JP2014046397A

JP2014046397A - エンドエフェクタ取付部に装着されるカバーを有する多関節ロボット

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Publication number: JP2014046397A
Application number: JP2012191281A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Watanabe; 秀之渡辺
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-17
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: US20140060236A1; CN103659830A; JP5580378B2; CN103659830B; US9073218B2; DE102013014262B4; DE102013014262A1

Abstract

【課題】ロボットのエンドエフェクタ取付部を衛生的に維持することを可能にする多関節ロボットを提供する。
【解決手段】多関節ロボットは、エンドエフェクタを受容可能であるとともに動力をエンドエフェクタに伝達する減速機を手首部に備えている。減速機は、固定要素によって手首部に固定される固定部と、固定部に対して回動可能な回動部と、回動部の周囲に設けられる封止要素と、を有している。減速機の固定部にはカバーが取付けられており、このカバーによって固定要素及び封止要素が被覆されている。カバーは、固定要素によって形成される凸部又は凹部を平坦化するようになっている。
【選択図】図３

Description

本発明は多関節ロボットに関する。

食品又は医薬品等の製造ラインにおいて使用される産業用多関節ロボットは衛生的であることが望ましい。衛生状態を維持するために、ロボットは薬液又は水によって定期的に洗浄される。ところが、ロボットの構成部品の表面に凹凸があると、異物が付着したり、薬液が残留したりする場合がある。このような問題を防止するために、相対運動する部品間をラビリンス構造にすることが考えられる。例えば特許文献１は、産業用ロボットにおいて、駆動側の旋回テーブルと固定側のホルダとの間に防水構造を形成することを提案している。

アームの先端部はロボットが製品に最も接近する箇所であり、とりわけ衛生的である必要がある。しかしながら、アームの先端部に取付けられるエンドエフェクタは、用途に応じて使用者によって選択される部材であってその構成は多種多様である。それ故に、アームの先端部とエンドエフェクタとの間をラビリンス構造になるよう予め形成することは困難である。

特開昭６３−１２３６８８号公報

ロボットのエンドエフェクタ取付部を衛生的に維持することを可能にする多関節ロボットが望まれている。

本願の１番目の発明によれば、アームと、該アームの末端に形成される手首部と、該手首部に設けられていてエンドエフェクタを受容可能であるとともに動力を前記エンドエフェクタに伝達する減速機と、を備える多関節ロボットであって、前記減速機は、固定要素によって前記手首部に固定される固定部と、該固定部に対して回動可能な回動部と、前記回動部の周囲に設けられる封止要素と、を有しており、前記固定要素によって前記固定部に形成される凸部又は凹部を被覆するとともに、前記封止要素が外部空間に露出しないように前記封止要素を被覆するカバーが、前記減速機の前記固定部に取付けられる、多関節ロボットが提供される。

本願の２番目の発明によれば、１番目の発明において、弾性変形可能なシートが前記カバーと前記減速機との間に介在する、多関節ロボットが提供される。

本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明において、前記カバーが前記固定要素とは別個の第２の固定要素によって前記減速機の前記固定部に取付けられており、前記第２の固定要素によって形成される第２の凹部を閉塞するように前記第２の凹部に対して相補形状を有する閉塞要素が前記第２の凹部に設けられる、多関節ロボットが提供される。

前述した１番目の発明においては、減速機に取付けられるカバーによって、減速機を固定するための固定要素によって形成される凸部又は凹部が被覆される。それにより、エンドエフェクタ取付部の表面が平坦化される。その結果、エンドエフェクタ取付部に異物が付着したり、洗浄用の薬液が残留するのを防止できる。さらに、１番目の発明においては、封止要素がカバーによって被覆されており、封止要素が外部空間に露出しないようになっている。それにより、ロボットを高圧洗浄する際に封止要素が高圧の洗浄液に直接曝露されなくなるので、封止要素の破損を防止できる。また、封止要素が異物に直接接触するのを防止できる。

前述した２番目の発明においては、カバーと減速機との間に弾性変形可能なシートが設けられる。カバーを減速機に取付けるための締結力によって圧縮された状態で設けられている。このようなシートによれば、シートの復元力の作用によって、カバーと減速機との間に形成される間隙が密閉される。それにより、異物が間隙を通って減速機の内部に進入したり、異物が間隙に堆積したりするのを防止できる。

前述した３番目の発明においては、カバーを減速機に取付けるための第２の固定要素によって形成される凹部が閉塞要素によって閉されるので、カバーの表面が平坦化される。それにより、カバーの表面に異物が付着したり、薬液が残留したりするのを防止できる。

本発明を適用可能な多関節ロボットの例を示す概略断面図である。図１の領域ＩＩを拡大して示す部分拡大図である。第１の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す分解斜視図である。第１の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す斜視図である。第１の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す断面図である。図３〜図５のエンドエフェクタ取付部に取付けられるカバーを示す斜視図である。第２の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す分解斜視図である。第２の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す断面図である。第３の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す斜視図である。第３の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の各構成要素は、本発明の理解を助けるためにその縮尺が実用的な形態から変更されている場合があることに留意されたい。

図１は、本発明を適用可能な多関節ロボット１０の例を示す概略断面図である。多関節ロボット１０は一般的なタイプの産業用ロボットである。ロボット１０は、設置面に設置されるベース１２と、ベース１２に対して関節３０を介して連結される回転テーブル２０と、基端において関節３２を介して、回転テーブル２０の一縁から概ね直角に延びる延長部２０ａに連結されるとともに末端において関節３４を有する第１のアーム２２と、関節３４を介して第１のアーム２２に連結される第２のアーム２４と、関節３６を介して第２のアーム２４に連結される第３のアーム２６と、第３のアーム２６の末端に形成される手首部１４と、を備えている。各関節３０，３２，３４，３６は、減速機５０，５２，５４，５６を介してモータ４０，４２，４４，４６によって軸線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の回りに回動されるようになっている。このようなロボット１０の構成及び動作の態様は周知であるので、本明細書においては詳細な説明を省略する。

図２は、図１において破線で囲まれる領域ＩＩを拡大して示す部分拡大図である。すなわち、図２は関節３２及びその周囲を拡大して表している。減速機５２は、ボルト６０によって第１のアーム２２に固定される固定部５２ａと、固定部５２ａに対して回動可能な回動部５２ｂと、回動部５２ｂの周囲に設けられるリング状の封止要素６２と、を有している。回動部５２ｂは、図示されないものの、モータ４２に連動して回動するようモータ４２の出力軸に連結される入力部と、入力部に対して所定の減速比で回動する出力部と、をさらに有している。減速機５２の出力部は回転テーブル２０の延長部２０ａに連結されており、それにより関節３２は、軸線Ｘ２の回りに回動するようになっている。封止要素６２は、減速機５２の回動部５２ｂが回動するのを妨げることなく、防塵性ないし防水性を付与する公知の封止要素である。

図２から分かるように、回転テーブル２０の延長部２０ａのうち、ボルト６０の頭部６０ａに対向する表面には、頭部６０ａの反対側に向かって窪んだ凹所２０ｂが形成されている。これら凹所２０ｂは、ボルト６０の頭部６０ａに対して相補的形状を有している。また、延長部２０ａの上縁２０ｃ及び下縁２０ｄは、それぞれボルト６０の頭部６０ａの側面に沿って延在している。このように、回転テーブル２０の延長部２０ａは、減速機５２の固定部５２ａとの間にラビリンス構造を形成している。このようなラビリンス構造によれば、ボルト６０の頭部６０ａによって減速機５２の固定部５２ａに形成される凸部が被覆され、凸部が外部空間に露出されないようになっている。換言すると、減速機５２の固定部５２ａの外表面が平坦化される。ロボット１０の構成部品の表面が平坦化されることは、異物の付着、洗浄用の薬液の残留を防止できる点において有利である。図示される延長部２０ａの上縁２０ｃ及び下縁２０ｄをボルト６０の側面に沿ってさらに延長して、減速機５２の固定部５２ａの側面が全体にわたって被覆されるようにしてもよい。

さらに、封止要素６２は、回転テーブル２０の延長部２０ａによって被覆されていて、外部空間に露出されないようになっている。それにより、ロボット１０を高圧洗浄する際に、封止要素６２が洗浄液に直接的に暴露されるのを防止する。したがって、このような構造によれば、洗浄液が減速機５２内部に進入するのを防止できるとともに封止要素６２が破損して封止作用が損なわれるのを防止できる。

図１を再び参照して、ベース１２から最も遠位側に位置する第３のアーム２６の先端に設けられる手首部１４について説明する。手首部１４は、軸線Ｘ５の回りに回動可能な関節７０と、軸線Ｘ５に対して直交する軸線Ｘ６の回りに回動可能な関節７２と、を有している。関節７０は、図示されない減速機を介して同じく図示されないモータによって回動される。関節７２は、減速機５８を介して図示されないモータによって回動される。図示されない減速機及びモータは、例えば第３のアーム２６の内部又は手首部１４に設けられていて軸線Ｘ５回りに回動するケーシング１６の内部に収容されている。手首部１４の末端に配置される減速機５８は、モータによって発生される動力を図示されないエンドエフェクタに伝達する作用を有する。減速機５８は、種々のエンドエフェクタ、例えばワークを把持するための把持手段又はセンサ等の作業ツールを受容可能なエンドエフェクタ取付部８０として作用する。したがって、エンドエフェクタが手首部１４に装着されると、エンドエフェクタは、減速機５８を介してモータによって軸線Ｘ６の回りに回動されるようになっている。

図３は、第１の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部８０を示す分解斜視図であり、図４は、エンドエフェクタ取付部８０を示す斜視図であり、図５は、エンドエフェクタ取付部８０を示す断面図である。エンドエフェクタ取付部８０は、モータの動力を所定の減速比でエンドエフェクタに伝達する減速機５８と、４本のボルト８２によって減速機５８に取り付けられるカバー１００と、を備えている。

減速機５８は、固定要素、例えばボルト８４によってケーシング１６に固定される固定部５８ａと、固定部５８ａに対して回動可能な回動部５８ｂと、回動部５８ｂの周囲に設けられる封止要素８６と、を有している。減速機５８の固定部５８ａは、周方向に所定間隔を空けた複数の箇所においてボルト８４によって固定される。減速機５８の固定部５８ａには、カバー１００を固定するためのボルト８２を受容するねじ穴８８が周方向に所定間隔を空けて形成されている。封止要素８６は、図３及び図５において黒色で塗り潰されたリング状の部材である。

図６は、図３のエンドエフェクタ取付部８０に取り付けられるカバー１００を示す斜視図である。図６は、エンドエフェクタ取付面として作用するカバー１００の概ね平坦な表面１００ａとは反対側の背面１００ｂから見た図である。カバー１００は、円形の輪郭を有する外周面１００ｃを有している。カバー１００は、外周面１００ｃから半径方向内側に延在する外周部１０２と、表面１００ａに向かって窪んでいて外周部１０２よりも薄肉の内周部１０４と、を有するリング状の部材である。内周部１０４の中心部には減速機５８の回動部５８ｂが突出するように中心穴１０６が形成されている。外周部１０２には、貫通穴１１０が周方向に所定間隔を空けて形成されており、カバー１００を減速機５８に固定するためのボルト８２がこれら貫通穴１１０に挿入されるようになっている。さらに、カバー１００の外周部１０２には、周方向に所定間隔を空けて複数の凹所１１２が形成されている。これら凹所１１２は、減速機５８をケーシング１６に固定するためのボルト８４の位置に対応する位置に形成されている。凹所１１２は、ボルト８４の頭部８４ａに対して相補形状を有していて、頭部８４ａの反対側に向かって窪んでいる。それにより、カバー１００がエンドエフェクタ取付部８０に取付けられた状態において、減速機５８の固定部５８ａから突出するボルト８４の頭部８４ａが凹所１１２内に収容されるようになっている。

図４及び図５に示されるように、カバー１００が減速機５８に取付けられると、カバー１００は固定部５８ａの外表面を被覆する。一方、減速機５８の回動部５８ｂは、カバー１００の中心穴１０６から延出する。また、カバーの外周面１００ｃは、図５に示されるようにボルト８４の頭部８４ａの側面まで延在している。それにより、ボルト８４の頭部８４ａの側面がカバー１００によって被覆される。このように、減速機５８を固定するためのボルト８４のうち、減速機５８から外部空間に突出する部分は、カバー１００によって被覆されている。そして、外部空間に露出するカバー１００の表面１００ａ及び外周面１００ｃは概ね平坦ないし円滑である。より厳密に述べると、カバー１００の表面１００ａは、図４に示されるようにボルト８２の取付箇所を除いて平坦である。すなわち、外部空間に露出するエンドエフェクタ取付部８０の表面に形成される凹凸を最小限に抑制できる。このように、本実施形態におけるロボット１０によれば、減速機５８を固定するためのボルト８４によって減速機５８の固定部５８ａの表面に凸部が形成されるにもかかわらず、カバー１００によって、外部空間に対して露出する表面を概ね平坦化ないし円滑化できる。したがって、エンドエフェクタ取付部８０の表面に異物が付着したり、薬液が残留したりするのを防止できる。

また、図５から分かるように、カバー１００の内周部１０４は、減速機５８の回動部５８ｂの周囲に設けられる封止要素８６の外表面を被覆する。したがって、例えばロボット１０を高圧洗浄するときに、封止要素８６が高圧の洗浄液に直接曝露されるのを防止できる。それにより、洗浄液が封止要素８６を通過して減速機５８の内部に進入するのを防止できる。また、洗浄液の圧力によって封止要素８６が破損するのを防止できる。さらに、封止要素８６が異物に直接接触するのも防止できる。このように、封止要素８６は、カバー１００によって耐久性が向上するとともに衛生的に維持されるようになる。

なお、図示された実施形態においては、ボルト８４の頭部８４ａが減速機５８の固定部５８ａから突出している。しかしながら、減速機５８の固定部５８ａをケーシング１６に固定した際に、ボルト８４によって固定部５８ａの表面に凹部が形成される場合にも本実施形態を応用できる。その場合、図示された実施形態においてカバー１００の外周部１０２に形成された凹所１１２の代わりに、カバー１００の表面１００ａとは反対側に向かって突出する突出部が形成されるようにカバー１００の形状を変更すればよい。そして、これら突出部がボルト８４によって形成される凹部に収容されるようにすれば、エンドエフェクタ取付部８０の表面が平坦化される。

エンドエフェクタ取付部は、図２に関連して説明したアームと減速機との間の組付構造とは異なり、ラビリンス構造にすることは困難である。すなわち、エンドエフェクタの形状は、使用者によって選択されるエンドエフェクタの種類に依存するので、予めラビリンス構造にすることは困難である。しかしながら、本実施形態によれば、エンドエフェクタ取付部の表面を平坦化ないし円滑化するカバーを採用することによって、エンドエフェクタ取付部の表面における異物の付着及び薬液の残留を防止できるとともに、封止要素８６の破損を防止できる。したがって、衛生状態を維持できる信頼性の高いロボットが提供される。

続いて、前述した実施形態とは異なる本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、既に述べた内容と重複する事項については説明を適宜省略する。また、同一又は対応する構成要素には同一の参照符号が使用される。

図７は、第２の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部８０’を示す分解斜視図である。図８は、エンドエフェクタ取付部８０’を示す断面図である。本実施形態においては、減速機５８とカバー１００との間に、弾性変形可能なシート１２０が介在している。シート１２０は、リング状のシート本体１２０ａと、シート本体１２０ａから半径方向外側に向かって概ね逆Ｕ字状に突出する突出部１２０ｂと、を有している。シート本体１２０ａは、減速機５８の回動部５８ｂに対して同心に配置される。シート１２０の突出部１２０ｂは、減速機５８をケーシング１６に固定するためのボルト８４の本数と同じ数だけ、ボルト８４と同じ間隔を空けて形成されている。そして、それら突出部１２０ｂは、シート１２０及びカバーが減速機５８に組付けられるときに、ボルト８４の頭部８４ａの外表面にわたって延在するように位置合わせされる（図８参照）。

カバー１００を減速機５８に固定するためにボルト８２によって付与される締結力によって、シート１２０にはその肉厚方向に圧縮力が作用している。それにより、圧縮された状態のシート１２０は、復元力の作用によって、減速機５８とボルト８４との間の間隙を密閉する作用を有する。このように、本実施形態によれば、シート１２０によって減速機５８とボルト８４との間の間隙が閉塞されるので、異物がそのような間隙を通って減速機５８の内部に進入したり、異物が間隙に堆積したりするのを防止できる。

図９は、第３の実施形態に係るロボットのエンドエフェクタ取付部８０’’を示す斜視図である。図１０は、エンドエフェクタ取付部８０’’を示す断面図である。図９と図４とを対比すると分かるように、本実施形態においては、カバー１００の貫通穴１１０内に挿通されたボルト８２によって形成される凹部が閉塞要素１３０によって閉塞されている。閉塞要素１３０は、例えば接着剤によって凹部に付与される。閉塞要素１３０は、凹部を閉塞してカバー１００の表面１００ａを平坦化するように凹部に対して相補形状を有している。このようにすれば、カバー１００を固定するためのボルト８２によって形成される凹部を平坦化できるので、これら凹部における異物の付着及び薬液の残留を防止できる。閉塞要素１３０の代わりに封止剤を凹部に充填することによって、凹部を閉塞するようにしてもよい。

以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０多関節ロボット
１４手首部
２６第３のアーム（アーム）
５８減速機
５８ａ固定部
５８ｂ回動部
８０エンドエフェクタ取付部
８２ボルト（第２の固定要素）
８４ボルト（固定要素）
８６封止要素
１００カバー
１２０シート
１３０閉塞要素

Claims

アームと、該アームの末端に形成される手首部と、該手首部に設けられていてエンドエフェクタを受容可能であるとともに動力を前記エンドエフェクタに伝達する減速機と、を備える多関節ロボットであって、
前記減速機は、固定要素によって前記手首部に固定される固定部と、該固定部に対して回動可能な回動部と、前記回動部の周囲に設けられる封止要素と、を有しており、
前記固定要素によって前記固定部に形成される凸部又は凹部を被覆するとともに、前記封止要素が外部空間に露出しないように前記封止要素を被覆するカバーが、前記減速機の前記固定部に取付けられる、多関節ロボット。
弾性変形可能なシートが前記カバーと前記減速機との間に介在する、請求項１に記載の多関節ロボット。
前記カバーが前記固定要素とは別個の第２の固定要素によって前記減速機の前記固定部に取付けられており、前記第２の固定要素によって形成される第２の凹部を閉塞するように前記第２の凹部に対して相補形状を有する閉塞要素が前記第２の凹部に設けられる、請求項１又は２に記載の多関節ロボット。