WO2022097649A1

WO2022097649A1 - 水平多関節ロボット

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Publication number: WO2022097649A1
Application number: PCT/JP2021/040421
Authority: WO
Inventors: 星耿; 陽平山口
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: TW202218831A; DE112021004573T5; US20240051118A1; CN116490327A; TWI911313B; JPWO2022097649A1; US12576512B2; JP7553593B2

Abstract

ロボット（１０）は、固定部（２０）と、第一アーム（２１）と、第二アーム（２２）と、作業軸部（２５）とを含む。第二アーム（２２）は第一アーム（２１）よりも長い。第二アーム（２２）から固定部（２０）に向かって突出可能な作業軸部（２５）の突出長さは第一アーム（２１）と第二アーム（２２）との間の距離よりも長い。

Description

水平多関節ロボット

　本発明は、水平多関節ロボットに関する。

　スカラロボットとも呼ばれる水平多関節ロボットは工場などで広く利用されている。水平多関節ロボットは、通常、固定部に回動可能に取付けられた第一アームと、第一アームに回動可能に取付けられた第二アームと、第二アームに備えられた作業軸部とを含んでいる。

　水平多関節ロボットにおいては第一アームおよび第二アームを水平面内で動作させて作業軸部を所望の位置まで移動させ、その位置で作業軸部を昇降／回転させ、各種の作業を行っている。

　例えば特許文献１および特許文献２には吊下式の水平多関節ロボットが開示されている。さらに、特許文献３には、床置き式の水平多関節ロボットが開示されている。

特許第５２０８３２３号明細書特開２００５－１９３３４７号公報特許第４８７３９４６号明細書

　特許文献１および特許文献２に開示されるような吊下式の水平多関節ロボットにおいては、第一アームと第二アームとの長さが概ね同じである。作業軸部が第一アームに干渉するのを防ぐために、作業軸部の一端を第一アームの下面よりも下方に維持する必要がある。その結果、作業軸部の垂直方向のストロークが制限され、また作業軸部自体を長くするのが制限される。

　特許文献３に開示されるような床置き式の水平多関節ロボットにおいては、作業軸部を第一アームと固定部との間の回動軸線まで移動させることができず、その結果、デッドゾーンが発生する。

　それゆえ、デッドゾーンが発生することなしに、作業軸部自体を長く確保できる水平多関節ロボットが望まれている。

　本開示の１番目の態様によれば、架台または天井から吊下げられている水平多関節ロボットにおいて、固定部と、第一回動軸線回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アームと、前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アームと、前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部と、を具備し、前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離よりも短いようにしており、前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離よりも長いようにした、水平多関節ロボットが提供される。

　１番目の態様においては、第一距離が第二距離よりも短いので、作業軸部は第一アームの下面の高さを越えて固定部に向かって突出できる。従って、作業軸部自体を長く確保でき、作業軸部のストロークを長くすることができる。

　本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の実施形態の説明により一層明らかになろう。

第一の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。第一の実施形態の変形例における水平多関節ロボットの側面図である。第二の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。第三の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。第三の実施形態における他の水平多関節ロボットの側面図である。さらに他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。従来技術における水平多関節ロボットの側面図である。従来技術における他の水平多関節ロボットの側面図である。

　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
　図１Ａは第一の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図１Ａに示されるロボット１０は、水平多関節ロボットであり、部屋Ｒの天井Ｃから吊下げられている。ロボット１０は天井Ｃに固定されるべき固定部２０と、固定部２０に回動可能に取付けられた第一アーム２１と、第一アーム２１に回動可能に取付けられた第二アーム２２と、第二アーム２２に備えられた作業軸部２５とを主に含んでいる。

　具体的には、第一アーム２１の近位端が第一回動軸線Ａ１回りにおいて固定部２０に回動可能に支持されている。さらに、第一アーム２１の遠位端が、第一回動軸線Ａ１に対して平行な第二回動軸線Ａ２回りにおいて第二アーム２２の近位端に回動可能に支持されている。従って、ロボット１０が吊下げられている場合には、第二アーム２２は第一アーム２１の下方に位置している。従って、第一アーム２１の回動面と第二アーム２２の回動面とは上下方向にずれることとなり、互いに干渉することはない。

　さらに、作業軸部２５は第二アーム２２の遠位端に取付けられている。作業軸部２５は、第二回動軸線Ａ２に対して平行な第三回動軸線Ａ３回りにおいて回転可能且つ昇降可能に取付けられている。ロボット１０が吊下げられている場合には、作業軸部２５の遠位端に取付けられるべきエンドエフェクタ（後述する）は、第二アーム２２の下方で所定の作業を行う。

　第一アーム２１を駆動するための第一モータおよび第一減速機は固定部２０内に配置されている。同様に、第二アーム２２を駆動するための第二モータおよび第二減速機は第一アーム２１の所定場所に配置されている。さらに、作業軸部２５を昇降および回転させる第三モータは第二アーム２２の所定場所に配置されている。

　なお、これら第一モータ～第三モータおよび第一減速機、第二減速機がロボット１０の他の場所に設けられていてもよい。例えば、第二モータおよび／または第二減速機が第一アーム２１と第二アーム２２との間に設けられた結合部２３（後述する）内に配置されていてもよい。ロボット１０の基本的な構成は公知であるので、詳細な説明を省略する。

　図１Ａに示されるように、第一回動軸線Ａ１と第二回動軸線Ａ２との間の第二距離Ｌ１は、第二回動軸線Ａ２と第三回動軸線Ａ３との間の第一距離Ｌ２よりも短い。言い換えれば、第二アーム２２は第一アーム２１よりも長い。

　さらに、作業軸部２５の近位端は、第二アーム２２の上面から固定部２１に向かって突出している。そして、作業軸部２５の突出長さは第二回動軸線Ａ２における第一アーム２１と第二アーム２２との間の第三距離Ｌ３よりも長い。

　図１Ａにおいてはロボット１０の第一アーム２１と第二アーム２２とは互いに反対方向に延びるように配置されている。そのような場合であっても、第二アーム２２が第一アーム２１よりも長いので、第二アーム２２から固定部２０に向かって突出する作業軸部２５の突出部分は第一アーム２１に干渉することはない。言い換えれば、本実施形態においては、突出部分の突出長さが第三距離Ｌ３よりも長い作業軸部２５を採用することができる。このように、長い作業軸部２５を採用することが可能であるため、作業軸部２５のストロークも長くなり、ロボット１０の可動範囲を広げることができる。

　図１Ｂは他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図１Ｂにおいては、作業軸部２５の遠位端に、オフセット部材２６の近位端が回動可能に取付けられている。オフセット部材２６は作業軸部２５および第三回動軸線Ａ３に対して垂直に延びている。言い換えれば、オフセット部材２６は第二アーム２２の下面側において第二アーム２２に対して平行に延びている。さらに、オフセット部材２６の遠位端には、エンドエフェクタ２７が取付けられている。

　図１Ｂに示されるように、第一アーム２１と第二アーム２２とが互いに反対方向に延びるように配置されたときの第一回動軸線Ａ１と第三回動軸線Ａ３との間の距離を第四距離Ｌ４とする。図１Ｂにおいては、オフセット部材２６の長さは第四距離Ｌ４以上である。

　このような構成においては、第一アーム２１と第二アーム２２とが互いに反対方向に延びるように配置されると、オフセット部材２６の遠位端が第二アーム２２の下面側において第一回動軸線Ａ１に到達するようになる。従って、エンドエフェクタ２７を第一回動軸線Ａ１上まで到達させられる。従って、本実施形態においては、第一回動軸線Ａ１周りにデッドゾーンが発生するのを防止できる。

　図２は第一の実施形態の変形例における水平多関節ロボットの側面図である。図２においては、第一アーム２１と第二アーム２２との間に結合部２３が設けられている。結合部２３は第一アーム２１または第二アーム２２のいずれか一方と一体化していてもよい。結合部２３は、固定部２０から第一アーム２１を通って延びる線条体（図示しない）の捻れを緩和させるのに有利である。

　図２においては、第二回動軸線Ａ２における第一アーム２１と第二アーム２２との間の第三距離Ｌ３ａは、結合部２３の高さに概ね相当する。このような場合には、第二アーム２２から突出する作業軸部２５の突出長さＬ３ａ以上にすることができ、従って、さらに長い作業軸部２５を採用することができる。これにより、ロボットの可動範囲をさらに広くできる。また、後述する他の実施形態におけるロボット１０が同様な結合部２３を有していてもよく、そのような場合であっても本開示の範囲に含まれる。

　図３は第二の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図３においては、前述したのと同様なロボット１０の固定部２０は部屋Ｒの床部Ｌに固定されている。従って、図３の状態においては、第二アーム２２は第一アーム２１の上方に位置している。

　前述したのと同様に、第二アーム２２は第一アーム２１よりも長い。従って、第一アーム２１の上面を越えて下方に延びる、より長い作業軸部２５を採用することが可能である。これにより、ロボット１０の可動範囲を広くできる。

　さらに、作業軸部２５の遠位端には、前述したのと同様なオフセット部材２６の近位端が回動可能に取付けられている。そして、オフセット部材２６の長さは、第一アーム２１と第二アーム２２とが互いに反対方向に延びるように配置されたときの第一回動軸線Ａ１と第三回動軸線Ａ３との間の第四距離Ｌ４以上である。このため、オフセット部材２６の遠位端に取付けられたエンドエフェクタ２７を第二アーム２２の上方において第一回動軸線Ａ１に到達させられる。従って、デッドゾーンの発生を防止できる。

　図４Ａは第三の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図４Ａに示されるロボット１０は架台４０に吊下げられている。架台４０は床部Ｌから垂直に延びるカラム４１とカラム４１から水平方向に延びるビーム４２とを含んでいる。そして、ロボット１０の固定部２０がビーム４２の遠位側下面に固定されている。また、図４Ｂは第三の実施形態における他の水平多関節ロボットの側面図である。図４Ｂに示されるロボット１０は、壁部Ｗから延びるビーム状の他の架台４５の遠位側下面に吊下げられている。

　図４Ａおよび図４Ｂに示される場合であっても、前述したのと同様の効果が得られるのは明らかであろう。なお、固定部２０の側面がビーム４２または架台４５の端面に取付けられるように、ロボット１０が吊下げられている場合も同様である。

　図５はさらに他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図５に示されるオフセット部材２６は、エンドエフェクタ２７と、エンドエフェクタ２７を駆動する駆動部２８、例えばサーボモータを備えている。駆動部２８は、エンドエフェクタ２７の反対側に設けられていてもよく、またエンドエフェクタ２７に内蔵されてもよい。そのような駆動部２８を備えることによって、エンドエフェクタ２７は追加の動作、例えばネジ締め動作を行うことができる。

　図６は従来技術における水平多関節ロボットの側面図である。図６に示される吊下げ式水平多関節ロボット１０’は、固定部２０’と、第一回動軸線Ａ１’回りにおいて固定部に回動可能に支持される第一アーム２１’と、第二回動軸線Ａ２’回りにおいて第一アーム２１’に回動可能に支持される第二アーム２２’と、第三回動軸線Ａ３’回りにおいて回動可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部２５’とを含んでいる。

　図６においては第一アーム２１’と第二アーム２２’の長さは互いに等しい。言い換えれば、第二回動軸線Ａ２’との間の第二距離Ｌ１’と第二回動軸線Ａ２’と第三回動軸線Ａ３’との間の第一距離Ｌ２’と、第一回動軸線Ａ１’とは互いに等しい。このため、作業軸部２５’の長さは結合部２３’の高さに応じて定まり、作業軸部２５’は第一アーム２１’の下面を越えることはできない。つまり、作業軸部２５’を長く確保できないという問題がある。また、結合部２３’が存在しない場合には、作業軸部２５’の長さはさらに制限される。

　さらに、図７は従来技術における水平多関節ロボットの側面図である。図７に示される床置き式水平多関節ロボット１０’’は、固定部２０’’と、第一回動軸線Ａ１’’回りにおいて固定部に回動可能に支持される第一アーム２１’’と、第二回動軸線Ａ２’’回りにおいて第一アーム２１’’に回動可能に支持される第二アーム２２’’と、第三回動軸線Ａ３’’回りにおいて回動可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部２５’’とを含んでいる。

　図７においては、作業軸部２５’’はオフセット部材を備えていない。このため、作業軸部２５’’に設けられたエンドエフェクタ２７’’は図示される状態においても、第一回動軸線Ａ１’’近傍に移動できず、デッドゾーンが存在するという問題がある。

　これに対し、本開示においては、前述したようにデッドゾーンが発生することなしに、作業軸部自体を長く確保することが可能である。なお、前述した実施形態を適宜組み合わせることは本開示の範囲に含まれる。

　本開示の態様
　１番目の態様によれば、架台（４０、４５）または天井（Ｃ）から吊下げられている水平多関節ロボット（１０）において、固定部（２０）と、第一回動軸線（Ａ１）回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アーム（２１）と、前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線（Ａ２）回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アーム（２２）と、前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線（Ａ３）回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部（２５）と、を具備し、前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離（Ｌ１）は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離（Ｌ２）よりも短いようにしており、前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離（Ｌ３）よりも長いようにした、水平多関節ロボットが提供される。
　２番目の態様によれば、１番目の態様において、さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材（２６）を具備し、前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離（Ｌ４）以上であるようにした。
　３番目の態様によれば、１番目または２番目の態様において、さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部（２３）を具備する。
　４番目の態様によれば、１番目から３番目のいずれかの態様において、さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタ（２７）と、該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部（２８）とを具備する。
　５番目の態様によれば、水平多関節ロボット（１０）において、固定部（２０）と、第一回動軸線（Ａ１）回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アーム（２１）と、前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線（Ａ２）回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アーム（２２）と、前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線（Ａ３）回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部（２５）と、を具備し、前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離（Ｌ１）は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離（Ｌ２）よりも短いようにしており、前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離（Ｌ３）よりも長いようにしており、さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材（２６）を具備し、前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離（Ｌ４）以上であるようにした、水平多関節ロボットが提供される。
　６番目の態様によれば、５番目の態様において、さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部（２３）を具備する。
　７番目の態様によれば、５番目または６番目の態様において、さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタ（２７）と、該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部（２８）とを具備する。
　８番目の態様によれば、５番目から７番目のいずれかの態様において、前記ロボットは架台（４０、４５）もしくは天井（Ｃ）から吊下げられている。
　９番目の態様によれば、５番目から７番目のいずれかの態様において、前記ロボットは床部（Ｌ）に設置されている。

　態様の効果
　１番目の態様においては、第一距離が第二距離よりも短いので、作業軸部は第一アームの下面の高さを越えて固定部に向かって突出できる。従って、作業軸部自体を長く確保でき、作業軸部のストロークを長くすることができる。
　５番目の態様においては、第一距離が第二距離よりも短いので、作業軸部は第一アームの下面の高さを越えて固定部に向かって突出できる。従って、作業軸部自体を長く確保でき、作業軸部のストロークを長くすることができる。さらに、オフセット部材が第四距離以上であるので、エンドエフェクタを第一回動軸線上まで到達させられる。このため、第一回動軸線周りにデッドゾーンが発生するのを防止できる。

　以上、本発明の実施形態を説明したが、後述する請求の範囲の開示範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されよう。

　１０　　ロボット
　２０　　固定部
　２１　　第一アーム
　２２　　第二アーム
　２３　　結合部
　２５　　作業軸部
　２６　　オフセット部材
　２７　　エンドエフェクタ
　２８　　駆動部
　４０　　架台
　４１　　カラム
　４２　　ビーム
　４５　　架台

Claims

　架台または天井から吊下げられている水平多関節ロボットにおいて、
　固定部と、
　第一回動軸線回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アームと、
　前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アームと、
　前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部と、を具備し、
　前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離よりも短いようにしており、
　前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離よりも長いようにした、水平多関節ロボット。
　さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材を具備し、
　前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離以上であるようにした、請求項１に記載の水平多関節ロボット。
　さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部を具備する、請求項１または２に記載の水平多関節ロボット。
　さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタと、
　該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部とを具備する請求項１から３のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。
　水平多関節ロボットにおいて、
　固定部と、
　第一回動軸線回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アームと、
　前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アームと、
　前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部と、を具備し、
　前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離よりも短いようにしており、
　前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離よりも長いようにしており、
　さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材を具備し、
　前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離以上であるようにした、水平多関節ロボット。
　さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部を具備する、請求項５に記載の水平多関節ロボット。
　さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタと、
　該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部とを具備する請求項５または６に記載の水平多関節ロボット。
　前記ロボットは架台もしくは天井から吊下げられている、請求項５から７のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。
　前記ロボットは床部に設置されている、請求項５から７のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。