水平多関節型ロボット

【課題】作業軸の上下を使い分けられるようにすることにより、１種類のロボットで様々なワークの搬送形態、種類等に対応できるようにした水平多関節型ロボットを提供する。
【解決手段】関節軸１４、１６により連結された複数の水平アーム１５、１７を有し、そのうちの先端アーム１７の先端部に設けられた作業軸１８が、上下両端部にエンドエフェクタの取付部１８ｂ、１８ｃを有するものとする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平多関節型ロボットに関し、特にロボットアームの先端部に装着されるエンドエフェクタの取付部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
スカラ型ロボットとも呼ばれる水平多関節型ロボットは、特にコンパクト性、作業性に優れており、産業用ロボットの中でも多用されているロボットである。通常、第１アームと第２アームがそれぞれ第１関節軸、第２関節軸を介して水平面内で回動し、第２アームの先端部に装着された作業軸にハンドなどのエンドエフェクタを取り付けて、ワークの組立や搬送など所望の作業を実行させる構造となっている（例えば、特許文献１、２参照）。この場合、特許文献１に示されるロボットでは、第２アームの上面がワークの搬送のための取付部となっており、特許文献２に示されるロボットでは、第２アームの下面がワークの組立・搬送に供される取付部となっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４９６６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０１８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来の水平多関節型ロボットは、ハンドあるいはワークの取付部が第２アームすなわち先端アームの片側（上側または下側）にしか設けられていないものである。例えば、ウェハやガラス基板等を移載する作業を行う場合には、先端アームの上側にハンド等のエンドエフェクタを取り付ける必要があり、他方、部品の組立・搬送等を行う場合には、先端アームの下側にエンドエフェクタを取り付ける必要があった。そのため、ワークの搬送形態、種類等に合わせて、ロボットの種類、取付方法を変更する必要があった。したがって、従来のロボットシステムはワークの搬送形態、種類等によってロボットの形式が混在する可能性があり、設備費が高くなるものであった。
【０００５】
また、エンドエフェクタや作業軸等を駆動するための駆動装置の配線あるいは配管用のダクトがアームの周囲に露出するような構造では、外観上も見劣りがするうえに、アームの動きを制限しないように配線・配管用ダクトの配置を考慮しなければならず、また外部物体等との干渉が生じないように配慮する必要がある。
【０００６】
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたもので、作業軸の上下を使い分けられるようにすることにより、１種類のロボットで様々なワークの搬送形態、種類等に対応できるようにした水平多関節型ロボットを提供することを目的とする。
また、本発明は、エンドエフェクタや作業軸等の駆動装置の配線あるいは配管の外部への露出部を極力少なくするとともに、アームの動きに制限を加えることなく、また外部物体等との干渉のおそれのない水平多関節型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】
【０００７】
本発明に係る水平多関節型ロボットは、関節軸により連結された複数の水平アームを有し、そのうちの先端アームの先端部に設けられた作業軸が、上下両端部にエンドエフェクタの取付部を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の水平多関節型ロボットは、先端アームの先端部に設けられた作業軸の上下両端部にエンドエフェクタの取付部が設けられているので、エンドエフェクタが先端アームの上側に取り付けられている場合には、ウェハやガラス基板等のワークを移載する作業に適用することができ、エンドエフェクタが先端アームの下側に取り付けられている場合には、部品の組立や搬送等の一般的な作業に適用することができる。したがって、１種類の本ロボットを配置するだけで、様々なワークの搬送形態、種類等に対応させることが可能となり、コンパクトで経済的なロボットシステムを構築することができる。
【０００９】
また、前記作業軸は、中空回転軸とするのが好ましい。この構成によれば、エンドエフェクタの配線あるいは配管を中空回転軸の中を通して行うことができるので、配線・配管がほとんど外部に露出することなくすっきりとしたものになる。
【００１０】
前記中空回転軸は、少なくとも一端に取付フランジを有するものとする。取付フランジは中空回転軸の上下両端に設けられていてもよいものであるが、少なくとも上端に取付フランジがあれば、平板状のワークの搬送に適合させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記エンドエフェクタのための配線が、前記中空回転軸の中を通した構成となっているものである。
エンドエフェクタが電気配線を必要とする場合、その電気配線を中空回転軸の中を通して行うことにより、上述のように外観上すっきりとしたものになる。また、この配線がアームの動きの支障となることはなく、外部物体等との干渉のおそれもない。
【００１２】
また、本発明によれば、前記エンドエフェクタのための配管が、前記中空回転軸の中を通した構成、または前記エンドエフェクタの取付部と反対側の取付部に気密に接続した構成となっているものである。
エンドエフェクタが流体圧を利用するものである場合、流体供給配管を前記電気配線の場合と同様に中空回転軸の中を通すか、またはエンドエフェクタの取付部と反対側の取付部に気密に接続するものである。これにより、電気配線の場合と同様の効果が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、前記エンドエフェクタの取付部は、フランジ結合手段または即着脱式結合手段からなるものである。すなわち、エンドエフェクタの取付部を、複数のねじもしくはボルトによるフランジ継手とするか、あるいはねじカップリング等による即着脱式に構成するものである。前者は取付部の高さを低くできる利点があり、後者は簡単かつ短時間に着脱できる利点がある。
【００１４】
また、本発明によれば、前記作業軸の駆動手段が、前記先端アームの内部に設けられているものである。
したがって、作業軸の駆動手段が先端アームの外部に突出することがないので、外部物体等との干渉を心配する必要もなく、外観上もすっきりとしたアーム形状となる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記複数の水平アームと複数の関節軸およびアーム駆動手段は、ともに中空に構成されているものである。
この構成により、作業軸の駆動手段およびアーム駆動手段の配線やエンドエフェクタの配管をアーム内を通して引き回すことができるため、外観形状が良好なものとなり、またこれらの配線や配管によってアームの動きが制限されることもなく、外部物体等との干渉のおそれもないものとなる。
【００１６】
また、本発明によれば、上下動機構に連結され、前記水平アームを支持するアームベースが中空に構成されているものである。
さらにアームベースを中空に構成することにより、配線や配管をアームベース内を通して引き回すことが可能となる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記エンドエフェクタの配線および／または配管が、前記先端アームの中を通した構成となっているものである。
この構成により、エンドエフェクタの配線や配管をほとんど外部に露出させることなくアーム内部に収めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における水平多関節型ロボットの側面図、図２はこの水平多関節型ロボットの上面図、図３はこの水平多関節型ロボットの斜視図である。また、図４はこの水平多関節型ロボットのアーム部分を示す断面図である。
【００２０】
この水平多関節型ロボット１０は、ベース１１と、ベース１１に上下動機構１２を介して連結されたアームベース１３と、アームベース１３に第１関節軸１４を介して連結された第１アーム１５と、第１アーム１５に第２関節軸１６を介して連結された第２アーム１７と、第２アーム１７の先端部に回転可能に設けられた作業軸１８とを備えている。
第１アーム１５および第２アーム１７はいずれも水平面内で回動する水平アームであり、第２アーム１７がここでは先端アームを構成している。また、アームの個数は特に限定されるものではない。一般的には２個から４個の間である。
【００２１】
上下動機構１２は、ボールネジ、ラックアンドピニオン、ベルト等による直動軸のものである。なお、直動式に限られるものではなく、平行リンクにて構成されるリンク構造でもよい。
【００２２】
作業軸１８は、中実軸でもよいが、好ましくは、図４に示すように、中空回転軸１８ａとする。この中空回転軸１８ａの上下端には取付部として、それぞれ上部中空取付フランジ１８ｂ、下部中空取付フランジ１８ｃが設けられており、各中空取付フランジ１８ｂ、１８ｃに、後述するように作業目的・内容に応じて適切なエンドエフェクタが取り付けられるようになっている。
【００２３】
中空回転軸１８ａは、上下部をそれぞれ軸受１８ｄにより回転自在に第２アーム（先端アーム）１７の先端部に支持されており、中空回転軸１８ａの中間部には一例としてベルト駆動機構２０が連結されている。このベルト駆動機構２０は、第２アーム１７の内部に設けられた減速機付き駆動モータ２０ａの駆動プーリ２０ｂと中空回転軸１８ａの従動プーリ２０ｃとをタイミングベルト２０ｄで連結した構成となっている。したがって、中空回転軸１８ａは、図３の矢印Ｔ４方向に３６０度回転することができる。
【００２４】
また、第１アーム１５の第１関節軸１４、第２アーム１７の第２関節軸１６は、それぞれ波動歯車機構からなる第１減速機４１、第２減速機４２を介して第１モータ４３、第２モータ４４により回転駆動するようになっている。すなわち、第１アーム１５は、第１関節軸１４を中心に、図３の矢印Ｔ１方向に３６０度回転することができ、また第２アーム１７は、第２関節軸１６を中心に、矢印Ｔ２方向に３６０度回転することができる。そしてさらに、これらの第１アーム１５、第２アーム１７、第１関節軸１４、第２関節軸１６、第１減速機４１、第２減速機４２、第１モータ４３、第２モータ４４、およびアームベース１３は、図４に示すように、すべて中空構造となっている。そのため、例えば、中空回転軸１８ａの減速機付き駆動モータ２０ａの配線２１を、第２アーム１７内から第２モータ４４、第２減速機４２、第２関節軸１６の中を通して第１アーム１５内へ導き、さらに第１関節軸１４、第１減速機４１、第１モータ４３の中を通してアームベース１３内に導くことができる。配線２１の手順はこの逆でもよい。また、図示は省略するが、第２モータ４４の配線も第２モータ４４の中を通してから上記配線２１と同様に第１アーム１５内を経由してアームベース１３内に導くことができる。このため、先端アームに取り付けられるエンドエフェクタや中空回転軸駆動モータ２０ａの配線２１や配管（後述する）をアーム内部に収めることができるので、外観上すっきりとしたものとなり、かつ、配線や配管用ダクトが外部に露出している場合のように外部物体との干渉のおそれは全くない。また、これらの配線や配管によって第１、第２アーム１５、１７の動きが制限されることはなく、それぞれ３６０度の動作範囲を有する。
【００２５】
また、中空回転軸駆動モータ２０ａは、第２アーム１７の内部に設けられているので、モータ２０ａによる突出部がなく、したがって外部物体等との干渉のおそれもなく、また第２アーム１７の外観をすっきりとした形状に形成することができる。
【００２６】
次に、この水平多関節型ロボット１０のエンドエフェクタの取付例を図５乃至図７に示す。図５はエンドエフェクタを第２アーム１７の上側に取り付けた例を示すものであり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は断面図である。
【００２７】
図５において、エンドエフェクタの一例として吸着用ハンド２６が示されている。この吸着用ハンド２６は、上から見てコ字状に形成された支持腕２６ａを有し、支持腕２６ａには吸引孔２６ｂが設けられている。吸着用ハンド２６は、全体的に平板状に形成されており、前記中空回転軸１８ａの上部中空取付フランジ１８ｂにねじ（またはボルト）２８により取り付けられる。また、吸引孔２６ｂに連通する吸引チューブ２７が第２アーム１７の下側から下部中空取付フランジ１８ｃおよび中空回転軸１８ａの中を通って吸着用ハンド２６に接続されている。吸引チューブ２７の基端側は、第２アーム１７の内部を通って吸引ポンプあるいはシリンダ（図示せず）等に接続されている。
【００２８】
このような吸着用ハンド２６を第２アーム１７の先端部に設けられた中空回転軸１８ａの上部中空取付フランジ１８ｂに取り付けることにより、ウェハやガラス基板などのように薄くて平板なワーク５０を吸着用ハンド２６上に吸着保持して、第１、第２アーム１５、１７の回動動作並びに中空回転軸１８ａの回動動作により、目的の位置に移載することができる。すなわち、第２アーム１７の上側にエンドエフェクタが取り付けられている場合には、この水平多関節型ロボット１０をウェハやガラス基板等の移載作業に適用することができる。
【００２９】
図６はエンドエフェクタを第２アーム１７の下側に取り付けた例を示すものであり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は断面図である。図６においては、エンドエフェクタの一例として、パイプ状の吸着用ハンド２９が中空回転軸１８ａの下部中空取付フランジ１８ｃに下向きに取り付けられている。そして、吸引チューブ２７の一端が第２アーム１７の上側から上部中空取付フランジ１８ｂおよび中空回転軸１８ａの中を通って吸着用ハンド２９に接続され、基端側は第２アーム１７の上側からアーム内部に入り、上記の吸引ポンプあるいはシリンダ（図示せず）等に接続されている。
【００３０】
したがって、このようなパイプ状の吸着用ハンド２９を第２アーム１７の先端部に設けられた中空回転軸１８ａの下部中空取付フランジ１８ｃに取り付けることにより、小物部品等のワーク（図示せず）を組み立てたり、搬送することが可能となる。すなわち、第２アーム１７の下側にエンドエフェクタが取り付けられている場合には、この水平多関節型ロボット１０を組立作業等の一般的な作業に適用することができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、第２アーム１７の先端部に設けられた作業軸である中空回転軸１８ａの上下両端部にエンドエフェクタの中空取付フランジ１８ｂ、１８ｃが設けられているので、エンドエフェクタが第２アーム１７の上側に取り付けられている場合にはウェハやガラス基板等の平板状ワークの移載作業を行うことができ、エンドエフェクタが第２アーム１７の下側に取り付けられている場合には部品の組立・搬送等の一般的な作業を行うことができる。したがって、エンドエフェクタの取付部として中空回転軸１８ａの上下端部を使い分けることにより、この水平多関節型ロボット１０の１種類だけで、様々なワークの搬送形態、種類に対応して作業を行うことができるため、きわめて経済的かつコンパクトなロボットシステムを構成することができる。
【００３２】
なお、吸引チューブ２７は、上述のように中空回転軸１８ａの中を通さずに、図５の場合は下部中空取付フランジ１８ｃに、図６の場合は上部中空取付フランジ１８ｂにフランジ継手で気密に接続してもよい。また、エンドエフェクタが電動の場合はその配線が中空回転軸１８ａの中を通して接続される。
【００３３】
また、上記の取付例では、吸引チューブ２７の一部が第２アーム１７の下側あるいは上側に露出しているが、部分的な露出であり、しかも第２アーム１７に沿って適当な固定具（図示せず）により固定することができるので、吸引チューブ２７等の配管の露出部分がロボット動作の支障となったり、外部物体等と干渉するようなおそれは全くない。
【００３４】
図７は、別のエンドエフェクタを第２アーム１７の下側に取り付けた例を示すもので、エンドエフェクタがエアシリンダ３０ａ等で把持爪３０ｂを開閉させるようにした把持装置３０により構成されているものである。この把持装置３０は中空回転軸１８ａの下部中空取付フランジ１８ｃに取り付けられている。
このような把持装置３０によっても、部品の組立・搬送等を行うことができる。
【００３５】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２における水平多関節型ロボットの第２アーム１７部分の断面図である。
上述の実施の形態１では、中空回転軸１８ａの上下両端に中空取付フランジ１８ｂ、１８ｃを設けたものを示したが、本実施の形態では、一方の、例えば上部中空取付フランジ１８ｂをもつ中空回転軸１８ｅとしたものである。また、この中空回転軸１８ｅの下部は第２アーム１７の下側へ多少長く伸びている。そして、この下側へ伸びている突出部分に、図示しないツール（例えば、スクリュードライバ、溶接トーチ等）を取り付けることにより、所要の組み付け作業を行わせることができる。
【００３６】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３を示す中空回転軸１８ａとエンドエフェクタ２５の結合手段の構成図で、（Ａ）は結合状態の断面図、（Ｂ）は中空回転軸側の下面図、（Ｃ）はエンドエフェクタ側の上面図である。
上述の実施の形態１、２では、中空回転軸１８ａとエンドエフェクタの結合をフランジ結合により行うものとしたが、本実施の形態では、ねじカップリングにより即着脱式に行えるように構成したものである。
すなわち、あらかじめエンドエフェクタ２５を下端に取り付けた中空筒体３１に、雌ねじ３２を切ったカップリング３３を設ける。また、中空筒体３１には位置決めキー３４が設けられる。このような構成により、エンドエフェクタ２５側の結合手段が構成される。一方、中空回転軸１８ａ側には、中空回転軸１８ａの下部に中空筒体３１が嵌合する継手部３５を設け、継手部３５にはカップリング３３の雌ねじ３２と結合する雄ねじ３６を設ける。また、継手部３５には位置決めキー３４が挿入されるキー溝３７が設けられる。３８は下部軸受１８ｄの押さえフランジ部である。このような構成により、中空回転軸１８ａ側の対応する結合手段が構成される。
【００３７】
中空回転軸１８ａはそのままでは回転するので、押さえフランジ部３８を手あるいは工具で回転しないように押さえておき、あらかじめエンドエフェクタ２５を取り付けた中空筒体３１を継手部３５に位置決めして嵌合し、ついでカップリング３３を継手部３５にねじ込んでいくことにより、簡単かつ短時間に結合することができる。また、図示は省略してあるが、必要がある場合には結合部にＯリング等のシール材を装着することにより、結合部の気密性を保持することもできる。
【００３８】
実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４を示す第２アーム１７部分の断面図である。
これまでに述べた実施の形態１乃至３では、中空回転軸１８ａの駆動手段はベルト駆動機構２０によるものとしたが、本実施の形態では、図１０のようにプーリ部を直接駆動の中空モータ２２とするものである。すなわち、この構成では、中空モータ２２のモータ軸を中空回転軸１８ａとするものである。したがって、中空回転軸１８ａの駆動手段をコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における水平多関節型ロボットの側面図。
【図２】この水平多関節型ロボットの上面図。
【図３】この水平多関節型ロボットの斜視図。
【図４】この水平多関節型ロボットのアーム部の断面図。
【図５】エンドエフェクタの第２アーム上側への取付例を示す図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は断面図。
【図６】エンドエフェクタの第２アーム下側への取付例を示す図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は断面図。
【図７】別のエンドエフェクタの第２アーム下側への取付例を示す断面図。
【図８】本発明の実施の形態２における第２アーム部分の断面図。
【図９】本発明の実施の形態３を示す中空回転軸とエンドエフェクタの結合手段の構成図で、（Ａ）は結合状態の断面図、（Ｂ）は中空回転軸側の下面図、（Ｃ）はエンドエフェクタ側の上面図。
【図１０】本発明の実施の形態４を示す第２アーム部分の断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１０水平多関節型ロボット、１１ベース、１２上下動機構、１３アームベース、１４第１関節軸、１５第１アーム、１６第２関節軸、１７第２アーム（先端アーム）、１８作業軸、１８ａ中空回転軸、１８ｂ上部中空取付フランジ、１８ｃ下部中空取付フランジ、１８ｄ軸受、１８ｅ中空回転軸、２０ベルト駆動機構、２０ａ減速機付き駆動モータ、２０ｂ駆動プーリ、２０ｃ従動プーリ、２０ｄタイミングベルト、２１配線、２２中空モータ、２５エンドエフェクタ、２６吸着用ハンド、２６ａ支持腕、２６ｂ吸引孔、２７吸引チューブ、２８ねじ、２９吸着用ハンド、３０把持装置、３０ａエアシリンダ、３０ｂ把持爪、３１中空筒体、３２雌ねじ、３３カップリング、３４位置決めキー、３５継手部、３６雄ねじ、３７キー溝、３８押さえフランジ部、４１第１減速機、４２第２減速機、４３第１モータ、４４第２モータ、５０ワーク。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節軸により連結された複数の水平アームを有し、そのうちの先端アームの先端部に設けられた作業軸が、上下両端部にエンドエフェクタの取付部を有することを特徴とする水平多関節型ロボット。
【請求項２】
前記作業軸は、中空回転軸からなることを特徴とする請求項１記載の水平多関節型ロボット。
【請求項３】
前記中空回転軸は、少なくとも一端に取付フランジを有することを特徴とする請求項２記載の水平多関節型ロボット。
【請求項４】
前記エンドエフェクタのための配線が、前記中空回転軸の中を通した構成となっていることを特徴とする請求項２または３記載の水平多関節型ロボット。
【請求項５】
前記エンドエフェクタのための配管が、前記中空回転軸の中を通した構成、または前記エンドエフェクタの取付部と反対側の取付部に気密に接続した構成となっていることを特徴とする請求項２または３記載の水平多関節型ロボット。
【請求項６】
前記エンドエフェクタの取付部は、フランジ結合手段または即着脱式結合手段からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水平多関節型ロボット。
【請求項７】
前記作業軸の駆動手段が、前記先端アームの内部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水平多関節型ロボット。
【請求項８】
前記複数の水平アームと複数の関節軸およびアーム駆動手段は、ともに中空に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の水平多関節型ロボット。
【請求項９】
上下動機構に連結され、前記水平アームを支持するアームベースが中空に構成されていることを特徴とする請求項８記載の水平多関節型ロボット。
【請求項１０】
前記エンドエフェクタの配線および／または配管が、前記先端アームの中を通した構成となっていることを特徴とする請求項８または９記載の水平多関節型ロボット。

【図１】