JP5499647B2 - ロボット及びロボットシステム - Google Patents
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Description
かかるロボットにおいては、アームの長さを大きく設定することで、ロボットの手先の可動範囲をより遠くに設定することができる。その一方、アームを折り畳んで基台の近辺域にロボットの手先を位置させる場合、自身のアームとの干渉を回避する必要があるため、基台の近傍はロボットの手先の可動範囲から外れることとなる。
この問題を解決するための技術として、特許文献1には、アームの半ばからアームの回転軸をオフセットさせる構成が開示されている。特許文献1の技術によれば、アームを折り畳んだ状態などでも自身のアーム同士の干渉を回避しながらも広い可動領域を確保することができる。
しかしながら、特許文献1の技術のごとくアームの回転軸をオフセットさせる構成では、アームの関節部を可動させてアームを直線状としてもオフセットした分だけアームが張り出すこととなるため、ロボットの省スペース性能の向上に限界がある。
本願発明(請求項1)にかかるロボットは、基台と、複数の関節により連結された複数の構造材からなるアームと、を有するロボットであって、前記アームは、ある関節の回転軸と当該回転軸に垂直な次の関節の回転軸との位置が前記ある関節の回転軸と垂直な所定方向にオフセットされるとともに、前記次の関節の回転軸と当該次の回転軸に垂直な次々の関節の回転軸との位置が前記ある関節の回転軸と前記次々の関節の回転軸とが平行になるように前記アームを伸ばした状態で前記所定方向とは反対方向にオフセットされ、前記ある関節および前記次々の関節は、前記基台側の前記構造材に対して先端側の前記構造材回転させる関節であり、前記次の関節は、前記基台側の前記構造材に対して先端側の前記構造材を旋回させる関節であることを特徴としている。
また、前記第6関節の回転軸と直交する回転軸まわりに動作し前記第6構造材に対して第7構造材を旋回させる第7関節を有していることが好ましい(請求項4)。
また、前記一対のロボットは、それぞれ前記胴体に左右対称となるように設置され、前記胴体は、設置面に固定されるベース材と、前記ベース材に対して旋回可能な旋回軸を介して連結された胴体本体と、を有し、前記旋回軸の回転軸と前記ロボットの基台の位置がオフセットされていることが好ましい(請求項7)。
また同時に、アームの周囲への干渉領域を最小にする姿勢とした状態では、オフセットにより周囲に張り出す量をより低減して、アームの単に回転軸をオフセットさせたものと比較して省スペース性能をより向上することができる。
また、第2関節,第4関節,第6関節の各旋回軸を直立させた状態(即ち干渉領域を最小にする姿勢)としたときに周囲に張り出すオフセット量をd1またはd2にまで低減することができる。
本願発明(請求項4)によれば、例えば、請求項3の構成では、第5関節(R軸)の回転軸と第7関節(T軸)の回転軸とが同一となるとき、ロボットの制御上の特異点となる。請求項4では第7関節が第7構造材を旋回させる旋回軸として構成されることにより、かかる特異点の存在をなくすことができる。このため、第4関節を屈曲させた姿勢(基台の近傍に手先がある状態)にあって第5〜7関節の特異点の回避動作を考慮する必要がなくなり、ロボットの動作の自由度を向上させることができる。
このため、ロボットの設置スペースの省スペース化を図るための、ロボットを壁掛け設置(基台を壁部に設置)や天吊設置(基台を天井に設置)のように多方向設置にて使用する際に、請求項3のアーム構成では、ロボットアームの回転軸上にフランジの回転軸中心が重なる特異点を通過する姿勢があり、この特異点を回避しながらロボットの動作内容の教示を行なう必要があったが、かかる作業を省略することができるという利点がある。
本願発明(請求項7)によれば、旋回関節の回転軸と基台とがオフセットしている分、各ロボットの手先をより遠くまで到達させることができる上、胴体本体の下部のスペースを利用して作業を行なうことができ、より省スペース化を図ることができる。
(全体構成)
以下、第1実施形態について図を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかるロボットシステム100は、7軸垂直多関節型のロボット1と、ロボットコントローラ2と、ロボット1とロボットコントローラ2とを連結するケーブル3とからなっている。
ロボットコントローラ2は、記憶装置,電子演算器及び入力装置(いずれも図示省略)を有するコンピュータにより構成されており、ロボット1の後述するアクチュエータとケーブル3により接続されている。ケーブル3は、ロボットコントローラ2とアクチュエータとの信号通信ラインと図示しない電源から各アクチュエータに電力を供給する給電ラインとが束ねられ被覆されている。
アーム構造材12とアーム構造材13とは、第3アクチュエータ(第3関節)13Aを介して連結されており、第3アクチュエータ13Aの駆動により、アーム構造材13が回転するようになっている。アーム構造材13とアーム構造材14とは、第4アクチュエータ(第4関節)14Aを介して連結されており、第4アクチュエータ14Aの駆動により、アーム構造材14が旋回するようになっている。
アーム構造材16とフランジ17とは、第7アクチュエータ(第7関節)17Aを介して連結されており、第7アクチュエータ17Aの駆動により、フランジ17及びフランジ17に取り付けられるハンド等のエンドエフェクタ(図示しない)が旋回するようになっている。
また、アーム構造材14は、第4アクチュエータ14Aを収納する収納部21Aと、収納部21Aから図中向かって左斜め上方に延びる連通部21Bと、第5アクチュエータ15Aを収納する収納部21Cとからなり、収納部21A,収納部21C及び連通部(オフセット箇所)21Bはそれぞれ連続した内部空間を形成している。
なお、第1〜7アクチュエータ11A〜17Aはそれぞれケーブル3を挿通可能な中空部を有する減速機一体型のサーボモータによって構成されており、それぞれケーブル3を介してロボットコントローラ2に接続されている。
第1アクチュエータ11Aの回転軸A1と第3アクチュエータ13Aの回転軸A3とは略同一となるようになっている。また、回転軸A1及び回転軸A3は第2アクチュエータ12Aの回転軸A2と直交するように配設されている。
また、回転軸A4と第5アクチュエータ15Aの回転軸A5とは交わることがなく、設置面100と水平な方向(回転軸A4を基準にすると図中右方向)に長さd2だけオフセットしている。
したがって、回転軸A3と回転軸A5とは設置面100と水平な方向(回転軸A3を基準にすると図中右方向)に長さ|d1−d2|だけオフセットすることとなる。
なお、本実施形態では長さd1は長さd2よりも大きく(即ち、d1>d2)設定されている。また、アーム構造材13の幅寸法はアーム構造材15の幅寸法よりも大きくなっている。
次に、第2実施形態について説明する。図3に示すように、本実施形態にかかるロボットシステム200は、第7アクチュエータ27A及びフランジ27の取り付け方向のみが第1実施形態のものを異なっている。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、同様のものについては同符号を用いて説明する。
本実施形態では、アーム構造材16とフランジ27とは、第7アクチュエータ(第7関節)27Aを介して連結されており、第7アクチュエータ17Aの駆動により、フランジ27及びフランジ27に取り付けられるハンド等のエンドエフェクタ(図示しない)が回転するようになっている。
次に、第3実施形態について説明する。図4及び図5に示すように、第1実施形態で説明したロボット1を共通の基台となる胴体に一対(2個)取り付けて構成されている点が第1実施形態のものを異なっている。従って、以下では、第1実施形態と重複する説明を適宜省略し、同様のものについては同符号を用いて説明する。
本実施形態にかかるロボットシステム300は、設置面101に固定された胴体301に、ロボット1が2本取り付けられて構成されている。
胴体301は、設置面101に固設されたベース部301Aとアクチュエータ301Cを介してベース部301Aに対して旋回する旋回胴部(胴体本体)301Bとを有して構成されている。
アクチュエータ301Cの回転軸Abとロボット1の回転軸A1とは、設置面100と水平な方向(回転軸Abを基準にすると図5中右方向)に長さd3だけオフセットしている。
また、旋回胴部301Bが斜め上方に延び一対のロボット1が取り付けられているので、回転軸Abと回転軸A1とがオフセットしている分、アクチュエータ301Cを回転させることによって、各ロボット1のフランジ17をより遠くまで到達させることができる。
また、ベース部301Aの近傍で旋回胴部301Bの下部に生じるスペースにまで、各ロボット1の手先を到達させることができるので、旋回胴部301Bの下部のスペースを利用して作業を行なうことができ、より省スペース化を図ることができる。
例えば、第3実施形態では、胴体に第1実施形態にかかるロボットを取り付けた例について説明したが、胴体に取り付けるロボットは第2実施形態のものとしてもよい。
また、上述の実施形態では、いずれも関節を7個有するロボットを例に説明したがロボットが備える関節は3個でもよい。例えば、第1実施形態の第3〜5アクチュエータ及び13〜15以外の構成を省略してロボットを構成してもよい。
2,302 ロボットコントローラ
3,303 ケーブル
10 基台
11〜16 アーム構造材
11A〜17A,27A アクチュエータ(第1〜7アクチュエータ)
17,27 フランジ
20A,20C,21A,21C 収納部
20B,21B 連結部
100,200,300 ロボットシステム
101 設置面
301 胴体
301A ベース部
301B 旋回胴部
301C アクチュエータ
A1〜A7,Ab 回転軸
Claims (7)
- 基台と、複数の関節により連結された複数の構造材からなるアームと、を有するロボットであって、
前記アームは、
ある関節の回転軸と当該回転軸に垂直な次の関節の回転軸との位置が前記ある関節の回転軸と垂直な所定方向にオフセットされるとともに、前記次の関節の回転軸と当該次の回転軸に垂直な次々の関節の回転軸との位置が前記ある関節の回転軸と前記次々の関節の回転軸とが平行になるように前記アームを伸ばした状態で前記所定方向とは反対方向にオフセットされ、
前記ある関節および前記次々の関節は、
前記基台側の前記構造材に対して先端側の前記構造材を回転させる関節であり、
前記次の関節は、
前記基台側の前記構造材に対して先端側の前記構造材を旋回させる関節である
ことを特徴とする、ロボット。 - 基台と、
複数の関節により連結された複数の構造材からなるアームと、を有し、
前記アームは、
前記基台に対して第1構造材を回転させる第1関節と、
前記第1構造材に対して第2構造材を旋回させる第2関節と、
前記第2構造材に対して第3構造材を回転させる第3関節と、
前記第3構造材に対して第4構造材を旋回させる第4関節と、
前記第4構造材に対して第5構造材を回転させる第5関節と、
前記第5構造材に対して第6構造材を旋回させる第6関節と、を有し、
前記第1〜第6関節の回転軸は、
隣の関節の回転軸とそれぞれ垂直であり、
前記第3関節の回転軸と前記第4関節の回転軸との位置が前記第3関節の回転軸と垂直な所定方向に長さd1だけオフセットされるとともに、前記第3関節の回転軸と前記第5関節の回転軸とが平行になるように前記アームを伸ばした状態で前記第4関節の回転軸と前記第5関節の回転軸との位置が前記所定方向の反対方向に長さd2だけオフセットされてなる
ことを特徴とする、ロボット。 - 前記第6構造材と第7構造材とを回転させる第7関節を有している
ことを特徴とする、請求項2記載のロボット。 - 前記第6関節の回転軸と直交する回転軸周りに回転動作し、前記第6構造材に対して第7構造材を旋回させる第7関節を有している
ことを特徴とする、請求項2記載のロボット。 - 少なくとも前記第3関節から前記第4関節を経て前記第5関節にかけてケーブルが配索されている
ことを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載のロボット。 - 胴体を有し、
前記胴体に請求項1〜5のいずれか1項に記載のロボットが一対取り付けられている
ことを特徴とする、ロボットシステム。 - 前記一対のロボットは、それぞれ前記胴体に左右対称となるように設置され、
前記胴体は、
設置面に固定されるベース材と、
前記ベース材に対して旋回可能な旋回関節を介して連結された胴体本体と、を有し、
前記旋回関節の回転軸と前記ロボットの基台の位置がオフセットされている
ことを特徴とする、請求項6記載のロボットシステム。
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