JP2014079863A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】保守作業が容易にできる産業用ロボットを提供する。
【解決手段】作業用ロボットは、第１回転軸を備えたモータユニット６０と、第１回転軸の回転運動に伴って直線運動をするボールねじ軸７２を備えたボールねじ７０と、プーリ５３を備えたモータユニット５０と、ボールねじ軸７２に対して平行に配置され、ボールねじ軸７２の直線運動に伴って直線運動をするとともに、プーリ５３の回転運動に伴って回転運動をするスプライン軸８２を備えたボールスプライン８０と、ボールねじ７０及びボールスプライン８０が挿通されるとともに、モータユニット５０、６０を支持する基台部３１とを備える。モータユニット６０は、基台部３１に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されて構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、産業用ロボットに関する。

自動車や電子部品等を生産する工場では、工場の自動化のために、産業用ロボットが用いられる。産業用ロボットの一例として、特許文献１には、水平方向に回動する複数のアームを有するスカラロボットが開示されている。

特許文献１に記載の産業用ロボットは、先端部が作業軸として構成されたボールスプライン軸と、このボールスプライン軸を往復運動させるボールねじとを有している。この産業用ロボットを用いる場合、モータの出力軸の回転運動がベルト等で伝達されることによって、ボールねじ軸が回転する。そして、ボールねじ軸の回転運動に伴って、ボールねじナットが鉛直方向に往復運動する。ボールねじナットは、連結プレートによって、ボールスプライン軸に連結されているため、ボールねじナットとともに、ボールスプライン軸も、鉛直方向に往復運動する。

しかしながら、特許文献１に記載の産業用ロボットでは、ボールねじ軸のトルクが、連結プレートを介してボールスプライン軸の上端に加わり、これにより、スプライン外筒を支点として、当該トルクに対する反力が、ボールスプライン軸の下端（先端部）に加わる。この結果、ボールスプライン軸の先端部に振れが生じ、産業用ロボットの作業精度が低下するおそれがある。

この問題に対して、特願２０１１−１４２２３４号明細書に記載の産業用ロボットでは、ボールねじ軸ではなく、ボールねじナットを回転させることで、ボールねじ軸を鉛直方向に往復運動させている。この産業用ロボットによれば、ボールねじ軸が回転しないため、ボールねじ軸のトルクが、連結プレートを介してボールスプライン軸の上端に加わることもなく、結果的に、ボールスプライン軸の先端部の振れを抑制できる。

特開２００３−１１７８７６号公報

このような作業用ロボットでは、一般に、保守作業等により、ボールねじナットを回転させるためのモータを交換することがある。しかしながら、特願２０１１−１４２２３４号明細書に記載の産業用ロボットの場合、ボールねじナットを回転させるための第１モータのモータハウジングは、ボールスプラインの構成部品を覆うスプラインカバーに一体的に連結されている。このため、第１モータの交換をするためには、スプラインカバーも取り外さなければならず、第１モータの交換に手間を要し、保守作業が煩雑なものとなっていた。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、保守作業が容易にできる産業用ロボットを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る産業用ロボットは、
第１回転軸を備えた第１モータユニットと、
前記第１回転軸の回転運動に伴って直線運動をするボールねじ軸を備えたボールねじと、
第２回転軸を備えた第２モータユニットと、
前記ボールねじ軸に対して平行に配置され、前記ボールねじ軸の直線運動に伴って直線運動をするとともに、前記第２回転軸の回転運動に伴って回転運動をするスプライン軸を備えたボールスプラインと、
前記ボールねじ及び前記ボールスプラインが挿通されるとともに、前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットを支持する基台部と、
を備え、
前記第１モータユニットは、前記基台部に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されて構成されていることを特徴とする。

前記基台部には、前記第１モータユニットを取り付けるために用いられる取付穴が形成され、
前記第１モータユニットの少なくとも一部は、前記取付穴に嵌め込まれる形状に形成され、
前記第１モータユニットが、前記取付穴に嵌め込まれることによって、前記第１モータユニットは、前記基台部に取り付けられていてもよい。

前記第１モータユニットは、動作時に生じる熱を放出するための放熱フィンを備えた放熱部を有していてもよい。

前記基台部に取り付けられ、前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットを覆うカバーを有し、
前記カバーには、前記放熱部が嵌め込まれる形状に形成された開口部が形成され、
前記カバーが、前記基台部に取り付けられた場合に、前記放熱部は、前記開口部に嵌め込まれて、外部に露出していてもよい。

前記第１モータユニットは、ステータと、前記ステータとの電磁相互作用により回転するロータと、を備えるモータ本体を有し、
前記モータ本体は、前記第１回転軸の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空モータから構成されることで、前記ボールねじの外周に配置されていてもよい。

前記第１モータユニットは、前記ロータの回転を検出するエンコーダを有し、
前記エンコーダは、前記第１回転軸の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空エンコーダから構成されることで、前記ボールねじの外周に配置されていてもよい。

前記第２モータユニットは、前記基台部に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されていてもよい。

前記第２モータユニットの前記第２回転軸の回転運動を、前記スプライン軸に伝達する回転伝達部材を備え、
前記回転伝達部材は、前記基台部内に収容されていてもよい。

前記回転伝達部材は、ベルトから構成されていてもよい。

本発明の産業用ロボットにおいては、第１モータユニットが、基台部に対して、脱着可能に取り付けられるようにユニット化されており、第２モータユニットとは別体のユニットとして構成されている。このため、基台部から、第１モータユニットを取り外して、第１モータユニットを容易に交換することができる。これにより、産業用ロボットの保守作業が容易になる。

本発明の実施形態に係る産業用ロボットを示す斜視図である。 産業用ロボットを示す側面図である。 第２アームを示す断面図である。 第２アームを示す分解斜視図である。 基台部及びその周辺の部材を示す断面図である。 基台部及びその周辺の部材を示す分解断面図である。 モータユニット等を示す分解断面図（その１）である。 モータユニット等を示す断面図（その１）である。 モータユニット等を示す分解断面図（その２）である。 モータユニット等を示す断面図（その２）である。 第２アームの要部を示す断面図である。 産業用ロボットの動作を説明するための側面図である。 産業用ロボットの動作を説明するための斜視図である。 産業用ロボットの動作を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る産業用ロボット１００について説明する。なお、図中のＸＹ平面は水平な面であり、図中のＺ軸の方向は鉛直方向である。

本実施形態の産業用ロボット１００は、図１に示すように、例えば、水平多関節型ロボット（スカラロボット）であり、アームベース１０と、第１アーム２０と、第２アーム３０と、ボールねじ７０と、ボールスプライン８０とを有する。産業用ロボット１００は、４つの運動軸Ｌ１〜Ｌ４について運動する。詳しくは、運動軸Ｌ１を回転軸として第１アーム２０がアームベース１０に対して回動し、運動軸Ｌ２を回転軸として第２アーム３０が第１アーム２０に対して回動する。また、ボールねじ７０のボールねじ軸７２は、運動軸Ｌ３に沿って往復運動（直線運動）をし、ボールスプライン８０のスプライン軸８２は、ボールねじ軸７２の往復運動とともに運動軸Ｌ４に沿って往復運動（直線運動）をする。また、運動軸Ｌ４を回転軸として順逆双方向の回転運動をする。

アームベース１０は、図２に示すように、第１アーム２０を回動可能に支持する部材で、モータユニット１１を有する。モータユニット１１は、例えば、ＡＣサーボモータから構成され、モータ本体１２と出力軸１３と減速機１４とエンコーダとを有する。

モータ本体１２には、ケーブル等を介して電力が供給される。モータ本体１２に電力が供給されることによって、モータ本体１２のロータが回転する。このロータの回転運動は、減速機１４によって所定の減速比で減速され、出力軸１３に出力される。出力軸１３は、第１アーム２０に接続されており、出力軸１３の回転とともに、第１アーム２０は、運動軸Ｌ１を回転軸として回動する。エンコーダは、出力軸１３の回転位置、回転量、又は回転速度等を検出する。モータユニット１１のエンコーダは、例えば、アブソリュートエンコーダから構成される。

第１アーム２０は、第２アーム３０を回動可能に支持する部材である。第１アーム２０は、図３に示すように、第１アーム本体２１と、ジョイントリング２２と、センターパイプ２３とを有する。

第１アーム本体２１は、略直方体形状に形成されている。第１アーム本体２１の先端（−Ｙ側の端部）には、略円筒形状に形成されたジョイントリング２２を介して、第２アーム３０が取り付けられている。

センターパイプ２３は、略円筒形状の部材である。センターパイプ２３は、ジョイントリング２２から上方（＋Ｚ方向）に突出する状態で、ジョイントリング２２に固定されている。このセンターパイプ２３には、第２アーム３０内のモータユニット５０、６０等に信号や電力を供給するための配線が通される。

第２アーム３０は、図１に示すように、基台部３１と、基台部３１の上方を覆うカバー３６Ｒ、３６Ｌとを有する。また、第２アーム３０は、図４に示すように、モータユニット４０、モータユニット５０（第２モータユニット）、及びモータユニット６０（第１モータユニット）を有する。

基台部３１は、モータユニット４０、５０、６０等を支持する部材である。基台部３１には、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、Ｙ軸方向に沿って、４つの孔部３２、３３、３４、３５が形成されている。孔部３２、３３、３４、３５は、いずれもＺ軸方向に貫通して形成されている。

孔部３２は、基台部３１の＋Ｙ側の端部近傍に形成されている。孔部３２の−Ｚ側の開口には、凹部３２ａが形成されている。この凹部３２ａには、モータユニット４０の減速機４９が嵌め込まれる。また、孔部３２の＋Ｚ側の開口には、凹部３２ｂが形成されている。この凹部３２ｂには、図４に示すように、モータユニット４０のステータユニット４１が嵌め込められる。

カバー３６Ｒ、３６Ｌは、図１に示すように、基台部３１の上側（＋Ｚ側）に配置されている。カバー３６Ｒ、３６Ｌは、モータユニット４０、５０、６０を保護する部材である。カバー３６Ｒ及びカバー３６Ｌは、ＹＺ平面に対して、左右対称の形状となるように形成されている。また、カバー３６Ｒの側面（＋Ｘ側の面）には、開口部３６ａが形成されている。開口部３６ａは、Ｚ軸方向を長手方向とする長方形状に形成されている。開口部３６ａには、モータユニット６０の放熱部６６Ｒが嵌め込まれる。開口部３６ａに嵌め込まれた放熱部６６Ｒは、外部に露出する。同様に、カバー３６Ｌの側面（−Ｘ側の面）にも、開口部が形成されている。カバー３６Ｌの開口部は、カバー３６Ｒの開口部３６ａと同じように、Ｚ軸方向を長手方向とする長方形状に形成されている。カバー３６Ｌの開口部には、後述するモータユニット６０の放熱部６６Ｌが嵌め込まれる。

モータユニット４０は、基台部３１を回動させるために用いられる。モータユニット４０は、図３に示すように、運動軸Ｌ３の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空モータから構成されている。モータユニット４０は、図６に示すように、ステータユニット４１と、ロータ４８と、減速機４９とを有する。

ステータユニット４１は、基台部３１の孔部３２に形成された凹部３２ｂに、脱着可能に取り付けられる部材である。ステータユニット４１は、ステータ本体４１ａと、ステータハウジング４２と、プーリ４３と、エンコーダ４４と、エンコーダブラケット４５と、ベルト４６とを有し、これらがユニット化されて構成されている。

ステータ本体４１ａは、略円筒状の部材である。ステータ本体４１ａは、例えば、運動軸Ｌ２を中心とする円周に沿って、複数の極を有している。このステータ本体４１ａ下端は、凹部３２ｂに嵌め込めるように、基台部３１の孔部３２に形成された凹部３２ｂの形状に対応する形状に形成されている。

ステータハウジング４２は、このステータ本体４１ａの上側（＋Ｚ側）から嵌め込まれ、ステータ本体４１ａを保護する。

プーリ４３は、例えば、外周面に複数の歯が形成されたタイミングプーリから構成される。プーリ４３は、例えば、プーリ本体と、プーリ本体の下端（−Ｚ側）にボルトで固定されたプーリシャフトとを有し、プーリ４３のプーリ本体及びプーリシャフトは、いずれも、貫通孔を有する円筒形状に形成されている。また、プーリ４３は、ステータハウジング４２に、軸受４３ａを介して嵌め込まれており、ステータハウジング４２に対して回転可能に支持されている。

エンコーダ４４は、ロータ４８の回転位置、回転量、又は回転速度等を検出する。エンコーダ４４は、例えば、アブソリュートエンコーダから構成される。エンコーダ４４は、エンコーダブラケット４５によって、ステータハウジング４２の斜め上方に固定されている。また、エンコーダ４４は、下端近傍にエンコーダプーリ４４ａを有している。エンコーダプーリ４４ａは、例えば、外周面に複数の歯が形成されたタイミングプーリから構成される。

ベルト４６は、例えば、内周面に複数の歯が形成されたタイミングベルトである。ベルト４６は、その内周面に形成された歯が、プーリ４３の外周面の歯や、エンコーダプーリ４４ａの外周面の歯に噛み合うように形成されている。プーリ４３と、エンコーダ４４のエンコーダプーリ４４ａとは、このベルト４６によって接続される。ベルト４６によって、プーリ４３の回転運動は、エンコーダ４４のエンコーダプーリ４４ａに伝達される。

上述のように構成されたステータユニット４１は、図６及び図７に示すように、基台部３１の孔部３２に形成された凹部３２ｂに取り付けられる。詳しくは、ステータユニット４１のステータ本体４１ａが、凹部３２ｂに嵌め込まれることで、ステータユニット４１は、凹部３２ｂに取り付けられる。なお、ステータユニット４１は、例えば、ボルトやねじによって、基台部３１に取り付けられている。ステータユニット４１が、凹部３２ｂに取り付けられると、プーリ４３のプーリシャフトは、ロータ４８の上部（＋Ｚ側の部分）に、ロータ４８とともに回転するように接続される。プーリ４３は、ロータ４８とともに回転するため、結果として、エンコーダ４４は、ベルト４６を介して、ロータ４８の回転速度等を検出できるようになる。また、ステータ本体４１ａが、凹部３２ｂに嵌め込まれると、ステータ本体４１ａは、基台部３１に対して、直接、接触する。

ロータ４８は、図７に示すように、貫通孔が形成された円環状の部材である。ロータ４８は、例えば、運動軸Ｌ２を中心とする円周に沿って、複数のＮ極とＳ極とが周期的かつ交互に現れるように着磁されている。ロータ４８は、ステータ本体４１ａの貫通孔内に配置され、ステータ本体４１ａとの電磁相互作用により回転する。

減速機４９は、ロータ４８の回転運動を減速して、基台部３１に伝達する。減速機４９は、基台部３１の孔部３２に形成された凹部３２ａに、下側（−Ｚ側）から嵌め込まれている。減速機４９は、凹部３２ａに嵌め込まれることにより、基台部３１は、ステータユニット４１と減速機４９とに挟まれるように配置される。減速機４９は、ウェーブジェネレータ４９ａと、フレクスプライン４９ｂと、サーキュラスプライン４９ｃとを有し、全体として、貫通孔が形成された中空構造の減速機として構成されている。本実施形態における減速機４９は、例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）から構成される。

ウェーブジェネレータ４９ａは、例えば、ＸＹ断面が楕円形状となるように形成されている。ウェーブジェネレータ４９ａの上端には、ボルト４８ａによって、ロータ４８が、直結されている。また、ウェーブジェネレータ４９ａは、基台部３１の孔部３２に、軸受４９ｄを介して嵌め込まれている。これにより、ロータ４８が回転することにより、ウェーブジェネレータ４９ａも回転する。

フレクスプライン４９ｂは、可撓性の素材からなる薄肉カップ形状の部材である。フレクスプライン４９ｂの内部に、ウェーブジェネレータ４９ａが嵌め込まれることにより、フレクスプライン４９ｂは、ウェーブジェネレータ４９ａの形状に対応して弾性変形する。このフレクスプライン４９ｂの外周面には、複数の歯が形成されている。

サーキュラスプライン４９ｃは、剛性の素材からなる円環状の部材である。サーキュラスプライン４９ｃの内周面には、フレクスプライン４９ｂの外周面に形成された歯と噛み合う歯が形成されている。サーキュラスプライン４９ｃに形成された歯の数は、フレクスプライン４９ｂに形成された歯の数よりも、例えば、２つ多くなっている。このため、ウェーブジェネレータ４９ａの回転運動は、フレクスプライン４９ｂを介して、所定の減速比で減速されて、サーキュラスプライン４９ｃに伝達される。

上述のように構成された減速機４９は、減速機４９の貫通孔が、ロータ４８の貫通孔に同軸となるように、基台部３１に取り付けられている。

第１アーム２０のジョイントリング２２は、減速機４９のウェーブジェネレータ４９ａを、ベアリングによって回転可能に支持している。また、第１アーム２０のセンターパイプ２３は、プーリ４３、ロータ４８、減速機４９のウェーブジェネレータ４９ａの貫通孔それぞれに、それらの貫通孔の内周面から離間した状態で挿入されている。

モータユニット５０は、例えば、ＡＣサーボモータとして構成されている。モータユニット５０は、図８に示すように、モータ本体５１と、モータ本体５１の下端に接続された減速機５２と、減速機５２に複数のボルト５３ａによって固定されたプーリ５３（第２回転軸）と、プーリ５３の回転位置、回転量、又は回転速度等を検出するエンコーダとを有し、これらの部材がユニット化されて構成されている。モータ本体５１内で発生した回転運動は、減速機５２によって所定の減速比で減速され、プーリ５３に出力される。このプーリ５３は、基台部３１の孔部３３に挿入されることで、基台部３１の内部に配置される。プーリ５３が、基台部３１の内部に配置された状態で、モータユニット５０は、基台部３１に固定される。モータユニット５０は、例えば、ボルトやネジによって、基台部３１に脱着可能に取り付けられる。

モータユニット６０は、モータハウジング６１と、ステータ６２と、ロータ６３と、ロータシャフト６４（第１回転軸）と、エンコーダ６５と、放熱部６６Ｒ、６６Ｌとを有し、これらの部材がユニット化されて構成されている。また、モータユニット６０は、モータユニット５０とは別体として構成されている。なお、本実施形態において、モータユニット６０のモータ本体は、モータハウジング６１と、ステータ６２と、ロータ６３と、ロータシャフト６４とで構成される。モータユニット６０のモータ本体は、例えば、運動軸Ｌ３の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空のモータとして構成され、ボールねじ７０の外周に配置される。

モータハウジング６１は、中空の部材である。モータハウジング６１は、内部にステータ６２、ロータ６３、及びロータシャフト６４を収納し、上記各部品を保護する。

ステータ６２は、長手方向をＺ軸方向とする円筒状に形成され、モータハウジング６１の内部に固定されている。ステータ６２は、運動軸Ｌ３を中心とする円周に沿って、複数の極を有している。

ロータ６３は、ロータシャフト６４を挿入するための貫通孔を有する円筒形状に形成されている。ロータ６３は、運動軸Ｌ３を中心とする円周に沿ってＮ極とＳ極とが周期的かつ交互に現れるように着磁され、ステータ６２に対して回転可能に配置される。

ロータシャフト６４は、ボールねじ７０が貫通するための貫通孔を有する略円筒形状に形成されている。ロータシャフト６４は、複数のボルトによってロータ６３に固定されている。また、ロータシャフト６４は、軸受６７ａ、６７ｂによって、モータハウジング６１に回転可能に支持されている。

エンコーダ６５は、ロータシャフト６４の回転位置、回転量、又は回転速度等を検出する。エンコーダ６５は、例えば、運動軸Ｌ３の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空のアブソリュートエンコーダから構成され、ボールねじ７０の外周に配置される。エンコーダ６５は、モータハウジング６１の下側（−Ｘ側）に取り付けられている。エンコーダ６５の下端（−Ｚ側の端部）は、基台部３１の孔部３３に対応した形状に形成されている。

放熱部６６Ｒ、６６Ｌは、図４に示すように、モータユニット６０の動作時に生じる熱を外部に放出するために用いられる。放熱部６６Ｒ、６６Ｌは、複数の放熱フィンを有する部材で、モータハウジング６１の＋Ｘ側及び−Ｘ側に取り付けられている。＋Ｘ側の放熱部６６Ｒは、図１に示すように、カバー３６Ｒの開口部３６ａに嵌め込まれる。これにより、放熱部６６Ｒは、外部に露出する。同様に、−Ｘ側の放熱部６６Ｌも、カバー３６Ｌの開口部に嵌め込まれる。これにより、放熱部６６Ｌも、外部に露出する。

上述のように構成されたモータユニット６０は、図８及び図９に示すように、基台部３１の孔部３４に取り付けられる。モータユニット６０は、複数のボルトやねじによって、基台部３１に脱着可能に取り付けられる。

ボールねじ７０は、図１０に示すように、基台部３１に挿通されるように配置されている。ボールねじ７０は、ボールねじナット７１と、ボールねじ軸７２とを有する。

ボールねじナット７１は、ロータシャフト６４の貫通孔に＋Ｚ側から嵌合されており、ロータシャフト６４の回転とともに回転する。ボールねじナット７１の内周面には、螺旋状の雌ねじ部が形成されている。

ボールねじ軸７２の外周には、螺旋状の雄ねじ部が形成されている。このボールねじ軸７２の雄ねじ部には、ボールねじナット７１の雌ねじ部が、剛性の球体を介して配置される。これにより、ボールねじナット７１の回転運動が、ボールねじ軸７２の直線運動に変換される。そして、ボールねじ軸７２は、非回転状態で直線運動を行う。なお、このボールねじ７０は、交換が容易にできるように、モータユニット６０に脱着可能に取り付けられる。

ボールスプライン８０は、基台部３１の孔部３５に挿通されるように配置されている。ボールスプライン８０は、スプライン外筒８１と、スプライン軸８２と、プーリ８３と、軸受８４とを有する。

スプライン外筒８１は、スプライン軸８２が貫通するよう略円筒形状に形成されている。スプライン外筒８１は、その貫通孔の内周面に複数の鋼球から構成されるボールベアリングを有している。

スプライン軸８２の外周には、複数のスプライン溝がＺ軸方向に沿って形成されている。このスプライン軸８２は、スプライン外筒８１を貫通し、スプライン軸８２のスプライン溝にスプライン外筒８１の鋼球が配置される。この鋼球がスプライン溝に配置されることにより、スプライン軸８２は、スプライン外筒８１に対して、Ｚ軸方向に摺動する。

プーリ８３は、スプライン外筒８１の外周に嵌め込まれることにより、スプライン外筒８１に固定されるとともに、軸受８４によって、基台部３１の孔部３５に回転可能に配置されている。軸受８４は、例えば、クロスローラ軸受である。また、プーリ８３は、モータユニット５０のプーリ５３とベルト８３ａを介して接続されている。モータユニット５０の回転運動は、このベルト８３ａを介してプーリ８３に伝達される。ベルト８３ａは、基台部３１内に収容されている。

ボールねじ軸７２の上端（＋Ｚ側の端部）とスプライン軸８２の上端（＋Ｚ側の端部）とは、連結部材９０Ａによって連結されている。

連結部材９０Ａには、Ｚ軸方向に貫通する２つの貫通孔が形成されている。−Ｙ側の貫通孔には、ボールねじ軸７２の上端が挿入されている。ボールねじ軸７２の上端は、連結部材９０Ａに固定されている。また、＋Ｙ側の貫通孔には、スプライン軸８２の上端が挿入されている。スプライン軸８２は、軸受９１Ａによって、連結部材９０Ａに回転可能に支持されている。軸受９１Ａは、例えば、クロスローラ軸受である。

同様に、ボールねじ軸７２の下端（−Ｚ側の端部）とスプライン軸８２の下端（−Ｚ側の端部）とは、連結部材９０Ｂによって連結されている。

連結部材９０Ｂには、Ｚ軸方向に貫通する２つの貫通孔が形成されている。＋Ｙ側の貫通孔には、ボールねじ軸７２の下端が挿入されている。ボールねじ軸７２の下端には、連結部材９０Ｂに固定されている。また、−Ｙ側の貫通孔には、スプライン軸８２の下端が挿入されている。スプライン軸８２は、軸受９１Ｂによって、連結部材９０Ｂに回転可能に支持されている。軸受９１Ｂは、例えば、玉軸受である。

上述のように構成された産業用ロボット１００のスプライン軸８２の下端（−Ｚ側の端部）には、作業内容に合わせた任意の工具や機器が取り付けられる。また、産業用ロボット１００には、ケーブルを介して、コントローラが接続される。コントローラは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部等を含んで構成されている。コントローラは、エンコーダ４４、６５、モータユニット１１のエンコーダ、モータユニット５０のエンコーダからの信号等に基づいて、モータユニット１１、４０、５０、６０を制御する。産業用ロボット１００の動作の内容は、コントローラに接続されたティーチングペンダント等によって設定され、コントローラの記憶部に記憶される。コントローラのＣＰＵは、記憶部からプログラムやデータを読み出して、プログラムの実行等を行う。

産業用ロボット１００の動作について、図１０〜図１３を用いて説明する。産業用ロボット１００の動作は、例えば記憶部に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで、開始され又は進行する。

産業用ロボット１００のコントローラは、モータユニット１１の出力軸１３を回転させることで、図１１に示すように、運動軸Ｌ１を回転軸として第１アーム２０を回動させる。また、モータユニット４０のロータ４８を回転させることで、図１２に示すように、運動軸Ｌ２を回転軸として第２アーム３０を回動させる。コントローラは、モータユニット１１の出力軸１３を回転させたり、モータユニット４０のロータ４８を回転させたり、もしくは、両方を同時に回転させたりすることで、スプライン軸８２の下端に取り付けられた工具をＸＹ平面に水平に移動させる。これにより、プログラムによって設定された任意の位置まで当該工具を移動させる。

スプライン軸８２の下端に取り付けられた工具が、ＸＹ平面における設定位置まで移動すると、産業用ロボット１００のコントローラは、図１０及び図１３に示すように、モータユニット６０のロータシャフト６４を回転させる。ロータシャフト６４が回転することで、ロータシャフト６４に固定されたボールねじナット７１がロータシャフト６４とともに回転する。そして、ボールねじナット７１の回転運動に伴って、ボールねじ軸７２は、例えば、−Ｚ方向に直線運動をする。

ボールねじ軸７２が−Ｚ方向に直線運動をすると、ボールねじ軸７２に連結されたスプライン軸８２も、運動軸Ｌ４に沿って、−Ｚ方向に直線運動をする。また、スプライン外筒８１は玉軸受として構成されており、スプライン軸８２は、スプライン外筒８１に対して円滑に移動する。やがて、スプライン軸８２は下死点まで移動する。これにより、例えば、スプライン軸８２に取り付けられた工具が、ワーク等に当接する。

また、コントローラは、モータユニット５０のプーリ５３を回転させた場合は、プーリ５３の回転運動は、ベルト８３ａを介して、プーリ８３に伝達される。プーリ８３が回転すると、スプライン外筒８１は、プーリ８３に固定されているため、スプライン外筒８１も、プーリ８３とともに回転する。この結果、スプライン外筒８１とスプライン係合されているスプライン軸８２は、スプライン外筒８１とともに、運動軸Ｌ４回りに回転する。

すなわち、コントローラが、モータユニット６０のロータシャフト６４のみを回転させた場合は、スプライン軸８２は直線運動をする。モータユニット５０のプーリ５３のみを回転させた場合は、スプライン軸８２は運動軸Ｌ４回りに回転運動をする。モータユニット６０のロータシャフト６４とモータユニット５０のプーリ５３とのいずれも回転させた場合は、スプライン軸８２は、スパイラル運動をする。

スプライン軸８２が、直線運動、回転運動、又はスパイラル運動等の所定の運動をすると、産業用ロボット１００のコントローラは、再び、モータユニット１１の出力軸１３及びモータユニット４０のロータ４８を回転させることで、第１アーム２０及び第２アーム３０を回動させて、スプライン軸８２に取り付けられた工具をＸＹ平面に水平に移動させる。そして、初期位置まで移動させる。

産業用ロボット１００のコントローラは、記憶部に記憶されたプログラムにしたがって、以上のような運動を反復させる。

次に、産業用ロボット１００の保守作業の方法について説明する。

産業用ロボット１００の保守作業において、モータユニット４０を構成する部品（例えば、ステータユニット４１、ロータ４８など）を交換する場合は、作業者は、先ず、図１に示す状態から、カバー３６Ｒ、３６Ｌを、左右方向（＋Ｘ方向及び−Ｘ方向）に分割するように取り外す。すると、図３を参照するとわかるように、ステータユニット４１が外部に露出する状態になる。次に、作業者は、ステータユニット４１を、基台部３１に固定しているボルトやねじを取り外す。そして、図４を参照するとわかるように、ステータユニット４１を上方（＋Ｚ方向）に移動させて、基台部３１の孔部３２に形成された凹部３２ｂから取り外す。ステータユニット４１の重量は、第２アーム３０の重量よりも小さいため、作業者は、容易にステータユニット４１を取り外すことができる。なお、ステータユニット４１を取り外すと、ロータ４８が外部に露出した状態になる。ステータユニット４１は、上述したように、ステータ本体４１ａやエンコーダ４４を有しているため、作業者は、交換に必要な部品を適宜、交換する。

次に、作業者は、ロータ４８を固定しているボルト４８ａを取り外す。そして、ロータ４８を上方（＋Ｚ方向）に移動させて、基台部３１の孔部３２に形成された凹部３２ｂの内部から取り外す。作業者は、ロータ４８の交換が必要な場合は、新しいロータ４８に交換する。

また、作業者は、モータユニット５０を交換する場合や、モータユニット５０を構成する部品（例えば、モータ本体５１のステータ、ロータなど）を交換する場合は、モータユニット５０を固定しているボルトやねじを取り外す。そして、モータユニット５０を上方（＋Ｚ方向）に移動させて、基台部３１の孔部３３から取り外す。そして、作業者は、モータユニット５０を交換したり、モータユニット５０の部品のうち、交換に必要な部品を適宜、交換したりする。

また、作業者は、モータユニット６０を交換する場合や、モータユニット６０を構成する部品（例えば、モータ本体５１のステータ、ロータなど）を交換する場合は、予め、ボールねじ７０を、モータユニット６０から取り外しておく。そして、モータユニット６０を固定しているボルトやねじを取り外す。そして、モータユニット６０を上方（＋Ｚ方向）に移動させて、基台部３１の孔部３４から取り外す。そして、作業者は、モータユニット６０を交換したり、モータユニット６０の部品のうち、交換に必要な部品を適宜、交換したりする。

モータユニット４０のステータユニット４１及びロータ４８、モータユニット５０、モータユニット６０の基台部３１からの取り外しの作業は、作業者が行うべき作業に合わせて、上述した全ての部材（ステータユニット４１、ロータ４８、モータユニット５０、モータユニット６０）を、一回の作業で取り外してもよいし、これらの部材のうち、一回の作業で１つ〜３つの部材のみを取り外してもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る産業用ロボット１００においては、モータユニット６０（第１モータユニット）は、基台部３１に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されて構成されている。このため、基台部３１から、モータユニット６０を取り外すことで、モータユニット６０を構成する部品（例えば、ステータ６２、ロータ６３など）を容易に交換することができる。これにより、産業用ロボット１００の保守作業が容易になる。

例えば、従来の産業用ロボット（特願２０１１−１４２２３４号明細書に記載の産業用ロボット）においては、ボールねじ用の第１モータユニットが、ボールスプラインの構成部品を覆うスプライン外筒に一体的に連結されている。このため、第１モータユニットを構成する部品を交換するためには、スプラインカバーも取り外さなければならない。したがって、第１モータユニットの交換に手間を要し、保守作業が煩雑であった。

しかしながら、本実施形態に係る産業用ロボット１００においては、基台部３１からカバー３６Ｒ、３６Ｌを取り外すだけで、基台部３１から、モータユニット６０を取り外すことができる。これにより、モータユニット６０の交換が行いやすくなり、産業用ロボット１００の保守作業が容易になる。また、モータユニット６０を構成する部品（例えば、ステータ６２、ロータ６３など）も容易に交換することができる。基台部３１に対するモータユニット６０の組み付けも、容易になる。

また、産業用ロボット１００においては、モータユニット６０が、ユニット化されて構成されているため、基台部３１に、ボールスプライン８０が挿通された状態で、モータユニット６０を取り外すことができる。これにより、モータユニット５０のプーリ５３と、ボールスプライン８０のプーリ８３とを接続するベルト８３ａの張力の再調整が不要となる。

例えば、従来の産業用ロボットにおいては、第１モータユニットが、スプライン外筒に一体的に連結されている。このため、第１モータユニットを取り外したときに、スプライン外筒も取り外さなければならず、ベルト８３ａの張力にずれが生じることがある。この場合、ベルト８３ａの張力の再調整が必要になる。しかしながら、本実施形態の産業用ロボット１００においては、基台部３１に、ボールスプライン８０が挿通された状態で、モータユニット６０を取り外すことができる。このため、モータユニット５０のプーリ５３と、ボールスプライン８０のプーリ８３とを接続するベルト８３ａの張力の再調整が不要となり、結果的に、産業用ロボット１００の保守作業が容易になる。

また、産業用ロボット１００においては、モータユニット６０は、カバー３６Ｒ、３６Ｌから外部に露出する放熱部６６Ｒ、６６Ｌを有している。これにより、モータユニット６０の動作に基づいて、モータユニット６０の温度が上昇しても、モータユニット６０の熱は、外部に放出され、放熱性が良好になる。結果として、モータユニット６０の回転効率が良好になり、モータユニット６０の負荷率を上げることができる。

また、モータユニット６０のモータ本体は、運動軸Ｌ３の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空のサーボモータから構成されている。これにより、ボールねじ７０の外周に配置することができ、産業用ロボット１００全体を小型化することができる。

また、モータユニット６０のエンコーダ６５は、中空のアブソリュートエンコーダから構成されている。このため、エンコーダ６５を、モータユニット６０のモータ本体の下端に、モータ本体と同軸に配置でき、モータユニット６０をユニット化することができる。

また、産業用ロボット１００においては、モータユニット６０と同様に、モータユニット５０も、基台部３１に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されて構成されている。このため、基台部３１から、モータユニット５０を取り外すことで、モータユニット５０を構成する部品を容易に交換することができる。これにより、産業用ロボット１００の保守作業がより容易になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態等によって限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、モータユニット６０は、ボルトやねじによって、基台部３１に取り付けられているが、モータユニット６０の取付手段は任意である。ボルトやねじ以外の取付手段であってもよいし、単に、基台部３１の孔部３４に嵌め込まれるだけでもよい。

また、本実施形態では、本実施形態の産業用ロボット１００は、４つの運動軸Ｌ１〜Ｌ４について運動する４軸関節ロボットとして構成されているが、これに限らず、３軸以下又は５軸以上の多関節ロボットとして構成してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

１０ アームベース
１１ モータユニット
１２ モータ本体
１３ 出力軸
１４ 減速機
２０ 第１アーム
２１ 第１アーム本体
２２ ジョイントリング
２３ センターパイプ
３０ 第２アーム
３１ 基台部
３２、３３、３５ 孔部
３４ 孔部（取付穴）
３２ａ、３２ｂ 凹部
３６Ｒ、３６Ｌ カバー
３６ａ 開口部
４０ モータユニット
４１ ステータユニット
４１ａ ステータ本体
４２ ステータハウジング
４３ プーリ
４３ａ 軸受
４４ エンコーダ
４４ａ エンコーダプーリ
４５ エンコーダブラケット
４６ ベルト
４８ ロータ
４８ａ ボルト
４９ 減速機
４９ａ ウェーブジェネレータ
４９ｂ フレクスプライン
４９ｃ サーキュラスプライン
４９ｄ 軸受
５０ モータユニット（第２モータユニット）
５１ モータ本体
５２ 減速機
５３ プーリ（第２回転軸）
５３ａ ボルト
６０ モータユニット（第１モータユニット）
６１ モータハウジング
６２ ステータ
６３ ロータ
６４ ロータシャフト（第１回転軸）
６５ エンコーダ
６６Ｒ、６６Ｌ 放熱部
６７ａ、６７ｂ 軸受
７０ ボールねじ
７１ ボールねじナット
７２ ボールねじ軸
８０ ボールスプライン
８１ スプライン外筒
８２ スプライン軸
８３ プーリ
８３ａ ベルト（回転伝達部材）
８４ 軸受
９０Ａ、９０Ｂ 連結部材
９１Ａ、９１Ｂ 軸受
１００ 産業用ロボット
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 運動軸

Claims (9)

1. 第１回転軸を備えた第１モータユニットと、
   前記第１回転軸の回転運動に伴って直線運動をするボールねじ軸を備えたボールねじと、
   第２回転軸を備えた第２モータユニットと、
   前記ボールねじ軸に対して平行に配置され、前記ボールねじ軸の直線運動に伴って直線運動をするとともに、前記第２回転軸の回転運動に伴って回転運動をするスプライン軸を備えたボールスプラインと、
   前記ボールねじ及び前記ボールスプラインが挿通されるとともに、前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットを支持する基台部と、
   を備え、
   前記第１モータユニットは、前記基台部に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されて構成されていることを特徴とする産業用ロボット。
2. 前記基台部には、前記第１モータユニットを取り付けるために用いられる取付穴が形成され、
   前記第１モータユニットの少なくとも一部は、前記取付穴に嵌め込まれる形状に形成され、
   前記第１モータユニットが、前記取付穴に嵌め込まれることによって、前記第１モータユニットは、前記基台部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
3. 前記第１モータユニットは、動作時に生じる熱を放出するための放熱フィンを備えた放熱部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の産業用ロボット。
4. 前記基台部に取り付けられ、前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットを覆うカバーを有し、
   前記カバーには、前記放熱部が嵌め込まれる形状に形成された開口部が形成され、
   前記カバーが、前記基台部に取り付けられた場合に、前記放熱部は、前記開口部に嵌め込まれて、外部に露出することを特徴とする請求項３に記載の産業用ロボット。
5. 前記第１モータユニットは、ステータと、前記ステータとの電磁相互作用により回転するロータと、を備えるモータ本体を有し、
   前記モータ本体は、前記第１回転軸の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空モータから構成されることで、前記ボールねじの外周に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
6. 前記第１モータユニットは、前記ロータの回転を検出するエンコーダを有し、
   前記エンコーダは、前記第１回転軸の軸方向に貫通する貫通孔が形成された中空エンコーダから構成されることで、前記ボールねじの外周に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の産業用ロボット。
7. 前記第２モータユニットは、前記基台部に対して脱着可能に取り付けられるようにユニット化されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
8. 前記第２モータユニットの前記第２回転軸の回転運動を、前記スプライン軸に伝達する回転伝達部材を備え、
   前記回転伝達部材は、前記基台部内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
9. 前記回転伝達部材は、ベルトから構成されていることを特徴とする請求項８に記載の産業用ロボット。

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