JP2017132018A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アーム駆動手段にボールねじを採用した場合に生じる不都合を解消できる産業用ロボットを提供すること。
【解決手段】このロボットは、複数のリンクによって構成されたアーム手段13と、アーム手段13を駆動するアーム駆動手段とを備える。アーム駆動手段は、ナット25Aおよびシャフト25Bを有するボールねじ25と、シャフト25Bを回転可能に支持する軸受け部と、シャフト25Bの露出部分の周囲を覆うカバー手段60とを有する。ナット25Aは、複数のリンクの一つに連結され、軸受部は、複数のリンクの他の一つに連結されている。カバー手段60は、ナット25Aから先端側に突出するシャフト25Bの先端側部分を覆う先端側カバー部材61を有し、先端側カバー部材61は、先端側が封止され、軸方向に伸縮可能な筒状部材を有する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、産業用ロボットに係わり、特に、複数のリンクで構成されたアームを備えた産業用ロボットに関する。

従来、産業用ロボットは、対象物を搬送するための搬送用ロボットや対象物の加工などを行う作業用ロボットとして、電気機器、機械や自動車などの各種の生産工場に設置されている。

産業用ロボットは、その用途に応じて様々な形態を備えたものがあるが、高負荷条件でロボットを支障なく運転するためには、高い機械剛性と高いサーボ剛性が必要となる。また、用途によっては、広い範囲にわたってロボットを動作させる必要がある。

ロボットの高い機械剛性を確保するために、上部アーム機構および下部アーム機構のそれぞれにおいて、平行リンク構造を採用したロボットが提案されている（特許文献１）。

また、高い機械剛性を確保しつつ、広い動作範囲を確保するために、下部アーム機構に平行リンク構造を採用すると共に、上部アーム機構は、下部アーム機構から独立して動作可能としたロボットが提案されている（特許文献２）。

また、アーム駆動機構にボールねじを採用したロボットが提案されている（特許文献３）。一般にボールねじは、その動作範囲を適切に設定することで、高い機械剛性を確保することができるので、アーム駆動機構としてボールねじを採用することにより、ロボットの機械剛性を高めることができる。

特開２０１１−３１３７２号公報 特開平３−２０２２８８号公報 特開昭６０−４４２７７号公報

上述したように、ボールねじをアーム駆動機構として採用して、その動作範囲を適切に設定することにより、ロボットの機械剛性を高めることができるが、ボールねじを採用する場合、以下の点を考慮する必要がある。

すなわち、作業環境中にパーティクルが存在する場合、該パーティクルがボールねじに付着して動作に支障を来すことが無いよう、外部からのパーティクルの付着を防止する対策が必要である。また、ボールねじに付与された潤滑剤が、周囲に飛散することを防止する対策が必要である。

ロボットのアーム駆動機構におけるボールねじは、シャフトをその軸線周りに回転駆動することにより、ナットをシャフトの軸線方向に沿って移動させ、ナットに接続されたリンクを動作させてアームを駆動するように構成されている。

シャフトの軸線方向に沿ってナットが前後に移動すると、これに伴ってシャフト全体が揺動動作を行う。すなわち、シャフトの後端側に、揺動動作を可能とする回転軸が設けられ、一方、シャフトの先端側はフリー状態である。

このようにロボットのアーム駆動機構においては、ボールねじのシャフトの先端側がフリー状態であるため、その周囲を適切にカバーすることが困難である。

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、アームを駆動するための手段にボールねじを採用した場合でも、先端側部分を含むシャフト全体においてパーティクルの付着などを防止して、支障なく運転することができる産業用ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による産業用ロボットは、基部と、前記基部に設けられ、複数のリンクによって構成されたアーム手段と、前記アーム手段を駆動するためのアーム駆動手段と、を備え、前記アーム駆動手段は、ナットおよびシャフトを有するボールねじと、前記シャフトをその軸線周りに回転可能に支持する軸受け部と、前記シャフトの露出部分の周囲を覆うためのカバー手段と、を有し、前記ナットは、前記複数のリンクのうちの一つに連結されており、前記軸受部は、前記複数のリンクのうちの他の一つに連結されており、前記カバー手段は、前記ナットから先端側に突出する前記シャフトの先端側部分を覆うための先端側カバー部材を有し、前記先端側カバー部材は、先端側が封止され、軸方向に伸縮可能な筒状部材を有する、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記先端側カバー部材は、その基端部が前記ナットに連結されており、その先端部は自由端である、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記先端側カバー部材は、前記筒状部材を前記軸方向に収縮させる収縮力を発生させるための収縮力発生手段を有する、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記収縮力発生手段は、前記収縮力を発生させるための複数の磁石を有する、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記筒状部材は、複数の蛇腹折り部を含む蛇腹構造を有し、前記複数の磁石は、隣接する前記蛇腹折り部同士の間に吸引力を発生させるように配置されている、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記複数の磁石は、前記筒状部材の先端側よりも基端側において、より強い前記吸引力を発生させるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれかの態様において、前記アーム手段は、下部アーム機構と、前記下部アーム機構の上部に設けられた上部アーム機構と、を有し、前記ボールねじは、前記上部アーム機構を駆動するための上部ボールねじである、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記下部アーム機構は、前記基部に回転可能に接続された下端を有する前方リンクと、前記基部に回転可能に接続された下端を有する後方リンクと、前記前方リンクの上端および前記後方リンクの上端のそれぞれに回転可能に接続された両端を含む横リンクと、を有する平行リンク構造を備え、前記上部アーム機構は、上部アーム回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されている、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１の態様による産業用ロボットは、基部と、前記基部に設けられたアーム手段と、前記アーム手段を駆動するためのアーム駆動手段と、を備え、前記アーム手段は、平行リンク構造を有する下部アーム機構と、前記下部アーム機構の上部に設けられた上部アーム機構と、を有し、前記下部アーム機構は、前記基部に回転可能に接続された下端を有する前方リンクと、前記基部に回転可能に接続された下端を有する後方リンクと、を有し、前記アーム駆動手段は、前記下部アーム機構を駆動するための下部アーム駆動機構を有し、前記下部アーム駆動機構は、ナットおよびシャフトを有する下部ボールねじと、前記シャフトをその軸線周りに回転可能に支持する下部軸受け部と、を有し、前記前方リンクおよび前記後方リンクのいずれか一方の前記下端から延在する延長部が、ナット側回転軸線周りに回転可能に前記ナットに接続されており、前記下部軸受け部は、軸受け部側回転軸線周りに回転可能に前記基部に接続されており、前記ナット側回転軸線および前記軸受け部側回転軸線は、前記前方リンクおよび前記後方リンクの回転軸線と平行である、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第２の態様は、第１の態様において、前記延長部は、前記前方リンクおよび前記後方リンクのいずれか一方の前記下端から下方に延在している、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記軸受け部側回転軸線は、前記前方リンクおよび前記後方リンクのいずれか一方の前記下端よりも、前記前方リンクおよび前記後方リンクのいずれか他方の前記下端に近い位置にある、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第４の態様は、第３の態様において、前記軸受け部側回転軸線は、前記前方リンクおよび前記後方リンクのいずれか他方の前記下端の近傍に位置している、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第５の態様は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記軸受け部側回転軸線は、前記前方リンクおよび前記後方リンクのいずれか他方の前記下端の回転軸線よりも下方に位置している、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、下部アーム駆動機構は、前記下部ボールねじの前記シャフトをその軸線周りに回転駆動するためのボールねじ駆動部を有し、前記ボールねじ駆動部は、共通の回転軸に動力を付与する一対の駆動モータを有する、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第７の態様は、第１乃至第６のいずれかの態様において、前記下部アーム機構は、前記前方リンクの上端および前記後方リンクの上端のそれぞれに回転可能に接続された両端を含む横リンクを有し、前記上部アーム機構は、上部アーム回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されている、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第８の態様は、第７の態様において、前記アーム駆動手段は、前記上部アーム機構を駆動するための上部アーム駆動機構を有し、前記上部アーム駆動機構は、ナットおよびシャフトを有する上部ボールねじと、前記上部ボールねじの前記シャフトをその軸線周りに回転可能に支持する上部軸受け部と、を有し、前記上部アーム機構は、前記上部アーム回転軸線とは異なる位置にて、ナット側回転軸線周りに回転可能に前記上部ボールねじの前記ナットに接続されており、前記上部軸受け部は、軸受け部側回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されており、前記上部ボールねじの前記ナット側回転軸線および前記軸受け部側回転軸線は、前記上部アーム回転軸線と平行である、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第９の態様は、第８の態様において、前記上部ボールねじの前記軸受け部側回転軸線は、前記横リンクの後端から後方に延在する延長部に位置している、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１０の態様は、第８または第９の態様において、前記上部アーム駆動機構は、前記上部ボールねじの前記シャフトをその軸線周りに回転駆動するための上部ボールねじ駆動部を有し、前記上部ボールねじ駆動部は、共通の回転軸に動力を付与する一対の駆動モータを有する、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１１の態様による産業用ロボットは、基部と、前記基部に設けられたアーム手段と、前記アーム手段を駆動するためのアーム駆動手段と、を備え、前記アーム手段は、平行リンク構造を有する下部アーム機構と、前記下部アーム機構の上部に設けられた上部アーム機構と、を有し、前記下部アーム機構は、前記基部に回転可能に接続された下端を有する前方リンクと、前記基部に回転可能に接続された下端を有する後方リンクと、前記前方リンクの上端および前記後方リンクの上端のそれぞれに回転可能に接続された両端を含む横リンクと、を有し、前記上部アーム機構は、上部アーム回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されており、前記アーム駆動手段は、前記上部アーム機構を駆動するための上部アーム駆動機構を有し、前記上部アーム駆動機構は、ナットおよびシャフトを有する上部ボールねじと、前記シャフトをその軸線周りに回転可能に支持する上部軸受け部と、を有し、前記上部アーム機構は、前記上部アーム回転軸線とは異なる位置にて、ナット側回転軸線周りに回転可能に前記上部ボールねじの前記ナットに接続されており、前記上部軸受け部は、軸受け部側回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されており、前記上部ボールねじの前記ナット側回転軸線および前記軸受け部側回転軸線は、前記上部アーム回転軸線と平行である、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１２の態様は、第１１の態様において、前記上部ボールねじの前記軸受け部側回転軸線は、前記横リンクの後端から後方に延在する延長部に位置している、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１３の態様は、前記上部アーム駆動機構は、前記上部ボールねじの前記シャフトをその軸線周りに回転駆動するための上部ボールねじ駆動部を有し、前記上部ボールねじ駆動部は、共通の回転軸に動力を付与する一対の駆動モータを有する、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１４の態様による産業用ロボットは、基部と、前記基部に設けられたアーム手段と、前記アーム手段を駆動するためのアーム駆動手段と、を備え、前記アーム手段は、下部アーム機構と、前記下部アーム機構の上部に設けられた上部アーム機構と、を有し、前記アーム駆動手段は、前記下部アーム機構を駆動するための下部ボールねじと、前記上部アーム機構を駆動するための上部ボールねじと、を有する、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１５の態様は、第１４の態様において、前記下部アーム機構は、前記基部に回転可能に接続された下端を有する前方リンクと、前記基部に回転可能に接続された下端を有する後方リンクと、前記前方リンクの上端および前記後方リンクの上端のそれぞれに回転可能に接続された両端を含む横リンクと、を有する平行リンク構造を備える、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１６の態様は、第１５の態様において、前記上部アーム機構は、上部アーム回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されている、ことを特徴とする。

本発明の参考例の第１７の態様は、第１４乃至第１６のいずれかの態様において、前記上部アーム駆動機構は、前記上部ボールねじの前記シャフトをその軸線周りに回転駆動するための上部ボールねじ駆動部を有し、前記上部ボールねじ駆動部は、共通の回転軸に動力を付与する一対の駆動モータを有し、前記下部アーム駆動機構は、前記下部ボールねじの前記シャフトをその軸線周りに回転駆動するための下部ボールねじ駆動部を有し、前記下部ボールねじ駆動部は、共通の回転軸に動力を付与する一対の駆動モータを有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、アームを駆動するための手段にボールねじを採用した場合でも、先端側部分を含むシャフト全体においてパーティクルの付着などを防止して、支障なく運転することができる産業用ロボットを提供することができる。

本発明の一実施形態による産業用ロボットの斜視図。 図１に示した産業用ロボットの上面図。 図１に示した産業用ロボットの側面図。 図１に示した産業用ロボットの正面図。 図１に示した産業用ロボットの背面図。 図１に示した産業用ロボットの内部構造を説明するための部分断面図。 図１に示した産業用ロボットの下部ボールねじの縦断面図。 図１に示した産業用ロボットの下部ボールねじの横断面図。 図１に示した産業用ロボットの上部ボールねじの縦断面図。 図１に示した産業用ロボットの上部ボールねじの横断面図。 図１に示した産業用ロボットの他の姿勢を示した側面図。 図１１に示した産業用ロボットの部分断面図。 図１に示した産業用ロボットの動作範囲の一例を説明するための図。 図１に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した図。 図１に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した他の図。 図１に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した他の図。 本発明の他の実施形態による産業用ロボットの主要部を拡大して示した図。 図１７のＡ−Ａ断面図。 図１７のＢ−Ｂ断面図。 図１７に示した産業用ロボットの先端側カバー部材の取付構造を説明するための展開図。 図１７に示した産業用ロボットの先端側カバー部材の取付構造を説明するための上面図。 図１７に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した図。 図１７に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した他の図。 図１７に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した他の図。

以下、本発明の一実施形態による産業用ロボットについて、図面を参照して説明する。

図１乃至図７に示したように、本実施形態による産業用ロボット１は、床面に設置された基台２を有し、この基台２には、垂直方向に延在する第１回転軸線（旋回軸線）Ｊ１周りに回転可能に旋回基部３が設けられている。

図２に良く示されているように、旋回基部３の左右両側には一対のサーボモータ４が設けられており、これらのサーボモータ４によって、基台２に対して旋回基部３が第１回転軸線周りに回転駆動される。

図１に良く示されているように、ロボット１の旋回基部３にはアーム手段５が設けられており、アーム手段５は、平行リンク構造を有する下部アーム機構６と、下部アーム機構６の上部に設けられた上部アーム機構７とを有する。

図６に良く示されているように、下部アーム機構６は、旋回基部３に回転可能に接続された下端８Ａを有する第１リンク（前方リンク）８と、旋回基部３に回転可能に接続された下端９Ａを有する縦リンク（後方リンク）９と、第１リンク８の上端８Ｂおよび縦リンク９の上端９Ｂのそれぞれに回転可能に接続された両端１０Ａ、１０Ｂを含む横リンク１０を有する。

上記の通り、第１リンク８の下端８Ａおよび縦リンク９の下端９Ａの両方が旋回基部３に接続されているので、下部アーム機構６の平行リンク構造は、その下辺が固定された平行リンク構造である。これにより、下部アーム機構６の機械剛性を大幅に高めることができる。

旋回基部３は、その上部に、前後方向および上下方向に延在する左右一対の下部支持板１１を有する。第１リンク８の下端８Ａは、左右の下部支持板１１の間に挿入され、水平方向に延在する第２回転軸線Ｊ２周りに回転可能に左右の下部支持板１１に接続されている。縦リンク９の下端９Ａは、左右の下部支持板１１の間に挿入され、水平方向に延在する後方下部回転軸線Ａ１周りに回転可能に左右の下部支持板１１に接続されている。

横リンク１０は、前後方向および上下方向に延在する左右一対の上部支持板１２を有する。第１リンク８の上端８Ｂは、左右の上部支持板１２の間に挿入され、水平方向に延在する前方上部回転軸線Ａ２周りに回転可能に左右の上部支持板１２に接続されている。縦リンク９の上端９Ｂは、左右の上部支持板１２の間に挿入され、水平方向に延在する後方上部回転軸線Ａ３周りに回転可能に左右の上部支持板１２に接続されている。

上部アーム機構７は第２リンク１３を有し、第２リンク１３の後端から延在する後端延長部１４が、左右の上部支持板１２の前端部分の間に挿入され、水平方向に延在する第３回転軸線（上部アーム回転軸線）Ｊ３周りに回転可能に左右の上部支持板１２に接続されている。第２リンク１３の前端１３Ａには、第２リンク１３の長手軸線方向に延在する第４回転軸線Ｊ４周りに回転可能に連絡リンク１５が接続されている。

連絡リンク１５の前端には、第４回転軸線Ｊ４に直交する方向に延在する第５回転軸線Ｊ５周りに回転可能に手首部１６が接続されている。手首部１６の前端には、第５回転軸線Ｊ５に直交する方向に延在する第６回転軸線Ｊ６周りに回転可能に回転体１７が設けられている。

産業用ロボット１は、下部アーム機構６および上部アーム機構７を有するアーム手段５を駆動するためのアーム駆動手段１８を備える。

アーム駆動手段１８は、下部アーム機構６を駆動するための下部アーム駆動機構１９と、上部アーム機構７を駆動するための上部アーム駆動機構２０と、を有する。

図６に良く示されているように、下部アーム駆動機構１９は、ナット２１Ａおよびシャフト２１Ｂを有する下部ボールねじ２１と、シャフト２１Ｂをその軸線周りに回転可能に支持する下部軸受け部２２と、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂをその軸線周りに回転駆動するための下部ボールねじ駆動部２３を有する。

下部軸受け部２２は、少なくともその一部が左右の下部支持板１１の間に配置され、軸受け部側回転軸線Ｂ１周りに回転可能に左右の下部支持板１１に接続されている。軸受け部側回転軸線Ｂ１は、第２回転軸線Ｊ２よりも下方において、第１リンク８の下端８Ａの近傍に位置している。

縦リンク９は、その下端９Ａから下方に延在する左右一対の下端延長部２４を有する。縦リンク９の左右の下端延長部２４の間に下部ボールねじ２１のナット２１Ａが配置され、ナット２１Ａは、ナット側回転軸線Ｂ２周りに回転可能に、縦リンク９の左右の下端延長部２４に接続されている。

軸受け部側回転軸線Ｂ１およびナット側回転軸線Ｂ２は、水平方向に延在し、第１リンク（前方リンク）および縦リンク（後方リンク）の回転軸線Ｊ２、Ａ１と平行である。

アーム駆動手段１８の上部アーム駆動機構２０は、ナット２５Ａおよびシャフト２５Ｂを有する上部ボールねじ２５と、シャフト２５Ｂをその軸線周りに回転可能に支持する上部軸受け部２６と、上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂをその軸線周りに回転駆動するための上部ボールねじ駆動部２７を有する。

横リンク１０の左右の上部支持板１２のそれぞれは、その後端から後方に延在する後端延長部２８を有する。上部軸受け部２６の少なくとも一部が、横リンク１０の左右の上部支持板１２の後端延長部２８の間に配置され、軸受け部側回転軸線Ｂ３周りに回転可能に横リンク１０の左右の後端延長部２８に接続されている。

第２リンク１３の後端から延在する後端延長部１４は、第３回転軸線（上部アーム回転軸線）Ｊ３とは異なる位置にて、ナット側回転軸線Ｂ４周りに回転可能に上部ボールねじ２５のナット２５Ａに接続されている。

上部ボールねじ２５のナット側回転軸線Ｂ４および軸受け部側回転軸線Ｂ３は、水平方向に延在し、第３回転軸線（上部アーム回転軸線）Ｊ３と平行である。

図７に示したように、下部ボールねじ駆動部２３は、ギヤボックス２９内の共通の回転軸３０に動力を付与する一対のサーボモータ３１を有する。すなわち、一対のサーボモータ３１の出力軸に設けられた一対のギヤ３２が、共通の回転軸３０に設けられた入力側ギヤ３３と噛み合っている。共通の回転軸３０に設けられた出力側ギヤ３４は、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂの後端に設けられたギヤ３５と噛み合っている。

このように共通の回転軸３０を一対のサーボモータ３１で駆動することにより、各サーボモータ３１の容量を大きくせずに、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂに対して大きな駆動力を付与することができる。

図８に示したように、下部ボールねじ２１の下部軸受け部２２は、軸受け部側回転軸線Ｂ１に沿ってシャフト２１Ｂの左右両側に配置された左右支持軸３６を介して、旋回基部４の左右の下部支持板１１に回転可能に接続されている。下部ボールねじ２１のナット２１Ａは、ナット側回転軸線Ｂ２に沿ってナット２１Ａの左右両側に配置された左右支持軸３７を介して、縦リンク９の左右の下端延長部２４に回転可能に接続されている。

また、本実施形態による産業用ロボット１においては、図７および図８に示したように、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂの露出部分の周囲を覆うための下部カバー手段５０が設けられている。下部カバー手段５０は、ナット２１Ａよりも先端側のシャフト２１Ｂを覆うための先端側カバー部材５１と、ナット２１Ａよりも基端側のシャフト２１Ｂを覆うための基端側カバー部材５２とを有する。

先端側カバー部材５１は、先端側が封止され、軸方向に伸縮可能な蛇腹構造の筒状部材で構成されている。先端側カバー部材５１の基端部は、ナット２１Ａに連結されている。先端側カバー部材５１の先端部は、シャフト２１Ｂの先端部に連結されている。

先端側カバー部材５１の先端部とシャフト２１Ｂの先端部との連結は、先端側カバー部材５１を構成する筒状部材の先端側を封止する封止部材５３を、ピン部材５４によってシャフト２１Ｂの先端部に回転可能に接続することにより実現されている。この連結構造により、シャフト２１Ｂの回転を可能としつつ、回転しない先端側カバー部材５１をシャフト２１Ｂの先端に取り付けることができる。

基端側カバー部材５２は、軸方向に伸縮可能な蛇腹構造の筒状部材で構成されており、その先端部がナット２１Ａに連結されており、その基端部が下部軸受部２２に連結されている。

サーボモータ３１を駆動してシャフト２１Ｂを回転させ、ナット２１Ａをシャフト２１Ｂに沿って後方に移動させると、先端側カバー部材５１が伸長すると共に、基端側カバー部材５２が収縮する。シャフト２１Ｂを逆に回転させ、ナット２１Ａをシャフト２１Ｂに沿って前方に移動させると、先端側カバー部材５１が収縮すると共に、基端側カバー部材５２が伸長する。これにより、ナット２１Ａの位置に関わらず、シャフト２１Ｂの露出部分の周囲の全体を下部カバー手段５０によって覆うことができる。

図９に示したように、上部ボールねじ駆動部２７は、ギヤボックス３８内の共通の回転軸３９に動力を付与する一対のサーボモータ４０を有する。すなわち、一対のサーボモータ４０の出力軸に設けられた一対のギヤ４１が、共通の回転軸３９に設けられた入力側ギヤ４２と噛み合っている。共通の回転軸３９に設けられた出力側ギヤ４３は、上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂの後端に設けられたギヤ４４と噛み合っている。

このように共通の回転軸３９を一対のサーボモータ４０で駆動することにより、各サーボモータ４０の容量を大きくせずに、上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂに対して大きな駆動力を付与することができる。

図１０に示したように、上部ボールねじ２５の上部軸受け部２６は、軸受け部側回転軸線Ｂ３に沿ってシャフト２５Ｂの左右両側に配置された左右支持軸４５を介して、横リンク１０の左右の後端延長部２８に回転可能に接続されている。上部ボールねじ２５のナット２５Ａは、ナット側回転軸線Ｂ４に沿ってナット２５Ａの左右両側に配置された左右支持軸４６を介して、第２リンク１３の左右の後端延長部１４に回転可能に接続されている。

また、本実施形態による産業用ロボット１においては、図９および図１０に示したように、上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂの露出部分の周囲を覆うための上部カバー手段６０が設けられている。

上部カバー手段６０は、ナット２５Ａよりも先端側のシャフト２５Ｂを覆うための先端側カバー部材６１と、ナット２５Ａよりも基端側のシャフト２５Ｂを覆うための基端側カバー部材６２とを有する。

なお、図９および図１０においては、シャフト２５Ｂの先端部がナット２５Ａの内部に位置しているが、シャフト２５Ｂを回転させてナット２５Ａを後方に移動させると、シャフト２５Ｂの先端部がナット２５Ａから先端側に突出する。

先端側カバー部材６１は、先端側が封止され、軸方向に伸縮可能な蛇腹構造の筒状部材で構成されている。先端側カバー部材６１の基端部は、ナット２５Ａに連結されている。

一方、先端側カバー部材６１の先端部の封止部材６３は、シャフト２５Ｂの先端部には連結されておらず、先端側カバー部材６１の先端部は自由端である。図９および図１０に示したように、上部ボールねじ２５においては、シャフト２５Ｂの先端部がナット２５Ａの内部に引き込まれるので、先端側カバー部材６１の先端部は、上記のとおりシャフト２５Ｂの先端部に連結されていない。

基端側カバー部材６２は、軸方向に伸縮可能な蛇腹構造の筒状部材で構成されており、その先端部がナット２５Ａに連結されており、その基端部が上部軸受部２６に連結されている。

サーボモータ４０を駆動してシャフト２５Ｂを回転させ、ナット２５Ａをシャフト２５Ｂに沿って後方に移動させると、基端側カバー部材６２が収縮する。

このとき、先端側カバー部材６１は、次に述べるような挙動を示す（図１４乃至図１６）。図１６に示した状態、すなわち、シャフト２５Ｂの先端がナット２５Ａの内部にある状態から、ナット２５Ａを後方に移動させると、図１５に示したように、シャフト２５Ｂの先端がナット２５Ａから先端側に突出する。さらにナット２５Ａを後方に移動させと、図１４に示したように、シャフト２５Ｂの先端が先端側カバー部材６１の封止部材６３に当接し、封止部材６３を前方に押圧することにより、先端側カバー部材６１が伸長する。

これにより、ナット２５Ａの位置が移動して、ナット部材２５Ａからのシャフト２５Ｂの突出量が変化した場合でも、シャフト２５Ｂの露出部分の周囲の全体を上部カバー手段６０によって覆うことができる。

上述した産業用ロボット１において、下部アーム機構６の姿勢を制御する際には、下部ボールねじ駆動部２３のサーボモータ３１を駆動して、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂに沿ってナット２１Ａを直動駆動する。縦リンク９の下端延長部２４がナット２１Ａに回転可能に接続されているので、シャフト２１Ｂに沿ってナット２１Ａが直動することにより、後方下部回転軸線Ａ１周りに縦リンク９が回転する。これに伴って、縦リンク９と共に平行リンク構造を形成する第１リンク８および横リンク１０が動き、これにより、下部アーム機構６の姿勢を制御することができる。

上部アーム機構７の姿勢を制御する際には、上部ボールねじ駆動部２７のサーボモータ４０を駆動して、シャフト２５Ｂに沿ってナット２５Ａを直動駆動する。第２リンク１３の後端延長部１４がナット２５Ａに回転可能に接続されているので、シャフト２５Ｂに沿ってナット２５Ａが直動することにより、第３回転軸線Ｊ３周りに第２リンク１３が回転する。これにより、上部アーム機構７の姿勢を制御することができる。

図１１および図１２は、下部アーム機構６を前傾姿勢に制御すると共に、上部アーム機構７を上向き姿勢に制御した状態を示している。このとき、下部ボールねじ２１のナット２１Ａはシャフト２１Ｂの先端側に位置しており、上部ボールねじ２５のナット２５Ａはシャフト２５Ｂの基端側に位置している。

下部アーム機構６を、図３に示した直立姿勢から、図１１に示した前傾姿勢に変化させる際には、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂが軸受け部回転軸線Ｂ１周りに回転する。

第２リンク１３が第３回転軸線Ｊ３周りに回転可能に横リンク１０に接続されているので、上部アーム機構７の姿勢は、下部アーム機構６の姿勢から独立して制御することができる。なお、平行リンク構造を有する下部アーム機構６の横リンク１０の姿勢は、第１リンク８および縦リンク９の姿勢が変化しても変化しない。

図１３は、産業用ロボット１の手首部１６の回転軸線である第５回転軸線Ｊ５に位置する点Ｐの動作範囲Ｒの一例を示している。図１３から分かるように、本実施形態による産業用ロボット１は、その動作範囲Ｒを前面上方および前面下方に広く確保することができる。

以上述べたように、本実施形態による産業用ロボット１によれば、下部カバー手段５０および上部カバー手段６０によって、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂおよび上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂのそれぞれの露出部分の周囲を、ロボットの姿勢に関わらず常に覆うことができる。これにより、下部ボールねじ２１および上部ボールねじ２５への周囲のパーティクルの付着を防止し、また、潤滑剤の周囲への飛散を防止することができる。

また、下部アーム機構６の平行リンク構造の下辺を固定すると共に、下部アーム機構６の駆動に下部ボールねじ２１を用い、さらに、下部アーム機構６に対して上部アーム機構７を第３回転軸線Ｊ３周りに回転可能に接続したので、高い負荷条件の下で、前面上方および前面下方の広い動作範囲にわたって、高い機械剛性を確保することができる。

また、縦リンク（後方リンク）９の下部延長部２４に下部ボールねじ２１のナット２１Ａを回転可能に接続すると共に、下部ボールねじ２１の軸受け部側回転軸線Ｂ１を、第１リンク（前方リンク）８の第２回転軸線Ｊ２よりも下方において、第１リンク８の下端８Ａの近傍に配置したので、下部アーム機構６を直立姿勢（図３）から前傾姿勢（図１１）に変化させた場合、或いはその逆の動作を行った場合でも、下部ボールねじ２１が下部アーム機構６と干渉することがない。

このため、下部アーム機構６の姿勢の変化量を大きく確保することができ、ひいてはロボット１の動作範囲を広く確保することができる。また、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂの飛び出し方向が、ロボット１の作業領域と反対側となる後方を向いているので、下部ボールねじ２１の作業領域への干渉も防止することができる。

また、本実施形態による産業用ロボット１によれば、上部アーム機構７の駆動に上部ボールねじ２５を用いているので、ロボット１の機械剛性をさらに高めることができる。すなわち、下部アーム機構６および上部アーム機構７の両方の駆動機構にボールねじを採用することにより、ロボット全体の機械剛性を大幅に高めることができる。

また、本実施形態による産業用ロボット１においては、下部アーム機構６および上部アーム機構７の各駆動機構に、下部ボールねじ２１および上部ボールねじ２５を用いており、一般にボールねじは、動力の伝達効率高く、遊びが少ないので、バックドライバビリティが高い。

このため、例えば高負荷時の外力による位置ズレを、フィードバック制御によりソフト的に高精度にて制御することができる。特に、下部アーム機構６および上部アーム機構７の両方の駆動機構にボールねじを採用することにより、ロボット全体の位置制御精度を大幅に高めることができる。

また、本実施形態による産業用ロボット１によれば、常に姿勢が一定である横リンク１０に第２アーム１３を回転可能に接続したので、第２アーム１３の重力トルクの大きい姿勢で、上部ボールねじ２５の駆動力が最も大きくなるようにしたり、最も剛性が必要な姿勢で、上部ボールねじ２５の駆動力を大きくしたりすることができる。

また、本実施形態による産業用ロボット１によれば、下部アーム機構６の平行リンク構造の下辺を固定すると共に、第１リンク８および縦リンク９の下方に下部ボールねじ２１およびその駆動部を配置するようにしたので、旋回基部３の大きさを拡大することなく、下部ボールねじ２１をコンパクトな配置で設けることができる。

また、本実施形態による産業用ロボット１によれば、２つのサーボモータによってボールねじを駆動するようにしたので、各サーボモータの容量を大きくせずに、ボールねじのシャフトに対して大きな駆動力を付与することが可能であり、高負荷条件に対応できるロボットを容易に製造することができる。

また、本実施形態による産業用ロボット１によれば、下部アーム機構６の平行リンク構造の下辺が固定されているので、上部アーム機構７の駆動機構として上記の通りボールねじを採用した場合でも、ロボット１の動作範囲のどの部分で高剛性・高トルクを確保するか、用途に応じて最適な設計を行うことができる。

すなわち、ボールねじ（直動アクチュエータ）を用いてアームリンクの回転動作を実現する場合、アームリンクの回転軸線と、ボールねじのシャフト（直動軸）の長手軸線との最短距離が、トルクおよび剛性を支配する。

上記実施形態で言えば、縦リンク９の後方下部回転軸線Ａ１と、下部ボールねじ２１のシャフト２１Ｂの長手軸線との最短距離（後方下部回転軸線Ａ１からシャフト２１Ｂの長手軸線に対して引いた垂線の長さ）が、下部アーム機構６のトルクおよび剛性を支配する。

同様に、第２リンク１３の第３回転軸線Ｊ３と、上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂの長手軸線との最短距離（第３回転軸線Ｊ３からシャフト２５Ｂの長手軸線に対して引いた垂線の長さ）が、上部アーム機構７のトルクおよび剛性を支配する。

後方下部回転軸線Ａ１周りに縦リンク９が回転すると、縦リンク９の下端延長部（ナット側回転軸線Ｂ２）２４は、後方下部回転軸線Ａ１を中心に円弧状に動くため、下部ボールねじ２１のシャフト（直動軸）２１Ｂの長手軸線と後方下部回転軸線Ａ１との最短距離が変化する。このため、下部アーム機構６における剛性・出力トルク、速度が変化する。

同様に、第３回転軸線Ｊ３周りに第２リンク１３が回転すると、第２リンク１３の後端延長部１４のナット側回転軸線Ｂ４の部分は、第３回転軸線Ｊ３を中心に円弧状に動くため、上部ボールねじ２５のシャフト（直動軸）２５Ｂの長手軸線と第３回転軸線Ｊ３との最短距離が変化する。このため、上部アーム機構７における剛性・出力トルク、速度が変化する。

上述したように、縦リンク９の回転動作に応じて下部アーム機構６における剛性・出力トルク、速度が変化し、また、第２リンク１３の回転動作に応じて上部アーム機構７における剛性・出力トルク、速度が変化するので、ロボット１の動作範囲のどの部分で、高剛性・高トルクを確保するか、用途に応じて最適な設計を行う必要がある。

ここで、仮に下部アーム機構６の平行リンク構造の下辺を固定せずに回転可能とした場合（特許文献３参照）、第２リンク１３の第３回転軸線Ｊ３と上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂの長手軸線との最短距離が、第２リンク１３の姿勢が変化しなくても第１リンク８の姿勢によって変化する。このため、常に一定方向に作用する重力との関係から、動作範囲のどの部分で高剛性・高トルクを確保するかに関して、バランスの良い領域設定が難しい。

これに対して本実施形態による産業用ロボット１においては、下部アーム機構６の平行リンク構造の下辺を固定するようにしたので、下部アーム機構６の平行リンク構造の上辺を構成する横リンク１０の姿勢が、第１アーム８の姿勢の変化に影響を受けない。このため、第２リンク１３の第３回転軸線Ｊ３と上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂの長手軸線との最短距離は、第２リンク１３の姿勢が変化しない限り、第１リンク８の姿勢によって変化することはない。

従って、上部アーム機構７の駆動機構としてボールねじを採用した場合でも、動作範囲のどの部分で高剛性・高トルクを確保するかに関して、バランスの良い領域設定を容易に行うことができる。

次に、本発明の他の実施形態による産業用ロボットについて、図面を参照して説明する。

上述した実施形態においては、図１５および図１６に示したように、上部ボールねじ２５のシャフト２５Ｂの先端部が、上部カバー手段６０の先端側カバー部材６１の封止部材６３に当接されていない状態においては、先端側カバー部材６１の先端部が垂れ下がった状態になる。

この場合、シャフト２５Ｂの先端と先端側カバー部材６１の内壁との接触により、先端側カバー部材６１が破損する可能性がある。また、先端側カバー部材６１の周囲空間は狭いので、先端側カバー部材６１の垂れ下がった先端部が、周囲の構造物と干渉してしまう可能性がある。

本実施形態による産業用ロボットは、上部カバー手段６０の先端側カバー部材６１における上述の垂れ下がりの問題を解決するものである。

すなわち、本実施形態による産業用ロボットにおいては、上部カバー手段６０の先端側カバー部材６１が、その蛇腹構造の筒状部材を軸方向に収縮させる収縮力を発生させるための収縮力発生手段を有している。収縮力発生手段は、収縮力を発生させるための複数の磁石を有している。

具体的には、図１７乃至図１９に示したように、収縮力発生手段を構成する複数の磁石７０は、先端側カバー部材６１の蛇腹構造の筒状部材において、隣接する蛇腹折り部６４同士の間に、磁力による吸引力を発生させるように配置されている。

また、収縮力発生手段を構成する複数の磁石７０は、先端側カバー部材６１の筒状部材の先端部側よりも、基端部側において、より強い吸引力を発生させるように配置されている。すなわち、先端側カバー部材６１の筒状部材の基端部側（図１８）には、先端部側（図１９）よりも多くの磁石７０が配置されている。

図２０および図２１は、先端側カバー部材６１の取付構造を模式的に示している。先端側カバー部材６１の基端部に取付シート６５が設けられており、取付シート６５の各遇部には面ファスナーなどの締結手段６６が設けられている。

そして、取付シート６５をナット２５Ａの一部に巻き付けて、締結手段６６によって取付シート６５の遇部同士を固定することにより、先端側カバー部材６１がナット２５Ａに取り付けられる。

なお、上述した実施形態における先端側カバー部材６１（図９、図１０）においても、同様の取付構造が採用されている。

上述したように本実施形態による産業用ロボットにおいては、上部カバー手段６０の先端側カバー部材６１の蛇腹構造の筒状部材に、複数の磁石７０を有する収縮力発生手段を設け、蛇腹構造の筒状部材をその軸方向に収縮させる収縮力を磁力によって付与するようにしている。

このため、図２２に示した状態、すなわち、シャフト２５Ｂの先端部によって先端側カバー部材６１の封止部材６３が押圧された状態から、ナット２５Ａが前進してシャフト２５Ｂの突出量が減少すると、図２３に示したように、収縮力発生手段による収縮力によって、シャフト２５Ｂの突出量の減少に追従して先端側カバー部材６１の蛇腹構造の筒状部材が収縮する。

さらにナット２５Ａが前方に移動して、シャフト２５Ｂの先端がナット２５Ａの内部に位置すると、図２４に示したように、先端側カバー部材６１の蛇腹構造の筒状部材は、収縮力発生手段による収縮力によって、その最短長さまで収縮する。

上述したように、本実施形態による産業用ロボットにおいては、上部カバー手段６０の先端側カバー部材６１の蛇腹構造の筒状部材に、複数の磁石７０を有する収縮力発生手段を設け、蛇腹構造の筒状部材をその軸方向に収縮させる収縮力を磁力によって付与するようにしたので、ナット２５Ａからのシャフト２５Ｂの突出量が少ない場合でも、或いはまったく突出していない場合でも、先端側カバー部材６１の先端部が垂れ下がることがない。

このため、シャフト２５Ｂの先端部がナット２５Ａの内部にある状態（図２４）から、シャフト２５Ｂを回転駆動してナット２５Ａを後退させ、シャフト２５Ｂの先端部をナット２５Ａから前方に突出させた状態（図２３）にする際に、シャフト２５の先端が先端側カバー部材６１の内壁に接触することを防止できる。

また、先端側カバー部材６１の周囲の狭い空間において、先端側カバー部材６１の垂れ下がった先端部が、周囲の構造物と干渉することを防止できる。

１ 産業用ロボット
２ 基台
３ 旋回基部
４ 旋回用のサーボモータ
５ アーム手段
６ 下部アーム機構
７ 上部アーム機構
８ 第１リンク（前方リンク）
８Ａ 第１リンクの下端
８Ｂ 第１リンクの上端
９ 縦リンク（後方リンク）
９Ａ 縦リンクの下端
９Ｂ 縦リンクの上端
１０ 横リンク
１０Ａ 横リンクの前端
１０Ｂ 横リンクの後端
１１ 下部支持板
１２ 上部支持板
１３ 第２リンク
１３Ａ 第２リンクの前端
１４ 第２リンクの後端延長部
１５ 連結リンク
１６ 手首部
１７ 回転体
１８ アーム駆動手段
１９ 下部アーム駆動機構
２０ 上部アーム駆動機構
２１ 下部ボールねじ
２１Ａ 下部ボールねじのナット
２１Ｂ 下部ボールねじのシャフト
２２ 下部軸受け部
２３ 下部ボールねじ駆動部
２４ 縦リンクの下端延長部
２５ 上部ボールねじ
２５Ａ 上部ボールねじのナット
２５Ｂ 上部ボールねじのシャフト
２６ 上部軸受け部
２７ 上部ボールねじ駆動部
２８ 横リンクの後端延長部
２９ 下部ボールねじ駆動部のギヤボックス
３０ 下部ボールねじ駆動部の共通の回転軸
３１ 下部ボールねじ駆動部のサーボモータ
３２、３３、３４、３５ 下部ボールねじ駆動部のギヤ
３６、３７ 下部ボールねじの支持軸
３８ 上部ボールねじ駆動部のギヤボックス
３９ 上部ボールねじ駆動部の共通の回転軸
４０ 上部ボールねじ駆動部のサーボモータ
３９ 上部ボールねじ駆動部の共通の回転軸
４０ 上部ボールねじ駆動部のサーボモータ
４１、４２、４３、４４ 上部ボールねじ駆動部のギヤ
４５、４６ 上部ボールねじの支持軸
５０ 下部カバー手段
５１ 下部カバー手段の先端側カバー部材
５２ 下部カバー手段の基端側カバー部材
５３ 下部カバー手段の先端側カバー部材の封止部材
６０ 上部カバー手段
６１ 上部カバー手段の先端側カバー部材
６２ 上部カバー手段の基端側カバー部材
６３ 上部カバー手段の先端側カバー部材の封止部材
６４ 先端側カバー部材の蛇腹折り部
６５ 取付シート
６６ 締結手段
７０ 磁石（収縮力発生手段）
Ｊ１ 第１回転軸線（旋回軸線）
Ｊ２ 第２回転軸線
Ｊ３ 第３回転軸線（上部アーム回転軸線）
Ｊ４ 第４回転軸線
Ｊ５ 第５回転軸線
Ｊ６ 第６回転軸線
Ａ１ 後方下部回転軸線
Ａ２ 前方上部回転軸線
Ａ３ 後方上部回転軸線
Ｂ１ 下部ボールねじの軸受け部側回転軸線
Ｂ２ 下部ボールねじのナット側回転軸線
Ｂ３ 上部ボールねじの軸受け部側回転軸線
Ｂ４ 上部ボールねじのナット側回転軸線
Ｒ ロボットの動作範囲

Claims (8)

1. 基部と、
   前記基部に設けられ、複数のリンクによって構成されたアーム手段と、
   前記アーム手段を駆動するためのアーム駆動手段と、を備え、
   前記アーム駆動手段は、ナットおよびシャフトを有するボールねじと、前記シャフトをその軸線周りに回転可能に支持する軸受け部と、前記シャフトの露出部分の周囲を覆うためのカバー手段と、を有し、
   前記ナットは、前記複数のリンクのうちの一つに連結されており、前記軸受部は、前記複数のリンクのうちの他の一つに連結されており、
   前記カバー手段は、前記ナットから先端側に突出する前記シャフトの先端側部分を覆うための先端側カバー部材を有し、
   前記先端側カバー部材は、先端側が封止され、軸方向に伸縮可能な筒状部材を有する、産業用ロボット。
2. 前記先端側カバー部材は、その基端部が前記ナットに連結されており、その先端部は自由端である、請求項１記載の産業用ロボット。
3. 前記先端側カバー部材は、前記筒状部材を前記軸方向に収縮させる収縮力を発生させるための収縮力発生手段を有する、請求項１または２に記載の産業用ロボット。
4. 前記収縮力発生手段は、前記収縮力を発生させるための複数の磁石を有する、請求項３記載の産業用ロボット。
5. 前記筒状部材は、複数の蛇腹折り部を含む蛇腹構造を有し、
   前記複数の磁石は、隣接する前記蛇腹折り部同士の間に吸引力を発生させるように配置されている、請求項４記載の産業用ロボット。
6. 前記複数の磁石は、前記筒状部材の先端側よりも基端側において、より強い前記吸引力を発生させるように構成されている、請求項５記載の産業用ロボット。
7. 前記アーム手段は、下部アーム機構と、前記下部アーム機構の上部に設けられた上部アーム機構と、を有し、
   前記ボールねじは、前記上部アーム機構を駆動するための上部ボールねじである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
8. 前記下部アーム機構は、前記基部に回転可能に接続された下端を有する前方リンクと、前記基部に回転可能に接続された下端を有する後方リンクと、前記前方リンクの上端および前記後方リンクの上端のそれぞれに回転可能に接続された両端を含む横リンクと、を有する平行リンク構造を備え、
   前記上部アーム機構は、上部アーム回転軸線周りに回転可能に前記横リンクに接続されている、請求項７記載の産業用ロボット。

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