JP4959994B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、産業用スカラロボット等のロボットに関する。

ベースと、ベースに対して第１軸回りに回転可能な第１アームと、第１アームに対して第２軸回りに回転可能な第２アームと、第２アームに対して第３軸回りに回転可能かつ第３軸の軸方向に移動可能な作業軸とを備えたスカラロボットが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１の技術では、作業軸を第３軸の軸回りに駆動するモータと、作業軸を第３軸の軸方向に駆動するモータとが、第２アームのうち、第２軸に対して作業軸とは反対側の位置（第２アームの後方）に設けられている。
特開２００３−２８５２８４号公報

特許文献１の技術では、第２アームの第１アームに対する回転軸（第２軸）の後方に作業軸を駆動するためのモータを配置していることから、第２アームは第２軸よりも後方側の部分が大きく張り出した形状となる。このため、第２アームを回転させたときに、第２アーム後方の張り出し部分が周囲の機材に接触しないように、第２アーム後方の張り出し部分の可動領域を第２アーム後方に確保しなければならず、ロボットの配置領域確保に不利である。また、使用者はロボットの使用中に第２アームの後方の張り出し部分に接触しないように注意しなければならず、ロボットの使用にも不都合が生じる。

本発明の目的は、アームの後方への張り出しを縮小できるロボットを提供することにある。

本発明のロボットは、ベースと、前記ベースに対して所定軸の軸回りに回転可能なアームと、前記所定軸から離れた位置において前記アームに保持され、前記アームに対して軸方向及び軸回りに移動可能な作業軸と、を備え、前記アームは、前記作業軸を当該作業軸の軸方向へ移動させる駆動力を生じる第１モータと、前記作業軸を当該作業軸の軸回りに回転させる駆動力を生じる第２モータと、を備え、前記第１モータと前記第２モータとは、前記所定軸と前記作業軸との間において、前記所定軸から前記作業軸への方向に直交する方向に配列されている。

好適には、前記所定軸と前記作業軸は平行であり、前記第１モータ及び第２モータは、回転する出力軸を有し、当該出力軸が前記作業軸に平行になるように配置され、前記アームは、前記第１モータの回転力を前記作業軸の軸方向の力に変換して前記作業軸に伝達する第１伝達機構と、前記第２モータの回転力を前記作業軸の軸回りの力に変換して前記作業軸に伝達する第２伝達機構と、を備え、前記作業軸には、螺旋状に延びるボールネジ溝と、軸方向に延びるボールスプライン溝と、が形成され、前記第１伝達機構は、前記ボールネジ溝に嵌合し、回転により前記作業軸を当該作業軸の軸方向に駆動可能なボールネジナットと、前記第１モータの出力軸と同軸回りに回転可能な第１プーリと、前記作業軸と同軸回りに回転可能な第２プーリとに掛架され、前記第１モータの回転を前記ボールネジナットに伝達する第１ベルトと、を備え、前記第２伝達機構は、前記ボールスプライン溝に嵌合し、回転により前記作業軸を当該作業軸の軸回りに駆動可能なボールスプラインナットと、前記第２モータの出力軸と同軸回りに回転可能な第３プーリと、前記作業軸と同軸回りに回転可能な第４プーリとに掛架され、前記第２モータの回転を前記ボールスプラインナットに伝達する第２ベルトと、を備える。

好適には、前記ベースと前記アームとに接続されるケーブルを備え、前記アームは、当該アームを前記ベースに対して前記所定軸の軸回りに回転させる駆動力を生じる第３モータと、前記アームの外形を構成し、前記第１モータ、前記第２モータ及び前記第３モータを内包する筐体と、を備え、前記第３モータは、前記所定軸から前記作業軸への方向において前記第１モータ及び前記第２モータよりも前記所定軸側の位置、かつ、前記所定軸の軸方向において前記第１モータ及び前記第２モータよりも前記ベース側の位置に配置され、前記筐体は、前記所定軸から前記作業軸への方向において前記所定軸側の位置、かつ、前記所定軸の軸方向において前記ベースとは反対側の位置に凹部を有し、前記凹部は、前記所定軸の軸方向に見て、前記第１モータ及び前記第２モータと重ならず、前記第３モータと重なり、前記所定軸から前記作業軸への方向に見て、前記第３モータと重ならず、前記第１モータ及び前記第２モータの少なくとも一方と重なる大きさであり、前記ケーブルは、前記凹部から延出している。

好適には、前記アームに対する前記作業軸の軸方向への移動を規制するブレーキと、前記ベースに設けられた操作部材と、前記操作部材への操作に応じて、前記ブレーキによる規制を解除するブレーキ解除手段と、を備える。

好適には、前記第１モータはブレーキ付きモータであり、前記ブレーキは、前記第１モータのブレーキであり、当該ブレーキへ供給される電力によって生じる力により前記第１モータの回転の規制又は当該規制の解除を行い、前記ブレーキ解除手段は、前記操作部材への操作に応じて、前記ブレーキへの電力の供給を遮断又は許容する。

本発明によれば、アームの後方への張り出しを縮小できる。

図１は、本発明の実施形態に係るスカラロボット１の外観を示す斜視図である。スカラロボット１は、ベース２と、ベース２に対して第１軸Ａ１回りに回転可能に連結された第１アーム３と、第１アーム３に対して第２軸Ａ２回りに回転可能に連結された第２アーム４と、第２アーム４に対して第３軸Ａ３の軸方向に移動可能、かつ、第３軸Ａ３の軸回り（第４軸）に回転可能な作業軸５と、第２アーム４からベース２へ延びるダクト６とを備えている。作業軸５には、各種の作業を行うハンド１０１（図２に模式的に示す）を取り付け可能である。

ベース２は、ベース２の外形を構成する筐体８を備えている。筐体８は、例えば、アルミニウム等の金属により形成されている。筐体８は、例えば、筐体８の底面を構成する底面部９、筐体８の前面（紙面左側の面）及び２つの側面（紙面手前側及び奥手側の面）を構成する外周部１０、筐体８の背面（紙面右側の面）を構成する背面部１１、筐体８の上面を構成する上面部１２が組み立てられて、概ね直方体状に構成されている。

ベース２は、底面部９が床面等の据付面に載置され、底面部９に設けられた孔部９ａにボルト等が挿通されることにより、据付面に固定される。据付面は例えば水平な面である。なお、傾斜した据付面や鉛直な据付面に対して底面部９を当接させてベース２を固定させてもよい。

ベース２の外周部１０は、底面部９に載置されるとともに上面部１２を支持している。ベース２の外周部１０は、第１アーム３、第２アーム４、作業軸５等のベース２上に配置される構成要素の少なくとも一部の荷重を支持する基体として機能するとともに、ベース２内部の機器を埃等から保護する保護部材としても機能している。第１アーム３等の荷重は、例えば上面部１２を介して外周部１０に伝達され、その荷重は底面部９に伝達される。外周部１０は、第１アーム３等の自重による圧縮荷重や第１アーム３等の回転による捩りモーメントを受ける。

ベース２の背面部１１からは各種のコネクタ、継手、操作部材が露出している。コネクタは、例えば、スカラロボット１に電力を供給するケーブルやコンピュータ等の外部の機器と信号を送受信するためのケーブルが接続されるものである。継手は、例えば、スカラロボット１からエアを吸引又はスカラロボット１にエアを送出するためのチューブが接続されるものである。操作部材には、例えば、後述する３軸モータ４７のブレーキを解除するためのブレーキ解除ボタン１４が含まれる。

ベース２の上面部１２には、第１アーム３の回転を規制するストッパ１５が設けられている。ストッパ１５は、ベース２の前後方向の中央付近のやや後端寄りの位置に、左右に１つずつ設けられている。第１アーム３が所定の角度以上回転すると、ストッパ１５が第１アーム３に当接して第１アーム３の回転は規制される。第１アーム３の第１軸Ａ１回りに回転可能な範囲は、例えば、−１２０〜＋１２０度（２４０度）である。なお、ストッパ１５は、左右方向の中央に１つのみ設けるようにしてもよい。

第１アーム３は、後端部３ａがベース２に対して第１軸Ａ１回りに回転可能に連結され、前端部３ｂは第１軸Ａ１を中心として所定の回転半径で回転可能である。第１軸Ａ１は、ベース２の上面部１２や底面部９に垂直な軸であり、ベース２が水平な据付面に取り付けられた場合には鉛直な軸である。

第１アーム３は、例えばアルミニウム等の金属により形成された比較的厚い板状部材である。第１アーム３は第１軸Ａ１に直交する方向（水平方向）に延びる長尺状に形成されている。第１アーム３の平面形状は例えば長円形である。第１アーム３は、後端部３ａ側の半分程度がベース２の上面部１２に摺動可能に載置され、前端部３ｂ側の半分程度がベース２の上面部１２から外周側へ突出している。

第２アーム４は、後端部４ａが第１アーム３に対して第２軸Ａ２回りに回転可能に連結され、前端部４ｂは第２軸Ａ２を中心として所定の回転半径で回転可能である。第２軸Ａ２は、第１軸Ａ１に平行な軸であり、換言すれば、ベース２の上面部１２や底面部９に垂直な軸であり、ベース２が水平な据付面に取り付けられた場合には鉛直な軸である。なお、第２アーム４は、ベース２に対して第２軸Ａ２回りに回転可能であると捉えることもできる。

第２アーム４は、第２アーム４の外形を構成する筐体１８を備えている。筐体１８は、例えばプラスチック等の樹脂、あるいは、アルミニウム等の金属により形成されている。筐体１８は、例えば、筐体１８の底面を構成する底面部１９、筐体１８の外周面及び上面の大部分を構成するカバー２０、筐体１８の背面の一部を構成する背面部２１が組み立てられて構成されている。

筐体１８は、全体として、薄型直方体の一の隅部に凹部２５を形成した形状であり、側面視において概ねＬ字となっている。凹部２５は、筐体１８のうち、第２軸Ａ２側かつ上方側の隅部に位置し、カバー２０及び背面部２１により構成されている。凹部２５の前後方向（紙面左右方向）の大きさは、例えば第１アーム３と筐体１８との重複量（筐体１８の前後方向の長さの１／３程度）と同等であり、凹部２５の上下方向の大きさは、例えば筐体１８の高さの半分程度である。なお、筐体１８は、第２軸Ａ２に直交する方向（水平方向）に第２軸Ａ２から延びる形状と捉えることもできる。

底面部１９は、第２アーム４等の自重及び作業によって生じる荷重を支持可能な強度を有している。底面部１９は、平板状に形成されており、第１アーム３に回転可能に載置されている。底面部１９は、第１アーム３よりも長く、底面部１９の後端部４ａ側の１／３程度が第１アーム３の前端部３ｂ側の半分程度に載置され、底面部１９の前端部４ｂ側の２／３程度が第１アーム３から外周側へ突出している。なお、底面部１９は第１アーム３よりも短くてもよい。

底面部１９の底面からは、底面部１９の中央付近において、第２アーム４の回転を規制するストッパ２３（図２参照）が突出している。ストッパ２３は、例えば、金属により形成されている。第２アーム４が第１アーム３に対して所定の角度以上回転すると、ストッパ２３が第１アーム３に当接して第２アーム４の回転は規制される。第２アーム４の第２軸Ａ２回りに回転可能な範囲は、例えば、第１アーム３に対して−１４０〜＋１４０度（２８０度）である。

カバー２０は、上方側から第２アーム４の内部装置に被せることが可能に構成されている。すなわち、カバー２０は、上面及び外周面を有し、下方側（底面部１９側）に開口部２０ａが形成されている。また、カバー２０の凹部２５が形成される面には、開口部２０ａに連通するスリット２０ｂが形成されている。スリット２０ｂからは背面部２１が露出している。

背面部２１は、凹部２５の一部を形成し、後方を向く略鉛直な上部２１ａと、凹部２５の一部を形成し、上方を向く略水平な中間部２１ｂと、凹部２５の下方側に位置し、後方を向く略鉛直な下部２１ｃとを有している。各部はカバー２０のスリット２０ｂよりも幅広である。背面部２１は、下部２１ｃが底面部１９に対して固定されている。

背面部２１の上部２１ａには、ケーブル１０２（図２参照）が接続されるコネクタ（接続部）２７と、エアを吸引又は送出するためのチューブ１０３（図２参照）が接続されて連通する複数のエア継手（接続部）２８とが露出している。

ケーブル１０２は、例えば、ハンド１０１に接続され、ハンド１０１とスカラロボット１との間で電気信号を送受信するためのものである。ケーブル１０２は、例えば、第２アーム４内部の不図示のケーブル及びダクト６内部のケーブル３１（図３参照）を介してベース２内部の回路に電気的に接続される。

チューブ１０３は、例えばハンド１０１に接続され、ハンド１０１にエアを送出又はハンド１０１からエアを吸引するためのものである。チューブ１０３は、例えば、第２アーム４内部の不図示のチューブ、ダクト６内部のチューブ３２（図３参照）及びベース２内部の不図示のチューブに連通し、ひいては、ベース２の継手に接続されるスカラロボット１外部のポンプに連通される。

作業軸５は、第３軸Ａ３に沿う方向に延びる軸状の部材である。作業軸５は、第３軸の軸方向へ移動可能かつ第３軸の軸回りに回転可能に第２アーム４に保持されている。作業軸５の先端には、ハンド１０１を取り付けるための取付部５ａが設けられている。

ダクト６は、中空状であり、ケーブル３１（図３参照）やエアを吸引又は送出するためのチューブ３２（図３参照）を内包し、ケーブル３１やチューブ３２を保護するとともに集結している。ダクト６は、例えば樹脂により形成されており、可撓性を有している。

ダクト６は、第２アーム４から上方へ延びてから湾曲してベース２まで垂れている。具体的には、ダクト６の第２アーム４側の端部は、第２アーム４の中間部２１ｂに接続され、ダクト６のベース２側の端部はベース２の上面部１２の後端に接続されている。ダクト６は、第１アーム３及び第２アーム４の動作を制限しない十分な長さを有している。なお、ストッパ１５はダクト６のベース２側の接続部よりも前方側かつ側方側に配置され、第１アーム３のダクト６への接触を防止している。

ダクト６の第２アーム４側の端部は、第２アーム４の中間部２１ｂに設けられた保持部材３４により保持されている。保持部材３４は、例えば金属や樹脂により形成され、剛体である。保持部材３４は、例えば４５度に屈曲する筒状に形成されている。保持部材３４の一方の第１端部３４ａは、他方の第２端部３４ｂが鉛直方向に対して第２アーム４の後方へ所定角度（例えば４５度）で傾斜するように、ボルトなどの固定手段により中間部２１ｂに対して固定される。保持部材３４の第２端部３４ｂにはダクト６が挿通される。

従って、ダクト６のうち、第２アーム４から上方へ延びる部分は、鉛直軸に対して第２アーム４の後方へ傾斜するように、第２アームに対して固定される。ただし、ダクト６は、保持部材３４の第２端部３４ｂに対して（鉛直方向に傾斜する軸回りに）回転可能でも回転不可能でもよい。ダクト６の内部は、保持部材３４を介して第２アーム４の筐体１８内部へ連通する。

ダクト６のベース２側の端部は、保持部材３５により上面部１２に対して固定されている。保持部材３５は、例えば金属や樹脂により形成され、剛体である。保持部材３５は、例えば筒状に形成されている。保持部材３５の一端は、保持部材３５が鉛直方向に延びるように、ボルトなどの固定手段により上面部１２に対して固定され、保持部材３５の他端にはダクト６が挿通される。

従って、ダクト６のうち、ベース２から上方へ延びる部分は、鉛直方向に延びるように、ベース２に対して固定される。ただし、ダクト６は、保持部材３５に対して、換言すれば、鉛直軸回りに、回転可能でも回転不可能でもよい。ダクト６の内部は、保持部材３５を介してベース２の筐体８内部へ連通する。

第２アーム４のカバー２０のスリット２０ｂは、背面部２１の上部２１ａ及び中間部２１ｂが露出する部分は保持部材３４よりも幅広であり、背面部２１の下部２１ｃが露出する部分はダクト６よりも幅広である。従って、カバー２０は、ダクト６を保持部材３４により背面部２１に接続したままで、取り付け及び取り外しが可能である。

図２（ａ）は、カバー２０を取り外して示すスカラロボット１の上面図、図２（ｂ）は、カバー２０を取り外して示すスカラロボット１の側面図、図３は、図２（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向における断面図である。ただし、図２及び図３において、第２アーム４内部のケーブルやチューブ等の細部は省略している。

ベース２の筐体８内部には、１軸モータ４１と、１軸モータ４１の回転を減速して第１アーム３に伝達する１軸減速機４２とが設けられている。１軸モータ４１は、例えばサーボモータであり、出力軸が第１軸Ａ１と同軸状になるように筐体８に対して固定されている。１軸減速機４２は、例えば遊星減速機である。

第２アーム４の筐体１８内部には、２軸モータ４４と、２軸モータ４４の回転を減速して第１アーム３に伝達する２軸減速機４５と、３軸モータ４７と、３軸モータ４７の回転力を第３軸の軸方向の力に変換して作業軸５に伝達する３軸伝達機構４８と、４軸モータ５０と、４軸モータ５０の回転力を第３軸の軸回りの力に変換して作業軸５に伝達する４軸伝達機構５１とが設けられている。

３軸伝達機構４８は、３軸モータ４７の出力軸と一体的に回転する第１プーリ５３と、第１プーリ５３に掛架される３軸ベルト５４と、３軸ベルト５４が掛架される第２プーリ５５と、第２プーリ５５と一体的に回転するボールネジナット５６とを備えている。

４軸伝達機構５１は、４軸モータ５０の回転を減速して伝達する４軸減速機５８と、４軸減速機５８の出力軸と一体的に回転する第３プーリ５９と、第３プーリ５９に掛架される４軸ベルト６０と、４軸ベルト６０が掛架される第４プーリ６１と、第４プーリ６１と一体的に回転するボールスプラインナット６２とを備えている。

図４は、３軸伝達機構４８及び４軸伝達機構５１を説明する図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は平面図である。

作業軸５の外周面には、螺旋状に延びるボールネジ溝５ｂが形成されている。ボールネジナット５６は、作業軸５が挿通される孔部の内周面にボールネジ溝に嵌合する不図示のネジ溝を有している。従って、作業軸５の軸回りの回転が規制された状態で、３軸モータ４７の回転が第１プーリ５３、３軸ベルト５４、第２プーリ５５を介してボールネジナット５６に伝達され、ボールネジナット５６が回転すると、作業軸５は第３軸の軸方向へ移動する。

また、作業軸５の外周面には、軸方向に延びるボールスプライン溝５ｃが形成されている。ボールスプラインナット６２は、作業軸５が挿通される孔部の内周面にボールスプライン溝５ｃに嵌合する不図示の突出部を有している。従って、４軸モータ５０の回転が第３プーリ５９、４軸ベルト６０、第４プーリ６１を介してボールスプラインナット６２に伝達され、ボールスプラインナット６２が回転すると、作業軸５は第３軸の軸回りに回転する。また、４軸モータ５０の回転が停止し、ボールスプラインナット６２の回転が規制されると、作業軸５の回転も規制される。

図２（ｂ）及び図３に示す、２軸モータ４４は、例えばサーボモータであり、２軸減速機４５は、例えば波動歯車減速機である。２軸モータ４４は、出力軸が第２軸Ａ２と同軸状になるように筐体１８に対して固定されている。２軸減速機４５は、２軸モータ４４の下方に配置されており、２軸モータ４４及び２軸減速機４５は、第２軸Ａ２の軸方向に沿って配列されている。

２軸モータ４４及び２軸減速機４５は、凹部２５の下方側に配置されており、平面視において（図２（ｂ）及び図３の上方側から見て）、２軸モータ４４及び２軸減速機４５は、凹部２５が形成される領域内に概ね収まっている。換言すれば、第２軸Ａ２の軸方向に見て、２軸モータ４４及び２軸減速機４５は、凹部２５と重なり、また、第２軸Ａ２から作業軸５への方向に見て（図２（ｂ）及び図３の左右方向に見て）、２軸モータ４４及び２軸減速機４５は、凹部２５と重ならない。

３軸モータ４７は、ブレーキ付きのサーボモータである。ブレーキは、例えば無励磁作動ブレーキにより構成されている。例えば、ブレーキは、サーボモータのロータと一体的に回転するディスクと、ディスクに押し付けられるブレーキシューと、ブレーキシューをディスクに向けて付勢するコイルバネ等の付勢手段と、付勢手段の付勢方向とは反対方向への力をブレーキシューに付与することが可能な電磁石とを備えており、電磁石に電力が供給されていないときは付勢手段によりブレーキシューをディスクに押し付けてロータの回転を規制し、電磁石に電力が供給されているときには電磁石によりブレーキシューをディスクから離間させてロータの回転を許容する。

３軸モータ４７は、出力軸が第３軸Ａ３と平行に下方に延びるように配置されている。第１プーリ５３は、３軸モータ４７の出力軸回りに回転可能であり、第２プーリ５５は、第３軸Ａ３回りに回転可能である。３軸ベルト５４は、第１プーリ５３及び第２プーリ５５に掛架されることにより、３軸モータ４７側から第３軸Ａ３側へ掛架されることとなり、また、第３軸Ａ３に直交する面内で移動可能である。

３軸モータ４７は、第２アーム４の筐体１８の前後方向（図２（ｂ）及び図３の左右方向）の略中央に配置されており、凹部２５よりも第３軸Ａ３側に位置する。３軸モータ４７は、適宜な保持部材により第２アーム４の底面部１９よりも上方側へ配置されており、少なくとも一部（例えば３軸モータ４７の大部分）は、凹部２５のうち下方側の面（ダクト６が接続されている略水平な面）よりも上方側に位置している。換言すれば、第２軸Ａ２の軸方向に見て、３軸モータ４７は、凹部２５と重ならず、また、第２軸Ａ２から作業軸５への方向に見て、３軸モータ４７は、凹部２５と重なる。

４軸モータ５０は、例えばサーボモータである。４軸減速機５８は、例えば波動歯車減速機である。４軸モータ５０は、図２（ｂ）に示すように、出力軸（不図示）が第３軸Ａ３と平行に下方に延びるように配置されている。４軸減速機５８は、４軸モータ５０の下方に配置されており、４軸モータ５０及び４軸減速機５８は、第３軸Ａ３の軸方向に沿って配列されている。４軸減速機５８の出力軸（不図示）は４軸モータ５０の出力軸と略同軸であり、下方に延びている。なお、平面視において、４軸モータ５０及び４軸減速機５８は互いに同等の面積である。

第３プーリ５９は、４軸減速機５８の出力軸回りに回転可能であり、換言すれば、４軸モータ５０の出力軸と略同軸回りに回転可能であり、第４プーリ６１は、第３軸Ａ３回りに回転可能である。４軸ベルト６０は、第３プーリ５９及び第４プーリ６１に掛架されることにより、４軸モータ５０側から第３軸Ａ３側へ掛架されることとなり、また、第３軸Ａ３に直交する面内で移動可能である。

４軸モータ５０及び４軸減速機５８は、第２アーム４の筐体１８の前後方向（図２（ｂ）及び図３の左右方向）の略中央に配置されており、凹部２５よりも第３軸Ａ３側に位置する。４軸モータ５０は、適宜な保持部材により第２アーム４の底面部１９よりも上方側へ配置されており、少なくとも一部（例えば３軸モータ４７の大部分）は、凹部２５のうち下方側（ベース２側）の面（ダクト６が接続されている略水平な面）よりも上方側に位置している。換言すれば、第２軸Ａ２の軸方向に見て、４軸モータ５０は、凹部２５と重ならず、また、第２軸Ａ２から作業軸５への方向に見て、４軸モータ５０は、凹部２５と重なる。なお、４軸モータ５０の下方側領域は、４軸伝達機構５１の配置領域となっている。

図２に示すように、３軸モータ４７と４軸モータ５０とは、第２軸Ａ２と作業軸５との間において、第２軸Ａ２から作業軸５への方向（図２の左右方向）に直交する方向に配列されている。換言すれば、３軸モータ４７及び４軸モータ５０は並列に配置されている。具体的には、３軸モータ４７と４軸モータ５０とは、第２軸Ａ２から作業軸５への方向において、略同じ位置に配置され、また、第２軸Ａ２と作業軸５とを結ぶ線に対して対称の位置に配置されている。ただし、図２（ｂ）に示すように、上下方向の位置については、３軸モータ４７が４軸モータ５０よりも上方側へ位置している。

図３に示すように、ボールネジナット５６はボールスプラインナット６２よりも上方側において作業軸５に嵌合している。また、第１プーリ５３及び第２プーリ５５は、第３プーリ５９及び第４プーリ６１よりも上方側に配置されている。従って、３軸ベルト５４と４軸ベルト６０とは作業軸５の軸方向において互いに異なる位置に配置されている。そして、図４（ｂ）に示すように、平面視においては、３軸ベルト５４と４軸ベルト６０とは互いに対称に、かつ、作業軸５に向かって集結されて交差するように配置されている。

図５は、ベース２の筐体８の外周部１０を示しており、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は平面図である。

外周部１０は、平面視において略Ｕ字状に形成されている。すなわち、外周部１０は、互いに対向する２つの側面部１０ａと、側面部１０ａに直交する前面部１０ｂとを備えており、側面部１０ａと前面部１０ｂとが直交する隅部１０ｃは面取りされている。面取りされた隅部１０ｃの形状は、例えば、第１軸Ａ１を中心とする弧状である。なお、直線状に面取りが行われてもよい。隅部１０ｃは、第１アーム３の可動範囲（角度）Ａｒ１及び第２アーム４の可動範囲（角度、不図示）に位置している。

外周部１０の側面部１０ａには、他の機器や部品をベース２に取り付けるための連結部１０ｄが形成されている。連結部１０ｄは、外方へ突出し、第１軸Ａ１に平行に延びる突条に形成されている。連結部１０ｄの断面形状は、例えばＣ字状である。作業者は、例えば、Ｃ字の凹部に他の機器に取り付けられた軸状部材を挿通することにより、他の機器を連結部１０ｄに取り付けることができる。あるいは、他の機器に取り付けられた締め付け具により、連結部１０ｄの軸方向の適宜な位置において、Ｃ字の端部を挟み込んで締め付けることにより、他の機器を連結部１０ｄに取り付けることができる。

図６は、ベース２の筐体８の外周部１０の形成方法を説明する図であり、図６（ａ）は外周部１０を形成する押出し加工機５００の一部を示す断面図、図６（ｂ）は押出し加工機５００の一部を示す分解斜視図である。

外周部１０は、例えばアルミニウム等の金属を第１軸Ａ１方向に押出し加工することにより形成されている。すなわち、外周部１０の第１軸Ａ１に直交する断面の形状と同一形状の空所から成形材料を押し出して外周部１０を形成する。

例えば、押出し加工機５００は、ビレット（成形材料）５１０を収容するコンテナ５０１と、コンテナ５０１の出口側に設けられるダイス５０２と、コンテナ５０１及びダイス５０２に挿入されるマンドレル５０３と、ビレット５１０を押出す加圧板５０４とを備えており、ダイス５０２とマンドレル５０３との隙間により、外周部１０の断面形状と同一形状の空所５１１が形成される。

図７は、スカラロボット１の信号処理系の構成を示すブロック図である。

スカラロボット１は、制御部７１と、１軸モータ４１を駆動する１軸サーボアンプ７２と、２軸モータ４４を駆動する２軸サーボアンプ７３と、３軸モータ４７を駆動する３軸サーボアンプ７４と、３軸モータ４７のブレーキを駆動するブレーキ駆動部７５と、４軸モータ５０を駆動する４軸サーボアンプ７６と、ベース２のブレーキ解除ボタン１４に対する操作によりオンオフされるブレーキ解除スイッチ７７とを備えている。

制御部７１は、例えばプログラマブルコントローラー（ＰＬＣ）により構成されており、あらかじめ記憶している動作手順のプログラムに従って、１軸サーボアンプ７２、２軸サーボアンプ７３、３軸サーボアンプ７４、ブレーキ駆動部７５、４軸サーボアンプ７６、ハンド１０１に指令信号を出力する。また、制御部７１は、ブレーキ解除ボタン１４への操作に対応してブレーキ解除スイッチ７７から電気信号が出力された場合には、３軸モータ４７のブレーキ４７ｃによるロータ４７ｂの回転の規制を解除するように、ブレーキ駆動部７５へ指令信号を出力する。

１軸サーボアンプ７２、２軸サーボアンプ７３、３軸サーボアンプ７４、ブレーキ駆動部７５、４軸サーボアンプ７６は、制御部７１からの指令信号に応じた回転数となるように、各モータのロータ又はステータに適宜な量の電力を供給する。

ブレーキ駆動部７５は、制御部７１からの指令信号に基づいて、ブレーキ４７ｃに適宜な量の電力を供給する。例えば、制御部７１からブレーキ４７ｃによる回転の規制を解除するように指令信号が出力された場合には、ブレーキ４７ｃに電力を供給し、そうでない場合には、ブレーキ４７ｃに電力を供給しない。

制御部７１、１軸サーボアンプ７２、ブレーキ解除スイッチ７７は、例えば、ベース２に設けられている。２軸サーボアンプ７３、３軸サーボアンプ７４、ブレーキ駆動部７５、４軸サーボアンプ７６は、例えば、第２アーム４に設けられており、制御部７１とはケーブル３１を介して接続されている。ハンド１０１は、例えば、ケーブル３１及びケーブル１０２を介して制御部７１と接続されている。

以上の実施形態によれば、３軸モータ４７と４軸モータ５０とが、第２軸Ａ２と作業軸５との間において、第２軸Ａ２から作業軸５への方向に対して並列に配置されていることから、第２アーム４の後方への張り出し量を縮小することができる。しかも、３軸モータ４７と４軸モータ５０とが並列に配置されていることから、３軸モータ４７と４軸モータ５０とを第２軸Ａ２と作業軸５との間に第２軸Ａ２から作業軸５への方向に直列に配置した場合に比較して、第２アーム４の長さを短くすることが可能となり、設計の自由度が向上し、また、第２軸Ａ２の近くに３軸モータ４７及び４軸モータ５０を近づけて回転モーメントを小さくすることも可能となる。

従来のように、第２軸Ａ２の後方に３軸モータや４軸モータを配置した場合には、３軸モータや４軸モータから作業軸５へ掛架される３軸ベルトや４軸ベルトは、第２軸Ａ２を迂回するように掛架されなければならなかった。すなわち、３軸ベルトや４軸ベルトを屈曲させるプーリを設けなければならなかった。しかし、本実施形態では、３軸モータ４７と４軸モータ５０とが、第２軸Ａ２と作業軸５との間に並列に設けられていることから、３軸ベルトや４軸ベルトの作業軸５の軸方向の位置を互いに異ならせるだけでよく、３軸ベルトや４軸ベルトを迂回させる必要がない。従って、ベルトを屈曲させるためのプーリを削減することができ、また、ベルトの配置の単純化により設計負担を軽減できる。

凹部２５が、第２軸Ａ２の軸方向に見て、３軸モータ４７及び４軸モータ５０と重ならず、２軸モータ４４と重なり、第２軸Ａ２から作業軸５への方向に見て、２軸モータ４４と重ならず、３軸モータ４７及び４軸モータ５０の少なくとも一方と重なる大きさで形成され、ケーブル３１は、凹部２５から延出していることから、２軸モータ４４の上方側のデッドスペースが、ケーブル３１の配置位置として活用される。

ブレーキ解除ボタン１４への操作により、作業軸５の軸方向への移動の規制が解除されることから、ユーザは、作業時に生じた種々の事情に応じて手作業で作業軸５を軸方向へ移動させることができる。ブレーキ解除ボタン１４が第１アーム３や第２アーム４等に設けられている場合には、アームが動作することにより、ブレーキ解除ボタンが周辺の作業者や機器に当接して押されてしまう可能性があるが、本実施形態では、ブレーキ解除ボタン１４はベース２に設けられていることから、そのようなおそれがない。さらに、３軸モータ４７と４軸モータ５０とを並列に配置して第２アーム４の長さを短くすることができるから、一人の作業者が、一方の手で作業軸５を保持し、他方の手でブレーキ解除ボタン１４を操作できるように設計することも容易である。

ベース２の筐体８のうち外周部１０は、第１軸Ａ１の軸方向への押出し加工により形成されていることから、回転動作に適した形状の筐体を実現可能である。

例えば、第１軸Ａ１の軸方向に見て、第１アーム３の可動範囲に位置する隅部１０ｃを面取りし、第１アーム３や第２アーム４の懐を広くすることができる。

また、第１軸Ａ１の軸方向に延びる連結部１０ｄを形成することも可能となる。連結部１０ｄは第１軸Ａ１の軸方向に延びていることから、例えば、第１軸Ａ１方向に部材を挿通するような取り付け態様が可能となり、また、作業者が部材の取り付け位置を第１軸Ａ１方向において選択することも可能となる。さらに、連結部１０ｄは、外周部１０の強度を補強しており、第１アーム３や第２アーム４の回転による捩り変形の防止にも寄与している。

ダクト６のうち第２アーム４から上方へ延びる部分を、第２軸Ａ２に対して第２アーム４の延びる方向とは反対側へ傾斜するように第２アーム４に対して固定する保持部材３４を設けたことから、第２アーム４が回転したときには、ダクト６は、第２アーム４の延びる方向とは反対側へ位置するように、第２アーム４の回転に伴って移動及び変形する。従って、ダクト６と第２アーム４とが接触することがない。

第２アーム４の筐体１８に凹部２５を設け、ダクト６は凹部２５からベース２まで延びていることから、ダクト６を筐体１８の上面からベース２まで延ばした場合に比較して、ダクト６の長さを短くすることができ、ひいては、スカラロボット１全体の小型化も図られる。凹部２５からダクト６を延出させていることから、ダクト６の上方へ延びる部分が筐体１８の後端（背面部２１の上部２１ａ）に近づくが、上述のように保持部材３４によりダクト６を後方へ傾斜させていることから、ダクト６が筐体１８に接触するおそれはない。

ダクト６は後方へ傾斜しているから、凹部２５には、上方側ほど広いスペースが確保される。そこで、凹部２５のうち後方を向く面（背面部２１の上部２１ａ）にコネクタ２７やエア継手２８を露出させ、ケーブルやチューブの配置領域とすることにより、凹部２５の有効利用が図られ、スカラロボット１全体の小型化が図られる。

カバー２０は、凹部２５が形成される面に、開口部２０ａに連通するとともに、ダクト６が挿通されるスリット２０ｂが形成されていることから、ダクト６を背面部２１に取り付けたまま、カバー２０を取り外し可能である。なお、コネクタ２７やエア継手２８にケーブルやチューブを取り付けたままで取り外すことも可能である。従って、スカラロボット１のメンテナンスが容易になる。

図８は、ベース２の外周部の変形例を示している。外周部１０′では、隅部１０ｃ′の面取りは、側面部１０ａ′から前面部１０ｂ′までの形状が、第１軸Ａ１回りの半円状になるように行われている。この場合、より効果的に第１アーム３や第２アーム４の懐を広くすることができる。なお、外周部全体を円形にしてもよい。

また、第１軸Ａ１寄りの位置に、当該位置よりも第１軸Ａ１から離れた位置に比較して板厚が厚くなる板厚部１０ｆ′が設けられており、第１軸Ａ１回りのアームの回転による捩り変形が防止されている。なお、連結部１０ｄも板厚部として機能している。ただし、板厚部は、側面部１０ａ′のうち第１軸Ａ１側方の部分や前面部１０ｂ′など、より第１軸Ａ１寄りに設けられていることが好ましい。

なお、以上の実施形態において、第２軸Ａ２は、本発明の所定軸の一例であり、第２アーム４は、本発明の所定軸の軸回りに回転可能なアームの一例であり、３軸モータ４７は、本発明の第１モータの一例であり、４軸モータ５０は、本発明の第２モータの一例であり、３軸伝達機構４８は、本発明の第１伝達機構の一例であり、４軸伝達機構５１は、本発明の第２伝達機構の一例であり、３軸ベルト５４は、本発明の第１ベルトの一例であり、４軸ベルト６０は、本発明の第２ベルトの一例であり、１軸モータ４１は、本発明の第３モータの一例であり、ブレーキ解除スイッチ７７、制御部７１及びブレーキ駆動部７５は、本発明のブレーキ解除手段の一例である。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。

ロボットは、ベース、アーム、作業軸を備えていればよく、ベース、第１アーム、第２アーム、作業軸を備えるものに限定されない。例えば、ベースに一のアームが回転可能に連結され、当該一のアームに作業軸が保持されているロボットでもよい。逆に、アームが３以上連結されているロボットでもよい。

ベースは、当該ベースに対してアームが回転可能なものであればよく、据付面に取り付けられるものに限定されない。例えば、据付面に対して回転可能な第１アームと、当該第１アームに対して回転可能な第２アームとがある場合に、第１アームを第２アームにとってのベースとして捉えることもできる。

ベースの基体は、筐体を兼ねるものに限定されず、例えばフレーム状のものであってもよい。ベースの外周部を形成する際の押出し方法は、前方押出しに限定されず、例えば、後方押出し、前後方組合せ押出しでもよい。また、マンドレルを用いなくともよく、例えば、ダイスのみでビレットが押出される空所を形成してもよい。

ベースの外周部に形成される連結部は、ベースに他の機器や部品を取り付けるための部材が連結されるものに限定されない。例えば、ベースを建築物に対して固定するための部材が連結されてもよい。連結部は、用途に応じて適宜な断面形状にしてよく、Ｃ字以外に、例えば、Ｔ字、Ｌ字にしてよい。連結部は、ベースの内側へ突出し、ベース内部の機器を取り付けるためのものであってもよい。

アームの回転軸や作業軸は、鉛直方向に延びるものに限定されない。例えば水平方向であってもよい。また、アームの回転軸と作業軸とが平行でなくてもよい。

アームや作業軸を駆動するモータは、出力軸を回転させるものに限定されず、例えばリニアモータであってもよい。また、モータの出力軸はアームの回転軸や作業軸と平行でなくてもよい。モータの出力をアームや作業軸に伝達する伝達機構も適宜に構成してよく、例えば歯車列のみで伝達機構を構成してベルトを排除してもよい。

作業軸の軸方向への移動を規制するブレーキは、ブレーキ付きモータのブレーキに限定されず、例えば、作業軸に直接当接するブレーキシューを備えるものであってもよい。また、ブレーキは、電力が供給されていないときにモータの回転（軸方向への移動）を規制し、電力が供給されているときにモータの回転を許容するものに限定されず、例えば、操作部材へ加えられる力を利用して機械的にブレーキシューを作業軸から離間させるようなものでもよいし、電力が供給されたときにモータの回転を規制するものであってもよい。

アームの凹部から延出するダクト（中空部材）は、凹部の回転軸に直交する面（中間部２１ｂ）から延出するものに限定されず、例えば、凹部の回転軸に沿う面（上部２１ａ）から延出してもよい。

凹部から露出するコネクタや継手（接続部）は、作業軸に取り付けられるハンドに接続されるケーブルやチューブを接続するためのものに限定されない。例えば、他のスカラロボットに接続されるケーブルやチューブが凹部のコネクタや継手に接続されてもよい。

継手は、エアが通過する管体を接続するものに限定されない。窒素等のエア以外の気体であってもよいし、水等の流体であってもよい。

なお、本願の記載からは、第１モータ及び第２モータが並列に配置されることを前提としないロボットであって、ベースと、前記ベースに対して所定軸の軸回りに回転可能なアームと、前記所定軸から離れた位置において前記アームに保持される作業軸であって、前記アームに対して当該作業軸の軸方向に移動可能な作業軸と、を備え、前記アームに対する前記作業軸の軸方向への移動を規制するブレーキと、前記ベースに設けられた操作部材と、前記操作部材への操作に応じて、前記ブレーキによる規制を解除するブレーキ解除手段とを備えたロボットの発明を抽出可能である。

本発明の一実施形態に係るスカラロボットの外観斜視図。 図１のスカラロボットの一部を取り外して示す図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向の断面図。 図１のスカラロボットの伝達機構を説明する図。 図１のスカラロボットのベースの筐体の外周部を示す図。 図５の外周部の形成方法を説明する図。 図１のスカラロボットの信号処理系の構成を示すブロック図。 図５の外周部の変形例を示す図。

符号の説明

１…スカラロボット、２…ベース、４…第２アーム、Ａ２…第２軸（所定軸）、５…作業軸、４７…３軸モータ（第１モータ）、５０…４軸モータ（第２モータ）。

Claims (5)

1. ベースと、
   前記ベースに対して所定軸の軸方向一方側に位置し、前記ベースに対して前記所定軸の軸回りに回転可能なアームと、
   前記所定軸から離れた位置において前記アームに保持され、前記アームに対して軸方向及び軸回りに移動可能な作業軸と、
   前記ベースと前記アームとに接続されるケーブルと、
   を備え、
   前記アームは、
   前記作業軸を当該作業軸の軸方向へ移動させる駆動力を生じる第１モータと、
   前記作業軸を当該作業軸の軸回りに回転させる駆動力を生じる第２モータと、
   前記アームを前記ベースに対して前記所定軸の軸回りに回転させる駆動力を生じる第３モータと、
   前記アームの外形を構成し、前記第１モータ、前記第２モータ及び前記第３モータを内包する筐体と、を備え、
   前記第１モータと前記第２モータとは、前記所定軸と前記作業軸との間において、前記所定軸から前記作業軸への方向に直交する方向に配列され、
   前記第３モータは、前記所定軸から前記作業軸への方向において前記第１モータ及び前記第２モータよりも前記所定軸側、かつ、前記所定軸の軸方向において前記第１モータ及び前記第２モータよりも前記ベース側に位置し、
   前記筐体は、前記所定軸から前記作業軸への方向において前記所定軸側の位置、かつ、前記所定軸の軸方向において前記ベースとは反対側の位置に凹部を有し、
   前記凹部は、前記所定軸の軸方向に見て、前記第１モータ及び前記第２モータと重ならず、前記第３モータと重なり、前記所定軸から前記作業軸への方向に見て、前記第３モータと重ならず、前記第１モータ及び前記第２モータの少なくとも一方と重なる大きさであり、
   前記ケーブルは、前記凹部から延出している
   ロボット。
2. 前記凹部から前記所定軸の軸方向において前記ベースとは反対側へ延びてから引き返して前記ベースまで延び、前記ケーブルを内包するダクトと、
   前記ダクトのうち前記凹部から前記所定軸の軸方向において前記ベースとは反対側へ延びる部分を、前記所定軸に対して前記作業軸側とは反対側に傾斜するように前記アームに固定する保持部材と、
   を更に有する請求項１に記載のロボット。
3. 前記所定軸と前記作業軸は平行であり、
   前記第１モータ及び第２モータは、回転する出力軸を有し、当該出力軸が前記作業軸に平行になるように配置され、
   前記アームは、
   前記第１モータの回転力を前記作業軸の軸方向の力に変換して前記作業軸に伝達する第１伝達機構と、
   前記第２モータの回転力を前記作業軸の軸回りの力に変換して前記作業軸に伝達する第２伝達機構と、を備え、
   前記作業軸には、
   螺旋状に延びるボールネジ溝と、
   軸方向に延びるボールスプライン溝と、が形成され、
   前記第１伝達機構は、
   前記ボールネジ溝に嵌合し、回転により前記作業軸を当該作業軸の軸方向に駆動可能なボールネジナットと、
   前記第１モータの出力軸と同軸回りに回転可能な第１プーリと、前記作業軸と同軸回りに回転可能な第２プーリとに掛架され、前記第１モータの回転を前記ボールネジナットに伝達する第１ベルトと、を備え、
   前記第２伝達機構は、
   前記ボールスプライン溝に嵌合し、回転により前記作業軸を当該作業軸の軸回りに駆動可能なボールスプラインナットと、
   前記第２モータの出力軸と同軸回りに回転可能な第３プーリと、前記作業軸と同軸回りに回転可能な第４プーリとに掛架され、前記第２モータの回転を前記ボールスプラインナットに伝達する第２ベルトと、を備えた
   請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記アームに対する前記作業軸の軸方向への移動を規制するブレーキと、
   前記ベースに設けられた操作部材と、
   前記操作部材への操作に応じて、前記ブレーキによる規制を解除するブレーキ解除手段と、
   を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記第１モータはブレーキ付きモータであり、
   前記ブレーキは、前記第１モータのブレーキであり、当該ブレーキへ供給される電力によって生じる力により前記第１モータの回転の規制又は当該規制の解除を行い、
   前記ブレーキ解除手段は、前記操作部材への操作に応じて、前記ブレーキへの電力の供給を遮断又は許容する
   請求項４に記載のロボット。

Images