特開 2024-151270 垂直多関節ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024151270

(43)【公開日】2024-10-24

(54)【発明の名称】垂直多関節ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/06 20060101AFI20241017BHJP

【ＦＩ】

B25J9/06 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023064519

(22)【出願日】2023-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】井田 信也

(72)【発明者】

【氏名】飯田 洸基

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707BS12

3C707BS13

3C707CY36

3C707NS12

(57)【要約】

【課題】省スペースでアームを動かすことができ、汎用性があり、低コストの垂直多関節ロボットを提供する。
【解決手段】垂直多関節ロボット１００は、据付面１０９に設置される基台１０８と、据付面に平行となるように基台に支持された第１軸１１０と、第１軸によって回動する旋回フレーム１１２と、旋回フレームに第１軸と直交方向に支持された第２軸１１４と、第２軸によって回動する下アーム１１６と、下アームの第２軸とは反対側の端部に第２軸と平行に支持された第３軸１１８と、第３軸によって回動する連結アーム１３０と、連結アームに第２軸及び前記第３軸に直交方向に支持された第４軸１３４と、第４軸によって回動する保持アーム１３２とを有する上アーム１２０と、を備え、第２軸、下アーム、第３軸および上アームは、第１軸によって据付面に対して略垂直方向の円運動が可能であることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

据付面に設置される基台と、
前記据付面に平行となるように前記基台に支持された第１軸と、
前記第１軸によって回動する旋回フレームと、
前記旋回フレームに前記第１軸と直交方向に支持された第２軸と、
前記第２軸によって回動する下アームと、
前記下アームの前記第２軸とは反対側の端部に前記第２軸と平行に支持された第３軸と、
前記第３軸によって回動する連結アームと、前記連結アームに前記第２軸及び前記第３軸に直交方向に支持された第４軸と、前記第４軸によって回動する保持アームとを有する上アームと、
を備え、
前記第２軸、前記下アーム、前記第３軸および前記上アームは、前記第１軸によって前記据付面に対して略垂直方向の円運動が可能であることを特徴とする垂直多関節ロボット。

【請求項2】

前記旋回フレームは、前記第２軸が前記第１軸より上方に位置し、前記下アーム前面が上方を向く姿勢で前記第１軸に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直多関節ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のアームを備えた垂直多関節ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

基板を搬送するロボットとしては、従来はスカラロボット（水平多関節ロボット）が採用される場合が多い（例えば特許文献１）。スカラロボットは、一般的には水平方向に動作する２軸～３軸と、上下方向に動作する１軸を備えている。スカラロボットは使い方が限定されている場合が多いため、一般的には各用途に合った専用機を設計することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１８０３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし上述したような専用機を設計するということは、用途が限られるため垂直多関節ロボットの標準機（汎用機）と比較すると製造コストが高くなる。また、汎用のスカラロボットを使用しようとした場合、動作範囲エリアを拡大するために、直動の走行装置も必要になる場合が多く、設備のコストが高くなる。よって、コスト面と広い動作範囲を考慮し、汎用的な垂直多関節ロボットを用いて基板搬送を行うことも考えられる。垂直多関節ロボットは、一般的には垂直方向に回動する３軸～６軸と、水平方向に旋回する１軸とを備えている。

【0005】

ところが一般的な垂直多関節ロボットを用いて基板を搬送させようとした場合、ラックなどのレイアウト（配置）が狭い状況で各関節（軸）を回転させたとき、アームと周辺のラックやステージが干渉してしまう可能性がある。例えば、第２アーム（第３軸と第４軸の間のアーム）が第１軸の上方にあるとき、マニピュレータを右（左）に旋回させる（第１軸を回転させる）と第３軸が左（右）に旋回することになるため、第３軸近傍がラックなどの周辺設備に衝突してしまう。また基板を乗せるためのマニピュレータは面積が大きくなるため、マニピュレータとアームが干渉しやすく、可動範囲が狭くなってしまうという問題がある。

【0006】

なお垂直多関節ロボットを、床置きではなく、壁掛けや傾斜設置にして第１軸が回転した際に第２アームが後方に出ないようにすることで、干渉を回避することが考えられる。しかしその場合には、設置用の架台が大きくなりユーザ設備に干渉してしまう。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、省スペースでアームを動かすことができ、汎用性があり、低コストの垂直多関節ロボットを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかる垂直多関節ロボットの代表的な構成は、据付面に設置される基台と、据付面に平行となるように基台に支持された第１軸と、第１軸によって回動する旋回フレームと、旋回フレームに第１軸と直交方向に支持された第２軸と、第２軸によって回動する下アームと、下アームの第２軸とは反対側の端部に第２軸と平行に支持された第３軸と、第３軸によって回動する連結アームと、連結アームに第２軸及び前記第３軸に直交方向に支持された第４軸と、第４軸によって回動する保持アームとを有する上アームとを備え、第２軸、下アーム、第３軸および上アームは、第１軸によって据付面に対して略垂直方向の円運動が可能であることを特徴とする。

【0009】

上記の旋回フレームは、第２軸が前記第１軸より上方に位置し、下アーム前面が上方を向く姿勢で第１軸に支持されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、省スペースでアームを動かすことができ、汎用性があり、低コストの垂直多関節ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態における垂直多関節ロボットの全体構成を示す斜視図である。

【図2】図１の垂直多関節ロボットの可動範囲を説明する図である。

【図3】図１の垂直多関節ロボットの動作を示す図である。

【図4】図３に後続する垂直多関節ロボットの動作を示す図である。

【図5】図１の垂直多関節ロボットの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

図１は、本発明の実施形態における垂直多関節ロボット１００の全体構成を示す斜視図である。垂直多関節ロボット１００は、産業用ロボットであって、例えば図３に示す基板（ワーク１０２）をラック１０４Ａ、１０４Ｂに収納したり、ワーク１０２をラック１０４Ａ、１０４Ｂからステージ１０６に搬送したりする場合に用いられる。

【0014】

垂直多関節ロボット１００は、簡潔に説明すると、一般的な垂直多関節ロボットの第１軸の回動方向が異なり、下アームおよび上アームの主動作範囲を上方にしたものである。垂直多関節ロボット１００は、例えば６軸ロボットであり、基台１０８と、第１軸１１０と、旋回フレーム１１２と、第２軸１１４と、下アーム１１６と、第３軸１１８と、上アーム１２０とを備える。なお後述するが、上アーム１２０は、連結アーム１３０と、第４軸１３４と、保持アーム１３２とを有し、全体として第３軸１１８および第４軸１３４によって回動する。

【0015】

基台１０８は、工場などの床に設置されている。基台１０８の側面１２２にはハーネスが接続されるコネクタ１２４が取り付けられている。なおコネクタ１２４は、ハーネスの引き出し方向を考慮して基台１０８の他の側面１２６、１２８にも取り付けることができる。

【0016】

第１軸１１０は、基台１０８を床に設置した際、据付面１０９に対して平行な方向（以下、水平方向と称す）に支持されている。旋回フレーム１１２は、第１軸１１０によって回動する。第２軸１１４は、旋回フレーム１１２に第１軸１１０と直交方向に支持されている。下アーム１１６は、第２軸１１４によって回動する。換言すれば、第２軸１１４の回動方向は、下アーム１１６と第１軸１１０とがなす角度が変化する方向である。第３軸１１８は、下アーム１１６の第２軸１１４とは反対側の端部である先端１２９に第２軸１１４と平行に支持されている。

【0017】

上アーム１２０は、連結アーム１３０と、第４軸１３４と、保持アーム１３２とを有し、全体として第３軸１１８および第４軸１３４によって回動する。連結アーム１３０は、第３軸１１８を介して下アーム１１６に対して回転可能に連結されている。保持アーム１３２は、保持アーム１３２の長手方向に延びる第４軸１３４を介して、連結アーム１３０に対して第４軸１３４の周りにひねるように回転可能に連結されている。

【0018】

また保持アーム１３２の先端部１３６には、第５軸１３８および第６軸１４０を介してエンドエフェクタとしてのハンド１４２が装着されている。ハンド１４２はワーク１０２（基板等）を載置する。第５軸１３８および第６軸１４０は、保持アーム１３２の先端部１３６に第４軸１３４と直交方向に支持されている。これによりハンド１４２は、ラック１０４Ａ、１０４Ｂ（図３参照）に収納されたワーク１０２に対して自由な挿入姿勢を保持できる。

【0019】

このように垂直多関節ロボット１００は、第１軸１１０を水平方向に配置して、旋回フレーム１１２が据付面１０９に対して略垂直方向に回動するようにしている。これにより第２軸１１４以降の軸およびアームが、第１軸１１０によって据付面１０９に対して略垂直方向の円運動が可能である。

【0020】

図２は図１の垂直多関節ロボット１００の可動範囲を説明する図であって、図２（ａ）は本実施形態にかかる垂直多関節ロボット１００の可動範囲Ａを説明する図、図２（ｂ）は従来（通常）の垂直多関節ロボット２００の可動範囲Ｂを説明する図である。

【0021】

まず図２（ｂ）を参照する。従来の垂直多関節ロボット２００は、基台２０２に支持された第１軸２０４が据付面１０９に対して垂直軸であり、旋回フレーム２０６が第１軸２０４によって据付面１０９と平行な面内において回動する。そして垂直多関節ロボット２００は、下アーム２０８および上アーム２１０が第１軸２０４に対して垂直方向に回動可能である。尚、図２（ｂ）において上アーム２１０の先端に取り付けられたマニピュレータが移動可能な範囲を可動範囲Ｂとして図示している。

【0022】

可動範囲Ｂは、第２軸、第３軸の可動範囲およびアームの長さによって決定される。ここで、垂直多関節ロボット２００の図示左側の可動範囲Ａは、ロボットが広い動作領域を確保できるエリアである。この領域を主動作範囲と称し、主動作範囲の向く方向をロボットの前面と称する。

【0023】

次に図２（ａ）を参照する。本実施形態にかかる垂直多関節ロボット１００の可動範囲Ａは、第１軸１１０が水平軸であることから、図２（ｂ）に示した可動範囲Ｂを９０度倒したものになる。比較のために、図２（ｂ）には可動範囲Ｂと重ねて図２（ａ）の可動範囲Ａを破線で示している。

【0024】

可動範囲Ａからわかるように、垂直多関節ロボット１００は、その主動作範囲がロボットの上側となっていて、仰向けで設置された状態である。これにより、旋回フレーム１１２は、第２軸１１４が第１軸１１０より上方に位置し、下アーム前面１１６ａが上方を向く姿勢で第１軸１１０に支持されていることになる。なお第２軸１１４は、第１軸１１０の真上に（乗るように）位置してもよい。

【0025】

さらに垂直多関節ロボット１００において、下アーム前面１１６ａが上方を向くとは、換言すれば、下アーム１１６に対する上アーム１２０の可動範囲が広い方（すなわちロボットの前面）が据付面１０９とは反対側（すなわち上方）を向いていることをいう。一方、図２（ｂ）に示す従来の垂直多関節ロボット２００の下アーム前面２０８ａは、前方を向いている。

【0026】

また主動作範囲をロボットの上側とすることで、垂直多関節ロボット１００は、上アーム１２０、下アーム１１６が伸びた姿勢で動作することが多くなる。また第２軸１１４が第１軸１１０より上方にあることで、この姿勢で、第１軸１１０を回転しても振り子のように動作し（図３および図４参照）、下アーム１１６の先端１２９が後方に飛び出して干渉することが無いので、狭いレイアウトに設置可能となる。

【0027】

図３は、図１の垂直多関節ロボット１００の動作を示す図である。図４は、図３に後続する垂直多関節ロボット１００の動作を示す図である。ここでは、ラック１０４Ａ、１０４Ｂおよびステージ１０６のレイアウト（配置）が狭い状況において、ラック１０４Ａに収納されたワーク１０２をステージ１０６に搬送する動作を説明する。

【0028】

垂直多関節ロボット１００は、第２軸１１４以降の軸およびアームが、第１軸１１０によって据付面１０９に対して略垂直方向の円運動が可能である。そこで、旋回フレーム１１２を矢印Ｃに示す方向に回動させて、下アーム１１６および上アーム１２０をラック１０４Ａに接近させ、さらに第２軸１１４以降の軸を適宜回転させる。これにより、上アーム１２０に装着されたハンド１４２をワーク１０２の下に挿入し、ワーク１０２をハンド１４２に載置させることができる。

【0029】

続いて図４に示すように、旋回フレーム１１２を矢印Ｄに示す方向に回動させて、下アーム１１６および上アーム１２０をステージ１０６に接近させ、さらに第２軸１１４以降の軸を適宜回転させる。これにより、上アーム１２０に装着されたハンド１４２をステージ１０６上に移動させて、ワーク１０２をステージ１０６まで搬送することができる。

【0030】

なお垂直多関節ロボット１００は、ラック１０４Ａに収納されたワーク１０２をステージ１０６に搬送するだけでなく、ラック１０４Ｂからステージ１０６にワーク１０２を搬送したり、ラック１０４Ａ、１０４Ｂ間でワーク１０２を搬送したりすることができる。

【0031】

ここで、旋回フレーム１１２を矢印Ｃ、Ｄに回動させたとき、第２軸１１４以降の軸およびアームは第１軸１１０よりも据付面１０９（ここでは床面）に対して上方に位置している。したがって、ハンド１４２を矢印Ｃ、Ｄの一方に旋回させたときに、第３軸１１８近傍が振り子のように動作し、下アーム１１６の先端１２９が後方に飛び出して干渉することが無い。このため、第３軸１１８近傍がラック１０４Ａ、１０４Ｂおよびステージ１０６などの周辺設備に衝突してしまうおそれがない。したがって、垂直多関節ロボット１００によれば、広い動作領域を確保しつつ省スペースのレイアウトで各アームを動かすことができる。

【0032】

また垂直多関節ロボット１００では、第１軸１１０のみを水平方向に配置して、旋回フレーム１１２が略垂直方向に回動する構成を採用しているため、第２軸１１４以降の軸およびアームは、既存の垂直多関節構造ロボットの構造をそのまま利用することができる。このため、垂直多関節ロボット１００によれば、部品共通化により製造原価を抑え安価で、保守性も良く製造し易い。

【0033】

図５は、図１の垂直多関節ロボット１００の変形例を示す図である。変形例の垂直多関節ロボット１００Ａは、７軸ロボットであり、第６軸１４０によって回動するハンド１４２に加え、第６軸１４０と同軸の第７軸１４４によって回動する第２のハンド１４６が上アーム１２０に装着されている。

【0034】

これにより垂直多関節ロボット１００Ａでは、省スペースで各アームを動かすことができるだけでなく、エンドエフェクタとして２つのハンド１４２、１４６を用いることでサイクルタイムを短縮することができる。

【0035】

なお垂直多関節ロボット１００、１００Ａは、スカラ型ロボットより広い動作範囲を有するため、走行装置を用いることなく複数のラック間でワークを搬送することもでき、設備全体のコスト低減が可能となる。

【0036】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は基板搬送用途に限定されないことは言うまでもない。本発明は、狭いレイアウトでのハンドリングやローディング用途でも使用できる汎用性のある垂直多関節構造ロボットである。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、複数のアームを備えた垂直多関節ロボットとして利用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１００、１００Ａ、２００…垂直多関節ロボット、１０２…ワーク、１０４Ａ、１０４Ｂ…ラック、１０６…ステージ、１０８、２０２…基台、１０９…据付面、１１０、２０４…第１軸、１１２、２０６…旋回フレーム、１１４…第２軸、１１６、２０８…下アーム、１１６ａ、２０８ａ…下アーム前面、１１８…第３軸、１２０、２１０…上アーム、１２２、１２６、１２８…基台の側面、１２４…コネクタ、１２９…下アームの先端、１３０…連結アーム、１３２…保持アーム、１３４…第４軸、１３６…保持アームの先端部、１３８…第５軸、１４０…第６軸、１４２、１４６…ハンド、１４４…第７軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】