JP3175497U

JP3175497U - スカラ型ロボット

Info

Publication number: JP3175497U
Application number: JP2012001002U
Authority: JP
Inventors: 月平馬
Original assignee: 月平馬; 王晶紅
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2012-05-17
Anticipated expiration: 2022-02-24

Abstract

【課題】多種少品種の生産にも対応でき、設費費用を安価に構成できるようにするとともに、工作時の剛性や柔軟性が確保されるスカラ型ロボットを提供する。
【解決手段】第１水平アーム４と第２水平アーム５からなる二本アーム構造とし、それぞれの水平アーム４、５の回動を駆動するための一対のモータ６、８および減速機７、９を設け、第２水平アーム５の先端部に各種ツールユニットを直接連結するための連結部１０を設ける。また、ツールユニットとして、少なくともネジ締め機能を有するネジ締めユニットと、部品を把持する部品把持ユニットと、液体等の吐出機能を有するディスペンサーユニットが含まれるように構成する。
【選択図】図１

Description

本考案は、例えば物品を搬送したり、組み立てたりするような水平多関節型ロボットとして広く普及しているスカラロボットの改良に関する。

従来、第１の水平アームと第２の水平アームとを関節を介して連結することで各アームを水平旋回可能にし、第２の水平アームの先端部に上下に延出する主軸を軸周りに回動可能に設けるとともに、主軸を上下動可能にしたようなスカラロボットにおいて、アームの可動範囲を広めるため、第２のアームのアーム長を第１のアームのアーム長より短くするとともに、第１のアームのうち第２のアームの旋回半径が第１のアームの中心線と交差する近傍において、中心線に対して回動方向の一方側に偏心させるような技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１０−５８１８０号公報

ところで、このような従来のスカラロボット５０の構造の概要について図６に基づき説明すると、図６（ａ）に示すように、床面等に固定される固定部材５１と、この固定部材５１中心の第１回動軸５１ｐに回動自在に取り付けられる第１水平アーム５２と、この第１水平アーム５２の先端側の第２回動軸（不図示）に回動自在に取り付けられる第２水平アーム５３と、この第２水平アーム５３の先端側に取り付けられる主軸５４を備えており、第１水平アーム５２は、固定部材５１内の第１モータ５５と第１減速機５６によって駆動するようにされ、第２水平アーム５３は、第２回動軸上の第２モータ５７と第２減速機５８によって駆動するようにされている。また、前記主軸５４の外周面には、該主軸５４を上下させるための螺旋状のネジ溝と、主軸５４の向きを変更させるため軸方向と平行な複数のスプライン溝が刻設されており、主軸５４のネジ溝を利用して主軸５４を上下動させるための第３モータ６０および第３減速機６１、並びに主軸５４のスプライン溝を利用して該主軸５４の位相（向き）を変化させるための第４モータ６２および第４減速機６３がそれぞれのベルトを介して主軸５４に接続されている。

そしてこのようなスカラロボット５０によって例えばワークのネジ締め作業を行うような場合には、図６（ｂ）に示すように、固定部材５１が内蔵される架台６６を所定位置に位置決めし、主軸５４の下端部に連結部材６４を介してネジ締めユニット６５を連結しネジ締め作業を行うようにしている。なお、図番６７は、第２モータ５７に電力を供給するための配線であり、図番６８は、スクリュー工具である。
一方、部品の組み付け等を行うロボットとして、図７に示すようなＸ・Ｙ方向にスライドする直交型ロボットも知られている。

ところで、スカラロボットの場合、直交型ロボットに較べて設備の据付けが容易でモジュール化しやすいという利点がある反面、駆動源としてのアクチュエータ（モータ）や精密減速機が四組必要で、主軸もスプライン溝やネジ溝を刻設する必要があることから設備費用が高価になるという問題があった。しかも、このスカラロボットには、ネジ締めユニット６５等のツールユニットの取付け部が主軸５４の先端にしかないため、第１水平アーム５２の基端側からツール先端までの全体的なアーム長が長くなってツールにかかる剛性が制限され、また、ツールユニットの重量も制限を受けるという問題もあった。
一方、直交型ロボットの場合は、設備コストが安価である反面、設備の移動が困難でツールの移動範囲も制約され、また、取り扱うワークの品種が変更されるときの対応性に柔軟性を欠き、しかも設備のメンテナンス性も良くないという問題があった。

そこで本考案は、多種少品種の生産にも対応することができ、しかも、設費費用を安価に構成できるようにするとともに、工作時の剛性や柔軟性が確保されるようにすることを目的とする。

上記目的と達成するため本考案は、第１回動軸周りに回動自在な第１水平アームと、この第１水平アームの先端部に第２回動軸を介して取り付けられ且つこの第２回動軸周りに回動自在な第２水平アームからなる二本アーム構造とし、且つ前記第１、第２水平アームの回動を駆動するための第１、第２アクチュエータを設けるとともに、前記第２水平アームの先端部に、各種ツールユニットを直接連結するための連結部を設け、前記ツールユニットとして、少なくともネジ締め機能を有するネジ締めユニットと、部品把持機能を有する部品把持ユニットと、液体等吐出機能を有するディスペンサーユニットが含まれるように構成し、また、いずれのツールユニットも、高さを調整するための高さ調整機構を有するようにした。

このように第２水平アームの先端部に、各種ツールユニットを直接連結するようにすれば、第１水平アームの基端側からツールユニットの先端までの全体的なアーム長が短くなり、ツールにかかる剛性を高めることができるとともに、二本アーム構造及び一対のアクチュエータの構造にすることで簡素な構成となり、しかも、スプライン溝やネジ溝を刻設した主軸が不要となってコストの低減化が図れる。
また、ツールユニットとして、少なくともネジ締め機能を有するネジ締めユニットと、部品把持機能を有する部品把持ユニットと、液体等吐出機能を有するディスペンサーユニットが含まれるように構成することで、基本的な部品の組付けや搬送作業等に必要な最低限の機能を持たせることができる。なお、これらの機能以外に、例えば、エア吸引による吸着機能や、部品を圧入する部品圧入機能や、スポット溶接を行うスポット溶接機能等を持たせることは自由である。

また本考案では、前記部品把持ユニットとして、所望軸周りに回動して把持方向を調整することのできる向き調整機構を設けるようにした。
特に部品を把持する部品把持ユニットに、把持方向を調整することのできる向き調整機構を設ければ、部品の向きの如何に関らず把持できるため便利である。
なお、部品把持ユニット以外のツールユニットに向き調整機構を設けるのは任意である。

また本考案では、ロボットの基端側を、水平な床面上に固定するか、側壁の壁面に固定するか、天井から吊り下げて固定するかについて選択できるようにした。
このように、ロボットの基端側の固定位置に自由度を持たせ、例えば床面上や側壁の壁面に固定すれば、ツールユニットの移動範囲を約２７０度の範囲内に確保できるとともに設備ユニットの配置も簡単になる。また、天井から吊り下げるように固定すれば、ツールユニットの移動範囲を円形の広い範囲内に確保することができるようになり、しかも、床面等への設置スペースに制約があるような場合にも対応できる。

第１水平アームと第２水平アームからなる二本アーム構造とし、それぞれの水平アームの回動を駆動するための一対のアクチュエータを設け、また第２水平アームの先端部にツールユニットを直接連結するための連結部を設けることで、ツール先端までの全体的なアーム長を短くして剛性を増すことができ、また部品点数が削減されてコストの低減化が図れる。また、ツールユニットとして、少なくともネジ締めユニットと部品把持ユニットとディスペンサーユニットが含まれるように構成することで、基本的な部品の組付けや搬送作業等に必要な最低限の機能を持たせることができる。
また、部品把持ユニットとして、所望軸周りに回動して把持方向を調整することのできる向き調整機構を設ければ、部品の向きの如何に関らず把持できるため便利である。
またロボットの基端側の固定方法を複数種類にし、これらを選択可能にすれば、それぞれの固定方法による利点を勘案しつつ固定方法を選択できるため一層便利である。

本考案に係る床面上設置型のスカラ型ロボットの基本構造を示す説明図であり、（ａ）は第２水平アーム先端の連結部の連結面が横向きタイプのもの、（ｂ）は第２水平アーム先端の連結部の連結面が縦向きタイプのものである。図１の（ａ）タイプのスカラ型ロボットにネジ締めユニットを連結したものである。図２のネジ締めユニットが連結されたスカラ型ロボットの設備構成の一例を示す全体図である。図１のスカラ型ロボットにネジ締めユニット以外のツールユニットを連結した場合の説明図であり、（ａ）はディスペンサーユニットを連結したもの、（ｂ）はツールチェンジャーユニットを連結したもの、（ｃ）は部品把持ユニットを連結したものである。スカラ型ロボットを床面以外に固定する方法を示す説明図であり、（ａ）は側壁の壁面に固定するもの、（ｂ）は天井から吊り下げて固定するものである。従来のスカラ型ロボットの一例を示す説明図であり、（ａ）は従来構造のスカラ型ロボット、（ｂ）は（ａ）のスカラ型ロボットにネジ締めユニットを連結したネジ締めヘッドの一例を示す説明図である。従来の直交型ロボットの説明図である。

本考案のスカラ型ロボットの構成例について添付した図面に基づき説明する。
本考案に係るスカラ型ロボットは、多種少品種の生産にも対応することができ、しかも、設費費用を安価に構成できるようにされるとともに、工作時の剛性や柔軟性が確保できるようにされ、特に第１水平アームと第２水平アームの二本アーム構造で、第２水平アームの先端部に、直接各種ツールユニットを連結するための連結部を設けることを特徴としている。

すなわち、本スカラ型ロボット１の基本構造は、図１に示すように、床面上等に対して固定可能な取付板２と、この取付板２上に固定される筒状の固定部材３と、この固定部材３中心の第１回動軸３ｐ周りに回動自在に連結される第１水平アーム４と、この第１水平アーム４の先端側に第２回動軸（不図示）を介して回動自在に連結される第２水平アーム５を備えており、前記固定部材３の筒内には第１アクチュエータとしての第１モータ６及び第１減速機７が設けられ、また、第２水平アーム５の第２回動軸上には、第２アクチュエータとしての第２モータ８及び第２減速機９が設けられている。

また、第２水平アーム５の先端部には、以下に述べる各種ツールユニットを直接連結するための連結部１０が設けられており、この連結部１０は連結面が水平な横向きタイプのもの（図１（ａ））と、連結面が垂直な縦向きタイプのもの（図１（ｂ））があるが、以下の図面では、横向きタイプのものを代表にして説明する。

以上のようなスカラ型ロボット１において、ネジ締め作業を行うときは、図２に示すように、連結部１０にツールユニットとして、ネジ締め機能を有するネジ締めユニット１１を連結する。
このネジ締めユニット１１はスクリュー工具１２を上下動させるための上下駆動シリンダ１３や、スクリュー工具１２を回転駆動するためのモータ１４を備えており、連結具を介して連結部１０に着脱可能にされている。

以上のようなネジ締めユニット１１が連結されるスカラ型ロボット１は、図３に示すように、固定部材３が床面上の所定位置に位置決めされる架台１５内に内蔵され、第２アクチュエータに電力を供給するための配線１６等が配設されてネジ締め工作ヘッドとして構成されるが、第１水平アーム４の基端側からスクリュー工具１２までの全体的なアーム長が短く、高い剛性力を確保しながらネジ締めすることができる。

また、図６に示すようなスプラインやネジ構造を有する主軸５４や、この主軸５４を上下動させたり、位相を変更したりするためのアクチュエータ等が不要となるため、従来のスカラロボット５０に較べて安価に且つ簡素に構成することができる。

ところで、以上の説明は、ツールユニットとしてネジ締めユニット１１を例にとって説明したが、ネジ締めユニット１１以外のツールユニットとして、例えば図４に示すようなツールユニットが準備されている。

すなわち、図４（ａ）は、例えば液体塗料とか、液状接着剤等を貯留して不図示の圧縮エア送給機構に接続されて貯留物を吐出することのできるディスペンサ１６を有するディスペンサーユニット１７として構成した例であり、図４（ｂ）は、不図示の吸引機構と接続される真空吸着ノズル１８や、部品圧入用の圧入バー１９など複数のツールを備え、所望のツールを選択して使用できるようなツールチェンジャーユニット２０として構成した例である。そしてこれら図４（ａ）（ｂ）のツールユニットは、いずれもツールを昇降させるための高さ調整機構としての昇降シリンダ２１を備えている。

また、図４（ｃ）は、部品を把持するチャック部２２を備えた部品把持ユニット２３として構成した構成例であり、この場合は、図６に示す従来のスカラロボット５０の第２水平アーム５３の構成とほぼ同様の構成にしている。すなわち、チャック部２２を支持するチャック軸２４の表面にチャック軸２４を昇降させるための螺旋状のネジ溝と、チャック軸２４の位相を変更させるためのスプライン溝が刻設されており、このチャック軸２４を昇降させるための昇降用モータ２５および同減速機２６、及びチャック軸２４の位相を変化させるための位相変更用モータ２７および同減速機２８、並びにこれらとチャック軸２４とを接続するベルトが設けられている。
また、チャック部２２のチャックを駆動する駆動源は不図示であるが、チャック部２２内に内蔵することも可能であり、別途駆動源を接続することも可能である。

そしてこのような部品把持ユニット２３は、昇降用モータ２５によってチャック部２２が昇降自在にされるとともに、位相変更用モータ２７によってチャック部２２の向きが調整自在であり、部品の向きの如何に拘らず確実に把持することができる。

ところで、以上のようなスカラ型ロボット１は、基端側を床面等の上に固定するタイプを説明してきたが、これら基端部を図５（ａ）に示すように、壁面等に取り付けるための壁面取付け用ブラケット３０、または図５（ｂ）に示すように、天井等から吊り下げるように取り付けるための吊り下げ用ブラケット３１に固定することも可能である。

そして、この場合、床面上や側壁の壁面に固定すれば、ツールユニットの移動範囲が約２７０度の範囲内に確保されるとともに設備ユニットの配置も簡単になり、また、天井から吊り下げるように固定すれば、ツールユニットの移動範囲を円形の広い範囲内に確保することができる。

なお、本考案は以上のような実施形態に限定されるものではない。本考案の実用新案登録請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本考案の技術的範囲に属する。
例えば、第１アクチュエータとしての第１モータ６や第１減速機７、第２アクチュエータとしての第２モータ８や第２減速機９の配置等は任意である。

部品組立てや搬送等のロボットとして普及するスカラ型ロボットの改良として、ツール先端の剛性が高く、しかも簡素で安価に構成できるため、産業用ロボットとして広い範囲での普及が期待される。

１…スカラ型ロボット、３ｐ…第１回動軸、４…第１水平アーム、５…第２水平アーム、６…第１モータ、７…第１減速機、８…第２モータ、９…第２減速機、１０…連結部、１１…ネジ締めユニット１１、１７…ディスペンサーユニット、２１…昇降シリンダ、２３…部品把持ユニット、２５…昇降用モータ、２７…位相変更用モータ、３０…壁面取付け用ブラケット、３１…吊り下げ用ブラケット。

Claims

第１回動軸周りに回動自在な第１水平アームと、この第１水平アームの先端部に第２回動軸を介して取り付けられ且つこの第２回動軸周りに回動自在な第２水平アームからなる二本アーム構造であり、且つ前記第１、第２水平アームの回動を駆動するための第１、第２アクチュエータを備えたスカラ型ロボットであって、前記第２水平アームの先端部に、各種ツールユニットを直接連結するための連結部が設けられ、前記ツールユニットとして、少なくともネジ締め機能を有するネジ締めユニットと、部品把持機能を有する部品把持ユニットと、液体等吐出機能を有するディスペンサーユニットが含まれるように構成するとともに、いずれのツールユニットも、高さを調整するための高さ調整機構を有することを特長とするスカラ型ロボット。
前記部品把持ユニットは、所望軸周りに回動して把持方向を調整することのできる向き調整機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスカラ型ロボット。
前記ロボットの基端側を、水平な床面上に固定するか、側壁の壁面に固定するか、天井から吊り下げて固定するかが選択できるようにされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスカラ型ロボット。