JPH07108476A - ロボットの直線方向作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線移動部分を有する構造でありながら、容
易にシールを達成することができ、クリーンルーム用ロ
ボットやウオッシャブルロボット等に効果的に適用でき
るようにする。 【構成】 スカラ型ロボットの第２アーム２２の先端に
一対のリンク機構３，４が取り付けられ、各リンク機構
３，４がそれぞれ、支持部２５，２６に基端部がピン結
合された第１リンク要素３１，４１と、その先端部に基
端部がピン結合された第２リンク要素３２，４２とを有
し、この両リンク機構３，４が互いに非平行状態で並列
的に配置されるとともに、両リンク機構３，１の各先端
部が、それぞれにピン結合された連結部材５を介して互
いに連結されることにより、この先端部が直線方向にの
み移動可能となるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アームの先端側に上下
方向移動部分を有するスカラ型ロボット等、直線方向の
移動部分を備えたロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から産業用ロボットとして種々の構
造のものが知られているが、少なくとも一部に直線方向
の移動部分を備えているものが多い。例えば、水平な第
１，第２アームを有して本体に対する第１アームの連結
部分および第１アームに対する第２アームの連結部分が
回転構造となっているスカラ型ロボット（水平多関節型
ロボット）においても、通常、アーム先端側に、上下方
向に直線的に移動する部分が装備され、この部分に、チ
ャック等を有する作業用ユニットが保持されるようにな
っている。

【０００３】この上下方向直線移動を行わせるための作
動機構は、ボールねじとボールスプライン、ボールブッ
シュまたはリニアガイド等を用いて構成されている。つ
まり、上記第２アームの先端側に、上下方向に延びるボ
ールねじ軸が回転可能に設けられるとともに、作業用ユ
ニットを保持するＺ軸部材がボールスプライン等を介し
て第２アームに上下動可能に取り付けられ、このＺ軸部
材に上記ボールねじ軸に螺合するナット部が設けられ、
上記ボールねじ軸がサーボモータ等で回転駆動されるこ
とにより、Ｚ軸部材が上下方向に移動されるようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のロ
ボットを、塵等の浮遊を抑制することが要求されるクリ
ーンルーム用のロボットや、ウオッシャブルロボット
（洗浄可能なロボット）等に適用する場合、関節部分等
の作動部分において生じる塵等の放出を防止し、あるい
は作動部分への水等の侵入を防止するため、作動部分と
外部とを隔絶する必要がある。この場合、軸回りに回転
する構造の関節部分は、磁性流体シールやＯリング等で
容易にシールを行うことができる。

【０００５】しかし、Ｚ軸方向等の直線移動部分を作動
するための作動機構が上記のようにボールねじおよびボ
ールスプライン等を用いて構成されている従来のもので
は、その作動は摺動を伴い、つまり可動部分が移動範囲
にわたって摺動するので、その摺動範囲全体をシールす
ることは非常に困難である。このため現実には、作動機
構の周囲にじゃばらや可動シャッターを配設することが
行われているが、じゃばらによるとそれ自体からの発塵
が問題となり、また可動シャッターによるとその微小な
隙間からの塵等の放出や水等の侵入を完全に防止するこ
とが困難である。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、直線移動部
分を有する構造でありながら、容易にシールを達成する
ことができ、クリーンルーム用ロボットやウオッシャブ
ルロボット等に適用するのに効果的なロボットの直線方
向作動装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、直線方向の移動部分を備えたロボットに
おいて、支持部に取り付けられた一対のリンク機構を備
え、各リンク機構はそれぞれ、上記支持部に基端部がピ
ン結合された第１リンク要素と、この第１リンク要素の
先端部に基端部がピン結合された第２リンク要素とを有
して、先端部が所定範囲内で二次元的に移動可能となる
構造とされ、この両リンク機構が互いに非平行状態で並
列的に配置されるとともに、両リンク機構の各先端部
が、それぞれにピン結合された連結部材を介して互いに
連結されることにより、両リンク機構の動きが互いに拘
束されて先端部が直線方向にのみ移動可能となるように
構成されているものである（請求項１）。

【０００８】また、上記一対のリンク機構が先端側ほど
対向間隔が狭くなるように配置されるとともに、基端側
における両リンク機構の間の空間に、リンク機構を駆動
する駆動装置が配置されているものである（請求項
２）。

【０００９】

【作用】本発明によると、上記両リンク機構の作動によ
り、その先端部において直線方向の移動が行われ、しか
もこの直線移動を行わせるための機構には摺動部分が存
在せず、作動部分がすべてピン結合による回転機構とな
っていて、シールが容易となる。

【００１０】また、対向間隔が先端側ほど狭くなるよう
に両リンク機構が配置されるとともに、基端側における
両リンク機構の間の空間に駆動装置が配置されると、両
リンク機構および駆動装置のレイアウトがコンパクトに
なる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の直線方向作動装置を備えた
ロボットの一例としてのスカラ型ロボットを示してい
る。このスカラ型ロボットは、本体１と、水平関節型の
アーム２とを備えており、このアーム２の先端側に、上
下方向の直線移動を行わせるための作動装置を構成する
一対のリンク機構３，４が装備され、リンク機構３，４
の先端側に連結部材５が取り付けられ、この連結部材５
に、作業用のユニット（図示省略）を取り付けるための
フランジ６が設けられている。

【００１２】上記アーム２は、第１アーム２１と第２ア
ーム２２とからなり、第１アーム２１の基端部が垂直な
回転軸２３を介して本体１に回動自在に連結されるとと
もに、この第１アーム２１の先端部に第２アーム２２の
基端部が垂直な回転軸２４を介して回転自在に連結され
ている。上記本体１の内部には第１アーム駆動用モータ
７が装備され、また、第１アーム２１と第２アーム２２
との連結部分には第２アーム駆動用モータ８が装備され
ている。そして、上記第１アーム駆動用モータ７の駆動
により第１アーム２１が本体１に対して回転軸２３を中
心に旋回されるとともに、上記第２アーム駆動用モータ
８の駆動により第２アーム２２が第１アーム２１に対し
て回転軸２４を中心に旋回されるようになっている。

【００１３】上記第２アーム２２の両側部には、上方に
突出する支持部２５．２６が設けられ、この両支持部２
５，２６に、一対のリンク機構３，４が取り付けられて
いる。

【００１４】上記一対のリンク機構３，４は、それぞ
れ、上記第２アーム２２に基端部がピン結合された板状
の第１リンク要素３１，４１と、この第１リンク要素３
１，４１の先端部に基端部がピン結合された板状の第２
リンク要素３２，４２とを有している。そして、上記両
リンク機構３，４が、互いに非平行状態で並列的に配置
されるとともに、両リンク機構３，４の各先端部が、そ
れぞれにピン結合された連結部材５を介して互いに連結
されている。

【００１５】リンク機構配設部分の構造をより具体的に
説明すると、一方のリンク機構３は、第１，第２リンク
要素３１，３２と、第１リンク要素３１の基端部を第２
アーム２２の支持部２５に対して回転自在に連結する第
１関節軸３３と、両リンク要素３１，３２を回転自在に
連結する第２関節軸３４と、第２リンク要素３２の先端
部を連結部材５に対して回転自在に連結する第３関節軸
３５とで構成されている。他方のリンク機構４も、第
１，第２リンク要素４１，４２と、第１リンク要素４１
の基端部を第２アーム２２の支持部２６に対して回転自
在に連結する第１関節軸４３と、両リンク要素４１，４
２を回転自在に連結する第２関節軸４４と、第２リンク
要素４２の先端部を連結部材５に対して回転自在に連結
する第３関節軸４５とで構成されている。そして両リン
ク機構３，４は、平面視で第２アーム２２の中心線に対
して対称的に、かつ両者の対向間隔が先端側ほど狭まる
ように配置されている。

【００１６】上記連結部材５は、その上部が上記各第２
リンク要素３２，４２の先端部間に位置した状態で、上
記第３関節軸３５，４５を介して各第２リンク要素３
２，４２にピン結合されることにより、連結部材５に対
する第２リンク要素３２，４２の回動は許容しつつ、各
第２リンク要素３２，４２を連結している。

【００１７】また、上記のような両リンク機構３，４の
配置により基端側において両リンク機構３，４の対向間
隔がある程度広くなるが、これによって生じる第２アー
ム２２の上方の両リンク機構３，４間の空間には、駆動
装置としてのサーボモータ９が設置されている。このサ
ーボモータ９に、一方のリンク機構３が第１関節軸３３
を介して連結されている。

【００１８】上記両リンク機構３，４を模式的に示すと
図３のようになる。この図に示すように、一方のリンク
機構３における各関節軸３３，３４，３５は水平で、か
つ互いに平行となっており、他方のリンク機構における
各関節軸４３，４４，４５も水平で、かつ互いに平行と
なっている。また、両リンク機構３，４の各第１関節軸
３３，４３は同一平面上に位置し、各第３関節軸３５，
４５も同一平面上に位置している。そして、上述のよう
に両リンク機構３，４が非平行状態で並列的に配置さ
れ、つまり、両リンク機構３，４のなす角度θは０°、
１８０°以外の角度となっている。

【００１９】このような当実施例の装置によると、両リ
ンク機構３，４の作動に伴い、その先端側の連結部材５
およびフランジ６がＺ軸方向（上下方向）に直線的に移
動し、従ってフランジ６に取り付けられる作業用ユニッ
トがＺ軸方向に直線的に移動する。

【００２０】この動作を具体的に説明する。上記一方の
リンク機構３は、単独では先端部が所定範囲内で一定平
面上を二次元的に移動可能となり、つまり関節軸３３，
３４を中心としたリンク要素３１，３２の回動により、
第２リンク要素３２の先端部が図４に斜線を付した範囲
（第１，第２リンク要素３１，３２の長さの和に相当す
る半径の円）の中で移動可能となる。他方のリンク機構
４も、単独では先端部が所定範囲内で一定平面上を二次
元的に移動可能となる。

【００２１】そして、上述のような両リンク機構３，４
の配置によると、それぞれの単独での可動範囲は図５中
に斜線を付して示した範囲ＡおよびＢとなるが、各第２
リンク要素３２，４２の先端部が連結部材５を介して連
結されていることにより、両者の動きが互いに拘束され
て、両者の可動範囲Ａ，Ｂの共通部分である可動範囲交
差部分Ｃでのみ移動可能となる。この可動範囲交差部分
Ｃは直線状となり、図３に示した各関節軸３３〜３５，
４３〜４５の配置によると垂直方向となる。

【００２２】従って、サーボモータ９でリンク機構３，
４が作動されると、各第２リンク要素３２，４２の先端
部は、可動範囲交差部分Ｃの長さの範囲内で、Ｚ軸方向
に直線的に移動する。これに伴い、各第２リンク要素３
２，４２の先端部に第３関節軸３５．４５でピン結合さ
れている連結部材５とその下端のフランジ６が、一定姿
勢を維持しつつＺ軸方向に移動することとなる。

【００２３】このように、第２アーム２２に対して作業
用ユニット等をＺ軸方向に移動させるための装置が、摺
動部分を有せずに回転機構だけで構成される。これによ
り、シールが容易となり、Ｚ軸方向移動部分を有するス
カラロボットをクリーンルーム用ロボットやウオッシャ
ブルロボットとして有効に用いることができる。つま
り、例えばクリーンルーム用ロボットとして用いる場合
はリンク機構３，４の各関節部分に磁性流体シール等を
設けることにより、関節部分からの塵等の放出を防止す
るためのシールが容易に達成され、またウオッシャブル
ロボットとして用いる場合は上記各関節部分にＯリング
等を設けることにより、関節部分への水の侵入を防止す
るためのシールが容易に達成されることとなる。

【００２４】なお、本発明の直線方向作動装置におい
て、両リンク機構３，４の各リンク要素３１，３２，４
１，４２の長さは、この装置の機能を満足する範囲で任
意に設定して差し支えない。また、本発明の直線方向作
動装置を装備するロボットは上記実施例に示すスカラ型
ロボットに限らず、少なくとも一部に直線方向の移動部
分を備えたロボットであればよい。もっとも、スカラ型
ロボットに適用した場合、アーム２の関節部分は本来的
に回転構造であるため、第２アーム２２の先端側にＺ軸
方向移動のために上記両リンク機構３，４等を装備しさ
えすれば、すべての可動部分が回転構造となって、効果
的にシールを行うことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明は、一対のリンク機
構を備え、各リンク機構がそれぞれ、支持部に基端部が
ピン結合された第１リンク要素と、その先端部に基端部
がピン結合された第２リンク要素とを有し、この両リン
ク機構が互いに非平行状態で並列的に配置されるととも
に、両リンク機構の各先端部が、それぞれにピン結合さ
れた連結部材を介して互いに連結されることにより、こ
の先端部が直線方向にのみ移動可能となるように構成さ
れているので、直線方向の移動を行わせるための装置で
ありながら、摺動部分が存在せず、作動部分がすべてピ
ン結合による回転構造となる。このため、塵等の放出も
しくは水等の侵入を防止するためのシールを容易に達成
することができ、クリーンルーム用ロボットやウオッシ
ャブルロボット等に効果的に適用することができる。

【００２６】また、上記一対のリンク機構が先端側ほど
対向間隔が狭くなるように配置されるとともに、基端側
における両リンク機構の間の空間に、リンク機構を駆動
する駆動装置が配置されていると、両リンク機構を非平
行状態として先端側連結部分を直線方向にのみ移動可能
とするという条件を満足し、基端側における両リンク機
構の間のスペースを利用して駆動装置を配置することが
でき、全体をコンパクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による直線方向作動装置を備
えたスカラ型ロボットの平面図である。

【図２】同スカラ型ロボットの正面図である。

【図３】上記直線方向作動装置を模式的に示した図であ
る。

【図４】上記直線方向作動装置における一方のリンク機
構の作動範囲を示す説明図である。

【図５】上記直線方向作動装置における両リンク機構の
作動の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ スカラ型ロボットの本体 ２ アーム ３，４ リンク機構 ３１，４１ 第１リンク要素 ３２，４２ 第２リンク要素 ３３，３４，３５，４３，４４，４５ 関節軸 ５ 連結部材 ９ サーボモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線方向の移動部分を備えたロボットに
   おいて、支持部に取り付けられた一対のリンク機構を備
   え、各リンク機構はそれぞれ、上記支持部に基端部がピ
   ン結合された第１リンク要素と、この第１リンク要素の
   先端部に基端部がピン結合された第２リンク要素とを有
   して、先端部が所定範囲内で二次元的に移動可能となる
   構造とされ、この両リンク機構が互いに非平行状態で並
   列的に配置されるとともに、両リンク機構の各先端部
   が、それぞれにピン結合された連結部材を介して互いに
   連結されることにより、両リンク機構の動きが互いに拘
   束されて先端部が直線方向にのみ移動可能となるように
   構成されていることを特徴とするロボットの直線方向作
   動装置。
2. 【請求項２】 上記一対のリンク機構が先端側ほど対向
   間隔が狭くなるように配置されるとともに、基端側にお
   ける両リンク機構の間の空間に、リンク機構を駆動する
   駆動装置が配置されていることを特徴とする請求項１記
   載のロボットの直線方向作動装置。