ロボット
【課題】動作中の多関節アームに作用する慣性力を抑えたロボットを提供する。
【解決手段】ロボットにおいて、第４アーム３４は第３アーム３３に対して屈伸動作し、第５アーム３５は第４アーム３４に対してねじり動作する。第４アーム３４は、屈伸機構４０とねじれ機構５０との協働により屈伸動作する。第５アーム３５は、ねじれ機構５０によりねじれ動作する。これら屈伸機構４０のモーター３４Ｍ及びねじれ機構５０のモーター３５Ｍが第３アーム３３内に配設されている。
【解決手段】ロボットにおいて、第４アーム３４は第３アーム３３に対して屈伸動作し、第５アーム３５は第４アーム３４に対してねじり動作する。第４アーム３４は、屈伸機構４０とねじれ機構５０との協働により屈伸動作する。第５アーム３５は、ねじれ機構５０によりねじれ動作する。これら屈伸機構４０のモーター３４Ｍ及びねじれ機構５０のモーター３５Ｍが第３アーム３３内に配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の関節を有する多関節アームを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造業においては、複数の関節を有する多関節アームを備えたロボットを組立ラインに導入することによって、作業対象物に対して作業者が行っていた作業を自動化する動きが活発になってきている。例えば特許文献１には、床面に対して固定される固定部に対して正逆両方向へ回転可能な胴体の左右両側に多関節アームが連結されたロボットが開示されている。こうしたロボットにおいては、各関節を駆動することによって作業に応じて人と同じような動きをすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８８６９９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、動作中のロボットにおいては、その動作にともなう慣性力が多関節アームの各関節に作用することになる。こうした慣性力は、例えば多関節アームの振動を招くためロボットの作業精度を低下させるとともに、ロボットの動作が高速になればなるほど、また多関節アームの先端側における重量が重くなるほど大きくなる。そのため、動作中のロボットの振動を抑えつつ該ロボットの高速化を図るうえでは、多関節アームに作用する慣性力を抑える必要があった。
【０００５】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、動作中の多関節アームに作用する慣性力を抑えたロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のロボットは、アーム保持体と、第１回転軸部材を介して前記アーム保持体に連結された屈伸アームと、第２回転軸部材を介して前記屈伸アームに連結されたねじりアームと、前記アーム保持体に設けられ、前記第１回転軸部材を中心に前記屈伸アームを回転することで前記アーム保持体に対し前記屈伸アームを屈伸させる第１駆動機構と、前記第２回転軸部材を中心に前記ねじりアームを回転することで前記屈伸アームに対して前記ねじりアームをねじる第２駆動機構と、を備えたロボットであって、前記第２回転軸部材は、前記ねじりアームに固定されるとともに、前記屈伸アームに対し回転自在に貫挿され、前記第２駆動機構は、前記アーム保持体内に配置された第２モーターの出力軸に固定され、前記アーム保持体内に配置された駆動回転体と、前記第１回転軸部材の軸周りに回転自在に軸着され、前記駆動回転体の回転に従動する中間回転体と、前記第２回転軸部材に固定され、前記アーム保持体内にて前記中間回転体の回転に従動する従動回転体とを有する。
【０００７】
本発明のロボットによれば、アーム保持体に対して屈伸アームを屈伸させる第１駆動機構、及び屈伸アームに対してねじりアームをねじる第２駆動機構をアーム保持体の内部に配設することが可能であることから、アーム保持体よりも先端側のアームである屈伸アーム及びねじりアームの軽量化を図ることができる。それゆえに、ロボットが有する多関節アームにおいて、該多関節アームに生じる慣性力を小さくすることができる。
【０００８】
このロボットにおいて、前記第１駆動機構は、前記アーム保持体内に配置された第１モーターと、該第１モーターの出力を前記屈伸アームの回転に変換する変換機構とを有し、前記第１モーターの駆動と前記第２モーターの駆動とを制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記第１モーターを駆動して前記屈伸アームを屈伸する際に、前記屈伸アームに対する前記ねじりアームのねじりが維持されるように、前記第２モーターの駆動を通じて、前記駆動回転体により前記中間回転体を回転させることが好ましい。
【０００９】
アーム保持体に対して屈伸アームが屈伸する際、第１回転軸部材に対する屈伸アームの回転力は、第１回転軸部材に対する従動回転体の回転を通じて、第１回転軸部材を中心とする中間回転体の回転に変換されることになる。この際、中間回転体の回転によって従動回転体までもが回転してしまうと、ねじりアームに新たなねじれが生じてしまうこととなる。この点、上記構成のロボットにおける制御装置は、第１モーターを駆動する際に、屈伸アームに対するねじりアームのねじりが維持されるように、第２モーターも駆動する。それゆえに、ねじりアームが新たにねじられることなく屈伸アームを屈伸させることができる。
【００１０】
このロボットにおいて、前記第１駆動機構の変換機構は、前記第１モーターの出力軸に固定された駆動プーリーと、前記第１回転軸部材に固定された従動プーリーと、前記駆動プーリーと前記従動プーリーとの間に掛け渡された動力伝達部材とを備えていることが好ましい。
【００１１】
このロボットによれば、アーム保持体内における第１モーターの配置に関する自由度が拡張される。すなわち、多関節アームに生じる慣性力を低減するうえで、第１モーターの配置に関する自由度を拡張することができる。
【００１２】
このロボットにおいて、前記アーム保持体は、前記屈伸アームが先端部に連結された一方向に延びる基端アームであり、前記第１モーターと前記第２モーターは、前記第１モーターが前記基端アームの基端部側に位置するように前記基端アームの延出方向に並んで配置されていることが好ましい。
【００１３】
このロボットによれば、第１モーターと第２モーターとが基端アームの延びる延出方向に沿って並んで配置されていることから、延出方向と直交する方向において、基端アームの大型化を抑えることができる。
【００１４】
このロボットは、複数の多関節アームを備え、前記複数の多関節アームの各々が、前記基端アーム、前記屈伸アーム、及び前記ねじりアームを有する構成であってもよい。
このロボットにおいては、複数の多関節アームの各々における慣性力が低減されることから、各多関節アームを用いた協調動作を行ったとしてもロボットに生じる振動を抑えることができる。
【００１５】
このロボットでは、前記駆動回転体、前記中間回転体、前記従動回転体の各々が歯車であり、前記中間回転体の歯数が前記駆動回転体の歯数よりも多いことが好ましい。
このロボットによれば、駆動回転体、中間回転体、従動回転体の各々が歯車であって、中間回転体の歯数が駆動回転体の歯数よりも多いことから、中間回転体の歯数が駆動回転体の歯数よりも少ない場合に比べて、第２モーターの駆動によって回転する中間回転体の回転角度に関する精度を高めることができる。
【００１６】
このロボットは、ロボットの基体に連結される肩部と、前記肩部に連結される上腕部と、前記上腕部に連結される前腕部と、前記前腕部に連結される手首部とで構成される多関節アームを備え、前記前腕部が、前記上腕部を構成する上腕アームに対して回転可能に連結された第１前腕アームと、前記第１前腕アームに対して回転可能に連結された第２前腕アームとを有しており、前記アーム保持体が前記上腕アーム、前記屈伸アームが前記第１前腕アーム、前記ねじりアームが前記第２前腕アームであってもよい。
【００１７】
具体的には、このロボットのように、アーム保持体として上腕アーム、屈伸アームとして上腕アームに連結された第１前腕アーム、ねじりアームとして第１前腕アームに連結された第２前腕アームとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる一実施形態のロボットの斜視構造を示す斜視図であって、基本姿勢にあるロボットを示す図。
【図２】屈伸機構の斜視構造を示す斜視図であって、屈伸機構以外の部材の一部を省略して示す図。
【図３】ねじり機構の斜視構造を示す斜視図であって、ねじり機構以外の部材の一部を省略して示す図。
【図４】第３アームに対して第４アームを伸長させるときのねじり機構の動作態様を示す図。
【図５】第３アームに対して第４アームを屈曲させるときのねじり機構の動作態様を示す図。
【図６】第４アームに対して第５アームをねじるときのねじり機構の動作態様を示す図。
【図７】変形例におけるロボットの斜視構造を示す斜視図であって、基本姿勢にあるロボットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかるロボットの一実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態における「回転」とは、正転及び逆転を意味する。
図１に示されるように、ロボットを構成するロボット本体１１には、鉛直方向に延びる円柱状の本体１３の上端部に、基体としてのベース部１４が固設されている。ベース部１４には、鉛直方向と直交する水平方向に沿って紙面の手前側に延びる平板状の第１支持部材１５と、同じく水平方向に沿って紙面手前側に延びる平板状の第２支持部材１６とが、鉛直方向にて互いに向かい合うように延設されている。第１支持部材１５には、該第１支持部材１５における第２支持部材１６側に多関節アーム３０が連結されている。なお、ロボット本体１１の背面側には、ロボットを構成してロボット本体１１の動作を制御する制御装置としてのコントローラー１２が設置されている。
【００２０】
第１支持部材１５の下側には、多関節アーム３０を構成する第１アーム３１の基端部３１ａが連結されている。肩部を構成する第１アーム３１では、水平方向に延びる平板状の基端部３１ａが第１支持部材１５の下側に重なるように配置されるとともに、該基端部３１ａの先端側が鉛直方向の下方に向かって屈曲されている。この第１アーム３１の基端部３１ａには、鉛直方向に延びる第１回転軸線Ｊ１に回転中心を有して第１支持部材１５を貫通する図示されない回転軸部材が連結されている。第１支持部材１５の上側には、第１アーム３１の基端部３１ａが有する回転軸に連結されて第１回転軸線Ｊ１の軸周りの回転トルクを該回転軸部材に出力するモーター３１Ｍが連結されている。
【００２１】
第１アーム３１において鉛直方向の下方に屈曲された先端部３１ｂには、該先端部３１ｂに対して基端部３１ａとは反対側に、肩部を構成する第２アーム３２の基端部が連結されている。この第２アーム３２の基端部には、第１アーム３１の先端部３１ｂを貫通する図示されない回転軸部材が連結されている。この回転軸部材は、第１回転軸線Ｊ１に直交する第２回転軸線Ｊ２上に回転中心を有している。第１アーム３１における基端部３１ａの下側には、第２アーム３２の基端部が有する上記回転軸部材に連結されて第２回転軸線Ｊ２の軸回りの回転トルクを該回転軸部材に出力するモーター３２Ｍが連結されている。
【００２２】
第２アーム３２の先端部には、第２回転軸線Ｊ２に直交する第３回転軸線Ｊ３を回転中心として回転可能に、上腕部を構成する上腕アーム及びアーム保持体としての第３アーム３３の基端部が連結されている。第３アーム３３は、同第３アーム３３内に配設されたモーター３３Ｍが駆動されることにより、第２アーム３２に対して第３回転軸線Ｊ３を中心に回転する。
【００２３】
第３アーム３３の先端部には、第３回転軸線Ｊ３に直交する第４回転軸線Ｊ４を回転中心として回転可能に、前腕部を構成する第１前腕アーム及び屈伸アームとしての第４アーム３４の基端部が連結されている。第４アーム３４は、第３アーム３３内に配設された屈伸機構４０のモーター３４Ｍ及びねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動されることにより、第３アーム３３に対して第４回転軸線Ｊ４を中心に回転する。すなわち第４アーム３４は、第３アーム３３に対して屈伸動作する。
【００２４】
第４アーム３４の先端部には、第４回転軸線Ｊ４に直交する第５回転軸線Ｊ５を回転中心として回転可能に、前腕部を構成する第２前腕アーム及びねじりアームとしての第５アーム３５の基端部が連結されている。第５アーム３５は、第３アーム３３内に配設されたねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動されることにより、第４アーム３４に対して第５回転軸線Ｊ５を中心に回転する。すなわち第５アーム３５は、第４アーム３４に対してねじり動作する。
【００２５】
第５アーム３５の先端部には、第５回転軸線Ｊ５に直交する第６回転軸線Ｊ６を回転中心として回転可能に、手首部を構成する第６アーム３６の基端部が連結されている。第６アーム３６は、第５アーム３５の先端部に配設されたモーター３６Ｍが駆動されることにより、第５アーム３５に対して第６回転軸線Ｊ６を中心に回転する。
【００２６】
第６アーム３６の先端部には、第６回転軸線Ｊ６に直交する第７回転軸線Ｊ７を回転中心として回転可能に、手首部を構成するハンド部３７が連結されている。ハンド部３７は、第６アーム３６内に配設された図示しないモーターが駆動されることにより第７回転軸線Ｊ７を中心に回転するとともに、ロボット本体１１に実行させる作業に応じたエンドエフェクターが取り付けられる。
【００２７】
また、上記多関節アーム３０の各モーターには、本体１３の後側に設置されているコントローラー１２との間で各種信号の授受を行うための電気配線が接続される。
多関節アーム３０の各モーターに接続される電気配線は、伸縮性を有する円筒形状の配管部材３８の内部を通されて、対応するモーターの近傍まで案内される。配管部材３８は、第１支持部材１５の上方の空間を通じて、本体１３の背面側から本体１３の正面側であって第１アーム３１を回転させるモーター３１Ｍの直上へと引き回されている。そして、第１アーム３１の基端部３１ａが有する回転軸を第１回転軸線Ｊ１に沿って貫通する図示しない通路を通じて、第１アーム３１の基端部３１ａと第２支持部材１６とによって挟まれる空間へと引き回されている。
【００２８】
配管部材３８は、第１アーム３１の基端部３１ａと第２支持部材１６とによって挟まれる空間において、モーター３２Ｍに向かって湾曲している。そして、第２アーム３２の基端部が有する回転軸を第２回転軸線Ｊ２に沿って貫通する図示しない通路を通じて、第３アーム３３〜ハンド部３７に対応する各モーターへと引き回されている。
【００２９】
次に、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸動作させる第１駆動機構としての屈伸機構４０、第４アーム３４に対して第５アーム３５をねじり動作させる第２駆動機構としてのねじり機構５０について図２及び図３を参照して説明する。
【００３０】
図２に示されるように、屈伸機構４０は、図示しない支持部材によって第３アーム３３内における基端部側に固設され、コントローラー１２から所定の制御周期ごとに駆動量を示す信号が入力される第１駆動源としてのモーター３４Ｍを有している。
【００３１】
モーター３４Ｍは、図示しないブレーキ機構や減速機を内蔵しており、コントローラー１２から入力される駆動量に応じた回転角度に出力軸４１が回転する。モーター３４Ｍは、出力軸４１が第４回転軸線Ｊ４と平行となるように配置されており、該出力軸４１の先端部には駆動プーリー４２が固設されている。
【００３２】
また、第３アーム３３の先端部には、第４回転軸線Ｊ４に沿って延びる第１回転軸部材４３が、第３アーム３３に対して回転可能に軸支され、且つ第４アーム３４の基端部に固定されている。第１回転軸部材４３における軸方向の途中には、動力伝達部材としてのタイミングベルト４４を介して、駆動プーリー４２に連結された従動プーリー４５が固設されている。そして、モーター３４Ｍの駆動力は、変換機構を構成するこれら駆動プーリー４２、タイミングベルト４４、従動プーリー４５を介して、第４アーム３４が固設された第１回転軸部材４３へと伝達される。
【００３３】
図３に示されるように、ねじり機構５０は、図示しない支持部材によってモーター３４Ｍよりも第３アーム３３内における先端部側に固設され、コントローラー１２から所定の制御周期ごとに駆動量を示す信号が入力されるモーター３５Ｍを有している。
【００３４】
モーター３５Ｍは、図示しないブレーキ機構や減速機が内蔵されており、コントローラー１２から入力される駆動量に応じた回転角度に出力軸５１が回転する。モーター３５Ｍは、出力軸５１が第３アーム３３の長手方向に沿って第４回転軸線Ｊ４と直交するように配置されており、該出力軸５１の先端部には噛合面５２ａを有する駆動回転体としての駆動ベベルギヤ５２が固設されている。
【００３５】
駆動ベベルギヤ５２の噛合面５２ａには、中間回転体としての中間ベベルギヤ５３の噛合面５３ａが噛合している。この中間ベベルギヤ５３は、屈伸機構４０の第１回転軸部材４３が該中間ベベルギヤ５３に挿通されることにより、該第１回転軸部材４３に回転自在に軸支されている。中間ベベルギヤ５３は、第１回転軸部材４３の軸方向における移動が規制されて駆動ベベルギヤ５２と常に噛合しているとともに、その噛合面５３ａには駆動ベベルギヤ５２の噛合面５２ａに形成された歯よりも多くの歯が形成されている。
【００３６】
また、中間ベベルギヤ５３の噛合面５３ａには、駆動回転体としての駆動ベベルギヤ５２の他、従動ベベルギヤ５４の噛合面５４ａが噛合している。この従動ベベルギヤ５４は、第５アーム３５に基端部が固設されて第５回転軸線Ｊ５に沿って延びる第２回転軸部材５８の先端部に固設されている。第２回転軸部材５８は、第４アーム３４内に設けられた円筒形状の支持部材５６，５７によって回転自在に軸支されている。従動ベベルギヤ５４の噛合面５４ａには、駆動ベベルギヤ５２の噛合面５２ａに形成された歯よりも多くの歯が形成されている。
【００３７】
次に、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際のロボットの動作態様について図４及び図５を参照して説明する。第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際には、コントローラー１２によって屈伸機構４０のモーター３４Ｍとねじり機構５０のモーター３５Ｍとの双方が駆動される。
【００３８】
ちなみに、モーター３５Ｍが駆動されることなく、モーター３４Ｍのみが駆動されると、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈伸する一方、駆動ベベルギヤ５２及び中間ベベルギヤ５３が回転しないことになる。その結果、従動ベベルギヤ５４が、その噛合面５４ａに中間ベベルギヤ５３からの反力を受けて、中間ベベルギヤ５３の噛合面５３ａ上で第５回転軸線Ｊ５を中心に回転しながら移動することになる。そして、第４アーム３４が屈伸することにともない、第５アーム３５までもが第５回転軸線Ｊ５を中心に回転してしまうことになる。
【００３９】
そこで、上述したように、第４アーム３４が屈伸動作を行う際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍとともに、ねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。そして、第４回転軸線Ｊ４を中心として第４アーム３４が回転したとしても、中間ベベルギヤ５３における従動ベベルギヤ５４の噛合位置が維持されるように、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量でねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。
【００４０】
例えば、図４に示されるように、第４回転軸線Ｊ４を中心にして第４アーム３４が矢印６１の方向に回転し、第３アーム３３に対して第４アーム３４が伸腕状態になる際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量で、出力軸５１がＺ１方向に回転するようにねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。これにより、中間ベベルギヤ５３がＸ１方向に回転することから、従動ベベルギヤ５４と中間ベベルギヤ５３との噛合位置が維持されたまま、従動ベベルギヤ５４が第４回転軸線Ｊ４を中心に矢印６１の方向へ回転する。
【００４１】
また、例えば、図５に示されるように、第４回転軸線Ｊ４を中心にして第４アーム３４が矢印６２の方向に回転し、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈曲状態になる際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量で、出力軸５１がＺ２方向に回転するようにねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。これにより、中間ベベルギヤ５３がＸ２方向に回転することから、従動ベベルギヤ５４と中間ベベルギヤ５３との噛合位置が維持されたまま、従動ベベルギヤ５４が第４回転軸線Ｊ４を中心に矢印６２の方向へ回転する。
【００４２】
なお、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈伸しつつ、第４アーム３４に対して第５アームが所定のねじれ角でねじられる際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量と上記ねじれ角に応じた駆動量でねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。
【００４３】
こうしたモーター３４Ｍ，３５Ｍの駆動態様は、例えば、以下のような構成により実現される。すなわち、第４回転軸線Ｊ４を中心として第４アーム３４が回転する際に従動ベベルギヤ５４と中間ベベルギヤ５３との噛合位置が維持されるように、モーター３４Ｍの駆動量に対応付けられたねじり機構５０のモーター３５Ｍの駆動量が示されたデータをコントローラー１２に記憶させておく。そして、屈伸機構４０のモーター３４Ｍを駆動する際には、モーター３４Ｍの駆動量と上記データとに基づいてモーター３５Ｍの駆動量を選択し、それらの駆動量を示す信号を対応するモーターに出力することにより実現される。
【００４４】
次に、第４アーム３４に対して第５アーム３５をねじる際のロボットの動作態様について図６を用いて説明する。第４アーム３４に対して第５アーム３５をねじる際には、ねじり機構５０のモーター３５Ｍのみが駆動される。
【００４５】
図６に示されるように、ねじり機構５０のモーター３５Ｍのみを駆動して出力軸５１をＺ１方向に回転させると、駆動ベベルギヤ５２に噛合する中間ベベルギヤ５３はＸ１方向に回転する。そして、この中間ベベルギヤ５３のＸ１方向への回転によって、該中間ベベルギヤ５３に噛合する従動ベベルギヤ５４はＹ１方向に回転する。これにより第５アーム３５は、第４アーム３４に対して第５回転軸線Ｊ５を中心にＹ１方向に回転することになる。
【００４６】
一方、出力軸５１をＺ２方向に回転させると、駆動ベベルギヤ５２に噛合する中間ベベルギヤ５３はＸ２方向に回転する。そして、この中間ベベルギヤ５３のＸ２方向への回転によって、該中間ベベルギヤ５３に噛合する従動ベベルギヤ５４はＹ２方向に回転する。これにより第５アーム３５は、第４アーム３４に対して第５回転軸線Ｊ５を中心にＹ２方向に回転することになる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態に係るロボットによれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）上記実施形態のロボットによれば、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈伸動作を行うためのモーター３４Ｍが第３アームに配設されている。また、第４アーム３４に対して第５アーム３５がねじり動作を行うためのモーター３５Ｍが第３アーム３３に配設されている。これにより、第４及び第５アーム３４，３５の軽量化を図ることができることから、多関節アーム３０に生じる慣性力を小さくすることができる。
【００４８】
（２）上記実施形態によれば、ねじり機構５０において中間ベベルギヤ５３に対して駆動ベベルギヤ５２及び従動ベベルギヤ５４が常に噛合しているとともに、屈伸機構４０とねじり機構５０との協働によって第３アーム３３に対する第４アーム３４の屈伸が実現される。これにより、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際に、第４アーム３４に対して第５アーム３５がねじれてしまうことを抑えることができる。
【００４９】
（３）上記実施形態の第３アーム３３には、モーター３４Ｍが当該第３アーム３３の基端部側に位置するように、モーター３４Ｍとモーター３５Ｍとが第３アーム３３の延出方向に並んで配置されている。これにより、これらモーター３４Ｍ，３５Ｍによって、第３アーム３３がその延出方向に直交する方向において大型化してしまうことを抑えることができる。
【００５０】
（４）上記実施形態によれば、中間ベベルギヤ５３の歯数が駆動ベベルギヤ５２の歯数よりも多いことから、駆動ベベルギヤ５２の回転によって回転する中間ベベルギヤ５３の回転角度に関する精度を高めることができる。その結果、第４アーム３４を屈伸させる際に第４回転軸線Ｊ４を中心とした中間ベベルギヤ５３の回転角度に関する精度を高めることができることから、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際に第５アーム３５がねじれてしまうことをさらに抑えることができる。
【００５１】
（５）上記実施形態の屈伸機構４０においては、モーター３４Ｍの駆動力が駆動プーリー４２、タイミングベルト４４，従動プーリー４５を介して、第４アーム３４が固設された第１回転軸部材４３へと伝達される。これにより、第３アーム３３内におけるモーター３４Ｍの配置に関する自由度が拡張されることから、多関節アーム３０に生じる慣性力を低減するうえで、モーター３４Ｍの配置に関する自由度を拡張することができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することも可能である。
・上記実施形態のロボットは、屈伸機構４０及びねじり機構５０を備えた多関節アーム３０を１つ有している。これに限らず、ロボットは、例えば図７に示されるように、第２支持部材１６に多関節アーム３０と同様の構成の多関節アーム６０をさらに備えた双腕ロボットであってもよい。また多関節アーム３０と同様の構成の多関節アームを３つ以上有したロボットであってもよい。こうした複数の多関節アームを有するロボットであっても、各多関節アームに対して動作時にかかる慣性力が小さくなっていることから、複数の多関節アームを用いた協調動作を行ったとしてもロボットに生じる振動が抑えられる。
【００５３】
また、上記双腕ロボットにおいては、図７に示されるように、各多関節アームにおける第１アームの第１回転軸線Ｊ１を同一線上に配置している。これにより、例えば、多関節アーム３０の第１アーム３１を前方へ回転させるとともに多関節アーム６０の第１アームを後方へ回転させることによって、腰関節と同等の機能を具現化することができる。また例えば、多関節アーム３０の第１アーム３１のみを前方へ回転させること、多関節アーム３０，６０の第１アームをともに前方あるいは後方へ回転させることも可能である。その結果、腰関節を有するロボットに比べて、他方の多関節アームの可動範囲が変更されることを抑えつつ一方の多関節アームの可動範囲を拡張することができるとともに、２つの多関節アームによる協調動作が可能な範囲を拡張することもできる。
【００５４】
・上記実施形態において、中間ベベルギヤ５３は、その歯数が駆動ベベルギヤ５２の歯数よりも少なくてもよいし同じ歯数であってもよい。
・上記実施形態のモーター３４Ｍとモーター３５Ｍは、モーター３４Ｍが第３アーム３３の基端部側に位置するように、該第３アーム３３の延出方向に並んで配置されている。これを変更して、例えば第３アーム３３の延出方向に直交する方向にモーター３４Ｍとモーター３５Ｍとを並んで配置してもよい。
【００５５】
・上記実施形態においては、中間ベベルギヤ５３に対して駆動ベベルギヤ５２及び従動ベベルギヤ５４が常に噛合している。これに限らず、次のような構成にすることによって、これら各ベベルギヤ５２，５３，５４が選択的に噛合されるようにしてもよい。
【００５６】
すなわち、例えば、駆動ベベルギヤ５２及び従動ベベルギヤ５４と噛合する噛合位置と噛合しない非噛合位置との間で中間ベベルギヤ５３を第１回転軸部材４３に移動可能に軸支するとともに、該中間ベベルギヤ５３を移動させる移動装置を設ける。そして、その移動装置を用いて、第４アーム３４の屈伸動作の際には中間ベベルギヤ５３を非噛合位置に配置し、第５アーム３５のねじり動作の際には中間ベベルギヤ５３を噛合位置に配置することにより実現可能である。こうした構成によれば、ねじり機構５０と屈伸機構４０とを協働させることなく第４アーム３４の屈伸動作を実行することができる。
【００５７】
・上記実施形態では、第１及び第２アーム３１，３２を介してベース部１４に連結された第３アーム３３をアーム保持体としている。これに限らず、例えば、設置面に固設されたベース部に腰関節を介して連結された胴体に多関節アームが連結されている態様のロボットであれば、胴体をアーム保持体としてもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、動力伝達部材をタイミングベルト４４としたが、動力伝達部材は、駆動プーリー４２と従動プーリー４５との間で動力が伝達可能であればよく、例えば金属製のワイヤなどであってもよい。
【００５９】
・ロボットが有する多関節アームは、屈伸機構４０及びねじり機構５０が設けられている多関節アームであればよく、その軸数は７軸に限られるものではなく、５軸以下であってもよいし、８軸以上であってもよい。
【００６０】
・上記実施形態では、駆動回転体、中間回転体、従動回転体をベベルギヤとしたが、これに限らず、例えば、駆動回転体及び従動回転体をピニオンギヤ、中間回転体をクラウンギヤとする組み合わせでもよい。また、これら回転体における駆動力の伝達もギヤの噛合だけに限らず、例えば面接触にともなう摩擦力などであってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７…第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７回転軸線、１１…ロボット本体、１２…コントローラー、１３…本体、１３ａ…貫通孔、１４…ベース部、１５…第１支持部材、１６…第２支持部材、３０…多関節アーム、３１…第１アーム、３１ａ…基端部、３１ｂ…先端部、３１Ｍ…モーター、３２…第２アーム、３２Ｍ…モーター、３３…第３アーム、３４…第４アーム、３４Ｍ…モーター、３５…第５アーム、３５Ｍ…モーター、３６…第６アーム、３７…ハンド部、３８…配管部材、４０…屈伸機構、４１…出力軸、４２…駆動プーリー、４３…第１回転軸部材、４４…タイミングベルト、４５…従動プーリー、５０…ねじり機構、５１…出力軸、５２…駆動ベベルギヤ、５２ａ…噛合面、５３…中間ベベルギヤ、５３ａ…噛合面、５４…従動ベベルギヤ、５４ａ…噛合面、５６，５７…支持部材、５８…第２回転軸部材、６０…多関節アーム。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の関節を有する多関節アームを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造業においては、複数の関節を有する多関節アームを備えたロボットを組立ラインに導入することによって、作業対象物に対して作業者が行っていた作業を自動化する動きが活発になってきている。例えば特許文献１には、床面に対して固定される固定部に対して正逆両方向へ回転可能な胴体の左右両側に多関節アームが連結されたロボットが開示されている。こうしたロボットにおいては、各関節を駆動することによって作業に応じて人と同じような動きをすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８８６９９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、動作中のロボットにおいては、その動作にともなう慣性力が多関節アームの各関節に作用することになる。こうした慣性力は、例えば多関節アームの振動を招くためロボットの作業精度を低下させるとともに、ロボットの動作が高速になればなるほど、また多関節アームの先端側における重量が重くなるほど大きくなる。そのため、動作中のロボットの振動を抑えつつ該ロボットの高速化を図るうえでは、多関節アームに作用する慣性力を抑える必要があった。
【０００５】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、動作中の多関節アームに作用する慣性力を抑えたロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のロボットは、アーム保持体と、第１回転軸部材を介して前記アーム保持体に連結された屈伸アームと、第２回転軸部材を介して前記屈伸アームに連結されたねじりアームと、前記アーム保持体に設けられ、前記第１回転軸部材を中心に前記屈伸アームを回転することで前記アーム保持体に対し前記屈伸アームを屈伸させる第１駆動機構と、前記第２回転軸部材を中心に前記ねじりアームを回転することで前記屈伸アームに対して前記ねじりアームをねじる第２駆動機構と、を備えたロボットであって、前記第２回転軸部材は、前記ねじりアームに固定されるとともに、前記屈伸アームに対し回転自在に貫挿され、前記第２駆動機構は、前記アーム保持体内に配置された第２モーターの出力軸に固定され、前記アーム保持体内に配置された駆動回転体と、前記第１回転軸部材の軸周りに回転自在に軸着され、前記駆動回転体の回転に従動する中間回転体と、前記第２回転軸部材に固定され、前記アーム保持体内にて前記中間回転体の回転に従動する従動回転体とを有する。
【０００７】
本発明のロボットによれば、アーム保持体に対して屈伸アームを屈伸させる第１駆動機構、及び屈伸アームに対してねじりアームをねじる第２駆動機構をアーム保持体の内部に配設することが可能であることから、アーム保持体よりも先端側のアームである屈伸アーム及びねじりアームの軽量化を図ることができる。それゆえに、ロボットが有する多関節アームにおいて、該多関節アームに生じる慣性力を小さくすることができる。
【０００８】
このロボットにおいて、前記第１駆動機構は、前記アーム保持体内に配置された第１モーターと、該第１モーターの出力を前記屈伸アームの回転に変換する変換機構とを有し、前記第１モーターの駆動と前記第２モーターの駆動とを制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記第１モーターを駆動して前記屈伸アームを屈伸する際に、前記屈伸アームに対する前記ねじりアームのねじりが維持されるように、前記第２モーターの駆動を通じて、前記駆動回転体により前記中間回転体を回転させることが好ましい。
【０００９】
アーム保持体に対して屈伸アームが屈伸する際、第１回転軸部材に対する屈伸アームの回転力は、第１回転軸部材に対する従動回転体の回転を通じて、第１回転軸部材を中心とする中間回転体の回転に変換されることになる。この際、中間回転体の回転によって従動回転体までもが回転してしまうと、ねじりアームに新たなねじれが生じてしまうこととなる。この点、上記構成のロボットにおける制御装置は、第１モーターを駆動する際に、屈伸アームに対するねじりアームのねじりが維持されるように、第２モーターも駆動する。それゆえに、ねじりアームが新たにねじられることなく屈伸アームを屈伸させることができる。
【００１０】
このロボットにおいて、前記第１駆動機構の変換機構は、前記第１モーターの出力軸に固定された駆動プーリーと、前記第１回転軸部材に固定された従動プーリーと、前記駆動プーリーと前記従動プーリーとの間に掛け渡された動力伝達部材とを備えていることが好ましい。
【００１１】
このロボットによれば、アーム保持体内における第１モーターの配置に関する自由度が拡張される。すなわち、多関節アームに生じる慣性力を低減するうえで、第１モーターの配置に関する自由度を拡張することができる。
【００１２】
このロボットにおいて、前記アーム保持体は、前記屈伸アームが先端部に連結された一方向に延びる基端アームであり、前記第１モーターと前記第２モーターは、前記第１モーターが前記基端アームの基端部側に位置するように前記基端アームの延出方向に並んで配置されていることが好ましい。
【００１３】
このロボットによれば、第１モーターと第２モーターとが基端アームの延びる延出方向に沿って並んで配置されていることから、延出方向と直交する方向において、基端アームの大型化を抑えることができる。
【００１４】
このロボットは、複数の多関節アームを備え、前記複数の多関節アームの各々が、前記基端アーム、前記屈伸アーム、及び前記ねじりアームを有する構成であってもよい。
このロボットにおいては、複数の多関節アームの各々における慣性力が低減されることから、各多関節アームを用いた協調動作を行ったとしてもロボットに生じる振動を抑えることができる。
【００１５】
このロボットでは、前記駆動回転体、前記中間回転体、前記従動回転体の各々が歯車であり、前記中間回転体の歯数が前記駆動回転体の歯数よりも多いことが好ましい。
このロボットによれば、駆動回転体、中間回転体、従動回転体の各々が歯車であって、中間回転体の歯数が駆動回転体の歯数よりも多いことから、中間回転体の歯数が駆動回転体の歯数よりも少ない場合に比べて、第２モーターの駆動によって回転する中間回転体の回転角度に関する精度を高めることができる。
【００１６】
このロボットは、ロボットの基体に連結される肩部と、前記肩部に連結される上腕部と、前記上腕部に連結される前腕部と、前記前腕部に連結される手首部とで構成される多関節アームを備え、前記前腕部が、前記上腕部を構成する上腕アームに対して回転可能に連結された第１前腕アームと、前記第１前腕アームに対して回転可能に連結された第２前腕アームとを有しており、前記アーム保持体が前記上腕アーム、前記屈伸アームが前記第１前腕アーム、前記ねじりアームが前記第２前腕アームであってもよい。
【００１７】
具体的には、このロボットのように、アーム保持体として上腕アーム、屈伸アームとして上腕アームに連結された第１前腕アーム、ねじりアームとして第１前腕アームに連結された第２前腕アームとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる一実施形態のロボットの斜視構造を示す斜視図であって、基本姿勢にあるロボットを示す図。
【図２】屈伸機構の斜視構造を示す斜視図であって、屈伸機構以外の部材の一部を省略して示す図。
【図３】ねじり機構の斜視構造を示す斜視図であって、ねじり機構以外の部材の一部を省略して示す図。
【図４】第３アームに対して第４アームを伸長させるときのねじり機構の動作態様を示す図。
【図５】第３アームに対して第４アームを屈曲させるときのねじり機構の動作態様を示す図。
【図６】第４アームに対して第５アームをねじるときのねじり機構の動作態様を示す図。
【図７】変形例におけるロボットの斜視構造を示す斜視図であって、基本姿勢にあるロボットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかるロボットの一実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態における「回転」とは、正転及び逆転を意味する。
図１に示されるように、ロボットを構成するロボット本体１１には、鉛直方向に延びる円柱状の本体１３の上端部に、基体としてのベース部１４が固設されている。ベース部１４には、鉛直方向と直交する水平方向に沿って紙面の手前側に延びる平板状の第１支持部材１５と、同じく水平方向に沿って紙面手前側に延びる平板状の第２支持部材１６とが、鉛直方向にて互いに向かい合うように延設されている。第１支持部材１５には、該第１支持部材１５における第２支持部材１６側に多関節アーム３０が連結されている。なお、ロボット本体１１の背面側には、ロボットを構成してロボット本体１１の動作を制御する制御装置としてのコントローラー１２が設置されている。
【００２０】
第１支持部材１５の下側には、多関節アーム３０を構成する第１アーム３１の基端部３１ａが連結されている。肩部を構成する第１アーム３１では、水平方向に延びる平板状の基端部３１ａが第１支持部材１５の下側に重なるように配置されるとともに、該基端部３１ａの先端側が鉛直方向の下方に向かって屈曲されている。この第１アーム３１の基端部３１ａには、鉛直方向に延びる第１回転軸線Ｊ１に回転中心を有して第１支持部材１５を貫通する図示されない回転軸部材が連結されている。第１支持部材１５の上側には、第１アーム３１の基端部３１ａが有する回転軸に連結されて第１回転軸線Ｊ１の軸周りの回転トルクを該回転軸部材に出力するモーター３１Ｍが連結されている。
【００２１】
第１アーム３１において鉛直方向の下方に屈曲された先端部３１ｂには、該先端部３１ｂに対して基端部３１ａとは反対側に、肩部を構成する第２アーム３２の基端部が連結されている。この第２アーム３２の基端部には、第１アーム３１の先端部３１ｂを貫通する図示されない回転軸部材が連結されている。この回転軸部材は、第１回転軸線Ｊ１に直交する第２回転軸線Ｊ２上に回転中心を有している。第１アーム３１における基端部３１ａの下側には、第２アーム３２の基端部が有する上記回転軸部材に連結されて第２回転軸線Ｊ２の軸回りの回転トルクを該回転軸部材に出力するモーター３２Ｍが連結されている。
【００２２】
第２アーム３２の先端部には、第２回転軸線Ｊ２に直交する第３回転軸線Ｊ３を回転中心として回転可能に、上腕部を構成する上腕アーム及びアーム保持体としての第３アーム３３の基端部が連結されている。第３アーム３３は、同第３アーム３３内に配設されたモーター３３Ｍが駆動されることにより、第２アーム３２に対して第３回転軸線Ｊ３を中心に回転する。
【００２３】
第３アーム３３の先端部には、第３回転軸線Ｊ３に直交する第４回転軸線Ｊ４を回転中心として回転可能に、前腕部を構成する第１前腕アーム及び屈伸アームとしての第４アーム３４の基端部が連結されている。第４アーム３４は、第３アーム３３内に配設された屈伸機構４０のモーター３４Ｍ及びねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動されることにより、第３アーム３３に対して第４回転軸線Ｊ４を中心に回転する。すなわち第４アーム３４は、第３アーム３３に対して屈伸動作する。
【００２４】
第４アーム３４の先端部には、第４回転軸線Ｊ４に直交する第５回転軸線Ｊ５を回転中心として回転可能に、前腕部を構成する第２前腕アーム及びねじりアームとしての第５アーム３５の基端部が連結されている。第５アーム３５は、第３アーム３３内に配設されたねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動されることにより、第４アーム３４に対して第５回転軸線Ｊ５を中心に回転する。すなわち第５アーム３５は、第４アーム３４に対してねじり動作する。
【００２５】
第５アーム３５の先端部には、第５回転軸線Ｊ５に直交する第６回転軸線Ｊ６を回転中心として回転可能に、手首部を構成する第６アーム３６の基端部が連結されている。第６アーム３６は、第５アーム３５の先端部に配設されたモーター３６Ｍが駆動されることにより、第５アーム３５に対して第６回転軸線Ｊ６を中心に回転する。
【００２６】
第６アーム３６の先端部には、第６回転軸線Ｊ６に直交する第７回転軸線Ｊ７を回転中心として回転可能に、手首部を構成するハンド部３７が連結されている。ハンド部３７は、第６アーム３６内に配設された図示しないモーターが駆動されることにより第７回転軸線Ｊ７を中心に回転するとともに、ロボット本体１１に実行させる作業に応じたエンドエフェクターが取り付けられる。
【００２７】
また、上記多関節アーム３０の各モーターには、本体１３の後側に設置されているコントローラー１２との間で各種信号の授受を行うための電気配線が接続される。
多関節アーム３０の各モーターに接続される電気配線は、伸縮性を有する円筒形状の配管部材３８の内部を通されて、対応するモーターの近傍まで案内される。配管部材３８は、第１支持部材１５の上方の空間を通じて、本体１３の背面側から本体１３の正面側であって第１アーム３１を回転させるモーター３１Ｍの直上へと引き回されている。そして、第１アーム３１の基端部３１ａが有する回転軸を第１回転軸線Ｊ１に沿って貫通する図示しない通路を通じて、第１アーム３１の基端部３１ａと第２支持部材１６とによって挟まれる空間へと引き回されている。
【００２８】
配管部材３８は、第１アーム３１の基端部３１ａと第２支持部材１６とによって挟まれる空間において、モーター３２Ｍに向かって湾曲している。そして、第２アーム３２の基端部が有する回転軸を第２回転軸線Ｊ２に沿って貫通する図示しない通路を通じて、第３アーム３３〜ハンド部３７に対応する各モーターへと引き回されている。
【００２９】
次に、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸動作させる第１駆動機構としての屈伸機構４０、第４アーム３４に対して第５アーム３５をねじり動作させる第２駆動機構としてのねじり機構５０について図２及び図３を参照して説明する。
【００３０】
図２に示されるように、屈伸機構４０は、図示しない支持部材によって第３アーム３３内における基端部側に固設され、コントローラー１２から所定の制御周期ごとに駆動量を示す信号が入力される第１駆動源としてのモーター３４Ｍを有している。
【００３１】
モーター３４Ｍは、図示しないブレーキ機構や減速機を内蔵しており、コントローラー１２から入力される駆動量に応じた回転角度に出力軸４１が回転する。モーター３４Ｍは、出力軸４１が第４回転軸線Ｊ４と平行となるように配置されており、該出力軸４１の先端部には駆動プーリー４２が固設されている。
【００３２】
また、第３アーム３３の先端部には、第４回転軸線Ｊ４に沿って延びる第１回転軸部材４３が、第３アーム３３に対して回転可能に軸支され、且つ第４アーム３４の基端部に固定されている。第１回転軸部材４３における軸方向の途中には、動力伝達部材としてのタイミングベルト４４を介して、駆動プーリー４２に連結された従動プーリー４５が固設されている。そして、モーター３４Ｍの駆動力は、変換機構を構成するこれら駆動プーリー４２、タイミングベルト４４、従動プーリー４５を介して、第４アーム３４が固設された第１回転軸部材４３へと伝達される。
【００３３】
図３に示されるように、ねじり機構５０は、図示しない支持部材によってモーター３４Ｍよりも第３アーム３３内における先端部側に固設され、コントローラー１２から所定の制御周期ごとに駆動量を示す信号が入力されるモーター３５Ｍを有している。
【００３４】
モーター３５Ｍは、図示しないブレーキ機構や減速機が内蔵されており、コントローラー１２から入力される駆動量に応じた回転角度に出力軸５１が回転する。モーター３５Ｍは、出力軸５１が第３アーム３３の長手方向に沿って第４回転軸線Ｊ４と直交するように配置されており、該出力軸５１の先端部には噛合面５２ａを有する駆動回転体としての駆動ベベルギヤ５２が固設されている。
【００３５】
駆動ベベルギヤ５２の噛合面５２ａには、中間回転体としての中間ベベルギヤ５３の噛合面５３ａが噛合している。この中間ベベルギヤ５３は、屈伸機構４０の第１回転軸部材４３が該中間ベベルギヤ５３に挿通されることにより、該第１回転軸部材４３に回転自在に軸支されている。中間ベベルギヤ５３は、第１回転軸部材４３の軸方向における移動が規制されて駆動ベベルギヤ５２と常に噛合しているとともに、その噛合面５３ａには駆動ベベルギヤ５２の噛合面５２ａに形成された歯よりも多くの歯が形成されている。
【００３６】
また、中間ベベルギヤ５３の噛合面５３ａには、駆動回転体としての駆動ベベルギヤ５２の他、従動ベベルギヤ５４の噛合面５４ａが噛合している。この従動ベベルギヤ５４は、第５アーム３５に基端部が固設されて第５回転軸線Ｊ５に沿って延びる第２回転軸部材５８の先端部に固設されている。第２回転軸部材５８は、第４アーム３４内に設けられた円筒形状の支持部材５６，５７によって回転自在に軸支されている。従動ベベルギヤ５４の噛合面５４ａには、駆動ベベルギヤ５２の噛合面５２ａに形成された歯よりも多くの歯が形成されている。
【００３７】
次に、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際のロボットの動作態様について図４及び図５を参照して説明する。第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際には、コントローラー１２によって屈伸機構４０のモーター３４Ｍとねじり機構５０のモーター３５Ｍとの双方が駆動される。
【００３８】
ちなみに、モーター３５Ｍが駆動されることなく、モーター３４Ｍのみが駆動されると、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈伸する一方、駆動ベベルギヤ５２及び中間ベベルギヤ５３が回転しないことになる。その結果、従動ベベルギヤ５４が、その噛合面５４ａに中間ベベルギヤ５３からの反力を受けて、中間ベベルギヤ５３の噛合面５３ａ上で第５回転軸線Ｊ５を中心に回転しながら移動することになる。そして、第４アーム３４が屈伸することにともない、第５アーム３５までもが第５回転軸線Ｊ５を中心に回転してしまうことになる。
【００３９】
そこで、上述したように、第４アーム３４が屈伸動作を行う際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍとともに、ねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。そして、第４回転軸線Ｊ４を中心として第４アーム３４が回転したとしても、中間ベベルギヤ５３における従動ベベルギヤ５４の噛合位置が維持されるように、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量でねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。
【００４０】
例えば、図４に示されるように、第４回転軸線Ｊ４を中心にして第４アーム３４が矢印６１の方向に回転し、第３アーム３３に対して第４アーム３４が伸腕状態になる際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量で、出力軸５１がＺ１方向に回転するようにねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。これにより、中間ベベルギヤ５３がＸ１方向に回転することから、従動ベベルギヤ５４と中間ベベルギヤ５３との噛合位置が維持されたまま、従動ベベルギヤ５４が第４回転軸線Ｊ４を中心に矢印６１の方向へ回転する。
【００４１】
また、例えば、図５に示されるように、第４回転軸線Ｊ４を中心にして第４アーム３４が矢印６２の方向に回転し、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈曲状態になる際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量で、出力軸５１がＺ２方向に回転するようにねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。これにより、中間ベベルギヤ５３がＸ２方向に回転することから、従動ベベルギヤ５４と中間ベベルギヤ５３との噛合位置が維持されたまま、従動ベベルギヤ５４が第４回転軸線Ｊ４を中心に矢印６２の方向へ回転する。
【００４２】
なお、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈伸しつつ、第４アーム３４に対して第５アームが所定のねじれ角でねじられる際には、屈伸機構４０のモーター３４Ｍの駆動量に応じた駆動量と上記ねじれ角に応じた駆動量でねじり機構５０のモーター３５Ｍが駆動される。
【００４３】
こうしたモーター３４Ｍ，３５Ｍの駆動態様は、例えば、以下のような構成により実現される。すなわち、第４回転軸線Ｊ４を中心として第４アーム３４が回転する際に従動ベベルギヤ５４と中間ベベルギヤ５３との噛合位置が維持されるように、モーター３４Ｍの駆動量に対応付けられたねじり機構５０のモーター３５Ｍの駆動量が示されたデータをコントローラー１２に記憶させておく。そして、屈伸機構４０のモーター３４Ｍを駆動する際には、モーター３４Ｍの駆動量と上記データとに基づいてモーター３５Ｍの駆動量を選択し、それらの駆動量を示す信号を対応するモーターに出力することにより実現される。
【００４４】
次に、第４アーム３４に対して第５アーム３５をねじる際のロボットの動作態様について図６を用いて説明する。第４アーム３４に対して第５アーム３５をねじる際には、ねじり機構５０のモーター３５Ｍのみが駆動される。
【００４５】
図６に示されるように、ねじり機構５０のモーター３５Ｍのみを駆動して出力軸５１をＺ１方向に回転させると、駆動ベベルギヤ５２に噛合する中間ベベルギヤ５３はＸ１方向に回転する。そして、この中間ベベルギヤ５３のＸ１方向への回転によって、該中間ベベルギヤ５３に噛合する従動ベベルギヤ５４はＹ１方向に回転する。これにより第５アーム３５は、第４アーム３４に対して第５回転軸線Ｊ５を中心にＹ１方向に回転することになる。
【００４６】
一方、出力軸５１をＺ２方向に回転させると、駆動ベベルギヤ５２に噛合する中間ベベルギヤ５３はＸ２方向に回転する。そして、この中間ベベルギヤ５３のＸ２方向への回転によって、該中間ベベルギヤ５３に噛合する従動ベベルギヤ５４はＹ２方向に回転する。これにより第５アーム３５は、第４アーム３４に対して第５回転軸線Ｊ５を中心にＹ２方向に回転することになる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態に係るロボットによれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）上記実施形態のロボットによれば、第３アーム３３に対して第４アーム３４が屈伸動作を行うためのモーター３４Ｍが第３アームに配設されている。また、第４アーム３４に対して第５アーム３５がねじり動作を行うためのモーター３５Ｍが第３アーム３３に配設されている。これにより、第４及び第５アーム３４，３５の軽量化を図ることができることから、多関節アーム３０に生じる慣性力を小さくすることができる。
【００４８】
（２）上記実施形態によれば、ねじり機構５０において中間ベベルギヤ５３に対して駆動ベベルギヤ５２及び従動ベベルギヤ５４が常に噛合しているとともに、屈伸機構４０とねじり機構５０との協働によって第３アーム３３に対する第４アーム３４の屈伸が実現される。これにより、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際に、第４アーム３４に対して第５アーム３５がねじれてしまうことを抑えることができる。
【００４９】
（３）上記実施形態の第３アーム３３には、モーター３４Ｍが当該第３アーム３３の基端部側に位置するように、モーター３４Ｍとモーター３５Ｍとが第３アーム３３の延出方向に並んで配置されている。これにより、これらモーター３４Ｍ，３５Ｍによって、第３アーム３３がその延出方向に直交する方向において大型化してしまうことを抑えることができる。
【００５０】
（４）上記実施形態によれば、中間ベベルギヤ５３の歯数が駆動ベベルギヤ５２の歯数よりも多いことから、駆動ベベルギヤ５２の回転によって回転する中間ベベルギヤ５３の回転角度に関する精度を高めることができる。その結果、第４アーム３４を屈伸させる際に第４回転軸線Ｊ４を中心とした中間ベベルギヤ５３の回転角度に関する精度を高めることができることから、第３アーム３３に対して第４アーム３４を屈伸させる際に第５アーム３５がねじれてしまうことをさらに抑えることができる。
【００５１】
（５）上記実施形態の屈伸機構４０においては、モーター３４Ｍの駆動力が駆動プーリー４２、タイミングベルト４４，従動プーリー４５を介して、第４アーム３４が固設された第１回転軸部材４３へと伝達される。これにより、第３アーム３３内におけるモーター３４Ｍの配置に関する自由度が拡張されることから、多関節アーム３０に生じる慣性力を低減するうえで、モーター３４Ｍの配置に関する自由度を拡張することができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することも可能である。
・上記実施形態のロボットは、屈伸機構４０及びねじり機構５０を備えた多関節アーム３０を１つ有している。これに限らず、ロボットは、例えば図７に示されるように、第２支持部材１６に多関節アーム３０と同様の構成の多関節アーム６０をさらに備えた双腕ロボットであってもよい。また多関節アーム３０と同様の構成の多関節アームを３つ以上有したロボットであってもよい。こうした複数の多関節アームを有するロボットであっても、各多関節アームに対して動作時にかかる慣性力が小さくなっていることから、複数の多関節アームを用いた協調動作を行ったとしてもロボットに生じる振動が抑えられる。
【００５３】
また、上記双腕ロボットにおいては、図７に示されるように、各多関節アームにおける第１アームの第１回転軸線Ｊ１を同一線上に配置している。これにより、例えば、多関節アーム３０の第１アーム３１を前方へ回転させるとともに多関節アーム６０の第１アームを後方へ回転させることによって、腰関節と同等の機能を具現化することができる。また例えば、多関節アーム３０の第１アーム３１のみを前方へ回転させること、多関節アーム３０，６０の第１アームをともに前方あるいは後方へ回転させることも可能である。その結果、腰関節を有するロボットに比べて、他方の多関節アームの可動範囲が変更されることを抑えつつ一方の多関節アームの可動範囲を拡張することができるとともに、２つの多関節アームによる協調動作が可能な範囲を拡張することもできる。
【００５４】
・上記実施形態において、中間ベベルギヤ５３は、その歯数が駆動ベベルギヤ５２の歯数よりも少なくてもよいし同じ歯数であってもよい。
・上記実施形態のモーター３４Ｍとモーター３５Ｍは、モーター３４Ｍが第３アーム３３の基端部側に位置するように、該第３アーム３３の延出方向に並んで配置されている。これを変更して、例えば第３アーム３３の延出方向に直交する方向にモーター３４Ｍとモーター３５Ｍとを並んで配置してもよい。
【００５５】
・上記実施形態においては、中間ベベルギヤ５３に対して駆動ベベルギヤ５２及び従動ベベルギヤ５４が常に噛合している。これに限らず、次のような構成にすることによって、これら各ベベルギヤ５２，５３，５４が選択的に噛合されるようにしてもよい。
【００５６】
すなわち、例えば、駆動ベベルギヤ５２及び従動ベベルギヤ５４と噛合する噛合位置と噛合しない非噛合位置との間で中間ベベルギヤ５３を第１回転軸部材４３に移動可能に軸支するとともに、該中間ベベルギヤ５３を移動させる移動装置を設ける。そして、その移動装置を用いて、第４アーム３４の屈伸動作の際には中間ベベルギヤ５３を非噛合位置に配置し、第５アーム３５のねじり動作の際には中間ベベルギヤ５３を噛合位置に配置することにより実現可能である。こうした構成によれば、ねじり機構５０と屈伸機構４０とを協働させることなく第４アーム３４の屈伸動作を実行することができる。
【００５７】
・上記実施形態では、第１及び第２アーム３１，３２を介してベース部１４に連結された第３アーム３３をアーム保持体としている。これに限らず、例えば、設置面に固設されたベース部に腰関節を介して連結された胴体に多関節アームが連結されている態様のロボットであれば、胴体をアーム保持体としてもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、動力伝達部材をタイミングベルト４４としたが、動力伝達部材は、駆動プーリー４２と従動プーリー４５との間で動力が伝達可能であればよく、例えば金属製のワイヤなどであってもよい。
【００５９】
・ロボットが有する多関節アームは、屈伸機構４０及びねじり機構５０が設けられている多関節アームであればよく、その軸数は７軸に限られるものではなく、５軸以下であってもよいし、８軸以上であってもよい。
【００６０】
・上記実施形態では、駆動回転体、中間回転体、従動回転体をベベルギヤとしたが、これに限らず、例えば、駆動回転体及び従動回転体をピニオンギヤ、中間回転体をクラウンギヤとする組み合わせでもよい。また、これら回転体における駆動力の伝達もギヤの噛合だけに限らず、例えば面接触にともなう摩擦力などであってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７…第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７回転軸線、１１…ロボット本体、１２…コントローラー、１３…本体、１３ａ…貫通孔、１４…ベース部、１５…第１支持部材、１６…第２支持部材、３０…多関節アーム、３１…第１アーム、３１ａ…基端部、３１ｂ…先端部、３１Ｍ…モーター、３２…第２アーム、３２Ｍ…モーター、３３…第３アーム、３４…第４アーム、３４Ｍ…モーター、３５…第５アーム、３５Ｍ…モーター、３６…第６アーム、３７…ハンド部、３８…配管部材、４０…屈伸機構、４１…出力軸、４２…駆動プーリー、４３…第１回転軸部材、４４…タイミングベルト、４５…従動プーリー、５０…ねじり機構、５１…出力軸、５２…駆動ベベルギヤ、５２ａ…噛合面、５３…中間ベベルギヤ、５３ａ…噛合面、５４…従動ベベルギヤ、５４ａ…噛合面、５６，５７…支持部材、５８…第２回転軸部材、６０…多関節アーム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム保持体と、
第１回転軸部材を介して前記アーム保持体に連結された屈伸アームと、
第２回転軸部材を介して前記屈伸アームに連結されたねじりアームと、
前記アーム保持体に設けられ、前記第１回転軸部材を中心に前記屈伸アームを回転することで前記アーム保持体に対し前記屈伸アームを屈伸させる第１駆動機構と、
前記第２回転軸部材を中心に前記ねじりアームを回転することで前記屈伸アームに対して前記ねじりアームをねじる第２駆動機構と、を備えたロボットであって、
前記第２回転軸部材は、
前記ねじりアームに固定されるとともに、前記屈伸アームに対し回転自在に貫挿され、
前記第２駆動機構は、
前記アーム保持体内に配置された第２モーターの出力軸に固定され、前記アーム保持体内に配置された駆動回転体と、
前記第１回転軸部材の軸周りに回転自在に軸着され、前記駆動回転体の回転に従動する中間回転体と、
前記第２回転軸部材に固定され、前記アーム保持体内にて前記中間回転体の回転に従動する従動回転体とを有する
ことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第１駆動機構は、
前記アーム保持体内に配置された第１モーターと、
該第１モーターの出力を前記屈伸アームの回転に変換する変換機構とを有し、
前記第１モーターの駆動と前記第２モーターの駆動とを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１モーターを駆動して前記屈伸アームを屈伸する際に、前記屈伸アームに対する前記ねじりアームのねじりが維持されるように、前記第２モーターの駆動を通じて、前記駆動回転体により前記中間回転体を回転させる
請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第１駆動機構の前記変換機構は、
前記第１モーターの出力軸に固定された駆動プーリーと、
前記第１回転軸部材に固定された従動プーリーと、
前記駆動プーリーと前記従動プーリーとの間に掛け渡された動力伝達部材と
を備えている
請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記アーム保持体は、
前記屈伸アームが先端部に連結された一方向に延びる基端アームであり、
前記第１モーターと前記第２モーターは、
前記第１モーターが前記基端アームの基端部側に位置するように前記基端アームの延出方向に並んで配置されている
請求項２または３に記載のロボット。
【請求項５】
複数の多関節アームを備え、
前記複数の多関節アームの各々が、前記基端アーム、前記屈伸アーム、及び前記ねじりアームを有する
請求項４に記載のロボット。
【請求項６】
前記駆動回転体、前記中間回転体、前記従動回転体の各々が歯車であり、前記中間回転体の歯数が前記駆動回転体の歯数よりも多い
請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項７】
ロボットの基体に連結される肩部と、前記肩部に連結される上腕部と、前記上腕部に連結される前腕部と、前記前腕部に連結される手首部とで構成される多関節アームを備え、
前記前腕部が、
前記上腕部を構成する上腕アームに対して回転可能に連結された第１前腕アームと、前記第１前腕アームに対して回転可能に連結された第２前腕アームとを有しており、
前記アーム保持体が前記上腕アーム、前記屈伸アームが前記第１前腕アーム、前記ねじりアームが前記第２前腕アームである
請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１】
アーム保持体と、
第１回転軸部材を介して前記アーム保持体に連結された屈伸アームと、
第２回転軸部材を介して前記屈伸アームに連結されたねじりアームと、
前記アーム保持体に設けられ、前記第１回転軸部材を中心に前記屈伸アームを回転することで前記アーム保持体に対し前記屈伸アームを屈伸させる第１駆動機構と、
前記第２回転軸部材を中心に前記ねじりアームを回転することで前記屈伸アームに対して前記ねじりアームをねじる第２駆動機構と、を備えたロボットであって、
前記第２回転軸部材は、
前記ねじりアームに固定されるとともに、前記屈伸アームに対し回転自在に貫挿され、
前記第２駆動機構は、
前記アーム保持体内に配置された第２モーターの出力軸に固定され、前記アーム保持体内に配置された駆動回転体と、
前記第１回転軸部材の軸周りに回転自在に軸着され、前記駆動回転体の回転に従動する中間回転体と、
前記第２回転軸部材に固定され、前記アーム保持体内にて前記中間回転体の回転に従動する従動回転体とを有する
ことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第１駆動機構は、
前記アーム保持体内に配置された第１モーターと、
該第１モーターの出力を前記屈伸アームの回転に変換する変換機構とを有し、
前記第１モーターの駆動と前記第２モーターの駆動とを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１モーターを駆動して前記屈伸アームを屈伸する際に、前記屈伸アームに対する前記ねじりアームのねじりが維持されるように、前記第２モーターの駆動を通じて、前記駆動回転体により前記中間回転体を回転させる
請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第１駆動機構の前記変換機構は、
前記第１モーターの出力軸に固定された駆動プーリーと、
前記第１回転軸部材に固定された従動プーリーと、
前記駆動プーリーと前記従動プーリーとの間に掛け渡された動力伝達部材と
を備えている
請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記アーム保持体は、
前記屈伸アームが先端部に連結された一方向に延びる基端アームであり、
前記第１モーターと前記第２モーターは、
前記第１モーターが前記基端アームの基端部側に位置するように前記基端アームの延出方向に並んで配置されている
請求項２または３に記載のロボット。
【請求項５】
複数の多関節アームを備え、
前記複数の多関節アームの各々が、前記基端アーム、前記屈伸アーム、及び前記ねじりアームを有する
請求項４に記載のロボット。
【請求項６】
前記駆動回転体、前記中間回転体、前記従動回転体の各々が歯車であり、前記中間回転体の歯数が前記駆動回転体の歯数よりも多い
請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項７】
ロボットの基体に連結される肩部と、前記肩部に連結される上腕部と、前記上腕部に連結される前腕部と、前記前腕部に連結される手首部とで構成される多関節アームを備え、
前記前腕部が、
前記上腕部を構成する上腕アームに対して回転可能に連結された第１前腕アームと、前記第１前腕アームに対して回転可能に連結された第２前腕アームとを有しており、
前記アーム保持体が前記上腕アーム、前記屈伸アームが前記第１前腕アーム、前記ねじりアームが前記第２前腕アームである
請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８６１９８（Ｐ２０１３−８６１９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７１８８（Ｐ２０１１−２２７１８８）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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