(57)【要約】【課題】小型軽量で剛性が高く、高速運転が可能な、かつ、多様なロボット作業の対応が可能なアーム式ロボットの提供。【解決手段】一対の支柱１１ａ、１１ｂに独自に昇降可能に配設した左右一対の第１、第２昇降体２０、３０と、支柱１１ａを第１昇降体２０と独自に昇降する第３昇降体４０と、自動作業機５８を搭載するヘッド部５２と、第１昇降体２０とヘッド部５２に両端が連結されて鉛直な平面で平行リンク運動する一対の第１、第２平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂと、各平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂを水平な左右方向に回転揺動させる駆動アーム６０を有し、各昇降体２０、３０の相対高さの変位でヘッド部５２と自動作業機５８の水平方向の向きを変位させる。【選択図】      図１
2004291173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略鉛直な並列の定軌道を独自に昇降する左右一組の第１昇降体及び第２昇降体と、
前記第１昇降体が昇降する定軌道を第１昇降体と別に昇降する第３昇降体と、
前記第１昇降体に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アームを備えた第１平行リンクアーム部と、前記第２昇降体に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部が前記ヘッド部に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アームを備えた第２平行リンクアーム部とを有するリンク機構と、
前記第３昇降体に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部が前記第１平行リンクアーム部に上下方向に回転可能に連結されて第１平行リンクアーム部が平行リンク運動する略鉛直な平面で上下揺動する駆動アームと、
前記定軌道に設置されて前記第１〜第３昇降体を独自に昇降させる第１〜第３昇降体単独の第１〜第３駆動手段と、
前記第３昇降体に設置されて前記駆動アームを水平方向に回転揺動させる第４駆動手段と、
を具備したことを特徴とするアーム式ロボット。
【請求項２】
前記定軌道を略鉛直な左右一対の支柱の前面に配設し、この左右一対の支柱の間と各支柱の外側面に前記第１駆動手段、第２駆動手段、第３駆動手段を分配して配設したことを特徴とする請求項１記載のアーム式ロボット。
【請求項３】
前記ロボット作業用ヘッド部が、水平方向に所定配列で複数の自動作業機を着脱自在に支持することを特徴とする請求項１又は２記載のアーム式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナットランナーなどの自動作業機を水平な直交二方向（Ｘ−Ｙ方向）方向と略鉛直な上下方向（Ｚ方向）のいずれにも自在に移動させるアーム式ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の製造組立ラインで使用されるナットランナーを水平方向と上下方向に自在に移動させるロボットとして一般的なものに、直交ロボットとスカラ型アーム式ロボットがある。前者直交ロボットは、水平な直交二方向に移動するテーブルを使用するため、水平な幅方向に大きな設置スペースを必要として、製造組立ラインでの設置にスペース的な制約が多い。また、後者スカラ型アーム式ロボットの場合も、後述するように幅方向に大きな設置スペースを必要とする。
【０００３】
スカラ型アーム式ロボット（例えば、特許文献１参照）の具体例を、図６に示すと、このロボット１は、略鉛直な主軸２の上端部に第１水平アーム３の後端部を回転可能に連結し、第１水平アーム３の先端部に第２水平アーム４の後端部を回転可能に連結し、第２水平アーム４の先端部の軸受５で垂直軸６を上下動可能に連結している。垂直軸６に自動作業機の例えばナットランナー７が固定され、各水平アーム３、４の各々が独自に水平方向に旋回することで、軸受５と垂直軸６から成るロボット作業用ヘッド部８とナットランナー７が水平方向に移動する。図７に示す製造組立ラインＬに沿った搬送体上のワーク９は、図中のＰ点とＱ点で示す複数の被ねじ締め部を有し、これら被ねじ締め部の真上にナットランナー７が順に移動するように、第１水平アーム３と第２水平アーム４が独自に旋回運動する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１２５７号公報（図３、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の鎖線で示すように、第１水平アーム３と第２水平アーム４が例えば一直線状の連結状態にあるときにワーク９上の最も離れた１点Ｐｂにヘッド部８が移動してねじ締め動作を行い、また、第１水平アーム３と第２水平アーム４が互いに水平方向にく字状に屈曲して最も近い１点Ｐａにヘッド部８が移動してねじ締め動作を行うとすると、図６のアーム式ロボット１は、ロボット前方の左右両側方に各水平アーム３、４が屈曲して食み出すだけの大きな幅方向スペースＳ１を必要とし、この幅方向スペースＳ１がアーム式ロボット１の床上設置スペースを大きくしていた。また、複数台のアーム式ロボット１を床上に併設する場合、隣接する一対のロボットの間隔を幅方向スペースＳ１の２倍以上にする必要があって、複数台のロボットを省スペースで併設することが難しい。
【０００６】
また、上記アーム式ロボット１の各水平アーム３、４とヘッド部８は、各々の必要とする機能のために幅、厚さ、径の大きな大形重量物となる傾向が強くて、速い動きをさせることが難しい。特に、ヘッド部８は垂直軸６を上下動させる動力源などで大径構造となり、例えば図７に示すワーク９上の所定の最小的な間隔Ｗ１で接近した２点ＰａとＱａの被ねじ締め部を２台の同じアーム式ロボットで同時にねじ締めしようとする場合、２台のロボットの各ヘッド部同士が干渉し合って、同時にねじ締めすることができないことがある。そこで、１台のロボットで１点Ｐａをねじ締めすると、この１点Ｐａに最も接近した他の１点Ｑａにヘッド部８を移動させてねじ締めしているため、接近する一対の点Ｐａ、Ｑａのねじ締め作業性を上げることが難しい。また、図示しないが１台のヘッド部に一対のナットランナーを配備して、上記の２点Ｐａ、Ｑａを同時にねじ締めするようにして作業性を上げることことが可能であるが、一対のナットランナーのためにヘッド部の重量と外径が倍増して、水平アームが高剛性の大形重量構造となり、高速運転をさせることが難しくなる。
【０００７】
本発明の目的は、設置スペースの縮小化が容易であり、アームの小形軽量化で速い動きを可能にした、かつ、自動作業機で作業を受けるワークの種類変更に自在に対応可能としたアーム式ロボットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、略鉛直な並列の定軌道を独自に昇降する左右一組の第１昇降体２０及び第２昇降体３０と、第１昇降体２０が昇降する定軌道を第１昇降体と別に昇降する第３昇降体４０と、第１昇降体２０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部５２に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アーム５３ａを備えた第１平行リンクアーム部５１ａと、第２昇降体３０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部がヘッド部５２に上下左右方向に回転可能に連結されて、後端部を基点に略鉛直な平面で上下に平行リンク運動する複数の平行アーム５３ｂを備えた第２平行リンクアーム部５１ｂとを有するリンク機構５０と、第３昇降体４０に後端部が上下左右方向に回転可能に連結され、先端部が第１平行リンクアーム部５１ａに上下方向に回転可能に連結されて第１平行リンクアーム部５１ａが平行リンク運動する略鉛直な平面で上下揺動する駆動アーム６０と、前記定軌道に設置されて第１〜第３昇降体２０〜４０を独自に昇降させる第１〜第３駆動手段７０〜９０と、第３昇降体４０に設置されて駆動アーム６０を水平方向に回転揺動させる第４駆動手段１００とを具備したことを特徴とする（請求項１の発明）。
【０００９】
ここで、略鉛直な並列の定軌道は、略鉛直な左右一対の支柱１１ａ、１１ｂや、この支柱に固定されたガイドレール、同様な支柱に形成されたガイド溝で構成される。この並列の定軌道に沿って第１昇降体２０と第２昇降体３０の左右一組が同方向に、又は、反対方向に昇降し、或いは、一方が停止して他方だけが昇降する。第１昇降体２０と第３昇降体４０が同じ定軌道の上部と下部に分かれて独自に昇降する。第１平行リンクアーム部５１ａの平行アーム５３ａは、略鉛直な平面に沿って上下に平行リンク運動する２本又は２本以上の同一長さの直線状の鋼性アームで、この複数の各平行アーム５３ａの後端部が第１昇降体２０に連結され、先端部がロボット作業用ヘッド部５２に連結されて、鉛直面で平行四辺形を形成する第１平行リンクアーム部５１ａが構築される。同様にして第２平行リンクアーム部５１ｂが複数本の平行アーム５３ｂで構成される。左右一対の第１、第２平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂが独自に鉛直な平面で平行リンク運動して、ヘッド部５２が鉛直な姿勢を保持した状態で前後左右上下に移動する。ヘッド部５２は一対の平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂで支持されることから安定した高剛性を保持して、ヘッド部５２に単機又は複数機のナットランナーなどの自動作業機を安定して保持する。第１昇降体２０と第２昇降体３０を独自に昇降させて両者の相対的な高さを変位させることで、ヘッド部５２が水平方向で回転動作して自動作業機の水平方向の向きを自在に変位させる。
【００１０】
また、駆動アーム６０は第１平行リンクアーム部５１ａを水平方向左右に揺動回転させ、この揺動回転力で第２平行リンクアーム部５１ｂも一体的に揺動回転して、ヘッド部５２を水平な左右方向に移動させる。この駆動アーム６０は、リンク機構５０を揺動回転させると共に、リンク機構５０を補強して各アームに構造簡単で軽量なものの適用を可能にする。第１〜第３駆動手段７０〜９０と第４駆動手段１００の駆動源は、サーボモータやシリンダが適用できる。
【００１１】
本発明においては、前記並列の定軌道を略鉛直に固設した左右一対の支柱１１ａ、１１ｂの前面に配設し、この左右一対の支柱１１ａ、１１ｂの間と各支柱の外側面に第１〜第３駆動手段７０〜９０を分配して配設することができる（請求項２の発明）。左右一対の支柱１１ａ、１１ｂを所定間隔で対峙させて、柱間に例えば第３駆動手段９０を配備し、両柱の外側面に第１駆動手段７０と第２駆動手段８０を配備することで、ロボット全体の幅方向の設置スペースが最小限近くまで小さくできる。
【００１２】
また、本発明においては、ロボット作業用ヘッド部５２を、水平方向に所定配列で複数の自動作業機を着脱自在に支持する構造にすることができる（請求項３の発明）。この場合、ヘッド部５２をナットランナーやビス止め用電動工具、クリップ立て工具、外観検査機器などの自動作業機を着脱自在に支持する汎用構造にすることで、各種の自動作業機が交換できる汎用ロボットが提供できる。また、１台のヘッド部５２に複数の自動作業機を設置して、各自動作業機を同時に作動させることで、ねじ締めなどの作業性の改善が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すアーム式ロボット１０は、床上に略鉛直に固設された左右一対の支柱１１ａ、１１ｂと、各支柱１１ａ、１１ｂの前面で独自に上下運動する第１昇降体２０及び第２昇降体３０と、第１昇降体２０が昇降する一方の支柱１１ａに沿って第１昇降体２０と別に昇降する第３昇降体４０と、第１昇降体２０から前方に延在する第１平行リンクアーム部５１ａ及び第２昇降体３０から前方に延在する第２平行リンクアーム部５１ｂの各先端部に連結された共通１台のロボット作業用ヘッド部５２を備えたリンク機構５０と、第３昇降体３０から前方に延在する駆動アーム６０と、第１〜第３昇降体２０〜４０を独自に昇降させる第１〜第３駆動手段７０〜９０と、駆動アーム６０を水平方向に回転揺動させる第４駆動手段１００を備える。
【００１５】
左右一対の支柱１１ａ、１１ｂは一定間隔で平行に対向する角柱で、下端部に固定した台座１２で床上に固定され、各々の上端部が連結体１３で連結される。一対の支柱１１ａ、１１ｂが並ぶ水平方向をＸ方向、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とする。第１昇降体２０と第２昇降体３０の各々はＸ方向に平行な略鉛直な矩形板で、平常時はほぼ同じ高さに並置される。一対の各支柱１１ａ、１１ｂの前面にＺ方向にガイドレール１４が配設され、一方の支柱１１ａのガイドレール１４の上部領域に第１昇降体２０が上下動可能に連結され、下部領域に第３昇降体４０が上下動可能に連結される。他方の支柱１１ｂのガイドレール１４は支柱１１ｂの上部領域だけに設置されて、このガイドレール１４に第２昇降体３０が上下動可能に連結される。また、必要に応じて各支柱１１ａ、１１ｂには第１〜第３昇降体２０〜４０の上下位置を検知する複数のセンサー１５が設置される。
【００１６】
第１昇降体２０は、支柱１１ａのガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直な支持板２１と、支持板２１の裏面両側にＺ方向に設置された複数のガイドローラ２２と、支持板２１の前面中央部に配設された鉛直な１本のアーム連結用回転軸２４を有する。回転軸２４は、支持板２１の前面上下両端から前方に突設された軸受板２３に水平方向に回転可能に連結される。支持板２１の裏面両側の各ガイドローラ２２が対応するガイドレール１４を両側面から挟持して、支持板２１の上下運動をガイドする。回転軸２４の上下端部に突設した上下一対のブラケット２５にピンを介して２本の平行な平行アーム５３ａの後端部が上下方向に回転可能に連結される。２本の平行アーム５３ａは同一長さの剛性アームで、各々の先端部が略鉛直な平板であるヘッド部５２の裏面上下２箇所に上下左右方向に回転可能に連結される。２本の平行な平行アーム５３ａと回転軸２４とヘッド部５２の４点の連結点が平行四辺形の頂点に位置して、鉛直な平面で上下に平行リンク運動する第１平行リンクアーム部５１ａが構築される。
【００１７】
第２昇降体３０は、第１昇降体２０と同一構造のものでよく、支柱１１ｂのガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直な支持板３１と、支持板２１の裏面両側にＺ方向に設置された複数のガイドローラ３２と、支持板３１の前面中央部に配設された鉛直な１本のアーム連結用回転軸３４を有する。支持板３１の前面上下両端から前方に突設された軸受板３３に回転軸３４の上下端部が水平方向に回転可能に連結される。回転軸３４の上下端部に突設した上下一対のブラケット３５にピンを介して２本の平行な平行アーム５３ｂの後端部が上下方向に回転可能に連結される。２本の平行アーム５３ｂは平行アーム５３ａと同一長さの剛性アームで、各々の先端部がヘッド部５２の裏面上下２箇所に上下左右方向に回転可能に連結される。この２本の平行アーム５３ｂと回転軸３４とヘッド部５２の４点の連結点が平行四辺形の頂点に位置して、鉛直な平面で上下に平行リンク運動する第２平行リンクアーム部５１ｂが構築される。
【００１８】
ロボット作業用ヘッド部５２は、略鉛直な矩形の取付板５４と、取付板５４の裏面４隅部に突設した自在継手５３と、取付板５４の前面に突設した自動作業機装着部５５を有する。取付板５４の裏面４隅の自在継手５３に４本の平行アーム５３ａ、５３ｂの先端部が連結されてリンク機構５０が構築される。第１昇降体２０と第２昇降体３０が同一高さにあるとき、同一長さの第１、第２平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂが平行に対峙し、リンク機構５０が真上から見て平行四辺形の関係に保持されて、Ｘ−Ｙ方向に平行リンク運動する。
【００１９】
ヘッド部５２の自動作業機装着部５５に自動作業機、例えば一対のナットランナー５８が略鉛直にして着脱自在に装着される。一対の各ナットランナー５８は、図４に示すように所定の間隔Ｗ１で配列されて、鉛直な姿勢のままヘッド部５２と共にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に平行移動して、後述するような所望のねじ締め動作をする。一対のナットランナー５８の間隔Ｗ１は、例えば図７のワーク９の２点ＰａとＱａの最小的な間隔Ｗ１に設定される。この間隔は縮小拡大自在とされ、その最大間隔に対応させてヘッド部５２の最大幅Ｗ２が設定される。つまり、ヘッド部５２の幅Ｗ２は、大きくなるほどロボット１０の幅方向の設置スペースを大きくし、ロボット１０を大形重量物化することから、この幅Ｗ２はロボット１０が大形大重量とならないよう考慮して設定される。
【００２０】
第１昇降体２０を上下動させる第１駆動手段７０は、図２に示すように左右一対の支柱１１ａ、１１ｂの右側支柱の外側面にＺ方向に設置されたボールねじ７１と、ボールねじ７１を正逆回転させるモータ７２を有する。ボールねじ７１の一部にナット部材７３が螺装され、ボールねじ７１の上下両端部が軸受部材７４、７５で支柱１１ａに取付けられる。ナット部材７３は第１昇降体２０の支持板２１の外側端に一体に連結され、ボールねじ７１が非回転状態にあるときはナット部材７３が第１昇降体２０を支柱１１ａの任意の高さ位置に保持し、ボールねじ７１をモータ７２で正逆回転させるとナット部材７３と第１昇降体２０が一体となって支柱１１ａの前面側で上下動する。
【００２１】
第２昇降体３０を上下動させる第２駆動手段８０は、図１に示すように左右一対の支柱１１ａ、１１ｂの左側支柱の外側面にＺ方向に設置されたボールねじ８１と、ボールねじ８１を正逆回転させるモータ８２を有する。ボールねじ８１の一部にナット部材８３が螺装され、ボールねじ８１の上下両端部が軸受部材８４、８５で支柱１１ｂに取付けられる。ナット部材８３は第２昇降体３０の支持板３１の外側端に一体に連結され、ボールねじ８１が非回転状態にあるときはナット部材８３が第２昇降体３０を支柱１１ｂの任意の高さ位置に保持し、ボールねじ８１をモータ８２で正逆回転させるとナット部材８３と第２昇降体３０が一体となって支柱１１ｂの前面側で上下動する。
【００２２】
第３昇降体４０は、支柱１１ａのガイドレール１４の前面側を上下動する略鉛直でＸ方向に平行な支持板４１と、支持板４１の裏面両側に設置された複数のガイドローラ４２と、支持板４１の前面中央部に設置された１本のアーム連結用回転軸４３を有する。回転軸４３は、支持板４１の前面上下両端から前方に突設された軸受板４４、４５に水平方向に回転可能に連結される。回転軸４３の中央部に突設されたブラケットと第１平行リンクアーム部５１ａの下段の平行アーム５３ａの中央部に突設されたブラケットに１本の駆動アーム６０の両端部が上下方向に回転可能に連結される。駆動アーム６０と第１平行リンクアーム５１ａの２本の平行アーム５３ａは鉛直な平面に並んで、鉛直平面で上下に平行リンク運動する。
【００２３】
第３昇降体４０を上下動させる第３駆動手段９０が、左右一対の支柱１１ａ、１１ｂの間に設置される。図３に示すように、第３駆動手段９０は、一方の支柱１１ａの内側面、つまり、第１駆動手段７０と反対の側面に配設されるもので、支柱１１ａの内側面と平行に設置されたボールねじ９１と、ボールねじ９１を正逆回転させるモータ９２を有する。ボールねじ７１の一部にナット部材９３が螺装される。ナット部材９３は第３昇降体４０の支持板４１と一体で、ボールねじ９１が非回転状態にあるときはナット部材９３で第３昇降体４０が支柱１１ａに保持され、ボールねじ９１をモータ９２で正逆回転させるとナット部材９３と第３昇降体４０が支柱１１ａに沿って昇降する。
【００２４】
第３昇降体４０に、駆動アーム６０をＸ方向に回転揺動させる第４駆動手段１００が設置される。第４駆動手段１００は、第３昇降体４０の支持板４１の前面下端部に突設した軸受板４６の下面に固定したモータ１０１と、モータ１０１の回転出力軸と回転軸４３を一体に連結するコ字状の回転駆動枠１０２を有し、モータ１０１の回転力が回転駆動枠１０２を介して回転軸４３に直接に伝達されて、回転軸４３がＸ平方向に正逆回転する。モータ１０１で回転軸４３をＸ方向に正逆回転させることで、駆動アーム６０とこれに連結された第１平行リンクアーム部５１ａが同時にＸ方向に揺動回転し、この回転力がヘッド部５２を介して第２平行リンクアーム部５１ｂに伝達されて、リンク機構５０がＸ方向に揺動回転する。
【００２５】
鉛直なヘッド部５２の裏面左右上下の４箇所が左右一対の各平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂの計４本の平行アーム５３ａ、５３ｂで支持され、第１平行リンクアーム部５１ａの平行アーム５３ａが下方から駆動アーム６０で補強されるように支持されるため、各アームの軽量化が実現され、ヘッド部５２の支持強度、剛性が常に高く確保されて、ヘッド部５２に一対のナットランナー５８を安定して取付けることができる。さらに、ヘッド部５２に取付けるナットランナー５８などから発生する反力が４本の平行アーム５３ａ、５３ｂと駆動アーム６０に分配されることで、ヘッド部５２を含むリンク機構５０の高剛性化が実現され、後述するような運転の高速化、安定化が実現される。
【００２６】
また、鉛直なヘッド部５２は鉛直な姿勢のまま前後左右上下に平行移動すると共に、後述するように第１昇降体２０と第２昇降体３０の高さを変位させることで水平方向に回転（θ回転）して水平方向の向きが１８０°未満の範囲で変位する。このようなヘッド部５２のθ変位は、一対のナットランナー５８でねじ締め作業を受けるワークの種類変更などに応じて行われる。
【００２７】
以上のアーム式ロボット１０は、第１〜第４駆動手段７０〜１００をコンピュータ制御によって同時に、或いは、異なる時間帯で独自に駆動させて、一対のナットランナー５８を略鉛直な姿勢のままＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の上下左右前後に平行移動させる。一対のナットランナー５８は、例えば図５（Ａ）に示す製造組立ラインＬにおけるワーク９の各一対の２点Ｐ１、Ｑ１、…を順に移動して、２点同時のねじ締め動作を順に行う。或いは、図５（Ａ）に示す製造組立ラインＬにおけるワーク９の各一対の２点Ｐ３、Ｑ３、…を順に移動して、２点同時のねじ締め動作を順に行う。
【００２８】
図１〜図４の静止状態において、第１昇降体２０と第２昇降体３０が同一高さにあるとき、リンク機構５０は平面から見て平行四辺形を成し、水平方向に平行リンク運動可能な状態にある。この状態で第４駆動手段１００のモータ１０１だけを作動させて第１平行リンクアーム部５１ａをＸ方向に揺動回転させると、この回転力でリンク機構５０がＸ方向に平行リンク運動して左右に揺動回転し、鉛直なヘッド部５２と一対のナットランナー５８が同じ高さで左右に平行移動する。
【００２９】
また、図１〜図４の静止状態において、第１駆動手段７０と第２駆動手段８０を同時に駆動させて第１昇降体２０と第２昇降体３０を同時に同速で上昇させると、第１平行リンクアーム部５１ａの平行アーム５３ａが駆動アーム６０で下方に引っ張られてリンク機構５０がＺ方向で平行リンク運動し、ヘッド部５２と一対のナットランナー５８が支柱１１ａ、１１ｂに近付くようにＹ方向に平行移動する。逆に、第１駆動手段７０と第２駆動手段８０で第１昇降体２０と第２昇降体３０を同時に同速で下降させると、第１平行リンクアーム部５１ａの平行アーム５３ａが駆動アーム６０で突き上げられてリンク機構５０が平行リンク運動し、ヘッド部５２と一対のナットランナー５８が支柱１１ａ、１１ｂから遠ざかるようにＹ方向に平行移動する。この間、ヘッド部５２とナットランナー５８は鉛直で、かつ、Ｘ方向に平行な姿勢は変わらない。
【００３０】
また、図１〜図４の静止状態において、第３駆動手段９０だけを駆動させて第３昇降体４０だけを昇降させると、リンク機構５０が上下に平行リンク運動して、ヘッド部５２とナットランナー５８が鉛直姿勢のままＹ方向に平行移動する。
【００３１】
さらに、図１〜図４の静止状態において、第１〜第３駆動手段７０〜９０を同時に駆動させて第１〜第３昇降体２０〜４０を同時に同速度で昇降させると、リンク機構５０の全体が昇降する。この昇降の途中で第３昇降体４０の昇降だけを止めると、ヘッド部５２がＹ方向に平行移動を始める。このようなヘッド部５２の上下左右前後の平行移動は、通常のアーム式では２軸の関数演算をしないと直線運動をさせられないが、本発明の場合は関数演算しなくても直線運動をするため、ティーチングやプログラミングする場合に有利である。
【００３２】
以上の要領でヘッド部５２を平行移動させることで、図５（Ａ）に示すように、一対のナットランナー５８をワーク９の隣接する２点Ｐ１、Ｑ１の被ねじ締め部に移動させて２点同時のねじ締め動作させる。２点Ｐ１、Ｑ１でねじ締め動作の終了した一対のナットランナー５８を真上に上昇させてから、一対のナットランナー５８を次のねじ締めの２点Ｐ２、Ｑ２の真上に移動させる。第１〜第４駆動手段７０〜１００をコンピュータ制御することで、一対のナットランナー５８はワーク９の２点間を予め設定された最短距離で移動して、高能率でねじ締め動作を行う。
【００３３】
図５（Ｂ）は、ワーク９の被ねじ締め部である隣接する２点Ｐ３、Ｑ３の配列が図５（Ａ）と異なる場合を示している。２点Ｐ３、Ｑ３がＸ方向に定間隔で隣接し、次にねじ締めされる２点Ｐ４、Ｑ４がＸ方向と角度θを成す方向に定間隔で隣接している。図５（Ａ）の要領で２点Ｐ３、Ｑ３を一対のナットランナー５８でねじ締めした後、ヘッド部５２をＸ方向と角度θを成す方向に回転させて次の２点Ｐ４、Ｑ４のねじ締め動作に向かわせる。ヘッド部５２のθ回転は、第１昇降体２０と第２昇降体３０の高さの差を変えることで実行される。例えば、図１の静止状態において、第１昇降体２０を静止させて第２昇降体３０だけを上昇させると、第２平行リンクアーム部５１ｂだけが鉛直平面で平行リンク運動してヘッド部５２に引寄せるように外力を作用させ、この作用で図４の鎖線で示すようにヘッド部５２が鉛直姿勢のまま水平方向に角度θで回転する。この回転角度θをワーク９の次の２点Ｐ４、Ｑ４の角度にすることで、２点Ｐ４、Ｑ４の同時ねじ締めが実行される。このようなねじ締めされる２点の角度は任意に設定でき、より多様なねじ締めパターンを持つ種類のワークのねじ締めができて、ロボット１０の汎用性を高める。
【００３４】
図５（Ａ）、（Ｂ）で分かるように、リンク機構５０の各平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂはアーム長さ方向に変位するが、Ｘ方向のアーム幅方向にく字状に屈曲するといった変位をしないため、ロボット１０の床上設置上に必要とされる幅方向スペースＳ２は、概ねワーク９の幅で決まる必要最小限のスペースで済み、ロボットの設置スペースの縮小化が図れる。また、ヘッド部５２を支持する各平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂの平行アーム５３ａ、５３ｂを駆動アーム６０で補強した構造のため、各アームに構造簡単な軽量物が使用できて、各アームの上下左右前後の動きを速くすることが容易に可能となり、一対のナットランナー５８によるねじ締め動作をより高能率で行うことができる。
【００３５】
また、ロボット１０に対するヘッド部５２の左右横移動は、支柱１１ａ、１１ｂを含むロボット全体を横に回転させる、又は、支柱１１ａ、１１ｂに支持された昇降体２０、３０のようなアーム支持用台座部を横に回転させることでも可能であるが、このような重量物を回転させずに軽量なアームだけを回転させることで、各アームの速い動きが実現でき、また、アーム回転駆動源である第４駆動手段１００に構造簡単で小形、安価なものが適用できる。
【００３６】
また、１台のヘッド部５２を２台の第１平行リンクアーム部５１ａ、５１ｂで支持するために、ヘッド部５２を含むリンク機構５０を高剛性構造体とすることが容易になり、ヘッド部５２に単機のみならず複数機の自動作業機を搭載させても剛性的に問題なく、汎用性に優れたロボットが構築できる。上記実施の形態のように、１台のヘッド部５２に一対のナットランナー５８を搭載して、ワークに２点ずつ多数点設けられた被ねじ締め部を２点ずつ同時にねじ締めすることで、多数点全てのねじ締めが短時間で行なえるようになる。
【００３７】
また、ヘッド部５２は、自動作業機を支持するだけの構造でよく、水平方向の向きを変える駆動源などが不要となるため、ヘッド部５２におけるイナーシャを極端に小さくしてヘッド部５２自体を構造簡単、軽量なものにすることができ、なお一層の高速運転が可能となる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限らず、例えば、共通の支柱に配設する第１昇降体と第３昇降体の位置関係を上下逆にして、下部の第１昇降体から延びる平行リンクアーム部に上方から第３昇降体から延びる駆動アームを連結するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、自動作業機を搭載するヘッド部を、鉛直平面で平行リンク運動する第１平行リンクアーム部と第２平行リンクアーム部の先端部で支持し、各平行リンクアーム部の基端部を鉛直な定軌道に沿って独自に昇降させるようにしたので、ヘッド部を含むリンク機構の剛性が高く安定して、ヘッド部に支持される単数或いは複数の自動作業機の支持強度が増し、高速移動による高速作業が可能となる。かつ、各平行リンクアーム部の基端部の高さを任意に変位させることでヘッド部の水平方向の向きが任意に調整できて、ヘッド部に支持された自動作業機を専用の回転軸で回転させることなく任意に角度変更でき、また、ヘッド部に複数の自動作業機を設置した場合には、複数の自動作業機の配列角度を任意に変更することが容易にできて、多様な複数種類の自動作業機に対応できる汎用性に優れたアーム式ロボットが提供できる。
【００４０】
また、平行リンクアーム部を構成する平行アームやこれを左右揺動させる駆動アームの各アームが同一の略鉛直な平面で上下揺動するため、リンク機構が幅方向に屈曲せずにロボットの幅方向スペースが必要最小限まで縮小できて、複数台のロボットを接近させて省スペースで併設することが可能となる。さらに、平行リンクアーム部の各アームを駆動アームで補強することができて、各アームに構造簡単で軽量なものが適用でき、高速運転が容易になる。
【００４１】
また、定軌道を前面に構成する左右一対の支柱の間と両側に第１〜第３駆動手段を配設することで、ロボット幅方向スペースの増大が抑制できて、高剛性のロボットを省スペースで設置したり、複数台のロボットを接近させて省スペースで併設することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すアーム式ロボットの斜視図である。
【図２】図１のロボットの角度を変えた方向からの斜視図である。
【図３】図１のロボットの正面図である。
【図４】図１のロボットの平面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は図１のロボットとワークの概要を示す平面図である。
【図６】従来のアーム式ロボットの斜視図である。
【図７】図６のアーム式ロボットとワークの概要を示す平面図である。
【符号の説明】
１０      アーム式ロボット
１１ａ    支柱
１１ｂ    支柱
１４      ガイドレール
２０      第１昇降体
２４      アーム連結用回転軸
３０      第２昇降体
３４      アーム連結用回転軸
４０      第３昇降体
４３      アーム連結用回転軸
５０      リンク機構
５１ａ    第１平行リンクアーム部
５１ｂ    第２平行リンクアーム部
５２      ヘッド部
５３ａ    平行アーム
５３ｂ    平行アーム
５５      自動作業機装着部
５８      自動作業機、ナットランナー
６０      駆動アーム
７０      第１駆動手段
７２      モータ
８０      第２駆動手段
８２      モータ
９０      第３駆動手段
９２      モータ
１００    第４駆動手段
１０１    モータ
１０２    回転駆動枠
【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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【図７】
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