JP7069757B2

JP7069757B2 - 水平多関節ロボット

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Publication number: JP7069757B2
Application number: JP2018014567A
Authority: JP
Inventors: 僚祐寺中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: JP2019130609A

Description

本発明は、水平多関節ロボットに関するものである。

基台と、複数のアーム（リンク）とを有するロボットアームと、ロボットアーム内に設けられ、ロボットアームを駆動するモーターと、を備えるロボットが知られている。係るロボットには、一般的に、ロボットと別体で設けられたコントローラーが接続されている。また、一般的に、当該アームの先には、作業対象物に対して作業を行うエンドエフェクターが取り付けられており、当該エンドエフェクターに動力や信号を送る機器やケーブル等が当該アームに設けられている。これらの機器がアームに設けられているため、ロボットのアームが駆動される時に、これらの機器がアームや他の周辺機器と接触して破損してしまう恐れがあった。

この課題を解決するために、例えば、特許文献１には、エンドエフェクターに接続される可撓性の線条体（ケーブル）をアームに支持する支持部材が備えられているロボットが開示されている。

特開２００６－１５０４９６号公報

しかし、係る従来のロボットでは、エンドエフェクターに接続されるケーブルにおいては、他の周辺機器との干渉について考慮されているが、エンドエフェクターに動力や信号を送る機器については、考慮がなされていなかった。そのため、従来のロボットに機器が取り付けられた場合、他の周辺機器との干渉を低減するためには、機器の分、より広い設置スペースが必要であった。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、以下により、実現することが可能である。

本適用例の水平多関節ロボットは、基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アームと、前記第１アームに接続され、第２回動軸周りに回動する第２アームと、前記第２アームに接続され、第３回動軸周りに回動し、前記第３回動軸の軸方向に移動する第３アームと、前記第３アームに接続されるエンドエフェクターと、を備え、前記第２アームには、第１カバーが設けられ、前記第１カバーには、凹部が形成され、前記エンドエフェクターに接続される機器が前記凹部に設けられていることを特徴とする。

このような水平多関節ロボットによれば、前記エンドエフェクターに接続される機器は、第１カバーに設けられた凹部に取り付けることができるため、前記エンドエフェクターに接続される機器が第１カバーの外形から突出するように配置されることがなく、水平多関節ロボットの設置スペースを大きくせずに他の周辺機器との干渉を低減することができる。また、第１カバーに設けられた凹部に機器を取り付けすることができるため、水平多関節ロボットに機器を取り付ける際に必要であった、前記エンドエフェクターに接続される機器に関する配置設計をなくすことができる。

本適用例の水平多関節ロボットでは、前記第２アームの一端には、前記第２回動軸が位置しており、前記第２アームの他端には、前記第３回動軸が位置しており、前記凹部は、前記第２回動軸と前記第３回動軸との間に設けられていることが好ましい。

このような水平多関節ロボットによれば、第２回動軸に配置される第２モーターと第２減速機、及び第３回動軸に配置される第３アームの設けられていない領域に凹部を形成することができるため、第１カバーの外形を大きくすることなく、第２モーターと第２減速機、第３アーム、及び凹部を互いに干渉することなく配置するスペースを確保することができる。

本適用例の水平多関節ロボットでは、前記凹部は、底面を有し、前記底面には、前記機器を固定する固定部材が設けられていることが好ましい。

このような水平多関節ロボットによれば、固定部材をアタッチメントとして、エンドエフェクターに接続される機器を凹部に取り付けることができるため、機器の種類に合わせた雌ネジを用意する必要をなくすことができる。

本適用例の水平多関節ロボットでは、前記基台と前記第１カバーとを接続している導管を備え、前記第２回動軸の軸方向において、前記第１カバーの前記導管が接続されている部分と、前記機器が設けられている部分と、の間には、Ｉ／Ｏコネクターが設けられていることが好ましい。

このような水平多関節ロボットによれば、Ｉ／Ｏコネクターに接続される、導管内で引き回された配線の配置が容易になり、配線に係るストレスを低減することができる。

本適用例の水平多関節ロボットでは、前記第１カバーは、前記機器及び前記凹部の少なくとも一部を覆う第２カバーを備えることが好ましい。

このような水平多関節ロボットによれば、エンドエフェクターに接続される機器を第２カバーで覆うことができるため、第２アームが駆動される時に、エンドエフェクターに接続される機器が他のアームや他の周辺機器と接触して破損してしまう恐れを低減することができる。

本発明の実施形態に係るロボットを示す側面模式図。図１に示すロボットの平面図。図１に示す固定部材の平面図。変形例のロボットを示す側面模式図。

以下、本発明の水平多関節ロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。

（ロボット）
図１は、本発明の本実施形態に係るロボットを示す側面模式図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端」、その反対側（ハンド側）を「先端」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。図２は、図１に示すロボットを上から見た平面図である。

また、本明細書において、「水平」とは、水平に対して±５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。同様に、「鉛直」とは、鉛直に対して±５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。また、「平行」とは、２つの線（軸を含む）又は面が、互いに完全な平行である場合のみならず、±５°以内で傾斜している場合も含む。

図１に示すロボット１００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。

図１に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、第３アーム１４０と、エンドエフェクター１５０と、導管（ダクト）１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、外形が直方体状をなしており、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。また、基台１１０の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、作業台、移動可能な台車等であってもよい。基台１１０の上端部には、第１アーム１２０が接続されている。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１回動軸Ｊ１周りに回動可能となっている。

基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させる第１モーター１１１と、第１モーター１１１の駆動力を減速する第１減速機１１２とが設置されている。第１減速機１１２の入力軸は、第１モーター１１１の回転軸に連結され、第１減速機１１２の出力軸は、第１アーム１２０に接続されている。そのため、第１モーター１１１が駆動し、その駆動力が第１減速機１１２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して第１回動軸Ｊ１周りに水平平面内で回動する。

また、基台１１０及び第１アーム１２０には、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動状態を検出する第１エンコーダーであるエンコーダー１が設けられている。

第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が接続されている。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２回動軸Ｊ２周りに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０には、第２回動軸Ｊ２に沿って、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機と、が設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第１アーム１２０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して、第２回動軸Ｊ２周りに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２モーターには、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回動状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。さらに、第２アーム１３０は、凹部２００が形成されているアームカバー（第１カバー）１３１が設けられている。アームカバー１３１及び凹部２００については、後段で詳述する。

第２アーム１３０の先端部には、第３アーム（作業ヘッド）１４０が配置されている。第２アーム１３０の先端部には、第３アーム１４０が接続されている。第３アーム１４０は、第２アーム１３０の先端部に、第３回動軸Ｊ３周りに回動可能及び第３回動軸Ｊ３の軸方向に移動可能となっている。第３アーム１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット及びボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸周りに回転可能であり、かつ、鉛直方向に移動（昇降）可能となっている。

図示しないが、第２アーム１３０には、回転モーター及び昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、駆動力伝達機構（図示せず）によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う第３回動軸Ｊ３周りに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回動状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。

一方、昇降モーターの駆動力は、駆動力伝達機構（図示せず）によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダー（図示せず）が設けられている。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター（吸着チャック）１５０が接続されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター等）及びエンドエフェクター１５０に接続される機器１７０に接続される複数の配線や、機器１７０に接続される空圧用の配管（図示せず）は、アームカバー１３１と基台１１０とを接続する管状の導管１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、係る複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、第１モーター１１１及び、エンコーダー１に接続される配線とともに、基台１１０の外部に設置されロボット１００を統括制御するロボット制御装置（図示せず）まで引き回される。

また、エンドエフェクター１５０は、吸着孔（図示せず）を有し、吸着により、対象物を保持することができる。機器１７０は、吸着孔内の圧力を変化させるポンプであり、ポンプを作動させ、吸着孔内の圧力を低減させることで（例えば、ポンプにより吸着孔を真空にすることで）、吸着孔に対象物を吸着させることができる。なお、機器１７０は、これに限定されず、例えば、エンドエフェクター１５０が対象物を保持したかどうかを判定するセンサーであってもよい。

また、アームカバー１３１には、機器１７０と接続するためのＩ／Ｏコネクター１９０が設けられている。機器１７０は、配線１６１を介してＩ／Ｏコネクター１９０と電気的に接続されている。さらに、機器１７０は、配線１６１を介して、エンドエフェクター１５０と電気的に接続されている。

図２に示すように、機器１７０とエンドエフェクター１５０とを接続する配線１６１は、アームカバー１３１の上方を通り、第３回動軸Ｊ３に沿って第３アーム１４０に設けられている貫通孔１４２に挿入される。

Ｉ／Ｏコネクター１９０は、第２回動軸Ｊ２の軸方向において、アームカバー１３１の導管１６０が接続されている部分と、機器１７０が設けられているとの間に位置していることが好ましい。このような構成によれば、導管１６０内を通りＩ／Ｏコネクター１９０に接続される配線の配置が容易になり、配線に係るストレスを低減することができる。なお、これに限らず、Ｉ／Ｏコネクター１９０は、第２アーム１３０の先端に設けられていてもよい。

以上、ロボット１００の構成について簡単に説明した。このようなロボット１００では前述したように第２アーム１３０に、凹部２００が形成されているアームカバー１３１が設けられている。以下、アームカバー１３１及び凹部２００について詳述する。

図１に示すように、第２アーム１３０は、第１アーム１２０の先端部に接続され、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２回動軸Ｊ２周りに回動可能に設けられている。

第２アーム１３０は、水平方向に沿って延びており、上部及び側部を覆うアームカバー１３１と、が設けられている。第２アーム１３０は、鋳物等で箱形状に形成され、アームカバー１３１は、樹脂材料等で箱形状に形成されている。さらに、アームカバー１３１の上側には、凹部２００が形成されている。なお、アームカバー１３１は、第２アーム１３０の上部、側部及び下部を覆うよう設けられていてもよい。

図１に示すように、アームカバー１３１の上側には、上方と、第２アーム１３０の延伸している方向に交差する方向と、に向かって開口を有する凹部２００が形成されている。水平方向から見て、凹部２００は、アームカバー１３１の中央部に設けられている。すなわち、第２アーム１３０において、基端（一端）には第１アーム１２０が接続され、第２回動軸Ｊ２が位置しており、先端（他端）には、第３アーム１４０が接続され、第３回動軸Ｊ３が位置しており、第２回動軸Ｊ２と第３回動軸Ｊ３との間に凹部２００が位置している。

このように、アームカバー１３１の中央部に凹部２００を設けることによって、アームカバー１３１の外形を大きくすることなく、第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機と、を設置するためのスペース、及び第３アーム１４０を設けるスペースを確保することができる。

また、図２に示すように、凹部２００は、水平方向に平行な平面である底面２０１を有している。底面２０１の外形は、上下方向から見て略長方形であるが、これに限定されず、円形や楕円形等であってもよい。

底面２０１には、機器１７０をアームカバー１３１に固定するための固定部材１８０がネジ留めされている。図３に示すように、固定部材１８０は、例えば、第１孔１８１及び第２孔１８２を複数有する板金である。第１孔１８１は、板金の四隅に配置されており、第２孔１８２は、固定部材１８０の第１孔１８１が配置される内側に配置されている。固定部材１８０には、第１孔１８１が４つ設けられているが、これに限定されず、３つや５つでもよい。また、固定部材１８０には、第２孔１８２が８つ設けられているがこれに限定されず、７つや９つでもよい。

第１孔１８１には、雄ネジ（第１ネジ）１８３が挿通され、第２孔１８２には、雄ネジ（第２ネジ）１８４が挿通される。そして、雄ネジ１８３は、アームカバー１３１に設けられた雌ネジ（図示せず）と螺合し、固定部材１８０をアームカバー１３１に固定する。また、雄ネジ１８４は、機器１７０に設けられた雌ネジ（図示せず）と螺合し、機器１７０を固定部材１８０に固定する。よって、機器１７０は、ネジ留めされることによって、固定部材１８０を介してアームカバー１３１に固定される。

このように、凹部２００の底面２０１に固定部材１８０を設けることによって、機器１７０の種類に対応した雌ネジが設けられている固定部材１８０を介することで、種類の異なる複数の雌ネジをアームカバー１３１に設けることなく、機器１７０をアームカバー１３１に固定することができる。

また、底面２０１は、水平方向に平行な平面であるため、機器１７０を安定して第２アーム１３０に支持させることができる。

なお、上述した構成に限らず、固定部材１８０を設けずに底面２０１に機器１７０をネジ留めしてもよい。この構成により、固定部材１８０を用意することなく、機器１７０をアームカバー１３１に固定することができ、また、固定部材１８０を凹部２００に設けるための空間を確保する必要をなくすことができる。さらに、底面２０１は、例えば、鉄等の金属材料（合金を含む）で形成されていてもよい。底面２０１を金属材料で形成することにより、機器１７０の重量が重くとも、安定してアームカバー１３１に固定することができる。

また、図２に示すように、上下方向にみて、アームカバー１３１と、機器１７０と、配線１６１とは、重なっている。このような構成によれば、第２アーム１３０が動作された時に、配線１６１がアームカバー１３１の外形からはみ出すことを低減できるため、ロボット１００の設置スペースを省スペースにすることができる。

以上のように、本実施形態のロボット１００は、機器１７０を、アームカバー１３１に設けられた凹部２００に取り付けることができるので、他の周辺機器との干渉を低減するために設置スペースを広げる必要がなく、省スペースでロボット１００を設置することができる。

さらに、機器１７０は、アームカバー１３１に予め設けられた凹部２００に取り付けられる。そのため、機器１７０と他の周辺機器との干渉が低減され、第２アーム１３０の動作範囲を制限される恐れを低減することができる。また、機器１７０をアームカバー１３１に取り付けた場合に、機器１７０と他のアーム（例えば、第１アーム）との干渉を避けるよう、ユーザーが配置設計する手間を低減することができる。

＜変形例＞
以下、変形例について説明するが、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図４は、変形例のロボット１００を示す側面模式図である。
図４に示すように、変形例では、アームカバー１３１に設けられた凹部２００と、凹部２００に取り付けられた機器１７０とが、機器カバー（第２カバー）２１０によって覆われている。なお、これに限定されず、機器カバー２１０は、凹部２００及び機器１７０の一部を覆っていてもよい。

機器カバー２１０は、側壁部材２１１と天井部材２１２とが一体的に形成されている。なお、機器カバー２１０は、側壁部材２１１と天井部材２１２とが別体で形成されていてもよい。また、機器カバー２１０は、樹脂材料等で形成されている。なお、機器カバー２１０は、鉄等の金属材料（合金を含む）で形成されていてもよい。

このような構成によれば、凹部２００及び機器１７０の露出を低減することができるため、ロボット１００のアームが駆動される時に、機器１７０が他のアームや他の周辺機器と接触して破損してしまう恐れを低減することができる。また、ロボット１００の美観を損なうことを低減することができる。

また、機器カバー２１０と、アームカバー１３１との間にシール部材（図示せず）を設けてもよい。このような構成によれば、機器１７０を封止することができるため、ロボット１００が防水性能や防塵性能を要する作業環境に設置されている場合であっても、容易に機器１７０を使用することができる。

また、機器カバー２１０は、凹部２００と、機器１７０と、に加えて、第３アーム１４０と、配線１６１と、を覆うように構成されていてもよい。

このような構成によれば、機器１７０に加えて、第３アーム１４０内に挿入される配線１６１も、ロボット１００のアームが駆動される時に、他のアームや他の周辺機器と接触して破損してしまう恐れを低減することができる。また、ロボット１００の美観を損なうことを低減することができる。

以上、本発明のロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…エンコーダー１００…ロボット（水平多関節ロボット）１１０…基台１１１…第１モーター１１２…第１減速機１２０…第１アーム１３０…第２アーム１３１…アームカバー（第１カバー）１４０…第３アーム１４１…スプラインシャフト１４２…貫通孔１５０…エンドエフェクター１６０…導管（ダクト）１６１…配線１７０…機器１８０…固定部材１８１…孔（第１孔）１８２…孔（第２孔）１８３…雄ネジ（第１ネジ）１８４…雄ネジ（第２ネジ）１９０…Ｉ／Ｏコネクター２００…凹部２０１…底面２１０…機器カバー（第２カバー）２１１…側壁部材２１２…天井部材Ｊ１…第１回動軸Ｊ２…第２回動軸Ｊ３…第３回動軸。

Claims

基台と、
前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アームと、
前記第１アームに接続され、第２回動軸周りに回動する第２アームと、
前記第２アームに接続され、第３回動軸周りに回動し、前記第３回動軸の軸方向に移動
する第３アームと、
前記第２アームに設けられる第１カバーと、
前記第３アームに接続されるエンドエフェクターと、
前記基台と前記第１カバーとを接続する導管と、を備え、
前記第１カバーには、凹部が形成され、前記エンドエフェクターに接続される機器が前
記凹部に設けられ、
前記第１カバーの前記凹部には、前記第２回動軸の軸方向において、前記第１カバーの
前記導管が接続されている部分と、前記機器が設けられている部分と、の間に、前記機器
と接続するＩ／Ｏコネクターが設けられている、水平多関節ロボット。
前記第２アームの一端には、前記第２回動軸が位置しており、
前記第２アームの他端には、前記第３回動軸が位置しており、
前記凹部は、前記第２回動軸と前記第３回動軸との間に設けられている、請求項１に記
載の水平多関節ロボット。
前記凹部は、底面を有し、
前記底面には、前記機器を固定する固定部材が設けられている、請求項１又は２に記載
の水平多関節ロボット。
前記第１カバーは、前記機器及び前記凹部の少なくとも一部を覆う第２カバーを備える
、請求項１～３のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。