JPWO2016103302A1 - 双腕ロボット - Google Patents

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Abstract

双腕ロボットは、第1軸線まわりに回動可能な第1リンクと、前記第1リンクに回動可能に連結されるとともにエンドエフェクタ取付部が規定された第2リンクとを各々に有する第1アーム及び第2アームを備えている。そして、前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとが、前記第1軸線の延在方向に離間して配設されている。更に、前記第1アームの前記第2リンクと前記第2アームの前記第2リンクとが、前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとの前記第1軸線の延在方向の間に位置し、且つ、前記エンドエフェクタ取付部どうしの前記第1軸線の延在方向の位置が実質的に同一となるように配設されている。

Description

本発明は、2本のロボットアームを備えた双腕ロボットに関する。
従来から、1つの支持体に対し2本のロボットアームを備えた双腕ロボット(ダブルアームロボット、デュアルアームロボットとも呼ばれる)が知られている。例えば、特許文献1の図2には、固定基台に立設された支柱に複数本のロボットアームが上下の関係で所定の高低段差をもって配設され、これら複数本のロボットアームの各々が独立して水平旋回及び水平伸縮自在に構成された産業用ロボットが示されている。
特開昭59−7573号公報
上記のような双腕ロボットでは、左右2本のロボットアームが、独立して作業をしたり、協働して作業をしたりすることができる。作業の際には、各ロボットアームの先端には作業に対応したエンドエフェクタが取り付けられる。2本のロボットアームの協働作業の一つとして、例えば、2つのエンドエフェクタによって板状ワークを2点で保持して持ち上げ、この板状ワークを移動させる搬送作業がある。この搬送作業において、例えば、2つのエンドエフェクタの板状ワークに対する作用点の高さ位置を揃えることによって、板状ワークが水平な姿勢を維持したまま搬送される。
特許文献1に記載された従来の双腕ロボットでは、2本のロボットアームの基部が同一軸線上に配置されていることから、2本のロボットアームの第1リンクどうしの高さを一致させることができない。そして、一方のロボットアームと他方のロボットアームの先端どうしの間にも高低差が生じている。そのため、2つのエンドエフェクタの高さ位置の下降限界が等しくなるように、一方のエンドエフェクタのシリンダと他方のエンドエフェクタのシリンダとの間に長短の差異が設けられている。
上記のように2本のロボットアームの先端どうしの高さ位置が相違する場合、2つのエンドエフェクタの構造が異なる。そのため、メンテナンスや交換の際に2つのエンドエフェクタの調整が煩雑となるという課題がある。また、2つのエンドエフェクタをユーザの要望に応じてカスタマイズするにあたり、異なる構造のエンドエフェクタを設計せねばならず、部品の種類が増えたりコストの削減が難しくなったりするという課題がある。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、先行技術が有する課題の一つ以上を少なくとも軽減することである。
本発明の一態様に係る双腕ロボットは、
第1軸線まわりに回動可能な第1リンクと、前記第1リンクに回動可能に連結されるとともにエンドエフェクタ取付部が規定された第2リンクとを各々に有する第1アーム及び第2アームを備え、
前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとが、前記第1軸線の延在方向に離間して配設され、
前記第1アームの前記第2リンクと前記第2アームの前記第2リンクとが、前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとの前記第1軸線の延在方向の間に位置し、且つ、前記エンドエフェクタ取付部どうしの前記第1軸線の延在方向の位置が実質的に同一となるように配設されていることを特徴としている。
本発明に係る双腕ロボットによれば、第1アーム及び第2アームのエンドエフェクタ取付部どうしの高さが等しい。よって、第1アーム及び第2アームの各エンドエフェクタ取付部に同一構成のエンドエフェクタを取り付けることができる。
図1は本発明の一実施形態に係る双腕ロボットの全体的な概略構成を示す正面図である。 図2は図1に示す双腕ロボットの概略構成を示す平面図である。 図3は双腕ロボットの動力伝達の概略構成を示す図2のIII−III断面図である。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明の一実施形態に係る双腕ロボットは、電気・電子部品等の組立ラインに備え付けられ、ラインに沿って流れてくるワークに対して、移送、パーツの組み付けや配置換え、姿勢変換などの作業のうち少なくとも1つを行うためのものである。このような双腕ロボットでは、汎用性を高めるために、ロボットアームに取り付けられるエンドエフェクタが作業に応じて取り替えられる。
図1は本発明の一実施形態に係る双腕ロボットの全体的な構成を示す正面図、図2は図1に示す双腕ロボットの平面図である。図1及び図2に示すように、本発明の一実施形態に係る双腕ロボット1は、台車7と、台車7に支持された2本のロボットアーム3,4と、2本のロボットアーム3,4の動作を制御するコントローラ6とを備えている。各ロボットアーム3,4の先端には、エンドエフェクタ5が着脱可能に取り付けられている。これらのエンドエフェクタ5の動作もコントローラ6によって制御されている。以下、双腕ロボット1の各構成要素について詳細に説明する。
まず、台車7について説明する。台車7は、直方体形状の筐体71と、筐体71の下面に設けられた複数の車輪72と、筐体71の背面に設けられたハンドル73とを備えている。筐体71は中空状であって、筐体71の内部にコントローラ6や図示されないエア圧供給装置などが配設されている。
次に、2本のロボットアーム3,4について説明する。2本のロボットアーム3,4は、第1軸線L1まわりに回動する第1リンク21と、第1リンク21の先端に連結された第2リンク22とを、各々に備えている。2本のロボットアーム3,4の第1リンク21の第1軸線L1は一致しており、一方のロボットアーム3の第1リンク21と他方のロボットアーム4の第1リンク21は上下に高低差を設けて配置されている。以下では、2本のロボットアーム3,4のうち、第1リンク21が下方に位置する一方を第1アーム3とし、他方を第2アーム4とする。
先ず、第1アーム3について詳細に説明する。第1アーム3は、台車7に対し第1軸線L1まわりに回動可能に連結された第1リンク21と、第1リンク21の先端に規定された第2軸線L2まわりに第1リンク21に対し回動可能に連結された第2リンク22とを備えている。第1軸線L1と第2軸線L2は平行であり、本実施形態に係る第1軸線L1と第2軸線L2は垂直に延在している。
図3は双腕ロボットの動力伝達の概略構成を示す図2のIII−III断面図である。図3にも示すように、第1リンク21は、リンク部材30と、第1軸線L1が軸心を通っている第1軸31と、第1軸31に対しリンク部材30を回動可能に連結する軸受32と、リンク部材30を第1軸線L1まわりに第1軸31と相対的に回動させる第1駆動装置33とを備えている。望ましくは、リンク部材30は、第1軸線L1まわりに360°回転可能である。
リンク部材30は、水平方向に長尺な中空状の箱体である。リンク部材30の基端にはその下面から第1軸31の上部が挿入されており、リンク部材30が軸受32を介して第1軸31に回動可能に支持されている。第1軸31の上部には、リンク部材30の内部において歯車313が外嵌固定されている。
第1軸31は全体として中空軸状であって、中空部にブッシュ315が挿入されている。ブッシュ315の内周側は配線・配管空間として利用される。本実施形態に係るブッシュ315の内径は一定であるが、ブッシュ315は上部の内径が上方へ向けて漸次拡大するような、いわゆる、上部がラッパ状に拡大する内径を有する中空軸状体であってもよい。これにより配線・配管とのブッシュ315との摩擦が軽減され、配線・配管の損傷を防ぐことができる。
第1駆動装置33は、リンク部材30の内部に設けられている。第1駆動装置33は、駆動源であるサーボモータ81と、第1軸31の歯車313と噛合している出力歯車82を介してサーボモータ81のモータ出力を第1軸31の歯車313へ伝達する動力伝達機構83とを概ね備えている。出力歯車82は、リンク部材30に回動可能に支持された出力軸84に固定されている又は出力軸84と一体的に形成されている。動力伝達機構83は、複数の歯車から構成されており、モータ出力の回転速度を減じて出力歯車82へ出力する減速機としての機能も併せ備えている。なお、第1駆動装置33の動作はコントローラ6により制御されており、第1駆動装置33とコントローラ6とを接続するケーブル類は、リンク部材30の内部及び第1軸31のブッシュ315の内部を通されている。
第1リンク21は、第2軸線L2が軸心を通っている第2軸41と、リンク部材30に第2軸41を回動可能に連結する軸受42と、第2軸41をリンク部材30に対して第2軸線L2まわりに回動させる第2駆動装置43とを、更に備えている。
第2軸41の下部はリンク部材30の先端の上面に挿入されており、第2軸41はリンク部材30に軸受42を介して回動可能に支持されている。望ましくは、第2軸41は、リンク部材30に対し第2軸線L2まわりに360°回転可能である。
第2軸41は、一体的に形成されている、又は、分割可能に構成されている。本実施形態においては、リンク部材30の外側に現れる部分411と、リンク部材30に内挿される部分412とが、第2軸41の軸心の延在方向に直列的に結合されて成る。第2軸41のリンク部材30に内挿される部分412には、歯車413が外嵌固定されている。第2軸41は全体として中空軸状であって、中空部にブッシュ415が挿入されている。ブッシュ415の内周側は配線・配管空間として利用される。
第2軸41のリンク部材30の外側に現れる部分411には、第2リンク22の基端が固定されている。この第2リンク22は、第2軸41と一体的に挙動し、第2駆動装置43によって第2軸線L2まわりに回転駆動される。第2リンク22には水平方向に長尺な板状部材であって、第2リンク22の先端の上面にはエンドエフェクタ5を着脱可能に取り付けるためのエンドエフェクタ取付部222が規定されている。本実施形態に係るエンドエフェクタ取付部222には、後述するブラケット51を締結するための図示されない締結孔が設けられている。
第2駆動装置43は、リンク部材30の内部に設けられている。第2駆動装置43は第1駆動装置33とほぼ同様の構成であって、第1駆動装置33と第2駆動装置43において共通する機能を有する部材には同一の参照符号が付されている。第2駆動装置43は、駆動源であるサーボモータ81と、第2軸41の歯車413と噛合している出力歯車82を介してサーボモータ81のモータ出力を第2軸41の歯車413へ伝達する動力伝達機構83とを概ね備えている。
第1リンク21と内部と台車7の内部は、台車7の上面に設けられた開口と、この開口上に立設された第1軸31のブッシュ315とによって連通されている。また、第1リンク21と内部と外部とは、第2軸41のブッシュ415によって連通されている。このように、台車7と第1リンク21の内部空間は連通されており、この内部空間が配線・配管のために利用されている。第2リンク22には、台車7から第1リンク21内部を通されて、第1リンク21の先端から外部へ引き出された配線や配管を束ねる配線台25が設けられている。
上記構成の第1アーム3において、第1駆動装置33の出力歯車82がサーボモータ81から伝達された動力によって回転すると、出力歯車82が歯車313の周囲を回転する。これによって、出力歯車82を支持しているリンク部材30は、第1軸線L1を中心として第1軸31に対して回動する。また、上記構成の第1アーム3において、第2駆動装置43の出力歯車82がサーボモータ81から伝達された動力によって回転すると、出力歯車82と噛合している歯車413が回転する。これによって、歯車413と一体的に挙動する第2軸41及びこれに固定された第2リンク22は、第2軸線L2を中心としてリンク部材30に対して回動する。
次に、第2アーム4について詳細に説明する。第2アーム4は、第1軸線L1まわりに回動する第1リンク21と、第1リンク21の先端に規定された第2軸線L2’まわりに第1リンク21に対して回動可能に連結された第2リンク22とを備えている。第1軸線L1と第2軸線L2’は平行である。
第1アーム3では第1リンク21の第2軸41がリンク部材30から上方へ突出しているのに対し、第2アーム4では第1リンク21の第2軸41がリンク部材30から下方に突出している点で、第2アーム4は第1アーム3と相違する。この相違点を除いて、第2アーム4と第1アーム3は実質的に同じ構造である。よって、第2アーム4の構造に関し、第1アーム3について既に説明した構成要素と共通の参照符号を付すことで、これ以上の詳細な説明を省略する。
上記構成の第2アーム4の第1リンク21の第1軸31は、第1アーム3の第1軸線L1と一致するように配設され、第1アーム3の第1リンク21の基端の上面に固定されている。第2アーム4の第1リンク21の第1軸31の下部311は、第2アーム4のリンク部材30を支持する支持部材としての機能と、第1アーム3の第1リンク21と第2アーム4の第1リンク21とを第1軸線L1の延在方向に離間させるためのスペーサとしての機能とを併せ備えている。
続いて、エンドエフェクタ5について説明する。エンドエフェクタ5は、双腕ロボット1が行う作業に応じて適切な構造のものが用いられる。そのため、ここでは、エンドエフェクタ5の一例について簡単に説明する。本実施形態に係るエンドエフェクタ5は、手首部5Aと、手首部5Aの先端に設けられたツール部5Bとにより概ね構成されている。手首部5Aは、ツール部5Bを垂直軸に沿って上下方向に移動させる昇降機能と、ツール部5Bを垂直軸まわりに回動させる回動機能とを有している。
手首部5Aは、例えば、第2リンク22のエンドエフェクタ取付部222に締結具等によって着脱可能に取り付けられたブラケット51と、ブラケット51に固定されたリニアガイド52と、リニアガイド52のスライダ521に固定されたステー55と、ステー55に支持されたサーボモータ53と、サーボモータ53の出力軸と連結された減速機54とにより構成されている。そして、減速機54の出力軸に、作業に応じたツール部5Bが取り付けられている。
以上に説明したように、本実施形態に係る双腕ロボット1は、第1アーム3及び第2アーム4の2本のロボットアームを備えている。そして、第1アーム3及び第2アーム4は、第1軸線L1まわりに回動可能な第1リンク21と、第1リンク21に回動可能に連結されるとともにエンドエフェクタ取付部222が規定された第2リンク22とを、各々に有する。この第1アーム3及び第2アーム4では、第1リンク21の第1軸線L1が同一軸線上にあることから、第1リンク21の第1軸線L1どうしが異なる軸線上にある場合と比較して双腕ロボット1の設置スペースを縮小することができる。
更に、本実施形態に係る双腕ロボット1では、第1アーム3の第1リンク21と第2アーム4の第1リンク21とが、スペーサとして機能する第2アーム4の第1軸31の下部311によって、第1軸線L1の延在方向に離間して配設されている。そして、第1アーム3の第2リンク22が、第1軸線L1と直交する方向から見て、第1アーム3の第1リンク21から第2アーム4の第1リンク21へ向かう方向へ突出する第2軸41(第1の突出部材)に支持されている。同様に、第2アーム4の第2リンク22が、第1軸線L1と直交する方向から見て、第2アーム4の第1リンク21から第1アーム3の第1リンク21へ向かう方向へ突出する第2軸41(第2の突出部材)に支持されている。このようにして、第1アーム3の第2リンク22と第2アーム4の第2リンク22とが、第1アーム3の第1リンク21と第2アーム4の第1リンク21との第1軸線L1の延在方向の間に位置し、且つ、エンドエフェクタ取付部222どうしの第1軸線L1の延在方向の位置が実質的に同一となるように配設されている。つまり、高さ基準(例えば、台車7の筐体71の上面)から第1アーム3のエンドエフェクタ取付部222までの第1軸線L1の延在方向の距離と、高さ基準から第2アーム4のエンドエフェクタ取付部222までの第1軸線L1の延在方向の距離とが、実質的に等しい。
本実施形態においては、第1アーム3と第2アーム4の双方において、エンドエフェクタ取付部222が第2リンク22の上面に規定されているので、第1アーム3の第2リンク22と第2アーム4の第2リンク22とが、第1軸線L1の延在方向の位置が実質的に同一となるように配設されている。換言すれば、高さ基準から第1アーム3の第2リンク22の上面までの第1軸線L1の延在方向の距離と、高さ基準から第2アーム4の第2リンク22の上面までの第1軸線L1の延在方向の距離とが、実質的に等しい。
本実施形態に係る双腕ロボット1では、各ロボットアーム3,4の各構成要素は実質的に同じ形状のものが用いられている。そして、高さ基準から各ロボットアーム3,4のエンドエフェクタ取付部222の高さ位置が実質的に等しくなるように、リンク部材30の形状、第1軸31のスペーサとして機能する下部311の第1軸線L1方向の長さ、第2軸41の第1軸線L1方向の突出量などが決定されている。しかしながら、各ロボットアーム3,4の各構成要素には製造上の形状・寸法誤差がある。そこで、第2軸41と第2リンク22との間、第1アーム3のリンク部材30と第2アーム4の第1軸31の間、などの少なくとも1箇所に設けられたシム板などの高さ調整部材によって、各ロボットアーム3,4のエンドエフェクタ取付部222どうしの第1軸線L1の延在方向の位置が実質的に等しくなるように調整されている。
このように、各ロボットアーム3,4のエンドエフェクタ取付部222どうしの第1軸線L1の延在方向の位置が実質的に同じであるので、各ロボットアーム3,4に取り付けられるエンドエフェクタ5を実質的に同じ構造とすることができる。つまり、各ロボットアーム3,4の第1リンク21どうしには第1軸線L1の延在方向の位置に差異が設けられているが、この差異を2つのエンドエフェクタ5で吸収しなくてもよい。なお、「実質的に同じ構造」とは、エンドエフェクタ5の構成要素の形状及び機能が共通していることを意味し、同一構造の他、左右対称構造、左右反転構造などのエンドエフェクタ5も含まれる。2つのエンドエフェクタ5が実質的に同じ構造であれば、部品の種類の増加が抑えられ、部品交換や調整などのメンテナンスが容易となり、また、コストの削減を図ることができる。このことは、例えば、エンドエフェクタ5をユーザの要望に応じてカスタマイズする場合にも有利である。
また、2つのエンドエフェクタ5が実質的に同じ構造であれば、2つのロボットアーム3,4の自重及びエンドエフェクタ5の重みによる撓み量はほぼ等しくなる。よって、メンテナンスや交換の際に、2つのエンドエフェクタ5の高さ位置を揃えるための調整が容易となる。更に、2つのロボットアーム3,4で協働作業を行う際に、2つのエンドエフェクタ5が到達する高さ位置を揃えるためのロボットアーム3,4及びエンドエフェクタ5の制御を単純化することができる。
また、本実施形態の双腕ロボット1は、各ロボットアーム3,4の第1リンク21に、第1軸31(支持部材)と、第1軸31に第1軸線L1まわりに回動可能に支持されたリンク部材30と、リンク部材30に設けられ当該リンク部材30を第1軸31に対して第1軸線L1まわりに回動させる第1駆動装置33とが設けられている。更に、各ロボットアーム3,4の第1リンク21に、リンク部材30に第1軸線L1と平行な第2軸線L2まわりに回動可能に支持された第2軸41(軸部材)と、リンク部材30に設けられ第2軸41をリンク部材30に対して第2軸線L2まわりに回動させる第2駆動装置43とが設けられている。
このように、各ロボットアーム3,4の第1リンク21に、第1リンク21を第1軸線L1まわりに回動させるための機構、及び、第2リンク22を第2軸線L2まわりに回動させるための機構が集約されている。よって、各ロボットアーム3,4の第2リンク22を、例えば平板状の単純なリンク部材で形成することが可能となるので、各ロボットアーム3,4のエンドエフェクタ取付部222の位置を調整することが容易となる。
更に、本実施形態の双腕ロボット1は、第1アーム3の第1リンク21のリンク部材30に、第2アーム4の第1リンク21の第1軸31が固定されており、この第2アーム4の第1軸31によって第1アーム3の第1リンク21と第2アーム4の第1リンク21とが第1軸線L1の延在方向に離間されている。
このように、第1アーム3の第1リンク21に対する第2アーム4の第1リンク21の第1軸線L1の延在方向の相対的な位置決めが第2アーム4の第1軸31の下部311によってなされているので、第1リンク21どうしの離間距離の調整をこの第1軸31又は第1軸31とリンク部材30との連結部において行うことが可能である。これにより、各ロボットアーム3,4のエンドエフェクタ取付部222の位置を調整することが容易となる。
以上の本発明の好適な実施の形態の説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
1 :双腕ロボット
3 :ロボットアーム(第1アーム)
4 :ロボットアーム(第2アーム)
5 :エンドエフェクタ
6 :コントローラ
7 :台車
21 :第1リンク
22 :第2リンク
25 :配線台
30 :リンク部材
31 :第1軸(支持部材)
32 :軸受
33 :第1駆動装置
41 :第2軸(軸部材)
42 :軸受
43 :第2駆動装置
51 :ブラケット
52 :リニアガイド
53 :サーボモータ
54 :減速機
55 :ステー
71 :筐体
72 :車輪
73 :ハンドル
81 :サーボモータ
82 :出力歯車
83 :動力伝達機構
84 :出力軸
222 :エンドエフェクタ取付部
313 :歯車
315 :ブッシュ
413 :歯車
415 :ブッシュ
L1 :第1軸線
L2,L2' :第2軸線

Claims (6)

  1. 第1軸線まわりに回動可能な第1リンクと、前記第1リンクに回動可能に連結されるとともにエンドエフェクタ取付部が規定された第2リンクとを各々に有する第1アーム及び第2アームを備え、
    前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとが、前記第1軸線の延在方向に離間して配設され、
    前記第1アームの前記第2リンクと前記第2アームの前記第2リンクとが、前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとの前記第1軸線の延在方向の間に位置し、且つ、前記エンドエフェクタ取付部どうしの前記第1軸線の延在方向の位置が実質的に同一となるように配設されている、
    双腕ロボット。
  2. 前記第1アームの前記第2リンクが、前記第1軸線と直交する方向から見て、前記第1アームの前記第1リンクから前記第2アームの前記第1リンクへ向かう方向に突出する第1の突出部材に支持されており、
    前記第2アームの前記第2リンクが、前記第1軸線と直交する方向から見て、前記第2アームの前記第1リンクから前記第1アームの前記第1リンクへ向かう方向に突出する第2の突出部材に支持されている、
    請求項1に記載の双腕ロボット。
  3. 前記第1アームの前記第2リンクと前記第2アームの前記第2リンクとが、前記第1軸線の延在方向の位置が実質的に同一となるように配設されている、
    請求項1に記載の双腕ロボット。
  4. 前記第1リンクが、支持部材と、前記支持部材に前記第1軸線まわりに回動可能に支持されたリンク部材と、前記リンク部材に設けられ当該リンク部材を前記支持部材に対して前記第1軸線まわりに回動させる第1駆動装置とを有する、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の双腕ロボット。
  5. 前記第1リンクが、前記リンク部材に前記第1軸線と平行な第2軸線まわりに回動可能に支持された軸部材と、前記リンク部材に設けられ前記軸部材を前記リンク部材に対して前記第2軸線まわりに回動させる第2駆動装置とを、更に有し、
    前記第2リンクが前記軸部材に固定されている、請求項4に記載の双腕ロボット。
  6. 前記第1アームの前記第1リンクの前記リンク部材に、前記第2アームの前記第1リンクの前記支持部材が固定されており、当該支持部材によって前記第1アームの前記第1リンクと前記第2アームの前記第1リンクとが前記第1軸線の延在方向に離間されている、請求項4に記載の双腕ロボット。
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