JPH10249756A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本体近傍の作業不能エリアを小さくする。 【解決手段】 本体１にアーム２を設け、アーム２の先
端にヘッドアッセンブリ３を取り付けた。アーム２は、
一対の単位アーム２ａ，２ｂから構成した。各単位アー
ム２ａ，２ｂは、本体１に配設されたモータ８に関節軸
６ａを介して連結される第１アーム４と、その先端に関
節軸１２を介して回動可能に連結される第２アーム５と
から構成し、各第２アーム５の先端は、ボールスプライ
ン１５の外筒部分１７を介して相互に回動可能に連結し
た。そして、ボールスプライン１５のスプライン軸によ
り構成される作動軸１６の先端にヘッドアッセンブリ３
を取付け、一方の第２アーム５に組み付けたボールねじ
機構２４等により上下動及び回動させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アームが水平多関
節型の機構とされた産業用ロボットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、部品の組立てに用いられる産
業用のロボットとして、アームが水平多関節型の機構と
されたスカラ型ロボットは一般に知られている。

【０００３】スカラ型ロボットは、例えば、鉛直の関節
軸を介して回動可能に連結される複数の部分からなるア
ームと、その先端に連結される作動軸とを有しており、
例えば、基台上に設置される本体に関節軸を介して連結
される第１アームと、その先端に関節軸を介して連結さ
れる第２アームとで水平多関節型のアームが構成され、
第２アームの先端に作動軸が設けられたものが一般に普
及している。

【０００４】この種のスカラ型ロボットでは、第１及び
第２アームがそれぞれ第１及び第２モータによって作動
させられるようになっており、第１モータが本体に、第
２モータが第２アームにそれぞれ搭載され、さらに上記
作動軸用の駆動源や駆動機構が第２アームに搭載された
構造となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
スカラ型ロボットは、上記のような構造に起因して次の
ような欠点がある。すなわち、上記スカラ型ロボット
は、第１及び第２アームが関節軸を介して直列に連結さ
れたアーム構造（いわゆる開ループ型の構造）であるた
めアームに高い剛性が要求される。そのため、必然的に
アームが太くなって重量が増大し、モータ負荷を増大さ
せる傾向にあり、特に、第１モータは、第１及び第２の
両アームと第２モータとを含む搭載機器とを加えたアー
ム全体の慣性荷重が負荷となるので、大型で高出力のモ
ータが必要となる。

【０００６】そして、このように太いアーム及び大型の
モータが用いられる結果、第１アームと第２アームとの
干渉やアームと本体との干渉が生じ易くなって、アーム
の折り曲げ自由度が損なわれ、本体近傍の作業不能エリ
アを大きくしている。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、アームが水平多関節型の機構とされる
産業用ロボットにおいて、本体近傍の作業不能エリアを
小さくすることができる産業用ロボットを提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
水平多関節型のアームの先端に作業用部材を取り付ける
ための可動部材と、この可動部材を上下動及び回転させ
るための駆動手段とが搭載された産業用ロボットにおい
て、基台上に設置される本体に関節軸を介して回動可能
に連結される第１アームとこの第１アームの先端に関節
軸を介して回動可能に連結される第２アームとからなる
単位アームを一対設け、第２アームの先端同士を回動可
能に連結することにより上記アームを構成するととも
に、上記第２アームの連結部分に上記可動部材を、その
近傍に上記駆動手段をそれぞれ配設し、上記本体に搭載
した一対の駆動モータにより上記各第１アームをそれぞ
れ回動させるようにしたものである。

【０００９】この産業用ロボットでは、各駆動モータの
駆動に伴い各第１アームが回動し、これに第２アームが
連動して可動部材が平面的に移動させられる。このよう
に二つの単位アームを先端で連結したアーム構造（いわ
ゆる閉ループ型の構造）では、作業用部材、可動部材及
び駆動手段が各単位アームによって支持されるため、各
単位アームに要求される剛性が低くてすむ。特に、第２
アーム駆動用のモータが不要であることから、各単位ア
ームに要求される剛性は極めて低く、単位アームを細く
することができる。そして、単位アームが細くなること
で軽量化されることと、アーム全体の慣性荷重が両モー
タに分担されることとにより、各駆動モータへの負荷が
軽減され、低出力の小型モータでアームを作動させるこ
とが可能となる。

【００１０】上記のような構成においては、第１アーム
の先端上側に第２アームを重ねて連結するとともに、一
方側の第２アームの先端上側に他方側の第２アームの先
端を重ねて連結し、これら第２アームのうち上側に配置
された第２アームに対して可動部材及び駆動手段を配設
する（請求項２）のが好ましい。

【００１１】このようにすれば、可動部材の上下動領域
を広く確保することができ、また、第２アーム同士の干
渉及びアームと可動部材の駆動手段等との干渉を回避す
ることができる。

【００１２】また、第１、第２アームを中空状に形成す
るとともに、少なくとも第１アームと第２アームを連結
する関節軸を中空状に形成し、第１、第２アーム及びこ
れらを連結する関節軸の内部に、作業用部材及び可動部
材の駆動手段に対する配線を通すようにすれば（請求項
３）、合理的な構造で外部への配線の露出をなくすこと
ができる。特に、作業用部材に対する配線を一方側の単
位アームの内部に通す一方、上記可動部材の駆動手段に
対する配線を他方側の単位アームの内部に通すようにす
れば（請求項４）、各種配線の配索やメンテナンス作業
が行い易くなり、誤接続の防止にも有利となる。

【００１３】さらに、第１アームの基端部側の上部に、
各第１アームの内部空間に通じる配線用ボックスを設け
るとともに、本体の側部に、配線用ボックスに通じる配
線用空間を形成するようにすれば（請求項５）、アーム
内部に通した配線を外部に露出させることなくさらに本
体の側方に導出することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００１５】図１及び２は、本発明の産業用ロボットの
全体を示している。この図に示すように、産業用ロボッ
ト（以下、ロボットと略す）は、基台上に設置される本
体１と、この本体１に連結されるアーム２と、このアー
ム２の先端部に装着されるヘッドアッセンブリ３（作業
用部材）とを備えている。

【００１６】上記アーム２は、一対の単位アーム２ａ，
２ｂから構成されており、各単位アーム２ａ，２ｂは、
それぞれ第１及び第２アーム４，５から構成されてい
る。

【００１７】各第１アーム４は、その基端部が鉛直な関
節軸６を介して本体１に回動自在に連結されるととも
に、この関節軸６を介してそれぞれ駆動用のモータ８に
連結されている。詳しく説明すると、上記本体１には、
図３に示すように、そのフレーム１ａの前方側（同図で
は左側）に動力部収納ボックス１ｂが設けられるととも
に、その上方に配線用ボックス１ｃが設けられ、この配
線用ボックス１ｃが中空状の連絡部１ｄを介してフレー
ム１ａの上部に接合されることにより各ボックス１ｂ，
１ｃの間にアーム２の受入部９が形成されている。動力
部収納ボックス１ｂには２つのモータ８が並べて収納さ
れるとともに、その出力軸にそれぞれ減速機７が連結さ
れており、この減速機７が、ベアリング１０ａを介して
フレーム１ａに回動自在に支持された一対の関節軸６ａ
にそれぞれ接続されている。また、上記配線用ボックス
１ｃには、各関節軸６ａと同軸上に関節軸６ｂが設けら
れ、これが受入部９内に突出している。そして、上記受
入部９に各第１アーム４の基端部がそれぞれ介装され、
各第１アーム４の下部が関節軸６ａに、上部がベアリン
グ１０ｂを介して６ｂにそれぞれ接続されることによ
り、各第１アーム４が本体１に回動自在に連結されてい
る。

【００１８】各第１アーム４の先端には、鉛直な関節軸
１２がベアリング１１を介して支持され、この関節軸１
２に上記第２アーム５の基端部が取付けられている。こ
れにより各第２アーム５が第１アーム４に回動自在に連
結されている。

【００１９】これら第２アーム５は、図３に示すように
先端部が相互に上下にオフセットする形状とされてお
り、先端部を重ね合わせた状態で相互に回動可能に連結
されている。具体的には、後記ボールスプライン１５の
外筒部分１７が各第２アーム５にわたって貫通配置さ
れ、これがベアリング１３，１４を介して各第２アーム
５にそれぞれ回動自在に支持されている。これにより各
第２アーム５の先端が上記外筒部分１７を介して互いに
回動自在に連結されている。

【００２０】各第２アーム５のうち、先端が上側となる
第２アーム５には、ヘッドアッセンブリ３を作動させる
ための駆動部が設けられている。この駆動部は、各第２
アーム５の先端に設けられる作動軸１６（可動部材）
と、この作動軸１６のＺ軸方向（上下方向）の移動及び
回転のための機構と、駆動源としてのＺ軸モータ２０及
びＲ軸モータ２１とを有している。そして、作動軸１６
の先端（下端）が第２アーム５の下方に突出して、ここ
に上記ヘッドアッセンブリ３が装着されている。

【００２１】より詳しく説明すると、各第２アーム５の
先端にボールスプライン１５のスプライン軸により構成
される作動軸１６がＺ軸方向に配置され、上述のように
ボールスプライン１５の外筒部分１７が第２アーム５に
回動可能に支持されることにより、作動軸１６が各第２
アーム５に対してＺ軸方向に移動可能で、かつ回転可能
となっている。

【００２２】上記作動軸１６の側方には、Ｚ軸方向に配
置されて第２アーム５に回転自在に支持されるボールね
じ軸２２と、このボールねじ軸２２に螺合するナット部
材２３とからなるボールねじ機構２４が設けられ、上記
ナット部材２３に作動軸ホルダー２５が連結され、この
作動軸ホルダー２５にベアリング２６を介して作動軸１
６が回転自在に保持されている。

【００２３】上記ボールねじ軸２２は、その下端部に取
付けられたプーリ２７と、Ｚ軸モータ２０の出力軸に装
着されたプーリ２８と、これらに掛け渡されたタイミン
グベルト２９とを介し、上記Ｚ軸モータ２０で回転駆動
させられるようになっている。そして、Ｚ軸モータ２０
の駆動によりボールねじ軸２２が回転させられると、ナ
ット部材２３が上下動し、それに伴って上記作動軸１６
が上下動するようになっている。

【００２４】また、上記外筒部分１４の上端にはプーリ
３０が結合されており、このプーリ３０とＲ軸モータ２
１に減速機２１ａを介して連結されたプーリ３１とにタ
イミングベルト３２が掛け渡されることにより、Ｒ軸モ
ータ２１で作動軸１６が回転駆動されるようになってい
る。すなわち、これらモータ２０，２１、プーリ２７，
２８，３０，３１及びタイミングベルト２９，３２によ
って駆動手段が構成されている。

【００２５】なお、ヘッドアッセンブリ３を作動させる
ための上記駆動部は、上記作動軸１６、ボールねじ軸２
２、Ｚ軸モータ２０及びＲ軸モータ２１が第２アーム５
において一列に並設されており、また、プーリ３０，３
１に対してプーリ２７，２８の径が小さく形成されてい
る。これによりプーリ２７，２８及びタイミングベルト
２９等がタイミングベルト３２の内側に介設されるよう
になっている。

【００２６】ここで、上記アーム２を構成する単位アー
ム２ａ，２ｂは、図３に示すように、第１及び第２アー
ム４，５が中空状に形成されるとともに、これらを連結
する関節軸１２がそれぞれ中空状に形成されており、こ
れによって第１アーム４及び第２アーム５の内部が関節
軸１２を介して相互に連通している。また、各第２アー
ム５と本体１とを連結する上記関節軸６ｂが中空状に形
成されることにより、各第２アーム５の内部と配線用ボ
ックス１ｃの内部とが連通している。さらに、配線用ボ
ックス１ｃの内部と上記連絡部１ｄを介してフレーム１
ａの内部とが連通しており、フレーム１ａの内部がフレ
ーム後方に形成された開口部を介して外部に開放されて
いる。

【００２７】そして、ロボット駆動のための電源線及び
各種信号線がフレーム１ａの上記開口部を介してフレー
ム１ａ内に導入されて上記モータ８に接続されるととも
に、本体１の連絡部１ｄ、配線用ボックス１ｃ及びアー
ム２の内部を介してヘッドアッセンブリ３及びこれを作
動させるための駆動部に接続されている。特に、ヘッド
アッセンブリ３に対する配線３５と、Ｚ軸モータ２０や
Ｒ軸モータ２１等に対する配線３６とは、図３にすよう
に、それぞれ異なる単位アーム２ａ，２ｂ内にに配索さ
れ、ヘッドアッセンブリ３に対する配線３５について
は、配線３５が第２アーム５の先端部近傍に形成された
導出部３７を介してアーム外部に導出されてヘッドアッ
センブリ３に接続されている。

【００２８】なお、上記ヘッドアッセンブリ３について
は詳しく図示していないが、例えば先端部にエアー作動
式のチャックが装備され、このチャックによりワークを
把持するようにヘッドアッセンブリ３が構成されてい
る。

【００２９】以上のように構成されたロボットでは、各
モータ８の駆動に伴い各第１アーム４が回動してこれに
それぞれ第２アーム５が連動し、このときの各第２アー
ム５の相互運動により図４（ａ）〜（ｄ）に示すように
第２アーム同士の連結部分が変位する。これによってヘ
ッドアッセンブリ３が平面的に移動させられる。そし
て、各モータ８の駆動がそれぞれ制御されることによ
り、ヘッドアッセンブリ３が図４（ａ）に一点鎖線で示
す領域内で平面的に移動させらるとともに、上記Ｚ軸モ
ータ２０及びＲ軸モータ２１の駆動により上記領域内で
上下動及び回動させられる。

【００３０】ところで、上記実施形態のロボットでは、
アーム２を一対ずつの単位アーム２ａ，２ｂで構成して
いるため、アームが水平多関節の機構とされる従来のこ
の種の産業用ロボット（スカラ型ロボット）と比較する
と、アームを支持する本体近傍の作業不能エリアが小さ
いという特徴がある。

【００３１】すなわち、一対ずつの単位アーム２ａ，２
ｂを先端で連結したアーム構造（いわゆる閉ループ型の
構造）を有する上記実施形態のロボットでは、ヘッドア
ッセンブリ３及びこれを作動させるＺ軸モータ２０等の
駆動部を各単位アーム２ａ，２ｂによって支持するため
単位アーム２ａ（又は２ｂ）当たりの剛性が比較的低く
てよく、特に、第２アーム５を単独で作動させるための
駆動源（モータ）をアームに搭載する必要がないため、
各単位アーム２ａ，２ｂの剛性は極めて低くてすむ。そ
のため、各単位アーム２ａ，２ｂを比較的細径の構造と
して軽量化を図ることができ、また、このような比較的
軽量の単位アーム２ａ，２ｂを異なる２つのモータ８で
作動させるので、荷重が両モータに分担されてモータ８
の負荷が小さくなり、モータ８として低出力で小型のも
のを採用することができる。従って、細径の各単位アー
ム２ａ，２ｂを小型のモータ８で作動させる構造となる
ことで、各単位アーム２ａ，２ｂにおける第１、第２ア
ーム４，５同士の干渉、あるいは単位アーム２ａ，２ｂ
と本体１との干渉が生じ難くなる、つまり、アーム２の
折り曲げ自由度が高くなり、その結果、本体近傍の作業
不能エリアが小さくなっている。

【００３２】従って、従来のこの種の産業用ロボットに
比べると、ワークをよりロボットに近い位置に配置して
作業を行うことができ、これにより作業スペースを有効
に活用することができる。

【００３３】なお、上記実施形態のロボットに類似する
構造として、例えば、上記実施形態のロボット同様に閉
ループ型のアーム構造を有し、２つの単位アームのう
ち、一方の単位アームの第１及び第２アームをそれぞれ
モータ駆動で作動させる構造も考えられるが、この場合
には、第２アーム作動用のモータを単位アームに搭載す
る必要があるため、単位アームを太径として剛性を確保
する必要があり、また、これに伴い第１アーム作動用の
モータとしても大型のものを採用する必要が生じる。従
って、上記実施形態のロボットに比べると、アームの折
り曲げ自由度が低く、本体近傍の作業不能エリアを十分
に小さくすることはできない。

【００３４】また、第２の特徴として、上記ロボットで
は、上述のように比較的軽量の単位アーム２ａ，２ｂを
異なる２つのモータ８で作動させるためアーム作動時の
加速性がよく、また慣性の影響を受け難い。そのため、
より迅速なアーム動作を通じて作業効率を高めることが
できるという特徴もある。

【００３５】さらに、第３の特徴として、上記ロボット
では、各単位アーム２ａ，２ｂを中空構造として、各単
位アーム２ａ，２ｂの内部にヘッドアッセンブリ３に対
する配線３５やＺ軸モータ２０やＲ軸モータ２１等に対
する配線３６を配索するとともに、これら各配線３５，
３６を、第１アーム４の基端部から配線用ボックス１
ｃ、連絡部１ｄ及びフレーム１ａを通して外部に導出す
るようにしているので、合理的な構造でアーム外への配
線の露出を無くすことができ、ロボット周囲の各部材等
と配線との干渉に起因した事故の発生を効果的に防止す
ることができる。しかも、ヘッドアッセンブリ３に対す
る配線３５と、Ｚ軸モータ２０やＲ軸モータ２１等に対
する配線３６とを各単位アーム２ａ，２ｂに分けて配索
しているので、配線処理やメンテナンスが行い易いとい
う特徴がある。特に、ヘッドアッセンブリ３は、ユーザ
側で選定、組み付けられる場合があるので、上述のよう
にヘッドアッセンブリ３に対する配線３５とその他の配
線を異なる単位アーム２ａ，２ｂに分けて配索すること
でヘッドアッセンブリ３の組み付け性がよいという特徴
もある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、基台上
に設置される本体に関節軸を介して回動可能に連結され
る第１アームとこの第１アームの先端に関節軸を介して
回動可能に連結される第２アームとからなる単位アーム
を一対設け、第２アームの先端同士を関節軸を介して回
動可能に連結するとともに、第２アームの連結部分に可
動部材の駆動手段を配設し、本体に搭載した一対の駆動
モータにより各第１アームをそれぞれ回動させることに
より可動部材を平面的に移動させるようにしてアームの
折り曲げ自由度を高めるようにしたので、本体近傍の作
業不能エリアを効果的に小さくすることができる。

【００３７】このようなロボットにおいて、第１アーム
の先端上側に第２アームを重ねて連結するとともに、一
方側の第２アームの先端上側に他方側の第２アームの先
端を重ねて連結し、上側に配置された第２アームに対し
て可動部材の駆動手段を配設するようにすれば、可動部
材の上下動領域をより広く確保することができ、また、
第２アーム同士の干渉及びアームと可動部材の駆動手段
との干渉を回避することができる。

【００３８】また、第１、第２アームを中空状に形成す
るとともに、少なくとも第１、第２アームを連結する関
節軸を中空状に形成し、第１、第２アーム及びこれらを
連結する関節軸の内部に、作業用部材及び可動部材の駆
動手段に対する配線を通すようにしたり、さらに、第１
アームの基端部側の上部に、各第１アームの内部空間に
通じる配線用ボックスを設けるとともに、本体の側部
に、配線用ボックスに通じる配線用空間を形成するよう
にすれば、合理的な構造でアーム外部への配線の露出を
無くすことができる。特に、作業用部材に対する配線を
一方側の単位アームの内部に通す一方、上記可動部材の
駆動手段に対する配線を他方側の単位アームの内部に通
すようにすれば、上記各種配線処理やメンテナンス時の
作業性がよくなり、誤接続の防止にも有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る産業用ロボットの一例を示す側面
図である。

【図２】上記産業用ロボットを示す平面図である。

【図３】上記産業用ロボットの内部構成を示す展開断面
図である。

【図４】（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ上記産業用ロボッ
トの動作状態の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 本体 ２ アーム ２ａ，２ｂ 単位アーム ３ ヘッドアッセンブリ ４ 第１アーム ５ 第２アーム ６，６ａ，６ｂ 関節軸 １２ 関節軸 １５ ボールスプライン １６ 作動軸 １７ 外筒部分 ２０ Ｚ軸モータ ２１ Ｒ軸モータ ２４ ボールねじ機構

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平多関節型のアームの先端に作業用部
   材を取り付けるための可動部材と、この可動部材を上下
   動及び回転させるための駆動手段とが搭載された産業用
   ロボットにおいて、基台上に設置される本体に関節軸を
   介して回動可能に連結される第１アームとこの第１アー
   ムの先端に関節軸を介して回動可能に連結される第２ア
   ームとからなる単位アームを一対設け、第２アームの先
   端同士を回動可能に連結することにより上記アームを構
   成するとともに、上記第２アームの連結部分に上記可動
   部材を、その近傍に上記駆動手段をそれぞれ配設し、上
   記本体に搭載した一対の駆動モータにより上記各第１ア
   ームをそれぞれ回動させるようにしたことを特徴とする
   産業用ロボット。
2. 【請求項２】 第１アームの先端上側に第２アームを重
   ねて連結するとともに、一方側の第２アームの先端上側
   に他方側の第２アームの先端を重ねて連結し、これら第
   ２アームのうち上側に配置された第２アームに対して上
   記可動部材及び駆動手段を配設したことを特徴とする請
   求項１記載の産業用ロボット。
3. 【請求項３】 第１、第２アームを中空状に形成すると
   ともに、少なくとも第１アームと第２アームを連結する
   関節軸を中空状に形成し、第１、第２アーム及びこれら
   を連結する関節軸の内部に、上記作業用部材及び可動部
   材の駆動手段に対する配線を通したことを特徴とする請
   求項１又は２記載の産業用ロボット。
4. 【請求項４】 作業用部材に対する配線を一方側の単位
   アームの内部に通す一方、上記可動部材の駆動手段に対
   する配線を他方側の単位アームの内部に通したことを特
   徴とする請求項３記載の産業用ロボット。
5. 【請求項５】 第１アームの基端部側の上部に、各第１
   アームの内部空間に通じる配線用ボックスを設けるとと
   もに、上記本体の側部に、上記配線用ボックスに通じる
   配線用空間を形成したことを特徴とする請求項３又は４
   記載の産業用ロボット。