WO2017042878A1 - 多関節ロボットアーム - Google Patents

Abstract

原点出しが容易な多関節ロボットアーム（５）であり、ベース部材（１５）に立設された支持部材（２１）と、支持部材（２１）に対して第１関節（２３）によって回転可能に支持された第１アーム部材（２２）と、第１アーム部材（２２）と支持部材（２１）が重なり合った第１関節（２３）部分に形成され、所定の姿勢における第１アーム部材（２２）と支持部材（２１）に対して同時に第１位置決ピン（５１）の挿入が可能な第１位置決穴（６１：２１５，２２５）とを有する。

Description

多関節ロボットアーム

　本発明は、原点出しを容易に行うことができる多関節ロボットアームに関する。

　多関節ロボットアームでは、ロボットハンドによって把持したワークの受け渡し作業などが行われる。その際、所定の作業を実行するには、正確な姿勢制御が行われるようにするため、原点出しが必要になる。従来の原点出しは、下記特許文献１に開示されているように、多関節ロボットアームの各可動部に水準器が取り付けられ、基準となる姿勢をつくり出すため、水準器による検査が作業者の目視によって行われる。その他、下記特許文献２に記載のものでは、多関節ロボットアームの所定部材にキャリブレーション治具が取り付けられ、同治具に対して他の部材を当接させることにより関節軸の角度決めが行われる。そこで使用されるキャリブレーション治具は、枠体からなる治具本体に対して、角度規制板などの補助部材、関節軸の角度を規制する位置決めピン、そして別の関節軸の角度を規制する当接板などが組み付けられたものである。

特開昭５８－１３２４９３号公報 特開平０８－１５５８６６号公報

　前記特許文献１のように水準器を使用した原点出しは、人の判断が加わるため正確さに欠けるおそれがあるほか、各作業者による違いも生じてしまう。一方、前記特許文献２の原点出しでは、多関節ロボットアームに対するキャリブレーション治具の取り付けが必要になる。具体的には、多関節ロボットアームからカバー部材を取り外したり、キャリブレーション治具を構成する枠体をアーム部材に固定し、その枠体に固定されたピンを他のアーム部材に形成された位置決め孔への嵌入などの作業が必要になる。そのため、原点出しを行う作業者は、多関節ロボットアームに対する調整作業のほか、キャリブレーション治具を取り付けるなど、複数の作業が必要であった。

　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、原点出しが容易な多関節ロボットアームを提供することを目的とする。

　本発明の一態様における多関節ロボットアームは、ベース部材に立設された支持部材と、前記支持部材に対して第１関節によって回転可能に支持された第１アーム部材と、前記第１アーム部材と前記支持部材が重なり合った第１関節部分に形成され、所定の姿勢における前記第１アーム部材と前記支持部材に対して同時に第１位置決ピンの挿入が可能な第１位置決穴とを有する。

　本発明によれば、第１アーム部材及び支持部材に形成された第１位置決穴に対して第１位置決ピンを挿入する容易な作業により、多関節ロボットアームの基本姿勢を作り出すことができ、そこで原点出しを行うことができる。

多関節ロボットアームが伸びた状態の搬送装置を示した斜視図である。 多関節ロボットアームが折り畳まれた状態の搬送装置を示した斜視図である。 基本姿勢の多関節ロボットアームを示した側面図である。 図３に示す多関節ロボットアームのＡ－Ａ矢視の一部断面図である。 図３に示す多関節ロボットアームのＢ－Ｂ矢視の一部断面図である。

　次に、本発明に係る多関節ロボットアームの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。特に、本実施形態では、加工機械ラインの搬送装置を構成する多関節ロボットアームを例に挙げて説明する。加工機械ラインは、ワークに対して一連の加工を行う複数の工作機械が並設され、搬送装置は、その複数ある工作機械の各々に対して順番にワークの受け渡しを行うものである。

　図１及び図２は、搬送装置を示した斜視図である。特に図１は、工作機械との間でワークの受渡しを行うべく、多関節ロボットアーム５が伸びた状態が示されている。そして、図２には、多関節ロボットアーム５が工作機械の間を移動するために折り畳まれた状態が示されている。このように本実施形態の多関節ロボットアーム５は、関節機構の駆動により、コンパクトな状態に折り畳まれ、伸びた姿勢によって遠くの位置でも作業が可能なものである。

　この多関節ロボットアーム５を備えた搬送装置１は、横並びに配置された複数の工作機械に対し、その前方を横切って移動するように組み付けられる。具体的には、工作機械を搭載するベース８の前部に組み付けられる。図示するベース８は、２台の工作機械を搭載する大きさのものであり、更に多くの工作機械からなる加工機械ラインであれば、追加のベース８が横隣りに接近して設置されることになる。搬送装置１は、そのベース８に対して走行装置３が組み付けられ、走行装置３上には多関節ロボットアーム５が搭載されている。

　走行装置３は、ベース８の前面部に固定された支持板１１に対し、水平方向にラック１２や２本のレール１３が固定されている。そして、走行台１５には走行スライダ１４（図３参照）が一体に固定され、その走行スライダ１４がレール１３を掴んで摺動するように組み付けられている。その走行台１５には走行用モータ１６が設けられ、その回転軸に固定されたピニオン１７がラック１２に噛合している。従って、走行用モータ１７の駆動によって回転するピニオン１６が、噛合するラック１２を転動し、走行台１５がレール１３に沿ってベース８の前面部を移動することになる。

　走行台１５上には、旋回テーブル１８を介して多関節ロボットアーム５が搭載されている。多関節ロボットアーム５は、狭い幅寸法内で工作機械とワークの受渡しを可能にするものである。ベース８には、２台の工作機械を搭載することができるように各２本ずつ計４本のレール８１が敷設されている。従って、工作機械は、２本のレール幅に収まるように幅寸法の抑えられたものであり、多関節ロボットアーム５は、そうした工作機械の狭い内部空間でワークの受渡しができるように設計されたものである。

　多関節ロボットアーム５は、旋回テーブル１８に固定された支持台２１に対し、上腕部材２２が第１関節機構２３を介して連結され、更に上腕部材２２には前腕部材２５が第２関節機構２６を介して連結されている。支持台２１は、一対の支持プレート２１１が起立し、上腕部材２２は、一対の支持プレート２１１に対応する一対の上腕プレート２２１をもって形成されている。そして、各プレート２１１，２２１同士が関節軸によって連結され、上腕部材２２は、第１関節機構２３の駆動によりその角度調整が行われる。

　上腕部材２２には一対の上腕プレート２２１の間に空間が形成され、その中に前腕部材２５が入り込むよう構成されている。そして、前腕部材２５は、左右に一対の平行な前腕プレート２５１をもって形成され、その前腕プレート２５１と上腕プレート２２１が関節軸によって連結されている。従って、前腕部材２５は、第２関節機構２６の駆動により、上腕部材２２に対する角度調整が行われる。

　次に、図３は、多関節ロボットアーム５を示した側面図であり、特に上腕部材２２と前腕部材２５が折り畳まれた多関節ロボットアーム５の基本姿勢が示されている。そして、図４は、図３に示す多関節ロボットアーム５のＡ－Ａ矢視の一部断面図であり、図５は、同じく図３に示す多関節ロボットアーム５のＢ－Ｂ矢視の一部断面図である。

　先ず、第１関節機構２３は、図４に示すように、支持プレート２１１に第１関節用モータ３１が固定され、その回転軸側のプーリ３２とシャフト３３側のプーリ３４との間にタイミングベルト３５が掛け渡されている。そのシャフト３３は、減速機３６を介して上腕プレート２２１に連結されている。また、支持プレート２１１と上腕プレート２２１との間には、反対側にもシャフト３３と同軸上に関節軸３７が構成されている。よって、第１関節用モータ３１の駆動は、タイミングベルト３５や減速機３６を介して上腕プレート２２１に伝達され、回転出力に応じて支持台２１に対する上腕部材２２の角度調節が行われる。

　一方、第２関節機構２６は、図５に示すように、前腕プレート２５１に第２関節用モータ４１が固定され、その回転軸がシャフト４２を介して減速機４３に連結されている。減速機４３は、上腕プレート２２１と前腕プレート２５１との間に設けられ、第２関節用モータ４１の回転がこの減速機４３を介して前腕プレート２５２に伝達されるよう構成されている。また、上腕プレート２２１と前腕プレート２５１との間には、反対側にもシャフト４２と同軸上に関節軸４４が構成されている。よって、第２関節用モータ４１の回転出力に応じて上腕部材２２に対する前腕部材２５の角度調節が行われる。

　多関節ロボットアーム５の先端部となる前腕部材２５の端部には、ロボットハンド２８が取り付けられている。ロボットハンド２８は、前腕プレート２５１との間に構成された軸受部材４５を介して回転可能に取り付けられ、その軸受部材４５には前腕部材２５に固定されたハンド用モータ４６の回転がベルト４７を介して伝達されるよう構成されている。従って、ハンド用モータ４６の駆動により、その回転出力に応じてロボットハンド２８の角度調節が行われる。

　多関節ロボットアーム５は、可動部である上腕部材２２、前腕部材２５及びロボットハンド２８が駆動し、所定の姿勢による作業が行われる。その際、サーボモータである第１関節用モータ３１、第２関節用モータ４１及びハンド用モータ４６の各々に対する回転制御によって、ロボットハンド２８の移動位置である空間座標や、ロボットハンド２８が把持したワークの向きの割出しが行われる。従って、多関節ロボットアーム５が正確に作業を行うには、第１関節用モータ３１、第２関節用モータ４１及びハンド用モータ４６における出力軸の回転位置と、上腕部材２２、前腕部材２５及びロボットハンド２８の角度（姿勢）とが一致していなければならない。

　そこで本実施形態では、図３に示す多関節ロボットアーム５の基本姿勢における第１関節用モータ３１、第２関節用モータ４１及びハンド用モータ４６の回転位置をゼロ度とした原点出しが行われるよう構成されている。その際、多関節ロボットアーム５の基本姿勢が一定でなければならないが、本実施形態ではピン止めによる簡易な構成により基本姿勢が作り出せるようになっている。つまり、従来では水準器や複雑なキャリブレーション治具を使用していたが、それらに代えて単純な構造によって原点出しを実現しようとするものである。

　本実施形態の多関節ロボットアーム５は、前述したように、第１関節機構２３が構成された第１関節部分では、関節軸の周りにおいて支持プレート２１１と上腕プレート２２１が回転軸方向に重なっており、第２関節機構２６が構成された第２関節部分でも、関節軸の周りにおいて上腕プレート２２１と前腕プレート２５１が回転軸方向に重なっている。よって、第１関節部分で支持プレート２１１と上腕プレート２２１を、第２関節部分では上腕プレート２２１と前腕プレート２５１を、それぞれピンで同時に拘束することにより、一定の基本姿勢をつくりだすことができる。

　そこで、図３に示す基本姿勢の多関節ロボットアーム５には、上腕部材２２の下方に第１位置決ピン５１が挿入され、上方には第２位置決ピン５２が挿入されるようになっている。図４及び図５には、第１位置決ピン５１または第２位置決ピン５２の挿入部分の断面がそれぞれ示されている。図４に示すように、上腕プレート２２１には回転軸に平行な水平方向に貫通穴２２５が形成され、支持プレート２１１には同じく水平方向に有底穴２１５が形成されている。この貫通穴２２５と有底穴２１５とは同じ大きさの径であり、基本姿勢の時に同軸上に重ねられることで一つの第１位置決穴６１として構成されるものである。そして、その第１位置決穴６１に対して図示するように第１位置決ピン５１が挿入される。

　また、図５に示すように、上腕プレート２２１には回転軸に平行な水平方向に貫通穴２２７が形成され、前腕プレート２５１には同じく水平方向に有底穴２５７が形成されている。この貫通穴２２７と有底穴２５７は、同じ大きさの径であり、基本姿勢の時に同軸上に重ねられることで一つの第２位置決穴６２として構成されるものである。そして、その第２位置決穴６２に対して図示するように第２位置決ピン５２が挿入される。更に、前腕部材２５にはストッパ５３が着脱可能に固定され、回動するロボットハンド２８の本体２８１が、図３に示す基本姿勢をとることによってストッパ５３に当てられるようになっている。

　そこで、第１関節用モータ３１、第２関節用モータ４１及びハンド用モータ４６の原点出しでは、先ず、多関節ロボットアーム５は、電源を入れない状態で図２及び図３に示すように起立した基本姿勢がとられ、上腕部材２２の中に前腕部材２５が収められる。そして、第１関節機構２３及び第２関節機構２６の各関節軸を支点とした上腕部材２２と前腕部材２５との微調整により、第１位置決穴６１では、同軸上に重ねられた貫通穴２２５と有底穴２１５に対して第１位置決ピン５１が差し込まれ、第２位置決穴６２では、同軸上に重ねられた貫通穴２２７と有底穴２５７に対して第２位置決ピン５２が差し込まれる。

　上腕部材２２の動きは支持第２１に拘束され、前腕部材２５の動きは上腕部材２２に拘束される。そのため、多関節ロボットアーム５は、電源が投入されたとしても基本姿勢が保たれ、回転しない第１関節用モータ３１及び第２関節用モータ４１の回転位置がゼロ度（原点）として設定される。一方、ロボットハンド２８は、ハンド用モータ４６への電源投入により回動して本体２８１がストッパ５３に当てられる。そして、ハンド用モータ４６は、そのストッパ５３に当てられた状態の回転位置がゼロ度（原点）として設定される。

　よって、本実施形態によれば、作業者は、貫通穴２２５と有底穴２１５、貫通穴２２７と有底穴２５７の位置をそれぞれ合わせ、第１位置決穴６１には第１位置決ピン５１を、第２位置決穴６２には第２位置決ピン５２をそれぞれ差し込むだけで簡単に原点出しを行うことができる。また、各作業者によって多関節ロボットアーム５の基本姿勢にバラツキはなく、誰が行っても常に正確な原点出しを行うことができる。しかも、使用部品としては第１位置決ピン５１と第２位置決ピン５２だけであるため、通常時は保管にスペースを必要とせず、取り扱いも容易なものである。

　多関節ロボットアーム５は、支持プレート２１１と上腕プレート２２１、腕プレート２２１と前腕プレート２５１が、それぞれ回転軸方向に重なるように構成されたものであるため、特に本実施形態で説明した上記原点出しのための構造を採用するのに適している。また、ロボットハンド２８については前腕部材２５に着脱可能に固定されたストッパ５３によって原点出しを行うため、各作業者によるバラツキもなく常に正確な原点出しが可能になる。

　以上、本発明について一実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、多関節ロボットアームは前記実施形態とは異なる構造のものであってもよく、位置決穴や位置決ピンについても多関節ロボットアームの構造に応じて形成されるものでればよい。

　また、例えば、第１位置決ピン５１や第２位置決ピン５２にヘッド部を形成することにより、第１位置決穴６１や第２位置決穴６２を貫通穴としてよく、穴やピンの断面は円形ではなく四角などの角型であってもよい。
　更に、前記実施形態では、通常時の第１位置決ピン５１や第２位置決ピン５２は抜き取られて保管されるようにしたが、上腕プレート２２１の貫通穴２２５，２２７に常時差し込まれ、原点出しの際に有底穴２１５，２５７に差し込むプッシュ式にしてもよい。

１…搬送装置　３…走行装置　５…　多関節ロボットアーム　１５…走行台　２１…支持台　２２…上腕部材　２３…第１関節機構　２５…前腕部材　２６…第２関節機構　２８…ロボットハンド　３１…第１関節用モータ　４１…第２関節用モータ　４６…ハンド用モータ　５１…第１位置決ピン　５２…第２位置決ピン　５３…ストッパ　６１…第１位置決穴　６２…第２位置決穴　２１１…支持プレート　２２１…上腕プレート　２５１…前腕プレート　２２５，２２７…貫通穴　２１５，２５７…有底穴　２８１…本体
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Claims (5)

1. 　ベース部材に立設された支持部材と、
   　前記支持部材に対して第１関節によって回転可能に支持された第１アーム部材と、
   　前記第１アーム部材と前記支持部材が重なり合った第１関節部分に形成され、所定の姿勢における前記第１アーム部材と前記支持部材に対して同時に第１位置決ピンの挿入が可能な第１位置決穴とを有するものであることを特徴とする多関節ロボットアーム。
2. 　前記第１アーム部材に対して第２関節によって回転可能に支持された第２アーム部材と、
   　前記第１アーム部材と前記第２アーム部材が重なり合った第２関節部分に形成され、所定の姿勢における前記第１アーム部材と前記第２アーム部材に対して同時に第２位置決ピンの挿入が可能な第２位置決穴とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボットアーム。
3. 　前記第２アーム部材に対して回転可能に支持されたロボットハンドと、
   　前記ロボットハンドが所定の回転角度で当接するように前記第２アーム部材に形成されたストッパとを有するものであることを特徴とする請求項２に記載の多関節ロボットアーム。
4. 　前記ベース部材の支持部材は、所定の間隔で配置された一対の支持プレートであり、
   　前記第１アーム部材は、前記一対の支持プレートに対して各々厚さ方向の内側に配置される一対の側面プレートを有するものであり、
   　前記第１位置決穴は、一の前記側面プレートに形成された貫通穴と、その貫通穴に重なる前記支持プレートに形成された有底穴であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多関節ロボットアーム。
5. 　前記第２アーム部材は、前記第１アーム部材の一対の側面プレートに対して各々厚さ方向の内側に配置される一対の側面プレートを有するものであり、
   　前記第２位置決穴は、一の前記第１アーム部材の側面プレートに形成された貫通穴と、その貫通穴に重なる前記第２アーム部材の側面プレートに形成された有底穴であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の多関節ロボットアーム。
    
    
    
    
    
    
   
    

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