(57)【要約】【課題】多関節アーム先端のツールハンドが可及的に広範囲の動作範囲を有するとともに、多関節アーム全体の稼動速度を可及的に高速度とすることができる多関節ロボットを提供する。【解決手段】複数の関節アームを連接した多関節ロボット１０であって、関節アーム同士が第１の旋回軸を介して接続されている箇所と、該第１の旋回軸に対して傾斜した第２の旋回軸を介して接続されている箇所とをそれぞれ少なくとも１箇所以上有しており、各旋回軸を駆動するモータおよび減速機９４が各旋回軸ごとに装着されており、さらに、第１の旋回軸に対して直交する方向に回動する第３の回動軸をさらに備えており、該回動軸においてもモータおよび減速機が装着されている。多関節ロボットを構成する旋回軸または回動軸は７軸以上である。【選択図】図１
2007144559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節アームを連接した多関節ロボットであって、関節アーム同士が第１の旋回軸を介して接続されている箇所と、該第１の旋回軸に対して傾斜した第２の旋回軸を介して接続されている箇所とをそれぞれ少なくとも１箇所以上有しており、各旋回軸を駆動するモータおよび減速機が各旋回軸ごとに装着されている多関節ロボットにおいて、
前記多関節ロボットは、第１の旋回軸に対して直交する方向に回動する第３の回動軸をさらに備えており、該回動軸においてもモータおよび減速機が装着されている多関節ロボット。
【請求項２】
前記第１の旋回軸が鉛直方向に向けられた軸からなり、前記第２の旋回軸が第１の旋回軸に対して４５度に傾斜した旋回軸からな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】
固定台と第１のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる７軸構造に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる７軸構造に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項５】
固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる７軸構造に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項６】
固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる７軸構造に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項７】
固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる７軸構造に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項８】
固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる７軸構造に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項９】
固定台とツールハンドとの間に、第１の旋回軸、第２の旋回軸、第３の回動軸のいずれか１つの軸または複数の軸をさらに備えて８軸以上の軸構造を有してなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか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、複数の関節アームを連接してなる多関節ロボットに係り、特に、多関節アーム先端のツールハンドが可及的に広範囲の動作範囲を有するとともに、多関節アーム全体の稼動速度を可及的に高速度とすることができる多関節ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生産ライン等に設置される産業用ロボットとして極座標型の多関節ロボットが一般に使用されている。この多関節ロボットは、例えば、基部に第１のアームが揺動自在に取付けられ、第１のアームの先端に第２のアームがさらに揺動自在に取付けられ、その先端に多方向型の手首機構が装着され、手首機構の先端には溶接ガンや把持具などの所要のツールハンドが取付けられている。かかる従来の多関節ロボットは、第１のアームおよび第２のアームの長さでロボットの作動範囲を確保しようとするものであり、手首機構までの関節数が少ないことから、ロボットに近い作動エリアでは、第１のアームと第２のアームの折れ曲がりによるデッドスペースが大きくなる傾向があった。その結果、近接して複数個のロボットを配置することが極めて困難であり、ロボットの適用空間が自ずと制約を受けてしまうという問題があった。
【０００３】
上記する課題を解決するために、発明者等は鋭意研究を重ねた結果、可及的に広範囲の動作範囲を持ちながらデッドスペースを小さくすることができ、さらには、各関節を駆動させるのに必要な動力伝達系を簡素化することのできる多関節ロボットの開発に至り、特許文献１にその開示がある。
【０００４】
また、他の公開技術として、基台と第１のアームが基台に対する垂直方向の回転軸を有し、他の４つの回転軸が傾斜軸まわりを回転する傾斜関節部を有してなる６自由度を備えた多関節マニピュレータが特許文献２に開示されている。この多関節マニピュレータによっても、マニピュレータの動作範囲を広範囲とすることができるメリットがある。
【特許文献１】特開２００４−２１６５３５号公報
【特許文献２】特開２００４−１４８４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に開示の多関節ロボットや多関節マニピュレータによれば、ロボットまたはマニピュレータの動作範囲を従来の産業用ロボットに比して広範囲とすることができる。しかし、いずれのロボットまたはマニピュレータともツールハンドの回転軸を含めて７軸関節構造であるところ、ツールハンドが取付けられる先端アームと、該アームの隣接アームとが傾斜関節部によって連接されているため、先端アームのアームスピードが比較的遅くなってしまうという問題が生じ得る。すなわち、傾斜関節部を有する利点の一つに、２軸ないしは３軸アームからなる比較的自由度の少ない多関節ロボットであれば、アームの稼動に際して傾斜軸が鉛直面を向く可能性が極めて低くなること、および傾斜軸を使用することによりモータにかかるトルクを低減することができるため、トルク性能の低いモータを使用することが可能となる。しかし、上記のロボットないしマニピュレータのように７軸関節構造となると、他の軸の姿勢如何によっては傾斜軸が垂直面となる場合が招来され、この場合には、傾斜関節部を構成する傾斜面がアームの回転によって垂直面の場合の必要トルクと同じトルク性能が必要となる。したがって、比較的トルク性能の高いモータを要することに加えて、傾斜関節であるが故に、アームが９０度折れるためには傾斜面に沿って１８０度回動しなければならず、垂直方向に回動可能なアームが９０度回動する場合に比べて２倍の回動時間を要するといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、可及的に広範囲の動作範囲を有するとともに、多関節アーム全体の稼動速度を可及的に高速度とすることができる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】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明による多関節ロボットは、複数の関節アームを連接した多関節ロボットであって、関節アーム同士が第１の旋回軸を介して接続されている箇所と、該第１の旋回軸に対して傾斜した第２の旋回軸を介して接続されている箇所とをそれぞれ少なくとも１箇所以上有しており、各旋回軸を駆動するモータおよび減速機が各旋回軸ごとに装着されている多関節ロボットにおいて、前記多関節ロボットは、第１の旋回軸に対して直交する方向に回動する第３の回動軸をさらに備えており、該回動軸においてもモータおよび減速機が装着されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の多関節ロボットは、任意方向に旋回軸が向けられた第１の旋回軸と、該第１の旋回軸に対して任意の角度に傾斜した傾斜軸と、第１の旋回軸に対して垂直方向に回動可能な第３の回動軸が、それぞれ単数または複数備えられた多関節ロボットである。傾斜軸の角度は、第１の旋回軸に対して例えば３０度〜６０度程度に設定することができ、さらに、第２の旋回軸が複数ある場合には、各旋回軸ごとに傾斜角が異なる組み合わせであってもよい。また、複数の第２の旋回軸の各傾斜角が同じ場合であっても、その傾斜軸の傾斜方向は、正面視において、同じ方向に傾斜していたり、同じ方向に傾斜する旋回軸と逆方向に傾斜する旋回軸の組み合わせから構成される実施形態など、その形態は適宜に設定することができる。
【０００９】
各旋回軸および回動軸には、適宜のトルク性能および回転性能を有するモータおよび減速機とが内蔵されている。第１の旋回軸は、アームが接続される被接続アームに対して同軸まわりに回転させる旋回軸であるため、例えば、モータの出力軸の回転ギアに噛み合うスパーギギヤを有し、該スパーギアに減速機を接続し、この減速機にアームが回転可能に接続された構造とすることができる。一方、第２の旋回軸は、アームと、該アームが接続される被接続アームとがそれぞれアーム軸に対して所定の傾斜角で接続されることから、被接続アーム内にモータが傾斜角に応じた角度で内蔵され、上記と同様に、モータの出力軸の回転ギアに噛み合うスパーギヤを介し、減速機を介してアームが回転可能に接続され得る。なお、モータとしては制御可能なサーボモータを使用するのが望ましい。
【００１０】
各関節を構成する旋回軸または回動軸において、多関節ロボットの脚部（水平床面または水平天井面または壁面に多関節ロボットが接続される際の接続部）に近いほど、より規模が大きく、出力性能の高いモータが適用されるのが一般的であり、本発明の多関節ロボットもその例外ではない。ここで、第１の旋回軸が鉛直方向となる場合には、第２の旋回軸はそれに対して所定の傾斜角で回転するため、モータにかかるトルクは低減される。例えば、傾斜角が４５度の場合には、トルクは１／√２倍となる。
【００１１】
本発明の多関節ロボットにおいては、第１の旋回軸と第２の旋回軸に加えて、さらに第３の回動軸を備えたアーム構造である。この第３の回動軸は、第１の旋回軸に対して直交する方向に回動する軸構造を備えており、その装着部位（複数の関節の中でどの関節に適用されるか）は、多関節アームの多様な稼動姿勢の中で、アーム同士の接続面が鉛直面または略鉛直面となる可能性の高い部位に適用されるものである。かかる部位においては、モータにかかるトルクが上記するように低減されることがないため、実際には第２の旋回軸が適用されたとしても上記するようなモータにかかるトルクの低減はなく、したがって比較的大きな規模のモータが適用されることとなる。かかる部位において、第２の旋回軸をそのまま適用しても、適用されるモータを小規模化できないことに加えて、傾斜軸となっていることで、例えば第１の旋回軸に対して９０度に倒れる方向にアームを稼動させるためには、傾斜面に沿って１８０度回転させなければならない。一方、かかる部位に第１の旋回軸に対して直交する方向に回動する関節構造を適用することで、傾斜軸に対して２倍のアーム稼動速度を得ることが可能となる。
【００１２】
本発明の多関節ロボットによれば、第１の旋回軸とそれに対して所定の傾斜面を備えた第２の旋回軸を備え、かつ、多関節アームの稼動姿勢の中で関節面が９０度程度となる可能性の高い部位には第２の旋回軸の代わりに第１の旋回軸に直交する方向に回動する第３の回動軸を備えた構成とすることにより、多関節アームの稼動速度（応答速度）を可及的に高速度とすることができる。
【００１３】
なお、多関節アームの先端構造は、既述するような回転可能な手首機構となっており、溶接ガンや把持具などの所要のツールハンドが取付けられる構成となっている。
【００１４】
また、本発明による多関節ロボットの他の実施形態は、前記第１の旋回軸が鉛直方向に向けられた軸からなり、前記第２の旋回軸が第１の旋回軸に対して４５度に傾斜した旋回軸からなることを特徴とする。
【００１５】
多関節ロボットの脚部は、好ましくは水平床面や水平天井面にボルト留め等によって接続されるのが好ましく、その場合には、第１の旋回軸が鉛直方向に向けられた軸からなる。それに対して第２の旋回軸を４５度の傾斜軸とすることにより（第２の旋回軸が複数ある場合にはそのすべてが４５度に設定される）、モータにかかるトルクを低減させる要素（モータの小型化）と、アームが所定姿勢となるまでの応答速度を向上させる要素の双方を最適な条件とすることができる。
【００１６】
また、本発明による多関節ロボットの他の実施形態としては、以下に示す７軸構造の多関節ロボットを適用することができる。
【００１７】
その一つは、固定台と第１のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。
【００１８】
また、他の一つは、固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。ここで、第４のアームと第５のアーム、および第６のアームとツールハンドとが第１の旋回軸を介して接続されているが、ここでの第１の旋回軸とは、固定台と第１のアームを接続する鉛直方向に延びた第１の旋回軸とは異なり、第５のアームが第４のアームの軸心方向に直交する面内で回転すること、および、第６のアームの軸心方向に直交する面内でツールハンドが回転することを意味しており、かかる第１の旋回軸が鉛直方向に固定されるものでないことは勿論のことである。これは、以下に示す実施形態においても同様である。また、７軸構造の多関節ロボットにおいて、先端のツールハンドに比較的近い第４のアームと第５のアームとの間に第１の旋回軸を備えた構成とすることで、他の構成に比して、アームの動作範囲を広げることができ、かつアームの稼動速度を速めることができるということが発明者等の試作実験によって実証されている。
【００１９】
また、さらに他の一つは、固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。
【００２０】
また、さらに他の一つは、固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。
【００２１】
また、さらに他の一つは、固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。
【００２２】
また、さらに他の一つは、固定台と第１のアームは鉛直方向の第１の旋回軸を介して接続されており、第１のアームと第２のアームは第２の旋回軸を介して接続されており、第２のアームと第３のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第３のアームと第４のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第４のアームと第５のアームは第１の旋回軸を介して接続されており、第５のアームと第６のアームは第３の回動軸を介して接続されており、第６のアームにツールハンドが第１の旋回軸を介して接続されてなる多関節ロボットである。
【００２３】
さらに、本発明による多関節ロボットの他の実施形態として、８軸以上の軸構造を有してなる多関節ロボットであってもよく、上記する７軸構造の多関節ロボットに、第１の旋回軸、第２の旋回軸、第３の回動軸のいずれか１つの軸または複数の軸をさらに備えることによって構成するものである。
【００２４】
軸構造が増すことにより、所定の多関節アーム姿勢に移行するまでの速度を速めることが可能となる一方で、軸構造の増加に伴ってその制御が複雑となり、製造コストも高価となっていくことから、生産ラインに要求される多関節アームの稼動速度等に応じて、適宜の自由度数を備えた多関節ロボットを適用するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明の多関節ロボットによれば、第１の旋回軸とそれに対して所定の傾斜面を備えた第２の旋回軸を備え、かつ、多関節アームの稼動姿勢の中で関節面が９０度程度となる可能性の高い部位には第２の旋回軸の代わりに第１の旋回軸に直交する方向に回動する第３の回動軸を備えた構成とすることにより、多関節アームの稼動速度（応答速度）を可及的に高速度とすることができる。また、本発明の多関節ロボットによれば、第１の旋回軸と第２の旋回軸と第３の回動軸とを適宜に組み合わせた７軸以上の軸構造とし、第１の旋回軸を鉛直方向の軸に設定し、第２の旋回軸を第１の旋回軸に対して４５度方向の軸に設定することにより、モータにかかるトルクを低減させることによってモータの小型化を図ることができ、かつ、アームが所定姿勢となるまでの応答速度を可及的に速くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の多関節ロボットの一実施形態を示した模式図を、図２は、第１のＩＩ−ＩＩ矢視図を、図３は、第１の旋回軸の構造を示した模式図を、図４は、第２の旋回軸の構造を示した模式図を、図５は、第３の回動軸の構造を示した模式図をそれぞれ示している。図６ａは、第２の旋回軸に作用するトルクと、回転状況を示した模式図であり、図６ｂは、第３の回動軸に作用するトルクと、回転状況を示した模式図である。図７は、第６のアーム端面が横向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図を、図８は、第６のアーム端面が下向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図を、図９は、第６のアーム端面が上向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図をそれぞれ示している。図１０〜１４はそれぞれ、本発明の多関節ロボットの他の実施形態を示した模式図である。なお、図示する多関節ロボットは、水平床面に固定台が取付けられた構成となっているが、多関節ロボットが水平天井面、または壁面に取付けられた構成であってもよく、さらには、図示する７軸構造の多関節ロボットのほかに、８軸以上の軸構造を備えた多関節ロボットであってもよいことは勿論のことである。
【００２７】
図１は、７軸構造の多関節ロボットの一実施形態を示したものである。この多関節ロボット１０は、水平床面にボルトＢ、Ｂ、…にて固定された固定台１と第１のアーム２が、鉛直方向まわりの旋回軸１１にて接続されており、第１のアーム２は第２のアーム３と鉛直軸に対して４５度傾斜した傾斜面に直交する旋回軸２１にて接続されており、第２のアーム３と第３のアーム４も同様の旋回軸３１にて接続されており、第３のアーム４と第４のアーム５は４５度に傾斜しつつ旋回軸２１，３１とは逆向きの旋回軸４１にて接続されており、第４のアーム５と第５のアーム６は鉛直方向まわりの旋回軸５１にて接続されており、第５のアーム６と第６のアーム７とは該第５のアーム６に対して第６のアーム７が９０度程度回動可能な回動軸６１にて接続されており、第６のアーム７の端部には溶接ガンや把持具などの所要のツールハンド８が第６のアーム７の軸心まわりに回転可能に接続されている。接続される各アーム間は、下方のアーム内にサーボモータ等の適宜のモータが内蔵され、該サーボモータの出力軸の回転を適宜のギヤに伝達し、ギヤの回転を図示する減速機９４にて所定のトルクに変換することにより、上方のアームが回転ないしは回動するように構成されている。旋回軸１１，５１，７１は既述する第１の旋回軸であり、旋回軸２１，３１，４１は第２の旋回軸であり、回動軸６１は第３の回動軸である。なお、各アームは鋼製素材や硬質樹脂素材から成形されている。また、各傾斜旋回軸は下方アームに対して４５度以外の適宜の角度に設定されてもよく、複数の傾斜旋回軸がそれぞれ異なる傾斜角に設定されてもよい。
【００２８】
図１のＩＩ−ＩＩ矢視図を示した図２に示すように、第６のアーム７は、第５のアーム６の軸心方向に対して９０度程度回動できるようになっており（Ｘ方向およびＹ方向）、後述するように、かかる回動軸を設けた多関節ロボット（アーム）とすることにより、従来の多関節ロボットに比して応答速度を速めることが可能となる。
【００２９】
図３〜５は、上記する各旋回軸（回動軸）の構造を詳細に説明した模式図である。図３は、旋回軸５１（第１の旋回軸）の構造を示したものである。第４のアーム５内部には、サーボモータ９１が内蔵されており、その出力軸に装着されたモータギヤ９２と、該モータ９２と噛み合い回転するスパーギヤ９３を内蔵している。スパーギヤ９３は減速機９４に接続されており、モータ回転数を所定回転数に減速するとともに所定のトルクに変換する。減速機９４の回転に応じて第５のアーム６が第４のアーム５の軸心まわりを回転する（Ｘ方向）。
【００３０】
一方、図４は、旋回軸４１（第２の旋回軸）の構造を示したものである。この旋回軸４１は、第３のアーム４の軸心方向に対して４５度傾斜した回転軸を形成しており、第３のアーム４内部には、サーボモータ９１が４５度傾斜した姿勢で内蔵されており、モータギヤ９２と噛み合い回転するスパーギヤ９３を内蔵している。このスパーギヤ９３が減速機９４を介して第４のアーム５を傾斜面上に回転させる（Ｘ方向）。
【００３１】
さらに図５は、回動軸６１（第３の回動軸）の構造を示したものである。第５のアーム６内部には、サーボモータ９１が内蔵されており、その出力軸にはベベルギヤ９５が装着されており、このベベルギヤ９５の回転をモータ軸に対して直交する方向に変換する別途のベベルギヤ９６に減速機９４が回動可能に取付けられており、減速機９４を介して、第６のアーム７を回動させる（Ｘ方向）。本実施形態のようにベベルギヤを適用することで、サーボモータ９１をアーム内に収容することができ、サーボモータがアーム外にはみ出して、作業時の障害となることを防止することができる。
【００３２】
ここで、図６に基づいて、上記する第２の旋回軸と第３の回動軸との双方に作用するトルクと回転態様ないし回動態様を比較する。図６ａは、傾斜関節を構成する第２の旋回軸の回転態様を模擬した図であるが、傾斜角θに対して、トルクが作用するアーム長（Ｌ）はＬｃｏｓθに低減されるため、上方アームが支持する重量をＷとすると、該上方のアームが１８０度旋回した際（Ｘ方向）に旋回軸に作用するトルクはＷ・Ｌｃｏｓθとなる。
【００３３】
一方、図６ｂは、下方のアーム軸に対して上方のアームが９０度回動する第３の回動軸の回動態様を模擬した図である。トルクが作用するアーム長を同様にＬとし、アームが支持する重量をＷとした場合に、上方のアームが９０度回動した際（Ｘ方向）に回動軸に作用するトルクはＷ・Ｌとなる。
【００３４】
多関節ロボットアームの稼動姿勢の中で、図６ａに示す傾斜関節における下方アームの端面が鉛直方向を向く可能性がない場合には、上記するように旋回軸に作用するトルクは低減されることから、比較的小規模のサーボモータを適用することができる。しかし、下方アームの端面が鉛直方向またはそれに近い方向を向く可能性がある場合には、トルクの低減がないことからサーボモータを小規模化することはできない。一方、図６ｂに示す回動軸が９０度回動した姿勢と同様の姿勢を図６ａの旋回軸がとろうとすると、傾斜面に沿って１８０度旋回しなければならず、結局、モータの規模を小規模化できないことに加えて作動速度が半減することとなる。
【００３５】
したがって、本発明の多関節ロボットにおいては、アーム間を接続するアーム端面が鉛直方向を向く可能性のある部位においては、第２の旋回軸（傾斜軸）の代わりに第３の回動軸（下方のアームの軸心方向に対して９０度程度回動する軸）を適用することにより、アームの作動速度を可及的に速めることができる。尤も、アーム間を接続するアーム端面が鉛直方向を向く可能性のある部位をすべて第３の回動軸とする必要はなく、多関節ロボットアームに要求される作動範囲と作動速度に応じて、適宜の関節部位に第３の回動軸を備えた構成とすればよい。
【００３６】
図７〜９は、第６のアーム端面の姿勢態様に応じて多関節ロボットアームの稼動範囲を従来の多関節ロボットアームのそれと比較した解析結果を示す図である。ここで、従来の多関節ロボットアームとは、発明者等によって開発され、上記する特許文献１に開示の多関節ロボットのことである。この多関節ロボットは、傾斜軸と水平軸とが交互に組み合わされた７軸構造のロボットアームである。
【００３７】
図７は、第６のアーム端面が横向きの場合の比較図であり、図中の２点鎖線で示した多関節ロボットＡが従来例である。図において、斜線で示した範囲Ｘが本発明の多関節ロボット１０の作動範囲であり、反対向き斜線で示した範囲Ｙが従来の多関節ロボットＡの作動範囲である。図からも明らかなように、本発明の多関節ロボットのように、第１の旋回軸と第２の旋回軸に、さらに第３の回動軸を適宜に組み合わせることにより、その作動範囲を広範囲とすることができる。
【００３８】
一方、図８は、第６のアーム端面が下向きの場合の比較解析結果を、図９は、第６のアーム端面が上向きの場合の比較解析結果をそれぞれ示している。図８によれば、下方への作動範囲が広範囲となることが分かり、図９によれば、アーム関節が折り曲げられた姿勢から上方に伸びた姿勢に至る（Ｚ方向）作動範囲において、やはり、作動範囲が広範囲となることが見て取れる。
【００３９】
図１０〜１４は、本発明の多関節ロボットのさらに他の実施形態を示したものである。図１０に示す多関節ロボット１０Ａは、第３の回動軸を第３のアーム４と第４のアーム５の間に設けた実施形態である。図１１に示す多関節ロボット１０Ｂは、第３の回動軸を第３のアーム４と第４のアーム５の間、および第５のアーム６と第６のアーム７の間の２箇所に設けた実施形態である。
【００４０】
図１２に示す多関節ロボット１０Ｃは、第３の回動軸を第２のアーム３と第３のアーム４の間、および第３のアーム４と第４のアーム５の間の２箇所に設けた実施形態である。図１３に示す多関節ロボット１０Ｄは、第３の回動軸を第２のアーム３と第３のアーム４の間、および第５のアーム６と第６のアーム７の間の２箇所に設けた実施形態である。
【００４１】
さらに、図１４に示す多関節ロボット１０Ｅは、第３の回動軸を、第２のアーム３と第３のアーム４の間、第３のアーム４と第４のアーム５の間、さらに第５のアーム６と第６のアーム７の間の３箇所に設けた実施形態である。
【００４２】
上記する実施形態はそれぞれ、従来の７軸構造の多関節ロボットに比して作動範囲が広範囲となり、さらに作動速度も高速度となるが、各実施形態ごとに作動範囲や作動速度が異なることから、製造ライン等に適用される場合には、被製造物の種類や製造ブースに要求される作動範囲や速度に応じて適宜選択するのがよい。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態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ける設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。例えば、上記する７軸構造の多関節ロボットに、第１の旋回軸、第２の旋回軸、第３の回動軸のいずれか１つの軸または複数の軸をさらに備えた８軸以上の軸構造の多関節ロボットであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の多関節ロボットの一実施形態を示した模式図。
【図２】第１のＩＩ−ＩＩ矢視図。
【図３】第１の旋回軸の構造を示した模式図。
【図４】第２の旋回軸の構造を示した模式図。
【図５】第３の回動軸の構造を示した模式図。
【図６】（ａ）は、第２の旋回軸に作用するトルクと、回転状況を示した模式図であり、（ｂ）は、第３の回動軸に作用するトルクと、回転状況を示した模式図。
【図７】第６のアーム端面が横向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図。
【図８】第６のアーム端面が下向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図。
【図９】第６のアーム端面が上向きの場合の従来の多関節ロボットと本発明の多関節ロボットの作動範囲を比較した解析結果を示す図。
【図１０】本発明の多関節ロボットの他の実施形態を示した模式図。
【図１１】本発明の多関節ロボットのさらに他の実施形態を示した模式図。
【図１２】本発明の多関節ロボットのさらに他の実施形態を示した模式図。
【図１３】本発明の多関節ロボットのさらに他の実施形態を示した模式図。
【図１４】本発明の多関節ロボットのさらに他の実施形態を示した模式図。
【符号の説明】
【００４５】
１…固定台、１１…旋回軸、２…第１のアーム、２１…旋回軸、３…第２のアーム、３１…旋回軸（回動軸）、４…第３のアーム、４１…旋回軸（回動軸）、５…第４のアーム、５１…旋回軸、６…第５のアーム、６１…旋回軸（回動軸）、７…第６のアーム、７１…旋回軸、８…ツールハンド、９１…サーボモータ、９２…モータギヤ、９３…スパーギヤ、９４…減速機、９５，９６…ベベルギヤ、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…多関節ロボット
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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