JP2014037044A - 両持ち式のアーム部材を備えた多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト鋳造により両持ち式のアーム部材を作成する。
【解決手段】互いに平行な二つの突出部（１１、１２）からなるＵ字形状部分（１０）を備えた第一アーム部材（Ａ１）と、Ｕ字形状部分の二つの突出部に両持ち式に回動可能に連結された第二アーム部材（Ａ２）とを含む多関節ロボット（１）において、第一アーム部材は、Ｕ字形状部分の二つの突出部の間で且つ第二アーム部材の回動軸線に対して垂直な平面において分割される二つの半型部分（３１、３２）から形成されている。さらに、第一アーム部材は二つの半型部分を互いに結合させる結合部（４５ａ、４５ｂ）を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、両持ち式のアーム部材を備えた多関節ロボットに関する。

複数の関節を備えた多関節ロボットが広範に使用されている。一般的な多関節ロボットは、Ｕ字形状部分を備えた第一アーム部材と、Ｕ字形状部分に回動可能に連結された第二アーム部材とを有している。このような、いわゆる両持ち式のアーム部材は、特許文献１、特許文献２および特許文献３にも開示されている。

ところで、多関節ロボットの第一アーム部材および第二アーム部材は鋳造、例えば砂型鋳造、グラビティ鋳造またはダイカスト鋳造により作成されている。これらのうち、ダイカスト鋳造は特に寸法精度および安定性に優れ、また安価な量産が可能であるので、広く用いられている。

特開平７−１２４８８６号公報 特公平６−３０８５２号公報 特開２０１１−５６３５号公報

図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）はダイカスト鋳造で用いられる金型の断面図である。図１４（Ａ）に示されるように、二つの金型Ｂ１、Ｂ２の間に鋳物Ｃ０が形成されると、金型Ｂ１、Ｂ２をそれぞれの型開き方向に移動させて開放し、鋳物Ｃ０が取出される。これに対し、図１４（Ｂ）においては、鋳物Ｃ０にアンダーカット部分Ｃ１、Ｃ２が設けられている。このため、アンダーカット部分Ｃ１、Ｃ２が障害となり、一方の金型Ｂ２をその型開き方向に開放させられず、従って、鋳物Ｃ０を取出すことができない。

図１５は多関節ロボットの第一アーム部材を作成する金型の断面図である。Ｕ字形状部分を備えた第一アーム部材Ａ１を作成する際に、図１５に示される金型の型開き方向が回動軸線の方向と同じである場合がある。しかしながら、この場合には、第一アーム部材Ａ１のＵ字形状部分がアンダーカット部分に相当する。このため、金型Ｂ１、Ｂ２を開放させられず、第一アーム部材Ａ１を取出すことができない。

また、ロボットは、動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト、ならびに線条体、例えば配線および配管をアーム部材内側の中空部分に格納している。その理由は、動力伝達要素や線条体が外部に露出するのを防止するためである。しかしながら、中空部分の形状によっては、その中空部分がアンダーカット部分に相当し、アーム部材を金型から取出せない場合もある。

このような理由から、特にロボットのアーム部材を作成する際には、ダイカスト鋳造ではなく、砂型鋳造を採用することが多い。しかしながら、砂型鋳造においては、鋳造後に砂型を破壊して砂を掻き出す必要がある。このため、砂型鋳造では手間が掛かり、また、作成費用の増加につながる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、両持ち式のアーム部材を作成する場合であってもダイカスト鋳造により作成することのできる多関節ロボットを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、互いに平行な二つの突出部からなるＵ字形状部分を備えた第一アーム部材と、前記Ｕ字形状部分の二つの突出部に両持ち式に回動可能に連結された第二アーム部材とを含む多関節ロボットにおいて、前記第一アーム部材は、前記Ｕ字形状部分の前記二つの突出部の間で且つ前記第二アーム部材の回動軸線に対して垂直な平面において分割される二つの半型部分から形成されており、前記第一アーム部材は前記二つの半型部分を互いに結合させる結合部を含む、多関節ロボットが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記半型部分のそれぞれは、前記平面に対して平行な追加平面において分割される二つの下位半型部分から形成されており、前記半型部分のそれぞれは、前記二つの下位半型部分を互いに結合させる追加結合部を含む。

１番目の発明においては、Ｕ字形状部分を備えた第一アーム部材を前述した平面で分割した半型部分を作成している。アンダーカット部分を含まないように金型を配置することにより、これら半型部分をダイカスト鋳造により作成し、第一アーム部材を作成することができる。つまり、本発明においては、砂型鋳造を行う必要がないので、作成費用を抑えつつ、高品質のアーム部材を備えたロボットを安価に量産することができる。
２番目の発明においては、半型部分が二つの下位半型部分から構成されるので、さらに複雑な形状の第一アーム部材を容易かつ安価に作成することができる。

本発明に基づく多関節ロボットの斜視図である。 本発明の第一の実施形態に基づく第一アーム部材の正面図である。 第一アーム部材を構成する一方の半型部分の金型の断面図である。 第一アーム部材を構成する二つの半型部分の斜視図である。 本発明の第二の実施形態に基づく第一アーム部材の正面図である。 第二アーム部材を構成する一つの下位半型部分の金型の断面図である。 第二アーム部材を構成する他の下位半型部分の金型の断面図である。 第二アーム部材を構成する四つの下位半型部分の斜視図である。 第一アーム部材の斜視図である。 図９の線Ａ−Ａに沿ってみた部分斜視図である。 或る実施形態における第一アーム部材および第二アーム部材の断面図である。 他の実施形態における第一アーム部材および第二アーム部材の断面図である。 さらに他の実施形態における第一アーム部材および第二アーム部材の断面図である。 （Ａ）ダイカスト鋳造で用いられる金型の断面図である。（Ｂ）ダイカスト鋳造で用いられる金型の他の断面図である。 多関節ロボットの第一アーム部材を作成する金型の断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく多関節ロボットの斜視図である。図１に示されるように、多関節ロボット１は複数のアーム部材を有している。これら複数のアーム部材のうちの、第一アーム部材Ａ１はＵ字形状部分１０を含んでいる。そして、第二アーム部材Ａ２が、第一アーム部材Ａ１のＵ字形状部分１０に回動可能に連結されている。なお、図１においては、第二アーム部材Ａ２の回動軸線Ｏが示されている。

図２は本発明の第一の実施形態に基づく第一アーム部材の正面図である。第一アーム部材Ａ１のＵ字形状部分１０は互いに平行な二つの突出部１１、１２から構成されている。図２においては、これら突出部１１、１２の間の中心に平面Ｐ１が示されている。この平面Ｐ１は、第二アーム部材Ａ２の回動軸線Ｏ（図１を参照されたい）に対して概ね垂直に延びている。第一アーム部材Ａ１が平面Ｐ１で分割された二つの部分を半型部分３１、３２と呼ぶ。

図３は第一アーム部材を構成する一方の半型部分の金型の断面図であり、第一の実施形態においては、ダイカスト鋳造により半型部分３１、３２を作成する。図３には、一方の半型部分３１の金型Ｂ１、Ｂ２が示されている。金型Ｂ１、Ｂ２の間の界面は突出部１１の内壁に対応した位置にある。このように金型Ｂ１、Ｂ２を配置した場合には、半型部分３１にアンダーカット部分が発生しない。従って、回動軸線Ｏと同じ方向に金型Ｂ１、Ｂ２を開いて半型部分３１を取出すことができる。他方の半型部分３２についても同様である。

これにより、図４に示されるように二つの半型部分３１、３２が作成される。図４から分かるように、半型部分３１、３２のそれぞれには、内部に動力伝達要素および線条体を格納するための凹部が形成されている。これら半型部分３１、３２を組付けると、第一アーム部材Ａ１が作成され、前述した凹部が第一アーム部材Ａ１の内部に中空部分を形成する。

図５は本発明の第二の実施形態に基づく第一アーム部材の正面図である。図５においては、前述した平面Ｐ１に加えて、突出部１１、１２の概ね中間部分を通る追加平面Ｐ２、Ｐ３がそれぞれ示されている。図から分かるように、これら追加平面Ｐ２、Ｐ３は平面Ｐ１に対して平行である。第一アーム部材Ａ１が平面Ｐ１および追加平面Ｐ２、Ｐ３で分割された四つの部分を下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂと呼ぶ。なお、二つの下位半型部分４１ａ、４１ｂは半型部分３１に相当し、二つの下位半型部分４１ｃ、４１ｄは半型部分３２に相当することが分かるであろう。

図６は第二アーム部材を構成する一つの下位半型部分の金型の断面図であり、第二の実施形態においてはダイカスト鋳造により下位半型部分４１ａを作成する。図６には、一方の下位半型部分４１ａの金型Ｂ３、Ｂ４が示されている。金型Ｂ３、Ｂ４の間の界面は突出部１１の内壁に対応した位置にある。このように金型Ｂ３、Ｂ４を配置した場合には、下位半型部分４１ａにアンダーカット部分が発生しない。従って、回動軸線Ｏと同じ方向に金型Ｂ３、Ｂ４を開いて下位半型部分４１ａを取出すことができる。他方の下位半型部分４２ａについても同様である。

図７は第二アーム部材を構成する別の下位半型部分の金型の断面図であり、第二の実施形態においては、ダイカスト鋳造により下位半型部分４１ｂを作成する。図７には、他方の下位半型部分４１ｂの金型Ｂ５、Ｂ６が示されている。金型Ｂ５、Ｂ６の間の界面は突出部１１の略中心に対応した位置にある。このように金型Ｂ５、Ｂ６を配置した場合には、下位半型部分４１ｂにアンダーカット部分が発生しない。従って、回動軸線Ｏと同じ方向に金型Ｂ５、Ｂ６を開いて下位半型部分４１ｂを取出すことができる。他方の下位半型部分４２ｂについても同様である。

これにより、図８に示されるように四つの下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂが作成される。図８から分かるように、下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂのそれぞれには、内部に動力伝達要素および線条体を格納するための中空部または凹部が形成されている。これら下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを組付けると、第一アーム部材Ａ１が作成され、前述した凹部が第一アーム部材Ａ１の内部に中空部分を形成する。

図９は第一アーム部材の斜視図である。図９に示される第一アーム部材Ａ１は下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂから作成されている。ここで、下位半型部分４２ａおよび下位半型部分４２ｂは、短尺ボルト４５ａにより互いに結合されている。下位半型部分４１ａおよび下位半型部分４１ｂも同様である。さらに、下位半型部分４１ａおよび下位半型部分４２ａは長尺ボルト４５ｂにより互いに接続されている。これら短尺ボルト４５ａおよび長尺ボルト４５ｂは結合部としての役目を果たす。

なお、半型部分３１、３２も同様に組付けられて第一アーム部材Ａ１が作成されるものとする。ただし、この場合には、長尺ボルト４５ｂが使用されることに留意されたい（図４参照）。

図１０は図９の線Ａ−Ａに沿ってみた部分斜視図である。図１０に示されるように、下位半型部分４１ａおよび下位半型部分４２ａの間の連結部分には位置決めピン４７が設けられている。これら位置決めピン４７によって位置決め精度を高めることができる。さらに、図面には示さないものの、下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの各連結面にシール部材、例えばＯリング、パッキンを配置するか、または連結面にシール剤を塗布してもよい。これにより、ロボットの第一アーム部材Ａ１に防水機能を付与することができる。

このように本発明においては、両持ち式の第一アーム部材Ａ１をダイカスト鋳造により作成することができる。つまり、本発明においては、砂型鋳造を行う必要がないので、作成費用を抑えつつ、高品質のアーム部材Ａ１を備えた多関節ロボット１を安価に量産することができる。

このように第一の実施形態においては、Ｕ字形状部分を備えた第一アーム部材Ａ１を前述した平面Ｐ１で分割した半型部分３１、３２を作成している。アンダーカット部分を含まないように金型を配置することにより、これら半型部分３１、３２をダイカスト鋳造により作成し、第一アーム部材Ａ１を作成することができる。

また、第二の実施形態においては、例えば一方の半型部分３１が二つの下位半型部分４１ａ、４１ｂから構成される。従って、さらに複雑な形状の第一アーム部材Ａ１を容易かつ安価に作成できるのが分かるであろう。

図１１は或る実施形態における第一アーム部材および第二アーム部材の断面図である。図１１に示されるように、第一アーム部材Ａ１の一方の突出部１１に減速機５１を配置する。そして、他方の突出部１２には、ベアリング５２を配置する。このような構成により、第二アーム部材Ａ２を突出部１１、１２の間に挟込んで、第二アーム部材Ａ２を突出部１１に減速機５１およびベアリング５２によって回動可能に支持することができる。このような両持ち構造にした場合には、片持ち構造にした場合よりも関節軸における剛性を高められる。従って、多関節ロボット１の先端の位置精度を高めることが可能である。

なお、防水機能を有する多関節ロボット１の場合には、図１１に示されるように、ベアリング５２の周りにオイルシール５３を配置するか、またはベアリング５２に防水機能を付与してもよい。これにより、関節軸から多関節ロボット１内部に水が浸入するのを防止することができる。

また、図１１においては、モータＭがＵ字形状部分１０の下方に配置されている。そして、モータＭの出力軸は、突出部１１内部に配置された動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト５５によって減速機５１に接続されている。ところで、一般的には多関節ロボット１の位置精度を向上させるためにギヤおよびベルト５５の位置を微調整する必要がある。図８等を参照して説明したように第一アーム部材Ａ１が四つの下位半型部分４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂから作成されている場合には、例えば外側の下位半型部分４１ｂのみを取外せば、ギヤおよびベルト５５に容易にアクセスすることができる。従って、本発明においては、ギヤおよびベルト５５の位置の調整作業の効率を高めることが可能である。

さらに、図１１においては、線条体５７、例えば第二アーム部材Ａ２よりも先端側に配置されるモータ（図示しない）のためのケーブルまたは多関節ロボット１の先端に位置するハンド（図示しない）を駆動するためのエアチューブが示されている。このような線条体５７は第二アーム部材Ａ２からベアリング５２を通じて第一アーム部材Ａ１の突出部１２の内部を通過するよう配置される。従って、線条体５７が多関節ロボット１の外部に露出するのを避けられる。また、このような線条体５７の配置作業は、例えば外側の下位半型部分４２ｂのみを取外すことにより行うことができる。従って、本発明においては、線条体５７の配置作業の効率を高めることが可能である。

さらに、中空構造の減速機５１を採用した場合には、線条体５７を突出部１１側に配置することもできる。そのような場合には、線条体５７と前述した動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト５５とが同一の突出部１１内に配置される。従って、外側の一つの下位半型部分４１ｂを取外すことのみで、ギヤおよびベルト５５の位置の調整作業と線条体５７の配置作業との両方を行うことができる。

図１２は他の実施形態における第一アーム部材および第二アーム部材の断面図である。図１２においては、二つのモータＭ１、Ｍ２がＵ字形状部分１０の下方に配置されている。そして、一方のモータＭ１の出力軸は、突出部１１内部に配置された動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト５５によって減速機５１に接続されている。また、他方のモータＭ２の出力軸は、突出部１２内部に配置された動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト５６によって第二アーム部材Ａ２内の被駆動部に接続されている。このような構成においても、中空構造の減速機５１を採用することにより、動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト５５、５６とを同一の突出部１１内に配置することが可能である。そのような場合にも、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。

図１３はさらに他の実施形態における第一アーム部材および第二アーム部材の断面図である。図１３においては、モータＭが第二アーム部材Ａ２内に配置されており、減速機５１に直結されている。このような場合には、動力伝達要素、例えばギヤおよびベルト５５を突出部１１内部の空間から排除することができる。

１ 多関節ロボット
１０ Ｕ字形状部分
１１、１２ 突出部
３１、３２ 半型部分
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ 下位半型部分
４５ａ 短尺ボルト（結合部）
４５ｂ 長尺ボルト（結合部）
４７ 位置決めピン（結合部）
５１ 減速機
５２ ベアリング
５３ オイルシール
５５、５６ ベルト
５７ 線条体
Ａ１ 第一アーム部材
Ａ２ 第二アーム部材
Ｂ１〜Ｂ６ 金型
Ｐ１ 平面
Ｐ２、Ｐ３ 追加平面

Claims (2)

1. 互いに平行な二つの突出部からなるＵ字形状部分を備えた第一アーム部材と、前記Ｕ字形状部分の二つの突出部に両持ち式に回動可能に連結された第二アーム部材とを含む多関節ロボットにおいて、
   前記第一アーム部材は、前記Ｕ字形状部分の前記二つの突出部の間で且つ前記第二アーム部材の回動軸線に対して垂直な平面において分割される二つの半型部分から形成されており、
   前記第一アーム部材は前記二つの半型部分を互いに結合させる結合部を含む、多関節ロボット。
2. 前記半型部分のそれぞれは、前記平面に対して平行な追加平面において分割される二つの下位半型部分から形成されており、
   前記半型部分のそれぞれは、前記二つの下位半型部分を互いに結合させる追加結合部を含む、請求項１に記載の多関節ロボット。

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