特許 7050170 ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-30

(45)【発行日】2022-04-07

(54)【発明の名称】ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/02 20060101AFI20220331BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20220331BHJP

【ＦＩ】

B25J17/02 A

B25J17/00 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020546822

(86)(22)【出願日】2019-08-26

(86)【国際出願番号】 JP2019033370

(87)【国際公開番号】W WO2020054385

(87)【国際公開日】2020-03-19

【審査請求日】2020-12-09

(31)【優先権主張番号】16/127,418

(32)【優先日】2018-09-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】517340611

【氏名又は名称】カワサキロボティクス（ユーエスエー），インク．

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】バロアニー，アビッシュ アショック

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１９０７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３３９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６９９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９１２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５９８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３２３０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ９／０６－１９／０６

Ｂ６５Ｇ ４９／０７

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられた第１ハンド及び第２ハンドを含む複数段のハンドと、
前記ロボットアームの先端に回転軸線が規定され、前記ロボットアームの先端に前記第１ハンドを前記回転軸線を中心として回転可能に連結する第１のダイレクトドライブモータと、
前記第１ハンドに前記第２ハンドを前記回転軸線を中心として回転可能に連結する第２のダイレクトドライブモータとを備える、
ロボット。

【請求項2】

前記ロボットアームの先端と前記第１ハンドの基端とが前記回転軸線の延伸方向へ離間しており、それらの間に第１のダイレクトドライブモータが設けられており、
前記第１ハンドの基端と前記第２ハンドの基端とが前記回転軸線の延伸方向へ離間しており、それらの間に第２のダイレクトドライブモータが設けられている、
請求項１に記載のロボット。

【請求項3】

前記第１のダイレクトドライブモータ及び第２のダイレクトドライブモータのうち少なくとも一方の周囲を封止するラビリンスシールを更に備える、
請求項２に記載のロボット。

【請求項4】

前記第１のダイレクトドライブモータは第１のロータ及び第１のステータを有し、前記第２のダイレクトドライブモータは第２のロータ及び第２のステータを有し、
前記第１のロータ及び前記第１のステータのうち一方が前記ロボットアームの先端に固定され、他方が前記第１ハンドに固定され、
前記第２のロータ及び前記第２のステータのうち一方が前記第１ハンドに固定され、他方が前記第２ハンドに固定されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２本のハンドを備えたロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、一本のロボットアームの手先部に複数段のハンドが装着されてなるロボットが知られている。特許文献１は、この種のロボットを開示する。

【0003】

特許文献１に記載の基板搬送ロボットは、互いに関節を介して回転可能に連結された複数のリンクからなるロボットアームと、ロボットアームの先端に装着された上ハンド及び下ハンドとを備える。上ハンド及び下ハンドの各々は、ハンド基部と、ハンド基部に支持されたブレード部材とを有する。上ハンドのハンド基部には中空軸状の内側手首軸が固定され、下ハンドのハンド基部には中空軸状の外側手首軸が固定され、内側手首軸は外側手首軸に同軸状に挿入され、内側手首軸と外側手首軸とは各々独立した駆動源によって回転駆動される。

【0004】

ところで、ロボットアームの関節の駆動方式として、各関節を独立したモータで直接駆動するダイレクトドライブ方式が知られている。例えば、特許文献２の多関節搬送装置（水平多関節型ロボット）は、互いに関節を介して回転可能に連結された複数のリンクと、関節に設置された複数のモータとを有する。各モータは中空型モータ回転軸線を有し、各リンクは中空型モータ回転軸線の内周面に固定された中空型回転軸線に固定され、該中空型回転軸線の回転によって回転する。

【0005】

上記のモータは、減速機構を介さずに、発生した動力を対象物にダイレクトに伝達するダイレクトドライブモータである。このようなダイレクトドライブモータは、例えば、特許文献３に開示されている。特許文献３のダイレクトドライブモータは、動力を発生するモータ部と、モータ部の回転を検出する回転検出器と、モータ部及び回転検出器を保持するハウジングとを備える。モータ部は、コイル及びそのコイルを支持するステータコアを含むステータと、永久磁石を含むロータとを有する。コイルは、リード線を介して電力供給部と接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１６２９３６号公報

【文献】特開２００７－３８３６０号公報

【文献】特開２０１６－１５８５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２のロボットは、ロボットアームの手首関節を含む各関節にダイレクトドライブモータが設けられている。しかし、特許文献２では、１本のロボットアームに１本のハンドが装着されたロボットが示されているのであって、特許文献１のロボットのように１本のロボットアームに２本のハンドが装着された場合の手首関節の具体的態様は示されていない。

【0008】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、１本のロボットアームに２本のハンドが装着されたロボットにおいて、ダイレクトドライブモータを採用した手首関節構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられた第１ハンド及び第２ハンドを含む複数段のハンドと、前記ロボットアームの先端に回転軸線が規定され、前記ロボットアームの先端に前記第１ハンドを前記回転軸線を中心として回転可能に連結する第１のダイレクトドライブモータと、前記第１ハンドに前記第２ハンドを前記回転軸線を中心として回転可能に連結する第２のダイレクトドライブモータとを備えるものである。

【0010】

上記ロボットでは、第１のダイレクトドライブモータが第１ハンドの手首関節として機能し、第１のダイレクトドライブモータ及び第２のダイレクトドライブモータが第２ハンドの手首関節として機能する。そして、２つのダイレクトドライブモータが、共通の回転軸線を中心として対象物（ハンド）を回転させる。このようなロボットでは、例えば、第２ハンドを位置保持し、第１ハンドを回転軸線を中心として回転させる際に、第１のダイレクトドライブモータと第２のダイレクトドライブモータとに互いに反対方向に回転力を発生させると、第１ハンドは第２ハンドから反力を受ける。この反力により、第１ハンドの回転が促進される。このように、１本のロボットアームに２本のハンドが装着されたロボットに好適なダイレクトドライブモータを採用した手首関節構造を実現することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、１本のロボットアームに２本のハンドが装着されたロボットにおいて、ダイレクトドライブモータを採用した手首関節構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るロボットの斜視図である。

【図2】図２は、第２ハンド（及び第１ハンド）の平面図である。

【図3】図３は、第１ハンド及び第２ハンドとロボットアームとの連結構造を示す断面図である。

【図4】図４は、ロボットの制御系統の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るロボット１の斜視図である。本実施形態では、本発明を、ロボット１の一例である基板保持ハンドを備えた基板搬送ロボットに適用して説明する。但し、ロボット１は基板搬送ロボットに限定されない。

【0014】

図１に示すロボット１は、基台２と、基台２に支持されたロボットアーム４と、ロボットアーム４の手先部に装着された第１ハンド１４及び第２ハンド１３とを備える。ロボットアーム４は、連接された昇降軸３０、第１リンク部材３１、及び第２リンク部材３２を含む。

【0015】

基台２には、基台２を通る垂直な第１回転軸線Ｌ１が規定されている。昇降軸３０は、第１回転軸線Ｌ１に沿って昇降するように基台２に支持されている。基台２の内部には、昇降軸３０を昇降駆動する昇降駆動装置８が設けられている。

【0016】

昇降軸３０の上端には、第１関節４１を介して第１リンク部材３１の基端が連結されている。第１関節４１の動作によって、第１リンク部材３１が第１回転軸線Ｌ１を中心として回転する。第１関節４１は、ダイレクトドライブモータ４１ａを含む。ダイレクトドライブモータ４１ａはロータとステータとを有し(図示略)、ロータ及びステータのうち一方が第１リンク部材３１に固定され、他方が昇降軸３０に固定されている。

【0017】

第１リンク部材３１の先端には、第２関節４２を介して第２リンク部材３２の基端が連結されている。第１リンク部材３１の先端には、垂直な第２回転軸線Ｌ２が規定されている。第２関節４２の動作によって、第２リンク部材３２が第２回転軸線Ｌ２を中心として回転する。第２関節４２は、ダイレクトドライブモータ４２ａを含む。ダイレクトドライブモータ４２ａはロータとステータとを有し(図示略)、ロータ及びステータのうち一方が第２リンク部材３２に固定され、他方が第１リンク部材３１に固定されている。第２リンク部材３２の先端には、垂直な第３回転軸線Ｌ３が規定されている。

【0018】

図２は、第２ハンド１３（及び第１ハンド１４）の平面図であり、図３は、第１ハンド１４及び第２ハンド１３とロボットアーム４との連結構造を示す断面図である。第２ハンド１３と第１ハンド１４は実質的に同じ構造を有するので、第２ハンド１３の構造について詳細に説明し、第１ハンド１４の構造についての説明を省略する。

【0019】

図２及び図３に示すように、第２ハンド１３は、中空部材から成るハンド基部１９を有する。ハンド基部１９の内部には、昇降エアシリンダ２１が設けられている。昇降エアシリンダ２１のピストン２１ａの先端には、昇降部材２３が接続されている。昇降部材２３には、基板Ｓを保持するブレード部材２５の基端部が接続されている。ブレード部材２５の先端部の上面には、基板Ｓの縁部に当接する一対の把持爪２７が設けられている。ブレード部材２５の基端部の上面には、基板Ｓの底面を支持する一対のパッド２８が設けられている。

【0020】

また、ハンド基部１９の内部には、押圧エアシリンダ２９が設けられている。ハンド基部１９の外部へ突出している押圧エアシリンダ２９のピストン２９ａの先端には、基板Ｓを押圧して把持爪２７と共に基板Ｓを挟持するためのプッシャ２６が設けられている。昇降エアシリンダ２１及び押圧エアシリンダ２９は、ロボットコントローラ１２の制御を受けて互いに独立に動作する。

【0021】

図３に示すように、第１ハンド１４のハンド基部１９は、第１手首関節４３を介して第２リンク部材３２の先端と連結されている。第１手首関節４３の動作によって、第１ハンド１４は第３回転軸線Ｌ３を中心として回転する。第２ハンド１３のハンド基部１９は、第２手首関節４４を介して第１ハンド１４の基端と連結されている。第２手首関節４４の動作によって、第２ハンド１３は第３回転軸線Ｌ３を中心として回転する。即ち、第２ハンド１３と第１ハンド１４とは、共通の回転軸線を有する。

【0022】

第１手首関節４３及び第２手首関節４４は、ダイレクトドライブモータ４３ａ，４４ａを含む。第１手首関節４３のダイレクトドライブモータ４３ａはロータ５２２とステータ５２１とを有し、ロータ５２２及びステータ５２１のうち一方が第１ハンド１４に固定され、他方が第２リンク部材３２に固定されている。また、第２手首関節４４のダイレクトドライブモータ４４ａはロータ５２２とステータ５２１とを有し、ロータ５２２及びステータ５２１のうち一方が第２ハンド１３に固定され、他方が第１ハンド１４に固定されている。

【0023】

第１関節４１、第２関節４２、第１手首関節４３、及び第２手首関節４４の各々に含まれるダイレクトドライブモータ４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは、実質的に同じ構造を有している。そこで、第２手首関節４４に設けられたダイレクトドライブモータ４４ａについて詳細に説明し、第１関節４１、第２関節４２、及び第１手首関節４３に設けられたダイレクトドライブモータ４１ａ，４２ａ，４３ａについての詳細な説明を省略する。

【0024】

第２手首関節４４に設けられたダイレクトドライブモータ４４ａは、対象物を回転させるための動力を発生するモータ部５２と、モータ部５２の回転を検出する回転検出器５３と、モータ部５２及び回転検出器５３を保持するハウジング５４と、モータ部５２と接続されるリード線５０とを備える。

【0025】

モータ部５２は、間隙を介して対向するステータ５２１とロータ５２２とを有する。ロータ５２２は、ステータ５２１に対して第３回転軸線Ｌ３を中心として回転する。ステータ５２１は、ステータコア５２５と、ステータコア５２５に支持されるコイル５２６とを有する。ロータ５２２は、第３回転軸線Ｌ３の周囲において、等間隔で複数配置された永久磁石を含む。

【0026】

ステータ５２１は、第２ハウジング部材５４２と接続される。ロータ２２は、第１ハウジング部材５４１と接続される。第１ハウジング部材５４１と第２ハウジング部材５４２との間に軸受５５が配置される。軸受５５により、第１ハウジング部材５４１は、第２ハウジング部材５４２に対して、第３回転軸線Ｌ３を中心に回転可能に支持される。

【0027】

ダイレクトドライブモータ４４ａの動作は、ロボットコントローラ１２により制御される。ロボットコントローラ１２は、回転検出器５３の検出結果に基づいて、ロータ５２２を目標角度だけ回転させる。ダイレクトドライブモータ４４ａの構造に関するこれ以上の詳細な説明は、特開２０１６－１５８５４号公報を参照により引用する。

【0028】

ダイレクトドライブモータ４４ａは、その周囲に設けられたラビリンスシール６によって封止されている。図３に示す例では、ダイレクトドライブモータ４４ａの周囲を囲うように、第２ハンド１３の下面に第１のシール部材６１が設けられており、第１ハンド１４の下面に第２のシール部材６２が設けられている。第１のシール部材６１及び第２のシール部材６２がラビリンス状に組み合わさって、ラビリンスシール６が構成されている。第１ハンド１４と第２リンク部材３２との間にも、同様のラビリンスシール６が設けられている。

【0029】

図４は、ロボット１の制御系統の構成を示すブロック図である。図４に示すように、ロボットコントローラ１２は、いわゆるコンピュータであって、プロセッサ１２１と、揮発性及び不揮発性のメモリ１２２とを備える。メモリ１２２は、各種のＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどによって実現されてよい。メモリ１２２には、プロセッサ１２１によって実行される各種の制御プログラムが格納される。また、メモリ１２２には、プロセッサ１２１によって読み出される各種データが格納される。

【0030】

ロボットコントローラ１２には、昇降駆動装置８、第１関節４１のダイレクトドライブモータ４１ａ、第２関節４２のダイレクトドライブモータ４２ａ、第１手首関節４３のダイレクトドライブモータ４３ａ、第２手首関節４４のダイレクトドライブモータ４４ａ、並びに、第１ハンド１４と第２ハンド１３の各々の押圧エアシリンダ２９及び昇降エアシリンダ２１を含む駆動部が電気的に接続されている。これらの駆動部は、ロボットコントローラ１２によって動作が制御される。なお、昇降駆動装置８の電動モータ（図示略）、及び、ダイレクトドライブモータ４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａは、ロボットコントローラ１２から制御信号を受けたモータドライバ１２３によって駆動・制御される。

【0031】

以上に説明したように、本実施形態に係るロボット１は、ロボットアーム４と、ロボットアーム４の先端に設けられた第１ハンド１４及び第２ハンド１３を含む複数段のハンドと、ロボットアーム４の先端に回転軸線（第３回転軸線Ｌ３）が規定され、ロボットアーム４の先端に第１ハンド１４を回転軸線を中心として回転可能に連結する第１のダイレクトドライブモータ４３ａと、第１ハンド１４に第２ハンド１３を回転軸線を中心として回転可能に連結する第２のダイレクトドライブモータ４４ａとを備えるものである。

【0032】

上記ロボット１では、第１のダイレクトドライブモータ４３ａが第１ハンド１４の手首関節（第１手首関節４３）として機能し、第１のダイレクトドライブモータ４３ａ及び第２のダイレクトドライブモータ４４ａが第２ハンド１３の手首関節（第２手首関節４４）として機能する。そして、２つのダイレクトドライブモータ４３ａ，４４ａが、共通の回転軸線（第３回転軸線Ｌ３）を中心として対象物（ハンド１３，１４）を回転させる。このようなロボット１では、例えば、第２ハンド１３を位置保持し、第１ハンド１４を第３回転軸線Ｌ３を中心として回転させる際に、第１のダイレクトドライブモータ４３ａと第２のダイレクトドライブモータ４４ａとに互いに反対方向に回転力を発生させると、第１ハンド１４は第２ハンド１３から反力を受ける。この反力により、第１ハンド１４の回転が促進される。このように、１本のロボットアーム４に２本のハンド１３，１４が装着されたロボット１に好適なダイレクトドライブモータ４３ａ，４４ａを採用した手首関節構造が実現されている。

【0033】

上記ロボット１において、本実施形態に示したように、ロボットアーム４の先端と第１ハンド１４の基端とが回転軸線の延伸方向へ離間しており、それらの間に第１のダイレクトドライブモータ４３ａが設けられており、第１ハンド１４の基端と第２ハンド１３の基端とが回転軸線の延伸方向へ離間しており、それらの間に第２のダイレクトドライブモータ４４ａが設けられていてよい。

【0034】

このようにダイレクトドライブモータ４３ａ，４４ａがハンド１３，１４やリンク部材３１，３２の外部に取り付けられることによって、ロボット１の組立てやメンテナンスが容易となる。

【0035】

また、上記ロボット１において、本実施形態に示したように、第１のダイレクトドライブモータ４３ａ及び第２のダイレクトドライブモータ４４ａのうち少なくとも一方の周囲を封止するラビリンスシール６を更に備えていてよい。

【0036】

これにより、ダイレクトドライブモータ４３ａ，４４ａによる対象物の回転を阻害することなく、ダイレクトドライブモータ４３ａ，４４ａを封止することができる。

【0037】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を以下のように変更したものも本発明に含まれ得る。

【0038】

例えば、上記実施形態に係るロボット１は、水平多関節型ロボットアーム４を有するが、ロボットアーム４はこれに限定されず、垂直多関節型ロボットアーム、直動型ロボットアームなど、公知のロボットアームが採用されてよい。

【0039】

また、例えば、上記実施形態に係るロボット１において、複数段のハンド１３，１４は上下方向に並び垂直な回転軸線を有するが、複数段のハンド１３，１４が水平方向に並び水平な回転軸線を有していてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ ：ロボット
２ ：基台
４ ：ロボットアーム
６ ：ラビリンスシール
８ ：昇降駆動装置
１２ ：ロボットコントローラ
１３ ：第２ハンド
１４ ：第１ハンド
１９ ：ハンド基部
２１ ：昇降エアシリンダ
２１ａ ：ピストン
２３ ：昇降部材
２５ ：ブレード部材
２７ ：把持爪
２６ ：プッシャ
２８ ：パッド
２９ ：押圧エアシリンダ
２９ａ ：ピストン
３０ ：昇降軸
３１ ：第１リンク部材
３２ ：第２リンク部材
４１ ：第１関節
４２ ：第２関節
４３ ：第１手首関節
４４ ：第２手首関節
４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ ：ダイレクトドライブモータ
５０ ：リード線
５２ ：モータ部
５３ ：回転検出器
５４ ：ハウジング
５５ ：軸受
６１ ：第１のシール部材
６２ ：第２のシール部材
１２１ ：プロセッサ
１２２ ：メモリ
５２１ ：ステータ
５２２ ：ロータ
５２５ ：ステータコア
５２６ ：コイル
５４１ ：第１ハウジング
５４２ ：第２ハウジング
Ｌ１ ：第１回転軸線
Ｌ２ ：第２回転軸線
Ｌ３ ：第３回転軸線
Ｓ ：基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】