(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと、
前記アームに直線移動可能に設けられた第１の移動部材、およびこの第１の移動部材に相対移動可能に支持されつつ当該第１の移動部材と同じ方向へ直線移動可能に設けられた第２の移動部材からなる伸縮型移動体と、
前記第１の移動部材および前記第２の移動部材に夫々設けられたラックと、
前記アームに、前記伸縮型移動体の伸長方向側の端部に偏って設けられた回転駆動源と、
前記回転駆動源から前記第１の移動部材の前記ラックを経て前記第２の移動部材の前記ラックにまで延びるように設けられた回転部材と、
前記回転部材に設けられ、前記第１の移動部材の前記ラックに噛合する第１のピニオンおよび前記第２の移動部材の前記ラックに噛合する第２のピニオンと
を具備し、前記第１のピニオンの径を前記第２のピニオンの径よりも小さく設定し、前記回転部材の回転により、前記第１および第２の移動部材が連動して移動し、且つ前記第２の移動部材が前記第１の移動部材よりも長い距離移動するように構成したことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第１の移動部材および前記第２の移動部材を直線移動可能に支持する支持機構は、移動方向に延びるレールと、このレールに組み合わされ当該レールに対して相対的に直線移動する支持部材から構成されていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３】
前記支持部材は、１本の前記レールに対し、移動方向に隔てて複数個設けられてい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のピニオンと前記第２のピニオンの径比、および前記支持機構の取り付け位置は、前記第１の移動部材および前記第２の移動部材が最も伸長方向に移動した状態で、前記第１の移動部材を前記アームに支持するための前記支持機構および前記第２の移動部材を前記第１の移動部材に支持するための前記支持機構の夫々の前記レールの反伸長方向側の端部が夫々の前記支持部材の最も反伸長方向側にある端部と同位置または当該最も反伸長方向側にある端部よりも反伸長方向側に位置するように設定されていることを特徴とする請求項２または３に記載のロボット。
【請求項５】
前記第１のピニオンの径は、前記第２のピニオンの径の１／２に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームに伸縮型移動体を設けてなるロボットに係り、特に伸縮型移動体を構成する２つの移動部材の連動構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、直交座標型ロボットでは、先端側のアームに移動体を上下動可能に設け、この移動体にワークを把持するハンドを取り付ける構成としている。この場合、移動体の長さを短く構成するためには、移動体を２つの移動部材から構成し、そして、一方の移動部材をアームに上下動可能に支持し、他方の移動部材を上記アームに支持された一方の移動部材に上下動可能に支持することにより、２つの移動部材がテレスコープ状に移動するように構成することが好ましい。
【０００３】
特許文献１には、上下方向移動ではないが、直交座標型ロボットにおいて、横アームに第１および第２の位置決定部を横方向に移動可能に設け、第１の位置決定部を垂直支持部に固定することによって第２の位置決定部が横アームの２倍の速度で横方向に移動するように構成した倍速機構が開示されている。この特許文献１の倍速機構は、横アーム内に一対の軸を回転自在に設けて各軸に夫々２つのプーリーを固定し、両軸の一端側のプーリー同士、他端側のプーリー同士を夫々ベルトで連結し、一方のベルトに第１の位置決定部を固定し、他方のベルトに第２の位置決定部を固定し、そして、いずれか一方の軸をモータによって回転駆動するというものである。
【特許文献１】特開平９−１４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直交座標型ロボットにおいて、ハンドを取り付けて上下方向に移動する移動体を、２つの移動部材によってテレスコープ状（伸縮型）に構成する場合、その２つの移動部材を連動して移動させる機構として、特許文献１に記載された倍速機構を応用することが考えられる。
しかしながら、特許文献１の倍速機構では、２つのベルト伝導機構を用いるため、移動体全体として大形になり勝ちで、また、ベルトの伸びによる位置精度低下やベルトの磨耗による発塵が多いという問題を生ずる。更に、特許文献１では、一方の移動部材（横アーム）の内部に倍速機構をその駆動源であるモータと共に設けているため、移動部材が重くなり、可搬重量に悪影響を及ぼしかねない。
【０００５】
かといって、特許文献１に示されたような倍速機構を用いることなく、例えば、一方の移動部材から他方の移動部材に爪を出し、一方の移動部材が移動する途中で爪に他方の移動部材を引っ掛けて当該他方の部材を一方の部材の半分の距離だけ移動させる構成とすることも考えられるが、このように構成した場合には、単に爪で引っ掛けて移動部材を移動させるだけであるから、途中で２つの移動部材を止めた場合などでは、どうしても２つの移動部材同士の位置関係が正規の位置関係からずれ、安定した支持状態が得られなくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、伸縮型移動体を構成する２つの移動部材が互いに正しく連動して移動し、且つ、その２つの移動部材を連動して移動させるための機構を、大型化を避けながら、しかも、発塵を極力抑制できる形態にて実現でき、更に、移動体を伸縮させるための駆動源を移動部材の内部に設けなくとも済むロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１では、伸縮型移動体を構成する第１および第２の移動部材に夫々ラックを設け、回転部材に設けられた小径側の第１のピニオンを第１の移動部材のラックに噛合させ、大径側の第２のピニオンを第２の移動部材のラックに噛合させたので、第１および第２の移動部材を連動して、且つ第２の移動部材が第１の移動部材よりも長い距離移動するように構成できる。また、第１および第２の移動部材に夫々設けたラックと、１つの回転部材に設けられた２個のピニオンとの噛合によって第１および第２の移動部材を連動して移動させることができるので、当該連動機構の大型化を避けることができ、しかも、第１および第２の移動部材の位置関係に狂いを生ずる恐れがなく、また、ラックとピニオンの接触であるから、ベルトを用いる場合に比べて発塵を抑えることができる。その上、回転駆動源を移動体側ではなく、アームに設けることができるので、移動体の重量増加を抑制することができる。
【０００８】
請求項２では、第１および第２の移動部材を直線移動可能に支持する支持機構は、レールと、このレールに組み合わされ当該レールに対して相対的に直線移動する支持部材から成るので、その構成が簡単となる。
請求項３では、支持部材は、１本のレールに対し、移動方向に隔てて複数個設けられているので、支持が安定する。
請求項４では、第１のピニオンと第２のピニオンの径比、および支持機構の取り付け位置を、第１および第２の移動部材が最も伸長方向に移動した状態であっても、各支持部材が全体（全長）でレールを支持するから、移動部材の支持状態が安定する。
請求項５では、第１のピニオンの径は、第２のピニオンの径の１／２に設定されているので、第２の移動部材が第１の移動部材の２倍の距離移動するようになる。このため、第２の移動部材の移動距離に対して、第１および第２の移動部材の長さを最短にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図５には、４軸（関節）の水平多関節型ロボットが示されている。この図５の水平多関節型ロボットにおいて、ロボット本体１は、ロボットの設置面に固定されるベース２と、このベース２上に垂直軸Ｊ１を中心に旋回可能に連結された第１のアーム３と、この第１のアーム３の先端部上に垂直軸Ｊ２を中心に旋回可能に連結された第２のアーム４と、先端側のアームである第２のアーム４に矢印Ｚで示す上下方向に移動可能に設けられた移動体５と、この移動体５の前面下部に垂直軸Ｊ３を中心に回転可能に設けられたフランジ６から構成されている。そして、フランジ６には、ワークを把持するハンド（図示せず）が取り付けられる形態となっている。
【００１０】
前記第１のアーム３は、ベース２内に設けられた第１軸用モータ（図示せず）によって旋回され、前記第２のアーム４は、当該第２のアーム４自身に設けられた第２軸用モータ（図示せず）によって旋回されるようになっている。また、フランジ６は、移動体５に取り付けられた第３軸用モータ７により減速機８を介して回転されるようになっている。
前記移動体５は、上下方向に伸縮する伸縮型移動体として構成されており、その伸縮により、フランジ６に取り付けられる図示しないハンドを所望の高さ位置に移動させることができるようになっている。つまり、移動体５は、第１の移動部材９および第２の移動部材１０からなり、図１に示すように、第１の移動部材９を第２のアーム４の先端部に第１の直動機構（支持機構）１１を介して上下方向に移動可能に支持し、第２の移動部材１０を第１の移動部材９に第２の直動機構（支持機構）１２を介して上下方向に直線的に移動可能に支持することにより、テレスコープ状に伸縮するように構成されている。
【００１１】
上記第１の直動機構１１および第２の直動機構１２は、基本的には、夫々レールとこのレールに直線移動可能に結合された支持部材とからなるが、本実施形態では、第１の直動機構１１は、一対の第１のレール１３と、各第１のレール１３に２個ずつ結合された第１の支持部材１５からなり、同様に、第２の直動機構１２も、一対の第２のレール１４と、各第２のレール１４に２個ずつ結合された第２の支持部材１６からなる。この場合、第１のレール１３と第１の支持部材１５との結合および第２のレール１４と第２の支持部材１６との結合は、図４に示すようにボール１７によって行われる。つまり、図４に示すように、第１の支持部材１５，第２の支持部材１６は、ほぼコ字型をなし、その内側に第１のレール１３，第２のレール１４が小間隙をもって嵌め込まれている。
【００１２】
そして、第１のレール１３，第２のレール１４の外側面および第１の支持部材１５，第２の支持部材１６の内側面には、夫々Ｖ溝１３ａ，１４ａおよびＶ溝１５ａ，１６ａが形成されており、これら両Ｖ溝１３ａ，１４ａおよび１５ａ，１６ａによって構成されるトンネル内には、両Ｖ溝１３ａ，１４ａおよび１５ａ，１６ａに跨るようにして多数のボール１７が収容されている。これにより、第１のレール１３，第２のレール１４と第１の支持部材１５，第２の支持部材１６とがボール１７を介して結合され、第１のレール１３，第２のレール１４と第１の支持部材１５，第２の支持部材１６とが互いに相対的に直線移動可能に結合された形態となる。なお、図示はしないが、第１の支持部材１５，第２の支持部材１６側には、直線移動に伴って転動するボール１７をＶ溝１３ａ，１４ａおよび１５ａ，１６ａから出し、再びＶ溝１３ａ，１４ａおよび１５ａ，１６ａに戻すための循環路が形成されている。
【００１３】
そして、一対の第１のレール１３は、第１の移動部材９の後面（フランジ６側から見て後となる面）に横方向に隔てて固定され、各第１のレール１３に結合された２個の第１の支持部材１５は、移動方向である上下方向に所定距離隔てて第２のアーム４の先端面に固定されている。なお、各第１のレール１３に結合された２個の第１の支持部材１５のうち、下側の第１の支持部材１５は、第２のアーム４の前端面の下端部に位置され、上側の第１の支持部材１５は、それよりも所定距離上方に位置されている。
【００１４】
また、一対の第２のレール１４は、第２の移動部材１０の後面に横方向に隔てて固定され、各第２のレール１４に結合された２個の第２の支持部材１６は、移動方向である上下方向に所定距離隔てて第１の移動部材１０の前面に固定されている。なお、各第２のレール１４に結合された２個の第２の支持部材１６のうち、下側の第２の支持部材１６は、第１の支持部材１５の前面の下端部に位置され、上側の第２の支持部材１６は、それよりも所定距離上方に位置されている。
【００１５】
さて、伸縮型移動体５を構成する第１の移動部材９および第２の移動部材１０を上下に移動させるための回転駆動源としては、昇降用モータ１８が用いられる。そして、昇降用モータ１８の回転を第１の移動部材９および第２の移動部材１０の上下方向の直線移動に変換するための回転‐直線運動変換機構として、ラック・ピニオン機構が用いられている。
【００１６】
即ち、第１の移動部材９および第２の移動部材１０の後面側には、第１のラック１９および第２のラック２０が固定されている。一方、昇降用モータ１８は、第２のアーム４内において、伸縮型移動体５の伸長方向である下端に寄せて横軸型にして配設されている。そして、昇降用モータ１８の回転軸（回転部材）１８ａは、第２のアーム４の先端面を通って前方に突出し、第１の移動部材９に一対の第１のレール１３間に位置するように形成された上下方向に延びる長孔９ａを通って第２の移動部材１０側へと突出している。
【００１７】
このように、回転軸１８ａは、昇降用モータ１８から第１のラック１９を経て、第２のラック２０にまで延びるように配置されており、その中間部には、第１のラック１９に噛合する第１のピニオン２１が固定され、先端部には、第２のラック２０に噛合する第２のピニオン２２が固定されている。
【００１８】
本実施形態では、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が伸縮移動するとき、第２の移動部材１０が第１の移動部材９の２倍の距離移動するように構成する。そのために、第２のピニオン２２の径を第１のピニオン２１の径の２倍に設定している。ここで、第１のピニオン２１，第２のピニオン２２の径とは、ピッチ円の径をいうものとする。これにより、回転軸１８ａが回転すると、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が連動して移動し、且つ、第２の移動部材１０が第１の移動部材９の２倍の距離移動するようになる。
【００１９】
そして、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が最下降（最伸長）位置まで伸長方向に移動した状態において、第１の移動部材９の第１のレール１３の上端部が上側（反伸長方向側）の第１の支持部材１５の上端部と同一高さ、或いはそれよりも上側（反伸長方向側）に位置し、第２の移動部材１０の第２のレール１３の上端部が上側（反伸長方向側）の第２の支持部材１６の上端部と同一高さ、或いはそれより上側（反伸長方向側）に位置するように構成されている。
【００２０】
次に上記構成の作用を説明する。ロボットの停止時にあっては、第１の移動部材９および第２の移動部材１０は、図１に示す最上昇位置（原位置；最収縮位置）にある。この状態から、ロボットが動作を開始してフランジ６に取り付けられた図示しないハンドによりワークを把持しようとする場合、まず、第１のアーム３および第２のアーム４を旋回させてフランジ６に取り付けられた図示しないハンドをワークの直上に移動させる。次に、ハンドによりワークを把持するために、伸縮型移動体５を伸長させてフランジ６を下降させる。この伸縮型移動体５の下降のために、昇降用モータ１８が正方向に回転すると、第１のピニオン２１および第２のピニオン２２の回転が第１のラック１９および第２のラック２０の下方への直線移動に変換され、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が互いに連動して下方に移動（伸長）し、フランジ６（ハンド）を下降させる。この下降時、第２の移動部材１０は、第１の移動部材９の２倍の速度で２倍の距離移動する。
【００２１】
第２の移動部材１０がある位置まで下降すると、昇降用モータ１８が停止し、ここでハンドがワークを把持する。なお、図２は、フランジ６が最下降位置まで下降した状態を示す。この後、ハンドを元の位置に戻すべく、昇降用モータ１８が逆方向に回転する。すると、第１のピニオン２１および第２のピニオン２２の回転が第１のラック１９および第２のラック２０の上方への直線移動に変換され、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が互いに連動して上昇（収縮）する。このときも、第２の移動部材１０は、第１の移動部材９の２倍の速度で２倍の距離移動する。そして、第１の移動部材９および第２の移動部材９が元位置まで戻ると、昇降用モータ１８が停止する。
【００２２】
このように本実施形態によれば、１本の回転軸１８ａに径の異なる第１のピニオン２１および第２のピニオン２２を固定し、この第１のピニオン２１および第２のピニオン２２を第１の移動部材９および第２の移動部材１０の第１のラック１９および第２のラック２０に噛合させたので、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が互いに連動して上下動するようになると共に、第２の移動部材１０が第１の移動部材９よりも長い距離（本実施形態では２倍）移動するようになる。
【００２３】
そして、この第１の移動部材９および第２の移動部材１０の連動関係をラック・ピニオン機構で達成しているので、大型化を回避でき、また、発塵も抑制することができるようになる。その上、昇降用モータ１８が第２のアーム４内に配設されているので、移動体５全体の重量増加を抑制できる。
【００２４】
また、第１の移動部材９および第２の移動部材１０を第１の直動機構１１および第２の直動機構１２によって支持するので、直線的に移動可能に支持する構成が簡単となる。その上、第１のレール１３，第２のレール１４を夫々２個の第１の支持部材１５，第２の支持部材１６によって支持するので、安定した支持状態を得ることができる。更に、第１の移動部材９および第２の移動部材１０が最下降位置まで移動した状態でも、各第１のレール１３，第２のレール１４は、夫々２個の第１の支持部材１５，第２の支持部材１６の全長で支持されるので、一層安定した支持状態が得られる。
【００２５】
更に、本実施形態では、第２のピニオン２２の径が第１のピニオン２１の径の２倍に設定されているので、第２の移動部材１０は第１の移動部材９の２倍の距離だけ移動するようになる。このため、第１の移動部材９および第２の移動部材１０の長さを同じにして、収縮したときの移動体５全体の上下方向長さを最短にすること、換言すれば、第１の移動部材９および第２の移動部材１０の長さが互いに異なることにより、収縮したときの移動体５の上下方向長さが長くなるといった不具合の発生をなくすことができる。
【００２６】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
第１のピニオン２１および第２のピニオン２２の径比は、１対２に限られない。第１のピニオン２１の径が第２のピニオン２２の径よりも小さければ良い。
回転部材は、モータ１８の回転軸１８ａそのものである必要なない。モータ１８ａにカップリングにより連結された回転軸であっても良い。
移動体５は、上下方向に伸縮するものに限られない。
本発明は、直交座標型ロボットの移動体に限られず、ロボットの伸縮型移動体に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示す要部の縦断側面図
【図２】図１と異なる状態で示す要部の縦断側面図
【図３】要部の横断平面図
【図４】直動機構の横断平面図
【図５】水平多関節型ロボットの側面図
【符号の説明】
【００２８】
図面中、４は第２のアーム、５は伸縮型移動体、９は第１の移動部材、１０は第２の移動部材、１１は第１の直動機構（支持機構）、１２は第２の直動機構（支持機構）、１３は第１のレール、１４は第２のレール、１５は第１の支持部材、１６は第２の支持部材、１８はモータ（回転駆動源）、１８ａは回転軸（回転部材）、１９は第１のラック、２０は第２のラック、２１は第１のピニオン、２２は第２のピニオンを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005136064.tif 000004
【図４】
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【図５】
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