(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に対して、鉛直方向である旋回軸まわりに旋回可能に設けられた胴体部と、
前記旋回軸に対して回転軸が直交するように前記胴体部の前方に延びるように設けられ前記胴体部に対して第１アーム体を回転させる第１関節軸と、当該第１関節軸に対して直交する回転軸を有し当該第１アーム体に対して第２アーム体を回転させる第２関節軸と、当該第１関節軸に対して平行な回転軸を有し当該第２アーム体に対して第３アーム体を回転させる第３関節軸と、を少なくとも有する第１腕と、
前記第１腕と別に前記胴体部の前方に延びるように設けられ、前記旋回軸に対して回転軸が直交するように前記胴体部に対して第１アーム体を回転させる第１関節軸と、当該第１関節軸に対して直交する回転軸を有し当該第１アーム体に対して第２アーム体を回転させる第２関節軸と、当該第１関節軸に対して平行な回転軸を有し当該第２アーム体に対して第３アーム体を回転させる第３関節軸と、を少なくとも有する第２腕と、を有している
ことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第１関節軸、前記第２関節軸、前記第３関節軸は、それぞれ、少なくともサーボモータ及び減速機構を有して構成される
ことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３】
前記減速機構は、波動歯車である
ことを特徴とする請求項２記載のロボット。
【請求項４】
前記第１関節軸、前記第２関節軸、前記第３関節軸は、前記モータと前記減速機構が一体化されたアクチュエータで少なくとも構成される
ことを特徴とする請求項２記載のロボット。
【請求項５】
前記アクチュエータは回転中心が中空である
ことを特徴とする請求項４記載のロボット。
【請求項６】
前記アクチュエータの中空部分に線状体が挿通されている
ことを特徴とする請求項５記載のロボット。
【請求項７】
前記線状体は、前記アクチュエータの動力線または信号線である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項８】
前記線状体は、エンドエフェクタの動力線である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項９】
前記線状体は、エンドエフェクタの信号線である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項１０】
前記線状体は、エンドエフェクタのエア用配管である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項１１】
前記線状体は、塗料用配管である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項１２】
前記線状体は、溶接用の水用配管である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項１３】
前記線状体は、溶接用の配線である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項１４】
前記線状体は、シール用配管である
ことを特徴とする請求項６記載のロボット。
【請求項１５】
前記胴体部または前記基台にコントローラが設けられた
ことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項１６】
前記胴体部または前記基台に作業台が設けられた
ことを特徴とする請求項１５記載のロボット。
【請求項１７】
前記作業台は、前記胴体部または前記基台に格納される
ことを特徴とする請求項１６記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基台から旋回可能に軸支された胴体部に、複数のアーム体と各アーム体を回転自在に連結する関節部を有する腕を少なくとも２本以上持ち、特にその腕同士の第１の関節部の軸心が略平行に配置構成されるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の移動型マニピュレータを示す図である。従来の移動型マニピュレータは、腕の第１軸が紙面に対して略水平に配置されている。すなわち、関節ｅは胴体に紙面に対して、水平に取り付けられている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】
特開平２−２３７７８２号公報（第２−４頁、図２、）
【特許文献２】
特開平１１−１８８６６８号公報（第４−６頁、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のマニピュレータは、腕の第１軸が紙面に対して略水平に配置されているため、前方に伸びた状態で作業するケースが多い産業用ロボットにとって、第１軸目の負荷が常に作用しており、相応な減速機容量、モータ容量を必要とし、装置が大型化するという問題があった。
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、第１軸目の負荷を軽減しながらも同等な最伸姿勢を実現可能なマニピュレータ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のである。
請求項１に記載の発明は、基台と、前記基台に対して、鉛直方向である旋回軸まわりに旋回可能に設けられた胴体部と、前記旋回軸に対して回転軸が直交するように前記胴体部の前方に延びるように設けられ前記胴体部に対して第１アーム体を回転させる第１関節軸と、当該第１関節軸に対して直交する回転軸を有し当該第１アーム体に対して第２アーム体を回転させる第２関節軸と、当該第１関節軸に対して平行な回転軸を有し当該第２アーム体に対して第３アーム体を回転させる第３関節軸と、を少なくとも有する第１腕と、前記第１腕と別に前記胴体部の前方に延びるように設けられ、前記旋回軸に対して回転軸が直交するように前記胴体部に対して第１アーム体を回転させる第１関節軸と、当該第１関節軸に対して直交する回転軸を有し当該第１アーム体に対して第２アーム体を回転させる第２関節軸と、当該第１関節軸に対して平行な回転軸を有し当該第２アーム体に対して第３アーム体を回転させる第３関節軸と、を少なくとも有する第２腕と、を有していることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記第１関節軸、前記第２関節軸、前記第３関節軸は、それぞれ、少なくともサーボモータ及び減速機構を有して構成されることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記減速機構は、波動歯車であることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記第１関節軸、前記第２関節軸、前記第３関節軸は、前記モータと前記減速機構が一体化されたアクチュエータで少なくとも構成されることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記アクチュエータは回転中心が中空であることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記アクチュエータの中空部分に線状体が挿通されていることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記線状体は、前記アクチュエータの動力線または信号線であることを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記線状体は、エンドエフェクタの動力線であることを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記線状体は、エンドエフェクタの信号線であることを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、前記線状体は、エンドエフェクタのエア用配管であることを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記線状体は、塗料用配管であることを特徴とするものである。
また、請求項１２に記載の発明は、前記線状体は、溶接用の水用配管であることを特徴とするものである。
また、請求項１３に記載の発明は、前記線状体は、溶接用の配線であることを特徴とするものである。
また、請求項１４に記載の発明は、前記線状体は、シール用配管であることを特徴とするものである。
また、請求項１５に記載の発明は、前記胴体部または前記基台にコントローラが設けられたことを特徴とするものである。
また、請求項１６に記載の発明は、前記胴体部または前記基台に作業台が設けられたことを特徴とするものである。
また、請求項１７に記載の発明は、前記作業台は、前記胴体部または前記基台に格納されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、複数の腕を備えているので、作業効率がよい。第１腕あるいは第２腕が伸びた姿勢であっても位置決め軸に作用するトルクを軽減できる。
請求項２、３に記載の発明によると、関節部にモータと減速機構が収められているので、コンパクトである。
また、請求項４乃至１４に記載の発明によると、前記関節部、モータと減速機構が一体化されたアクチュエータで構成されているため、関節回転軸方向にコンパクトに構成されるので、アーム寸法を小さくすることができ、さらに狭隘な空間への設置が可能となる。
また、請求項１５に記載の発明によると、胴体部にコントローラが設けられているので、コンパクトである。
また、請求項１６に記載の発明によると、作業テーブルに一時的に部品を載置することができるので、作業効率が良い。
また、請求項１７に記載の発明によると、作業をしない時は作業台を格納しておくことができるので、省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例を示すマニピュレータ装置の正面図
【図２】本発明のマニピュレータの腕の縦断面図
【図３】本発明の実施例を示すマニピュレータ装置の側断面図
【図４】従来のマニピュレータ装置の側断面図
【符号の説明】
【０００７】
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（エンドエフェクタ）
７  旋回軸
８  基台
９  胴体
５ａ  第１の腕
５ｂ  第２の腕
１０  Ｊ２軸線状体
１１ａ  コネクタ
１１ｂ  コネクタ
１２  Ｊ２軸減速機部
１３  Ｊ２軸モータ部
１４  Ｊ２軸サーボモータ
１５  Ｊ２軸中空穴
Ｊ１  関節軸
Ｊ２  関節軸
Ｊ４  関節軸
Ｊ５  関節軸
Ｊ６  関節軸
Ｊ７  関節軸
１０１  Ｊ１軸サーボモータ
３０１  Ｊ３軸サーボモータ
４０１  Ｊ４軸サーボモータ
５０１  Ｊ５軸サーボモータ
６０１  Ｊ６軸サーボモータ
７０１  Ｊ７軸サーボモータ
１０２  Ｊ１軸減速機
２０２  Ｊ２軸減速機
３０２  Ｊ３軸減速機
４０２  Ｊ４軸減速機
５０２  Ｊ５軸減速機
６０２  Ｊ６軸減速機
７０２  Ｊ７軸減速機
１０３  Ｊ１軸中空穴
３０３  Ｊ３軸中空穴
４０３  Ｊ４軸中空穴
５０３  Ｊ５軸中空穴
６０３  Ｊ６軸中空穴
７０３  Ｊ７軸中空穴
１０４  Ｊ１軸線状体
２０４  Ｊ３軸線状体
３０４  Ｊ４軸線状体
４０４  Ｊ５軸線状体
５０４  Ｊ６軸線状体
６０４  Ｊ７軸線状体
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の多関節マニピュレータの正面図である。図１において、基台８上に設置された胴体９は、基台８に軸支されており、サーボモータ及び減速機にて旋回自在に位置決め可能である。５ａは第１の腕、５ｂは第２の腕である。胴体９の内部には、本発明のロボットのコントローラが内蔵されている。さらに、胴体９には、ロボットが組立等の作業をするための作業台（図示せず）が備えられており、胴体９に格納することが出来るようになっている。格納は、格納用の駆動装置によって行われるが、これを設けずに、ロボット自身の腕を使って行っても良い。
以下、腕の詳細な構造について説明する。ただし、後述するが、図１（図３）記載の腕の構造を示すものではない。
【００１０】
図２は、第１の腕を前方に伸ばした状態での縦断面図であり、図の関節軸Ｊ１が腕の基端側（付け根）、Ｊ７が先端側に相当する。
図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のアーム体であり、Ｃ７は第７のアーム体（エンドエフェクタ）である。
【００１１】
第１のアーム体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を中心に回転する。第７のアームＣ７は関節軸Ｊ７を中心に回転する。
なお、適用アプリケーションによってはＪ３軸が無くとも位置決め可能である。
【００１２】
関節軸Ｊ１と関節軸Ｊ２、関節軸Ｊ２と関節軸Ｊ３、関節軸Ｊ３と関節軸Ｊ４、関節軸Ｊ４と関節軸Ｊ５、関節軸Ｊ５と関節軸Ｊ６、関節軸Ｊ６と関節軸Ｊ７はそれぞれ直交するように構成されている。本軸構成によれば、動作軸を支持する軸に対し直交動作となるので、従来の産業用ロボットと同一教示操作方法に近く、効率良くティーチングが可能となる。また、関節軸Ｊ１、関節軸Ｊ３、関節軸Ｊ５、関節軸Ｊ７の夫々の回転中心が直立時に同一線上になるように構成されている。本軸構成によれば狭隘な空間に設置するために最小な寸法となる。すなわちマニプレータ上面図からの投影面積が最小になる。但し、関節軸Ｊ１、関節軸Ｊ３、関節軸Ｊ５、関節軸Ｊ７の夫々の回転中心にオフセット寸法を付与することも可能である。なお、図１はＪ１にオフセットを与えた場合の構成を示している。
【００１３】
関節軸Ｊ１（第１軸）はサーボモータ１０１によって減速機１０２を介して駆動されており、サーボモータ１０１と減速機１０２の回転中心は関節軸Ｊ１の回転軸と一致している。また、サーボモータ１０１と減速機１０２の回転中心には中空穴１０３が開口されており、線状体１０４が配設されている。
関節軸Ｊ２（第２軸）はサーボモータ１４によって減速機１２を介して駆動されており、サーボモータ１４と減速機１２の回転中心は関節軸Ｊ２の回転軸と一致している。また、サーボモータ１４と減速機１２の回転中心には中空穴１５が開口されており、線状体１０が配設されている。
関節軸Ｊ３（第３軸）はサーボモータ３０１によって減速機３０２を介して駆動されており、サーボモータ３０１と減速機３０２の回転中心は関節軸Ｊ３の回転軸と一致している。また、サーボモータ３０１と減速機３０２の回転中心には中空穴３０３が開口されており、線状体３０４が配設されている。
関節軸Ｊ４（第４軸）はサーボモータ４０１によって減速機４０２を介して駆動されており、サーボモータ４０１と減速機４０２の回転中心は関節軸Ｊ４の回転軸と一致している。また、サーボモータ４０１と減速機４０２の回転中心には中空穴４０３が開口されており、線状体４０４が配設されている。
関節軸Ｊ５（第５軸）はサーボモータ５０１によって減速機５０２を介して駆動されており、サーボモータ５０１と減速機５０２の回転中心は関節軸Ｊ５の回転軸と一致している。また、サーボモータ５０１と減速機５０２の回転中心には中空穴５０３が開口されており、線状体５０４が配設されている。
関節軸Ｊ６（第６軸）はサーボモータ６０１によって減速機６０２を介して駆動されており、サーボモータ６０１と減速機６０２の回転中心は関節軸Ｊ６の回転軸と一致している。また、サーボモータ６０１と減速機６０２の回転中心には中空穴６０３が開口されており、線状体６０４が配設されている。
関節軸Ｊ７（第７軸）はサーボモータ７０１によって減速機７０２を介して駆動されており、サーボモータ７０１と減速機７０２の回転中心は関節軸Ｊ７の回転軸と一致している。また、サーボモータ７０１と減速機７０２の回転中心には中空穴７０３が開口されており、線状体が配設されている。
なお、線状体はアクチュエータの動力線および信号線、エンドエフェクタ用の動力線、信号線、エア用、シール用塗料用配管、溶接用の１次ケーブル、アース線等の線状体である。
【００１４】
通常、産業用ロボットでの作業領域は前方の動作領域が重要である。「前に習え」の姿勢を維持するためには位置決めのための基本軸に重力トルクが作用して、各関節に使用するモータや減速機の枠が大きくなっていた。本発明の腕構成によると、図２に示すような、最伸姿勢においてＸ方向に重力が作用しても、各回転関節に対して垂直のため、各関節の減速機やモータ容量を小さくしても高可搬な双腕を提供することができる。また、本姿勢だけでは水平動作しか出来ないので、さらに小容量の減速機やモータを使用する場合は各関節軸に動作制限を設けても良い。この場合、ＣＯＳ関数により、動作角度の増加割合が、重力トルクの増加割合よりも大きいため、効率良く動作制限を与えることが可能となる。
【００１５】
最も効果的な実施例は、腕の第１軸の回転軸が夫々略平行が望ましいが、関節部のモータや減速機の容量が許容する範囲で、ロボット前方に対して角度を付して配設しても良い。
【００１６】
全ての関節はサーボモータと減速機の間に平行軸及び角度を有する歯車機構を有しないので、モータが高速に回転しても静粛な運転が可能である。また、全軸ともに扁平アクチュエータを採用しているために、図２に示すＸ方向のアーム幅寸法Ａ，Ｂ，Ｃが短くできるので、腕同士の干渉を小さくできるとともに、周辺冶具やワークへの接近性が飛躍的に向上した構成となっている。
また、各関節のモータは減速機外径に近い外形寸法にすることができ、モータマグネットとコアの径を大幅に上げることが可能となったので、大出力のモータとなり、アクチュエータの駆動負荷、速度、加速度を上げることが可能となった。
【００１７】
各関節の中空穴部に配設された線状体は、その隣り合う軸の中空穴に配設される前に、各コネクタで接続されている。例えば、Ｊ２軸の場合、線状体１０の両端はコネクタ１１ａ、１１ｂでＪ１軸を通過した線状体１０４とＪ３軸を通過する線状体３０４とに夫々コネクタ接合されている。このため、大型のコネクタを通すために、中空部に配設できるケーブル本数に制約がでることを防いでいる。なお、アプリケーションケーブルが少ない場合はコネクタで中継する必要はないし、任意の関節部で中継を行っても良い。これは、Ｊ１軸はＪ２からＪ７軸のケーブルが通過するため、アクチュエータ駆動用のケーブルが多いが、先端軸ほどアプリケーションケーブルが占める割合が多くなるためである。
【００１８】
このように、アクチュエータ中空部には必要ケーブルを配設されるため、減速機やモータの容量よりも、必要中空径で決定される場合がある。このような場合以外は、アームに軽量素材を採用するか、動作角度制限を設けることにより、少なくともＪ１軸からＪ３軸までを同一容量の波動歯車装置ハーモニックドライブ（登録商標）で構成することが可能なため、アーム外形が小さく、さらに腕同士の干渉が無くなるとともに、周辺冶具やワークへの接近性が飛躍的に向上したマニピュレータとすることができる。
なお、上記実施例においては、２本腕の場合について説明したが、複数のアームであってもよい。
また、ロボットのコントローラは胴体９ではなく、基台内部に設けてもよい。
【図１】
0004632065.tif 000002
【図２】
0004632065.tif 000003
【図３】
0004632065.tif 000004
【図４】
0004632065.tif 000005