ロボット
【課題】電動モータの駆動力の増大を抑制した態様にて、ロボットの伸縮動作を確保すること。
【解決手段】フレーム間の相互変位に応じて伸縮可能に構成されたロボット１００であって、ロボット１００の基端側から先端側へ順に配置されるべきフレーム１４、１３、１５と、電動モータ１から供給される駆動力に基づいてフレーム１３を先端側へ駆動する駆動手段と、駆動手段と協調してフレーム１３を先端側へ付勢する付勢手段と、駆動手段及び付勢手段によるフレーム１３の先端側への搬送に同調して、前記フレーム１３からみてフレーム１４、１５を互いに逆方向へ搬送する搬送機構と、を備える。例えば、付勢手段は、ガススプリングから構成される。
【解決手段】フレーム間の相互変位に応じて伸縮可能に構成されたロボット１００であって、ロボット１００の基端側から先端側へ順に配置されるべきフレーム１４、１３、１５と、電動モータ１から供給される駆動力に基づいてフレーム１３を先端側へ駆動する駆動手段と、駆動手段と協調してフレーム１３を先端側へ付勢する付勢手段と、駆動手段及び付勢手段によるフレーム１３の先端側への搬送に同調して、前記フレーム１３からみてフレーム１４、１５を互いに逆方向へ搬送する搬送機構と、を備える。例えば、付勢手段は、ガススプリングから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットに関し、特に伸縮可能に構成されたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、製造現場等にて幅広く活用されている。特許文献１には、テレスコピック構造の多段フレームを相対変位させることで伸縮自在に構成されたロボットが開示されている。特許文献１に開示のロボットでは、次の原理に基づいて、フレームらを上方変位させている。１段目フレームに対して設けられたネジ軸を電動モータによって回転させ、ネジ軸上にてナットを上方へ変位させる。これにより、ナットに対して固定された２段目フレームが上方変位する。２段目フレームの上方変位を駆動力として、３段目フレームを上方変位させる。３段目フレームの上方変位を駆動力として、４段目フレームを上方変位させる。なお、２段目フレームに対する３段目フレームの変位は、例えば、特許文献１の図１８及び図１９に示す手段によって実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７０４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように、１つの電動モータによって複数のフレーム段を上方変位させ、この状態を維持する場合、電動モータの駆動力を大きく設定することが要求される場合がある。電動モータで生じる駆動力によって、２段目〜４段目フレームの自重、ロボットに装着されるワークの自重等を保持する必要があるためである。
【０００５】
しかしながら、電動モータの駆動力を増大させると、様々な問題が生じるおそれがある。例えば、電動モータの駆動力の増大に伴って、ロボットの作動に要する電力が増加してしまうおそれがある。また、電動モータの駆動力の増大に応じてロボットがハイパワー化してしまうことへの対処（例えば、ロボットの安全性能を高めること）が必要になるおそれがある。具体的には、ロボットのハイパワー化に伴って、ロボットと物体とが強接触してしまうことを回避するため、ロボットの周囲にある物体を事前に検出する検出機構をロボットに具備させることが対処方法として要求されるおそれがある。しかしながら、このような安全対策を施したとしても、結局のところ、検出ミス等の可能性を考慮すると十分なものとは言えず、ロボットのハイパワー化に伴う問題を根本的に解決する策とは成り得ない。
【０００６】
上述の説明から明らかなように、電動モータの駆動力の増大を抑制した態様にて、ロボットの伸縮動作を確保することが強く求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロボットは、フレーム間の相互変位に応じて伸縮可能に構成されたロボットであって、当該ロボットの基端側から先端側へ順に配置されるべき第１乃至第３フレームと、駆動源から供給される駆動力に基づいて前記第２フレームを先端側へ駆動する駆動手段と、前記駆動手段と協調して前記第２フレームを先端側へ付勢する付勢手段と、前記駆動手段及び前記付勢手段による前記第２フレームの先端側への搬送に同調して、前記第２フレームからみて前記第１及び第３フレームを互いに逆方向へ搬送する搬送機構と、を備える。
【０００８】
前記付勢手段は、ガススプリングを含む、と良い。前記搬送機構は、前記第２フレームによって軸支された回転子と、当該回転子に対して回し掛けられた帯体と、を含み、前記第１及び第３フレームは、前記帯体を介して、互いに係合している、と良い。
【０００９】
前記帯体は、前記第１フレームに対して一端側が固定され、前記第３フレームに対して他端側が固定された有端ベルトであり、かつ前記第２フレームによって外部への露出が妨げられている、と良い。
【００１０】
前記駆動源は、電動モータである、と良い。
【００１１】
前記第１フレームと第２フレーム間の相対変位を当該ロボットの伸縮方向に規制する第１ガイド機構と、前記第２フレームと前記第３フレーム間の相対変位を前記伸縮方向に規制する第２ガイド機構と、を更に備える、と良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電動モータの駆動力の増大を抑制した態様にて、ロボットの伸縮動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な側面図である。
【図３】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な底面図である。
【図４】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図６】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図７】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図８】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な側面図である。
【図９】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１０】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１１】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１２】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図１３】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な側面図である。
【図１４】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な底面図である。
【図１５】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１６】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１７】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１８】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図１９】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な側面図である。
【図２０】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図２１】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図２２】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図２３】実施の形態３にかかるロボットの概略的な模式図である。
【図２４】実施の形態３にかかるロボットの概略的な模式図である。
【図２５】実施の形態３にかかる収縮状態のロボットの概略的な模式図である。
【図２６】実施の形態３にかかる伸長状態のロボットの概略的な模式図である。
【図２７】実施の形態４にかかるロボットの概略的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各実施形態は互いに独立したものではなく、相互に組み合わせることができるものとする。なお、図面は説明のため適宜簡略化されている。原則として、上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視することを前提とする。
【００１５】
実施の形態１
以下、図１乃至図１１を参照して、実施の形態１について説明する。図１は、収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。図２は、収縮状態のロボットの概略的な側面図である。図３は、収縮状態のロボットの概略的な底面図である。図４〜図６は、収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。図７は、伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。図８は、伸長状態のロボットの概略的な側面図である。図９は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図１０は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図１１は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【００１６】
図１と図７の対比から明らかなように、ロボット１００は、多段構成されたフレーム１３〜１５を備え、ｙ軸方向に沿って伸縮可能に構成されている。図１に示すとき、ロボット１００は、収縮状態にある。図７に示すとき、ロボット１００は、伸長状態にある。フレーム１３〜１５を多段構成として、ｙ軸方向に沿ってフレーム１４に対してフレーム１３を上方変位させ、フレーム１３に対してフレーム１５を上方変位させることによって、収縮時のロボットの小型化を図りつつ、十分なストローク長を確保することが可能になる。なお、図１に示すとき、フレーム１３、１５は、フレーム１４内に収納されている（以下、この状態を収納状態と呼ぶこともある）。図７に示すとき、フレーム１３は、フレーム１４よりも上方に位置し、フレーム１５は、フレーム１３よりも上方に位置している（以下、この状態を展開状態と呼ぶこともある）。
【００１７】
本実施形態では、後述の説明から明らかなように、フレーム１３は、バネ力と駆動力に応じて上方へ搬送され、フレーム１３の上方変位に同調してフレーム１５がフレーム１３よりも上方へ搬送される。ロボット１００が伸長状態のとき、バネ力によってフレーム１３、及びフレーム１５は好適に下方から支持される。従って、フレーム１３を上方に搬送/維持するための駆動力を小さくすることができる。この場合、フレーム１３を駆動するための電動モータを小型化したとしても、フレーム１３は、駆動力に加えてバネ力によっても上方へ付勢されているため、ロボットの展開状態は損なわれない。駆動力に加えてバネ力に基づいてフレーム１３を搬送することによって、好適に、ロボット１００のローパワー化を図ることができる。この際、ロボット自体の消費電力も低減され、またロボット自体の安全性を高めることができる。
【００１８】
以下、ロボット１００の構成及び動作について、より具体的に説明する。なお、バネ力を生じさせる手段、駆動力を生じさせる駆動源の具体的構成は任意であり、以下の開示に限定されるべきではない。各フレームの具体的形状、各フレームの材質、各フレームの配置態様等は任意である。
【００１９】
ロボット１００は、図１に示す部材（電動モータ（駆動源）１、固定板２２、減速機２、プーリ（回転子）３、プーリ４、ベルト（帯体）５、フレーム１３、１４、１５、端面板９６、軸保持板２４）、図３に示す部材（ガイド溝部３１、ガイド突部３２、ガイド溝部３３、ガイド突部３４）、図４に示す部材（ベース板９０、ベルト固定部１６）、図５に示す部材（プーリ６、プーリ７、ベルト８、ベルト固定部１７、１８）、および図６に示す部材（ガススプリング９、連結棒１０、ブランケット１１、連結部１２）を有する。
【００２０】
図１及び図７に示すように、各フレーム１３〜１５は、上面視矩形状の筒状部材である。各フレームの構成材料は、例えば、強化プラスチック、金属等である。フレーム１４は、フレーム１３内に配置されている。フレーム１５は、フレーム１４内に配置されている。各フレーム１３〜１５のｙ軸方向の高さは、同じ程度となっている。これによって、ロボット１００の小型化と大ストロークとを好適に両立することが可能になる。
【００２１】
図１に示すように、フレーム１４には、フレーム１３を上方へ変位させるための搬送機構が設けられている。具体的には、フレーム１４の下端には、プーリ（駆動プーリ）３が設けられている。フレーム１４の上端には、プーリ（従動プーリ）４が設けられている。各プーリ３、４には、ベルト５が回し掛けられている。プーリ４は、軸保持板２４によって軸支され、軸保持板２４を介してフレーム１４の外周面に対して固定されている。図３に示すように、プーリ３は、フレーム１４に設けられた軸保持部によって軸支されている。なお、ベルト５は、可撓性を有する無端ベルトであり、例えば、金属、強化ゴム等から構成される。図２に示すように、ロボット１００を側面視すると、プーリ３は、フレーム１４から半分程度突出している。プーリ４についても同様である。これによって、好適に、ロボット１００の小型化が図られている。
【００２２】
図１に示すように、プーリ３の回転軸に対して、減速機２を介して、電動モータ１の回転力が伝達する構成となっている。プーリ３は、減速機２を介して伝達される電動モータ１の回転力に応じてｙｚ平面にて回転する。電動モータ１は、固定板２２を介してフレーム１４の外周側面に対して固定されている。減速機２は、電動モータ１から伝達される回転力を減じて高いトルクを得るために設けられている。減速機２の種類は任意である。フレーム１３を上下に駆動する駆動機構（駆動手段）は、電動モータ１、減速機２、プーリ３、プーリ４、及びベルト５によって構成される。なお、減速機２を省略しても構わない。また、プーリ、ベルトによる搬送機構（力伝達機構）に代えて、他の搬送機構を採用しても良い。駆動源として機能する電動モータの具体的な種類は任意である。
【００２３】
図３に示すように、フレーム１４の内周側面には、ガイド溝部３１ａ（３１）、及びガイド溝部３１ｂ（３１）が設けられている。フレーム１３の外周側面には、ガイド突部３２ａ（３２）、及びガイド突部３２ｂ（３２）が設けられている。ガイド溝部３１ａは、ｙ軸方向を長手方向として延在し、ガイド突部３２ａを受け入れ、これを保持する。ガイド溝部３１ｂも、ガイド溝部３１ａと同様である。ただし、ガイド溝部３１ａとは異なり、ガイド溝部３１ｂは、ガイド突部３２ｂを受け入れ、これを保持する。フレーム１３、１４を上述のガイド機構（ガイド溝部、ガイド突部）を介して係合することによって、フレーム１４に対するフレーム１３の移動方向をｙ軸方向に規制することができる。
【００２４】
図３に示すように、フレーム１３の内周側面には、ガイド溝部３３が設けられている。フレーム１５の外周側面には、ガイド突部３４が設けられている。ガイド溝部３３は、ｙ軸方向を長手方向として延在し、ガイド突部３４を受け入れ、これを保持する。フレーム１３、１５を上述のガイド機構（ガイド溝部、ガイド突部）を介して係合することによって、フレーム１３に対するフレーム１５の移動方向をｙ軸方向に規制することができる。
【００２５】
図４に図３のＩＶ−ＩＶにおける概略断面模式図を示す。図５に図３のＶ−Ｖにおける概略断面模式図を示す。
【００２６】
図４に示すように、フレーム１４の内側において、フレーム１３は、ベルト固定部１６によってベルト５に対して固定されている。ベルト固定部１６は、上層１６ａ、中層１６ｂ、及び下層１６ｃの３層から積層体である。上層１６ａのベルト接触面には、図４に示すように、凹凸がｙ軸方向に沿って設けられている。上層１６ａと中層１６ｂ間には、ベルト５が配置される。中層１６ｂと下層１６ｃ間には、フレーム１３が配置される。上層１６ａ、ベルト５、中層１６ｂ、フレーム１３、および下層１６ｃが順に積層された状態で、ネジ等によって各層を強固に連結する。これによって、ベルト５とフレーム１３間を強固定することができる。フレーム１３の上方変位時、プーリ３は、図４を正面視して左回転する。フレーム１３の下方変位時、プーリ３は、図４の正面視して右回転する。なお、フレーム１３の下方変位は、フレーム１３、フレーム１５の自重によって行い、電動モータ１を回転させなくても良い。
【００２７】
図５に示すように、フレーム１３の下端には、プーリ６が設けられ、フレーム１３の上端にはプーリ７が設けられている。各プーリ６、７には、ベルト８が回し掛けられている。プーリ７は、軸保持板２３ａによって軸支され、軸保持板２３ａを介してフレーム１３に対して固定されている。プーリ６は、軸保持板２３ｂによって軸支され、軸保持板２３ｂを介してフレーム１３に対して固定されている。なお、ベルト８は、ベルト５と同様、無端ベルトであり、例えば、金属、強化ゴム等から構成される。
【００２８】
図５に示すように、フレーム１４は、ベルト固定部１７によってベルト８に対して固定されている。フレーム１５は、ベルト固定部１８によってベルト８に対して固定されている。各ベルト固定部１７、１８の具体的な構成は、ベルト固定部１６と同様である。ベルト固定部１７の上層１７ａ、中層１７ｂ、下層１７ｃは、各々、ベルト固定部１６の上層１６ａ、中層１６ｂ、下層１６ｃに対応する。ベルト固定部１８の上層１８ａ、中層１８ｂ、下層１８ｃは、各々、ベルト固定部１６の上層１６ａ、中層１６ｂ、下層１６ｃに対応する。
【００２９】
図６に図５のＶＩ−ＶＩにおける概略的な断面模式図を示す。図６に示すように、フレーム１５内には、ガススプリング９が配置されている。ガススプリング９は、その伸縮方向がｙ軸方向に一致するように配置されている。ガススプリングは、シリンダ９ａ、及びロッド９ｂを有する。なお、ガススプリング９は、一般的に入手可能なガススプリングであり、ロック機能を具備するものとする。ガススプリング９は、縮んだ状態でロックされたり、伸びた状態でロックされたりする。ロックボタンは、ガススプリングのロッド９ｂの下端に設けられており、適宜、オン、オフが可能なようにされている。
【００３０】
ガススプリング９のロッド９ｂの先端部（取り付け部とも呼ぶ）９ｃは、ベース板９０に設けられた開口９０ｃに対して嵌入され、ベース板９０に対して固定される。ガススプリング９のシリンダ９ａの先端部（取り付け部とも呼ぶ）９ｄには、連結棒１０が固定されている。詳細には、シリンダ９ａの先端部９ｄに設けられた開口に対して連結棒１０が挿通固定されている。連結棒１０の左端は、ブランケット１１ａが固定され、連結棒１０の右端には、ブランケット１１ｂが固定されている。連結棒１０とブランケット１１間の連結方法は任意であるが、ここでは、ブランケット１１の開口に連結棒１０を挿入固定して両者を固着している。なお、連結棒１０は、ｘ軸方向に延在する円柱状部材であり、例えば、軽量金属等から構成される。
【００３１】
ブランケット１１は、板状部材であり、連結部１２ａを介してフレーム１４に対して連結している。具体的には、ブランケット１１ａは、連結部１２ａを介してフレーム１４に対して連結している。ブランケット１１ｂは、連結部１２ｂを介してフレーム１４に対して連結している。連結部１２とブランケット間の連結方法、及び連結部１２とフレーム１４間の連結方法は任意である。ここでは、図６に模式的に示すように、複数のネジによって、ブランケット１１を連結部１２の側面に対して固定している。同様に、複数のネジによって、フレーム１３を連結部１２に対して固定している。図６に示すように、フレーム１５は、ブランケット１１とフレーム１３の間に配置され、連結部１２上に配置される。ブランケット１１の構成材料は任意であるが、例えば、金属、強化プラスチック等から構成される。
【００３２】
ロボット１００の収縮状態（図１乃至図６参照）とロボット１００の伸長状態（図７乃至図１１参照）とを比較して説明する。
【００３３】
ロボット１００が収縮状態のとき、図４に示すように、ベルト固定部１６は、ベルト５上にてプーリ３近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１６は、フレーム１４の下端側に位置する。図５に示すように、ベルト固定部１７は、ベルト８上にてプーリ７近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１４の上端側に位置する。ベルト固定部１８は、ベルト８上にてプーリ６近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１４の下端側に位置する。図６に示すように、ガススプリング９は収縮状態（バネが縮んだ状態）にあり、シリンダ９ａ内にロッド９ｂが収納されている。
【００３４】
ロボット１００が伸長状態のとき、図９に示すように、ベルト固定部１６は、ベルト５上にてプーリ４近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１６は、フレーム１４の上端側に位置する。図１０に示すように、ベルト固定部１８は、ベルト８上にてプーリ７近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１３の上端側に位置する。ベルト固定部１７は、ベルト８上にてプーリ６近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１３の下端側に位置する。図１１に示すように、ガススプリング９は伸長状態（バネが伸びた状態）にあり、シリンダ９ａからロッド９ｂが飛び出ている。
【００３５】
上述の比較説明から明らかなように、フレーム１３は、電動モータ１の回転力に応じて上方変位し、かつガススプリング９のバネ力に応じて上方変位する。図４を参照して説明すると、電動モータ１の回転に応じてプーリ３が左回転し、これに応じて、プーリ３とプーリ４間に回し掛けられたベルト５が反時計回りに送られる。ベルト５の送りに応じて、ベルト５に対してベルト固定部１６を介して固定されたフレーム１３は上方変位する。このフレーム１３の上方変位に連動して、フレーム１３は、ガススプリング９によって上方へ付勢される。ガススプリング９のシリンダ９ａが、連結棒１０とブランケット１１を介して、フレーム１３に対して連結させているためである。
【００３６】
上述のようにフレーム１３が上方変位すると、当然、フレーム１３に対して固定されたプーリ６、プーリ７も上方変位する。図５を参照して説明すれば、プーリ６、プーリ７は、フレーム１３の上方変位に応じて反時計回りに回転し、これに応じて、プーリ６とプーリ７に回し掛けられたベルト８は、反時計回りに送られる。ベルト８の送りに応じて、ベルト固定部１７を介してベルト８に対して固定されたフレーム１４は下方変位する。他方、ベルト８の送りに応じて、ベルト固定部１８を介してベルト８に対して固定されたフレーム１５は上方変位する。ロボット１００は、このように、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１４は下方変位し、フレーム１５が上方変位するように構成されている。換言すると、ロボット１００は、フレーム１３の上方搬送に応じて、フレーム１４、１５が互いに逆方向に搬送されるように構成されている。これによって、収縮時のｙ軸方向の長さの３倍のストロークを好適に確保することができる。
【００３７】
上述の説明から明らかなように、本実施形態では、電動モータ１で生じる駆動力に加えて、ガススプリング９で生じるバネ力を活用してフレーム１３を上方搬送する。特に、フレーム１３を付勢する付勢手段としてガススプリングを活用することによって、フレーム１３〜１５の相対変位を安定化させることができる。ガススプリング９は、長いストロークにわたり略一定のバネ力を発生することができ、かつ減衰作用を有しているためである。この結果、ロボット１００を収縮状態から伸長状態とする場合、フレーム１３〜１５らを緩慢に相互変位させることができる。ロボット１００を伸長状態から収縮状態とする場合も同様である。また、ロボット１００が伸長状態のとき、ガススプリング９に対して加わるロボット１００の構成部品の自重は、ガススプリング９のガス反力によって保持される。換言すると、ガススプリング９のガス反力は、ロボット１００が伸長状態の時にガススプリング９に対して加わるロボット１００の構成部品の自重を保持することが可能なように設定されている。これによって、ロボット１００が伸長状態のときに要する電動モータ１の駆動力を低減することが可能になる。このようにして、小型電動モータが採用可能となり、ロボット１００の作動に要する電力の低減を図り、並びにロボット１００の安全性を高めることが達成される。また、ガススプリング９のガス反力と電動モータ１の駆動力とを相互調整することによって、様々な用途に適する特性のロボット１００を提供することも可能となる。
【００３８】
実施の形態２
以下、図１２乃至図２２を参照して、実施の形態２について説明する。図１２は、収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。図１３は、収縮状態のロボットの概略的な側面図である。図１４は、収縮状態のロボットの概略的な底面図である。図１５乃至図１７は、収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。図１８は、伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。図１９は、伸長状態のロボットの概略的な側面図である。図２０は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図２１は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図２２は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【００３９】
本実施形態では、実施の形態１に示したロボット１００をカバーにて外装する。このような場合であっても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、カバーにて外装することによって、機構部品（プーリ、ベルト等）の露出を回避し、ロボット１００の安全性を効果的に高めることができる。以下、具体的に説明する。なお、実施の形態１と重複する説明は省略する。
【００４０】
図１２、図１３に示すように、ロボット１００の外観は、カバー４１、カバー４３によって覆われている。カバー４１の開口部分からは、固定板２２と電動モータ１が外部へ露出している。
【００４１】
図１５に図１４のＸＶ−ＸＶにおける概略断面模式図を示す。図１６に図１４のＸＶＩ−ＸＶＩにおける概略断面模式図を示す。図１５及び図１６に示すように、カバー４１、カバー４２、カバー４３は、ｚ軸方向において順に配置されている。図１７に示すように、カバー４１は、フレーム１４に対して面接触し、フレーム１４上に固定されている。カバー４２は、連結部品を介して、フレーム１３に対して固定されている。カバー４３は、連結部品を介して、フレーム１５に対して固定されている。
【００４２】
ロボット１００が収縮状態（図１２乃至図１７参照）から伸長状態（図１８乃至図２２参照）へと変化すると、実施の形態１で説明した各フレームの相互変位と同様に、各フレームに対して固定された各カバーも相互変位する。具体的には、カバー４２は、フレーム１３と共に上方へ変位する。上述のように、フレーム１４は、フレーム１３の上方変位に応じて、下方へ変位する。従って、カバー４１は、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１４共に下方変位する。上述のように、フレーム１５は、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１３よりも更に上方へ変位する。従って、カバー４３は、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１３よりも更に上方へフレーム１５共に変位する。
【００４３】
ロボット１００が収縮状態のとき（図１２乃至図１７参照）、カバー４２は、カバー４３により完全に覆われ、カバー４１は、カバー４２により部分的に覆われている。このように、互いに隣り合うカバー間にて、ロボット１００の下方側のカバー開口径よりも、ロボット１００の上方側のカバーの開口径のほうが大きくなるように構成されている。ロボット１００が伸長状態のとき（図１８乃至図２２参照）、カバー４１は、カバー４２により部分的に覆われている。カバー４２は、カバー４３によって部分的に覆われている。このように外側カバーが内側カバーに対して上方変位する構成とすることによって、ロボット１００に内蔵される駆動部品（プーリ、ベルト等）の外部露出を回避し、ロボット１００の安全性を効果的に高めることができる。
【００４４】
実施の形態３
以下、図２３乃至図２６を参照して実施の形態３について説明する。図２３、２４は、ロボットの概略的な模式図である。図２５は、収縮状態のロボットの概略的な模式図である。図２６は、伸長状態のロボットの概略的な模式図である。
【００４５】
本実施形態では、実施の形態１に示したプーリ３、プーリ４、及びベルト５の搬送機構に代えて、図２３に模式的に示すボールねじ部６１を活用してフレーム１３を上方へ搬送させる。このような場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態１に示したプーリ６、プーリ７、及びベルト８の搬送機構に代えて、図２５、図２６に模式的に示すように、プーリ７２、ベルト７４から構成される搬送機構を採用する。このような構成を採用することによって、上述の実施形態よりも簡素な搬送機構とし、かつ、後述のように、ロボット１００の外観を改善、かつその安全性を高めることができる。
【００４６】
図２５、図２６に示すように、ベルト７４の一端７３は、フレーム１５の下端部分に対して固定され、ベルト７４の他端は、フレーム１４の上端部分に対して固定されている。ボールねじ部６１の駆動に応じてフレーム１３が上方変位することに応じて、フレーム１３に対して固定されたプーリ７２も上方変位する。プーリ７２がベルト７４の下端側から先端側へ移動するに応じて、フレーム１５は、フレーム１３に対して上方変位する。図２６から明らかなように、ベルト７４は、フレーム１３によって外側への露出が妨げられている。このような構成を採用することによって、上述の実施形態よりも簡素な搬送機構としつつ、また、ロボット１００の外観を改善、かつその安全性を高めることができる。
【００４７】
なお、ボールねじ部６１は、図２３に示すように汎用されているタイプを用いる。図２３に示すように、ネジ棒６１ｂの上端は、固定部６１ａによってフレーム１４の上端に固定されている。ネジ棒６１ｂの下端は、固定部６１ｃによってフレーム１４の下端に固定されている。ネジ棒６１ｂには、フレーム１３が連結したナット部６１ｄが設けられている。プーリ７２に対して駆動装置を具備させ、プーリ７２を回転制御しても良い。これによって、図２６に示す状態から図２５に示す状態への復帰が好適に行うことが可能になる。
【００４８】
実施の形態４
以下、図２７を参照して実施の形態４について説明する。図２７（ａ）は、伸長状態のロボットの概略的な模式図であり、図２７（ｂ）は収縮状態のロボットの概略的な模式図である。本実施形態では、実施の形態１〜３のいずれかに示したロボット１００の先端に対してアームを取り付ける。このようにして、アーム位置を調整可能に構成されたアーム付きロボット２００を提供することができる。なお、ロボット２００の下面には、複数の車輪９０〜９２が取り付けられており、平面移動可能に構成されている。ロボット２００は、実施の形態２に示したカバー４１〜４３に対応するカバー８１〜８３を備える。カバー４１〜４３とは異なり、カバー８１〜８３は、上側の横幅が狭く構成されているが、このような場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
図２７（ａ）に示すように、カバー８３の先端には、アーム基部８４、アーム胴部８５、アーム先端部８６、把持部８７、連結部８８、および連結部８９が設けられている。アーム基部８４とアーム胴部８５とは、連結部８８を介して回動可能に接続されている。アーム胴部８５とアーム先端部８６とは、連結部８９を介して回動可能に接続されている。把持部８７は、アーム先端部８６の先端に対して取り付けられている。連結部８８、８９に対して電動モータ等を含む制御機構を組み込むことによって、アームの自由な運動を確保することができる。ロボットの収縮に応じて、図２７（ａ）から図２７（ｂ）に示すようにアーム位置が低くなる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、フレーム段数は任意であり、４以上としても良い。搬送機構の具体的な構成は任意である。ベルトに代えて、チェーン等を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１００ ロボット
１３-１５ フレーム
４１-４３ カバー
１ 電動モータ
２ 減速機
３ プーリ
４ プーリ
５ ベルト
６ プーリ
７ プーリ
８ ベルト
９ ガススプリング
１０ 連結棒
１１ ブランケット
１２ 連結部
１６ ベルト固定部
１７ ベルト固定部
１８ ベルト固定部
２２ 固定板
２４ 軸保持板
２５ 軸保持板
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットに関し、特に伸縮可能に構成されたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、製造現場等にて幅広く活用されている。特許文献１には、テレスコピック構造の多段フレームを相対変位させることで伸縮自在に構成されたロボットが開示されている。特許文献１に開示のロボットでは、次の原理に基づいて、フレームらを上方変位させている。１段目フレームに対して設けられたネジ軸を電動モータによって回転させ、ネジ軸上にてナットを上方へ変位させる。これにより、ナットに対して固定された２段目フレームが上方変位する。２段目フレームの上方変位を駆動力として、３段目フレームを上方変位させる。３段目フレームの上方変位を駆動力として、４段目フレームを上方変位させる。なお、２段目フレームに対する３段目フレームの変位は、例えば、特許文献１の図１８及び図１９に示す手段によって実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７０４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように、１つの電動モータによって複数のフレーム段を上方変位させ、この状態を維持する場合、電動モータの駆動力を大きく設定することが要求される場合がある。電動モータで生じる駆動力によって、２段目〜４段目フレームの自重、ロボットに装着されるワークの自重等を保持する必要があるためである。
【０００５】
しかしながら、電動モータの駆動力を増大させると、様々な問題が生じるおそれがある。例えば、電動モータの駆動力の増大に伴って、ロボットの作動に要する電力が増加してしまうおそれがある。また、電動モータの駆動力の増大に応じてロボットがハイパワー化してしまうことへの対処（例えば、ロボットの安全性能を高めること）が必要になるおそれがある。具体的には、ロボットのハイパワー化に伴って、ロボットと物体とが強接触してしまうことを回避するため、ロボットの周囲にある物体を事前に検出する検出機構をロボットに具備させることが対処方法として要求されるおそれがある。しかしながら、このような安全対策を施したとしても、結局のところ、検出ミス等の可能性を考慮すると十分なものとは言えず、ロボットのハイパワー化に伴う問題を根本的に解決する策とは成り得ない。
【０００６】
上述の説明から明らかなように、電動モータの駆動力の増大を抑制した態様にて、ロボットの伸縮動作を確保することが強く求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロボットは、フレーム間の相互変位に応じて伸縮可能に構成されたロボットであって、当該ロボットの基端側から先端側へ順に配置されるべき第１乃至第３フレームと、駆動源から供給される駆動力に基づいて前記第２フレームを先端側へ駆動する駆動手段と、前記駆動手段と協調して前記第２フレームを先端側へ付勢する付勢手段と、前記駆動手段及び前記付勢手段による前記第２フレームの先端側への搬送に同調して、前記第２フレームからみて前記第１及び第３フレームを互いに逆方向へ搬送する搬送機構と、を備える。
【０００８】
前記付勢手段は、ガススプリングを含む、と良い。前記搬送機構は、前記第２フレームによって軸支された回転子と、当該回転子に対して回し掛けられた帯体と、を含み、前記第１及び第３フレームは、前記帯体を介して、互いに係合している、と良い。
【０００９】
前記帯体は、前記第１フレームに対して一端側が固定され、前記第３フレームに対して他端側が固定された有端ベルトであり、かつ前記第２フレームによって外部への露出が妨げられている、と良い。
【００１０】
前記駆動源は、電動モータである、と良い。
【００１１】
前記第１フレームと第２フレーム間の相対変位を当該ロボットの伸縮方向に規制する第１ガイド機構と、前記第２フレームと前記第３フレーム間の相対変位を前記伸縮方向に規制する第２ガイド機構と、を更に備える、と良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電動モータの駆動力の増大を抑制した態様にて、ロボットの伸縮動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な側面図である。
【図３】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な底面図である。
【図４】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図６】実施の形態１にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図７】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図８】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な側面図である。
【図９】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１０】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１１】実施の形態１にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１２】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図１３】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な側面図である。
【図１４】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な底面図である。
【図１５】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１６】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１７】実施の形態２にかかる収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図１８】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。
【図１９】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な側面図である。
【図２０】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図２１】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図２２】実施の形態２にかかる伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【図２３】実施の形態３にかかるロボットの概略的な模式図である。
【図２４】実施の形態３にかかるロボットの概略的な模式図である。
【図２５】実施の形態３にかかる収縮状態のロボットの概略的な模式図である。
【図２６】実施の形態３にかかる伸長状態のロボットの概略的な模式図である。
【図２７】実施の形態４にかかるロボットの概略的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各実施形態は互いに独立したものではなく、相互に組み合わせることができるものとする。なお、図面は説明のため適宜簡略化されている。原則として、上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視することを前提とする。
【００１５】
実施の形態１
以下、図１乃至図１１を参照して、実施の形態１について説明する。図１は、収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。図２は、収縮状態のロボットの概略的な側面図である。図３は、収縮状態のロボットの概略的な底面図である。図４〜図６は、収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。図７は、伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。図８は、伸長状態のロボットの概略的な側面図である。図９は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図１０は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図１１は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【００１６】
図１と図７の対比から明らかなように、ロボット１００は、多段構成されたフレーム１３〜１５を備え、ｙ軸方向に沿って伸縮可能に構成されている。図１に示すとき、ロボット１００は、収縮状態にある。図７に示すとき、ロボット１００は、伸長状態にある。フレーム１３〜１５を多段構成として、ｙ軸方向に沿ってフレーム１４に対してフレーム１３を上方変位させ、フレーム１３に対してフレーム１５を上方変位させることによって、収縮時のロボットの小型化を図りつつ、十分なストローク長を確保することが可能になる。なお、図１に示すとき、フレーム１３、１５は、フレーム１４内に収納されている（以下、この状態を収納状態と呼ぶこともある）。図７に示すとき、フレーム１３は、フレーム１４よりも上方に位置し、フレーム１５は、フレーム１３よりも上方に位置している（以下、この状態を展開状態と呼ぶこともある）。
【００１７】
本実施形態では、後述の説明から明らかなように、フレーム１３は、バネ力と駆動力に応じて上方へ搬送され、フレーム１３の上方変位に同調してフレーム１５がフレーム１３よりも上方へ搬送される。ロボット１００が伸長状態のとき、バネ力によってフレーム１３、及びフレーム１５は好適に下方から支持される。従って、フレーム１３を上方に搬送/維持するための駆動力を小さくすることができる。この場合、フレーム１３を駆動するための電動モータを小型化したとしても、フレーム１３は、駆動力に加えてバネ力によっても上方へ付勢されているため、ロボットの展開状態は損なわれない。駆動力に加えてバネ力に基づいてフレーム１３を搬送することによって、好適に、ロボット１００のローパワー化を図ることができる。この際、ロボット自体の消費電力も低減され、またロボット自体の安全性を高めることができる。
【００１８】
以下、ロボット１００の構成及び動作について、より具体的に説明する。なお、バネ力を生じさせる手段、駆動力を生じさせる駆動源の具体的構成は任意であり、以下の開示に限定されるべきではない。各フレームの具体的形状、各フレームの材質、各フレームの配置態様等は任意である。
【００１９】
ロボット１００は、図１に示す部材（電動モータ（駆動源）１、固定板２２、減速機２、プーリ（回転子）３、プーリ４、ベルト（帯体）５、フレーム１３、１４、１５、端面板９６、軸保持板２４）、図３に示す部材（ガイド溝部３１、ガイド突部３２、ガイド溝部３３、ガイド突部３４）、図４に示す部材（ベース板９０、ベルト固定部１６）、図５に示す部材（プーリ６、プーリ７、ベルト８、ベルト固定部１７、１８）、および図６に示す部材（ガススプリング９、連結棒１０、ブランケット１１、連結部１２）を有する。
【００２０】
図１及び図７に示すように、各フレーム１３〜１５は、上面視矩形状の筒状部材である。各フレームの構成材料は、例えば、強化プラスチック、金属等である。フレーム１４は、フレーム１３内に配置されている。フレーム１５は、フレーム１４内に配置されている。各フレーム１３〜１５のｙ軸方向の高さは、同じ程度となっている。これによって、ロボット１００の小型化と大ストロークとを好適に両立することが可能になる。
【００２１】
図１に示すように、フレーム１４には、フレーム１３を上方へ変位させるための搬送機構が設けられている。具体的には、フレーム１４の下端には、プーリ（駆動プーリ）３が設けられている。フレーム１４の上端には、プーリ（従動プーリ）４が設けられている。各プーリ３、４には、ベルト５が回し掛けられている。プーリ４は、軸保持板２４によって軸支され、軸保持板２４を介してフレーム１４の外周面に対して固定されている。図３に示すように、プーリ３は、フレーム１４に設けられた軸保持部によって軸支されている。なお、ベルト５は、可撓性を有する無端ベルトであり、例えば、金属、強化ゴム等から構成される。図２に示すように、ロボット１００を側面視すると、プーリ３は、フレーム１４から半分程度突出している。プーリ４についても同様である。これによって、好適に、ロボット１００の小型化が図られている。
【００２２】
図１に示すように、プーリ３の回転軸に対して、減速機２を介して、電動モータ１の回転力が伝達する構成となっている。プーリ３は、減速機２を介して伝達される電動モータ１の回転力に応じてｙｚ平面にて回転する。電動モータ１は、固定板２２を介してフレーム１４の外周側面に対して固定されている。減速機２は、電動モータ１から伝達される回転力を減じて高いトルクを得るために設けられている。減速機２の種類は任意である。フレーム１３を上下に駆動する駆動機構（駆動手段）は、電動モータ１、減速機２、プーリ３、プーリ４、及びベルト５によって構成される。なお、減速機２を省略しても構わない。また、プーリ、ベルトによる搬送機構（力伝達機構）に代えて、他の搬送機構を採用しても良い。駆動源として機能する電動モータの具体的な種類は任意である。
【００２３】
図３に示すように、フレーム１４の内周側面には、ガイド溝部３１ａ（３１）、及びガイド溝部３１ｂ（３１）が設けられている。フレーム１３の外周側面には、ガイド突部３２ａ（３２）、及びガイド突部３２ｂ（３２）が設けられている。ガイド溝部３１ａは、ｙ軸方向を長手方向として延在し、ガイド突部３２ａを受け入れ、これを保持する。ガイド溝部３１ｂも、ガイド溝部３１ａと同様である。ただし、ガイド溝部３１ａとは異なり、ガイド溝部３１ｂは、ガイド突部３２ｂを受け入れ、これを保持する。フレーム１３、１４を上述のガイド機構（ガイド溝部、ガイド突部）を介して係合することによって、フレーム１４に対するフレーム１３の移動方向をｙ軸方向に規制することができる。
【００２４】
図３に示すように、フレーム１３の内周側面には、ガイド溝部３３が設けられている。フレーム１５の外周側面には、ガイド突部３４が設けられている。ガイド溝部３３は、ｙ軸方向を長手方向として延在し、ガイド突部３４を受け入れ、これを保持する。フレーム１３、１５を上述のガイド機構（ガイド溝部、ガイド突部）を介して係合することによって、フレーム１３に対するフレーム１５の移動方向をｙ軸方向に規制することができる。
【００２５】
図４に図３のＩＶ−ＩＶにおける概略断面模式図を示す。図５に図３のＶ−Ｖにおける概略断面模式図を示す。
【００２６】
図４に示すように、フレーム１４の内側において、フレーム１３は、ベルト固定部１６によってベルト５に対して固定されている。ベルト固定部１６は、上層１６ａ、中層１６ｂ、及び下層１６ｃの３層から積層体である。上層１６ａのベルト接触面には、図４に示すように、凹凸がｙ軸方向に沿って設けられている。上層１６ａと中層１６ｂ間には、ベルト５が配置される。中層１６ｂと下層１６ｃ間には、フレーム１３が配置される。上層１６ａ、ベルト５、中層１６ｂ、フレーム１３、および下層１６ｃが順に積層された状態で、ネジ等によって各層を強固に連結する。これによって、ベルト５とフレーム１３間を強固定することができる。フレーム１３の上方変位時、プーリ３は、図４を正面視して左回転する。フレーム１３の下方変位時、プーリ３は、図４の正面視して右回転する。なお、フレーム１３の下方変位は、フレーム１３、フレーム１５の自重によって行い、電動モータ１を回転させなくても良い。
【００２７】
図５に示すように、フレーム１３の下端には、プーリ６が設けられ、フレーム１３の上端にはプーリ７が設けられている。各プーリ６、７には、ベルト８が回し掛けられている。プーリ７は、軸保持板２３ａによって軸支され、軸保持板２３ａを介してフレーム１３に対して固定されている。プーリ６は、軸保持板２３ｂによって軸支され、軸保持板２３ｂを介してフレーム１３に対して固定されている。なお、ベルト８は、ベルト５と同様、無端ベルトであり、例えば、金属、強化ゴム等から構成される。
【００２８】
図５に示すように、フレーム１４は、ベルト固定部１７によってベルト８に対して固定されている。フレーム１５は、ベルト固定部１８によってベルト８に対して固定されている。各ベルト固定部１７、１８の具体的な構成は、ベルト固定部１６と同様である。ベルト固定部１７の上層１７ａ、中層１７ｂ、下層１７ｃは、各々、ベルト固定部１６の上層１６ａ、中層１６ｂ、下層１６ｃに対応する。ベルト固定部１８の上層１８ａ、中層１８ｂ、下層１８ｃは、各々、ベルト固定部１６の上層１６ａ、中層１６ｂ、下層１６ｃに対応する。
【００２９】
図６に図５のＶＩ−ＶＩにおける概略的な断面模式図を示す。図６に示すように、フレーム１５内には、ガススプリング９が配置されている。ガススプリング９は、その伸縮方向がｙ軸方向に一致するように配置されている。ガススプリングは、シリンダ９ａ、及びロッド９ｂを有する。なお、ガススプリング９は、一般的に入手可能なガススプリングであり、ロック機能を具備するものとする。ガススプリング９は、縮んだ状態でロックされたり、伸びた状態でロックされたりする。ロックボタンは、ガススプリングのロッド９ｂの下端に設けられており、適宜、オン、オフが可能なようにされている。
【００３０】
ガススプリング９のロッド９ｂの先端部（取り付け部とも呼ぶ）９ｃは、ベース板９０に設けられた開口９０ｃに対して嵌入され、ベース板９０に対して固定される。ガススプリング９のシリンダ９ａの先端部（取り付け部とも呼ぶ）９ｄには、連結棒１０が固定されている。詳細には、シリンダ９ａの先端部９ｄに設けられた開口に対して連結棒１０が挿通固定されている。連結棒１０の左端は、ブランケット１１ａが固定され、連結棒１０の右端には、ブランケット１１ｂが固定されている。連結棒１０とブランケット１１間の連結方法は任意であるが、ここでは、ブランケット１１の開口に連結棒１０を挿入固定して両者を固着している。なお、連結棒１０は、ｘ軸方向に延在する円柱状部材であり、例えば、軽量金属等から構成される。
【００３１】
ブランケット１１は、板状部材であり、連結部１２ａを介してフレーム１４に対して連結している。具体的には、ブランケット１１ａは、連結部１２ａを介してフレーム１４に対して連結している。ブランケット１１ｂは、連結部１２ｂを介してフレーム１４に対して連結している。連結部１２とブランケット間の連結方法、及び連結部１２とフレーム１４間の連結方法は任意である。ここでは、図６に模式的に示すように、複数のネジによって、ブランケット１１を連結部１２の側面に対して固定している。同様に、複数のネジによって、フレーム１３を連結部１２に対して固定している。図６に示すように、フレーム１５は、ブランケット１１とフレーム１３の間に配置され、連結部１２上に配置される。ブランケット１１の構成材料は任意であるが、例えば、金属、強化プラスチック等から構成される。
【００３２】
ロボット１００の収縮状態（図１乃至図６参照）とロボット１００の伸長状態（図７乃至図１１参照）とを比較して説明する。
【００３３】
ロボット１００が収縮状態のとき、図４に示すように、ベルト固定部１６は、ベルト５上にてプーリ３近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１６は、フレーム１４の下端側に位置する。図５に示すように、ベルト固定部１７は、ベルト８上にてプーリ７近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１４の上端側に位置する。ベルト固定部１８は、ベルト８上にてプーリ６近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１４の下端側に位置する。図６に示すように、ガススプリング９は収縮状態（バネが縮んだ状態）にあり、シリンダ９ａ内にロッド９ｂが収納されている。
【００３４】
ロボット１００が伸長状態のとき、図９に示すように、ベルト固定部１６は、ベルト５上にてプーリ４近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１６は、フレーム１４の上端側に位置する。図１０に示すように、ベルト固定部１８は、ベルト８上にてプーリ７近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１３の上端側に位置する。ベルト固定部１７は、ベルト８上にてプーリ６近傍に位置する。換言すると、ベルト固定部１７は、フレーム１３の下端側に位置する。図１１に示すように、ガススプリング９は伸長状態（バネが伸びた状態）にあり、シリンダ９ａからロッド９ｂが飛び出ている。
【００３５】
上述の比較説明から明らかなように、フレーム１３は、電動モータ１の回転力に応じて上方変位し、かつガススプリング９のバネ力に応じて上方変位する。図４を参照して説明すると、電動モータ１の回転に応じてプーリ３が左回転し、これに応じて、プーリ３とプーリ４間に回し掛けられたベルト５が反時計回りに送られる。ベルト５の送りに応じて、ベルト５に対してベルト固定部１６を介して固定されたフレーム１３は上方変位する。このフレーム１３の上方変位に連動して、フレーム１３は、ガススプリング９によって上方へ付勢される。ガススプリング９のシリンダ９ａが、連結棒１０とブランケット１１を介して、フレーム１３に対して連結させているためである。
【００３６】
上述のようにフレーム１３が上方変位すると、当然、フレーム１３に対して固定されたプーリ６、プーリ７も上方変位する。図５を参照して説明すれば、プーリ６、プーリ７は、フレーム１３の上方変位に応じて反時計回りに回転し、これに応じて、プーリ６とプーリ７に回し掛けられたベルト８は、反時計回りに送られる。ベルト８の送りに応じて、ベルト固定部１７を介してベルト８に対して固定されたフレーム１４は下方変位する。他方、ベルト８の送りに応じて、ベルト固定部１８を介してベルト８に対して固定されたフレーム１５は上方変位する。ロボット１００は、このように、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１４は下方変位し、フレーム１５が上方変位するように構成されている。換言すると、ロボット１００は、フレーム１３の上方搬送に応じて、フレーム１４、１５が互いに逆方向に搬送されるように構成されている。これによって、収縮時のｙ軸方向の長さの３倍のストロークを好適に確保することができる。
【００３７】
上述の説明から明らかなように、本実施形態では、電動モータ１で生じる駆動力に加えて、ガススプリング９で生じるバネ力を活用してフレーム１３を上方搬送する。特に、フレーム１３を付勢する付勢手段としてガススプリングを活用することによって、フレーム１３〜１５の相対変位を安定化させることができる。ガススプリング９は、長いストロークにわたり略一定のバネ力を発生することができ、かつ減衰作用を有しているためである。この結果、ロボット１００を収縮状態から伸長状態とする場合、フレーム１３〜１５らを緩慢に相互変位させることができる。ロボット１００を伸長状態から収縮状態とする場合も同様である。また、ロボット１００が伸長状態のとき、ガススプリング９に対して加わるロボット１００の構成部品の自重は、ガススプリング９のガス反力によって保持される。換言すると、ガススプリング９のガス反力は、ロボット１００が伸長状態の時にガススプリング９に対して加わるロボット１００の構成部品の自重を保持することが可能なように設定されている。これによって、ロボット１００が伸長状態のときに要する電動モータ１の駆動力を低減することが可能になる。このようにして、小型電動モータが採用可能となり、ロボット１００の作動に要する電力の低減を図り、並びにロボット１００の安全性を高めることが達成される。また、ガススプリング９のガス反力と電動モータ１の駆動力とを相互調整することによって、様々な用途に適する特性のロボット１００を提供することも可能となる。
【００３８】
実施の形態２
以下、図１２乃至図２２を参照して、実施の形態２について説明する。図１２は、収縮状態のロボットの概略的な斜視図である。図１３は、収縮状態のロボットの概略的な側面図である。図１４は、収縮状態のロボットの概略的な底面図である。図１５乃至図１７は、収縮状態のロボットの概略的な断面模式図である。図１８は、伸長状態のロボットの概略的な斜視図である。図１９は、伸長状態のロボットの概略的な側面図である。図２０は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図２１は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。図２２は、伸長状態のロボットの概略的な断面模式図である。
【００３９】
本実施形態では、実施の形態１に示したロボット１００をカバーにて外装する。このような場合であっても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、カバーにて外装することによって、機構部品（プーリ、ベルト等）の露出を回避し、ロボット１００の安全性を効果的に高めることができる。以下、具体的に説明する。なお、実施の形態１と重複する説明は省略する。
【００４０】
図１２、図１３に示すように、ロボット１００の外観は、カバー４１、カバー４３によって覆われている。カバー４１の開口部分からは、固定板２２と電動モータ１が外部へ露出している。
【００４１】
図１５に図１４のＸＶ−ＸＶにおける概略断面模式図を示す。図１６に図１４のＸＶＩ−ＸＶＩにおける概略断面模式図を示す。図１５及び図１６に示すように、カバー４１、カバー４２、カバー４３は、ｚ軸方向において順に配置されている。図１７に示すように、カバー４１は、フレーム１４に対して面接触し、フレーム１４上に固定されている。カバー４２は、連結部品を介して、フレーム１３に対して固定されている。カバー４３は、連結部品を介して、フレーム１５に対して固定されている。
【００４２】
ロボット１００が収縮状態（図１２乃至図１７参照）から伸長状態（図１８乃至図２２参照）へと変化すると、実施の形態１で説明した各フレームの相互変位と同様に、各フレームに対して固定された各カバーも相互変位する。具体的には、カバー４２は、フレーム１３と共に上方へ変位する。上述のように、フレーム１４は、フレーム１３の上方変位に応じて、下方へ変位する。従って、カバー４１は、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１４共に下方変位する。上述のように、フレーム１５は、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１３よりも更に上方へ変位する。従って、カバー４３は、フレーム１３の上方変位に応じて、フレーム１３よりも更に上方へフレーム１５共に変位する。
【００４３】
ロボット１００が収縮状態のとき（図１２乃至図１７参照）、カバー４２は、カバー４３により完全に覆われ、カバー４１は、カバー４２により部分的に覆われている。このように、互いに隣り合うカバー間にて、ロボット１００の下方側のカバー開口径よりも、ロボット１００の上方側のカバーの開口径のほうが大きくなるように構成されている。ロボット１００が伸長状態のとき（図１８乃至図２２参照）、カバー４１は、カバー４２により部分的に覆われている。カバー４２は、カバー４３によって部分的に覆われている。このように外側カバーが内側カバーに対して上方変位する構成とすることによって、ロボット１００に内蔵される駆動部品（プーリ、ベルト等）の外部露出を回避し、ロボット１００の安全性を効果的に高めることができる。
【００４４】
実施の形態３
以下、図２３乃至図２６を参照して実施の形態３について説明する。図２３、２４は、ロボットの概略的な模式図である。図２５は、収縮状態のロボットの概略的な模式図である。図２６は、伸長状態のロボットの概略的な模式図である。
【００４５】
本実施形態では、実施の形態１に示したプーリ３、プーリ４、及びベルト５の搬送機構に代えて、図２３に模式的に示すボールねじ部６１を活用してフレーム１３を上方へ搬送させる。このような場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態１に示したプーリ６、プーリ７、及びベルト８の搬送機構に代えて、図２５、図２６に模式的に示すように、プーリ７２、ベルト７４から構成される搬送機構を採用する。このような構成を採用することによって、上述の実施形態よりも簡素な搬送機構とし、かつ、後述のように、ロボット１００の外観を改善、かつその安全性を高めることができる。
【００４６】
図２５、図２６に示すように、ベルト７４の一端７３は、フレーム１５の下端部分に対して固定され、ベルト７４の他端は、フレーム１４の上端部分に対して固定されている。ボールねじ部６１の駆動に応じてフレーム１３が上方変位することに応じて、フレーム１３に対して固定されたプーリ７２も上方変位する。プーリ７２がベルト７４の下端側から先端側へ移動するに応じて、フレーム１５は、フレーム１３に対して上方変位する。図２６から明らかなように、ベルト７４は、フレーム１３によって外側への露出が妨げられている。このような構成を採用することによって、上述の実施形態よりも簡素な搬送機構としつつ、また、ロボット１００の外観を改善、かつその安全性を高めることができる。
【００４７】
なお、ボールねじ部６１は、図２３に示すように汎用されているタイプを用いる。図２３に示すように、ネジ棒６１ｂの上端は、固定部６１ａによってフレーム１４の上端に固定されている。ネジ棒６１ｂの下端は、固定部６１ｃによってフレーム１４の下端に固定されている。ネジ棒６１ｂには、フレーム１３が連結したナット部６１ｄが設けられている。プーリ７２に対して駆動装置を具備させ、プーリ７２を回転制御しても良い。これによって、図２６に示す状態から図２５に示す状態への復帰が好適に行うことが可能になる。
【００４８】
実施の形態４
以下、図２７を参照して実施の形態４について説明する。図２７（ａ）は、伸長状態のロボットの概略的な模式図であり、図２７（ｂ）は収縮状態のロボットの概略的な模式図である。本実施形態では、実施の形態１〜３のいずれかに示したロボット１００の先端に対してアームを取り付ける。このようにして、アーム位置を調整可能に構成されたアーム付きロボット２００を提供することができる。なお、ロボット２００の下面には、複数の車輪９０〜９２が取り付けられており、平面移動可能に構成されている。ロボット２００は、実施の形態２に示したカバー４１〜４３に対応するカバー８１〜８３を備える。カバー４１〜４３とは異なり、カバー８１〜８３は、上側の横幅が狭く構成されているが、このような場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
図２７（ａ）に示すように、カバー８３の先端には、アーム基部８４、アーム胴部８５、アーム先端部８６、把持部８７、連結部８８、および連結部８９が設けられている。アーム基部８４とアーム胴部８５とは、連結部８８を介して回動可能に接続されている。アーム胴部８５とアーム先端部８６とは、連結部８９を介して回動可能に接続されている。把持部８７は、アーム先端部８６の先端に対して取り付けられている。連結部８８、８９に対して電動モータ等を含む制御機構を組み込むことによって、アームの自由な運動を確保することができる。ロボットの収縮に応じて、図２７（ａ）から図２７（ｂ）に示すようにアーム位置が低くなる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、フレーム段数は任意であり、４以上としても良い。搬送機構の具体的な構成は任意である。ベルトに代えて、チェーン等を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１００ ロボット
１３-１５ フレーム
４１-４３ カバー
１ 電動モータ
２ 減速機
３ プーリ
４ プーリ
５ ベルト
６ プーリ
７ プーリ
８ ベルト
９ ガススプリング
１０ 連結棒
１１ ブランケット
１２ 連結部
１６ ベルト固定部
１７ ベルト固定部
１８ ベルト固定部
２２ 固定板
２４ 軸保持板
２５ 軸保持板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム間の相互変位に応じて伸縮可能に構成されたロボットであって、
当該ロボットの基端側から先端側へ順に配置されるべき第１乃至第３フレームと、
駆動源から供給される駆動力に基づいて前記第２フレームを先端側へ駆動する駆動手段と、
前記駆動手段と協調して前記第２フレームを先端側へ付勢する付勢手段と、
前記駆動手段及び前記付勢手段による前記第２フレームの先端側への搬送に同調して、前記第２フレームからみて前記第１及び第３フレームを互いに逆方向へ搬送する搬送機構と、を備える、ロボット。
【請求項２】
前記付勢手段は、ガススプリングを含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記搬送機構は、前記第２フレームによって軸支された回転子と、当該回転子に対して回し掛けられた帯体と、を含み、
前記第１及び第３フレームは、前記帯体を介して、互いに係合していることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記帯体は、前記第１フレームに対して一端側が固定され、前記第３フレームに対して他端側が固定された有端ベルトであり、かつ前記第２フレームによって外部への露出が妨げられていることを特徴とする請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記駆動源は、電動モータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項６】
前記第１フレームと第２フレーム間の相対変位を当該ロボットの伸縮方向に規制する第１ガイド機構と、
前記第２フレームと前記第３フレーム間の相対変位を前記伸縮方向に規制する第２ガイド機構と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１】
フレーム間の相互変位に応じて伸縮可能に構成されたロボットであって、
当該ロボットの基端側から先端側へ順に配置されるべき第１乃至第３フレームと、
駆動源から供給される駆動力に基づいて前記第２フレームを先端側へ駆動する駆動手段と、
前記駆動手段と協調して前記第２フレームを先端側へ付勢する付勢手段と、
前記駆動手段及び前記付勢手段による前記第２フレームの先端側への搬送に同調して、前記第２フレームからみて前記第１及び第３フレームを互いに逆方向へ搬送する搬送機構と、を備える、ロボット。
【請求項２】
前記付勢手段は、ガススプリングを含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記搬送機構は、前記第２フレームによって軸支された回転子と、当該回転子に対して回し掛けられた帯体と、を含み、
前記第１及び第３フレームは、前記帯体を介して、互いに係合していることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記帯体は、前記第１フレームに対して一端側が固定され、前記第３フレームに対して他端側が固定された有端ベルトであり、かつ前記第２フレームによって外部への露出が妨げられていることを特徴とする請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記駆動源は、電動モータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項６】
前記第１フレームと第２フレーム間の相対変位を当該ロボットの伸縮方向に規制する第１ガイド機構と、
前記第２フレームと前記第３フレーム間の相対変位を前記伸縮方向に規制する第２ガイド機構と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−９６３２１（Ｐ２０１２−９６３２１Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６１９９（Ｐ２０１０−２４６１９９）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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