(57)【要約】【課題】反転して設置してもボールネジナットに曲げモーメントを作用させずに済む。【解決手段】基台２と、基台２に水平回転可能に取り付けられた１以上のアーム３，５と、アーム３，５の先端部に鉛直方向に延びる長手軸回りに回転可能かつ長手軸に沿って直線移動可能に配置され一端にワークＷを支持するボールネジスプラインシャフト７と、ボールネジスプラインシャフト７を貫通させアーム３，５に対して長手軸に沿う方向に駆動するボールネジナット２２と、ボールネジナット２２を長手軸方向に挟んだ両側においてそれぞれ貫通させたボールネジスプラインシャフト７を長手軸回りに回転可能に支持する２つのボールスプラインナット２６，２７とを備え、ボールスプラインナット２６，２７の少なくとも一方が、貫通させたボールネジスプラインシャフト７をアーム３，５に対して長手軸回りに駆動する水平多関節型ロボット１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
該基台に水平回転可能に取り付けられた１以上のアームと、
該アームの先端部に鉛直方向に延びる長手軸回りに回転可能かつ該長手軸に沿って直線移動可能に配置され一端にワークを支持するボールネジスプラインシャフトと、
該ボールネジスプラインシャフトを貫通させ前記アームに対して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジナットと、
該ボールネジナットを前記長手軸方向に挟んだ両側においてそれぞれ貫通させた前記ボールネジスプラインシャフトを前記長手軸回りに回転可能に支持する２つのボールスプラインナットとを備え、
該ボールスプラインナットの少なくとも一方が、貫通させた前記ボールネジスプラインシャフトを前記アームに対して前記長手軸回りに駆動する水平多関節型ロボット。
【請求項２】
一方の前記ボールスプラインナットが、前記アームに着脱可能に取り付けられている請求項１に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項３】
基台と、該基台に水平回転可能に取り付けられた１以上のアームと、該アームの先端部に鉛直方向に延びる長手軸回りに回転可能かつ該長手軸に沿って直線移動可能に配置され一端にワークを支持する支持部を備えるボールネジスプラインシャフトと、該ボールネジスプラインシャフトを貫通させ前記アームに対して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジナットと、該ボールネジナットよりも前記支持部側において貫通させた前記ボールネジスプラインシャフトを前記アームに対して前記長手軸回りに駆動する駆動用ボールスプラインナットとを備える水平多関節型ロボットの前記ボールネジナットを挟んで前記駆動用ボールスプラインナットとは反対側において、補助ボールスプラインナットに前記ボールネジスプラインシャフトを貫通させるとともに、前記補助ボールスプラインナットを前記アームに固定する水平多関節型ロボットの反転設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平多関節型ロボットとその反転設置方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基台と、該基台に一端側が鉛直な第１軸線回りに水平回転可能に取り付けられた第１アームと、該第１アームの他端側に鉛直な第２軸線回りに水平回転可能に取り付けられた第２アームと、第２アームの先端に鉛直な第３軸線に沿って上下動可能かつ第３軸線回りに回転可能に取り付けられたボールネジスプラインシャフトとを備える水平多関節型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載された水平多関節型ロボットは、第３軸線回りに回転させられることでボールネジスプラインシャフトを第３軸線に沿う方向に移動させるボールネジナットと、同じく第３軸線回りに回転させられることでボールネジスプラインシャフトを第３軸線回りに回転させるボールスプラインナットとをボールネジスプラインシャフトの長手方向に並列して備えている。ボールネジナットおよびボールスプラインナットは、それぞれに固定されたプーリに掛けられたベルトを介してそれぞれモータからの動力が伝達され、第３軸線回りに回転させられるようになっている。
【０００４】
このような水平多関節型ロボットにおいては、ボールネジスプラインシャフトの下端にワークを取り付けて、第３軸線に沿うワークの上下動および第３軸線回りのワークの回転が行われる。
この場合に、第１アームあるいは第２アームを水平回転させると、ボールネジスプラインシャフトには、ワークの慣性により曲げモーメントが作用する。
【０００５】
ボールネジナットはボールネジスプラインシャフトに作用する曲げモーメントに対して脆弱なため、発生した曲げモーメントはボールスプラインナットによって受ける必要がある。このため、ボールスプラインナットをボールネジナットよりもワークに近接した位置、すなわち、ボールネジナットよりも下方に配置する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−４６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような水平多関節型ロボットは、ユーザによる使用環境やレイアウト変更に応じて、基台の底面を床面等に設置する床置き型と基台の底面を天井に設置する天吊り型とを自由に選択して設置される。このため、床置き型を想定してボールネジナットよりもボールスプラインナットを下方に配置しても、天吊り型に変更された場合には、ボールネジナットとボールスプラインナットとの配置が逆転してしまい、ワークの慣性により発生した曲げモーメントがボールネジナットにかかってしまうという不都合がある。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、反転して設置してもボールネジナットに曲げモーメントを作用させずに済む水平多関節型ロボットとその反転設置方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、基台と、該基台に水平回転可能に取り付けられた１以上のアームと、該アームの先端部に鉛直方向に延びる長手軸回りに回転可能かつ該長手軸に沿って直線移動可能に配置され一端にワークを支持するボールネジスプラインシャフトと、該ボールネジスプラインシャフトを貫通させ前記アームに対して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジナットと、該ボールネジナットを前記長手軸方向に挟んだ両側においてそれぞれ貫通させた前記ボールネジスプラインシャフトを前記長手軸回りに回転可能に支持する２つのボールスプラインナットとを備え、該ボールスプラインナットの少なくとも一方が、貫通させた前記ボールネジスプラインシャフトを前記アームに対して前記長手軸回りに駆動する水平多関節型ロボットを提供する。
【００１０】
本態様によれば、ボールネジスプラインシャフトの下端にワークを支持させて、基台に対して１以上のアームを水平回転させることにより、ワークを水平方向に移動させることができる。また、ボールネジナットを長手軸回りに回転させることによりボールネジスプラインシャフトを鉛直方向に延びる長手軸に沿って上下動させて、支持部に支持したワークを昇降させることができる。さらに、少なくとも一方のボールスプラインナットを回転させることにより、ボールネジスプラインシャフトを長手軸回りに回転させて、支持部に支持したワークをその場で水平回転させることができる。
【００１１】
この場合において、基台の底面を床面に設置するいわゆる床置き型の場合には、ボールネジナットより下方に配置されている一方のボールスプラインナットがボールネジスプラインシャフトの下端に支持されたワークに近接して配置されており、アームを水平回転させたときに、ワークの慣性によってボールネジスプラインシャフトに作用する曲げモーメントが一方のボールスプラインナットによって受けられる。
【００１２】
一方、基台の底面を天井に設置するいわゆる天吊り型の場合には、床置き型の場合とはボールネジナットとボールスプラインナットの位置関係が反転するとともに、ボールネジスプラインシャフトの床置き型の場合とは異なる端部にワークを支持させることになる。この場合に、本態様によれば、ボールネジナットを挟んだ両側にボールスプラインナットが配置されているので、軸構成を変更することなく天吊り型として使用しても、他方のボールスプラインナットをボールネジナットよりもワークに近接して配置することができる。その結果、アームを水平回転させたときに、ワークの慣性によってボールネジスプラインシャフトに作用する曲げモーメントが他方のボールスプラインナットによって受けられる。
【００１３】
これにより、本態様によれば、軸構成を変更することなく、天吊り型または床置き型を任意に選択することができ、いずれの場合においても、ボールネジナットに曲げモーメントがかからないように保護することができる。すなわち、床置き型から天吊り型に変更するための改造が不要となり、低コストで自由なレイアウト設計およびレイアウト変更を行うことができる。
【００１４】
上記態様においては、一方の前記ボールスプラインナットが、前記アームに着脱可能に取り付けられていてもよい。
このようにすることで、床置き型または天吊り型のいずれかの場合に不要となる一方のボールスプラインナットを取り外すことで、その分のロボットの軽量化および寸法削減を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、基台と、該基台に水平回転可能に取り付けられた１以上のアームと、該アームの先端部に鉛直方向に延びる長手軸回りに回転可能かつ該長手軸に沿って直線移動可能に配置され一端にワークを支持する支持部を備えるボールネジスプラインシャフトと、該ボールネジスプラインシャフトを貫通させ前記アームに対して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジナットと、該ボールネジナットよりも前記支持部側において貫通させた前記ボールネジスプラインシャフトを前記アームに対して前記長手軸回りに駆動する駆動用ボールスプラインナットとを備える水平多関節型ロボットの前記ボールネジナットを挟んで前記駆動用ボールスプラインナットとは反対側において補助ボールスプラインナットに前記ボールネジスプラインシャフトを貫通させるとともに、前記補助ボールスプラインナットを前記アームに固定する水平多関節型ロボットの反転設置方法を提供する。
【００１６】
水平多関節型ロボットを反転させる前の状態においては、ボールネジスプラインシャフトの下端にワークを支持させて、基台に対して１以上のアームを水平回転させることにより、ワークを水平方向に移動させることができる。また、ボールネジナットを長手軸回りに回転させることによりボールネジスプラインシャフトを鉛直方向に延びる長手軸に沿って上下動させて、支持部に支持したワークを昇降させることができる。さらに、駆動用ボールスプラインナットを回転させることにより、ボールネジスプラインシャフトを長手軸回りに回転させて、支持部に支持したワークをその場で水平回転させることができる。
【００１７】
この場合において、ボールネジナットより下方に配置されている駆動用ボールスプラインナットがボールネジスプラインシャフトの下端に支持されたワークに近接して配置されており、アームを水平回転させたときに、ワークの慣性によってボールネジスプラインシャフトに作用する曲げモーメントが駆動用ボールスプラインナットによって受けられる。これにより、ボールネジナットに曲げモーメントがかからないように保護することができる。
【００１８】
本態様によれば、反転前の駆動用ボールスプラインナットとはボールネジナットを挟んで反対側において、補助ボールスプラインナットをアームに固定することにより、反転設置後に水平多関節型ロボットのボールネジスプラインシャフトの下端にワークを取り付けると、補助ボールスプラインナットをボールネジナットよりもワークに近接した位置に配置することができる。
【００１９】
これにより、補助ボールスプラインナットを固定するだけで、反転設置した水平多関節型ロボットにおいても、ボールネジナットに曲げモーメントがかからないように保護することができる。すなわち、水平多関節型ロボットの反転設置に際して、アームの組み替えや構成部品の取り替えが不要となり、低コストでレイアウト変更等に対応することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、水平多関節型ロボットを反転して設置してもボールネジナットに曲げモーメントを作用させずに済むという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る水平多関節型ロボットを床置き型として使用する場合を示す縦断面図である。
【図２】図１の水平多関節型ロボットの上下駆動部および回転駆動部を部分的に示す拡大縦断面図である。
【図３】図１の水平多関節型ロボットを天吊り型として使用する場合を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る反転設置方法を適用する前の床置き型の水平多関節型ロボットを示す縦断面図である。
【図５】図４の水平多関節型ロボットの上下駆動部および回転駆動部を斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係る水平多関節型ロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る水平多関節型ロボット１は、図１に示されるように、床面等に設置される基台２と、該基台２の上部に鉛直な第１軸線Ａ回りに回転可能に一端側が取り付けられた第１アーム（アーム）３と、基台２に対して第１アーム３を回転させる第１駆動部４と、第１アーム３の他端側に鉛直な第２軸線Ｂ回りに回転可能に取り付けられた第２アーム（アーム）５と、第１アーム３に対して第２アーム５を回転させる第２駆動部６と、第２アーム５の先端に配置され、鉛直な第３軸線Ｃに沿って上下動可能かつ第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持されたボールネジスプラインシャフト７と、該ボールネジスプラインシャフト７を上下動させる上下駆動部８と、ボールネジスプラインシャフト７を回転させる回転駆動部９とを備えている。図中、符号１０は、基台２と第２アーム５とを連結するように延び、第２アーム５内の後述する第２モータ１５、第３モータ２１および第４モータ２５への電力供給等を行うためのケーブル（図示略）を案内するケーブルコンジットである。
【００２３】
基台２は中空箱状に形成され、内部に第１駆動部４を構成している第１モータ１１を収容している。
第１駆動部４は、第１軸線Ａに沿って直列に配列された第１モータ１１および第１減速機１２を備えている。第１モータ１１は、出力シャフト１１ａを鉛直上向きに配置されており、上方に配置されている第１減速機１２内に出力シャフト１１ａを挿入している。出力シャフト１１ａには第１減速機１２内の図示しない入力ギヤに噛み合うギヤが取り付けられている。
【００２４】
第１減速機１２は、所定の厚さを有する円板状に形成され、基台２の上面に固定される取付部１３と、該取付部１３に対して第１軸線Ａ回りに回転可能に支持された出力軸１４とを備え、第１モータ１１の回転を減速し、第１モータ１１のトルクを減速比の逆数の比率で増幅して出力軸１４を回転させるようになっている。
【００２５】
第２駆動部６は、第２軸線Ｂに沿って直列に配列された第２モータ１５および第２減速機１６を備えている。第２モータ１５は、出力シャフト１５ａを鉛直下向きに配置されており、下方に配置されている第２減速機１６内に出力シャフト１５ａを挿入している。出力シャフト１５ａには第２減速機１６内の図示しない入力ギヤに噛み合うギヤが取り付けられている。
【００２６】
第２減速機１６は、所定の厚さを有する円板状に形成され、第２アーム５に固定される取付部１７と、該取付部１７に対して第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持された出力軸１８とを備え、第２モータ１５の回転を減速し、第２モータ１５のトルクを減速比の逆数の比率で増幅して出力軸１８を回転させるようになっている。
【００２７】
第２アーム５は、第２モータ１５および第２減速機１６の取付部１７を取り付けるベース部１９と、該ベース部１９に取り付けられ、該ベース部１９との間に第２モータ１５等を収容するカバー２０とを備えている。
上下駆動部８は、図１および図２に示されるように、ベース部１９に固定された第３モータ２１と、ボールネジスプラインシャフト７を貫通させベース部１９に固定されたボールネジナット２２と、該ボールネジナット２２および第３モータ２１に固定されたプーリ２３ａ，２３ｂと、これらのプーリ２３ａ，２３ｂに掛け渡されたベルト２４とを備えている。
【００２８】
回転駆動部９は、図１および図２に示されるように、ベース部１９に固定された第４モータ２５と、ボールネジナット２２を挟んだ両側においてボールネジスプラインシャフト７を貫通させベース部１９に固定された２つのボールスプラインナット２６，２７と、一方のボールスプラインナット２６および第４モータ２５に固定されたプーリ２８ａ，２８ｂと、これらのプーリ２８ａ，２８ｂに掛け渡されたベルト２９とを備えている。他方のボールスプラインナット２７にはプーリが設けられておらず、第４モータ２５による駆動は行われないようになっている。
【００２９】
ケーブルコンジット１０は、外力に倣って変形可能なフレキシブルな素材によって構成されたチューブであり、基台２の上面から鉛直上方に立ち上がり、逆Ｊ字状に湾曲して、第２軸線Ｂに沿って延びる直線部分の下端が第２アーム５のカバー２０の上面に固定されている。ケーブルコンジット１０内には、第２アーム５内に収容されている第２モータ１５、第３モータ２１および第４モータ２５への電力供給用および信号伝達用のケーブルが収容されている。
【００３０】
このように構成された本実施形態に係る水平多関節型ロボット１の作用について以下に説明する。
図１に示されるように、基台２の底面を床面に固定する床置き型で動作させる場合において、第１駆動部４の第１モータ１１を作動させると、第１モータ１１の回転が第１減速機１２によって減速されることによりトルクが増幅されて取付部１３に対して出力軸１４が第１軸線Ａ回りに回転させられる。取付部１３が基台２の上面に固定され、出力軸１４が第１アーム３に固定されているので、第１モータ１１の駆動により、第１アーム３が基台２に対して第１軸線Ａ回りに水平回転させられる。
【００３１】
また、第２駆動部６の第２モータ１５を作動させると、第２モータ１５の回転が第２減速機１６によって減速されることによりトルクが増幅されて取付部１７に対して出力軸１８が第２軸線Ｂ回りに回転させられる。取付部１７が第２アーム５に固定され、出力軸１８が第１アーム３に固定されているので、第２モータ１５の駆動により、第２アーム５が第１アーム３に対して第２軸線Ｂ回りに水平回転させられる。第１アーム３の回転と第２アーム５の回転との組合せにより、第２アーム５の先端に保持されているボールネジスプラインシャフト７の水平方向位置を２次元的に変更することができる。
【００３２】
また、上下駆動部８の第３モータ２１を作動させると、第３モータ２１の回転がプーリ２３ａ，２３ｂおよびベルト２４によってボールネジナット２２に伝達され、ボールネジナット２２がボールネジスプラインシャフト７の長手軸に沿う第３軸線Ｃ回りに回転させられることにより、ボールネジスプラインシャフト７が上下方向に移動させられる。これによりボールネジスプラインシャフト７の下端に設けたワークＷを支持する支持部（図示略）が上下方向に移動させられる。
【００３３】
また、回転駆動部９の第４モータ２５を作動させると、第４モータ２５の回転がプーリ２８ａ，２８ｂおよびベルト２９によって一方のボールスプラインナット２６に伝達され、ボールスプラインナット２６が第３軸線Ｃ回りに回転させられることにより、ボールネジスプラインシャフト７が第３軸線Ｃ回りに回転させられる。これにより、ワークＷを第３軸線Ｃ回りに回転させることができる。
【００３４】
このように、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１によれば、ボールネジスプラインシャフト７の下端の支持部に支持したワークＷを、水平な姿勢を維持したままの状態で、第１アーム３および第２アーム５によって水平方向位置を２次元的に移動させ、上下駆動部８によって高さ位置を調節し、回転駆動部９によって水平方向の回転位置を調整することができる。
【００３５】
この場合において、第１アーム３および第２アーム５の作動により、ワークＷを水平方向に移動させる際に、ワークＷの慣性によってボールネジスプラインシャフト７には曲げモーメントが作用する。
この曲げモーメントは、ワークＷに最も近い位置に配置されているボールスプラインナット２６によって受け止められるので、曲げモーメントに対して脆弱なボールネジナット２２に曲げモーメントがかからないようにして保護することができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１によれば、図３に示されるように、基台２の底面を天井に固定する天吊り型で動作させる場合には、ボールネジスプラインシャフト７が上下反転するので、ワークＷを支持する端部を入れ替えて、ボールネジスプラインシャフト７の下端で支持させる。この状態で、床置き型と同様にして、ワークＷを動作させることができる。
【００３７】
この場合に、床置き型と同様にして、第１アーム３および第２アーム５の作動により、ワークＷの慣性によってボールネジスプラインシャフト７には曲げモーメントが作用する。本実施形態に係る水平多関節型ロボット１によれば、ボールネジナット２２を挟んで両側にボールスプラインナット２６，２７が配置されているので、床置き型として設置しても、天吊り型として設置しても、ボールネジスプラインシャフト７の下端に支持されたワークＷに近接していずれかのボールスプラインナット２６，２７を配置することができる。
【００３８】
これにより、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１によれば、床置き型および天吊り型のいずれの場合にも、曲げモーメントに対して脆弱なボールネジナット２２に曲げモーメントがかからないようにして保護することができるという利点がある。すなわち、現場における使用環境の変更やレイアウト変更によって、床置き型として使用していたものを天吊り型に、あるいは逆に変更する場合においても、軸構成の変更を伴うことなく、そのまま使用することができるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施形態においては、ボールネジナット２２を挟んで両側に予め一対のボールスプラインナット２６，２７を配置した水平多関節型ロボット１を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、図４および図５に示されるような、ボールネジナット２２の下方のみに駆動用ボールスプラインナット２６が配置されている床置き型（あるいは天吊り型）の水平多関節型ロボット１を天吊り型（あるいは床置き型）に変更する場合の反転設置方法についても提供するものである。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係る水平多関節型ロボット１の反転設置方法は、図４に示されるように、床置き型専用に設計された水平多関節型ロボット１を天吊り型として反転して使用する場合に適用される方法である。この反転設置方法は、床置き型専用の水平多関節型ロボット１に対して、ボールネジナット２２を挟んで駆動用ボールスプラインナット２６とは反対側において、ボールネジスプラインシャフト７を貫通させた補助ボールスプラインナット２７を第２アーム５のベース部１９に固定する方法である。
本実施形態においては、図１から図３に示されるように、筒状のアダプタ３０を介して補助ボールスプラインナット２７をベース部１９に固定している。アダプタ３０はベース部１９に一体的に設けられていてもよいし、別体に設けられていてもよい。
【００４１】
補助ボールスプラインナット２７は、駆動力を供給されず、ボールネジスプラインシャフト７の第３軸線Ｃ回りの回転に倣って回転させられるようになっている。
このようにすることで、床置き型の水平多関節型ロボット１を反転して基台２の底面を天井に固定しても、図３に示されるように、ボールネジスプラインシャフト７の下端に取り付けたワークＷの慣性によりボールネジスプラインシャフト７にかかる曲げモーメントがワークＷに近接して配置されている補助ボールスプラインナット２７によって受けられる。
【００４２】
これにより、床置き型として使用していた水平多関節型ロボット１を天吊り型に変更する場合においても、軸構成の変更を伴うことなく、使用することができるという利点がある。そして、このようにすることで、床置き型として使用する場合には、補助ボールスプラインナット２７を使用せずに済み、天吊り型として使用する場合にのみ、補助ボールスプラインナット２７を固定すれば足りる。
【００４３】
したがって、床置き型として使用する場合には、補助ボールスプラインナット２７を取り付けないので、第２アーム５の軽量化および全高の低減を図ることができる。そして、天吊り型として使用する場合には補助ボールスプラインナット２７を固定すればよいので、第２アーム５のベース部１９等の構成部品の変更を伴わずに済み、低コストで床置き型から変更することができるという利点がある。
【００４４】
なお、本実施形態においては、床置き型から天吊り型に変更する際に、補助ボールスプラインナット２７を取り付けることとしたが、これに代えて、天吊り型から床置き型に変更する場合に補助ボールスプラインナット２７を取り付けることにしてもよい。
また、補助ボールスプラインナット２７には駆動力を伝達しないこととしたが、補助ボールスプラインナット２７にも駆動力伝達することにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  水平多関節型ロボット
２  基台
３  第１アーム（アーム）
５  第２アーム（アーム）
７  ボールネジスプラインシャフト
２２  ボールネジナット
２６  駆動用ボールスプラインナット（ボールスプラインナット）
２７  補助ボールスプラインナット（ボールスプラインナット）
Ｗ  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018130805.tif 000005
【図４】
2018130805.tif 000006
【図５】
2018130805.tif 000007