JP3689034B2 - スカラ型ロボット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回動式アームの回動端部に作業軸を往復移動自在に設けたスカラ型ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のスカラ型ロボットとしては、例えば特開平１１−１７０１８４号公報に開示されたものがある。この公報に示されたスカラ型ロボットは、基台に水平方向へ延びる第１のアームを水平方向へ回動自在に設けるとともに、この第１のアームの回動端部に水平方向へ延びる第２のアームを水平方向に回動自在に設け、この第２のアームの回動端部に作業軸を設けている。前記作業軸は、軸線が上下方向を指向し、第２のアームに上下方向へ移動自在に支持させるとともに、回転自在に支持させている。
前記第１のアームを駆動するモータは基台内に設け、第２のアームを駆動するモータは、第２のアームの基端部に設けている。また、第２のアームには、前記作業軸を回転駆動するための回転駆動装置と、作業軸を昇降させる昇降装置とを支持させている。
【０００３】
前記第２のアームの回動端部には、作業軸が振れるのを防ぐために２本のタイバーを設けている。これらのタイバーは、第２のアームの両側方で上下方向に延びるように設けており、第２のアームの両側部に設けた軸受に上下方向に移動自在に支持させ、下端部を作業軸に連結部材を介して接続している。
前記タイバーは、作業軸が上下方向に移動するときに作業軸と一体的に上下方向に移動する。このようにタイバーを作業軸に接続することによって、第２のアームを旋回させたりして作業軸に横方向の曲げモーメントが作用したときに、タイバーによって作業軸を支えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように構成した従来のスカラ型ロボットにおいては、作業軸を最も下方へ延びるように作動させた状態では、急旋回時に作業軸が振れるのを必ずしも確実に防ぐことはできなかった。これは、タイバーを軸支する軸受とタイバーとの間には微小とはいえクリアランスがあり、このクリアランスを形成する隙間分だけタイバーが軸受に対して傾動するからである。
【０００５】
詳述すると、作業軸とともにタイバーが下方へ大きく突出し、タイバーと作業軸との連結部分が軸受から大きく離間している状態では、前記隙間分に相当する傾斜角度だけタイバーが傾動することにより作業軸の下端部が大きく変位するため、横方向の振動が生じ、この振動が減衰し停止するまでは作業軸の位置が決まらないからである。すなわち、アームの旋回速度が制約されるという不具合があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、作業軸が振れるのをタイバーによって確実に防ぐことができるスカラ型ロボットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係るスカラ型ロボットは、回動式アーム（４）の回動端部に作業軸（５）を前記回動端部を貫通して往復移動自在に設けるとともに、前記作業軸と平行なタイバー（４２）を移動自在に支持させ、前記作業軸に連結部材を介して前記タイバーを接続することにより作業軸の往復動にタイバーが連動するスカラ型ロボットであって、前記作業軸とタイバーとをそれぞれ前記アームに嵌合構造によって支持させ、前記連結部材を、前記アーム（４）より下方において前記作業軸（５）の先端部が回転自在に接続されかつ前記タイバー（４２）の一端部が接続された下部連結部材（４１）と、前記アーム（４）より上方において前記作業軸（５）の後端部が回転自在に接続されかつ前記タイバー（４２）の他端部が固定された上部連結部材（２４）とによって構成し、前記下部連結部材（４１）と前記上部連結部材（２４）のうち少なくとも一方を作業軸（５）およびタイバー（４２）に対して着脱可能に形成したものである。
請求項２に記載したスカラ型ロボットは、請求項１に記載したスカラ型ロボットにおいて、回動式アーム（４）に作業軸（５）と平行にボールねじ軸（２２）を回転自在に支持させ、このボールねじ軸（２２）に螺合させたボールねじナット（２３）を上部連結部材（２４）に固定したものである。
請求項３に記載したスカラ型ロボットは、請求項１または請求項２に記載したスカラ型ロボットにおいて、回動式アーム（４）に回動端部の全域を覆うカバー（１６）を取付けたものである。
【０００８】
本発明によれば、作業軸の後端部がタイバーの前記他端部を保持することになり、タイバーがアームに対して傾斜するのを阻止することができる。また、作業軸およびタイバーをアームに装着した状態でこれらに連結部材の少なくとも一方を取付けることができるから、タイバーの傾動を阻止する構造を採っているにもかかわらず、組立性が低下するようなことはない。
請求項３記載の発明によれば、回動式アームにおける作業軸およびタイバーを上下方向に移動自在に支持する嵌合支持部に装置外の塵埃が付着することをカバーによって防ぐことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係るスカラ型ロボットの一実施の形態を図１ないし図７によって詳細に説明する。
図１は本発明に係るスカラ型ロボットの側面図、図２は同じく平面図、図３は作業軸部分の断面図、図４は上部連結部材の平面図で、同図は要部を破断して描いてある。図５は図３におけるV−V線断面図、図６は下部連結部材の底面図、図７はアームにおけるタイバー貫通部分の断面図である。
【００１０】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態によるスカラ型ロボットである。このロボット１は、基台２と、この基台２に水平方向へ回動自在に設けて水平方向に延びる第１のアーム３と、この第１のアーム３の回動端部の上部に水平方向へ回動自在に設けて水平方向に延びる第２のアーム４と、この第２のアーム４の回動端部を貫通して上下方向に延びる作業軸５などを備えている。この作業軸５は、後述するように、第２のアーム４に上下方向へ移動自在に支持させるとともに、回転自在に支持させている。
【００１１】
前記基台２は、第１のアーム３を駆動するモータ１０を内蔵しており、このモータ１０の出力軸に接続した減速機１１を介して第１のアーム３が接続されている。減速機１１は、出力側を第１のアーム３の基端部に固着しており、前記モータ１０の回転が減速機１１によって減速されて伝達されることにより、第１のアーム３が基台２に対して回動する。
【００１２】
第１のアーム３の回動端部には、第２のアーム４を駆動するための減速機１２を設けている。この減速機１２は、出力側を第１のアーム３に固着し、入力側を第２のアーム４のモータ１３に接続している。すなわち、第２のアーム４は、モータ１３の回転が減速機１２によって減速されて第１のアーム３に伝達されることにより、第１のアーム３に対してモータ１３を中心にして回動する。
【００１３】
第２のアーム４には、図３に示すように、前記作業軸５を上下方向に移動させるための昇降装置１４と、作業軸５を回転させるための回転駆動装置１５と、これらの装置を覆うカバー１６とを設けている。このカバー１６は、図２に示す平面視において、第２のアーム４の側縁４ａに沿う形状であって、第２のアーム４の回動端部の全域を覆う形状に形成している。同図において、前記カバー１６に隣接させて設けた符号１７で示すものは、第２のアーム４に設けた前記駆動用のモータ１３および昇降装置１４・回転駆動装置１５のモータ１８，１９（図１参照）に給電する複数の配線およびその端子（図示せず）などを収容する端子カバーである。この端子カバー１７内において、前記基台２に一端を接続した配線ケーブル２０の他端を接続している。
【００１４】
前記昇降装置１４は、前記モータ１８と、このモータ１８にベルト式伝動装置２１を介して接続したボールねじ軸２２と、このボールねじ軸２２に螺合させたボールねじナット２３と、このボールねじナット２３に一端部を固定するとともに他端部に前記作業軸５を連結した上部連結部材２４とによって構成している。この昇降装置１４の各回転部材は、軸線が上下方向を指向するように形成している。前記ベルト式伝動装置２１は、第２のアーム４の内部に収納している。
【００１５】
前記ボールねじ軸２２は、下端部を第２のアーム４に軸受２５によって回転自在に支持させるとともに、第２のアーム４に立設したフレーム２６に上端部を軸受２７によって回転自在に支持させている。
前記上部連結部材２４と作業軸５との接続部分には、作業軸５が回転することができるように軸受２８を介装している。この軸受２８の内輪は、作業軸５を下方から嵌合させてロックナット２９によって締結させ、外輪は、上部連結部材２４の軸受孔２４ａに上方から嵌合させてストッパープレート３０と固定用ボルト３１で上部連結部材２４に固定している。すなわち、作業軸５の上端部を上部連結部材２４に前記軸受２８によって上下方向への移動が規制される状態で着脱可能に取付けている。
【００１６】
前記回転駆動装置１５は、前記モータ１９と、作業軸５の外周部に回転自在に支持させて前記モータ１９にベルト式伝動装置３２を介して接続したハーモニックドライブ（登録商標）減速機３３と、この減速機３３の出力部材であるフレクスプライン３３ａに固着したボールスプラインナット３４とによって構成している。この回転駆動装置１５のベルト式伝動装置３２は、前記昇降装置１４のベルト式伝動装置２１に較べてプーリ３２ａの外径を大きく設定し、ベルト３２ｂの内側に前記ボールねじ軸２２を通した状態で前記昇降装置１４のベルト式伝動装置２１の上方に配設している。
【００１７】
回転駆動装置１５のベルト式伝動装置３２は、作業軸５側のプーリ３２ａを作業軸５に回転自在に支持させるとともに、前記減速機３３の入力部材であるウェーブジェネレータ３３ｂに結合させている。このウェーブジェネレータ３３ｂは、円筒状に形成して外周部を軸受３５によって第２のアーム４に回転自在に支持させている。
【００１８】
前記ボールスプラインナット３４は、従来からよく知られているものと同等の構造のもので、作業軸５に下端部から上端部まで延びるように形成した縦溝（図示せず）に係入する多数のボールを循環移動できるように内蔵し、作業軸５の上下方向への移動を許容しながら、作業軸５の回転を規制する構造のものである。すなわち、ボールスプラインナット３４が前記減速機３３のフレクスプライン３３ａと一体的に回転することによって、作業軸５がボールスプラインナット３４と一体的に同一回転数で回転する。また、上述した昇降装置１４のボールねじ軸２２が回転してボールねじナット２３が上昇または下降することにより、作業軸５が前記ボールスプラインナット３４に支えられながら上下方向に移動する。作業軸５は、両端部に軸受嵌合用の小径部５ａ，５ｂが形成されている他は外径が一定になるように形成しており、ボールスプラインナット３４に嵌合させることによって第２のアームに支持させている。
【００１９】
前記作業軸５は、図３および図６に示すように、下端部に下部連結部材４１を取付け、この下部連結部材４１を介してタイバー４２を接続している。作業軸５の下端部が本発明に係る作業軸の先端部を構成し、作業軸５の上端部が本発明に係る後端部を構成している。前記下部連結部材４１は、図６に示すように、下方から見て三角形状に形成し、三角の各頂点に対応する部分に作業軸５と、２本のタイバー４２とを接続している。下部連結部材４１と作業軸５との接続部分には、図３に示すように、作業軸５が回転できるように軸受４３を介装している。この軸受４３の外輪は、下部連結部材４１の軸受孔４１ａに上方から嵌合させ、内輪は、作業軸５を上方から嵌合させている。
【００２０】
前記タイバー４２は、この実施の形態では断面円形のパイプによって形成し、第２のアーム４の長手方向とは直交する水平方向（図６において上下方向）に並べて配設し、作業軸５と平行に、第２のアーム４を貫通して上下方向へ延びている。タイバー４２の下端部が本発明に係るタイバーの一端部を構成し、タイバー４２の上端部が本発明に係る他端部を構成している。
【００２１】
このタイバー４２の下部連結部材４１への固定は、図６に示すように、下部連結部材４１の後面（第２のアーム４の基端部側の面）にホルダ４４を固定用ボルト４５によって固定し、これらの下部連結部材４１とホルダ４４とによってタイバー４２の下端部を挟持することによって行っている。下部連結部材４１とホルダ４４におけるタイバー４２を挟持する部分には、下部連結部材４１とホルダ４４の両方に半円状の切欠き４６をそれぞれ形成し、これらの切欠き４６にタイバー４２を嵌合させている。
【００２２】
一方、タイバー４２の上端部は、図４に示すように、前記上部連結部材２４の両側面にタイバー毎にホルダ４７を固定用ボルト４８によって固定し、上部連結部材２４とホルダ４７とによってタイバー４２の上端部を挟持している。上部連結部材２４とホルダ４７におけるタイバー４２を挟持する部分には、上部連結部材２４とホルダ４７の両方に半円状の切欠き４９をそれぞれ形成し、これらの切欠き４９にタイバー４２を嵌合させている。
【００２３】
タイバー４２が第２のアーム４を貫通する部分には、図５および図７に示すように、ボールブッシュ５０を介装している。このボールブッシュ５０は、円筒状に形成した軸受（具体的には、タイバー４２の表面に接触可能な軸方向のボール配列のボールが、ボール配列の一端から内部を通って他端に循環可能とされてなる環状のボール列を、内周に沿って複数周方向に配置してなるリニアブッシュ）からなり、内周部にタイバー４２を摺動自在に嵌挿させるとともに、第２のアーム４の軸受孔５１に外周面を嵌合させてサークリップ５２（図７参照）によって固定している。
【００２４】
前記ボールブッシュ５０を支持する第２のアーム４は、図２および図５に示すように、作業軸５を支持する回動端部から第１のアーム３に支持される基部側へ側縁４ａが直線的に延びるように形成しており、上方（第２のアーム４の回動軸の軸線方向）から見て前記側縁４ａよりアーム内側に前記ボールブッシュ５０およびタイバー４２を配設している。この実施の形態では、第２のアーム４の幅寸法は、相対的に外径が大きくなる減速機３３を第２のアーム４内に収容できるような寸法に設定している。
【００２５】
上述したように構成したスカラ型ロボットは、作業軸５とタイバー４２の下端部どうしを下部連結部材４１で接続するとともに、上端部どうしを上部連結部材２４によって接続し、両連結部材を作業軸５およびタイバー４２に対して着脱自在に形成しているから、作業軸５の上端部がタイバー４２の上端部を支えるようになり、タイバー４２が第２のアーム４に対して傾動するのを阻止することができる。
【００２６】
このため、作業軸５が第２のアーム４から下方へ大きく突出する状態で第２のアーム４が急速に旋回したりして作業軸５およびタイバー４２に大きな曲げモーメントが作用したときに、タイバー４２の傾動が阻止されるから作業軸５が振れて振動が生じるのを防ぐことができる。
また、作業軸５およびタイバー４２を第２のアーム４に装着した状態でこれらに上部連結部材２４や下部連結部材４１を取付けることができるから、タイバー４２の傾動を阻止する構造を採っているにもかかわらず、組立性が悪くなることはない。
【００２７】
作業軸５とタイバー４２の第２のアーム４への組付けは、例えば、先ず、これら両部材の上端部に上部連結部材２４を取付けて両部材を一つの組立体とし、作業軸５を第２のアーム４側の支持部（回転駆動装置１５用ベルト式伝動装置３２のプーリ３２ａの軸孔、減速機３３のウェーブジェネレータ３３ｂの軸孔、ボールスプラインナット３４の軸孔）に挿通させるとともに、タイバー４２を第２のアーム４側の支持部（ボールブッシュ５０）に挿通させる。
【００２８】
このとき、昇降装置１４のボールねじ軸２２の下端のプーリ１４ａにベルト２１が連結されている場合には、前記組立体はブレーキ付きのモータ１８により重力に逆らって停止する。一方、ボールねじナット２３を上部連結部材２４に取付けていない場合には、前記組立体は、重力によって下がるが、上部連結部材２４が他の部材に接触する位置で停止する。次に、作業軸５とタイバー４２の下端部に下部連結部材４１を取付ける。この下部連結部材４１の取付けは、下部連結部材４１に予め装着した軸受４３の内輪に作業軸５を嵌合させ、下部連結部材４１とホルダ４４とでタイバー４２を挾持させることによって行う。特に、本実施の形態においては、作業軸５を外周に縦溝を形成するのみの簡単な形状にでき、また、第２のアーム４の先端部にボールねじナット２３を配置しない分、先端部の重量を軽減でき、第２のアーム４の回動性能を向上できる。そして、ボールねじ軸２２に嵌合するボールねじナット２３の上下動の動きを作業軸５に伝達する上部連結部材２４を、タイバー４２と作業軸５とを連結して作業軸５の剛性向上、すなわち振動軽減にも寄与させることができる。
【００２９】
この実施の形態によるスカラ型ロボットは、第２のアーム４を回動端部から基部側（第１のアーム３側）へ側縁４ａが直線的に延びるように形成し、この第２のアーム４の回動軸の軸方向から見て前記側縁４ａよりアーム内側にタイバー４２を配設しているから、従来に較べてタイバー４２を第２のアーム４の幅方向の中央に寄せることができる。このため、第２のアーム４を回動端部が第１のアーム３に近接するように回動させたときにタイバー４２が第１のアーム３または基台２に当接するまでの角度（最大回動角度）を相対的に大きくとることができる。
【００３０】
また、このスカラ型ロボットは、第１および第２のアーム３，４の回動方向を水平方向とし、作業軸５とタイバー４２が上下方向に移動する構造を採り、第２のアーム４に回動端部の全域を覆うカバー１６を取付けているから、第２のアーム４における作業軸５およびタイバー４２を上下方向に移動自在に支持する嵌合支持部に装置外の塵埃が付着することがない。このため、作業軸５とタイバー４２を長期間にわたって円滑に移動させることができる。特に、この実施の形態では、２本のタイバー４２，４２を上方から見て第２のアーム４の内側に配設し、第２のアーム４の側縁４ａを直線状に形成しているから、カバー１６を単純な形状に形成することができるし、カバー１６と第２のアーム４との接続部分にシール部材を介装する場合には、単純な形状のシール部材を用いてコスト低減を図ることができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
本発明に係るスカラ型ロボットは、図８ないし図１１に示すように構成することができる。
図８は他の実施の形態を示すスカラ型ロボットの側面図、図９は上部連結部材２４の平面図、図１０は作業軸５とタイバー４２を上部連結部材２４に接続した状態を示す断面図、図１１は作業軸５と上部連結部材２４との接続部分の他の例を示す断面図である。これらの図において、前記図１〜図７によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３２】
図８〜図１１に示すスカラ型ロボットは、タイバー４２を上下方向に移動自在に支持する軸受部材６１を第２のアーム４の側方に配置し、タイバー４２を第２のアーム４の両側方に配設している。前記軸受部材６１は、ボールブッシュ（図示せず）を備えており、第２のアーム４から側方へ突出するステー６２に支持させている。このステー６２は、板状に形成して中央部を第２のアーム４に固定し、両端部に前記軸受部材６１を支持させている。
【００３３】
この実施の形態による上部連結部材２４は、図１０に示すように、作業軸５の上端部に嵌着させた軸受２８を軸受孔６３に嵌合させるとともに、タイバー４２の上端部を嵌合孔６４に嵌合させて固定用ボルト６５によって固定している。このため、この上部連結部材２４は、作業軸５およびタイバー４２の上端部に対して上方から着脱させることができる。
【００３４】
上部連結部材２４における作業軸５の上端部を支持する部分は、図１１に示すように形成することができる。図１１に示す上部連結部材２４は、軸受孔６６を上方にも開口するように形成し、この上端の開口部にゴム製の蓋体６７を装着している。また、上部連結部材２４と作業軸５との間に介装する軸受２８は、内輪に作業軸５を嵌合させてストッパープレート６８と固定用ボルト６９とによって固定している。固定用ボルト６９は、前記開口部の直下に位置しており、蓋体６７を取外した状態で上方から着脱できるようになっている。
すなわち、固定用ボルト６９を外した状態では作業軸５が上部連結部材２４に対して着脱自在になるから、組立作業やメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３５】
上述した第１および第２の両実施の形態では、第２のアーム４の回動軸線を上下方向と平行として第２のアーム４が水平方向へ回動する例を示したが、第１のアーム３および第２のアーム４は、水平方向に対して傾斜させた方向へ回動させることもできる。
また、両実施の形態において、回転および上下動可能な作業軸５の中心線と、第２のアーム４の回動軸線となるモータ１３の中心線は共に上下方向をなし、互いに平行としている。しかしながら、作業軸５の中心線とモータ１３の中心線は必ずしも平行でなくてもよい。なお、モータ１８の回転軸、ボールねじ軸２２および作業軸５は互いに平行の方が、ベルトガイド等が不要になり構造が簡単となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、作業軸の後端部がタイバーの前記他端部を支えるようになり、タイバーがアームに対して傾動するのを阻止することができるから、作業軸がアームから大きく突出する状態であっても、作業軸が振れて振動が起きるのをタイバーによって確実に防ぐことができる。すなわち、アームの急旋回が可能になるため、ロボットの作業効率の向上が図れる。
【００３７】
また、作業軸およびタイバーをアームに装着した状態でこれらに連結部材の少なくとも一方を取付けることができるから、タイバーの傾動を阻止する構造を採っているにもかかわらず、組立性が低下するようなことはない。
請求項３記載の発明によれば、回動式アームにおける作業軸およびタイバーを上下方向に移動自在に支持する嵌合支持部に装置外の塵埃が付着することがない。このため、作業軸とタイバーとを長期間にわたって円滑に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスカラ型ロボットの側面図である。
【図２】 本発明に係るスカラ型ロボットの平面図である。
【図３】 作業軸部分の断面図である。
【図４】 上部連結部材の平面図である。
【図５】 図３におけるV−V線断面図である。
【図６】 下部連結部材の底面図である。
【図７】 アームにおけるタイバー貫通部分の断面図である。
【図８】 他の実施の形態を示すスカラ型ロボットの側面図である。
【図９】 上部連結部材の平面図である。
【図１０】 作業軸とタイバーを上部連結部材に接続した状態を示す断面図である。
【図１１】 作業軸と上部連結部材との接続部分の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…スカラ型ロボット、２…基台、３…第１のアーム、４…第２のアーム、５…作業軸、２４…上部連結部材、４１…下部連結部材、４２…タイバー。

Claims (3)

1. 回動式アーム（４）の回動端部に作業軸（５）を前記回動端部を貫通して往復移動自在に設けるとともに、前記作業軸と平行なタイバー（４２）を移動自在に支持させ、前記作業軸に連結部材を介して前記タイバーを接続することにより作業軸の往復動にタイバーが連動するスカラ型ロボットであって、前記作業軸とタイバーとをそれぞれ前記アームに嵌合構造によって支持させ、前記連結部材を、前記アーム（４）より下方において前記作業軸（５）の先端部が回転自在に接続されかつ前記タイバー（４２）の一端部が接続された下部連結部材（４１）と、前記アーム（４）より上方において前記作業軸（５）の後端部が回転自在に接続されかつ前記タイバー（４２）の他端部が固定された上部連結部材（２４）とによって構成し、前記下部連結部材（４１）と前記上部連結部材（２４）のうち少なくとも一方を作業軸（５）およびタイバー（４２）に対して着脱可能に形成してなるスカラ型ロボット。
2. 請求項１記載のスカラ型ロボットにおいて、回動式アーム（４）に作業軸（５）と平行にボールねじ軸（２２）を回転自在に支持させ、このボールねじ軸（２２）に螺合させたボールねじナット（２３）を上部連結部材（２４）に固定したことを特徴とするスカラ型ロボット。
3. 請求項１または請求項２記載のスカラ型ロボットにおいて、回動式アーム（４）に回動端部の全域を覆うカバー（１６）を取付けたことを特徴とするスカラ型ロボット。

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