JP2024049638A

JP2024049638A - 水平多関節ロボット

Info

Publication number: JP2024049638A
Application number: JP2022155983A
Authority: JP
Inventors: 尊行菊池; 大介中西
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-04-10
Also published as: EP4344832A1; CN117773896A; US20240109182A1

Abstract

【課題】アームの軽量化が図れる水平多関節ロボットを提供する。【解決手段】水平多関節ロボット１は、基台１０と、基台１０に連結し、第１回動軸Ｆ１まわりに回動する第１アーム１１と、第１アーム１１と連結し、第１回動軸Ｆ１と平行な第２回動軸Ｆ２まわりに回動する第２アーム１２と、第１アーム１１を駆動させる第１モーター２１と、第２アーム１２を駆動させる第２モーター２２と、を備え、第１モーター２１と第２モーター２２とは、基台１０に配置され、第２モーター２２の駆動力は、第１アーム１１内に設けられたベルト３２を介して第２アーム１２に伝達される。【選択図】図２

Description

本発明は、水平多関節ロボットに関する。

例えば、特許文献１に記載されているスカラロボットは、第２ロボットアームに作動モーターを配置することで、ベルトや偏向装置を排除し、ロボットアームの軽量化を図り、質量慣性モーメントを減少していることが開示されている。

特開２００５－１２５４８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスカラロボットは、第２ロボットアームに作動モーターを配置しているので、ロボットアームの更なる軽量化を図ることが難しいという課題があった。

水平多関節ロボットは、基台と、前記基台に連結し、第１回動軸まわりに回動する第１アームと、前記第１アームと連結し、前記第１回動軸と平行な第２回動軸まわりに回動する第２アームと、前記第１アームを駆動させる第１モーターと、前記第２アームを駆動させる第２モーターと、を備え、前記第１モーターと前記第２モーターとは、前記基台に配置され、前記第２モーターの駆動力は、前記第１アーム内に設けられたベルトを介して前記第２アームに伝達される。

第１実施形態に係る水平多関節ロボットの全体構成を示す側面図。第１実施形態に係る水平多関節ロボットの内部構成を示す側面図。第１実施形態に係る水平多関節ロボットの内部構成を示す側面図。第２実施形態に係る水平多関節ロボットの内部構成を示す側面図。第３実施形態に係る水平多関節ロボットの内部構成を示す側面図。第４実施形態に係る水平多関節ロボットの内部構成を示す側面図。第４実施形態に係る水平多関節ロボットの第１アームの内部構成を示す平面図。第５実施形態に係る水平多関節ロボットの内部構成を示す側面図。

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る水平多関節ロボット１について、図１及び図２を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、以降の各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ方向のプラス側を「上」、Ｚ方向のマイナス側を「下」とも言う。

水平多関節ロボット１は、図１及び図２に示すように、基台１０と、基台１０に連結し、第１回動軸Ｆ１まわりに回動する第１アーム１１と、第１アーム１１と連結し、第１回動軸Ｆ１と平行な第２回動軸Ｆ２まわりに回動する第２アーム１２と、第２回動軸Ｆ２と平行な第３回動軸Ｆ３まわりに回転し、且つ、第３回動軸Ｆ３に沿った方向に駆動する第３アーム１３と、第１アーム１１を駆動させる第１モーター２１と、第２アーム１２を駆動させる第２モーター２２と、第３アーム１３を回転駆動させる第３モーター２３と、第３アーム１３を上下方向に駆動させる第４モーター２４と、を備える。

尚、水平多関節ロボット１は、基台１０に連結した台座１４を介して床等に固定されている。また、第１回動軸Ｆ１、第２回動軸Ｆ２、及び第３回動軸Ｆ３は、水平面であるＸＹ面に直交している。第３回動軸Ｆ３は、第３アーム１３の中心軸と一致している。

基台１０は、第１アーム１１と連結し、第１アーム１１を駆動する第１モーター２１と、第２アーム１２を駆動する第２モーター２２と、第１アーム１１、第２アーム１２、及びスピンドルアーム１３を制御する制御部２０と、を有する。第１モーター２１と第２モーター２２とは、第１アーム１１の上下に分かれて配置されており、本実施形態では、第１モーター２１が第１アーム１１の下に配置されている。そのため、基台１０の下方に第１モーター２１として、出力が大きく重いモーターを用いることができ、水平多関節ロボット１をバランス良く安定に固定することができる。

第１アーム１１は、図２に示すように、基台１０と連結し、基台１０に配置された第１モーター２１により第１回動軸Ｆ１まわりに回動する。第１アーム１１内には、第１モーター２１に連結した第１減速機４１が設けられている。第１減速機４１は、第１モーター２１の回転が入力され、歯数の異なる複数の歯車を用いて入力された回転の速度を減速しつつ、減速比に応じたトルクを出力する働きがある。即ち、入力の回転速度を減速することで出力を増幅する。第１モーター２１の回転軸と第１減速機４１の回転軸が第１回動軸Ｆ１と一致し、第１アーム１１は第１回動軸Ｆ１周りに回動する。また、第１アーム１１内には、第２モーター２２の駆動力を第２アーム１２に伝達するプーリー５１、ベルト３２、プーリー５２、及び第２減速機４２が配置されている。

第２アーム１２は、第１アーム１１と連結し、基台１０に配置された第２モーター２２により第１回動軸Ｆ１と平行な第２回動軸Ｆ２まわりに回動する。基台１０に配置された第２モーター２２の回転軸である軸Ｍ２は、第１アーム１１の第１回動軸Ｆ１と一致している。また、第２モーター２２の駆動力は、第１アーム内に設けられたベルト３２を介して第２アーム１２に伝達される。より具体的には、第２モーター２２の駆動力は、第２モーター２２に連結したプーリー５１が回転することで、ベルト３２に伝達し、第２アーム１２に連結したプーリー５２が回転することで第２アーム１２に伝達される。第２モーター２２の回転軸である軸Ｍ２は、第１アーム１１の第１回動軸Ｆ１と一致していることによって、基台１０や水平多関節ロボット１の占有領域の大型化を防止することができる。

尚、本実施形態において、第２アーム１２とプーリー５２との間には、第２モーター２２の回転を減速して、第２アーム１２に駆動力を伝える第２減速機４２が設けられている。第２減速機４２は、第２モーター２２の回転が入力され、歯数の異なる複数の歯車を用いて入力された回転の速度を減速しつつ、減速比に応じたトルクを出力する働きがある。即ち、入力の回転速度を減速することで出力を増幅する。また、第２アーム１２を駆動する第２モーター２２が基台１０内に配置されているため、第２アーム１２を軽量化することができ、イナーシャの低減を図ることができる。更に、第２モーター２２として、高速化を図ることができる出力の大きいモーターを用いることができる。

第３アーム１３は、第２アーム１２と連結し、第２アーム１２内に設けられた第３モーター２３とベルト３３により第２回動軸Ｆ２と平行な第３回動軸Ｆ３まわりに回転し、第２アーム１２内に設けられた第４モーター２４とベルト３４により第３回動軸Ｆ３に沿った矢印Ｇの方向であるＺ方向に上下駆動する。また、第３アーム１３は、基台１０と第２アーム１２との間に設けられた制御ケーブル１５を介して制御部２０によって制御され、回動及び上下駆動する。尚、第３アーム１３のＺ方向マイナス側端部に挟持装置や吸着装置を取り付けることにより、対象物を挟持又は吸着し対象物を所定の場所に移送することができる。

以上述べたように本実施形態の水平多関節ロボット１は、第２アーム１２を駆動する第２モーター２２が基台１０内に配置されているため、第２アーム１２を軽量化することができる。そのため、アーム部分が軽量化され、アームの駆動に伴うイナーシャの低減を図ることができる。

尚、第２減速機４２が第１アーム１１に設けられた構成を示したが、例えば、図３に示す水平多関節ロボット１ｘのように、第２減速機４２が第１アーム１１と第２アーム１２との間に設けられる構成としても良い。このとき、第２減速機４２が外部に露出しても良いし、第２アーム１２のケースで第２減速機４２を覆っていても良い。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る水平多関節ロボット１ａについて、図４を参照して説明する。

本実施形態の水平多関節ロボット１ａは、第１実施形態の水平多関節ロボット１に比べ、第１アーム１１ａの構成が異なること以外は、第１実施形態の水平多関節ロボット１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

水平多関節ロボット１ａは、図４に示すように、基台１０と連結する第１アーム１１ａ内にプーリー５１とプーリー５２との間に配置されたプーリー５３、プーリー５１とプーリー５３とに接するベルト３２ａ、プーリー５２とプーリー５３とに接するベルト３２ｂが配置されている。従って、第２モーター２２の駆動力は、第１アーム内に設けられたプーリー５１，５２，５３及びベルト３２ａ，３２ｂを介して第２アーム１２に伝達される。

また、第１アーム１１ａは、第２モーター２２とベルト３２ｂとの間に、ベルト３２ａが配置する構成としているため、第２アーム１２とベルト３２ｂとの間に第２減速機４２を配置することができる。そのため、第１アーム１１ａのＺ方向の長さである厚みを薄くすることができ、第１アーム１１ａの軽量化及び水平多関節ロボット１ａの低背化を図ることができる。

このような構成とすることで、第１実施形態で得られる効果に加え、水平多関節ロボット１ａの低背化を図ることができる。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る水平多関節ロボット１ｂについて、図５を参照して説明する。

本実施形態の水平多関節ロボット１ｂは、第１実施形態の水平多関節ロボット１に比べ、基台１０ｂ内の第１モーター２１と第２モーター２２との配置構成と、第１アーム１１ｂ内の構成と、が異なること以外は、第１実施形態の水平多関節ロボット１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

水平多関節ロボット１ｂは、図５に示すように、基台１０ｂ内の第１モーター２１と第２モーター２２とが第１アーム１１ｂの上下に分かれて配置され、第１モーター２１が第１アーム１１ｂの上に配置され、第２モーター２２が第１アーム１１ｂの下に配置されている。第２モーター２２を第１アーム１１ｂの下に配置することにより、第１アーム１１ｂ内の第２モーター２２の駆動力を伝達するベルト３２と第２アーム１２との間に第２減速機４２を配置することができる。そのため、第１アーム１１ｂのＺ方向の長さである厚みを薄くすることができ、第１アーム１１ｂの軽量化及び水平多関節ロボット１ｂの低背化を図ることができる。

このような構成とすることで、第１実施形態で得られる効果に加え、水平多関節ロボット１ｂの低背化を図ることができる。

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る水平多関節ロボット１ｃについて、図６及び図７を参照して説明する。

本実施形態の水平多関節ロボット１ｃは、第１実施形態の水平多関節ロボット１に比べ、基台１０ｃ内の第１モーター２１と第２モーター２２との配置構成と、第１アーム１１ｃの構成と、が異なること以外は、第１実施形態の水平多関節ロボット１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

水平多関節ロボット１ｃは、図６及び図７に示すように、基台１０ｃ内の第１モーター２１が第１アーム１１ｃの上に配置され、基台１０ｃ内の第２モーター２２が第１アーム１１ｃの下に配置されている。第２モーター２２を第１アーム１１ｃの下に配置することにより、第１アーム１１ｃ内の第２モーター２２の駆動力を伝達するベルト３２と第２アーム１２との間に第２アーム１２の回動を減速する第２減速機４２を配置することができる。

また、第１アーム１１ｃ内には、プーリー５１とプーリー５２との間に、ベルト３２のテンションを調整するプーリー５４が配置されている。そのため、プーリー５１及びプーリー５２とベルト３２との摩擦力の低下を制御することができ、第２モーター２２の駆動力をより効率良く第２アーム１２に伝達することができる。

このような構成とすることで、第１実施形態で得られる効果に加え、水平多関節ロボット１ｃの低背化を図ることができ、且つ、第２モーター２２の駆動力をより効率良く第２アーム１２に伝達することができる。

５．第５実施形態
次に、第５実施形態に係る水平多関節ロボット１ｄについて、図８を参照して説明する。

本実施形態の水平多関節ロボット１ｄは、第１実施形態の水平多関節ロボット１に比べ、第２減速機４２の配置位置が異なること以外は、第１実施形態の水平多関節ロボット１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

水平多関節ロボット１ｄは、図８に示すように、第２アーム１２の回動を減速する第２減速機４２が基台１０ｄ内に配置されている。そのため、アームをより軽量化することができ、アームの駆動に伴うイナーシャをより低減することができる。

このような構成とすることで、第１実施形態で得られる効果をより向上させることができる。

６．変形例１
上の角実施形態においては、第１モーター２１と第２モーター２２とが、基台１０内において、第１アーム１１の上下にわかれて配置された構造を示したが、これに限らない。
例えば、第１モーター２１と第２モーター２２との両方が、基台１０内において、第１アーム１１の下に設けられても良い。また、第１モーター２１と第２モーター２２との両方が、基台１０内において、第１アーム１１の上に設けられても良い。

７．変形例２
第１減速機４１、第２減速機４２を有する構造を示したが、これに限らない。例えば、第１モーター２１や第２モーター２２として、所謂ダイレクトドライブモーターのような出力トルクが大きいものを採用することができる場合、第１モーター２１が第１アーム１１を直接駆動する構造や、第２モーター２２が第２アーム１２を直接駆動する構造であっても良い。

８．変形例３
また、制御部２０が基台１０に配置されている構造を示したが、これに限らない。例えば、基台１０の外部に制御装置として配置され、ケーブルで接続する構造でも良い。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｘ…水平多関節ロボット、１０…基台、１１…第１アーム、１２…第２アーム、１３…第３アーム、１４…台座、１５…制御ケーブル、２０…制御部、２１…第１モーター、２２…第２モーター、２３…第３モーター、２４…第４モーター、３２，３３，３４…ベルト、４１…第１減速機、４２…第２減速機、５１，５２…プーリー、Ｆ１…第１回動軸、Ｆ２…第２回動軸、Ｆ３…第３回動軸、Ｇ…矢印、Ｍ２…軸。

Claims

基台と、
前記基台に連結し、第１回動軸まわりに回動する第１アームと、
前記第１アームと連結し、前記第１回動軸と平行な第２回動軸まわりに回動する第２アームと、
前記第１アームを駆動させる第１モーターと、
前記第２アームを駆動させる第２モーターと、を備え、
前記第１モーターと前記第２モーターとは、前記基台に配置され、
前記第２モーターの駆動力は、前記第１アーム内に設けられたベルトを介して前記第２アームに伝達される、
水平多関節ロボット。
前記第２モーターの軸は、前記第１回動軸と一致する、
請求項１に記載の水平多関節ロボット。
前記第１モーターと前記第２モーターとは、前記基台において、前記第１アームの上下に分かれて配置されている、
請求項１に記載の水平多関節ロボット。
前記第１モーターは、前記第１アームの下に配置されている、
請求項３に記載の水平多関節ロボット。
前記第２モーターは、前記第１アームの下に配置されている、
請求項３に記載の水平多関節ロボット。
前記第１アーム内に設けられ、前記ベルトのテンションを調整するプーリーを備える、
請求項１に記載の水平多関節ロボット。
前記第２アームの回転を減速して、前記第２アームに前記駆動力を伝える減速機を備え、
前記減速機は、前記基台に配置されている、
請求項１に記載の水平多関節ロボット。