JPWO2016185512A1 - アームロボット - Google Patents

Abstract

アームロボット(１)は、作業対象の物品に対して作業する先端部(５０)と、第１モータの軸方向に軸が配設されたボールネジと先端部(５０)が配設されたプーリとプーリに掛け渡され第１モータ及びボールネジを内包しボールネジに接続されて第１モータの軸方向に移動するベルトとを有し先端部(５０)を回動駆動する第１駆動部(１１)が配設された第１アーム(１０)と、第２モータの駆動力を直交減速し第１アーム(１０)が配設されたかさ歯車機構又は第２モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し第１アーム(１０)を回動駆動する第２駆動部(２１)が配設された第２アーム(２０)とを備える。

Description

本発明は、アームロボットに関する。

従来、アームロボットとしては、例えば、第２手首要素を駆動する動力伝達部が、直交減速するギアセットと第２手首用モータとを備え、先端部である第３手首要素を駆動する動力伝達部が、直交減速するギアセットと第３手首用モータの回転を減速する第３減速部とを有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このアームロボットでは、動力の伝達効率の低下を抑えることができるとしている。また、アームロボットとしては、モータとボールネジとベルトとを有する機構によりアームを回転させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このロボットでは、アームの回転を構造の簡単な減速機により制御することができるとしている。

特開２０１４−２１３４３７号公報 特開平６−１５５８７号公報

しかしながら、この特許文献１に記載されたアームロボットでは、伝達効率の低下を抑えるとしているが、アームが太く、アームのコンパクト化を更に図ることが望まれていた。また、特許文献２に記載されたアームロボットは、ベルト機構により簡単な構造で減速するものとしているが、すべてのアームをベルト機構で駆動するため、ベルト機構の伸びなど回転駆動時にずれが生じることがあり、先端部に至るまでずれが積み重なり十分な動作精度を確保することができなかった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができるアームロボットを提供することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のアームロボットは、
作業対象の物品に対して作業する先端部と、
第１モータと、前記第１モータの軸方向に軸が配設されたボールネジと、前記先端部が配設されたプーリと、前記プーリに掛け渡され前記第１モータと前記ボールネジとを内包し該ボールネジに接続されて前記第１モータの軸方向に移動するベルトとを有し前記先端部を回動駆動する第１駆動部が配設された第１アームと、
第２モータと、前記第２モータの駆動力を直交減速し前記第１アームが配設されたかさ歯車機構又は前記第２モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第１アームを回動駆動する第２駆動部が配設された第２アームと、
を備えたものである。

このアームロボットは、先端側の第１アームにはモータやボールネジが内包されたベルトにより回動駆動する第１駆動部を備えているため、第１アームをより細く形成することが可能である。また、第１アームを配設した第２アームには、直交減速すると共に、回動軸方向にコンパクト化を図ることができるかさ歯車機構を有する第２駆動部を備えているため、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。あるいは、第１アームを配設した第２アームには、楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構を有する第２駆動部を備えているため、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。このため、このアームロボットでは、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができる。

本発明のアームロボットにおいて、前記ベルトは、カーボンベルトであるものとしてもよい。このアームロボットでは、カーボンベルトを用いることにより、第１アームの動作精度をより確保することができる。このカーボンベルトは、樹脂（例えば高強度ウレタンや高強度ナイロンなど）の内部にカーボン芯線を備えたものとしてもよい。

本発明のアームロボットにおいて、前記先端部は、前記物品を吸着採取する採取部材、前記物品を把持採取する採取部材のうちいずれかが配設されているものとしてもよい。このアームロボットでは、物品を吸着採取又は把持採取することができる。

本発明のアームロボットにおいて、前記先端部には、前記作業対象に対して光を照射する照射部と該作業対象を撮像する撮像部とが配設されているものとしてもよい。このアームロボットでは、照射部及び撮像部により作業対象を確認しながら作業を行うことができる。

本発明のアームロボットにおいて、前記第２アームは、第３モータの駆動力を直交減速するかさ歯車機構又は第３モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第２アームを回動駆動する第３駆動部に配設されているものとしてもよい。このアームロボットでは、第２アームを配設した部分においても、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。

本発明のアームロボットにおいて、前記第１駆動部は、前記第１モータの軸と前記ボールネジの軸とが直結されているものとしてもよい。このアームロボットでは、第１モータとボールネジとの間にギアなどを介さないため、よりコンパクト化を図ることができる。また、本発明のアームロボットにおいて、前記第１駆動部は、前記第１モータにブレーキ部を備えているものとしてもよい。このアームロボットでは、停止時にブレーキ部により固定できるため、先端部の移動を防止することができる。

アームロボット１の概略説明図。 第１アーム１０が備える第１駆動部１１の説明図。 第２アーム２０が備える第２駆動部２１の説明図。 アームロボット１の電気的な接続関係を表すブロック図。 別のアームロボット１Ｂの概略説明図。

本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明の一例であるアームロボット１の概略説明図である。図２は、第１アーム１０が備える第１駆動部１１の説明図である。図３は、第２アーム２０が備える第２駆動部２１の説明図である。図４は、アームロボット１の電気的な接続関係を表すブロック図である。なお、アームロボット１は全方位に可動するため、固定される特定の方向はないが、説明の便宜のため、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１、２に示した通りとして以下説明する。

このアームロボット１は、作業対象の物品に対して所定の作業を行う装置として構成されている。作業対象の物品は、特に限定されないが、例えば、機械部品、電気部品、電子部品、化学部品など各種の部品のほか、食品、バイオ、生物関連の物品などが挙げられる。また、所定の作業としては、例えば、初期位置から所定位置まで採取、移動、配置する処理や、所定の部位に対して変形、接続、接合させる処理などが挙げられる。アームロボット１は、電子部品を初期位置から所定位置へ配置させる処理を主として実行するものとして以下説明する。

アームロボット１は、第１アーム１０と、第２アーム２０と、第３支持部３０と、台座部４０と、先端部５０と、制御部６０と（図４参照）を備えている。

第１アーム１０は、作業対象の物品に対して作業する先端部５０が配設された長手部材である。第１アーム１０は、その内部に、先端部５０を回動駆動する第１駆動部１１が配設されている。第１駆動部１１は、図２、４に示すように、第１モータ１２と、軸１３と、ボールネジ１４と、第１プーリ１５と、第２プーリ１６と、ベルト１７と、スライド１８とを備えている。第１モータ１２は、先端部５０を回動駆動する動力源であり、第１アーム１０の長手方向（図１、２の前後方向）にその回転軸が配設されている。この第１モータ１２の後端には、ブレーキ部１９が配設されており、第１モータ１２への電力供給が停止した状態でも、ブレーキ部１９により、回転軸の回転が固定される。ボールネジ１４は、第１モータ１２の回転軸方向に軸１３が配設されたものであり、軸１３の回転に伴ってスライド１８が前後方向へ移動する。軸１３は、第１モータ１２の回転軸と直結されている。第１アーム１０は、先端部５０が配設された第１プーリ１５が先端側に配設され、第２プーリ１６が後端側に配設されている。この第１プーリ１５及び第２プーリ１６は、第１アーム１０の筐体に、軸回転可能に軸支されている。第１プーリ１５には、先端部５０の基部５１が、第１アーム１０に対して回動可能に配設されている。

ベルト１７は、第１プーリ１５及び第２プーリ１６に掛け渡されている。ベルト１７は、動作精度を確保する観点から、伸び縮みしにくい材質で形成されていることが好ましい。このベルト１７は、カーボンベルトであるものとしてもよい。カーボンベルトは、例えば、樹脂（例えば高強度ウレタンや高強度ナイロンなど）の内部にカーボン芯線を備えたものとしてもよい。このベルト１７には、ボールネジ１４に接続されたスライド１８が固定されている。第１駆動部１１は、第１モータ１２により軸１３が回転駆動されると、ボールネジ１４を介してスライド１８が軸１３前後方向に移動する。また、第１駆動部１１は、スライド１８が前後方向に移動するとベルト１７が前後方向に摺動し、このベルト１７の直線移動が第１プーリ１５を介して回転運動に変換され、先端部５０を回動させる。ベルト１７は、第１プーリ１５と第２プーリ１６とに掛け渡された内部に、第１モータ１２、軸１３及びボールネジ１４を内包している。このため、第１アーム１０は、第１モータ１２やボールネジ１４などをベルト１７の外部に設けるものに比してコンパクト化されている。

第２アーム２０は、図１に示すように、第１アーム１０が配設された長手部材である。第２アーム２０は、その先端側に第１アーム１０を回動駆動する第２駆動部２１が配設されている。第２駆動部２１は、第１アーム１０が配設されたかさ歯車機構２３を備えている。かさ歯車機構２３は、図３に示すように、第２モータ２２の駆動力を直交減速するギア機構である。かさ歯車機構２３は、まがりばかさ歯車（スパイラルベベルギア）のピニオン２４と、ピニオン２４のまがりばに噛み合う歯が形成された第１歯車２５と、第１歯車２５の軸に設けられた歯に噛み合う第２歯車２６とを有している。ピニオン２４は、第２モータ２２の回転軸に固定されており、回転軸に直交する方向に軸支された第１歯車２５へ駆動力を伝える。かさ歯車機構２３は、ピニオン２４と第１歯車２５とがオフセットされたかさ歯車機構であることがより好ましい。これらのギアがオフセットされることにより、よりコンパクト化を図ることができる。第２歯車２６には第１アーム１０が配設されており、第１歯車２５の駆動力により第１アーム１０が回動駆動される。第２アーム２０は、第２モータ２２の軸方向を長手方向とし、かさ歯車機構２３を備えることにより、その内部に第２モータ２２を収容する。

第３支持部３０は、第２アーム２０が配設されている。第３支持部３０は、その先端側に、第２アーム２０を回動駆動する第３駆動部３１が配設されている。第３駆動部３１は、第２アーム２０が配設されたかさ歯車機構３３と、かさ歯車機構３３を駆動する第３モータ３２とを備えている。第３モータ３２は、第２モータ２２に比して大きな定格出力を有するものである。かさ歯車機構３３は、かさ歯車機構２３と同様の機構であるものとして、その説明を割愛する。

台座部４０は、上下方向に形成された支持軸４１を介して第３支持部３０を支持する。台座部４０には、モータが配設されており、このモータにより、支持軸４１が回転する。

先端部５０は、作業対象の物品に対して作業するものである。先端部５０は、図１，２に示すように、基部５１と、装着部５２と、採取部材５３と、撮像ユニット５４と、駆動部５８とを備えている。基部５１は、第１アーム１０の第１プーリ１５に配設されており、その先端側に平板状の配設部５１ａが形成されている。配設部５１ａの下面には、装着部５２と撮像ユニット５４とが配設されている。装着部５２は、物品を採取する採取部材５３が取り外し可能に装着される。採取部材５３は、例えば、複数の爪部を有し物品を把持採取するメカニカルチャックとして構成されている。採取部材５３は、駆動部５８により駆動され、装着部５２と共に回転し、爪部の開放閉塞など物品の把持動作を行う。この採取部材５３は、例えば、圧力により物品を吸着採取する吸着ノズルとしてもよい。なお、基部５１は、配設部５１ａの方向を変更可能な可動軸を有し、採取部材５３の方向を上下方向に回動可能に構成してもよい。撮像ユニット５４は、照射部５５と、撮像部５６とを備える。照射部５５は、例えば、撮像部５６の外周に円状に配設された照明であり、作業対象の物品及び作業対象の周りに対して光を照射する。撮像部５６は、作業対象の物品及び作業対象の周りを撮像するカメラである。撮像ユニット５４は、撮像した画像データを制御部６０へ出力する。

制御部６０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、装置全体を制御する。この制御部６０は、第１モータ１２や第２モータ２２、第３モータ３２、駆動部５８へ信号を出力する。また、制御部６０は、撮像ユニット５４からの信号を入力する。なお、第１駆動部１１、第２駆動部２１、第３駆動部３１には図示しない位置センサが装備されており、制御部６０はそれらの位置センサからの位置情報を入力しつつ、各駆動部のモータを制御する。アームロボット１では、制御部６０が撮像ユニット５４による撮像画像を用いて作業対象の物品の位置や方向などを把握し、この物品に対して所定の処理を行う。このアームロボット１では、物品に対してより正確な処理（採取処理や配置処理）を行うことができる。

アームロボット１は、第１アーム１０、第２アーム２０及び第３支持部３０ができるだけ幅方向（左右方向）のコンパクト化を図るよう作成されている。アームロボット１は、ベルト駆動方式の第１駆動部１１を採用することによって、第１アーム１０を軽量化すると共に、より細く形成している。例えば、第１アーム１０の幅Ｌ１（図１）は、６０ｍｍ以下で形成されることができ、５０ｍｍ以下に形成されることもできる。第１アーム１０は、配線を除く幅が５０ｍｍ以下に形成されることができ、４０ｍｍ以下に形成されることもできる。また、アームロボット１は、かさ歯車機構の第２駆動部２１及び第３駆動部３１を採用することによって、先端側の質量を保持可能な出力及び位置精度を確保し、且つコンパクト化を図るものとしている。例えば、第２アーム２０の幅Ｌ２は、１００ｍｍ以下で形成されることができ、９０ｍｍ以下に形成されることもできる。第２アーム２０は、配線を除く幅が９０ｍｍ以下に形成されることができ、８０ｍｍ以下に形成されることもできる。また、第３支持部３０の幅Ｌ３は、７０ｍｍ以下で形成されることができ、６０ｍｍ以下に形成されることもできる。なお先端部５０は、その幅Ｌ０が４０ｍｍで形成することができる。また、台座部４０は、その幅Ｌ４が１５０ｍｍ以下で形成することができる。なお、アームロボットは、すべてのアームをベルト駆動方式の駆動部とすると、ベルトのたわみなどが積算され、先端での位置精度を確保しにくい。また、アームロボットは、すべてのアームを歯車機構の駆動部とすると、先端での幅が大きくなりコンパクト化を図りにくく、微細な作業を行いにくい。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の先端部５０が先端部に相当し、第１アーム１０が第１アームに相当し、第１駆動部１１が第１駆動部に相当し、第２アーム２０が第２アームに相当し、第２駆動部２１が第２駆動部に相当し、第３駆動部３１が第３駆動部に相当する。

以上説明した本実施形態のアームロボット１では、先端側の第１アーム１０には第１モータ１２やボールネジ１４が内包されたベルト１７により回動駆動する第１駆動部１１を備えているため、第１アーム１０をより細く形成することが可能であり、力とスピードを兼ね備えたものとすることができる。また、第１アーム１０を配設した第２アーム２０には、直交減速すると共に、回動軸方向にコンパクト化を図ることができるかさ歯車機構２３を有する第２駆動部２１を備えているため、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。このため、アームロボット１では、作業対象に対して作業する先端側の第１アーム１０はよりコンパクトで且つ軽量であり、この第１アーム１０を支える第２アーム２０や第３支持部３０では動作精度を十分に確保することができる。

また、アームロボット１は、ベルト１７がカーボンベルトであるため、伸び縮みがより少なく、第１アーム１０の動作精度をより確保することができる。更に、アームロボット１は、先端部５０には、物品を把持採取する採取部材５３が配設されているため、物品を把持採取することができる。更にまた、アームロボット１は、先端部５０には、作業対象に対して光を照射する照射部５５と作業対象を撮像する撮像部５６とが配設されているため、作業対象を確認しながら作業を行うことができる。そして、アームロボット１は、かさ歯車機構３３を有する第３駆動部３１を備えるため、第２アーム２０を配設した部分においても、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。

また、第１駆動部１１は、第１モータ１２の回転軸とボールネジ１４の軸１３とが直結されているため、第１モータ１２とボールネジ１４との間にギアなどを介さず、よりコンパクト化を図ることができる。また、第１駆動部１１は、第１モータ１２にブレーキ部１９を備えており、停止時にブレーキ部１９により固定できるため、電力供給停止時において、先端部５０の移動を防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、第２駆動部２１や第３駆動部３１は、かさ歯車機構を備えるものとしたが、これに代えて波動歯車機構を備えるものとしてもよい。図５は、波動歯車機構２３Ｂ，３３Ｂを備えた別のアームロボット１Ｂの概略説明図である。アームロボット１Ｂは、波動歯車機構２３Ｂを有する第２駆動部２１Ｂと、波動歯車機構３３Ｂを有する第３駆動部３１Ｂとを備えている。なお、波動歯車機構２３Ｂでは、第２モータ２２が第２アーム２０の長手方向に直交する方向に配設される。波動歯車機構２３Ｂは、ウェーブジェネレータ２４Ｂと、フレクスプライン２５Ｂと、サーキュラスプライン２６Ｂとを備えたハーモニックドライブ（登録商標）として構成されている。ウェーブジェネレータ２４Ｂは、楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングを組み合わせた部品である。フレクスプライン２５Ｂは、薄肉カップ状の金属弾性体であり、開口部の外周に歯が刻まれている部品である。サーキュラスプライン２６Ｂは、剛体リング状の部品であり、内周にフレクスプライン２５Ｂよりも少ない歯が刻まれている。波動歯車機構３３Ｂは、波動歯車機構２３Ｂと同様の機構であるものとしてその説明を省略する。このアームロボット１Ｂでは、波動歯車機構を用いることにより、第１アーム１０を支える第２アーム２０や第３支持部３０では動作精度を十分に確保することができる。なお、アームロボット１Ｂは、第２アーム２０と第３支持部３０のいずれかに波動歯車機構を備えるものとしてもよい。

上述した実施形態では、ベルト１７は、カーボンベルトであるものとしたが、特にこれに限定されず、カーボン以外の材質で形成したベルトとしてもよい。

上述した実施形態では、先端部５０は、物品を採取する採取部材５３が装着されるものとしたが、物品に対して処理するものであれば、特に物品を採取するものに限定されない。

上述した実施形態では、先端部５０に撮像ユニット５４を備えるものとしたが、特にこれに限定されず、撮像ユニット５４を備えないものとしてもよい。このアームロボットにおいても、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができる。

上述した実施形態では、第２駆動部２１や第３駆動部３１のかさ歯車機構は、まがりばかさ歯車としたが、まがりばでないすぐばかさ歯車としてもよい。また、かさ歯車機構２３は、ピニオン２４と第１歯車２５とをオフセットしたかさ歯車機構としたが、オフセットしないものとしてもよい。このアームロボット１では、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができる。なお、かさ歯車機構３３も同様である。

上述した実施形態では、第１アーム１０と第２アーム２０とを備えるものとしたが、特にこれに限定されず、第３アームや第４アームなどを備えるものとしてもよい。この第３アームにおいても、かさ歯車機構や波動歯車機構を備えるものとすることができる。

本発明は、物品を採取、配置などの処理を行う装置の技術分野に利用可能である。

１，１Ｂ アームロボット、１０ 第１アーム、１１ 第１駆動部、１２ 第１モータ、１３ 軸、１４ ボールネジ、１５ 第１プーリ、１６ 第２プーリ、１７ ベルト、１８ スライド、１９ ブレーキ部、２０ 第２アーム、２１，２１Ｂ 第２駆動部、２２
第２モータ、２３ かさ歯車機構、２３Ｂ 波動歯車機構、２４ ピニオン、２４Ｂ ウェーブジェネレータ、２５ 第１歯車、２５Ｂ フレクスプライン、２６ 第２歯車、２６Ｂ サーキュラスプライン、３０ 第３支持部、３１，３１Ｂ 第３駆動部、３２ 第３モータ、３３ かさ歯車機構、３３Ｂ 波動歯車機構、４０ 台座部、４１ 支持軸、５０ 先端部、５１ 基部、５１ａ 配設部、５２ 装着部、５３ 採取部材、５４ 撮像ユニット、５５ 照射部、５６ 撮像部、５８ 駆動部、６０ 制御部。

Claims (5)

1. 作業対象の物品に対して作業する先端部と、
   第１モータと前記第１モータの軸方向に軸が配設されたボールネジと前記先端部が配設されたプーリと前記プーリに掛け渡され前記第１モータ及び前記ボールネジを内包し該ボールネジに接続されて前記第１モータの軸方向に移動するベルトとを有し前記先端部を回動駆動する第１駆動部が配設された第１アームと、
   第２モータと前記第２モータの駆動力を直交減速し前記第１アームが配設されたかさ歯車機構又は前記第２モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第１アームを回動駆動する第２駆動部が配設された第２アームと、
   を備えたアームロボット。
2. 前記ベルトは、カーボンベルトである、請求項１に記載のアームロボット。
3. 前記先端部は、前記物品を吸着採取する採取部材、前記物品を把持採取する採取部材のうちいずれかが配設されている、請求項１又は２に記載のアームロボット。
4. 前記先端部には、前記作業対象に対して光を照射する照射部と該作業対象を撮像する撮像部とが配設されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアームロボット。
5. 前記第２アームは、第３モータの駆動力を直交減速するかさ歯車機構又は第３モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第２アームを回動駆動する第３駆動部に配設されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアームロボット。

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