JP4156421B2

JP4156421B2 - Arm type robot

Info

Publication number: JP4156421B2
Application number: JP2003088523A
Authority: JP
Inventors: 敏安田
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004291171A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナットランナーなどの自動作業機を水平な直交二方向（Ｘ−Ｙ方向）方向と略鉛直な上下方向（Ｚ方向）のいずれにも自在に移動させるアーム式ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の製造組立ラインで使用されるナットランナーを水平方向と上下方向に自在に移動させるロボットとして一般的なものに、直交ロボットとスカラ型アーム式ロボットがある。前者直交ロボットは、水平な直交二方向に移動するテーブルを使用するため、水平な幅方向に大きな設置スペースを必要として、製造組立ラインでの設置にスペース的な制約が多い。また、後者スカラ型アーム式ロボットの場合も、後述するように幅方向に大きな設置スペースを必要とする。
【０００３】
スカラ型アーム式ロボット（例えば、特許文献１参照。）の具体例を、図６に示すと、このロボット１は、略鉛直な主軸２の上端部に第１水平アーム３の後端部を回転可能に連結し、第１水平アーム３の先端部に第２水平アーム４の後端部を回転可能に連結し、第２水平アーム４の先端部の軸受５で垂直軸６を上下動可能に連結している。垂直軸６に自動作業機の例えばナットランナー７が固定され、各水平アーム３、４の各々が独自に水平方向に旋回することで、軸受５と垂直軸６から成るロボット作業用ヘッド部８とナットランナー７が水平方向に移動する。図７に示す製造組立ラインＬに沿った搬送体上のワーク９は、図中のＰ点とＱ点で示す複数の被ねじ締め部を有し、これら被ねじ締め部の真上にナットランナー７が順に移動するように、第１水平アーム３と第２水平アーム４が独自に旋回運動する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１２５７号公報（図３、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の鎖線で示すように、第１水平アーム３と第２水平アーム４が例えば一直線状の連結状態にあるときにワーク９上の最も離れた１点Ｐ’にヘッド部８が移動してねじ締め動作を行い、また、第１水平アーム３と第２水平アーム４が互いに水平方向にく字状に屈曲して最も近い点Ｐ１にヘッド部８が移動してねじ締め動作を行うとすると、図６のアーム式ロボット１は、ロボット前方の左右両側方に各水平アーム３、４が屈曲して食み出すだけの大きな幅方向スペースＳ１を必要とし、この幅方向スペースＳ１がアーム式ロボット１の床上設置スペースを大きくしていた。また、複数台のアーム式ロボット１を床上に併設する場合、隣接する一対のロボット１、１の間隔を幅方向スペースＳ１の２倍以上にする必要があって、複数台のロボットを省スペースで併設することが難しい。
【０００６】
また、上記アーム式ロボット１の各水平アーム３、４とヘッド部８は、各々の必要とする機能のために幅、厚さ、径の大きな大形重量物となる傾向が強くて、高速運転させることが難しい。特に、ヘッド部８は垂直軸６を上下動させる動力源などで大径構造となり、例えば図７に示すワーク９上の所定の最小的な間隔Ｗ１で接近した２点Ｐ１とＱ１の被ねじ締め部を２台の同じアーム式ロボットで同時にねじ締めしようとする場合、２台のロボットの各ヘッド部同士が干渉し合って、同時にねじ締めすることができないことがある。そこで、１台のロボットで点Ｐ１をねじ締めすると、この点Ｐ１に最も接近した他の点Ｑ１にヘッド部８を移動させてねじ締めしているため、接近する２点Ｐ１、Ｑ１でのねじ締め作業性を上げることが難しい。また、図示しないが１台のヘッド部に一対のナットランナーを配備して、上記の２点Ｐ１、Ｑ１を同時にねじ締めするようにして作業性を上げることことが可能であるが、一対のナットランナーのためにヘッド部の重量と外径が倍増して、水平アームが高剛性の大形重量構造となり、高速運転をさせることが難しくなる。
【０００７】
また、上記のようなアーム式ロボットの場合、水平アームの水平方向の旋回でアーム先端部に固定されたヘッド部と、このヘッド部に支持されたナットランナーなどの自動作業機の水平方向の向きが変わり、自動作業機の種類によっては作業不適格となることがある。そこで、水平アームの旋回に関わらず自動作業機の向きを定方向に自動修正する独自の回転手段（θ軸）をヘッド部に装備させることが行なわれているが、これではヘッド部が大形大重量となって、水平アーム回転駆動部のイナーシャが増大し、尚更に高速運転が難しくなる不具合が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、設置スペースの縮小化が容易であり、アームの小形軽量化で速い動きを可能にして、ねじ締め作業などの作業能率を改善したしたアーム式ロボットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、略鉛直な定軌道上を昇降する第１昇降体２０と、前記定軌道上を第１昇降体２０と上下二段に分かれて独自に昇降する第２昇降体３０と、第１昇降体２０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部４２に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アーム４３をそれぞれに備えた複数の平行リンクアーム部４１ａ、…を真上から見て平行四辺形にし、第１昇降体２０とヘッド部４２で水平方向に平行リンク運動可能に連結して成る平行リンク機構４０と、第２昇降体３０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部が平行リンク機構４０の１つの平行リンクアーム部に上下方向に回転可能に連結され、連結された平行リンクアーム部が平行リンク運動する略鉛直な平面で上下揺動する駆動アーム５０と、駆動アーム５０を連結しない平行リンクアーム部に連結され、駆動アーム５０と常に平行四辺形の関係にあって互いに平行リンク運動して、駆動アーム５０の駆動で従動的な動作をして対応する平行リンクアーム部を支持する従動アーム５１と、前記定軌道に設置されて第１昇降体２０及び第２昇降体３０を独自に昇降させる第１駆動手段６０及び第２駆動手段７０と、第２昇降体３０に設置されて駆動アーム５０を水平方向に回転揺動させる第３駆動手段８０とを具備したことを特徴とする（請求項１の発明）。
【００１０】
ここで、略鉛直な定軌道は、略鉛直な支柱１１であり、この支柱に固定されたガイドレール、同様な支柱に形成されたガイド溝であり、この定軌道に沿って第１昇降体２０と第２昇降体３０の一対が、上下二段に分かれて独自に昇降する。平行リンク機構４０を構成する複数の平行リンクアーム部４１ａ、…における複数の各平行アーム４３は、略鉛直な平面に沿って上下に同時に平行移動する２本又は２本以上の同一長さの鋼性アームで、この複数の各平行アーム４３の後端部が第１昇降体２０に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部４２に連結されて、平行四辺形の平行リンクアーム部４１ａ、…を構成する。複数の平行リンクアーム部４１ａ、…が真上から見て平行四辺形に連結されて、水平な左右方向に平行リンク運動する。この左右の平行リンク運動でヘッド部４２が前後左右に平行移動する。ヘッド部４２は複数の平行リンクアーム部の平行アーム４３で支持されることから安定した高剛性を保持して、ヘッド部４２に単機又は複数機のナットランナーなどの自動作業機を安定して保持し、自動作業機を定方向に向けたまま平行移動させる。
【００１１】
また、第２昇降体３０に設置される駆動アーム５０は、複数の平行リンクアーム部４１ａ、…の内の１本の平行アームに連結される。駆動アーム５０は、連結された平行リンクアーム部が上下に平行リンク運動する略鉛直な平面で上下に揺動するように第２昇降体３０に連結される。駆動アーム５０は複数の平行リンクアーム部の全てに同一構造のものを連結することができ、また、駆動アーム５０を連結しない平行リンクアーム部においては、駆動アーム５０の駆動で従動的な動作をして対応する平行リンクアーム部を支持（補強）する従動アームを連結する。このような駆動アーム５０や従動アームは、連結された平行リンクアーム部を補強して、平行アームと駆動アーム５０の各アームに構造簡単で軽量なものの適用を可能にする。また、平行リンクアーム部と駆動アーム５０を同一の略鉛直な平面で上下揺動させることで、アーム式ロボット１０の幅方向スペースが縮小化される。第１昇降体２０と第２昇降体３０を独自に昇降させる第１駆動手段６０と第２駆動手段７０、及び、駆動アーム５０を水平方向に揺動回転させる第３駆動手段８０の各々は、サーボモータやシリンダが適用できる。
【００１２】
本発明においては、平行リンク機構４０を一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂで構成し、この一対の一方に駆動アーム５０を連結することができる（請求項２の発明）。この場合、他方の平行リンクアーム部は、上記従動アームを連結して支持することが望ましい。このような従動アームは、駆動アーム５０と同期して駆動アーム５０と平行な姿勢を維持して平行リンク運動する。
【００１３】
また、本発明においては、略鉛直に固設した支柱１１の前面に定軌道を配設し、この支柱１１の両側面の一方に第１駆動手段６０を、他方に第２駆動手段７０を配設する（請求項３の発明）。この場合の支柱１１は角柱や丸柱が適用でき、支柱１１の前面にガイドレールやガイド溝構造の定軌道を固設し、両側面に第１駆動手段６０と第２駆動手段７０を配設することで、支柱周辺の幅方向スペースが小さくできる。また、支柱１１の両側面に設置される第１駆動手段６０と第２駆動手段７０は、支柱１１の両側面に上下方向に設置されたボールねじをサーボモータで正逆回転させる構造が、ロボット設置スペースを縮小する上で有効である。
【００１４】
また、本発明においては、ロボット作業用ヘッド部４２が、ナットランナーを含む複数の自動作業機を着脱自在に支持する構造のものにすることができる（請求項４の発明）。この場合、ヘッド部４２をナットランナー以外のビス止め用電動工具、クリップ立て工具、外観検査機器などの自動作業機を着脱自在に支持する汎用構造にすることで、各種の自動作業機が交換できる汎用ロボットが提供できる。また、１台のヘッド部４２に複数の自動作業機を設置した場合、ヘッド部４２が前後左右に平行移動するために各自動作業機も平行移動だけして、ねじ締めなどの各自の作業を行なう。この作業は複数の自動作業機で同時に行なわせることができて、作業性の改善を容易なものにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図４に示すアーム式ロボット１０は、床上に略鉛直に固設された左右一対の支柱１１と、支柱１１の前面で独自に上下運動する上下一対の第１昇降体２０及び第２昇降体３０と、第１昇降体２０から前方に延在する一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂを備えた平行リンク機構４０と、第２昇降体３０から前方に延在する駆動アーム５０と、第１昇降体２０及び第２昇降体３０を独自に上下動させる第１駆動手段６０及び第２駆動手段７０と、駆動アーム５０を水平方向に回転揺動させる第３駆動手段８０を備える。
【００１７】
左右一対の支柱１１は所定間隔で平行に対向する角柱で、下端部に固定した台座１２で床上に固定され、各々の上端部が連結体１３で連結される。一対の支柱１１が並ぶ水平方向をＸ方向、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とすると、第１昇降体２０と第２昇降体３０の各々はＸ方向に横長の略鉛直な矩形板構造で、Ｚ方向に上下２段に分けて配置される。一対の各支柱１１のＹ方向前面にＺ方向にガイドレール１４が配設され、一対の各ガイドレール１４の上部領域に第１昇降体２０のＸ方向両端部が上下動可能に連結され、各ガイドレール１４の下部領域に第２昇降体３０のＸ方向両端部が上下動可能に連結される。一対の各支柱１１の上部領域の側方に第１昇降体２０の上下位置を検知する複数のセンサー１５が設置され、また、図２に示すように支柱１１の下部領域の側方に第２昇降体３０の上下位置を検知する複数のセンサー１６が設置される。
【００１８】
第１昇降体２０は、左右一対のガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直な支持板２１と、支持板２１の裏面両側にＺ方向に設置された複数のガイドローラ２２と、支持板２１の前面両端部に配設された左右一対のアーム連結用回転軸２４を有する。左右一対の各回転軸２４は、支持板２１の前面両端部の上下両端から前方に突設された軸受板２３に水平方向に回転可能に連結される。支持板２１の裏面両側の各ガイドローラ２２が対応するガイドレール１４を両側面から挟持して、支持板２１の上下運動をガイドする。左右一対の平行な各回転軸２４の上下両端部に一対のブラケット２５が突設され、一方の回転軸２４の上下のブラケット２５にピン２６を介して２本の平行な平行アーム４３ａの後端部が上下方向に回転可能に連結され、他方の回転軸２４の上下のブラケット２５にピン２６を介して２本の平行な平行アーム４３ｂの後端部が上下方向に回転可能に連結される。
【００１９】
左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂは、第１昇降体２０からＹ方向前方へと延在する各上下２本ずつの平行アーム４３ａ、４３ｂを有する。４本の各平行アーム４３ａ、４３ｂは、同一長さの直線状の剛性アームである。一方の回転軸２４の上下両端部から延びる２本の平行アーム４３ａの各先端部が、１台のロボット作業用ヘッド部４２の裏面上下両端部に連結される。一方の回転軸２４と２本の平行アーム４３ａとヘッド部４２で、鉛直な平面を上下に平行リンク運動する平行リンクアーム部４１ａが構築される。他方の回転軸２４の上下両端部から延びる２本の平行アーム４３ｂの各先端部が、同じロボット作業用ヘッド部４２の裏面上下両端部に連結され、この回転軸２４と２本の平行アーム４３ｂとヘッド部４２で、鉛直な平面を上下に平行リンク運動する平行リンクアーム部４１ｂが構築される。以下、必要に応じて一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂを第１平行リンクアーム部４１ａ、第２平行リンクアーム部４１ｂと称する。
【００２０】
ロボット作業用ヘッド部４２は、Ｘ方向に幅を有する鉛直な矩形の取付板４９と、取付板４９の裏面両端部に突設した鉛直な左右一対の回転式連結軸４４と、取付板４９の前面に水平に固定した自動作業機装着部４５を有する。左右一対の連結軸４４の上下両端部に突設したブラケット４６にピン４７を介して平行アーム４３ａ、４３ｂの先端部が上下方向に回転可能に連結される。ピン４７と連結軸４４を介することで、各平行アーム４３ａ、４３ｂの先端部に取付板４９が上下左右に回転可能に連結される。第１平行リンクアーム部４1ａと第2平行リンクアーム部４１ｂは真上から見て常に平行四辺形の関係にあり、各平行アーム４３ａ、４３ｂの前後両端部を対応する第1昇降体２０とヘッド部４２に上下左右に回転自在に連結することで、一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂがＸ方向とＹ方向、及び、Ｚ方向に平行リンク運動する平行リンク機構４０が構築される。
【００２１】
ヘッド部４２における水平な自動作業機装着部４５に一対の自動作業機であるナットランナー４８が略鉛直にして着脱自在に装着される。一対の各ナットランナー４８は、図３及び図４に示すようにＸ方向に所定の間隔Ｗ１で配列されて、鉛直な姿勢のままヘッド部４２と共にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に平行移動して、後述するようなねじ締め動作をする。一対のナットランナー４８の間隔Ｗ１は、例えば図７のワーク９の２点Ｐ１とＱ１の最小的な間隔Ｗ１に設定される。この間隔は縮小拡大自在とされ、その最大間隔に対応させて左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの間隔Ｗ２の上限が設定される。つまり、左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの間隔Ｗ２は、大きくなるほどロボット１０の幅方向の設置スペースを大きくし、ロボット１０を大形重量物化することから、この間隔Ｗ２はロボット１０が大形大重量とならないよう考慮して設定される。
【００２２】
第１昇降体２０を上下動させる第１駆動手段６０は、図２に示すように左右一対の支柱１１の右側支柱の外側面にＺ方向に設置されたボールねじ６１と、ボールねじ６１を正逆回転させるモータ６２を有する。ボールねじ６１の一部にナット部材６３が螺装され、ボールねじ６１の上下両端部が軸受部材６４、６５で支柱１１に取付けられる。ナット部材６３は第１昇降体２０の支持板２１の片端に一体に連結され、ボールねじ６１が非回転状態にあるときはナット部材６３が第１昇降体２０を左右一対の支柱１１の任意の高さ位置に保持し、ボールねじ６１をモータ６２で正逆回転させるとナット部材６３と第１昇降体２０が一体となって一対の支柱１１の前面側で上下動する。
【００２３】
第２昇降体３０は、左右一対の支柱１１のガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直でＸ方向に幅広な支持板３１と、支持板３１の裏面両側に設置された複数のガイドローラ３２と、支持板３１の前面の両端部に設置された左右一対のアーム連結用回転軸３４ａ、３４ｂを有する。各回転軸３４ａ、３４ｂは、支持板３１の前面両端部の上下両端から前方に突設された軸受板３３、３５に水平方向に回転可能に連結される。支持板３１の裏面両側の各ガイドローラ３２が対応する左右一対のガイドレール１４を両側面から挟持して、支持板３１の上下運動をガイドする。左右一対の各回転軸３４ａ、３４ｂの中央部にブラケット３６が突設され、一方の回転軸３４ａのブラケット３６に１本の駆動アーム５０の基端部が上下方向に回転可能に連結され、他方の回転軸３４ｂのブラケット３６に従動アーム５１の基端部が上下方向に回転可能に連結される。駆動アーム５０と従動アーム５１は同一構造で、駆動アーム５０の先端部が第１平行リンクアーム部４１ａの下段の平行アーム４３ａの略中央部に上下方向に回転可能に連結され、従動アーム５１の先端部が第２平行リンクアーム部４１ｂの下段の平行アーム４３ｂの略中央部に上下方向に回転可能に連結される。駆動アーム５０と従動アーム５１は常に平行四辺形の関係にあって、互いに平行リンク運動する。
【００２４】
第２昇降体３０を上下動させる第２駆動手段７０が、図１に示すように左側の支柱１１の外側面、つまり、第１駆動手段６０と反対の側面に配設される。第２駆動手段７０は、支柱１１の側面と平行に設置された略鉛直なボールねじ７１と、ボールねじ７１を正逆回転させるモータ７２を有する。ボールねじ７１の一部にナット部材７３が螺装され、ボールねじ７１の上下両端部が軸受部材７４、７５で支柱１１に取付けられる。ナット部材７３は第２昇降体３０の支持板３１と一体で、ボールねじ７１が非回転状態にあるときはナット部材７３で第２昇降体３０が左右一対の支柱１１に保持され、ボールねじ７１をモータ７２で正逆回転させるとナット部材７３と第２昇降体３０が左右一対のガイドレール１４にガイドされて上下動する。
【００２５】
第２昇降体３０に、駆動アーム５０をＸ方向に回転揺動させる第３駆動手段８０が設置される。第３駆動手段８０は、支持板３１の前面下端部に突設した軸受板３７の下面に固定したモータ８１と、モータ８１の回転出力軸と一方の回転軸３４ａを一体に連結するコ字状の回転駆動枠８２を有し、モータ８１の回転力が回転駆動枠８２を介して回転軸３４ａに直接に伝達されて、回転軸３４ａが水平方向に正逆回転する。モータ８１で一方の回転軸３４ａを水平方向に正逆回転させることで、駆動アーム５０とこれに連結された第１平行リンクアーム部４１ａが同時にＸ方向に揺動回転し、この回転力で従動アーム５１が同期して同方向に揺動回転して、平行リンク機構４０が水平方向に平行リンク運動する。
【００２６】
駆動アーム５０と第１平行リンクアーム部４１ａが同じ略鉛直平面で上下に回転揺動し、同時に従動アーム５１と第２平行リンクアーム部４１ｂが同じ略鉛直平面で上下に回転揺動するため、図４に示すように平行リンク機構４０を真上から見ると各平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの各平行アーム４３ａ、４３ｂで駆動アーム５０と従動アーム５１が常に隠された状態にある。左右一対の平行アーム４３ａ、４３ｂの真上から見た平行リンク運動でヘッド部４２は第１昇降体２０と常に平行な状態にあり、かつ、常に鉛直な状態にあって、その状態のままＹ方向に前後平行移動する。
【００２７】
鉛直なヘッド部４２の裏面左右上下の４箇所が左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの計４本の平行アーム４３ａ、４３ｂで支持され、かつ、左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの各々が駆動アーム５０と従動アーム５１で補強されるように支持されるため、ヘッド部４２の支持強度、剛性が常に高く確保されて、ヘッド部４２に一対のナットランナー４８を安定して取付けることができる。また、ヘッド部４２に取付けるナットランナー４８などから発生する反力が４本の平行アーム４３ａ、４３ｂと２本のアーム５０、５１に分配されることで、ヘッド部４２を含む平行リンク機構４０の高剛性化が実現され、後述するような運転の高速化、安定化が実現される。
【００２８】
以上のアーム式ロボット１０は、第１〜第３の各駆動手段６０〜８０をコンピュータ制御によって同時に、或いは、異なる時間帯で独自に作動させて、一対のナットランナー４８を略鉛直な姿勢のまま、かつ、Ｘ方向の配列を変えることなくＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の上下左右前後に平行移動させる。一対のナットランナー４８は、例えば図７に示す製造組立ラインＬにおけるワーク９の各一対の２点Ｐ１、Ｑ１、…を順に移動して、２点同時のねじ締め動作を順に行う。
【００２９】
例えば、図１及び図２の静止状態において、第３駆動手段８０のモータ８１だけを作動させて第２昇降体３０の回転軸３４ａを正逆いずれかの方向に回転させると、回転軸３４ａと共に駆動アーム５０と第１平行リンクアーム部４１ａが一体的に水平方向に揺動回転し、この回転力で従動アーム５１と第２平行リンクアーム部４１ｂが一体的に揺動回転する。この左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの左右方向の平行リンク運動で、図４の鎖線で示すようにヘッド部４２がＸ方向に平行な鉛直姿勢のまま、同じ高さでＸ−Ｙ方向に平行移動し、一対のナットランナー４８がＸ方向の配列のまま、同じ高さでＸ−Ｙ方向に平行移動する。
【００３０】
また、図２の静止状態において、第１駆動手段６０のモータ６２だけを作動させてボールねじ６１を例えば正方向回転させると、ナット部材６３を介して第１昇降体２０が上昇動作をし、この上昇動作に応じて左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂが駆動アーム５０と従動アーム５１で下方に引っ張られて下方に揺動し、ヘッド部４２と一対のナットランナー４８が支柱１１に近付くように平行移動する。逆に、モータ６２でボールねじ６１を逆方向回転させると、ナット部材６３を介して第１昇降体２０が下降動作し、この下降動作に応じて左右一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂが駆動アーム５０と従動アーム５１で上方に突き上げられて上方に揺動し、ヘッド部４２と一対のナットランナー４８が支柱１１から遠ざかるように平行移動する。この間、ヘッド部４２とナットランナー４８は鉛直で、かつ、Ｘ方向に平行な姿勢は変わらない。
【００３１】
また、図１及び図２の静止状態において、第１駆動手段６０と第２駆動手段７０を同時に作動させて第１昇降体２０と第２昇降体３０を同時に同速度で上昇させると、平行リンク機構４０の全体が上昇する。この上昇の途中で第２昇降体３０の上昇と止めると、ヘッド部４２が支柱１１に近付くように平行移動を始める。このようなヘッド部４２の上下左右前後の平行移動は、通常のアーム式では２軸の関数演算をしないと直線運動をさせられないが、本発明の場合は関数演算しなくても直線運動をするため、ティーチングやプログラミングする場合に有利である。
【００３２】
図５に示すように、鉛直なヘッド部４２における一対のナットランナー４８は、ワーク９の隣接する２点Ｐ１、Ｑ１の被ねじ締め部に下降して同時にねじ締め動作をする。２点Ｐ１、Ｑ１でねじ締め動作の終了した一対のナットランナー４８を真上に上昇させる場合、第１駆動手段６０と第２駆動手段７０を同時に作動させて第１昇降体２０と第２昇降体３０を同時に同速度で上昇させる。２点Ｐ１、Ｑ１の真上に上昇した一対のナットランナー４８を次の２点Ｐ２，Ｑ２の真上にＹ方向前進移動させる場合は、第１駆動手段６０と第３駆動手段８０を同時に作動させる。第１〜第３駆動手段６０〜８０をコンピュータ制御することで、一対のナットランナー４８はワーク９の２点間を予め設定された最短距離で移動して、高能率でねじ締め動作を行う。
【００３３】
図５で分かるように、平行リンク機構４０の一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂはアーム長さ方向に変位するが、Ｘ方向のアーム幅方向にく字状に屈曲するといった変位をしないため、ロボット１０の床上設置上に必要とされる幅方向スペースＳ２は、ワーク９の幅で決まる必要最小限のスペースで済み、ロボットの設置スペースの縮小化が図れる。
【００３４】
また、ヘッド部４２を支持する一対の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂの平行アーム４３ａ、４３ｂを下方から駆動アーム５０と従動アーム５１で補強した構造のため、各アームに構造簡単な軽量物が使用できて、各アームの上下左右前後の動きを速くすることが容易に可能となり、一対のナットランナー４８によるねじ締め動作をより高能率で行うことができる。
【００３５】
また、ロボット１０に対するヘッド部４２の左右横移動は、支柱１１を含むロボット全体を横に回転させる、又は、支柱１１に支持された昇降体２０、３０のようなアーム支持用台座部を横に回転させることでも可能であるが、このような重量物を回転させずに軽量なアームだけを回転させることで、各アームの速い動きが実現でき、また、アーム回転駆動源である第３駆動手段８０に構造簡単で小形、安価なものが適用できる。
【００３６】
また、１台のヘッド部４２を２台の平行リンクアーム部４１ａ、４１ｂで支持するために、ヘッド部４２を含む平行リンク機構４０を高剛性構造体とすることが容易になり、ヘッド部４２に単機のみならず複数機の自動作業機を搭載させても剛性的に問題なく、汎用性に優れたロボットが構築できる。上記実施の形態のように、１台のヘッド部４２に一対のナットランナー４８を搭載して、ワークに２点ずつ多数点設けられた被ねじ締め部を２点ずつ同時にねじ締めすることで、多数点全てのねじ締めが短時間で行なえるようになる。
【００３７】
なお、図示しないが仮に１台のヘッド部を単機の平行リンクアーム部だけで支持して平行移動させるようにした場合、高い剛性の確保が難しいと共に、単機の平行リンクアーム部の平行リンク先端に連結されたヘッド部が平行リンクの左右の回転揺動で回転することになり、ヘッド部に搭載された自動作業機の水平方向の向きが変わる。そのため、１台のヘッド部に複数機の自動作業機を搭載させた場合に、複数機の自動作業機の配列方向の変化となって現れる不具合が発生する。本発明においては、一対の平行リンクアーム部が１台のヘッド部を常に鉛直かつＸ方向に平行に姿勢を保持して、平行移動させるため、ヘッド部に複数機の自動作業機を搭載しても各自動作業機は常に鉛直姿勢を保ち、各作業機間の配列方向が変わらず、ワークの被ねじ締め部ような複数点の同時ねじ締めなどの作業を容易にする。
【００３８】
なお、本発明のアーム式ロボットは、上記実施の形態に限らず、例えば、平行リンク機構における平行リンクアーム部は一対が実用的であるが、ヘッド部に搭載する自動作業機の種類、数によっては３以上を平行に配列して構成してもよい。また、複数の平行リンクアーム部のうちの１つに駆動アームを連結して、他の全てを従動アームで補強することも可能である。さらに、支柱に配設する第１昇降体と第２昇降体の位置関係を上下逆にして、下部の第１昇降体から延びる平行リンクアーム部に上方から第２昇降体から延びる駆動アームや従動アームを連結するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、自動作業機のヘッド部を支持する平行リンク機構を、一対以上の平行リンクアーム部で構成したので、ヘッド部を含む平行リンク機構の剛性が高く安定して、ヘッド部に支持される単数或いは複数の自動作業機の支持強度が増し、高速運転が可能となる。また、平行リンクアーム部を構成する平行アームやこれを左右揺動させる駆動アームの各アームが同一の略鉛直な平面で上下揺動するため、平行リンク機構が幅方向に屈曲せずにロボットの幅方向スペースが必要最小限まで縮小でき、複数台のロボットを接近させて省スペースで併設することが可能となる。さらに、平行リンクアーム部の平行アームが駆動アームで補強されて、各アームに構造簡単で軽量なものが適用でき、これにより各アームの速い動きが可能となって、ロボット作業の高能率化が図れる。
【００４０】
また、前面に定軌道を構成する支柱の両側面に第１駆動手段と第２駆動手段を配設することで、支柱の前方に複数の平行リンクアーム部で平行リンク機構を配備しても、駆動手段でロボット幅方向スペースが増大せず、高剛性のロボットを省スペースで併設することが容易になる。
【００４１】
また、複数の平行リンクアーム部で支持されるヘッド部の剛性が増すことから、ヘッド部にナットランナーを含む自動作業機の複数機を着脱自在に取付けることが容易になり、このようにヘッド部に複数の自動作業機を取付けて同時動作をさせることで、ロボットによる自動作業の高能率化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すアーム式ロボットの斜視図である。
【図２】図１のロボットの角度を変えた方向からの斜視図である。
【図３】図１のロボットの正面図である。
【図４】図１のロボットの平面図である。
【図５】図１のロボットとワークの概要を示す平面図である。
【図６】従来のアーム式ロボットの斜視図である。
【図７】図６のアーム式ロボットとワークの概要を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ロボット
１１支柱
１４ガイドレール
２０第１昇降体
３０第２昇降体
４０平行リンク機構
４１ａ平行リンクアーム部
４１ｂ平行リンクアーム部
４２ロボット作業用ヘッド部
４３ａ平行アーム
４３ｂ平行アーム
４５自動作業機装着部
４８自動作業機、ナットランナー
５０駆動アーム
５１従動アーム
６０第１駆動手段
６２モータ
７０第２駆動手段
７２モータ
８０第３駆動手段
８１モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arm type robot that freely moves an automatic working machine such as a nut runner in both a horizontal orthogonal two directions (XY direction) and a substantially vertical vertical direction (Z direction).
[0002]
[Prior art]
Common robots that freely move nut runners used in automobile manufacturing and assembly lines horizontally and vertically include orthogonal robots and SCARA robots. Since the former orthogonal robot uses a table that moves in two horizontal orthogonal directions, a large installation space is required in the horizontal width direction, and there are many space restrictions in installation on the production assembly line. Also, in the case of the latter SCARA-type arm type robot, a large installation space is required in the width direction as will be described later.
[0003]
FIG. 6 shows a specific example of a SCARA type robot (for example, see Patent Document 1). This robot 1 rotates the rear end portion of the first horizontal arm 3 to the upper end portion of the substantially vertical main shaft 2. The rear end of the second horizontal arm 4 is rotatably connected to the front end of the first horizontal arm 3, and the vertical shaft 6 can be moved up and down by the bearing 5 at the front end of the second horizontal arm 4. It is connected. For example, a nut runner 7 of an automatic working machine is fixed to the vertical shaft 6, and each horizontal arm 3, 4 pivots independently in the horizontal direction, so that the robot working head unit 8 including the bearing 5 and the vertical shaft 6 The nut runner 7 moves in the horizontal direction. The workpiece 9 on the transport body along the production assembly line L shown in FIG. 7 has a plurality of screw tightening portions indicated by points P and Q in the drawing, and the nut runner is directly above these screw tightening portions. The 1st horizontal arm 3 and the 2nd horizontal arm 4 carry out a turning motion independently so that 7 may move in order.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-141257 (FIGS. 3 and 5)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As shown by the chain line in FIG. 7, when the first horizontal arm 3 and the second horizontal arm 4 are in a straight connection state, for example, the head portion 8 moves to the most distant point P ′ on the work 9. Suppose that the screwing operation is performed, and that the first horizontal arm 3 and the second horizontal arm 4 are bent in a horizontal shape in the horizontal direction and the head portion 8 moves to the nearest point P1, and the screwing operation is performed. 6 requires a large width direction space S1 in which the horizontal arms 3 and 4 bend and protrude on both the left and right sides in front of the robot, and this width direction space S1 is an arm type robot. The installation space on the floor of 1 was increased. Further, when a plurality of arm type robots 1 are provided on the floor, it is necessary to make the interval between a pair of adjacent robots 1 and 1 more than twice the width direction space S1, so that a plurality of robots can be saved in space. Difficult to install.
[0006]
Further, the horizontal arms 3 and 4 and the head portion 8 of the arm type robot 1 tend to be large heavy objects having a large width, thickness and diameter due to their required functions. It is difficult to let In particular, the head portion 8 has a large-diameter structure such as a power source that moves the vertical shaft 6 up and down. For example, the head portion 8 is screwed at two points P1 and Q1 that are close to each other at a predetermined minimum interval W1 on the workpiece 9 shown in FIG. When trying to screw the parts simultaneously with two identical arm type robots, the head parts of the two robots may interfere with each other and may not be screwed at the same time. Therefore, when the point P1 is screwed with one robot, the head portion 8 is moved to another point Q1 closest to the point P1 and screwed, so that the screws at the two points P1 and Q1 that are approaching are screwed. It is difficult to improve tightening workability. Although not shown, it is possible to improve workability by arranging a pair of nut runners in one head part and screwing the two points P1 and Q1 at the same time. The weight and outer diameter of the head portion are doubled for the runner, and the horizontal arm has a large rigid structure with high rigidity, making it difficult to operate at high speed.
[0007]
Also, in the case of the arm type robot as described above, the horizontal direction of the automatic work machine such as a head part fixed to the arm tip part by horizontal turning of the horizontal arm and a nut runner supported by this head part. May change, and depending on the type of automatic work machine, work may become unqualified. Therefore, the head part is equipped with a unique rotating means (θ axis) that automatically corrects the orientation of the automatic work machine in a fixed direction regardless of the turning of the horizontal arm. As a result, the inertia of the horizontal arm rotation drive unit increases and the high speed operation becomes more difficult.
[0008]
An object of the present invention is to provide an arm-type robot that can easily reduce the installation space, and that can be moved quickly by reducing the size and weight of the arm, thereby improving work efficiency such as screw tightening.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first lifting body 20 that moves up and down on a substantially vertical fixed track, and a first lifting body 20 on the fixed track. Divided into two upper and lower tiers A rear end portion is connected to the second elevating body 30 that moves up and down, the first elevating body 20 so as to be rotatable in the vertical and horizontal directions, and a tip portion is connected to the robot working head portion 42 so as to be rotatable in the vertical and horizontal directions, A plurality of parallel link arm portions 41a each provided with a plurality of parallel arms 43 that move up and down in parallel on a substantially vertical plane with the rear end as a base point. A parallelogram as seen from directly above The rear end of the first lifting body 20 and the head part 42 are connected to the parallel lifting mechanism 40 so as to be able to move in a parallel link in the horizontal direction, and the rear end of the second lifting body 30 is rotatable in the vertical and horizontal directions. A drive arm 50 that is pivotally connected to one parallel link arm portion of the parallel link mechanism 40 so as to be rotatable in the vertical direction, and that the connected parallel link arm portion swings up and down in a substantially vertical plane in which the parallel link moves, The drive arm 50 is connected to a parallel link arm portion that is not connected to the drive arm 50. The drive arm 50 is always in a parallelogram relationship and moves in parallel with each other. A follower arm 51 for supporting the link arm part; The first driving means 60 and the second driving means 70 that are installed on the fixed track to raise and lower the first elevating body 20 and the second elevating body 30 independently, and the driving arm 50 that is installed on the second elevating body 30 and horizontally. And third driving means 80 for rotating and swinging in the direction (invention of claim 1).
[0010]
Here, the substantially vertical fixed track is the substantially vertical support 11, which is a guide rail fixed to the support, a guide groove formed in the similar support, and the first lifting body 20 along the fixed track. And a pair of the second elevating bodies 30 are moved up and down independently in two stages. Each of the plurality of parallel arms 43 in the plurality of parallel link arm portions 41a,... Constituting the parallel link mechanism 40 is parallelly moved up and down along a substantially vertical plane. The rear end of each of the plurality of parallel arms 43 is connected to the first elevating body 20 and the front end is connected to the robot working head unit 42, so that a parallelogram parallel link arm 41a,. Configure. A plurality of parallel link arm portions 41a,... Are connected in a parallelogram when viewed from directly above, and perform parallel link motion in the horizontal left-right direction. The head portion 42 is translated back and forth and left and right by the left and right parallel link motion. Since the head portion 42 is supported by the parallel arms 43 of the plurality of parallel link arm portions, the head portion 42 maintains stable high rigidity, and the head portion 42 stably holds an automatic working machine such as a single machine or a plurality of nut runners. Then, the automatic work machine is moved in parallel in a fixed direction.
[0011]
Moreover, the drive arm 50 installed in the 2nd raising / lowering body 30 is connected with one parallel arm among several parallel link arm parts 41a. The drive arm 50 is connected to the second elevating body 30 so that the connected parallel link arm portion swings up and down on a substantially vertical plane in which the parallel link moves up and down. The drive arm 50 can connect the same structure to all of the plurality of parallel link arm portions, and in the parallel link arm portion not connected to the drive arm 50, the drive arm 50 is driven to perform a passive operation. Then, the driven arms that support (reinforce) the corresponding parallel link arm portions are coupled. Such a drive arm 50 or a follower arm reinforces the connected parallel link arm portions, and enables application of a simple and lightweight structure to each of the parallel arm and the drive arm 50. Further, the space in the width direction of the arm type robot 10 is reduced by swinging the parallel link arm portion and the drive arm 50 up and down on the same substantially vertical plane. Each of the first driving means 60 and the second driving means 70 for raising and lowering the first lifting body 20 and the second lifting body 30 independently, and the third driving means 80 for swinging and rotating the driving arm 50 in the horizontal direction, Servo motors and cylinders can be applied.
[0012]
In the present invention, the parallel link mechanism 40 is constituted by a pair of parallel link arm portions 41a and 41b, and the drive arm 50 can be connected to one of the pair (invention of claim 2). In this case, it is desirable that the other parallel link arm portion is connected to and supported by the driven arm. Such a follower arm performs a parallel link motion while maintaining a posture parallel to the drive arm 50 in synchronization with the drive arm 50.
[0013]
Further, in the present invention, a fixed track is arranged on the front surface of the support 11 fixed substantially vertically, and the first drive means 60 is arranged on one of both side faces of the support 11 and the second drive means 70 is arranged on the other. (Invention of claim 3) In this case, the pillar 11 can be a prism or a round pillar, a fixed track having a guide rail or a guide groove structure is fixed on the front surface of the pillar 11, and the first driving means 60 and the second driving means 70 are provided on both side surfaces. Thus, the space in the width direction around the support can be reduced. Further, the first driving means 60 and the second driving means 70 installed on both side surfaces of the support column 11 have a structure in which a ball screw installed in the vertical direction on both side surfaces of the support column 11 is rotated forward and backward by a servo motor. This is effective in reducing the installation space.
[0014]
Further, in the present invention, the robot working head portion 42 can be structured to detachably support a plurality of automatic working machines including nut runners (invention of claim 4). In this case, it is possible to replace various automatic working machines by making the head part 42 a general-purpose structure that detachably supports automatic working machines such as screw fixing power tools other than nut runners, clip standing tools, and appearance inspection equipment. A general-purpose robot can be provided. In addition, when a plurality of automatic working machines are installed in one head unit 42, each automatic working machine is also moved in parallel because the head unit 42 moves in parallel in the front, rear, left, and right directions. Do. This work can be performed simultaneously by a plurality of automatic work machines, and the workability can be easily improved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
The arm type robot 10 shown in FIGS. 1 to 4 includes a pair of left and right support columns 11 fixed substantially vertically on a floor, a pair of upper and lower first lifting bodies 20 that independently move up and down on the front surface of the support column 11, and a second one. An elevating body 30, a parallel link mechanism 40 including a pair of parallel link arm portions 41a and 41b extending forward from the first elevating body 20, and a drive arm 50 extending forward from the second elevating body 30; The first elevating body 20 and the second elevating body 30 are provided with first drive means 60 and second drive means 70 for independently moving up and down, and third drive means 80 for rotating and swinging the drive arm 50 in the horizontal direction.
[0017]
The pair of left and right columns 11 are prisms facing in parallel at a predetermined interval, fixed on the floor by a pedestal 12 fixed to the lower end, and the upper ends of each are connected by a connecting body 13. When the horizontal direction in which the pair of support columns 11 are arranged is the X direction, the horizontal direction orthogonal to the X direction is the Y direction, and the vertical direction is the Z direction, each of the first lifting body 20 and the second lifting body 30 is horizontally long in the X direction. This is a substantially vertical rectangular plate structure, and is arranged in two upper and lower stages in the Z direction. A guide rail 14 is disposed in the Z direction on the front surface in the Y direction of each pair of struts 11, and both ends in the X direction of the first elevating body 20 are connected to upper regions of the pair of guide rails 14 so as to be vertically movable. Both ends of the second elevating body 30 in the X direction are connected to the lower region of the guide rail 14 so as to be movable up and down. A plurality of sensors 15 for detecting the vertical position of the first elevating body 20 is installed on the side of the upper region of each pair of support columns 11, and as shown in FIG. A plurality of sensors 16 that detect the vertical position of the elevating body 30 are installed.
[0018]
The first elevating body 20 includes a substantially vertical support plate 21 that moves up and down the front side of the pair of left and right guide rails 14, a plurality of guide rollers 22 installed in the Z direction on both sides of the back surface of the support plate 21, and a support plate 21 has a pair of left and right arm connecting rotary shafts 24 disposed at both ends of the front surface of 21. The pair of left and right rotating shafts 24 are coupled to a bearing plate 23 projecting forward from both upper and lower ends of both ends of the front surface of the support plate 21 so as to be rotatable in the horizontal direction. Each guide roller 22 on both sides of the back surface of the support plate 21 sandwiches the corresponding guide rails 14 from both side surfaces to guide the vertical movement of the support plate 21. A pair of brackets 25 project from the upper and lower ends of each of the pair of left and right parallel rotating shafts 24, and the rear ends of two parallel parallel arms 43 a via pins 26 on the upper and lower brackets 25 of one rotating shaft 24. The rear end portions of the two parallel parallel arms 43b are connected to the upper and lower brackets 25 of the other rotating shaft 24 via the pins 26 so as to be rotatable in the vertical direction.
[0019]
The pair of left and right parallel link arm portions 41 a and 41 b have two parallel arms 43 a and 43 b that extend from the first lifting body 20 forward in the Y direction. Each of the four parallel arms 43a and 43b is a linear rigid arm having the same length. The tip ends of the two parallel arms 43a extending from the upper and lower ends of one rotating shaft 24 are connected to the upper and lower ends of the back surface of one robot working head portion 42. One rotary shaft 24, two parallel arms 43a, and the head portion 42 constitute a parallel link arm portion 41a that performs a parallel link motion on a vertical plane up and down. The front ends of two parallel arms 43b extending from the upper and lower ends of the other rotating shaft 24 are connected to the upper and lower ends of the back surface of the same robot working head portion 42, and the rotating shaft 24 and the two parallel arms 43b. And the head part 42 constructs a parallel link arm part 41b that performs a parallel link movement in the vertical direction on a vertical plane. Hereinafter, the pair of parallel link arm portions 41a and 41b will be referred to as a first parallel link arm portion 41a and a second parallel link arm portion 41b as necessary.
[0020]
The robot working head unit 42 includes a vertical rectangular mounting plate 49 having a width in the X direction, a pair of vertical left and right rotary connecting shafts 44 projecting from both ends of the mounting plate 49, and the mounting plate 49. It has an automatic working machine mounting portion 45 fixed horizontally on the front surface. The front ends of the parallel arms 43a and 43b are connected to brackets 46 protruding from the upper and lower ends of the pair of left and right connecting shafts 44 via pins 47 so as to be rotatable in the vertical direction. Through the pin 47 and the connecting shaft 44, the mounting plate 49 is connected to the tip portions of the parallel arms 43a and 43b so as to be rotatable up and down and left and right. The first parallel link arm portion 41a and the second parallel link arm portion 41b are always in a parallelogram-like relationship when viewed from directly above, and the first lifting body 20 and the head corresponding to the front and rear ends of each parallel arm 43a, 43b. A parallel link mechanism 40 in which the pair of parallel link arm portions 41a and 41b move in parallel in the X direction, the Y direction, and the Z direction is constructed by being connected to the portion 42 so as to be rotatable in the vertical and horizontal directions.
[0021]
A nut runner 48, which is a pair of automatic work machines, is attached to the horizontal automatic work machine mounting part 45 of the head unit 42 so as to be detachable and attached substantially vertically. Each of the pair of nut runners 48 is arranged at a predetermined interval W1 in the X direction as shown in FIGS. 3 and 4, and moves parallel to the X direction, the Y direction, and the Z direction together with the head portion 42 in a vertical posture. Then, a screw tightening operation as described later is performed. The interval W1 between the pair of nut runners 48 is set to, for example, the minimum interval W1 between the two points P1 and Q1 of the workpiece 9 in FIG. This interval can be reduced and enlarged, and the upper limit of the interval W2 between the pair of left and right parallel link arm portions 41a and 41b is set corresponding to the maximum interval. In other words, the larger the interval W2 between the pair of left and right parallel link arm portions 41a and 41b, the larger the installation space in the width direction of the robot 10, and the larger the robot 10 becomes. It is set taking into consideration that it does not become large and heavy.
[0022]
As shown in FIG. 2, the first driving means 60 that moves the first lifting body 20 up and down includes a ball screw 61 installed in the Z direction on the outer surface of the right column of the pair of left and right columns 11, and a ball screw 61. A motor 62 for reverse rotation is included. A nut member 63 is screwed to a part of the ball screw 61, and both upper and lower ends of the ball screw 61 are attached to the column 11 by bearing members 64 and 65. The nut member 63 is integrally connected to one end of the support plate 21 of the first lifting body 20, and when the ball screw 61 is in a non-rotating state, the nut member 63 connects the first lifting body 20 to any one of the pair of left and right support columns 11. When the ball screw 61 is rotated forward and backward by the motor 62 while being held at the height position, the nut member 63 and the first elevating body 20 are moved up and down on the front side of the pair of columns 11.
[0023]
The second elevating body 30 includes a substantially vertical support plate 31 that moves up and down on the front side of the guide rails 14 of the pair of left and right support columns 11 and a plurality of guide rollers installed on both sides of the back surface of the support plate 31. 32 and a pair of left and right arm connecting rotary shafts 34 a and 34 b installed at both ends of the front surface of the support plate 31. The rotary shafts 34a and 34b are coupled to the bearing plates 33 and 35 projecting forward from the upper and lower ends of both ends of the front surface of the support plate 31 so as to be rotatable in the horizontal direction. A pair of left and right guide rails 14 corresponding to the guide rollers 32 on both sides of the back surface of the support plate 31 are sandwiched from both sides to guide the vertical movement of the support plate 31. A bracket 36 projects from the center of each of the pair of left and right rotating shafts 34a, 34b, and the base end of one drive arm 50 is connected to the bracket 36 of one rotating shaft 34a so as to be rotatable in the vertical direction, while the other The base end portion of the follower arm 51 is connected to the bracket 36 of the rotary shaft 34b so as to be rotatable in the vertical direction. The drive arm 50 and the driven arm 51 have the same structure, and the distal end portion of the drive arm 50 is connected to the substantially central portion of the lower parallel arm 43a of the first parallel link arm portion 41a so as to be rotatable in the vertical direction. The distal end portion is connected to the substantially central portion of the lower parallel arm 43b of the second parallel link arm portion 41b so as to be rotatable in the vertical direction. The drive arm 50 and the driven arm 51 are always in a parallelogram relationship and move in parallel links with each other.
[0024]
As shown in FIG. 1, second driving means 70 that moves the second lifting body 30 up and down is disposed on the outer side surface of the left column 11, that is, on the side surface opposite to the first driving means 60. The second driving means 70 includes a substantially vertical ball screw 71 installed in parallel with the side surface of the support column 11 and a motor 72 that rotates the ball screw 71 forward and backward. A nut member 73 is screwed to a part of the ball screw 71, and both upper and lower ends of the ball screw 71 are attached to the column 11 by bearing members 74 and 75. The nut member 73 is integral with the support plate 31 of the second elevating body 30, and when the ball screw 71 is in a non-rotating state, the second elevating body 30 is held by the pair of left and right columns 11 by the nut member 73. When the motor 72 is rotated forward and backward, the nut member 73 and the second elevating body 30 move up and down while being guided by the pair of left and right guide rails 14.
[0025]
The second elevating body 30 is provided with third driving means 80 for rotating and swinging the driving arm 50 in the X direction. The third drive means 80 is a U-shape that integrally connects the motor 81 fixed to the lower surface of the bearing plate 37 projecting from the lower end of the front surface of the support plate 31, the rotation output shaft of the motor 81, and the one rotation shaft 34 a. The rotational force of the motor 81 is directly transmitted to the rotary shaft 34a via the rotary drive frame 82, and the rotary shaft 34a rotates forward and backward in the horizontal direction. By rotating one rotating shaft 34a in the horizontal direction forward and backward with the motor 81, the drive arm 50 and the first parallel link arm portion 41a connected thereto are simultaneously swung in the X direction and driven by this rotational force. The arm 51 is synchronously swung and rotated in the same direction, and the parallel link mechanism 40 performs a parallel link motion in the horizontal direction.
[0026]
Since the drive arm 50 and the first parallel link arm portion 41a rotate and swing up and down on the same substantially vertical plane, and the driven arm 51 and the second parallel link arm portion 41b simultaneously rotate and swing up and down on the same substantially vertical plane, As shown in FIG. 4, when the parallel link mechanism 40 is viewed from directly above, the driving arm 50 and the driven arm 51 are always hidden by the parallel arms 43a and 43b of the parallel link arm portions 41a and 41b. The head portion 42 is always parallel to the first lifting body 20 by the parallel link movement seen from right above the pair of left and right parallel arms 43a, 43b, and is always in the vertical state, and remains in that state. Translate back and forth in the direction.
[0027]
Four positions on the back, left, right, top and bottom of the vertical head portion 42 are supported by a total of four parallel arms 43a, 43b, including a pair of left and right parallel link arm portions 41a, 41b, and a pair of left and right parallel link arm portions 41a, 41b. Since each of them is supported so as to be reinforced by the drive arm 50 and the driven arm 51, the support strength and rigidity of the head portion 42 are always ensured to be high, and a pair of nut runners 48 is stably attached to the head portion 42. Can do. Further, the reaction force generated from the nut runner 48 attached to the head portion 42 is distributed to the four parallel arms 43a and 43b and the two arms 50 and 51, so that the parallel link mechanism 40 including the head portion 42 is High rigidity is realized, and high speed operation and stabilization as described later are realized.
[0028]
The above-described arm type robot 10 operates the first to third driving units 60 to 80 simultaneously by computer control or independently in different time zones to keep the pair of nut runners 48 in a substantially vertical posture. In addition, they are moved in parallel in the X, Y, and Z directions in the vertical and horizontal directions without changing the arrangement in the X direction. The pair of nut runners 48 sequentially moves each pair of two points P1, Q1,... Of the workpiece 9 in the manufacturing assembly line L shown in FIG.
[0029]
For example, in the stationary state of FIGS. 1 and 2, when only the motor 81 of the third driving means 80 is operated to rotate the rotating shaft 34a of the second elevating body 30 in either the forward or reverse direction, along with the rotating shaft 34a. The drive arm 50 and the first parallel link arm portion 41a integrally swing and rotate in the horizontal direction, and the driven arm 51 and the second parallel link arm portion 41b swing and rotate integrally with this rotational force. Due to the parallel link movement in the left-right direction of the pair of left and right parallel link arm portions 41a and 41b, the head portion 42 remains in the vertical posture parallel to the X direction as shown by the chain line in FIG. The pair of nut runners 48 translates in the XY direction at the same height while maintaining the arrangement in the X direction.
[0030]
2, when only the motor 62 of the first driving means 60 is operated and the ball screw 61 is rotated in the forward direction, for example, the first elevating body 20 moves up via the nut member 63, In response to this upward movement, the pair of left and right parallel link arm portions 41 a and 41 b are pulled downward by the driving arm 50 and the driven arm 51 and swing downward, and the head portion 42 and the pair of nut runners 48 approach the support column 11. Translate like so. Conversely, when the ball screw 61 is rotated in the reverse direction by the motor 62, the first elevating body 20 is lowered through the nut member 63, and the pair of left and right parallel link arm portions 41a and 41b are driven in accordance with this lowering operation. The arm 50 and the driven arm 51 are pushed upward and swing upward, and the head portion 42 and the pair of nut runners 48 are moved in parallel so as to move away from the column 11. During this time, the head portion 42 and the nut runner 48 are vertical and the posture parallel to the X direction does not change.
[0031]
1 and FIG. 2, when the first driving means 60 and the second driving means 70 are simultaneously operated to raise the first elevating body 20 and the second elevating body 30 at the same speed at the same time, the parallel links The entire mechanism 40 is raised. When the second elevating body 30 is stopped ascending in the middle of the ascent, the head unit 42 starts to move in parallel so as to approach the column 11. Such a parallel movement of the head portion 42 in the vertical and horizontal directions cannot be linearly moved unless a biaxial function is calculated in the normal arm type. In the present invention, however, the linear motion is not required even if the function is not calculated. Therefore, it is advantageous when teaching or programming.
[0032]
As shown in FIG. 5, the pair of nut runners 48 in the vertical head portion 42 descends to the screwed portions at the two adjacent points P <b> 1 and Q <b> 1 of the workpiece 9 and simultaneously performs the screw tightening operation. When the pair of nut runners 48 that have finished the screw tightening operation at the two points P1 and Q1 are raised directly above, the first elevating body 20 and the second elevating elevator are operated by simultaneously operating the first driving means 60 and the second driving means 70. The body 30 is raised at the same speed at the same time. When the pair of nut runners 48 that have been lifted right above the two points P1 and Q1 are moved forward in the Y direction right above the next two points P2 and Q2, the first driving means 60 and the third driving means 80 are simultaneously operated. Let By performing computer control of the first to third driving means 60 to 80, the pair of nut runners 48 moves between two points of the work 9 at a preset shortest distance, and performs a screwing operation with high efficiency.
[0033]
As can be seen in FIG. 5, the pair of parallel link arm portions 41 a and 41 b of the parallel link mechanism 40 are displaced in the arm length direction, but are not displaced such as to be bent in the X-direction arm width direction. The width direction space S2 required for installation on the floor of the robot 10 is a minimum necessary space determined by the width of the work 9, and the installation space of the robot can be reduced.
[0034]
In addition, since the parallel arms 43a and 43b of the pair of parallel link arm portions 41a and 41b that support the head portion 42 are reinforced by the driving arm 50 and the driven arm 51 from below, a lightweight structure with a simple structure is used for each arm. Thus, the vertical and horizontal movements of the arms can be easily increased, and the screw tightening operation by the pair of nut runners 48 can be performed with higher efficiency.
[0035]
Further, the horizontal movement of the head unit 42 with respect to the robot 10 causes the entire robot including the support column 11 to rotate sideways, or an arm support base such as the lifting bodies 20 and 30 supported by the support column 11 to the side. Although it is possible to rotate it, it is possible to realize fast movement of each arm by rotating only a lightweight arm without rotating such a heavy object, and the third drive means which is an arm rotation drive source A simple, small, and inexpensive structure can be applied to 80.
[0036]
In addition, since one head portion 42 is supported by the two parallel link arm portions 41a and 41b, the parallel link mechanism 40 including the head portion 42 can be easily formed as a highly rigid structure. Even if a single machine or a plurality of automatic working machines are installed, there is no problem in rigidity and a robot with excellent versatility can be constructed. As in the above embodiment, by mounting a pair of nut runners 48 on one head portion 42 and screwing the to-be-screwed portions provided at multiple points on the workpiece two points at a time, All of the multiple points can be tightened in a short time.
[0037]
Although not shown, if a single head unit is supported and translated only by a single parallel link arm unit, it is difficult to ensure high rigidity, and at the parallel link tip of the single unit parallel link arm unit. The connected head part is rotated by the left and right rotation of the parallel link, and the horizontal direction of the automatic working machine mounted on the head part is changed. For this reason, when a plurality of automatic working machines are mounted on one head unit, a defect appears as a change in the arrangement direction of the plurality of automatic working machines. In the present invention, a pair of parallel link arm portions always hold a single head portion in a vertical and parallel orientation in the X direction, so that a plurality of automatic working machines are mounted on the head portion. However, each automatic work machine always maintains a vertical posture, the arrangement direction between the work machines does not change, and work such as simultaneous screw tightening of a plurality of points such as a threaded portion of the work is facilitated.
[0038]
In addition, the arm type robot of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, a pair of parallel link arm portions in a parallel link mechanism is practical, but depending on the type and number of automatic work machines mounted on the head portion. May be configured by arranging three or more in parallel. It is also possible to connect the drive arm to one of the plurality of parallel link arm portions and reinforce all others with the driven arm. Further, the positional relationship between the first elevating body and the second elevating body arranged on the support column is reversed upside down, and the parallel link arm portion extending from the lower first elevating body is connected to the drive arm or the follower extending from the second elevating body from above. You may make it connect an arm.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the parallel link mechanism that supports the head portion of the automatic working machine is configured by a pair of parallel link arm portions, the rigidity of the parallel link mechanism including the head portion is high and stable. The support strength of one or a plurality of supported automatic working machines is increased, and high-speed operation is possible. In addition, since the parallel arm constituting the parallel link arm part and each arm of the drive arm that swings the left and right of the parallel link arm swing up and down on the same substantially vertical plane, the parallel link mechanism does not bend in the width direction and the robot The space in the width direction can be reduced to the minimum necessary, and a plurality of robots can be brought close together to save space. In addition, the parallel arm of the parallel link arm part is reinforced by the drive arm, and each arm can be applied with a simple structure and light weight, which enables fast movement of each arm, improving the efficiency of robot work. I can plan.
[0040]
In addition, by arranging the first drive means and the second drive means on both sides of the column that constitutes the fixed track on the front surface, even if a parallel link mechanism is provided with a plurality of parallel link arm portions in front of the column, The drive means does not increase the space in the width direction of the robot, and it becomes easy to install a highly rigid robot in a space-saving manner.
[0041]
In addition, since the rigidity of the head portion supported by the plurality of parallel link arm portions is increased, it becomes easy to detachably attach a plurality of automatic working machines including nut runners to the head portion. By attaching multiple automatic working machines to the robot and operating them at the same time, it is possible to improve the efficiency of automatic work by robots.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an arm type robot showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view from a direction in which the angle of the robot of FIG. 1 is changed.
FIG. 3 is a front view of the robot of FIG. 1;
4 is a plan view of the robot of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing an outline of the robot and the workpiece in FIG. 1;
FIG. 6 is a perspective view of a conventional arm type robot.
7 is a plan view showing an outline of the arm type robot and the work shown in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
10 Robot
11 Prop
14 Guide rail
20 First lifting body
30 Second lifting body
40 Parallel link mechanism
41a Parallel link arm
41b Parallel link arm
42 Head for robot work
43a Parallel arm
43b Parallel arm
45 Automatic working machine mounting part
48 Automatic working machine, nut runner
50 Drive arm
51 Follower arm
60 1st drive means
62 Motor
70 Second drive means
72 motor
80 Third driving means
81 motor

Claims

A first lifting body that moves up and down on a substantially vertical fixed orbit;
A second elevating body that independently moves up and down in two stages, the first elevating body on the fixed track,
A rear end portion is connected to the first lifting body so as to be rotatable in the vertical and horizontal directions, a tip portion is connected to the robot working head portion so as to be rotatable in the vertical and horizontal directions, and a substantially vertical plane based on the rear end portion. The parallel link arms with multiple parallel arms that move up and down in parallel are seen as a parallelogram when viewed from directly above , and the first elevating body and the head are connected so that parallel link movement is possible in the horizontal direction. A parallel link mechanism comprising:
A parallel link arm connected to the second lifting body with a rear end portion rotatably connected in the vertical and horizontal directions and a tip end portion connected to one parallel link arm portion of the parallel link mechanism so as to be rotatable in the vertical direction. A drive arm that swings up and down on a substantially vertical plane in which the part moves in a parallel link;
Connected to the parallel link arm portion not connected to the drive arm, and is always in a parallelogram relationship with the drive arm and moves in parallel links with each other, and responds by following the drive of the drive arm. A driven arm that supports the parallel link arm,
A first driving means and a second driving means which are installed on the fixed track and independently raise and lower the first lifting body and the second lifting body;
Third driving means installed on the second lifting body for rotating and swinging the driving arm in a horizontal direction;
An arm type robot characterized by comprising:

2. The arm type robot according to claim 1, wherein the parallel link mechanism includes a pair of parallel link arm portions, and the drive arm is connected to one of the pair of parallel link arm portions.

The fixed track is disposed on a front surface of a support column fixed substantially vertically, and the first drive unit is disposed on one of both side surfaces of the support column, and the second drive unit is disposed on the other side. Item 3. The arm type robot according to item 1 or 2.

The arm robot according to any one of claims 1 to 3, wherein the robot working head unit removably supports a plurality of automatic working machines including a nut runner.