JPH06170777A - ロボットアーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークのばらつきによるアーム部とワークと
の位置ズレを吸収して精密で高速な作業処理を可能にす
ることのできるロボットアームを提供する。 【構成】 アーム部２の一端にワークを保持するチャッ
ク部４を設けたロボットアーム１であって、前記チャッ
ク部４が水平面と平行に一方向へ略無負荷状態で遊動す
るのを可能にするためのロック自在な遊動機構３を、前
記アーム部２と前記チャック部４との間に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば製造組立ライン
等でワークを保持して所定の位置へ供給または排出する
ロボットのアーム構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のロボットアームでは、ロボット
本体に取り付けられたアーム部の一端にワークを保持す
るチャック部を設け、このチャック部を介してワークを
着脱自在に保持する構造になっている。このような構造
では、チャック部とアーム部との間に剛性があると、ワ
ークのばらつきにより給排側の装置に対して過負荷を与
えて故障を発生させたり、あるいは作業ミスを誘発した
りする問題点があった。

【０００３】そこで、これら位置ズレを自動的に修正す
る方法として、チャック部の位置にコンプライアンス機
構を設け、「軸」の向きと位置を調節して「所定の位
置」への給排を簡単に実現するＲＣＣ（リモートセンタ
ー・コンプライアンス）機構を使用したものがある。し
かし、このＲＣＣ機構では、（１）ワークの位置決めが
できないと言う問題点の他に、（２）高速処理ができな
い、（３）大きな幅を要する作業には用いることはでき
ない、（４）弾性があるためチャック部にかかるＺ軸方
向の負荷が検知できないと言う問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のロボットアームにおいて、ワークのばらつきによるア
ーム部とワークとの位置ズレを吸収する方法としてＲＣ
Ｃ機構を設けた構造では、ワークの位置決めができない
と言う問題点の他に、高速処理ができない、大きな幅を
要する作業には用いることはできない、弾性があるため
にチャック部にかかるＺ軸方向の負荷が検知できないと
言う問題点等があった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的はワークのばらつきによるアーム部
とワークとの位置ズレを吸収して精密で高速な作業処理
を可能にすることのできる構造にしたロボットアームを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、ワークを保持するためのチャック部をアーム
部の一端側に設けたロボットアームにおいて、前記チャ
ック部が水平面と平行に一方向へ略無負荷状態で遊動す
るのを可能にするためのロック自在な遊動機構を、前記
アーム部の途中、または前記アーム部と前記チャック部
との間に設けたものである。

【０００７】また、前記チャック部が水平面と平行にＸ
軸とＹ軸の二方向へ略無負荷状態で遊動するのを可能に
するためのロック自在な遊動機構を、前記アーム部の途
中、または前記アーム部と前記チャック部との間に設け
た構成にすることもできる。さらに、前記遊動機構に、
前記チャック部を前記水平面に対して回転自在に保持す
るための手段を設けることもできる。また、さらに前記
遊動機構に、前記遊動に寄与する部分を中立位置に付勢
しておくための付勢手段を設けても良い。

【０００８】

【作用】この構成によれば、アーム部とワークとの間に
位置ズレが存在するような場合に、前記アーム部の途
中、または前記アーム部と前記チャック部との間に設け
た遊動機構によりチャック部の遊動を許容し、この遊動
でその位置ズレを吸収してワークをチャック部で保持す
ることができ、精密作業が高速で処理可能になる。ま
た、ロボットおよび周辺機器の過負荷の防止と、高精度
と高負荷容量を実現できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図２は本発明の一実施例として示すロ
ボットアームの要部斜視図で、図１はそのロボットアー
ムにおける遊動機構の要部分解斜視図、図３はその遊動
機構の概略断面図である。

【００１０】図１乃至図３において、このロボットアー
ム１は、図示せぬロボット本体につながるアーム部２の
一端に遊動機構３を介して、図示せぬワークを着脱自在
に保持するチャック部４を取り付けた構成になってい
る。

【００１１】また、遊動機構３は、大きくは第１の部材
５と、第２の部材６、第３の部材７、第４の部材８、第
５の部材９等で構成されている。

【００１２】さらに詳述すると、第３の部材７は、概
略、偏平四辺形に形成され、対向し合う一対の側面７
ａ，７ａには水平方向に延びる状態にしてＸ動作用のリ
ニアベアリング１０ａが取り付けられているとともに、
これら一対の側面７ａ，７ａと直角に交差している残り
の一対の側面７ｂ，７ｂには同じく水平方向に延びる状
態にしてＹ動作用のリニアベアリング１０ｂが取り付け
られている。

【００１３】第１の部材５は、中心にアーム部２が固定
して取り付けられる取付穴１１を有した本体部５ａと、
この本体部５ａの左右両側より各々突出している一対の
突片部５ｂとを一体に有している。また、本体部５ａに
はマイクロフォトセンサ１２が設けられ、各突片部５ｂ
にはそれぞれガイドピン１３が下方に突出した状態で固
定して取り付けられ、この各ガイドピン１３の外周にそ
れぞれ圧縮バネ１４を装着して使用される。

【００１４】第２の部材６は、第１の部材５の本体部５
ａと対応した本体部６ａと、同じく第１の部材５の突片
部５ｂと対応して本体部６ａの左右両側より各々突出し
ている一対の突片部６ｂとを一体に有している。このう
ち、各突片部６ｂは、下面側が下方に向かって延ばされ
た柱状に形成されているとともに、この各突片部６ｂに
ガイドピン１３が挿入されるようにして上下方向に延ば
された状態でガイド穴１５が設けられている。一方、本
体部６ａには、その底面に一対のベアリングガイド部６
ｃ（図４参照）が互いに平行な状態で下方に突出して形
成されている。なお、この一対のベアリングガイド部６
ｃ間の寸法は、この間にＸ動作用のリニアベアリング１
０ａを介して第３の部材７が挿入可能に設定されてい
る。そして、リニアベアリング１０ａと対応するそれぞ
れの内面にはリニアベアリング１０ａがガイド可能にし
て受け入れられるガイド溝１７がＸ軸方向に沿って本体
部６ａの底面と平行な状態で形成されている。

【００１５】さらに、第２の部材６の本体部６ａには、
第１の部材５ａに設けられたマイクロフォトセンサ１２
に対応してセンサ用ドグ１６が設けられている。このセ
ンサ用ドグ１６は、マイクロフォトセンサ１２内に進退
出自在であり、またセンサ用ドグ１６がマイクロフォト
センサ１２内に侵入されたときと、マイクロフォトセン
サ１２内より外れたときとで、マイクロフォトセンサ１
２より出力される信号が異なるようになっている。加え
て、第２の部材６の本体部６ａには、センサ用ドグ１６
が設けられている側面と反対側の側面にシリンダ１８が
取り付けられている。このシリンダ１８は、マイクロフ
ォトセンサ１２の出力により切り換えられる図示せぬ制
御部からの信号により駆動制御され、このシリンダ１８
の下面側より下方に向かって突出されるピストンピン１
９を有している。

【００１６】そして、第２の部材６は、ロボット本体に
固定して取り付けられている一対のアーム２０上に載せ
られてセットされるが、このアーム２０上にはガイド穴
１５に対応してセット穴２１が形成されている。また、
このアーム２０に第２の部材６をセットする場合は、ま
ず第１の部材５のガイドピン１３に圧縮バネ１４を装着
した状態で、各ガイドピン１３をガイド穴１５に挿入さ
せて第１の部材５と第２の部材６とを一体化する。な
お、この状態では、圧縮バネ１４は僅かに圧縮されるだ
けで、センサ用ドグ１６がマイクロフォトセンサ１２内
に入り込まず、ガイドピン１３が第２の部材６の下面よ
り僅かに突出された状態におかれる。

【００１７】次いで、第３の部材７を第２の部材６の下
側に装着する。この場合、リニアベアリング１０ａがガ
イド溝１７内に係合されるようにして、第３の部材７を
一対のベアリングガイド部６ｃ，６ｃ間に装着する。す
ると、第３の部材７は、第２の部材６に対してＸ軸方向
（図２参照）には遊動できるが、Ｚ軸方向（図２参照）
には第２の部材６と一体に移動する状態に取り付けら
れ、第１，第２，第３の部材５，６，７が一体化され
る。

【００１８】次に、この状態で、第２の部材６の下面よ
り突出しているガイドピン１３をガイド穴１５に対応さ
せて、第１，第２，第３の部材５，６，７をアーム２０
上に載置させる。すると、ガイドピン１３の先端（下
端）がガイド穴１５内に係合位置決めされて取り付けら
れる。

【００１９】第４の部材８は、第２の部材６における本
体部６ａの直径と略等しい直径をした円板状に形成さ
れ、中央には上下方向に貫通する孔２２が形成されてい
る。また、上面側において、孔２２の周面にはザグリが
設けられていて、このザグリで大径部２２ａが形成され
ている。さらに、第４の部材８の上面側には一対のベア
リングガイド部８ａ（図１，図３，図４参照）が互いに
平行な状態で上方に突出して形成されている。なお、こ
の一対のベアリングガイド部８ａ間の寸法は、この間に
Ｙ動作用のリニアベアリング１０ｂを介して第３の部材
７が挿入可能に設定されている。そして、リニアベアリ
ング１０ｂと対応するそれぞれの内面にはリニアベアリ
ング１０ｂがガイド可能にして受け入れられるガイド溝
２３がＹ軸方向に沿って第４の部材８の本体部の上面と
平行な状態で形成されている。

【００２０】第５の部材９は、第４の部材８の直径と略
等しい直径をした円板状に形成されており、中央には孔
２２内に挿入可能な軸部２４が上方に突出した状態で取
り付けられている。なお、軸部２４の突出量は第４の部
材８の本体部分の厚みよりも若干小さく、また第４の部
材８が第５の部材９上に重ねられたときに先端側が大径
部２２ａ内に十分突出されるだけ確保されるように設定
されている。加えて、軸部２４の先端側には、スナップ
リング２５（図１及び図３参照）が止着される係合溝２
６が形成されている。さらに、第５の部材９には、シリ
ンダ１８のピストンピン１９に対応して、このピストン
ピン１９が挿入係合される孔３０を有した突片９ａが一
体に形成されている。なお、この孔３０の上面側におけ
る外周部分は、図５に要部拡大概略断面図として示すよ
うに、ピストンピン１９の挿入をし易くするために、テ
ーパー面２８として形成されている。

【００２１】そして、第４の部材８と第５の部材９と
は、互いに一体に取り扱われるもので、第４の部材８と
第５の部材９とを一体化する方法としては、まず軸部２
４を孔２２に挿入させて、第５の部材９上に第４の部材
８を載置する。次いで、大径部２２ａ内において、この
大径部２２ａ内に突出している軸部２４にロータリーベ
アリング２７を取り付け、このロータリーベアリング２
７で軸部２４を回転自在に保持するとともに、係合溝２
６にスナップリング２５を装着して軸部２４を抜け止め
する。すると、第５の部材９が第４の部材８に対して回
転できる状態で保持される。

【００２２】また、この互いに一体化された第４の部材
８と第５の部材９とを第１，第２の部材５，６側に組み
込む場合は、第３の部材７と第４の部材８とを係合させ
るようにして取り付ける。この場合、リニアベアリング
１０ｂがガイド溝２３内に係合されるようにして、第３
の部材７を一対のベアリングガイド部８ａ，８ａ間に装
着する。すると、第４，第５の部材８，９は、第３部材
７に対してＹ軸方向（図２参照）には遊動できるが、Ｚ
軸方向（図２参照）には第１，第２，第３，第４，第５
の部材５，６，７，８，９と一体に移動する状態に取り
付けられ、第１，第２，第３，第４，第５の部材５，
６，７，８，９とが一体化される。図３は、この組立後
の状態を示している。さらに、このようにして一体化さ
れた遊動機構３は、取付穴１１にアーム部２を図示せぬ
手段により固定して取り付けるとともに、第５の部材９
の底面にチャック部４を取り付けて使用される。図２及
び図３は、このようにして遊動機構３が組み込まれてな
るロボットアーム１の状態を示している。

【００２３】次に、このように形成されたロボットアー
ム１の動作を説明する。まず、チャック部４でワークを
掴む前は、圧縮バネ１４の付勢力で第１の部材５は第２
の部材６に対して上方へ変位され、センサ用ドグ１６が
マイクロフォトセンサ１２内より外れた状態にある。そ
して、シリンダ１８の駆動は停止し、ピストンピン１９
は突片９ａの係合孔３０より抜け出た状態に保持されて
いる。したがって、この状態では第２の部材６と第５の
部材９との間のロックが解かれ、第５の部材９は軸部２
４を支点にして第４の部材８に対してある決められた角
度θだけ回動できるとともに、第３の部材７が第２の部
材６に対してＸ軸方向に、また第４の部材８が第３の部
材７に対してＹ軸方向に、それぞれ無負荷の遊動動作
（フローティング）ができる状態にある。

【００２４】そして、この状態でチャック部４がワーク
上に対応する位置にロボットアーム１を移動させ、その
後、このロボットアーム１を下降させてチャック部４で
ワークを掴む。この場合、ワークが位置ズレを起こして
いたような場合、第５の部材９の軸部２４を支点にした
無負荷の回動と、第３の部材７が第２の部材６に対して
Ｘ軸方向に無負荷状態で遊動する動作と、第４の部材８
が第３の部材７に対してＹ軸方向に無負荷状態で遊動す
る動作とで吸収して正確に掴むことができる。

【００２５】また、ワークを掴んだことが図示せぬ手段
により検出され、チャック部４の下降が停止されている
状態で、アーム部２が第１の部材５と共にさらに降下さ
れると、センサ用ドグ１６がマイクロフォトセンサ１２
内に侵入される。すると、制御部によりシリンダ１８が
駆動され、ピストンピン１９が突出されて、このピスト
ンピン１９の先端が突片９ａの係合孔３０内に挿入係合
される。これにより、第５の部材９は第２の部材６に対
して回動ロックされるとともに、第２の部材６と第３の
部材７との間の遊動及び第３の部材７と第４の部材８と
の間の遊動がその位置でロックされる。

【００２６】したがって、この実施例の構造では、ワー
クが位置ズレを起こしていたような場合でも、このズレ
を吸収して掴むことができる。

【００２７】次いで、チャック部４で掴まれたワーク
は、そのままの状態でロボットアーム１と共に所定の挿
入位置の上に運ばれ、その後、ロボットアーム１と共に
下降される。また、ワークが挿入位置にセットされる直
前には、シリンダ１８が駆動されてピストンピン１９が
引かれ、このピストンピン１９の先端が突片９ａの係合
孔３０内より抜け出て、第５の部材９の第２の部材６に
対する回動ロックと、第２の部材６と第３の部材７との
間の遊動及び第３の部材７と第４の部材８との間の遊動
ロックが解除される。そして、ワークが挿入位置にセッ
トされるとき、その挿入位置またはワークに位置ズレが
生じていたような場合、第５の部材９の軸部２４を支点
にした無負荷の回動と、第３の部材７が第２の部材６に
対してＸ軸方向に無負荷状態で遊動する動作と、第４の
部材８が第３の部材７に対してＹ軸方向に無負荷状態で
遊動する動作とで吸収して正確に挿入させてセットする
ことができる。

【００２８】したがって、上記本実施例によるロボット
アーム１の構造によれば、アーム部２とワークとの間に
位置ズレが存在するような場合に、アーム部２とチャッ
ク部４との間に設けた遊動機構３により、その位置ズレ
を吸収してチャック部４がワークを保持することができ
るので、精密作業が高速で処理可能になり、作業性が向
上する。また、ロボットおよび周辺機器の過負荷の防止
と、高精度と高負荷容量を実現できる等の効果が期待で
きる。

【００２９】なお、上記実施例では、ピストンピン１９
が係合孔３０に挿入し易くするのに、係合孔３０の周囲
にテーパー面２８を設けた構造を開示したが、係合孔３
０の周囲にテーパー面２８を設けるのに代えて、例えば
図６に示すように、ピストンピン１９の先端に係合孔３
０よりも細い部分１９ａを設けて挿入をし易くした構造
にしても差し支えないものである。

【００３０】また、ピストンピン１９の先端が突片９ａ
の係合孔３０内より抜け出て、第５の部材９の第２の部
材６に対する回動ロックと、第２の部材６と第３の部材
７との間の遊動及び第３の部材７と第４の部材８との間
の遊動ロックが解除されたときに、第３の部材７が第２
の部材に対して中立位置に復帰できる構造にしても良い
ものである。すなわち、図７は、このように中立位置に
復帰できるようにした構造を示すもので、第３の部材７
の中心に開口３１を設けるとともに、第２の部材の中心
に開口３１内へ突出された軸３２を設け、この開口３１
内において軸３２を挟んで一対の圧縮バネ３３を配設し
たものである。

【００３１】さらに、第４の部材８に対して第５の部材
９が回動できる角度θを規制する方法として、例えば図
８に示すように、軸部２４にストッパー３４ａを有した
部材３４を固定し、第４の部材８の孔２２内にストッパ
ー３４ａの回動できる角度θを規制する遊びスペース３
５を設けた構造としても差し支えないものである。

【００３２】また、本実施例では、チャック部４をＸ軸
方向，Ｙ軸方向，及び回動方向の、各水平方向に遊動で
きる構造を開示したが、少なくとも１つの水平方向へ遊
動できるものであれば差し支えないものである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るロボ
ットアームによれば、アーム部とワークとの間に位置ズ
レが存在するような場合に、前記アーム部の途中、また
は前記アーム部と前記チャック部との間に設けた遊動機
構によりチャック部の遊動を許容し、この遊動でその位
置ズレを吸収してワークをチャック部で保持することが
できるので、精密作業が高速で処理可能になり、作業性
が向上する。また、ロボットおよび周辺機器の過負荷の
防止と、高精度と高負荷容量を実現できる等の効果が期
待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボットアームにおける遊動機構の一
例を示す要部分解斜視図である。

【図２】本発明の一実施例として示すロボットアームの
要部斜視図である。

【図３】本実施例における遊動機構の概略断面図であ
る。

【図４】本実施例におけるフローティング部分の模式図
である。

【図５】本実施例におけるピストンピンの係合ロック構
造を示す概略断面図である。

【図６】ピストンピンの係合ロック構造の一変形例を示
す概略断面図である。

【図７】第３の部材を中立位置に復帰させる構造の一例
を示す図である。

【図８】チャック部の回動する角度を規制する構造の一
例を示す図である。

【符号の説明】

１ ロボットアーム ２ アーム部 ３ 遊動機構 ４ チャック部 ３３ 圧縮バネ（付勢手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを保持するためのチャック部をア
   ーム部の一端側に設けたロボットアームにおいて、 前記チャック部が水平面と平行に一方向へ略無負荷状態
   で遊動するのを可能にするためのロック自在な遊動機構
   を、前記アーム部の途中、または前記アーム部と前記チ
   ャック部との間に設けたことを特徴とするロボットアー
   ム。
2. 【請求項２】 ワークを保持するためのチャック部をア
   ーム部の一端側に設けたロボットアームにおいて、 前記チャック部が水平面と平行にＸ軸とＹ軸の二方向へ
   略無負荷状態で遊動するのを可能にするためのロック自
   在な遊動機構を、前記アーム部の途中、または前記アー
   ム部と前記チャック部との間に設けたことを特徴とする
   ロボットアーム。
3. 【請求項３】 前記遊動機構に、前記チャック部を前記
   水平面に対して回転自在に保持するための手段を設けた
   請求項１または２に記載のロボットアーム。
4. 【請求項４】 前記遊動機構に、前記遊動に寄与する部
   分を中立位置に付勢しておくための付勢手段を設けた請
   求項１または２、もしくは請求項３に記載のロボットア
   ーム。