JP5200967B2

JP5200967B2 - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP5200967B2
Application number: JP2009022967A
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: JP2010179383A

Description

本発明は、産業用ロボットに関し、特に、水平多関節型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、アームの回動範囲が広いこと、メンテナンス性が良好であることなどが挙げられる。しかし、特許文献１に開示された産業用ロボットは、基台から上方に引き出されたワイヤハーネスが第１アームの上方域を通り、第２アームの先端側に結線されているため、第１アームや第２アームの回動範囲がワイヤハーネスによって制限されるという問題がある。また、ワイヤハーネスがアームの外部に露出しているため、腐食性の強い環境下で使用した場合にワイヤハーネスが腐食しやすいなどの問題もある。そこで、ワイヤハーネスやエアチューブなどをアームの内部に収容したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−００７８９号公報特開２００６−１６７８６４号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたもののように、ワイヤハーネスやエアチューブなどをアームの内部に収容すると、第１アームや第２アームを回動させたときにワイヤハーネスやエアチューブに捩れが生じ、ワイヤハーネスやエアチューブに生じた捩れによってアームの回動範囲が制限されるという問題がある。
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、第１のアームや第２のアームの回動範囲を３６０°の範囲とす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、本発明の一態様による産業用ロボットは、水平面上に固定される基台と、該基台から上方に突出する第１の関節軸と、該第１の関節軸により水平に支持された第１のアームと、前記第１の関節軸と平行な第２の関節軸を介して前記第１のアームに連結された第２のアームと、前記第２の関節軸と平行な作業軸を介して前記第２のアームに支持されたエンドエフェクタと、該エンドエフェクタに接続されたワイヤハーネスと、前記第１のアームを前記第１の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のアームを前記第２の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、前記エンドエフェクタを前記作業軸の軸回りに駆動する第１のエンドエフェクタ駆動用モータと、前記エンドエフェクタを前記作業軸の軸方向に駆動する第２のエンドエフェクタ駆動用モータと、を備えた産業用ロボットであって、前記第１の関節軸が中空に形成されているとともに、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の関節軸に伝える第１の中空プーリ軸と前記第１のエンドエフェクタ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第２の中空プーリ軸が前記第１の関節軸の内側に同軸に配置され、かつ前記エンドエフェクタに空気を供給するための給気用環状空間と前記エンドエフェクタから空気を排気するための排気用環状空間が前記第１の関節軸と前記第２の中空プーリ軸との間に同心円状に形成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のアームの回動範囲を制限する捩れが給気用エアチューブや排気用エアチューブに生じることがないので、第１のアームの回動範囲を３６０°の範囲とすることができる。
本発明の他の一態様による産業用ロボットは、前記第２の関節軸及び前記作業軸が中空に形成され、かつ前記給気用環状空間に連通する給気用エアチューブが前記第２の関節軸及び前記作業軸の内部を挿通して前記エンドエフェクタに接続されているとともに、前記排気用環状空間に連通する排気用エアチューブが前記第２の関節軸及び前記作業軸の内部を挿通して前記エンドエフェクタに接続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２のアームの回動範囲を制限する捩れが給気用エアチューブや排気用エアチューブに生じることがないので、第２のアームの回動範囲を３６０°の範囲とすることができる。
本発明の他の一態様による産業用ロボットは、前記エンドエフェクタと電気的に接続されるワイヤハーネスが前記第２の中空プーリ軸、前記第２の関節軸及び前記作業軸の内部を挿通して前記エンドエフェクタに接続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のアームや第２のアームの回動範囲を制限する捩れがワイヤハーネスに生じることを防止することができる。

本発明の第１の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５のＢ部を拡大して示す図である。図５のＣ部を拡大して示す図である。図６のＤ−Ｄ断面を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る産業用ロボットの一部を示す断面図である。

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は本発明の第１の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、図６は図５のＢ部を拡大して示す図、図７は図５のＣ部を拡大して示す図、図８は図６のＤ−Ｄ断面を示す図、図９は本発明の第１の実施形態に係る産業用ロボットの一部を示す断面図であり、本発明の第１の実施形態に係る産業用ロボットは基台１、第１の関節軸２、第１のアーム３、第２の関節軸４、第２のアーム５、作業軸６、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のエンドエフェクタ駆動用モータ１０、第２のエンドエフェクタ駆動用モータ１１、第１の中空プーリ軸２５、第２の中空プーリ軸３７、ワイヤハーネス４９、給気用エアチューブ５０，５９及び排気用エアチューブ６０，６７を備えている。

基台１は床面や天井面などの水平面上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の関節軸２は基台１から上方に突出しており、この第１の関節軸２の上端部に第１のアーム３が水平に支持されている。
第２の関節軸４は第１の関節軸２と平行に配置されており、この第２の関節軸４を介して第２のアーム５が第１のアーム３に連結されている。
第２のアーム５は第２の関節軸４と平行な作業軸６を先端部に有し、この作業軸６の先端部にハンド装置等のエンドエフェクタ（図示せず）が装着されている。

第１のアーム駆動用モータ８は第１のアーム３を第１の関節軸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１２に装着されている。
第２のアーム駆動用モータ９は第２のアーム５を第２の関節軸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１２との間に上下動可能に設けられた可動ブラケット１３に装着されている。
第１のエンドエフェクタ駆動用モータ１０はエンドエフェクタを作業軸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１３に装着されている。

第２のエンドエフェクタ駆動用モータ１１はエンドエフェクタを作業軸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１２に装着されている。
第１の関節軸２、第２の関節軸４及び作業軸６は中空に形成されている。また、第１の関節軸２はボールねじスプラインシャフトから形成され、この第１の関節軸２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１４、タイミングベルト１５、タイミングプーリ１６、タイミングベルト１７、タイミングプーリ１８を介して伝わるとともに、第２のエンドエフェクタ駆動用モータ１１で発生した回転トルクがタイミングプーリ１９、タイミングベルト２０、タイミングプーリ２１を介して伝わるようになっている。

タイミングプーリ１８は基台１の天板１ｆに固定されたボールねじナット２２に装着されており、このタイミングプーリ１８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第１の関節軸２が軸回りに回転するようになっている。
タイミングプーリ２１は固定ブラケット１２に固定されたボールスプラインナット２３に装着されており、このタイミングプーリ２１に第２のエンドエフェクタ駆動用モータ１１で発生した回転トルクが伝わると第１の関節軸２が上下方向に移動するようになっている。

第１の中空プーリ軸２５は第２のアーム駆動用モータ９で発生した回転トルクを例えばタイミングプーリ２６、タイミングベルト２７、タイミングプーリ２８を介して第２の関節軸４に伝えるものであって、この第１の中空プーリ軸２５は第１の関節軸２の内側に配置されている。また、第１の中空プーリ軸２５はタイミングプーリ２９との間にタイミングベルト３０が掛け渡されたタイミングプーリ３１を図中下端部に有していると共に、Ｏリング等のシールリングを保持するシールリング保持溝３２，３３，３４，３５（図６及び図８参照）を第１の関節軸２の内周面と対向する外周面の所定位置に有している。
タイミングプーリ２９は第２のアーム駆動用モータ９の回転子軸に装着されており、従って、第２のアーム駆動用モータ９で発生した回転トルクはタイミングプーリ２９、タイミングベルト３０、タイミングプーリ３１を介して第１の中空プーリ軸２５に伝わるようになっている。

第２の中空プーリ軸３７は第１のエンドエフェクタ駆動用モータ１０で発生した回転トルクを例えばタイミングプーリ３８、タイミングベルト３９、タイミングプーリ４０、タイミングベルト４１、タイミングプーリ４２を介して作業軸６に伝えるものであって、この第２の中空プーリ軸３７は第１の中空プーリ軸２５の内側に配置されている。また、第２の中空プーリ軸３７はタイミングプーリ４３との間にタイミングベルト４４が掛け渡されたタイミングプーリ４５を図中下端部に有していると共に、Ｏリング等のシールリングを保持するシールリング保持溝４６，４７（図６及び図８参照）を第１の中空プーリ軸２５の内周面と対向する外周面の所定位置に有している。

タイミングプーリ４３は第１のエンドエフェクタ駆動用モータ１０の回転子軸に装着されており、従って、第１のエンドエフェクタ駆動用モータ１０で発生した回転トルクはタイミングプーリ４３、タイミングベルト４４、タイミングプーリ４５を介して第２の中空プーリ軸３７に伝わるようになっている。
ワイヤハーネス４９は作業軸６の先端に装着されたエンドエフェクタに電力や信号を伝送するためのものであって、第２の中空プーリ軸３７、第２の関節軸４及び作業軸６の内部を挿通してエンドエフェクタに接続されている。

給気用エアチューブ５０はエア供給源（図示せず）から供給された空気をエンドエファクタに供給するものであって、この給気用エアチューブ５０の一端部は可動ブラケット１３に装着された環状部材５１に接続されている。
環状部材５１は第１の関節軸２の外周面と間隙を介して対向する内周面５１ａ（図６参照）を有しており、この内周面５１ａと対向する第１の関節軸２の外周面には、Ｏリング等のシールリングを保持するシールリング保持溝５２，５３，５４が形成されている。
また、環状部材５１は給気用エアチューブ５０の一端部が接続されるエアチューブ接続孔５５（図６参照）を有している。このエアチューブ接続孔５５はシールリング保持溝５３とシールリング保持溝５４との間の第１の関節軸２に形成されたエア供給孔５６に連通しており、第１の関節軸２と第１の中空プーリ軸２５との間には、エア供給孔５６と連通する給気用環状空間５７（図７参照）が形成されている。

給気用環状空間５７はシールリング保持溝３３とシールリング保持溝３４との間の第１の関節軸２に形成されたエアチューブ接続孔５８（図８参照）と連通しており、このエアチューブ接続孔５８には、第２の関節軸４及び作業軸６の内部を挿通してエンドエフェクタに接続された給気用エアチューブ５９の一端部が接続されている。
排気用エアチューブ６０は作業軸６の先端に装着されたエンドエフェクタの内部から空気を排気するものであって、この排気用エアチューブ６０の一端部はシールリング保持溝３４とシールリング保持溝３５との間の第１の関節軸２に形成されたエアチューブ接続孔６１（図８参照）に作業軸６及び第２の関節軸４の内部を挿通して接続されている。

第１の関節軸２に形成されたエアチューブ接続孔６１はシールリング保持溝３４とシールリング保持溝３５との間の第１の中空プーリ軸２５に形成されたエア排出孔６２に連通しており、第１の中空プーリ軸２５と第２の中空プーリ軸３７との間には、エア排出孔６２と連通する排気用環状空間６３（図７参照）が形成されている。
排気用環状空間６３はシールリング保持溝３２とシールリング保持溝３３との間の第１の中空プーリ軸２５に形成されたエア排出孔６４を介してエア流通孔６５に連通しており、このエア流通孔６５はシールリング保持溝３２とシールリング保持溝３３との間の第１の関節軸２に形成されている。

第１の関節軸２に形成されたエア流通孔６５はシールリング保持溝５２とシールリング保持溝５３との間の環状部材５１に形成されたエアチューブ接続孔６６に連通しており、このエアチューブ接続孔６６には、真空ポンプ等の真空排気装置（図示せず）に接続された排気用エアチューブ６７が接続されている。
このような構成によると、エア供給源から給気用エアチューブ５０に供給された空気は給気用環状空間５７、給気用エアチューブ５９を流通してエンドエフェクタに供給され、排気用エアチューブ６０によりエンドエフェクタ内から排気された空気は排気用環状空間６３、排気用エアチューブ６７を流通して真空排気装置に吸引される。したがって、第１の関節軸２を中心に第１のアーム３を回動させても第１のアーム３の回動範囲を制限する捩れが給気用エアチューブ５０や排気用エアチューブ６０に生じることがないので、第１のアーム３の回動範囲を３６０°の範囲とすることができる。

また、給気用エアチューブ５９及び排気用エアチューブ６７が第２の関節軸４及び作業軸６の内部を挿通してエンドエフェクタに接続されているため、第２の関節軸４を中心に第２のアーム５を回動させても第２のアーム５の回動範囲を制限する捩れが給気用エアチューブ５９や排気用エアチューブ６７に生じることがないので、第２のアーム５の回動範囲を３６０°の範囲とすることができる。
さらに、ワイヤハーネス４９が第２の中空プーリ軸３７、第２の関節軸４及び作業軸６の内部を挿通してエンドエフェクタに接続されているため、第１のアーム３や第２のアーム５の回動範囲を制限する捩れがワイヤハーネス４９に生じることを防止することができる。

上述した本発明の第１の実施形態では、第１の関節軸２と第１の中空プーリ軸２５との間に給気用環状空間５７が形成され、第１の中空プーリ軸２５と第２の中空プーリ軸３７との間に排気用環状空間６３が形成されたものを例示したが、これに限られるものではなく、第１の関節軸２と第１の中空プーリ軸２５との間に排気用環状空間６３が形成され、第１の中空プーリ軸２５と第２の中空プーリ軸３７との間に給気用環状空間５７が形成されてもよい。

１…基台、２…第１の関節軸、３…第１のアーム、４…第２の関節軸、５…第２のアーム、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のエンドエフェクタ駆動用モータ、１１…第２のエンドエフェクタ駆動用モータ、１２…固定ブラケット、１３…可動ブラケット、２２…ボールねじナット、２３…ボールスプラインナット、２５…第１の中空プーリ軸、３７…第２の中空プーリ軸、４９…ワイヤハーネス、５０，５９…給気用エアチューブ、５７…給気用環状空間、６３…排気用環状空間、６０，６７…排気用エアチューブ。

Claims

水平面上に固定される基台と、該基台から上方に突出する第１の関節軸と、該第１の関節軸により水平に支持された第１のアームと、前記第１の関節軸と平行な第２の関節軸を介して前記第１のアームに連結された第２のアームと、前記第２の関節軸と平行な作業軸を介して前記第２のアームに支持されたエンドエフェクタと、該エンドエフェクタに接続されたワイヤハーネスと、前記第１のアームを前記第１の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のアームを前記第２の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、前記エンドエフェクタを前記作業軸の軸回りに駆動する第１のエンドエフェクタ駆動用モータと、前記エンドエフェクタを前記作業軸の軸方向に駆動する第２のエンドエフェクタ駆動用モータと、を備えた産業用ロボットであって、
前記第１の関節軸が中空に形成されているとともに、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の関節軸に伝える第１の中空プーリ軸と前記第１のエンドエフェクタ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第２の中空プーリ軸が前記第１の関節軸の内側に同軸に配置され、かつ前記エンドエフェクタに空気を供給するための給気用環状空間と前記エンドエフェクタから空気を排気するための排気用環状空間が前記第１の関節軸と前記第２の中空プーリ軸との間に同心円状に形成されていることを特徴とする産業用ロボット。
前記第２の関節軸及び前記作業軸が中空に形成され、かつ前記給気用環状空間に連通する給気用エアチューブが前記第２の関節軸及び前記作業軸の内部を挿通して前記エンドエフェクタに接続されているとともに、前記排気用環状空間に連通する排気用エアチューブが前記第２の関節軸及び前記作業軸の内部を挿通して前記エンドエフェクタに接続されていることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
前記エンドエフェクタと電気的に接続されるワイヤハーネスが前記第２の中空プーリ軸、前記第２の関節軸及び前記作業軸の内部を挿通して前記エンドエフェクタに接続されていることを特徴とする請求項２記載の産業用ロボット。