JP5200966B2

JP5200966B2 - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP5200966B2
Application number: JP2009022966A
Authority: JP
Inventors: 昭雄仁宇
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2029-02-03
Also published as: JP2010179382A

Description

本発明は、産業用ロボットに関し、特に、産業用ロボットあるいはスカラロボットと称される産業用ロボットに関する。

一般に、この種の産業用ロボットに求められる性能としては、動作速度が速いこと、小型であること、イナーシャが小さいこと、メンテナンス性が高いことなどが挙げられる。しかし、従来の産業用ロボットは、特許文献１に開示されているように、その水平アームにモータなどのアクチュエータが搭載されているため、動作速度が遅いなどの欠点がある。そこで、動作速度の高速化等を図るために、モータなどのアクチュエータを基台側に集中して配置したものが知られている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００３−２８５２８４号公報特開２００７−４４８３９号公報特開２００３−２５２６２号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたものは、第２アームの先端部にボールねじが設けられているため、第２アームの先端部が上下に幅広な構造となってしまい、上下に幅をとる分だけロボットアームの重量が重くなってしまい、動作速度の高速化を図ることが困難であった。また、動作速度の高速化を図るために大型のモータを用いると大型化してしまうという問題もある。
一方、特許文献３に開示されたものは、特許文献２に開示されたもののように、第２アームの先端部が上下に幅広な構造となることはないが、昇降フレームの昇降カバーがボールねじを介して固定フレームの底板に支持されているため、昇降フレームのストロークを容易に変更することができないなどの問題があった。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、動作速度の高速化などを図ることのできる産業用ロボットを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明による産業用ロボットの一態様は、基台と、該基台に第１関節軸を介して回動可能に支持された第１の水平アームと、前記第１関節軸と平行な第２関節軸を介して前記第１の水平アームに回動可能に連結された第２の水平アームと、前記第２の水平アームに前記第２関節軸と平行に設けられた作業軸と、前記第１の水平アームを前記第１関節軸の軸回りに駆動する第１のアーム駆動用モータと、前記第２の水平アームを前記第２関節軸の軸回りに駆動する第２のアーム駆動用モータと、前記作業軸を軸回りに駆動する第１の作業軸駆動用モータと、前記作業軸を軸方向に駆動する第２の作業軸駆動用モータと、を備えた産業用ロボットであって、前記第１関節軸が中空のボールねじスプラインシャフトから形成され、かつ前記第１のアーム駆動用モータ及び前記第２の作業軸駆動用モータが前記基台の内部に設けられた固定ブラケットに装着されているとともに、前記第２のアーム駆動用モータ及び前記第１の作業軸駆動用モータが前記基台の内部に上下動可能に設けられた可動ブラケットに装着され、前記第２のアーム駆動用モータで発生した回転トルクを前記第２関節軸に伝えるための第１のプーリ軸と前記第１の作業軸駆動用モータで発生した回転トルクを前記作業軸に伝えるための第２のプーリ軸が前記ボールねじスプラインシャフトの内側に同軸に配置されていることを特徴とする。

このような構成によると、第１の水平アームと第２の水平アームとの連結部に第２のアーム駆動用モータを配置したり、第２の水平アームの先端側に第１の作業軸駆動用モータや第２の作業軸駆動用モータを配置したりしないで済むため、可動部の軽量化を図ることができるとともに、動作速度の高速化などを図ることができる。
また、第１のアーム駆動用モータ、第２のアーム駆動用モータ、第１の作業軸駆動用モータ及び第２の作業軸駆動用モータとして小型のモータを使用することが可能となるので、これらのモータを基台の内部に配置しても基台の大型化を抑えることができる。

また、第１関節軸を中空のボールねじスプラインシャフトから形成したことで、第２の水平アームの先端側にボールねじスプラインを配置する必要がなくなり、第２の水平アームの先端部が上下に幅広な構造となることがないので、第２の水平アームの軽量化を図ることができる。
本発明による産業用ロボットの他の態様は、前記作業軸及び前記第１のプーリ軸が中空に形成されているとともに、前記第１の水平アームの長さと前記第２の水平アームの長さが同じ長さであることを特徴とする。

このような構成によると、棒状のキャリブレーション治具を用いて作業軸の軸芯とボールねじスプラインシャフトの軸芯とを合わせることにより、第１の水平アームと第２の水平アームとのキャリブレーションを容易に行なうことができる。
また、第２関節軸と作業軸を選択的に配置することができ、これにより、第２関節軸を作業軸の外側に配置することによって構造的な所要の剛性を得ることができるので、加減速の要求されるアプリケーションにも対応できる。

本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの斜視図である。図１に示す産業用ロボットの平面図である。図１に示す産業用ロボットの側面図である。図１に示す産業用ロボットの背面図である。図２のＡ−Ａ断面を示す図である。図１に示す産業用ロボットの作用効果の一つを説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明に係る産業用ロボットについて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの斜視図、図２はその平面図、図３はその側面図、図４はその背面図である。また、図５は図２のＡ−Ａ断面を示す図であり、本発明の一実施形態に係る産業用ロボットは基台１、第１の水平アーム３、第２の水平アーム５、第１のアーム駆動用モータ８、第２のアーム駆動用モータ９、第１の作業軸駆動用モータ１０及び第２の作業軸駆動用モータ１１を備えている。
基台１は床面や天井面などの水平面に固定されるものであって、底板１ａと、この底板１ａの四隅から上方に立設された支柱１ｂ〜１ｅと、これらの支柱１ｂ〜１ｅにより底板１ａの上方に支持された天板１ｆとを有している。
第１の水平アーム３は、基台１が固定される水平面に対して垂直な第１関節軸２を介して基台１に回動可能に支持されている。また、第１の水平アーム３は第１関節軸２と平行な第２関節軸４を先端部に有している。

第２関節軸４は中空に形成されており、この第２関節軸４を介して第２の水平アーム５が第１の水平アーム３の先端部に回動可能に連結されている。
第２の水平アーム５は、第２関節軸４と平行な作業軸６を先端部に有している。この作業軸６は第２関節軸４と同様に中空に形成されており、ハンド装置等のエンドエフェクタ（図示せず）が作業軸６に装着されるようになっている。
第１のアーム駆動用モータ８は第１の水平アーム３を第１関節軸２の軸回りに駆動するものであって、基台１の支柱１ｂ，１ｃに固定された状態で底板１ａと天板１ｆとの間に設けられた固定ブラケット４１に装着されている。
第２のアーム駆動用モータ９は第２の水平アーム５を第２関節軸４の軸回りに駆動するものであって、基台１の底板１ａと固定ブラケット４１との間に上下動可能に設けられた可動ブラケット４２に装着されている。

第１の作業軸駆動用モータ１０はエンドエフェクタ７を作業軸６の軸回りに駆動するものであって、第２のアーム駆動用モータ９と同様に、可動ブラケット４２に装着されている。
第２の作業軸駆動用モータ１１はエンドエフェクタ７を作業軸６の軸方向（上下方向）に駆動するものであって、第１のアーム駆動用モータ８と同様に、固定ブラケット４１に装着されている。

第１関節軸２は、中空のボールねじスプラインシャフト１２から形成されている。このボールねじスプラインシャフト１２には、第１のアーム駆動用モータ８で発生した回転トルクがタイミングプーリ１３、タイミングベルト１４、タイミングプーリ１５，１６、タイミングベルト１７、タイミングプーリ１８及びボールねじナット１９を介して伝わるとともに、第２の作業軸駆動用モータ１１で発生した回転トルクがタイミングプーリ２０、タイミングベルト２１、タイミングプーリ２２及びスプラインナット２３を介して伝わるようになっている。

ボールねじナット１９は基台１の天板１ｆに固定されており、このボールねじナット１９を介してボールねじスプラインシャフト１２に第１のアーム駆動用モータ８で発生した回転トルクが伝わるとボールねじスプラインシャフト１２が軸回りに回転し、これにより、第１の水平アーム３が第１関節軸２を中心に旋回動作するようになっている。
スプラインナット２３は固定ブラケット４１に固定されており、このスプラインナット２３を介してボールねじスプラインシャフト１２に第２の作業軸駆動用モータ１１で発生した回転トルクが伝わるとボールねじスプラインシャフト１２が軸方向に移動し、これにより、第１の水平アーム３、第２関節軸４、第２の水平アーム５及び作業軸６が上下方向に昇降動作するようになっている。

ボールねじスプラインシャフト１２の内側には、第１のプーリ軸２７と第２のプーリ軸３４が同軸に設けられている。これらのプーリ軸２７，３４は中空に形成されており、第２のプーリ軸３４は第１のプーリ軸２７の内側に配置されている。
第１のプーリ軸２７は、その下端部と上端部にタイミングプーリ２６，２８を有している。これらのタイミングプーリ２６，２８のうち第１のプーリ軸２７の下端部に設けられたタイミングプーリ２６には、第２のアーム駆動用モータ９で発生した回転トルクがタイミングプーリ２４、タイミングベルト２５を介して伝わるようになっている。そして、タイミングプーリ２６に伝わった回転トルクは第１のプーリ軸２７、タイミングプーリ２８、タイミングベルト２９、タイミングプーリ３０を介して第２関節軸４に伝わり、これにより、第２の水平アーム５が第２関節軸４を中心に旋回動作するようになっている。

第２のプーリ軸３４は、その下端部と上端部にタイミングプーリ３３，３５を有している。これらのタイミングプーリ３３，３５のうち第２のプーリ軸３４の下端部に設けられたタイミングプーリ３３には、第１の作業軸駆動用モータ１０で発生した回転トルクがタイミングプーリ３１、タイミングベルト３２を介して伝わるようになっている。そして、タイミングプーリ３３に伝わった回転トルクは第２のプーリ軸３４、タイミングプーリ３５、タイミングベルト３６、タイミングプーリ３７、タイミングベルト３８、タイミングプーリ３９を介して作業軸６に伝わり、これにより、作業軸６が軸回りに回転するようになっている。

第２の水平アーム５の長さ（第２関節軸４の中心から作業軸６の中心までの直線距離Ｌ１）は、第１の水平アーム３の長さ（ボールねじスプラインシャフト１２の中心から第２関節軸４の中心までの直線距離Ｌ２）と同じ長さになっている。
上述した本発明の一実施形態では、次のような作用効果を得ることができる。
（１）第１のアーム駆動用モータ８、第２のアーム駆動用モータ９、第１の作業軸駆動用モータ１０及び第２の作業軸駆動用モータ１１が基台１側に配置されているため、可動部の総重量が軽量となり、第２のアーム駆動用モータ９、第１の作業軸駆動用モータ１０及び第２の作業軸駆動用モータ１１として大型のモータを用いる必要がないので、小型化を図ることができる。

（２）可動部の総重量が軽量となることによって第１の水平アーム３及び第２の水平アーム５のイナーシャが小さくなるので、動作速度の高速化を図ることができる。
（３）可動部の総重量が軽量となることによって第２のアーム駆動用モータ９、第１の作業軸駆動用モータ１０及び第２の作業軸駆動用モータ１１として小型のモータを用いることでき、これにより、基台１の小型化を図ることができる。
（４）第１のアーム駆動用モータ８、第２のアーム駆動用モータ９、第１の作業軸駆動用モータ１０及び第２の作業軸駆動用モータ１１が基台１側に配置されていることにより、第１の作業軸駆動用モータ１０や第２の作業軸駆動用モータ１１に電力を供給する電線や信号線を第２の水平アーム５の先端側まで配線する必要がなく、基台１側にまとめて配線できるので、メンテナンス性を高めることができる。

（５）第１の水平アーム３の長さと第２の水平アーム５の長さとを同じ長さとしたことで、第２関節軸４と作業軸６を選択的に配置することができ、これにより、第２関節軸４を作業軸６の外側に配置することによって構造的な所要の剛性を得ることができるので、加減速の要求されるアプリケーションにも対応できる。
（６）ボールねじスプラインシャフト１２を基台１側に配置したことで、ベルトによる動力伝達の構造が従来例に比べ単純化でき、これにより、第２の水平アーム５の先端部を軽量化することができる。
（７）ボールねじスプラインシャフト１２、第１のプーリ軸２７及び第２のプーリ軸３４の支持が一つの面で済むため、ボールねじスプラインシャフト１２のストローク変更が容易になる。

（８）第２関節軸４の中心から作業軸６の中心までの直線距離Ｌ１を第１関節軸２の中心から第２関節軸４の中心までの直線距離Ｌ２と同じ距離にしたことで、図６に示すように、棒状のキャリブレーション治具４３を用いて作業軸６の軸芯とプーリ軸３４の軸芯とを合わせることにより、第１の水平アーム３と第２の水平アーム５とのキャリブレーションを容易に行なうことができる。
（９）第２のアーム駆動用モータ９、第１の作業軸駆動用モータ１０及び第２の作業軸駆動用モータ１１に電力を供給する電線や信号線を第１の水平アーム３や第２の水平アーム５に配線する必要がないので、第１の水平アーム３及び第２の水平アーム５を３６０°の範囲で旋回させることができる。
上述した本発明の一実施形態では、第２のプーリ軸３４が中空軸から形成されたものを例示したが、第２のプーリ軸３４を中実軸から形成してもよい。

１…基台、２…第１関節軸、３…第１の水平アーム、４…第２関節軸、５…第２の水平アーム、６…作業軸、８…第１のアーム駆動用モータ、９…第２のアーム駆動用モータ、１０…第１の作業軸駆動用モータ、１１…第２の作業軸駆動用モータ、１２…ボールねじスプラインシャフト、１３…タイミングプーリ、１４…タイミングベルト、１５…タイミングプーリ、１６…タイミングプーリ、１７…タイミングベルト、１８…タイミングプーリ、１９…ボールねじナット、２０…タイミングプーリ、２１…タイミングベルト、２２…タイミングプーリ、２３…スプラインナット、２４…タイミングプーリ、２５…タイミングベルト、２６…タイミングプーリ、２７…第１のプーリ軸、２８…タイミングプーリ、２９…タイミングベルト、３０…タイミングプーリ、３１…タイミングプーリ、３２…タイミングベルト、３３…タイミングプーリ、３４…第２のプーリ軸、３５…タイミングプーリ、３６…タイミングベルト、３７…タイミングプーリ、３８…タイミングベルト、３９…プーリ、４１…固定ブラケット、４２…可動ブラケット、４３…キャリブレーション治具。

Claims

基台と、該基台に第１関節軸を介して回動可能に支持された第１の水平アームと、前記第１関節軸と平行な第２関節軸を介して前記第１の水平アームに回動可能に連結された第２の水平アームと、前記第２の水平アームに前記第２関節軸と平行に設けられた作業軸と、前記第１の水平アームを前記第１関節軸の軸回りに駆動する第１のアーム駆動用モータと、前記第２の水平アームを前記第２関節軸の軸回りに駆動する第２のアーム駆動用モータと、前記作業軸を軸回りに駆動する第１の作業軸駆動用モータと、前記作業軸を軸方向に駆動する第２の作業軸駆動用モータと、を備えた産業用ロボットであって、
前記第１関節軸が中空のボールねじスプラインシャフトから形成され、かつ前記第１のアーム駆動用モータ及び前記第２の作業軸駆動用モータが前記基台の内部に設けられた固定ブラケットに装着されているとともに、前記第２のアーム駆動用モータ及び前記第１の作業軸駆動用モータが前記基台の内部に上下動可能に設けられた可動ブラケットに装着され、前記第２のアーム駆動用モータで発生した回転トルクを前記第２関節軸に伝えるための第１のプーリ軸と前記第１の作業軸駆動用モータで発生した回転トルクを前記作業軸に伝えるための第２のプーリ軸が前記ボールねじスプラインシャフトの内側に同軸に配置されていることを特徴とする産業用ロボット。
前記作業軸及び前記第１のプーリ軸が中空に形成されているとともに、前記第１の水平アームの長さと前記第２の水平アームの長さが同じ長さであることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。