JP2014111291A - ロボットの関節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受に予圧を容易に再付与可能にする。
【解決手段】 第１部材５に第２部材６を回転可能に連結する関節構造Ｊ１が、軸受１４と回転軸１１と位置調整機構４０とを備える。軸受１４（３４，３５）は、外輪３４ａ，３５ａと転動体３４ｃ，３５ｃと内輪３４ｂ，３５ｂとを含み、外輪３４ａ，３５ａは第１部材５に設けられ、内輪３４ｂ，３５ｂはその軸線方向への移動により転動体３４ｃ，３５ｃを外輪３４ａ，３５ａに押圧可能である。回転軸１１は、内輪３４ｂ，３５ｂに嵌挿及び固定され、位置調整機構４０を介して第２部材６と共に回転し、内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向における位置を調整可能に第２部材６に取り付けられる。位置調整機構４０は、調整部４１と、該調整部４１での調整により第２部材６に対して回転軸１１を内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向に移動させる移動機構４２と、を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、第１部材に第２部材を回転可能に連結するロボットの関節構造に関し、特に、関節構造に内蔵される軸受の予圧調整に関する。

ロボットの関節構造には、被連結部材の相対回転を許容するため軸受が内蔵される。ロボットの関節構造の動きは多様であるので、軸受に大きい剛性が要求される場合がある。軸受の剛性を高めるために、軸受に予圧を付与することがある。

特許文献１は、パラレルリンクロボットの関節に適用される軸受ユニットを開示している。軸受ユニットは、スリーブと、スリーブの外周側に配置されるハウジングと、ハウジングとスリーブとの間に配置されて軸線方向に離れた２個の転がり軸受とを有する。軸受ユニットを組み立てるに際しては、まず、２つの軸受をハウジング内へと互いに反対から圧入し、各外輪をハウジングの環状凸部に突き当てる。次に、左軸受の内輪に右向きに予圧を付与し、その状態で当該内輪をスリーブに圧入固定し、右軸受の内輪に左向きに予圧を付与し、その状態で当該内輪をスリーブに圧入固定する。これにより、予圧された２個１組の転がり軸受を備えた軸受ユニットが構成される。

このように構成された軸受ユニットは、パラレルリンクロボットのアームの先端部に圧入固定又は接着される。スリーブにはピンが挿通され、一対のリンクがピンの両端部それぞれに固定される。この軸受ユニットをパラレルリンクロボットの関節に適用することで、軸受ユニットを関節に取り付ける前に軸受に均一で安定した予圧を付与することが図られ、また、軸受ユニットを交換しやすくしてロボットのメンテナンスを容易化することが図られている。

特開２０１１−９３０７５号公報

特許文献１が示唆しているとおり、ロボットを長期間実用すると、付与された予圧が徐々に解放され、軸受内部のガタが大きくなったり軸受に要求される剛性を保てなくなったりする。このため、予圧を再付与するなどのメンテナンスが必要になる。

しかしながら、特許文献１のように、メンテナンスのため軸受ユニットを交換するとなれば、軸受に再び予圧を付与しさえすれば軸受ユニットを再利用可能であっても寿命を残した軸受を廃棄することになり、非常に不経済である。これを避けようとすれば、ガタが生じているのを許してロボットを実用しなければならず、そもそもロボットが所望の作業を行えなくなるおそれがある。

軸受ユニットを交換するには、リンクの分解とその後の再組立を必要とする。このため、軸受ユニットの交換前にはリンクのアームへの連結もリンクの可動板への連結も解かざるを得ず、軸受ユニットの交換に付帯するリンク分解作業は非常に煩雑である。軸受ユニット交換後におけるリンク再組立作業も同様に非常に煩雑である。

そこで本発明は、関節構造に備わる軸受に予圧を容易に再付与することができるようにし、それにより関節構造のメンテナンスを容易化することを目的としている。

本発明は上記目的を達成すべくなされたものであり、本発明に係るロボットの関節構造は、第１部材に第２部材を回転可能に連結するロボットの関節構造であって、外輪と転動体と内輪とを含み、前記内輪のその軸線方向への移動により前記転動体を前記外輪に押圧可能に構成され、且つ前記外輪が前記第１部材に設けられた軸受と、前記軸受の前記内輪に嵌挿及び固定され、且つ位置調整機構を介して前記第２部材と共に回転可能に且つ前記内輪の軸線方向における位置を調整可能に該第２部材に取り付けられた回転軸と、を備え、前記位置調整機構は、調整部と、該調整部での調整により前記第２部材に対して前記回転軸を前記内輪の軸線方向に移動させる移動機構と、を含む。

前記構成によれば、ロボットが長期間使用されて軸受にガタが生じても、調整部を用いて回転軸を内輪の軸線方向に移動させることにより、軸受の内輪によって転動体を外輪に押圧することができ、それによりガタを無くすことができる。このように、ロボットの分解作業及び再組立作業を要さずに軸受に予圧を再付与することができ、ロボットの関節構造のメンテナンス作業を省力化することができる。

前記移動機構は、前記回転軸の一方の端部に該回転軸の軸方向に延びるように形成された雌ねじ孔と、前記ボルト孔に挿通されて前記雌ねじ孔に螺合するボルトを含み、前記調整部は前記ボルトの頭部であり、前記頭部の調整により前記ボルトが締め方向に回転すると前記回転軸が前記内輪の軸線方向へ移動してもよい。

前記構成によれば、ボルトを締め方向に回転させるだけで、ロボットの関節構造をメンテナンスすることができる。

それぞれ前記軸受で構成され、それぞれの内輪の軸線を共有するように並ぶ第１及び第２の軸受が、第１挟持部及び第２挟持部によって前記軸線方向に挟まれ、前記第１挟持部は、前記回転軸の他方の端部に設けられて２つの前記軸受外で前記第１軸受の内輪に当接し、前記第２挟持部は、前記第２軸受の内輪に当接し、前記ボルトが締め方向に回転すると、前記回転軸の前記軸線方向一方側への移動に伴い前記第１挟持部及び前記第２挟持部の間隔が狭まり、前記第１軸受の内輪が前記軸線方向一方側に押し付けられ且つ前記第２軸受の内輪が前記軸線方向他方側に押し付けられ、それにより前記第１及び第２軸受においてそれぞれの内輪によってそれぞれの転動体をぞれぞれの外輪に押圧してもよい。

前記構成によれば、移動機構の作動に応じて、２つの軸受それぞれについてガタを解消することができる。

前記２つの軸受が、それぞれ、背面組みされた２つの円錐ころ軸受であってもよい。

前記構成によれば、内輪に軸線方向押圧力が付与されると、楔の作用により内輪から外輪側に向かう半径方向押圧力を付与することが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、関節構造に備わる軸受に予圧を容易に再付与することができるようになり、それにより関節構造のメンテナンスを省力化することができる。

実施形態に係るロボットを上から見た斜視図である。 図１に示すリンク、第１ジョイント部及び第２ジョイント部を示すスケルトン図である。 図１に示す第１ジョイント部の周辺部位を示す斜視図である。 図１に示す第１ジョイント部の内部構造を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、同一の又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付して重複する詳細説明を省略する。

図１は、実施形態に係るロボット１を上から見た斜視図である。図１に例示するロボット１は、並列リンクロボットであるが、２つの被連結部材を回転可能に連結する関節構造を有したロボットであれば、他の形式のロボット（例えば、垂直多関節ロボット又は水平多関節ロボット）にも適用可能である。なお、図１に示すロボット１は、食品、薬品、化粧品及び小型電子部品等の生産工場内の作業空間内に配置され、ピッキング作業、箱詰め作業及び部品組み立て作業等の各種作業を行うロボットとして好適に利用される。

図１に示すように、ロボット１は、主として、基台２と、可動板３と、３つの回転アクチュエータ４と、３本のアーム５と、３本のリンク６と、３つの第１ジョイント部と、３つの第２ジョイント部８とを備える。基台２は、作業空間に設置され、可動板３は、アーム５及びリンク６の回転範囲によって規定される可動範囲内で三次元的に移動する。可動板３にはエンドエフェクタ（図示せず）が着脱自在に取り付けられる。

本実施形態では、一例として、基台２が水平姿勢で設置されて可動板３が基台２の下に位置するものとしており、以降の説明における方向の概念はこの配置を基準としている。ただし、基台２は任意の姿勢で設置され得るので、方向の概念はロボット１の設置の仕方に応じて変更され得る。エンドエフェクタ（図示せず）は、ハンドやマニピュレータのように前述した各種作業用のツールであり、可動板３は、その下面にエンドエフェクタを取り付けるための構造３ａを有している。必要に応じて、可動板３の上面にはエンドエフェクタを回転駆動するエフェクタアクチュエータ９が設けられる。

回転アクチュエータ４は例えば電動モータであり、その出力軸の回転がアーム５に伝達される。各アーム５は、その基端部にて回転アクチュエータ４に取り付けられ、これにより基台２に対して回転可能に接続される。アーム５の基台２に対する回転軸線Ａ０は、同一平面上で１２０度回転対称に配置され、正三角形を成すようにして交差する。本実施形態では、３本の回転軸線Ａ０が同一の水平面上で回転対称に配置される。

３本のリンク６は、３本のアーム５の先端部それぞれを１枚の可動板３に連結する。各リンク６は、その基端部にて第１ジョイント部７を介して対応のアーム５の先端部に連結され、その先端部にて第２ジョイント部８を介して可動板３に回転可能に連結される。第１ジョイント部７は、アーム５の基台２に対する回転軸線Ａ０に平行な第１軸線Ａ１及び該第１軸線Ａ１に垂直な第２軸線Ａ２の２つの軸線周りに回転可能に、リンク６の基端部をアーム５の先端部に連結する。第２ジョイント部８は、第１軸線Ａ１に平行な第３軸線Ａ３及び該第３軸線Ａ３に垂直な第４軸線Ａ４の２つの軸線周りに回転可能に、リンク６の先端部を可動板３に連結する。３本の第４軸線Ａ４は、同一平面上で１２０度回転対称に配置され、正三角形を成すように交差し、当該平面は、３本の回転軸線Ａ０が位置する平面と平行である。

このように構成されるロボット１によれば、１本のリンク６が、基端部において直交２軸の回転自由度を持ってアーム５に回転可能に連結され且つ先端部にて直交２軸の回転自由度を持って可動板３に回転可能に連結される。これにより、３つの回転アクチュエータ４の任意の動作に対して、第４軸線Ａ４が位置する平面が、回転軸線Ａ０が位置する平面に対する平行状態を維持し、そのため基台２に対する可動板３の姿勢が変わらない。このように、リンク６の総数を３としながら、基台２に対する可動板３の姿勢を一定（本実施形態では水平）に保持してエンドエフェクタを三次元的に移動させることができる。

このロボット１においては、上記の平行状態を維持する際に、３本のリンク６それぞれに対応する２つのジョイント部７，８（１本のリンク６あたり４軸線分の関節構造Ｊ１〜Ｊ４）の役割が大きくなってくる。そのため本実施形態に係る第１及び第２ジョイント部７，８では、後述するように、４軸線分の関節構造Ｊ１〜Ｊ４それぞれでガタが出ないように特別な配慮がなされている。

図２は、図１に示すリンク６、第１ジョイント部７及び第２ジョイント部８のスケルトン図である。図３は、図１に示す第１ジョイント部７の周辺部位を示す斜視図である。図２に示すように、第１ジョイント部７は、アーム５の先端部に対して第１軸線Ａ１周りに回転する第１回転シャフト１１と、第１回転シャフト１１に対して第２軸線Ａ２周りに回転する第２回転シャフト１２とを有し、リンク６の基端部は第２回転シャフト１２に固定される。

第１回転シャフト１１は、回転可能な第１軸部１３を有し、当該第１軸部１３が第１軸受１４で回転可能に支持される。第１軸受１４は、第１軸部１３の外周側に設けられ、その更に外周側に設けられる第１軸受ホルダ１５により保持される。第１軸受ホルダ１５は、第１軸受１４を保持し且つ第１軸受１４で第１軸部１３を支持している状態で、アーム５の先端部に固定される（図３参照）。第１軸部１３の中心軸線、第１軸受１４の中心軸線及び第１軸受ホルダ１５の中心軸線は同軸に配置され、これら中心軸線が第１軸線Ａ１を成している。

第２回転シャフト１２は、回転可能な第２軸部１６を有し、当該第２軸部１６が第２軸受１７で回転可能に支持される。第２軸受１７は、第２軸部１６の外周側に設けられており、その更に外周側に設けられる第２軸受ホルダ１８により保持される。第２軸受ホルダ１８は、第１軸部１３の端部であってアーム５から遠位の端部に設けられ、第１回転シャフト１１（第１軸部１３）と共に回転する。第２回転シャフト１２は、第２軸部１６から連続して第２軸受１６の外に突出する突出端部１９を有し、リンク６の基端部は当該突出端部１９に固定される。本実施形態では、リンク６の基端部が円筒状に形成されており、一つの突出端部１９がリンク６の基端部に対して回転不能に嵌め込まれる（図３参照）。第２軸部１６の中心軸線、第２軸受１７の中心軸線、第２軸受ホルダ１８の中心軸線は同軸に配置され、これら中心軸線が第２軸線Ａ２を成している。

このように、第１ジョイント部７は、第１回転シャフト１１を含む第１関節構造Ｊ１と、第２回転シャフト１２を含む第２関節構造Ｊ２とをユニット化したものとなっている。第１関節構造Ｊ１は、第２回転シャフト１２及びこれに固定されるリンク６の基端部をアーム５に対して第１軸線Ａ１周りに相対回転可能に連結しており、当該相対回転は、第１軸受１４により支持された第１回転シャフト１１の回転によって実現される。第２関節構造Ｊ２は、リンク６の基端部を第１回転シャフト及びその先のアーム５に対して第２軸線Ａ２周りに相対回転可能に連結しており、当該相対回転は、第２軸受１７で支持された第２回転シャフト１２の回転によって実現される。第１回転シャフト１１は、第１関節構造Ｊ１ではリンク６をはじめとする回転部材（第２部材）と共に回転する回転軸として機能する一方、第２関節構造Ｊ２では固定部材（第１部材）として機能する。

リンク６を直交２軸の回転自由度を持ってアーム５に連結するにあたり、第１ジョイント部７においては、第１軸線Ａ１周りの回転自由度を提供する関節構造（第１関節構造Ｊ１）が、該第１軸線Ａ１に対し垂直な第２軸線Ａ２周りの回転自由度を提供する構造（第２関節構造Ｊ２）と分離されており、第１関節構造Ｊ１の第１回転シャフト１１及び第２関節構造Ｊ２の第２回転シャフト１２（換言すれば、第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２）が、十字ではなくＴ字又はＬ字を成す。このため、第１関節構造Ｊ１の構成要素をアーム５に取り付けると、第２関節構造Ｊ２の構成要素をアーム５から第１軸線Ａ１の方向に離すことができ、それにより第２関節構造Ｊ２の構成要素に取り付けられるリンク６の基端部もアーム５から同方向に離すことができる。これにより、１本１組のリンク６の基端部をアーム５で片持ち支持する構造を実現することができる。

第２ジョイント部８も、第１ジョイント部７と同様である。第２ジョイント部８は、リンク６の先端部と共に第３軸線Ａ３周りに回転する第３回転シャフト２１と、第３回転シャフト２１に対して第４軸線Ａ４周りに回転する第４回転シャフト２２とを有する。第３回転シャフト２１は第３軸受２３で回転可能に支持され、第３軸受２３は第３軸受ホルダ２４に保持される。第３回転シャフト２１の中心軸線、第３軸受２３の中心軸線及び第３軸受ホルダ２４の中心軸線が第３軸線Ａ３を成す。第４回転シャフト２２は第４軸受２５で回転可能に支持され、第４軸受２５は第４軸受ホルダ２６に保持される。第４回転シャフト２２の中心軸線、第４軸受２５の中心軸線及び第４軸受ホルダ２６の中心軸線が第４軸線Ａ４を成す。リンク６の先端部は、第３回転シャフト２３のうち第３軸受２３から突出する端部２７に固定される。第４軸受ホルダ２６は可動板３に固定される。第３軸受ホルダ２４は、第４回転シャフト２２の端部であって可動板３から遠位の端部に設けられ、第４回転シャフト２２と共に回転する。第３回転シャフト２１は第２回転シャフト１２と同様の構造を有し、第４回転シャフト２２は第１回転シャフト１１と同様の構造を有する。

第２ジョイント部８も、第３回転シャフト２１を含み、リンク６の先端部を可動板３に対して第３軸線Ａ３周りに回転可能に連結する第３関節構造Ｊ３と、第４回転シャフト２２を含み、リンク６の先端部及びこれに固定される第３回転シャフト２１を可動板３に対して第４軸線Ａ４周りに回転可能に連結する第４関節構造Ｊ４とを有し、これら関節構造Ｊ３，Ｊ４をユニット化することで第２ジョイント部８が構成される。第４回転シャフト２２は、第３関節構造Ｊ３では固定部材（第１部材）として機能する一方、第４関節構造Ｊ４ではリンク６をはじめとする回転部材（第２部材）と共に回転する回転軸として機能する。第２ジョイント部８においても、第３軸線Ａ３周りの回転自由度を提供する構造（第３関節構造Ｊ３）と、第４軸線Ａ４周りの回転自由度を提供する構造（第４関節構造Ｊ４）とが分離され、第３回転シャフト２１及び第４回転シャフト２２（換言すれば、第３軸線Ａ３及び第４軸線Ａ４）がＴ字又はＬ字を成す。このため、第４関節構造Ｊ４の構成要素を可動板３に取り付けると、第４軸線Ａ４の方向に第３関節構造Ｊ３を離すことができ、それにより、第３関節構造Ｊ３の構成要素に固定されるリンク６の先端部も同方向に話すことができる。したがって、リンク６の先端部を可動板３で片持ち支持する構造を実現することができる。

図４は、図１に示す第１ジョイント部７の内部構造を示す断面図である。以下、図４を参照しながら、第１関節構造Ｊ１について詳細に説明する。図４に示すように、第１関節構造Ｊ１は、前述した第１回転シャフト１１、第１軸受１４及び第１軸受ホルダ１５と共に、位置調整機構４０を備えている。

第１軸受ホルダ１５は、下記のとおり第１軸受１４を保持し且つ第１回転シャフト１１が該第１軸受１４で支持された状態で、アーム５の先端部に設けられた受容部２８に受容される。第１軸受ホルダ２８は、受容部２８の端部に設けられた受容開口２９を介して受容部２８内へと嵌め込まれる。嵌込み後、第１軸受ホルダ１５は、ボルト等のジョイント着脱具３０を用いてアーム５の先端部に取外し可能に固定される。

第１軸受ホルダ１５は、筒状のホルダボディ３１と、ホルダボディ３１に取り付けられるホルダカバー３２とを有する。ホルダボディ３２には軸受挿入口３３が設けられている。第１軸受１４は、軸受挿入口３３を介してホルダボディ３２内に軸線方向一方側に向けて挿入され、その後に、軸受挿入口３３がホルダカバー３２で覆われ、ホルダカバー３２がホルダボディ３１にボルト等のカバー固定具（図示せず）を用いて固定される。

第１軸受１４は、例えば、軸線方向に並ぶ２個の転がり軸受３４，３５からなる。どちらの転がり軸受３４（３５）も、外輪３４ａ（３５ａ）と内輪３４ａ（３５ｂ）と転動体３４ｃ（３５ｃ）とを含み、内輪３４ｂ（３５ｂ）の軸線方向への移動によって転動体３４ｃ（３５ｃ）を外輪３４ａ（３５ａ）に押圧可能に構成される。これを実現する一例として、図４は、第１軸受１４が背面組みされた２個の円錐ころ軸受３４，３５からなる場合を例示している。こうすると、内輪３４ｂ（３５ｂ）が押圧されれば楔の作用で内輪３４ｂ（３５ｂ）が転動体３４ｃ（３５ｃ）を径方向に押し、ひいては外輪３４ａ（３５ａ）を径方向に押すことができる。このような動作を実現できるのであれば、円錐ころ軸受は正面組みされていてもよいし、第１軸受１４に他形式の軸受を適用してもよい。

２個のベアリング３４，３５は、組み方（例えば、背面組みであるか正面組みであるか等）を考慮した向きで、軸受挿入口３３を介してホルダボディ３１内に１つずつ挿入される。なお、図示例では、軸線方向一方側（ベアリング挿入方向奥側）のベアリング３４の外輪３４ａが軸線方向他方側（ベアリング挿入方向手前側）のベアリング３５の外輪３５ａと軸線方向に接触するが、これら外輪３４ａ，３５ａの間に間座を設けても構わない。

ホルダボディ３１は、内周面から突出する凸部３６を有している。一方側のベアリング３４は、その外輪３４ａが凸部３６に突き当てられるまで挿入される。次に、他方側のベアリング３５が、その外輪３５ａが一方側のベアリング３４を押圧するまで挿入される。外輪３４ａ，３５ａはどちらも、ホルダボディ３１の内周面に固定される。ホルダカバー３２は、内面から突出する凸部３７を有しており、ホルダカバー３２で軸受挿入口３３を塞ぐと、凸部３７が軸受挿入口３３を通ってホルダボディ３１内へと突出し、他方側のベアリング３５の外輪３５ａに当接する。これにより、外輪３４ａ，３５ａが凸部３６，３７により軸線方向に挟まれる。前述のカバー固定具がボルトであるときには、ボルトを締め上げることで第１軸受１４を第１軸受ホルダ１５に対して軸線方向にガタ無く位置決めすることができる。

第１回転シャフト１１は、前述のとおり第１軸部１３を有し、第１軸部１３は、ホルダカバー３２を貫通して第１軸受ホルダ１５内へと進入している。第１軸部１３は、ホルダカバー３２から見て、軸線方向他方側（軸進入方向手前側）の内輪３５ｂ及び軸線方向一方側（軸進入方向奥側）の内輪３４ｂにこの順で挿し込まれる。第１軸部１３は、これら内輪３４ｂ，３５ｂそれぞれに圧入固定される。第１軸部１３を有する第１回転シャフト１１は、内輪３４ｂ，３５ｂと共に回転可能であり、外輪３４ａ，３５ａ及び第１軸受ホルダ１５に対して相対回転可能になる。

前述のとおり、第１軸部１３の軸線方向他端部には第２軸受ホルダ１８が設けられ、第２軸受ホルダ１８は、第２軸受１６、第２回転シャフト１２を介してリンク６の基端部に接続される。このため、第１回転シャフト１１が回転することで、リンク６の基端部はアーム５に対して第１軸線Ａ１周りに回転する。

第１回転シャフト１１は、第１関節構造Ｊ１の回転部材（第２軸受ホルダ、第２軸受、第２回転シャフト及びリンク６）と共に回転するように、位置調整機構４０を介して当該回転部材に取り付けられる。第１回転シャフト１１は、内輪３４ａ，３５ａの軸線方向に関する位置を調整することができるように、位置調整機構４０を介して第１関節構造Ｊ１の回転部材に取り付けられる。

位置調整機構４０は、調整部４１と、調整部４１による調整により第１回転シャフト１１を第１関節構造Ｊ１の固定部材（第１軸受ホルダ１５及びアーム５等）に対して軸線方向に移動させる移動機構４２とを含む。前述のとおり、第１回転シャフト１１は、内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向に位置調整することができるように構成されており、第１軸受１４を成す２個のベアリング３４，３５は、内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向への移動により転動体３４ｃ，３５ｃを外輪３４ａ，３５ａに押圧可能に構成される。このため、調整部４１による調整を行い、それにより移動機構４２を作動させて第１回転シャフト１１を軸線方向に移動させれば、これに伴って内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向の位置を調整することができる。すると、調整量に応じて内輪３４ｂ，３５ｂが軸線方向に移動することとなるので、この移動により転動体３４ｃ，３５ｃが外輪３４ａ，３５ａに押圧される。すると、内輪３４ｂ，３５ｂと転動体３４ｃ，３５ｃとの間及び／又は転動体３４ｃ，３５ｃと外輪３４ａ，３５ａとの間にガタがあっても、そのガタを解消することができる。同時に、第１軸受１４を成すベアリング３４，３５に予圧を付与することができる。これにより第１軸受１４の剛性が高まり、ロボット１の動作性が向上する。

調整部４１はロボット１の製品完成後にも第１関節構造Ｊ１に設けられている。このため、ロボット１を長期間使用することで第１軸受１４に付与されていた予圧が解放されて第１軸受１４内にガタが生じ始めても、ロボット１のメンテナンス者は、調整部４１にアクセスして調整部４１による調整を行うだけで、第１軸受１４のガタを解消し直すことができ、また、第１軸受１４に予圧を再付与することができる。この予圧再付与にはリンク６の分解及び再組立が不要になるので、第１関節構造Ｊ１のメンテナンスを省力化することができる。

調整部４１は、第１軸受１４の軸受外に配置されており、好ましくは第１軸受１４よりも軸線方向一方側（軸受挿入方向奥側、軸進入方向奥側）の軸受外に配置される。このため、ロボット１のメンテナンス者は調整部４１に容易にアクセスすることができる。したがって、第１関節構造Ｊ１のメンテナンスを一層省力化することができる。

以下、位置調整機構４０の具体的構造の一例について説明する。位置調整機構４０は、第１軸受の内輪３４ｂ，３５ｂを軸線方向に挟む第１挟持部４３及び第２挟持部４４を含む。第１挟持部４３は、第１軸部１３の軸線方向他端部（軸進入方向手前側端部）に設けられ、第１軸部１３と第２軸受ホルダ１８との間に介在している。第１挟持部４３は、他方側のベアリング３５の内輪３５ｂの内径よりも大径に形成される。第１回転シャフト１１の第１軸受１４及び第１軸受ホルダ１５への組付けのため、第１軸部１３を第１軸受１４の内輪３４ｂ，３５ｂに嵌挿していくと、第１挟持部４３が第１軸受１４の軸受外で他方側の内輪３５ｂの軸線方向他端面（軸進入方向手前側端面）に当接し、それにより第１軸部１３の進入が止まる。

第２挟持部４４は、一方側のベアリングの内輪３４ｂの軸線方向一端面（軸進入方向奥側端面）に当接している。図示例では、第２挟持部４４を一方側の内輪３４ｂの内径よりも大径に形成した円盤状の板材とした場合を例示しているが、第２挟持部４４は、内輪３４ｂに軸受外で当接可能であればどのように成形又は構成されていてもよい。

第１挟持部４３の作用により第１軸部１３の進入が止まった状態において、第１軸部１３の一端部（軸進入方向奥側端部）は、一方側の内輪３４ｂ内に位置し、第１軸受１４から軸受外に突出しない。このため、第２挟持部４４は、第１軸部１３と干渉することなく内輪３４ｂの端面に設置される。逆に言えば、内輪３４ｂ内には、第１軸部１３と第２挟持部４４との間にクリアランス４５が形成される。なお、このクリアランス４５が、位置調整機構４０における位置調整代である。

本実施形態に係る移動機構４２には、ねじ対偶を用いた回転並進変換機構が適用されている。すなわち、移動機構４２は、第１軸部１３の他端部（軸進入方向奥側端部）に形成された雌ねじ孔４７と、雌ねじ孔４７に螺合するボルト４８とを含む。雌ねじ孔４７は、第１軸部１３の軸線方向に延びており、第１軸部１３の他端面（軸進入方向奥側端面）で開口してクリアランス４５に開放される。ボルト４８は、ねじが切られた軸状の雄ねじ部４９と、雄ねじ部４９の一端部に設けられた頭部５０とを有し、頭部５０には締結工具（図示せず）を挿し込むための六角状又は十字状の調整操作孔５１が設けられている。雄ねじ部４９を第２挟持部４４に形成されたボルト挿通孔５２と前述のクリアランス４５を通過させて調整操作孔５１に挿し込まれた締結工具でボルト４８を締め方向に回転させると、雄ねじ部４９が雌ねじ孔４７に螺入していく。頭部５０が第２挟持部４４の一端面（軸進入方向奥側端面、ボルト進入方向手前側端面）に当接するまでボルト４８を締めると、第１軸受１４の内輪３４ｂ，３５ｂが第１挟持部４３と第２挟持部４４とにより軸線方向に挟まれる。

締付けトルクが更に増大すると、雄ねじ部４９の雌ねじ孔４７への螺入量を増大させることができる。このとき、第１軸部１３が第１関節部材Ｊ１の固定部材（第１軸受ホルダ１５及びアーム５）に対して軸線方向に相対移動する。この相対移動に伴い、第１軸部１３に設けられた第１挟持部４３が第２挟持部４２に近付くように移動し、それにより第１挟持部４３及び第２挟持部４４の間隔が狭まる。このように間隔が狭まるときには、他方側の内輪３５ｂが第１挟持部４３により一方側（軸進入方向奥側）に押し付けられる。一方側の内輪３４ｂは第２挟持部４４により他方側（軸進入方向手前側）に押し付けられる。

本実施形態では、第１軸受１４が背面組みされた２個の円錐ころ軸受からなる。このため、他方側の内輪３５ｂの外周面は、他方側（押付け方向手前側）から一方側（押付け方向奥側）に向かうほど径方向中心側に向かって傾斜する円錐面を有し、転動体３５ｃは当該円錐面上を転動する。一方側の内輪３４ｂの外周面は、一方側（押付け方向手前側）から他方側（押付け方向奥側）に向かうほど径方向中心側に向かって傾斜する円錐面を含み、転動体３４ｃが当該円錐面上で転動する。

このため、他方側のベアリング３５では、第１挟持部４３が内輪３５ｂを一方側に押し付けて内輪３５ｂが一方側に移動すると、楔作用が働いて転動体３５ｃが径方向外周側に押され、内輪３５ｂが転動体３５ｃを外輪３５ａに押圧する。これにより内輪３５ｂの軸線方向の位置が調整され、当該ベアリング３５内のガタが解消されると共に当該ベアリング３５に予圧を付与することができる。一方側のベアリング３４でも同様である。第２挟持部４４が内輪３４ｂを一方側に押し付けると、内輪３４ｂが転動体３４ｃを外輪３４ａに押圧する。これにより内輪３４ｂの軸線方向の位置が調整され、当該ベアリング３４内のガタが解消されると共に当該ベアリング３４に予圧を付与することができる。

このように本実施形態では、ボルト４８を締め方向に回転することにより、第１軸受１４内のガタ解消と第１軸受１４への予圧付与とを行うことができる。ボルト４８又はボルト４８の頭部５０は、位置調整機構４０における調整部４１を構成しており、頭部５０に対する回転操作量及び回転操作力を調整することで、第１軸受１４の内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向の位置を調整することができる。本実施形態では、調整部４１が手動操作されるが、自動操作されてもよい。

前述のとおり、第１軸受ホルダ１５はアーム５の受容部２８に収容され、ジョイント着脱具３０を用いてアーム５に固定される。ホルダボディ３１は、軸線方向において軸受挿入口３３とは反対側（ホルダ挿入方向奥側）に凸部３６よりも当該反対側に突出する突出部５３を有している。一方、アーム５の受容部２８は、概略的には、軸線方向において受容開口２９とは反対側（ホルダ挿入方向奥側）が奥壁５４で閉じられた有底円筒状に形成されている。第１軸受ホルダ１５を受容部２８内に収容するときには、突出部５３の一端面（ホルダ挿入方向奥側端面）が奥壁５４の内面に当接する。ジョイント着脱具３０は、受容部２８の外から奥壁５４を貫通して突出部５３に係合される。ジョイント着脱具３０の着脱方向は、受容部２８及び第１軸受ホルダ１５の軸線方向に平行である。

このような構成を採用すると、突出部の軸線方向長さを適切に確保しておけば、突出部５３で第１軸受１４を保護することができ、第１軸受ホルダ１５を受容部２８に収容するときに第１軸受１４がアーム５と干渉するのを避けることができる。また、突出部の軸線方向長さを適切に確保しておけば、ジョイント着脱具３０の着脱方向が受容部２８及び第１軸受ホルダ１５の軸線方向に平行であっても、ジョイント着脱具３０が第１軸受１４に干渉するのを避けることができる。このようにジョイント着脱具３０の着脱方向が受容部２８の軸線方向に平行でも構わないとなれば、受容部２８の端面に対峙した状態で着脱作業を完了することができ、複数のジョイント着脱具３０を径方向に着脱するようにして周方向に間隔をおいて配置する場合と比べ、第１軸受ホルダ１５の着脱作業が省力化する。

受容部２８の奥壁５４にはアクセス口５５が貫通しており、アクセス口５５は突出部５３の内部空間に連通する。ロボット１が実用されている間、アクセス口５５は奥壁に取り付けられる蓋５６によって閉鎖されるので、作業空間からの異物が第１関節構造Ｊ１の内部に侵入するのを防ぐことができる。ロボット１が長期間使用されると、第１軸受１４に付与されていた予圧が徐々に解放され、第１軸受１４内にガタが生じはじめる。

メンテナンス者は、蓋５６を奥壁から取り外してアクセス口５５を開放すれば、アクセス口５５を介して突出部５３の内部にアクセスすることができる。突出部５３の内部には、ボルト４８の頭部５０が露出しており、調整操作孔５１はアクセス口５５の方に向けられている。メンテナンス者は、手にした締結工具をアクセス口５５から突出部５３の内部へと挿し込んで調整操作孔５１に容易に係合させることができる。そして締結工具を回転して頭部５０の回転操作量及び回転操作力を調整することで、第１軸受１４の内輪３４ｂ，３５ｂの軸線方向の位置を再調整することができ、これにより第１軸受１４内のガタを解消し直して第１軸受１４に予圧を再付与することができる。

このように、第１軸受１４への予圧再付与に付帯する作業は、蓋５６の着脱のみである。よって、第１軸受１４のメンテナンスを省力化することができる。また、調整部４１をボルト４８の頭部５０としたので、アクセス口５５及び突出部５３の内部が狭隘であっても、締結工具の回転を無理なく行うことができる。例えば、調整部をナットで構成した場合と比べ、受容部２８及び第１関節構造Ｊ１を小型化してもメンテナンス時の調整作業を簡便に行うことができる。

次に、第２関節構造Ｊ２について説明する。第２関節構造Ｊ２も、第１関節構造Ｊ１と同様にして、第２軸受のガタの解消し直しと第２軸受への予圧再付与とを簡便に行えるように構成されている。図４に示すように、第２関節構造Ｊ２は、前述した第２回転シャフト１２、第２軸受１７及び第２軸受ホルダ１８と共に、位置調整機構を備えている。

第２軸受ホルダ１８は、第１軸部１３の軸線（すなわち、第１軸線Ａ１）と垂直に延びる筒状に形成される。第２軸受ホルダは、その軸線方向一端部及び他端部それぞれに設けられた軸受挿入口６１，６２と、内周面の軸線方向中央部から突出する凸部６３とを有している。第２軸受１７は、第１軸受１６と同様であり、軸線方向に並ぶ２個の転がり軸受６４，６５からなり、どちらのベアリング６４，６５も、内輪６４ｂ，６５ｂの軸線方向への移動によって転動体６４ｃ，６５ｃを外輪６４ａ，６５ｃｓに押圧可能に構成される。ここでは、第２軸受１７も背面組みされた２個の円錐ころ軸受６４，６５からなる場合を例示するが、軸受の組み方及びタイプは適宜変更可能である。一方側のベアリング６４は、一端部の軸受挿入口６１から第２軸受ホルダ１８内に軸線方向他方側に向けて挿入され、他方側のベアリング６５は、他端部の軸受挿入口６２から第２軸受ホルダ１８内に軸線方向一方側に向けて挿入される。どちらのベアリングの外輪６４ａ，６５ａも、凸部６３に当接し、第２軸受ホルダ１８の内周面に固定される。

第２軸部１６は、軸線方向他方側から軸線方向一方側に向けて第２軸受ホルダ１８内に進入し、他方側の内輪６５ｂ及び一方側の内輪６４ｂにこの順で嵌挿され、どちらの内輪６４ｂ，６５ｂも第２軸部１６の外周面に固定される。第２軸部１６を有する第２回転シャフト１２は、内輪６４ｂ，６５ｂと共に回転可能であり、外輪６４ａ，６５及び第２軸受ホルダ１８、更には第１回転シャフト及びアームに対して相対回転可能になる。

第２軸部１６の一端部（軸嵌挿方向奥側端部）は、一方側のベアリング６４の内輪６４ｂから突出し、前述した突出端部１９を成している。リンク６の基端部は突出端部１９を挿入する軸挿入孔６６を有しており、突出端部１９は軸挿入孔６６に挿入されてリンク６に固定される。これにより第２回転シャフト１２が回転することで、リンク６の基端部がアーム５に対して第２軸線Ａ２周りに回転する。リンク６を突出端部１９に固定するため、リンク６の基端部に径方向に貫通する雌ねじ孔６７を形成し、この雌ねじ孔６７にイモねじ６８を螺合させ、イモねじ６８の先端面で突出端部１９の外周面を押圧してもよい。

第２回転シャフト１２は、第２関節構造Ｊ２の回転部材（リンク６）と共に回転するように、位置調整機構７０を介して当該回転部材に取り付けられる。第２回転シャフト１２は、内輪６４ａ，６５ａの軸線方向に関する位置を調整することができるように、位置調整機構７０を介して第２関節構造Ｊ２の回転部材に取り付けられる。

位置調整機構７０は、調整部７１と、調整部７１による調整により第２回転シャフト１２を第２関節構造Ｊ２の固定部材（第２軸受ホルダ１８、第１回転シャフト１１、第１軸受１４、第１軸受ホルダ１５及びアーム５）に対して軸線方向に移動させる移動機構７２とを含む。第２関節構造Ｊ２においても、第１関節構造Ｊ１と同様にして、調整部７１による調整を行い、それにより移動機構７２を作動させて第２回転シャフト１２を軸線方向に移動させれば、これに伴って内輪６４ｂ，６５ｂの軸線方向の位置を調整することができる。すると、内輪６４ｂ，６５ｂが軸線方向に移動することになり、この移動により転動体６４ｃ，６５ｃが外輪６４ａ，６５ａに押圧される。これにより、第２軸受１７内のガタを解消することができ、また、第２軸受１７に予圧を付与することができる。

位置調整機構７０は、第２軸受１７の内輪６４ｂ，６５ｂを軸線方向に挟む第１挟持部７３及び第２挟持部７４を有している。第１挟持部７３は第１軸部１６の軸線方向他端部（軸進入方向手前側端部）に設けられ、他方側の内輪６５ｂの内径よりも大径に形成される。第２回転シャフト１２の第２軸受１７及び第２軸受ホルダ１８への組付けのため、第２軸部１６を第２軸受１７の内輪６４ｂ，６５ｂに嵌挿していくと、第１挟持部７３が第２軸受１７の軸受外で他方側の内輪６５ｂの軸線方向他端面に当接し、それにより第２軸部１６の進入が止まる。

第２挟持部７４は、リンク６の基端部と、リンク６の基端部の一端面（軸進入方向奥側端面）に当接する閉鎖部材６９とを含む。突出端部１９のリンク６の軸挿入孔６６への挿込みにより、リンク６の基端部の他端面（軸進入方向手前側端面）は、一方側の内輪６４ｂの一端面（軸進入方向奥側端面）に当接する。第１挟持部７３の作用により第２軸部１６の進入が止まると、第２軸部１６の一端部（軸進入方向奥側端部）は、軸挿入孔６６内に位置してリンク６の基端部から突出しない。閉鎖部材６９は、軸挿入孔６６を塞ぐようにしてリンク６の基端部の一端面に当接するよう設置される。これにより、軸挿入孔６６内には、突出端部１９と閉鎖部材６９との間にクリアランス７５が形成され、当該クリアランス７５が位置調整機構７０における位置調整代として機能する。

本実施形態に係る移動機構７２にも、第１関節構造Ｊ１と同様にして、ねじ対偶を用いた回転並進変換機構が適用されている。突出端部１９には、軸線方向に延びる雌ねじ孔７７が形成され、雌ねじ孔７７は突出端部の一端面（軸進入方向奥側端面）に開口してクリアランス７５に開放される。雌ねじ孔７７にはボルト７８が螺入する。ボルト７８の雄ねじ部７９を閉鎖部材６９に形成されたボルト挿通孔と、リンク６の軸挿通孔６６において形成されるクリアランス７５とを通過させ、ボルト７８の頭部８０に設けられた調整操作孔８１に係合された締結工具（図示せず）でボルト７８を締め方向に回転させると、雄ねじ部７９が雌ねじ孔７７に螺入していく。頭部８０が閉鎖部材６９（すなわち、第２挟持部７４）の一端面（軸進入方向奥側端面、ボルト進入方向手前側端面）に当接するまでボルト７８を締めると、第２軸受１７の内輪６４ｂ，６５ｂが第１挟持部７３と第２挟持部７４とにより軸線方向に挟まれる。

締付けトルクが増大すると、第１関節構造Ｊ１と同様の作用を得られる。すなわち、頭部８０の回転操作量及び回転操作力に応じて、第２回転シャフト１２を軸線方向一方側（軸進入方向奥側）に移動させることができ、その移動に伴って第１挟持部７３及び第２挟持部７４の間隔が狭まる。第１挟持部７３により他方側の内輪６５ｂが一方側に押し付けられ、第２挟持部７４により一方側の内輪６４ｂが他方側に押し付けられる。これにより、いずれのベアリング６４，６５においても、軸線方向に位置調整された内輪６４ｂ，６５ｂによって転動体６４ｃ，６５ｃが外輪６４ａ，６５ａを押圧し、ベアリング６４，６５内のガタが解消されると共にベアリング６４，６５に予圧が付与される。

第２関節構造Ｊ２においては、第１関節構造Ｊ１とは異なり、頭部８０がリンク６と共に作業空間に露出している。このため、ロボット１の長期使用により第２軸受１７のメンテナンスが必要になったときでも、作業空間に露出する頭部８０の調整操作孔８１に締結工具を係合させてボルト７８を締め方向に回転するだけで、第２軸受１７内のガタを解消し直すことができ、また、第２軸受１７に予圧を再付与することができるようになる。このように、第２軸受１７のメンテナンスに付帯する作業は特段存在しないので、第２関節構造Ｊ２のメンテナンスを省力化することができる。

本実施形態に係る第１ジョイント部は、直交２軸の回転自由度の提供を第１関節構造Ｊ１及び第２関節構造Ｊ２に分担させるところ、どちらの関節構造にも、当該関節構造に含まれる軸受のメンテナンスを省力化することができる。このため、ロボット１のメンテナンスを大幅に省力化することができるようになるので有益である。

これまで実施形態について説明したが、上記構成は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更、追加及び削除することができる。第３関節構造Ｊ３及び第４関節構造Ｊ４にも、軸受のメンテナンスを省力化させるための構成が、第１関節構造及び第２関節構造と同様にして設けられていてもよい。本発明は、並列リンクロボットの関節構造に適用すると有益ではあるが、関節構造を有するロボットであれば広く好適に適用可能である。

本発明は、関節構造に備わる軸受に予圧を容易に再付与することができ、それにより関節構造のメンテナンスを省力化することができるとの作用効果を奏し、関節構造を備えるロボットに広く適用することができる。特に、本発明は、並列パラレルリンクロボットのように、直交２軸の回転自由度を提供する関節構造であって、直交２軸を成す２つの回転軸のいずれにも適用された場合、当該作用効果が顕著に表れるので有益である。

Ｊ１〜Ｊ４ 第１〜第４関節構造
１ ロボット
５ アーム（第１部材）
６ リンク（第２部材）
７ 第１ジョイント部
８ 第２ジョイント部
１１ 第１回転シャフト
１２ 第２回転シャフト
１３ 第１軸部
１４ 第１軸受
１５ 第１軸受ホルダ
１６ 第２軸部
１７ 第２軸受
１８ 第２軸受ホルダ
１９ 突出端部
３４ａ，３５ａ，６４ａ，６５ａ 外輪
３４ｂ，３５ｂ，６４ｂ，６５ｂ 内輪
３４ｃ，３５ｃ，６４ｃ，６５ｃ 転動体
４０，７０ 位置調整機構
４１，７１ 調整部
４２，７２ 移動機構
４３，７３ 第１挟持部
４４，７４ 第２挟持部
４７，７７ 雌ねじ孔
４８，７８ ボルト
４９，７９ 雄ねじ部
５０，８０ 頭部
５１，８１ 調整操作孔
５２，８２ ボルト挿通孔
６６ 軸挿入孔
６９ 閉鎖部材

Claims (4)

1. 第１部材に第２部材を回転可能に連結するロボットの関節構造であって、
   外輪と転動体と内輪とを含み、前記内輪のその軸線方向への移動により前記転動体を前記外輪に押圧可能に構成され、且つ前記外輪が前記第１部材に設けられた軸受と、
   前記軸受の前記内輪に嵌挿及び固定され、且つ位置調整機構を介して前記第２部材と共に回転可能に且つ前記内輪の軸線方向における位置を調整可能に該第２部材に取り付けられた回転軸と、を備え、
   前記位置調整機構は、調整部と、該調整部での調整により前記第１部材に対して前記回転軸を前記内輪の軸線方向に移動させる移動機構と、を含む、ロボットの関節構造。
2. 前記移動機構は、前記回転軸の一方の端部に該回転軸の軸方向に延びるように形成された雌ねじ孔と、前記ボルト孔に挿通されて前記雌ねじ孔に螺合するボルトを含み、前記調整部は前記ボルトの頭部であり、前記頭部の調整により前記ボルトが締め方向に回転すると前記回転軸が前記内輪の軸線方向へ並進する、請求項１に記載のロボットの関節構造。
3. それぞれ前記軸受で構成され、それぞれの内輪の軸線を共有するように並ぶ第１及び第２の軸受が、第１挟持部及び第２挟持部によって前記軸線方向に挟まれ、
   前記第１挟持部は、前記回転軸の他方の端部に設けられて２つの前記軸受外で前記第１軸受の内輪に当接し、前記第２挟持部は前記第２軸受の内輪に当接し、
   前記ボルトが締め方向に回転すると、前記回転軸の前記軸線方向一方側への移動に伴い前記第１挟持部及び前記第２挟持部の間隔が狭まり、前記第１軸受の内輪が前記軸線方向一方側に押し付けられ且つ前記第２軸受の内輪が前記軸線方向他方側に押し付けられ、それにより前記第１及び第２軸受においてそれぞれの内輪によってそれぞれの転動体をぞれぞれの外輪に押圧する、請求項２に記載のロボットの関節構造。
4. 前記２つの軸受が、それぞれ、背面組みされた２つの円錐ころ軸受である、請求項３に記載のロボットの関節構造。

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