(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
据え付けのための固定部であるベースと、ベース上に垂直軸の回りに回転自在に支持された旋回フレームと、旋回フレーム上に第１の水平軸の回りに回動自在に支持された揺動フレームと、揺動フレーム上に第１の水平軸と平行な第２の水平軸の回りにロボットの前後方向に回動自在に支持された下腕と、を含む産業用ロボットのアーム構造において、前記旋回フレーム上には前記第１の水平軸を中心とする円弧状ラック及び円弧状ガイドが設けられ、前記揺動フレームに回転自在に支持されかつ前記円弧ラックと噛み合う歯車及び前記円弧状ガイドと嵌合するシューがそれぞれ設けられ、前記揺動フレームに支持された歯車の駆動と前記下腕の駆動とを１個の動力装置で行い、かつ前記下腕の第２の水平軸心は下腕直立位置において前記円弧ラックの最下点付近に位置し、その位置から前記下腕がロボットの前後方向に回動されるときは前記下腕の第２の水平軸心はそれぞれ前記円弧ラックの前後方向に向けて連動して移動し上昇できるようにされたことを特徴とする産業用ロボットのアーム構造。
【請求項２】
前記１個の動力装置は前記下腕の第２の水平軸心に沿って前記揺動フレームにサーボモータ、モータシャフト及び減速機が配置され、前記モータシャフトの先端歯車は前記減速機の入力歯車と噛み合い、前記減速機の出力軸は前記下腕に固定され、かつ前記モータシャフトには同軸の歯車が設けられ、前記同軸の歯車はアイドラー軸の歯車を介して前記揺動フレームに支持されかつ前記円弧ラックと噛み合う歯車を駆動し、前記減速機の出力軸の回転方向は前記モータシャフトの回転方向と同じにされ、前記揺動フレームに支持された歯車の回転方向も前記モータシャフトの回転方向と同じにされていることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットのアーム構造。
【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のアーム構造に関し、特にロボットの下腕を長くすることなく、ロボットの最大リーチ及び前後ストロークを確保できるようにした産業用ロボットのアーム構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の産業用ロボットのアーム構造は、例えば図５（ａ）に示すように、ベース上に垂直軸の回りに回転自在に支持された旋回フレームと、旋回フレーム上に水平軸の回りに回動自在に支持された下腕とを有し、下腕の上方端部に上腕および上腕の前方端部に手首が取付けられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５（ａ）に示すような従来の産業用ロボットのアーム構造では、ロボットの作業上必要な最大リーチ及び前後ストロークを確保するため、下腕は長くなる傾向にあり、結果としてロボットの全高が高くなってしまう。そのため天井高さＡが低い場所にロボットを据えつける場合、ロボットが天井と干渉し、据えつけできないことがある。
そこで天井高さＡが低い場所にロボットを据えつける手段として、図５（ｂ）に示すようにロボットの下腕支点位置を下げる方法があるが、この場合周辺装置の高さＢが高いと、下腕を最前傾姿勢にすると周辺装置と干渉する可能性があり、最大リーチ及び前後ストロークが制限されることがある。また図５（ｃ）に示すようにロボットの下腕長を短縮する方法があるが、この場合最大リーチ及び前後ストロークが小さくなってしまう。
【０００４】
本発明の課題は、ロボットの下腕を長くしてロボット全高を増大させることなく、実質的に使用できるロボットの最大リーチ及び前後ストロークを確保できる産業用ロボットのアーム構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、据え付けのための固定部であるベースと、ベース上に垂直軸の回りに回転自在に支持された旋回フレームと、旋回フレーム上に第１の水平軸の回りに回動自在に支持された揺動フレームと、揺動フレーム上に第１の水平軸と平行な第２の水平軸の回りにロボットの前後方向に回動自在に支持された下腕と、を含む産業用ロボットのアーム構造において、前記旋回フレーム上には前記第１の水平軸を中心とする円弧ラック及び円弧状ガイドが設けられ、前記揺動フレームに回転自在に支持されかつ前記円弧ラックと噛み合う歯車及び前記円弧状ガイドと嵌合するシューがそれぞれ設けられ、前記揺動フレームに支持された歯車の駆動と前記下腕の駆動とを１個の動力装置で行い、かつ前記下腕の第２の水平軸心は下腕直立位置において前記円弧ラックの最下点付近に位置し、その位置から前記下腕がロボットの前後方向に回動されるときは前記下腕の第２の水平軸心はそれぞれ前記円弧ラックの前後方向に向けて連動して移動し上昇できるようにされたことを特徴とする産業用ロボットのアーム構造を提供することによって上述した従来技術の課題を解決した。
【０００６】
かかる構成により、ロボットの下腕は直立位置において下腕の第２の水平軸心は円弧ラックの最下点付近に位置し、ロボットの下腕の高さは短くなりロボット全高を増大させることはなく、その位置から下腕がロボットの前後方向に回動されるときは下腕の第２の水平軸心はそれぞれ円弧ラックの前後方向に向けて連動して移動されて下腕は円弧ラックの高い位置に上昇できるようにされたので、実質的に使用できるロボットの最大リーチ及び前後ストロークを確保できる産業用ロボットのアーム構造を提供するものとなった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の産業用ロボットのアーム構造を有するロボットの側面図、図２は図１のロボットの下腕の姿勢を示す縮小側面図で（ａ）はロボットの下腕の姿勢が下腕直立位置にあるときの縮小側面図、（ｂ）はロボットの下腕の姿勢が最前傾姿勢にあるときの縮小側面図、（ｃ）はロボットの下腕の姿勢が最後傾姿勢にあるときの側面図をそれぞれ示し、図３は図１のロボットのＸ−Ｘ線に沿った部分拡大断面図、図４は図１のロボットと図５（ａ）に示す従来の産業用ロボットの動作範囲を比較した側面図である。
【０００８】
本発明の実施の形態の産業用ロボット２５のアーム構造は、据え付けのための固定部であるベース２３と、ベース２３上に垂直軸ａの回りに回転自在に支持された旋回フレーム１と、旋回フレーム１上に第１の水平軸ｂの回りに回動自在に支持された揺動フレーム２と、揺動フレーム２上に第１の水平軸ｂと平行な第２の水平軸ｃの回りにロボットの前後方向に回動自在に支持された下腕３と、を含む。旋回フレーム１上には第１の水平軸ｂを中心とする円弧状ラック２２及び円弧状ガイド２６が設けられ、揺動フレーム２に回転自在に支持されかつ円弧ラック２２と噛み合う歯車９（図３）及び円弧状ガイド２６と嵌合するシュー６がそれぞれ設けられている。下腕３の上方端部に上腕２９および上腕２９の前方端部に手首３０が取付けられている。
図３に示すように、揺動フレーム２に支持された歯車９の駆動と下腕３の駆動とを１個の動力装置であるサーボモータ５で行い、かつ下腕３の第２の水平軸心ｃは下腕直立位置において円弧ラック２２の最下点付近に位置し、その位置から下腕３がロボットの前後方向に回動されるときは下腕３の第２の水平軸心ｃはそれぞれ円弧ラック２２の前後方向に向けて連動して移動されるようにされている。
【０００９】
かかる構成により、図２（ａ）に示すように、ロボットの下腕３は下腕直立位置において下腕３の第２の水平軸心ｃは円弧ラック２２の最下点付近に位置し、ロボットの下腕３の高さは短くなりロボット全高を増大させることはなく、実質的に下腕３のリーチを長くできる。その位置から下腕３がロボットの前方向に回動されるときは図２（ｂ）に示すように、下腕３の第２の水平軸心ｃは円弧ラック２２の前方向に向けて連動して移動されて下腕３は円弧ラック２２の前方の高い位置に上昇するようにされる。このため下腕長を短縮しても、下腕３の第２の水平軸心ｃ位置が上昇しかつ前方に揺動するため、図５（ｂ）、（ｃ）に示す従来ロボットで発生したような周辺機器と干渉するといった、最大リーチ及び前後ストロークが短くなるなどの問題が発生しない。また図２（ｂ）に示すように、下腕の前傾姿勢では下腕３の第２の水平軸心ｃ位置が上昇するため、図２（ａ）、（ｂ）に示す上腕位置の変化量Ｄ（図４）が、図５（ａ）に示す従来ロボットの上腕位置の変化量Ｄ′に較べて小さい（図４参照）。これにより、前後に補間動作を行う場合に、上腕の動作角度が少ないため、制御がしやすい。円弧ラック２２の最下点付近の位置から下腕３がロボットの後方向に回動されるときは図２（ｃ）に示すように、下腕３の第２の水平軸心ｃは円弧ラック２２の後方向に向けて連動して移動される。かくして、実質的に使用できる下腕３の最大リーチ及び前後ストロークを確保できる産業用ロボットのアーム構造を提供するものとなった。
【００１０】
図３に示すように、下腕３の第２の水平軸心ｃに沿って揺動フレーム２に配置された１個の動力装置であるサーボモータ５、モータシャフト７、減速機４が配置され、モータシャフト７の先端歯車１８は減速機４の入力歯車２８と噛み合い、減速機４の出力軸２７は下腕３に固定されている。モータシャフト７には同軸に歯車１９が設けられ、アイドラー軸８の歯車２０、２１を介して揺動フレーム２に支持されかつ円弧ラック２２と噛み合う歯車９を駆動する。減速機４の出力軸２７の回転方向はモータシャフト７の回転方向と同じにされ、揺動フレーム２に支持された歯車９の回転方向もアイドラー軸８の歯車２０、２１を介するので、モータシャフト７の回転方向と同じにされている。１１、１２、１３、１４、１５は軸受で、揺動フレーム２と揺動フレーム２の蓋ハウジング１０、２４にそれぞれ支持されている。サーボモータ５の出力シャフト１７が回転すると、モータシャフト７、減速機４の出力軸２７が回転し、下腕３が回転動作すると同時に、アイドラー軸８、歯車９が回転し、揺動フレーム２が前後方向に揺動し、かつ下腕３と揺動フレーム２の動作方向が同じになるようにしている。
【００１１】
図３に示すように、下腕３の回転動作と揺動フレーム２の前後方向揺動動作とを１個のサーボモータ５で駆動できるので、従来技術のような別々の動力装置により下腕と揺動フレームを動作させる構造に較べて、下腕と揺動フレームの動作が連動しているため、容易に制御することができ、かつ軌跡精度や位置繰り返し精度への影響が少ない。
さらに下腕３と揺動フレーム２の動作方向が同じになるようにしているので、重力による下腕３、上腕２９及び手首３０のモーメントが揺動フレーム２を反重力方向へ押し上げる方向に働くため、動力装置であるサーボモータ５の容量は比較的に小さくできる。また減速機の減速比の変更及び歯車の歯数変更により、下腕３の回転角度に対する揺動フレーム２の揺動動作量を希望の値に調整できる。なお、図３において、減速機を介して揺動フレーム２に支持された歯車９を駆動する構造にしてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によると、図４に示すように、図５（ａ）に示す従来ロボットに較べて、ロボットの全高を短縮しながら、従来ロボットと同等の最大リーチ及び前後ストロークを確保することが可能となった。これにより、天井の低い場所で使用できるロボットとでき、かつ広い前後ストロークを確保したので、作業に支障のないロボットを提供するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の産業用ロボットのアーム構造を有するロボットの側面図。
【図２】図１のロボットの下腕の姿勢を示す縮小側面図で（ａ）はロボットの下腕の姿勢が下腕直立位置にあるときの縮小側面図、（ｂ）はロボットの下腕の姿勢が最前傾姿勢にあるときの縮小側面図、（ｃ）はロボットの下腕の姿勢が最後傾姿勢にあるときの縮小側面図をそれぞれ示す。
【図３】図１のロボットのＸ−Ｘ線にそった部分拡大断面図。
【図４】図１のロボットと図５（ａ）に示す従来の産業用ロボットの動作範囲を比較した側面図である。
【図５】（ａ）は従来の産業用ロボットのアーム構造の側面図を示し、（ｂ）は下腕支点位置を下げた従来の産業用ロボットのアーム構造の側面図を示し、（ｃ）は下腕長を短縮した従来の産業用ロボットのアーム構造の側面図を示す。
【符号の説明】
１・・旋回フレーム  ２・・揺動フレーム  ３・・下腕
４・・減速機  ５・・サーボモータ（動力装置）          ６・・シュー
７・・モータシャフト  ８・・アイドラー軸    ９・・揺動フレームに回転自在に支持された歯車  １８・・モータシャフトの先端歯車  ２２・・円弧状ラック
２３・・ベース  ２６・・円弧状ガイド  ２７・・減速機の出力軸
ａ・・垂直軸    ｂ・・第１の水平軸    ｃ・・第２の水平軸
２８・・減速機の入力歯車    ２９・・上腕    ３０・・手首
【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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