JPH0829513B2 - 産業用ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、旋回可能な第１および第２のアームを備え
た産業用ロボットに関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、水平多関節型と称される産業用ロボットは
広く知られており、この種のロボットとしては、ベース
に対して旋回可能に支持された第１のアームと、この第
１のアームに対して旋回可能とされた第２のアームとを
備え、この第２のアームの先端に、チヤック等の作業用
部材とこれを作動する機構を組付けたものが一般的であ
る。

上記アームを駆動する手段としては、旋回可能に支持
されたアームと駆動モータとの間に、一段で高い減速比
の得られる減速機を介在させ、高回転数のモータ出力を
動力伝達系の中で減速して、低速、高トルクに変換して
からアームに伝えるようにしたものがある。ところ、こ
のように減速機と駆動モータを組み合わせたものでは、
摩耗やバックラッシに伴う振動など、減速機特有の問題
があり、このため、アームの施回速度の高速化や機械的
な位置決め精度の向上に自ずと限界があった。

そこで、最近、上記アームを、二重構造の固定子の間
に回転子を配した高トルクダイレクトドライブモータ
（以下DDモータと称する）で直接駆動する、いわゆるDD
駆動方式のロボットが開発され、動作の高速化と高精度
化を初めとして、低騒音化およびメインテナンスフリー
化を一挙に解決できるものとして注目されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記水平多関節型のロボットにおける第１
のアームおよび第２のアームをそれぞれ上記DDモータで
駆動しようとする場合に、DDモータは比較的大形である
ため、上記両アームを駆動する２つのモータを如何にし
て合理的に配備するかという点で課題が残されている。
すなわち、例えば第２のアームを駆動するモータを第１
のアームの先端部に取付けると、旋回部分の慣性モーメ
ントが増大して動作の高速化や高精度化を損ねる。ま
た、アームの上方にモータが突出するような配置である
と、アーム旋回部分の下方に高さ方向の作業範囲を充分
に確保しつつロボットのコンパクト化を図るということ
が困難になる。

本発明は、上記の事情に鑑み、第１アームおよび第２
アームをそれぞれDDモータによって駆動するものにおい
て、旋回部分の慣性モーメントを小さくし、かつ、アー
ム旋回部分の下方に高さ方向の作業範囲を確保しつつコ
ンパクトな構造とすることができ、その上、機能も向上
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。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、ベースに対し
て旋回可能に支持された第１のアームと、この第１のア
ームに対して旋回可能とされた第２のアームと、第２の
アームの先端部に設けられた作業用部材装着部と、上記
第１のアームを駆動する第１アーム駆動モータと、上記
第２のアームを駆動する第２アーム駆動モータとを備
え、上記両モータをそれぞれ高トルクダイレクトドライ
ブモータにより構成している産業用ロボットであって、
上記ベース上に上記第１アーム駆動モータを配置し、こ
の第１アーム駆動モータよりも小形に形成した上記第２
アーム駆動モータを第１アーム駆動モータの上方に同軸
状に配置し、この第２アーム駆動モータの上方に上記第
１のアームを配置した状態で、上記第１アーム駆動モー
タの回転子に連結した支持部材に第２アーム駆動モータ
を支持させ、かつ、この支持部材を介して上記第１アー
ム駆動モータに上記第１のアームを連結するとともに、
上記第２アーム駆動モータに、第１のアーム内に装備し
た伝動手段を介して第２のアームの旋回軸部分を連結
し、一方、上記支持部材に連結されて上記第１アーム駆
動モータの内部を貫通する軸体を第１アーム駆動モータ
の下方に導出し、上記ベース内においてこの軸体の下端
部の周囲にブレーキ手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明によると、上記第１アーム駆動モータおよび
第２アーム駆動モータがベース上に設置されていること
により、第１のアームの先端にモータを取付けるような
場合と比べて旋回部分の慣性モーメントが小さくなる。
また、アームの下方に作業用のスペースが確保されるよ
うに第１のアームが適度の高さに位置する状態で、この
第１のアームの基部とベースとの間に両モータが組み込
まれ、アームの上方等にモータが余分な場所を取ること
がない。

また、要求駆動トルクの関係で第１アーム駆動モータ
は比較的大径、第２アーム駆動モータは比較的小径とさ
れるが、第１のアームの下方におけるこれらのモータの
位置関係としては下側に大径の第１アーム駆動モータ、
上側に小径の第２アーム駆動モータが配置されているこ
とにより、第２のアームの先端側が第１のアームの基端
側に近い位置に作動するときの有効作動域の拡大に有利
となり、かつ、モータ配置部分の安定性も高められる。
そして、上記支持部材により第１アーム駆動モータ上に
第２アーム駆動モータが支持されるとともに第１アーム
駆動モータと第１のアームとが連結される。

さらに、上記第１のアームを制動するブレーキ手段が
ベース内に設けられることにより、第１アーム駆動モー
タの停止時に不必要なアームの旋回を防止する作用が得
られつつ、上記ブレーキ手段もコンパクトにレイアウト
される。

〔実施例〕

本発明の一実施例による産業用ロボットを、第１図乃
至第３図に基づいて説明する。

第１図中、１は円筒状のベースであり、その上面には
ダイレクトドライブモータからなる第１アーム駆動モー
タ２（以下、第1DDモータと称する）が固定されてい
る。第1DDモータ２は低回転で高トルクを発生させるた
め、そのハウジング３の内側に大径の外側固定子４とこ
れより小径の内側固定子５とが同軸状に配置されてお
り、これら両固定子4,5の間に回転子６が配置されてい
る。回転子６の上端面には回転力を取り出す出力フラン
ジ７が連結され、この出力フランジ７は内側固定子５を
支持する中空のモータ軸８の外周に軸受９を介して軸支
されている。

上記出力フランジ７の上面には、支持部材としての円
筒上のブラケット10が連結されている。このブラケット
10の底面中央部には、中空軸11が連結されており、この
中空軸11はモータ軸８の内側を同軸状に貫通するととも
に、その下端部がベース１の内側に導出されている。

また、上記ブラケット10は第1DDモータ２から垂直に
立設されてベースマストを兼用しており、その上端部に
は円筒状のカバー13を介して第１のアーム14が固定され
ている。この第１のアーム14は中空の箱形構造をなして
水平に延びており、上記第1DDモータ２の出力フランジ
７に直結されて、上記モータ軸８の軸心を通るＸ軸を中
心に旋回される。

第１のアーム14の先端部下面には、下方に突出する円
筒状のブラケット15が固定されており、このブラケット
15の内側には軸受16を介して中空の従動軸17が軸支され
ている。従動軸17の下端部には第２のアーム18が連結さ
れており、この第２のアーム18は中空の箱形構造をなす
とともに、上記第１のアーム14の下側において、水平方
向に延びている。

また、上記カバー13の内側には、ダイレクトドライブ
モータからなる第２アーム駆動モータ20（以下、第2DD
モータと称する）が配置されている。この第2DDモータ2
0は第1DDモータ２よりも小径に形成されている。すなわ
ち、上記第1DDモータ２は旋回部分全体の慣性モーメン
トに抗して第１のアーム12を駆動する必要があって、大
きな駆動トルクが要求されるために比較的大径となる
が、第２のアーム18を駆動する第2DDモータ20は第1DDモ
ータ２と比べて要求駆動トルクが小さいために比較的小
径に形成されている。

上記第2DDモータ20はブラケット10の上端部にカバー1
3とともに固定されている。こうして、第2DDモータ20が
第1DDモータ２の上方に位置してブラケット10に支持さ
れた状態で、上記ベース１上に両DDモータ2,20が同軸状
に積み重ねて配置されている。

そして、これらのDDモータ2,20よりも上方に第１のア
ーム14が配置された状態で、第1DDモータ２に、上記出
力フランジ７、ブラケット10およびカバー13等の連結用
の部材を介して第１のアーム14が連結されている。

なお、第2DDモータ20は第1DDモータ２と共通の構成を
なすため、同一構成部分については同一番号を付し、そ
の説明を省略する。

第2DDモータ20には、第１のアーム14内に装備された
ベルト24等からなる伝動手段を介し、第２のアーム18の
旋回軸部分である従動軸17が連結されている。すなわ
ち、第2DDモータ20の出力フランジ７には中空の駆動軸2
1が連結され、この駆動軸21はモータ軸８に対し同軸状
に位置しており、この駆動軸21および従動軸17の上端部
は第１のアーム14内に導出され、これら各軸21,17の導
出端に固定したプーリ22,23間にベルト24が架設されて
いる。従って、第2DDモータ20の駆動力は、ベルト24を
介して第２のアーム18に伝達され、この第２のアーム18
は従動軸17の軸心を通るＹ軸を中心に旋回されるように
なっている。

なお、上記従動軸17は第１のアーム14と第２のアーム
18の重合部分の略中央部に位置されており、その上下端
部が両方のアーム14,18の内部空間に開口している。

第２のアーム18の先端部には、後記エアーチャック等
の作業用部材を装着してこれを駆動するための作業用部
材装着部が設けられ、この作業用部材装着部は、例えば
次のような構造となっている。

すなわち、第２のアーム18の先端部には、筒状のケー
シング25が上下方向に貫通して設けられており、このケ
ーシング25の内側には円筒状の筒体26が軸受27を介して
挿通されている。筒体26の内側には中空円筒状のボール
スプライン軸29が挿通されており、このボールスプライ
ン軸29の下端部には可動筒30が同軸状に連結されてい
る。可動筒30はケーシング25の下端部に連なるシリンダ
31の下端開口部から導出されているとともに、この導出
端には支持軸33が取付けられている。また、ボールスプ
ライン軸29の内側には、上方からボールねじ34が噛み合
っており、このボールねじ34の上端部は一段で高い減速
比の得られる減速機35を介してサーボモータ36に連なっ
ている。従って、サーボモータ36によりボールねじ34が
回転されると、ボールスプライン軸29が上下方向にスラ
イドし、支持軸33が上下方向のＺ軸に沿って昇降動され
る。

第２のアーム18の内部には、ボールスプライン軸29と
直交する方向に沿って他のサーボモータ37が収容されて
おり、このサーボモータ37は一段高い減速比の得られる
減速機38を介してベベルギヤ39を駆動している。このベ
ベルギヤ39はボールスプライン軸29の外周に設けた他の
ベベルギヤ40に噛み合っており、このベベルギヤ40とボ
ールスプライン軸29との間には、ボールスプライン軸29
の軸方向への摺動は許容するが、軸回り方向への回動を
伝える軸受部材41が介在されている。従って、サーボモ
ータ37の駆動力がベベルギヤ39,40および軸受部材41を
介してボールスプライン軸29に伝わると、上記支持軸33
がボールスプライン軸29の軸周り方向に沿うＲ軸回りに
回転される。

そして、このようにベベルギヤ39,40を用いてサーボ
モータ37の駆動力を支持軸33に伝えるようにすれば、こ
の動力伝達経路をモータ軸やボールスプライン軸29の回
りにコンパクトに組み込むことができ、第２のアーム18
の内部空間に収めることができる。よって、ベベルギヤ
39,40の噛み合い部分から外方にオイルが飛散すること
もなく、クリーンルームでの使用が可能となる。また、
これとは逆に上記ベベルギヤ39,40の噛み合い部分に外
方から異物が入り込むこともなく、塵埃の覆い作業環境
での使用も可能となる。

また、当実施例の場合、上記支持軸33にはエアーチャ
ック45が取付けられている。このエアーチャック45はチ
ャックを開作動させるエアー導入口46と閉作動させるエ
アー導入口47を備え、これら導入口46,47にはそれぞれ
エアーホース48,48が接続されている。エアーホース48,
48は第２のアーム18の先端部下面に設けた通孔49を経
て、この第２のアーム18の内部空間に導入された後、従
動軸17の内側を通して第１のアーム14の内部空間に導入
されており、さらに、ここから駆動軸21、第2DDモータ2
0のモータ軸８、ブラケット10及び第1DDモータ２の中空
軸11の内側を通して、ベース１の周面に設けたコネクタ
50に接続されている。このコネクタ50には、エアーホー
ス48,48とエアー供給源53とを結ぶ外部エアー配管51,51
が連なっており、これら外部エアー配管51,51には開閉
弁52,52が設けられている。従って、この開閉弁52,52を
選択的に開閉することで、エアーチャック45が開閉作動
される。

また、上記二つのサーボモータ36、37はコンピュータ
55からの指令により回転角度および回転方向が制御さ
れ、このモータ36,37に制御信号を送る信号コードや電
源コードを初めとして、上記支持軸33の昇降動および回
転の基準となる原点位置を検出する近接スイッチ58,59
からの信号コード56は、エアーホース48と同様に両方の
アーム14,18およびDDモータ2,20の内部を通してコネク
タ57に接続されている。

一方、第1DDモータ２の回転子６と一体に回転する中
空軸11には、ベース１内に導出された下部外周部分にス
リーブ60が固定されており、このスリーブ60にはエンコ
ーダ61が取付けられている。エンコーダ61はスリーブ60
と一体に回転する回転板62の外周部に多数の磁極を間隔
を存して配置し、この磁極をセンサ61aで検出すること
で、上記回転子６の回転位置を磁気的に割り出してお
り、このエンコーダ61からの信号は第1DDモータ２の磁
極制御と回転位置制御のために、上記コンピュータ55を
介して第1DDモータ２にフィードバックされる。

なお、このエンコーダ61や第1DDモータ２への配線
（図示せず）は、中空軸11の内部を通してコネクタ50に
導かれ、ここから外部配線を介してコンピュータ55や電
源63に接続されている。

また、中空軸11の下端部外周には、第１のアーム14の
旋回範囲を制御するためのセンサ装置64が設けられてい
る。このセンサ装置64は中空軸11の下端部外周面に配置
した位置検出用の突起65a,65b,65cと、この突起65a,65
b,65cを検出する近接スイッチ66a,66bとで構成され、上
記突起65a〜65cか中空軸11の外周面に嵌合固定したリン
グ67に突設されているとともに、近接スイッチ66a,66b
がリング67に対し放射状に配置されている。

そして、上記第１のアーム14は図３に示すように、旋
回の基準となる原点位置ＳからＸ軸の軸回り方向両側に
一定角度θ_１、θ_２旋回運動するものであり、上記突起
65aが原点位置Ｓに位置するとともに、突起65bが一方側
の旋回限界位置Ａに、同じく突起65cが他方側の旋回限
界位置Ｂにそれぞれ配置されている。また、上記近接ス
イッチ66bがリング67上において旋回限界位置A,Bの突起
65b,65cに対応するようになっており、これら近接スイ
ッチ66a,66bからの信号は第１のアーム14の旋回位置制
御のために、上記コンピュータ55を介して第1DDモータ
２にフィードバックされる。

第１のアーム14の内部には、第２のアーム18の旋回範
囲を制御するセンサ装置72が設けられている。このセン
サ装置72は、上記第１のアーム14のセンサ装置64の構成
とほぼ同様であるが、第２のアーム18の原点位置検出用
の突起73aを備えたリング75が従動軸17の上端部に固定
されるとともに、第２のアーム18の旋回限界位置検出用
の突起73b,73cを備えたリング76が駆動軸21の上端部に
固定され、これに応じて突起73a〜73cを検出する近接ス
イッチ74a,74bが、両軸17,21回りに振り分けて設けられ
ている。

また、従動軸17上のプーリ23のボス部23aには、第2DD
モータ20の回転子６の回転位置を検出するエンコーダ70
が取付けられており、このエンコーダ70や近接スイッチ
74a,74bへの配線77は、第１のアーム14の内部空間から
第2DDモータ20および第1DDモータ２の内側を通してコネ
クタ57に導かれ、ここから外部配線を介してコンピュー
タ55に接続されている。

なお、上記近接スイッチ74bに何等かのトラブルが生
じたときの第２のアーム18のオーバーラン防止のため、
第１のアーム14の底面にゴム製のストッパー79が設けら
れ、第２のアーム18が上記旋回限界位置を超えたときに
プーリ22に設けられたボルト78が上記ストッパー79に当
接するようになっている。

また、電源OFF時や停電等によりモータへの通電が遮
断されたときにアームが不必要に動いて周囲部品接触す
るというような事態を防止し、とくにＸ軸を中心にした
大きな旋回半径（旋回軌跡Ｋ）でアームが不必要な旋回
を行うことを防止するため、上記第１のアーム14に対
し、通電遮断時に制動力を付与するブレーキ手段92が設
けられている。

このブレーキ手段92は、例えばモータの上方等に組込
むと余分なスペースがとられることになるため、上記ベ
ース１の内部において中空軸11の下端部の周囲に設けら
れることにより、コンパクトにレイアウトされている。
すなわち、このブレーキ手段92は、上記中空軸11と一体
に回転するスリーブ60の外周にフランジ状に形成された
摩擦板80と、ベース１の内部にブラケット81を介して支
持されたエアーシリンダ82と、このエアーシリンダ82の
ピストン83に連なるピストンロッド83aの先端に取付け
られた合成樹脂製のブレーキパッド84とを備えている。
上記ブレーキパッド84は摩擦板80の外周部下方に対向し
ているとともに、リターンばね90によって摩擦板80から
離間する方向に常時付勢されている。上記エアーシリン
ダ82に連なるエア配管85は、コネクタ50を介し、上記エ
アー供給源53に通じる外部配管86に接続されており、こ
の外部配管86の途中には、常開形の電磁弁87およびレギ
ュレータ88が設けられ、この電磁弁87の駆動部89はロボ
ットの電源スイッチ（図示せず）と連動するスイッチ91
を介して電源63に接続されている。

さらに、上記近接スイッチ66bに何等かのトラブルが
生じたときの第１のアーム14のオーバーラン防止のた
め、上記ベース１の内面にストッパー96が固定され、第
１のアーム14が上記旋回限界位置を超えたときに摩擦板
80に設けられたボルト95が上記ストッパー96に当接する
ようになっている。

以上のような当実施例のロボットによると、コンピュ
ータ55からの制御信号に応じ、第1DDモータ２でブラケ
ット10およびカバー13等を介して第１のアーム14が旋回
作動されるとともに、第2DDモータ20でベルト24等の伝
動手段を介して第２のアーム18が旋回作動され、これら
のアーム18の作動によりエアーチャック45の水平方向の
移動、位置調整が行われる。さらに、サーボモータ36,3
7が駆動されることによりエアーチャック45の昇降およ
び回転が行われ、エアー導入口46,47に対するエアーの
給排によりチャック開閉作動が行われる。

これらの作動が制御されることで各種作業が行われ
る。この場合に、上記両アーム14,18の旋回作動はDDモ
ータ2,20によりダイレクトドライブ方式で行われ、か
つ、両DDモータ2,20はベース１上に積み重ねて配置され
ていて、アーム14,18の慣性モーメントが極力小さく抑
えられているため、動作の高速化および高精度化が達成
される。

また、上記両DDモータ2,20が同軸状に積み重ねられ
て、その上方に第１アーム14が配置されることにより、
第１のアーム14が適度に高い位置に配置されて、アーム
14,18の旋回部分の下方にエアーチャック45の昇降によ
る高さ方向の作業範囲が充分に確保される。しかも、ア
ーム14,18の上方にモータが突出せず、ロボットの全高
が不必要に高くなることがない。

さらに、第１のアーム14の下方における両DDモータ2,
20の位置関係としては、比較的大径の第1DDモータ２が
下側に位置し、これより小径の第2DDモータ20が上側に
位置しているため、有効作動域の拡大に有利となる。つ
まり、第１のアーム14の下方のモータ配設部分のうちで
アームに近い上側部分は、第２のアーム18の先端側が第
１のアーム14の基端部に近い位置に作動したときに作業
用部材装着部と干渉して有効作動域を制限する部分とな
り、この部分の径を小さくするほど有効作動領域が拡げ
られるので、小径の第2DDモータ20が上側に配置された
本発明によると、大径の第1DDモータ２が上側に配置さ
れる場合よりも有効作動領域が拡大されることとなる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の産業用ロボットによれば、第１
アーム駆動モータおよび第２アーム駆動モータをベース
上に同軸状に積み重ねて配置し、その上方に第１のアー
ムを配置しているため、動作の高速化および高精度化を
達成するとともに、アームを適度に高く配置してアーム
旋回部分の下方に高さ方向の作業範囲を充分に確保し、
しかも、ロボットの全高を不必要に高くせず、コンパク
トな構造とすることができる。

その上、ベース上に配置した第１アーム駆動モータの
上方に小形の第２アーム駆動モータを配置し、その上方
に第１のアームを配置した状態で、第１アーム駆動モー
タの回転子に連結した支持部材により第２アーム駆動モ
ータを支持するとともに上記第１アーム駆動モータに対
して第１のアームを連結するようにしているため、有効
作動領域の拡大に有利な配置とし、かつ、モータの支持
およびアームとの連結を簡単な構造で達成することがで
きる。さらに、第１のアームを制動するブレーキ手段を
ベース内に配置しているため、不必要なアームの旋回を
防止することができるようにしつつ、上記ブレーキ手段
もコンパクトにレイアウトすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるロボット全体の断面
図、第２図は第１図中のII−II線方向から見た矢視図、
第３図はアームの旋回範囲を示す平面図である。 １……ベース、２……第1DDモータ、６……回転子、10
……ブラケット、11……中空軸、14……第１のアーム、
18……第２のアーム、20……第2DDモータ、92……ブレ
ーキ手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースに対して旋回可能に支持された第１
   のアームと、この第１のアームに対して旋回可能とされ
   た第２のアームと、第２のアームの先端部に設けられた
   作業用部材装着部と、上記第１のアームを駆動する第１
   アーム駆動モータと、上記第２のアームを駆動する第２
   アーム駆動モータとを備え、上記両モータをそれぞれ高
   トルクダイレクトドライブモータにより構成している産
   業用ロボットであって、上記ベース上に上記第１アーム
   駆動モータを設置し、この第１アーム駆動モータよりも
   小形に形成した上記第２アーム駆動モータを第１アーム
   駆動モータの上方に同軸状に配置し、この第２アーム駆
   動モータの上方に上記第１のアームを配置した状態で、
   上記第１アーム駆動モータの回転子に連結した支持部材
   に第２アーム駆動モータを支持させ、かつ、この支持部
   材を介して上記第１アーム駆動モータに上記第１のアー
   ムを連結するとともに、上記第２アーム駆動モータに、
   第１のアーム内に装備した伝動手段を介して第２のアー
   ムの旋回軸部分を連結し、一方、上記支持部材に連結さ
   れて上記第１アーム駆動モータの内部を貫通する軸体を
   第１アーム駆動モータの下方に導出し、上記ベース内に
   おいてこの軸体の下端部の周囲にブレーキ手段を設けた
   ことを特徴とする産業用ロボット。