多関節アームおよび搬送装置
【課題】並進する多関節アームを提供する。
【解決手段】多関節アーム１００は、ベース１０と第１のリンク１１０で連結した第１のアーム１０１と、第１のアーム１０１と中間リンク１３０で連結した第２のアーム１０２と、第２のアーム１０２と第２のリンク１２０で連結したエンドエフェクタ２００とを含む。第１のリンク１１０は、第１のアーム１０１に対して同期して動く第１の駆動歯車１１１と、ベース１０に対して同期して動く第１の伝達歯車１１２とを含む。中間リンク１３０は、第２のアーム１０２に対して同期して動き、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト１３９により接続された中間の駆動歯車１３１と、第１のアーム１０１に対して同期して動く中間の伝達歯車１３２とを含む。第２のリンク１２０は、エンドエフェクタ２００に対して同期して動き、中間の伝達歯車１３２とタイミングベルト１２９により接続された第２の駆動歯車１２１を含む。
【解決手段】多関節アーム１００は、ベース１０と第１のリンク１１０で連結した第１のアーム１０１と、第１のアーム１０１と中間リンク１３０で連結した第２のアーム１０２と、第２のアーム１０２と第２のリンク１２０で連結したエンドエフェクタ２００とを含む。第１のリンク１１０は、第１のアーム１０１に対して同期して動く第１の駆動歯車１１１と、ベース１０に対して同期して動く第１の伝達歯車１１２とを含む。中間リンク１３０は、第２のアーム１０２に対して同期して動き、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト１３９により接続された中間の駆動歯車１３１と、第１のアーム１０１に対して同期して動く中間の伝達歯車１３２とを含む。第２のリンク１２０は、エンドエフェクタ２００に対して同期して動き、中間の伝達歯車１３２とタイミングベルト１２９により接続された第２の駆動歯車１２１を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアーム、ワーク搬送などに適した多関節アームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トランスファプレスのワーク搬送装置が開示されている。この文献１の搬送装置は、プレスラインを挟む左右位置に、ＬＭガイドを備えたコモンベースを設置し、ＬＭガイドにスライド自在に取り付けたキャリッジを、昇降用モータに連結したスクリューにて昇降駆動できるようにしたものである。キャリッジに、旋回アームの基端部を回動可能に取り付けて、旋回用モータによりプレスライン方向へ旋回作動できるようにし、さらに、左右の旋回アームの先端部にそれぞれ回転自在に取り付けた軸部材に、ワーク保持具付きのクロスバーの両端部を連結し、旋回アームの旋回軸と同軸上に配置したチルト用モータの出力軸上のプーリと軸部材上のプーリにタイミングベルトを掛け回し、軸部材と一体のクロスバーが出力軸と同位相に保持されるようにすることが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、多関節アームを駆動するとき負荷を低減し、モータ容量の縮小化を図り、省エネルギの産業用ロボットを提供することが記載されている。この文献２にはロボットに、ロボットの各制御軸を駆動するモータが集中配置されるベース部を最上位の位置に配置し、ベース部から水平多関節アームを垂設し、上下方向に移動自在な上下アームを水平多関節アームの先端部に設け、上下アームの下端部にエンドエフェクタを有する手首部を設けることが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、ワークピースを不等間隔に搬送することができる搬送装置を提供することが記載されている。そのため、ワークピースを搬送するための複数のキャリッジと、これらキャリッジの上下方向の動きをガイドする第１のシャフトおよび第２のシャフトと、第１のシャフトを上下に動かす第１のシリンダと、第１のシャフトに対して第２のシャフトを上下に動かす第２のシリンダとを有する搬送装置を提供することが記載されている。
【０００５】
この搬送装置によりワークを搬送させるプレス成形装置の典型的なものとしては、特許文献４に記載されたものが知られている。このプレス成形装置は、上型と下型とで対をなす成形型が、それぞれの型締め・型開き方向に直列に連なって配置されている。このプレス成形装置は、さらに、複数の成形型の間で、板状のワーク（ワークピース）を搬送するための搬送手段を有している。搬送手段は、成形型の連なる方向に移動可能であり、ワークを上下一方の成形型から保持し、他方の成形型で解除する。そのため、この搬送手段は、それぞれの成形型の型締め・型開き方向に延びる１本のガイドと、ワークを支持することが可能な複数のアームとを備えている。そして、複数のアームは、ガイドに案内されて、一定の間隔を保ったまま一斉に昇降駆動される。
【０００６】
この成形装置では、ワークピースを保持する下型を前方に出して、それぞれのワークピースをそれに対応する高さのアームで保持し、下型を後方に戻し、次に、アームを一斉に上昇させる。その後、再び、下型を前方に出し、ワークピースをアームから離す。これにより、ワークピースは一段上の成形型にセットされるので、ワークピースは、下から上の成形型に順番に移動しながら所望の形状に成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−８１４２３号公報
【特許文献２】特開２００７−４４８３８号公報
【特許文献３】特開２００７−７７２０号公報
【特許文献４】特開２００２−１７８１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ワークピースを同位相、すなわち平行（並行）に持ち運ぶ機構の１つとして、特許文献１に記載されているように、旋回アームの旋回軸と同軸上に配置したチルト用モータの出力軸上のプーリと軸部材上のプーリにタイミングベルトを掛け回し、軸部材と一体のクロスバーが出力軸と同位相に保持されるようにすることが公知である。しかしながら、多関節アームへの適用は開示されていない。
【０００９】
多関節アームについては、特許文献２に記載されているように、ロボットの各制御軸を駆動するモータが要求され、関節毎に配置されたり、集中配置される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、第１のアームと、第１のアームの一方の端とベースとを連結し、ベースに対して第１のアームが旋回する第１のリンクと、第１のアームの他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、第１のアームに対して第２のアームが旋回する中間リンクと、第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、第２のアームに対してエンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有する多関節アームである。この多関節アームにおいて、第１のリンクは、第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、第１の駆動歯車と同軸状に配置され、ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含み、中間リンクは、第２のアームに対して同期して動き、第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された中間の駆動歯車と、第１のアームに対して同期して動く中間の伝達歯車とを含み、第２のリンクは、エンドエフェクタに対して同期して動き、中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む。
【００１１】
この多関節アームにおいては、中間リンクにより第２のアームを駆動できる。さらに、中間の伝達歯車は、第１のアームに対して同期して動き、タイミングベルトまたはタイミングチェーンにより第２の駆動歯車を駆動でき、エンドエフェクタの向きを制御できる。したがって、多関節アームにおいて、各軸を各モータで制御しなくても、第１のアームが旋回することにより、第２のアームおよびエンドエフェクタの向きを制御できる。
【００１２】
エンドエフェクタの向きは、第１のアームの旋回角度、すなわち、第１の伝達歯車と中間の駆動歯車とのギア比Ａと、第２の駆動歯車の旋回角度、すなわち、第２の駆動歯車と中間の伝達歯車とのギア比Ｂとにより制御でき、以下の条件（１）を満たすことにより、エンドエフェクタを並進（パラレル移動）させることができる。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ ・・・（１）
【００１３】
典型的なギア比Ａおよびギア比Ｂは２である。さらに、第１のリンクと中間リンクの距離と、中間リンクと第２のリンクとの距離を等しくすることにより、エンドエフェクタを直進させることも可能となる。
【００１４】
３節のアームに限らず、４節以上であってもよい。本発明の他の態様の１つは、第１のアームと、第１のアームの一方の端とベースとを連結し、ベースに対して第１のアームが旋回する第１のリンクと、第１のアームの他方の端と第１の中間アームの一方の端とを連結し、第１のアームに対して第１の中間アームが旋回する第１の中間リンクと、第１の中間アーム、または第１の中間アームに他の中間アームを介して連結された第２の中間アーム、の他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、第１の中間アームまたは第２の中間アームに対して第２のアームが旋回する第２の中間リンクと、第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、第２のアームに対してエンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有する多関節アームである。
【００１５】
この多関節アームの第１のリンクは、第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、第１の駆動歯車と同軸状に配置され、ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含む。また、第１の中間リンクは、第１の中間アームに対して同期して動き、第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第１の中間の駆動歯車と、第１のアームに対して同期して動く第１の中間の伝達歯車とを含む。第２の中間リンクは、第２のアームに対して同期して動き、第１の中間アームまたは第２の中間アームの一方の端に設けられた伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の中間の駆動歯車と、第１の中間アームまたは第２の中間アームに対して同期して動く第２の中間の伝達歯車とを含む。さらに、第２のリンクは、エンドエフェクタに対して同期して動き、第２の中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む。
【００１６】
中間アームは、一方の端の第１の中間の駆動歯車により旋回駆動され、上流のアームに同期して動く第１の中間の伝達歯車により他方の端の第２の中間の駆動歯車に位相が伝達される。たとえば、第１の中間の伝達歯車と第２の中間の駆動歯車とのギア比が１であれば、中間アームは蛇腹状に動き、第１の伝達歯車と第１の中間の駆動歯車とのギア比Ａと、第２の駆動歯車と第２の中間の伝達歯車とのギア比Ｂとが上記の条件（１）を満たすことによりエンドエフェクタを並進させることができる。
【００１７】
典型的なギア比Ａおよびギア比Ｂは２であり、第１のリンクと第１の中間リンクの距離と、第２の中間リンクと第２のリンクの距離と、中間アームの一方の端と他方の端との距離を等しくすることにより、エンドエフェクタを直進させることができる。
【００１８】
本発明の他の態様の１つは、上記の多関節アームを含むキャリッジであって、エンドエフェクタによりワークピースを着脱可能なキャリッジである。
【００１９】
本発明の他の態様の１つは、さらに、複数のキャリッジと、複数のキャリッジの第１の方向の動きをガイドするガイド構造と、ガイド構造に沿って延びた駆動軸であって、複数のキャリッジの多関節アームの第１の駆動歯車を同期して駆動し、多関節アームを第１の方向に対して異なる方向に伸び縮みさせる駆動軸とを有する、搬送装置である。ガイド構造の一例は、ガイド軸と、そのガイド軸を第１の方向に動かす駆動装置とを含むものである。
【００２０】
この搬送装置によれば、それぞれのキャリッジによりワークピースを吸着などの方法により把持し、第１の方向に移動するとともに、第１の方向に対して異なる方向、たとえば、直交する方向に多関節アームを伸縮させることによりワークピースを金型などの加工装置に対して出し入れできる。
【００２１】
駆動軸の典型的なものはスプライン軸である。搬送装置は、さらに、スプライン軸をスライドし、複数のキャリッジのそれぞれの第１の駆動歯車に動力を伝達するための複数のボールスプラインと、複数のボールスプラインからの駆動力をオンオフするための複数のクラッチとをさらに有することが望ましい。クラッチをオンオフすることにより、キャリッジの多関節アームの伸縮を制御できる。
【００２２】
本発明の他の態様の１つは、上記の搬送装置と、第１の方向に配置された複数の成形型を備えたプレス装置とを有する加工装置である。複数のキャリッジのそれぞれは、ガイド構造に沿って第１の停止位置と第２の停止位置との間を動き、第１の停止位置は、第１の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置であり、第２の停止位置は、第１の成形型よりも上流または下流に位置する第２の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置である。この加工装置において、複数の成形型は上下に配置できる。さらに、キャリッジが多関節アームにより伸縮するので、それぞれの成形型の下型が前後または左右にスライドする必要がない。したがって、この加工装置に含まれる複数の成形型は、それぞれの成形型の下型が前後または左右にスライドしない非スライドタイプであってもよい。
【００２３】
本発明の他の態様の１つは、上記に記載の多関節アームを有するロボットである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる加工装置および搬送装置を示す側面図。
【図２】多関節アームの概要を示す斜視図。
【図３】多関節アームが縮んだ状態を示す斜視図。
【図４】多関節アームが伸びた状態を示す斜視図。
【図５】多関節アームのリンク機構を模式的に示す図。
【図６】多関節アームが伸縮した状態を模式的に示す図。
【図７】異なる多関節アームを模式的に示す図。
【図８】多関節アームの実構造の一例を示す図。
【図９】図１の加工装置および搬送装置の制御を説明するためのフローチャート。
【図１０】搬送装置によりワークを把持する状態を示す側面図。
【図１１】搬送装置によりワークを保持した状態を示す側面図。
【図１２】搬送装置によりワークを上方の成形型にセットした状態を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に、本発明の搬送装置およびこの搬送装置を有する加工装置の一例を示してある。この加工装置４は、複数の成形型４１、４２、および４３を備えたプレス装置２と、ワークピースＷをプレス装置２に供給するための台車３と、複数の成形型４１〜４３および台車３との間でワークピースＷを搬送するための搬送装置１とを有している。
【００２６】
搬送装置１は、ワークピースＷを搬送するための複数のキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃと、これらキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの上下方向の動きをガイドする第１のガイド１４および第２のガイド１５とを有している。この搬送装置１は、第１および第２のガイド１４、１５としては、シャフトを用いており、これらのシャフト（ガイド構造、ガイド軸）１４および１５は、垂直方向に、並列に延びている。
【００２７】
これらキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、独立した状態で、個別に、シャフト１４および１５に沿って上下にスライドする。さらに、各々のキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、先端にワークピースＷを保持する機構１３を備えた多関節アーム（ロボットアーム）１００を搭載している。本例の保持機構１３は、バキュームによりワークピースＷを吸引支持する機能を備えている。ワークピースＷが磁性体であれば、保持機構１３として電磁石などを用いることも可能である。
【００２８】
第１のシャフト１４には、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの下側に当たって下側の停止位置（第１の停止位置）をそれぞれ決める第１のストッパ（カラー）１６ａ、１６ｂおよび１６ｃが取り付けられている。また、第２のシャフト１５には、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの下側に当たって、下側の停止位置に対して上側の停止位置（第２の停止位置）をそれぞれ決める第２のストッパ（カラー）１７ａ、１７ｂおよび１７ｃが取り付けられている。これらのストッパ１６ａ〜１６ｃおよび１７ａ〜１７ｃは、それぞれのシャフトに沿ってユーザーがマニュアルあるいは適当な治具で移動して、ユーザーが希望する適当な位置に固定することができる。
【００２９】
この搬送装置１は、第１のシャフト１４を上下に動かす第１の駆動装置１８と、第１のシャフト１４に対して第２のシャフト１５を上下に動かす第２の駆動装置１９と、第１のシャフト１４および第２のシャフト１５を同期して上下に動かす第３の駆動装置２０と、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００を駆動するための第４の駆動装置９０を有している。駆動装置１８、１９および２０は、それぞれ、アクチュエータとしてエアー駆動のシリンダを備えたシリンダタイプの駆動装置である。
【００３０】
第４の駆動装置９０は、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを上下に第１のシャフト１４および第２のシャフト１５に沿って延びたスプライン軸（駆動軸）９２と、スプライン軸９２を回転させる駆動モータ９１と、さらに、スプライン軸９２から各キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００に動力を伝達するためのボールスプライン９３とを含む。各ボールスプライン９３は、スプライン軸９２に沿って上下にスライドし、スプライン軸９２が回転すると、その回転を多関節アーム１００に伝達する。
【００３１】
第２のシリンダ１９は、ピストンロッド１９ａの先端部が第２のシャフト１５の基端部と連結され、基端部が、第１の支持部材２１を介して第１のシリンダ１８によって支持されている。したがって、第２のシリンダ１９を駆動させると、第２のシャフト１５を第１のシャフト１４に対して上下方向に移動できる。
【００３２】
第１のシリンダ１８は、ピストンロッド１８ａの先端部が第１のシャフト１４の基端部および第１の支持部材２１と連結されている。第１のシリンダ１８の基端部は、第２の支持部材２２を介して第３のシリンダ２０によって支持されている。したがって、第１のシリンダ１８を駆動させると、第１のシャフト１４が上下に移動するとともに、第２のシャフト１５および第２のシリンダ１９も上下に移動する。
【００３３】
第３のシリンダ２０は、ピストンロッド２０ａの先端部が第２の支持部材２２と連結されている。したがって、第３のシリンダ２０を駆動させると、第１のシャフト１４、第２のシャフト１５、第１のシリンダ１８および第２のシリンダ１９を共に、上下に移動できる。
【００３４】
この搬送装置１によりワークピースＷが搬送されるプレス装置２は、下側から、第１の成形型４１、第２の成形型４２、および、第３の成形型４３を備えており、これらの成形型４１〜４３は、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの移動方向、すなわち、本例においては上下に配置されている。さらに、プレス装置２は、成形型４１〜４３の下型４１ａ〜４３ａに対して上型４１ｂ〜４３ｂをそれぞれ上下方向に移動して下型４１ａ〜４３ａに受け入れられたワークピースＷをプレスする加圧機構４５を備えている。加圧機構４５は、さらに、ワークピースＷを各下型４１ａ〜４３ａに出し入れ（ロード・アンロード）するために、下型４１ａ〜４３ａに対して上型４１ｂ〜４３ｂを上げて成形型４１〜４３を開いた状態に保持する機能を備えている。
【００３５】
台車３は、ワークピースＷを搭載する積載部３ａを備えている。この台車３は、キャリッジ１０ａの移動範囲の第１の成形型４１よりも下側において、ワークピースＷを払い出す位置と、キャリッジ１０ａの移動範囲から外れて、新しいワークピースＷを受け入れる位置との間を往復動する。加工装置４は、さらに、制御ユニット５０を備えており、この制御ユニット５０を介して、第１、第２および第３のシリンダ１８、１９および２０と、第４の駆動装置９０と、台車３と、プレス装置２の加圧機構４５とが制御される。
【００３６】
図２に、多関節アーム１００の概略構成を示している。この多関節アーム１００は、第１のアーム１０１と、第１のアーム１０１の一方の端１０１ａとキャリッジ１０ａ〜１０ｃのベース（スライダ）１０とを連結し、ベース１０に対して第１のアーム１０１が旋回する第１のリンク１１０と、第１のアーム１０１の他方の端１０１ｂと第２のアーム１０２の一方の端１０２ａとを連結し、第１のアーム１０１に対して第２のアーム１０２が旋回する中間リンク１３０と、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂとエンドエフェクタ２００とを連結し、第２のアーム１０２に対してエンドエフェクタ２００が旋回する第２のリンク１２０とを有する。キャリッジ１０ａ〜１０ｃにおいては、エンドエフェクタ２００の先端には保持機構１３が取り付けられており、多関節アーム１００の先端でワークピースＷを着脱および保持可能になっている。
【００３７】
第１のリンク１１０は、第１のアーム１０１に対して同期して動く第１の駆動歯車１１１と、第１の駆動歯車１１１と同軸状に配置され、ベース１０に対して同期して動く第１の伝達歯車１１２とを含む。第１の伝達歯車１１２と、第１の駆動歯車１１１とは、第１の軸１１５に沿って上下に配置されており、第１の駆動歯車１１１に第１のアーム１０１の一方の端１０１ａが固定されている。一方、第１の伝達歯車１１２は、ベース１０に固定されている。また、第１の駆動歯車１１１は、ベースの駆動歯車９６とタイミングベルト（タイミングチェーンでもよい（以下においても同様））９７により接続され、ベースの駆動歯車９６は、ボールスプライン９３とクラッチ９５を介して接続されている。
【００３８】
したがって、スプライン軸９２が回転し、クラッチ９５がオンであれば、ベースの駆動歯車９６が回転し、タイミングベルト９７を介して第１の駆動歯車１１１が回転する。第１の駆動歯車１１１が、たとえば、時計方向に回転すると、それに連動（同期）して第１のアーム１０１が一方の端１０１ａを中心として時計方向に旋回する。一方、第１の伝達歯車１１２はベース１０に固定（同期）されているので回転しない。第１のアーム１０１を基準に考えると、第１の伝達歯車１１２は、反時計方向に回転する。
【００３９】
中間リンク１３０は、第２のアーム１０２に対して同期して動き、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１３９により接続された中間の駆動歯車１３１と、第１のアーム１０１に対して同期して動く中間の伝達歯車１３２とを含む。中間の伝達歯車１３２と、中間の駆動歯車１３１とは、中間軸１３５に沿って上下に配置されており、中間の駆動歯車１３１に第２のアーム１０２の一方の端１０２ａが固定されている。一方、中間の伝達歯車１３２は、プレートなどの固定部材１３６により第１のアーム１０１の他方の端１０１ｂに固定されている。
【００４０】
したがって、第１の駆動歯車１１１が時計方向に回転し、第１のアーム１０１が時計方向に旋回すると、中間の駆動歯車１３１がタイミングベルト１３９を介して第１の伝達歯車１１２により反時計方向に回転される。このため、中間の駆動歯車１３１に連動（同期）して第２のアーム１０２は一方の端１０２ａを中心に反時計方向に旋回する。一方、中間の伝達歯車１３２は第１のアーム１０１に固定（同期）されているので、相対的に時計方向に回転する。
【００４１】
第２のリンク１２０は、エンドエフェクタ２００に対して同期して動き、中間の伝達歯車１３２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１２９により接続された第２の駆動歯車１２１を含む。第２の駆動歯車１２１は、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂの第２の軸１２５に回転可能に設けられており、エンドエフェクタ２００は第２の駆動歯車１２１に固定されている。
【００４２】
したがって、中間の駆動歯車１３１が反時計方向に回転し、第２のアーム１０２が反時計方向に旋回すると、第２の駆動歯車１２１がタイミングベルト１２９を介して中間の伝達歯車１３２により時計方向に回転される。このため、第２の駆動歯車１２１に連動（同期）してエンドエフェクタ２００は、第２のアーム１０２に対して、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂを中心に時計方向に旋回する。このため、ベース１０に対するエンドエフェクタ２００の向きを変えずに、ベース１０に対して多関節アーム１００を伸縮させることができる。すなわち、多関節アーム１００を伸縮させることで、エンドエフェクタ２００を並進させることができる。
【００４３】
図３に、多関節アーム１００を縮めてエンドエフェクタ２００がホームポジションに位置した状態を示している。また、図４に、多関節アーム１００を図２の状態よりもさらに延ばした状態を示している。この多関節アーム１００は、第１の伝達歯車１１２と中間の駆動歯車１３１とのギア比（減速比）Ａと、第２の駆動歯車１２１と中間の伝達歯車１３２とのギア比（減速比）Ｂとを「２」に設定している。さらに、第１のリンク１１０と中間リンク１３０の距離Ｌ１と、中間リンク１３０と第２のリンク１２０との距離Ｌ２とを等しくしている。すなわち、第１のアーム１０１の一方の端１０１ａと他方の端１０１ｂとの距離Ｌ１と、第２のアーム１０２の一方の端１０２ａと他方の端１０２ｂとの距離Ｌ２とを等しくしている。このため、図３および図４に示すように、第２のリンク１２０の第２の駆動歯車１２１は、第１のリンク１１０の第１の伝達歯車１１２に対して直線Ｘに沿って移動し、第１の伝達歯車１１２に対して第２の駆動歯車１２１は回転しない。
【００４４】
すなわち、この多関節アーム１００においては、アーム１００が伸縮したときに、第２の駆動歯車１２１は、第１の伝達歯車１１２およびベース１０に対して回転せずに並行に直進する。このため、スプライン軸９２を回転することにより、エンドエフェクタ２００および保持機構１３を、姿勢を変えずに直進させることができ、ワークピースＷをそれぞれの成形型４１〜４３にロードおよびアンロードできる。
【００４５】
図５に、多関節アーム１００の連結機構を模式的に示している。第１のリンク１１０の第１の駆動歯車１１１が時計方向に角度θ１だけ回転した場合を考える。第１のアーム１０１は一方の端１０１ａを中心に角度θ１だけ回転する。第１のリンク１１０の第１の伝達歯車１１２は、第１のアーム１０１に対して角度θ１だけ反時計方向に回転する。
【００４６】
中間リンク１３０において、中間の駆動歯車１３１は、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト１３９により連結しているので、以下の式（２）で表わされる角度θ２だけ反時計方向に回転する。
θ２＝θ１・Ａ２／Ｍ１・・・（２）
ただし、「Ａ２」は第１の伝達歯車１１２の歯数であり、「Ｍ１」は中間の駆動歯車１３１の歯数である。
【００４７】
第２のアーム１０２は、中間の駆動歯車１３１に同期して、第２のアーム１０２の一方の端１０２ａを中心に角度θ２だけ旋回し、第２のアーム１０２は、ホームポジションの姿勢に対して以下の式（３）で表わされる角度θ３だけ傾く。
θ３＝θ２−θ１＝θ１・（Ａ２／Ｍ１−１）・・・（３）
【００４８】
第２のリンク１２０の駆動歯車１２１は、中間リンク１３０の伝達歯車１３２とタイミングベルト１２９により連結している。中間リンク１３０の伝達歯車１３２は、第１のアーム１０１に同期しているので、第２のアーム１０２に対して角度θ２だけ時計方向に回転する。したがって、駆動歯車１２１は、以下の式（４）で表わされる角度θ４だけ時計方向に回転する。
θ４＝θ２・Ｍ２／Ｂ１＝θ１・Ａ２／Ｍ１・Ｍ２／Ｂ１・・・（４）
ただし、「Ｂ１」は第２の駆動歯車１２１の歯数であり、「Ｍ２」は中間の伝達歯車１３２の歯数である。
【００４９】
第２の駆動歯車１２１が並進する条件は、以下の通りである。
θ３＝θ４
θ１・（Ａ２／Ｍ１−１）＝θ１・Ａ２／Ｍ１・Ｍ２／Ｂ１・・・（５）
【００５０】
第１の伝達歯車１１２の歯数Ａ２と中間の駆動歯車１３１の歯数Ｍ１との比（ギア比、減速比）を「Ａ」とし、第２の駆動歯車１２１の歯数Ｂ１と中間の伝達歯車１３２の歯数Ｍ２との比（ギア比、減速比）を「Ｂ」とすると、この多関節アーム１００においてエンドエフェクタ２００が並進する条件は以下のようになる。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ・・・（１）
【００５１】
この条件（１）を満足するギア比ＡおよびＢの典型的な数字は「２」である。その他に、この条件（１）を満足するギア比ＡおよびＢの組み合わせは（３、３／２）、（４、４／３）などがある。
【００５２】
さらに、ギア比ＡおよびＢが「２」の場合、式（２）からわかるように、角度θ２は角度θ１の２倍となる。このため、第１のアーム１０１の長さＬ１と、第２のアーム１０２の長さＬ２とを等しくすることにより、第１のリンク１１０、中間リンク１３０および第２のリンク１２０が二等辺三角形の各頂点の位置を保った状態で、この多関節アーム１００は伸縮する。
【００５３】
したがって、図６に示すように、多関節アーム１００は、アームが最も縮んだホームポジションＰ１からアームが最も伸びたポジションＰ２の間で、第２のリンク１２０は直線Ｘの上を動き、さらに、第２のリンク１２０の駆動歯車１２１は、第１のリンク１１０の伝達歯車１１２に対して同位相となり相対的に回転しない。このため、第２のリンク１２０の駆動歯車１２１に固定されたエンドエフェクタ２００は、多関節アーム１００を伸縮させることにより、直線Ｘまたはそれに平行な直線上を並進する。
【００５４】
この多関節アーム１００は、中間リンクが２以上であってもよい。図７に、中間リンクが２以上の例のリンク機構を模式的に示している。この多関節アーム１００は、第１のアーム１０１と、第１のアーム１０１の一方の端１０１ａとベース１０とを連結し、ベース１０に対して第１のアーム１０１が旋回する第１のリンク１１０と、第１のアーム１０１の他方の端１０１ｂと第１の中間アーム１０３の一方の端１０３ａとを連結し、第１のアーム１０１に対して第１の中間アーム１０３が旋回する第１の中間リンク１３０と、第１の中間アーム１０３、または第１の中間アーム１０３に他の中間アーム１０４を介して連結された第２の中間アーム１０５、の他方の端１０３ｂまたは１０５ｂと第２のアーム１０２の一方の端１０２ａとを連結し、第１の中間アーム１０３または第２の中間アーム１０５に対して第２のアーム１０２が旋回する第２の中間リンク１４０と、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂとエンドエフェクタ２００とを連結し、第２のアーム１０２に対してエンドエフェクタ２００が旋回する第２のリンク１２０とを有する。
【００５５】
この多関節アーム１００の第１のリンク１１０は、第１のアーム１０１に対して同期（連動）して動く第１の駆動歯車１１１と、第１の駆動歯車１１１と同軸状に配置され、ベース１０に対して同期して動く（固定された）第１の伝達歯車１１２とを含む。第１の中間リンク１３０は、第１の中間アーム１０３に対して同期（連動）して動き、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１３９により接続された第１の中間の駆動歯車１３１と、第１のアーム１０１に対して同期して動く（固定された）第１の中間の伝達歯車１３２とを含む。第２の中間リンク１４０は、第２のアーム１０２に対して同期（連動）して動き、第１の中間アーム１０３または第２の中間アーム１０４の一方の端１０３ａまたは１０５ａに設けられた伝達歯車１３２または１５２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１４９により接続された第２の中間の駆動歯車１４１と、第１の中間アーム１０３または第２の中間アーム１０５に対して同期して動く（固定された）第２の中間の伝達歯車１４２とを含む。第２のリンク１２０は、エンドエフェクタ２００に対して同期（連動）して動き、第２の中間の伝達歯車１４２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１２９により接続された第２の駆動歯車１２１を含む。
【００５６】
この多関節アーム１００において、中間アーム１０３は１つであっても、複数、たとえば中間アーム１０５または、１または複数の中間アーム１０４を含んでいてもよい。中間アーム１０５または１０４を連結する中間リンク１５０は、中間アーム１０４同士を連結する中間リンク１５０を例にすると、下流（自己）の中間アーム１０４に対して同期（連動）して動き、その中間アーム１０４の上流の中間アーム１０４の一方の端１０４ａに設けられた伝達歯車１５２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１５９により接続された駆動歯車１５１と、上流の中間アーム１０４に対して同期して動く（固定された）伝達歯車１５２とを含む。
【００５７】
この中間リンク１５０の駆動歯車１５１と伝達歯車１５２とのギア比が「１」であれば、位相関係を第１のリンク１１０の伝達歯車１１２から、第２のリンク１２０の駆動歯車１２１に伝達することが可能である。したがって、第１の伝達歯車１１２と第１の中間の駆動歯車１３１とのギア比Ａと、第２の駆動歯車１２１と第２の中間の伝達歯車１３２または１５２とのギア比Ｂとが上記の（１）式の条件を満たすことによりエンドエフェクタ２００を並進させることができる。
【００５８】
さらに、中間アーム１０３、１０４および１０５の長さを第１のアーム１０１および第２のアーム１０２と同じにし、中間リンク１３０、１４０、１５０の総数を奇数にすることにより第１のリンク１１０に対して第２のリンク１２０を直進させることができる。
【００５９】
図８は、多関節アーム１００の具体的な構成例を示している。第１のリンク１１０の第１の駆動歯車１１１は、ベース１０に対して自由に回転する第１の軸１１５に固定されており、第１の軸１１５が第１のアーム１０１に固定されている。第１の伝達歯車１１２は、第１の軸１１５に対して自由に回転し、ベース１０にねじにより固定されている。したがって、第１の駆動歯車１１１は第１のアーム１０１を旋回させ、第１の伝達歯車１１２はベース１０に対する第１のアーム１０１の位相変化（角度変位）をタイミングベルト１３９により中間リンク１３０へ伝達する。
【００６０】
中間リンク１３０の中間の駆動歯車１３１は、第１のアーム１０１に対して自由に回転する下側の中間軸１３５ａに固定されており、この下側の中間軸１３５ａに第２のアーム１０２が固定されている。中間の伝達歯車１３２は、下側の中間軸１３５ａと同軸状に配置された上側の中間軸１３５ｂであって、第２のアーム１０２に対して自由に回転する中間軸１３５ｂに固定されている。この上側の中間軸１３５ｂは、プレート１３６により第１のアーム１０１に固定されている。したがって、中間の駆動歯車１３１は第２のアーム１０２を旋回させ、中間の伝達歯車１３２は第１のアーム１０１に対する第２のアーム１０２の位相変化（角度変位）をタイミングベルト１２９により第２のリンク１２０へ伝達する。
【００６１】
第２のリンク１２０の第２の駆動歯車１２１は、第２のアーム１０２に対して自由に回転する第２の軸１２５に固定され、第２の軸１２５にエンドエフェクタ２００が固定されている。したがって、第２の駆動歯車１２１は、第２のアーム１０２に対してエンドエフェクタ２００の向きを制御し、エンドエフェクタ２００を第１の伝達歯車１１２に対して位相を変えずに平行に進めることができる。
【００６２】
図１に戻って、加工装置４においては、台車３に積載されたワークピースＷの上面と第１の成形型４１の下型４１ａに支持されたワークピースＷの上面とが間隔Ｌ１、第１の成形型４１の下型４１ａに支持されたワークピースＷの上面と第２の成形型４２の下型４２ａに支持されたワークピースＷの上面とが間隔Ｌ２、第２の成形型４２の下型４２ａに支持されたワークピースＷの上面と第３の成形型４３の下型４３ａに支持されたワークピースＷの上面とが間隔Ｌ３となるように、台車３とプレス装置２とが水平面Ｆに対して調整されている。したがって、台車３から第１の成形型４１の下型４１ａまでのワークピースＷの移動距離は間隔Ｌ１となり、第１の成形型４１の下型４１ａから第２の成形型４２の下型４２ａまでのワークピースＷの移動距離は間隔Ｌ２となり、第２の成形型４２の下型４２ａから第３の成形型４３の下型４３ａまでのワークピースＷの移動距離が間隔Ｌ３となる。そして、これらの間隔Ｌ１、間隔Ｌ２、間隔Ｌ３は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３となっている。本例の加工装置４においては、これらの間隔Ｌ１、間隔Ｌ２、間隔Ｌ３の関係を、成形型の形状、大きさなどによって任意に決めることが可能であり、ワークピースを移動する距離を一律に揃える必要はない。
【００６３】
搬送装置１の各々のシャフト１４および１５に取り付けられたストッパ１６ａ〜１６ｃおよびストッパ１７ａ〜１７ｃの位置は、プレス装置２の成形型４１〜４３にワークピースＷをロード（配給）し、アンロード（取得）する位置との関係により決まる。下から上に向かってワークピースＷを搬送する場合、第１のシャフト１４の一番下の第１のストッパ１６ａにより決まるキャリッジ１０ａの第１の停止位置は、台車３からワークピースＷをアンロードするための位置である。第２のシャフト１５の一番下の第２のストッパ１７ａにより決まるキャリッジ１０ａの第２の停止位置は、第１の成形型４１にワークピースＷをロードするための位置である。第１のシャフト１４の真中の第１のストッパ１６ｂにより決まるキャリッジ１０ｂの第１の停止位置は、第１の成形型４１からワークピースＷをアンロードするための位置である。第２のシャフト１５の真中の第２のストッパ１７ｂにより決まるキャリッジ１０ｂの第２の停止位置は、第１の成形型４１よりも上側に位置する第２の成形型４２にワークピースＷをロードするための位置である。
【００６４】
第１のシャフト１４の一番上の第１のストッパ１６ｃにより決まるキャリッジ１０ｃの第１の停止位置は、第２の成形型４２からワークピースＷをアンロードするための位置である。第２のシャフト１５の一番上の第２のストッパ１７ｃにより決まるキャリッジ１０ｃの第２の停止位置は、第２の成形型４２よりも上側に位置する第３の成形型４３にワークピースＷをロードするための位置である。ワークピースＷを上から下に搬送する場合は、ロードとアンロードが逆転する。
【００６５】
このため、第１のシャフト１４においては、第１のストッパ１６ａと第１のストッパ１６ｂは間隔Ｌ１となるように、第１のストッパ１６ｂと第１のストッパ１６ｃは間隔Ｌ２となるようにセットされている。また、第２のシャフト１５においては、第２のストッパ１７ａと第２のストッパ１７ｂは間隔Ｌ２となるように、第２のストッパ１７ｂと第２のストッパ１７ｃは間隔Ｌ３となるように設定されている。それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃの停止位置における間隔は、これらのストッパ１６ａ〜１６ｃおよび１７ａ〜１７ｃにより決まるが、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃのプレス装置２に対する第１および第２の停止位置は、これらのストッパ１６ａ〜１６ｃおよび１７ａ〜１７ｃの位置だけでは決まらず、第１のシリンダ１８および第２のシリンダ１９のストロークも加味される。すなわち、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃの下方の第１の停止位置は、第１のシリンダ１８がストロークの設定範囲で最も下側に動いた位置により決まる。また、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃの上側の第２の停止位置は、第１のシリンダ１８がストロークの設定範囲で最も上側に動き、さらに、第２のシリンダ１９がストロークの設定範囲で最も上側に動いた位置により決まる。
【００６６】
さらに、第３のシリンダ２０は、第１のシャフト１４および第２のシャフト１５を共に動かして第１および第２の停止位置における共通の動きを制御する。それは、下型に対してワークピースをロードおよびアンロードする際にワークピースＷを僅かに上下に動かす動作であり、成形型４１〜４３が前後に動く際にワークピースＷと干渉しないようにするための動作である。このため、第３のシリンダ２０のストロークＬ４は、各成形型の下型４１ａ〜４３ａの上面に対して干渉しない程度に十分な距離が確保できるように設定されている。
【００６７】
図９に、制御ユニット５０により、搬送装置１の制御を含めた加工装置４の制御の概要をフローチャートにより示している。ステップＳ１において、プレス装置２のプレスが終了すると、成形型４１〜４３の上型と下型とが開いて、ワークピースＷを交換できる状態になる。ステップＳ２において、図１に示すように、搬送装置１は、第３のシリンダ２０を伸ばし、第１のシリンダ１８および第２のシリンダ１９を縮めた状態になる。したがって、キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、それぞれのキャリッジの第１の停止位置（下側の停止位置）で停止している。この状態で、新しいワークピースＷを積載させた台車３をキャリッジ１０ａの下側に向けて前方に移動させる。それとともに、搬送装置１においては、モータ９１によりスプライン軸９２を回転し、キャリッジ１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００を伸ばす。最下のキャリッジ１０ａにおいては、クラッチ９５をオフし、多関節アーム１００を縮めた状態にする。
【００６８】
ステップＳ３において、図１０に示すように、第３のシリンダ２０をＬ４だけ下方に駆動させ、第１のキャリッジ１０ａに搭載された保持機構１３により、台車３に積載された新しいワークピースＷを吸着する。それとともに、第２および第３のキャリッジ１０ｂおよび１０ｃに搭載された保持機構１３により、第１および第２の成形型４１、４２の下型４１ａ、４２ａからワークピースＷをそれぞれ吸着保持する。
【００６９】
ステップＳ４において、第３のシリンダ２０をストロークＬ４だけ上昇させる。その後、ステップＳ５において、図１１に示すように、台車３を退去させるとともに、搬送装置１のスプライン軸９２を逆転させて、キャリッジ１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００を縮める。最下のキャリッジ１０ａにおいては、クラッチ９５をオフし、多関節アーム１００を縮めた状態で維持する。
【００７０】
この段階で、各キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、第１のシャフト１４のストッパ１６ａ〜１６ｃによって支持された下側の第１の停止位置においてワークピースＷを吸着保持した状態となる。したがって、ステップＳ６において、第１および第２のシリンダ１８および１９を駆動させてピストンロッド１８ａおよび１９ａを上方へ伸ばすと、ワークピースＷが上方へ搬送される。その途中で、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、第１のストッパ１６ａ、１６ｂおよび１６ｃから、第２のストッパ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃに乗り移る。第２のシャフト１５が停止したときにキャリッジ１０ａ〜１０ｃは第２のストッパ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃの位置でストップする。したがって、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの間隔は、下側の停止位置では、第１のシャフト１４により決まり、上側の停止位置では第２のシャフト１５により決まる。
【００７１】
ステップＳ７において、図１２に示すように、搬送装置１のスプライン軸９２を回転させて、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの多関節アーム１００を伸ばす。このときは、最下のキャリッジ１０ａにおいてもクラッチ９５をオンし、多関節アーム１００を伸ばす。そして、ステップＳ８において、第３のシリンダ２０をストロークＬ４だけ下方へ駆動させ、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃがアーム１００の先端の保持機構１３により吸着保持していたワークピースＷを下型４１ａ、４２ａおよび４３ａにそれぞれリリース（アンロード）する。これにより、ワークピースＷは下側の成形型から上側の成形型に順番に移動される。
【００７２】
ステップＳ９において、第３のシリンダ２０をＬ４だけ上昇させてクリアランスを確保する。その後、ステップＳ１０において、搬送装置１のスプライン軸９２を逆転させて、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの多関節アーム１００を縮める。プレス装置２は、各々の成形型４１〜４３によりプレスを開始できる。ステップＳ１１において、第１および第２のシリンダ１８および１９を下方へ駆動させ、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを、上方の第２の停止位置から、元の下方の第１の停止位置に戻す。この下降工程Ｓ１１における、各キャリッジ１０ａ〜１０ｃの動きは、上述した上昇工程Ｓ６と反対であり、第１のシャフト１４および第２のシャフト１５をそれぞれ下側に駆動することで、キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、まず、第２のシャフト１５の第２のストッパ１７ａ〜１７ｃによりそれぞれ支持された状態で第１のシャフト１４をスライドする。随時、キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、第１のシャフト１４の第１のストッパ１６ａ〜１６ｃに乗り移り、第２のシャフト１５に対してはスライドする。そしてキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、第１のシャフト１４により停止した状態に移行する。
【００７３】
搬送装置１は第１のシャフト１４と第２のシャフト１５とを備えており、それぞれに第１のストッパ１６ａ〜１６ｃと、第２のストッパ１７ａ〜１７ｃとを所望の位置に設定でき、それぞれのストッパにより３つのキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの下側の停止位置および上側の停止位置を独立して決定できる。したがって、成形型の高さ方向の間隔が均等ではないプレス装置２に対しても、ワークピースＷを下側と上側とでは異なる間隔で保持し、上下に搬送できる。
【００７４】
さらに、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、多関節アーム１００を備えており、この多関節アーム１００は、伸び縮みさせることにより保持機構１３を直線的に動かし、並進させることができる。したがって、各成形型４１〜４３にワークピースＷをロードおよびアンロードするために、それぞれの成形型４１〜４３の下型４１ａ〜４３ａを前後または左右にスライドさせる必要がない。このため、下型４１ａ〜４３ａを前後または左右にスライドさせる機構は不要である。さらに、重量物である下型４１ａ〜４３ａを前後または左右にスライドさせる時間に対して、軽量のワークピースＷを多関節アーム１００により前後に動かす時間の方が通常は短いので、加工装置４を用いてワークピースＷを成形する時間を短縮できる。
【００７５】
また、搬送装置１における多関節アーム１００の伸縮は、クラッチ９５のオンオフにより、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの単位で制御できる。したがって、搬送装置１により、成形型４１〜４３にワークピースＷをセットしたり、台車３からワークピースＷを取り出したり、さらに、異なる加工装置あるいは排出装置にワークピースＷを払い出したりすることが可能であり、搬送装置１は、多関節アーム１００を備えたロボットとして多種多様な目的に使用できる。
【００７６】
なお、本実施形態では、３つのキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを備えた搬送装置を示しているが、キャリッジの数はこれに限定されるものでない。また、１つのワークピースを搬送するために複数のキャリッジを消費するような構成も可能である。さらに、キャリッジのガイドとしてシャフトを採用した例を示しているが、レールなどの他のキャリッジをスライド支持できるガイド構造を採用することも可能である。また、上記では、上下方向に成形型が並んだプレス装置に対して、本発明の搬送装置によりワークを搬送する加工装置を示しているが、搬送装置あるいは多関節アームを備えたロボットは他の種々の加工機能を備えた装置に対してもワークピースを搬送できる。また、エンドエフェクタはワークピースを保持する機構に限られず、この多関節アームを備えたロボットは、エンドエフェクタを変えることにより多種多様な産業用あるいは民生用のロボットとして使用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 搬送装置、 ２ プレス装置、 ４ 加工装置
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ キャリッジ
４１，４２，４３ 成形型
１００ 多関節アーム
Ｗ ワークピース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアーム、ワーク搬送などに適した多関節アームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トランスファプレスのワーク搬送装置が開示されている。この文献１の搬送装置は、プレスラインを挟む左右位置に、ＬＭガイドを備えたコモンベースを設置し、ＬＭガイドにスライド自在に取り付けたキャリッジを、昇降用モータに連結したスクリューにて昇降駆動できるようにしたものである。キャリッジに、旋回アームの基端部を回動可能に取り付けて、旋回用モータによりプレスライン方向へ旋回作動できるようにし、さらに、左右の旋回アームの先端部にそれぞれ回転自在に取り付けた軸部材に、ワーク保持具付きのクロスバーの両端部を連結し、旋回アームの旋回軸と同軸上に配置したチルト用モータの出力軸上のプーリと軸部材上のプーリにタイミングベルトを掛け回し、軸部材と一体のクロスバーが出力軸と同位相に保持されるようにすることが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、多関節アームを駆動するとき負荷を低減し、モータ容量の縮小化を図り、省エネルギの産業用ロボットを提供することが記載されている。この文献２にはロボットに、ロボットの各制御軸を駆動するモータが集中配置されるベース部を最上位の位置に配置し、ベース部から水平多関節アームを垂設し、上下方向に移動自在な上下アームを水平多関節アームの先端部に設け、上下アームの下端部にエンドエフェクタを有する手首部を設けることが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、ワークピースを不等間隔に搬送することができる搬送装置を提供することが記載されている。そのため、ワークピースを搬送するための複数のキャリッジと、これらキャリッジの上下方向の動きをガイドする第１のシャフトおよび第２のシャフトと、第１のシャフトを上下に動かす第１のシリンダと、第１のシャフトに対して第２のシャフトを上下に動かす第２のシリンダとを有する搬送装置を提供することが記載されている。
【０００５】
この搬送装置によりワークを搬送させるプレス成形装置の典型的なものとしては、特許文献４に記載されたものが知られている。このプレス成形装置は、上型と下型とで対をなす成形型が、それぞれの型締め・型開き方向に直列に連なって配置されている。このプレス成形装置は、さらに、複数の成形型の間で、板状のワーク（ワークピース）を搬送するための搬送手段を有している。搬送手段は、成形型の連なる方向に移動可能であり、ワークを上下一方の成形型から保持し、他方の成形型で解除する。そのため、この搬送手段は、それぞれの成形型の型締め・型開き方向に延びる１本のガイドと、ワークを支持することが可能な複数のアームとを備えている。そして、複数のアームは、ガイドに案内されて、一定の間隔を保ったまま一斉に昇降駆動される。
【０００６】
この成形装置では、ワークピースを保持する下型を前方に出して、それぞれのワークピースをそれに対応する高さのアームで保持し、下型を後方に戻し、次に、アームを一斉に上昇させる。その後、再び、下型を前方に出し、ワークピースをアームから離す。これにより、ワークピースは一段上の成形型にセットされるので、ワークピースは、下から上の成形型に順番に移動しながら所望の形状に成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−８１４２３号公報
【特許文献２】特開２００７−４４８３８号公報
【特許文献３】特開２００７−７７２０号公報
【特許文献４】特開２００２−１７８１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ワークピースを同位相、すなわち平行（並行）に持ち運ぶ機構の１つとして、特許文献１に記載されているように、旋回アームの旋回軸と同軸上に配置したチルト用モータの出力軸上のプーリと軸部材上のプーリにタイミングベルトを掛け回し、軸部材と一体のクロスバーが出力軸と同位相に保持されるようにすることが公知である。しかしながら、多関節アームへの適用は開示されていない。
【０００９】
多関節アームについては、特許文献２に記載されているように、ロボットの各制御軸を駆動するモータが要求され、関節毎に配置されたり、集中配置される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、第１のアームと、第１のアームの一方の端とベースとを連結し、ベースに対して第１のアームが旋回する第１のリンクと、第１のアームの他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、第１のアームに対して第２のアームが旋回する中間リンクと、第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、第２のアームに対してエンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有する多関節アームである。この多関節アームにおいて、第１のリンクは、第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、第１の駆動歯車と同軸状に配置され、ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含み、中間リンクは、第２のアームに対して同期して動き、第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された中間の駆動歯車と、第１のアームに対して同期して動く中間の伝達歯車とを含み、第２のリンクは、エンドエフェクタに対して同期して動き、中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む。
【００１１】
この多関節アームにおいては、中間リンクにより第２のアームを駆動できる。さらに、中間の伝達歯車は、第１のアームに対して同期して動き、タイミングベルトまたはタイミングチェーンにより第２の駆動歯車を駆動でき、エンドエフェクタの向きを制御できる。したがって、多関節アームにおいて、各軸を各モータで制御しなくても、第１のアームが旋回することにより、第２のアームおよびエンドエフェクタの向きを制御できる。
【００１２】
エンドエフェクタの向きは、第１のアームの旋回角度、すなわち、第１の伝達歯車と中間の駆動歯車とのギア比Ａと、第２の駆動歯車の旋回角度、すなわち、第２の駆動歯車と中間の伝達歯車とのギア比Ｂとにより制御でき、以下の条件（１）を満たすことにより、エンドエフェクタを並進（パラレル移動）させることができる。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ ・・・（１）
【００１３】
典型的なギア比Ａおよびギア比Ｂは２である。さらに、第１のリンクと中間リンクの距離と、中間リンクと第２のリンクとの距離を等しくすることにより、エンドエフェクタを直進させることも可能となる。
【００１４】
３節のアームに限らず、４節以上であってもよい。本発明の他の態様の１つは、第１のアームと、第１のアームの一方の端とベースとを連結し、ベースに対して第１のアームが旋回する第１のリンクと、第１のアームの他方の端と第１の中間アームの一方の端とを連結し、第１のアームに対して第１の中間アームが旋回する第１の中間リンクと、第１の中間アーム、または第１の中間アームに他の中間アームを介して連結された第２の中間アーム、の他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、第１の中間アームまたは第２の中間アームに対して第２のアームが旋回する第２の中間リンクと、第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、第２のアームに対してエンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有する多関節アームである。
【００１５】
この多関節アームの第１のリンクは、第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、第１の駆動歯車と同軸状に配置され、ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含む。また、第１の中間リンクは、第１の中間アームに対して同期して動き、第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第１の中間の駆動歯車と、第１のアームに対して同期して動く第１の中間の伝達歯車とを含む。第２の中間リンクは、第２のアームに対して同期して動き、第１の中間アームまたは第２の中間アームの一方の端に設けられた伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の中間の駆動歯車と、第１の中間アームまたは第２の中間アームに対して同期して動く第２の中間の伝達歯車とを含む。さらに、第２のリンクは、エンドエフェクタに対して同期して動き、第２の中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む。
【００１６】
中間アームは、一方の端の第１の中間の駆動歯車により旋回駆動され、上流のアームに同期して動く第１の中間の伝達歯車により他方の端の第２の中間の駆動歯車に位相が伝達される。たとえば、第１の中間の伝達歯車と第２の中間の駆動歯車とのギア比が１であれば、中間アームは蛇腹状に動き、第１の伝達歯車と第１の中間の駆動歯車とのギア比Ａと、第２の駆動歯車と第２の中間の伝達歯車とのギア比Ｂとが上記の条件（１）を満たすことによりエンドエフェクタを並進させることができる。
【００１７】
典型的なギア比Ａおよびギア比Ｂは２であり、第１のリンクと第１の中間リンクの距離と、第２の中間リンクと第２のリンクの距離と、中間アームの一方の端と他方の端との距離を等しくすることにより、エンドエフェクタを直進させることができる。
【００１８】
本発明の他の態様の１つは、上記の多関節アームを含むキャリッジであって、エンドエフェクタによりワークピースを着脱可能なキャリッジである。
【００１９】
本発明の他の態様の１つは、さらに、複数のキャリッジと、複数のキャリッジの第１の方向の動きをガイドするガイド構造と、ガイド構造に沿って延びた駆動軸であって、複数のキャリッジの多関節アームの第１の駆動歯車を同期して駆動し、多関節アームを第１の方向に対して異なる方向に伸び縮みさせる駆動軸とを有する、搬送装置である。ガイド構造の一例は、ガイド軸と、そのガイド軸を第１の方向に動かす駆動装置とを含むものである。
【００２０】
この搬送装置によれば、それぞれのキャリッジによりワークピースを吸着などの方法により把持し、第１の方向に移動するとともに、第１の方向に対して異なる方向、たとえば、直交する方向に多関節アームを伸縮させることによりワークピースを金型などの加工装置に対して出し入れできる。
【００２１】
駆動軸の典型的なものはスプライン軸である。搬送装置は、さらに、スプライン軸をスライドし、複数のキャリッジのそれぞれの第１の駆動歯車に動力を伝達するための複数のボールスプラインと、複数のボールスプラインからの駆動力をオンオフするための複数のクラッチとをさらに有することが望ましい。クラッチをオンオフすることにより、キャリッジの多関節アームの伸縮を制御できる。
【００２２】
本発明の他の態様の１つは、上記の搬送装置と、第１の方向に配置された複数の成形型を備えたプレス装置とを有する加工装置である。複数のキャリッジのそれぞれは、ガイド構造に沿って第１の停止位置と第２の停止位置との間を動き、第１の停止位置は、第１の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置であり、第２の停止位置は、第１の成形型よりも上流または下流に位置する第２の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置である。この加工装置において、複数の成形型は上下に配置できる。さらに、キャリッジが多関節アームにより伸縮するので、それぞれの成形型の下型が前後または左右にスライドする必要がない。したがって、この加工装置に含まれる複数の成形型は、それぞれの成形型の下型が前後または左右にスライドしない非スライドタイプであってもよい。
【００２３】
本発明の他の態様の１つは、上記に記載の多関節アームを有するロボットである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる加工装置および搬送装置を示す側面図。
【図２】多関節アームの概要を示す斜視図。
【図３】多関節アームが縮んだ状態を示す斜視図。
【図４】多関節アームが伸びた状態を示す斜視図。
【図５】多関節アームのリンク機構を模式的に示す図。
【図６】多関節アームが伸縮した状態を模式的に示す図。
【図７】異なる多関節アームを模式的に示す図。
【図８】多関節アームの実構造の一例を示す図。
【図９】図１の加工装置および搬送装置の制御を説明するためのフローチャート。
【図１０】搬送装置によりワークを把持する状態を示す側面図。
【図１１】搬送装置によりワークを保持した状態を示す側面図。
【図１２】搬送装置によりワークを上方の成形型にセットした状態を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に、本発明の搬送装置およびこの搬送装置を有する加工装置の一例を示してある。この加工装置４は、複数の成形型４１、４２、および４３を備えたプレス装置２と、ワークピースＷをプレス装置２に供給するための台車３と、複数の成形型４１〜４３および台車３との間でワークピースＷを搬送するための搬送装置１とを有している。
【００２６】
搬送装置１は、ワークピースＷを搬送するための複数のキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃと、これらキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの上下方向の動きをガイドする第１のガイド１４および第２のガイド１５とを有している。この搬送装置１は、第１および第２のガイド１４、１５としては、シャフトを用いており、これらのシャフト（ガイド構造、ガイド軸）１４および１５は、垂直方向に、並列に延びている。
【００２７】
これらキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、独立した状態で、個別に、シャフト１４および１５に沿って上下にスライドする。さらに、各々のキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、先端にワークピースＷを保持する機構１３を備えた多関節アーム（ロボットアーム）１００を搭載している。本例の保持機構１３は、バキュームによりワークピースＷを吸引支持する機能を備えている。ワークピースＷが磁性体であれば、保持機構１３として電磁石などを用いることも可能である。
【００２８】
第１のシャフト１４には、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの下側に当たって下側の停止位置（第１の停止位置）をそれぞれ決める第１のストッパ（カラー）１６ａ、１６ｂおよび１６ｃが取り付けられている。また、第２のシャフト１５には、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの下側に当たって、下側の停止位置に対して上側の停止位置（第２の停止位置）をそれぞれ決める第２のストッパ（カラー）１７ａ、１７ｂおよび１７ｃが取り付けられている。これらのストッパ１６ａ〜１６ｃおよび１７ａ〜１７ｃは、それぞれのシャフトに沿ってユーザーがマニュアルあるいは適当な治具で移動して、ユーザーが希望する適当な位置に固定することができる。
【００２９】
この搬送装置１は、第１のシャフト１４を上下に動かす第１の駆動装置１８と、第１のシャフト１４に対して第２のシャフト１５を上下に動かす第２の駆動装置１９と、第１のシャフト１４および第２のシャフト１５を同期して上下に動かす第３の駆動装置２０と、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００を駆動するための第４の駆動装置９０を有している。駆動装置１８、１９および２０は、それぞれ、アクチュエータとしてエアー駆動のシリンダを備えたシリンダタイプの駆動装置である。
【００３０】
第４の駆動装置９０は、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを上下に第１のシャフト１４および第２のシャフト１５に沿って延びたスプライン軸（駆動軸）９２と、スプライン軸９２を回転させる駆動モータ９１と、さらに、スプライン軸９２から各キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００に動力を伝達するためのボールスプライン９３とを含む。各ボールスプライン９３は、スプライン軸９２に沿って上下にスライドし、スプライン軸９２が回転すると、その回転を多関節アーム１００に伝達する。
【００３１】
第２のシリンダ１９は、ピストンロッド１９ａの先端部が第２のシャフト１５の基端部と連結され、基端部が、第１の支持部材２１を介して第１のシリンダ１８によって支持されている。したがって、第２のシリンダ１９を駆動させると、第２のシャフト１５を第１のシャフト１４に対して上下方向に移動できる。
【００３２】
第１のシリンダ１８は、ピストンロッド１８ａの先端部が第１のシャフト１４の基端部および第１の支持部材２１と連結されている。第１のシリンダ１８の基端部は、第２の支持部材２２を介して第３のシリンダ２０によって支持されている。したがって、第１のシリンダ１８を駆動させると、第１のシャフト１４が上下に移動するとともに、第２のシャフト１５および第２のシリンダ１９も上下に移動する。
【００３３】
第３のシリンダ２０は、ピストンロッド２０ａの先端部が第２の支持部材２２と連結されている。したがって、第３のシリンダ２０を駆動させると、第１のシャフト１４、第２のシャフト１５、第１のシリンダ１８および第２のシリンダ１９を共に、上下に移動できる。
【００３４】
この搬送装置１によりワークピースＷが搬送されるプレス装置２は、下側から、第１の成形型４１、第２の成形型４２、および、第３の成形型４３を備えており、これらの成形型４１〜４３は、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの移動方向、すなわち、本例においては上下に配置されている。さらに、プレス装置２は、成形型４１〜４３の下型４１ａ〜４３ａに対して上型４１ｂ〜４３ｂをそれぞれ上下方向に移動して下型４１ａ〜４３ａに受け入れられたワークピースＷをプレスする加圧機構４５を備えている。加圧機構４５は、さらに、ワークピースＷを各下型４１ａ〜４３ａに出し入れ（ロード・アンロード）するために、下型４１ａ〜４３ａに対して上型４１ｂ〜４３ｂを上げて成形型４１〜４３を開いた状態に保持する機能を備えている。
【００３５】
台車３は、ワークピースＷを搭載する積載部３ａを備えている。この台車３は、キャリッジ１０ａの移動範囲の第１の成形型４１よりも下側において、ワークピースＷを払い出す位置と、キャリッジ１０ａの移動範囲から外れて、新しいワークピースＷを受け入れる位置との間を往復動する。加工装置４は、さらに、制御ユニット５０を備えており、この制御ユニット５０を介して、第１、第２および第３のシリンダ１８、１９および２０と、第４の駆動装置９０と、台車３と、プレス装置２の加圧機構４５とが制御される。
【００３６】
図２に、多関節アーム１００の概略構成を示している。この多関節アーム１００は、第１のアーム１０１と、第１のアーム１０１の一方の端１０１ａとキャリッジ１０ａ〜１０ｃのベース（スライダ）１０とを連結し、ベース１０に対して第１のアーム１０１が旋回する第１のリンク１１０と、第１のアーム１０１の他方の端１０１ｂと第２のアーム１０２の一方の端１０２ａとを連結し、第１のアーム１０１に対して第２のアーム１０２が旋回する中間リンク１３０と、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂとエンドエフェクタ２００とを連結し、第２のアーム１０２に対してエンドエフェクタ２００が旋回する第２のリンク１２０とを有する。キャリッジ１０ａ〜１０ｃにおいては、エンドエフェクタ２００の先端には保持機構１３が取り付けられており、多関節アーム１００の先端でワークピースＷを着脱および保持可能になっている。
【００３７】
第１のリンク１１０は、第１のアーム１０１に対して同期して動く第１の駆動歯車１１１と、第１の駆動歯車１１１と同軸状に配置され、ベース１０に対して同期して動く第１の伝達歯車１１２とを含む。第１の伝達歯車１１２と、第１の駆動歯車１１１とは、第１の軸１１５に沿って上下に配置されており、第１の駆動歯車１１１に第１のアーム１０１の一方の端１０１ａが固定されている。一方、第１の伝達歯車１１２は、ベース１０に固定されている。また、第１の駆動歯車１１１は、ベースの駆動歯車９６とタイミングベルト（タイミングチェーンでもよい（以下においても同様））９７により接続され、ベースの駆動歯車９６は、ボールスプライン９３とクラッチ９５を介して接続されている。
【００３８】
したがって、スプライン軸９２が回転し、クラッチ９５がオンであれば、ベースの駆動歯車９６が回転し、タイミングベルト９７を介して第１の駆動歯車１１１が回転する。第１の駆動歯車１１１が、たとえば、時計方向に回転すると、それに連動（同期）して第１のアーム１０１が一方の端１０１ａを中心として時計方向に旋回する。一方、第１の伝達歯車１１２はベース１０に固定（同期）されているので回転しない。第１のアーム１０１を基準に考えると、第１の伝達歯車１１２は、反時計方向に回転する。
【００３９】
中間リンク１３０は、第２のアーム１０２に対して同期して動き、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１３９により接続された中間の駆動歯車１３１と、第１のアーム１０１に対して同期して動く中間の伝達歯車１３２とを含む。中間の伝達歯車１３２と、中間の駆動歯車１３１とは、中間軸１３５に沿って上下に配置されており、中間の駆動歯車１３１に第２のアーム１０２の一方の端１０２ａが固定されている。一方、中間の伝達歯車１３２は、プレートなどの固定部材１３６により第１のアーム１０１の他方の端１０１ｂに固定されている。
【００４０】
したがって、第１の駆動歯車１１１が時計方向に回転し、第１のアーム１０１が時計方向に旋回すると、中間の駆動歯車１３１がタイミングベルト１３９を介して第１の伝達歯車１１２により反時計方向に回転される。このため、中間の駆動歯車１３１に連動（同期）して第２のアーム１０２は一方の端１０２ａを中心に反時計方向に旋回する。一方、中間の伝達歯車１３２は第１のアーム１０１に固定（同期）されているので、相対的に時計方向に回転する。
【００４１】
第２のリンク１２０は、エンドエフェクタ２００に対して同期して動き、中間の伝達歯車１３２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１２９により接続された第２の駆動歯車１２１を含む。第２の駆動歯車１２１は、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂの第２の軸１２５に回転可能に設けられており、エンドエフェクタ２００は第２の駆動歯車１２１に固定されている。
【００４２】
したがって、中間の駆動歯車１３１が反時計方向に回転し、第２のアーム１０２が反時計方向に旋回すると、第２の駆動歯車１２１がタイミングベルト１２９を介して中間の伝達歯車１３２により時計方向に回転される。このため、第２の駆動歯車１２１に連動（同期）してエンドエフェクタ２００は、第２のアーム１０２に対して、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂを中心に時計方向に旋回する。このため、ベース１０に対するエンドエフェクタ２００の向きを変えずに、ベース１０に対して多関節アーム１００を伸縮させることができる。すなわち、多関節アーム１００を伸縮させることで、エンドエフェクタ２００を並進させることができる。
【００４３】
図３に、多関節アーム１００を縮めてエンドエフェクタ２００がホームポジションに位置した状態を示している。また、図４に、多関節アーム１００を図２の状態よりもさらに延ばした状態を示している。この多関節アーム１００は、第１の伝達歯車１１２と中間の駆動歯車１３１とのギア比（減速比）Ａと、第２の駆動歯車１２１と中間の伝達歯車１３２とのギア比（減速比）Ｂとを「２」に設定している。さらに、第１のリンク１１０と中間リンク１３０の距離Ｌ１と、中間リンク１３０と第２のリンク１２０との距離Ｌ２とを等しくしている。すなわち、第１のアーム１０１の一方の端１０１ａと他方の端１０１ｂとの距離Ｌ１と、第２のアーム１０２の一方の端１０２ａと他方の端１０２ｂとの距離Ｌ２とを等しくしている。このため、図３および図４に示すように、第２のリンク１２０の第２の駆動歯車１２１は、第１のリンク１１０の第１の伝達歯車１１２に対して直線Ｘに沿って移動し、第１の伝達歯車１１２に対して第２の駆動歯車１２１は回転しない。
【００４４】
すなわち、この多関節アーム１００においては、アーム１００が伸縮したときに、第２の駆動歯車１２１は、第１の伝達歯車１１２およびベース１０に対して回転せずに並行に直進する。このため、スプライン軸９２を回転することにより、エンドエフェクタ２００および保持機構１３を、姿勢を変えずに直進させることができ、ワークピースＷをそれぞれの成形型４１〜４３にロードおよびアンロードできる。
【００４５】
図５に、多関節アーム１００の連結機構を模式的に示している。第１のリンク１１０の第１の駆動歯車１１１が時計方向に角度θ１だけ回転した場合を考える。第１のアーム１０１は一方の端１０１ａを中心に角度θ１だけ回転する。第１のリンク１１０の第１の伝達歯車１１２は、第１のアーム１０１に対して角度θ１だけ反時計方向に回転する。
【００４６】
中間リンク１３０において、中間の駆動歯車１３１は、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト１３９により連結しているので、以下の式（２）で表わされる角度θ２だけ反時計方向に回転する。
θ２＝θ１・Ａ２／Ｍ１・・・（２）
ただし、「Ａ２」は第１の伝達歯車１１２の歯数であり、「Ｍ１」は中間の駆動歯車１３１の歯数である。
【００４７】
第２のアーム１０２は、中間の駆動歯車１３１に同期して、第２のアーム１０２の一方の端１０２ａを中心に角度θ２だけ旋回し、第２のアーム１０２は、ホームポジションの姿勢に対して以下の式（３）で表わされる角度θ３だけ傾く。
θ３＝θ２−θ１＝θ１・（Ａ２／Ｍ１−１）・・・（３）
【００４８】
第２のリンク１２０の駆動歯車１２１は、中間リンク１３０の伝達歯車１３２とタイミングベルト１２９により連結している。中間リンク１３０の伝達歯車１３２は、第１のアーム１０１に同期しているので、第２のアーム１０２に対して角度θ２だけ時計方向に回転する。したがって、駆動歯車１２１は、以下の式（４）で表わされる角度θ４だけ時計方向に回転する。
θ４＝θ２・Ｍ２／Ｂ１＝θ１・Ａ２／Ｍ１・Ｍ２／Ｂ１・・・（４）
ただし、「Ｂ１」は第２の駆動歯車１２１の歯数であり、「Ｍ２」は中間の伝達歯車１３２の歯数である。
【００４９】
第２の駆動歯車１２１が並進する条件は、以下の通りである。
θ３＝θ４
θ１・（Ａ２／Ｍ１−１）＝θ１・Ａ２／Ｍ１・Ｍ２／Ｂ１・・・（５）
【００５０】
第１の伝達歯車１１２の歯数Ａ２と中間の駆動歯車１３１の歯数Ｍ１との比（ギア比、減速比）を「Ａ」とし、第２の駆動歯車１２１の歯数Ｂ１と中間の伝達歯車１３２の歯数Ｍ２との比（ギア比、減速比）を「Ｂ」とすると、この多関節アーム１００においてエンドエフェクタ２００が並進する条件は以下のようになる。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ・・・（１）
【００５１】
この条件（１）を満足するギア比ＡおよびＢの典型的な数字は「２」である。その他に、この条件（１）を満足するギア比ＡおよびＢの組み合わせは（３、３／２）、（４、４／３）などがある。
【００５２】
さらに、ギア比ＡおよびＢが「２」の場合、式（２）からわかるように、角度θ２は角度θ１の２倍となる。このため、第１のアーム１０１の長さＬ１と、第２のアーム１０２の長さＬ２とを等しくすることにより、第１のリンク１１０、中間リンク１３０および第２のリンク１２０が二等辺三角形の各頂点の位置を保った状態で、この多関節アーム１００は伸縮する。
【００５３】
したがって、図６に示すように、多関節アーム１００は、アームが最も縮んだホームポジションＰ１からアームが最も伸びたポジションＰ２の間で、第２のリンク１２０は直線Ｘの上を動き、さらに、第２のリンク１２０の駆動歯車１２１は、第１のリンク１１０の伝達歯車１１２に対して同位相となり相対的に回転しない。このため、第２のリンク１２０の駆動歯車１２１に固定されたエンドエフェクタ２００は、多関節アーム１００を伸縮させることにより、直線Ｘまたはそれに平行な直線上を並進する。
【００５４】
この多関節アーム１００は、中間リンクが２以上であってもよい。図７に、中間リンクが２以上の例のリンク機構を模式的に示している。この多関節アーム１００は、第１のアーム１０１と、第１のアーム１０１の一方の端１０１ａとベース１０とを連結し、ベース１０に対して第１のアーム１０１が旋回する第１のリンク１１０と、第１のアーム１０１の他方の端１０１ｂと第１の中間アーム１０３の一方の端１０３ａとを連結し、第１のアーム１０１に対して第１の中間アーム１０３が旋回する第１の中間リンク１３０と、第１の中間アーム１０３、または第１の中間アーム１０３に他の中間アーム１０４を介して連結された第２の中間アーム１０５、の他方の端１０３ｂまたは１０５ｂと第２のアーム１０２の一方の端１０２ａとを連結し、第１の中間アーム１０３または第２の中間アーム１０５に対して第２のアーム１０２が旋回する第２の中間リンク１４０と、第２のアーム１０２の他方の端１０２ｂとエンドエフェクタ２００とを連結し、第２のアーム１０２に対してエンドエフェクタ２００が旋回する第２のリンク１２０とを有する。
【００５５】
この多関節アーム１００の第１のリンク１１０は、第１のアーム１０１に対して同期（連動）して動く第１の駆動歯車１１１と、第１の駆動歯車１１１と同軸状に配置され、ベース１０に対して同期して動く（固定された）第１の伝達歯車１１２とを含む。第１の中間リンク１３０は、第１の中間アーム１０３に対して同期（連動）して動き、第１の伝達歯車１１２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１３９により接続された第１の中間の駆動歯車１３１と、第１のアーム１０１に対して同期して動く（固定された）第１の中間の伝達歯車１３２とを含む。第２の中間リンク１４０は、第２のアーム１０２に対して同期（連動）して動き、第１の中間アーム１０３または第２の中間アーム１０４の一方の端１０３ａまたは１０５ａに設けられた伝達歯車１３２または１５２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１４９により接続された第２の中間の駆動歯車１４１と、第１の中間アーム１０３または第２の中間アーム１０５に対して同期して動く（固定された）第２の中間の伝達歯車１４２とを含む。第２のリンク１２０は、エンドエフェクタ２００に対して同期（連動）して動き、第２の中間の伝達歯車１４２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１２９により接続された第２の駆動歯車１２１を含む。
【００５６】
この多関節アーム１００において、中間アーム１０３は１つであっても、複数、たとえば中間アーム１０５または、１または複数の中間アーム１０４を含んでいてもよい。中間アーム１０５または１０４を連結する中間リンク１５０は、中間アーム１０４同士を連結する中間リンク１５０を例にすると、下流（自己）の中間アーム１０４に対して同期（連動）して動き、その中間アーム１０４の上流の中間アーム１０４の一方の端１０４ａに設けられた伝達歯車１５２とタイミングベルト（タイミングチェーン）１５９により接続された駆動歯車１５１と、上流の中間アーム１０４に対して同期して動く（固定された）伝達歯車１５２とを含む。
【００５７】
この中間リンク１５０の駆動歯車１５１と伝達歯車１５２とのギア比が「１」であれば、位相関係を第１のリンク１１０の伝達歯車１１２から、第２のリンク１２０の駆動歯車１２１に伝達することが可能である。したがって、第１の伝達歯車１１２と第１の中間の駆動歯車１３１とのギア比Ａと、第２の駆動歯車１２１と第２の中間の伝達歯車１３２または１５２とのギア比Ｂとが上記の（１）式の条件を満たすことによりエンドエフェクタ２００を並進させることができる。
【００５８】
さらに、中間アーム１０３、１０４および１０５の長さを第１のアーム１０１および第２のアーム１０２と同じにし、中間リンク１３０、１４０、１５０の総数を奇数にすることにより第１のリンク１１０に対して第２のリンク１２０を直進させることができる。
【００５９】
図８は、多関節アーム１００の具体的な構成例を示している。第１のリンク１１０の第１の駆動歯車１１１は、ベース１０に対して自由に回転する第１の軸１１５に固定されており、第１の軸１１５が第１のアーム１０１に固定されている。第１の伝達歯車１１２は、第１の軸１１５に対して自由に回転し、ベース１０にねじにより固定されている。したがって、第１の駆動歯車１１１は第１のアーム１０１を旋回させ、第１の伝達歯車１１２はベース１０に対する第１のアーム１０１の位相変化（角度変位）をタイミングベルト１３９により中間リンク１３０へ伝達する。
【００６０】
中間リンク１３０の中間の駆動歯車１３１は、第１のアーム１０１に対して自由に回転する下側の中間軸１３５ａに固定されており、この下側の中間軸１３５ａに第２のアーム１０２が固定されている。中間の伝達歯車１３２は、下側の中間軸１３５ａと同軸状に配置された上側の中間軸１３５ｂであって、第２のアーム１０２に対して自由に回転する中間軸１３５ｂに固定されている。この上側の中間軸１３５ｂは、プレート１３６により第１のアーム１０１に固定されている。したがって、中間の駆動歯車１３１は第２のアーム１０２を旋回させ、中間の伝達歯車１３２は第１のアーム１０１に対する第２のアーム１０２の位相変化（角度変位）をタイミングベルト１２９により第２のリンク１２０へ伝達する。
【００６１】
第２のリンク１２０の第２の駆動歯車１２１は、第２のアーム１０２に対して自由に回転する第２の軸１２５に固定され、第２の軸１２５にエンドエフェクタ２００が固定されている。したがって、第２の駆動歯車１２１は、第２のアーム１０２に対してエンドエフェクタ２００の向きを制御し、エンドエフェクタ２００を第１の伝達歯車１１２に対して位相を変えずに平行に進めることができる。
【００６２】
図１に戻って、加工装置４においては、台車３に積載されたワークピースＷの上面と第１の成形型４１の下型４１ａに支持されたワークピースＷの上面とが間隔Ｌ１、第１の成形型４１の下型４１ａに支持されたワークピースＷの上面と第２の成形型４２の下型４２ａに支持されたワークピースＷの上面とが間隔Ｌ２、第２の成形型４２の下型４２ａに支持されたワークピースＷの上面と第３の成形型４３の下型４３ａに支持されたワークピースＷの上面とが間隔Ｌ３となるように、台車３とプレス装置２とが水平面Ｆに対して調整されている。したがって、台車３から第１の成形型４１の下型４１ａまでのワークピースＷの移動距離は間隔Ｌ１となり、第１の成形型４１の下型４１ａから第２の成形型４２の下型４２ａまでのワークピースＷの移動距離は間隔Ｌ２となり、第２の成形型４２の下型４２ａから第３の成形型４３の下型４３ａまでのワークピースＷの移動距離が間隔Ｌ３となる。そして、これらの間隔Ｌ１、間隔Ｌ２、間隔Ｌ３は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３となっている。本例の加工装置４においては、これらの間隔Ｌ１、間隔Ｌ２、間隔Ｌ３の関係を、成形型の形状、大きさなどによって任意に決めることが可能であり、ワークピースを移動する距離を一律に揃える必要はない。
【００６３】
搬送装置１の各々のシャフト１４および１５に取り付けられたストッパ１６ａ〜１６ｃおよびストッパ１７ａ〜１７ｃの位置は、プレス装置２の成形型４１〜４３にワークピースＷをロード（配給）し、アンロード（取得）する位置との関係により決まる。下から上に向かってワークピースＷを搬送する場合、第１のシャフト１４の一番下の第１のストッパ１６ａにより決まるキャリッジ１０ａの第１の停止位置は、台車３からワークピースＷをアンロードするための位置である。第２のシャフト１５の一番下の第２のストッパ１７ａにより決まるキャリッジ１０ａの第２の停止位置は、第１の成形型４１にワークピースＷをロードするための位置である。第１のシャフト１４の真中の第１のストッパ１６ｂにより決まるキャリッジ１０ｂの第１の停止位置は、第１の成形型４１からワークピースＷをアンロードするための位置である。第２のシャフト１５の真中の第２のストッパ１７ｂにより決まるキャリッジ１０ｂの第２の停止位置は、第１の成形型４１よりも上側に位置する第２の成形型４２にワークピースＷをロードするための位置である。
【００６４】
第１のシャフト１４の一番上の第１のストッパ１６ｃにより決まるキャリッジ１０ｃの第１の停止位置は、第２の成形型４２からワークピースＷをアンロードするための位置である。第２のシャフト１５の一番上の第２のストッパ１７ｃにより決まるキャリッジ１０ｃの第２の停止位置は、第２の成形型４２よりも上側に位置する第３の成形型４３にワークピースＷをロードするための位置である。ワークピースＷを上から下に搬送する場合は、ロードとアンロードが逆転する。
【００６５】
このため、第１のシャフト１４においては、第１のストッパ１６ａと第１のストッパ１６ｂは間隔Ｌ１となるように、第１のストッパ１６ｂと第１のストッパ１６ｃは間隔Ｌ２となるようにセットされている。また、第２のシャフト１５においては、第２のストッパ１７ａと第２のストッパ１７ｂは間隔Ｌ２となるように、第２のストッパ１７ｂと第２のストッパ１７ｃは間隔Ｌ３となるように設定されている。それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃの停止位置における間隔は、これらのストッパ１６ａ〜１６ｃおよび１７ａ〜１７ｃにより決まるが、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃのプレス装置２に対する第１および第２の停止位置は、これらのストッパ１６ａ〜１６ｃおよび１７ａ〜１７ｃの位置だけでは決まらず、第１のシリンダ１８および第２のシリンダ１９のストロークも加味される。すなわち、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃの下方の第１の停止位置は、第１のシリンダ１８がストロークの設定範囲で最も下側に動いた位置により決まる。また、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃの上側の第２の停止位置は、第１のシリンダ１８がストロークの設定範囲で最も上側に動き、さらに、第２のシリンダ１９がストロークの設定範囲で最も上側に動いた位置により決まる。
【００６６】
さらに、第３のシリンダ２０は、第１のシャフト１４および第２のシャフト１５を共に動かして第１および第２の停止位置における共通の動きを制御する。それは、下型に対してワークピースをロードおよびアンロードする際にワークピースＷを僅かに上下に動かす動作であり、成形型４１〜４３が前後に動く際にワークピースＷと干渉しないようにするための動作である。このため、第３のシリンダ２０のストロークＬ４は、各成形型の下型４１ａ〜４３ａの上面に対して干渉しない程度に十分な距離が確保できるように設定されている。
【００６７】
図９に、制御ユニット５０により、搬送装置１の制御を含めた加工装置４の制御の概要をフローチャートにより示している。ステップＳ１において、プレス装置２のプレスが終了すると、成形型４１〜４３の上型と下型とが開いて、ワークピースＷを交換できる状態になる。ステップＳ２において、図１に示すように、搬送装置１は、第３のシリンダ２０を伸ばし、第１のシリンダ１８および第２のシリンダ１９を縮めた状態になる。したがって、キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、それぞれのキャリッジの第１の停止位置（下側の停止位置）で停止している。この状態で、新しいワークピースＷを積載させた台車３をキャリッジ１０ａの下側に向けて前方に移動させる。それとともに、搬送装置１においては、モータ９１によりスプライン軸９２を回転し、キャリッジ１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００を伸ばす。最下のキャリッジ１０ａにおいては、クラッチ９５をオフし、多関節アーム１００を縮めた状態にする。
【００６８】
ステップＳ３において、図１０に示すように、第３のシリンダ２０をＬ４だけ下方に駆動させ、第１のキャリッジ１０ａに搭載された保持機構１３により、台車３に積載された新しいワークピースＷを吸着する。それとともに、第２および第３のキャリッジ１０ｂおよび１０ｃに搭載された保持機構１３により、第１および第２の成形型４１、４２の下型４１ａ、４２ａからワークピースＷをそれぞれ吸着保持する。
【００６９】
ステップＳ４において、第３のシリンダ２０をストロークＬ４だけ上昇させる。その後、ステップＳ５において、図１１に示すように、台車３を退去させるとともに、搬送装置１のスプライン軸９２を逆転させて、キャリッジ１０ｂおよび１０ｃの多関節アーム１００を縮める。最下のキャリッジ１０ａにおいては、クラッチ９５をオフし、多関節アーム１００を縮めた状態で維持する。
【００７０】
この段階で、各キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、第１のシャフト１４のストッパ１６ａ〜１６ｃによって支持された下側の第１の停止位置においてワークピースＷを吸着保持した状態となる。したがって、ステップＳ６において、第１および第２のシリンダ１８および１９を駆動させてピストンロッド１８ａおよび１９ａを上方へ伸ばすと、ワークピースＷが上方へ搬送される。その途中で、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、第１のストッパ１６ａ、１６ｂおよび１６ｃから、第２のストッパ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃに乗り移る。第２のシャフト１５が停止したときにキャリッジ１０ａ〜１０ｃは第２のストッパ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃの位置でストップする。したがって、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの間隔は、下側の停止位置では、第１のシャフト１４により決まり、上側の停止位置では第２のシャフト１５により決まる。
【００７１】
ステップＳ７において、図１２に示すように、搬送装置１のスプライン軸９２を回転させて、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの多関節アーム１００を伸ばす。このときは、最下のキャリッジ１０ａにおいてもクラッチ９５をオンし、多関節アーム１００を伸ばす。そして、ステップＳ８において、第３のシリンダ２０をストロークＬ４だけ下方へ駆動させ、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃがアーム１００の先端の保持機構１３により吸着保持していたワークピースＷを下型４１ａ、４２ａおよび４３ａにそれぞれリリース（アンロード）する。これにより、ワークピースＷは下側の成形型から上側の成形型に順番に移動される。
【００７２】
ステップＳ９において、第３のシリンダ２０をＬ４だけ上昇させてクリアランスを確保する。その後、ステップＳ１０において、搬送装置１のスプライン軸９２を逆転させて、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの多関節アーム１００を縮める。プレス装置２は、各々の成形型４１〜４３によりプレスを開始できる。ステップＳ１１において、第１および第２のシリンダ１８および１９を下方へ駆動させ、キャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを、上方の第２の停止位置から、元の下方の第１の停止位置に戻す。この下降工程Ｓ１１における、各キャリッジ１０ａ〜１０ｃの動きは、上述した上昇工程Ｓ６と反対であり、第１のシャフト１４および第２のシャフト１５をそれぞれ下側に駆動することで、キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、まず、第２のシャフト１５の第２のストッパ１７ａ〜１７ｃによりそれぞれ支持された状態で第１のシャフト１４をスライドする。随時、キャリッジ１０ａ〜１０ｃは、第１のシャフト１４の第１のストッパ１６ａ〜１６ｃに乗り移り、第２のシャフト１５に対してはスライドする。そしてキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、第１のシャフト１４により停止した状態に移行する。
【００７３】
搬送装置１は第１のシャフト１４と第２のシャフト１５とを備えており、それぞれに第１のストッパ１６ａ〜１６ｃと、第２のストッパ１７ａ〜１７ｃとを所望の位置に設定でき、それぞれのストッパにより３つのキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの下側の停止位置および上側の停止位置を独立して決定できる。したがって、成形型の高さ方向の間隔が均等ではないプレス装置２に対しても、ワークピースＷを下側と上側とでは異なる間隔で保持し、上下に搬送できる。
【００７４】
さらに、それぞれのキャリッジ１０ａ〜１０ｃは、多関節アーム１００を備えており、この多関節アーム１００は、伸び縮みさせることにより保持機構１３を直線的に動かし、並進させることができる。したがって、各成形型４１〜４３にワークピースＷをロードおよびアンロードするために、それぞれの成形型４１〜４３の下型４１ａ〜４３ａを前後または左右にスライドさせる必要がない。このため、下型４１ａ〜４３ａを前後または左右にスライドさせる機構は不要である。さらに、重量物である下型４１ａ〜４３ａを前後または左右にスライドさせる時間に対して、軽量のワークピースＷを多関節アーム１００により前後に動かす時間の方が通常は短いので、加工装置４を用いてワークピースＷを成形する時間を短縮できる。
【００７５】
また、搬送装置１における多関節アーム１００の伸縮は、クラッチ９５のオンオフにより、キャリッジ１０ａ〜１０ｃの単位で制御できる。したがって、搬送装置１により、成形型４１〜４３にワークピースＷをセットしたり、台車３からワークピースＷを取り出したり、さらに、異なる加工装置あるいは排出装置にワークピースＷを払い出したりすることが可能であり、搬送装置１は、多関節アーム１００を備えたロボットとして多種多様な目的に使用できる。
【００７６】
なお、本実施形態では、３つのキャリッジ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを備えた搬送装置を示しているが、キャリッジの数はこれに限定されるものでない。また、１つのワークピースを搬送するために複数のキャリッジを消費するような構成も可能である。さらに、キャリッジのガイドとしてシャフトを採用した例を示しているが、レールなどの他のキャリッジをスライド支持できるガイド構造を採用することも可能である。また、上記では、上下方向に成形型が並んだプレス装置に対して、本発明の搬送装置によりワークを搬送する加工装置を示しているが、搬送装置あるいは多関節アームを備えたロボットは他の種々の加工機能を備えた装置に対してもワークピースを搬送できる。また、エンドエフェクタはワークピースを保持する機構に限られず、この多関節アームを備えたロボットは、エンドエフェクタを変えることにより多種多様な産業用あるいは民生用のロボットとして使用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 搬送装置、 ２ プレス装置、 ４ 加工装置
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ キャリッジ
４１，４２，４３ 成形型
１００ 多関節アーム
Ｗ ワークピース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアームと、
前記第１のアームの一方の端とベースとを連結し、前記ベースに対して前記第１のアームが旋回する第１のリンクと、
前記第１のアームの他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、前記第１のアームに対して前記第２のアームが旋回する中間リンクと、
前記第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、前記第２のアームに対して前記エンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有し、
前記第１のリンクは、
前記第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、
前記第１の駆動歯車と同軸状に配置され、前記ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含み、
前記中間リンクは、
前記第２のアームに対して同期して動き、前記第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された中間の駆動歯車と、
前記第１のアームに対して同期して動く中間の伝達歯車とを含み、
前記第２のリンクは、
前記エンドエフェクタに対して同期して動き、前記中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む、多関節アーム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の伝達歯車と前記中間の駆動歯車とのギア比Ａと、前記第２の駆動歯車と前記中間の伝達歯車とのギア比Ｂとが以下を満たす、多関節アーム。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ
【請求項３】
請求項２において、前記ギア比Ａおよび前記ギア比Ｂが２である、多関節アーム。
【請求項４】
請求項３において、前記第１のリンクと前記中間リンクの距離と、前記中間リンクと前記第２のリンクとの距離が等しい、多関節アーム。
【請求項５】
第１のアームと、
前記第１のアームの一方の端とベースとを連結し、前記ベースに対して前記第１のアームが旋回する第１のリンクと、
前記第１のアームの他方の端と第１の中間アームの一方の端とを連結し、前記第１のアームに対して前記第１の中間アームが旋回する第１の中間リンクと、
前記第１の中間アーム、または前記第１の中間アームに他の中間アームを介して連結された第２の中間アーム、の他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、前記第１の中間アームまたは前記第２の中間アームに対して前記第２のアームが旋回する第２の中間リンクと、
前記第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、前記第２のアームに対して前記エンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有し、
前記第１のリンクは、
前記第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、
前記第１の駆動歯車と同軸状に配置され、前記ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含み、
前記第１の中間リンクは、
前記第１の中間アームに対して同期して動き、前記第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第１の中間の駆動歯車と、
前記第１のアームに対して同期して動く第１の中間の伝達歯車とを含み、
前記第２の中間リンクは、
前記第２のアームに対して同期して動き、前記第１の中間アームまたは前記第２の中間アームの一方の端に設けられた伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の中間の駆動歯車と、
前記第１の中間アームまたは前記第２の中間アームに対して同期して動く第２の中間の伝達歯車とを含み、
前記第２のリンクは、
前記エンドエフェクタに対して同期して動き、前記第２の中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む、多関節アーム。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の中間の伝達歯車と前記第２の中間の駆動歯車とのギア比が１であり、
前記第１の伝達歯車と前記第１の中間の駆動歯車とのギア比Ａと、前記第２の駆動歯車と前記第２の中間の伝達歯車とのギア比Ｂとが以下を満たす、多関節アーム。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ
【請求項７】
請求項６において、前記ギア比Ａおよび前記ギア比Ｂが２である、多関節アーム。
【請求項８】
請求項７において、前記第１のリンクと前記第１の中間リンクの距離と、前記第２の中間リンクと前記第２のリンクの距離と、前記第１の中間アームの一方の端と他方の端との距離が等しい、多関節アーム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の多関節アームを含み、前記エンドエフェクタによりワークピースを着脱可能なキャリッジ。
【請求項１０】
請求項９に記載の複数のキャリッジと、
前記複数のキャリッジの第１の方向の動きをガイドするガイド構造と、
前記ガイド構造に沿って延びた駆動軸であって、前記複数のキャリッジの前記多関節アームの前記第１の駆動歯車を駆動し、前記多関節アームを前記第１の方向に対して異なる方向に伸び縮みさせる駆動軸とを有する、搬送装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記駆動軸はスプライン軸であり、
前記スプライン軸をスライドし、前記複数のキャリッジのそれぞれの前記第１の駆動歯車に動力を伝達するための複数のボールスプラインと、前記複数のボールスプラインからの駆動力をオンオフするための複数のクラッチとをさらに有する、搬送装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の搬送装置と、
前記第１の方向に配置された複数の成形型を備えたプレス装置とを有し、
前記複数のキャリッジのそれぞれは、前記ガイド構造に沿って第１の停止位置と第２の停止位置との間を動き、前記第１の停止位置は、第１の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置であり、前記第２の停止位置は、前記第１の成形型よりも上流または下流に位置する第２の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置である、加工装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記複数の成形型は上下に配置されている、加工装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、前記複数の成形型は、それぞれの成形型の下型が前後または左右にスライドしない非スライドタイプである、加工装置。
【請求項１５】
請求項１ないし８のいずれかに記載の多関節アームを有するロボット。
【請求項１】
第１のアームと、
前記第１のアームの一方の端とベースとを連結し、前記ベースに対して前記第１のアームが旋回する第１のリンクと、
前記第１のアームの他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、前記第１のアームに対して前記第２のアームが旋回する中間リンクと、
前記第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、前記第２のアームに対して前記エンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有し、
前記第１のリンクは、
前記第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、
前記第１の駆動歯車と同軸状に配置され、前記ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含み、
前記中間リンクは、
前記第２のアームに対して同期して動き、前記第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された中間の駆動歯車と、
前記第１のアームに対して同期して動く中間の伝達歯車とを含み、
前記第２のリンクは、
前記エンドエフェクタに対して同期して動き、前記中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む、多関節アーム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の伝達歯車と前記中間の駆動歯車とのギア比Ａと、前記第２の駆動歯車と前記中間の伝達歯車とのギア比Ｂとが以下を満たす、多関節アーム。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ
【請求項３】
請求項２において、前記ギア比Ａおよび前記ギア比Ｂが２である、多関節アーム。
【請求項４】
請求項３において、前記第１のリンクと前記中間リンクの距離と、前記中間リンクと前記第２のリンクとの距離が等しい、多関節アーム。
【請求項５】
第１のアームと、
前記第１のアームの一方の端とベースとを連結し、前記ベースに対して前記第１のアームが旋回する第１のリンクと、
前記第１のアームの他方の端と第１の中間アームの一方の端とを連結し、前記第１のアームに対して前記第１の中間アームが旋回する第１の中間リンクと、
前記第１の中間アーム、または前記第１の中間アームに他の中間アームを介して連結された第２の中間アーム、の他方の端と第２のアームの一方の端とを連結し、前記第１の中間アームまたは前記第２の中間アームに対して前記第２のアームが旋回する第２の中間リンクと、
前記第２のアームの他方の端とエンドエフェクタとを連結し、前記第２のアームに対して前記エンドエフェクタが旋回する第２のリンクとを有し、
前記第１のリンクは、
前記第１のアームに対して同期して動く第１の駆動歯車と、
前記第１の駆動歯車と同軸状に配置され、前記ベースに対して同期して動く第１の伝達歯車とを含み、
前記第１の中間リンクは、
前記第１の中間アームに対して同期して動き、前記第１の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第１の中間の駆動歯車と、
前記第１のアームに対して同期して動く第１の中間の伝達歯車とを含み、
前記第２の中間リンクは、
前記第２のアームに対して同期して動き、前記第１の中間アームまたは前記第２の中間アームの一方の端に設けられた伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の中間の駆動歯車と、
前記第１の中間アームまたは前記第２の中間アームに対して同期して動く第２の中間の伝達歯車とを含み、
前記第２のリンクは、
前記エンドエフェクタに対して同期して動き、前記第２の中間の伝達歯車とタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより接続された第２の駆動歯車を含む、多関節アーム。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の中間の伝達歯車と前記第２の中間の駆動歯車とのギア比が１であり、
前記第１の伝達歯車と前記第１の中間の駆動歯車とのギア比Ａと、前記第２の駆動歯車と前記第２の中間の伝達歯車とのギア比Ｂとが以下を満たす、多関節アーム。
Ａ・Ｂ＝Ａ＋Ｂ
【請求項７】
請求項６において、前記ギア比Ａおよび前記ギア比Ｂが２である、多関節アーム。
【請求項８】
請求項７において、前記第１のリンクと前記第１の中間リンクの距離と、前記第２の中間リンクと前記第２のリンクの距離と、前記第１の中間アームの一方の端と他方の端との距離が等しい、多関節アーム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の多関節アームを含み、前記エンドエフェクタによりワークピースを着脱可能なキャリッジ。
【請求項１０】
請求項９に記載の複数のキャリッジと、
前記複数のキャリッジの第１の方向の動きをガイドするガイド構造と、
前記ガイド構造に沿って延びた駆動軸であって、前記複数のキャリッジの前記多関節アームの前記第１の駆動歯車を駆動し、前記多関節アームを前記第１の方向に対して異なる方向に伸び縮みさせる駆動軸とを有する、搬送装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記駆動軸はスプライン軸であり、
前記スプライン軸をスライドし、前記複数のキャリッジのそれぞれの前記第１の駆動歯車に動力を伝達するための複数のボールスプラインと、前記複数のボールスプラインからの駆動力をオンオフするための複数のクラッチとをさらに有する、搬送装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の搬送装置と、
前記第１の方向に配置された複数の成形型を備えたプレス装置とを有し、
前記複数のキャリッジのそれぞれは、前記ガイド構造に沿って第１の停止位置と第２の停止位置との間を動き、前記第１の停止位置は、第１の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置であり、前記第２の停止位置は、前記第１の成形型よりも上流または下流に位置する第２の成形型にワークピースをロードまたはアンロードするための位置である、加工装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記複数の成形型は上下に配置されている、加工装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、前記複数の成形型は、それぞれの成形型の下型が前後または左右にスライドしない非スライドタイプである、加工装置。
【請求項１５】
請求項１ないし８のいずれかに記載の多関節アームを有するロボット。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２４０８０１（Ｐ２０１０−２４０８０１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９４５０１（Ｐ２００９−９４５０１）
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５９７０８１５２５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５９７０８１５２５）
【Ｆターム（参考）】
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