(57)【要約】【課題】本発明は、可動範囲が広く、タクトタイムが短くして生産性を向上させた多関節ロボットを提供することを目的とする。【解決手段】リンク機構から構成された昇降部２と、前記昇降部に取り付けられ、ワークを搬送する搬送部１とを備えた多関節ロボットにおいて、前記昇降部２は、少なくとも６つのアーム体Ｃ１〜７で構成され、前記アーム体Ｃ１〜７は、各関節軸Ｊ１〜７を中心に回転するものである。【選択図】図１
2008254138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンク機構から構成された昇降部と、前記昇降部に取り付けられ、ワークを搬送する搬送部とを備えた多関節ロボットにおいて、
前記昇降部は、少なくとも６つのアーム体で構成され、前記アーム体は、各関節軸を中心に回転することを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記アーム体の第１の関節軸と第３の関節軸の間に第２の関節軸が配置され、前記第２の関節軸は、前記第１の関節軸に直交するように構成されてい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】
前記アーム体の第１の関節軸は、ロボット設置面に対して回動自在に傾斜させて配置されてい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４】
前記アーム体の第４の関節軸と第６の関節軸の間に第５の関節軸が配置され、前記第５の関節軸は、前記第４の関節軸に直交するように構成されてい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５】
前記昇降部は、少なくとも６つの前記アーム体と少なくとも６つの関節軸から構成され、関節軸に直交する関節軸を少なくとも１箇所に備えたことを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
【請求項６】
前記アーム体は、７つの関節軸を備え、第１の関節軸と第３の関節軸の間に前記第１の関節軸に直交する第２の関節軸を備えた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７】
前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部は、ロボット設置面と平行に形成された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８】
前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部の前記アーム体は、第１の関節軸と第３の関節軸の間に前記第１の関節軸に直交する第２の関節軸と、第４の関節軸と第６の関節軸との間に前記第４の関節軸に直交する第５の関節軸とが、回転することによりロボット設置面と平行に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の多関節ロボット。
【請求項９】
前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部は、前記アーム体により略コの字に形成された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１０】
前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部の関節軸は、前記関節軸の内側に負荷重心位置が来るように配置された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１１】
前記搬送部が水平多関節アームであることを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品をハンドリングする多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多関節ロボットしては、肩関節部の回転中心と台座の回転中心とをオフセットすることで台座を回動させる際に多関節ロボットの旋回半径を小さくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の多関節ロボットは、図１から図３において、１０は固定ベース、１１は一端部が第１軸Ｓ１によって横貫されて固定ベース１０に回動自在に軸支された第１主柱、１２は一端部が上記第１軸Ｓ１と平行する第２軸Ｓ２によって横貫されて第１主柱１１の他端部に回動自在に軸支された第２主柱、１３はこの第２主柱１２の他端部に上記第１軸Ｓ１と平行する第３軸Ｓ３に横貫されて軸受け１３ａを介して回動自在に軸支されたアームベース、１４はこのアームベース１３から水平方向に横設されたアームで、第１アーム１４ａと第２アーム１４ｂとからなり、それぞれ水平方向に回動するように構成されている。１５は第２アーム１４ｂに載置されたワーク、１６は上記第２軸Ｓ２と同軸上にある第４軸Ｓ４に横貫されて軸受け１６ａを介して第２主柱１２に回動自在に軸支されたリンクベース、１７は一端が上記固定ベースに回動自在に軸支され他端が上記第１主柱１１と平行四辺形を構成するように上記リンクベース１６の一側に回動自在に軸支された第１平行リンク、１８は一端が上記リンクベース１６の他側に回動自在に軸支され他端が上記第２主柱１２と平行四辺形を構成するように上記アームベース１３に回動自在に軸支された第２平行リンク、１９は回転軸が第１軸Ｓ１と一致するように固定ベース１０に取り付けられて第１主柱１１を回動させる駆動モータ、２０は駆動モータ１９と第２主柱１２とを連結して第２主柱１２を第１主柱１１とは逆方向に回動駆動する連結手段である。
【特許文献１】特許３４０３９４２号（第２頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液晶用のガラス基板等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットは大型化が進み、処理する基板の枚数も増えるとともに短時間で処理することが求められ、さらには基板の歩留まりを上げるためにロボットからの発塵を極力抑えることが要求されている。このためロボットには、基板を配置するストッカが天井に届くほどの高さになるまで設備自体が大型化するにも関わらず、高速、高精度、低発塵を実現することが大きな課題となっている。一方、大型化する設備は、周囲のクリーン度を清浄に保つために多額の設備投資が必要となっており、そのためにストッカにはより多くの基板を配置させ、処理することが望まれている。また、自動車の部品を扱うハンドリングロボットにおいては、１台のロボットでエンジンルームの部品にアクセスする上部からの動きやバンパーなどの部品にアクセスする下部からの動きが実現できることが要求されていた。
また、多関節ロボットには、液晶用のガラス基板等の薄板状のワークを取り扱うロボットに限らず、自動車部品を取り扱う産業用ロボットには、フットプリントを小さくして、工場に配置する装置との干渉がないようにフットプリントを小さくすることも望まれている。
しかしながら、従来の多関節ロボットは、アームを最下点まで移動させた場合は、図５に示されたように第１主柱と第２主柱が折り重なるような形状であり、これより下方へは動かすことができないために可動範囲が狭くなるという問題が生じ、液晶基板を出し入れするストッカの高さが高くなるという問題が生じていた。さらに言うと、液晶用のガラス基板等の薄板状のワークを取り扱う場合はストッカの高さは工場建物の高さに制限されるために、配置されるパネルや基板の枚数は、上下移動機構の可動範囲が狭くなることで少なくなり、生産性を低下させる問題が生じていた。また、自動車部品を取り扱う場合は、下方部品のバンパー部位まで到達できないために、車体をリフトアップするなどの新たな設備が必要とされるという問題が生じていた。
また、大型化する設備に適用しようとした場合、高さ方向について高い位置まで到達する必要があるために、第１主柱および第２主柱を長くする必要がある。そうすると、各々の関節軸にはモーメント荷重が作用し、大きなトルクを発生するように駆動用のモータを大型化させることになるが、そうすると、第１主柱を駆動するモータは、さらに大型化が必要となり、フットプリントを小さくすることができないという問題が生じていた。また、モータの大型化をさけると、高速に動作させるトルクを発生することができないので、タクトタイムが低下するといった問題が生じていた。さらに言うと、タクトタイムが長くなることから生産性が低下するといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、可動範囲が広く、タクトタイムが短くして生産性を向上させた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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、リンク機構から構成された昇降部と、前記昇降部に取り付けられ、ワークを搬送する搬送部とを備えた多関節ロボットにおいて、前記昇降部が、少なくとも６つのアーム体で構成され、前記アーム体は、各関節軸を中心に回転するものである。
請求項２に記載の発明は、前記アーム体の第１の関節軸と第３の関節軸の間に第２の関節軸が配置され、前記第２の関節軸が、前記第１の関節軸に直交するように構成されているものである。
請求項３に記載の発明は、前記アーム体の第１の関節軸が、ロボット設置面に対して回動自在に傾斜させて配置されているものである。
請求項４に記載の発明は、前記アーム体の第４の関節軸と第６の関節軸の間に第５の関節軸が配置され、前記第５の関節軸が、前記第４の関節軸に直交するように構成されているものである。
請求項５に記載の発明は、前記昇降部が、少なくとも６つの前記アーム体と少なくとも６つの関節軸から構成され、関節軸に直交する関節軸を少なくとも１箇所に備えたものである。
請求項６に記載の発明は、前記アーム体が、７つの関節軸を備え、第１の関節軸と第３の関節軸の間に前記第１の関節軸に直交する第２の関節軸を備えたものである。
請求項７に記載の発明は、前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部は、ロボット設置面と平行に形成されたものである。
請求項８に記載の発明は、前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部の前記アーム体は、第１の関節軸と第３の関節軸の間に前記第１の関節軸に直交する第２の関節軸と、第４の関節軸と第６の関節軸との間に前記第４の関節軸に直交する第５の関節軸とが、回転することによりロボット設置面と平行に形成されたものである。
請求項９に記載の発明は、前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部は、前記アーム体により略コの字に形成されたものである。
請求項１０に記載の発明は、前記搬送部が最下位置に前記昇降部により移動された場合、前記昇降部の関節軸は、前記関節軸の内側に負荷重心位置が来るように配置されたものである。
請求項１１に記載の発明は、前記搬送部が水平多関節アームであるものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１から６に記載の発明によると、６つ以上の関節軸を有することで各アーム体への負荷を低減できるために、小型な駆動源を用いても高速に駆動することが可能となり、タクトタイムを低下させることがない。さらには、大型化する設備についてもアーム体を各関節軸間で少しずつ伸張することで対応でき、大きな負荷モーメントが発生することなく、高さ方向への対応も高速駆動を維持したまま、対応することが可能である。
また請求項７から１０記載の発明によると、第２関節軸および第５関節軸を回転させて昇降部を設置面と平行に形成されることで、最下位置へのアクセル領域を広げることができ、可動範囲を拡張することができる。また、負荷重心位置を各アーム体の中に位置させることで、各関節軸への負荷モーメントを低減でき、高速駆動が可能となり、生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して、搬送ロボットを例に説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の搬送ロボットの側面図である。水平搬送部１と昇降部２に分かれて構成されている。
昇降部２において、Ｃ１は第１のアーム体であり、Ｃ２は第２のアーム体であり、Ｃ３は第３のアーム体であり、Ｃ４は第４のアーム体であり、Ｃ５は第５のアーム体であり、Ｃ６は第６のアーム体である。第１のアームＣ１は関節軸Ｊ１を中心に回転し、第２のアームＣ２は関節軸Ｊ２を中心に回転し、第３のアームＣ３は関節軸Ｊ３を中心に回転し、第４のアームＣ４は関節軸Ｊ４を中心に回転し、第５のアームＣ５は関節軸Ｊ５を中心に回転し、第６のアームＣ６は関節軸Ｊ６を中心に回転し、第７のアームＣ７は関節軸Ｊ７を中心に回転する。第７のアームＣ７は水平搬送部１の基台を構成している。
昇降部２において、関節軸Ｊ１はロボット設置面に対し直交し、関節軸Ｊ１に対し関節軸Ｊ２は夫々の回転中心が直交し、関節軸Ｊ２に対し関節軸Ｊ３は夫々の回転中心が直交し、関節軸Ｊ３に対し関節軸Ｊ４は夫々の回転中心が直交し、関節軸Ｊ４に対し関節軸Ｊ５は夫々の回転中心が直交し、関節軸Ｊ５に対し関節軸Ｊ６は夫々の回転中心が直交し、関節軸Ｊ６に対し関節軸Ｊ７は夫々の回転中心が直交するように構成されている。
【０００８】
水平搬送部１は水平リンクで構成された水平動作を行うアーム機構部４を有し、本実施例では、２つのアーム機構部４を上下２段有する構成である。また、本実施例では水平搬送部１のベース部に旋回駆動部を構成している。本発明の適用にあたっては、アームは少なくとも一つ以上を有していることが必要であるが、旋回駆動部は無くても良い。
【０００９】
図２における搬送姿勢は昇降部２の最下限の搬送姿勢である。液晶基板を搬送する場合、搬送ロボットはガラス基板をカセット間で搬送することから、装置寸法の制約上カセット最下段の低い高さで搬送することが求められる。そのため、ロボットにおいてもカセット装置床面からのパスラインが低くなるように水平搬送部１をできるだけ低く設置し姿勢３が低くなることが重要である。本実施例では関節軸Ｊ１と関節軸Ｊ３の間に曲げ軸の関節軸Ｊ２を配設することにより、昇降部２を水平搬送部１最下限の姿勢３の場合には設置面に水平な姿勢にすることができるため低いパスラインでの搬送が可能となる。
【００１０】
図１における搬送姿勢は昇降部２の最上限の搬送姿勢である。液晶製造プロセスではプロセス間のガラス基板をカセットで搬送することから、製造効率上多数のガラス基板をカセットに収納するため背高が高いカセットが使用される。そのため、ロボットにおいてもカセット装置床面から高い位置で搬送できるような姿勢４が取れることが重要である。本実施例では関節軸Ｊ１と関節軸Ｊ３の間に曲げ軸の第２軸を配設することにより、昇降部２を水平搬送部１最上限の姿勢の場合には設置面に垂直な姿勢にすることができるため低いパスラインであってもロングストロークの搬送が可能となる。
【００１１】
また、図２および図３に示す最下限での搬送姿勢をとった場合、搬送面より上に駆動源が無いことが望ましい。製造工程上、ガラス基板へのパーティクル付着防止のために、クリーンルーム内はダウンフローとなっている。搬送面より上に駆動源が無い場合は問題ないが、搬送面より上に駆動源がある場合はパーティクル付着防止対策が従来の搬送装置には設置されていたため、複雑な構造となる場合が多かった。本実施例では水平搬送部１より下に昇降部２があるため、複雑なパーティクル付着防止対策が不要であるため簡素な搬送装置を提供できる。
【００１２】
昇降部２において上下動を作り出す関節軸Ｊ１から関節軸Ｊ４は搬送姿勢３において軸の回転中心がロボット設置面に対して水平または垂直であることを基本とするが、傾斜を成していても良い。実施例では、関節軸Ｊ１はロボット設置面に対して傾斜して設置している。水平に設置した場合と比較して、関節軸Ｊ１回転中心の軸線から負荷までの法線距離が短くなるので、関節軸Ｊ１に作用する負荷慣性が低減される。また、ロボット設置面に対して水平に設置した場合と比較して関節軸Ｊ１に作用する負荷トルクが低減される。よって、駆動モータや減速機構部の小型軽量化が可能になる。
【００１３】
図３に示す昇降部２の最下限姿勢の搬送姿勢における上面図において、ロボット設置面の投影した関節軸Ｊ１、関節軸Ｊ３、関節軸Ｊ４及び関節軸Ｊ６の回転中心の内側に負荷重心位置Ｇが来るように姿勢を構築しているから、上下動を作り出す関節軸Ｊ１から関節軸Ｊ４は負荷重心位置Ｇに近い位置に配置が可能である。よって、モーメントアーム長が短くできるので、各関節軸に作用する負荷トルク及び負荷慣性が低減され、駆動モータや減速機構部の小型軽量化が可能になる。特に、最下限姿勢の搬送姿勢においては、関節軸Ｊ３、関節軸Ｊ４及び関節軸Ｊ６の負荷モーメントのみ作用し負荷トルクが作用せず駆動モータへ供給する電流を低減できる。さらに関節を増加させることにより、負荷重心位置Ｇを各関節に近い位置に配置することが可能であり、各関節の駆動モータや減速機構部の小型軽量化が可能になる。
【００１４】
図１に示す昇降部２の最上限姿勢の搬送姿勢において、関節軸Ｊ１、関節軸Ｊ２、関節軸Ｊ３、関節軸Ｊ４の４軸により３次元姿勢を構築しているので、上下位置を変えずに姿勢の変更が可能となる。通常、減速機を用いた場合、トルク方向の回転バネ定数とモーメント方向の曲げバネ定数では、モーメント方向の方のバネ定数が高いので、たわみを抑制したい方向、すなわち搬送方向に減速機の主軸にモーメントが作用する方向へ姿勢を変化させ作業の安定化を図ることが可能である。よって、大きな回転バネ定数を持った減速機を採用しなくも良く減速機構部の小型軽量化が可能になる。
【００１５】
また、昇降部２において上下動を作り出す関節軸Ｊ１、関節軸Ｊ２，  関節軸Ｊ３及び関節軸Ｊ４において、ストロークが長くなく、負荷も大きくない場合は、関節軸Ｊ３を省略することで簡素な搬送装置の構築が可能である。
【００１６】
本発明による昇降部２は、水平搬送部１とあわせて液晶搬送ロボットに適用可能であるが、昇降部２を利用すれば重量物搬送装置として使用可能である。事例としては、低い姿勢で昇降部２を構成できるので、設備の高さを抑えながら搬送を行う自動車ボディの工程間搬送にも好適である。水平搬送部１のかわりに自動車ボディをセットクランプすることで適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例を示す搬送ロボットの側面図
【図２】本発明の第１実施例を示す搬送ロボットの側面図
【図３】本発明の第１実施例を示す搬送ロボットの上面図
【図４】従来の搬送ロボットの側面図
【図５】従来の搬送ロボットの側面図
【符号の説明】
【００１８】
１  水平搬送部
２  昇降部
３  ロボット設置面
４  アーム機構部
Ｇ  負荷重心位置
Ｃ１  第１のアーム体
Ｃ２  第２のアーム体
Ｃ３  第３のアーム体
Ｃ４  第４のアーム体
Ｃ５  第５のアーム体
Ｃ６  第６のアーム体
Ｃ７  第７のアーム体
Ｊ１  関節軸
Ｊ２  関節軸
Ｊ３  関節軸
Ｊ４  関節軸
Ｊ５  関節軸
Ｊ６  関節軸
Ｊ７  関節軸
【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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