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WO2018225722A1 - ロボットアームの手首及び双腕ロボット - Google Patents

ロボットアームの手首及び双腕ロボット Download PDF

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Publication number
WO2018225722A1
WO2018225722A1 PCT/JP2018/021541 JP2018021541W WO2018225722A1 WO 2018225722 A1 WO2018225722 A1 WO 2018225722A1 JP 2018021541 W JP2018021541 W JP 2018021541W WO 2018225722 A1 WO2018225722 A1 WO 2018225722A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wrist
link
axis
arm
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/021541
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康彦 橋本
聡一 玉田
潤一 村上
明博 羽田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd, Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to KR1020207000576A priority Critical patent/KR20200019950A/ko
Priority to CN201880038088.2A priority patent/CN110831729A/zh
Priority to US16/620,812 priority patent/US20200139542A1/en
Priority to EP18813372.2A priority patent/EP3636399B1/en
Publication of WO2018225722A1 publication Critical patent/WO2018225722A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B25J9/1641—Programme controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints

Definitions

  • the present invention relates to a wrist structure for connecting a robot arm and an end effector, and a structure of a double-arm robot provided with the wrist.
  • Patent Document 1 discloses this type of double-arm robot.
  • the double-arm robot disclosed in Patent Document 1 includes two horizontal articulated robot arms, an upper arm and a lower arm.
  • a pivot shaft at the base end portion of the upper arm and a pivot shaft at the base end portion of the lower arm are arranged vertically.
  • an action axis is provided at the tip of each arm, and this action axis can be moved vertically with respect to the arm by a ball screw mechanism.
  • a robot has an end effector attached to the tip of a robot arm via a wrist, and performs work with the end effector.
  • a lift shaft is provided at the base end of the arm, and a robot that moves the arm and end effector up and down integrally with this lift shaft, and a lift shaft at the tip of the arm is provided.
  • a robot that moves an end effector up and down with respect to an arm by a shaft is known.
  • Patent Document 1 in a robot in which the base end portions of two arms are arranged in the vertical direction, it is difficult to move the base end portions of the arms up and down, so the latter is adopted.
  • Patent Document 1 As the lifting shaft provided at the tip of the arm, for example, a ball screw mechanism disclosed in Patent Document 1 and a linear motion mechanism including a rail and a slide are known.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 propose a link wrist having a function of moving the end effector up and down with respect to the tip of the arm.
  • the wrist (wrist device) of Patent Document 2 is positioned at a first wrist link (first wrist arm) that rotates around a first rotation shaft that is positioned at the tip of the arm, and at the tip of the first wrist link. And a second wrist link (second wrist arm) that rotates about the second rotation axis. A holding portion for an end effector (hand) is provided on the second wrist link.
  • This wrist device has a relationship between the first wrist link and the second wrist link such that the action point moves on the same straight line while changing the posture of the end effector.
  • the transfer robot of Patent Document 3 is supported by an arm, a rotating body rotatably supported at the tip of the arm, a four-bar link mechanism including first to third links, and a third link rotatably.
  • This transfer robot has a link ratio of a four-bar linkage mechanism in which the action point of the end effector moves while maintaining the posture on the same straight line.
  • the vertical dimension of the lifting mechanism including the lifting shaft provided at the tip of the arm is larger than the lifting width of the end effector relative to the arm. growing.
  • Such a robot is not suitable, for example, for work performed by inserting an arm tip including an end effector and a lifting device into a space with a narrow vertical width.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 it is conceivable to provide the robot with a wrist that includes a plurality of linked links and has a function of moving the end effector up and down relative to the tip of the arm.
  • the posture of the end effector changes.
  • the end effector can be moved up and down with respect to the tip of the arm while maintaining the posture of the end effector.
  • the vertical dimension of the wrist is set. It is difficult to suppress.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is a direction perpendicular to a predetermined plane in which the tip of the arm moves as compared with a conventional robot having a lifting shaft at the tip of the arm. It is an object of the present invention to provide a robot capable of extending the movement range of the end effector relative to the arm in the direction perpendicular to the predetermined plane while suppressing the size of the arm.
  • the wrist of the robot arm is a wrist that connects an end effector and a robot arm whose tip moves in a predetermined plane, A proximal connection body connected to the robot arm; A first wrist link coupled to the base-end connection body so as to be rotatable around a first wrist axis defined in the base-end connection body; A second wrist link connected to the first wrist link so as to be rotatable about a second wrist axis defined in the first wrist link; A tip-side connection body connected to the second wrist link so as to be rotatable about a third wrist axis defined in the second wrist link and connected to the end effector; A drive source that applies rotational power to the first wrist link; and a wrist drive device that includes an interlocking device that interlocks the second wrist link and the distal-end connection body with the rotation of the first wrist link; The extending directions of the first wrist axis, the second wrist axis, and the third wrist axis are parallel to the predetermined plane; A distance from
  • the double-arm robot is provided by: A pair of robot arms whose tips move within a predetermined plane; End effectors provided for each of the robot arms; The wrist connecting the robot arm and the end effector; And a controller for controlling movement of the robot arm, the end effector, and the wrist.
  • the position in the direction perpendicular to the predetermined plane in which the tip of the robot arm of the third wrist axis moves (hereinafter referred to as “Z direction”) is
  • the tip connection body to which the end effector is connected moves in the same manner as the position in the Z direction.
  • the third wrist axis moves on a straight line that passes through the first wrist axis and extends in the Z direction.
  • the movement range of the third wrist axis in the Z direction is a maximum of four times the distance from the first wrist axis to the second wrist axis.
  • the link width (dimension in the direction perpendicular to the link length) of the first wrist link and the second wrist link is larger than the dimension in the direction parallel to the axis of the lifting shaft provided at the tip of the arm of the conventional robot. However, it can be easily reduced by design.
  • the wrist of the robot arm having the above-described configuration and the dual-arm robot including the wrist are configured to reduce the end in the Z direction while suppressing the dimension in the Z direction as compared with the conventional robot having the lifting / lowering shaft at the tip of the robot arm. It is possible to easily extend the movement range of the effector in the Z direction.
  • the predetermined size of the end effector with respect to the arm is suppressed while suppressing a dimension in a direction orthogonal to the predetermined plane on which the tip of the arm moves.
  • a robot capable of extending a movement range in a direction perpendicular to the plane can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a dual-arm robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the double-arm robot shown in FIG.
  • FIG. 3 is a front view showing a schematic configuration of the wrist.
  • FIG. 4 is a schematic view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic view of a VV cross section in FIG.
  • FIG. 6A is a diagram showing an attachment mode of the flexible hose.
  • FIG. 6B is a diagram showing an attachment mode of the flexible hose.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the wrist.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a movement range in the Z direction of the end effector with respect to the arm by the wrist.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a movement range in the Z direction of the end effector with respect to the arm by the wrist.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of wrist transformation in a dual-arm robot.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of wrist transformation in a dual-arm robot.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of wrist transformation in a dual-arm robot.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a control system of the double-arm robot.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the advantages of the wrist according to the embodiment with respect to the wrist including the rail type linear motion device.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the advantages of the wrist according to the embodiment with respect to the wrist including the rail type linear motion device.
  • FIG. 15 is a front view showing a schematic configuration of a wrist according to a modification.
  • FIG. 16 is a schematic view of the XVI-XVI cross section in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic front view of the double-arm robot 1
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the double-arm robot 1.
  • a dual-arm robot 1 according to an embodiment of the present invention includes a base 2 and two robot arms (hereinafter simply referred to as “arm 3”) supported by the base 2.
  • An end effector 5 connected to the tip of each arm 3, a wrist 4 provided between the arm 3 and the end effector 5, and a controller 6 that controls the operation of the dual-arm robot 1. .
  • the arm 3 is an articulated robot arm configured such that a tip portion moves within a predetermined plane.
  • An example of such a robot arm is a horizontal articulated robot arm.
  • the direction orthogonal to the plane in which the tip of the arm 3 moves will be described as the “Z direction”.
  • the two arms 3 have substantially the same configuration. In the following, the configuration of one arm 3 will be described, and the description of the configuration of the other arm 3 will be omitted.
  • the arm 3 includes a first link 31 and a second link 32 connected in order from the base end side.
  • the base end portion of the first link 31 is supported by the base shaft 21 erected on the base 2 so as to be rotatable (turnable).
  • a first axis A ⁇ b> 1 extending in the Z direction is defined at the axis of the base shaft 21.
  • a first rotation drive device 61 that rotates the first link 31 relative to the base shaft 21 is provided in the first link 31.
  • the first rotation drive device 61 is configured by, for example, a motor and a gear mechanism including a speed reducer (all not shown).
  • a second axis A2 extending in the Z direction is defined at the tip of the first link 31.
  • the distal end portion of the second link 32 is connected to the distal end portion of the first link 31 so as to be rotatable about the second axis A2.
  • the second link 32 is connected below the first link 31 in the page of FIG. 1, and in the other arm 3, the second link 32 is placed on the first link 31 in the page of FIG. Two links 32 are connected.
  • a second rotation drive device 62 that rotates the second link 32 relative to the first link 31 is provided.
  • the second rotation drive device 62 is configured by, for example, a motor and a gear mechanism including a reduction gear (both not shown).
  • a wrist connection portion 33 to which the wrist 4 is connected is provided at the distal end portion of the second link 32.
  • the base ends of the first links 31 of the two arms 3 are arranged side by side in the Z direction, and the first links 31 of the two arms 3 rotate around the first axis A1. Then, the second link 32 is arranged on one side of the first link 31 in the Z direction so as to cancel the difference in the position of the base end portion of the first link 31 of the two arms 3 in the Z direction. In the other arm 3, the second link 32 is disposed on the other side of the first link 31 in the Z direction.
  • the positions of the wrist connecting portions 33 provided at the distal ends of the second links 32 of the two arms 3 are substantially the same, and the distal ends of the two arms 3 are substantially the same. Move in the same plane.
  • the wrist 4 has a function of connecting the arm 3 and the end effector 5 and moving the end effector 5 in the Z direction with respect to the arm 3.
  • FIG. 3 is a front view showing a schematic configuration of the wrist 4 according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic view of the IV-IV section in FIG. 3
  • FIG. 5 is a VV section in FIG. FIG.
  • the wrist 4 includes a proximal-end connection body 40 connected to the distal end portion of the arm 3, a first wrist link 41, a second wrist link 42, and a distal-end connection body 43.
  • a wrist drive device 44 The wrist 4 according to the present embodiment further includes a motor 48 that is held by the distal end side connecting body 43 and that constitutes the fourth wrist axis L4.
  • the output shaft of the motor 48 has a fourth wrist axis L4 defined at its axis.
  • the output from the output shaft of the motor 48 is transmitted to an interface 48a to which the end effector 5 is connected via a gear mechanism (not shown) including a speed reducer.
  • the end effector 5 may be directly connected to the distal end side connection body 43.
  • the first wrist link 41 is connected to the base end side connection body 40 so as to be rotatable about the first wrist axis L1 defined in the base end side connection body 40.
  • the second wrist link 42 is connected to the first wrist link 41 so as to be rotatable about the second wrist axis L ⁇ b> 2 defined in the first wrist link 41.
  • the distal end side connection body 43 is coupled to the second wrist link 42 so as to be rotatable about a third wrist axis L3 defined by the second wrist link 42.
  • the first link length that is the distance between the first wrist axis L1 and the second wrist axis L2 and the second link length that is the distance between the second wrist axis L2 and the third wrist axis L3 are substantially equal.
  • a bracket 49 is coupled to the distal end side connection body 43.
  • the bracket 49 is provided with a motor holding portion 49a for holding a motor 48 and a hose receiver 49b to which an end portion of a flexible hose 50 described later is connected. ing
  • the extending directions of the first wrist axis L1, the second wrist axis L2, and the third wrist axis L3 are parallel to the plane in which the tip of the arm 3 moves, in other words, orthogonal to the Z direction. Yes.
  • the extending direction of the fourth wrist axis L4 is parallel to the Z direction.
  • the wrist driving device 44 includes an interlocking device 46 that interlocks the second wrist link 42 and the distal end side connection body 43 with the rotation of the first wrist link 41.
  • the interlocking device 46 is configured by casings 58 and 74 that form the outer shape of each wrist link 41 and 42, a gear train formed inside the casing 58 and 74, and the like.
  • the interlocking device 46 will be described in detail.
  • the proximal connection body 40 includes a casing 51 fixed to the wrist connection portion 33 of the second link 32. As shown in detail in FIG. 5, a motor 45 is attached to the casing 51. In addition, a first rotating shaft 52 having the first wrist axis L1 as an axis is fixed to the casing 51. When the second link 32 is connected below the first link 31, the motor 45 is positioned below the second link 32, and the second link 32 is connected above the first link 31. In some cases, it is located above the second link. Thereby, the straight line connecting the first rotating shaft 52 and the output shaft of the motor 45 is inclined upward or downward from the horizontal.
  • the output from the output shaft of the motor 45 is transmitted to a drive gear 55 provided in the casing 51 via a gear mechanism (not shown) including a speed reducer.
  • the rotational power of the drive gear 55 is transmitted to the input gear 90 via an intermediate gear 89 that meshes with the drive gear 55 and the input gear 90.
  • the boss of the input gear 90 is rotatably supported by the casing 51.
  • a casing 58 of the first wrist link 41 is fixed to the boss of the input gear 90.
  • Fixed to the casing 58 is a second rotating shaft 59 having the second wrist axis L2 as an axis.
  • the first gear 91 is fixed to the first rotating shaft 52 in the casing 58.
  • a second gear 92 is fixed to the second rotating shaft 59 in the casing 58.
  • an intermediate gear 95 is provided that meshes with the first gear 91 and the second gear 92 and transmits rotational power therebetween.
  • the boss of the second gear 92 is rotatably supported by the second rotating shaft 59, and the casing 74 of the second wrist link 42 is fixed to the boss of the second gear 92.
  • a distal end side connection body 43 is supported at the distal end portion of the casing 74 of the second wrist link 42 so as to be rotatable about the third wrist axis L3.
  • a third gear 93 is fixed to the second rotating shaft 59.
  • a fourth gear 94 is fixed to the distal end side connection body 43.
  • three intermediate gears 96a, 96b, and 96c that transmit rotational power from the third gear 93 to the fourth gear 94 are provided. In this manner, the wrist 4 is configured with a gear train that continues from the drive gear 55 to the fourth gear 94.
  • Wiring and piping extending from the arm 3 to the motor 48 and the end effector 5 are passed through a flexible hose 50 whose base end is coupled to the distal end of the arm 3 and whose distal end is coupled to the hose receiver 49b of the bracket 49.
  • the flexible hose 50 is attached so as to form a half loop that bends sideward when viewed from the front of the double-arm robot 1.
  • the attachment mode of the flexible hose 50 is advantageous in that the dimension in the height direction can be suppressed.
  • the flexible hose 50 is attached so that it may become a half loop shape bent upwards, for example, as shown to FIG. 6B. This attachment mode of the flexible hose 50 is advantageous in that twisting of the flexible hose 50 can be suppressed.
  • a route R of piping and wiring passing through the casings 51, 58 and 74 of the wrist 4 is indicated by a two-dot chain line.
  • the first wrist link 41 including the input gear 90 and the casing 58 is the first wrist link 41. It rotates around the wrist axis L1.
  • the second rotation shaft 59 revolves around the first wrist axis L1.
  • the intermediate gear 95 and the second gear 92 rotate
  • the second wrist link 42 including the second gear 92 and the casing 74 rotates about the second wrist shaft L2.
  • the distal end side connection body 43 revolves around the second wrist axis L2.
  • the intermediate gears 96a and 96b and the fourth gear 94 rotate, and the distal end side connection body 43 including the fourth gear 94 rotates around the third wrist axis L3.
  • the first wrist link 41 is moved from the folded state so that the third wrist axis L3 moves on the straight line in the Z direction passing through the first wrist axis L1.
  • the second wrist link 42 rotates by ⁇ 2 ⁇ ° about the second wrist axis L2
  • the distal end side connection body 43 rotates by ⁇ ° about the third wrist axis L3.
  • the gear ratio of each gear is determined.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the wrist 4 obtained by rotating the first wrist link 41 by ⁇ ° about the first wrist axis L1 from the folded state.
  • the first wrist link 41 and the second wrist link 42 are horizontal in the longitudinal direction, and the first wrist axis L1 and the third wrist axis L3 overlap.
  • the second wrist link 42 is moved from the folded state to the second wrist.
  • the distal end connection body 43 rotates by ⁇ ° around the third wrist shaft L3 from the folded state.
  • ⁇ is an arbitrary number.
  • the third wrist axis L3 moves on a straight line parallel to the Z direction passing through the first wrist axis L1, and is connected to the distal end side connecting body 43 via the fourth wrist axis L4.
  • the posture of the directly connected end effector 5 is held constant regardless of the position of the third wrist axis L3 in the Z direction.
  • FIG. 8 shows the movement range in the Z direction of the end effector 5 relative to the arm 3 by the wrist 4 having the above-described configuration.
  • the reach range of the third wrist axis L3 at the same level as the distal end side connection body 43 to which the end effector 5 is connected is 2L from the first wrist axis L1 that is at the same level as the two links 32 to one side in the Z direction and 4L that combines 2L from the first wrist axis L1 to the other side in the Z direction.
  • the first link length is the distance between the first wrist axis L1 and the second wrist axis L2
  • the second link length is the distance between the second wrist axis L2 and the third wrist axis L3.
  • the dimension of the folded wrist 4 in the Z direction is the dimension of the first wrist link 41 or the second wrist link 42 in the link width direction.
  • the link width direction is a direction orthogonal to the link length.
  • the link width direction dimension of the first wrist link 41 or the second wrist link 42 can be easily designed to be small by suppressing the diameter of the first gear 91 and the fourth gear 94 in the interlocking device 46 of the present embodiment. is there.
  • the first wrist link 41 or the second wrist link 42 is used. Is elongated in the link length direction.
  • the first wrist link 41 of the wrist 4 configured as described above can rotate 360 ° in the forward direction and the reverse direction about the first wrist axis L1.
  • 9 to 11 show examples of transformation of the wrist 4 configured as described above.
  • the first wrist axis L ⁇ b> 1 of both wrists 4 is positioned between the second wrist axis L ⁇ b> 2 of the wrists 4 of the pair of wrists 4 when the double-arm robot 1 is viewed from the front.
  • It can be an aspect. Such an aspect is advantageous because it is possible to easily avoid self-interference even when both end effectors 5 are brought close to each other in a scene where a small member is moved with two arms or a scene where a small member is operated with two arms.
  • the pair of wrists 4 has a second wrist axis L ⁇ b> 2 of both wrists 4 between the first wrist axes L ⁇ b> 1 of both wrists 4. It can be a mode that is located. Such an aspect is advantageous because the amount of protrusion of the wrist 4 to the side can be suppressed in a scene where a wide member is moved with two arms.
  • the pair of wrists 4 has a straight line connecting the first wrist axis L1 and the second wrist axis L2 of both wrists 4 in parallel. It can be an aspect. Such an aspect is advantageous because it is possible to work while avoiding a collision with an interference object in a scene where there is an interference object on one side of the dual-arm robot 1.
  • Which of the illustrated modes is adopted for the wrists 4 of both arms 3 of the double-arm robot 1 is determined according to the contents of the work performed by the double-arm robot 1 and is previously taught to the double-arm robot 1.
  • the controller 6 operates the wrist 4 as taught.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a control system of the double-arm robot 1. As shown in FIG. 12, the operation of the first rotation driving device 61, the second rotation driving device 62, and the wrist driving device 44 of each arm 3 and the operation of the end effector 5 are controlled by the controller 6.
  • the controller 6 is a so-called computer, and includes, for example, an arithmetic processing device (processor) such as a microcontroller, CPU, MPU, PLC, DSP, ASIC, or FPGA, and a storage device such as ROM or RAM (both shown in the figure). Not shown).
  • the storage device stores a program executed by the arithmetic processing unit, various fixed data, and the like. Further, the storage device stores data for controlling the operation of the arm 3 and the wrist 4, data relating to the shape, dimensions, and operation of the end effector 5, and the like.
  • processing for controlling the operations of the arm 3, the wrist 4, and the end effector 5 is performed by the arithmetic processing device reading and executing software such as a program stored in the storage device.
  • the controller 6 may execute each process by centralized control by a single computer, or may execute each process by distributed control by cooperation of a plurality of computers.
  • the controller 6 operates the arm 3 and the wrist 4 so that a predetermined wrist control point moves to an arbitrary target position.
  • the wrist control point is defined, for example, in the distal end side connection body 43 or the interface 48a.
  • the first rotation drive device 61 and the second rotation drive device 62 are provided with a rotation position detector that detects the rotation position of the output shaft of the motor provided, and the controller 6 detects with these rotation position detectors. Based on the rotation position of the output shaft thus obtained, the position of the predetermined arm control point with respect to the predetermined reference point of the double-arm robot 1 can be obtained.
  • the arm control point is, for example, the intersection of the interface 48a, the joint surface of the end effector 5, and the fourth wrist axis L4.
  • the wrist drive device 44 is provided with a rotational position detector (not shown) for detecting the rotational position of the output shafts of the motors 45 and 48 provided therein, and the controller 6 is detected by the rotational position detector. Based on the rotation position of the output shaft, the position and posture of the wrist control point with respect to a predetermined wrist reference point can be obtained. Then, the controller 6 can determine the position of the wrist control point with respect to a predetermined reference point of the double-arm robot 1 from the position of the arm control point thus determined and the position and posture of the wrist control point.
  • the wrist 4 is the wrist 4 that connects the robot arm 3 whose end portion moves within a predetermined plane and the end effector 5, and is a base connected to the robot arm 3.
  • a second wrist link 42 connected to the first wrist link 41 so as to be rotatable about the second wrist axis L2 defined by the link 41, and a third wrist axis L3 defined by the second wrist link 42 are provided.
  • the end effector 5 may be directly connected to the distal end side connection body 43, or may be connected to the distal end side connection body 43 via a further shaft or link.
  • the end effector 5 is connected to the distal end side connection body 43 via a fourth wrist axis L4 which is a horizontal rotation axis (swivel axis).
  • the extending directions of the first wrist axis L1, the second wrist axis L2, and the third wrist axis L3 are parallel to a predetermined plane, and the distance from the first wrist axis L1 to the second wrist axis L2 is The distance from the second wrist axis L2 to the third wrist axis L3 is equal, and the interlocking device 46 is connected to the first wrist link 41 from the state where the first wrist axis L1 and the third wrist axis L3 overlap.
  • the second wrist link 42 is rotated by ⁇ 2 ⁇ ° about the second wrist axis L2, and the distal end side connecting body 43 is ⁇ ° about the third wrist axis L3. It is configured to rotate.
  • the double-arm robot 1 includes a pair of robot arms 3 whose tip portions move within a predetermined plane, an end effector 5 provided for each of the robot arms 3, and the robot arm 3 and the end effector. 5, a wrist 4 that connects to the robot 5, a robot arm 3, an end effector 5, and a controller 6 that controls the operation of the wrist 4.
  • the robot arm 3 includes a first link 31 and a second link 32 having a base end connected to one of the top and bottom of the first link 31 at the distal end of the first link 31.
  • the motor 45 is attached to the proximal connection body 40 so that the motor 45 that is a driving source is positioned above and below the second link 32. Interference with the first link 31 is avoided.
  • the controller 6 for example, as shown in FIG. 10, the second wrist axis L ⁇ b> 2 of both wrists 4 is positioned between the first wrist axes L ⁇ b> 1 of both wrists 4.
  • the wrist 4 may be moved.
  • the controller 6 operates the wrist 4 so that the first wrist axis L1 of both wrists 4 is positioned between the second wrist axes L2 of both wrists 4.
  • the controller 6 may operate the wrist 4 so that the straight lines connecting the first wrist axis L1 and the second wrist axis L2 of both wrists 4 are parallel to each other.
  • the end effector 5 is connected at a position in a direction perpendicular to the predetermined plane (that is, the Z direction) on which the tip of the robot arm 3 of the third wrist axis L3 moves. It moves similarly to the position in the Z direction of the distal end side connecting body 43.
  • the third wrist axis L3 moves on a straight line that passes through the first wrist axis L1 and extends in the Z direction.
  • the movement range in the Z direction of the third wrist axis L3 is at most four times the distance from the first wrist axis L1 to the second wrist axis L2 (ie, the first link length L).
  • the link widths of the first wrist link 41 and the second wrist link 42 are in the direction parallel to the axis of the lifting shaft provided at the tip of the arm of the conventional robot. It can be easily made smaller than the size by design.
  • the wrist 4 of the robot arm 3 having the above-described configuration and the double-arm robot 1 having the wrist 4 have a reduced size in the Z direction as compared with a conventional robot having a lifting / lowering shaft at the tip of the robot arm. It is possible to easily extend the movement range of the end effector 5 in the Z direction with respect to the arm 3.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams for explaining the advantages of the wrist 4 according to the embodiment with respect to the wrist 104 including the rail type linear motion device.
  • the same operation is performed by the dual-arm robot 101 according to the prior art having the wrist 104 including the rail type linear motion device and the double-arm robot 1 having the wrist 4 according to the present embodiment. It is shown.
  • Each robot 1, 101 is equipped with a suction hand that holds a plate-shaped workpiece W as end effectors 5, 105.
  • the workpiece W is carried into the press device 161 up to a predetermined press position. The necessary moving distance is covered by the dimensions of the end effector 105.
  • the robot 1 not only the end effector 5 but also the arm 3 and the wrist 4 can be inserted into the press device 161, so that the dimensions of the end effector 5 can be suppressed compared to the robot 101. it can.
  • the robot 1101 shown in FIG. 14 performs an operation of supplying a semiconductor substrate to the semiconductor exposure machine 162.
  • the semiconductor exposure machine 162 is provided with an openable / closable door on the stage.
  • the linear motion device of the wrist 104 cannot be inserted between the door and the stage, the movement distance necessary for carrying the semiconductor substrate to a predetermined position on the stage under the door is increased. Covered by the dimensions of the end effector 105.
  • the robot 1 according to the present embodiment not only the end effector 5 but also the arm 3 and the wrist 4 can be inserted between the door and the stage. Can do.
  • the robot 1 according to this embodiment can suppress the size of the end effector 5 as compared with the robot 101 according to the prior art. Suppressed and stable operation can be performed.
  • the interlock device 46 of the wrist drive device 44 uses a gear train, but the interlock device 46 of the wrist drive device 44 uses a belt transmission mechanism including a pulley and a transmission belt. Also good.
  • FIG. 15 is a front view showing a schematic configuration of the wrist 4A according to the first modification.
  • FIG. 16 is a schematic view of the XVI-XVI cross section in FIG. In the description of this modification, the same or similar members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
  • the wrist 4 ⁇ / b> A includes a proximal-end connection body 40 connected to the distal end portion of the second link 32, and the first-end wrist axis L ⁇ b> 1 on the proximal-end connection body 40.
  • a first wrist link 41 pivotally connected to the center
  • a second wrist link 42 pivotally connected to the tip of the first wrist link 41 about the second wrist axis L2
  • a second wrist A distal end side connection body 43 that is rotatably connected to the distal end portion of the link 42 around the third wrist axis L3 is provided.
  • the end effector 5 is connected to the distal end side connection body 43.
  • the proximal connection body 40 includes a casing 51 fixed to the wrist connection portion 33 of the second link 32.
  • a motor 45 is attached to the casing 51.
  • the output from the output shaft of the motor 45 is transmitted to a drive pulley 55A provided in the casing 51 via a gear mechanism (not shown) including a speed reducer.
  • the first rotating shaft 52 having the first wrist shaft L1 as an axis is fixed to the casing 51.
  • an input pulley 56 is loosely fitted to the first rotating shaft 52, and a boss of the input pulley 56 is rotatably supported by the casing 51.
  • An endless transmission belt 57 is wound around the drive pulley 55 ⁇ / b> A and the input pulley 56.
  • a tension roller 81 for adjusting the tension of the transmission belt 57 is provided in the casing 51.
  • the casing 58 of the first wrist link 41 is fixed to the boss of the input pulley 56.
  • Fixed to the casing 58 is a second rotating shaft 59 having the second wrist axis L2 as an axis.
  • a first pulley 53 is fixed to the first rotating shaft 52 in the casing 58.
  • a second pulley 72 is loosely fitted to the second rotating shaft 59.
  • An endless transmission belt 73 is wound around the first pulley 53 and the second pulley 72.
  • a tension roller 82 for adjusting the tension of the transmission belt 73 is provided in the casing 58.
  • the boss of the second pulley 72 is rotatably supported by the second rotating shaft 59, and the casing 74 of the second wrist link 42 is fixed to the boss of the second pulley 72.
  • a distal end side connection body 43 is supported at the distal end portion of the casing 74 of the second wrist link 42 so as to be rotatable about the third wrist axis L3.
  • a third pulley 71 is fixed to the second rotating shaft 59.
  • a fourth pulley 75 is fixed to the distal end side connection body 43.
  • An endless transmission belt 76 is wound around the third pulley 71 and the fourth pulley 75.
  • a tension roller 83 for adjusting the tension of the transmission belt 76 is provided in the casing 74.
  • the first wrist link 41 including the input pulley 56 and the casing 58 is the first wrist link 41. It rotates around the wrist axis L1.
  • the second rotation shaft 59 revolves around the first wrist axis L1. Due to the revolution of the second rotating shaft 59, the transmission belt 73 goes around, and the second wrist link 42 including the second pulley 72 and the casing 74 rotates around the second wrist axis L2.
  • the distal end side connection body 43 revolves around the second wrist axis L2. Due to the revolution of the distal end side connecting body 43, the transmission belt 76 rotates, and the distal end side connecting body 43 including the fourth pulley 75 rotates around the third wrist axis L3.
  • the distance of the 1st link length which is the distance of the 1st wrist axis L1 of wrist 4 and the 2nd wrist axis L2, and the distance of the 2nd wrist axis L2 and the 3rd wrist axis L3.
  • the second link length is substantially equal.
  • the pulley ratio which is the ratio of the diameter of the first pulley 53 and the diameter of the second pulley 72, is 2: 1, and the pulley is the ratio of the diameter of the third pulley 71 and the diameter of the fourth pulley 75. The ratio is 1: 2.
  • the third wrist axis L3 moves on the straight line in the Z direction passing through the first wrist axis L1, in other words, the first wrist link 41 is centered on the first wrist axis L1 from the folded state.
  • the second wrist link 42 rotates by ⁇ 2 ⁇ ° about the second wrist axis L2
  • the distal end side connection body 43 rotates by ⁇ ° about the third wrist axis L3.

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Abstract

ロボットアームの手首は、基端側接続体と、第１手首軸を中心として回転する第１手首リンクと、第２手首軸を中心として回転する第２手首リンクと、第３手首軸を中心として回転し且つエンドエフェクタと接続される先端側接続体と、駆動源及び連動装置を有する手首駆動装置とを備える。連動装置は、第１手首軸と第３手首軸とが重なった状態から第１手首リンクが任意のα°回転したときに、第２手首リンクを－２α°回転させ且つ先端側接続体をα°回転させる。第１手首軸、第２手首軸、及び第３手首軸の各軸の延伸方向は所定平面と平行であり、第１手首軸から第２手首軸までの距離と第２手首軸から第３手首軸までの距離とが等しい。

Description

ロボットアームの手首及び双腕ロボット
　本発明は、ロボットアームとエンドエフェクタとを接続する手首の構造、及び、この手首を備えた双腕ロボットの構造に関する。
　従来、２本の水平多関節型ロボットアームを備えた双腕ロボットが知られている。特許文献１は、この種の双腕ロボットを開示している。
　特許文献１の双腕ロボットは、上アームと下アームとの２本の水平多関節型ロボットアームを備える。上アームの基端部の回動軸と下アームの基端部の回動軸とが上下に並んで配置されている。この双腕ロボットでは、各アームの先端部に作用軸を備えており、この作用軸はボールねじ機構によってアームに対し上下方向に移動できる。
　一般に、ロボットは、ロボットアームの先端部に手首を介してエンドエフェクタが装着され、このエンドエフェクタで作業を行う。エンドエフェクタの垂直移動のために、アームの基端部に昇降軸を備え、この昇降軸でアームとエンドエフェクタを一体的に昇降移動させるロボットや、アームの先端部に昇降軸を備え、この昇降軸でアームに対しエンドエフェクタを昇降移動させるロボットが知られている。特許文献１のように、２本のアームの基端部が上下方向に並んで配置されているロボットでは、アームの基端部を昇降移動させることは難しいので、後者が採用される。
　アームの先端部に設けられる昇降軸としては、例えば、特許文献１に示されるボールねじ機構や、レール及びスライドからなる直動機構などが知られている。これに対し、特許文献２及び特許文献３では、アームの先端部に対しエンドエフェクタを昇降移動させる機能を備えた、リンク式の手首が提案されている。
　特許文献２の手首（手首装置）は、アームの先端部に位置する第１回転軸を中心として回動する第１手首リンク（第１手首アーム）と、この第１手首リンクの先端部に位置する第２回転軸を中心として回転する第２手首リンク（第２手首アーム）とを備えており、第２手首リンクにエンドエフェクタ（ハンド）の保持部が設けられている。この手首装置では、エンドエフェクタが姿勢を変化させながらもその作用点が同一直線上を移動するような、第１手首リンクと第２手首リンクの関係を有する。
　特許文献３の移送ロボットは、アームと、アームの先端部に回転可能に支持された回転体、及び、第１～３リンクからなる四節リンク機構と、第３リンクに回動可能に支持された回転部材と、回転部材に接続されたエンドエフェクタとを備える。この移送ロボットは、エンドエフェクタの作用点が同一直線上を姿勢を保持しながら移動するような、四節リンク機構のリンク比を有する。
特開平７－２７６２７１号公報 実公平６－５１０６号公報 特開平５－３０１１８１号公報
　特許文献１のように、アームに対しエンドエフェクタを昇降させる昇降軸を備えるロボットでは、アームの先端部に設けられる昇降軸を含む昇降機構の上下方向寸法は、アームに対するエンドエフェクタの昇降幅よりも大きくなる。そのようなロボットは、例えば、エンドエフェクタ及び昇降装置を含むアーム先端部を上下幅の狭い空間に挿入して行う作業には適さない。
　そこで、特許文献２及び特許文献３のように、連接された複数のリンクを含み、エンドエフェクタをアームの先端部に対して昇降させる機能を備えた手首をロボットに設けることが考えられる。しかし、特許文献２の技術では、エンドエフェクタをアームの先端部に対して昇降させるとエンドエフェクタの姿勢が変化してしまう。また、特許文献３の技術では、エンドエフェクタの姿勢を維持しながら当該エンドエフェクタをアームの先端部に対して昇降させることができるものの、四節リンクを形成するために、手首の上下方向寸法を抑えることが難しい。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、アームの先端部に昇降軸を備えた従来のロボットと比較して、アームの先端部が移動する所定平面と直交する方向の寸法を抑えつつ、アームに対するエンドエフェクタの前記所定平面と直交する方向の移動範囲を拡張することのできるロボットを提供することにある。
　本発明の一態様に係るロボットアームの手首は、先端部が所定平面内で移動するロボットアームとエンドエフェクタとを接続する手首であって、
前記ロボットアームと接続される基端側接続体と、
前記基端側接続体に規定された第１手首軸を中心として回動可能に当該基端側接続体と連結された第１手首リンクと、
前記第１手首リンクに規定された第２手首軸を中心として回動可能に当該前記第１手首リンクと連結された第２手首リンクと、
前記第２手首リンクに規定された第３手首軸を中心として回動可能に当該第２手首リンクと連結され、前記エンドエフェクタと接続される先端側接続体と、
前記第１手首リンクに回転動力を付与する駆動源、及び、前記第１手首リンクの回転に前記第２手首リンクと前記先端側接続体を連動させる連動装置を有する手首駆動装置とを備え、
前記第１手首軸、前記第２手首軸、及び前記第３手首軸の各軸の延伸方向は前記所定平面と平行であり、
前記第１手首軸から前記第２手首軸までの距離と前記第２手首軸から前記第３手首軸までの距離とが等しく、
前記連動装置が、前記第１手首軸と前記第３手首軸とが重なった状態から前記第１手首リンクが前記第１手首軸を中心として任意のα°回転したときに、前記第２手首リンクを前記第２手首軸を中心として－２α°回転させ且つ前記先端側接続体を前記第３手首軸を中心としてα°回転させることを特徴としている。なお、上記において、エンドエフェクタは、先端側接続体に直接的に接続されてもよいし、先端側接続体に更なる軸やリンクを間に介して接続されてもよい。
　また、本発明の一態様に係る双腕ロボットは、
先端部が所定平面内で移動する一対のロボットアームと、
前記ロボットアームの各々に対し設けられたエンドエフェクタと、
前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとを接続する前記手首と、
前記ロボットアーム、前記エンドエフェクタ、及び前記手首の動作を制御するコントローラとを備えることを特徴としている。
　上記構成のロボットアームの手首及びこの手首を備えた双腕ロボットでは、第３手首軸のロボットアームの先端部が移動する所定平面と直交する方向（以下、「Ｚ方向」と称する）の位置は、エンドエフェクタが接続される先端側接続体のＺ方向の位置と同様に移動する。第３手首軸は、第１手首軸を通り且つＺ方向に延伸する直線上を移動する。そして、第３手首軸のＺ方向の移動範囲は、最大で、第１手首軸から第２手首軸までの距離の４倍となる。また、第１手首リンク及び第２手首リンクのリンク幅（リンク長と直交する方向の寸法）は、従来のロボットのアームの先端部に設けられた昇降軸の軸心と平行な方向の寸法よりも、設計により容易に小さくすることができる。
　よって、上記構成のロボットアームの手首及びこの手首を備えた双腕ロボットでは、ロボットアームの先端部に昇降軸を備えた従来のロボットと比較して、Ｚ方向の寸法を抑えつつ、アームに対するエンドエフェクタのＺ方向の移動範囲を拡張することを容易に実現することができる。
　本発明によれば、アームの先端部に昇降軸を備えた従来のロボットと比較して、アームの先端部が移動する所定平面と直交する方向の寸法を抑えつつ、アームに対するエンドエフェクタの前記所定平面と直交する方向の移動範囲を拡張することのできるロボットを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る双腕ロボットの概略正面図である。 図２は、図１に示す双腕ロボットの概略平面図である。 図３は、手首の概略構成を示す正面図である。 図４は、図３におけるIV－IV断面の概略図である。 図５は、図３におけるＶ－Ｖ断面の概略図である。 図６Ａは、フレキシブルホースの取付態様を示す図である。 図６Ｂは、フレキシブルホースの取付態様を示す図である。 図７は、手首の動作を説明する図である。 図８は、手首によるアームに対するエンドエフェクタのＺ方向の移動範囲を示す図である。 図９は、双腕ロボットにおける手首の変態例を示す図である。 図１０は、双腕ロボットにおける手首の変態例を示す図である。 図１１は、双腕ロボットにおける手首の変態例を示す図である。 図１２は、双腕ロボットの制御系統の構成を示す図である。 図１３は、レール式直動装置を含む手首に対する実施形態に係る手首の利点を説明する図である。 図１４は、レール式直動装置を含む手首に対する実施形態に係る手首の利点を説明する図である。 図１５は、変形例に係る手首の概略構成を示す正面図である。 図１６は、図１５におけるXVI－XVI断面の概略図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
〔双腕ロボットの概略構成〕
　図１は双腕ロボット１の概略正面図、図２は双腕ロボット１の概略平面図である。図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る双腕ロボット１は、基台２と、基台２に支持された２本のロボットアーム（以下、単に「アーム３」と称する）と、各アーム３の先端部に接続されたエンドエフェクタ５と、アーム３とエンドエフェクタ５との間に設けられた手首４と、双腕ロボット１の動作を制御するコントローラ６とを備える。
〔アーム３の構造〕
　アーム３は、先端部が所定の平面内で移動するように構成された多関節型のロボットアームである。このようなロボットアームとして、例えば、水平多関節型ロボットアームがある。以下では、アーム３の先端部が移動する平面と直交する方向を「Ｚ方向」として説明する。２本のアーム３は、実質的に同一の構成を有しており、以下では、一方のアーム３の構成について説明し、他方のアーム３の構成についての説明を省略する。
　アーム３は、基端部側から順に連接された、第１リンク３１及び第２リンク３２を備える。
　第１リンク３１の基端部は、基台２に立設された基軸２１に回転（旋回）可能に支持されている。基軸２１の軸心には、Ｚ方向に延伸する第１軸Ａ１が規定されている。第１リンク３１内には、基軸２１に対し第１リンク３１を回転させる第１回転駆動装置６１が設けられている。第１回転駆動装置６１は、例えば、モータ、及び、減速機を含むギア機構などにより構成されている（いずれも図示略）。
　第１リンク３１の先端部には、Ｚ方向に延伸する第２軸Ａ２が規定されている。第１リンク３１の先端部には、第２軸Ａ２を中心として回動可能に、第２リンク３２の先端部が連結されている。２本のアーム３のうち一方のアーム３では、図１紙面において第１リンク３１の下に第２リンク３２が連結され、他方のアーム３では、図１紙面において第１リンク３１の上に第２リンク３２が連結されている。
　第１リンク３１内には、第１リンク３１に対して第２リンク３２を回転させる第２回転駆動装置６２が設けられている。第２回転駆動装置６２は、例えば、モータ、及び、減速機を含むギア機構などにより構成されている（いずれも図示略）。第２リンク３２の先端部には、手首４が接続される手首接続部３３が設けられている。
　２本のアーム３の第１リンク３１の基端部はＺ方向に並んで配置されており、２本のアーム３の第１リンク３１は第１軸Ａ１を中心として回転する。そして、２本のアーム３の第１リンク３１の基端部のＺ方向の位置の差を相殺するように、一方のアーム３では第２リンク３２が第１リンク３１のＺ方向の一方に配置され、他方のアーム３では第２リンク３２が第１リンク３１のＺ方向の他方に配置されている。このように、２本のアーム３の第２リンク３２の先端部に設けられた手首接続部３３のＺ方向の位置は実質的に同一となっており、２本のアーム３の先端部は実質的に同一の平面内を移動する。
〔手首４の構造〕
　手首４は、アーム３とエンドエフェクタ５とを接続するとともに、アーム３に対してエンドエフェクタ５をＺ方向へ移動させる機能を備える。
　図３は、第１実施形態に係る手首４の概略構成を示す正面図であり、図４は、図３におけるIV－IV断面の概略図であり、図５は、図３におけるＶ－Ｖ断面の概略図である。図１～３に示すように、手首４は、アーム３の先端部に接続される基端側接続体４０と、第１手首リンク４１と、第２手首リンク４２と、先端側接続体４３と、手首駆動装置４４とを備える。本実施形態に係る手首４は、先端側接続体４３に保持されて、第４手首軸Ｌ４を構成するモータ４８を更に備える。モータ４８の出力軸は、その軸心に第４手首軸Ｌ４が規定されている。モータ４８の出力軸からの出力は、減速機を含むギア機構（図示略）を介して、エンドエフェクタ５が接続されるインターフェース４８ａに伝達される。但し、エンドエフェクタ５は、先端側接続体４３に直接に接続されてもよい。
　第１手首リンク４１は、基端側接続体４０に規定された第１手首軸Ｌ１を中心として回動可能に、基端側接続体４０と連結されている。第２手首リンク４２は、第１手首リンク４１に規定された第２手首軸Ｌ２を中心として回動可能に、第１手首リンク４１と連結されている。先端側接続体４３は、第２手首リンク４２に規定された第３手首軸Ｌ３を中心として回動可能に、第２手首リンク４２と連結されている。第１手首軸Ｌ１と第２手首軸Ｌ２との距離である第１リンク長と、第２手首軸Ｌ２と第３手首軸Ｌ３との距離である第２リンク長とは、実質的に等しい。先端側接続体４３にはブラケット４９が結合されており、このブラケット４９にはモータ４８を保持するモータ保持部４９ａと、後述するフレキシブルホース５０の端部が接続されるホース受け４９ｂとが設けられている。
　第１手首軸Ｌ１、第２手首軸Ｌ２、及び第３手首軸Ｌ３の各軸の延伸方向は、アーム３の先端部が移動する平面と平行であり、換言すれば、Ｚ方向と直交している。第４手首軸Ｌ４の延伸方向はＺ方向と平行である。
　手首駆動装置４４は、第１手首リンク４１の回転に、第２手首リンク４２及び先端側接続体４３を連動させる連動装置４６からなる。本実施形態では、連動装置４６は、各手首リンク４１，４２の外形を形成しているケーシング５８，７４や、その内部に形成されたギアトレイン等によって構成されている。以下、連動装置４６について詳細に説明する。
　基端側接続体４０は、第２リンク３２の手首接続部３３に固定されるケーシング５１を備える。図５に詳細に示されるように、ケーシング５１には、モータ４５が取り付けられている。また、ケーシング５１には、第１手首軸Ｌ１を軸心とする第１回転軸５２が固定されている。モータ４５は、第２リンク３２が第１リンク３１の下方に接続されている場合には第２リンク３２よりも下方に位置し、第２リンク３２が第１リンク３１の上方に接続されている場合には第２リンクよりも上方に位置する。これにより、第１回転軸５２とモータ４５の出力軸とを繋ぐ直線は、水平から上又は下に傾いている。
　モータ４５の出力軸からの出力は、減速機を含むギア機構（図示略）を介して、ケーシング５１内に設けられた駆動ギア５５に伝達される。駆動ギア５５の回転動力は、駆動ギア５５及び入力ギア９０と噛合している中間ギア８９を介して、入力ギア９０へ伝達される。
　図４に示すように、入力ギア９０のボスはケーシング５１に回動可能に支持されている。入力ギア９０のボスには、第１手首リンク４１のケーシング５８が固定されている。ケーシング５８には、第２手首軸Ｌ２を軸心とする第２回転軸５９が固定されている。
　ケーシング５８内において、第１回転軸５２には、第１ギア９１が固定されている。また、ケーシング５８内において、第２回転軸５９には第２ギア９２が固定されている。そして、ケーシング５８内には、第１ギア９１及び第２ギア９２と噛合して、これらの間で回転動力を伝達する中間ギア９５が設けられている。
　第２ギア９２のボスは第２回転軸５９に回動可能に支持されており、この第２ギア９２のボスには第２手首リンク４２のケーシング７４が固定されている。第２手首リンク４２のケーシング７４の先端部には、先端側接続体４３が第３手首軸Ｌ３を中心として回動可能に支持されている。
　ケーシング７４内において、第２回転軸５９には、第３ギア９３が固定されている。また、ケーシング７４内において、先端側接続体４３には第４ギア９４が固定されている。そして、ケーシング７４内には、第３ギア９３から第４ギア９４へ回転動力を伝達する３つの中間ギア９６ａ，９６ｂ，９６ｃが設けられている。このように、手首４には、駆動ギア５５から第４ギア９４まで連なるギアトレインが構成されている。
　アーム３からモータ４８やエンドエフェクタ５へ延びる配線や配管は、基端部がアーム３の先端部に結合され、先端部がブラケット４９のホース受け４９ｂに結合された、フレキシブルホース５０を通される。フレキシブルホース５０は、例えば図６Ａに示すように、双腕ロボット１の正面から見て側方へ撓む半ループ状となるように取り付けられる。このフレキシブルホース５０の取付態様は、高さ方向の寸法が抑えられる点で有利である。また、フレキシブルホース５０は、例えば図６Ｂに示すように、上方へ撓む半ループ状となるように取り付けられる。このフレキシブルホース５０の取付態様は、フレキシブルホース５０の捻れが抑えられる点で有利である。
　なお、アーム３からモータ４８やエンドエフェクタ５へ延びる配線や配管は、手首４の内部に通されてもよい。図４には、手首４のケーシング５１，５８，７４内を通る配管及び配線のルートＲが二点鎖線で記載されている。
　以上の構成の手首４では、モータ４５の出力によって駆動ギア５５が回転駆動されると、その回転動力が入力ギア９０へ伝達され、入力ギア９０及びケーシング５８を含む第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心として回転する。そして、第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心として回転すると、第２回転軸５９が第１手首軸Ｌ１の周りを公転する。第２回転軸５９の公転に伴って、中間ギア９５及び第２ギア９２が回転し、第２ギア９２及びケーシング７４を含む第２手首リンク４２が第２手首軸Ｌ２を中心として回転する。更に、第２手首リンク４２が第２手首軸Ｌ２を中心として回転すると、先端側接続体４３が第２手首軸Ｌ２の周りを公転する。先端側接続体４３の公転に伴って、中間ギア９６ａ，９６ｂ及び第４ギア９４が回転し、第４ギア９４を含む先端側接続体４３が第３手首軸Ｌ３を中心として回転する。
　そして、図７を参照して、第３手首軸Ｌ３が第１手首軸Ｌ１を通るＺ方向の直線上を移動するように、換言すれば、折り畳まれた状態から第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心としてα°回転したときに、第２手首リンク４２が第２手首軸Ｌ２を中心として－２α°回転し且つ先端側接続体４３が第３手首軸Ｌ３を中心としてα°回転するように、各ギアのギア比が決定されている。
　図７は折り畳まれた状態から第１手首リンク４１を第１手首軸Ｌ１を中心としてα°回転させた手首４の動作を説明する図である。なお、折り畳まれた状態の手首４では、第１手首リンク４１及び第２手首リンク４２は、その長手方向が水平となっており、第１手首軸Ｌ１と第３手首軸Ｌ３とが重複している。図７に示すように、折り畳まれた状態の手首４から、第１手首リンク４１を第１手首軸Ｌ１を中心としてα°回転させると、第２手首リンク４２は折り畳まれた状態から第２手首軸Ｌ２を中心として－２α°回転し、先端側接続体４３は折り畳まれた状態から第３手首軸Ｌ３を中心としてα°回転する。なお、αは任意の数字である。
　このように動作する手首４によれば、第３手首軸Ｌ３は、第１手首軸Ｌ１を通るＺ方向と平行な直線上を移動し、先端側接続体４３に第４手首軸Ｌ４を介して又は直接に接続されたエンドエフェクタ５の姿勢は第３手首軸Ｌ３のＺ方向位置にかかわらず一定に保持される。
　図８は、上記構成の手首４による、アーム３に対するエンドエフェクタ５のＺ方向の移動範囲を示している。手首４の第１リンク長及び第２リンク長をＬとしたときに、エンドエフェクタ５が接続される先端側接続体４３と同レベルにある第３手首軸Ｌ３の到達範囲は、アーム３の第２リンク３２と同レベルにある第１手首軸Ｌ１からＺ方向のうち一方へ２Ｌと、第１手首軸Ｌ１からＺ方向のうち他方へ２Ｌとを合わせた４Ｌとなる。なお、第１リンク長とは、第１手首軸Ｌ１と第２手首軸Ｌ２の距離であり、第２リンク長とは、第２手首軸Ｌ２と第３手首軸Ｌ３の距離である。
　また、折り畳まれた手首４のＺ方向の寸法は、第１手首リンク４１又は第２手首リンク４２のリンク幅方向の寸法となる。なお、リンク幅方向とは、リンク長と直交する方向である。第１手首リンク４１又は第２手首リンク４２のリンク幅方向の寸法は、本実施形態の連動装置４６では第１ギア９１や第４ギア９４の径を抑えることで、小さく設計することが容易である。アーム３に対するエンドエフェクタ５のＺ方向の移動範囲を大きくし、第１手首リンク４１又は第２手首リンク４２のリンク幅方向の寸法を抑えるためには、第１手首リンク４１又は第２手首リンク４２はリンク長方向に細長い形状となる。
　上記構成の手首４の第１手首リンク４１は、第１手首軸Ｌ１を中心として、正転方向及び逆転方向に３６０°回転することが可能である。図９～１１は、上記構成の手首４の変態例を示している。
　例えば、図９に示すように、双腕ロボット１を正面から見て、一対の手首４は、両手首４の第２手首軸Ｌ２の間に、両手首４の第１手首軸Ｌ１が位置する態様となることができる。このような態様は、小さい部材を双腕で動かすシーンや、小さい部材に対して双腕で作業を行うシーンで、両エンドエフェクタ５を近づけても自己干渉を容易に回避できるので有利である。
　また、例えば、図１０に示すように、双腕ロボット１を正面から見て、一対の手首４は、両手首４の第１手首軸Ｌ１の間に、両手首４の第２手首軸Ｌ２が位置する態様となることができる。このような態様は、幅広の部材を双腕で動かすシーンで、手首４の側方への突出量を抑えることができるので有利である。
　また、例えば、図１１に示すように、双腕ロボット１を正面から見て、一対の手首４は、両手首４の第１手首軸Ｌ１と第２手首軸Ｌ２とを結ぶ直線が平行となる態様となることができる。このような態様は、双腕ロボット１の一方に干渉物があるシーンで、その干渉物との衝突を回避しながら作業ができるので有利である。
　双腕ロボット１の両アーム３の手首４が、例示した態様のうちどれを採用するかは、双腕ロボット１が行う作業の内容に応じて決定されて予め双腕ロボット１に教示されており、コントローラ６は教示された通りに手首４を動作させる。
〔双腕ロボット１の制御系統の構成〕
　図１２は、双腕ロボット１の制御系統の構成を示す図である。図１２に示すように、各アーム３の第１回転駆動装置６１、第２回転駆動装置６２、及び、手首駆動装置４４の動作、並びに、エンドエフェクタ５の動作は、コントローラ６によって制御される。
　コントローラ６は、いわゆるコンピュータであって、例えば、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＰＬＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の演算処理装置（プロセッサ）と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置とを有する（いずれも図示せず）。記憶装置には、演算処理装置が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。また、記憶装置には、アーム３及び手首４の動作を制御するためのデータ、エンドエフェクタ５の形状・寸法・動作に関するデータなどが格納されている。
　コントローラ６では、記憶装置に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理装が読み出して実行することにより、アーム３、手首４、及びエンドエフェクタ５の動作を制御するための処理が行われる。なお、コントローラ６は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。
　コントローラ６は、所定の手首制御点が任意の目標位置へ移動するようにアーム３及び手首４を動作させる。手首制御点は、例えば、先端側接続体４３又はインターフェース４８ａに規定される。第１回転駆動装置６１及び第２回転駆動装置６２には、具備するモータの出力軸の回転位置を検出する回転位置検出器が設けられており、コントローラ６は、これらの回転位置検出器で検出された出力軸の回転位置に基づいて、双腕ロボット１の所定の基準点に対する所定のアーム制御点の位置を求めることができる。アーム制御点は、例えば、インターフェース４８ａと、エンドエフェクタ５の接合面と、第４手首軸Ｌ４の交点とされる。
　また、手首駆動装置４４には、具備するモータ４５，４８の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出器（図示略）が設けられており、コントローラ６はこの回転位置検出器で検出された出力軸の回転位置に基づいて、所定の手首基準点に対する手首制御点の位置及び姿勢を求めることができる。そして、コントローラ６は、求めたアーム制御点の位置と、手首制御点の位置及び姿勢とから、双腕ロボット１の所定の基準点に対する手首制御点の位置を求めることができる。
　以上に説明したように、本実施形態に係る手首４は、先端部が所定平面内で移動するロボットアーム３とエンドエフェクタ５とを接続する手首４であって、ロボットアーム３と接続される基端側接続体４０と、基端側接続体４０に規定された第１手首軸Ｌ１を中心として回動可能に当該基端側接続体４０と連結された第１手首リンク４１と、第１手首リンク４１に規定された第２手首軸Ｌ２を中心として回動可能に当該第１手首リンク４１と連結された第２手首リンク４２と、第２手首リンク４２に規定された第３手首軸Ｌ３を中心として回動可能に当該第２手首リンク４２と連結され、エンドエフェクタ５と接続される先端側接続体４３と、第１手首リンク４１に回転動力を付与する駆動源（モータ４５）、及び、第１手首リンク４１の回転に第２手首リンク４２と先端側接続体４３を連動させる連動装置４６を有する手首駆動装置４４とを備える。なお、エンドエフェクタ５は、先端側接続体４３に直接的に接続されてもよいし、先端側接続体４３に更なる軸やリンクを介して接続されてもよい。本実施形態ではエンドエフェクタ５は、水平方向の回転軸（旋回軸）である第４手首軸Ｌ４を介して先端側接続体４３に接続されている。
　そして、第１手首軸Ｌ１、第２手首軸Ｌ２、及び第３手首軸Ｌ３の各軸の延伸方向は所定平面と平行であり、第１手首軸Ｌ１から第２手首軸Ｌ２までの距離と第２手首軸Ｌ２から第３手首軸Ｌ３までの距離とが等しく、更に、連動装置４６が、第１手首軸Ｌ１と第３手首軸Ｌ３とが重なった状態から第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心として任意のα°回転したときに、第２手首リンク４２を第２手首軸Ｌ２を中心として－２α°回転させ且つ先端側接続体４３を第３手首軸Ｌ３を中心としてα°回転させるように構成されている。
　また、上記実施形態に係る双腕ロボット１は、先端部が所定平面内で移動する一対のロボットアーム３と、ロボットアーム３の各々に対し設けられたエンドエフェクタ５と、ロボットアーム３とエンドエフェクタ５とを接続する手首４と、ロボットアーム３、エンドエフェクタ５、及び手首４の動作を制御するコントローラ６とを備える。
　上記のロボットアーム３は、第１リンク３１と、第１リンク３１の先端部において当該第１リンク３１の上下の一方に基端部が接続された第２リンク３２とを有している。そして、手首４では、駆動源であるモータ４５が第２リンク３２よりも上下の前記一方に位置するように、基端側接続体４０にモータ４５が取り付けられることによって、手首４の駆動源と第１リンク３１との干渉を回避している。
　上記の双腕ロボット１において、コントローラ６は、例えば図１０に示すように、両方の手首４の第１手首軸Ｌ１の間に、両方の手首４の第２手首軸Ｌ２が位置するように、手首４を動作させてよい。また、コントローラ６は、例えば図９に示すように、両方の手首４の第２手首軸Ｌ２の間に、両方の手首４の第１手首軸Ｌ１が位置するように、手首４を動作させてよい。また、コントローラ６は、例えば図１１に示すように、両方の手首４の第１手首軸Ｌ１と第２手首軸Ｌ２とを結ぶ直線が平行となるように、手首４を動作させてよい。
　上記構成の手首４及び双腕ロボット１では、第３手首軸Ｌ３のロボットアーム３の先端部が移動する所定平面と直交する方向（即ち、Ｚ方向）の位置は、エンドエフェクタ５が接続される先端側接続体４３のＺ方向の位置と同様に移動する。第３手首軸Ｌ３は、第１手首軸Ｌ１を通り且つＺ方向に延伸する直線上を移動する。そして、第３手首軸Ｌ３のＺ方向の移動範囲は、最大で、第１手首軸Ｌ１から第２手首軸Ｌ２までの距離（即ち、第１リンク長Ｌ）の４倍となる。また、第１手首リンク４１及び第２手首リンク４２のリンク幅（リンク長と直交する方向の寸法）は、従来のロボットのアームの先端部に設けられた昇降軸の軸心と平行な方向の寸法よりも、設計により容易に小さくすることができる。
　よって、上記構成のロボットアーム３の手首４及びこの手首４を備えた双腕ロボット１では、ロボットアームの先端部に昇降軸を備えた従来のロボットと比較して、Ｚ方向の寸法を抑えつつ、アーム３に対するエンドエフェクタ５のＺ方向の移動範囲を拡張することを容易に実現することができる。
　図１３及び図１４は、レール式直動装置を含む手首１０４に対する実施形態に係る手首４の利点を説明する図である。これらの図では、レール式直動装置を含む手首１０４を備えた先行技術に係る双腕ロボット１０１と、本実施形態に係る手首４を備えた双腕ロボット１とで同じ作業を行っている様子が示されている。
　図１３に示すロボット１，１０１は、プレス装置１６１に板状のワークＷを供給する作業を行っている。各ロボット１，１０１には、板状のワークＷを吸着保持する吸着ハンドがエンドエフェクタ５，１０５として装着されている。先行技術に係るロボット１０１では、手首１０４の垂直方向に延びるレール式直動装置をプレス装置１６１内へ挿入することができないので、プレス装置１６１内でワークＷを所定のプレス位置まで搬入するために必要な移動距離をエンドエフェクタ１０５の寸法で賄っている。一方、本実施形態に係るロボット１では、エンドエフェクタ５のみならずアーム３及び手首４をプレス装置１６１内へ挿入することができるので、ロボット１０１と比較してエンドエフェクタ５の寸法を抑えることができる。
　また、図１４に示すロボット１，１０１は、半導体露光機１６２に半導体基板を供給する作業を行っている。半導体露光機１６２は、ステージの上に開閉式の扉が設けられている。先行技術に係るロボット１０１では、手首１０４の直動装置を扉とステージの間へ挿入することができないので、扉の下で半導体基板をステージ上の所定位置まで搬入するために必要な移動距離をエンドエフェクタ１０５の寸法で賄っている。一方、本実施形態に係るロボット１では、エンドエフェクタ５のみならずアーム３及び手首４を扉とステージの間へ挿入することができるので、ロボット１０１と比較してエンドエフェクタ５の寸法を抑えることができる。
　図１３，１４に示す作業の例では、本実施形態に係るロボット１では、先行技術に係るロボット１０１と比較してエンドエフェクタ５の寸法を抑えることができるので、エンドエフェクタ５の撓みや変形が抑えられ、また、安定した動作を行うことができる。
〔変形例〕
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の手首４の構成は、例えば、以下のように変更することができる。
　例えば、上記実施形態において、手首駆動装置４４の連動装置４６がギアトレインを利用しているが、手首駆動装置４４の連動装置４６がプーリ及び伝動ベルトを含むベルト伝動機構を利用したものであってもよい。
　図１５は、変形例１に係る手首４Ａの概略構成を示す正面図である。図１６は、図１５におけるXVI－XVI断面の概略図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
　図１５及び図１６に示すように、変形例に係る手首４Ａは、第２リンク３２の先端部に接続される基端側接続体４０と、基端側接続体４０に第１手首軸Ｌ１を中心として回動可能に連結された第１手首リンク４１と、第１手首リンク４１の先端部に第２手首軸Ｌ２を中心として回動可能に連結された第２手首リンク４２と、第２手首リンク４２の先端部に第３手首軸Ｌ３を中心として回動可能に連結された先端側接続体４３とを備える。先端側接続体４３には、エンドエフェクタ５が接続される。
　基端側接続体４０は、第２リンク３２の手首接続部３３に固定されるケーシング５１を備える。ケーシング５１には、モータ４５が取り付けられている。モータ４５の出力軸からの出力は、減速機を含むギア機構（図示略）を介して、ケーシング５１内に設けられた駆動プーリ５５Ａに伝達される。
　ケーシング５１には、第１手首軸Ｌ１を軸心とする第１回転軸５２が固定されている。ケーシング５１内において、第１回転軸５２には入力プーリ５６が遊嵌されており、入力プーリ５６のボスはケーシング５１に回動可能に支持されている。駆動プーリ５５Ａと入力プーリ５６には無端状の伝動ベルト５７が巻回されている。ケーシング５１内には、伝動ベルト５７のテンションを調整するためのテンションローラ８１が設けられている。
　入力プーリ５６のボスには、第１手首リンク４１のケーシング５８が固定されている。ケーシング５８には、第２手首軸Ｌ２を軸心とする第２回転軸５９が固定されている。
　ケーシング５８内において、第１回転軸５２には、第１プーリ５３が固定されている。また、ケーシング５８内において、第２回転軸５９には第２プーリ７２が遊嵌されている。そして、第１プーリ５３と第２プーリ７２には無端状の伝動ベルト７３が巻回されている。ケーシング５８内には、伝動ベルト７３のテンションを調整するためのテンションローラ８２が設けられている。
　第２プーリ７２のボスは第２回転軸５９に回動可能に支持されており、この第２プーリ７２のボスには第２手首リンク４２のケーシング７４が固定されている。第２手首リンク４２のケーシング７４の先端部には、先端側接続体４３が第３手首軸Ｌ３を中心として回動可能に支持されている。
　ケーシング７４内において、第２回転軸５９には、第３プーリ７１が固定されている。また、ケーシング７４内において、先端側接続体４３には、第４プーリ７５が固定されている。そして、第３プーリ７１と第４プーリ７５には無端状の伝動ベルト７６が巻回されている。ケーシング７４内には、伝動ベルト７６のテンションを調整するためのテンションローラ８３が設けられている。
　以上の構成の手首４Ａでは、モータ４５の出力によって駆動プーリ５５Ａが回転駆動されると、その回転動力が入力プーリ５６に伝達され、入力プーリ５６及びケーシング５８を含む第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心として回転する。そして、第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心として回転すると、第２回転軸５９が第１手首軸Ｌ１の周りを公転する。第２回転軸５９の公転により、伝動ベルト７３が周回し、第２プーリ７２及びケーシング７４を含む第２手首リンク４２が第２手首軸Ｌ２を中心として回転する。更に、第２手首リンク４２が第２手首軸Ｌ２を中心として回転すると、先端側接続体４３が第２手首軸Ｌ２の周りを公転する。先端側接続体４３の公転により、伝動ベルト７６が周回し、第４プーリ７５を含む先端側接続体４３が第３手首軸Ｌ３を中心として回転する。
　そして、上記構成の手首４Ａでは、手首４の第１手首軸Ｌ１と第２手首軸Ｌ２との距離である第１リンク長と、第２手首軸Ｌ２と第３手首軸Ｌ３との距離である第２リンク長とは、実質的に等しい。更に、第１プーリ５３の直径と第２プーリ７２の直径との比率であるプーリ比は２：１であり、且つ、第３プーリ７１の直径と第４プーリ７５の直径との比率であるプーリ比は１：２である。これにより、第３手首軸Ｌ３が第１手首軸Ｌ１を通るＺ方向の直線上を移動するように、換言すれば、折り畳まれた状態から第１手首リンク４１が第１手首軸Ｌ１を中心としてα°回転したときに、第２手首リンク４２が第２手首軸Ｌ２を中心として－２α°回転し且つ先端側接続体４３が第３手首軸Ｌ３を中心としてα°回転する。
１　　　：双腕ロボット
２　　　：基台
３　　　：ロボットアーム
４，４Ａ　　　：手首
５　　　：エンドエフェクタ
６　　　：コントローラ
２１　　：基軸
３１　　：第１リンク
３２　　：第２リンク
３３　　：手首接続部
４０　　：基端側接続体
４１　　：第１手首リンク
４２　　：第２手首リンク
４３　　：先端側接続体
４４　　：手首駆動装置
４５　　：モータ
４６　　：連動装置
４８　　：モータ
４９　　：ブラケット
５０　　：フレキシブルホース
５１，５８，７４　　：ケーシング
５２，５９　　：回転軸
５３，５５Ａ，７１，７２，７５　　：プーリ
５７，７３，７６　　：伝動ベルト
６１，６２　　：回転駆動装置
８１～８３　　：テンションローラ
５５，８９～９６　　：ギア
Ａ１　　：第１軸
Ａ２　　：第２軸
Ｌ１　　：第１手首軸
Ｌ２　　：第２手首軸
Ｌ３　　：第３手首軸
Ｌ４　　：第４手首軸

Claims (6)

  1. 　先端部が所定平面内で移動するロボットアームとエンドエフェクタとを接続する手首であって、
    　前記ロボットアームと接続される基端側接続体と、
    　前記基端側接続体に規定された第１手首軸を中心として回動可能に当該基端側接続体と連結された第１手首リンクと、
    　前記第１手首リンクに規定された第２手首軸を中心として回動可能に当該前記第１手首リンクと連結された第２手首リンクと、
    　前記第２手首リンクに規定された第３手首軸を中心として回動可能に当該第２手首リンクと連結され、前記エンドエフェクタと接続される先端側接続体と、
    　前記第１手首リンクに回転動力を付与する駆動源、及び、前記第１手首リンクの回転に前記第２手首リンクと前記先端側接続体を連動させる連動装置を有する手首駆動装置とを備え、
    　前記第１手首軸、前記第２手首軸、及び前記第３手首軸の各軸の延伸方向は前記所定平面と平行であり、
    　前記第１手首軸から前記第２手首軸までの距離と前記第２手首軸から前記第３手首軸までの距離とが等しく、
    　前記連動装置が、前記第１手首軸と前記第３手首軸とが重なった状態から前記第１手首リンクが前記第１手首軸を中心として任意のα°回転したときに、前記第２手首リンクを前記第２手首軸を中心として－２α°回転させ且つ前記先端側接続体を前記第３手首軸を中心としてα°回転させる、
    ロボットアームの手首。
  2. 　先端部が所定平面内で移動する一対のロボットアームと、
    　前記ロボットアームの各々に対し設けられたエンドエフェクタと、
    　前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとを接続する、請求項１に記載の手首と、
    　前記ロボットアーム、前記エンドエフェクタ、及び前記手首の動作を制御するコントローラとを備える、
    双腕ロボット。
  3. 　前記コントローラは、両方の前記手首の前記第２手首軸の間に、両方の前記手首の前記第１手首軸が位置するように、前記手首を動作させる、
    請求項２に記載の双腕ロボット。
  4. 　前記コントローラは、両方の前記手首の前記第１手首軸の間に、両方の前記手首の前記第２手首軸が位置するように、前記手首を動作させる、
    請求項２に記載の双腕ロボット。
  5. 　前記コントローラは、両方の前記手首の前記第１手首軸と前記第２手首軸とを結ぶ直線が平行となるように、前記手首を動作させる、
    請求項２に記載の双腕ロボット。
  6. 　前記ロボットアームは、第１リンクと、前記第１リンクの先端部において当該第１リンクの上下の一方に基端部が接続された第２リンクとを有し、
    　前記手首の前記基端側接続体に前記駆動源が取り付けられて、前記駆動源が前記第２リンクよりも上下の前記一方に位置する、
    請求項２～５のいずれか一項に記載の双腕ロボット。
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