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(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】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】水平多関節ロボット
(51)【国際特許分類】
   B25J 9/06 20060101AFI20240910BHJP
【FI】
B25J9/06 D
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2022560791
(86)(22)【出願日】2021-11-02
(86)【国際出願番号】 JP2021040421
(87)【国際公開番号】W WO2022097649
(87)【国際公開日】2022-05-12
【審査請求日】2023-06-15
(31)【優先権主張番号】P 2020186139
(32)【優先日】2020-11-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390008235
【氏名又は名称】ファナック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100112357
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 繁樹
(72)【発明者】
【氏名】耿 星
(72)【発明者】
【氏名】山口 陽平
【審査官】岩▲崎▼ 優
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-161726(JP,A)
【文献】特開平01-115586(JP,A)
【文献】特開2007-044655(JP,A)
【文献】特表2016-500473(JP,A)
【文献】特開平01-092077(JP,A)
【文献】特開2003-220586(JP,A)
【文献】特開平06-262555(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B25J 1/00- 21/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
架台または天井から吊下げられている水平多関節ロボットにおいて、
固定部と、
第一回動軸線回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アームと、
前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アームと、
前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部と、を具備し、
前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離よりも短いようにしており、
前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離よりも長いようにしており、
さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材を具備し、
前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離以上であるようにした、水平多関節ロボット。
【請求項2】
さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部を具備する、請求項1に記載の水平多関節ロボット。
【請求項3】
さらに、オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタと、
該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部とを具備する請求項1または2に記載の水平多関節ロボット。
【請求項4】
水平多関節ロボットにおいて、
固定部と、
第一回動軸線回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アームと、
前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アームと、
前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部と、を具備し、
前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離よりも短いようにしており、
前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離よりも長いようにしており、
さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材を具備し、
前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離以上であるようにした、水平多関節ロボット。
【請求項5】
さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部を具備する、請求項4に記載の水平多関節ロボット。
【請求項6】
さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタと、
該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部とを具備する請求項4または5に記載の水平多関節ロボット。
【請求項7】
前記ロボットは架台もしくは天井から吊下げられている、請求項4から6のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。
【請求項8】
前記ロボットは床部に設置されている、請求項4から6のいずれか一項に記載の水平多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水平多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
スカラロボットとも呼ばれる水平多関節ロボットは工場などで広く利用されている。水平多関節ロボットは、通常、固定部に回動可能に取付けられた第一アームと、第一アームに回動可能に取付けられた第二アームと、第二アームに備えられた作業軸部とを含んでいる。
【0003】
水平多関節ロボットにおいては第一アームおよび第二アームを水平面内で動作させて作業軸部を所望の位置まで移動させ、その位置で作業軸部を昇降/回転させ、各種の作業を行っている。
【0004】
例えば特許文献1および特許文献2には吊下式の水平多関節ロボットが開示されている。さらに、特許文献3には、床置き式の水平多関節ロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第5208323号明細書
【文献】特開2005-193347号公報
【文献】特許第4873946号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1および特許文献2に開示されるような吊下式の水平多関節ロボットにおいては、第一アームと第二アームとの長さが概ね同じである。作業軸部が第一アームに干渉するのを防ぐために、作業軸部の一端を第一アームの下面よりも下方に維持する必要がある。その結果、作業軸部の垂直方向のストロークが制限され、また作業軸部自体を長くするのが制限される。
【0007】
特許文献3に開示されるような床置き式の水平多関節ロボットにおいては、作業軸部を第一アームと固定部との間の回動軸線まで移動させることができず、その結果、デッドゾーンが発生する。
【0008】
それゆえ、デッドゾーンが発生することなしに、作業軸部自体を長く確保できる水平多関節ロボットが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の1番目の態様によれば、架台または天井から吊下げられている水平多関節ロボットにおいて、固定部と、第一回動軸線回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アームと、前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アームと、前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部と、を具備し、前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離よりも短いようにしており、前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離よりも長いようにしており、さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材を具備し、前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離以上であるようにした、水平多関節ロボットが提供される。
【発明の効果】
【0010】
1番目の態様においては、第一距離が第二距離よりも短いので、作業軸部は第一アームの下面の高さを越えて固定部に向かって突出できる。従って、作業軸部自体を長く確保でき、作業軸部のストロークを長くすることができる。
【0011】
本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の実施形態の説明により一層明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1A】第一の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。
図1B】他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。
図2】第一の実施形態の変形例における水平多関節ロボットの側面図である。
図3】第二の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。
図4A】第三の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。
図4B】第三の実施形態における他の水平多関節ロボットの側面図である。
図5】さらに他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。
図6】従来技術における水平多関節ロボットの側面図である。
図7】従来技術における他の水平多関節ロボットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図1Aは第一の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図1Aに示されるロボット10は、水平多関節ロボットであり、部屋Rの天井Cから吊下げられている。ロボット10は天井Cに固定されるべき固定部20と、固定部20に回動可能に取付けられた第一アーム21と、第一アーム21に回動可能に取付けられた第二アーム22と、第二アーム22に備えられた作業軸部25とを主に含んでいる。
【0014】
具体的には、第一アーム21の近位端が第一回動軸線A1回りにおいて固定部20に回動可能に支持されている。さらに、第一アーム21の遠位端が、第一回動軸線A1に対して平行な第二回動軸線A2回りにおいて第二アーム22の近位端に回動可能に支持されている。従って、ロボット10が吊下げられている場合には、第二アーム22は第一アーム21の下方に位置している。従って、第一アーム21の回動面と第二アーム22の回動面とは上下方向にずれることとなり、互いに干渉することはない。
【0015】
さらに、作業軸部25は第二アーム22の遠位端に取付けられている。作業軸部25は、第二回動軸線A2に対して平行な第三回動軸線A3回りにおいて回転可能且つ昇降可能に取付けられている。ロボット10が吊下げられている場合には、作業軸部25の遠位端に取付けられるべきエンドエフェクタ(後述する)は、第二アーム22の下方で所定の作業を行う。
【0016】
第一アーム21を駆動するための第一モータおよび第一減速機は固定部20内に配置されている。同様に、第二アーム22を駆動するための第二モータおよび第二減速機は第一アーム21の所定場所に配置されている。さらに、作業軸部25を昇降および回転させる第三モータは第二アーム22の所定場所に配置されている。
【0017】
なお、これら第一モータ~第三モータおよび第一減速機、第二減速機がロボット10の他の場所に設けられていてもよい。例えば、第二モータおよび/または第二減速機が第一アーム21と第二アーム22との間に設けられた結合部23(後述する)内に配置されていてもよい。ロボット10の基本的な構成は公知であるので、詳細な説明を省略する。
【0018】
図1Aに示されるように、第一回動軸線A1と第二回動軸線A2との間の第二距離L1は、第二回動軸線A2と第三回動軸線A3との間の第一距離L2よりも短い。言い換えれば、第二アーム22は第一アーム21よりも長い。
【0019】
さらに、作業軸部25の近位端は、第二アーム22の上面から固定部21に向かって突出している。そして、作業軸部25の突出長さは第二回動軸線A2における第一アーム21と第二アーム22との間の第三距離L3よりも長い。
【0020】
図1Aにおいてはロボット10の第一アーム21と第二アーム22とは互いに反対方向に延びるように配置されている。そのような場合であっても、第二アーム22が第一アーム21よりも長いので、第二アーム22から固定部20に向かって突出する作業軸部25の突出部分は第一アーム21に干渉することはない。言い換えれば、本実施形態においては、突出部分の突出長さが第三距離L3よりも長い作業軸部25を採用することができる。このように、長い作業軸部25を採用することが可能であるため、作業軸部25のストロークも長くなり、ロボット10の可動範囲を広げることができる。
【0021】
図1Bは他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図1Bにおいては、作業軸部25の遠位端に、オフセット部材26の近位端が回動可能に取付けられている。オフセット部材26は作業軸部25および第三回動軸線A3に対して垂直に延びている。言い換えれば、オフセット部材26は第二アーム22の下面側において第二アーム22に対して平行に延びている。さらに、オフセット部材26の遠位端には、エンドエフェクタ27が取付けられている。
【0022】
図1Bに示されるように、第一アーム21と第二アーム22とが互いに反対方向に延びるように配置されたときの第一回動軸線A1と第三回動軸線A3との間の距離を第四距離L4とする。図1Bにおいては、オフセット部材26の長さは第四距離L4以上である。
【0023】
このような構成においては、第一アーム21と第二アーム22とが互いに反対方向に延びるように配置されると、オフセット部材26の遠位端が第二アーム22の下面側において第一回動軸線A1に到達するようになる。従って、エンドエフェクタ27を第一回動軸線A1上まで到達させられる。従って、本実施形態においては、第一回動軸線A1周りにデッドゾーンが発生するのを防止できる。
【0024】
図2は第一の実施形態の変形例における水平多関節ロボットの側面図である。図2においては、第一アーム21と第二アーム22との間に結合部23が設けられている。結合部23は第一アーム21または第二アーム22のいずれか一方と一体化していてもよい。結合部23は、固定部20から第一アーム21を通って延びる線条体(図示しない)の捻れを緩和させるのに有利である。
【0025】
図2においては、第二回動軸線A2における第一アーム21と第二アーム22との間の第三距離L3aは、結合部23の高さに概ね相当する。このような場合には、第二アーム22から突出する作業軸部25の突出長さL3a以上にすることができ、従って、さらに長い作業軸部25を採用することができる。これにより、ロボットの可動範囲をさらに広くできる。また、後述する他の実施形態におけるロボット10が同様な結合部23を有していてもよく、そのような場合であっても本開示の範囲に含まれる。
【0026】
図3は第二の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図3においては、前述したのと同様なロボット10の固定部20は部屋Rの床部Lに固定されている。従って、図3の状態においては、第二アーム22は第一アーム21の上方に位置している。
【0027】
前述したのと同様に、第二アーム22は第一アーム21よりも長い。従って、第一アーム21の上面を越えて下方に延びる、より長い作業軸部25を採用することが可能である。これにより、ロボット10の可動範囲を広くできる。
【0028】
さらに、作業軸部25の遠位端には、前述したのと同様なオフセット部材26の近位端が回動可能に取付けられている。そして、オフセット部材26の長さは、第一アーム21と第二アーム22とが互いに反対方向に延びるように配置されたときの第一回動軸線A1と第三回動軸線A3との間の第四距離L4以上である。このため、オフセット部材26の遠位端に取付けられたエンドエフェクタ27を第二アーム22の上方において第一回動軸線A1に到達させられる。従って、デッドゾーンの発生を防止できる。
【0029】
図4Aは第三の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図4Aに示されるロボット10は架台40に吊下げられている。架台40は床部Lから垂直に延びるカラム41とカラム41から水平方向に延びるビーム42とを含んでいる。そして、ロボット10の固定部20がビーム42の遠位側下面に固定されている。また、図4Bは第三の実施形態における他の水平多関節ロボットの側面図である。図4Bに示されるロボット10は、壁部Wから延びるビーム状の他の架台45の遠位側下面に吊下げられている。
【0030】
図4Aおよび図4Bに示される場合であっても、前述したのと同様の効果が得られるのは明らかであろう。なお、固定部20の側面がビーム42または架台45の端面に取付けられるように、ロボット10が吊下げられている場合も同様である。
【0031】
図5はさらに他の実施形態における水平多関節ロボットの側面図である。図5に示されるオフセット部材26は、エンドエフェクタ27と、エンドエフェクタ27を駆動する駆動部28、例えばサーボモータを備えている。駆動部28は、エンドエフェクタ27の反対側に設けられていてもよく、またエンドエフェクタ27に内蔵されてもよい。そのような駆動部28を備えることによって、エンドエフェクタ27は追加の動作、例えばネジ締め動作を行うことができる。
【0032】
図6は従来技術における水平多関節ロボットの側面図である。図6に示される吊下げ式水平多関節ロボット10’は、固定部20’と、第一回動軸線A1’回りにおいて固定部に回動可能に支持される第一アーム21’と、第二回動軸線A2’回りにおいて第一アーム21’に回動可能に支持される第二アーム22’と、第三回動軸線A3’回りにおいて回動可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部25’とを含んでいる。
【0033】
図6においては第一アーム21’と第二アーム22’の長さは互いに等しい。言い換えれば、第二回動軸線A2’との間の第二距離L1’と第二回動軸線A2’と第三回動軸線A3’との間の第一距離L2’と、第一回動軸線A1’とは互いに等しい。このため、作業軸部25’の長さは結合部23’の高さに応じて定まり、作業軸部25’は第一アーム21’の下面を越えることはできない。つまり、作業軸部25’を長く確保できないという問題がある。また、結合部23’が存在しない場合には、作業軸部25’の長さはさらに制限される。
【0034】
さらに、図7は従来技術における水平多関節ロボットの側面図である。図7に示される床置き式水平多関節ロボット10’’は、固定部20’’と、第一回動軸線A1’’回りにおいて固定部に回動可能に支持される第一アーム21’’と、第二回動軸線A2’’回りにおいて第一アーム21’’に回動可能に支持される第二アーム22’’と、第三回動軸線A3’’回りにおいて回動可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部25’’とを含んでいる。
【0035】
図7においては、作業軸部25’’はオフセット部材を備えていない。このため、作業軸部25’’に設けられたエンドエフェクタ27’’は図示される状態においても、第一回動軸線A1’’近傍に移動できず、デッドゾーンが存在するという問題がある。
【0036】
これに対し、本開示においては、前述したようにデッドゾーンが発生することなしに、作業軸部自体を長く確保することが可能である。なお、前述した実施形態を適宜組み合わせることは本開示の範囲に含まれる。
【0037】
本開示の態様
1番目の態様によれば、架台(40、45)または天井(C)から吊下げられている水平多関節ロボット(10)において、固定部(20)と、第一回動軸線(A1)回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アーム(21)と、前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線(A2)回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アーム(22)と、前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線(A3)回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部(25)と、を具備し、前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離(L1)は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離(L2)よりも短いようにしており、前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離(L3)よりも長いようにした、水平多関節ロボットが提供される。
2番目の態様によれば、1番目の態様において、さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材(26)を具備し、前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離(L4)以上であるようにした。
3番目の態様によれば、1番目または2番目の態様において、さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部(23)を具備する。
4番目の態様によれば、1番目から3番目のいずれかの態様において、さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタ(27)と、該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部(28)とを具備する。
5番目の態様によれば、水平多関節ロボット(10)において、固定部(20)と、第一回動軸線(A1)回りにおいて前記固定部に回動可能に支持される第一アーム(21)と、前記固定部よりも遠方側で、前記第一回動軸線に対して平行な第二回動軸線(A2)回りにおいて前記第一アームに回動可能に支持される第二アーム(22)と、前記第二回動軸線に対して平行な第三回動軸線(A3)回りにおいて前記第二アームに回転可能且つ昇降可能に取付けられた作業軸部(25)と、を具備し、前記第一回動軸線と前記第二回動軸線との間の第一距離(L1)は、前記第二回動軸線と前記第三回動軸線との間の第二距離(L2)よりも短いようにしており、前記第二アームから前記固定部に向かって突出可能な前記作業軸部の突出長さは前記第二回動軸線における前記第一アームと前記第二アームとの間の第三距離(L3)よりも長いようにしており、さらに、前記作業軸部の遠位端において前記作業軸部に回動可能に支持されるオフセット部材(26)を具備し、前記第三回動軸線から垂直に延びる前記オフセット部材の長さは、前記第一アームと前記第二アームとが互いに反対方向に延びるときの前記第一回動軸線と前記第三回動軸線との間の第四距離(L4)以上であるようにした、水平多関節ロボットが提供される。
6番目の態様によれば、5番目の態様において、さらに、前記第一アームと前記第二アームとの間に配置された結合部(23)を具備する。
7番目の態様によれば、5番目または6番目の態様において、さらに、前記オフセット部材の遠位端に取付けられたエンドエフェクタ(27)と、該エンドエフェクタに取付けられていて、該エンドエフェクタを駆動する駆動部(28)とを具備する。
8番目の態様によれば、5番目から7番目のいずれかの態様において、前記ロボットは架台(40、45)もしくは天井(C)から吊下げられている。
9番目の態様によれば、5番目から7番目のいずれかの態様において、前記ロボットは床部(L)に設置されている。
【0038】
態様の効果
1番目の態様においては、第一距離が第二距離よりも短いので、作業軸部は第一アームの下面の高さを越えて固定部に向かって突出できる。従って、作業軸部自体を長く確保でき、作業軸部のストロークを長くすることができる。
5番目の態様においては、第一距離が第二距離よりも短いので、作業軸部は第一アームの下面の高さを越えて固定部に向かって突出できる。従って、作業軸部自体を長く確保でき、作業軸部のストロークを長くすることができる。さらに、オフセット部材が第四距離以上であるので、エンドエフェクタを第一回動軸線上まで到達させられる。このため、第一回動軸線周りにデッドゾーンが発生するのを防止できる。
【0039】
以上、本発明の実施形態を説明したが、後述する請求の範囲の開示範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されよう。
【符号の説明】
【0040】
10 ロボット
20 固定部
21 第一アーム
22 第二アーム
23 結合部
25 作業軸部
26 オフセット部材
27 エンドエフェクタ
28 駆動部
40 架台
41 カラム
42 ビーム
45 架台
図1A
図1B
図2
図3
図4A
図4B
図5
図6
図7