JP2016068204A

JP2016068204A - ロボット

Info

Publication number: JP2016068204A
Application number: JP2014200034A
Authority: JP
Inventors: 雅人横田; Masahito Yokota; 淳櫻田; Atsushi Sakurada; 昭雄仁宇; Akio Jinu
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-05-09
Also published as: EP3002089A3; KR20160038760A; US10220508B2; TW201611968A; US20160089778A1; EP3002089A2; CN105459102A

Abstract

【課題】湾曲したアームの長さを使用環境に応じて変えられるロボットを提供する。
【解決手段】第一部材と第二部材と連結部材とを含み長手方向に曲がっている湾曲アームを備え、前記第一部材は、前記長手方向において、前記連結部材の先端と連結し、前記第二部材は、前記長手方向において、前記連結部材の基端と連結する、ロボット。
【選択図】図１

Description

本発明はロボットに関し、特にロボットのマニピュレーターの構造に関する。

特許文献１には、湾曲したアームを備えるロボットが開示されている。アームを湾曲させることにより、アームの基台から見て手前側のアクセスできない領域を狭めることができる。

特開２０１３−２３３６５３号公報

しかし、ロボットを使用する環境に応じて適切なアームの長さが変わるにも関わらず、湾曲したアームの長さを使用環境に応じて変えられるロボットは実現されていない。

本発明は、湾曲したアームの長さを使用環境に応じて変えられるロボットを提供することを目的の１つとする。

上記目的を達成するためのロボットは、第一部材と第二部材と連結部材とを含み長手方向に曲がっている湾曲アームを備え、前記第一部材は、前記長手方向において、前記連結部材の先端と連結し、前記第二部材は、前記長手方向において、前記連結部材の基端と連結する。

本発明によると、湾曲アームの長さを、長さの異なる連結部材の交換または連結部材の脱着によって変えることができる。湾曲アームの曲がりは、長手方向に曲がっていれば良く、例えば、湾曲アームによって回転可能に支持される他のアームの回転範囲が広がるように曲がった外形であればよい。この場合、湾曲アームによって支持される先端側アームの回転軸と垂直な平面への湾曲アームの投影像が長手方向に曲がることになる。また、湾曲アームの回転範囲が広がるように曲がった外形であればよい。この場合、湾曲アームの回転軸と垂直な平面への湾曲アームの投影像が長手方向に曲がることになる。第一部材、第二部材、連結部材の１つ以上が湾曲アームの長手方向に曲がっていても良いし、それぞれは曲がっていない第一部材、第二部材、連結部材の境界で湾曲アームが屈曲してもよい。また直線状アームは、長手方向に曲がっていないアームであればよく、例えばアームの長手方向に延びる中心線や輪郭線がおおむね直線状であればよい。なお、本明細書において先端、基端というときは、マニピュレーターを支持する基台から機構的に離れている方を先端、近い方を先端というものとする。

本発明の実施形態にかかる側面図である。本発明の実施形態にかかる斜視図である。本発明の実施形態にかかる側面図である。本発明の実施形態にかかる斜視図である。本発明の実施形態にかかる断面図である。本発明の実施形態にかかる模式図である。本発明の実施形態にかかる模式図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

１．概要
図１に本発明の一実施例としてのロボットを示す。本実施例のロボットは、複数のアーム１、２、３、４、５、６を含むマニピュレーターを備える垂直多関節ロボットである。第六アーム６の先端には、ワークを操作するための図示しないハンドが装着される。本実施例では、第二アーム２が曲がっているため、第二アームを曲げない場合に比べて第三アーム３の回転範囲が広くなっている。また使用環境に応じて第二アーム２および第四アーム４の長さを変更できるように、第二アーム２には長さが異なる複数種類の連結部材２Ｃのいずれかを連結でき、第四アーム４にも長さが異なる複数種類の連結部材４Ｂのいずれかを連結できる。

２．構成
図１に示すように第一アーム１には、先端側の第二アーム２を回転させるためのモーター１１、プーリー１２、１４、ベルト１３等が収容されている。従動プーリー１４は、第二アーム２に固定されている従動軸２０とともに回転する。モーター１１、プーリー１２、１４の回転軸は互いに平行であって、図１の紙面に対して垂直である。

第二アーム２は、従動軸２０（基端側従動軸）とともに回転可能に基端側の第一アーム１によって支持される。第二アーム２は、先端側の筐体としての第一部材２Ａと、基端側の筐体としての第二部材２Ｂと、第一部材２Ａと第二部材２Ｂとの間に連結される連結部材２Ｃとを含む。第二部材２Ｂは、第一アーム１によって回転可能に支持された従動軸２０に固定される。第一部材２Ａには、第三アーム３を回転させるためのモーター２１、プーリー２２，２４，ベルト２３が収容される。従動プーリー２４は、第三アーム３に固定された従動軸３０（先端側従動軸）とともに回転する。駆動プーリー２２はモーター２１とともに回転する。ベルト２３は、従動プーリー２４と駆動プーリー２２とに掛け渡される。モーター２１、プーリー２２、２４、従動軸２０の回転軸は互いに平行であって、図１の紙面に対して垂直である。
図１に一点鎖線で示すように、それぞれの回転軸を結ぶ線分を含む面が駆動プーリー２２の回転軸で屈曲するように、従動軸３０、駆動プーリー２２および従動軸２０が配置される。このため、第三アーム３の回転軸に垂直な平面への第二アーム２の投影像の長手方向に延びる輪郭線を大きく湾曲させて、第三アーム３の回転範囲を広げることができる。なお、モーター２１と駆動プーリー２２の回転軸は一致していても、していなくてもよい。

図２に示すように、第一部材２Ａは、モーター２１が収容されるモーターハウジング２６と、サイドハウジング２５ａ、２５ｂとを含む。サイドハウジング２５ａ、２５ｂは、モーターハウジング２６の両側に固定され、モーターハウジング２６から同一方向に延びている。そしてサイドハウジング２５ａ、２５ｂの間に第三アーム３が回転可能に支持される。サイドハウジング２５ａ、２５ｂの一方には、図１に示すように駆動プーリー２２、従動プーリー２４、ベルト２３が収容され、他方には電線、空気管などの接続部材の束が収容される。

図１に示すように、第二アーム２の側面のうち、第三アーム３が回転することによって第四アーム４と対向する領域Ｆは、第二アーム２の回転軸（従動軸２０）と駆動プーリー２２の回転軸を結ぶ平面とほぼ平行である。サイドハウジング２５ａ、２５ｂが、この領域Ｆをほぼ含む平面よりも外側（図１では左側）に延びているため、第三アーム３の回転軸は駆動プーリー２２の回転軸よりも、領域Ｆをほぼ含む平面側（図１では左側）に位置する。その結果、第四アーム４と第二アーム２が接触する限界までの第三アーム３の回転範囲が広がる。

第一部材２Ａの基端を構成するモーターハウジング２６は、第二アーム２の長手方向において、連結部材２Ｃの先端に連結する。具体的には、モーターハウジング２６と連結部材２Ｃの先端にはそれぞれ平坦な連結面が形成されており、これらの連結面を合わせてネジで結合することにより、モーターハウジング２６と連結部材２Ｃが一体に結合する。

第二部材２Ｂは、第二アーム２の長手方向において、連結部材２Ｃの基端と連結する。具体的には、第二部材２Ｂと連結部材２Ｃの基端にはそれぞれ平坦な連結面が形成されており、これらの連結面を合わせてネジで結合することにより、第二部材２Ｂと連結部材２Ｃが一体に結合する。

第二アーム２には、長さが互いに異なる２種類の連結部材２Ｃを連結することができる。図１および図２は、短い方の連結部材２Ｃを連結した状態を示している。図３および図４は長い方の連結部材２Ｃを連結した状態を示している。図１および図３に示すように連結部材２Ｃと第一部材２Ａとの連結面Ｓ１と、連結部材２Ｃと第二部材２Ｂとの連結面Ｓ２とは、互いに平行である。また連結面Ｓ１、Ｓ２は、第三アーム３の回転軸（従動軸３０）と第二アーム２の回転軸（従動軸２０）を通る平面に対して非垂直である。すなわち、連結面Ｓ１、Ｓ２は、第三アーム３の回転軸と第二アーム２の回転軸を通る平面に対して垂直な平面に対して傾斜している。また連結面Ｓ１の重心と、連結面Ｓ２の重心とを結ぶ直線は、連結面Ｓ１と連結面Ｓ２とに対して非垂直である。すなわち、連結部材２Ｃの中心線に位置するそれぞれの重心を結ぶ直線に対して垂直な平面に対しても連結面Ｓ１、Ｓ２は傾斜している。このように連結面Ｓ１、Ｓ２を傾斜させることによって、連結面Ｓ１、Ｓ２の幅や面積を拡大して剛性を高めることができ、また、結合に用いるネジの間隔を広げることにより剛性を高めることができる。具体的には、図５に点線で示すように連結部材２Ｃの中心線（一点鎖線）と垂直に連結面を形成する場合に比べると、本実施例のように連結面Ｓ１、Ｓ２を傾斜させることにより、連結面Ｓ１，Ｓ２の幅を広げるとともに、ネジ２９の間隔を広げることができる。
連結部材２Ｃには、図１および図３に示すように電線、空気管といった接続部材を内部に収容する中空管２８を設けても良い。中空管２８を設けることによって、接続部材の動きを制限することができる。

図５に示すように連結部材２Ｃは、中央部がくびれており、第二アーム２の回転軸と垂直な平面への投影像の長手方向に延びる輪郭線が内側に曲がっている。このため、第四アーム４と連結部材２Ｃとが干渉しにくくなっており、第三アーム３の回転範囲を広げることができる。

図１に示すように第三アーム３は、第二アーム２によって回転可能に支持された従動軸３０に固定され、従動軸３０とともに回転可能に第二アーム２によって支持される。第三アーム３には、第四アーム４を回転させるためのモーター等が収容される。第四アーム４の回転軸は、第三アーム３の回転軸に対して垂直である。

第四アーム４は、先端側の筐体としての第三部材４Ａと、基端側の筐体としての連結部材４Ｂとを含む。第三部材４Ａの基端は、第四アーム４の長手方向において、連結部材４Ｂの先端と連結する。具体的には、第三部材４Ａの基端と連結部材４Ｂの先端にはそれぞれ平坦な連結面が形成されており、これらの連結面を合わせてネジで結合することにより、第三部材４Ａと連結部材４Ｂが一体に結合する。図１に示すＳ３は、第三部材４Ａと連結部材４Ｂの連結面を示している。連結部材４Ｂの基端面は、第四アーム４の基端を構成し、第三アーム３の先端面と対向する。連結部材４Ｂには、電線や空気管といった接続部材が内部を通る中空管４１が収容されている。中空管４１の一端は第三アーム３の内部において開口している。中空管４１の他端は第三部材４Ａの内部において開口している。電線や空気管といった接続部材を中空管４１に収めることにより、接続部材の動きを規制することができる。

第四アーム４には、長さが互いに異なる２種類の連結部材４Ｂを連結することができる。図１および図２は、短い方の連結部材４Ｂを連結した状態を示している。図３および図４は長い方の連結部材４Ｂを連結した状態を示している。図１および図３に示すように連結部材４Ｂと第三部材４Ａとの連結面Ｓ３と、連結部材４Ｂと第三アーム３との連結面Ｓ４とは、互いに平行である。連結面Ｓ３、Ｓ４の重心を結ぶ直線と連結面Ｓ３、Ｓ４とは垂直である。

第三アーム３の回転軸（従動軸３０）に垂直な平面への第四アーム４の投影像は長手方向に曲がってない。すなわち第四アーム４は直線状である。このため、アームを曲げる場合に比べると、第四アーム４の体積に対して第四アーム４の長さを長くすることができる。そして、第二アーム２が曲がっているため、第二アーム２よりもハンド側に設けられた第四アーム４の第二アームに対する回転範囲は広げられている。すなわち、第二アーム２を曲げて、第四アーム４を直線状に形成することにより、第四アーム４の先端の到達可能範囲を広げることができる。

３．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施例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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

図６は、他のアームＸを回転可能に支持する湾曲アームの他の実施形態を示す模式図である。Ａ１は他のアームＸの回転軸、Ａ２は他のアームＸを回転させるための駆動プーリーの回転軸、Ａ３は湾曲アームの回転軸である。第一部材１０１は、従動プーリー、ベルト、駆動プーリーおよびモーターを収容し、他のアームＸを回転可能に支持する。第二部材１０３は、湾曲アームを支持する図示しない他のアームによって回転可能に支持される従動軸に固定される。このとき、図６Ａに示すように、第一部材１０１、連結部材１０２、第二部材１０３のそれぞれを直線状に形成し、連結面Ｓ１、Ｓ２において湾曲アームが長手方向に曲がるように構成しても良い。また図６Ｂに示すように、第一部材１０１を長手方向に曲げ、連結部材１０２および第二部材１０３を直線状に形成しても良い。また図６Ｃに示すように、第一部材１０１および第二部材１０３を直線状に形成し、連結部材１０２を長手方向に曲げても良い。また図６Ｄに示すように第一部材１０１及び連結部材１０２を直線状に形成し、第二部材１０３を長手方向に曲げても良い。他のアームＸの回転範囲を広げるという観点では、図６Ａおよび図６Ｂに示すように他のアームＸの回転軸に近い領域で湾曲アームを曲げることが好ましい。特に、図６に示す線分Ａ１・Ａ２と線分Ａ２・Ａ３がなす角が大きいほど、他のアームＸの回転範囲を広げやすくなる。ただし、他のアームＸが回転軸Ａ１に近い領域で細く、回転軸Ａ１から遠い領域で太くなっているような場合には、図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、他のアームＸの回転軸Ａ１から遠い領域で湾曲アームを曲げても、他のアームＸの回転範囲を広げることができる。

また、第一部材１０１と連結部材１０２との連結面Ｓ１と、連結部材１０２と第二部材１０３との連結面Ｓ２とは、図６Ａおよび図６Ｃに示すように平行でなくても良いし、図６Ｂおよび図６Ｄに示すように平行であっても良い。また連結面Ｓ１、Ｓ２は、図６Ａおよび図６Ｃに示すように回転軸Ａ１、Ａ２を通る平面とも、回転軸Ａ１、Ａ３を通る平面とも、回転軸Ａ２、Ａ３を通る平面とも、垂直でなくてもよいし、図６Ｂに示すように回転軸Ａ２、Ａ３を通る平面と垂直であっても良いし、図６Ｄに示すように回転軸Ａ１、Ａ２を通る平面と垂直であっても良い。図６Ｂおよび図６Ｄに示すように、湾曲アームの側面に対して垂直になるように連結面Ｓ１、Ｓ２を形成することにより、連結面Ｓ１、Ｓ２において第一部材１０１、連結部材１０２および第二部材１０３を連結するためのネジを外側に配置することができるため、剛性を高めやすくなる。図６Ａおよび図６Ｃに示すように湾曲アームの側面に対して連結面Ｓ１、Ｓ２が垂直でない場合には、ネジを湾曲アームの側面から離す必要があるため、ネジの間隔が狭まることになる。

また例えば、図７（Ａ）に示すように、連結部材１０２を複数の連結ユニット１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに分割し、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）に示すように、アームの長手方向に連結する連結ユニットの数によって連結部材の長さを変更できるようにしても良い。また、図７（Ｄ）に示すように、連結部材を取り外すことによって湾曲アームの長手方向の長さを短く変更できるようにしても良い。連結部材を取り外す場合、湾曲アームの第一部材の基端が第二部材の先端と直接連結することになる。

なお、ここまで湾曲アームの両端に１つずつ他のアームを連結するロボットについて説明したが、基台に最も近いアームに本発明を適用しても良い。また、湾曲アームが固定される従動軸と、湾曲アームが回転可能に支持する回転軸が互いに平行になるロボットについて説明したが、これら２つの回転軸が平行でないロボットに本発明を適用しても良い。また、他のアームが湾曲アームに対して平行移動できるように湾曲アームと他のアームが連結したり、湾曲アーム自体が他のアームや基台に対して平行移動できるように湾曲アームと他のアームや基台が連結しているロボットに本発明を適用しても良い。

また、直線状アームと湾曲アームが直接連結されているロボットについて説明したが、直線状アームと湾曲アームの間に他のアームが連結されているロボットについて本発明を適用しても良い。

１…第一アーム、２…第二アーム、２Ａ…第一部材、２Ｂ…第二部材、２Ｃ…連結部材、３…第三アーム、４…第四アーム、４Ａ…第三部材、４Ｂ…連結部材、６…第六アーム、１１…モーター、１２…プーリー、１３…ベルト、１４…従動プーリー、２０…従動軸、２１…モーター、２２…駆動プーリー、２３…ベルト、２４…駆動プーリー、２５ａ…サイドハウジング、２６…モーターハウジング、２８…中空管、２９…ネジ、３０…従動軸、４１…中空管、１０１…第一部材、１０２…連結部材、１０２Ａ…連結ユニット、１０２Ｂ…連結ユニット、１０２Ｃ…連結ユニット、１０３…第二部材、Ａ１…回転軸、Ａ２…回転軸、Ｆ…領域、Ｓ１…連結面、Ｓ２…連結面、Ｓ３…連結面、Ｓ４…連結面、Ｘ…他のアーム

Claims

第一部材と第二部材と連結部材とを含み長手方向に曲がっている湾曲アームを備え、
前記第一部材は、前記長手方向において、前記連結部材の先端と連結し、
前記第二部材は、前記長手方向において、前記連結部材の基端と連結する、
ロボット。
前記湾曲アームによって回転可能に支持される他のアームを備え、
前記他のアームの回転軸と垂直な平面への前記湾曲アームの投影像は長手方向に曲がっている、
請求項１に記載のロボット。
前記湾曲アームを回転可能に支持する基端側アームと、
前記湾曲アームによって回転可能に支持される先端側アームと、
を備え、
前記第一部材は、前記先端側アームに固定される先端側従動軸とともに回転する従動プーリーと、モーターと、前記モーターの回転軸とともに回転する駆動プーリーと、前記従動プーリーと前記駆動プーリーとに掛け渡されるベルトとを収容し、
前記第二部材には、前記基端側アームに回転可能に支持される基端側従動軸が固定され、
前記先端側アームの回転軸と前記駆動プーリーの回転軸と前記湾曲アームの回転軸を結ぶ線分を含む面は曲面である、
請求項１または２に記載のロボット。
前記第一部材と前記第二部材の連結面は、前記先端側従動軸と前記基端側従動軸を通る平面と非垂直に交わる、
請求項３に記載のロボット。
前記連結部材と前記第一部材との連結面と、前記連結部材と前記第二部材との連結面とは互いに平行であって、
前記連結部材と前記第一部材との連結面の重心と前記連結部材と前記第二部材との連結面の重心とを結ぶ直線は前記連結部材と前記第一部材との連結面と前記連結部材と前記第二部材との連結面とに対して非垂直である、
請求項１から４のいずれか一項に記載のロボット。
直線状連結部材を含み、長手方向に曲がっていない直線状アームを備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載のロボット。
前記直線状連結部材の両端の連結面は、互いに平行であって、それぞれの重心を結ぶ直線に対して垂直である、
請求項６に記載のロボット。
前記直線状アームは、前記湾曲アームよりもハンド側に設けられる、
請求項６又は７に記載のロボット。