WO2018105283A1 - 産業用ロボットおよび産業用ロボットの製造方法 - Google Patents

産業用ロボットおよび産業用ロボットの製造方法 Download PDF

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arm
end side
speed reducer
joint
hand
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矢澤　隆之
章浩 池田
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日本電産サンキョー株式会社
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations

Definitions

  • the present invention relates to a horizontal articulated industrial robot having a plurality of joints.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing such an industrial robot.
  • a horizontal articulated robot that conveys a workpiece is known (for example, see Patent Document 1).
  • the robot described in Patent Document 1 includes a hand on which a workpiece is placed.
  • the robot also includes a base, a first arm whose base end is rotatably connected to the base, and a second arm whose base end is rotatably connected to the tip of the first arm. ing.
  • the hand is rotatably connected to the tip of the second arm.
  • the connecting portion between the base and the first arm, the connecting portion between the first arm and the second arm, and the connecting portion between the second arm and the hand are joint portions.
  • Each of the three joints is constituted by a speed reducer.
  • the problem of the present invention is that even if the joint portion of a horizontal articulated industrial robot that is relatively large and has a relatively fast operation speed is configured by a reducer with a relatively large variation in spring constant, An object of the present invention is to provide an industrial robot capable of converging hand vibrations in a short time when an arm is extended and contracted to operate the hand. Further, the problem of the present invention is that even if the joint portion of a horizontal articulated industrial robot that is relatively large and has a relatively fast operation speed is configured by a reduction gear having a relatively large variation in spring constant, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an industrial robot that can converge vibration of a hand when an arm is extended and contracted to operate the hand in a short time.
  • an industrial robot of the present invention is a horizontal articulated industrial robot having a plurality of joints, and a hand on which a conveyance target is mounted and a hand that rotates to the tip side.
  • An arm that is movably coupled and a main body that is pivotally coupled to the base end side of the arm, each of the plurality of joints is configured by a speed reducer, and each of the plurality of joints is configured.
  • the spring constants of the plurality of reduction gears are characterized by gradually decreasing from the proximal end side to the distal end side of the arm.
  • the arm includes a first arm portion whose base end side is rotatably connected to the main body portion, a base end side rotatably connected to the distal end side of the first arm portion, and a distal end side.
  • a second arm part to which the hand is rotatably connected, and a connecting part between the main body part and the first arm part is a first joint part as a joint part, and the first arm part and the second arm part are connected to each other.
  • the connecting part with the arm part is a second joint part as a joint part
  • the connecting part between the second arm part and the hand is a third joint part as a joint part
  • the second joint part The spring constant of the speed reducer constituting the first joint portion is smaller than the spring constant of the speed reducer constituting the first joint portion, and the spring constant of the speed reducer constituting the third joint portion constitutes the second joint portion. It is smaller than the spring constant of the reduction gear.
  • the load inertia acting on each joint portion gradually decreases from the proximal end side of the arm toward the distal end side.
  • the resonance frequency of each joint part is determined by the spring constant of the speed reducer and the load inertia that acts on the joint part (that is, the speed reducer). Proportional to the square root of the value divided by the load inertia acting on the machine.
  • the spring constants of the plurality of reduction gears constituting each of the plurality of joint portions are gradually decreased from the proximal end side to the distal end side of the arm.
  • each joint portion is constituted by a reduction gear having a relatively large variation in spring constant
  • the spring constant of each reduction gear constituting each joint portion is directed from the proximal end side to the distal end side of the arm. It is gradually getting smaller.
  • the industrial robot includes a single motor that extends and contracts the arm and rotates the hand with respect to the arm, and the motor is connected to a plurality of speed reducers and disposed in the main body.
  • the motor is connected to a plurality of speed reducers and disposed in the main body.
  • the size of the plurality of reduction gears constituting each of the plurality of joint portions is gradually reduced from the proximal end side to the distal end side of the arm. If comprised in this way, it will become possible to reduce the weight of a reduction gear gradually as it goes to the front end side from the base end side of an arm. Therefore, it becomes possible to bring the center of gravity of the arm portion closer to the main body, and as a result, it is possible to stabilize the expansion and contraction operation of the arm.
  • the industrial robot manufacturing method of the present invention includes a hand on which an object to be transported is mounted, an arm in which the hand is rotatably connected to a distal end side, and a base end of the arm.
  • a horizontal articulated industrial robot manufacturing method in which each of a plurality of joints is configured by a speed reducer, and each of the plurality of joints is configured.
  • a reduction gear selection step of selecting a reduction gear so that the spring constants of the plurality of reduction gears gradually decrease from the proximal end side to the distal end side of the arm.
  • the speed reducer is selected so that the spring constants of the speed reducers constituting each of the plurality of joint portions gradually decrease from the base end side to the tip end side of the arm.
  • a reduction gear selection step is provided. Therefore, in the industrial robot manufactured by the manufacturing method of the present invention, the spring constants of the plurality of reduction gears constituting each of the plurality of joint portions are gradually reduced from the proximal end side to the distal end side of the arm.
  • each joint portion is constituted by a reduction gear having a relatively large variation in spring constant, it is possible to suppress variation in the resonance frequency of a plurality of joint portions.
  • the joint portion of a horizontal articulated industrial robot that is relatively large and has a relatively fast operation speed is configured by a speed reducer with a relatively large variation in spring constant, It is possible to converge the vibration of the hand in a short time when the hand is operated by extending and contracting.
  • FIG. 2 It is a top view of the industrial robot concerning an embodiment of the invention. It is a side view of the industrial robot shown in FIG. It is sectional drawing for demonstrating the internal structure of the front-end
  • (A) is an enlarged view of the E section of FIG. 3
  • (B) is an enlarged view of the F section of FIG. 3
  • (C) is an enlarged view of the G section of FIG.
  • FIG. 1 is a plan view of an industrial robot 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the industrial robot 1 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the internal structure of the distal ends of the arm 4 and the arm support member 15 shown in FIG.
  • the industrial robot 1 (hereinafter referred to as “robot 1”) of the present embodiment is a horizontal multi-portion for transporting a glass substrate 2 for liquid crystal display (hereinafter referred to as “substrate 2”), which is an object to be transported. It is an articulated robot.
  • the robot 1 is a relatively large robot for transporting a large substrate 2. Further, the operation speed of the robot 1 of this embodiment is relatively fast.
  • the robot 1 includes two hands 3 on which a substrate 2 is mounted, two arms 4 to which each of the two hands 3 is connected to the distal end side, and a main body 5 that supports the two arms 4. And a base member 6 that supports the main body 5.
  • the hand 3 is rotatably connected to the distal end side of the arm 4.
  • the base end side of the arm 4 is rotatably connected to the main body 5.
  • the main body 5 is rotatably connected to the base member 6.
  • the arm 4 is composed of two arm parts, a first arm part 8 and a second arm part 9, and expands and contracts with respect to the main body part 5.
  • the base end side of the first arm portion 8 is rotatably connected to the main body portion 5.
  • the proximal end side of the second arm portion 9 is rotatably connected to the distal end side of the first arm portion 8.
  • the hand 3 is rotatably connected to the distal end side of the second arm portion 9.
  • the first arm portion 8 and the second arm portion 9 are formed in a hollow shape.
  • the connecting part between the main body part 5 and the first arm part 8 is a joint part 11 as a first joint part
  • the connecting part between the first arm part 8 and the second arm part 9 is a second joint part
  • the joint between the second arm part 9 and the hand 3 is a joint part 13 as a third joint part. That is, the robot 1 includes three joint portions 11 to 13.
  • the main body 5 includes two arm support members 15 that support the base end sides of the two arms 4, an elevating member 16 that can be moved up and down while the two arm support members 15 are fixed, A columnar member 17 that supports the member 16 so as to be movable in the vertical direction, and a revolving member 18 that is fixed at the lower end of the columnar member 17 and is rotatably coupled to the base member 6 are provided.
  • the columnar member 17 is composed of two column portions, a first column portion 19 fixed to the turning member 18 and a second column portion 20 that supports the elevating member 16 so as to be movable up and down.
  • the second pillar portion 20 is supported by the first pillar portion 19 so as to be movable up and down.
  • the columnar member 17 may be configured by a single column portion.
  • the proximal end side of the arm 4 is rotatably connected to the distal end side of the arm support member 15. That is, the proximal end side of the first arm portion 8 is rotatably connected to the distal end side of the arm support member 15, and the connection portion between the first arm portion 8 and the arm support member 15 becomes the joint portion 11. ing.
  • the base end side of the arm support member 15 is fixed to the elevating member 16.
  • the arm support member 15 is formed in a hollow shape.
  • the arm support member 15, the first arm portion 8, the second arm portion 9, and the hand 3 are arranged in this order from the lower side.
  • the arm support member 15, the first arm portion 8, the second arm portion 9, and the hand 3 are arranged in this order from the upper side.
  • the two hands 3, the two arms 4, and the two arm support members 15 are arranged so as to overlap in the vertical direction. That is, the robot 1 of this embodiment is a double arm type robot.
  • the second column 20 moves up and down with respect to the first column 19, and the elevating member 16 moves up and down together with the hand 3 and the arm 4 with respect to the second column 20.
  • the arm 4 expands and contracts with respect to the main body 5. Specifically, the arm 4 expands and contracts so that the hand 3 moves linearly with the hand 3 facing in a certain direction. Further, the turning member 18 turns with respect to the base member 6.
  • the robot 1 transports the substrate 2 by a combination of these operations.
  • the robot 1 includes a motor 21 that expands and contracts the arm 4 and rotates the hand 3 with respect to the arm 4, and a power transmission mechanism for transmitting the power of the motor 21. 22.
  • a motor 21 that expands and contracts the arm 4 and rotates the hand 3 with respect to the arm 4
  • a power transmission mechanism for transmitting the power of the motor 21. 22.
  • the second column part 20 is movable in the vertical direction with respect to the first column part 19, and the robot 1 moves up and down (not shown) that raises and lowers the second column part 20. It has. Further, the elevating member 16 is movable in the vertical direction with respect to the second column portion 20, and the robot 1 includes an elevating mechanism (not shown) that elevates the elevating member 16. Further, the turning member 18 is turnable with respect to the base member 6, and the robot 1 includes a turning mechanism (not shown) for turning the turning member 18.
  • FIG. 4A is an enlarged view of an E portion of FIG. 3
  • FIG. 4B is an enlarged view of an F portion of FIG. 3
  • FIG. 4C is an enlarged view of a G portion of FIG. FIG.
  • the power transmission mechanism 22 includes a speed reducer 24 that constitutes the joint portion 11, a speed reducer 25 that constitutes the joint portion 12, and a speed reducer 26 that constitutes the joint portion 13. That is, each of the three joint portions 11 to 13 of the robot 1 is configured by the speed reducers 24 to 26.
  • the power transmission mechanism 22 is fixed to the pulley 27 fixed to the output shaft of the motor 21, two pulleys 28 and 29 fixed to the input shaft of the speed reducer 24, and the input shaft of the speed reducer 25.
  • the belt 31 is provided between the pulley 31 and the pulley 32.
  • the motor 21 is connected to the speed reducer 24 via pulleys 27 and 28 and a belt 33, and the motor is connected to the speed reducer 25 via pulleys 27 to 30, belts 33 and 34 and the input shaft of the speed reducer 24. 21 are connected.
  • the motor 21 is connected to the speed reducer 26 through pulleys 27 to 32, belts 33 to 35, an input shaft of the speed reducer 24, and an input shaft of the speed reducer 25.
  • the speed reducers 24 to 26 are hollow speed reducers, and the input shafts of the speed reducers 24 to 26 forming the central part of the speed reducers 24 to 26 are hollow shafts formed in a cylindrical shape. Further, the speed reducers 24 to 26 of the present embodiment are cyclo speed reducers. The reduction gears 24 to 26 are arranged so that the axial direction of the input shaft of the reduction gears 24 to 26 coincides with the vertical direction. Note that the speed reducers 24 to 26 may be hollow speed reducers other than the cyclo speed reducer.
  • the size of the speed reducer 25 is smaller than the size of the speed reducer 24.
  • the size of the speed reducer 26 is smaller than the size of the speed reducer 25. That is, the size of the three speed reducers 24 to 26 constituting each of the three joint portions 11 to 13 is gradually reduced from the base end side to the tip end side of the arm 4.
  • the spring constant of the speed reducer 25 is smaller than the spring constant of the speed reducer 24.
  • the spring constant of the speed reducer 26 is smaller than the spring constant of the speed reducer 25. That is, the spring constants of the three speed reducers 24 to 26 constituting each of the three joint portions 11 to 13 are gradually decreased from the proximal end side of the arm 4 toward the distal end side.
  • the speed reducer 24 constitutes a joint portion 11 that is a connecting portion between the main body portion 5 and the first arm portion 8, and the speed reducer 25 is a connecting portion between the first arm portion 8 and the second arm portion 9. Since a certain joint portion 12 is configured, and the speed reducer 26 forms a joint portion 13 that is a connecting portion between the second arm portion 9 and the hand 3, the load inertia acting on the speed reducer 25 is reduced by the speed reducer 24. The load inertia acting on the speed reducer 26 is smaller than the load inertia acting on the speed reducer 25.
  • the motor 21 is attached to the tip of the arm support member 15 and is disposed at the tip of the arm support member 15. That is, the motor 21 is disposed in the main body 5.
  • the motor 21 is arranged so that the axial direction of the output shaft of the motor 21 matches the vertical direction.
  • the pulleys 27 and 28 and the belt 33 are disposed inside the distal end side of the arm support member 15 formed in a hollow shape.
  • the output shaft of the speed reducer 24 is fixed to the tip of the arm support member 15.
  • a case body of the speed reducer 24 that rotatably supports the input shaft and the output shaft is fixed to the base end portion of the first arm portion 8.
  • the pulley 28 is fixed to one end of the input shaft of the speed reducer 24, and the pulley 29 is fixed to the other end of the input shaft of the speed reducer 24.
  • a cylindrical tubular member 38 for routing wiring and piping (not shown) is disposed on the inner peripheral side of the input shaft of the speed reducer 24 (see FIG. 4C).
  • the output shaft of the speed reducer 25 is fixed to the base end portion of the second arm portion 9.
  • a case body of the speed reducer 25 that rotatably supports the input shaft and the output shaft is fixed to the distal end portion of the first arm portion 8.
  • the pulley 30 is fixed to one end of the input shaft of the speed reducer 25, and the pulley 31 is fixed to the other end of the input shaft of the speed reducer 25.
  • the pulleys 29 and 30 and the belt 34 are disposed inside the first arm portion 8 formed in a hollow shape.
  • a cylindrical tubular member 39 for routing wiring and piping not shown is arranged (see FIG. 4B).
  • the output shaft of the speed reducer 26 is fixed to the tip of the second arm portion 9.
  • the case body of the speed reducer 26 that rotatably supports the input shaft and the output shaft is fixed to the base end portion of the hand 3.
  • the pulley 31 is fixed to one end of the input shaft of the speed reducer 26.
  • the pulleys 31 and 32 and the belt 35 are disposed inside the second arm portion 9 formed in a hollow shape.
  • a cylindrical tubular member 40 for routing wiring and piping (not shown) is disposed on the inner peripheral side of the input shaft of the speed reducer 26 (see FIG. 4A).
  • the arm 4 when the motor 21 is driven, the arm 4 expands and contracts.
  • the length of the first arm portion 8, the length of the second arm portion 9, and the speed reducer 24 so that the hand 3 moves linearly in a state of being directed in a certain direction by the power of the motor 21.
  • To 26, and the diameters of the pulleys 27 to 32 are set.
  • the speed reducer 24 Since the size of the speed reducer 24 is larger than the size of the speed reducer 25 as described above, in general, the spring constant of the speed reducer 24 is larger than the spring constant of the speed reducer 25. In addition, since the size of the speed reducer 25 is larger than the size of the speed reducer 26, the spring constant of the speed reducer 25 is generally larger than the spring constant of the speed reducer 26.
  • the speed reducers 24 to 26 of the present embodiment are relatively inexpensive, and variations in the spring constants of the speed reducers 24 to 26 are relatively large.
  • one unit is randomly selected from the plurality of reduction gears 24, the plurality of reduction gears 25, and the plurality of reduction gears 26 that are prepared on the production line of the robot 1 for manufacturing the plurality of robots 1.
  • the spring constant of the reducer 25 is larger than the spring constant of the reducer 24, or the spring constant of the reducer 26 is reduced. In some cases, the spring constant of the machine 25 becomes larger.
  • the spring constant of the speed reducer 25 is smaller than the spring constant of the speed reducer 24 and the spring constant of the speed reducer 26 is smaller than the spring constant of the speed reducer 25.
  • the spring constants of the three speed reducers 24 to 26 constituting each of the three joint portions 11 to 13 are gradually decreased from the proximal end side to the distal end side of the arm 4.
  • a reduction gear selection step of selecting one of the reduction gears 24 to 26 from the plurality of reduction gears 24, the plurality of reduction gears 25, and the plurality of reduction gears 26 is included.
  • a plurality of the spring constants of the reduction gear 25 are made smaller than the spring constant of the reduction gear 24 and the spring constant of the reduction gear 26 is smaller than the spring constant of the reduction gear 25.
  • the reducers 24 to 26 are selected and combined one by one from the reducer 24, the plurality of reducers 25, and the plurality of reducers 26.
  • the speed reducers 24 to 26 selected in the speed reducer selecting process are incorporated into one robot 1.
  • the spring constant of the speed reducer 25 is smaller than the spring constant of the speed reducer 24, and the spring constant of the speed reducer 26 is the spring constant of the speed reducer 25.
  • a reduction gear selection step for selecting one of the reduction gears 24 to 26 from the plurality of reduction gears 24, the plurality of reduction gears 25, and the plurality of reduction gears 26 is included.
  • the spring constant of the speed reducer 25 is smaller than the spring constant of the speed reducer 24, and the spring constant of the speed reducer 26 is smaller than the spring constant of the speed reducer 25.
  • the load inertia acting on the speed reducer 25 is smaller than the load inertia acting on the speed reducer 24, and the load inertia acting on the speed reducer 26 is greater than the load inertia acting on the speed reducer 25. Is also getting smaller.
  • the resonance frequency of the joint portion 11 is proportional to the square root of the value obtained by dividing the spring constant of the speed reducer 24 by the load inertia acting on the speed reducer 24, and the resonance frequency of the joint portion 12 is the spring constant of the speed reducer 25.
  • the resonance frequency of the joint portion 13 is proportional to the square root of the value obtained by dividing the spring constant of the reduction gear 26 by the load inertia acting on the reduction gear 26. .
  • each joint portion 11 to 13 is configured by the speed reducers 24 to 26 having relatively large variations in spring constants, the resonance frequency of the joint portion 11, the resonance frequency of the joint portion 12, and the joint portion 13. It is possible to suppress the variation from the resonance frequency of.
  • the joint portions 11 to 13 of the horizontal articulated robot 1 that is relatively large and relatively fast in operation speed are configured by the speed reducers 24 to 26 having relatively large variations in spring constants. Even when the arm 3 is extended and contracted, the vibration of the hand 3 when the hand 3 is operated can be converged in a short time.
  • a motor 21 that extends and contracts the arm 4 and rotates the hand 3 with respect to the arm 4 is disposed at the tip of the arm support member 15. Therefore, in this embodiment, it is possible to bring the center of gravity of the arm 4 closer to the arm support member 15 than when the motor 21 is arranged inside the arm 4.
  • the size of the speed reducer 25 is smaller than the size of the speed reducer 24, and the size of the speed reducer 26 is smaller than the size of the speed reducer 25. Therefore, in this embodiment, it is possible to gradually reduce the weights of the speed reducers 24 to 26 from the proximal end side to the distal end side of the arm 4 and bring the center of gravity of the arm 4 closer to the arm support member 15. Therefore, in this embodiment, it is possible to stabilize the expansion / contraction operation of the arm 4.
  • the motor 21 is disposed at the distal end portion of the arm support member 15, the wiring of the motor 21 can be easily routed compared to the case where the motor 21 is disposed inside the arm 4. Become.
  • the motor 21 is disposed at the tip of the arm support member 15, it is possible to reduce the rigidity of the arm 4 as compared with the case where the motor 21 is disposed inside the arm 4. As a result, the structure of the arm 4 can be simplified.
  • the motor 21 may be disposed inside the arm 4. Moreover, in the form mentioned above, the motor which expands / contracts the arm 4 and the motor which rotates the hand 3 with respect to the arm 4 may be provided separately. Moreover, in the form mentioned above, the reduction gear 24 and the reduction gear 25 may be the same magnitude
  • the arm 4 may be constituted by three or more arm portions.
  • each of the four or more joint parts is constituted by a speed reducer, and the spring constant of the four or more speed reducers constituting each of the four or more joint parts is the base end side of the arm 4. It gradually becomes smaller toward the tip side.
  • the robot 1 is a so-called double arm type robot having two hands 3 and two arms 4, but the robot 1 has one hand 3 and one arm 4.
  • a single arm type robot may be provided.
  • the transfer target object transferred by the robot 1 is the substrate 2.
  • the transfer target object transferred by the robot 1 may be a semiconductor wafer other than the substrate 2.

Abstract

水平多関節型の産業用ロボットは、搬送対象物が搭載されるハンド３と、ハンド３が先端側に回動可能に連結されるアーム４と、アーム４の基端側が回動可能に連結される本体部とを備えており、複数の関節部１１～１３のそれぞれは、減速機２４～２６によって構成されている。複数の関節部１１～１３のそれぞれを構成する複数の減速機２４～２６のバネ定数は、アーム４の基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。

Description

産業用ロボットおよび産業用ロボットの製造方法
　本発明は、複数の関節部を備える水平多関節型の産業用ロボットに関する。また、本発明は、かかる産業用ロボットの製造方法に関する。
　従来、ワークを搬送する水平多関節型のロボットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のロボットは、ワークが載置されるハンドを備えている。また、このロボットは、基台と、基端が基台に回動可能に連結される第１アームと、第１アームの先端に基端が回動可能に連結される第２アームとを備えている。ハンドは、第２アームの先端に回動可能に連結されている。基台と第１アームとの連結部、第１アームと第２アームとの連結部、および、第２アームとハンドとの連結部は、関節部となっている。３個の関節部のそれぞれは、減速機によって構成されている。
特開２００３－２９１０８１号公報
　近年、特許文献１に記載のロボット等の水平多関節型のロボットで搬送されるワーク（搬送対象物）は大型化しており、搬送対象物の大型化に伴ってロボットも大型化している。また、近年、特許文献１に記載のロボット等の水平多関節型のロボットが設置される所定の製造ラインでは、タクトタイム短縮の要求があり、ロボットの動作速度の高速化が求められている。本願発明者は、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型のロボットを開発しており、このロボットのコストを低減するために、関節部を構成する減速機として比較的安価な減速機の採用を検討している。
　しかしながら、本願発明者の検討によると、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型のロボットの関節部を比較的安価な減速機によって構成した場合、ロボットによっては、アームを伸縮させてハンドを動作させたときにハンドの振動が収束しにくくなることが明らかになった。また、本願発明者の検討によると、比較的安価な減速機の場合、同じ型番の減速機でも減速機のバネ定数のばらつきが大きいために、ある関節部の共振周波数と他の関節部の共振周波数とのずれが大きくなって、複数の関節部の共振周波数のばらつきが大きくなる場合があること、また、複数の関節部の共振周波数のばらつきが大きくなるロボットにおいて、アームを伸縮させてハンドを動作させたときにハンドの振動が収束しにくくなることが明らかになった。
　そこで、本発明の課題は、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型の産業用ロボットの関節部がバネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって構成されていても、アームを伸縮させてハンドを動作させたときのハンドの振動を短時間で収束させることが可能な産業用ロボットを提供することにある。また、本発明の課題は、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型の産業用ロボットの関節部がバネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって構成されていても、アームを伸縮させてハンドを動作させたときのハンドの振動を短時間で収束させることが可能となる産業用ロボットの製造方法を提供することにある。
　上記の課題を解決するため、本発明の産業用ロボットは、複数の関節部を備える水平多関節型の産業用ロボットであって、搬送対象物が搭載されるハンドと、ハンドが先端側に回動可能に連結されるアームと、アームの基端側が回動可能に連結される本体部とを備え、複数の関節部のそれぞれは、減速機によって構成され、複数の関節部のそれぞれを構成する複数の減速機のバネ定数は、アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっていることを特徴とする。
　本発明において、たとえば、アームは、基端側が本体部に回動可能に連結される第１アーム部と、第１アーム部の先端側に基端側が回動可能に連結されるとともに先端側にハンドが回動可能に連結される第２アーム部とを備え、本体部と第１アーム部との連結部は、関節部としての第１関節部となっており、第１アーム部と第２アーム部との連結部は、関節部としての第２関節部となっており、第２アーム部とハンドとの連結部は、関節部としての第３関節部となっており、第２関節部を構成する減速機のバネ定数は、第１関節部を構成する減速機のバネ定数よりも小さくなっており、第３関節部を構成する減速機のバネ定数は、第２関節部を構成する減速機のバネ定数よりも小さくなっている。
　水平多関節型の産業用ロボットの場合、各関節部に作用する負荷イナーシャは、アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなる。また、水平多関節型の産業用ロボットの各関節部が減速機によって構成されている場合、各関節部の共振周波数は、減速機のバネ定数を、関節部に作用する負荷イナーシャ（すなわち、減速機に作用する負荷イナーシャ）で割った値の平方根に比例する。本発明の産業用ロボットでは、複数の関節部のそれぞれを構成する複数の減速機のバネ定数は、アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。すなわち、本発明では、バネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって各関節部が構成されていても、各関節部を構成する各減速機のバネ定数がアームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。
　そのため、本発明では、バネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって各関節部が構成されていても、複数の関節部の共振周波数のばらつきを抑制することが可能になる。たとえば、第１関節部の共振周波数と第２関節部の共振周波数と第３関節部の共振周波数とのばらつきを抑制することが可能になる。したがって、本発明では、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型の産業用ロボットの関節部がバネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって構成されていても、アームを伸縮させてハンドを動作させたときのハンドの振動を短時間で収束させることが可能になる。
　本発明において、産業用ロボットは、アームを伸縮させるとともにアームに対してハンドを回動させる１台のモータを備え、モータは、複数の減速機に連結されるとともに本体部に配置されていることが好ましい。このように構成すると、モータがアームの内部に配置されている場合と比較して、アーム部分の重心を本体部に近づけることが可能になる。したがって、アームの伸縮動作を安定させることが可能になる。また、モータがアームの内部に配置されている場合と比較して、アームの剛性を低減させることが可能になるため、アームの構造を簡素化することが可能になる。また、このように構成すると、モータがアームの内部に配置されている場合と比較して、モータの配線の引き回しが容易になる。
　本発明において、複数の関節部のそれぞれを構成する複数の減速機の大きさは、アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっていることが好ましい。このように構成すると、アームの基端側から先端側に向かうにしたがって減速機の重量を次第に軽くすることが可能になる。したがって、アーム部分の重心を本体部に近づけることが可能になり、その結果、アームの伸縮動作を安定させることが可能になる。
　また、上記の課題を解決するため、本発明の産業用ロボットの製造方法は、搬送対象物が搭載されるハンドと、ハンドが先端側に回動可能に連結されるアームと、アームの基端側が回動可能に連結される本体部とを備え、複数の関節部のそれぞれが減速機によって構成される水平多関節型の産業用ロボットの製造方法であって、複数の関節部のそれぞれを構成する複数の減速機のバネ定数がアームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなるように、減速機を選択する減速機選択工程を備えることを特徴とする。
　本発明の産業用ロボットの製造方法は、複数の関節部のそれぞれを構成する複数の減速機のバネ定数がアームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなるように、減速機を選択する減速機選択工程を備えている。そのため、本発明の製造方法で製造された産業用ロボットでは、複数の関節部のそれぞれを構成する複数の減速機のバネ定数がアームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなる。
　したがって、本発明では、バネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって各関節部が構成されていても、複数の関節部の共振周波数のばらつきを抑制することが可能になる。その結果、本発明では、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型の産業用ロボットの関節部がバネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって構成されていても、アームを伸縮させてハンドを動作させたときのハンドの振動を短時間で収束させることが可能になる。
　以上のように、本発明では、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型の産業用ロボットの関節部がバネ定数のばらつきの比較的大きな減速機によって構成されていても、アームを伸縮させてハンドを動作させたときのハンドの振動を短時間で収束させることが可能になる。
本発明の実施の形態にかかる産業用ロボットの平面図である。 図１に示す産業用ロボットの側面図である。 図２に示すアームおよびアーム支持部材の先端部の内部構造を説明するための断面図である。 （Ａ）は、図３のＥ部の拡大図であり、（Ｂ）は、図３のＦ部の拡大図であり、（Ｃ）は、図３のＧ部の拡大図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
　（産業用ロボットの概略構成）
　図１は、本発明の実施の形態にかかる産業用ロボット１の平面図である。図２は、図１に示す産業用ロボット１の側面図である。図３は、図２に示すアーム４およびアーム支持部材１５の先端部の内部構造を説明するための断面図である。
　本形態の産業用ロボット１（以下、「ロボット１」とする。）は、搬送対象物である液晶ディスプレイ用のガラス基板２（以下、「基板２」とする。）を搬送するための水平多関節型のロボットである。このロボット１は、大型の基板２を搬送するための比較的大型のロボットである。また、本形態のロボット１の動作速度は、比較的速くなっている。
　ロボット１は、基板２が搭載される２個のハンド３と、２個のハンド３のそれぞれが先端側に連結される２本のアーム４と、２本のアーム４を支持する本体部５と、本体部５を支持するベース部材６とを備えている。ハンド３は、アーム４の先端側に回動可能に連結されている。アーム４の基端側は、本体部５に回動可能に連結されている。本体部５は、ベース部材６に回動可能に連結されている。
　アーム４は、第１アーム部８と第２アーム部９との２個のアーム部によって構成されており、本体部５に対して伸縮する。第１アーム部８の基端側は、本体部５に回動可能に連結されている。第２アーム部９の基端側は、第１アーム部８の先端側に回動可能に連結されている。第２アーム部９の先端側には、ハンド３が回動可能に連結されている。第１アーム部８および第２アーム部９は、中空状に形成されている。
　本体部５と第１アーム部８との連結部は、第１関節部としての関節部１１となっており、第１アーム部８と第２アーム部９との連結部は、第２関節部としての関節部１２となっており、第２アーム部９とハンド３との連結部は、第３関節部としての関節部１３となっている。すなわち、ロボット１は、３個の関節部１１～１３を備えている。
　本体部５は、２本のアーム４のそれぞれの基端側を支持する２個のアーム支持部材１５と、２個のアーム支持部材１５が固定されるとともに上下動可能な昇降部材１６と、昇降部材１６を上下方向に移動可能に支持する柱状部材１７と、柱状部材１７の下端が固定されるとともにベース部材６に回動可能に連結される旋回部材１８とを備えている。柱状部材１７は、旋回部材１８に固定される第１柱部１９と、昇降部材１６を昇降可能に支持する第２柱部２０との２個の柱部によって構成されている。第２柱部２０は、第１柱部１９に昇降可能に支持されている。なお、柱状部材１７は、１個の柱部によって構成されていても良い。
　アーム４の基端側は、アーム支持部材１５の先端側に回動可能に連結されている。すなわち、第１アーム部８の基端側は、アーム支持部材１５の先端側に回動可能に連結されており、第１アーム部８とアーム支持部材１５との連結部が関節部１１となっている。アーム支持部材１５の基端側は、昇降部材１６に固定されている。アーム支持部材１５は、中空状に形成されている。
　図２に示すように、２本のアーム４のうちの一方のアーム４では、アーム支持部材１５と第１アーム部８と第２アーム部９とハンド３とが下側からこの順番で配置され、他方のアーム４では、アーム支持部材１５と第１アーム部８と第２アーム部９とハンド３とが上側からこの順番で配置されている。また、本形態では、２個のハンド３、２本のアーム４および２個のアーム支持部材１５が上下方向で重なるように配置されている。すなわち、本形態のロボット１は、ダブルアーム型のロボットである。
　ロボット１では、第１柱部１９に対して第２柱部２０が上下動し、第２柱部２０に対して昇降部材１６がハンド３およびアーム４等と一緒に上下動する。また、本体部５に対してアーム４が伸縮する。具体的には、ハンド３が一定方向を向いた状態で直線状に動くようにアーム４が伸縮する。さらに、ベース部材６に対して旋回部材１８が旋回する。これらの動作の組合せによって、ロボット１は、基板２を搬送する。
　本形態のロボット１は、図３に示すように、アーム４を伸縮させるとともにアーム４に対してハンド３を回動させる１台のモータ２１と、モータ２１の動力を伝達するための動力伝達機構２２とを備えている。以下、関節部１１～１３および動力伝達機構２２の構成について説明する。
　なお、上述のように、第２柱部２０は、第１柱部１９に対して上下方向に移動可能となっており、ロボット１は、第２柱部２０を昇降させる昇降機構（図示省略）を備えている。また、昇降部材１６は、第２柱部２０に対して上下方向に移動可能となっており、ロボット１は、昇降部材１６を昇降させる昇降機構（図示省略）を備えている。さらに、旋回部材１８は、ベース部材６に対して回動可能となっており、ロボット１は、旋回部材１８を回動させる回動機構（図示省略）を備えている。
　（関節部および動力伝達機構の構成）
　図４（Ａ）は、図３のＥ部の拡大図であり、図４（Ｂ）は、図３のＦ部の拡大図であり、図４（Ｃ）は、図３のＧ部の拡大図である。
　動力伝達機構２２は、関節部１１を構成する減速機２４と、関節部１２を構成する減速機２５と、関節部１３を構成する減速機２６とを備えている。すなわち、ロボット１の３個の関節部１１～１３のそれぞれは、減速機２４～２６によって構成されている。また、動力伝達機構２２は、モータ２１の出力軸に固定されるプーリ２７と、減速機２４の入力軸に固定される２個のプーリ２８、２９と、減速機２５の入力軸に固定される２個のプーリ３０、３１と、減速機２６の入力軸に固定されるプーリ３２と、プーリ２７とプーリ２８とに架け渡されるベルト３３と、プーリ２９とプーリ３０とに架け渡されるベルト３４と、プーリ３１とプーリ３２とに架け渡されるベルト３５とを備えている。
　すなわち、減速機２４には、プーリ２７、２８およびベルト３３を介してモータ２１が連結され、減速機２５には、プーリ２７～３０、ベルト３３、３４および減速機２４の入力軸を介してモータ２１が連結されている。また、減速機２６には、プーリ２７～３２、ベルト３３～３５、減速機２４の入力軸および減速機２５の入力軸を介してモータ２１が連結されている。
　減速機２４～２６は、中空減速機であり、減速機２４～２６の中心部分をなす減速機２４～２６の入力軸は、円筒状に形成される中空軸となっている。また、本形態の減速機２４～２６は、サイクロ減速機である。減速機２４～２６は、減速機２４～２６の入力軸の軸方向と上下方向とが一致するように配置されている。なお、減速機２４～２６は、サイクロ減速機以外の中空減速機であっても良い。
　減速機２５の大きさは、減速機２４の大きさよりも小さくなっている。減速機２６の大きさは、減速機２５の大きさよりも小さくなっている。すなわち、３個の関節部１１～１３のそれぞれを構成する３個の減速機２４～２６の大きさは、アーム４の基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。また、減速機２５のバネ定数は、減速機２４のバネ定数よりも小さくなっている。減速機２６のバネ定数は、減速機２５のバネ定数よりも小さくなっている。すなわち、３個の関節部１１～１３のそれぞれを構成する３個の減速機２４～２６のバネ定数は、アーム４の基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。
　なお、減速機２４は、本体部５と第１アーム部８との連結部である関節部１１を構成し、減速機２５は、第１アーム部８と第２アーム部９との連結部である関節部１２を構成し、減速機２６は、第２アーム部９とハンド３との連結部である関節部１３を構成しているため、減速機２５に作用する負荷イナーシャは、減速機２４に作用する負荷イナーシャよりも小さくなっており、減速機２６に作用する負荷イナーシャは、減速機２５に作用する負荷イナーシャよりも小さくなっている。
　モータ２１は、アーム支持部材１５の先端部に取り付けられており、アーム支持部材１５の先端部に配置されている。すなわち、モータ２１は、本体部５に配置されている。モータ２１は、モータ２１の出力軸の軸方向と上下方向とが一致するように配置されている。プーリ２７、２８およびベルト３３は、中空状に形成されるアーム支持部材１５の先端側の内部に配置されている。
　減速機２４の出力軸は、アーム支持部材１５の先端部に固定されている。入力軸および出力軸を回転可能に支持する減速機２４のケース体は、第１アーム部８の基端部に固定されている。プーリ２８は、減速機２４の入力軸の一端に固定され、プーリ２９は、減速機２４の入力軸の他端に固定されている。減速機２４の入力軸の内周側には、図示を省略する配線や配管を引き回すための円筒状の管状部材３８が配置されている（図４（Ｃ）参照）。
　減速機２５の出力軸は、第２アーム部９の基端部に固定されている。入力軸および出力軸を回転可能に支持する減速機２５のケース体は、第１アーム部８の先端部に固定されている。プーリ３０は、減速機２５の入力軸の一端に固定され、プーリ３１は、減速機２５の入力軸の他端に固定されている。プーリ２９、３０およびベルト３４は、中空状に形成される第１アーム部８の内部に配置されている。減速機２５の入力軸の内周側には、図示を省略する配線や配管を引き回すための円筒状の管状部材３９が配置されている（図４（Ｂ）参照）。
　減速機２６の出力軸は、第２アーム部９の先端部に固定されている。入力軸および出力軸を回転可能に支持する減速機２６のケース体は、ハンド３の基端部に固定されている。プーリ３１は、減速機２６の入力軸の一端に固定されている。プーリ３１、３２およびベルト３５は、中空状に形成される第２アーム部９の内部に配置されている。減速機２６の入力軸の内周側には、図示を省略する配線や配管を引き回すための円筒状の管状部材４０が配置されている（図４（Ａ）参照）。
　本形態では、モータ２１が駆動すると、アーム４が伸縮する。また、本形態では、モータ２１の動力によって、ハンド３が一定方向を向いた状態で直線状に動くように、第１アーム部８の長さ、第２アーム部９の長さ、減速機２４～２６の減速比、および、プーリ２７～３２の径が設定されている。
　（ロボットの製造工程）
　減速機２４の大きさは、上述のように、減速機２５の大きさよりも大きくなっているため、一般には、減速機２４のバネ定数は減速機２５のバネ定数よりも大きくなっている。また、減速機２５の大きさは減速機２６の大きさよりも大きくなっているため、一般には、減速機２５のバネ定数は減速機２６のバネ定数よりも大きくなっている。一方で、本形態の減速機２４～２６は、比較的安価なものであり、減速機２４～２６のバネ定数のばらつきが比較的大きくなっている。
　そのため、本形態では、複数のロボット１の製造用としてロボット１の製造ラインで準備される複数の減速機２４、複数の減速機２５および複数の減速機２６の中から、無作為に１台ずつ減速機２４～２６を選択して、ロボット１を製造すると、製造されたロボット１において、減速機２５のバネ定数が減速機２４のバネ定数よりも大きくなったり、減速機２６のバネ定数が減速機２５のバネ定数よりも大きくなったりする場合が生じうる。
　そこで、本形態のロボット１の製造工程には、減速機２５のバネ定数が減速機２４のバネ定数よりも小さくなり、かつ、減速機２６のバネ定数が減速機２５のバネ定数よりも小さくなるように（すなわち、３個の関節部１１～１３のそれぞれを構成する３個の減速機２４～２６のバネ定数が、アーム４の基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなるように）、複数の減速機２４、複数の減速機２５および複数の減速機２６の中から、減速機２４～２６を１台ずつ選択する減速機選択工程が含まれている。
　すなわち、減速機選択工程では、減速機２５のバネ定数が減速機２４のバネ定数よりも小さくなり、かつ、減速機２６のバネ定数が減速機２５のバネ定数よりも小さくなるように、複数の減速機２４、複数の減速機２５および複数の減速機２６の中から、減速機２４～２６を１台ずつ選別して組み合わせている。ロボット１の製造工程では、減速機選択工程で選択された減速機２４～２６が１台のロボット１に組み込まれる。
　（本形態の主な効果）
　以上説明したように、本形態では、ロボット１の製造工程に、減速機２５のバネ定数が減速機２４のバネ定数よりも小さくなり、かつ、減速機２６のバネ定数が減速機２５のバネ定数よりも小さくなるように、複数の減速機２４、複数の減速機２５および複数の減速機２６の中から、減速機２４～２６を１台ずつ選択する減速機選択工程が含まれており、製造されたロボット１では、減速機２５のバネ定数は、減速機２４のバネ定数よりも小さくなり、減速機２６のバネ定数は、減速機２５のバネ定数よりも小さくなっている。
　また、本形態では、減速機２５に作用する負荷イナーシャは、減速機２４に作用する負荷イナーシャよりも小さくなっており、減速機２６に作用する負荷イナーシャは、減速機２５に作用する負荷イナーシャよりも小さくなっている。また、関節部１１の共振周波数は、減速機２４のバネ定数を減速機２４に作用する負荷イナーシャで割った値の平方根に比例し、関節部１２の共振周波数は、減速機２５のバネ定数を減速機２５に作用する負荷イナーシャで割った値の平方根に比例し、関節部１３の共振周波数は、減速機２６のバネ定数を減速機２６に作用する負荷イナーシャで割った値の平方根に比例する。
　そのため、本形態では、バネ定数のばらつきの比較的大きな減速機２４～２６によって各関節部１１～１３が構成されていても、関節部１１の共振周波数と関節部１２の共振周波数と関節部１３の共振周波数とのばらつきを抑制することが可能になる。その結果、本形態では、比較的大型で、かつ、動作速度が比較的速い水平多関節型のロボット１の関節部１１～１３がバネ定数のばらつきの比較的大きな減速機２４～２６によって構成されていても、アーム４を伸縮させてハンド３を動作させたときのハンド３の振動を短時間で収束させることが可能になる。
　本形態では、アーム４を伸縮させるとともにアーム４に対してハンド３を回動させるモータ２１がアーム支持部材１５の先端部に配置されている。そのため、本形態では、モータ２１がアーム４の内部に配置されている場合と比較して、アーム４の重心をアーム支持部材１５に近づけることが可能になる。また、本形態では、減速機２５の大きさが減速機２４の大きさよりも小さくなっており、減速機２６の大きさが減速機２５の大きさよりも小さくなっている。そのため、本形態では、アーム４の基端側から先端側に向かうにしたがって減速機２４～２６の重量を次第に軽くして、アーム４の重心をアーム支持部材１５に近づけることが可能になる。したがって、本形態では、アーム４の伸縮動作を安定させることが可能になる。
　また、本形態では、モータ２１がアーム支持部材１５の先端部に配置されているため、モータ２１がアーム４の内部に配置されている場合と比較して、モータ２１の配線の引き回しが容易になる。また、モータ２１がアーム支持部材１５の先端部に配置されているため、モータ２１がアーム４の内部に配置されている場合と比較して、アーム４の剛性を低減させることが可能になり、その結果、アーム４の構造を簡素化することが可能になる。
　（他の実施の形態）
　上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。
　上述した形態において、モータ２１は、アーム４の内部に配置されていても良い。また、上述した形態において、アーム４を伸縮させるモータと、アーム４に対してハンド３を回動させるモータとが個別に設けられていても良い。また、上述した形態において、減速機２４と減速機２５とは同じ大きさであっても良いし、減速機２５と減速機２６とは同じ大きさであっても良い。また、減速機２４と減速機２５と減速機２６とが同じ大きさであっても良い。
　上述した形態において、アーム４は、３個以上のアーム部によって構成されていても良い。この場合には、４個以上の関節部のそれぞれが減速機によって構成されるとともに、４個以上の関節部のそれぞれを構成する４個以上の減速機のバネ定数は、アーム４の基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっている。
　上述した形態では、ロボット１は、２個のハンド３と２個のアーム４とを備えるいわゆるダブルアーム型のロボットであるが、ロボット１は、１個のハンド３と１個のアーム４とを備えるシングルアーム型のロボットであっても良い。また、上述した形態では、ロボット１によって搬送される搬送対象物は基板２であるが、ロボット１によって搬送される搬送対象物は、基板２以外の半導体ウエハ等であっても良い。
　１　ロボット（産業用ロボット）
　２　基板（ガラス基板、搬送対象物）
　３　ハンド
　４　アーム
　５　本体部
　８　第１アーム部
　９　第２アーム
　１１　関節部（第１関節部）
　１２　関節部（第２関節部）
　１３　関節部（第３関節部）
　２１　モータ
　２４～２６　減速機

Claims (5)

  1. 　複数の関節部を備える水平多関節型の産業用ロボットであって、
    　搬送対象物が搭載されるハンドと、前記ハンドが先端側に回動可能に連結されるアームと、前記アームの基端側が回動可能に連結される本体部とを備え、
    　複数の前記関節部のそれぞれは、減速機によって構成され、
    　複数の前記関節部のそれぞれを構成する複数の前記減速機のバネ定数は、前記アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっていることを特徴とする産業用ロボット。
  2. 　前記アームは、基端側が前記本体部に回動可能に連結される第１アーム部と、前記第１アーム部の先端側に基端側が回動可能に連結されるとともに先端側に前記ハンドが回動可能に連結される第２アーム部とを備え、
    　前記本体部と前記第１アーム部との連結部は、前記関節部としての第１関節部となっており、前記第１アーム部と前記第２アーム部との連結部は、前記関節部としての第２関節部となっており、前記第２アーム部と前記ハンドとの連結部は、前記関節部としての第３関節部となっており、
    　前記第２関節部を構成する前記減速機のバネ定数は、前記第１関節部を構成する前記減速機のバネ定数よりも小さくなっており、前記第３関節部を構成する前記減速機のバネ定数は、前記第２関節部を構成する前記減速機のバネ定数よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
  3. 　前記アームを伸縮させるとともに前記アームに対して前記ハンドを回動させる１台のモータを備え、
    　前記モータは、複数の前記減速機に連結されるとともに前記本体部に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の産業用ロボット。
  4. 　複数の前記関節部のそれぞれを構成する複数の前記減速機の大きさは、前記アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の産業用ロボット。
  5. 　搬送対象物が搭載されるハンドと、前記ハンドが先端側に回動可能に連結されるアームと、前記アームの基端側が回動可能に連結される本体部とを備え、複数の関節部のそれぞれが減速機によって構成される水平多関節型の産業用ロボットの製造方法であって、
    　複数の前記関節部のそれぞれを構成する複数の前記減速機のバネ定数が前記アームの基端側から先端側に向かうにしたがって次第に小さくなるように、前記減速機を選択する減速機選択工程を備えることを特徴とする産業用ロボットの製造方法。
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