(57)【要約】【課題】ロボット、特にエンドエフェクタの位置決めの精度を維持しつつ、ロボット自身の設置にかかる自由度をも高く維持することのできる産業用ロボットを提供する。【解決手段】水平多関節型ロボットには、第２のアーム１５に対して上下方向に直線移動可能な伸縮回転軸２０が備えられている。伸縮回転軸２０は、入れ子式の複数の筒体２２，２３が振出し可能に連結される伸縮ロッド状に構成されるとともに、内側の筒体２３の先端部１７にエンドエフェクタが設けられている。また伸縮回転軸２０は、外側の筒体２２が昇降モーターＭ４からの駆動力を受けて第２のアーム１５に対して直線移動されることに伴い、外側の筒体２２の内部に配置される内側の筒体２３が駆動連結されるかたちでその移動方向と同一の方向に上下移動されることによりエンドエフェクタが位置決めされる。【選択図】図１
2010221342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームに対して上下方向に直線移動可能な直動軸に設けられたエンドエフェクタが直動軸の直線移動を通じて位置決めされる産業用ロボットであって、
前記直動軸は、入れ子式の複数の筒体が振出し可能に連結される伸縮ロッド状に構成されるとともに、前記複数の筒体のうちの最も内側の筒体の先端部に前記エンドエフェクタが設けられており、前記複数の筒体のうちの最も外側の筒体が駆動力を受けて前記アームに対して直線移動することに伴い、同最も外側の筒体の内部に配置される各筒体が順次駆動連結されるかたちでその移動方向と同一の方向に進退移動することにより前記エンドエフェクタが位置決めされる
ことを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記アームには、筒状に形成されてその内周面にボールねじ溝が設けられている支持筒体が固定され、前記直動軸はこの支持筒体の筒内に配置されるとともに、該直動軸を構成する各筒体にはその外周面にボールねじ溝が設けられており、同直動軸を構成する各筒体における前記最も外側の駆動に伴う駆動連結が、該最も外側の筒体とともに直線移動しつつ前記支持筒体の内周面に設けられたボールねじ溝との螺合に基づき回転して、前記直動軸を構成する各筒体の外周面に設けられたボールねじ溝との螺合に基づき前記最も外側の筒体以外の該当する筒体を進退移動せしめる螺合仲介体を介して行なわれる
請求項１に記載の産業用ロボット。
【請求項３】
前記直動軸を構成する筒体のうちの最も外側の筒体の駆動が、前記螺合仲介体とは別途に設けられて、同最も外側の筒体の外周面に設けられたボールねじ溝と螺合された状態で回転する螺合回転体の回転に基づいて行なわれる
請求項２に記載の産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドエフェクタ（作用端、把持部）を上下に直線移動させる軸を有する産業用ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の産業用ロボットとしては、例えば、特許文献１に記載の水平多関節型ロボットがある。この特許文献１に記載の水平多関節型ロボットは、ロボットの先端部（先端側）にアームの回転軸の軸心方向に伸びる棒状の上下軸（上下アーム）を有し、この上下軸の軸心を中心とした回転移動に加えて、同軸の軸方向への上下移動（直線移動）が可能とされている。そして、上下軸のこうした回転移動及び上下移動によって、その先端に設けられているエンドエフェクタの位置決めにかかる自由度の拡大が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５６７３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８４６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンドエフェクタの位置決めにかかる自由度といった観点からすれば、上記上下軸の突出長さも長いことが望まれるが、上記特許文献１に記載のロボットの上下軸は棒状であることから、このような上下軸の突出長さは、ロボットが他の機器などと干渉するおそれのある領域（干渉領域）を構成することにもなりかねない。すなわち、上下軸のアーム下側への突出長さの増大はエンドエフェクタの位置決めにかかる自由度を高める利点を有するものの、上下軸のアームの上側への突出長さの増大はロボットの干渉領域を不要に拡大させることとしかならない。そしてこのことが、ロボットの設置に必要とされるスペースの無駄な増加を招くなど、その設置にかかる自由度を低下させる要因ともなっている。
【０００５】
なお従来、このような不都合に対応すべく、例えば特許文献２に記載のロボットなども提案されてはいるが、この場合には次のような問題が無視できず、実用上はなお改良の余地を残すものとなっている。すなわちこのロボットは、その上下軸となる２つの軸部材が、水平アームの先端側に重ね合わされる態様で相対移動可能に駆動連結された構造となっている。そのため、この重ね合わせられた上下軸の先端側に対して上下方向への力が加わるような場合には、同先端側の位置が同先端側の重ね合わされている基端側よりも先になるため、上下軸としての十分な剛性が維持できずに、その先端に設けられているエンドエフェクタの位置決め精度が低下するおそれもある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ロボット、特にエンドエフェクタの位置決めの精度を維持しつつ、ロボット自身の設置にかかる自由度をも高く維持することのできる産業用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】
【０００７】
本発明の産業用ロボットは、アームに対して上下方向に直線移動可能な直動軸に設けられたエンドエフェクタが直動軸の直線移動を通じて位置決めされる産業用ロボットであっ
て、前記直動軸は、入れ子式の複数の筒体が振出し可能に連結される伸縮ロッド状に構成されるとともに、前記複数の筒体のうちの最も内側の筒体の先端部に前記エンドエフェクタが設けられており、前記複数の筒体のうちの最も外側の筒体が駆動力を受けて前記アームに対して直線移動することに伴い、同最も外側の筒体の内部に配置される各筒体が順次駆動連結されるかたちでその移動方向と同一の方向に進退移動することにより前記エンドエフェクタが位置決めされることを要旨とする。
【０００８】
このような構造によれば、伸縮ロッド状にて振出し可能に連結されている入れ子式の各筒体は、最も外側の筒体の直線移動に伴い、最も外側の筒体の内部に配置される各筒体がそれぞれ移動方向と同一の方向に進退移動する。すなわち、最も外側の筒体の内部に配置される各筒体が、それぞれが隣接する外側の筒体に対してそれぞれの進退量だけ進退移動されることにより、これら進退量と最も外側の筒体の進退量とが累積された長さだけエンドエフェクタが設けられる最も内側の筒体が直線移動されるようになる。これにより、それら筒体の進退量の累積された長さだけエンドエフェクタも直線移動されるようになる。その結果、直動軸は、その先端の進退量に比較して、各筒体の長さを短くすることができるようになり、アーム内には各筒体が後退されたときの長さに対応する直動軸の稼働領域を確保するだけで、エンドエフェクタの突出長さの減少を抑えつつ、アームの上側への直動軸の突出長さは少なくすることができるようにされる。これにより、アームが他の機器などと干渉するおそれのある領域（干渉領域）も小さくされ、こうしたロボットの配置の自由度などが高く維持される。
【０００９】
またこうした直動軸であれば、各筒体の中心軸を同一軸線上に配置させることができるようにもなり、最も内側の筒体の先端がエンドエフェクタから受ける進退方向の反力を、同一軸線上にある最も外側の筒体にてその軸心方向への力として受けることができるようになる。これにより、直動軸には進退方向以外の方向への力の発生が抑制されて、進退方向よりも剛性の低い横方向への力を受けるおそれが低減され、同横方向の力に基づく位置決め精度の低下などが生じるおそれが低減される。その結果、こうしたロボットの位置決め精度が高く維持されるようになる。
【００１０】
この産業用ロボットは、前記アームには、筒状に形成されてその内周面にボールねじ溝が設けられている支持筒体が固定され、前記直動軸はこの支持筒体の筒内に配置されるとともに、該直動軸を構成する各筒体にはその外周面にボールねじ溝が設けられており、同直動軸を構成する各筒体における前記最も外側の駆動に伴う駆動連結が、該最も外側の筒体とともに直線移動しつつ前記支持筒体の内周面に設けられたボールねじ溝との螺合に基づき回転して、前記直動軸を構成する各筒体の外周面に設けられたボールねじ溝との螺合に基づき前記最も外側の筒体以外の該当する筒体を進退移動せしめる螺合仲介体を介して行なわれることを要旨とする。
【００１１】
このような構造によれば、支持筒体に対する直動軸の最も外側の筒体の進退移動に伴って、最も外周の筒体以外の筒体も進退移動方向と同一の方向へ進退移動するようになる。このとき、各筒体の軸心は同一線上に維持されるようになるとともに、直動軸としての進退方向への力は、各ボールねじ溝とそれらに螺合される螺合仲介体により確実に支持されて、その進退方向への剛性を高く維持されるようになり、こうしたロボットの位置決め精度が高く維持されるようになる。
【００１２】
この産業用ロボットは、前記直動軸を構成する筒体のうちの最も外側の筒体の駆動が、前記螺合仲介体とは別途に設けられて、同最も外側の筒体の外周面に設けられたボールねじ溝と螺合された状態で回転する螺合回転体の回転に基づいて行なわれることを要旨とする。
【００１３】
このような構造によれば、最も外側の筒体はその外表面に形成されたボールねじ溝をボールねじナットなどの螺合回転体の回転により進退移動されるようになる。これにより、最も外側の筒体の進退移動が従来と同様の方法でなされるようになり、こうした直動軸のロボットへの採用の可能性や適用の容易性が高められるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる産業用ロボットとしての水平多関節型ロボットの一実施形態について、（ａ）は正面構造を示す正面図、（ｂ）は直動軸が格納された状態における断面構造を示す断面図、（ｃ）は直動軸が延出された状態における断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる産業用ロボットとしての水平多関節型ロボットの一実施形態について図面に従って説明する。図１は、水平多関節型ロボット（ロボット）を正面から見た態様について示す図であって、（ａ）は全体構造を示す図であり、（ｂ）は先端部において直動軸が格納されたときの構造の断面を示す図であり、（ｃ）は先端部において直動軸が延出されたときの構造の断面を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、ロボットは、床面等に設置された基台１１を有し、その上端部に回動可能に設けられた回転軸１２に、第１のアーム１３の基端部が連結固定されている。回転軸１２は、その基端が、基台１１内に設けられた第１モーターＭ１によって正逆回転されることで、基台１１に対して軸心Ｃ１を中心にして回動するようになっている。これにより第１のアーム１３は、回転軸１２の軸心Ｃ１を中心にして基台１１に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。
【００１７】
第１のアーム１３の先端部に設けられる支持軸１４は、その先端を第２のアーム１５の基端部内に配置させることにより第２のアーム１５を回動可能に支持している。第２のアーム１５は、その基端部に第２モーターＭ２が固定されており、同第２モーターＭ２の出力軸がギア等を介して支持軸１４の先端に連結されている。これにより、第２のアーム１５は、第２モーターＭ２の回動により支持軸１４を正逆回転させるときに同支持軸１４から同第２モーターＭ２が受ける反力によって、軸心Ｃ２を中心にして第１のアーム１３に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。
【００１８】
第２のアーム１５の先端部には、第２のアーム１５からその下方に延出される筒状の支持筒体１６が設けられている。支持筒体１６は、金属材料などから形成されて剛性を有しており、その上部が第２のアーム１５内に配置され、その下部が第２のアーム１５の下側から下方向に延出されている。また支持筒体１６の内周面には、ボールねじ溝１６ｂが形成されている。なお本実施形態では、ボールねじ溝１６ｂは、左回りのおねじが螺合される、左回りのめねじとして構成されている。
【００１９】
支持筒体１６の筒内には、その筒内を貫通されるように伸縮ロッド状の直動軸としての伸縮回転軸２０が配置されている。伸縮回転軸２０は、第２のアーム１５に対して軸支持体２５を介して支持されており、その上端を第２のアーム１５内に配置させ、その下端を第２のアーム１５の下側に配置させているとともに、同軸支持体２５により第２のアーム１５に対しての上下運動、及び、その軸心Ｃ３を中心とする回転運度をそれぞれ可能とされている。また、伸縮回転軸２０の下端には、ツールなどのエンドエフェクタの取付けられる先端部１７が設けられている。
【００２０】
軸支持体２５には、ねじ溝の螺合される螺合回転体としてのボールねじナット２５Ｂとスプライン溝の嵌合されるスプラインナット２５Ｓとが設けられている。ボールねじナット２５Ｂは昇降モーターＭ４に駆動可能に連結されており、昇降モーターＭ４の回転駆動
を受けて回動される。スプラインナット２５Ｓも回転モーターＭ３に駆動可能に連結されており、回転モーターＭ３の回転駆動を受けて回動される。すなわち、回転モーターＭ３の正逆回転によりスプラインナット２５Ｓが正逆回転され、昇降モーターＭ４の正逆回転によりボールねじナット２５Ｂが正逆回転されるようになる。なお本実施形態では、ボールねじナット２５Ｂは、左回りのおねじが螺合される、左回りのめねじとして構成されている。
【００２１】
伸縮回転軸２０には、筒状の外側の筒体２２と、同筒体２２の筒内に基端部が配置され同筒体２２の下側に先端部が突出される筒状の内側の筒体２３と、それら２つの筒体２２，２３を駆動連結する軸連結体２６とが設けられている。これにより、伸縮回転軸２０は入れ子式に組み合わされた外側の筒体２２と内側の筒体２３とが振出し可能に連結された伸縮ロッド状に形成されている。外側の筒体２２の外周面には、左回りのおねじとしてのボールねじ溝２２ｂと軸心Ｃ３方向に平行に延びるスプライン溝２２ｓとが形成されており、ボールねじ溝２２ｂがボールねじナット２５Ｂに螺合され、スプライン溝２２ｓがスプラインナット２５Ｓに嵌合されるようになっている。すなわち、外側の筒体２２は、昇降モーターＭ４により駆動されるボールねじナット２５Ｂの正逆回転により、そこに螺合されたボールねじ溝２２ｂの同螺合に基づいて上下移動される。また、外側の筒体２２は、回転モーターＭ３により駆動されるスプラインナット２５Ｓの正逆回転により、そこに嵌合されたスプライン溝２２ｓの同嵌合に基づいて正逆回転される。
【００２２】
軸連結体２６は、外側の筒体２２の下端にその上端部を連結させるように設けられており、同軸連結体２６にも、ねじ溝の螺合される螺合仲介体としてのボールねじナット２６Ｂと軸心Ｃ３方向に平行に延びるスプライン溝の嵌合されるスプラインナット２６Ｓとが設けられている。スプラインナット２６Ｓは、その上端部が外側の筒体２２の下端に固定されており、スプラインナット２６Ｓの下端部にはボールねじナット２６Ｂが軸心Ｃ３を中心とする回転可能に支持されている。またボールねじナット２６Ｂは、そのナット外周面が左回りのおねじとして構成されており、支持筒体１６の内周面に設けられたボールねじ溝１６ｂに螺合されている。これによりボールねじナット２６Ｂは、支持筒体１６に対する外側の筒体２２の上下移動に伴う上下移動により、ボールねじ溝１６ｂとの螺合に基づいて支持筒体１６に対して回動する。
【００２３】
内側の筒体２３は、その外周面に左回りのおねじとしてのボールねじ溝２３ｂと軸心Ｃ３方向に平行に延びるスプライン溝２３ｓとが形成されているとともに、その先端には前記先端部１７が設けられている。ボールねじ溝２３ｂは軸連結体２６のボールねじナット２６Ｂに螺合されており、スプライン溝２３ｓは軸連結体２６のスプラインナット２６Ｓに嵌合されている。これにより、内側の筒体２３は、外側の筒体２２との相対角度が、スプライン溝２３ｓのスプラインナット２６Ｓへの嵌合により固定される。また、内側の筒体２３は、軸心Ｃ３方向（上下方向）における外側の筒体２２との相対位置が、ボールねじ溝２３ｂのボールねじナット２６Ｂへの螺合に基づいて、ボールねじナット２６Ｂの正逆回転に伴い上下移動され、外側の筒体２２内への後退移動及び同筒体２２からの進出移動が行なわれる。
【００２４】
すなわち、伸縮回転軸２０は、回転モーターＭ３の駆動による外側の筒体２２の回転運動に伴い軸連結体２６のスプラインナット２６Ｓが回動され、同スプラインナット２６Ｓに嵌合されている内側の筒体２３が外側の筒体２２とともに軸心Ｃ３を中心に一体回動される。また、伸縮回転軸２０は、昇降モーターＭ４の駆動による外側の筒体２２の上下移動に伴い軸連結体２６のボールねじナット２６Ｂが回動され、同ボールねじナット２６Ｂに螺合されている内側の筒体２３が外側の筒体２２に対して上下移動される。
【００２５】
なお、本実施形態では、軸支持体２５に対して外側の筒体２２が上下移動するとき、そ
の上下移動と同じ方向に同じ長さだけ外側の筒体２２に対して内側の筒体２３が上下移動するように、各ボールねじ溝２２ｂ，１６ｂ，２３ｂ及びそれらの螺合される各ボールねじナット２５Ｂ，２６Ｂのそれぞれのねじが形成されている。
【００２６】
これにより、例えば、ボールねじナット２５Ｂが左回転されると、相対的にみると右回転されるボールねじ溝２２ｂを介して外側の筒体２２がボールねじナット２５Ｂを下側に移動させ、その先端のボールねじナット２６Ｂを下側に移動させる。ボールねじナット２６Ｂは下側に移動されると支持筒体１６のボールねじ溝１６ｂに沿って左回転され、同左回転に伴い相対的にみると右回転されるボールねじ溝２３ｂを介して内側の筒体２３が下側に移動されその先端部１７が相対的に下方に移動される。すなわち、先端部１７は、外側の筒体２２の下方向への移動量と、内側の筒体２３の下方向への移動量とが合わされた移動量だけ下方向に、最大で突出長さＬだけ移動されるようになる。
【００２７】
逆に、例えば、ボールねじナット２５Ｂが右回転されると、相対的にみると左回転されるボールねじ溝２２ｂを介して外側の筒体２２がボールねじナット２５Ｂを上側に移動させ、その先端のボールねじナット２６Ｂを上側に移動させる。ボールねじナット２６Ｂは上側に移動されると支持筒体１６のボールねじ溝１６ｂに沿って右回転され、同右回転に伴い相対的にみると左回転されるボールねじ溝２３ｂを介して内側の筒体２３が上側に移動されその先端部１７が相対的に上方に移動される。すなわち、先端部１７は、外側の筒体２２の上方向への移動量と、内側の筒体２３の上方向への移動量とが合わされた移動量だけ上方向に移動され、突出される長さが最短の長さになるようになる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の水平多関節型ロボットによれば以下のような効果を得ることができる。
（１）伸縮ロッド状にて振出し可能に連結されている入れ子式の外側の筒体２２と内側の筒体２３は、外側の筒体２２の直線移動に伴い、外側の筒体２２の内部に配置される内側の筒体２３がそれぞれ移動方向と同一の方向に上下移動（進退移動）する。すなわち、外側の筒体２２の内部に配置される内側の筒体２３が、外側の筒体２２に対してそれぞれの上下移動量（進退量）だけ上下移動されることにより、この上下移動量と外側の筒体２２の上下移動量とが累積された長さだけエンドエフェクタが設けられる内側の筒体２３が直線移動されるようになる。これにより、外側の筒体２２と内側の筒体２３の各進退量の累積された長さだけエンドエフェクタも直線移動されるようになる。その結果、伸縮回転軸２０は、その先端部１７の移動可能な突出長さＬに比較して、外側の筒体２２及び、内側の筒体２３の長さを短くすることができるようになる。このことから、第２のアーム１５内には外側の筒体２２及び、内側の筒体２３が後退されたときの長さに対応する伸縮回転軸２０の稼働領域を確保するだけで、エンドエフェクタの突出長さＬの減少を抑えつつ、第２のアーム１５の上側への伸縮回転軸２０の突出長さを少なくすることができるようにもなる。これにより、第２のアーム１５が他の機器などと干渉するおそれのある領域（干渉領域）も小さくされ、こうしたロボットの配置の自由度などが高く維持される。
【００２９】
（２）またこうした伸縮回転軸２０であれば、各筒体２２，２３の中心軸（軸心Ｃ３）を同一軸線上に配置させることができるようにもなり、内側の筒体２３の先端部１７がエンドエフェクタから受ける上下方向の反力を、同一軸線上にある外側の筒体２２にてその軸心Ｃ３方向への力として受けることができるようになる。これにより、伸縮回転軸２０には上下方向以外の方向への力の発生が抑制されて、上下方向よりも剛性の低い横方向への力を受けるおそれが低減され、同横方向の力に基づく位置決め精度の低下などが生じるおそれが低減される。その結果、こうしたロボットの位置決め精度が高く維持されるようになる。
【００３０】
（３）支持筒体１６に対する外側の筒体２２の上下移動に伴って、外周の筒体２２以外
の筒体である内側の筒体２３も上下移動方向と同一の方向へ上下移動するようになる。このとき、各筒体２２，２３の軸心Ｃ３は同一線上に維持されるようになるとともに、伸縮回転軸２０としての上下方向への力は、ボールねじ溝２３ｂとそれに螺合されるボールねじナット２６Ｂにより確実に支持される。これにより伸縮回転軸２０は、その上下方向への剛性を高く維持されるようになり、こうしたロボットの位置決め精度が高く維持されるようになる。
【００３１】
（４）外側の筒体２２はその外表面に形成されたボールねじ溝２２ｂをボールねじナット２５Ｂの回転により上下移動されるようにした。これにより、外側の筒体２２の上下移動が従来と同様の方法でなされるようになり、こうした伸縮回転軸２０のロボットへの採用の可能性や適用の容易性が高められるようになる。
【００３２】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、伸縮回転軸２０は２つの筒体２２，２３から構成されたが、これに限らず、伸縮回転軸を構成する筒体の数は２つより多くてもよい。これにより、こうしたロボットの設計自由度が高められる。
【００３３】
・上記実施形態では、軸支持体２５に対して外側の筒体２２が上下移動するとき、その上下移動と同じ方向に同じ長さだけ外側の筒体２２に対して内側の筒体２３が上下移動するようにした。しかしこれに限らず、軸支持体に対して外側の筒体が上下移動するとき、その上下移動と同じ方向にそれよりも短い長さ、もしくは長い長さだけ外側の筒体に対して内側の筒体が上下移動するようにしてもよい。これにより、こうしたロボットの設計自由度が高められる。
【符号の説明】
【００３４】
１１…基台、１２…回転軸、１３…第１のアーム、１４…支持軸、１５…第２のアーム、１６…支持筒体、１６ｂ…ボールねじ溝、１７…先端部、２０…伸縮回転軸、２２…外側の筒体、２２ｂ…ボールねじ溝、２２ｓ…スプライン溝、２３…内側の筒体、２３ｂ…ボールねじ溝、２３ｓ…スプライン溝、２５…軸支持体、２５Ｂ…ボールねじナット、２５Ｓ…スプラインナット、２６…軸連結体、２６Ｂ…ボールねじナット、２６Ｓ…スプラインナット、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…軸心、Ｍ１…第１モーター、Ｍ２…第２モーター、Ｍ３…回転モーター、Ｍ４…昇降モーター。
【図１】
2010221342.tif 000003