ロボット
【課題】ピック＆プレースの作業が可能なものにあって、比較的簡単な構成でありながらも、部品供給部と部品組付部との間の途中部位の障害物を容易に乗越える。
【解決手段】Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レール６の前面側に、移動体７を直線移動可能に設ける。移動体７の前面部に、回動アーム８の基端側を、Ｒ１軸を中心に回動可能に連結する。回動アーム８の先端側に、下端に作業用ツール１０を有する手首部９を、Ｒ２軸を中心に回動可能に連結する。回動アーム８内に、移動体７に対して回動アーム８を回動させるための、回動用モータ１６、減速機１７等からなる駆動機構１３を設ける。回動アーム８内に、手首部９の絶対的な向きを一定に保持するための、第１のプーリ１５、第２のプーリ２１、ベルト２２等からなる姿勢保持機構１４を設ける。
【解決手段】Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レール６の前面側に、移動体７を直線移動可能に設ける。移動体７の前面部に、回動アーム８の基端側を、Ｒ１軸を中心に回動可能に連結する。回動アーム８の先端側に、下端に作業用ツール１０を有する手首部９を、Ｒ２軸を中心に回動可能に連結する。回動アーム８内に、移動体７に対して回動アーム８を回動させるための、回動用モータ１６、減速機１７等からなる駆動機構１３を設ける。回動アーム８内に、手首部９の絶対的な向きを一定に保持するための、第１のプーリ１５、第２のプーリ２１、ベルト２２等からなる姿勢保持機構１４を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レールに沿って移動される移動体を備え、いわゆるピック(PICK)＆プレース(PLACE)の作業等を行うロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場設備（ライン）において組立等の作業を行うロボットとして、チャック等の作業用ツールが交換可能に取付けられる手首部を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（上下軸）の３軸方向に自在に移動させることが可能な直角座標ロボット（ＸＹロボット）が知られている。この直角座標ロボットは、工場の床上に設置されるＸ軸直線方向搬送装置、このＸ軸直線方向搬送装置によってＸ軸方向に移動されるＹ軸直線方向搬送装置、このＹ軸直線方向搬送装置によってＹ軸方向に移動されるＺ軸直線方向搬送装置、このＺ軸直線方向搬送装置によって上下方向（Ｚ軸方向）に移動される手首部を備えて構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種のロボットが行う作業として、ピック(PICK)＆プレース(PLACE)と称される作業がある。このロボットによるピック＆プレースの作業は、例えば、部品供給部から１個の部品を掴んで(PICK)、その部品をＸ軸及びＹ軸方向に搬送し、ベルトコンベア上のワーク等の所定の部品組付部に置く(PLACE)作業を繰返すものである。この場合、ロボットの動作空間としては、部品を掴む及び置くためにＺ軸（上下）方向に広がり、且つ、部品を搬送する方向であるＸ軸及びＹ軸方向に広がるものとなる。
【特許文献１】特開平８−１４１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなピック(PICK)＆プレース(PLACE)を行う作業設備においては、部品供給部と部品組付部との間で部品を例えばＸ軸方向に搬送する際の途中部位に、搬送の邪魔となるようなある程度の高さの障害物が存在しているケースがある。上記したような直角座標ロボットでは、Ｚ軸直線方向搬送装置の高さ方向の寸法が、そのまま手首部の上下方向の可動範囲に対応したものとなっている。そのため、上下方向に関してＺ軸直線方向搬送装置の一部に重なる高さの障害物が存在する場合に、部品（ロボットの手首部）をその障害物を乗り越えさせる（上方を通過させる）ことができず、干渉してしまう虞が生ずる。
【０００５】
このとき、上記したようなＹ軸方向にも移動可能なロボットであれば、例えば手首部（Ｚ軸直線方向搬送装置）を、Ｙ軸方向に移動させて障害物を迂回させることは可能となるが、ロボットの構成が複雑となって大型で高価なものとなると共に、障害物の回避動作のためにロボットの作業用空間がＹ軸方向に大きくなる不都合がある。従って、比較的簡単な構成（少ない軸数）で、上記したピック＆プレースの作業を行うことができ、しかも、その際に部品供給部と部品組付部との間の途中部位の障害物を容易に乗越えることが可能なロボットが求められるのである。但し、障害物を回避するために、１回のピック＆プレースの作業に要する時間（生産のサイクルタイム）があまり長くなってしまうようでは、意味がないものとなる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ピック＆プレースの作業が可能なものにあって、比較的簡単な構成でありながらも、部品供給部と部品組付部との間の途中部位の障害物を容易に乗越えることができ、生産サイクルタイムへの影響を少なくすることができるロボットを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のロボットは、Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レールと、このＸ軸レールに沿ってＸ軸方向に直線移動される移動体と、この移動体に、基端側が前記Ｘ軸方向と同一平面上にした場合に直交して水平方向に延びるＲ１軸を中心に回動可能に連結され、先端側が前記Ｒ１軸から放射方向に延びる回動アームと、この回動アームの先端部に、前記Ｒ１軸と平行なＲ２軸を中心に回動可能に連結され、作業用ツールが装着可能な手首部と、前記回動アームを前記移動体に対し前記Ｒ１軸を中心に回動させる駆動機構と、前記回動アームの前記移動体に対する回動角度が変動しても前記手首部の前記Ｘ軸レールに対する向きを一定に保持する姿勢保持機構とを具備するところに特徴を有する。
【０００８】
これによれば、移動体はＸ軸レールに沿ってＸ軸方向に自在に移動される。これと共に、回動アームが駆動機構により移動体に対して回動し、Ｒ１軸を中心とした回動角度が変化することによって、回動アームの先端つまり手首部の上下（Ｚ軸）方向（及びＸ軸方向）の位置が変動する。さらに、姿勢保持機構によって、回動アームの回動角度が変動しても、手首部の向きを一定に保持することができる。
【０００９】
これにて、手首部を、その向きを一定（例えば下向き）に保ったまま、上下（Ｚ軸）方向及びＸ軸方向に自在に移動させることができ、部品供給部から部品を掴んで(PICK)、その部品をＸ軸方向に搬送し、所定の部品組付部に置く(PLACE)といったピック＆プレースの作業を実行することができる。この場合、手首部が例えば常に下向きに保持されることによって、例えばピック＆プレースの作業を行う場合に、手首部を別の向きから下向きに変更するための余分な時間が発生することがなくなり、効率的となる。また、Ｘ軸レールの長さに応じたＸ軸ストロークを得ることができ、軸数も少なく、比較的小型で簡単な構成で、ピック＆プレースの作業の実行が可能となる。
【００１０】
そして、手首部の上下動（Ｚ軸方向移動）は、直線方向搬送装置ではなく回動アームの回動により行われるので、回動アームの長さ（Ｒ１軸からＲ２軸までの距離）に対応した上下動ストロークを得ることができながらも、回動アームを、水平位置（又はそれに近い状態）まで回動させて手首部をＸ軸レールと同等の高さに位置させることによって、全体としての高さ方向寸法を小さい状態にすることができる。
【００１１】
従って、上記ピック＆プレースの作業にあって、部品供給部と部品組付部との間の途中部位に障害物が存在していても、その障害物を容易に乗越えさせる、つまり、手首部及び回動アームを、障害物の上部空間を通過させることが可能となる。しかも、移動体のＸ軸方向移動と回動アームの回動動作とをシンクロ動作させることによって、ある程度の動作速度を確保することができるので、生産サイクルタイムが徒に長くなるといったことを未然に防止することができる。
【００１２】
本発明においては、上記姿勢保持機構を、前記回動アームの基端側に前記Ｒ１軸に軸心を一致させて前記移動体に対して固定的に設けられた第１のプーリと、前記回動アームの先端側に該回動アームに対して前記Ｒ２軸を中心に回転可能に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと第２のプーリとの間に掛渡されたベルトとを設け、前記第２のプーリを前記手首部に連結して構成することができる（請求項２の発明）。
【００１３】
これによれば、回動アームが移動体に対しＲ１軸を中心に回動変位したときに、第２のプーリが、回動アームに対してＲ２軸を中心に、該回動アームの回転（旋回）方向とは逆方向に同角度だけ相対回転するようになる。従って、第２のプーリに連結された手首部の絶対的な向き（Ｘ軸レールに対する向き）が一定に保持されるようになる。
【００１４】
このとき、モータ等の駆動源を設けることなく、比較的簡単な構成で、姿勢保持機構を構成することができる。この結果、回動アームの手先部が比較的軽くなることから、駆動機構（回動用のモータ）の負荷が小さく済んで小型化が可能となり、この回動用のモータ等の小型化、軽量化が回動アームの小型化（Ｙ軸方向の薄型化）につながる。さらに、そのような回動アームの薄型化が、Ｙ軸方向に関しての他の障害物との干渉可能性をも減少させることにつながり、細い作業領域を通してピック＆プレースの作業を実行することが可能となり、ひいては、様々な工場の設備設置環境に対する適応性の向上につながるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、ロボットの概略的な正面図
【図２】回動アームの内部構成を概略的に示す縦断左側面図
【図３】作業工程の進行に伴う回動アームの位置状態の変化の様子を順に示す図
【図４】ロボットによる作業設備を概略的に示す平面図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【図６】本発明の第３の実施例を示すもので、姿勢保持機構の構成を概略的に示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（１）第１の実施例
以下、本発明を具体化した第１の実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、図４は、本実施例に係るロボット１を用いて、いわゆるピック(PICK)＆プレース(PLACE)の作業を行う作業設備２の構成を概略的に示す平面図である。この作業設備２においては、作業台３の上方に、後述するロボット１（Ｘ軸レール６）が、Ｘ軸方向（図で左右方向）に延びて設置されている。また、前記作業台３の図で左端部には、例えばパーツフィーダ等の部品供給部４が設けられており、この部品供給部４により、Ｘ軸レール６よりも下方の所定の部品供給位置Ａに部品Ｐが１個ずつ供給される。
【００１７】
そして、前記作業台３の図で右側部位（Ｘ軸レール６の下方）には、前後方向（Ｙ軸方向）に延びるワーク搬送路５が設けられている。このワーク搬送路５は、例えばベルトコンベア装置を備えて構成され、複数のワークＷ（パレット）を図で矢印Ｙ１方向に（後方から前方へ向けて）順に搬送するようになっている。各ワークＷ（パレット）は、ワーク搬送路５上の部品組付部（Ｘ軸レール６の手前）にて停止され、この停止位置にて、部品組付位置Ｂに対して前記部品Ｐの載置（組付け）の作業が行われるようになっている。
【００１８】
これにて、この作業設備２においては、ピック＆プレースの作業として、ロボット１が部品供給位置Ａから１個の部品Ｐを掴んで(PICK)、その部品ＰをＸ軸方向（図で右方）に搬送し、ワーク搬送路５上のワークＷの所定の部品組付位置Ｂに置き(PLACE)、部品供給位置Ａに向けて次の部品Ｐを取りに行くといった作業を繰返して実行する。尚、本実施例で、左右、前後、上下といった方向をいう場合には、図４に示す状態を基準とし、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向として説明する。
【００１９】
さて、本実施例に係るロボット１について、図１ないし図３も参照して詳述する。図１及び図２は、前記ロボット１の全体構成を示しており、図１はロボット１を前方から見た正面図、図２は回動アーム部分を下向きの状態で断面にした縦断左側面図である。このロボット１は、Ｘ軸レール６、このＸ軸レール６の前面側にＸ軸方向に直線移動可能に設けられた移動体７、この移動体７の前面側に回動可能に連結された回動アーム８、この回動アーム８の先端部後面側に設けられた手首部９等から構成される。また、前記手首部９の先端（下端）のフランジ部には、前記部品Ｐを把持（吸着）するためのチャック（ハンド）等の作業用ツール１０が着脱可能に装着される。
【００２０】
前記Ｘ軸レール６は、図３、図４にも示すように、図で左右（Ｘ軸）方向に水平に長く延び、前記作業台３の上方の所定の高さ位置に、図示しない支柱などを介して設置されている。前記移動体７は、前後方向に薄型の矩形ブロック状をなし、前記Ｘ軸レール６の前面部に設けられたリニアガイド（図示せず）に沿って直線移動可能に支持されている。これと共に、移動体７は、前記Ｘ軸レール６の右端部に配設されたＸ軸モータ１１（図１、図４参照）や、そのＸ軸モータ１１により回転されるボールねじ１２（図２参照）等からなる直線移動機構により、Ｘ軸方向に自在に移動されるようになっている。
【００２１】
前記回動アーム８は、図１に示すように、正面から見て両端部が半円形状とされた長尺状をなすと共に前後方向に厚みを有する箱状のフレーム８ａを有し、図２にも示すように、その基端側（図２で上端側）が、前記移動体７に対し、Ｘ軸方向と同一平面上にした場合に直交して水平方向に延びる、つまり前後（Ｙ軸）方向に延びるＲ１軸を中心に回動（旋回）可能に連結されている。図１、図２に示すように、回動アーム８の先端側は、Ｒ１軸から放射方向に延びているが、前記手首部９は、その上端部が、回動アーム８の先端部の後面側に、前記Ｒ１軸と平行な（Ｙ軸方向に延びる）Ｒ２軸を中心に相対的に回動可能に連結されている。
【００２２】
そして、このロボット１には、前記回動アーム８を前記移動体７に対してＲ１軸を中心に自在に回動（旋回）させるための駆動機構１３（図２参照）が設けられている。簡潔にいうと、この駆動機構１３は、前記回動アーム８に固定的に設けられたモータ１６と、このモータ１６の回転を減速して前記Ｒ１軸に軸心を一致させた出力軸１７ａから出力する減速機１７とを備え、前記減速機１７の出力軸１７ａが前記移動体７に連結されて構成されている。
【００２３】
これと共に、図１にも示すように、ロボット１には、前記回動アーム８の前記移動体７に対する回動によって駆動され、回動アーム８の移動体７に対する角度が変位しても、前記手首部９（作業用ツール１０）のＸ軸レール６（作業設備２）に対する向きを一定（この場合下向き）に保持する姿勢保持機構１４が設けられている。具体的には、本実施例では、前記駆動機構１３及び姿勢保持機構１４は、以下のように構成されている。
【００２４】
即ち、図２に示すように、前記移動体７の前面部には、タイミングプーリからなる第１のプーリ１５が、その軸心を前記Ｒ１軸に一致させた状態で、前方に突出した状態に固定的に設けられている。この第１のプーリ１５は、前記回動アーム８のフレーム８ａのうちの背面部基端側に、該第１のプーリ１５よりも径大に形成された円形の開口部８ｂを通して、回動アーム８内に配置されている。そして、前記回動アーム８内には、回動用モータ１６と、この回動用モータ１６の駆動力を減速して出力する減速機１７とが、円筒状の取付部材１８を介して固定的に設けられている。また、前記減速機１７は、その出力軸１７ａを後方に向け且つ前記Ｒ１軸に軸心を一致させた状態で設けられ、該出力軸１７ａが、前記第１のプーリ１５（ひいては移動体７）に連結されている。
【００２５】
これにて、前記回動用モータ１６及び減速機１７等から駆動機構１３が構成される。この場合、回動用モータ１６が回転駆動されると、その回転が減速機１７により減速され、減速機１７の出力軸１７ａが第１のプーリ１５（移動体７）を相対的に回転させるようになり、以て、移動体７に対して回動アーム８がＲ１軸を中心に回動するのである。
【００２６】
一方、前記回動アーム８のフレーム８ａのうちの背面部の先端側には、前記Ｒ２軸に軸心を一致させて、フレーム８ａの背面部を前後方向に貫通するシャフト１９が、軸受２０を介して回転可能に設けられている。そのシャフト１９の回動アーム８の内側に位置する前端部には、前記第１のプーリ１５と同径のタイミングプーリからなる第２のプーリ２１が固着されており、シャフト１９の後端部が、下向きとされた前記手首部９に連結（固定）されている。そして、図１にも示すように、回動アーム８内において、前記第１のプーリ１５と、第２のプーリ２１との間に、タイミングベルトからなるベルト２２が掛渡されている。尚、前記取付部材１８には、前記ベルト２２が通過する開口が形成されていることは勿論である。
【００２７】
これにて、第１のプーリ１５、第２のプーリ２１、ベルト２２等から姿勢保持機構１４が構成される。このとき、上記のように回動アーム８が移動体７に対しＲ１軸を中心に回動変位したときに、第１のプーリ１５が、回動アーム８に対して相対的に回動変位する。そして、第１のプーリ１５にベルト２２を介して接続されている第２のプーリ２１が、回動アーム８に対してＲ２軸を中心に、該回動アーム８の回転（旋回）方向とは逆方向に同角度だけ相対回転するようになる。これにより、モータ等の駆動源を別途に設けることなく、第２のプーリ２１にシャフト１９を介して連結された手首部９の絶対的な向き（Ｘ軸レール６に対する向き）が一定に保持されるのである。また、回動アーム８内の重量配分は、モータ等を駆動源とした姿勢保持機構を手先側に設ける場合と比べて、手先側が軽いものとなっている。
【００２８】
尚、上記ロボット１のＸ軸モータ１１及び回動用モータ１６、並びに作業用ツール１０は、図示しないロボットコントローラにより、動作プログラム等に基づいて駆動制御され、以て上記したようなピック＆プレースの作業工程等を自動で繰返し行うことが可能となっている。
【００２９】
次に、上記のように構成されたロボット１の作用について、図３も参照して述べる。上記ロボット１は、図１に示すように、移動体７をＸ軸レール６に沿ってＸ軸方向に自在に移動させると共に、回動アーム８を移動体７に対して回動させてＲ１軸を中心とした回動角度を変更することによって、回動アーム８の先端つまり手首部９を、上下（Ｚ軸）方向及び左右（Ｘ軸）方向に自在に移動させることができる。このとき、姿勢保持機構１４によって、回動アーム８の移動体７に対する回動角度が変動しても、手首部９は下向きの状態が保持されるようになる。
【００３０】
図１には、移動体７をＸ軸レール６の左端部に位置させ、且つ、回動アーム８を真下向きの角度に回動させた状態を実線で示している。また、図１には、移動体７をＸ軸レール６の中間部に位置させ且つ回動アーム８を斜めの角度に回動させた状態、及び、移動体７をＸ軸レール６の右端部に位置させ且つ回動アーム８をほぼ水平まで回動させた状態を、夫々想像線で示している。この場合、図１に示すように、手首部９の、Ｘ軸レール６の長さに応じたＸ軸ストロークが得られると共に、回動アーム８の長さ（Ｒ１軸からＲ２軸までの寸法）に対応したＺ軸ストロークが得られる。
【００３１】
このように、ロボット１においては、回動アーム８を様々な回動角度（及びＸ軸方向位置）にすることにより、手首部９を、少なくとも図１にＸ軸ストローク及びＺ軸ストロークで示される範囲内（ＸＺ二次元平面内）で、自在に移動させながら様々な作業を行うことができる。例えば、図４に示す作業設備において、ロボット１により部品供給位置Ａから部品Ｐを掴んで、その部品ＰをＸ軸方向（図で右方）に搬送し、部品組付位置Ｂに置くピック＆プレースの作業を繰返して行うことができる。
【００３２】
ここで、上記したような作業設備２においては、図１、図３、図４に示すように、作業台３上の部品供給部４（部品供給位置Ａ）とワーク搬送路５（部品組付位置Ｂ）との間の途中部位に、上端部がＸ軸レール６よりもやや低い位置に位置し部品ＰをＸ軸方向に搬送する際の邪魔となるような障害物Ｃが存在しているケースが考えられる。このとき、従来例で述べた直角座標ロボットのような、Ｚ軸直線方向搬送装置の高さ方向の寸法の範囲内で手首部を上下移動させるものの場合には、手首部を、その障害物Ｃを乗り越えさせる（上方を通過させる）ことができなくなる不具合があった。
【００３３】
これに対し、本実施例のロボット１では、回動アーム８を水平位置（又はそれに近い状態）まで回動させて手首部９をＸ軸レール６と同等の高さに位置させることができるので、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間の途中部位に障害物Ｃが存在していても、その障害物Ｃを容易に乗越えさせる、つまり、手首部９及び回動アーム８を、障害物Ｃの上部空間を通過させながら作業を行うことが可能となる。
【００３４】
図３は、この際の、ロボット１を正面から見た場合の、Ｘ軸レール６、部品供給位置Ａ、部品組付位置Ｂ、障害物Ｃに対する、回動アーム８の動作パターンを示すものであり、太線が、回動アーム８のＸ軸方向位置及びＲ１軸を中心とした回動角度を示し、また、該太線の先端の矢印の向きが、手首部９の先端（作業用ツール１０）の向きを示している。回動アーム８が、工程（１）〜（５）の順に動作することにより、上記ピック＆プレースの作業が行われる。
【００３５】
即ち、まず、工程（１）では、手首部９の先端（作業用ツール１０）を、部品供給位置Ａの真上に移動させた後、下降させ、部品Ｐを掴むことが行われる。工程（２）では、移動体７をＸ軸方向に若干量移動させながら、回動アーム８を正面から見て時計回り方向に回動させていき、部品Ｐを掴んだまま手首部９を真上に上昇させることが行われる。そして、工程（３）のように、回動アーム８が水平状態となるまで手首部９が上昇される。
【００３６】
次いで、移動体７をＸ軸方向（図で右方）に移動させることにより、手首部９及び回動アーム８を、障害物Ｃに干渉することなく乗越えさせる（障害物Ｃの上部空間を通過させる）ことができる。この後、工程（４）のように、移動体７をＸ軸方向に若干量移動させながら、回動アーム８を正面から見て反時計回り方向に回動させ、部品組付位置Ｂの真上から手首部９を下降させていく。そして、工程（５）にて、部品組付位置Ｂに部品Ｐが置かれるのである。尚、図示はしていないが、部品組付位置Ｂから部品供給位置Ａに向けて戻る際にも、回動アーム８を水平状態として障害物Ｃを乗越えさせる。
【００３７】
このように本実施例のロボット１によれば、ピック＆プレースの作業の実行が可能なものであって、軸数（モータの数）も少なく、比較的小型で簡単な構成で済ませることができる。そして、手首部９の上下動（Ｚ軸方向移動）は、直線方向搬送装置ではなく回動アーム８の回動により行われるので、回動アーム８の長さ（Ｒ１軸からＲ２軸までの距離）に対応した上下動ストロークを得ることができながらも、回動アーム８を、水平位置（又はそれに近い状態）まで回動させて手首部９をＸ軸レール６と同等の高さに位置させることによって、全体としての高さ方向寸法を小さい状態にすることができる。
【００３８】
これにより、ピック＆プレースの作業を行う際に、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間の途中部位に障害物Ｃが存在しても、その障害物Ｃを容易に乗越えながら作業を行うことができる。このことは、言い換えると、作業台３上において、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間に、別の装置や設備、部品等を配設することが可能となり、作業設備２の空間を有効に利用することができるメリットにつながるものである。しかも、移動体７のＸ軸方向移動と回動アーム８の回動動作とをシンクロ動作させることによって、ある程度の動作速度を確保することができるので、生産サイクルタイムが徒に長くなるといったことを未然に防止することができる。
【００３９】
また、特に本実施例では、駆動機構１３を、回動アーム８側に回動モータ１６及び減速機１７を配設して構成したので、移動体７の構成を簡単化してコンパクトに（移動体７を上下方向に大型とならずに）済ませることができる。
【００４０】
さらに本実施例では、姿勢保持機構１４を、第１のプーリ１５、第２のプーリ２１、ベルト２２等から構成したので、モータ等の駆動源を設けることなく、比較的簡単な構成で、姿勢保持機構１４を構成することができるといった利点も得ることができる。この結果、回動アーム８の手先部が比較的軽くなることから、回動用モータ１６の負荷が小さく済んで小型化が可能となり、この回動用モータ１６の小型化、軽量化が回動アーム８の小型化（Ｙ軸方向の薄型化）につながる。さらに、そのような回動アーム８の薄型化が、Ｙ軸方向に関しての他の障害物との干渉可能性をも減少させることにつながり、細い作業領域を通してピック＆プレースの作業を実行することが可能となり、ひいては、様々な工場の設備設置環境に対する適応性の向上につながるものとなる。
【００４１】
（２）第２、第３の実施例、その他の実施例
図５は、本発明の第２の実施例に係るロボット３１の構成を示している。上記第１の実施例と共通する部分については、符号を共通して使用し、詳しい説明を省略する。このロボット３１が、上記第１の実施例のロボット１と異なる点は、回動アーム３２を、移動体７に対しＲ１軸を中心に回動させるための駆動機構３３（及び姿勢保持機構３４）の構成にある。このとき、駆動機構３３は、移動体７に固定的に設けられたモータ３６と、入力部３８ａから入力された回転を減速して出力部３８ｂから出力するように構成され、出力部３８ｂがＲ１軸に軸心を一致させた状態で回動アーム３２に連結されるように設けられた減速機３８と、モータ３６の回転を減速機３８の入力部３８ａに伝達する伝達機構とを備えている。
【００４２】
即ち、移動体７の前面部には、前方に延びる円筒状をなす取付部材３５が固定的に取付けられている。この取付部材３５が、回動アーム３２のフレーム３２ａの背面側の開口部を通して該回動アーム３２内に配置されている。また、移動体７の下部には、Ｘ軸レール６よりも下方に位置して、回動用モータ３６が前向きに取付けられ、この回動用モータ３６の駆動軸にタイミングプーリからなる駆動プーリ３７が取付けられている。
【００４３】
一方、前記回動アーム３２内には、前記取付部材３５の前端に位置して減速機３８が取付けられている。詳しく図示はしないが、この減速機３８は、入力部たる入力軸３８ａが、軸心を前記Ｒ１軸に一致させた状態で後方を指向するように設けられていると共に、その入力軸３８ａからの入力を減速して出力する出力部３８ｂが、軸心を前記Ｒ１軸に一致させ田状態で、回動アーム３２のフレーム３２ａに固定的に連結されている。
【００４４】
この減速機３８の入力軸３８ａの先端部には、タイミングプーリからなる従動プーリ３９が取付けられ、その従動プーリ３９と前記駆動プーリ３７との間にベルト（タイミングベルト）４０が掛渡されている。これにて、駆動プーリ３７、従動プーリ３９、ベルト４０から伝達機構が構成され、回動用モータ３６及び減速機３８等と共に駆動機構３３が構成される。この場合、回動用モータ３６が回転駆動されると、その回転が伝達機構を介して減速機３８に伝達され、減速機３８により減速されて、移動体７に対して回動アーム３２が回動するのである。
【００４５】
さらに、前記取付部材３５の先端側の外周には、タイミングプーリからなる第１のプーリ４１が固定的に設けられている。一方、前記回動アーム３２のフレーム３２ａのうちの背面部の先端側（図で下端側）には、前記Ｒ２軸に軸心を一致させて、軸受２０を介してシャフト１９が設けられ、シャフト１９の後端部が手首部９に連結されている。そして、シャフト１９の前端部には、前記第１のプーリ４１と同径のタイミングプーリからなる第２のプーリ４２が固着されており、それら第１のプーリ４１と、第２のプーリ４２との間に、タイミングベルトからなるベルト４３が掛渡されている。これにて、第１のプーリ４１、第２のプーリ４２、ベルト４３等から姿勢保持機構３４が構成される。
【００４６】
このような第２の実施例のロボット３１によれば、上記第１の実施例と同様に、ピック＆プレースの作業の実行が可能なものであって、軸数（モータの数）も少なく、比較的小型で簡単な構成で済ませることができ、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間の途中部位に障害物Ｃが存在しても、その障害物Ｃを容易に乗越えながら作業を行うことができる。そして、本実施例の駆動機構３３の構成によれば、回動用モータ３６を移動体７側に配設したので、移動体７が上下方向にやや大型化するものの、回動アーム３２の小型化や軽量化を図ることができる。
【００４７】
図６は、本発明の第３の実施例を示すもので、上記第１の実施例と異なるところは、回動アーム５１内に設けられる姿勢保持機構５２の構成にある。この姿勢保持機構５２は、回動アーム５１の基端側にＲ１軸に軸心を一致させて移動体７に対して固定的に設けられた入力ギヤ５３と、回動アーム５１の先端側に該回動アーム５１に対してＲ２軸を中心に回転可能に設けられた出力ギヤ５４と、回動アーム５１に設けられ入力ギヤ５３と出力ギヤ５４との間において奇数個が順に噛合いそれら入力ギヤ５３から出力ギヤ５４に１対１のギヤ比で回転伝達させる伝達ギヤ５５〜５７とを備え、出力ギヤ５４が手首部９に連結されて構成されている。
【００４８】
即ち、本実施例では、回動アーム５１の基端側には、例えば平歯車からなる入力ギヤ５３が、Ｒ１軸に軸心を一致させた状態で移動体７に対して固定的に設けられている。一方、回動アーム５１の先端側には、Ｒ２軸に軸心を一致させて、軸受２０を介してシャフト１９が回転可能に設けられ、シャフト１９の後端部が手首部９に連結されている。シャフト１９の前端部には、前記入力ギヤ５３と同径（同じ歯数）の平歯車からなる出力ギヤ５４が取付けられている。
【００４９】
そして、回動アーム５１内には、前記入力ギヤ５３と出力ギヤ５４との間に位置して、奇数個この場合３個の伝達ギヤ５５，５６，５７が設けられている。これら伝達ギヤ５５，５６，５７も、前記入力ギヤ５３及び出力ギヤ５４と同径（同じ歯数）の平歯車からなり、正面から見てＲ１軸とＲ２軸とを結ぶ線に沿って、Ｒ１軸，Ｒ２軸と平行な（Ｙ軸方向に延びる）軸を中心に夫々回動可能に設けられている。
【００５０】
このとき、前記入力ギヤ５３に伝達ギヤ５５が噛合い、その噛合い位置とは反対の位置で伝達ギヤ５５に伝達ギヤ５６が噛合い、その噛合い位置とは反対の位置で伝達ギヤ５６に伝達ギヤ５７が噛合い、その噛合い位置とは反対の位置で伝達ギヤ５７に前記出力ギヤ５４が噛合っている。これにて、入力ギヤ５３の回転が、出力ギヤ５４に１対１のギヤ比で伝達されるようになっている。
【００５１】
この構成によっても、回動アーム５１が移動体７に対しＲ１軸を中心に回動変位したときに、入力ギヤ５３が、回動アーム５１に対して相対的に回動変位し、３個の伝達ギヤ５５，５６，５７を介して、出力ギヤ５４が、回動アーム５１に対してＲ２軸を中心に、該回動アーム５１の回転（旋回）方向とは逆方向に同角度だけ相対回転するようになる。これにより、出力ギヤ５４に連結された手首部９の絶対的な向き（Ｘ軸レール６に対する向き）が一定に保持される。従って、この第３の実施例によっても、モータ等の駆動源を設けることなく、比較的簡単な構成で、姿勢保持機構５２を構成することができる。
【００５２】
尚、上記第３の実施例では、姿勢保持機構５２を、入力ギヤ５３と出力ギヤ５４との間に３個の伝達ギヤ５５，５６，５７を設けて構成したが、伝達ギヤの個数は奇数個とすれば良く、１個、或いは５個以上の組合せでも良い。また、入力ギヤ５３、出力ギヤ５４、伝達ギヤ５５，５６，５７を全て同径のギヤから構成したが、歯数の異なる大小のギヤの組合せによって、入力ギヤの回転が、最終的に出力ギヤに１対１のギヤ比で伝達されるように構成しても良い。
【００５３】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、作業設備のレイアウトや、作業の内容などについても種々の変更が可能であり、また、複数台のロボットによって作業を行う設備であっても良い。さらには、ロボットの機械的構成、例えば駆動機構や姿勢保持機構の具体的な構成等についても、様々な変形が可能であるなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００５４】
図面中、１、３１はロボット、２は作業設備、６はＸ軸レール、７は移動体、８，３２，５１は回動アーム、９は手首部、１０は作業用ツール、１３，３３は駆動機構、１４，３４，５２は姿勢保持機構、１５，４１は第１のプーリ、１６，３６は回動用モータ、１７，３８は減速機、２１、４２は第２のプーリ、２２，４３はベルト、５３は入力ギヤ、５４は出力ギヤ、５５，５６，５７は伝達ギヤを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レールに沿って移動される移動体を備え、いわゆるピック(PICK)＆プレース(PLACE)の作業等を行うロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場設備（ライン）において組立等の作業を行うロボットとして、チャック等の作業用ツールが交換可能に取付けられる手首部を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（上下軸）の３軸方向に自在に移動させることが可能な直角座標ロボット（ＸＹロボット）が知られている。この直角座標ロボットは、工場の床上に設置されるＸ軸直線方向搬送装置、このＸ軸直線方向搬送装置によってＸ軸方向に移動されるＹ軸直線方向搬送装置、このＹ軸直線方向搬送装置によってＹ軸方向に移動されるＺ軸直線方向搬送装置、このＺ軸直線方向搬送装置によって上下方向（Ｚ軸方向）に移動される手首部を備えて構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種のロボットが行う作業として、ピック(PICK)＆プレース(PLACE)と称される作業がある。このロボットによるピック＆プレースの作業は、例えば、部品供給部から１個の部品を掴んで(PICK)、その部品をＸ軸及びＹ軸方向に搬送し、ベルトコンベア上のワーク等の所定の部品組付部に置く(PLACE)作業を繰返すものである。この場合、ロボットの動作空間としては、部品を掴む及び置くためにＺ軸（上下）方向に広がり、且つ、部品を搬送する方向であるＸ軸及びＹ軸方向に広がるものとなる。
【特許文献１】特開平８−１４１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなピック(PICK)＆プレース(PLACE)を行う作業設備においては、部品供給部と部品組付部との間で部品を例えばＸ軸方向に搬送する際の途中部位に、搬送の邪魔となるようなある程度の高さの障害物が存在しているケースがある。上記したような直角座標ロボットでは、Ｚ軸直線方向搬送装置の高さ方向の寸法が、そのまま手首部の上下方向の可動範囲に対応したものとなっている。そのため、上下方向に関してＺ軸直線方向搬送装置の一部に重なる高さの障害物が存在する場合に、部品（ロボットの手首部）をその障害物を乗り越えさせる（上方を通過させる）ことができず、干渉してしまう虞が生ずる。
【０００５】
このとき、上記したようなＹ軸方向にも移動可能なロボットであれば、例えば手首部（Ｚ軸直線方向搬送装置）を、Ｙ軸方向に移動させて障害物を迂回させることは可能となるが、ロボットの構成が複雑となって大型で高価なものとなると共に、障害物の回避動作のためにロボットの作業用空間がＹ軸方向に大きくなる不都合がある。従って、比較的簡単な構成（少ない軸数）で、上記したピック＆プレースの作業を行うことができ、しかも、その際に部品供給部と部品組付部との間の途中部位の障害物を容易に乗越えることが可能なロボットが求められるのである。但し、障害物を回避するために、１回のピック＆プレースの作業に要する時間（生産のサイクルタイム）があまり長くなってしまうようでは、意味がないものとなる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ピック＆プレースの作業が可能なものにあって、比較的簡単な構成でありながらも、部品供給部と部品組付部との間の途中部位の障害物を容易に乗越えることができ、生産サイクルタイムへの影響を少なくすることができるロボットを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のロボットは、Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レールと、このＸ軸レールに沿ってＸ軸方向に直線移動される移動体と、この移動体に、基端側が前記Ｘ軸方向と同一平面上にした場合に直交して水平方向に延びるＲ１軸を中心に回動可能に連結され、先端側が前記Ｒ１軸から放射方向に延びる回動アームと、この回動アームの先端部に、前記Ｒ１軸と平行なＲ２軸を中心に回動可能に連結され、作業用ツールが装着可能な手首部と、前記回動アームを前記移動体に対し前記Ｒ１軸を中心に回動させる駆動機構と、前記回動アームの前記移動体に対する回動角度が変動しても前記手首部の前記Ｘ軸レールに対する向きを一定に保持する姿勢保持機構とを具備するところに特徴を有する。
【０００８】
これによれば、移動体はＸ軸レールに沿ってＸ軸方向に自在に移動される。これと共に、回動アームが駆動機構により移動体に対して回動し、Ｒ１軸を中心とした回動角度が変化することによって、回動アームの先端つまり手首部の上下（Ｚ軸）方向（及びＸ軸方向）の位置が変動する。さらに、姿勢保持機構によって、回動アームの回動角度が変動しても、手首部の向きを一定に保持することができる。
【０００９】
これにて、手首部を、その向きを一定（例えば下向き）に保ったまま、上下（Ｚ軸）方向及びＸ軸方向に自在に移動させることができ、部品供給部から部品を掴んで(PICK)、その部品をＸ軸方向に搬送し、所定の部品組付部に置く(PLACE)といったピック＆プレースの作業を実行することができる。この場合、手首部が例えば常に下向きに保持されることによって、例えばピック＆プレースの作業を行う場合に、手首部を別の向きから下向きに変更するための余分な時間が発生することがなくなり、効率的となる。また、Ｘ軸レールの長さに応じたＸ軸ストロークを得ることができ、軸数も少なく、比較的小型で簡単な構成で、ピック＆プレースの作業の実行が可能となる。
【００１０】
そして、手首部の上下動（Ｚ軸方向移動）は、直線方向搬送装置ではなく回動アームの回動により行われるので、回動アームの長さ（Ｒ１軸からＲ２軸までの距離）に対応した上下動ストロークを得ることができながらも、回動アームを、水平位置（又はそれに近い状態）まで回動させて手首部をＸ軸レールと同等の高さに位置させることによって、全体としての高さ方向寸法を小さい状態にすることができる。
【００１１】
従って、上記ピック＆プレースの作業にあって、部品供給部と部品組付部との間の途中部位に障害物が存在していても、その障害物を容易に乗越えさせる、つまり、手首部及び回動アームを、障害物の上部空間を通過させることが可能となる。しかも、移動体のＸ軸方向移動と回動アームの回動動作とをシンクロ動作させることによって、ある程度の動作速度を確保することができるので、生産サイクルタイムが徒に長くなるといったことを未然に防止することができる。
【００１２】
本発明においては、上記姿勢保持機構を、前記回動アームの基端側に前記Ｒ１軸に軸心を一致させて前記移動体に対して固定的に設けられた第１のプーリと、前記回動アームの先端側に該回動アームに対して前記Ｒ２軸を中心に回転可能に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと第２のプーリとの間に掛渡されたベルトとを設け、前記第２のプーリを前記手首部に連結して構成することができる（請求項２の発明）。
【００１３】
これによれば、回動アームが移動体に対しＲ１軸を中心に回動変位したときに、第２のプーリが、回動アームに対してＲ２軸を中心に、該回動アームの回転（旋回）方向とは逆方向に同角度だけ相対回転するようになる。従って、第２のプーリに連結された手首部の絶対的な向き（Ｘ軸レールに対する向き）が一定に保持されるようになる。
【００１４】
このとき、モータ等の駆動源を設けることなく、比較的簡単な構成で、姿勢保持機構を構成することができる。この結果、回動アームの手先部が比較的軽くなることから、駆動機構（回動用のモータ）の負荷が小さく済んで小型化が可能となり、この回動用のモータ等の小型化、軽量化が回動アームの小型化（Ｙ軸方向の薄型化）につながる。さらに、そのような回動アームの薄型化が、Ｙ軸方向に関しての他の障害物との干渉可能性をも減少させることにつながり、細い作業領域を通してピック＆プレースの作業を実行することが可能となり、ひいては、様々な工場の設備設置環境に対する適応性の向上につながるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、ロボットの概略的な正面図
【図２】回動アームの内部構成を概略的に示す縦断左側面図
【図３】作業工程の進行に伴う回動アームの位置状態の変化の様子を順に示す図
【図４】ロボットによる作業設備を概略的に示す平面図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【図６】本発明の第３の実施例を示すもので、姿勢保持機構の構成を概略的に示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（１）第１の実施例
以下、本発明を具体化した第１の実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、図４は、本実施例に係るロボット１を用いて、いわゆるピック(PICK)＆プレース(PLACE)の作業を行う作業設備２の構成を概略的に示す平面図である。この作業設備２においては、作業台３の上方に、後述するロボット１（Ｘ軸レール６）が、Ｘ軸方向（図で左右方向）に延びて設置されている。また、前記作業台３の図で左端部には、例えばパーツフィーダ等の部品供給部４が設けられており、この部品供給部４により、Ｘ軸レール６よりも下方の所定の部品供給位置Ａに部品Ｐが１個ずつ供給される。
【００１７】
そして、前記作業台３の図で右側部位（Ｘ軸レール６の下方）には、前後方向（Ｙ軸方向）に延びるワーク搬送路５が設けられている。このワーク搬送路５は、例えばベルトコンベア装置を備えて構成され、複数のワークＷ（パレット）を図で矢印Ｙ１方向に（後方から前方へ向けて）順に搬送するようになっている。各ワークＷ（パレット）は、ワーク搬送路５上の部品組付部（Ｘ軸レール６の手前）にて停止され、この停止位置にて、部品組付位置Ｂに対して前記部品Ｐの載置（組付け）の作業が行われるようになっている。
【００１８】
これにて、この作業設備２においては、ピック＆プレースの作業として、ロボット１が部品供給位置Ａから１個の部品Ｐを掴んで(PICK)、その部品ＰをＸ軸方向（図で右方）に搬送し、ワーク搬送路５上のワークＷの所定の部品組付位置Ｂに置き(PLACE)、部品供給位置Ａに向けて次の部品Ｐを取りに行くといった作業を繰返して実行する。尚、本実施例で、左右、前後、上下といった方向をいう場合には、図４に示す状態を基準とし、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向として説明する。
【００１９】
さて、本実施例に係るロボット１について、図１ないし図３も参照して詳述する。図１及び図２は、前記ロボット１の全体構成を示しており、図１はロボット１を前方から見た正面図、図２は回動アーム部分を下向きの状態で断面にした縦断左側面図である。このロボット１は、Ｘ軸レール６、このＸ軸レール６の前面側にＸ軸方向に直線移動可能に設けられた移動体７、この移動体７の前面側に回動可能に連結された回動アーム８、この回動アーム８の先端部後面側に設けられた手首部９等から構成される。また、前記手首部９の先端（下端）のフランジ部には、前記部品Ｐを把持（吸着）するためのチャック（ハンド）等の作業用ツール１０が着脱可能に装着される。
【００２０】
前記Ｘ軸レール６は、図３、図４にも示すように、図で左右（Ｘ軸）方向に水平に長く延び、前記作業台３の上方の所定の高さ位置に、図示しない支柱などを介して設置されている。前記移動体７は、前後方向に薄型の矩形ブロック状をなし、前記Ｘ軸レール６の前面部に設けられたリニアガイド（図示せず）に沿って直線移動可能に支持されている。これと共に、移動体７は、前記Ｘ軸レール６の右端部に配設されたＸ軸モータ１１（図１、図４参照）や、そのＸ軸モータ１１により回転されるボールねじ１２（図２参照）等からなる直線移動機構により、Ｘ軸方向に自在に移動されるようになっている。
【００２１】
前記回動アーム８は、図１に示すように、正面から見て両端部が半円形状とされた長尺状をなすと共に前後方向に厚みを有する箱状のフレーム８ａを有し、図２にも示すように、その基端側（図２で上端側）が、前記移動体７に対し、Ｘ軸方向と同一平面上にした場合に直交して水平方向に延びる、つまり前後（Ｙ軸）方向に延びるＲ１軸を中心に回動（旋回）可能に連結されている。図１、図２に示すように、回動アーム８の先端側は、Ｒ１軸から放射方向に延びているが、前記手首部９は、その上端部が、回動アーム８の先端部の後面側に、前記Ｒ１軸と平行な（Ｙ軸方向に延びる）Ｒ２軸を中心に相対的に回動可能に連結されている。
【００２２】
そして、このロボット１には、前記回動アーム８を前記移動体７に対してＲ１軸を中心に自在に回動（旋回）させるための駆動機構１３（図２参照）が設けられている。簡潔にいうと、この駆動機構１３は、前記回動アーム８に固定的に設けられたモータ１６と、このモータ１６の回転を減速して前記Ｒ１軸に軸心を一致させた出力軸１７ａから出力する減速機１７とを備え、前記減速機１７の出力軸１７ａが前記移動体７に連結されて構成されている。
【００２３】
これと共に、図１にも示すように、ロボット１には、前記回動アーム８の前記移動体７に対する回動によって駆動され、回動アーム８の移動体７に対する角度が変位しても、前記手首部９（作業用ツール１０）のＸ軸レール６（作業設備２）に対する向きを一定（この場合下向き）に保持する姿勢保持機構１４が設けられている。具体的には、本実施例では、前記駆動機構１３及び姿勢保持機構１４は、以下のように構成されている。
【００２４】
即ち、図２に示すように、前記移動体７の前面部には、タイミングプーリからなる第１のプーリ１５が、その軸心を前記Ｒ１軸に一致させた状態で、前方に突出した状態に固定的に設けられている。この第１のプーリ１５は、前記回動アーム８のフレーム８ａのうちの背面部基端側に、該第１のプーリ１５よりも径大に形成された円形の開口部８ｂを通して、回動アーム８内に配置されている。そして、前記回動アーム８内には、回動用モータ１６と、この回動用モータ１６の駆動力を減速して出力する減速機１７とが、円筒状の取付部材１８を介して固定的に設けられている。また、前記減速機１７は、その出力軸１７ａを後方に向け且つ前記Ｒ１軸に軸心を一致させた状態で設けられ、該出力軸１７ａが、前記第１のプーリ１５（ひいては移動体７）に連結されている。
【００２５】
これにて、前記回動用モータ１６及び減速機１７等から駆動機構１３が構成される。この場合、回動用モータ１６が回転駆動されると、その回転が減速機１７により減速され、減速機１７の出力軸１７ａが第１のプーリ１５（移動体７）を相対的に回転させるようになり、以て、移動体７に対して回動アーム８がＲ１軸を中心に回動するのである。
【００２６】
一方、前記回動アーム８のフレーム８ａのうちの背面部の先端側には、前記Ｒ２軸に軸心を一致させて、フレーム８ａの背面部を前後方向に貫通するシャフト１９が、軸受２０を介して回転可能に設けられている。そのシャフト１９の回動アーム８の内側に位置する前端部には、前記第１のプーリ１５と同径のタイミングプーリからなる第２のプーリ２１が固着されており、シャフト１９の後端部が、下向きとされた前記手首部９に連結（固定）されている。そして、図１にも示すように、回動アーム８内において、前記第１のプーリ１５と、第２のプーリ２１との間に、タイミングベルトからなるベルト２２が掛渡されている。尚、前記取付部材１８には、前記ベルト２２が通過する開口が形成されていることは勿論である。
【００２７】
これにて、第１のプーリ１５、第２のプーリ２１、ベルト２２等から姿勢保持機構１４が構成される。このとき、上記のように回動アーム８が移動体７に対しＲ１軸を中心に回動変位したときに、第１のプーリ１５が、回動アーム８に対して相対的に回動変位する。そして、第１のプーリ１５にベルト２２を介して接続されている第２のプーリ２１が、回動アーム８に対してＲ２軸を中心に、該回動アーム８の回転（旋回）方向とは逆方向に同角度だけ相対回転するようになる。これにより、モータ等の駆動源を別途に設けることなく、第２のプーリ２１にシャフト１９を介して連結された手首部９の絶対的な向き（Ｘ軸レール６に対する向き）が一定に保持されるのである。また、回動アーム８内の重量配分は、モータ等を駆動源とした姿勢保持機構を手先側に設ける場合と比べて、手先側が軽いものとなっている。
【００２８】
尚、上記ロボット１のＸ軸モータ１１及び回動用モータ１６、並びに作業用ツール１０は、図示しないロボットコントローラにより、動作プログラム等に基づいて駆動制御され、以て上記したようなピック＆プレースの作業工程等を自動で繰返し行うことが可能となっている。
【００２９】
次に、上記のように構成されたロボット１の作用について、図３も参照して述べる。上記ロボット１は、図１に示すように、移動体７をＸ軸レール６に沿ってＸ軸方向に自在に移動させると共に、回動アーム８を移動体７に対して回動させてＲ１軸を中心とした回動角度を変更することによって、回動アーム８の先端つまり手首部９を、上下（Ｚ軸）方向及び左右（Ｘ軸）方向に自在に移動させることができる。このとき、姿勢保持機構１４によって、回動アーム８の移動体７に対する回動角度が変動しても、手首部９は下向きの状態が保持されるようになる。
【００３０】
図１には、移動体７をＸ軸レール６の左端部に位置させ、且つ、回動アーム８を真下向きの角度に回動させた状態を実線で示している。また、図１には、移動体７をＸ軸レール６の中間部に位置させ且つ回動アーム８を斜めの角度に回動させた状態、及び、移動体７をＸ軸レール６の右端部に位置させ且つ回動アーム８をほぼ水平まで回動させた状態を、夫々想像線で示している。この場合、図１に示すように、手首部９の、Ｘ軸レール６の長さに応じたＸ軸ストロークが得られると共に、回動アーム８の長さ（Ｒ１軸からＲ２軸までの寸法）に対応したＺ軸ストロークが得られる。
【００３１】
このように、ロボット１においては、回動アーム８を様々な回動角度（及びＸ軸方向位置）にすることにより、手首部９を、少なくとも図１にＸ軸ストローク及びＺ軸ストロークで示される範囲内（ＸＺ二次元平面内）で、自在に移動させながら様々な作業を行うことができる。例えば、図４に示す作業設備において、ロボット１により部品供給位置Ａから部品Ｐを掴んで、その部品ＰをＸ軸方向（図で右方）に搬送し、部品組付位置Ｂに置くピック＆プレースの作業を繰返して行うことができる。
【００３２】
ここで、上記したような作業設備２においては、図１、図３、図４に示すように、作業台３上の部品供給部４（部品供給位置Ａ）とワーク搬送路５（部品組付位置Ｂ）との間の途中部位に、上端部がＸ軸レール６よりもやや低い位置に位置し部品ＰをＸ軸方向に搬送する際の邪魔となるような障害物Ｃが存在しているケースが考えられる。このとき、従来例で述べた直角座標ロボットのような、Ｚ軸直線方向搬送装置の高さ方向の寸法の範囲内で手首部を上下移動させるものの場合には、手首部を、その障害物Ｃを乗り越えさせる（上方を通過させる）ことができなくなる不具合があった。
【００３３】
これに対し、本実施例のロボット１では、回動アーム８を水平位置（又はそれに近い状態）まで回動させて手首部９をＸ軸レール６と同等の高さに位置させることができるので、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間の途中部位に障害物Ｃが存在していても、その障害物Ｃを容易に乗越えさせる、つまり、手首部９及び回動アーム８を、障害物Ｃの上部空間を通過させながら作業を行うことが可能となる。
【００３４】
図３は、この際の、ロボット１を正面から見た場合の、Ｘ軸レール６、部品供給位置Ａ、部品組付位置Ｂ、障害物Ｃに対する、回動アーム８の動作パターンを示すものであり、太線が、回動アーム８のＸ軸方向位置及びＲ１軸を中心とした回動角度を示し、また、該太線の先端の矢印の向きが、手首部９の先端（作業用ツール１０）の向きを示している。回動アーム８が、工程（１）〜（５）の順に動作することにより、上記ピック＆プレースの作業が行われる。
【００３５】
即ち、まず、工程（１）では、手首部９の先端（作業用ツール１０）を、部品供給位置Ａの真上に移動させた後、下降させ、部品Ｐを掴むことが行われる。工程（２）では、移動体７をＸ軸方向に若干量移動させながら、回動アーム８を正面から見て時計回り方向に回動させていき、部品Ｐを掴んだまま手首部９を真上に上昇させることが行われる。そして、工程（３）のように、回動アーム８が水平状態となるまで手首部９が上昇される。
【００３６】
次いで、移動体７をＸ軸方向（図で右方）に移動させることにより、手首部９及び回動アーム８を、障害物Ｃに干渉することなく乗越えさせる（障害物Ｃの上部空間を通過させる）ことができる。この後、工程（４）のように、移動体７をＸ軸方向に若干量移動させながら、回動アーム８を正面から見て反時計回り方向に回動させ、部品組付位置Ｂの真上から手首部９を下降させていく。そして、工程（５）にて、部品組付位置Ｂに部品Ｐが置かれるのである。尚、図示はしていないが、部品組付位置Ｂから部品供給位置Ａに向けて戻る際にも、回動アーム８を水平状態として障害物Ｃを乗越えさせる。
【００３７】
このように本実施例のロボット１によれば、ピック＆プレースの作業の実行が可能なものであって、軸数（モータの数）も少なく、比較的小型で簡単な構成で済ませることができる。そして、手首部９の上下動（Ｚ軸方向移動）は、直線方向搬送装置ではなく回動アーム８の回動により行われるので、回動アーム８の長さ（Ｒ１軸からＲ２軸までの距離）に対応した上下動ストロークを得ることができながらも、回動アーム８を、水平位置（又はそれに近い状態）まで回動させて手首部９をＸ軸レール６と同等の高さに位置させることによって、全体としての高さ方向寸法を小さい状態にすることができる。
【００３８】
これにより、ピック＆プレースの作業を行う際に、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間の途中部位に障害物Ｃが存在しても、その障害物Ｃを容易に乗越えながら作業を行うことができる。このことは、言い換えると、作業台３上において、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間に、別の装置や設備、部品等を配設することが可能となり、作業設備２の空間を有効に利用することができるメリットにつながるものである。しかも、移動体７のＸ軸方向移動と回動アーム８の回動動作とをシンクロ動作させることによって、ある程度の動作速度を確保することができるので、生産サイクルタイムが徒に長くなるといったことを未然に防止することができる。
【００３９】
また、特に本実施例では、駆動機構１３を、回動アーム８側に回動モータ１６及び減速機１７を配設して構成したので、移動体７の構成を簡単化してコンパクトに（移動体７を上下方向に大型とならずに）済ませることができる。
【００４０】
さらに本実施例では、姿勢保持機構１４を、第１のプーリ１５、第２のプーリ２１、ベルト２２等から構成したので、モータ等の駆動源を設けることなく、比較的簡単な構成で、姿勢保持機構１４を構成することができるといった利点も得ることができる。この結果、回動アーム８の手先部が比較的軽くなることから、回動用モータ１６の負荷が小さく済んで小型化が可能となり、この回動用モータ１６の小型化、軽量化が回動アーム８の小型化（Ｙ軸方向の薄型化）につながる。さらに、そのような回動アーム８の薄型化が、Ｙ軸方向に関しての他の障害物との干渉可能性をも減少させることにつながり、細い作業領域を通してピック＆プレースの作業を実行することが可能となり、ひいては、様々な工場の設備設置環境に対する適応性の向上につながるものとなる。
【００４１】
（２）第２、第３の実施例、その他の実施例
図５は、本発明の第２の実施例に係るロボット３１の構成を示している。上記第１の実施例と共通する部分については、符号を共通して使用し、詳しい説明を省略する。このロボット３１が、上記第１の実施例のロボット１と異なる点は、回動アーム３２を、移動体７に対しＲ１軸を中心に回動させるための駆動機構３３（及び姿勢保持機構３４）の構成にある。このとき、駆動機構３３は、移動体７に固定的に設けられたモータ３６と、入力部３８ａから入力された回転を減速して出力部３８ｂから出力するように構成され、出力部３８ｂがＲ１軸に軸心を一致させた状態で回動アーム３２に連結されるように設けられた減速機３８と、モータ３６の回転を減速機３８の入力部３８ａに伝達する伝達機構とを備えている。
【００４２】
即ち、移動体７の前面部には、前方に延びる円筒状をなす取付部材３５が固定的に取付けられている。この取付部材３５が、回動アーム３２のフレーム３２ａの背面側の開口部を通して該回動アーム３２内に配置されている。また、移動体７の下部には、Ｘ軸レール６よりも下方に位置して、回動用モータ３６が前向きに取付けられ、この回動用モータ３６の駆動軸にタイミングプーリからなる駆動プーリ３７が取付けられている。
【００４３】
一方、前記回動アーム３２内には、前記取付部材３５の前端に位置して減速機３８が取付けられている。詳しく図示はしないが、この減速機３８は、入力部たる入力軸３８ａが、軸心を前記Ｒ１軸に一致させた状態で後方を指向するように設けられていると共に、その入力軸３８ａからの入力を減速して出力する出力部３８ｂが、軸心を前記Ｒ１軸に一致させ田状態で、回動アーム３２のフレーム３２ａに固定的に連結されている。
【００４４】
この減速機３８の入力軸３８ａの先端部には、タイミングプーリからなる従動プーリ３９が取付けられ、その従動プーリ３９と前記駆動プーリ３７との間にベルト（タイミングベルト）４０が掛渡されている。これにて、駆動プーリ３７、従動プーリ３９、ベルト４０から伝達機構が構成され、回動用モータ３６及び減速機３８等と共に駆動機構３３が構成される。この場合、回動用モータ３６が回転駆動されると、その回転が伝達機構を介して減速機３８に伝達され、減速機３８により減速されて、移動体７に対して回動アーム３２が回動するのである。
【００４５】
さらに、前記取付部材３５の先端側の外周には、タイミングプーリからなる第１のプーリ４１が固定的に設けられている。一方、前記回動アーム３２のフレーム３２ａのうちの背面部の先端側（図で下端側）には、前記Ｒ２軸に軸心を一致させて、軸受２０を介してシャフト１９が設けられ、シャフト１９の後端部が手首部９に連結されている。そして、シャフト１９の前端部には、前記第１のプーリ４１と同径のタイミングプーリからなる第２のプーリ４２が固着されており、それら第１のプーリ４１と、第２のプーリ４２との間に、タイミングベルトからなるベルト４３が掛渡されている。これにて、第１のプーリ４１、第２のプーリ４２、ベルト４３等から姿勢保持機構３４が構成される。
【００４６】
このような第２の実施例のロボット３１によれば、上記第１の実施例と同様に、ピック＆プレースの作業の実行が可能なものであって、軸数（モータの数）も少なく、比較的小型で簡単な構成で済ませることができ、部品供給位置Ａと部品組付位置Ｂとの間の途中部位に障害物Ｃが存在しても、その障害物Ｃを容易に乗越えながら作業を行うことができる。そして、本実施例の駆動機構３３の構成によれば、回動用モータ３６を移動体７側に配設したので、移動体７が上下方向にやや大型化するものの、回動アーム３２の小型化や軽量化を図ることができる。
【００４７】
図６は、本発明の第３の実施例を示すもので、上記第１の実施例と異なるところは、回動アーム５１内に設けられる姿勢保持機構５２の構成にある。この姿勢保持機構５２は、回動アーム５１の基端側にＲ１軸に軸心を一致させて移動体７に対して固定的に設けられた入力ギヤ５３と、回動アーム５１の先端側に該回動アーム５１に対してＲ２軸を中心に回転可能に設けられた出力ギヤ５４と、回動アーム５１に設けられ入力ギヤ５３と出力ギヤ５４との間において奇数個が順に噛合いそれら入力ギヤ５３から出力ギヤ５４に１対１のギヤ比で回転伝達させる伝達ギヤ５５〜５７とを備え、出力ギヤ５４が手首部９に連結されて構成されている。
【００４８】
即ち、本実施例では、回動アーム５１の基端側には、例えば平歯車からなる入力ギヤ５３が、Ｒ１軸に軸心を一致させた状態で移動体７に対して固定的に設けられている。一方、回動アーム５１の先端側には、Ｒ２軸に軸心を一致させて、軸受２０を介してシャフト１９が回転可能に設けられ、シャフト１９の後端部が手首部９に連結されている。シャフト１９の前端部には、前記入力ギヤ５３と同径（同じ歯数）の平歯車からなる出力ギヤ５４が取付けられている。
【００４９】
そして、回動アーム５１内には、前記入力ギヤ５３と出力ギヤ５４との間に位置して、奇数個この場合３個の伝達ギヤ５５，５６，５７が設けられている。これら伝達ギヤ５５，５６，５７も、前記入力ギヤ５３及び出力ギヤ５４と同径（同じ歯数）の平歯車からなり、正面から見てＲ１軸とＲ２軸とを結ぶ線に沿って、Ｒ１軸，Ｒ２軸と平行な（Ｙ軸方向に延びる）軸を中心に夫々回動可能に設けられている。
【００５０】
このとき、前記入力ギヤ５３に伝達ギヤ５５が噛合い、その噛合い位置とは反対の位置で伝達ギヤ５５に伝達ギヤ５６が噛合い、その噛合い位置とは反対の位置で伝達ギヤ５６に伝達ギヤ５７が噛合い、その噛合い位置とは反対の位置で伝達ギヤ５７に前記出力ギヤ５４が噛合っている。これにて、入力ギヤ５３の回転が、出力ギヤ５４に１対１のギヤ比で伝達されるようになっている。
【００５１】
この構成によっても、回動アーム５１が移動体７に対しＲ１軸を中心に回動変位したときに、入力ギヤ５３が、回動アーム５１に対して相対的に回動変位し、３個の伝達ギヤ５５，５６，５７を介して、出力ギヤ５４が、回動アーム５１に対してＲ２軸を中心に、該回動アーム５１の回転（旋回）方向とは逆方向に同角度だけ相対回転するようになる。これにより、出力ギヤ５４に連結された手首部９の絶対的な向き（Ｘ軸レール６に対する向き）が一定に保持される。従って、この第３の実施例によっても、モータ等の駆動源を設けることなく、比較的簡単な構成で、姿勢保持機構５２を構成することができる。
【００５２】
尚、上記第３の実施例では、姿勢保持機構５２を、入力ギヤ５３と出力ギヤ５４との間に３個の伝達ギヤ５５，５６，５７を設けて構成したが、伝達ギヤの個数は奇数個とすれば良く、１個、或いは５個以上の組合せでも良い。また、入力ギヤ５３、出力ギヤ５４、伝達ギヤ５５，５６，５７を全て同径のギヤから構成したが、歯数の異なる大小のギヤの組合せによって、入力ギヤの回転が、最終的に出力ギヤに１対１のギヤ比で伝達されるように構成しても良い。
【００５３】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、作業設備のレイアウトや、作業の内容などについても種々の変更が可能であり、また、複数台のロボットによって作業を行う設備であっても良い。さらには、ロボットの機械的構成、例えば駆動機構や姿勢保持機構の具体的な構成等についても、様々な変形が可能であるなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００５４】
図面中、１、３１はロボット、２は作業設備、６はＸ軸レール、７は移動体、８，３２，５１は回動アーム、９は手首部、１０は作業用ツール、１３，３３は駆動機構、１４，３４，５２は姿勢保持機構、１５，４１は第１のプーリ、１６，３６は回動用モータ、１７，３８は減速機、２１、４２は第２のプーリ、２２，４３はベルト、５３は入力ギヤ、５４は出力ギヤ、５５，５６，５７は伝達ギヤを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レールと、
このＸ軸レールに沿ってＸ軸方向に直線移動される移動体と、
この移動体に、基端側が前記Ｘ軸方向と同一平面上にした場合に直交して水平方向に延びるＲ１軸を中心に回動可能に連結され、先端側が前記Ｒ１軸から放射方向に延びる回動アームと、
この回動アームの先端部に、前記Ｒ１軸と平行なＲ２軸を中心に回動可能に連結され、作業用ツールが装着可能な手首部と、
前記回動アームを前記移動体に対し前記Ｒ１軸を中心に回動させる駆動機構と、
前記回動アームの前記移動体に対する回動角度が変動しても前記手首部の前記Ｘ軸レールに対する向きを一定に保持する姿勢保持機構とを具備してなるロボット。
【請求項２】
前記姿勢保持機構は、前記回動アームの基端側に前記Ｒ１軸に軸心を一致させて前記移動体に対して固定的に設けられた第１のプーリと、前記回動アームの先端側に該回動アームに対して前記Ｒ２軸を中心に回転可能に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと第２のプーリとの間に掛渡されたベルトとを備え、前記第２のプーリが前記手首部に連結されていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項１】
Ｘ軸方向に水平に延びるＸ軸レールと、
このＸ軸レールに沿ってＸ軸方向に直線移動される移動体と、
この移動体に、基端側が前記Ｘ軸方向と同一平面上にした場合に直交して水平方向に延びるＲ１軸を中心に回動可能に連結され、先端側が前記Ｒ１軸から放射方向に延びる回動アームと、
この回動アームの先端部に、前記Ｒ１軸と平行なＲ２軸を中心に回動可能に連結され、作業用ツールが装着可能な手首部と、
前記回動アームを前記移動体に対し前記Ｒ１軸を中心に回動させる駆動機構と、
前記回動アームの前記移動体に対する回動角度が変動しても前記手首部の前記Ｘ軸レールに対する向きを一定に保持する姿勢保持機構とを具備してなるロボット。
【請求項２】
前記姿勢保持機構は、前記回動アームの基端側に前記Ｒ１軸に軸心を一致させて前記移動体に対して固定的に設けられた第１のプーリと、前記回動アームの先端側に該回動アームに対して前記Ｒ２軸を中心に回転可能に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと第２のプーリとの間に掛渡されたベルトとを備え、前記第２のプーリが前記手首部に連結されていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６７２（Ｐ２０１１−６７２Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５３２９（Ｐ２００９−１４５３２９）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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