水平多関節型ロボット
【課題】応答性能や位置決め精度を維持しつつ、その可動範囲を広く確保することのできる水平多関節型ロボットを提供する。
【解決手段】スカラロボットには、基台１１に第１のアーム１３の基端部を回動可能に支持する連結軸１２が設けられ、その軸心Ｃ１を中心に第１のモータＭ１により正逆回転される。第１のアーム１３の先端部には、第２のアーム１５の基端部を支持させる支持軸１４が連結されその軸心Ｃ２を中心に第２のモータＭ２により正逆回転される。第２のアーム１５には先端部に軸心Ｃ３を有する主軸１６が設けられている。第１のアーム１３は軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とを結ぶ中心線に対して偏心しており、左側面に右側に凹むかたちの凹部１３ｄが形成され、すなわち右側に湾曲した形状に形成されている。軸心Ｃ２と軸心Ｃ３との距離は、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２との距離よりも短いことから主軸１６が凹部１３ｄに入り込ませるかたちに配置させることができる。
【解決手段】スカラロボットには、基台１１に第１のアーム１３の基端部を回動可能に支持する連結軸１２が設けられ、その軸心Ｃ１を中心に第１のモータＭ１により正逆回転される。第１のアーム１３の先端部には、第２のアーム１５の基端部を支持させる支持軸１４が連結されその軸心Ｃ２を中心に第２のモータＭ２により正逆回転される。第２のアーム１５には先端部に軸心Ｃ３を有する主軸１６が設けられている。第１のアーム１３は軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とを結ぶ中心線に対して偏心しており、左側面に右側に凹むかたちの凹部１３ｄが形成され、すなわち右側に湾曲した形状に形成されている。軸心Ｃ２と軸心Ｃ３との距離は、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２との距離よりも短いことから主軸１６が凹部１３ｄに入り込ませるかたちに配置させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットにかかり、特に複数の水平旋回するアームを有する水平多関節型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットとしては、それを構成する複数のアームが水平関節を介して順番に連結されるスカラロボット（水平多関節型ロボット）が知られている。一般的なスカラロボットとして、２本のアームを有するスカラロボットについてその平面構造の一例を図１２に示す。
【０００３】
図１２に示されるように、このスカラロボットは、基台５１に基端部を水平旋回可能に連結された第１のアーム５２と、この第１のアーム５２の先端部に基端部を水平関節にて連結された第２のアーム５３とを有する。
【０００４】
このようなスカラロボットは、図１３にその可動範囲の輪郭を示すように、第１のアーム５２及び第２のアーム５３の協働により最大半径Ｒｍａｘと最小半径Ｒｍｉｎとの間に形成される可動範囲ＷＡにおいて第２のアーム５３の先端にある作業部５３ａを任意の位置に移動させることができる。すなわちこのスカラロボットは、その先端の作業部５３ａを通じて、可動範囲ＷＡの任意の位置に配置された被加工物などの被対象物に対する各種の作業を行うことができるようになっている。
【０００５】
一方、同スカラロボットにおいて、上記可動範囲ＷＡを規定する最大半径Ｒｍａｘは、第１のアーム５２の基台回転軸Ｃ１１と連結回転軸Ｃ１２との間の距離からなるアーム長Ｌ１１と第２のアーム５３の連結回転軸Ｃ１２と作業軸Ｃ１３との間の距離からなるアーム長Ｌ１２との和からなる最大旋回半径Ｄｍａｘに基づいて定められる。また、同じく可動範囲ＷＡを規定する最小半径Ｒｍｉｎは、作業部５３ａが第１のアーム５２と干渉しない条件の下で最も基台５１に近づくことのできる位置Ｐａ，Ｐｂ（図１２）と基台回転軸Ｃ１１との間の距離からなる最小旋回半径Ｄｍｉｎに基づいて定められる。このようなアーム構成の場合、原理的には、最小半径Ｒｍｉｎがアーム長Ｌ１１とアーム長Ｌ１２との差とされるように設定されるとき、可動範囲ＷＡはその領域が最も広くされる。しかし、第１のアーム５２のアーム躯体には、第２のアーム５３などを支持するための強度及び剛性の確保のための大きさが必要であり、その小型化にも限界があるため、この最小半径Ｒｍｉｎを小さくすることは容易でない。
【０００６】
そこで従来は、このようなスカラロボットの可動範囲を拡大すべく、例えば特許文献１に記載の構成を有するスカラロボットなども提案されている。この特許文献１に記載のスカラロボットでは、基台に水平旋回可能に取り付けられた第１のアームと、第１のアームに水平関節にて連結される第２のアームとからなる構成において、第２のアームの長さを第１のアームの長さよりも長くするようにしている。すなわち、第２のアームと第１のアームとを一直線に伸ばしたときの第２のアーム先端の作業部の最大旋回半径と、アームを折り畳み、この作業部を最も基台に近づけたときの同作業部の最小旋回半径との関係において、最大旋回半径に対する最小旋回半径の比率を低減させることで、スカラロボットとしての可動範囲の拡大を図るようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１６８００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スカラロボットとしては一般的に、上述のように可動範囲の広いことが望まれていることはもとより、小型化の促進、並びに高い応答性や高い位置決め精度を有することなども併せて望まれている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のスカラロボットでは、可動範囲は確かに拡大されるものの、相対的に長さの長い第２のアームの質量及び慣性が自ずと大きくなり、これが移動するときの応答性能や位置決め精度の低下を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、応答性能や位置決め精度を維持しつつ、その可動範囲を広く確保することのできる水平多関節型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】
【００１０】
本発明の水平多関節型ロボットは、基台に第１の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第１のアームと、この第１のアームに前記第１の回転軸と平行する第２の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第２のアームと、この第２のアームに設けられて前記第２の回転軸と平行な方向に延びる主軸とを有する水平多関節型ロボットであって、前記第２のアームは、前記第２の回転軸と前記主軸との間の距離であるアーム長が、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを直線で結ぶ中心線の長さである第１のアームのアーム長よりも短く構成されており、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に偏心していることを要旨とする。
【００１１】
このような構成によれば、第２の回転軸を回動中心として旋回半径が第２のアームのアーム長となる旋回軌道を有する主軸が、第１のアームの偏心された領域に入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能となる。すなわち、主軸の上記第１の回転軸に対する最小旋回半径が小さくなる分だけ主軸の可動範囲が拡大されるようになる。
【００１２】
また、偏心されていない第１のアームを有する従来の水平多関節型ロボットと比較しても、第１のアームのアーム長及び第２のアームのアーム長には変更がないため、第１のアームの質量増加は最小限に抑えられるとともに、第２のアームには従来のものがそのまま用いられる。その結果、水平多関節型ロボットとしてこのような偏心した第１のアームを用いたとしても、その応答性能や位置決め精度などは従来どおりに維持されることから、不要に大型化を招くおそれもない。
【００１３】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に湾曲するかたちで偏心していることを要旨とする。
【００１４】
このような構成によれば、上記主軸が、第１のアームの湾曲部に入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能となる。これにより、第１のアームの湾曲形状に応じて、同湾曲部に対する主軸のより円滑な収納が可能となる。
【００１５】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記主軸が前記中心線の近傍に配置可能にその回動方向の一方に偏心していることを要旨とする。
【００１６】
このような構成によれば、上記主軸と第１の回転軸との距離を最短距離に設定すること
ができるようになり、主軸の上記第１の回転軸に対する最小旋回半径をより小さくすることができる。すなわち、主軸の可動範囲をより広く確保することができるようになる。
【００１７】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記基台には、前記第１の回転軸を軸心として回転する第１の連結軸が該基台から突出するかたちで設けられ、前記第２のアームには、前記第２の回転軸を軸心として回転する第２の連結軸が該第２のアームから突出するかたちで設けられ、前記第１のアームには、前記第１の連結軸と連結される基端連結部と、前記第２の連結軸と連結される先端連結部とが形成されていて、前記基端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第１の連結軸と連結可能に形成されているとともに、前記先端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第２の連結軸と連結可能に形成されていることを要旨とする。
【００１８】
このような構成によれば、上記偏心された第１のアームを上記中心軸について反転させても、上記第１の回転軸及び第２の回転軸に対する相互接続が可能となり、当該水平多関節型ロボットとしての配置（構成）の自由度が高められるようになる。
【００１９】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記基台には、旋回される前記第１のアームの偏心された部分と干渉する位置に配線を収納する配線ダクトが設けられていることを要旨とする。
【００２０】
このような構成によれば、第２の回転軸と第１の回転軸との間に上記配線ダクトを挟むような態勢をとりつつ、第１のアームの第２の回転軸をロボットの背面方向に配置したときロボットの可動範囲を基台の後方にまで拡大することができるようになる。これにより、基台上の第１のアームと干渉する位置に上記配線ダクトが設けられている水平多関節ロボットにあっても、その可動範囲の好適な拡大が図られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる水平多関節型ロボットを具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は水平多関節型ロボット（スカラロボット）についてその斜視構造を示したものであり、図２はスカラロボットについてその上面構造を示したものである。
【００２２】
図１に示すように、スカラロボットは、床面等に設置された支持体としての基台１１を有して、その上端部に第１のアーム１３の基端部を回転体としてこれを回動可能に支持する連結軸１２が設けられている。連結軸１２は、軸心Ｃ１を有する円柱形状に形成されており、基台１１において同軸心Ｃ１を中心に回転可能に設けられ、基台１１内に設けられた第１モータＭ１により正逆回転されるようになっている。すなわちこれにより、第１のアーム１３は、第１モータＭ１により回動される連結軸１２の軸心Ｃ１を回動中心として基台１１に対して水平方向に回動するようになっている。
【００２３】
第１のアーム１３の先端部には、第２のアーム１５の基端部を回転体としてこれを回動可能に支持させる支持軸１４が連結されている。支持軸１４は、第２のアーム１５に対して軸心Ｃ２を中心に回動可能に設けられており、第２のアーム１５の基端部に配設された第２モータＭ２に駆動連結され同第２モータＭ２により正逆回転されるようになっている。これにより、第２のアーム１５は、第２モータＭ２の反力により軸心Ｃ２を回動中心として第１のアーム１３に対して水平方向に回動するようになっている。
【００２４】
なお本実施形態では、図２に示すように、第１のアーム１３はその基端部の軸心Ｃ１と、先端部の軸心Ｃ２との間の距離がアーム長Ｌ１とされており、軸心Ｃ２が軸心Ｃ１に対してアーム長Ｌ１の旋回半径を有し旋回されるようになっている。また、第１のアーム１
３は軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とを結ぶ中心線に対して偏心するかたちに形成されている。すなわち、第１のアーム１３は図において長手方向中央付近の右側面が右側に膨らむかたちに形成され、その右側面の反対側となる同中央付近の左側面が右側に凹むかたちの凹部１３ｄが形成され、すなわち上記中心線に対して偏心している。換言すれば、第１のアーム１３はいわゆる右側に湾曲した形状に形成されている。
【００２５】
図３は、第１のアーム１３の構造を示す図であって、（ａ）は上面構造を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面構造を示す図であり、（ｃ）は下面構造を示す図である。図３（ａ）において、第１のアーム１３は、その基端部には連結軸１２の連結固定される基端連結部３１がその中心を軸心Ｃ１に一致させるかたちに貫通形成され、その先端部には支持軸１４の連結固定される先端連結部３５がその中心を軸心Ｃ２に一致させるかたちに貫通形成されている。
【００２６】
図３（ｂ）において、基端連結部３１は、その厚み方向中央において軸心Ｃ１方向に突出する凸部３３が形成されており、基端連結部３１に挿通された連結軸１２が同凸部３３にて受け止められるとともに凸部３３の側面３２に貫通形成されているねじ孔にねじを通じるなどして連結固定されるようになっている。このような基端連結部３１は、図３（ａ）及び（ｃ）に示されるように、第１のアーム１３のいずれの面においても同様の構造となることから、連結軸１２を第１のアーム１３のいずれの面に対しても連結固定することが可能となっている。なお、連結軸１２の上端には基端連結部３１への異物等の進入を防止するためのカバーが第１のアームの上面と同じ高さとなるかたちに取り付けられるようになっている。
【００２７】
また先端連結部３５は、その厚み方向中央において軸心Ｃ２方向に突出する凸部３７が形成されており、先端連結部３５に挿通された支持軸１４が同凸部３７にて受け止められるとともに凸部３７の側面３６に貫通形成されているねじ孔にねじを通じるなどして連結固定されるようになっている。このような先端連結部３５は、図３（ａ）及び（ｃ）に示されるように、第１のアーム１３のいずれの面においても同様の構造となることから、支持軸１４を第１のアーム１３のいずれの面に対しても連結固定することが可能となっている。なお、支持軸１４の下端には先端連結部３５への異物等の進入を防止するためのカバーが第１のアームの下面と同じ高さとなるかたちに取り付けられるようになっている。
【００２８】
このことにより、第１のアーム１３にはそのいずれの面が上面とされたときであれ、連結軸１２及び支持軸１４が取り付けられることができるようになっている。本実施形態では、第１のアーム１３は右側に湾曲した形状に形成されていることから、その上面とする向きを変えることにより水平方向における湾曲する向きを左側にすることもできるようにもなり、このような第１のアーム１３を用いればそれの上下面を反転させるのみで湾曲する向きを右側にも左側にもすることができるようになる。
【００２９】
第２のアーム１５の先端部には、主軸１６が回転体として回転可能に、かつ、上下方向に移動可能に支持されている。主軸１６は、第２のアーム１５内に備えられた第３モータＭ３の正逆回転によって自らの軸心Ｃ３を回動中心として正逆回転するとともに、第２のアーム１５内に備えられた昇降モータＭ４の正逆回転によって上下方向に昇降移動する。主軸１６の下端部１７には、被搬送物を把持するハンドなどのツールが取付けられるようになっており、その昇降移動により上下動されるツールを通じて被対象物に対する各種の作業が行なわれるようになっている。
【００３０】
なお本実施形態では、第２のアーム１５は基端部の軸心Ｃ２と、主軸１６の軸心Ｃ３との間の距離が前記アーム長Ｌ１よりも短い長さであるアーム長Ｌ２とされており、軸心Ｃ３が軸心Ｃ２に対してアーム長Ｌ２の旋回半径を有し旋回されるようになっている。
【００３１】
これにより、連結軸１２の軸心Ｃ１に対する主軸１６の軸心Ｃ３の旋回半径は、第１のアーム１３と第２のアーム１５とが一直線に伸びたときにはアーム長Ｌ１とアーム長Ｌ２との和としての最大旋回半径Ｄ１ｍａｘとなる。一方、同軸心Ｃ３の旋回半径は、同軸心Ｃ３が第１のアーム１３の凹部１３ｄに入り込むかたちにて左限界点ＰＲａに配置されるときには同左限界点ＰＲａと軸心Ｃ１と間の距離としての最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎとなる。このとき、第１のアーム１３の凹部１３ｄの水平方向における最深部が軸心Ｃ２からアーム長Ｌ２のところに形成されるようなときには軸心Ｃ３が最も中心線に近づけられるようになり、最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎとしてもその取り得る最短の長さ（＝Ｌ１−Ｌ２）により近い値とされるようになる。なお第１のアーム１３の膨らむ方向においては、軸心Ｃ３は右限界点ＰＲｂに配置されるようになる。
【００３２】
第２のアーム１５内に設けられている各モータＭ２〜Ｍ４の制御信号あるいはモニタ信号の各信号線はフレキシブルな配線ダクト１９を介して基台１１内にてまとめられ、上記第１モータＭ１の信号線と共に、制御装置（図示略）の各対応する端子に接続されている。なお、図２においては、説明の便宜上配線ダクト１９の一部を省略している。
【００３３】
配線ダクト１９は、軸心Ｃ１から基台１１の後方側Ｒに水平方向への長さＬ５（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ離れた位置に設けられた基台側ダクト接続部２０と第２のアーム１５上部にて軸心Ｃ２を中心として設けられたアーム側ダクト接続部２３とを有し、それらを結ぶ形に構成されている。すなわち配線ダクト１９は、基台側ダクト接続部２０に固定され上方に延びる基端部２１ａと、基端部２１ａから連結軸１２の軸心Ｃ１の方向に延びる変向部２１ｂと、変向部２１ｂから上方に延びる連結軸１２の軸心Ｃ１と同一線上のダクト中心線を有する先端部２１ｃとを有し構成されている。すなわち基端部２１ａが基台側ダクト接続部２０に対して固定され回転されないことから、基端部２１ａに変向部２１ｂを介して支持される先端部２１ｃはそのダクト中心線が常に連結軸１２の軸心Ｃ１と同一線上に配置される。
【００３４】
先端部２１ｃとアーム側ダクト接続部２３との間には連絡部２２が掛け渡されており、その連絡部２２は先端部２１ｃ側の端部が先端部２１ｃに対して、アーム側ダクト接続部２３側の端部が同アーム側ダクト接続部２３に対してそれぞれ各軸心Ｃ１，Ｃ２を回転中心として回動可能に連結されている。すなわち、基台１１に対して第１のアーム１３が水平方向に回転したときであれ、軸心Ｃ１と同一線上にある先端部２１ｃのダクト中心線と、アーム側ダクト接続部２３の中心である軸心Ｃ２との距離がアーム長Ｌ１に一定に保たれるようになっている。このことにより先端部２１ｃとアーム側ダクト接続部２３との間に掛け渡された連絡部２２はその両端部の距離がアーム長Ｌ１から変化しないようになっている。連絡部２２はその両端部の距離が変化されないことから第１のアーム１３の水平回転に関わらずその形状が一定に保たれるようになり、形状が変形されるような場合に生じる部材の疲労や磨耗が抑制されるようになり耐久性が向上されるようになる。
【００３５】
本実施形態では、基台側ダクト接続部２０は、軸心Ｃ１から離れている長さＬ５が軸心Ｃ１からの第１のアーム１３の凹部１３ｄ最深部の距離と一致し、第１のアーム１３の凹部１３ｄが接近してくるようなときには第１のアーム１３の中心線が最も近づいてくるようになっている。これにより、第１のアーム１３は基台側ダクト接続部２０がその移動平面と干渉する位置に配置されている場合であれ、基台側ダクト接続部２０の後方側Ｒにも先端部の軸心Ｃ２とそこに連結される第２のアーム１５とを配置させることができるようになる。
【００３６】
次にこの水平多関節型ロボットの主軸１６の可動範囲について説明する。
主軸１６は、軸心Ｃ２に対しては、例えば左旋回したときの位置（図４（ａ））から、
右旋回したときの位置（図４（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。また、主軸１６を保持する軸心Ｃ２は、軸心Ｃ１に対しては、例えば左旋回したときの位置（図５（ａ））から、右旋回したときの位置（図５（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。そしてこれらの可動範囲の組み合わせからなる主軸１６の可動範囲としては、図６に示されるように最大旋回半径Ｄ１ｍａｘからなる最大半径Ｒｍａｘと最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎからなる最小半径Ｒｍｉｎとの間に可動範囲ＷＡ１として形成される。このとき主軸１６が凹部１３ｄに入り込むことによって最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎが最短の長さ（＝Ｌ１−Ｌ２）に近い値とされるようになることから従来の最小旋回半径Ｄｍｉｎ（図１２参照）によるものよりも軸心Ｃ１に近い部分における可動範囲が拡大される。可動範囲ＷＡ１において、一点鎖線ＣＬで区切られた可動範囲ＷＡ１ａは主軸１６が中心線もしくはその左側に配置されることで到達可能な領域を示し、可動範囲ＷＡ１ｂは主軸１６が中心線よりも右側に配置されなければ到達されない領域を示す。
【００３７】
ところで、一般に主軸１６の位置制御を行う場合には、各アーム１３，１５が連結される軸心Ｃ２が第１のアーム１３の中心線に対して一方向にのみ旋回するようなかたち（片腕系）とすれば、主軸１６の配置位置に対して各軸心Ｃ１、Ｃ２の取るべき角度が一つだけ特定されるようになり制御を行いやすい。すなわち、主軸１６の配置位置に対してスカラロボットの姿勢としても一つに定まり、他の装置との間に生じる干渉などについても把握しやすくなる。一方、軸心Ｃ２が第１のアーム１３の中心線に対して両方向に旋回される場合には、主軸１６の配置位置に対して２つの姿勢が求められる領域も生じその位置制御が複雑になるとともに、他の装置との間に生じる干渉などについての把握も難しくなる。このことから、スカラロボットとしては、片腕系の動作をする場合が制御の容易性などにより利用価値が高く、現実としても片腕系の動作に伴う移動範囲のみで作業をするように移動制御される場合も多い。
【００３８】
本実施形態では、軸心Ｃ２が第１のアーム１３の中心線に対して左側にのみ旋回する（右腕系）ときに主軸１６が動作する領域が可動範囲ＷＡ１ａとなるが、この右腕系のときの可動範囲ＷＡ１ａが基台１１に対して正面側Ｆと左側とに集約されるかたちになる。すなわち第１のアーム１３が湾曲する分だけ基台１１に対して右側の領域が減少されるものの、そのかわりに基台１１の左側及び後方側Ｒの領域が増加される。そしてこのような右腕系の可動範囲ＷＡ１ａの分布は、組み立てラインに配置されるスカラロボットに要求されることの多い一地点から取得した部品を一地点に組み付けるものである一点供給一点組み込みの態様の組み立て動作にとっては非常に効果的である。
【００３９】
例えば、図７に示されるように、複数のスカラロボットからなるロボットＲＢ１〜ＲＢ３が製品コンベアＣＶを正面側Ｆにして順に横並びされたような場合、それらの可動範囲ＷＡ１において他のロボットの可動範囲と重複する領域ならびにその領域の先にある領域が従来の可動範囲ＷＡ（図１３参照）を有するような場合よりも減少される。特にロボットＲＢ１〜ＲＢ３において利用価値の高い右腕系の可動範囲ＷＡ１ａについては、その大部分が他のロボットの可動範囲ＷＡ１ａとは重複しなくなり、それぞれのロボットＲＢ１〜ＲＢ３の位置制御の自由度が極めて高くされる。なお、図１２に示すような従来のスカラロボットとの比較においては、従来のスカラロボットのアーム長Ｌ１１はアーム長Ｌ１と同ロボットのアーム長Ｌ１２はアーム長Ｌ２であるものとする。
【００４０】
さらに、従来の可動範囲ＷＡと比較するとこの可動範囲ＷＡ１の領域幅（＝Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）が広くなることから、製品コンベアＣＶとしてもそのコンベア幅ＣＶｗを広くすることができより大型の製品などを運搬できるようにもなる。また各ロボットＲＢ１〜ＲＢ３の左側方から各ロボットＲＢ１〜ＲＢ３に部品を供給する部品供給装置ＰＳ１〜ＰＳ３にあっても、その装置幅ＰＳ１ｗ〜ＰＳ３ｗを広くすることができるようになるとともに、可動範囲ＷＡの後方側Ｒへの広がりの分だけ、一度に供給する部品の数を増やすこ
となどができるようにもなる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の水平多関節型ロボットによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）軸心Ｃ２を回動中心として旋回半径が第２のアーム１５のアーム長Ｌ２となる旋回軌道を有する主軸１６が、第１のアームの偏心された凹部１３ｄに入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能となるようにした。これにより、主軸１６の軸心Ｃ１に対する最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎが小さくなる分だけ主軸１６の可動範囲ＷＡ１が拡大されるようになる。
【００４２】
（２）第１のアームのアーム長Ｌ１及び第２のアームのアーム長Ｌ２を、偏心されていない従来の第１のアームを有するスカラロボットのそれぞれのアーム長と同じに長さにすることもできる。これにより第１のアーム１３の質量増加は最小限に抑えられるとともに、第２のアーム１５には従来のものがそのまま用いられる。その結果、水平多関節型ロボットとしてこのような偏心した第１のアーム１３を用いたとしても、その応答性能や位置決め精度などは従来どおりに維持されることから、不要に大型化を招くおそれもない。
【００４３】
（３）主軸１６が、第１のアーム１３の湾曲部としての凹部１３ｄに入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能とされることから、第１のアーム１３の湾曲形状に主軸１６を円滑に収納することができる。
【００４４】
（４）軸心Ｃ２と軸心Ｃ１との間に配線ダクト１９（基台側ダクト接続部２０）を挟むような態勢をとりつつ、第１のアーム１３の軸心Ｃ２をスカラロボットの後方側Ｒにあたる背面方向に配置したときスカラロボットの可動範囲ＷＡ１を基台１１の後方側Ｒにまで拡大することができるようになる。これにより、基台１１上の第１のアーム１３と干渉する位置に配線ダクト１９（基台側ダクト接続部２０）が設けられているスカラロボットにあっても、その可動範囲の好適な拡大が図られるようになる。
【００４５】
なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、主軸１６が第１のアーム１３の最も凹んだ部分に配置されるようにしたが、これに限らず、主軸は第１のアームの最も凹んだ部分に配置されなくてもよい。少しでも凹んでいる位置に配置されるのであれば主軸１６の可動範囲は拡大される。これにより第１のアームの形状の自由度が高められるようになる。
【００４６】
・また、基台側ダクト接続部２０も第１のアーム１３の最も凹んだ部分に配置されるようにしたが、これに限らず、基台側ダクト接続部は第１のアームの最も凹んだ部分に配置されなくてもよい。少しでも凹んでいる位置に配置されるのであれば第１のアームの可動範囲は拡大される。これによっても第１のアームの形状の自由度が高められるようになる。
【００４７】
・上記実施形態では、第１のアーム１３に貫通形成された基端連結部３１には連結軸１２が、先端連結部３５には支持軸１４がそれぞれ挿通され、ねじ孔を通じてねじなどにより連結固定された。しかしこれに限らず、第１のアームへの連結軸や支持軸の連結固定はどのような態様でもよい。例えば第１のアームを上下に貫通するようなボルトにより連結軸や支持軸と連結されてもよいし、溝のある基端連結部や先端連結部に連結軸や支持軸が差し込まれるようなかたちにて連結されてもよい。これにより第１のアームの構造の自由が高められる。
【００４８】
・上記実施形態では、第１のアーム１３のいずれの面にも連結軸１２及び支持軸１４の連結が可能であったが、これに限らず、連結軸１２及び支持軸１４がそれぞれ第１のアー
ム１３のいずれか一方にのみ連結可能であってもよい。そうすれば、第１のアームの加工などが容易にされる。
【００４９】
・上記実施形態では、主軸１６が中心線と重なる位置まで移動できなかったが、これに限らず、主軸が中心線と重なるような位置まで移動できるようにしてもよい。主軸が中心線に近くなれば最小旋回半径がより小さくされて主軸の可動範囲が広げられる。これにより、スカラロボットとして可動範囲の拡大が図られ、可動範囲をより広く確保することができるようになる。
【００５０】
・上記実施形態では、第１のアーム１３の全体形状が右側に湾曲する形状であったが、これに限らず、第１のアームの形状としては、主軸の旋回軌道と重なる部分において主軸が第１のアームの中心線に近づけられる態様であればどのような形状でもよい。例えば、主軸の旋回軌道と重なる部分だけが凸状に水平方向に突出するような形状であっても、そのような部分の水平方向の幅を薄くして水平方向への凹みのみがあるような形状であってもよい。これにより、第１のアームの形状の自由度が高められる。
【００５１】
・上記実施形態では、第１のアーム１３が右側に膨らむかたちに湾曲したが、第１のアームは左側に膨らむかたちに湾曲されてもよい。例えば、図８に示すように、スカラロボットは、最大旋回半径Ｄ２ｍａｘと最小旋回半径Ｄ２ｍｉｎを有するが、アーム長Ｌ１とアーム長Ｌ２が同じであればこれらの値は上記実施形態の最大旋回半径Ｄ１ｍａｘと最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎとそれぞれ同じになる。このときには、第１のアーム１３の湾曲方向の向きの違いから主軸１６は、軸心Ｃ２に対しては、例えば右旋回したときの位置（図９（ａ））から、左旋回したときの位置（図９（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。また、主軸１６を保持する軸心Ｃ２は、軸心Ｃ１に対しては、例えば右旋回したときの位置（図１０（ａ））から、左旋回したときの位置（図１０（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。そしてこれらの可動範囲の組み合わせからなる主軸１６の可動範囲としては、図１１に示されるように最大旋回半径Ｄ２ｍａｘからなる最大半径Ｒｍａｘと最小旋回半径Ｄ２ｍｉｎからなる最小半径Ｒｍｉｎとの間において可動範囲ＷＡ２として形成される。このときも主軸１６が右限界点ＰＬｂにて凹部に入り込むことによって最小旋回半径Ｄ２ｍｉｎが最短の長さ（＝Ｌ１−Ｌ２）に近い値とされるようになることから軸心Ｃ１に近い部分における可動範囲が拡大される。可動範囲ＷＡ２において、一点鎖線ＣＬで区切られた可動範囲ＷＡ２ｂは主軸１６が中心線もしくはその右側に配置されること（左腕系）で到達可能な領域を示し、可動範囲ＷＡ２ａは主軸１６が中心線よりも左側になければ到達されない領域を示す。このときに左腕系の可動範囲ＷＡ２ｂが基台１１に対して正面側Ｆと右側に集約されるようになり位置制御の容易性などにより利用価値が高められるようになる。また、当該スカラロボットとしての配置（構成）の自由度が高められるようにもなる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の水平多関節型ロボットの斜視構造を示す斜視図。
【図２】同実施形態の水平多関節型ロボットの上面構造を示す平面図。
【図３】同実施形態のアーム構造を示す図であって、（ａ）は上面構造を示す平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ線断面構造を示す断面図、（ｃ）は底面構造を示す底面図。
【図４】同実施形態の水平多関節型ロボットの第２のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は左回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は右回りに旋回したときの状態を示す図。
【図５】同実施形態の水平多関節型ロボットの第１のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は左回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は右回りに旋回したときの状態を示す図。
【図６】同実施形態の水平多関節型ロボットの各軸の平面軌道及び主軸の可動範囲を示す領域図。
【図７】同実施形態の水平多関節型ロボットの生産設備における配置の一例を示す配置図。
【図８】その他の実施形態の水平多関節型ロボットの上面構造を示す平面図。
【図９】同じくその他の実施形態の水平多関節型ロボットの第２のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は右回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は左回りに旋回したときの状態を示す図。
【図１０】同じくその他の実施形態の水平多関節型ロボットの第１のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は右回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は左回りに旋回したときの状態を示す図。
【図１１】同じくその他の実施形態の水平多関節型ロボットの各軸の平面軌道及び主軸の可動範囲を示す領域図。
【図１２】従来の水平多関節型ロボットの上面構造を示す平面図。
【図１３】従来の水平多関節型ロボットの各軸の平面軌道及び主軸の可動範囲を示す領域図。
【符号の説明】
【００５３】
１１…基台、１２…第１の連結軸としての連結軸、１３…第１のアーム、１３ｄ…凹部、１４…第２の連結軸としての支持軸、１５…第２のアーム、１６…主軸、１７…下端部、１９…配線ダクト、２０…基台側ダクト接続部、２１ａ…基端部、２１ｂ…変向部、２１ｃ…先端部、２２…連絡部、２３…アーム側ダクト接続部、３１…基端連結部、３２，３６…側面、３３，３７…凸部、３５…先端連結部、Ｃ１…第１の回転軸としての軸心、Ｃ２…第２の回転軸としての軸心、Ｃ３…軸心、ＣＶ…製品コンベア、Ｍ１…第１モータ、Ｍ２…第２モータ、Ｍ３…第３モータ、Ｍ４…昇降モータ、ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３…部品供給装置、ＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３…ロボット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットにかかり、特に複数の水平旋回するアームを有する水平多関節型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットとしては、それを構成する複数のアームが水平関節を介して順番に連結されるスカラロボット（水平多関節型ロボット）が知られている。一般的なスカラロボットとして、２本のアームを有するスカラロボットについてその平面構造の一例を図１２に示す。
【０００３】
図１２に示されるように、このスカラロボットは、基台５１に基端部を水平旋回可能に連結された第１のアーム５２と、この第１のアーム５２の先端部に基端部を水平関節にて連結された第２のアーム５３とを有する。
【０００４】
このようなスカラロボットは、図１３にその可動範囲の輪郭を示すように、第１のアーム５２及び第２のアーム５３の協働により最大半径Ｒｍａｘと最小半径Ｒｍｉｎとの間に形成される可動範囲ＷＡにおいて第２のアーム５３の先端にある作業部５３ａを任意の位置に移動させることができる。すなわちこのスカラロボットは、その先端の作業部５３ａを通じて、可動範囲ＷＡの任意の位置に配置された被加工物などの被対象物に対する各種の作業を行うことができるようになっている。
【０００５】
一方、同スカラロボットにおいて、上記可動範囲ＷＡを規定する最大半径Ｒｍａｘは、第１のアーム５２の基台回転軸Ｃ１１と連結回転軸Ｃ１２との間の距離からなるアーム長Ｌ１１と第２のアーム５３の連結回転軸Ｃ１２と作業軸Ｃ１３との間の距離からなるアーム長Ｌ１２との和からなる最大旋回半径Ｄｍａｘに基づいて定められる。また、同じく可動範囲ＷＡを規定する最小半径Ｒｍｉｎは、作業部５３ａが第１のアーム５２と干渉しない条件の下で最も基台５１に近づくことのできる位置Ｐａ，Ｐｂ（図１２）と基台回転軸Ｃ１１との間の距離からなる最小旋回半径Ｄｍｉｎに基づいて定められる。このようなアーム構成の場合、原理的には、最小半径Ｒｍｉｎがアーム長Ｌ１１とアーム長Ｌ１２との差とされるように設定されるとき、可動範囲ＷＡはその領域が最も広くされる。しかし、第１のアーム５２のアーム躯体には、第２のアーム５３などを支持するための強度及び剛性の確保のための大きさが必要であり、その小型化にも限界があるため、この最小半径Ｒｍｉｎを小さくすることは容易でない。
【０００６】
そこで従来は、このようなスカラロボットの可動範囲を拡大すべく、例えば特許文献１に記載の構成を有するスカラロボットなども提案されている。この特許文献１に記載のスカラロボットでは、基台に水平旋回可能に取り付けられた第１のアームと、第１のアームに水平関節にて連結される第２のアームとからなる構成において、第２のアームの長さを第１のアームの長さよりも長くするようにしている。すなわち、第２のアームと第１のアームとを一直線に伸ばしたときの第２のアーム先端の作業部の最大旋回半径と、アームを折り畳み、この作業部を最も基台に近づけたときの同作業部の最小旋回半径との関係において、最大旋回半径に対する最小旋回半径の比率を低減させることで、スカラロボットとしての可動範囲の拡大を図るようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１６８００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スカラロボットとしては一般的に、上述のように可動範囲の広いことが望まれていることはもとより、小型化の促進、並びに高い応答性や高い位置決め精度を有することなども併せて望まれている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のスカラロボットでは、可動範囲は確かに拡大されるものの、相対的に長さの長い第２のアームの質量及び慣性が自ずと大きくなり、これが移動するときの応答性能や位置決め精度の低下を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、応答性能や位置決め精度を維持しつつ、その可動範囲を広く確保することのできる水平多関節型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】
【００１０】
本発明の水平多関節型ロボットは、基台に第１の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第１のアームと、この第１のアームに前記第１の回転軸と平行する第２の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第２のアームと、この第２のアームに設けられて前記第２の回転軸と平行な方向に延びる主軸とを有する水平多関節型ロボットであって、前記第２のアームは、前記第２の回転軸と前記主軸との間の距離であるアーム長が、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを直線で結ぶ中心線の長さである第１のアームのアーム長よりも短く構成されており、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に偏心していることを要旨とする。
【００１１】
このような構成によれば、第２の回転軸を回動中心として旋回半径が第２のアームのアーム長となる旋回軌道を有する主軸が、第１のアームの偏心された領域に入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能となる。すなわち、主軸の上記第１の回転軸に対する最小旋回半径が小さくなる分だけ主軸の可動範囲が拡大されるようになる。
【００１２】
また、偏心されていない第１のアームを有する従来の水平多関節型ロボットと比較しても、第１のアームのアーム長及び第２のアームのアーム長には変更がないため、第１のアームの質量増加は最小限に抑えられるとともに、第２のアームには従来のものがそのまま用いられる。その結果、水平多関節型ロボットとしてこのような偏心した第１のアームを用いたとしても、その応答性能や位置決め精度などは従来どおりに維持されることから、不要に大型化を招くおそれもない。
【００１３】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に湾曲するかたちで偏心していることを要旨とする。
【００１４】
このような構成によれば、上記主軸が、第１のアームの湾曲部に入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能となる。これにより、第１のアームの湾曲形状に応じて、同湾曲部に対する主軸のより円滑な収納が可能となる。
【００１５】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記主軸が前記中心線の近傍に配置可能にその回動方向の一方に偏心していることを要旨とする。
【００１６】
このような構成によれば、上記主軸と第１の回転軸との距離を最短距離に設定すること
ができるようになり、主軸の上記第１の回転軸に対する最小旋回半径をより小さくすることができる。すなわち、主軸の可動範囲をより広く確保することができるようになる。
【００１７】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記基台には、前記第１の回転軸を軸心として回転する第１の連結軸が該基台から突出するかたちで設けられ、前記第２のアームには、前記第２の回転軸を軸心として回転する第２の連結軸が該第２のアームから突出するかたちで設けられ、前記第１のアームには、前記第１の連結軸と連結される基端連結部と、前記第２の連結軸と連結される先端連結部とが形成されていて、前記基端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第１の連結軸と連結可能に形成されているとともに、前記先端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第２の連結軸と連結可能に形成されていることを要旨とする。
【００１８】
このような構成によれば、上記偏心された第１のアームを上記中心軸について反転させても、上記第１の回転軸及び第２の回転軸に対する相互接続が可能となり、当該水平多関節型ロボットとしての配置（構成）の自由度が高められるようになる。
【００１９】
また本発明の水平多関節型ロボットは、前記基台には、旋回される前記第１のアームの偏心された部分と干渉する位置に配線を収納する配線ダクトが設けられていることを要旨とする。
【００２０】
このような構成によれば、第２の回転軸と第１の回転軸との間に上記配線ダクトを挟むような態勢をとりつつ、第１のアームの第２の回転軸をロボットの背面方向に配置したときロボットの可動範囲を基台の後方にまで拡大することができるようになる。これにより、基台上の第１のアームと干渉する位置に上記配線ダクトが設けられている水平多関節ロボットにあっても、その可動範囲の好適な拡大が図られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる水平多関節型ロボットを具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は水平多関節型ロボット（スカラロボット）についてその斜視構造を示したものであり、図２はスカラロボットについてその上面構造を示したものである。
【００２２】
図１に示すように、スカラロボットは、床面等に設置された支持体としての基台１１を有して、その上端部に第１のアーム１３の基端部を回転体としてこれを回動可能に支持する連結軸１２が設けられている。連結軸１２は、軸心Ｃ１を有する円柱形状に形成されており、基台１１において同軸心Ｃ１を中心に回転可能に設けられ、基台１１内に設けられた第１モータＭ１により正逆回転されるようになっている。すなわちこれにより、第１のアーム１３は、第１モータＭ１により回動される連結軸１２の軸心Ｃ１を回動中心として基台１１に対して水平方向に回動するようになっている。
【００２３】
第１のアーム１３の先端部には、第２のアーム１５の基端部を回転体としてこれを回動可能に支持させる支持軸１４が連結されている。支持軸１４は、第２のアーム１５に対して軸心Ｃ２を中心に回動可能に設けられており、第２のアーム１５の基端部に配設された第２モータＭ２に駆動連結され同第２モータＭ２により正逆回転されるようになっている。これにより、第２のアーム１５は、第２モータＭ２の反力により軸心Ｃ２を回動中心として第１のアーム１３に対して水平方向に回動するようになっている。
【００２４】
なお本実施形態では、図２に示すように、第１のアーム１３はその基端部の軸心Ｃ１と、先端部の軸心Ｃ２との間の距離がアーム長Ｌ１とされており、軸心Ｃ２が軸心Ｃ１に対してアーム長Ｌ１の旋回半径を有し旋回されるようになっている。また、第１のアーム１
３は軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とを結ぶ中心線に対して偏心するかたちに形成されている。すなわち、第１のアーム１３は図において長手方向中央付近の右側面が右側に膨らむかたちに形成され、その右側面の反対側となる同中央付近の左側面が右側に凹むかたちの凹部１３ｄが形成され、すなわち上記中心線に対して偏心している。換言すれば、第１のアーム１３はいわゆる右側に湾曲した形状に形成されている。
【００２５】
図３は、第１のアーム１３の構造を示す図であって、（ａ）は上面構造を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面構造を示す図であり、（ｃ）は下面構造を示す図である。図３（ａ）において、第１のアーム１３は、その基端部には連結軸１２の連結固定される基端連結部３１がその中心を軸心Ｃ１に一致させるかたちに貫通形成され、その先端部には支持軸１４の連結固定される先端連結部３５がその中心を軸心Ｃ２に一致させるかたちに貫通形成されている。
【００２６】
図３（ｂ）において、基端連結部３１は、その厚み方向中央において軸心Ｃ１方向に突出する凸部３３が形成されており、基端連結部３１に挿通された連結軸１２が同凸部３３にて受け止められるとともに凸部３３の側面３２に貫通形成されているねじ孔にねじを通じるなどして連結固定されるようになっている。このような基端連結部３１は、図３（ａ）及び（ｃ）に示されるように、第１のアーム１３のいずれの面においても同様の構造となることから、連結軸１２を第１のアーム１３のいずれの面に対しても連結固定することが可能となっている。なお、連結軸１２の上端には基端連結部３１への異物等の進入を防止するためのカバーが第１のアームの上面と同じ高さとなるかたちに取り付けられるようになっている。
【００２７】
また先端連結部３５は、その厚み方向中央において軸心Ｃ２方向に突出する凸部３７が形成されており、先端連結部３５に挿通された支持軸１４が同凸部３７にて受け止められるとともに凸部３７の側面３６に貫通形成されているねじ孔にねじを通じるなどして連結固定されるようになっている。このような先端連結部３５は、図３（ａ）及び（ｃ）に示されるように、第１のアーム１３のいずれの面においても同様の構造となることから、支持軸１４を第１のアーム１３のいずれの面に対しても連結固定することが可能となっている。なお、支持軸１４の下端には先端連結部３５への異物等の進入を防止するためのカバーが第１のアームの下面と同じ高さとなるかたちに取り付けられるようになっている。
【００２８】
このことにより、第１のアーム１３にはそのいずれの面が上面とされたときであれ、連結軸１２及び支持軸１４が取り付けられることができるようになっている。本実施形態では、第１のアーム１３は右側に湾曲した形状に形成されていることから、その上面とする向きを変えることにより水平方向における湾曲する向きを左側にすることもできるようにもなり、このような第１のアーム１３を用いればそれの上下面を反転させるのみで湾曲する向きを右側にも左側にもすることができるようになる。
【００２９】
第２のアーム１５の先端部には、主軸１６が回転体として回転可能に、かつ、上下方向に移動可能に支持されている。主軸１６は、第２のアーム１５内に備えられた第３モータＭ３の正逆回転によって自らの軸心Ｃ３を回動中心として正逆回転するとともに、第２のアーム１５内に備えられた昇降モータＭ４の正逆回転によって上下方向に昇降移動する。主軸１６の下端部１７には、被搬送物を把持するハンドなどのツールが取付けられるようになっており、その昇降移動により上下動されるツールを通じて被対象物に対する各種の作業が行なわれるようになっている。
【００３０】
なお本実施形態では、第２のアーム１５は基端部の軸心Ｃ２と、主軸１６の軸心Ｃ３との間の距離が前記アーム長Ｌ１よりも短い長さであるアーム長Ｌ２とされており、軸心Ｃ３が軸心Ｃ２に対してアーム長Ｌ２の旋回半径を有し旋回されるようになっている。
【００３１】
これにより、連結軸１２の軸心Ｃ１に対する主軸１６の軸心Ｃ３の旋回半径は、第１のアーム１３と第２のアーム１５とが一直線に伸びたときにはアーム長Ｌ１とアーム長Ｌ２との和としての最大旋回半径Ｄ１ｍａｘとなる。一方、同軸心Ｃ３の旋回半径は、同軸心Ｃ３が第１のアーム１３の凹部１３ｄに入り込むかたちにて左限界点ＰＲａに配置されるときには同左限界点ＰＲａと軸心Ｃ１と間の距離としての最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎとなる。このとき、第１のアーム１３の凹部１３ｄの水平方向における最深部が軸心Ｃ２からアーム長Ｌ２のところに形成されるようなときには軸心Ｃ３が最も中心線に近づけられるようになり、最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎとしてもその取り得る最短の長さ（＝Ｌ１−Ｌ２）により近い値とされるようになる。なお第１のアーム１３の膨らむ方向においては、軸心Ｃ３は右限界点ＰＲｂに配置されるようになる。
【００３２】
第２のアーム１５内に設けられている各モータＭ２〜Ｍ４の制御信号あるいはモニタ信号の各信号線はフレキシブルな配線ダクト１９を介して基台１１内にてまとめられ、上記第１モータＭ１の信号線と共に、制御装置（図示略）の各対応する端子に接続されている。なお、図２においては、説明の便宜上配線ダクト１９の一部を省略している。
【００３３】
配線ダクト１９は、軸心Ｃ１から基台１１の後方側Ｒに水平方向への長さＬ５（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ離れた位置に設けられた基台側ダクト接続部２０と第２のアーム１５上部にて軸心Ｃ２を中心として設けられたアーム側ダクト接続部２３とを有し、それらを結ぶ形に構成されている。すなわち配線ダクト１９は、基台側ダクト接続部２０に固定され上方に延びる基端部２１ａと、基端部２１ａから連結軸１２の軸心Ｃ１の方向に延びる変向部２１ｂと、変向部２１ｂから上方に延びる連結軸１２の軸心Ｃ１と同一線上のダクト中心線を有する先端部２１ｃとを有し構成されている。すなわち基端部２１ａが基台側ダクト接続部２０に対して固定され回転されないことから、基端部２１ａに変向部２１ｂを介して支持される先端部２１ｃはそのダクト中心線が常に連結軸１２の軸心Ｃ１と同一線上に配置される。
【００３４】
先端部２１ｃとアーム側ダクト接続部２３との間には連絡部２２が掛け渡されており、その連絡部２２は先端部２１ｃ側の端部が先端部２１ｃに対して、アーム側ダクト接続部２３側の端部が同アーム側ダクト接続部２３に対してそれぞれ各軸心Ｃ１，Ｃ２を回転中心として回動可能に連結されている。すなわち、基台１１に対して第１のアーム１３が水平方向に回転したときであれ、軸心Ｃ１と同一線上にある先端部２１ｃのダクト中心線と、アーム側ダクト接続部２３の中心である軸心Ｃ２との距離がアーム長Ｌ１に一定に保たれるようになっている。このことにより先端部２１ｃとアーム側ダクト接続部２３との間に掛け渡された連絡部２２はその両端部の距離がアーム長Ｌ１から変化しないようになっている。連絡部２２はその両端部の距離が変化されないことから第１のアーム１３の水平回転に関わらずその形状が一定に保たれるようになり、形状が変形されるような場合に生じる部材の疲労や磨耗が抑制されるようになり耐久性が向上されるようになる。
【００３５】
本実施形態では、基台側ダクト接続部２０は、軸心Ｃ１から離れている長さＬ５が軸心Ｃ１からの第１のアーム１３の凹部１３ｄ最深部の距離と一致し、第１のアーム１３の凹部１３ｄが接近してくるようなときには第１のアーム１３の中心線が最も近づいてくるようになっている。これにより、第１のアーム１３は基台側ダクト接続部２０がその移動平面と干渉する位置に配置されている場合であれ、基台側ダクト接続部２０の後方側Ｒにも先端部の軸心Ｃ２とそこに連結される第２のアーム１５とを配置させることができるようになる。
【００３６】
次にこの水平多関節型ロボットの主軸１６の可動範囲について説明する。
主軸１６は、軸心Ｃ２に対しては、例えば左旋回したときの位置（図４（ａ））から、
右旋回したときの位置（図４（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。また、主軸１６を保持する軸心Ｃ２は、軸心Ｃ１に対しては、例えば左旋回したときの位置（図５（ａ））から、右旋回したときの位置（図５（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。そしてこれらの可動範囲の組み合わせからなる主軸１６の可動範囲としては、図６に示されるように最大旋回半径Ｄ１ｍａｘからなる最大半径Ｒｍａｘと最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎからなる最小半径Ｒｍｉｎとの間に可動範囲ＷＡ１として形成される。このとき主軸１６が凹部１３ｄに入り込むことによって最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎが最短の長さ（＝Ｌ１−Ｌ２）に近い値とされるようになることから従来の最小旋回半径Ｄｍｉｎ（図１２参照）によるものよりも軸心Ｃ１に近い部分における可動範囲が拡大される。可動範囲ＷＡ１において、一点鎖線ＣＬで区切られた可動範囲ＷＡ１ａは主軸１６が中心線もしくはその左側に配置されることで到達可能な領域を示し、可動範囲ＷＡ１ｂは主軸１６が中心線よりも右側に配置されなければ到達されない領域を示す。
【００３７】
ところで、一般に主軸１６の位置制御を行う場合には、各アーム１３，１５が連結される軸心Ｃ２が第１のアーム１３の中心線に対して一方向にのみ旋回するようなかたち（片腕系）とすれば、主軸１６の配置位置に対して各軸心Ｃ１、Ｃ２の取るべき角度が一つだけ特定されるようになり制御を行いやすい。すなわち、主軸１６の配置位置に対してスカラロボットの姿勢としても一つに定まり、他の装置との間に生じる干渉などについても把握しやすくなる。一方、軸心Ｃ２が第１のアーム１３の中心線に対して両方向に旋回される場合には、主軸１６の配置位置に対して２つの姿勢が求められる領域も生じその位置制御が複雑になるとともに、他の装置との間に生じる干渉などについての把握も難しくなる。このことから、スカラロボットとしては、片腕系の動作をする場合が制御の容易性などにより利用価値が高く、現実としても片腕系の動作に伴う移動範囲のみで作業をするように移動制御される場合も多い。
【００３８】
本実施形態では、軸心Ｃ２が第１のアーム１３の中心線に対して左側にのみ旋回する（右腕系）ときに主軸１６が動作する領域が可動範囲ＷＡ１ａとなるが、この右腕系のときの可動範囲ＷＡ１ａが基台１１に対して正面側Ｆと左側とに集約されるかたちになる。すなわち第１のアーム１３が湾曲する分だけ基台１１に対して右側の領域が減少されるものの、そのかわりに基台１１の左側及び後方側Ｒの領域が増加される。そしてこのような右腕系の可動範囲ＷＡ１ａの分布は、組み立てラインに配置されるスカラロボットに要求されることの多い一地点から取得した部品を一地点に組み付けるものである一点供給一点組み込みの態様の組み立て動作にとっては非常に効果的である。
【００３９】
例えば、図７に示されるように、複数のスカラロボットからなるロボットＲＢ１〜ＲＢ３が製品コンベアＣＶを正面側Ｆにして順に横並びされたような場合、それらの可動範囲ＷＡ１において他のロボットの可動範囲と重複する領域ならびにその領域の先にある領域が従来の可動範囲ＷＡ（図１３参照）を有するような場合よりも減少される。特にロボットＲＢ１〜ＲＢ３において利用価値の高い右腕系の可動範囲ＷＡ１ａについては、その大部分が他のロボットの可動範囲ＷＡ１ａとは重複しなくなり、それぞれのロボットＲＢ１〜ＲＢ３の位置制御の自由度が極めて高くされる。なお、図１２に示すような従来のスカラロボットとの比較においては、従来のスカラロボットのアーム長Ｌ１１はアーム長Ｌ１と同ロボットのアーム長Ｌ１２はアーム長Ｌ２であるものとする。
【００４０】
さらに、従来の可動範囲ＷＡと比較するとこの可動範囲ＷＡ１の領域幅（＝Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）が広くなることから、製品コンベアＣＶとしてもそのコンベア幅ＣＶｗを広くすることができより大型の製品などを運搬できるようにもなる。また各ロボットＲＢ１〜ＲＢ３の左側方から各ロボットＲＢ１〜ＲＢ３に部品を供給する部品供給装置ＰＳ１〜ＰＳ３にあっても、その装置幅ＰＳ１ｗ〜ＰＳ３ｗを広くすることができるようになるとともに、可動範囲ＷＡの後方側Ｒへの広がりの分だけ、一度に供給する部品の数を増やすこ
となどができるようにもなる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の水平多関節型ロボットによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）軸心Ｃ２を回動中心として旋回半径が第２のアーム１５のアーム長Ｌ２となる旋回軌道を有する主軸１６が、第１のアームの偏心された凹部１３ｄに入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能となるようにした。これにより、主軸１６の軸心Ｃ１に対する最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎが小さくなる分だけ主軸１６の可動範囲ＷＡ１が拡大されるようになる。
【００４２】
（２）第１のアームのアーム長Ｌ１及び第２のアームのアーム長Ｌ２を、偏心されていない従来の第１のアームを有するスカラロボットのそれぞれのアーム長と同じに長さにすることもできる。これにより第１のアーム１３の質量増加は最小限に抑えられるとともに、第２のアーム１５には従来のものがそのまま用いられる。その結果、水平多関節型ロボットとしてこのような偏心した第１のアーム１３を用いたとしても、その応答性能や位置決め精度などは従来どおりに維持されることから、不要に大型化を招くおそれもない。
【００４３】
（３）主軸１６が、第１のアーム１３の湾曲部としての凹部１３ｄに入り込むかたちで中心軸に近い位置まで配置可能とされることから、第１のアーム１３の湾曲形状に主軸１６を円滑に収納することができる。
【００４４】
（４）軸心Ｃ２と軸心Ｃ１との間に配線ダクト１９（基台側ダクト接続部２０）を挟むような態勢をとりつつ、第１のアーム１３の軸心Ｃ２をスカラロボットの後方側Ｒにあたる背面方向に配置したときスカラロボットの可動範囲ＷＡ１を基台１１の後方側Ｒにまで拡大することができるようになる。これにより、基台１１上の第１のアーム１３と干渉する位置に配線ダクト１９（基台側ダクト接続部２０）が設けられているスカラロボットにあっても、その可動範囲の好適な拡大が図られるようになる。
【００４５】
なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、主軸１６が第１のアーム１３の最も凹んだ部分に配置されるようにしたが、これに限らず、主軸は第１のアームの最も凹んだ部分に配置されなくてもよい。少しでも凹んでいる位置に配置されるのであれば主軸１６の可動範囲は拡大される。これにより第１のアームの形状の自由度が高められるようになる。
【００４６】
・また、基台側ダクト接続部２０も第１のアーム１３の最も凹んだ部分に配置されるようにしたが、これに限らず、基台側ダクト接続部は第１のアームの最も凹んだ部分に配置されなくてもよい。少しでも凹んでいる位置に配置されるのであれば第１のアームの可動範囲は拡大される。これによっても第１のアームの形状の自由度が高められるようになる。
【００４７】
・上記実施形態では、第１のアーム１３に貫通形成された基端連結部３１には連結軸１２が、先端連結部３５には支持軸１４がそれぞれ挿通され、ねじ孔を通じてねじなどにより連結固定された。しかしこれに限らず、第１のアームへの連結軸や支持軸の連結固定はどのような態様でもよい。例えば第１のアームを上下に貫通するようなボルトにより連結軸や支持軸と連結されてもよいし、溝のある基端連結部や先端連結部に連結軸や支持軸が差し込まれるようなかたちにて連結されてもよい。これにより第１のアームの構造の自由が高められる。
【００４８】
・上記実施形態では、第１のアーム１３のいずれの面にも連結軸１２及び支持軸１４の連結が可能であったが、これに限らず、連結軸１２及び支持軸１４がそれぞれ第１のアー
ム１３のいずれか一方にのみ連結可能であってもよい。そうすれば、第１のアームの加工などが容易にされる。
【００４９】
・上記実施形態では、主軸１６が中心線と重なる位置まで移動できなかったが、これに限らず、主軸が中心線と重なるような位置まで移動できるようにしてもよい。主軸が中心線に近くなれば最小旋回半径がより小さくされて主軸の可動範囲が広げられる。これにより、スカラロボットとして可動範囲の拡大が図られ、可動範囲をより広く確保することができるようになる。
【００５０】
・上記実施形態では、第１のアーム１３の全体形状が右側に湾曲する形状であったが、これに限らず、第１のアームの形状としては、主軸の旋回軌道と重なる部分において主軸が第１のアームの中心線に近づけられる態様であればどのような形状でもよい。例えば、主軸の旋回軌道と重なる部分だけが凸状に水平方向に突出するような形状であっても、そのような部分の水平方向の幅を薄くして水平方向への凹みのみがあるような形状であってもよい。これにより、第１のアームの形状の自由度が高められる。
【００５１】
・上記実施形態では、第１のアーム１３が右側に膨らむかたちに湾曲したが、第１のアームは左側に膨らむかたちに湾曲されてもよい。例えば、図８に示すように、スカラロボットは、最大旋回半径Ｄ２ｍａｘと最小旋回半径Ｄ２ｍｉｎを有するが、アーム長Ｌ１とアーム長Ｌ２が同じであればこれらの値は上記実施形態の最大旋回半径Ｄ１ｍａｘと最小旋回半径Ｄ１ｍｉｎとそれぞれ同じになる。このときには、第１のアーム１３の湾曲方向の向きの違いから主軸１６は、軸心Ｃ２に対しては、例えば右旋回したときの位置（図９（ａ））から、左旋回したときの位置（図９（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。また、主軸１６を保持する軸心Ｃ２は、軸心Ｃ１に対しては、例えば右旋回したときの位置（図１０（ａ））から、左旋回したときの位置（図１０（ｂ））までの範囲の可動範囲を有する。そしてこれらの可動範囲の組み合わせからなる主軸１６の可動範囲としては、図１１に示されるように最大旋回半径Ｄ２ｍａｘからなる最大半径Ｒｍａｘと最小旋回半径Ｄ２ｍｉｎからなる最小半径Ｒｍｉｎとの間において可動範囲ＷＡ２として形成される。このときも主軸１６が右限界点ＰＬｂにて凹部に入り込むことによって最小旋回半径Ｄ２ｍｉｎが最短の長さ（＝Ｌ１−Ｌ２）に近い値とされるようになることから軸心Ｃ１に近い部分における可動範囲が拡大される。可動範囲ＷＡ２において、一点鎖線ＣＬで区切られた可動範囲ＷＡ２ｂは主軸１６が中心線もしくはその右側に配置されること（左腕系）で到達可能な領域を示し、可動範囲ＷＡ２ａは主軸１６が中心線よりも左側になければ到達されない領域を示す。このときに左腕系の可動範囲ＷＡ２ｂが基台１１に対して正面側Ｆと右側に集約されるようになり位置制御の容易性などにより利用価値が高められるようになる。また、当該スカラロボットとしての配置（構成）の自由度が高められるようにもなる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の水平多関節型ロボットの斜視構造を示す斜視図。
【図２】同実施形態の水平多関節型ロボットの上面構造を示す平面図。
【図３】同実施形態のアーム構造を示す図であって、（ａ）は上面構造を示す平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ線断面構造を示す断面図、（ｃ）は底面構造を示す底面図。
【図４】同実施形態の水平多関節型ロボットの第２のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は左回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は右回りに旋回したときの状態を示す図。
【図５】同実施形態の水平多関節型ロボットの第１のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は左回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は右回りに旋回したときの状態を示す図。
【図６】同実施形態の水平多関節型ロボットの各軸の平面軌道及び主軸の可動範囲を示す領域図。
【図７】同実施形態の水平多関節型ロボットの生産設備における配置の一例を示す配置図。
【図８】その他の実施形態の水平多関節型ロボットの上面構造を示す平面図。
【図９】同じくその他の実施形態の水平多関節型ロボットの第２のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は右回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は左回りに旋回したときの状態を示す図。
【図１０】同じくその他の実施形態の水平多関節型ロボットの第１のアームの可動範囲の状態を示す状態図であって、（ａ）は右回りに旋回したときの状態を示す図、（ｂ）は左回りに旋回したときの状態を示す図。
【図１１】同じくその他の実施形態の水平多関節型ロボットの各軸の平面軌道及び主軸の可動範囲を示す領域図。
【図１２】従来の水平多関節型ロボットの上面構造を示す平面図。
【図１３】従来の水平多関節型ロボットの各軸の平面軌道及び主軸の可動範囲を示す領域図。
【符号の説明】
【００５３】
１１…基台、１２…第１の連結軸としての連結軸、１３…第１のアーム、１３ｄ…凹部、１４…第２の連結軸としての支持軸、１５…第２のアーム、１６…主軸、１７…下端部、１９…配線ダクト、２０…基台側ダクト接続部、２１ａ…基端部、２１ｂ…変向部、２１ｃ…先端部、２２…連絡部、２３…アーム側ダクト接続部、３１…基端連結部、３２，３６…側面、３３，３７…凸部、３５…先端連結部、Ｃ１…第１の回転軸としての軸心、Ｃ２…第２の回転軸としての軸心、Ｃ３…軸心、ＣＶ…製品コンベア、Ｍ１…第１モータ、Ｍ２…第２モータ、Ｍ３…第３モータ、Ｍ４…昇降モータ、ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３…部品供給装置、ＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３…ロボット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に第１の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第１のアームと、この第１のアームに前記第１の回転軸と平行する第２の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第２のアームと、この第２のアームに設けられて前記第２の回転軸と平行な方向に延びる主軸と
を有する水平多関節型ロボットであって、
前記第２のアームは、前記第２の回転軸と前記主軸との間の距離であるアーム長が、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを直線で結ぶ中心線の長さである第１のアームのアーム長よりも短く構成されており、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に偏心していることを特徴とする水平多関節型ロボット。
【請求項２】
前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に湾曲するかたちで偏心している
請求項１に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項３】
前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記主軸が前記中心線の近傍に配置可能にその回動方向の一方に偏心している
請求項１または２に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項４】
前記基台には、前記第１の回転軸を軸心として回転する第１の連結軸が該基台から突出するかたちで設けられ、
前記第２のアームには、前記第２の回転軸を軸心として回転する第２の連結軸が該第２のアームから突出するかたちで設けられ、
前記第１のアームには、前記第１の連結軸と連結される基端連結部と、前記第２の連結軸と連結される先端連結部とが形成されていて、前記基端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第１の連結軸と連結可能に形成されているとともに、前記先端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第２の連結軸と連結可能に形成されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項５】
前記基台には、旋回される前記第１のアームの偏心された部分と干渉する位置に配線を収納する配線ダクトが設けられている
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項１】
基台に第１の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第１のアームと、この第１のアームに前記第１の回転軸と平行する第２の回転軸を回動中心として回動可能に設けられた第２のアームと、この第２のアームに設けられて前記第２の回転軸と平行な方向に延びる主軸と
を有する水平多関節型ロボットであって、
前記第２のアームは、前記第２の回転軸と前記主軸との間の距離であるアーム長が、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを直線で結ぶ中心線の長さである第１のアームのアーム長よりも短く構成されており、前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に偏心していることを特徴とする水平多関節型ロボット。
【請求項２】
前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記中心線に対してその回動方向の一方に湾曲するかたちで偏心している
請求項１に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項３】
前記第１のアームは、前記中心線と前記第２の回転軸を回動中心として旋回半径が前記第２のアームのアーム長となる旋回軌道とが交差する近傍において、前記主軸が前記中心線の近傍に配置可能にその回動方向の一方に偏心している
請求項１または２に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項４】
前記基台には、前記第１の回転軸を軸心として回転する第１の連結軸が該基台から突出するかたちで設けられ、
前記第２のアームには、前記第２の回転軸を軸心として回転する第２の連結軸が該第２のアームから突出するかたちで設けられ、
前記第１のアームには、前記第１の連結軸と連結される基端連結部と、前記第２の連結軸と連結される先端連結部とが形成されていて、前記基端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第１の連結軸と連結可能に形成されているとともに、前記先端連結部は、前記第１のアームの水平方向いずれの面からも前記第２の連結軸と連結可能に形成されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項５】
前記基台には、旋回される前記第１のアームの偏心された部分と干渉する位置に配線を収納する配線ダクトが設けられている
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水平多関節型ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−５８１８０（Ｐ２０１０−５８１８０Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３８６８（Ｐ２００８−２２３８６８）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【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２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【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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