(57)【要約】【課題】  ２つの関節アームにて平面的な作業を有効的に行うことができる多関節ロボットを提供する。【解決手段】  第１の関節アーム１および第２の関節アーム３が連接されて成り作業領域面Ａ上の作業を行う多関節ロボットにおいて、第１の関節アーム１は一端１ａに第１の関節アーム１を作業領域面Ａにおいて水平方向に回転するために作業領域面Ａにおいて鉛直方向にて成る第１の回転軸２を有し、第２の関節アーム３は第２の関節アーム３を作業領域面Ａにおいて水平方向に回転するために作業領域面Ａにおいて鉛直方向にて成る第２の回転軸４を介して第１の関節アーム１より作業領域面Ａ側に配設され、作業領域面Ａ上において第１の回転軸２を回転可能に保持する保持手段５を備え、第２の関節アーム３の回転移動半径Ｒ２は第１の関節アーム１の回転移動半径Ｒ１と同一長さにて成る。【選択図】        図１
2006224218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の関節アームおよび第２の関節アームが連接されて成り作業領域面上の作業を行う多関節ロボットにおいて、上記第１の関節アームは一端に上記第１の関節アームを上記作業領域面において水平方向に回転するために上記作業領域面において鉛直方向にて成る第１の回転軸を有し、上記第２の関節アームは上記第２の関節アームを上記作業領域面において水平方向に回転するために上記作業領域面において鉛直方向にて成る第２の回転軸を介して上記第１の関節アームより上記作業領域面側に配設され、上記作業領域面上において上記第１の回転軸を回転可能に保持する保持手段を備え、上記第２の関節アームの回転移動半径は上記第１の関節アームの回転移動半径と同一長さまたは長く構成されることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
上記第１の関節アームの一端における上記第１の回転軸の中心位置から上記第２の関節アームの一端における第２の回転軸の中心位置までが上記作業領域面における水平方向から傾斜して成り、上記第２の関節アームの一端における第２の回転軸の中心位置から上記第２の関節アームの他端の中心位置までが上記作業領域面における水平方向から傾斜して成ることを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
上記保持手段は、上記作業領域面外から上記作業領域面上に延在して構成されるか、または、上記作業領域面上の壁面または天井面に設置して構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
上記第２の関節アームの他端側に作業手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項５】
上記作業手段は、上記作業手段の先端を上記作業領域面に対して任意の傾斜角度にて保持されることを特徴とする請求項４に記載の多関節ロボット。
【請求項６】
上記作業手段は上記作業領域面に対して昇降可能に構成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の多関節ロボット。
【請求項７】
上記第１の関節アームは上記作業領域面に対して昇降可能に構成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、最少の関節アーム数にて平面的な作業を有効的に行うことができる多関節ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の多関節ロボットは、多数の関節アームを用いることにより３次元的に作業領域空間を有し、そのあらゆる箇所において作業を行うことができるものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１６５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の多関節ロボットは上記のように構成されているため、３次元的には有効的に作業を行うことができるものの、多くの関節アームが必要となり高コストであるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、２つの関節アームにて平面的な作業を有効的に行うことができる多関節ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、第１の関節アームおよび第２の関節アームが連接されて成り作業領域面上の作業を行う多関節ロボットにおいて、第１の関節アームは一端に第１の関節アームを作業領域面において水平方向に回転するために作業領域面において鉛直方向にて成る第１の回転軸を有し、第２の関節アームは第２の関節アームを作業領域面において水平方向に回転するために作業領域面において鉛直方向にて成る第２の回転軸を介して第１の関節アームより作業領域面側に配設され、作業領域面上において第１の回転軸を回転可能に保持する保持手段を備え、第２の関節アームの回転移動半径は第１の関節アームの回転移動半径と同一長さまたは長く構成されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の多関節ロボットは、第１の関節アームおよび第２の関節アームが連接されて成り作業領域面上の作業を行う多関節ロボットにおいて、第１の関節アームは一端に第１の関節アームを作業領域面において水平方向に回転するために作業領域面において鉛直方向にて成る第１の回転軸を有し、第２の関節アームは第２の関節アームを作業領域面において水平方向に回転するために作業領域面において鉛直方向にて成る第２の回転軸を介して第１の関節アームより作業領域面側に配設され、作業領域面上において第１の回転軸を回転可能に保持する保持手段を備え、第２の関節アームの回転移動半径は第１の関節アームの回転移動半径と同一長さまたは長く構成されるので、平面的な作業を有効的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における多関節ロボットのアーム部の内部構造の詳細を示す断面図、図２は図１に示した多関節ロボットの全体構成を示す側面図、図３は図１に示した多関節ロボットの動作を説明するための斜視図、図４は図１に示した多関節ロボットの動作状態を示す図、図５は図１に示した多関節ロボットの制御手段の構成を示すブロック図、図６はこの発明の実施の形態１の多関節ロボットの他の設置例を示した図である。
【０００９】
図において、第１の関節アーム１と第２の関節アーム３とが連接されて成り作業領域面Ａ上の作業を行う多関節ロボットである。そして、その作業領域面Ａは作業台７上に有する。第１の関節アーム１は、一端１ａに第１の関節アーム１を作業領域面Ａにおいて水平方向に回転するために作業領域面Ａにおいて鉛直方向にて成る第１の回転軸２を有している。第２の関節アーム３は、一端３ａに第２の関節アーム３を作業領域面Ａにおいて水平方向に回転するために作業領域面Ａにおいて鉛直方向にて成る第２の回転軸４を有し、第１の関節アーム１より作業領域面Ａ側の他端１ｂ、ここでは第１の関節アーム１より下方側に接続され配設されている。
【００１０】
そして、第２の関節アーム３の回転移動半径Ｒ２は第１の関節アーム１の回転移動半径Ｒ１と同一長さにて構成されている。よって、第１の関節アーム１と第２の関節アーム３とを連接した先端までの回転移動半径Ｒ３は第１の関節アーム１の回転移動半径Ｒ１および第２の関節アーム３の回転移動半径Ｒ２を合わせた長さにて成る。そして、第１の関節アーム１の一端１ａにおける第１の回転軸２の中心位置Ｂ２から第２の関節アーム３の一端３ａにおける第２の回転軸４の中心位置Ｃ２までが作業領域面Ａに対する水平方向からα角度分傾斜して成る。また、第２の関節アーム３の一端３ａにおける第２の回転軸４の中心位置Ｃ２から第２の関節アーム３の他端３ｂの中心位置Ｃ３までが作業領域面Ａ方向に水平方向からα角度分傾斜して成る。
【００１１】
保持手段５は、作業領域面Ａ外から作業領域面Ａ上に延在して構成され、第１の関節アーム１の一端１ａを作業領域面Ａ上において第１の回転軸２を回転可能に保持して成る。また、第１の関節アーム１の第１の回転軸２を有する第１の回転部８は、第１のモータ９にて第１の歯車部１０を駆動させこの回転力を第１のベアリング部１１を介して第１の回転軸２に伝えて第１の関節アーム１を回転させている。そしてこの回転は第１のロータリーエンコーダ１２により制御されている。そして、第１の関節アーム１の第１の回転部８にはその回転における３６０°以上の回転を監視するための第１の回転センサ２４が形成されている。また、第２の関節アーム３の第２の回転軸４を有する第２の回転部１３は、第２のモータ１４にて第２の歯車部１５を駆動させこの回転力を第２のベアリング部１６を介して第２の回転軸４に伝えて第２の関節アーム３を回転させている。そしてこの回転は第２のロータリーエンコーダ１７により制御されている。そして、第２の関節アーム３の第２の回転部１３にはその回転における３６０°以上の回転を監視するための第２の回転センサ２５が形成されている。
【００１２】
そして、第２の関節アーム３の他端３ｂ側には作業手段６を備えている。この作業手段６は作業を行う先端部６ａを垂直軸２６を中心に回転させるための回転用モータ１８と、この回転によりタイミングベルト１９を介して駆動するプーリー２０とを備える。さらに、昇降用モータ２１と、この昇降をタイミングベルト２２を介して駆動するプーリー２３とを備え、作業領域面Ａ面に対して先端部６ａが昇降可能に構成されている。
【００１３】
次に、多関節ロボットの電気系統の制御を行う制御手段７０の構成について図５に基づいて説明する。スタートおよびストップを指示するスイッチ７０７と、各部位を制御する制御部７００と、制御部７００の制御に基づき各モータを指示するモータ駆動部７０１と、制御部７００および非常停止部７０６に電源を供給する電源部７０８と、位置データを格納している回転位置（座標）制御データ格納部７０２と、第１および第２のロータリーエンコーダ１２、１７から得られる回転を角度絶対値に変換する絶対位置変換部７０３と、この角度絶対値のデータを制御部７００にて制御可能な数値に変換する制御値比較部７０４と、第１および第２の回転センサ２４、２５から送信される第１および第２の関節アーム１、３の回転異常信号を受信して制御部７００に送信する回転異常制御部７０５とにて成る。
【００１４】
次に上記のように構成された実施の形態１の多関節ロボットの動作について説明する。まず、第１および第２の回転部８、１３の動作について説明する。第１および第２のモータ９、１４は例えばパルスモータにて成り、所定の駆動パルスで回転を行う。３６００パルスで３６０°回転すると設定すれば、１パルスで０．１°の回転を得ることができる。そして、この回転力は第１および第２の歯車部１０、１５を駆動し、その回転力により第１および第２の回転軸２、４を中心に第１および第２の回転部８、１３がそれぞれ駆動する。また、第１および第２の回転部８、１３は同時にもそれぞれ別々にも動作することが可能である。第１および第２の回転部８、１３が別々に動作し移動している状態の参考例を図４の斜視図、上面図、側面図、正面図にて示す。
【００１５】
そして、この回転駆動の制御は、第１および第２のモータ９、１４にパルスを加えて回転するが、所定のパルスに対して第１および第２の関節アーム１、３がそれぞれ正確に駆動されているかを、第１および第２のロータリーエンコーダ１２、１７により検出している。この第１および第２のロータリーエンコーダ１２、１７にて回転を読み取り、これらにて得られた信号と、第１および第２のモータ９、１４を駆動したパルス数とを比較することにより動作を制御して正確に確認することができる。さらに、第１および第２の回転センサ２４、２５により第１および第２の関節アーム１、３の３６０°以上の回転を検出し、回転過多の監視を行っている。
【００１６】
次に、作業手段６の昇降動作について説明する。まず、昇降用モータ２１および回転用モータ２１を用いてプーリー２０、２３およびタイミングベルト１９、２２を介して垂直軸２６を駆動して回転させ作業手段６の昇降動作を行うことができる。
【００１７】
次に、多関節ロボットの作業領域面Ａについて説明する。図３に示すように、垂直軸２６を鉛直に降下させた作業点Ｃを動かし第１の回転軸２を３６０°回転させると、第１の回転軸２の回転移動半径Ｒ３すなわち第１の関節アーム１の回転移動半径Ｒ１および第２の関節アーム３の回転移動半径Ｒ２の合計の長さにて成る太実線にて示された円周の作業点軌跡ａを得て、元の作業点Ｃに戻る。この動作点軌跡ａに囲まれた領域が作業領域面Ａと同一の領域となる。よって、保持手段５にて保持された第１の中心軸２を中心が作業領域面Ａの中心と同一と成る。
【００１８】
そしてこの時、第２の回転軸４の中心点Ｂは第１の関節アーム１の回転移動半径Ｒ１の細実線にて示された中心点軌跡ｂを得る。次に、第２の回転軸４を３６０°回転させると第２の回転軸４の回転移動半径Ｒ２の点線にて示された作業点軌跡ｃを得て、元の作業点Ｃに戻る。よってこのような作業点軌跡ｃを第２の回転軸４の中心点Ｂの中心点軌跡ｂのすべての範囲にて得ることができる。このことから作業領域面Ａ内におけるすべての任意の座標点において作業点を設定することができる。
【００１９】
さらに、作業手段６の先端部６ａは先に説明した昇降動作により、高さｈ分移動可能に構成されている。よって、作業手段６の昇降動作を加えることにより、先の作業領域面Ａの高さｈの３次元領域における任意の座標点において作業点を設定することができる。
【００２０】
次に上記のように構成された実施の形態１の多関節ロボットの電気的な制御について説明する。まず、スイッチ７０７のスタートの指示により制御部７００は回転位置（座標）制御データ格納部７０２の位置データを読み出し、第１の関節アーム１の第１のモータ９を駆動する。この駆動により第１および第２のロータリーエンコーダ１２、１７より送信される回転データは、絶対位置変換部７０３および制御値比較部７０４を介し制御部７００に送信される。そして、制御部７００は制御値比較部７０４のデータを回転位置（座標）制御データ格納部７０２のデータと比較し補正が必要ならば補正を行う。
【００２１】
また、回転異常制御部７０５は、第１の関節アーム１および第２の関節アーム３の回転異常の信号を第１の回転センサ２４および第２の回転センサ２５から受信する。そして、制御部７００は、回転異常制御部７０５の信号を読み取り異常の場合は所定の停止制御または補正の制御を行う。また、非常停止部７０６は非常停止の際に押す。そして、電源部７０８を適時制御し、制御部７００は、制御を安全サイドに制御する。
【００２２】
上記のように構成された実施の形態１の多関節ロボットは、２関節という簡単な構成のみにて作業領域面内のすべての座標点において作業点を設定することができる。また、各関節アームが作業領域面の水平方向から傾斜して成るため、作業領域面上から所望の高さ距離を確保することができ、各関節アームの移動が行いやすくなる。また、作業手段を備えているため様々な作業が可能となり、その作業手段の昇降動作により作業領域面上の高さ方向の座標点も作業点として設定することが可能となる。
【００２３】
上記実施の形態１では第２の関節アームの回転移動半径と第１の関節アームの回転移動半径とを同一の長さにて形成する例を示したが、これに限られることはなく、第２の関節アームの回転移動半径を第１の関節アームの回転移動半径より長く形成しても第１の関節アームの回転移動半径と第２の関節アームの回転移動半径とを加算した長さ分の半径を有する作業領域面内の作業は同様に行うことができる。これは、第２の関節アームの回転移動半径が第１の関節アームの回転移動半径より短いと、作業領域面内の中止位置において作業できない領域が発生するためである。
【００２４】
また、上記実施の形態１では第１の関節アームの一端における第１の回転軸の中心位置から第２の関節アームの一端における第２の回転軸の中心位置までが作業領域面方向に水平方向から傾斜して成り、第２の関節アームの一端における第２の回転軸の中心位置から第２の関節アームの他端の中心位置までが作業領域面方向に水平方向から傾斜して成る例を示したが、これに限られることはなく、各関節アームを作業領域面において水平方向に設置してもよい。その場合、作業領域面と第２の関節アームの先端との距離を確保することが困難となるが、その反面、各関節アームの回転移動半径が各関節アームの長さと同一長さとなり広い範囲の作業領域面を確保することができる。
【００２５】
また、上記実施の形態１では保持手段を作業領域面外から作業領域面上に延在して構成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図６に示すように、保持手段５０を作業領域面上の天井面２７に設置して第１の関節アームおよび第２の関節アームを保持するように構成してもよい。また、作業領域面上に存在する壁面上に設置しても良いことは言うまでもない。
【００２６】
また、上記実施の形態１では、作業手段の先端を作業領域面に対して垂直に配設する例を示したが、これに限られることはなく、作業手段の先端を作業領域面に対して任意の傾斜角度にて保持できるように構成しても良い。
【００２７】
また、上記実施の形態１では作業領域面を水平方向に設定する例を示したがこれに限られることはなく、作業領域面と各関節アームとの位置関係が同様に設定されていれば、作業領域面はいずれ方向であっても良いことは言うまでもない。
【００２８】
また、上記実施の形態１では作業手段のみが上下方向に昇降するを示したがこれに限られることはなく、例えば、第１の関節アーム部分が上下方向に昇降するように構成しても良い。また、第１の関節アームおよび作業手段のいずれも上下方向に昇降するように構成しても良い。
【００２９】
また、上記実施の形態１では作業手段の作業例を特に示していないが、例えば、任意の物品を挟んで作業領域面内を移動する握持手段や、溶接手段や、レーザなどの照射手段や、打ち込み手段や、引き抜き手段や、締め込み手段や、先端に撮影部を備えた検査手段や等様々な作業を行う手段を設置することができる。また、上記実施の形態１では１つの作業手段は備える例を示したが、これに限られることはなく、例えば複数の作業手段を設置することも可能である。
【００３０】
また、上記実施の形態１では特に示さなかったが、作業工程のティーチング方法としては、第１および第２の関節アームの駆動をフリーにしておいて作業手段の先端を作業者が持って移動させてダイレクトに作業工程をティーチングする方法や、ティーチングペンダントにより作業工程を指示して行うティーチング方法などを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１の多関節ロボットのアーム部の内部構造の詳細を示す断面図である。
【図２】図１に示した多関節ロボットの全体構成を示す側面図である。
【図３】図１に示した多関節ロボットの動作を説明するための斜視図である。
【図４】図１に示した多関節ロボットの動作状態を示す図である。
【図５】図１に示した多関節ロボットの電気制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態１の多関節ロボットの他の設置例を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  第１の関節アーム、１ａ，３ａ  一端、１ｂ，３ｂ  他端、２  第１の回転軸、
３  第２の関節アーム、４  第２の回転軸、５，５０  保持手段、６  作業手段、
６ａ  先端部、７  作業台、８  第１の回転部、９  第１のモータ、
１０  第１の歯車部、１１  第１のベアリング部、１２  第１のロータリーエンコーダ、
１３  第２の回転部、１４  第２のモータ、１５  第２の歯車部、
１６  第２のベアリング部、１７  第２のロータリーエンコーダ、１８  回転用モータ、
１９，２２  タイミングベルト、２０，２３  プーリー２１  昇降用モータ、
２４  第１の回転センサ、２５  第２の回転センサ、２６  垂直軸、２７  天井面、
７０  制御手段、７００  制御部、７０１  モータ駆動部、
７０２  回転位置（座標）制御データ格納部、７０３  絶対位置変換部、
７０４  制御値比較部、７０５  回転異常制御部、７０６  非常停止部、
７０７  スイッチ、７０８  電源部、Ａ  作業領域面、ａ，ｃ  動作点軌跡、
Ｂ  中心点、Ｂ２，Ｃ２，Ｃ３  中心位置、ｂ  中心点軌跡、Ｃ  作業点、ｈ  高さ、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  回転移動半径。
【図１】
2006224218.tif 000003
【図２】
2006224218.tif 000004
【図３】
2006224218.tif 000005
【図４】
2006224218.tif 000006
【図５】
2006224218.tif 000007
【図６】
2006224218.tif 000008