(57)【要約】【課題】低い搬送高さを直線的に動作できる広い動作範囲を持ったコンパクトで低コストな産業ロボットのアーム構造を提供。【解決手段】固定ベース１上に第１垂直軸ａの回りに回転自在に支持された第１水平アーム２と、第１水平アーム２の先端に第２垂直軸ｂの回りに回転自在に支持された第２水平アーム３と、第２水平アーム３の先端に第４垂直軸ｄの回りに回転自在に支持された回転基台４と、からなる水平方向移動部と、回転基台４の上に第１水平軸ｇの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム７と、第１垂直アーム７の先端に第２水平軸ｈの回りに回転自在に支持された第２垂直アーム８と、第２垂直アーム８の先端に第３水平軸ｉの回りに回転自在に支持された第３垂直アーム９と、第３垂直アーム９の先端に作業工具を取り付けるためのフランジ１０を有する水平方向及び垂直方向移動部と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベース上に第１の垂直軸の回りに回転自在に支持された第１水平アームと、前記第１水平アームの先端に第２の垂直軸の回りに回転自在に支持された第２水平アームと、前記第２水平アームの先端に第４の垂直軸の回りに回転自在に支持された回転基台と、からなる水平方向移動部と、
それぞれアーム長が短い、前記回転基台上に第１の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２の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垂直アームの先端に第３の水平軸の回りに回転自在に支持された第３垂直アームと、前記第３垂直アーム先端に作業工具を取り付けるためのフランジを有する水平方向及び垂直方向移動部と、を有することを特徴とする産業ロボットのアーム構造。
【請求項２】
前記第１水平アームと前記第２水平アームの長さを等しくし、及び又は、前記第１垂直アームと前記第２垂直アームの長さを等しくすることを特徴とする請求項１記載の産業ロボットのアーム構造。
【請求項３】
前記第１水平アームを角度θ動作させ、前記第２水平アームを角度−２θ動作させ、及び又は、前記第１垂直アームを角度α動作させ、前記第２垂直アームを角度−２α動作させ、るようにそれぞれ駆動系を配置したことを特徴とする請求項２記載の産業ロボットのアーム構造。
【請求項４】
前記回転基台を回転させるために前記回転基台と平行に前記第２水平アーム上に第３の垂直軸の回りに回転自在に支持されたヒンジと、一端を前記ヒンジの先端に第５の垂直軸に回転自在に支持され、他端を前記回転基台に第６の垂直軸に回転自在に支持され、かつ前記第２水平アームに平行に取り付けられたリンクと、を有することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の産業ロボットのアーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低い搬送高さで水平方向及び垂直方向に動作できる広い動作範囲を持つ産業ロボットのアーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な垂直多間接ロボットは、例えば特許文献１に開示する、図４に示すような６軸からなり、各アームを動作させる構造になっている。そのため、ロボットの第１軸芯上を通る平面を前後方向に直線動作する場合、ロボット付近では構造上直線動作することができず、一度上方向に動作してロボット後方に移動した上で再び直線動作をすることになるだけでなく、結果として搬送高さが高くなってしまうといった課題があった。
【特許文献１】特許第２６６８３３６号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これを避けるため、図４に示すロボットを使用して、図５に示すように、第１軸芯からオフセットした平面を前後方向に動作させれば、ロボットの前方から後方まで直線動作可能である。しかし、この場合、ロボットの手首に取り付ける作業工具が大きい場合などは、ロボットと作業工具の干渉を避けるため、第１軸芯と直線動作させる平面との距離を大きくする必要があり、結果として搬送ラインから飛び出した所に大きなロボット設置スペースが必要であり、また、第１軸・第２軸・第３軸のモータ、減速機が大きくなるといった課題があった。また、例えば特許文献２に開示する、図６に示すガラス基板搬送などに使用されるロボットは、第１軸と第２軸により上下動作を行い、第２軸の上に配置された第４軸・第５軸・第６軸により前後動作を行う構造になっている。このため、前後ストロークを拡大する場合、上腕１と上腕２の長さを長くする必要があり、長くすると上腕１・上腕２を畳んだ時のロボット干渉寸法が大きくなるといった問題があった。また、上下軸の上に前後軸が取り付いているため、上下軸は前後軸の重さを保持する必要があり、モータや減速機などの機械要素が大きくなってしまうといった課題があった。
【０００４】
このように従来の産業ロボットにおいて、低い搬送高さを直線的に長いストローク動作させる場合、ロボットの設置スペースおよび干渉寸法が大きくなる、あるいは、モータ、減速機などの機械要素が大きくなるといった課題があった。
本発明の課題は、かかる従来の課題を解決した、低い搬送高さで直線的に動作できる広い動作範囲を持ったコンパクトで低コストな産業ロボットのアーム構造を提供することにある。本発明の別の課題は、前後方向に低くかつ広い動作範囲を、作業工具を取り付けるフランジを常に上に向けたまま作業工具がロボットに干渉することなく直線的に動作することを可能にしたコンパクトな産業ロボットのアーム構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため本発明は、固定ベース上に第１の垂直軸の回りに回転自在に支持された第１水平アームと、前記第１水平アームの先端に第２の垂直軸の回りに回転自在に支持された第２水平アームと、前記第２水平アームの先端に第４の垂直軸の回りに回転自在に支持された回転基台と、からなる水平方向移動部と、
それぞれアーム長が短い、前記回転基台上に第１の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２の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垂直アームの先端に第３の水平軸の回りに回転自在に支持された第３垂直アームと、前記第３垂直アーム先端に作業工具を取り付けるためのフランジを有する水平方向及び垂直方向移動部と、を有することを特徴とする産業ロボットのアーム構造を提供することにより上記課題を解決した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、固定ベース上に低い搬送高さで直線的に長いストローク動作させる水平方向移動部を設け、水平方向移動部の端部にそれぞれアーム長が短い水平方向及び垂直方向移動部を設けたことにより、産業ロボットの設置スペースおよび周辺装置との干渉寸法を大きくすることなく、前後方向に広い動作範囲を確保し、かつ低い搬送高さにおいて作業工具を取り付けるフランジを直線的に動作することが可能になり、かつロボットの自重を支える下腕を水平アームを有する水平方向移動部とし、水平方向移動部の先端側に、重力の影響を受けるそれぞれアーム長が短い水平方向及び垂直方向移動部を配置し、重力によるモータや減速機への負荷を低減することができ、モータや減速機容量を小さくすることが可能なコンパクトで低コストな産業ロボットのアーム構造を提供するものとなった。
【０００７】
好ましくは、第１水平アームと第２水平アームの長さを等しくし、及び又は、前記第１垂直アームと前記第２垂直アームの長さを等しくすることにより、作業工具を取り付けるフランジを常に上に向けたまま動作することが可能になった。
さらに好ましくは、第１水平アームを角度θ動作させ、第２水平アームを角度−２θ動作させ、及び又は、第１垂直アームを角度α動作させ、第２垂直アームを角度−２α動作させ、るようにそれぞれ駆動系を配置することにより、作業工具を取り付けるフランジを常に直線的に動作することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態の産業ロボットのアーム構造の平面図で（ｂ）のＹ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図を示し、図２は図１の産業ロボットのアーム構造の斜視図を示す。図３（ａ）は図１（ａ）の、本発明の実施の形態の産業ロボットのアーム構造の平面図でみた参考動作範囲図で（ｂ）のＺ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図でみた参考動作範囲図を示す。
【０００９】
本発明の実施形態の産業ロボットは、
固定ベース１上に第１垂直軸ａの回りに回転自在に支持された第１水平アーム２と、第１水平アーム２の先端に第２垂直軸ｂの回りに第１水平アーム２と相対するように回転自在に支持された第２水平アーム３と、第２水平アーム３の先端に第４垂直軸ｄの回りに回転自在に支持された回転基台４と、回転基台４を回転させるために前記回転基台４と平行に前記第２水平アーム上に第３垂直軸ｃの回りに回転自在に支持されたヒンジ５と、一端を前記ヒンジ５の先端に第５垂直軸ｅの回りに回転自在に支持され他端を前記回転基台４に第６垂直軸ｆの回りに回転自在に支持され、かつ第２水平アーム３に平行に取り付けられたリンク６と、からなる水平方向移動部と、
それぞれアーム長が短い、回転基台４の上に第１水平軸ｇの回りに回転自在に支持された第１垂直アーム７を有し、前記第１垂直アーム７の先端に第２水平軸ｈの回りに第１垂直アーム７と相対するように回転自在に支持された第２垂直アーム８と、第２垂直アーム８の先端に第３水平軸ｉの回りに回転自在に支持された第３垂直アーム９と、第３垂直アーム９の先端に作業工具を取り付けるためのフランジ１０を有する水平方向及び垂直方向移動部と、を有する。
【００１０】
第１水平アーム２の上には、第１水平アーム２を駆動するための第１軸モータ１１が取り付けられ、第１軸モータ１１が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第１水平アーム２が回転する。第２水平アーム３の上には第２水平アーム３及びヒンジ５を同時に駆動するための第２・３軸モータ１２が取り付けられ、かつ第２水平アーム３の減速比１Ｒに対して、前記ヒンジ５の減速比が−２Ｒになるように図示しないギヤ、減速機が取り付けられている。第２・３軸モータ１２が回転すると、第２水平アーム３及びヒンジ５は、それぞれ２θ：−１θの割合で回転する。また、第１水平アーム２と第２水平アーム３の動作角度θを、−１θ：２θになるように動作させれば、回転基台４は、地面に対して姿勢を変えることなく水平に直線運動を行う。
回転基台４の上には、第１垂直アーム７を駆動するための第４軸モータ１３が取り付けられ、第４軸モータ１３が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第１垂直アーム７が回転する。第１垂直アーム７の上には、第２垂直アーム８を駆動するための第５軸モータ１４が取り付けられ、第５軸モータ１４が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第２垂直アーム８が回転する。第２垂直アーム８の上には、第３垂直アーム９を駆動するための第６軸モータ１５が取り付けられ、第６軸モータ１５が回転すると、図示しないギヤ、減速機を介して第３垂直アーム９が回転する。第１垂直アーム７と第２垂直アーム８および第３垂直アーム９の動作角度αを、−１α：２α：−１αになるように動作させれば、第３垂直アーム９の先端のフランジ１０は姿勢を変えることなく地面に対して平行に直線運動を行う。また、第１垂直アーム７と第２垂直アーム８および第３垂直アーム９の動作角度の組み合わせにより垂直方向の上下動作も可能である。
【００１１】
以上、本発明の実施形態について説明した。以上述べた実施形態によれば、第２水平アーム３とヒンジ５を１つの第２・３軸モータで駆動しているが、それぞれ別のモータで駆動してもよい。また、回転基台４をヒンジ５、リンク６を介して動作させているが、回転基台４あるいは第２水平アーム先端部に回転基台４を駆動するためのモータ、ギヤ、減速機などを配置することにより、ヒンジ５およびリンク６を廃止してもよい。さらに第２垂直軸ｂおよび第３垂直軸ｃは同軸上に配置されているが、オフセットしていても問題ない。また、ベース１と第１水平アーム２の間に水平回転軸を１軸追加して、ロボット左右方向の自由度を増やしてもよい。
【００１２】
本発明の実施例では、固定ベース上に低い搬送高さで直線的に長いストローク動作させる水平方向移動部を設け、水平方向移動部の端部にそれぞれアーム長が短い水平方向及び垂直方向移動部を設けたことにより、産業ロボットの設置スペースおよび周辺装置との干渉寸法を大きくすることなく、前後方向に広い動作範囲を確保し、かつ低い搬送高さにおいて作業工具を取り付けるフランジを直線的に動作することが可能になり、かつロボットの自重を支える下腕を水平アームを有する水平方向移動部とし、水平方向移動部の先端側に、重力の影響を受けるそれぞれアーム長が短い水平方向及び垂直方向移動部を配置し、重力によるモータや減速機への負荷を低減することができ、モータや減速機容量を小さくすることが可能なコンパクトで低コストな産業ロボットのアーム構造を提供するものとなった。即ち、第１水平アーム、第２水平アーム、第１垂直アームおよび第２垂直アームの４軸でロボットの前後方向の動作を行うため、固定ベース上に低い水平方向移動部を配置し、低いが広い水平方向動作範囲を提供し、それぞれのアーム長が短い水平方向及び垂直方向移動部のため、周辺装置との干渉域が小さくなるだけでなく、搬送高さを低く抑えることが可能になり、かつ各軸のモータ、減速機に働く負荷を軽減することができ、モータ、減速機の容量を小さくすることが可能になった。
【００１３】
好ましくは、第１水平アームと第２水平アームの長さを等しくし、及び又は、前記第１垂直アームと前記第２垂直アームの長さを等しくすることにより、作業工具を取り付けるフランジを常に上に向けたまま動作することが可能になった。
さらに好ましくは、第１水平アームを角度θ動作させ、第２水平アームを角度−２θ動作させ、及び又は、第１垂直アームを角度α動作させ、第２垂直アームを角度−２α動作させ、るようにそれぞれ駆動系を配置することにより、作業工具を取り付けるフランジを常に直線的に動作することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態の産業ロボットのアーム構造の平面図で（ｂ）のＹ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図を示す。
【図２】図１の産業ロボットのアーム構造の斜視図を示す。
【図３】（ａ）は図１（ａ）の、本発明の実施の形態の産業ロボットのアーム構造の平面図でみた参考動作範囲図で（ｂ）のＺ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図でみた参考動作範囲図を示す。
【図４】（ａ）は従来の第１の産業ロボットの動作範囲を示す平面図で（ｂ）のＰ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図を示す。
【図５】（ａ）は図４の従来の第１の産業ロボットの別の動作範囲を示す平面図で（ｂ）のＲ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図を示す。矢視図を示す。
【図６】（ａ）は従来の第２の産業ロボットの動作範囲を示す平面図で（ｂ）のＳ矢視図を示し、（ｂ）は（ａ）の側面図を示す。
【符号の説明】
【００１５】
１：ベース              ２：第１水平アーム          ３：第２水平アーム
４：回転基台            ７；第１垂直アーム          ８：第２垂直アーム
９；第３垂直アーム      １０：フランジ              １１：第１軸モータ
１２：第２・３軸モータ  １３：第４軸モータ          １４：第５軸モータ
１５；第６軸モータ
ａ：第１垂直軸          ｂ：第２垂直軸              ｃ：第３垂直軸
ｄ：第４垂直軸          ｅ：第５垂直軸              ｆ：第６垂直軸
ｇ：第１水平軸          ｈ：第２水平軸              ｉ：第３水平軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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