JP4566917B2

JP4566917B2 - ロボット

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Publication number: JP4566917B2
Application number: JP2006009195A
Authority: JP
Inventors: 康行北原; 重幸改野
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: KR20070076467A; CN101003132B; JP2007190629A; CN101003132A; TWI359065B; TW200738414A; KR101341674B1

Description

本発明は、ロボットに関し、更に詳しくは、それぞれ独立に回動する２つのハンドにハンド制御系統線を容易に供給することができ、且つ２つのハンドを大きな相対角度で回動させることができるロボットに関するものである。

図６は、アーム先端の回動関節部１１０に２つのハンド１０２，１０３が設けられた従来のロボット１００の一例であって、ハンド制御系統線として例えばエアーチューブを備えたロボットの一例を示す部分拡大図である。図６において、アーム１０１の先端には回動関節部１１０が設けられ、その回動関節部１１０には、上ハンド１０２と下ハンド１０３とからなる２つのハンドが重なり合う態様で設けられている。２つのハンド１０２，１０３は同一の回動仮想軸Ａを有し、上ハンド１０２は回動関節部１１０が備えるプーリ１０４に円筒状の連結部材１０６を介して連結し、下ハンド１０３は回動関節部１１０が備えるプーリ１０５に上記連結部材１０６よりも一回り大きい円筒状の連結部材１０７を介して連結している。各プーリ１０４，１０５は、例えばタイミングベルト又は平ベルト等のベルト１０８，１０９によってそれぞれ独立に回動し、各ベルト１０８，１０９は、アーム１０１の基端側に設けられたプーリ（図示しない）に掛け渡され、そのプーリはモータ等の動力により回動するようになっている。

こうした従来のロボット１００において、２つのハンド１０２，１０３が例えばウエハをエアーチャックする機構を有する場合には、各ハンド１０２，１０３の先端にエアーを供給する必要がある。そのため、図６に示すように、回動関節部１１０を構成する連結部材１０６，１０７をロータリーエアージョイント構造１１１として、２つのエアー流路１１２，１１３を形成していた。

上述したように２つのハンド１０２，１０３にエアーのみを供給する場合にはさほど問題にならないが、ハンドの先端に例えばセンサー等を設けようとした場合には、配線ケーブルをハンドの先端に引き延ばすことは難しく、また、配線ケーブルをたとえ引き延ばすことができたとしても、上ハンド１０２と下ハンド１０３を大きな相対角度で回動させることは、配線ケーブルのねじれが生じて断線が生じ易くなる等の問題を起こすおそれがある。

また、ハンド先端に複数のエアーチューブをさらに供給したい場合には、ロータリーエアージョイント１１１を用いた従来の回動関節部１１０が、より大きく複雑になるという問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、それぞれ独立に回動する２つのハンドにハンド制御系統線を容易に供給することができ、且つ２つのハンドを大きな相対角度で回動させることができるロボットを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、アームと、当該アームの一端に設けられた回動関節部と、当該回動関節部に２段に重ねて連結されて、同一の回動仮想軸を中心にしてそれぞれ独立に回動される第１及び第２のハンドとを有するロボットであって、前記回動関節部は、前記第１ハンドにハンド制御系統線を通すことができる中空部を有すると共に、その胴部の一部が所定長さの円弧を残して切り欠かれた切り欠き部を有し、前記第１ハンドに連結してこれを回動させる円筒状の第１連結部材と、前記第１連結部材の外側に設けられ、前記第２ハンドに連結してこれを回動させる円筒状の第２連結部材と、前記第１連結部材と前記第２連結部材との間に前記切り欠き部を塞がないように回動自在に設けられるリング部材であって、前記第１連結部材の中空部と切り欠き部を経由した第２ハンド用のハンド制御系統線を前記第２ハンドに至らせるためのガイド部材を備えたリング部材とを備え、前記第１連結部材が有する切り欠き部は、前記第２ハンド内の空間に対応した位置の胴部側壁が切り欠かれて形成されており、前記中空部内を通過するハンド制御系統線のうち、前記第２ハンド用のハンド制御系統線を分岐して第２ハンド内に通すための開口部をなし、前記ガイド部材を通る第２ハンド用のハンド制御系統線は、前記第２ハンドの筐体内で、前記ガイド部材の回動に追従できるように弛みを有して筐体内に保持されることを特徴とする。

この発明によれば、エアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線は、第１ハンド内には第１連結部材の中空部を経由して通すことができ、第２ハンド内には第１連結部材の中空部、切り欠き部及びガイド部材を経由して通すことができる。このように第１ハンド及び第２ハンドに通すことができるエアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線は、２つのハンドの共通の回動仮想軸を含む第１連結部材の中空部を経由するので、エアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線にねじれが生じ難く、それらの断線が起き難いという利点がある。

本発明において、前記リング部材が、前記第１連結部材の外周面又は前記第２連結部材の内周面にベアリング部材を介して回動自在に設けられている。

この発明によれば、リング部材は、第１連結部材の外周面又は第２連結部材の内周面のいずれかにベアリング部材を介して回動自在に設けられていればよく、ガイド部材が第１連結部材が有する切り欠き部の端面と当接した後であっても更に回動角を増すことができる。

本発明において、前記ガイド部材が、前記回動仮想軸に向かって延びるＵ字形状をなしており、前記第１ハンドに対して前記第２ハンドを所定角度回動させると、該第２ハンドが有する筐体当接部がガイド部材の側面に当接し、さらに該第２ハンドを回動させると、前記ガイド部材の側面が前記切り欠き部の端面に当接する位置まで前記リング部材が回動する。

この発明によれば、Ｕ字形状からなるガイド部材の側面が、第１連結部材が有する切り欠き部の端面と当接した後であってもさらに回動するので、ねじれによる断線等を防ぐことができる。

本発明において、前記第２ハンド内に通されるハンド制御系統線が、前記ガイド部材と前記第２ハンドの筐体内に形成された保持部とに保持され、前記第２ハンドの筐体内で、前記ガイド部材の回動に追従できるように弛みを有している。

この発明によれば、第２ハンド内に通されるハンド制御系統線がガイド部材と保持部とに保持されているので、エアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線とガイド部材との間の擦れがなく、断線の要因になりうる擦れ傷の発生を防ぐことができる。

本発明のロボットによれば、エアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線が、２つのハンドの共通の回動仮想軸を含む第１連結部材の中空部を経由するので、ハンド制御系統線にねじれが生じ難く、それらの断線が起き難い。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。なお、本発明のロボットは、その技術的特徴を有する範囲において、以下の説明及び図面に限定されない。なお、「ハンド制御系統線」とは、ロボットのハンドがエアーを吸着して、ワーク把持作動をするためのエアーチューブないし、チャック機構を駆動するため配線ケーブル、また、その吸着作動確認用センサ用の信号線などの配線ケーブルをいう。また、ハンド制御系統線は、関節の作動を妨げない程度の弾力性を有する、フレキシビリティのある材質（ポリエチレン等）で構成されている。

図１は、本発明のロボットの一例を示す平面図である。図１に示すロボット５０は、ハンド制御系統線としてのエアーチューブ及びケーブル処理構造を備えた回動関節構造１０を備えたものであり、基台５１側から、第１アーム５２、第２アーム５３、第３アーム１１、２つのハンド１２，１３の順に連結されている。各アームは回動関節部５４，５５，５６，２０を介して連結されている。ハンド制御系統線の処理構造を備えた回動関節構造１０は、図１中の第３アーム１１と２つのハンド１２，１３と両者を連結する回動関節部２０とからなるものに相当するものである。なお、以下においては、第３アーム１１を単に「アーム１１」と呼んで説明する。

図２は、回動関節構造１０の一例を示す断面図であり、図３は、図２に示すＡ−Ａ矢視断面図である。回動関節構造１０は、アーム１１と、アーム１１の一端に設けられた回動関節部２０と、回動関節部２０に連結された２つのハンド１２，１３とを有している。

本発明においては、アーム１１と２つのハンド１２，１３の構成については特に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で各種の形態をとることができる。アーム１１は、図２においては、回動関節部２０が設けられている側の反対側にプーリを備えたモータ（図示しない）を有していてもよいが、必ずしもその形態に限定されるものではない。また、アーム１１の長さや形状についても特に限定されない。

また、２つのハンド１２，１３は、図２に示すように、上側の第１ハンド１２と下側の第２ハンド１３とからなる２段重ねのものを示しているが、アーム１１の場合と同様に、本発明の趣旨の範囲で各種の形態をとることができる。例えば、回動関節部２０が設けられている側の反対側に、エアーチャッキング機構を有したり、チャッキングの有無を検知するセンサを有したり、他の電気部品を有したりしてもよいし、また、ハンドの長さや形状についても特に限定されない。

回動関節部２０は、アーム１１と２つのハンド１２、１３とを連結するものであり、図２に示すように、２つのハンド１２，１３を同一の回動仮想軸Ａを中心にしてそれぞれ独立に回動させる２つの円筒状の連結部材（第１連結部材１４、第２連結部材１５）と、第１連結部材１４及び第２連結部材１５それぞれに動力を伝達する動力伝達機構（プーリ１６，１７）とを有している。

第１連結部材１４は、上側の第１ハンド１２に連結する円筒状の中空部材であり、図２及び図３に示すように、第１ハンド１２に、ハンド制御系統線２１を通すことができる中空部２３を有している。第１ハンド用のハンド制御系統線２１は、アーム１１側にエアー供給源ないし電源供給源を持ち、中空部２３内を下から上に通って第１ハンド１２内に至っている。この第１連結部材１４は、中空部２３内に位置する回動仮想軸Ａを中心に回動するので、ハンド制御系統線２１は、偏心や不規則なねじれを生じることなく第１ハンド１２の回動に追従することができる。

さらに、第１連結部材１４は、その胴部の一部が所定長さの円弧２９を残して切り欠かれた切り欠き部２４を有している。切り欠き部２４は、中空部２３内を通過するハンド制御系統線（エアーチューブ及び配線ケーブル）のうち、第２ハンド用のハンド制御系統線２２を分岐して第２ハンド１３内に通すための開口部である。したがって、この切り欠き部２４は、第２ハンド１３内の空間に対応した位置の胴部側壁が切り欠かれて形成されている。

切り欠き部２４の高さＨは特に限定されず、第２ハンド用のハンド制御系統線２２に無理な曲げを生じさせることがない程度の高さであればよい。また、切り欠き部２４の切り欠き範囲Ｗ、すなわち第１連結部材１４の円周方向における切り欠き範囲Ｗは、第１連結部材１４の強度が保持される程度の円弧２９を残した範囲となるが、その強度は第１連結部材１４の材質、肉厚及び前記高さＨ等により異なるので、それらを考慮して切り欠き範囲Ｗが設定される。この切り欠き範囲Ｗが大きいほど第１ハンド１２と第２ハンド１３との相対回動角度が大きくなり好ましく、本実施の形態において、第１ハンド１２と第２ハンド１３との最大相対回動角度は±１５５°である。ワーク把時作動時に、第１ハンド１２が第２ハンド１３の動作に対して、又は第２ハンド１３が第１ハンド１２の動作に対して干渉しないように動作させるには、第１ハンド１２と第２ハンド１３のうち一方が停止状態で、もう一方が回動するとき、第１ハンド１２と第２ハンド１３との間に形成される角度が少なくとも１２０°程度である必要があるので、回動仮想軸Ａを中心とする円弧２９の角度θは、少なくとも第１ハンド１２と第２ハンド１３との相対回動角度が±２４０°程度確保されるように（すなわち、切り欠き部２４の切り欠き範囲Ｗを）設定すればよい。こうすることにより、強度を維持しつつ２つのハンド１２，１３が動作可能となる大きな相対角度で回動させることができる。

この第１連結部材１４の下部は第１プーリ１６に接合し、第１連結部材１４の上部は第１ハンド１２に接合している。第１プーリ１６には、アーム１１の基台側から延びる第１ベルト１８が掛けられて、その第１ベルト１８によって第１プーリ１６に回動動力が伝達される。したがって、第１プーリ１６の回動は、第１ハンド１２を直接回動させることになる。

第２連結部材１５は、下側の第２ハンド１３に連結する円筒状の中空部材であり、図２及び図３に示すように、第１連結部材１４の外側に設けられている。この第２連結部材１５は、第１連結部材１４と同様、中空部２３内に位置する回動仮想軸Ａを中心に回動する。この第２連結部材１５の下部は第２プーリ１７に接合し、第２連結部材１５の上部は第２ハンド１３に接合している。第２プーリ１７は第１プーリ１６の上に位置するように設けられ、その第２プーリ１７には、アーム１１の基台側から延びる第２ベルト１９が掛けられて、その第２ベルト１９によって第２プーリ１７に回動動力が伝達される。したがって、第２プーリ１７の回動は、第２ハンド１３を直接回動させることになる。

第１連結部材１４と第２連結部材１５との間には、リング部材２６が設けられている。リング部材２６は、開口部である切り欠き部２４を塞がない位置及び寸法で、回動自在に設けられている。このリング部材２６は、第１連結部材１４の外周面又は第２連結部材１５の内周面に接触して移動可能であればその構成は特に限定されないが、具体的には図２に示すように、ベアリング部材３１を介して設けられていることが好ましい。

図４は、ガイド部材を備えたリング部材の形態を示す平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。図２〜図４に示すように、ガイド部材２５は、リング部材２６に固定されたものであり、第１連結部材１４の中空部２３と切り欠き部２４を経由したハンド制御系統線２２を第２ハンド１３に至らせるためのガイドとして作用する。図２及び図４において、ガイド部材２５は、リング部材の一部を上縁から所定の深さで切り欠いた部位にネジ固定されているが、ガイド部材２５の固定手段はそれ以外の形態であっても構わない。

ガイド部材２５の形状は特に限定されないが、例えば図４に示すように、回動仮想軸Ａに向かって延びるＵ字形状であることが好ましい。

ガイド部材２５は、図３及び図４に示すように、カバー部材３２を備えていてもよい。カバー部材３２は、ガイド部材２５の形状に対応して任意の形状とすることが好ましいが、例えばガイド部材２５がＵ字形状である場合には、その開口側を覆う蓋状のカバー部材３２を好ましく用いることができる。こうしたカバー部材３２は、図４に示すように、ガイド部材２５にネジ止めされ、第２ハンド１３内に通されるハンド制御系統線２２を上方から押しつけて前後に移動しないように保持又は固定する。これにより、エアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線２２とガイド部材２５との間の擦れがなく、断線の要因になりうる擦れ傷の発生を防ぐことができる。

第２ハンド１３内に通されるハンド制御系統線２２は、前記のように、ガイド部材２５とカバー部材３２とによって保持又は固定されていることが好ましいが、更に、図３に示すように、ガイド部材２５を出たハンド制御系統線２２が、所定の長さを余した状態、すなわち、第２ハンド１３の筐体内で、ガイド部材２５の回動に追従できるように弛みを有した状態で第２ハンド１３内の筐体に固定されている。こうした保持又は固定は、図３に示すように、保持部としての固定部材３３で行われ、例えばバンド状の固定部材を例示することができる。そして、ガイド部材２５がリング部材２６の回動によって回動した場合のハンド制御系統線２２の振れを、カバー部材３２から固定部材３３までの間のみにすることができ、断線の要因になりうる擦れ傷やねじれの発生を防ぐことができる。

図５は、第１ハンドと第２ハンドとを回動させたときの状態を示す説明図である。図５（Ａ）は、第１ハンド１２と第２ハンド１３とが同じ方向を向いて重なり合ったときの状態であり、図５（Ｂ）は、第１ハンド１２に対して第２ハンド１３が所定角度回動した状態であり、図５（Ｃ）は、第１ハンド１２に対して第２ハンド１３が限界まで回動した状態である。なお、リング部材２６の相対位置は、第２ハンド１３の筐体当接部２８ａ，２８ｂに当接するまで変化しないものとして説明する。

図５（Ｂ）に示すように、第１ハンド１２に対して第２ハンド１３を所定角度回動させると、第２ハンド１３の筐体当接部２８ａがガイド部材２５の側面に当接する。このままさらに第２ハンド１３を回動させると、図５（Ｃ）に示すように、ガイド部材２５の側面が切り欠き部２４の端面２７ｂに当接する位置までリング部材２６が回動する。すなわち、第２ハンド１３の回動限界は、ガイド部材２５の側面が切り欠き部２４の端面２７ｂに当接する位置までとなり、その結果、過度の回動（本願では、「過回動」ということもある。）を抑制して、ハンド制御系統線としてのエアーチューブ及び配線ケーブルのねじれ等による断線を防ぐことができる。

また、本発明においては、ガイド部材２５が回動可能なリング部材２６に装着されているので、ガイド部材２５が第２連結部材１５に直に固定されている場合に比べて、第２ハンド１３の筐体当接部２８ａ，２８ｂ間の角度分だけ余計に回動させることができる。従って第１ハンド１２と第２ハンド１３との相対的な回動角をさらに増すことができる。

本発明においては、動力伝達機構は特に限定されない。図２においては、第１連結部材１４及び第２連結部材１５それぞれに動力を伝達するプーリ１４，１５を示しているが、アーム１１やハンド１２，１３の場合と同様に、本発明の趣旨の範囲で各種の形態をとることができる。例えば、プーリ１６，１７に変えてギアスプロケットのような歯付き部材でもよいし、同じプーリであっても、平ベルトに対応する平プーリであっても、タイミングベルトに対応する溝付きベルトであってもよい。

さらに、本実施の形態では、ガイド部材２５が、例えば、鉄又はアルミ材等の剛性のある場合であるので、第２ハンド１３の筐体当接部２８ａ，２８ｂに当接しているが、ガイド部材２５が例えば、樹脂成形の場合には強度が保てないので、第１ハンド１２及び、第２ハンド１３の中空部２３内に位置する回動仮想軸Ａを軸として対称する位置に度当たり４０、４１（図２参照）を設けて、ハンド１２、１３の回動により、この度当たり４０、４１同士が当接するようにし、ガイド部材２５を保護するようにしてもよい。

以上説明した上述した回動関節構造１０は、ハンド制御系統線としてのエアーチューブ及び配線ケーブルが２つのハンドの共通の回動仮想軸を含む第１連結部材の中空部を経由するので、エアーチューブ及び配線ケーブル等のハンド制御系統線にねじれが生じ難く、それらの断線が起き難い。さらに、過度の回動を抑制してねじれによる断線等を防ぐことができると共に、２つのハンドをより大きな相対角度で回動させることができる。その結果、ハンドの自由度を増してより自在なハンド動作を実現させることができる。

そして、回動関節構造１０は、例えば図１に示す第３アーム１１と２つのハンド１２，１３とを連結する構造体として用いることができるが、適用対象は図１の例に限定されず、各種のロボット等に適用できる。本発明の回動関節構造１０を有するロボットは、エアーチューブや配線ケーブルのねじれによる断線等を心配する必要がなく、２つのハンドの相対的な回動角を拡大することができるロボットとなる。

本発明のロボットの一例を示す平面図である。本発明のロボットに適用する回動関節構造の一例を示す断面図である。図２に示すＡ−Ａ矢視断面図である。ガイド部材を備えたリング部材の形態を示す平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。第１ハンドと第２ハンドとを回動させたときの状態を示す説明図である。アーム先端の回動関節部に２つのハンドが設けられた従来のロボットの一例を示す部分拡大図である。

符号の説明

１０回動関節構造
１１アーム（第３アーム）
１２第１ハンド
１３第２ハンド
１４第１連結部材
１５第２連結部材
１６第１プーリ
１７第２プーリ
１８第１ベルト
１９第２ベルト
２０回動関節部
２１，２２ハンド制御系統線（エアーチューブ及び配線ケーブル）
２３中空部
２４切り欠き部
２５ガイド部材
２６リング部材
２７ａ，２７ｂ切り欠き部の端面
２８ａ，２８ｂ筐体当接部
２９円弧
３１ベアリング部材
３２カバー部材
３３保持部（固定部材）
５０ロボット
５１基台
５２第１アーム
５３第２アーム
５４，５５，５６回動関節部
Ａ回動仮想軸
Ｈ切り欠き部の高さ
Ｗ切り欠き部の幅
θ 回動仮想軸Ａを中点とした円弧２９の角度

Claims

アームと、当該アームの一端に設けられた回動関節部と、当該回動関節部に２段に重ねて連結されて、同一の回動仮想軸を中心にしてそれぞれ独立に回動される第１及び第２のハンドとを有するロボットであって、
前記回動関節部は、
前記第１ハンドにハンド制御系統線を通すことができる中空部を有すると共に、その胴部の一部が所定長さの円弧を残して切り欠かれた切り欠き部を有し、前記第１ハンドに連結してこれを回動させる円筒状の第１連結部材と、
前記第１連結部材の外側に設けられ、前記第２ハンドに連結してこれを回動させる円筒状の第２連結部材と、
前記第１連結部材と前記第２連結部材との間に前記切り欠き部を塞がないように回動自在に設けられるリング部材であって、前記第１連結部材の中空部と切り欠き部を経由した第２ハンド用のハンド制御系統線を前記第２ハンドに至らせるためのガイド部材を備えたリング部材とを備え、
前記第１連結部材が有する切り欠き部は、前記第２ハンド内の空間に対応した位置の胴部側壁が切り欠かれて形成されており、前記中空部内を通過するハンド制御系統線のうち、前記第２ハンド用のハンド制御系統線を分岐して第２ハンド内に通すための開口部をなし、
前記ガイド部材を通る第２ハンド用のハンド制御系統線は、前記第２ハンドの筐体内で、前記ガイド部材の回動に追従できるように弛みを有して筐体内に保持されることを特徴とするロボット。
前記リング部材が、前記第１連結部材の外周面又は前記第２連結部材の内周面にベアリング部材を介して回動自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記ガイド部材が、前記回動仮想軸に向かって延びるＵ字形状をなしており、
前記第１ハンドに対して前記第２ハンドを所定角度回動させると、該第２ハンドが有する筐体当接部がガイド部材の側面に当接し、さらに該第２ハンドを回動させると、前記ガイド部材の側面が前記切り欠き部の端面に当接する位置まで前記リング部材が回動することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
前記第２ハンド内に通されるハンド制御系統線が、前記ガイド部材と前記第２ハンドの筐体内に形成された保持部とに保持され、前記第２ハンドの筐体内で、前記ガイド部材の回動に追従できるように弛みを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロボット。