WO2021250856A1

WO2021250856A1 - 水平多関節ロボット

Info

Publication number: WO2021250856A1
Application number: PCT/JP2020/023053
Authority: WO
Inventors: 遊野塚本
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-12-16
Also published as: JPWO2021250856A1; DE112020007042T5; JP6887581B1; CN115697651A; CN115697651B

Abstract

水平多関節ロボット（１０）は、第一アーム（１）と、第一アーム（１）を回転可能に支持するベース（９）と、回動可能に第一アーム（１）に支持された第二アーム（２）と、ベース（９）と第二アーム（２）とを接続する配線及び配管の少なくとも一方を収容するフレキシブルホース（５０）とを備え、ベース（９）は、端部が第一軸用モータ（９２）のシャフト（９３）の回転軸に垂直な方向に向けられた第一回転エルボ（９６）を備え、第二アーム（２）は、端部が第二軸用モータ（２２）のシャフト（２３）の回転軸に垂直な方向に向けられた第二回転エルボ（２７）を備え、第一回転エルボ（９６）及び第二回転エルボ（２７）の少なくとも一方の回転軸は、第一軸用モータ（９２）のシャフト（９３）の回転軸又は第二軸用モータ（２２）のシャフト（２３）の回転軸と同じである。

Description

水平多関節ロボット

　本開示は、水平方向にアームが動作する水平多関節ロボットに関する。

　水平多関節ロボットは、ベースと第一アーム及び第二アームを有する。水平多関節ロボットは、第一アームの回転軸となる第一軸をベース上に有し、第二アームの回転軸となる第二軸を第一軸から離れた第一アーム上に有し、垂直方向上下に移動する第三軸及び回転方向左右に回転する第四軸を第二アーム先端に有する。

　水平多関節ロボットでは、第二軸、第三軸及び第四軸用のモータケーブルをベースから第二アームまで配線する必要がある。

　特許文献１には、ベースと第二アームとをケーブルコンジットで接続し、ケーブルコンジット内にモータケーブルを通した水平多関節ロボットが開示されている。特許文献１に開示される水平多関節ロボットは、第一アームの内部にモータケーブルを通していないため、アームの構造を簡略化できる。

特開２０１８－１３０７９６号公報

　上記特許文献１に開示される水平多関節ロボットでは、ベース上に第一アームを設置し、第一アーム上に第二アームを設置し、さらに第二アームの上面にケーブルコンジットを接続しているため、第一軸よりも第一アームの先端側でのロボット全体の高さが高くなってしまう。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、アームの構造が簡略でありながら第一軸よりも第一アームの先端側でのロボット全体での高さ寸法が小さい水平多関節ロボットを得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る水平多関節ロボットは、第一アームと、第一アームを回転可能に支持するベースと、回動可能に第一アームに支持された第二アームと、ベースと第二アームとを接続する配線及び配管の少なくとも一方を収容するホースとを備える。ベースは、ベース筐体と、ベース筐体に収容され、ベース筐体の第一面からシャフトがベース筐体の外へ突出した第一軸用モータと、ベース筐体のうち第一面に対向する第二面に設置され、端部が第一軸用モータのシャフトの回転軸に垂直な方向に向けられた第一回転エルボとを備える。第二アームは、第二アーム筐体と、第二アーム筐体に収容され、第二アーム筐体の第三面からシャフトが第二アーム筐体の外へ突出した第二軸用モータと、第二アーム筐体のうち第三面に対向する第四面に設置され、端部が第二軸用モータのシャフトの回転軸に垂直な方向に向けられた第二回転エルボとを備える。ホースは、第一回転エルボの端部と第二回転エルボの端部とを接続している。第二面及び第四面は、同一平面に位置する。第一回転エルボ及び第二回転エルボの少なくとも一方の回転軸は、第一軸用モータのシャフトの回転軸又は第二軸用モータのシャフトの回転軸と同じである。

　本開示に係る水平多関節ロボットは、アームの構造が簡略でありながら第一軸よりも第一アームの先端側でのロボット全体での高さ寸法が小さいという効果を奏する。

実施の形態１に係る水平多関節ロボットの斜視図実施の形態１に係る水平多関節ロボットの側面図実施の形態１に係る水平多関節ロボットの断面図実施の形態１に係る水平多関節ロボットの上面図実施の形態１の変形例に係る水平多関節ロボットの側面図実施の形態２に係る水平多関節ロボットの斜視図実施の形態２に係る水平多関節ロボットの上面図実施の形態２に係る水平多関節ロボットの断面図

　以下に、実施の形態に係る水平多関節ロボットを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る水平多関節ロボットの斜視図である。実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、ベース９と、ベース９から延びる第一アーム１と、第一アーム１から延びる第二アーム２とを有する。第一アーム１及び第二アーム２は、ベース９よりも細い。第二アーム２の先端部には、エンドエフェクタが取り付けられるシャフト２１が設置されている。水平多関節ロボット１０は、第一アーム１の回転軸となる第一軸ＡＸ１をベース９上に有し、第二アーム２の回転軸となる第二軸ＡＸ２を第一アーム１上に有し、シャフト２１を上下に移動させる第三軸ＡＸ３及びシャフト２１を回転させる第四軸ＡＸ４を第二アーム２の先端部に有する。

　図２は、実施の形態１に係る水平多関節ロボットの側面図である。水平多関節ロボット１０は、壁面７０にベース９が固定されて据え付けられる。水平多関節ロボット１０は、ロボットコントローラ３０に機器間ケーブル４０で接続される。ロボットコントローラ３０は、水平多関節ロボット１０に配置されたモータ及びブレーキを動作させる。ロボットコントローラ３０は、機器間ケーブル４０を通じて水平多関節ロボット１０に信号及び電力を供給し、水平多関節ロボット１０を制御する。機器間ケーブル４０は、ベース９の上面に設置されたケーブルエントリー９１を介して水平多関節ロボット１０に接続される。

　図３は、実施の形態１に係る水平多関節ロボットの断面図である。ベース９は、ベース筐体９ｃを備える。ベース９は、ベース筐体９ｃに収容された第一軸用モータ９２を備える。第一軸用モータ９２のシャフト９３は、ベース筐体９ｃの下面９ａからベース筐体９ｃの外へ突出している。ベース９は、ベース筐体９ｃの上面９ｂに開口９４が形成されている。ベース筐体９ｃの下面９ａは、シャフト９３がベース筐体９ｃの外へ突出する第一面である。ベース筐体９ｃの上面９ｂは、下面９ａに対向する第二面である。ベース９は、開口９４に設置された第一ベアリング９５を備える。ベース９は、上面９ｂに第一ベアリング９５を介して設置された第一回転エルボ９６を備える。第一回転エルボ９６は、端部が第一軸用モータ９２のシャフト９３の回転軸に垂直な方向に向けられている。シャフト９３の回転軸は、第一軸ＡＸ１と同じである。

　第一アーム１は、第一アーム筐体１ｃと、第一アーム筐体１ｃに収容された減速機１１，１３とを有する。シャフト９３は、減速機１１の入力軸に嵌合している。減速機１１の入力軸は、第一アーム筐体１ｃの上面１ｂに設置されたベアリング１２の内輪に嵌合している。ベアリング１２の外輪は、第一アーム筐体１ｃに固定されている。減速機１１の出力軸は、第一アーム筐体１ｃに固定されている。したがって、第一アーム１は、シャフト９３の回転に伴って回動する。

　第一ベアリング９５の外輪は、開口９４の縁に固定されており、第一ベアリング９５の内輪は、第一回転エルボ９６に固定されている。したがって、第一回転エルボ９６は、ベース筐体９ｃの上面９ｂにおいて、上面９ｂに垂直な回転軸で回転可能となっている。第一回転エルボ９６の回転軸は、第一軸ＡＸ１と同じである。

　第二アーム２は、第二アーム筐体２ｃを備える。また第二アーム２は、第二アーム筐体２ｃに収容された第二軸用モータ２２を備える。第二軸用モータ２２のシャフト２３は、第二アーム筐体２ｃの下面２ａから第二アーム筐体２ｃの外へ突出している。第二アーム２は、第二アーム筐体２ｃの上面２ｂに開口２５が形成されている。第二アーム筐体２ｃの下面２ａは、シャフト２３が第二アーム筐体２ｃの外へ突出する第三面である。第二アーム筐体２ｃの上面２ｂは、下面２ａに対向する第四面である。第二アーム２は、開口２５に設置された第二ベアリング２６を備える。第二アーム２は、上面２ｂに第二ベアリング２６を介して設置された第二回転エルボ２７を備える。第二回転エルボ２７は、端部がシャフト２３の回転軸に垂直な方向に向けられている。シャフト２３の回転軸は、第二軸ＡＸ２と同じである。シャフト２３は、減速機１３の入力軸に嵌合している。減速機１３の入力軸は、第一アーム筐体１ｃの上面１ｂに設置されたベアリング１４の内輪に嵌合している。ベアリング１４の外輪は、第一アーム筐体１ｃに固定されている。減速機１３の出力軸は、第一アーム筐体１ｃに固定されている。したがって、第二アーム２は、シャフト２３の回転に伴って回動する。

　第二ベアリング２６の外輪は、開口２５の縁に固定されており、第二ベアリング２６の内輪は、第二回転エルボ２７に固定されている。したがって、第二回転エルボ２７は、第二アーム筐体２ｃの上面２ｂにおいて、上面２ｂに垂直な回転軸で回転可能となっている。第二回転エルボ２７の回転軸は、第二軸ＡＸ２と同じである。

　第一回転エルボ９６の端部と第二回転エルボ２７の端部とは、フレキシブルホース５０で接続されている。図４は、実施の形態１に係る水平多関節ロボットの上面図である。フレキシブルホース５０は、第一回転エルボ９６と第二回転エルボ２７との間の距離よりも長くなっており、撓みが生じている。第一回転エルボ９６及び第二回転エルボ２７は、水平方向において向きを変えることができるため、フレキシブルホース５０は水平方向に撓みが生じる。フレキシブルホース５０が円弧状に撓むとき、フレキシブルホース５０の矢高Ｈは、ベース９の幅の半分以下となる。したがって、フレキシブルホース５０は、水平方向においてベース９からはみ出ない。

　図３に示すように、ベース９の内部には、基板９７が設置されている。基板９７には、第一軸から第四軸の各軸の駆動用のモータの各々に通じる配線である機内ケーブル６１が接続されたコネクタ９８ａと、ケーブルエントリー９１に通じるケーブル６２とが接続されたコネクタ９８ｂとが実装されている。第二軸用、第三軸用及び第四軸用の機内ケーブル６１は、フレキシブルホース５０を通してベース９から第二アーム２に引き込まれている。

　ベース９は、フレキシブルホース５０を通じてベース９から第二アーム２に引き込まれる機内ケーブル６１を、第一軸用モータ９２の側面に固定する第一クランプ９９を備えている。また、第二アーム２は、機内ケーブル６１を第二軸用モータ２２の側面に固定する第二クランプ２９を備えている。すなわち、第二軸用、第三軸用及び第四軸用の機内ケーブル６１は、ベース筐体９ｃの内部において、第一軸用モータ９２の側面に固定されている。また、第二軸用、第三軸用及び第四軸用の機内ケーブル６１は、第二アーム筐体２ｃの内部において、第二軸用モータ２２の側面に固定されている。第二軸用、第三軸用及び第四軸用の機内ケーブル６１のうち、ベース筐体９ｃ及び第二アーム筐体２ｃの各々の内部で固定された箇所の間の部分は、拘束されていない。なお、機内ケーブル６１は、第一軸用モータ９２の反シャフト側の端面に固定されてもよい。また、機内ケーブル６１は、第二軸用モータ２２の反シャフト側の端面に固定されてもよい。

　ベース筐体９ｃの上面９ｂと第二アーム筐体２ｃの上面２ｂとは同一平面に位置している。このため、第一回転エルボ９６と第二回転エルボ２７とが同じ部品であれば、フレキシブルホース５０の両端の高さは同じ高さとなる。

　フレキシブルホース５０の両端の高さが異なる場合、第一アーム１及び第二アーム２が動作する際に、第一回転エルボ９６及び第二回転エルボ２７に水平軸回りのモーメントが働き、第一ベアリング９５及び第二ベアリング２６の摩耗が促進されてしまう。ベース筐体９ｃの上面９ｂの高さと第二アーム筐体２ｃの上面２ｂの高さとが異なっていても、高さ寸法が異なる第一回転エルボ９６及び第二回転エルボ２７を用いれば、フレキシブルホース５０の両端の高さを同じにすることができるが、第一回転エルボ９６と第二回転エルボ２７とが異なる部品であることにより、部品の共通化による部品種類の低減の妨げになるとともに、組立作業時にベース筐体９ｃに取り付ける第一回転エルボ９６と第二アーム筐体２ｃに取り付ける第二回転エルボ２７とを区別する必要が生じ、組立作業性が低下してしまう。実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、ベース筐体９ｃに取り付ける第一回転エルボ９６と第二アーム筐体２ｃに取り付ける第二回転エルボ２７とを同一部品とすることで、部品種類を低減できる。また、実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、ベース筐体９ｃに取り付ける第一回転エルボ９６と第二アーム筐体２ｃに取り付ける第二回転エルボ２７とを区別する必要がなく、組立作業性が損なわれることがない。

　実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、ベース９の下に第一アーム１が設置され、第一アーム１の上に第二アーム２が設置されている。したがって、ベースの上に第一アームが設置され、第一アームの上に第二アームが設置される公知構造の水平多関節ロボットと比較して、第一軸ＡＸ１よりも第一アーム１の先端側での水平多関節ロボット１０全体での高さ寸法を小さくできる。

　実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、機内ケーブル６１がフレキシブルホース５０を通じて第二アーム２に引き込まれるため、第一アーム１内に機内ケーブル６１を通す構造を設ける必要がなく、ベース９、第一アーム１及び第二アーム２の構造を簡略化できる。したがって、水平多関節ロボット１０全体の重量を低減させることができ、水平多関節ロボット１０の動作速度を高速化できる。

　また、実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、第一軸用モータ９２のシャフト９３の回転軸と第一回転エルボ９６の回転軸とが同じであり、かつ第二軸用モータ２２のシャフト２３の回転軸と第二回転エルボ２７の回転軸とが同じである。実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、ベース筐体９ｃ内及び第二アーム筐体２ｃ内で機内ケーブル６１が固定されており、機内ケーブル６１のうちフレキシブルホース５０に通される部分は、拘束されていない。そして、機内ケーブル６１が通るフレキシブルホース５０は、第一軸用モータ９２のシャフト９３の回転軸及び第二軸用モータ２２のシャフト２３の回転軸の各々に対して垂直な方向から第一回転エルボ９６及び第二回転エルボ２７に接続されている。したがって、水平多関節ロボット１０の動作時に、フレキシブルホース５０が第一アーム１と同様に動くため、ロボット動作による余裕長を機内ケーブル６１に設定する必要がなく、水平多関節ロボット１０の軽量化及び低コスト化を実現できる。

　また、実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、フレキシブルホース５０の両端が第一回転エルボ９６及び第二回転エルボ２７に接続されているため、ロボット動作に従い左右自由にフレキシブルホース５０がたわむことが可能である。実施の形態１に係る水平多関節ロボット１０は、フレキシブルホース５０のたわみが第一アーム１から横方向にはみ出さないため、水平多関節ロボット１０の動作範囲は、フレキシブルホース５０の経路及び長さによる制約を受けずに自由に設定することができる。また、フレキシブルホース５０のたわみ方向が左右に変わることで、機内ケーブル６１のねじれ箇所が一か所に固定されることがなくなり、機内ケーブル６１の耐久性が向上する。

　なお、上記の説明において、フレキシブルホース５０に機内ケーブル６１を通す構成を例に挙げたが、油圧又は空気圧を伝える配管をフレキシブルホース５０に通してもよい。また、電気を伝える配線と油圧又は空気圧を伝える配管との両方をフレキシブルホース５０に通してもよい。

　また、上記の説明において、第一回転エルボ９６の回転軸が第一軸ＡＸ１と同じであり、第二回転エルボ２７の回転軸が第二軸ＡＸ２と同じである構成を例に挙げたが、第一回転エルボ９６の回転軸が第一軸ＡＸ１と同じであれば、第二回転エルボ２７の回転軸は第二軸ＡＸ２と同じでなくてもよく、第二回転エルボ２７の回転軸が第二軸ＡＸ２と同じであれば、第一回転エルボ９６の回転軸は第一軸ＡＸ１と同じでなくてもよい。

　図５は、実施の形態１の変形例に係る水平多関節ロボットの側面図である。ベース９は、床面８０に固定される構造であってもよい。実施の形態１に変形例に係る水平多関節ロボット１０は、第一アーム１の下方に空間が生まれるため、第一アーム１の下方にコンベヤを通すなどして、スペースを有効活用することができる。

実施の形態２．
　図６は、実施の形態２に係る水平多関節ロボットの斜視図である。図７は、実施の形態２に係る水平多関節ロボットの上面図である。図８は、実施の形態２に係る水平多関節ロボットの断面図である。実施の形態２に係る水平多関節ロボット１０は、ベース筐体９ｃの上面９ｂの第一ベアリング９５が設置される開口９４及び第二アーム筐体２ｃの上面２ｂの第二ベアリング２６が設置される開口２５が長穴となっている。また、第一回転エルボ９６の端部と第二回転エルボ２７の端部とは、可撓性を持たないパイプ５１で接続されている。

　ベース９の開口９４の長穴は、第一軸ＡＸ１の可動範囲の中心方向に延びている。第二アーム２の開口２５の長穴は、第二アーム筐体２ｃの長手方向に沿って伸びている。

　実施の形態２に係る水平多関節ロボット１０は、第一ベアリング９５が設置される開口９４及び第二ベアリング２６が設置される開口２５が長穴であるため、第一ベアリング９５の取り付け位置及び第二ベアリング２６の取り付け位置を水平方向に動かすことにより、第一ベアリング９５と第二ベアリング２６との距離が調整可能である。したがって、実施の形態２に係る水平多関節ロボット１０は、第一軸ＡＸ１と第二軸ＡＸ２との距離を機内ケーブル６１を通すパイプ５１の長さに一致させることができ、パイプ５１を撓ませる必要がない。実施の形態２に係る水平多関節ロボット１０は、可撓性を有するフレキシブルホースを用いる必要がないため、製造コストを低減することができる。

　上記の説明において、ベース筐体９ｃの上面９ｂの開口９４及び第二アーム２の上面２ｂの開口２５が長穴である構成を例に挙げたが、開口９４が長穴であれば、開口２５は長穴でなくてもよく、開口２５が長穴であれば、開口９４は長穴でなくてもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　第一アーム、１ｂ，２ｂ，９ｂ　上面、１ｃ　第一アーム筐体、２　第二アーム、２ａ，９ａ　下面、２ｃ　第二アーム筐体、９　ベース、９ｃ　ベース筐体、１０　水平多関節ロボット、１１，１３　減速機、１２，１４　ベアリング、２１，２３，９３　シャフト、２２　第二軸用モータ、２５，９４　開口、２６　第二ベアリング、２７　第二回転エルボ、２９　第二クランプ、３０　ロボットコントローラ、４０　機器間ケーブル、５０　フレキシブルホース、５１　パイプ、６１　機内ケーブル、６２　ケーブル、７０　壁面、８０　床面、９１　ケーブルエントリー、９２　第一軸用モータ、９５　第一ベアリング、９６　第一回転エルボ、９７　基板、９８ａ，９８ｂ　コネクタ、９９　第一クランプ。

Claims

　第一アームと、
　前記第一アームを回転可能に支持するベースと、
　回動可能に前記第一アームに支持された第二アームと、
　前記ベースと前記第二アームとを接続する配線及び配管の少なくとも一方を収容するホースとを備え、
　前記ベースは、
　ベース筐体と、
　前記ベース筐体に収容され、前記ベース筐体の第一面からシャフトが前記ベース筐体の外へ突出した第一軸用モータと、
　前記ベース筐体のうち前記第一面に対向する第二面に設置され、端部が前記第一軸用モータのシャフトの回転軸に垂直な方向に向けられた第一回転エルボとを備え、
　前記第二アームは、
　第二アーム筐体と、
　前記第二アーム筐体に収容され、前記第二アーム筐体の第三面からシャフトが前記第二アーム筐体の外へ突出した第二軸用モータと、
　前記第二アーム筐体のうち前記第三面に対向する第四面に設置され、端部が前記第二軸用モータのシャフトの回転軸に垂直な方向に向けられた第二回転エルボとを備え、
　前記ホースは、前記第一回転エルボの端部と前記第二回転エルボの端部とを接続しており、
　前記第二面及び前記第四面は、同一平面に位置し、
　前記第一回転エルボ及び前記第二回転エルボの少なくとも一方の回転軸は、前記第一軸用モータのシャフトの回転軸又は前記第二軸用モータのシャフトの回転軸と同じであることを特徴とする水平多関節ロボット。
　前記ホースは、可撓性を有するフレキシブルホースであり、
　前記フレキシブルホースの長さは、前記第一軸と前記第二軸との距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の水平多関節ロボット。
　前記第一回転エルボと前記第二回転エルボとの間での前記フレキシブルホースの撓みが円弧状であるとき、前記フレキシブルホースの弧の矢高は、前記ベースの半幅以下であることを特徴とする請求項２に記載の水平多関節ロボット。
　前記第一回転エルボは、前記第二面に形成された開口に設置された第一ベアリングを介して前記第二面に設置されており、
　前記第二回転エルボは、前記第四面に形成された開口に設置された第二ベアリングを介して前記第四面に設置されており、
　前記第二面の開口及び前記第四面の開口の少なくとも一方は長穴であり、前記第一ベアリングと前記第二ベアリングとの距離が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の水平多関節ロボット。