WO2007037130A1

WO2007037130A1 - ロボット

Info

Publication number: WO2007037130A1
Application number: PCT/JP2006/318282
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Haniya; Manabu Okahisa; Atsushi Ichibangase
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-04-05
Also published as: JP4632065B2; TW200714428A; JPWO2007037130A1

Abstract

　第１軸目の負荷を軽減しながらも同等な最伸姿勢を実現可能なマニピュレータを提供する。　基台（８）と、前記基台に旋回可能に設けられた胴体部（９）と、前記胴体部または前記基台内部に設けられたコントローラと、前記胴体部に設けられて、複数のアーム体と前記アーム体を回転自在に連結するための中空アクチュエータと前記中空アクチュエータの中空部分に挿通されるとともに前記アーム体内部でコネクタ接続される線状体とから少なくとも構成される複数の腕（５）と、を備え、前記アーム体の前記腕の基端に位置する第一軸同士の軸心が略平行に配置され、隣り合う前記中空アクチュエータの回転軸の傾きが９０度異なって配置される。

Description

明細書

ロボット

技術分野

[0001] 本発明は、基台から旋回可能に軸支された胴体部に、複数のアーム体と各アーム体を回転自在に連結する関節部を有する腕を少なくとも 2本以上持ち、特にその腕同士の第 1の関節部の軸心が略平行に配置構成されるロボットに関する。

背景技術

[0002] 図 4は従来の移動型マニピュレータを示す図である。従来の移動型マニピュレータは、腕の第 1軸が紙面に対して略水平に配置されている。すなわち、関節 eは胴体に紙面に対して、水平に取り付けられている (特許文献 1、 2参照)。

特許文献 1 :特開平 2— 237782号公報 (第 2— 4頁、図 2、 )

特許文献 2：特開平 11― 188668号公報 (第 4— 6頁、図 7)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 従来のマニピュレータは、腕の第 1軸が紙面に対して略水平に配置されているため、前方に伸びた状態で作業するケースが多い産業用ロボットにとって、第 1軸目の負荷が常に作用しており、相応な減速機容量、モータ容量を必要とし、装置が大型化するという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、第 1軸目の負荷を軽減しながらも同等な最伸姿勢を実現可能なマニピュレータを提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0004] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項 1に記載の発明は、基台と、前記基台に旋回可能に設けられた胴体部と、複数のアーム体と隣接する 2つの前記アーム体を回転自在に連結する関節部とから少なくとも構成される複数の前記胴体部に設けられた腕と、を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項 2に記載の発明は、前記関節部は、少なくともサーボモータ及び減速機構で構成されることを特徴とするものである。

また、請求項 3に記載の発明は、前記減速機構は、波動歯車であることを特徴とするものである。

また、請求項 4に記載の発明は、前記関節部は、前記モータと前記減速機構が一体ィ匕されたァクチユエータで少なくとも構成されることを特徴とするものである。

また、請求項 5に記載の発明は、前記ァクチユエータは回転中心が中空であることを特徴とするものである。

また、請求項 6に記載の発明は、前記ァクチユエータの中空部分に線状体が挿通されて、ることを特徴とするものである。

また、請求項 7に記載の発明は、前記線状体は、前記ァクチユエータの動力線または信号線であることを特徴とするものである。

また、請求項 8に記載の発明は、前記線状体は、エンドェフエクタの動力線であることを特徴とするものである。

また、請求項 9に記載の発明は、前記線状体は、エンドエフヱクタの信号線であることを特徴とするものである。

また、請求項 10に記載の発明は、前記線状体は、エンドェフエクタのエア用配管であることを特徴とするものである。

また、請求項 11に記載の発明は、前記線状体は、塗料用配管であることを特徴とするものである。

また、請求項 12に記載の発明は、前記線状体は、溶接用の水用配管であることを特徴とするものである。

また、請求項 13に記載の発明は、前記線状体は、溶接用の配線であることを特徴とするちのである。

また、請求項 14に記載の発明は、前記線状体は、シール用配管であることを特徴とするちのである。

また、請求項 15に記載の発明は、前記アーム体の前記腕の基端に位置する第一軸同士の軸心が略平行に配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項 16に記載の発明は、隣り合う前記関節の回転軸の傾きが 90度であることを特徴とするものである。

また、請求項 17に記載の発明は、前記線状体は、少なくとも前記アーム体内部でコネクタ接続されて、ることを特徴とするものである。

また、請求項 18に記載の発明は、前記胴体部または前記基台部にコントローラが設けられたことを特徴とするものである。

また、請求項 19に記載の発明は、前記胴体部または前記基台部に作業台が設けられたことを特徴とするものである。

また、請求項 20に記載の発明は、前記作業台は、前記胴体部または前記基台部に格納されることを特徴とするものである。

また、請求項 21に記載の発明は、基台と、前記基台に旋回可能に設けられた胴体部と、

前記胴体部または前記基台内部に設けられたコントローラと、前記胴体部に設けられて、複数のアーム体と前記アーム体を回転自在に連結するための中空ァクチユエータと前記中空ァクチユエータの中空部分に挿通されるとともに前記アーム体内部でコネクタ接続される線状体とから少なくとも構成される複数の腕と、を備え、前記アーム体の前記腕の基端に位置する第一軸同士の軸心が略平行に配置され、隣り合う前記中空ァクチユエータの回転軸の傾きが 90度異なって配置されることを特徴とするものである。

また、請求項 22に記載の発明は、前記腕は、 7自由度を有することを特徴とするものである。

また、請求項 23に記載の発明は、前記胴体部または前記基台部に作業台を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項 24に記載の発明は、前記作業台は、前記胴体部または前記基台部に格納されることを特徴とするものである。

発明の効果

請求項 1、 21に記載の発明によると、複数の腕を備えているので、作業効率がよい請求項 2、 3、 21に記載の発明によると、関節部にモータと減速機構が収められているので、コンパクトである。

また、請求項 4乃至 14、 21に記載の発明によると、前記関節部、モータと減速機構がー体ィ匕されたァクチユエータで構成されているため、関節回転軸方向にコンパクトに構成されるので、アーム寸法を小さくすることができ、さらに狭隘な空間への設置が可能となる。

また、請求項 15、 21に記載の発明によると、アーム体の第一軸同士の軸心が略平行に配置されているのでアームが伸びた姿勢であっても位置決め軸に作用するトルクを軽減でさる。

また、請求項 16、 21に記載の発明によると、従来の産業用ロボットと同一教示操作方法に近ぐ効率良くティーチングが可能となる。

また、請求項 17、 21に記載の発明によると、線状体は少なくとも 1つの関節部で分割可能に結合されているため、中空部はケーブル本数のみ考慮すればよぐコネクタサィズによらず最大限のケーブル本数を配設することが可能となる。

また、請求項 18、 21に記載の発明によると、胴体部にコントローラが設けられているので、コンパクトである。

また、請求項 19、 23に記載の発明によると、作業テーブルに一時的に部品を載置することができるので、作業効率が良い。

また、請求項 20、 24に記載の発明によると、作業をしない時は作業台を格納しておくことができるので、省スペース化を図ることができる。

また、請求項 22に記載の発明によると、 7自由度を有しているため、腕の自由度が大きい。

図面の簡単な説明

[0006] [図 1]本発明の実施例を示すマニピュレータ装置の正面図

[図 2]本発明のマニピュレータの腕の縦断面図

[図 3]本発明の実施例を示すマニピュレータ装置の側断面図

[図 4]従来のマニピュレータ装置の側断面図

符号の説明

[0007] C1 第 1のアーム体 C2 第 2のアーム体

C3 第 3のアーム体

C4 第 4のアーム体

C5 第 5のアーム体

C6 第 6のアーム体

C7 第 7のアーム体（エンドエフヱクタ)

7 旋回軸

8 基台

9 胴体

5a 第 1の腕

5b 第 2の腕

10 J2軸線状体

11a コネクタ

l ib コネクタ

12 J2軸減速機部

13 J2軸モータ部

14 J2軸サーボモータ

15 J2軸中空穴

J1 関節軸

J2 関節軸

J4 関節軸

J5 関節軸

J6 関節軸

J7 関節軸

101 J1軸サーボモータ

301 J3軸サーボモータ

401 J4軸サーボモータ

501 J5軸サーボモータ 601 J6軸サーボモ -タ

701 J7軸サーボモ -タ

102 J1軸減速機

202 J2軸減速機

302 J3軸減速機

402 J4軸減速機

502 J5軸減速機

602 J6軸減速機

702 J7軸減速機

103 J1軸中空穴

303 J3軸中空穴

403 J4軸中空穴

503 J5軸中空穴

603 J6軸中空穴

703 J7軸中空穴

104 J1軸線状体

204 J3軸線状体

304 J4軸線状体

404 J5軸線状体

504 J6軸線状体

604 J7軸線状体

発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

実施例 1

[0009] 図 1は、本発明の多関節マニピュレータの正面図である。図 1において、基台 8上に設置された胴体 9は、基台 8に軸支されており、サーボモータ及び減速機にて旋回自在に位置決め可能である。 5aは第 1の腕、 5bは第 2の腕である。胴体 9の内部には、本発明のロボットのコントローラが内蔵されている。さらに、胴体 9には、ロボットが組立等の作業をするための作業台（図示せず)が備えられており、胴体 9に格納することが出来るようになつている。格納は、格納用の駆動装置によって行われるが、これを設けずに、ロボット自身の腕を使って行っても良い。

以下、腕の詳細な構造について説明する。ただし、後述するが、図 1 (図 3)記載の腕の構造を示すものではな、。

[0010] 図 2は、第 1の腕を前方に伸ばした状態での縦断面図であり、図の関節樹 1が腕の基端側 (付け根)、 J7が先端側に相当する。

図 2において、 C1は第 1のアーム体であり、 C2は第 2のアーム体であり、 C3は第 3のアーム体であり、 C4は第 4のアーム体であり、 C5は第 5のアーム体であり、 C6は第 6 のアーム体であり、 C7は第 7のアーム体（エンドェフエクタ）である。

[0011] 第 1のアーム体 C1は関節樹 1を中心に回転し、第 2のアーム C2は関節樹 2を中心に回転し、第 3のアーム C3は関節樹 3を中心に回転し、第 4のアーム C4は関節樹 4を中心に回転し、第 5のアーム C5は関節樹 5を中心に回転し、第 6のアーム C6 は関節樹 6を中心に回転する。第 7のアーム C7は関節樹 7を中心に回転する。なお、適用アプリケーションによって ίお 3軸が無くとも位置決め可能である。

[0012] 関節樹 1と関節樹 2、関節樹 2と関節樹 3、関節樹 3と関節樹 4、関節樹 4と関節樹5、関節樹5と関節樹6、関節樹6と関節樹7はそれぞれ直交するように構成されている。本軸構成によれば、動作軸を支持する軸に対し直交動作となるので、従来の産業用ロボットと同一教示操作方法に近ぐ効率良くティーチングが可能となる。また、関節樹1、関節樹3、関節樹 5、関節樹 7の夫々の回転中心が直立時に同一線上になるように構成されている。本軸構成によれば狭隘な空間に設置するために最小な寸法となる。すなわちマ-プレータ上面図からの投影面積が最小になる。但し、関節樹1、関節樹3、関節樹 5、関節樹 7の夫々の回転中心にオフセット寸法を付与することも可能である。なお、図 1ίお 1にオフセットを与えた場合の構成を示している。

[0013] 関節樹 1 (第 1軸）はサーボモータ 101によって減速機 102を介して駆動されており、サーボモータ 101と減速機 102の回転中心は関節樹 1の回転軸と一致している。また、サーボモータ 101と減速機 102の回転中心には中空穴 103が開口されており、線状体 104が配設されている。

関節樹 2 (第 2軸）はサーボモータ 14によって減速機 12を介して駆動されており、サーボモータ 14と減速機 12の回転中心は関節樹 2の回転軸と一致している。また、サーボモータ 14と減速機 12の回転中心には中空穴 15が開口されており、線状体 1 0が配設されている。

関節樹 3 (第 3軸）はサーボモータ 301によって減速機 302を介して駆動されており、サーボモータ 301と減速機 302の回転中心は関節樹 3の回転軸と一致している。また、サーボモータ 301と減速機 302の回転中心には中空穴 303が開口されており、線状体 304が配設されている。

関節樹 4 (第 4軸）はサーボモータ 401によって減速機 402を介して駆動されており、サーボモータ 401と減速機 402の回転中心は関節樹 4の回転軸と一致している。また、サーボモータ 401と減速機 402の回転中心には中空穴 403が開口されており、線状体 404が配設されている。

関節樹 5 (第 5軸）はサーボモータ 501によって減速機 502を介して駆動されており、サーボモータ 501と減速機 502の回転中心は関節樹 5の回転軸と一致している。また、サーボモータ 501と減速機 502の回転中心には中空穴 503が開口されており、線状体 504が配設されている。

関節樹 6 (第 6軸）はサーボモータ 601によって減速機 602を介して駆動されており、サーボモータ 601と減速機 602の回転中心は関節樹 6の回転軸と一致している。また、サーボモータ 601と減速機 602の回転中心には中空穴 603が開口されており、線状体 604が配設されている。

関節樹 7 (第 7軸）はサーボモータ 701によって減速機 702を介して駆動されており、サーボモータ 701と減速機 702の回転中心は関節樹 7の回転軸と一致している。また、サーボモータ 701と減速機 702の回転中心には中空穴 703が開口されており、線状体が配設されている。

なお、線状体はァクチユエータの動力線および信号線、エンドェフエクタ用の動力線、信号線、エア用、シール用塗料用配管、溶接用の 1次ケーブル、アース線等の線状体である。 [0014] 通常、産業用ロボットでの作業領域は前方の動作領域が重要である。「前に習え」の姿勢を維持するためには位置決めのための基本軸に重力トルクが作用して、各関節に使用するモータや減速機の枠が大きくなつていた。本発明の腕構成によると、図 2 に示すような、最伸姿勢において X方向に重力が作用しても、各回転関節に対して垂直のため、各関節の減速機やモータ容量を小さくしても高可搬な双腕を提供することができる。また、本姿勢だけでは水平動作しか出来ないので、さらに小容量の減速機やモータを使用する場合は各関節軸に動作制限を設けても良い。この場合、 C OS関数により、動作角度の増加割合が、重力トルクの増加割合よりも大きいため、効率良く動作制限を与えることが可能となる。

[0015] 最も効果的な実施例は、腕の第 1軸の回転軸が夫々略平行が望ましいが、関節部のモータや減速機の容量が許容する範囲で、ロボット前方に対して角度を付して配設しても良い。

[0016] 全ての関節はサーボモータと減速機の間に平行軸及び角度を有する歯車機構を有しないので、モータが高速に回転しても静粛な運転が可能である。また、全軸ともに扁平ァクチユエータを採用しているために、図 2に示す X方向のアーム幅寸法 A, B, Cが短くできるので、腕同士の干渉を小さくできるとともに、周辺冶具やワークへの接近性が飛躍的に向上した構成となっている。

また、各関節のモータは減速機外径に近い外形寸法にすることができ、モータマグネットとコアの径を大幅に上げることが可能となったので、大出力のモータとなり、ァクチユエータの駆動負荷、速度、加速度を上げることが可能となった。

[0017] 各関節の中空穴部に配設された線状体は、その隣り合う軸の中空穴に配設される前に、各コネクタで接続されている。例えば、 J2軸の場合、線状体 10の両端はコネクタ l la、 l ibで J1軸を通過した線状体 104^J3軸を通過する線状体 304とに夫々コネクタ接合されている。このため、大型のコネクタを通すために、中空部に配設できるケ一ブル本数に制約がでることを防いでいる。なお、アプリケーションケーブルが少ない場合はコネクタで中継する必要はないし、任意の関節部で中継を行っても良い。これは、 J1軸 «J2から J7軸のケーブルが通過するため、ァクチユエータ駆動用のケーブルが多、が、先端軸ほどアプリケーションケーブルが占める割合が多くなるためである。

このように、ァクチユエータ中空部には必要ケーブルを配設されるため、減速機やモータの容量よりも、必要中空径で決定される場合がある。このような場合以外は、ァームに軽量素材を採用するか、動作角度制限を設けることにより、少なくとも J1軸力 J3軸までを同一容量の波動歯車装置ハーモニックドライブ (登録商標)で構成することが可能なため、アーム外形が小さぐさらに腕同士の干渉が無くなるとともに、周辺冶具やワークへの接近性が飛躍的に向上したマニピュレータとすることができる。なお、上記実施例においては、 2本腕の場合について説明した力複数のアームであってもよい。

また、ロボットのコントローラは胴体 9ではなぐ基台内部に設けてもよい。

Claims

請求の範囲

[I] 基台と、

前記基台に旋回可能に設けられた胴体部と、

複数のアーム体と隣接する 2つの前記アーム体を回転自在に連結する関節部とから少なくとも構成される複数の前記胴体部に設けられた腕と、

を備えたことを特徴とするロボット。

[2] 前記関節部は、少なくともサーボモータ及び減速機構で構成されることを特徴とする請求項 1記載のロボット。

[3] 前記減速機構は、波動歯車であることを特徴とする請求項 2記載のロボット。

[4] 前記関節部は、前記モータと前記減速機構が一体ィ匕されたァクチユエータで少なくとも構成されることを特徴とする請求項 2記載のロボット。

[5] 前記ァクチユエータは回転中心が中空であることを特徴とする請求項 4記載のロボッ

[6] 前記ァクチユエータの中空部分に線状体が挿通されて、ることを特徴とする請求項 5 記載の口ホット。

[7] 前記線状体は、前記ァクチユエータの動力線または信号線であることを特徴とする請求項 6記載のロボット。

[8] 前記線状体は、エンドエフヱクタの動力線であることを特徴とする請求項 6記載のロボッ卜。

[9] 前記線状体は、エンドエフヱクタの信号線であることを特徴とする請求項 6記載のロボッ卜。

[10] 前記線状体は、エンドエフヱクタのエア用配管であることを特徴とする請求項 6記載のロボッ卜。

[II] 前記線状体は、塗料用配管であることを特徴とする請求項 6記載のロボット。

[12] 前記線状体は、溶接用の水用配管であることを特徴とする請求項 6記載のロボット。

[13] 前記線状体は、溶接用の配線であることを特徴とする請求項 6記載のロボット。

[14] 前記線状体は、シール用配管であることを特徴とする請求項 6記載のロボット。

[15] 前記アーム体の前記腕の基端に位置する第一軸同士の軸心が略平行に配置されて V、ることを特徴とする請求項 6記載のロボット。

[16] 隣り合う前記関節の回転軸の傾きが 90度であることを特徴とする請求項 15記載の口ホット。

[17] 前記線状体は、少なくとも前記アーム体内部でコネクタ接続されていることを特徴とする請求項 6に記載のロボット。

[18] 前記胴体部または前記基台部にコントローラが設けられたことを特徴とする請求項 1

6記載のロボット。

[19] 前記胴体部または前記基台部に作業台が設けられたことを特徴とする請求項 18記載のロボッ卜。

[20] 前記作業台は、前記胴体部または前記基台部に格納されることを特徴とする請求項

19記載のロボット。

[21] 基台と、

前記基台に旋回可能に設けられた胴体部と、

前記胴体部または前記基台内部に設けられたコントローラと、

前記胴体部に設けられて、複数のアーム体と前記アーム体を回転自在に連結するための中空ァクチユエータと前記中空ァクチユエータの中空部分に揷通されるとともに前記アーム体内部でコネクタ接続される線状体とから少なくとも構成される複数の腕と、を備え、

前記アーム体の前記腕の基端に位置する第一軸同士の軸心が略平行に配置され、隣り合う前記中空ァクチユエータの回転軸の傾きが 90度異なって配置されることを特徴とするロボット。

[22] 前記腕は、 7自由度を有することを特徴とする請求項 21記載のロボット。

[23] 前記胴体部または前記基台部に作業台を備えたことを特徴とする請求項 22記載のロボット。

[24] 前記作業台は、前記胴体部または前記基台部に格納されることを特徴とする請求項 23記載のロボット。