ロボット
【課題】ロボットの稼働中におけるアーム機構の脱落を抑制し、必要に際してアーム機構を簡便に着脱可能とし、ロボットを容易に運用可能にする。
【解決手段】ロボット１のアーム機構７が、アーム２０に連結された一対のリンク２１，２２の間に架け渡された付勢ユニット２４を備え、各リンク２１，２２が被係止部８１，８２を有し、付勢ユニット２４が、付勢部材６６を収容するハウジング６０と、各リンク２１，２２の被係止部８１，８２にそれぞれ係止される一対の係止部６１，６２を有し、係止部６１，６２は被係止部８１，８２が挿通される取付孔７３，７８と、取付孔７２，７７を取り囲む周縁部７４，７９の一部が切除されて形成された切除部７５，８０とを有し、取付孔７３，７８が切除部７５，８０を介して係止部６１，６２の外方に開放されている。
【解決手段】ロボット１のアーム機構７が、アーム２０に連結された一対のリンク２１，２２の間に架け渡された付勢ユニット２４を備え、各リンク２１，２２が被係止部８１，８２を有し、付勢ユニット２４が、付勢部材６６を収容するハウジング６０と、各リンク２１，２２の被係止部８１，８２にそれぞれ係止される一対の係止部６１，６２を有し、係止部６１，６２は被係止部８１，８２が挿通される取付孔７３，７８と、取付孔７２，７７を取り囲む周縁部７４，７９の一部が切除されて形成された切除部７５，８０とを有し、取付孔７３，７８が切除部７５，８０を介して係止部６１，６２の外方に開放されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデルタロボットのように、ベースとエンドエフェクタとの間を接続する３組のアーム機構を備えるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、ベースとエンドエフェクタとの間を接続する３組のアーム機構を備えたデルタロボットが知られている。各アーム機構は、ベースに揺動可能に連結されたロッドと、ロッドとエンドエフェクタを装着するためのブラケットとの間を接続する一対のリンクとを備えている。各リンクの端部にはソケット要素が設けられ、ロッドの端部にはソケット要素と球面対偶を成すボール要素が対をなして設けられている。ボール要素にソケット要素を嵌め合わせることによりリンクをロッドに対して揺動可能に連結することができる。
【０００３】
一対のリンクの間にはバネが架け渡されており、このバネの付勢力により一対のリンクは互いに近づくよう付勢される。これにより、ソケット要素をボール要素に押し付けてリンクがロッドから脱落するのを抑制することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平８−０００４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のバネは、両端にフックを有したコイルスプリングであり、これらフックはリンクに固定された取付具に引っ掛けられる。しかし、この構成によれば、バネが剥き出しとなっているため、ロボットに薬品を吹きかけるなどして洗浄作業を行うと、バネの腐食を招いてしまう。バネを剥き出しに設けた上でこのような作業を行えるように設計するためには、バネの素材に耐薬品性の高い材料を採用したり、バネに特殊な表面加工を施したりする必要があり、リンクの連結状態の維持のための付勢力を発生するという本来の目的に重点においてバネを設計することができなくなる。また、このバネはリンクの連結状態を維持するのに十分な付勢力を発生することが要求されるため、強力である。それ故、一対のリンクを組み立てる際にバネ（付勢要素）をリンクに装着することが容易ではなかった。
【０００６】
そこで本発明は、アーム機構を容易に洗浄可能なロボットを提供することを第１の目的としている。また、本発明は、一対のリンクを組み立てる際に付勢部材要素を簡単に装着することが可能なロボットを提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るロボットは、ベースと、前記ベースとエンドエフェクタとの間を連結する３組のアーム機構とを備え、前記アーム機構のうち少なくとも一つが、前記ベースにその基端部が回動可能に連結されたアームと、その基端部が前記アームの先端部を回動自在に挟むようにして配置された互いに平行な一対のリンクと、前記一対のリンクの間に架け渡され、前記一対のリンクを互いに近付けるように付勢する付勢ユニットとを備え、前記アームの先端部と前記一対のリンクの基端部とが、該一対のリンクを該アームに揺動可能に連結する基端ジョイントを構成しており、前記各リンクは、前記付勢ユニットが係止される柱状の被係止部を有し、前記付勢ユニットが、付勢力を発生する付勢部材と、前記付勢部材を収容するハウジングと、前記ハウジングの両端部に設けられ、前記付勢部材により付勢される一対の係止部とを有し、前記係止部が、前記被係止部が挿通される取付孔と、前記取付孔を取り囲む周縁部の一部が切除されて形成された切除部とを有し、前記取付孔が、前記切除部を介して前記係止部の外方に開放されている。
【０００８】
前記構成によれば、付勢ユニットにより、アームを挟むようにして配置された一対のリンクが互いに近づけられるように付勢される。これにより基端ジョイントによりリンクがアームに連結されている状態が維持される。付勢ユニットは、付勢力を発生する付勢部材をハウジング内に収容して成ることから、付勢部材の素材を耐薬品性の高い材料としたり、付勢部材に耐薬品性を高める表面処理を行ったりしなくても、ロボットの洗浄作業を容易に行えるようになる。このため、本来の目的であるリンクの脱落を抑制するための付勢力の発生に重点をおいて、付勢部材の仕様を決めることができる。また、付勢要素としての付勢ユニットの係止部の取付孔内に被係止部を挿通することによって付勢ユニットをリンクに取り付けることができる構成となっている。取付孔は係止部に形成された切除部を介して外方に開放されているため、被係止部をこの切除部を利用して取付孔内に簡単に導入することができる。リンクから付勢ユニットを取り外すときにも、被係止部を切除部を利用して取付孔から簡単に抜き取ることができる。したがって、付勢ユニットやリンクを無理な姿勢としたり無理に弾性変形させることなく、付勢ユニットをリンクに対して容易に着脱することができる。
【０００９】
前記切除部の寸法が、前記取付孔の寸法よりも小さく、前記被係止部の寸法よりも大きくてもよい。これにより、切除部を利用して被係止部を取付孔に対して出入させることができる。
【００１０】
前記周縁部は、前記付勢部材による付勢方向において前記取付孔の中央部を規定する第１円弧部と、前記第１円弧部と連続して前記取付孔の一端部を規定する第２円弧部とを有していてもよい。これにより、例えば付勢ユニットをリンクに取り付けるときに、切除部を利用して被係止部を取付孔内に導入した後に、リンクを付勢部材による付勢方向に移動させてリンクの取付位置を容易に調整することができる。
【００１１】
前記第１及び第２円弧部の各中心位置が前記付勢部材による付勢方向において互いに離れており、第２円弧部の半径が第１円弧部の半径よりも大きくてもよい。これにより、例えば付勢ユニットをリンクに取り付けるときにおいては、被係止部を切除部を利用して第２円弧部により規定される部分に導入した後に、第２円弧部よりも小径の第１円弧部で規定される部分へと取付孔内で移動させることができる。これにより、取付の初期には被係止部を取付孔内に容易に係止させることができるようにしつつ、組付状態においては被係止部を係止部により強固に係合させた状態とすることができる。
【００１２】
前記取付孔に前記被係止部が挿通されている状態において、前記取付孔に嵌挿され且つ前記被係止部に嵌合されるブシュを更に備え、前記ブシュが、軸線方向における両端部が該両端部の間の部分（以下、中間部）よりも大径の段付き円筒状に形成され、かつ一方の前記端部からその内孔に前記被係止部が嵌挿されており、前記第１円弧部を規定する仮想円の直径が前記ブシュの前記一方の端部よりも大径であり、前記第２円弧部を規定する円の直径が前記一端部よりも小径であって前記中間部より大きい径であってもよい。これにより、被係止部が第１円弧部で規定される部分にあるときにブシュを被係止部に内嵌させた後に、被係止部をブシュとともに取付孔内で第２円弧部で規定される部分に移動させるだけで、ブシュの軸線方向両端部が係止部の表面と背面とで挟まれた状態となり、ブシュの脱落を好適に防止することができる。
【００１３】
前記リンクを、前記基端ジョイントを迂回して前記アームに連結するためのワイヤーを更に備えていてもよい。これにより、万が一基端ジョイントによる連結が解除されてリンクの基端部がアームから脱落しても、リンクがワイヤーを介してアームと連結された状態で維持することができる。これにより、アームがロボットの作業スペース内で飛散するような事態を好適に抑制することができる。
【００１４】
前記ワイヤーの一端部が前記付勢ユニットに接続されかつ前記ワイヤーの他端部が前記アームに接続されてもよい。これにより、ワイヤーの個数が１つであっても、一対のリンクの双方の飛散を好適に抑制することが可能となる。
【００１５】
前記基端ジョイントが、前記アームに設けられたボール要素と、前記リンクに設けられて前記ボール要素と球面対偶を成すソケット要素とからなるボールジョイトに構成されていてもよい。これにより、ボールジョイントによりリンクの揺動の自由度を確保しつつ、リンクがアームから脱落するのを好適に抑制することガできる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の本発明によれば、アーム機構を容易に洗浄可能なロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るロボットの正面図である。
【図２】図１に示すアーム機構の一つにおける基端ジョイントの周辺を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２に示す基端ジョイントの正面図である。
【図４】図２に示す付勢ユニットの断面図である。
【図５】図２に示す付勢ユニットの正面図である。
【図６】図２に示す付勢ユニットをリンクに組み付ける手順を示す説明図であって、（ａ）が付勢ユニットの係止具をリンク側の被係止ピンに係止させた状態、（ｂ）が被係止ピンにブシュを嵌め付けた状態、（ｃ）が付勢ユニットのリンクに対する組み付けが完了した状態をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１９】
［デルタロボット］
図１に示すロボット１は、いわゆるデルタロボットであり、例えば食品、薬品及び化粧品等の製造設備１９０内でピッキングロボットに利用される。このような製造設備１９０内では、ロボット１が据え付けられる架台１９１の下方に、ワーク１９３が載置される載置台１９２が配置される。架台１９１にロボット１が据え付けられると、ロボット１の主要部が架台１９１と載置台１９２との間の作業スペース１９４に位置し、ロボット１の可動範囲１９５内に載置台１９２の少なくとも一部が配置される。ロボット１は、載置台１９２上のある位置１９６に載置されたワーク１９３を摘み上げ、摘み上げたワーク１９３を移動させ、載置台１９２上の別の位置１９７に精密に載置することができる。
【００２０】
ロボット１は、バケット３と、バケット３の開口を上側から覆うカバー４とを備えて成るベース２を有している。バケット３は開口を取り囲む上縁部５を有し、上縁部５には水平に突出する複数のリブ６が設けられている。リブ６は、架台１９１に設けられた取付口１９１ａの周縁部１９１ｂに支持され、周縁部１９１ｂにリブ６を螺止することによりベース２が架台１９１に固定される。なお、図１はリブ６の下面を周縁部１９１ｂの上面に支持する形態を例示しているが、リブ６の上面が周縁部１９１ｂの下面に当接し、リブ６が、螺止された周縁部１９１ｂによって保持されてもよい。
【００２１】
ベース２が架台１９１に固定されると、ロボット１のうち上縁部５よりも下側の部分が、架台１９１から吊り下げられるようにして作業スペース１９４内に配置される。バケット３の下部は、３組のアーム機構７を介して単一のブラケット８と連結されている。３組のアーム機構７の基端部は平面視で周方向に等間隔をおいて配置されている。より詳しくは、ロボット１の基準姿勢において、３組のアーム機構７は所定の中心軸線（ここではバケット３の中心軸線）１０１に回転対称に設けられている。
【００２２】
各アーム機構７は、アーム２０と第１及び第２リンク２１，２２とを備える。アーム２０は、その基端部においてバケット３の下部に揺動可能に連結されている。各アーム２０の揺動支軸は同一の水平面内に配置されている。第１リンク２１は基端部においてアーム２０の先端部に揺動可能に連結され、先端部においてブラケット８に揺動可能に連結されている。第２リンク２２は、第１リンク２１と平行に延び、アーム２０及びブラケット８のそれぞれに揺動可能に連結されている。
【００２３】
アーム２０の先端部、第１リンク２１の基端部及び第２リンク２２の基端部は、第１及び第２リンク２１，２２をアーム２０に対して任意の方向に揺動可能に連結する基端ジョイント２３を構成している。具体的には、この基端ジョイント２３は後述するようにボールジョイントに構成されている。基端ジョイント２３により、リンク２１，２２がアーム２０に連結されている状態では、第１及び第２リンク２１，２２がアーム２０をその幅方向に挟むようにして配設されている。第１リンク２１の基端部と第２リンク２２の基端部との間には付勢ユニット２４が架け渡されている。付勢ユニット２４は第１リンク２１及び第２リンク２２を互いに近づけるよう付勢し、これによりリンク２１，２２がアーム２０から脱落するのを防止している。
【００２４】
なお、ブラケット８、第１リンク２１の先端部及び第２リンク２２の先端部には、第１及び第２リンク２１，２２をブラケット８に対して任意の方向に揺動可能に連結する先端ジョイント２５が構成されている。具体的には、この先端ジョイント２５はボールジョイントに構成されている。第１リンク２１の先端部と第２リンク２２の先端部との間にも上記同様の付勢ユニット２４が架け渡され、これによりリンク２１，２２のブラケット８からの脱落を防止している。
【００２５】
上記構成によると、ブラケット８は、第１及び第２リンク２１，２２から成る３組のパラレルリンクを介してベース２に連結される。ベース２の下部には各アーム２０の基端部をベース２に対して揺動させるアームアクチュエータ９が設けられている。アームアクチュエータ９の動作に応じてアーム２０が鉛直面内において揺動すると、ブラケット８が可動範囲９５内で揺動する。このとき、ブラケット８のベース２に対する姿勢が３組のパラレルリンクで拘束（規定）され、ブラケット８は可動範囲９５内で同じ姿勢を保って移動する。
【００２６】
ブラケット８は平板状に形成され、水平の姿勢で設けられている。先端ジョイント２５はブラケット８に設けられたボール要素にリンク２１，２２の先端に設けられたソケット要素を係合して成り、ブラケット８側のボール要素はブラケット８の外周縁部に設けられている。ブラケット８の下面側には、ワーク１９３を摘み上げる作業を行うためのエンドエフェクタ１０が着脱可能に装着される。ブラケット８の下面からは回転軸１１が下方に延び、エンドエフェクタ１０は回転軸１１と共に回転するようブラケット８に装着される。ブラケット８の上面側には、回転軸１１を駆動するエンドアクチュエータ１２が配設されている。
【００２７】
ロボット１は、３組のアーム機構７の他に、ベース２をブラケット８と連結する部材を備えていない。なお、参照符号１３は、負圧吸引によりワーク１９３を摘み上げるように構成されたエンドエフェクタ１０が装着された場合にエンドエフェクタ１０をバケット３内の吸引ポンプ（図示せず）と接続するためのパイプであり、アーム機構７の一つに沿って設けられている。また、先端ジョイント２５のボール要素はブラケット８の外周縁部に設けられている。このため、ブラケット８の上面側に、エンドアクチュエータ１２を配置するために十分に大きなスペースを容易に確保可能となる。また、エンドエフェクタ１０が駆動機構を備えていなくても、回転軸１１と係合する部分を備えている限りにおいては、エンドアクチュエータ１２の動作に応じてブラケット８に装着されるエンドエフェクタ１０を回転させることができる。これによりロボット１の作業性能が向上する。
【００２８】
［ボールジョイント］
図２は、アーム機構７の一つに構成された基端ジョイント２３の周辺を拡大して示している。アーム部材２０aは断面円形の管材から成り、リンク部材２１a，２２aはアーム部材２０aより小径の断面円形の管材から成る。アーム部材２０a及びリンク部材２１a，２２aは、エンドエフェクタ１０（図１参照）の移動速度をできる限り高速とするため軽量であり、エンドエフェクタ１０の移動時に作用する荷重に好適に耐えるよう高剛性を有する材料から成形される。このような材料として、例えばＣＦＲＰ等の複合材を採用してもよい。
【００２９】
アーム部材２０aの先端部にはジョイントブラケット３１が取り付けられている。ジョイントブラケット３１は有底の筒部３２を有し、筒部３２はアーム部材２０aの先端部に嵌め込まれている。筒部３２の底面側には、筒部３２の径方向外側に張り出すように取付部３３が設けられている。筒部３２の外底面は、取付部３３の外表面と滑らかに連続した平坦面３４を形成し、平坦面３４はアーム部材２０a及び筒部３２の軸線に直交する平面に対して傾斜している。
【００３０】
図３に示すように、取付部３３はアーム部材２０aの幅方向に分かれて一対の外側面３５を有し、これら外側面３５に第１及び第２アームジョイント４０，４５が分かれて設けられている。アームジョイント４０，４５は、ジョイントブラケット３１に螺合されるナット部４１，４６と、ナット部４１，４６に遷移部４２，４７を介して連結されたボール部４３，４８とを有している。上述のアーム部材２０a、ジョイントブラケット３１、並びに第１及び第２アームジョイント４０，４５がアーム２０を構成している。
【００３１】
第１リンク部材２１aの基端部には第１リンクジョイント５０が取り付けられている。第１リンクジョイント５０は、第１リンク２１の基端部に嵌め込まれる筒部５１を有している。筒部５１は、開口５１ａが設けられている側と反対側において、遷移部５２を介して凹状部５３と連結される。凹状部５３には椀状のソケット５４が着脱可能に装着され、ソケット５４の内周面は略半球面を形成している。第１リンク部材２１aをアーム部材２０aの幅方向外側からアーム部材２０aに近づけ、ソケット５４を第１アームジョイント４０のボール部４３に嵌め合わせることにより、当該ボール部４３とソケット５４が球面対偶を成し、第１リンク部材２１aがアーム２０に対して６自由度を持って揺動可能に連結される。
【００３２】
第２リンク部材２２aの基端部にも、第１リンクジョイント４５と同一の構造を有した第２リンクジョイント５５が取り付けられる。符号５６〜５９はそれぞれ筒部、遷移部、凹状部及びソケットであり、第２リンク部材２２aもソケット５９を第２アームジョイント４５のボール部４８に嵌め合わせることによってアーム２０に対して揺動可能に連結される。
【００３３】
上述の第１リンク部材２１a、第１リンクジョイント５０、及びソケット５４が第１リンク２１を構成し、第２リンク部材２２a、第２リンクジョイント５５、及びソケット５９が第２リンク２２を構成している。また、基端ジョイント２３は上述のとおり一対のボールジョイントから構成される。ソケット５４，５９は樹脂製であり、各リンク２１，２２の揺動に伴う磨耗の進行程度に応じて適宜交換される。
【００３４】
［ワイヤー］
図２に示すように、付勢ユニット２４は、円筒状のハウジング６０と、ハウジング６０の軸線方向の両端部に設けられた一対の第１及び第２係止具６１，６２とを有している。各係止具６１，６２をリンクジョイント５０，５５の筒部５１，５６に設けられた円柱状の第１及び第２被係止ピン８１，８２に係止することにより、付勢ユニット２４をリンク２１，２２に取り付けることができる。ハウジング６０はリンク２１，２２の間に配置され、その軸線は一対のリンク２１，２２の配列方向（すなわち、アーム部材２０aの幅方向）に向けられる。
【００３５】
ハウジング６０にはワイヤーブラケット３６が取り付けられている。ワイヤーブラケット３６は、一対の半体をハウジング６０の外側に嵌め付けた後に互いに螺合することによって構成される。ワイヤーブラケット３６は、ワイヤー３７を介してアーム部材２０aの先端部に取り付けられたジョイントブラケット３１と機械的に連結される。ワイヤー３７の両端部にはボルト３８，３９が溶接等により接合され、一方のボルト３８がジョイントブラケット３１の平坦面３４に開口したネジ孔（図示せず）に螺入され、他方のボルト３９がワイヤーブラケット３６に形成されたネジ孔（図示せず）に螺入される。ワイヤーブラケット３６はベース２に向けられた面と、その反対側に向けられた面とを有するが、ワイヤーブラケット３６のネジ孔は、平坦面３４と同様に、ベース２とは反対側に向けられた面に形成されている。ワイヤー３７は、ジョイントブラケット３１及びワイヤーブラケット３６の間に弧を描くようにして設けられる。ワイヤー３７が湾曲していることにより、第１及び第２リンク２１，２２の揺動がワイヤー３７で規制されることはない。
【００３６】
このようにアーム２０は、ワイヤー３７及び付勢ユニット２４を介し、第１及び第２リンク２１，２２と機械的に連結される。このため、万が一、ソケット５４，５９がボール部４３，４８から脱落しても、脱落したソケットを備えるリンクは、ワイヤー３７を介してアーム２０と連結された状態で維持される。このときワイヤー３７には、脱落したリンクの重力などに基づいて張力が作用するが、ワイヤー３７を鋼製とすることによりワイヤー３７が切断されるのを好適に防ぐことができる。鋼製のワイヤー３７は、弛みを生じにくいことから、付勢ユニット２４に絡まってアーム２０及びリンク２１，２２の円滑な揺動を妨げることもない。また、ワイヤー３７の端部がボルト３８，３９でジョイントブラケット３１及びワイヤーブラケット３６にそれぞれ強固に連結され、張力でワイヤー３７がジョイントブラケット３１又はワイヤーブラケット３６から脱落することも好適に防ぐことができる。よって、脱落したリンクが作業スペース１９４（図１参照）内で飛散するのを抑制することができる。
【００３７】
さらに、ワイヤー３７は、リンク２１，２２の間に架け渡された付勢ユニット２４にワイヤーブラケット３６を介して連結されている。このため、ワイヤー３７の個数が１つであっても、第１リンク２１及び第２リンク２２双方の飛散を抑制することができる。また、付勢ユニット２４がリンクジョイント５０，５５に取り付けられているため、ワイヤーブラケット３６はジョイントブラケット３１と近接して配置され、ワイヤー３７の長さを短くすることができる。これにより、ワイヤー３７の取回しがコンパクトとなり、また、ソケット５４，５９がボール部４３，４８から脱落しても付勢ユニット２４の落下距離が短くなってリンク２１，２２の飛散の程度が小さくなる。
【００３８】
［付勢ユニット］
図４に示すように、付勢ユニット２４のハウジング６０は、軸線方向一端部の開口を有する円筒状であり、この開口がカバー６３で閉鎖される。ハウジング６０内には円盤上のピストン６４が摺動可能に設けられている。ピストン６４の軸心部からはロッド６５がハウジング６０の軸線上を延び、ロッド６５の先端はカバー６３に形成された開口からハウジング６０外に突出している。ハウジング６０内のロッド側空間にはコイルスプリング６６が収容され、ロッド６５がコイルスプリング６６の軸心部に挿通されている。コイルスプリング６６の軸線方向一端部はピストン６４に支持され、他端部はカバー６３の内面側に設けられたリテーナ６７に支持されている。
【００３９】
第１係止具６１はＵ状のクレビスから成り、平板状のベース壁７１と、ベース壁７１から平行に延びる一対の側壁７２とを有している。ベース壁７１は、ハウジング６０の軸線に直交するよう配置されてロッド６５の先端部に設けられ、側壁７２は、ハウジング６０から遠ざかる側に延びている。各側壁７２は、第１被係止ピン８１が挿通される取付孔７３を有している。第１リンクジョイント５０の筒部５１を一対の側壁７２間に嵌め込み、第１被係止ピン８１を取付孔７３に挿通し、第１被係止ピン８１及び取付孔７３にブシュ８２を圧入することにより、付勢ユニット２４が第１リンク２１に取り付けられる。また、第２係止具６２は第１係止具６１と同一の構造を有し、ベース壁７６がハウジング６０の外底面に設けられ、一対の側壁７７がハウジング６０から遠ざかる側に延びている。符号８４は、側壁７７に形成された取付孔７４と、取付孔７４に挿通された第２被係止ピン８２とに圧入されるブシュであり、ブシュ８４の圧入によって付勢ユニット２４が第２リンク２２に取り付けられる。
【００４０】
上記構成によれば、ピストン６４が移動してロッド６５がハウジング６０から進出しようとしたとき、コイルスプリング６６が圧縮変形してその弾発力がピストン６４に作用し、ロッド６５がハウジング６０内へ退入するように付勢される。ここで、第１リンク２１がアーム２０から脱落しようとすると、第１係止具６１及びロッド６５が図４紙面右方へ移動しようとする。しかし、コイルスプリング６６が圧縮されなければ（すなわち、コイルスプリング５５の弾発力に打ち勝たなければ）、当該移動は生じない。第２リンク２２がアーム２０から脱落しようとする場合も同様である。このため、コイルスプリング６６のバネ定数を十分に大きい値に設定することにより、リンク２１，２２を脱落させるような荷重が作用しても、コイルスプリング６６の弾発力によってリンク２１，２２の脱落を好適に防ぐことができる。
【００４１】
付勢ユニット２４はリンクジョイント５０，５５の筒部５１，５６の間に架け渡されているため、付勢力はソケット５４に近い位置でリンク２１，２２に作用する。よって、ソケット５４，５９が付勢力でボール部４３，４８に好適に押し付けられ、リンク２１，２２がアーム２０から脱落するのを好適に防止することができる。
【００４２】
また、コイルスプリング６６がハウジング６０に収容されるため、ロボット１の運用を容易に行うことができる。つまり、このロボット１は食品、薬品、化粧品等の製造設備などクリーン環境に導入され得る。このため、例えばロボット１の周囲から洗浄用の薬品を吹きかけることでロボット１を洗浄可能であると、このようなクリーン環境でも容易に運用可能となって有益である。ここで、コイルスプリング６６がハウジング６０に収容されると、コイルスプリング６６の材料を選択するにあたって耐薬品性を考慮する必要がなくなり、付勢力の発揮によってリンク２１，２２の脱落を防止するという本来の目的を達成するべくバネ定数等に重点をおいてコイルスプリング６６の材料を選択することができる。逆に言えば、コイルスプリング６６が耐薬品性を有していなくても上記例示の方法でロボット１を洗浄することができ、クリーン環境に導入されたロボット１の運用が容易化する。同様の効果を得るため、電子機器及びエア機器のいくつかは、液密とされたバケット３の内部空間に収容されている。
【００４３】
［取付孔］
図５に示すように、第１係止具６１の側壁７２には、前述の取付孔７３が形成されている。また、側壁７２には、取付孔７３を規定する周縁部７４を部分的に切り欠いた切除部７５が設けられている。切除部７５は取付孔７３と連続しており、取付孔７３は切除部７５を介して開放されている。このような取付孔７３及び切除部７５を有することにより、側壁７２が鉤状又は略Ｃ状となっている。
【００４４】
周縁部７４は第１円弧部９１、第２円弧部９２及び第３円弧部９３によって規定される。各円弧部９１〜９３の中心は側壁７２の延在方向（すなわち、ハウジング６０の軸線方向、リンク２１，２２の整列方向、アーム２０の幅方向、コイルスプリング６６の付勢力が作用する方向）に互いに離れて位置している。中央の第１円弧部９１の曲率は、両端の第２及び第３円弧部９２，９３の曲率よりも小さい（すなわち、第１円弧部９１を規定する仮想円の直径が第２及び第３円弧部９２，９３を規定する仮想円の直径よりも大きい）。切除部７５は、取付孔７３の中央部、すなわち取付孔７３のうち第１円弧部９１によって規定される部分に連続している。
【００４５】
なお、図４に示すように、ブシュ８３，８４は、軸線方向の両端部が中間部に対して大径となる段付き円筒状に形成されている。軸線方向一端部の抜け止め部１０１及び他端部のヘッド部１０２は、中間部の小径円筒部１０３よりも大径である。ブシュ８４は、その内部において、抜け止め部１０１の端面に開口して軸線方向に延びる非貫通のピン挿入孔１０４を有している。ピン挿入孔１０４の直径は、被係止ピン８２が圧入嵌挿されるべく被係止ピン８２の直径と略同一である。切除部７５の幅は、被係止ピン８２の直径よりも大きい。また、第１円弧部９１を規定する仮想円の直径は、抜け止め部１０１及びヘッド部１０２の直径よりも小さい。第２及び第３円弧部９２，９３を規定する仮想円の直径は、抜け止め部１０１の直径よりも小さく且つ小径円筒部１０３の直径よりも僅かに大きい。
【００４６】
［組付手順］
このような係止具を有するスプリングユニットをリンク２１，２２に組み付ける手順について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、アームジョイント４０のボール部４３に第１リンクジョイント５０のソケット５４をアーム２０の幅方向外側から嵌め合わせ、アームジョイント４５のボール部４８に第２リンクジョイント５５のソケット５９をその反対側から嵌め合わせる。そして、各係止具７１の切除部７４，７９を下側に向けた状態にして、スプリングユニット２４を上側から降ろしていき、被係止ピン８１，８２を切除部７４，７９を通過させて取付孔７３，７８内に導入する。上記のとおり切除部７４，７９の幅は被係止ピン８１，８２よりも大径であるため、被係止ピン８１，８２を取付孔７３，７８内に容易に導入することができる。また、切除部７５，８０は取付孔７３，７８の中央部に連続しているため、スプリングユニット２４を上側から降ろすと、被係止ピン８１，８２は、第２円弧部９２で規定される取付孔７３，７８の中央部に導入されることとなる。
【００４７】
この状態で、図６（ｂ）に示すように、ブシュ８３，８４を取付孔７３，７８の中央部に挿入し、ブシュ８３，８４のピン挿入孔１０４内に被係止ピン８１，８２を圧入するようにして嵌挿させる。上記のとおり第１円弧部９１を規定する仮想円の直径はピン挿入孔１０４が開口する抜け止め部１０１の直径よりも大きいため、抜け止め部１０１を取付孔７３，７８を通過して係止具６１，６２の背面側に到達させることができる。これにより、ピン挿入孔１０４内への被係止ピン８１，８２の挿通長さが大きく確保されるため、被係止ピン８１，８２とブシュ８３，８４との係合が強固なものとなる。
【００４８】
このようにブシュを被係止ピンに嵌挿した後に、図６（ｃ）に示すように、第１及び第２リンク２１，２２をアーム２０の幅方向に互いに離れるように引っ張る。これにより、被係止ピン８１，８２がブシュ８３，８４とともに、取付孔７３，７８内を幅方向外側の第２円弧部９２で規定される部分へと移動することとなる。上記のとおり、第２円弧部９２を規定する仮想円の直径は抜け止め部１０１の直径よりも小さいため、取付孔７３，７８を通過するようにして設けられた抜け止め部１０１は係止具６１，６２の背面側にとどまり、取付孔７３，７８内に挿入されなかったヘッド部１０２は係止具６１，６２の正面側にとどまる。他方、中間部の小径円筒部１０３は取付孔７３，７８内に挿通された状態となり、その外周面は第２円弧部９２に係合する。なお、スプリングユニット２４をリンク２１，２２から取り外すときは、上記と逆の操作を行えばよい。
【００４９】
このように、本実施形態に係るロボット１によれば、切除部を利用して被係止ピンを係止具の取付孔に対して容易に進入及び退出することができるため、スプリングユニット２４をリンク２１，２２に対して容易に着脱することができる。これにより、ソケットの交換を簡単に行えるようになり、ロボット１の維持管理を容易に行うことができる。
【００５０】
上記本発明に係る実施形態は一例に過ぎず、本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば、基端ジョイント２３の構成は、先端ジョイント２５にも適用可能である。この場合、アームジョイント４０，４５と同一の構造がブラケット８の外周縁部に取り付けられ、リンクジョイント５０，５５が第１及び第２リンク２１，２２の先端部にも取り付けられることとなる。これにより、ブラケット８とリンク２１，２２とが連結された状態を良好に維持することができ、また、リンク２１，２２をブラケット８に容易に組み付けることができる。また、ブラケット８とリンク２１，２２との間にワイヤー３７を設けてもよい。但し、万が一リンク２１，２２の先端部が脱落してもその飛散の程度は大きくなりにくいことから、エンドエフェクタ１０及びエンドアクチュエータ１２の配置スペースをできる限り大きく確保するべくワイヤー３７が省略されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ロボットの稼働中におけるアーム機構の脱落を好適に抑制することができ、必要に際してアーム機構を簡便に着脱することができ、且つロボットを容易に運用することができ、いわゆるデルタ型ロボットに適用すると有益である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ロボット
２ ベース
３ バケット
７ アーム機構
８ ブラケット
１０ エンドエフェクタ
２０ アーム
２１，２２ リンク
２３ 基端ジョイント
２４ 付勢ユニット
２５ 先端ジョイント
３１ ジョイントブラケット
３６ ワイヤーブラケット
３７ ワイヤー
４０，４５ アームジョイント
４３，４８ ボール部
５０，５５ リンクジョイント
５４，５９ ソケット
６０ ハウジング
６１，６２ 係止具（係止部）
６６ コイルスプリング
７２，７７ 側壁
７３，７８ 取付孔
７４，７９ 周縁部
７５，８０ 切除部
８１，８２ 被係止ピン（被係止部）
８３，８４ ブシュ
９１〜９３ 円弧部
１０１ 中心軸線
１９０ 製造設備
１９１ 架台
１９２ 載置台
１９３ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデルタロボットのように、ベースとエンドエフェクタとの間を接続する３組のアーム機構を備えるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、ベースとエンドエフェクタとの間を接続する３組のアーム機構を備えたデルタロボットが知られている。各アーム機構は、ベースに揺動可能に連結されたロッドと、ロッドとエンドエフェクタを装着するためのブラケットとの間を接続する一対のリンクとを備えている。各リンクの端部にはソケット要素が設けられ、ロッドの端部にはソケット要素と球面対偶を成すボール要素が対をなして設けられている。ボール要素にソケット要素を嵌め合わせることによりリンクをロッドに対して揺動可能に連結することができる。
【０００３】
一対のリンクの間にはバネが架け渡されており、このバネの付勢力により一対のリンクは互いに近づくよう付勢される。これにより、ソケット要素をボール要素に押し付けてリンクがロッドから脱落するのを抑制することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平８−０００４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のバネは、両端にフックを有したコイルスプリングであり、これらフックはリンクに固定された取付具に引っ掛けられる。しかし、この構成によれば、バネが剥き出しとなっているため、ロボットに薬品を吹きかけるなどして洗浄作業を行うと、バネの腐食を招いてしまう。バネを剥き出しに設けた上でこのような作業を行えるように設計するためには、バネの素材に耐薬品性の高い材料を採用したり、バネに特殊な表面加工を施したりする必要があり、リンクの連結状態の維持のための付勢力を発生するという本来の目的に重点においてバネを設計することができなくなる。また、このバネはリンクの連結状態を維持するのに十分な付勢力を発生することが要求されるため、強力である。それ故、一対のリンクを組み立てる際にバネ（付勢要素）をリンクに装着することが容易ではなかった。
【０００６】
そこで本発明は、アーム機構を容易に洗浄可能なロボットを提供することを第１の目的としている。また、本発明は、一対のリンクを組み立てる際に付勢部材要素を簡単に装着することが可能なロボットを提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るロボットは、ベースと、前記ベースとエンドエフェクタとの間を連結する３組のアーム機構とを備え、前記アーム機構のうち少なくとも一つが、前記ベースにその基端部が回動可能に連結されたアームと、その基端部が前記アームの先端部を回動自在に挟むようにして配置された互いに平行な一対のリンクと、前記一対のリンクの間に架け渡され、前記一対のリンクを互いに近付けるように付勢する付勢ユニットとを備え、前記アームの先端部と前記一対のリンクの基端部とが、該一対のリンクを該アームに揺動可能に連結する基端ジョイントを構成しており、前記各リンクは、前記付勢ユニットが係止される柱状の被係止部を有し、前記付勢ユニットが、付勢力を発生する付勢部材と、前記付勢部材を収容するハウジングと、前記ハウジングの両端部に設けられ、前記付勢部材により付勢される一対の係止部とを有し、前記係止部が、前記被係止部が挿通される取付孔と、前記取付孔を取り囲む周縁部の一部が切除されて形成された切除部とを有し、前記取付孔が、前記切除部を介して前記係止部の外方に開放されている。
【０００８】
前記構成によれば、付勢ユニットにより、アームを挟むようにして配置された一対のリンクが互いに近づけられるように付勢される。これにより基端ジョイントによりリンクがアームに連結されている状態が維持される。付勢ユニットは、付勢力を発生する付勢部材をハウジング内に収容して成ることから、付勢部材の素材を耐薬品性の高い材料としたり、付勢部材に耐薬品性を高める表面処理を行ったりしなくても、ロボットの洗浄作業を容易に行えるようになる。このため、本来の目的であるリンクの脱落を抑制するための付勢力の発生に重点をおいて、付勢部材の仕様を決めることができる。また、付勢要素としての付勢ユニットの係止部の取付孔内に被係止部を挿通することによって付勢ユニットをリンクに取り付けることができる構成となっている。取付孔は係止部に形成された切除部を介して外方に開放されているため、被係止部をこの切除部を利用して取付孔内に簡単に導入することができる。リンクから付勢ユニットを取り外すときにも、被係止部を切除部を利用して取付孔から簡単に抜き取ることができる。したがって、付勢ユニットやリンクを無理な姿勢としたり無理に弾性変形させることなく、付勢ユニットをリンクに対して容易に着脱することができる。
【０００９】
前記切除部の寸法が、前記取付孔の寸法よりも小さく、前記被係止部の寸法よりも大きくてもよい。これにより、切除部を利用して被係止部を取付孔に対して出入させることができる。
【００１０】
前記周縁部は、前記付勢部材による付勢方向において前記取付孔の中央部を規定する第１円弧部と、前記第１円弧部と連続して前記取付孔の一端部を規定する第２円弧部とを有していてもよい。これにより、例えば付勢ユニットをリンクに取り付けるときに、切除部を利用して被係止部を取付孔内に導入した後に、リンクを付勢部材による付勢方向に移動させてリンクの取付位置を容易に調整することができる。
【００１１】
前記第１及び第２円弧部の各中心位置が前記付勢部材による付勢方向において互いに離れており、第２円弧部の半径が第１円弧部の半径よりも大きくてもよい。これにより、例えば付勢ユニットをリンクに取り付けるときにおいては、被係止部を切除部を利用して第２円弧部により規定される部分に導入した後に、第２円弧部よりも小径の第１円弧部で規定される部分へと取付孔内で移動させることができる。これにより、取付の初期には被係止部を取付孔内に容易に係止させることができるようにしつつ、組付状態においては被係止部を係止部により強固に係合させた状態とすることができる。
【００１２】
前記取付孔に前記被係止部が挿通されている状態において、前記取付孔に嵌挿され且つ前記被係止部に嵌合されるブシュを更に備え、前記ブシュが、軸線方向における両端部が該両端部の間の部分（以下、中間部）よりも大径の段付き円筒状に形成され、かつ一方の前記端部からその内孔に前記被係止部が嵌挿されており、前記第１円弧部を規定する仮想円の直径が前記ブシュの前記一方の端部よりも大径であり、前記第２円弧部を規定する円の直径が前記一端部よりも小径であって前記中間部より大きい径であってもよい。これにより、被係止部が第１円弧部で規定される部分にあるときにブシュを被係止部に内嵌させた後に、被係止部をブシュとともに取付孔内で第２円弧部で規定される部分に移動させるだけで、ブシュの軸線方向両端部が係止部の表面と背面とで挟まれた状態となり、ブシュの脱落を好適に防止することができる。
【００１３】
前記リンクを、前記基端ジョイントを迂回して前記アームに連結するためのワイヤーを更に備えていてもよい。これにより、万が一基端ジョイントによる連結が解除されてリンクの基端部がアームから脱落しても、リンクがワイヤーを介してアームと連結された状態で維持することができる。これにより、アームがロボットの作業スペース内で飛散するような事態を好適に抑制することができる。
【００１４】
前記ワイヤーの一端部が前記付勢ユニットに接続されかつ前記ワイヤーの他端部が前記アームに接続されてもよい。これにより、ワイヤーの個数が１つであっても、一対のリンクの双方の飛散を好適に抑制することが可能となる。
【００１５】
前記基端ジョイントが、前記アームに設けられたボール要素と、前記リンクに設けられて前記ボール要素と球面対偶を成すソケット要素とからなるボールジョイトに構成されていてもよい。これにより、ボールジョイントによりリンクの揺動の自由度を確保しつつ、リンクがアームから脱落するのを好適に抑制することガできる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の本発明によれば、アーム機構を容易に洗浄可能なロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るロボットの正面図である。
【図２】図１に示すアーム機構の一つにおける基端ジョイントの周辺を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２に示す基端ジョイントの正面図である。
【図４】図２に示す付勢ユニットの断面図である。
【図５】図２に示す付勢ユニットの正面図である。
【図６】図２に示す付勢ユニットをリンクに組み付ける手順を示す説明図であって、（ａ）が付勢ユニットの係止具をリンク側の被係止ピンに係止させた状態、（ｂ）が被係止ピンにブシュを嵌め付けた状態、（ｃ）が付勢ユニットのリンクに対する組み付けが完了した状態をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１９】
［デルタロボット］
図１に示すロボット１は、いわゆるデルタロボットであり、例えば食品、薬品及び化粧品等の製造設備１９０内でピッキングロボットに利用される。このような製造設備１９０内では、ロボット１が据え付けられる架台１９１の下方に、ワーク１９３が載置される載置台１９２が配置される。架台１９１にロボット１が据え付けられると、ロボット１の主要部が架台１９１と載置台１９２との間の作業スペース１９４に位置し、ロボット１の可動範囲１９５内に載置台１９２の少なくとも一部が配置される。ロボット１は、載置台１９２上のある位置１９６に載置されたワーク１９３を摘み上げ、摘み上げたワーク１９３を移動させ、載置台１９２上の別の位置１９７に精密に載置することができる。
【００２０】
ロボット１は、バケット３と、バケット３の開口を上側から覆うカバー４とを備えて成るベース２を有している。バケット３は開口を取り囲む上縁部５を有し、上縁部５には水平に突出する複数のリブ６が設けられている。リブ６は、架台１９１に設けられた取付口１９１ａの周縁部１９１ｂに支持され、周縁部１９１ｂにリブ６を螺止することによりベース２が架台１９１に固定される。なお、図１はリブ６の下面を周縁部１９１ｂの上面に支持する形態を例示しているが、リブ６の上面が周縁部１９１ｂの下面に当接し、リブ６が、螺止された周縁部１９１ｂによって保持されてもよい。
【００２１】
ベース２が架台１９１に固定されると、ロボット１のうち上縁部５よりも下側の部分が、架台１９１から吊り下げられるようにして作業スペース１９４内に配置される。バケット３の下部は、３組のアーム機構７を介して単一のブラケット８と連結されている。３組のアーム機構７の基端部は平面視で周方向に等間隔をおいて配置されている。より詳しくは、ロボット１の基準姿勢において、３組のアーム機構７は所定の中心軸線（ここではバケット３の中心軸線）１０１に回転対称に設けられている。
【００２２】
各アーム機構７は、アーム２０と第１及び第２リンク２１，２２とを備える。アーム２０は、その基端部においてバケット３の下部に揺動可能に連結されている。各アーム２０の揺動支軸は同一の水平面内に配置されている。第１リンク２１は基端部においてアーム２０の先端部に揺動可能に連結され、先端部においてブラケット８に揺動可能に連結されている。第２リンク２２は、第１リンク２１と平行に延び、アーム２０及びブラケット８のそれぞれに揺動可能に連結されている。
【００２３】
アーム２０の先端部、第１リンク２１の基端部及び第２リンク２２の基端部は、第１及び第２リンク２１，２２をアーム２０に対して任意の方向に揺動可能に連結する基端ジョイント２３を構成している。具体的には、この基端ジョイント２３は後述するようにボールジョイントに構成されている。基端ジョイント２３により、リンク２１，２２がアーム２０に連結されている状態では、第１及び第２リンク２１，２２がアーム２０をその幅方向に挟むようにして配設されている。第１リンク２１の基端部と第２リンク２２の基端部との間には付勢ユニット２４が架け渡されている。付勢ユニット２４は第１リンク２１及び第２リンク２２を互いに近づけるよう付勢し、これによりリンク２１，２２がアーム２０から脱落するのを防止している。
【００２４】
なお、ブラケット８、第１リンク２１の先端部及び第２リンク２２の先端部には、第１及び第２リンク２１，２２をブラケット８に対して任意の方向に揺動可能に連結する先端ジョイント２５が構成されている。具体的には、この先端ジョイント２５はボールジョイントに構成されている。第１リンク２１の先端部と第２リンク２２の先端部との間にも上記同様の付勢ユニット２４が架け渡され、これによりリンク２１，２２のブラケット８からの脱落を防止している。
【００２５】
上記構成によると、ブラケット８は、第１及び第２リンク２１，２２から成る３組のパラレルリンクを介してベース２に連結される。ベース２の下部には各アーム２０の基端部をベース２に対して揺動させるアームアクチュエータ９が設けられている。アームアクチュエータ９の動作に応じてアーム２０が鉛直面内において揺動すると、ブラケット８が可動範囲９５内で揺動する。このとき、ブラケット８のベース２に対する姿勢が３組のパラレルリンクで拘束（規定）され、ブラケット８は可動範囲９５内で同じ姿勢を保って移動する。
【００２６】
ブラケット８は平板状に形成され、水平の姿勢で設けられている。先端ジョイント２５はブラケット８に設けられたボール要素にリンク２１，２２の先端に設けられたソケット要素を係合して成り、ブラケット８側のボール要素はブラケット８の外周縁部に設けられている。ブラケット８の下面側には、ワーク１９３を摘み上げる作業を行うためのエンドエフェクタ１０が着脱可能に装着される。ブラケット８の下面からは回転軸１１が下方に延び、エンドエフェクタ１０は回転軸１１と共に回転するようブラケット８に装着される。ブラケット８の上面側には、回転軸１１を駆動するエンドアクチュエータ１２が配設されている。
【００２７】
ロボット１は、３組のアーム機構７の他に、ベース２をブラケット８と連結する部材を備えていない。なお、参照符号１３は、負圧吸引によりワーク１９３を摘み上げるように構成されたエンドエフェクタ１０が装着された場合にエンドエフェクタ１０をバケット３内の吸引ポンプ（図示せず）と接続するためのパイプであり、アーム機構７の一つに沿って設けられている。また、先端ジョイント２５のボール要素はブラケット８の外周縁部に設けられている。このため、ブラケット８の上面側に、エンドアクチュエータ１２を配置するために十分に大きなスペースを容易に確保可能となる。また、エンドエフェクタ１０が駆動機構を備えていなくても、回転軸１１と係合する部分を備えている限りにおいては、エンドアクチュエータ１２の動作に応じてブラケット８に装着されるエンドエフェクタ１０を回転させることができる。これによりロボット１の作業性能が向上する。
【００２８】
［ボールジョイント］
図２は、アーム機構７の一つに構成された基端ジョイント２３の周辺を拡大して示している。アーム部材２０aは断面円形の管材から成り、リンク部材２１a，２２aはアーム部材２０aより小径の断面円形の管材から成る。アーム部材２０a及びリンク部材２１a，２２aは、エンドエフェクタ１０（図１参照）の移動速度をできる限り高速とするため軽量であり、エンドエフェクタ１０の移動時に作用する荷重に好適に耐えるよう高剛性を有する材料から成形される。このような材料として、例えばＣＦＲＰ等の複合材を採用してもよい。
【００２９】
アーム部材２０aの先端部にはジョイントブラケット３１が取り付けられている。ジョイントブラケット３１は有底の筒部３２を有し、筒部３２はアーム部材２０aの先端部に嵌め込まれている。筒部３２の底面側には、筒部３２の径方向外側に張り出すように取付部３３が設けられている。筒部３２の外底面は、取付部３３の外表面と滑らかに連続した平坦面３４を形成し、平坦面３４はアーム部材２０a及び筒部３２の軸線に直交する平面に対して傾斜している。
【００３０】
図３に示すように、取付部３３はアーム部材２０aの幅方向に分かれて一対の外側面３５を有し、これら外側面３５に第１及び第２アームジョイント４０，４５が分かれて設けられている。アームジョイント４０，４５は、ジョイントブラケット３１に螺合されるナット部４１，４６と、ナット部４１，４６に遷移部４２，４７を介して連結されたボール部４３，４８とを有している。上述のアーム部材２０a、ジョイントブラケット３１、並びに第１及び第２アームジョイント４０，４５がアーム２０を構成している。
【００３１】
第１リンク部材２１aの基端部には第１リンクジョイント５０が取り付けられている。第１リンクジョイント５０は、第１リンク２１の基端部に嵌め込まれる筒部５１を有している。筒部５１は、開口５１ａが設けられている側と反対側において、遷移部５２を介して凹状部５３と連結される。凹状部５３には椀状のソケット５４が着脱可能に装着され、ソケット５４の内周面は略半球面を形成している。第１リンク部材２１aをアーム部材２０aの幅方向外側からアーム部材２０aに近づけ、ソケット５４を第１アームジョイント４０のボール部４３に嵌め合わせることにより、当該ボール部４３とソケット５４が球面対偶を成し、第１リンク部材２１aがアーム２０に対して６自由度を持って揺動可能に連結される。
【００３２】
第２リンク部材２２aの基端部にも、第１リンクジョイント４５と同一の構造を有した第２リンクジョイント５５が取り付けられる。符号５６〜５９はそれぞれ筒部、遷移部、凹状部及びソケットであり、第２リンク部材２２aもソケット５９を第２アームジョイント４５のボール部４８に嵌め合わせることによってアーム２０に対して揺動可能に連結される。
【００３３】
上述の第１リンク部材２１a、第１リンクジョイント５０、及びソケット５４が第１リンク２１を構成し、第２リンク部材２２a、第２リンクジョイント５５、及びソケット５９が第２リンク２２を構成している。また、基端ジョイント２３は上述のとおり一対のボールジョイントから構成される。ソケット５４，５９は樹脂製であり、各リンク２１，２２の揺動に伴う磨耗の進行程度に応じて適宜交換される。
【００３４】
［ワイヤー］
図２に示すように、付勢ユニット２４は、円筒状のハウジング６０と、ハウジング６０の軸線方向の両端部に設けられた一対の第１及び第２係止具６１，６２とを有している。各係止具６１，６２をリンクジョイント５０，５５の筒部５１，５６に設けられた円柱状の第１及び第２被係止ピン８１，８２に係止することにより、付勢ユニット２４をリンク２１，２２に取り付けることができる。ハウジング６０はリンク２１，２２の間に配置され、その軸線は一対のリンク２１，２２の配列方向（すなわち、アーム部材２０aの幅方向）に向けられる。
【００３５】
ハウジング６０にはワイヤーブラケット３６が取り付けられている。ワイヤーブラケット３６は、一対の半体をハウジング６０の外側に嵌め付けた後に互いに螺合することによって構成される。ワイヤーブラケット３６は、ワイヤー３７を介してアーム部材２０aの先端部に取り付けられたジョイントブラケット３１と機械的に連結される。ワイヤー３７の両端部にはボルト３８，３９が溶接等により接合され、一方のボルト３８がジョイントブラケット３１の平坦面３４に開口したネジ孔（図示せず）に螺入され、他方のボルト３９がワイヤーブラケット３６に形成されたネジ孔（図示せず）に螺入される。ワイヤーブラケット３６はベース２に向けられた面と、その反対側に向けられた面とを有するが、ワイヤーブラケット３６のネジ孔は、平坦面３４と同様に、ベース２とは反対側に向けられた面に形成されている。ワイヤー３７は、ジョイントブラケット３１及びワイヤーブラケット３６の間に弧を描くようにして設けられる。ワイヤー３７が湾曲していることにより、第１及び第２リンク２１，２２の揺動がワイヤー３７で規制されることはない。
【００３６】
このようにアーム２０は、ワイヤー３７及び付勢ユニット２４を介し、第１及び第２リンク２１，２２と機械的に連結される。このため、万が一、ソケット５４，５９がボール部４３，４８から脱落しても、脱落したソケットを備えるリンクは、ワイヤー３７を介してアーム２０と連結された状態で維持される。このときワイヤー３７には、脱落したリンクの重力などに基づいて張力が作用するが、ワイヤー３７を鋼製とすることによりワイヤー３７が切断されるのを好適に防ぐことができる。鋼製のワイヤー３７は、弛みを生じにくいことから、付勢ユニット２４に絡まってアーム２０及びリンク２１，２２の円滑な揺動を妨げることもない。また、ワイヤー３７の端部がボルト３８，３９でジョイントブラケット３１及びワイヤーブラケット３６にそれぞれ強固に連結され、張力でワイヤー３７がジョイントブラケット３１又はワイヤーブラケット３６から脱落することも好適に防ぐことができる。よって、脱落したリンクが作業スペース１９４（図１参照）内で飛散するのを抑制することができる。
【００３７】
さらに、ワイヤー３７は、リンク２１，２２の間に架け渡された付勢ユニット２４にワイヤーブラケット３６を介して連結されている。このため、ワイヤー３７の個数が１つであっても、第１リンク２１及び第２リンク２２双方の飛散を抑制することができる。また、付勢ユニット２４がリンクジョイント５０，５５に取り付けられているため、ワイヤーブラケット３６はジョイントブラケット３１と近接して配置され、ワイヤー３７の長さを短くすることができる。これにより、ワイヤー３７の取回しがコンパクトとなり、また、ソケット５４，５９がボール部４３，４８から脱落しても付勢ユニット２４の落下距離が短くなってリンク２１，２２の飛散の程度が小さくなる。
【００３８】
［付勢ユニット］
図４に示すように、付勢ユニット２４のハウジング６０は、軸線方向一端部の開口を有する円筒状であり、この開口がカバー６３で閉鎖される。ハウジング６０内には円盤上のピストン６４が摺動可能に設けられている。ピストン６４の軸心部からはロッド６５がハウジング６０の軸線上を延び、ロッド６５の先端はカバー６３に形成された開口からハウジング６０外に突出している。ハウジング６０内のロッド側空間にはコイルスプリング６６が収容され、ロッド６５がコイルスプリング６６の軸心部に挿通されている。コイルスプリング６６の軸線方向一端部はピストン６４に支持され、他端部はカバー６３の内面側に設けられたリテーナ６７に支持されている。
【００３９】
第１係止具６１はＵ状のクレビスから成り、平板状のベース壁７１と、ベース壁７１から平行に延びる一対の側壁７２とを有している。ベース壁７１は、ハウジング６０の軸線に直交するよう配置されてロッド６５の先端部に設けられ、側壁７２は、ハウジング６０から遠ざかる側に延びている。各側壁７２は、第１被係止ピン８１が挿通される取付孔７３を有している。第１リンクジョイント５０の筒部５１を一対の側壁７２間に嵌め込み、第１被係止ピン８１を取付孔７３に挿通し、第１被係止ピン８１及び取付孔７３にブシュ８２を圧入することにより、付勢ユニット２４が第１リンク２１に取り付けられる。また、第２係止具６２は第１係止具６１と同一の構造を有し、ベース壁７６がハウジング６０の外底面に設けられ、一対の側壁７７がハウジング６０から遠ざかる側に延びている。符号８４は、側壁７７に形成された取付孔７４と、取付孔７４に挿通された第２被係止ピン８２とに圧入されるブシュであり、ブシュ８４の圧入によって付勢ユニット２４が第２リンク２２に取り付けられる。
【００４０】
上記構成によれば、ピストン６４が移動してロッド６５がハウジング６０から進出しようとしたとき、コイルスプリング６６が圧縮変形してその弾発力がピストン６４に作用し、ロッド６５がハウジング６０内へ退入するように付勢される。ここで、第１リンク２１がアーム２０から脱落しようとすると、第１係止具６１及びロッド６５が図４紙面右方へ移動しようとする。しかし、コイルスプリング６６が圧縮されなければ（すなわち、コイルスプリング５５の弾発力に打ち勝たなければ）、当該移動は生じない。第２リンク２２がアーム２０から脱落しようとする場合も同様である。このため、コイルスプリング６６のバネ定数を十分に大きい値に設定することにより、リンク２１，２２を脱落させるような荷重が作用しても、コイルスプリング６６の弾発力によってリンク２１，２２の脱落を好適に防ぐことができる。
【００４１】
付勢ユニット２４はリンクジョイント５０，５５の筒部５１，５６の間に架け渡されているため、付勢力はソケット５４に近い位置でリンク２１，２２に作用する。よって、ソケット５４，５９が付勢力でボール部４３，４８に好適に押し付けられ、リンク２１，２２がアーム２０から脱落するのを好適に防止することができる。
【００４２】
また、コイルスプリング６６がハウジング６０に収容されるため、ロボット１の運用を容易に行うことができる。つまり、このロボット１は食品、薬品、化粧品等の製造設備などクリーン環境に導入され得る。このため、例えばロボット１の周囲から洗浄用の薬品を吹きかけることでロボット１を洗浄可能であると、このようなクリーン環境でも容易に運用可能となって有益である。ここで、コイルスプリング６６がハウジング６０に収容されると、コイルスプリング６６の材料を選択するにあたって耐薬品性を考慮する必要がなくなり、付勢力の発揮によってリンク２１，２２の脱落を防止するという本来の目的を達成するべくバネ定数等に重点をおいてコイルスプリング６６の材料を選択することができる。逆に言えば、コイルスプリング６６が耐薬品性を有していなくても上記例示の方法でロボット１を洗浄することができ、クリーン環境に導入されたロボット１の運用が容易化する。同様の効果を得るため、電子機器及びエア機器のいくつかは、液密とされたバケット３の内部空間に収容されている。
【００４３】
［取付孔］
図５に示すように、第１係止具６１の側壁７２には、前述の取付孔７３が形成されている。また、側壁７２には、取付孔７３を規定する周縁部７４を部分的に切り欠いた切除部７５が設けられている。切除部７５は取付孔７３と連続しており、取付孔７３は切除部７５を介して開放されている。このような取付孔７３及び切除部７５を有することにより、側壁７２が鉤状又は略Ｃ状となっている。
【００４４】
周縁部７４は第１円弧部９１、第２円弧部９２及び第３円弧部９３によって規定される。各円弧部９１〜９３の中心は側壁７２の延在方向（すなわち、ハウジング６０の軸線方向、リンク２１，２２の整列方向、アーム２０の幅方向、コイルスプリング６６の付勢力が作用する方向）に互いに離れて位置している。中央の第１円弧部９１の曲率は、両端の第２及び第３円弧部９２，９３の曲率よりも小さい（すなわち、第１円弧部９１を規定する仮想円の直径が第２及び第３円弧部９２，９３を規定する仮想円の直径よりも大きい）。切除部７５は、取付孔７３の中央部、すなわち取付孔７３のうち第１円弧部９１によって規定される部分に連続している。
【００４５】
なお、図４に示すように、ブシュ８３，８４は、軸線方向の両端部が中間部に対して大径となる段付き円筒状に形成されている。軸線方向一端部の抜け止め部１０１及び他端部のヘッド部１０２は、中間部の小径円筒部１０３よりも大径である。ブシュ８４は、その内部において、抜け止め部１０１の端面に開口して軸線方向に延びる非貫通のピン挿入孔１０４を有している。ピン挿入孔１０４の直径は、被係止ピン８２が圧入嵌挿されるべく被係止ピン８２の直径と略同一である。切除部７５の幅は、被係止ピン８２の直径よりも大きい。また、第１円弧部９１を規定する仮想円の直径は、抜け止め部１０１及びヘッド部１０２の直径よりも小さい。第２及び第３円弧部９２，９３を規定する仮想円の直径は、抜け止め部１０１の直径よりも小さく且つ小径円筒部１０３の直径よりも僅かに大きい。
【００４６】
［組付手順］
このような係止具を有するスプリングユニットをリンク２１，２２に組み付ける手順について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、アームジョイント４０のボール部４３に第１リンクジョイント５０のソケット５４をアーム２０の幅方向外側から嵌め合わせ、アームジョイント４５のボール部４８に第２リンクジョイント５５のソケット５９をその反対側から嵌め合わせる。そして、各係止具７１の切除部７４，７９を下側に向けた状態にして、スプリングユニット２４を上側から降ろしていき、被係止ピン８１，８２を切除部７４，７９を通過させて取付孔７３，７８内に導入する。上記のとおり切除部７４，７９の幅は被係止ピン８１，８２よりも大径であるため、被係止ピン８１，８２を取付孔７３，７８内に容易に導入することができる。また、切除部７５，８０は取付孔７３，７８の中央部に連続しているため、スプリングユニット２４を上側から降ろすと、被係止ピン８１，８２は、第２円弧部９２で規定される取付孔７３，７８の中央部に導入されることとなる。
【００４７】
この状態で、図６（ｂ）に示すように、ブシュ８３，８４を取付孔７３，７８の中央部に挿入し、ブシュ８３，８４のピン挿入孔１０４内に被係止ピン８１，８２を圧入するようにして嵌挿させる。上記のとおり第１円弧部９１を規定する仮想円の直径はピン挿入孔１０４が開口する抜け止め部１０１の直径よりも大きいため、抜け止め部１０１を取付孔７３，７８を通過して係止具６１，６２の背面側に到達させることができる。これにより、ピン挿入孔１０４内への被係止ピン８１，８２の挿通長さが大きく確保されるため、被係止ピン８１，８２とブシュ８３，８４との係合が強固なものとなる。
【００４８】
このようにブシュを被係止ピンに嵌挿した後に、図６（ｃ）に示すように、第１及び第２リンク２１，２２をアーム２０の幅方向に互いに離れるように引っ張る。これにより、被係止ピン８１，８２がブシュ８３，８４とともに、取付孔７３，７８内を幅方向外側の第２円弧部９２で規定される部分へと移動することとなる。上記のとおり、第２円弧部９２を規定する仮想円の直径は抜け止め部１０１の直径よりも小さいため、取付孔７３，７８を通過するようにして設けられた抜け止め部１０１は係止具６１，６２の背面側にとどまり、取付孔７３，７８内に挿入されなかったヘッド部１０２は係止具６１，６２の正面側にとどまる。他方、中間部の小径円筒部１０３は取付孔７３，７８内に挿通された状態となり、その外周面は第２円弧部９２に係合する。なお、スプリングユニット２４をリンク２１，２２から取り外すときは、上記と逆の操作を行えばよい。
【００４９】
このように、本実施形態に係るロボット１によれば、切除部を利用して被係止ピンを係止具の取付孔に対して容易に進入及び退出することができるため、スプリングユニット２４をリンク２１，２２に対して容易に着脱することができる。これにより、ソケットの交換を簡単に行えるようになり、ロボット１の維持管理を容易に行うことができる。
【００５０】
上記本発明に係る実施形態は一例に過ぎず、本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば、基端ジョイント２３の構成は、先端ジョイント２５にも適用可能である。この場合、アームジョイント４０，４５と同一の構造がブラケット８の外周縁部に取り付けられ、リンクジョイント５０，５５が第１及び第２リンク２１，２２の先端部にも取り付けられることとなる。これにより、ブラケット８とリンク２１，２２とが連結された状態を良好に維持することができ、また、リンク２１，２２をブラケット８に容易に組み付けることができる。また、ブラケット８とリンク２１，２２との間にワイヤー３７を設けてもよい。但し、万が一リンク２１，２２の先端部が脱落してもその飛散の程度は大きくなりにくいことから、エンドエフェクタ１０及びエンドアクチュエータ１２の配置スペースをできる限り大きく確保するべくワイヤー３７が省略されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ロボットの稼働中におけるアーム機構の脱落を好適に抑制することができ、必要に際してアーム機構を簡便に着脱することができ、且つロボットを容易に運用することができ、いわゆるデルタ型ロボットに適用すると有益である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ロボット
２ ベース
３ バケット
７ アーム機構
８ ブラケット
１０ エンドエフェクタ
２０ アーム
２１，２２ リンク
２３ 基端ジョイント
２４ 付勢ユニット
２５ 先端ジョイント
３１ ジョイントブラケット
３６ ワイヤーブラケット
３７ ワイヤー
４０，４５ アームジョイント
４３，４８ ボール部
５０，５５ リンクジョイント
５４，５９ ソケット
６０ ハウジング
６１，６２ 係止具（係止部）
６６ コイルスプリング
７２，７７ 側壁
７３，７８ 取付孔
７４，７９ 周縁部
７５，８０ 切除部
８１，８２ 被係止ピン（被係止部）
８３，８４ ブシュ
９１〜９３ 円弧部
１０１ 中心軸線
１９０ 製造設備
１９１ 架台
１９２ 載置台
１９３ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースとエンドエフェクタとの間を連結する３組のアーム機構とを備え、
前記アーム機構のうち少なくとも一つが、前記ベースにその基端部が回動可能に連結されたアームと、その基端部が前記アームの先端部を回動自在に挟むようにして配置された互いに平行な一対のリンクと、前記一対のリンクの間に架け渡され、前記一対のリンクを互いに近付けるように付勢する付勢ユニットとを備え、
前記アームの先端部と前記一対のリンクの基端部とが、該一対のリンクを該アームに揺動可能に連結する基端ジョイントを構成しており、
前記各リンクは、前記付勢ユニットが係止される柱状の被係止部を有し、前記付勢ユニットが、付勢力を発生する付勢部材と、前記付勢部材を収容するハウジングと、前記ハウジングの両端部に設けられ、前記付勢部材により付勢される一対の係止部とを有し、
前記係止部が、前記被係止部が挿通される取付孔と、前記取付孔を取り囲む周縁部の一部が切除されて形成された切除部と、を有し、
前記取付孔が、前記切除部を介して前記係止部の外方に開放されている、ロボット。
【請求項２】
前記切除部の寸法が、前記取付孔の寸法よりも小さく、前記被係止部の寸法よりも大きい、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記周縁部は、前記付勢部材による付勢方向において前記取付孔の中央部を規定する第１円弧部と、前記第１円弧部と連続して前記取付孔の一端部を規定する第２円弧部とを有する、請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第１及び第２円弧部の各中心位置が前記付勢部材による付勢方向において互いに離れており、第２円弧部の半径が第１円弧部の半径よりも大きい、請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記取付孔に前記被係止部が挿通されている状態において、前記取付孔に嵌挿され且つ前記被係止部に嵌合されるブシュを更に備え、
前記ブシュが、軸線方向における両端部が該両端部の間の部分（以下、中間部）よりも大径の段付き円筒状に形成され、かつ一方の前記端部からその内孔に前記被係止部が嵌挿されており、
前記第１円弧部を規定する仮想円の直径が前記ブシュの前記一方の端部よりも大径であり、前記第２円弧部を規定する円の直径が前記一端部よりも小径であって前記中間部より大きい径である、請求項３に記載のロボット。
【請求項６】
前記リンクを、前記基端ジョイントを迂回して前記アームに連結するためのワイヤーを更に備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記ワイヤーの一端部が前記付勢ユニットに接続されかつ前記ワイヤーの他端部が前記アームに接続されている、請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記基端ジョイントが、前記アームに設けられたボール要素と、前記リンクに設けられて前記ボール要素と球面対偶を成すソケット要素とからなるボールジョイトに構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１】
ベースと、
前記ベースとエンドエフェクタとの間を連結する３組のアーム機構とを備え、
前記アーム機構のうち少なくとも一つが、前記ベースにその基端部が回動可能に連結されたアームと、その基端部が前記アームの先端部を回動自在に挟むようにして配置された互いに平行な一対のリンクと、前記一対のリンクの間に架け渡され、前記一対のリンクを互いに近付けるように付勢する付勢ユニットとを備え、
前記アームの先端部と前記一対のリンクの基端部とが、該一対のリンクを該アームに揺動可能に連結する基端ジョイントを構成しており、
前記各リンクは、前記付勢ユニットが係止される柱状の被係止部を有し、前記付勢ユニットが、付勢力を発生する付勢部材と、前記付勢部材を収容するハウジングと、前記ハウジングの両端部に設けられ、前記付勢部材により付勢される一対の係止部とを有し、
前記係止部が、前記被係止部が挿通される取付孔と、前記取付孔を取り囲む周縁部の一部が切除されて形成された切除部と、を有し、
前記取付孔が、前記切除部を介して前記係止部の外方に開放されている、ロボット。
【請求項２】
前記切除部の寸法が、前記取付孔の寸法よりも小さく、前記被係止部の寸法よりも大きい、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記周縁部は、前記付勢部材による付勢方向において前記取付孔の中央部を規定する第１円弧部と、前記第１円弧部と連続して前記取付孔の一端部を規定する第２円弧部とを有する、請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第１及び第２円弧部の各中心位置が前記付勢部材による付勢方向において互いに離れており、第２円弧部の半径が第１円弧部の半径よりも大きい、請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記取付孔に前記被係止部が挿通されている状態において、前記取付孔に嵌挿され且つ前記被係止部に嵌合されるブシュを更に備え、
前記ブシュが、軸線方向における両端部が該両端部の間の部分（以下、中間部）よりも大径の段付き円筒状に形成され、かつ一方の前記端部からその内孔に前記被係止部が嵌挿されており、
前記第１円弧部を規定する仮想円の直径が前記ブシュの前記一方の端部よりも大径であり、前記第２円弧部を規定する円の直径が前記一端部よりも小径であって前記中間部より大きい径である、請求項３に記載のロボット。
【請求項６】
前記リンクを、前記基端ジョイントを迂回して前記アームに連結するためのワイヤーを更に備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記ワイヤーの一端部が前記付勢ユニットに接続されかつ前記ワイヤーの他端部が前記アームに接続されている、請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記基端ジョイントが、前記アームに設けられたボール要素と、前記リンクに設けられて前記ボール要素と球面対偶を成すソケット要素とからなるボールジョイトに構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９４５３４（Ｐ２０１１−１９４５３４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５４５２（Ｐ２０１０−６５４５２）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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