産業ロボット
【課題】主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供。
【解決手段】固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３、第２垂直アーム３上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム４及び第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５を有する。
【解決手段】固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３、第２垂直アーム３上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム４及び第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな産業ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の垂直多関節ロボットは、例えば、図５に示すようなベース上に垂直軸のまわりに旋回可能に支持された旋回軸である第１軸、第１軸上に第１水平軸のまわりに回転可能に支持された上腕である第２軸、第２軸上に第１水平軸に平行な第２水平軸のまわりに回転可能に支持された下腕である第３軸、第３軸上に支持された３軸の手首機構の６軸からなり、６軸の各アームを動作させる構造になっている。ロボットが上向きの作業姿勢をとる場合、第２軸・第３軸の複合動作が必要である。そのため、図５に示すように第２軸・第３軸の動作によりロボット上腕部の干渉域や手首部も含めたロボット全体の干渉域が増大してしまうので、結果として実際には狭い場所では動作できす、ロボット複数を稠密に設置することが困難といった課題があった。また、ロボットの上腕と下腕の姿勢が水平に近くなり、重力の影響を大きく受けて、第２軸・第３軸への負荷が大きくなり、モータ・減速機などの機械要素が大きくなってしまう、あるいは減速機の寿命が短くなるといった問題があった。本出願人が提案した特許文献１では、水平多関節型マニピュレータの構造に関する技術が開示されているが、主に上向きの作業を行うときは、アームの旋回による干渉域が大きいため、左右方向に狭い空間への設置や複数ロボットの稠密設置が出来ないという課題があった。
【特許文献１】特開平11−216692号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため本発明によると、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有することを特徴とする産業ロボットによって上記本発明の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、第２垂直アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有するので、従来の産業ロボットの旋回軸、上腕及び下腕といったアーム構造における、アームの旋回による干渉域の増大すること及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域の増大することがないため、旋回軸、上腕及び下腕の干渉域を大幅に減少させ、前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数のロボットを稠密に設置することが可能となり、かつ、係る構成によれば、前後及び左右方向の動作に必要な第１軸および第２軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
【０００６】
好ましくは、前記第１水平軸の回転中心と前記第２水平軸の回転中心と前記手首機構の第１手首軸の回転中心が、同一点上で交わるようにすることで、アームの旋回による干渉域及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域を最小にすることができ、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を最小にすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態の産業ロボットを図１乃至図４を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の産業ロボットの上面図で（ｂ）のＰ矢視上面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）右側面図で（ｂ）のＱ矢視右側面図、図２は図１（ｃ）の左上からみた斜視図、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図２の産業ロボットの異なる作動姿勢を示す斜視図、図４は前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数の図２のロボットを稠密に設置した状態を示す斜視図である。図５は従来の垂直多関節ロボットの干渉域を示す側面図である。
【０００８】
本発明の実施形態の産業ロボットは、図１（ａ）、図２で示すように、固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム４と、第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５とを有する。手首機構５は第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ及び第３手首軸ｆの３軸で構成される。図１乃至図４の実施形態の産業ロボットでは、第１垂直アーム２の第１水平軸ａ、第２垂直アーム３の第２水平軸ｂ及び第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５の第１手首軸ｄの各回転中心が同一点ｇ（図３）上で直交しているが、第１垂直アーム２の第１水平軸ａと第２垂直アーム３の第２水平軸ｂをオフセットしてもよく、これにより、水平方向に所望の直線移動可能な第３垂直アーム４の位置を得ることができ、同様に、第２垂直アーム３の第２水平軸ｂと第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５の第１手首軸ｄをオフセットしてもよく、これにより、水平方向に所望の手首機構５の位置を得ることができる。
【０００９】
第１垂直アーム２上に、第１垂直アーム２を駆動する第１軸モータ６が取り付けられ、第２垂直アーム３の上に、第２垂直アーム３を駆動する第２軸モータ７が取り付けられ、第１軸モータ６、第２軸モータ７が回転すると、それぞれ図示しないギヤ、減速機を介して、それぞれ第１垂直アーム２、第２垂直アーム３を回転させる。第２垂直アーム３の上に、第３垂直アーム４を駆動するための第３軸モータ８が取り付けられ、第３軸モータ８が回転すると、図示しないギヤ、ボールネジを介して第３直動軸に沿って第３垂直アーム４が直動される。第２垂直アーム３と第３垂直アーム４の間には、配線引回し装置１２が付いており、第３垂直アーム４の動きに同期して移動される。
【００１０】
第３垂直アーム４上に、手首機構５が取付いており、手首機構５は第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ及び第３手首軸ｆを有する。さらに、第３垂直アーム４上には、第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ、第３手首軸ｆを駆動するための手首第１軸モータ９、手首第２軸モータ１０及び手首第３軸モータ１１が取付けられ、手首第１軸モータ９、手首第２軸モータ１０及び手首第３軸モータ１１が回転すると、それぞれ図示しないギヤ、減速機を介して手首機構５を構成する第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ及び第３手首軸ｆを動作する。第１手首軸ｄは回転、第２手首軸ｅは曲げ、第３手首軸ｆは回転する機構となっている。
【００１１】
本発明の実施形態の産業ロボットでは、固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム４と、第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５とを有するので、従来の産業ロボットの旋回軸、上腕及び下腕といったアーム構造における、アームの旋回による干渉域の増大すること及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域の増大することがないため、旋回軸、上腕及び下腕の干渉域を大幅に減少させ、前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数のロボットを稠密に設置することが可能となり、かつ、係る構成によれば、前後及び左右方向の動作に必要な第１軸および第２軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
【００１２】
図１乃至図４の実施形態の産業ロボットでは、ｇは第１水平軸と第２水平軸と第１手首軸の交点を示し、第１手首軸ｄの回転中心は、図３に示すように第１水平軸ａの回転中心及び前記第２水平軸ｂの回転中心とロボット姿勢に関係無く同一点ｇにて交わる。第１垂直アーム２の第１水平軸ａ、第２垂直アーム３の第２水平軸ｂ及び第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５の第１手首軸ｄの各回転中心が同一点ｇ上で直交していることにより、アームの旋回による干渉域及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域を最小にすることができ、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を最小にすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
以上述べた実施形態の産業ロボットの手首機構５は、回転軸−曲げ軸−回転軸のインライン構造となっているが、ロボットの用途によっては、回転軸のみで構成するオフセット構造でもよい。また、直動軸は図示しないボールネジで駆動しているが、ラック−ピニオンで駆動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態の産業ロボットの上面図で（ｂ）のＰ矢視上面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）右側面図で（ｂ）のＱ矢視右側面図
【図２】図１（ｃ）の左上からみた斜視図。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図２の産業ロボットの異なる作動姿勢を示す斜視図。
【図４】前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数の図２のロボットを稠密に設置した状態を示す斜視図である。
【図５】従来の垂直多関節ロボットの干渉域を示す側面図。
【符号の説明】
【００１４】
１：固定ベース、２：第１垂直アーム、３：第２垂直アーム、４：第３垂直アーム
５：手首機構、ａ：第１水平軸、ｂ：第２水平軸、ｃ：第３直動軸、ｄ：第１手首軸
ｇ：第１水平軸と第２水平軸と第１手首軸の交点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな産業ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の垂直多関節ロボットは、例えば、図５に示すようなベース上に垂直軸のまわりに旋回可能に支持された旋回軸である第１軸、第１軸上に第１水平軸のまわりに回転可能に支持された上腕である第２軸、第２軸上に第１水平軸に平行な第２水平軸のまわりに回転可能に支持された下腕である第３軸、第３軸上に支持された３軸の手首機構の６軸からなり、６軸の各アームを動作させる構造になっている。ロボットが上向きの作業姿勢をとる場合、第２軸・第３軸の複合動作が必要である。そのため、図５に示すように第２軸・第３軸の動作によりロボット上腕部の干渉域や手首部も含めたロボット全体の干渉域が増大してしまうので、結果として実際には狭い場所では動作できす、ロボット複数を稠密に設置することが困難といった課題があった。また、ロボットの上腕と下腕の姿勢が水平に近くなり、重力の影響を大きく受けて、第２軸・第３軸への負荷が大きくなり、モータ・減速機などの機械要素が大きくなってしまう、あるいは減速機の寿命が短くなるといった問題があった。本出願人が提案した特許文献１では、水平多関節型マニピュレータの構造に関する技術が開示されているが、主に上向きの作業を行うときは、アームの旋回による干渉域が大きいため、左右方向に狭い空間への設置や複数ロボットの稠密設置が出来ないという課題があった。
【特許文献１】特開平11−216692号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、主に上向きの作業を行い、前後左右方向に限られた空間に複数のロボットを稠密設置可能な、干渉域の少ない省スペースな、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため本発明によると、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有することを特徴とする産業ロボットによって上記本発明の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、第２垂直アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有するので、従来の産業ロボットの旋回軸、上腕及び下腕といったアーム構造における、アームの旋回による干渉域の増大すること及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域の増大することがないため、旋回軸、上腕及び下腕の干渉域を大幅に減少させ、前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数のロボットを稠密に設置することが可能となり、かつ、係る構成によれば、前後及び左右方向の動作に必要な第１軸および第２軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
【０００６】
好ましくは、前記第１水平軸の回転中心と前記第２水平軸の回転中心と前記手首機構の第１手首軸の回転中心が、同一点上で交わるようにすることで、アームの旋回による干渉域及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域を最小にすることができ、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を最小にすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態の産業ロボットを図１乃至図４を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の産業ロボットの上面図で（ｂ）のＰ矢視上面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）右側面図で（ｂ）のＱ矢視右側面図、図２は図１（ｃ）の左上からみた斜視図、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図２の産業ロボットの異なる作動姿勢を示す斜視図、図４は前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数の図２のロボットを稠密に設置した状態を示す斜視図である。図５は従来の垂直多関節ロボットの干渉域を示す側面図である。
【０００８】
本発明の実施形態の産業ロボットは、図１（ａ）、図２で示すように、固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム４と、第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５とを有する。手首機構５は第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ及び第３手首軸ｆの３軸で構成される。図１乃至図４の実施形態の産業ロボットでは、第１垂直アーム２の第１水平軸ａ、第２垂直アーム３の第２水平軸ｂ及び第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５の第１手首軸ｄの各回転中心が同一点ｇ（図３）上で直交しているが、第１垂直アーム２の第１水平軸ａと第２垂直アーム３の第２水平軸ｂをオフセットしてもよく、これにより、水平方向に所望の直線移動可能な第３垂直アーム４の位置を得ることができ、同様に、第２垂直アーム３の第２水平軸ｂと第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５の第１手首軸ｄをオフセットしてもよく、これにより、水平方向に所望の手首機構５の位置を得ることができる。
【０００９】
第１垂直アーム２上に、第１垂直アーム２を駆動する第１軸モータ６が取り付けられ、第２垂直アーム３の上に、第２垂直アーム３を駆動する第２軸モータ７が取り付けられ、第１軸モータ６、第２軸モータ７が回転すると、それぞれ図示しないギヤ、減速機を介して、それぞれ第１垂直アーム２、第２垂直アーム３を回転させる。第２垂直アーム３の上に、第３垂直アーム４を駆動するための第３軸モータ８が取り付けられ、第３軸モータ８が回転すると、図示しないギヤ、ボールネジを介して第３直動軸に沿って第３垂直アーム４が直動される。第２垂直アーム３と第３垂直アーム４の間には、配線引回し装置１２が付いており、第３垂直アーム４の動きに同期して移動される。
【００１０】
第３垂直アーム４上に、手首機構５が取付いており、手首機構５は第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ及び第３手首軸ｆを有する。さらに、第３垂直アーム４上には、第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ、第３手首軸ｆを駆動するための手首第１軸モータ９、手首第２軸モータ１０及び手首第３軸モータ１１が取付けられ、手首第１軸モータ９、手首第２軸モータ１０及び手首第３軸モータ１１が回転すると、それぞれ図示しないギヤ、減速機を介して手首機構５を構成する第１手首軸ｄ、第２手首軸ｅ及び第３手首軸ｆを動作する。第１手首軸ｄは回転、第２手首軸ｅは曲げ、第３手首軸ｆは回転する機構となっている。
【００１１】
本発明の実施形態の産業ロボットでは、固定ベース１上に第１水平軸ａの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム２と、第１垂直アーム２の先端に第１水平軸ａと直交する第２水平軸ｂの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム３と、第２垂直アーム３上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アーム４と、第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５とを有するので、従来の産業ロボットの旋回軸、上腕及び下腕といったアーム構造における、アームの旋回による干渉域の増大すること及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域の増大することがないため、旋回軸、上腕及び下腕の干渉域を大幅に減少させ、前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数のロボットを稠密に設置することが可能となり、かつ、係る構成によれば、前後及び左右方向の動作に必要な第１軸および第２軸の動作量を最小にすることができるため、モータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を小さくすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
【００１２】
図１乃至図４の実施形態の産業ロボットでは、ｇは第１水平軸と第２水平軸と第１手首軸の交点を示し、第１手首軸ｄの回転中心は、図３に示すように第１水平軸ａの回転中心及び前記第２水平軸ｂの回転中心とロボット姿勢に関係無く同一点ｇにて交わる。第１垂直アーム２の第１水平軸ａ、第２垂直アーム３の第２水平軸ｂ及び第３垂直アーム４の上に支持された手首機構５の第１手首軸ｄの各回転中心が同一点ｇ上で直交していることにより、アームの旋回による干渉域及び上腕及び下腕のアーム動作による前後左右方向の干渉域を最小にすることができ、かつモータ・減速機への負荷を低減することができ、モータ・減速機容量を最小にすることが可能なアーム構造を有する産業ロボットを提供するものとなった。
以上述べた実施形態の産業ロボットの手首機構５は、回転軸−曲げ軸−回転軸のインライン構造となっているが、ロボットの用途によっては、回転軸のみで構成するオフセット構造でもよい。また、直動軸は図示しないボールネジで駆動しているが、ラック−ピニオンで駆動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態の産業ロボットの上面図で（ｂ）のＰ矢視上面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）右側面図で（ｂ）のＱ矢視右側面図
【図２】図１（ｃ）の左上からみた斜視図。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図２の産業ロボットの異なる作動姿勢を示す斜視図。
【図４】前後左右方向に狭いスペースの限られた空間に複数の図２のロボットを稠密に設置した状態を示す斜視図である。
【図５】従来の垂直多関節ロボットの干渉域を示す側面図。
【符号の説明】
【００１４】
１：固定ベース、２：第１垂直アーム、３：第２垂直アーム、４：第３垂直アーム
５：手首機構、ａ：第１水平軸、ｂ：第２水平軸、ｃ：第３直動軸、ｄ：第１手首軸
ｇ：第１水平軸と第２水平軸と第１手首軸の交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有することを特徴とする産業ロボット。
【請求項２】
前記第１水平軸の回転中心と前記第２水平軸の回転中心と前記手首機構の第１手首軸の回転中心が、同一点上で交わることを特徴とする請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１】
固定ベース上に第１水平軸の回りに回転自在に支持された第１垂直アームと、前記第１垂直アームの先端に第１水平軸と直交する第２水平軸の回りに回転自在に支持された第２垂直アームと、前記第２垂直アーム上に支持された軸方向に直線移動可能な第３垂直アームと、前記第３垂直アーム上に支持された手首機構とを有することを特徴とする産業ロボット。
【請求項２】
前記第１水平軸の回転中心と前記第２水平軸の回転中心と前記手首機構の第１手首軸の回転中心が、同一点上で交わることを特徴とする請求項１に記載の産業ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−８２７（Ｐ２００８−８２７Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６９７９１（Ｐ２００６−１６９７９１）
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
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