モーター２１１の回転速度を減速する第１減速機２１２と、を有し、第１減速機２１２の出力軸が第１出力部２１０を構成し、第２駆動部２２は、第２モーター２２１と、第２モーター２２１の回転速度を減速する第２減速機２２２と、を有し、第２減速機２２２の出力軸が第２出力部２２０を構成する。これにより、第１モーター２１１の回転速度および第２モーター２２１の回転速度を減速して出力することができ、第１モーター２１１および第２モーター２２１として使用可能なモーターの種類や最大出力等の条件の選択の幅が増すとともに、第１モーター２１１および第２モーター２２１の制御が簡単になる。

なお、本実施形態では、第１駆動部２１は、第１減速機２１２を有し、第２駆動部２２は、第２減速機２２２を有する構成であったが、本発明ではこれに限定されず、第１減速機２１２および第２減速機２２２は、省略されていてもよい。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明のロボットの第２実施形態を上方から見た模式図である。

以下、図６を参照しつつ本発明のロボットの第２実施形態について説明するが、以下では、第１実施形態との相違点を説明し、共通点については説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態では、第１駆動部２１および第２駆動部２２が、Ｚ軸方向から見て、Ｙ軸方向にずれて配置されている。すなわち、第１駆動部２１の第１出力部２１０と、第２駆動部２２の第２出力部２２０とが、Ｚ軸方向から見て、Ｙ軸方向に所定距離離間して配置されている。図示の構成では、第１出力部２１０と第２出力部２２０とは、Ｙ軸＋方向に向かってこの順で並んで配置されている。また、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ３とは、Ｙ軸＋方向に向かってこの順で並んで配置されている。

第１実施形態におけるロボットアーム１０は、図２～図５に示すように、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ３とが一致しているため、平面視でひし形またはそれに近い形状のリンクを形成しており、ロボットアーム１０がＹ軸方向において１点支持、すなわち片持ち支持となる。

これに対し、本実施形態におけるロボットアーム１０は、図６に示すように、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ３とがＹ軸方向に離間して配置されているため、平面視で５角形のリンクを形成しており、ロボットアーム１０がＹ軸方向において２点支持となる。そのため、Ｘ軸方向やＹ軸方向に対する強度が高まり、ロボットアーム１０の水平面内における姿勢変化をより安定して行うことができ、連結部１６を目的位置へ移動する際の位置精度をより向上することができる。ロボットアーム１０の姿勢変化に際しての各部のブレや振動、揺動等が軽減され、安定性がより向上すると共に、連結部１６に設置されたエンドエフェクター２０による作業の安定性、確実性、作業精度も向上する。

また、連結部１６を位置Ｐ１へ移動するに際し、第３アーム１４および第４アーム１５を、図６中の実線で示す第１状態または点線で示す第２状態のいずれか一方の状態とすることを選択することできるが、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ３とがＹ軸方向に離間しているため、この選択を容易かつ確実に行うことができるという利点もある。例えば、第３アーム１４および第４アーム１５を、より安定性の高い第２状態とする選択を行うことや、Ｙ軸＋側にある障害物を避ける為に、第１状態とする選択を行うことができる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明のロボットの第３実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。

以下、図７を参照しつつ本発明のロボットの第３実施形態について説明するが、以下では、第１実施形態との相違点を説明し、共通点については説明を省略する。

図７に示すように、ロボット１は、自重補償機構としての付勢部２４を備える。付勢部２４は、支持部材１７をＺ軸＋側、すなわち、昇降部の上昇方向に向けて付勢する機能を有する。本実施形態では、突出部１７２をＺ軸＋側に向けて付勢する。換言すれば、付勢部２４は、支持部材１７に固定されている第１駆動部２１および第２駆動部２２をＺ軸＋側に向けて付勢する。

付勢部２４は、滑車２４１と、ベルト２４２と、錘２４３とを有する。滑車２４１は、基部１１の筐体１１１の内面に回転可能に設置されている。ベルト２４２は、一端部が突出部１７２に接続されており、他端部に錘２４３が固定されている。また、ベルト２４２は、長手方向の途中が滑車２４１に掛け回されている。

このような付勢部２４によれば、錘２４３の荷重によって、突出部１７２をＺ軸＋側に引っ張ることができる。よって、昇降部２３による上昇動作を補助することができる。

第１実施形態に対し、本実施形態では、ロボットアーム１０の下降時と上昇時とで、昇降部２３にかかる負荷の差を少なくし、ロボットアーム１０の上昇動作と下降動作の速度差をより少なくすることができる。その結果、ロボットアーム１０をさらに俊敏に昇降させることができる。

このように、ロボット１は、第１駆動部２１および第２駆動部２２を、昇降部２３の上昇方向に向けて付勢する付勢部２４を備える。これにより、昇降部２３の作動によるロボットアーム１０の上昇動作と下降動作の速度差をより少なくすることができ、ロボットアーム１０をさらに俊敏に昇降させることができる。

また、付勢部２４は、錘２４３を有する構成である。これにより、簡単な構成で、第１駆動部２１および第２駆動部２２を、昇降部２３の上昇方向に向けて付勢することができる。また、錘２４３の重さを調整するという簡単な方法により、付勢力を調整することができる。これにより、簡単な構成で、上述した効果、すなわちロボットアーム１０のより俊敏な昇降を実現することができる。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明のロボットの第４実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。

以下、図８を参照しつつ本発明のロボットの第４実施形態について説明するが、以下では、第３実施形態との相違点を説明し、共通点については説明を省略する。

図８に示すように、付勢部２４は、滑車２４１と、錘２４３と、滑車２４４と、無端ベルト２４５と、を有する。滑車２４１および滑車２４４は、筐体１１１内においてＺ軸方向に離間して設置されている。無端ベルト２４５は、滑車２４１および滑車２４４に掛け回されている。錘２４３は、無端ベルト２４５の途中に固定されている。

このような構成によっても、第３実施形態と同様に、昇降部２３による上昇動作を補助することができる。すなわち、ロボットアーム１０の下降時と上昇時とで、昇降部２３にかかる負荷の差を少なくし、ロボットアーム１０の上昇動作と下降動作の速度差をより少なくすることができる。その結果、ロボットアーム１０をさらに俊敏に昇降させることができる。特に、無端ベルト２４５を用いることにより、錘２４３の上下動をより安定的に行うことができる。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明のロボットの第５実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。

以下、図９を参照しつつ本発明のロボットの第５実施形態について説明するが、以下では、第３実施形態との相違点を説明する。

図９に示すように、付勢部２４は、滑車２４１と、上端側が滑車２４１に巻回された定荷重バネ２４６とを有する。定荷重バネ２４６は、その下端部が突出部１７２に接続されている。定荷重バネ２４６の滑車２４１に巻回される方向の復元力によって、突出部１７２をＺ軸＋側に引っ張ることができる。

このように、付勢部２４は、定荷重バネ２４６を有する。これにより、昇降部２３による上昇動作をより効果的に補助することができる。すなわち、ロボットアーム１０の下降時と上昇時とで、昇降部２３にかかる負荷の差を少なくし、ロボットアーム１０の上昇動作と下降動作の速度差をより少なくすることができる。よって、ロボットアーム１０をさらに俊敏に昇降させることができる。

＜第６実施形態＞
図１０は、本発明のロボットの第６実施形態が備える付勢部およびその周辺を示す部分断面側面図である。

以下、図１０を参照しつつ本発明のロボットの第６実施形態について説明するが、以下では、第５実施形態との相違点を説明し、共通点については説明を省略する。

図１０に示すように、付勢部２４は、空気バネ２４７を有する。空気バネ２４７は、シリンダー２４８と、シリンダー２４８内に気密的に挿入されたピストン２４９とを有する。シリンダー２４８とピストン２４９とで形成される空間に、圧縮された空気が充填されている。これにより、ピストン２４９は、上方へ向けて押圧される。

突出部１７２の基端部は、Ｘ軸－方向へ延長されており、ピストン２４９の上端は、突出部１７２の下面に当接している。この状態で、ピストン２４９は、上方へ向けて押圧されているため、突出部１７２を含む支持部材１７、支持部材１７に固定されている第１駆動部２１および第２駆動部２２は、上方へ向けて付勢される。

なお、ピストン２４９のストロークは、突出部１７２のＺ軸方向における移動範囲を十分にカバーできる程度のものとされる。

このような構成によっても、第５実施形態と同様に、昇降部２３による上昇動作を補助することができる。すなわち、ロボットアーム１０の下降時と上昇時とで、昇降部２３にかかる負荷の差を少なくし、ロボットアーム１０の上昇動作と下降動作の速度差をより少なくすることができる。

なお、付勢部２４は、第３～第６実施形態で示す構成のものに限定されず、例えば、コイルバネや、ゴムのような弾性体を付勢力の源として用いるものであってもよい。

以上、本発明のロボットを図示の各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。また、ロボットを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、ロボットには、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前記各実施形態では、ロボットアーム１０を構成するアームの数は、４つであるが、本発明では、これに限定されず、４つ以上でもよい。

１…ロボット、３…制御装置、１０…ロボットアーム、１１…基部、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…連結部、１７…支持部材、１８…中継ケーブル、２０…エンドエフェクター、２１…第１駆動部、２２…第２駆動部、２３…昇降部、２４…付勢部、１００…ロボットシステム、１１１…筐体、１１２…台座、１１３…貫通孔、１２１…基端部、１２２…先端部、１３１…基端部、１３２…先端部、１４１…基端部、１４２…先端部、１５１…基端部、１５２…先端部、１７１…板状部、１７２…突出部、２１０…第１出力部、２１１…第１モーター、２１２…第１減速機、２１３…第１エンコーダー、２２０…第２出力部、２２１…第２モーター、２２２…第２減速機、２２３…第２エンコーダー、２３０…シャフト、２３１…第３モーター、２３２…第３減速機、２３３…第３エンコーダー、２４１…滑車、２４２…ベルト、２４３…錘、２４４…滑車、２４５…無端ベルト、２４６…定荷重バネ、２４７…空気バネ、２４８…シリンダー、２４９…ピストン、Ｏ１…回転軸、Ｏ２…回転軸、Ｏ３…回転軸、Ｏ４…回転軸、Ｏ５…回転軸、Ｐ１…位置、Ｐ２…位置、Ｐ３…位置、Ｐ４…位置、Ｓ…基準線

Claims (7)

1. 基部と、
   第１アームと、前記第１アームの先端部に前記第１アームに対して回転可能に接続された第２アームと、第３アームと、前記第３アームの先端部に前記第３アームに対して回転可能に接続された第４アームと、前記第２アームの先端部と前記第４アームの先端部とを回転可能に連結する連結部と、を有するロボットアームと、
   回転力を出力する第１出力部を有し、前記第１出力部が前記第１アームの基端部に接続されている第１駆動部と、
   回転力を出力する第２出力部を有し、前記第２出力部が前記第３アームの基端部に接続されている第２駆動部と、
   前記基部に設けられ、前記第１駆動部、前記第２駆動部および前記ロボットアームを昇降させる昇降部と、を備えることを特徴とするロボット。
2. 前記第１アーム、前記第２アーム、前記第３アームおよび前記第４アームにより、リンク機構が構成されている請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１アームの回転と、前記第３アームの回転とにより、前記連結部が前記昇降部の昇降方向を法線とする面内で移動し、
   前記昇降部の作動により、前記連結部が前記昇降部の昇降方向に移動する請求項２に記載のロボット。
4. 前記第１駆動部および前記第２駆動部を、前記昇降部の上昇方向に向けて付勢する付勢部を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記付勢部は、定荷重バネを有する請求項４に記載のロボット。
6. 前記付勢部は、錘を有する請求項４に記載のロボット。
7. 前記第１駆動部は、第１モーターと、前記第１モーターの回転速度を減速する第１減速機と、を有し、前記第１減速機の出力軸が前記第１出力部を構成し、
   前記第２駆動部は、第２モーターと、前記第２モーターの回転速度を減速する第２減速機と、を有し、前記第２減速機の出力軸が前記第２出力部を構成する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。

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