(57)【要約】【課題】全高を低く抑えながらも昇降する各フレームでのモーメントの発生を抑制すると共に、フレームの落下を防止する。【解決手段】下端から上端まで複数段に分割されると共に昇降ガイド軸２に沿って昇降するフレーム３，４，５から構成されて、尚かつフレーム３，４，５の各々に昇降手段７，８が設けられ、フレーム３，４，５が昇降ガイド軸２の方向に連続的に連なって下端に対して上端が上方に伸びた伸張状態と、フレーム３，４，５が昇降ガイド軸２の方向に重なって上端が下方に縮んで下端に近づいた収縮状態との間で全体的に伸縮可能な産業用ロボットにおいて、昇降手段はフレーム３，４，５の中心線を対称軸とする対称な位置に設けられた２つの駆動手段１８，１９から構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端から上端まで複数段に分割されると共に昇降ガイド軸に沿って昇降するフレームから構成されて、尚かつ前記フレームの各々に昇降手段が設けられ、前記フレームが前記昇降ガイド軸方向に連続的に連なって下端に対して上端が上方に伸びた伸張状態と、前記フレームが前記昇降ガイド軸方向に重なって上端が下方に縮んで下端に近づいた収縮状態との間で全体的に伸縮可能な産業用ロボットにおいて、前記昇降手段は前記フレームの中心線を対称軸とする対称な位置に設けられた２つの駆動手段から構成されることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記昇降ガイド軸は前記フレームの中心線に対して対称な位置に設けられることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
【請求項３】
最下部の前記フレームに設けられた前記昇降手段はボールねじを用いたボールねじ駆動手段とピストンシリンダ機構を用いたピストン駆動手段とから成ることを特徴とする請求項１または２記載の産業用ロボット。
【請求項４】
最下部の前記フレームを除く前記フレームに設けられた前記昇降手段は動滑車を用いた動滑車駆動手段から成ることを特徴とする請求項１から３までのいずれか記載の産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットに関する。更に詳述すると、本発明は産業用ロボットの昇降機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のロボットとしては、例えば半導体ウェハや液晶パネル等のワークを載置する昇降可能なハンドを有するアーム駆動装置がある。このようなハンドの昇降機構としては、図６に示すように同心状で昇降可能な例えば上中下３段の筒状のフレーム１０１〜１０３と、中段のフレーム１０２の端部を直接昇降させる１つのボールねじ駆動手段１０４と、中段のフレーム１０２の上部に設けられた動滑車１０５および該動滑車１０５に巻き回されて下段のフレーム１０３と上段のフレーム１０１とを連結するベルト１０６から成る１つの動滑車駆動手段１０７とを備えている（特許２９８３５０１号参照）。上段フレーム１０１の上部にはハンドが設けられている。各フレーム１０１〜１０３はリニアガイドにより昇降可能に支持されている。
【０００３】
この昇降機構では、ボールねじ駆動手段１０４が作動することにより中段のフレーム１０２を昇降させる。このとき、動滑車１０５がベルト１０６を昇降させるので、これに伴って上段のフレーム１０１が昇降される。これにより、ハンドの高さを変更することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９８３５０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した産業用ロボットでは、ボールねじ駆動手段１０４と動滑車駆動手段１０７のいずれもフレーム１０１〜１０３の端部１箇所のみに設けられているので、各フレーム１０１〜１０３を下から押し上げる荷重ポイントと上から掛かる荷重ポイントとがずれてしまい、各フレーム１０１〜１０３でのモーメントが大きくなって円滑な昇降が阻害されることがある。特に、近年ではワークの大型化に伴い昇降幅を大きくすることが望まれる一方、ワークの重量化により昇降機構へのモーメントが更に大きくなってきている。円滑な昇降を図るためにはリニアガイドの定格荷重を上げるか、あるいはガイドスパンを大きくすることが考えられるが、これでは全高が高くなってしまう。
【０００６】
また、フレーム１０１〜１０３のモーメントを抑えるようにボールねじ駆動手段１０４をフレーム１０１〜１０３の中央部に取り付けることが考えられるが、これでは配線などのスペースが無くなってしまい他の部位の制御ができなくなったり、あるいはメンテナンスが非常に困難になってしまう。
【０００７】
さらに、この産業用ロボットでは、動滑車駆動手段１０７を１つしか使用していないので、万一ベルト１０６が切れた場合は上段フレーム１０１が容易に落下する恐れがある。
【０００８】
そこで本発明は、全高を低く抑えながらも昇降する各フレームでのモーメントの発生を抑制できると共に、フレームの落下を防止できる産業用ロボットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、下端から上端まで複数段に分割されると共に昇降ガイド軸に沿って昇降するフレームから構成されて、尚かつフレームの各々に昇降手段が設けられ、フレームが昇降ガイド軸方向に連続的に連なって下端に対して上端が上方に伸びた伸張状態と、フレームが昇降ガイド軸方向に重なって上端が下方に縮んで下端に近づいた収縮状態との間で全体的に伸縮可能な産業用ロボットにおいて、昇降手段はフレームの中心線を対称軸とする対称な位置に設けられた２つの駆動手段から構成されるようにしている。ここで、本明細書中で「対称な位置」とは厳密な対称のみならず、それに近い状態をも含む概念としている。
【００１０】
したがって、２つの駆動手段がフレームの中心線を対称軸として配置されているので、フレームが重心に対して対称に支持され左右のバランス良く昇降される。これにより、フレームにモーメントが生ずることを抑制できるので、昇降を円滑に行うことができるようになる。このため、フレームを支持するリニアガイドの負荷が減り、リニアガイドの小型化およびガイドスパンの短縮化を図ることができるので、全高を小さくすることができる。
【００１１】
また、駆動手段が２つ設けられているので、一方の駆動手段が仮に故障したとしても他方の駆動手段が作動する。このため、駆動手段が１つのみの場合に比べて、駆動手段の故障によりフレームが落下する確率を半減することができる。
【００１２】
そして、請求項２記載の発明は、請求項１記載の産業用ロボットにおいて、昇降ガイド軸はフレームの中心線に対して対称な位置に設けられるようにしている。したがって、フレームの左右のバランスがより良くなる。
【００１３】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の産業用ロボットにおいて、最下部のフレームに設けられた昇降手段はボールねじを用いたボールねじ駆動手段とピストンシリンダ機構を用いたピストン駆動手段とから成るようにしている。
【００１４】
したがって、２つのボールねじ駆動手段を用いる場合のように両ねじを同期させてタイミングを合わせる必要が無いので、初期設定時の調整作業を容易に行うことが出来る。また、ピストンシリンダ機構はボールねじ駆動手段よりも部品コストが安価であると共にピストンシリンダ機構は停止時には消費電力が０に近くボールねじ駆動手段よりもランニングコストも安価であるため、２つのボールねじ駆動手段を用いる場合よりも低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３までのいずれか記載の産業用ロボットにおいて、最下部のフレームを除くフレームに設けられた昇降手段は動滑車を用いた動滑車駆動手段から成るようにしている。したがって、昇降の原動力としては最下部のフレームに設けられた昇降手段のみを利用して全てのフレームを昇降することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１〜図５に、本発明の産業用ロボット１の実施形態の一例を示す。この産業用ロボット１は、下端から上端まで複数段に分割されると共に昇降ガイド軸２に沿って昇降するフレーム３，４，５から構成されて、尚かつフレーム３，４，５の各々に昇降手段６，７，８が設けられている。また、産業用ロボット１は、フレーム３，４，５が昇降ガイド軸２の方向に連続的に連なって下端に対して上端が上方に伸びた伸張状態（図４中、二点鎖線で示す）と、フレーム３，４，５が昇降ガイド軸２の方向に重なって上端が下方に縮んで下端に近づいた収縮状態（図４中、実線で示す）との間で全体的に伸縮可能なものである。このような産業用ロボット１において、昇降手段６，７，８はフレーム３，４，５の中心線を対称軸とする対称な位置に設けられた２つの駆動手段から構成されるようにしている。このため、２つの駆動手段がフレーム３，４，５の中心線を対称軸として配置されているので、フレーム３，４，５が左右のバランス良く昇降される。よって、フレーム３，４，５にモーメントが生ずることを抑制できるので、昇降を円滑に行うことができるようになる。また、駆動手段が２つ設けられていることから、一方の駆動手段が仮に故障したとしても他方の駆動手段が作動するので、駆動手段の故障によりフレーム３，４，５が落下する確率を極力下げることができる。
【００１８】
この産業用ロボット１は例えばワーク１３をカセットから製造装置に搬送するアーム駆動装置としている。すなわち、この産業用ロボット１は、上述したフレーム３，４，５および昇降手段６，７，８を有する昇降機構１０の他に、該昇降機構１０に支持されるアーム１１と、該アーム１１の先端に取り付けられたハンド１２とを備えている。フレーム３，４，５は、基台１４と下フレーム３と中フレーム４と上フレーム５とから成る。下フレーム３は基台１４に対して、中フレーム４は下フレーム３に対して、上フレーム５は中フレーム４に対して、それぞれ昇降ガイド軸２により昇降可能に支持されている。また、アーム１１は上フレーム５と共に昇降する。なお、図中符号１５は各フレーム３，４，５を側方から隠すカバーである。また、図４および図５中符号２６は産業用ロボット１を移動させるためのレールである。
【００１９】
各昇降ガイド軸２はフレーム３，４，５の中心線に対して対称な位置に設けられるようにしている。このため、フレーム３，４，５の左右のバランスが良くなる。昇降ガイド軸２は、フレーム３，４，５の上下方向に沿って設けられたガイドレール１６と、ガイドレール１６に対して摺動可能に設けられたスライダ１７とを備えている。そして、相対移動する２つのフレームの一方にはガイドレール１６が、他方にはスライダ１７がそれぞれ取り付けられている。
【００２０】
昇降手段６，７，８は、基台１４に対して下フレーム３を昇降する下昇降手段６と、下フレーム３に対して中フレーム４を昇降する中昇降手段７と、中フレーム４に対して上フレーム５を昇降する上昇降手段８とを備えている。
【００２１】
下昇降手段６は、ボールねじを用いたボールねじ駆動手段１８とピストンシリンダ機構を用いたピストン駆動手段１９とから成るようにしている。このため、２つのボールねじ駆動手段を用いる場合のように両ねじを同期させてタイミングを合わせる必要が無いので、初期設定時の調整作業を容易に行うことが出来る。ボールねじ駆動手段１８およびピストン駆動手段１９は下フレーム３より上側の荷重を１／２ずつ支持するものとしている。
【００２２】
ここで、ボールねじ駆動手段１８とピストン駆動手段１９とは下フレーム３の左右の両端にユニットとして配置されているので、中央部に配置される場合に比べて故障時の交換などのメンテナンスを容易に行うことができる。
【００２３】
ボールねじ駆動手段１８は、モータ２０と、上下方向を長手方向とするボールねじ２１と、ボールねじ２１に羅合して昇降すると共に下フレーム３の下部に固定されたスライダ２２と、モータ２０の回転をボールねじ２１に伝達するベルト２３およびプーリ２４とを備えている。モータ２０の回転はベルト２３およびプーリ２４を介してボールねじ２１に伝達される。ボールねじ２１の回転によりスライダ２２が昇降して下フレーム３を昇降させる。ピストン駆動手段１９は、バランサシリンダと呼ばれるもので、エアシリンダ２５とピストンとを備えている。ピストンのロッド２７の先端は下フレーム３の上部に固定されている。そして、エアシリンダ２５に外部から圧縮空気を出し入れすることによってピストンが昇降する。
【００２４】
中昇降手段７および上昇降手段８は、動滑車を用いた動滑車駆動手段から成るようにしている。このため、昇降の原動力としては下フレーム３に設けられた昇降手段６のみを利用して全てのフレーム３，４，５を昇降することができる。
【００２５】
中昇降手段７は、下フレーム３の上部および下部に取り付けられたプーリ２８と、両プーリ２８に掛け渡されたタイミングベルト２９と、下フレーム３が最下位置にあるときにベルト２９の上部と基台１４とを連結する第１連結部材３０と、下フレーム３が最下位置にあるときに第１連結部材３０とは反対側のベルト２９の下部と中フレーム４とを連結する第２連結部材３１とを備えている。中昇降手段７は左右に１つずつ設けられているので、一方のタイミングベルト２９が万一切れたとしても他方のタイミングベルト２９により中フレーム４が支持されて落下は防止される。
【００２６】
上昇降手段８は、中フレーム４の上部および下部に取り付けられたプーリ３２と、両プーリ３２に掛け渡されたタイミングベルト３３と、中フレーム４が最下位置にあるときにベルト３３の上部と下フレーム３とを連結する第３連結部材３４と、中フレーム４が最下位置にあるときに第３連結部材３４とは反対側のベルト３３の下部と上フレーム５とを連結する第４連結部材３５とを備えている。上昇降手段８は左右に１つずつ設けられているので、一方のタイミングベルト３３が万一切れたとしても他方のタイミングベルト３３により上フレーム５が支持されて落下は防止される。
【００２７】
上述した産業用ロボット１の動作を以下に説明する。
【００２８】
昇降機構１０が最も収縮した状態でボールねじ駆動手段１８のモータ２０の駆動とピストン駆動手段１９への圧縮空気の送り込みとが行われると、下フレーム３が上昇される。これにより中昇降手段７の両プーリ２８が上昇する。第１連結部材３０によりベルト２９の上部と基台１４とが連結されているので、下フレーム３および両プーリ２８の上昇により部材３１が上昇する。
【００２９】
このとき、第２連結部材３１を介して中フレーム４が下フレーム３に対して上昇される。これにより上昇降手段８の両プーリ３２が上昇する。第３連結部材３４によりベルト３３の上部と下フレーム３とが連結されているので、中フレーム４および両プーリ３２の上昇により部材３５が上昇する。
【００３０】
このとき、第４連結部材３５を介して上フレーム５が中フレーム４に対して上昇される。こうして、上フレーム５に設けられたアーム１１およびハンド１２が所定高さまで上昇される。
【００３１】
また、アーム１１およびハンド１２の高さを下げるときは、ボールねじ駆動手段１８のモータ２０を逆回転させると共に、ピストン駆動手段１９から圧縮空気を排出する。この時、エアシリンダ２５の空気圧が一定になるよう、図示しないレギュレータにより圧力が管理されている。これにより下フレーム３が下降され、中昇降手段７の両プーリ２８が下降する。第１連結部材３０によりベルト２９と基台１４とが連結されているので、下フレーム３および両プーリ２８の下降により部材３１が下降する。
【００３２】
このとき、第２連結部材３１を介して中フレーム４が下フレーム３に対して下降される。これにより上昇降手段８の両プーリ３２が下降する。第３連結部材３４によりベルト３３と下フレーム３とが連結されているので、中フレーム４および両プーリ３２の下降により部材３５が下降する。
【００３３】
このとき、第４連結部材３５を介して上フレーム５が中フレーム４に対して下降される。こうして、上フレーム５に設けられたアーム１１およびハンド１２が所定高さまで下降される。
【００３４】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では下フレーム３に設けられた昇降手段６はボールねじ駆動手段１８とピストン駆動手段１９とから成るものにしているが、これには限られず２つともボールねじ駆動手段１８から成るようにしても良い。この場合もフレーム３にモーメントが生ずることを抑制できるので、昇降を円滑に行うことができるようになる。
【００３５】
また、本実施形態では動滑車駆動手段のベルト２９，３３としてタイミングベルトを使用しているが、これには限られずスチールベルトやチェーンを利用しても良い。あるいは、本実施形態ではプーリ２８，３２とベルト２９，３３を使用しているが、これには限られずラックとピニオンの組合せとしても良い。
【００３６】
さらに、本実施形態ではピストン駆動手段１９として圧縮空気により作動するシリンダピストン機構を使用しているが、これには限られず油圧を利用するものでも良い。
【００３７】
そして、本実施形態では産業用ロボット１をアーム駆動装置にしているが、これには限られず例えば加工機のような他の装置であっても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の産業用ロボットによれば、２つの駆動手段がフレームの中心線を対称軸として配置されているので、フレームが重心に対して対称に支持され左右のバランス良く昇降される。これにより、フレームにモーメントが生ずることを抑制できるので、昇降を円滑に行うことができるようになる。このため、フレームを支持するリニアガイドの小型化およびガイドスパンの短縮化を図ることができるので、全高を小さくすることができる。しかも、構造を小型化できることから産業用ロボットの軽量化を図ることができる。
【００３９】
また、駆動手段が２つ設けられているので、一方の駆動手段が仮に故障したとしても他方の駆動手段が作動する。このため、駆動手段が１つのみの場合に比べて、駆動手段の故障によりフレームが落下する確率を半減することができる。
【００４０】
さらに、駆動手段がフレームの左右の両端に配置されるので、中央部に配置される場合に比べて交換などのメンテナンスを容易に行うことができる。
【００４１】
そして、請求項２記載の産業用ロボットによれば、昇降ガイド軸はフレームの中心線に対して対称な位置に設けられているので、フレームの左右のバランスがより良くなる。
【００４２】
さらに、請求項３記載の産業用ロボットによれば、最下部のフレームに設けられた昇降手段はボールねじ駆動手段とピストン駆動手段とから成るので、２つのボールねじ駆動手段を用いる場合のように両ねじを同期させてタイミングを合わせる必要が無く、初期設定時の調整作業を容易に行うことが出来る。また、ピストンシリンダ機構はボールねじ駆動手段よりも部品コストが安価であると共にピストンシリンダ機構は停止時には消費電力が０に近くボールねじ駆動手段よりもランニングコストも安価であるため、２つのボールねじ駆動手段を用いる場合よりも低コスト化を図ることができる。
【００４３】
また、請求項４記載の産業用ロボットによれば、最下部のフレームを除くフレームに設けられた昇降手段は動滑車を用いた動滑車駆動手段から成るので、昇降の原動力としては最下部のフレームに設けられた昇降手段のみを利用して全てのフレームを昇降することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の産業用ロボットの昇降機構を示す平面図である。
【図２】産業用ロボットの昇降機構の下昇降手段を示す正面図である。
【図３】産業用ロボットの昇降機構の中昇降手段および上昇降手段を示す正面図である。
【図４】産業用ロボットを示す正面図である。
【図５】産業用ロボットを示す平面図である。
【図６】従来の産業用ロボットの昇降機構を示す縦段面正面図である。
【符号の説明】
１  産業用ロボット
２  昇降ガイド軸
３  下フレーム（最下部のフレーム）
４  中フレーム（フレーム）
５  上フレーム（フレーム）
６  下昇降手段（昇降手段）
７  中昇降手段（昇降手段）
８  上昇降手段（昇降手段）
１８  ボールねじ駆動手段
１９  ピストン駆動手段
２１  ボールねじ
【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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