JP4310204B2 - ロボット - Google Patents

Description

この発明は、ロボットに関する。

ロボットの駆動機構として、滑動ユニットを用いるものや回転ユニットとリンクを用いるものが一般的に知られている。
滑動ユニットとしては、ＸＹロボットを最も典型的な例として挙げることができる（特許文献１参照）。また、後者のものとしては、水平多関節ロボットを挙げることが出来る（特許文献２参照）。

特開平７−３２８８７２号公報 特開平１１−１１４８７１号公報

しかし、ＸＹロボットは複数の直動滑動ユニットを直交させて構成し、直線移動とその合成運動軌跡を特徴とするものであり、コンパクトな構造が可能になるが、直交座標により合成される領域以外へワーク保持部の作動領域を拡張することができない。
一方水平多関節ロボットは、連結された複数の腕の回転運動により作業領域が決定され、また高速の移動が可能であるが、腕が相互に干渉して作業不能な領域が含まれる問題がある。また、ベースに複数の関節を連結して、先端のワーク保持部に作動させるため、ベースやベースに近い腕に大きな負荷がかかり、そのため強度を大きくする必要があり、小型化が難しく、ユニットとして他の機械に組み込むのに不向きである。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、少なくとも２つの移動可能な移動部と、各移動部に一端が回動可能に装着された少なくとも２つのリンクと、該リンクの他端において該リンクを回動可能に軸支するワーク保持部と、前記各移動部を独立的に駆動可能な駆動装置と、前記駆動装置の駆動制御を行う制御装置と、前記２つの移動部の相対的な位置関係を一定の範囲内に限定する限定装置とを備えたことを特徴とする。
この構成において、２つの移動部の移動及び停止の態様により、２つのリンクとワーク保持部を、移動部の移動平面上の可動範囲内においてＸＹ方向の任意方向に移動させ、任意位置に停止させることが可能である。該可動範囲は移動部の移動範囲及びリンクの長さ及び限定装置による設定によって決定される。
前記駆動装置による駆動距離を増幅する増幅装置を更に備え、移動部の移動範囲の拡大を図ることも可能である。
前記限定装置は、前記移動部の移動を物理的に規制するストッパを有する構成とすることができる。また、前記限定装置を、前記駆動装置を制御して、前記２つの移動部の相対的な位置関係を一定の範囲内に限定するようにソフトウエアとして構成することも可能である。
前記移動部は、直線上を移動するか或いは非直線上を移動し、また２つの移動部が互いに平行に移動するか或いは互いに非平行に移動する。
前記少なくとも２つのリンクの長さは同一としても良いし、異なる長さとしても良い。また長さを可変とすることも可能である。
２つのリンクとワーク保持部の接続位置は異なる位置であっても良いし、同一の位置であっても良い。
前記駆動装置は前記２つの移動部を同一速度で駆動しても良いし或いは異なる速度で駆動しても良い。２つの移動部の速度差を調整することによりワーク保持部を任意の軌跡で運動させることができる。
前記ワーク保持部に保持されるワークは、前記移動部の移動平面と平行な方向に向って仕事を行うように設定しても良いし、垂直な方向に設定しても良い。前者の場合、通常は移動部は垂直方向に移動するように設定し、後者の場合は通常は移動部を水平方向に移動するように設定するのが望ましい。
前記移動部を他の移動部上に設置して、更に１方向又は２方向に移動可能として、ワーク保持部の可動範囲を拡大することも可能である。

本発明のロボットによれば、移動部の可動範囲を越えた範囲にワーク保持部の可動範囲を設定することができ、小型化が可能であり、他の機械への組み込みなどにも対応可能である、等の効果がある。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、２つの移動部１、１を備えている。移動部１は駆動装置４により直線運動を行うように構成されており、移動部１と移動部１とは互いに平行に直線運動を行うようになっている。
移動部１を非直線運動させるように構成しても良い。また、移動部１、１を互いに非平行に運動させるように構成することも可能である。

この実施形態では駆動装置４はモータ４０とボールネジ４１を備えており、移動部１はボールネジ４１上に装着され、ボールネジ４１の正逆回転に応じて直線方向に前進及び後退するように構成されている。
モータ４０、４０は制御装置９に夫々別個に制御されるようになっており、移動部１、１は異なる速度で移動可能であり、且つ異なる位置に位置することが可能である。

移動部１、１には夫々腕２、２が軸支点１０、１０において回動可能に装着されている。この実施形態では腕２、２は同一の長さになっている。必要に応じて腕２、２の長さを異なるものとすることも可能である。

腕２、２の他端はワーク保持部３に、軸支点３０、３０において軸支され回動可能に装着されている。この実施形態では腕２、２は同一の軸支点３０においてワーク保持部３に軸支されているが、図７に示すように軸支点３０、３０を異なる位置設定して軸支するように構成して、ワーク保持部３の姿勢の安定を図っても良い。

移動部１、１は限定装置８により相対的な移動範囲を規制されている。この実施形態では一方の移動部１にストッパ８０とストッパ８１を設け、他方の移動部１にストッパ８２を設けてあり、ストッパ８２はストッパ８０とストッパ８１に係合するようになっている。ストッパ８０とストッパ８１は移動部１の移動方向に所定の距離Ｌだけ離間させてあり、ストッパ８２はこの距離Ｌ内で移動可能であり、移動部１、１の相対的な移動はこの距離Ｌに限定されている。この構成により２つの移動部１，１の相対的な位置関係は一定の範囲内に限定される。
以上の構成により、ストッパ８０、８１、８２の位置を調整することにより、移動部１、１の位置関係を規制でき、これにより腕２、２の直線移動と回転を規制でき、腕２、２の相互の干渉などを防止できる。

ワーク保持部３には任意の治具が取り付け可能となっており、ワーク保持部３を水平面或いは垂直面など任意の可動平面上に移動させて、作業を行わせるように構成されている。

以上の構成において、制御装置９によりモータ４０、４０を駆動制御して、移動部１、１の位置関係を調整することによりワーク保持部３を可動平面上の任意の位置に移動させることができる。図１において、移動部１、１を夫々点線で示す移動部１ｍ、１ｍの位置に移動すると、ワーク保持部３は点線で示すワーク保持部３ｍの位置に移動する。

ワーク保持部３の可動範囲は移動部１、１の移動距離、移動部１、１の間隔、腕２、２の長さにより決定される。
また、モータ４０、４０を異なる速度で駆動することによりワーク保持部３を任意の軌跡で移動させることが可能である。
例えば、図１において図２の（Ａ）に示すように左側の移動部１を定速度で移動させ、右側の移動部１を図２の（Ｂ）に示すように速度を変化させて移動させると、ワーク保持部３の移動軌跡は図２の（Ｃ）に示すような曲線を描くようになる。

また、ワーク保持部３の移動範囲は、前記したように限定装置８により規制される。図３乃至図５によりこの動作を説明する。図３乃至図５は後述する増幅機構５を備えた装置であり、また腕２’によるワーク保持部３の姿勢制御機構を備える実施形態を示している。
図３の状態から移動部１を移動させて、ストッパ８２がストッパ８１に係合して、移動を規制された状態が図４の状態である。図５はその反対にストッパ８２がストッパ８０に係合して移動を規制された状態を示す。このストッパ８０とストッパ８１及びストッパ８２からなる限定装置８により、ワーク保持部３の可動範囲はＭで示す範囲に限定される。
このように、限定装置８の設定により、任意の可動範囲を得ることが出来、腕２、２の相互干渉の防止を図れる。また危険を予め防止することも容易である。

以上のように、上記構成では、モータ４０などのアクチュエータを固定部に設置できるため、大きなアクチュエータを使用可能であり、そのため性能が劣化することがない。
また、移動部１、１の移動範囲に比べて、ワーク保持部３の移動範囲が大きく、機器本体をコンパクトにしつつ、大きな移動範囲を得ることが可能である。しかも、限定装置８によりその可動範囲を調整することができる。
更に、移動範囲が概略４角形に近いため、ジグなどの設計がしやすい。
またワーク保持部３は、駆動装置４を固定したベースの外で運動するため、ワークをベースの外に設置でき、インライン作業に適した設置が可能である。例えばワーク保持部３に取り付けたカッタやドリルなどによる切り粉やディスペンサなどに場合の接着剤等が落下する等の恐れのある作業に適している。

限定装置８は、駆動装置４を制御することにより実現することも可能である。例えば、制御装置９内にソフトウエアとして構成することが可能である。
図６にそのフローチャートの一例を示す。
移動装置１の駆動指令があると（ステップＳ１）、限定装置８は移動部１、１間の距離が所定範囲内か否か判断し（ステップＳ２）、所定範囲内であれば駆動装置４に移動部１の駆動を実行させる（ステップＳ３）。所定範囲内になければ動作を終了する。指令移動量だけ移動した場合には（ステップＳ４）、動作を終了し、移動していない場合にはステップＳ２に戻る。

図８に他の実施形態を示す。この実施形態では、腕２、２に平行に第２の腕２’、２’を設けて腕２、２との間で夫々平行リンクを形成し、ワーク保持部３が回動することなく、その姿勢を一定に維持するように構成したものである。腕２’、２’は移動部１、１において軸支点１０’、１０’に回動可能に軸支され、他端はワーク保持部３の軸支点３０’、３０’に回動可能に軸支されている。
以上の構成により、ワーク保持部３は例えば移動部１の移動方向に対して所定の角度（この例ではほぼ直交）を維持し、回動することがない。なお、第２の腕２’は一方の腕２にのみ設けても良い。

上記説明した実施形態では、モータ４０の駆動量と移動部１の移動量が１対１対応していたが、モータ４０と移動部１との間に移動量を増幅させる機構を設けることも可能である。
図９にその一例を示す。

この実施形態では、移動部１はガイド４３上を直線移動し、増幅機構５により駆動されるようになっている。ガイド４３は増幅機構５の移動基台５０に装着されている。
該移動基台５０は連結部５５においてボールネジ４１に接続し、モータ４０の回転により直線方向に移動可能になっている。
移動基台５０にはプーリ５２、５２に巻き回されたベルト５１が設けられており、このベルト５１に移動部１が連結している。
ベルト５１は固定部５３により移動基台５０の系外に固定されており、移動基台５０の移動によりベルト５１は移動基台５０の系において回動するようになっている。

以上の構成において、移動基台５０はボールネジ４１の長さ分だけ、移動可能であり、移動基台５０の移動により、ベルト５１も同じ長さだけ移動するから、ベルト５１に連結された移動部１は移動基台５０の移動分とベルト５１の移動分を合わせた長さだけ移動することになる。
従って、移動基台５０の移動長さが移動部１において倍に増幅された移動長さとなる。
上記増幅機構には種々の態様があるが、これらは特開２００１−７９２８４号に開示されている。

前記実施形態の移動部１を更に１方向或いは２方向又はそれ以上の方向に移動可能な移動装置により移動可能として、可動範囲を拡大することも可能である。
図１０に示す実施形態では、Ｘ−Ｙ移動機構７を用いて、更にＸＹ方向の移動を加えている。前記した移動部１、腕２、ワーク保持部３及び駆動装置４は基台６上に装着され、該基台６がＸ−Ｙ移動機構７のＹ方向移動基台７０上に設置されたＸ方向移動レール７１上に装着されている。基台６はＸ方向移動レール７１によりＸ方向に移動可能であり、またＹ方向移動基台７０によりＹ方向に移動可能になっている。Ｙ方向移動基台７０はボールネジ機構などのＹ方向駆動装置７２により駆動され、Ｘ方向移動レール７１は同様にボールネジなどのＸ方向駆動装置７３により駆動されるように構成されている。
上記実施形態によれば、基台６を移動させることにより位置変更が容易に行える上、ワーク保持部３の可動範囲を拡大出来る効果がある。

なお、上記実施形態では、駆動装置４としてボールネジを用いたものを説明したが、ベルト駆動装置を用いることも可能である。

本発明の一実施形態を示す概略図。 本発明の一実施形態の動作説明図。 本発明の一実施形態の動作説明図。 本発明の一実施形態の動作説明図。 本発明の一実施形態の動作説明図。 本発明の他の実施形態を示すフローチャート図。 本発明の他の実施形態を示す概略図。 本発明の他の実施形態を示す概略図。 本発明の他の実施形態を示す概略図。 本発明の他の実施形態を示す概略図。

符号の説明

１：移動部、２：腕、３：ワーク保持部、４：駆動装置、５：増幅機構、６：基台、７：Ｘ−Ｙ移動機構、８：限定装置、９：制御装置、１０：軸支点、３０：軸支点、４０：モータ、４１：ボールネジ、４２：ベルト、４３：ガイド、４４：プーリ、５０：移動基台、５１：ベルト、５２：プーリ、５３：固定部、５５：連結部、７０：Ｙ方向移動基台、７１：Ｘ方向移動レール、７２：Ｙ方向駆動装置、７３：Ｘ方向駆動装置、８０：ストッパ、８１：ストッパ、８２：ストッパ。

Claims (17)

1. 移動可能な２つの移動部と
   各移動部に一端が回動可能に装着された少なくとも２つのリンクと、
   該リンクの他端において該リンクを回動可能に軸支するワーク保持部と、
   前記各移動部を独立的に駆動可能な駆動装置と、
   前記駆動装置の駆動制御を行う制御装置と、
   前記２つの移動部の相対的な位置関係を一定の範囲内に限定する限定装置と、
   を備えたことを特徴とするロボット。
2. 移動可能な２つの移動部と
   各移動部に一端が回動可能に装着された少なくとも２つのリンクと、
   該リンクの他端において該リンクを回動可能に軸支するワーク保持部と、
   前記各移動部を独立的に駆動可能な駆動装置と、
   該駆動装置による駆動距離を増幅する増幅装置と、
   前記駆動装置の駆動制御を行う制御装置と、
   前記２つの移動部の相対的な位置関係を一定の範囲内に限定する限定装置と、
   を備えたことを特徴とするロボット。
3. 前記限定装置が、前記移動部の移動を物理的に規制するストッパを有する、
   請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記限定装置が、前記駆動装置を制御して、前記２つの移動部の相対的な位置関係を一定の範囲内に限定する、
   請求項１又は２に記載のロボット。
5. 前記移動部が直線上を移動する、
   請求項１に記載のロボット。
6. 前記移動部が非直線上を移動する、
   請求項１に記載のロボット。
7. 前記２つの移動部が互いに平行に移動する、
   請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載のロボット。
8. 前記２つの移動部が互いに非平行に移動する、
   請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載のロボット。
9. 前記少なくとも２つのリンクの長さが同一である、
   請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８に記載のロボット。
10. 前記少なくとも２つのリンクの長さが異なる、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８に記載のロボット。
11. 前記少なくとも２つのリンクの長さが可変である、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８に記載のロボット。
12. 前記少なくとも２つのリンクが前記ワーク保持部の異なる位置において回動可能に軸支されている、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１に記載のロボット。
13. 前記少なくとも２つのリンクが前記ワーク保持部の同一位置において回動可能に軸支されている、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１に記載のロボット。
14. 前記駆動装置が前記２つの移動部を異なる速度で駆動する、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３に記載のロボット。
15. 前記ワーク保持部に保持されるワークが、前記移動部の移動平面と平行な方向に向って仕事を行う、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４に記載のロボット。
16. 前記ワーク保持部に保持されるワークが、前記移動部の移動平面と垂直な方向に向かって仕事を行う、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４に記載のロボット。
17. 前記移動部が他の移動部上に設置されている、
    請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４又は１５又は１６に記載のロボット。
    

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