(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボットの小型化を図りつつ、口径の大きな配管及び／又は配線をリンクに挿通させることができる、ロボットを提供することを目的とする。【解決手段】第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、及び第３軸Ａ３が、互いに直交するように配置されていて、第１リンク１１ａが第２リンク１１ｂに対して第１軸Ａ１回りに回転し、第２リンク１１ｂが第３リンク１１ｃに対して第２軸Ａ２回りに揺動し、第３リンク１１ｃが第４リンク１１ｄに対して第３軸Ａ３回りに揺動するように構成され、第１リンク１１ａは、筒状に形成されていて、第１関節ＪＴ１は、中空部を有するように構成され、第１リンク１１ａの端部には、当該第１リンク１１ａの内部空間及び第１関節ＪＴ１の中空部を挿通するように、配管及び／又は配線が配設されていて、配管及び／又は配線は、第２軸Ａ２の軸心と交差するように配置されている、ロボット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸、第２軸、及び第３軸が、互いに直交し、かつ、前記第３軸が第４リンクの延伸方向に対して、直交するように配置されていて、
第１リンクが第２リンクに対して前記第１軸回りに回転し、前記第２リンクが第３リンクに対して前記第２軸回りに揺動し、前記第３リンクが前記第４リンクに対して前記第３軸回りに揺動するように構成され、
前記第１リンクを前記第１軸回りに回転駆動するためのアクチュエータが前記第４リンク又は第５リンクに配設されていて、
前記第１リンクは、筒状に形成されていて、一方の端部にエンドエフェクタが取付けられていて、
第１関節は、中空部を有するように構成され、
前記第１リンクの他方の端部には、当該第１リンクの内部空間及び前記第１関節の中空部を挿通するように、配管及び／又は配線が配設されていて、
前記配管及び／又は前記配線は、前記第２軸の軸心と交差するように配置されている、ロボット。
【請求項２】
前記第１関節の前記中空部には、ハイポイドギヤ又はベベルギヤが配置されている、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記エンドエフェクタは、塗料を噴霧するスプレーガンで構成されている、請求項１又は２に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータの回転中心を中空にし、当該中空部分に線条体を挿通しているロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているロボットでは、ロボットの各関節軸を駆動するサーボモータと減速機の回転中心に中空穴を開口し、当該中空穴に線条体（例えば、アクチュエータ又はエンドエフェクタ用の動力線及び信号線、塗料用配管等）が配設されている。また、各関節軸が接続するアーム体内には、各アクチュエータを接続するように、線条体が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０３７１３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されているロボットでは、各関節軸に配置されているアクチュエータの回転中心を中空にしているため、その中空の口径（開口面積）は、アクチュエータの大きさに依存する。また、各関節軸が接続するアーム体内に線条体を配置するためには、アクチュエータを避けながら線条体を配置する必要がある。
【０００５】
このため、ロボットの小型化を図るために、小型のアクチュエータを用いると、その中空の口径が小さくなり、中空を挿通する配管もその口径が小さくなる。配管の口径が小さくなると、流路抵抗が大きくなるという第１の課題があった。
【０００６】
一方、配管の口径を大きくするために、中空の口径を大きくすると、アクチュエータ及びアーム体が大型化し、ロボット全体が大型化するという第２の課題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ロボットの小型化を図りつつ、口径の大きな配管及び／又は配線をリンク内に挿通させることができる、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】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係るロボットは、第１軸、第２軸、及び第３軸が、互いに直交し、かつ、前記第３軸が第４リンクの延伸方向に対して、直交するように配置されていて、第１リンクが第２リンクに対して前記第１軸回りに回転し、前記第２リンクが第３リンクに対して前記第２軸回りに揺動し、前記第３リンクが前記第４リンクに対して前記第３軸回りに揺動するように構成され、前記第１リンクを前記第１軸回りに回転駆動するためのアクチュエータが前記第４リンク又は第５リンクに配設されていて、前記第１リンクは、筒状に形成されていて、一方の端部にエンドエフェクタが取付けられていて、第１関節は、中空部を有するように構成され、前記第１リンクの他方の端部には、当該第１リンクの内部空間及び前記第１関節の中空部を挿通するように、配管及び／又は配線が配設されていて、前記配管及び／又は前記配線は、前記第２軸の軸心と交差するように配置されている。
【０００９】
これにより、第１リンク内に、アクチュエータを避けながら配管及び／又は配線を配置する必要がない。したがって、第１リンクを大型化することなく、第１リンクの内方空間を挿通する配管及び／又は配線の口径を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のロボットによれば、ロボットの小型化を図りつつ、口径の大きな配管及び／又は配線をリンク内に挿通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態１に係るロボットの概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、図１に示すロボットの先端部の概略構成を示す側面図である。
【図３】図３は、図１に示すロボットの先端部の概略構成を示す正面図である。
【図４】図４は、本実施の形態１における変形例１のロボットの先端部の概略構成を示す側面図である。
【図５】図５は、本実施の形態１における変形例１のロボットの先端部の概略構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１３】
（実施の形態１）
本実施の形態１に係るロボットは、第１軸、第２軸、及び第３軸が、互いに直交し、かつ、第３軸が第４リンクの延伸方向に対して、直交するように配置されていて、第１リンクが第２リンクに対して第１軸回りに回転し、第２リンクが第３リンクに対して第２軸回りに揺動し、第３リンクが第４リンクに対して第３軸回りに揺動するように構成され、第１リンクを第１軸回りに回転駆動するためのアクチュエータが第４リンク又は第５リンクに配設されていて、第１リンクは、筒状に形成されていて、一方の端部にエンドエフェクタが取付けられていて、第１関節は、中空部を有するように構成され、第１リンクの他方の端部には、当該第１リンクの内部空間及び第１関節の中空部を挿通するように、配管及び／又は配線が配設されていて、配管及び／又は配線は、第２軸の軸心と交差するように配置されている。
【００１４】
また、本実施の形態１に係るロボットでは、第１関節の中空部には、ハイポイドギヤ又はベベルギヤが配置されていてもよい。
【００１５】
さらに、本実施の形態１に係るロボットでは、エンドエフェクタは、塗料を噴霧するスプレーガンで構成されていてもよい。
【００１６】
以下、本実施の形態１に係るロボットの一例について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１７】
［ロボットの構成］
図１は、本実施の形態１に係るロボットの概略構成を示す側面図である。
【００１８】
なお、図１においては、ロボットにおける上下方向及び前後方向を図における上下方向及び前後方向として、表している。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態１に係るロボット１００は、複数のリンク（ここでは、第１リンク１１ａ〜第６リンク１１ｆ）の連接体と、複数の関節（ここでは、第１関節ＪＴ１〜第６関節ＪＴ６）と、これらを支持する基台１５と、制御装置５と、を有する多関節ロボットアームである。第１リンク１１ａ〜第６リンク１１ｆは、それぞれ、筒状に形成されている。
【００２０】
基台１５内には、制御装置５が配置されている。なお、本実施の形態１においては、制御装置５が、基台１５内に配置されている形態を採用したが、これに限定されない。制御装置５が、いずれかのリンク内に配置されている形態を採用してもよく、作業空間内に配置されている形態を採用してもよく、作業空間外に配置されている形態を採用してもよい。
【００２１】
第６関節ＪＴ６では、基台１５と、第６リンク１１ｆの基端部と、が、鉛直方向に延びる第６軸Ａ６回りに回転可能に連結されている。第５関節ＪＴ５では、第６リンク１１ｆの先端部と、第５リンク１１ｅの基端部と、が、水平方向に延びる第５軸Ａ５回りに回転可能に連結されている。第４関節ＪＴ４では、第５リンク１１ｅの先端部と、第４リンク１１ｄの基端部と、が、水平方向に延びる第４軸Ａ４回りに回転可能に連結されている。
【００２２】
すなわち、ロボット１００の基端部では、逆Ｌ字状となるように、第４関節ＪＴ４〜第６関節ＪＴ６、及び第４リンク１１ｄ〜第６リンク１１ｆが配置されている。なお、第４関節ＪＴ４と第５関節ＪＴ５は、第４軸Ａ４と第５軸Ａ５が、互いに平行となるように、第４リンク１１ｄ〜第６リンク１１ｆが配置されている。
【００２３】
また、第３関節ＪＴ３では、第４リンク１１ｄの先端部と、第３リンク１１ｃの基端部と、が、水平方向に延びる第３軸Ａ３回りに回転可能に連結されている。第２関節ＪＴ２では、第３リンク１１ｃの先端部と、第２リンク１１ｂの基端部と、が、鉛直方向に延びる第２軸Ａ２回りに回転可能に連結されている。第１関節ＪＴ１では、第２リンク１１ｂの先端部と、第１リンク１１ａの基端部と、が、水平方向に延びる第１軸Ａ１回りに回転可能に連結されている。
【００２４】
すなわち、ロボット１００の先端部では、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、及び第３軸Ａ３が、互いに直交するように配置されている。なお、ロボット１００の先端部の詳細な構造については、後述する。
【００２５】
そして、制御装置５は、第１軸Ａ１及び第３軸Ａ３の軸心が、それぞれ、水平方向に位置し、第２軸Ａ２の軸心が鉛直方向に位置するように、第１関節ＪＴ１〜第３関節ＪＴ３を回転させる各駆動モータを制御している。
【００２６】
具体的には、図１に示すように、制御装置５は、第１軸Ａ１の軸心がロボット１００の前後方向に位置し、第２軸Ａ２の軸心がロボット１００の鉛直方向に位置し、第３軸Ａ３の軸心が左右方向に位置するように、各駆動モータを制御している。なお、制御装置５により、ロボット１００が、このように制御されている状態を第１状態という。
【００２７】
第１リンク１１ａの先端部（一方の端部）には、メカニカルインターフェースが設けられている。このメカニカルインターフェースには、作業内容に対応したエンドエフェクタ１２が着脱可能に装着される。
【００２８】
なお、本実施の形態１においては、エンドエフェクタ１２として、塗料を噴霧するスプレーガンで構成されている。また、スプレーガンには、チューブ１３が接続されている。塗料チューブ１３内には、スプレーガンに塗料を供給するための配管及び当該スプレーガン用の配線、信号線等が配置されている（図２参照）。
【００２９】
また、第１関節ＪＴ１〜第６関節ＪＴ６は、それぞれ、各関節が連結する２つの部材を相対的に回転させるアクチュエータの一例としての駆動モータが接続されている（図示せず）。駆動モータは、例えば、制御装置５によってサーボ制御されるサーボモータであってもよい。また、各駆動モータの近傍には、駆動モータの回転位置を検出する回転センサと、駆動モータの回転を制御する電流を検出する電流センサと、が設けられている（それぞれ、図示せず）。回転センサは、例えば、エンコーダであってもよい。
【００３０】
なお、本実施の形態１においては、ロボット１００には、防爆構造が採用されている。例えば、第１関節ＪＴ１〜第３関節ＪＴ３を回転させる各駆動モータは、第４リンク１１ｄに配置されている。また、例えば、第１関節ＪＴ１〜第３関節ＪＴ３を回転させる各駆動モータは、第４リンク１１ｄの第４関節ＪＴ４（第４リンク１１ｄの基端部）又は第５リンク１１ｅの先端部に配置されていてもよい。さらに、例えば、第１関節ＪＴ１〜第３関節ＪＴ３を回転させる各駆動モータは、第４リンク１１ｄの第４関節ＪＴ４（第４リンク１１ｄの基端部）と、第５リンク１１ｅの先端部と、を跨るように配置されていてもよい。
【００３１】
制御装置５は、ロボット１００の動作を制御するものである。制御装置５は、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路等からなる演算部（図示せず）と、ＲＯＭ又はＲＡＭ等からなる記憶部（図示せず）と、により構成されている。なお、制御装置５は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して、ロボット１００の制御を実行する制御装置群で構成される形態であっても構わない。
【００３２】
次に、ロボット１００の先端部の構造について、図１〜図３を参照しながら、詳細に説明する。
【００３３】
図２は、図１に示すロボットの先端部の概略構成を示す側面図である。図３は、図１に示すロボットの先端部の概略構成を示す正面図である。なお、図２においては、ロボットにおける上下方向及び前後方向を図における上下方向及び前後方向として、表している。また、図３においては、ロボットにおける前後方向及び左右方向を図における前後方向及び左右方向として表している。さらに、図２及び図３においては、ロボットの一部を断面で示し、図３においては、エンドエフェクタの記載を省略している。
【００３４】
図１〜図３に示すように、第４リンク１１ｄ内には、シャフトＳ４、Ｓ５ａ、及びＳ６ａが挿通されている。シャフトＳ４、Ｓ５ａ、及びＳ６ａは、それぞれ、その基端部が、第１関節ＪＴ１〜第３関節ＪＴ３を回転させるための駆動モータの出力軸と、直接、又は適宜な手段により間接的に、接続されている。
【００３５】
シャフトＳ４の先端部は、ベアリング等の適宜な手段を介して、第３関節ＪＴ３と接続されている。これにより、駆動モータの回転が、シャフトＳ４を介して、第３関節ＪＴ３に伝達され、第３関節ＪＴ３は、第３軸Ａ３回りに回転（揺動）することができる。すなわち、第３リンク１１ｃが、第４リンク１１ｄに対して、第３軸Ａ３回りに揺動することができる。
【００３６】
また、シャフトＳ５ａの先端部には、かさ歯車５０ａが嵌合されている。かさ歯車５０ａは、かさ歯車５０ｂと歯合している。かさ歯車５０ｂは、シャフトＳ５ｂの基端部に嵌合されている。シャフトＳ５ｂは、シャフトＳ５ａと直交する方向に配置されていて、その先端部は、ベアリング等の適宜な手段を介して、第２関節ＪＴ２と接続されている。
【００３７】
これにより、駆動モータの回転が、シャフトＳ５ａ、かさ歯車５０ａ、かさ歯車５０ｂ及びシャフトＳ５ｂを介して、第２関節ＪＴ２に伝達され、第２関節ＪＴ２は、第２軸Ａ２回りに回転（揺動）することができる。すなわち、第２リンク１１ｂが、第３リンク１１ｃに対して、第２軸Ａ２回りに揺動することができる。
【００３８】
シャフトＳ６ａの先端部には、かさ歯車６０ａが嵌合されている。かさ歯車６０ａは、かさ歯車６０ｂと歯合している。かさ歯車６０ｂは、シャフトＳ６ｂの基端部に嵌合されている。シャフトＳ６ｂは、シャフトＳ６ａと直交する方向に配置されていて、その先端部には、円板状の歯車６１ａが嵌合されている。歯車６１ａは、円板状の歯車６１ｂと歯合している。歯車６１ｂは、入力ハイポイドギヤ６２ａの基端部に嵌合されている。入力ハイポイドギヤ６２ａは、出力ハイポイドギヤ６２ｂと歯合している。出力ハイポイドギヤ６２ｂは、ベアリング等の適宜な手段を介して、第１関節ＪＴ１に接続されている。また、第１関節ＪＴ１には、出力ハイポイドギヤ６２ｂの内部空間により、中空部６５が形成されている。
【００３９】
これにより、駆動モータの回転が、シャフトＳ６ａ、かさ歯車６０ａ、かさ歯車６０ｂ、シャフトＳ６ｂ、歯車６１ａ、６１ｂ、入力ハイポイドギヤ６２ａ、及び出力ハイポイドギヤ６２ｂを介して、第１関節ＪＴ１に伝達され、第１関節ＪＴ１は、第１軸Ａ１回りに回転することができる。すなわち、第１リンク１１ａが、第２リンク１１ｂに対して、第１軸Ａ１回りに回転することができる。
【００４０】
また、第１リンク１１ａの基端部（他方の端部）には、当該第１リンク１１ａの内部空間及び第１関節ＪＴ１の中空部６５を挿通するように、チューブ１３が配設されている。チューブ１３は、第２軸Ａ２の軸心と交差するように配置されている。
【００４１】
このように構成された、本実施の形態１に係るロボット１００では、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、及び第３軸Ａ３は、互いに直交するように配置されていて、かつ、第３軸Ａ３が、第４リンク１１ｄの延伸方向に対して、直交するように配置されている。
【００４２】
これにより、エンドエフェクタ１２（第１リンク１１ａ）の先端部が、前方に向いた状態（第１状態）において、エンドエフェクタ１２（第１リンク１１ａ）の先端部の位置座標を制御装置５に入力して、制御装置５が、入力された位置座標を基に、各関節軸を回転させる駆動モータの回転角度等の算出（逆変換）をするときに、特異点が発生することが抑制される。
【００４３】
また、本実施の形態１に係るロボット１００では、第１リンク１１ａの基端部に、当該第１リンク１１ａの内部空間及び第１関節ＪＴ１の中空部６５を挿通するように、チューブ１３が配設されていて、チューブ１３は、第２軸Ａ２の軸心と交差するように配置されている。
【００４４】
これにより、第１関節ＪＴ１の後方側の空間に、チューブ１３を配置することができる。このため、各リンク及び／又は各関節軸と、チューブ１３と、の接触（干渉）が抑制され、ロボット１００は、自由に姿勢を変更することができる。
【００４５】
また、本実施の形態１に係るロボット１００では、第１関節ＪＴ１に出力ハイポイドギヤ６２ｂを配置している。これにより、第１関節ＪＴ１の口径を大きくすること無く、当該第１関節ＪＴ１の中空部６５の口径を大きくとることができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態１に係るロボット１００では、第１関節ＪＴ１〜第３関節ＪＴ３を回転させる各駆動モータが、第４リンク１１ｄに配置されている。
【００４７】
これにより、第１リンク１１ａ内に、アクチュエータを回避するように、チューブ１３を配置する必要がない。このため、特許文献１に開示されているロボットに比して、第１リンク１１ａを大型化することなく、第１リンク１１ａの内部空間を挿通するチューブ１３の口径を大きくすることができる。すなわち、本実施の形態１に係るロボット１００では、ロボットの小型化を図りつつ、口径の大きなチューブ１３を第１リンク１１ａ内に挿通させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態１に係るロボット１００では、６軸の自由度を有するロボットで構成されている形態を採用したが、これに限定されない。本実施の形態１に係るロボット１００は、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２、及び第３軸Ａ３が互いに直交し、かつ、第３軸Ａ３が第４リンク１１ｄに直交していればよく、例えば、４軸の自由度を有するロボットで構成されている形態を採用してもよく、７軸の自由度を有するロボットで構成されている形態を採用してもよい。
【００４９】
また、本実施の形態１に係るロボット１００では、エンドエフェクタ１２として、塗料を噴霧するスプレーガンを用いる形態を採用したが、これに限定されない。
【００５０】
エンドエフェクタ１２として、例えば、空気又は油圧で駆動し、ワークを保持（把持）・搬送する搬送ハンドを用いる形態を採用してもよい。この場合、搬送ハンドには、チューブ１３が、第１リンク１１ａの内部空間及び第１関節ＪＴ１の中空部６５を挿通するように、接続される。また、チューブ１３内には、空気又は油が通流する口径の大きな配管及び当該搬送ハンド用の配線、信号線等が配置されている。
【００５１】
また、エンドエフェクタ１２として、例えば、ブラシを回転させて、ごみ等の洗浄、バリ取り等を実行しながら、洗浄されたごみ等を吸引除去するように構成されている、洗浄用ツールを用いる形態を採用してもよい。この場合、洗浄用ツールには、チューブ１３が、第１リンク１１ａの内部空間及び第１関節ＪＴ１の中空部６５を挿通するように、接続される。また、チューブ１３内には、吸引用の口径の大きな配管及び当該洗浄用ツール用の配線、信号線等が配置されている。
【００５２】
［変形例１］
次に、本実施の形態１に係るロボット１００の変形例について、図４及び５を参照しながら説明する。
【００５３】
図４は、本実施の形態１における変形例１のロボットの先端部の概略構成を示す側面図である。図５は、本実施の形態１における変形例１のロボットの先端部の概略構成を示す正面図である。なお、図４においては、ロボットにおける上下方向及び前後方向を図における上下方向及び前後方向として、表している。また、図５においては、ロボットにおける前後方向及び左右方向を図における前後方向及び左右方向として表している。さらに、図４及び図５においては、ロボットの一部を断面で示し、図５においては、エンドエフェクタの記載を省略している。
【００５４】
図４及び図５に示すように、本実施の形態１における変形例１のロボット１００は、実施の形態１に係るロボット１００と基本的構成は同じであるが、入力ハイポイドギヤ６２ａ及び出力ハイポイドギヤ６２ｂに代えて、入力ベベルギヤ６３ａ及び出力ベベルギヤ６３ｂが配設されている点が異なる。そして、入力ハイポイドギヤ６２ａに代えて、入力ベベルギヤ６３ａを用いたことにより、当該入力ベベルギヤ６３ａが、直接、シャフトＳ６ｂに嵌合されている。
【００５５】
このように構成された、本変形例１のロボット１００であっても、実施の形態１に係るロボット１００と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のロボットによれば、ロボットの小型化を図りつつ、口径の大きな配管及び／又は配線をリンクに挿通させることができるため、ロボットの分野において有用である。
【符号の説明】
【００５８】
５  制御装置
１１ａ  第１リンク
１１ｂ  第２リンク
１１ｃ  第３リンク
１１ｄ  第４リンク
１１ｅ  第５リンク
１１ｆ  第６リンク
１２  エンドエフェクタ
１３  チューブ
１５  基台
５０ａ  かさ歯車
５０ｂ  かさ歯車
６０ａ  かさ歯車
６０ｂ  かさ歯車
６１ａ  歯車
６１ｂ  歯車
６２ａ  入力ハイポイドギヤ
６２ｂ  出力ハイポイドギヤ
６３ａ  入力ベベルギヤ
６３ｂ  出力ベベルギヤ
６５  中空部
１００  ロボット
Ａ１  第１軸
Ａ２  第２軸
Ａ３  第３軸
Ａ４  第４軸
Ａ５  第５軸
Ａ６  第６軸
ＪＴ１  第１関節
ＪＴ２  第２関節
ＪＴ３  第３関節
ＪＴ４  第４関節
ＪＴ６  第６関節
Ｓ４  シャフト
Ｓ５ｂ  シャフト
Ｓ６ａ  シャフト
Ｓ６ｂ  シャフト
【図１】
2019038050.tif 000003
【図２】
2019038050.tif 000004
【図３】
2019038050.tif 000005
【図４】
2019038050.tif 000006
【図５】
2019038050.tif 000007