JP2014133276A - 関節機構およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】内部空間に充填された潤滑材の漏れを、より確実に防止することができる関節機構およびロボットを提供する。
【解決手段】駆動源からの動力を被駆動体に伝達するギヤ群とギヤ群を潤滑する潤滑材とが収納されたギヤボックスを備える。ギヤボックスは、予め減圧された負圧空間を含む。また、ギヤボックスは、内部を減圧する減圧装置を備える。ギヤボックスは、内部を減圧する減圧装置を備える。
【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、関節機構およびロボットに関する。

従来、複数のアーム体が関節機構を介して連結されたロボットアームを備えるロボットが知られている。ロボットアームの関節機構は、駆動源の回転を被駆動体となるアーム体に伝達する。

なお、駆動源の回転は、必要なトルクを得るため、通常、減速機を介して出力される。よく知られているように、減速機は、複数のギヤで構成されたギヤ群を備えており、これらのギヤを介して動力の回転速度を減じて出力する。

したがって、減速機を内蔵したケーシング、あるいは減速機と共に他のギヤを内蔵したギヤボックスの内部空間には、ギヤなどを滑らかに噛み合わせるため、グリースなどの潤滑材が充填される。

内部空間が密閉された状態で減速機が連続運転された場合、ギヤの噛み合いや駆動源からの伝導熱などによって内部空間の温度は上昇し、内圧が高まってしまう。そこで、かかる内圧の高まりによって潤滑材が漏れ出すのを防止するために、さまざまな提案がなされている。

たとえば、特許文献１には、内圧の変化を受けて可動する受圧可動体を具備した内圧変化吸収装置が開示されている。ここで、受圧可動体は、ギヤボックスの内部空間に設けられた弾性体からなる袋体や、内部空間と外気との間でスライド自在に設けられたピストン部材である。いずれも、内圧の高まりを吸収して、潤滑材が漏れ出すのを防止することができる。

特開平７−３１０８０８号公報

しかしながら、上述した従来技術には、内部空間に充填された潤滑材の漏れを確実に防止するうえで更なる改善の余地がある。たとえば、上述の受圧可動体を用いる技術では、内圧が変化するたびに受圧可動体が可動する。すなわち、袋体が膨張したり、ピストン部材がスライドしたりするため、疲労や摩耗などによる材料の劣化によって潤滑材が漏れ出すおそれがある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、内部空間に充填された潤滑材の漏れを、確実に防止することができる関節機構およびロボットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る関節機構は、駆動源からの動力を被駆動体に伝達するギヤ群と当該ギヤ群を潤滑する潤滑材とが収納されたギヤボックスを備え、前記ギヤボックスは、予め減圧された負圧空間を含む。

実施形態の一態様によれば、ギヤボックス内の内圧上昇を抑制することができる。そのため、内部空間に充填された潤滑材の漏れを、確実に防止することができる関節機構およびロボットを提供することができる。

図１は、実施形態に係る関節機構の模式的説明図である。 図２Ａは、実施形態に係る減圧装置の模式的説明図である。 図２Ｂは、同上の減圧装置の具体例を示す説明図である。 図３Ａは、他の実施形態に係る減圧装置の模式的説明図である。 図３Ｂは、同上の減圧装置の変形例を示す模式的説明図である。 図４は、負圧空間を形成する手順を示す説明図である。 図５Ａは、実施形態に係る関節機構を備えるロボットの一例を示す模式的説明図である。 図５Ｂは、実施形態に係る関節機構を備えるロボットの一例を示す模式的説明図である。 図６は、同上のロボットの関節機構を具体的に示す一部破断説明図である。 図７は、実施形態に係る減圧装置を備えた減速機構を有する走行ロボットの模式的説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する関節機構およびロボットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、本実施形態に係る関節機構の概要について、図１、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。図１は、本実施形態に係る関節機構１０の模式的説明図、図２Ａは、本実施形態に係る減圧装置７の模式的説明図、図２Ｂは、同上の減圧装置７の具体例を示す説明図である。

関節機構１０は、たとえばロボットアームなどに好適に用いることができる。図１に示すように、関節機構１０は、相対的に回動する第１のリンク体１１と第２のリンク体１２との間に設けられる。

また、本実施形態に係る関節機構１０は、第１のリンク体１１に取付けられた駆動源であるモータ２と、モータ軸２１に連結した減速機３を内蔵し、やはり第１のリンク体１１に取付けられた箱状のギヤボックス４とを備える。そして、減速機３の出力軸３１に第２のリンク体１２の基端部が連結される。

かかる構成により、第１のリンク体１１と第２のリンク体１２との間で相対運動を発生させることができる。すなわち、関節機構１０は、第１のリンク体１１に設けられたモータ２からの動力を減速機３で減速して被駆動体である第２のリンク体１２に伝達し、これを所定の回転速度で回動させることができる。なお、本実施形態に係る関節機構１０は、モータ２を備える構成としたが、関節機構はモータ２を含まなくてもよい。その場合、モータ２を関節機構１０とは別に設けて所定の伝達機構を介して連結する。

ギヤボックス４の内部には、図示しない複数のギヤを有するギヤ群を備えた減速機３と、その他必要に応じて配設された他のギヤ群（図示せず）などが収納される。また、ギヤボックス４内には、ギヤ同士の噛合部分を潤滑するためのグリースや潤滑油などに代表される潤滑材５が充填される。

ここでは、潤滑材５の充填量は、ギヤボックス４の内部の約９０％程度を占める量としている。換言すれば、ギヤボックス４内には、潤滑材５の充填されない空間が１０％程度残されることになる。

上述した構成において、本実施形態に係るギヤボックス４の内部には、予め減圧された負圧空間６が含まれる。すなわち、潤滑材５の充填されない空間を減圧した負圧空間６が形成される。

負圧空間６は、たとえば、大気圧に対して０〜αｋＰａ（α：オイルシールの許容圧力に相当）の範囲で減圧された空間である。このように、ギヤボックス４の内部に負圧空間６を設けたため、たとえば減速機３が、所定時間連続運転された場合でも、内圧の上昇を抑制することができる。

すなわち、ギヤの噛み合いや、モータ２からの伝導熱などによってギヤボックス４の内部で温度が上昇しても、予め負圧に維持された負圧空間６が設けられているため、内圧の上昇を効果的に抑制することができる。内圧上昇を抑制することで、結果的に、潤滑材５が漏れ出す不具合を可及的に防止することができる。

上述したように、本実施形態に係る関節機構１０のギヤボックス４は、大気圧に対して０〜αｋＰａ（α：オイルシールの許容圧力に相当）の範囲で減圧された負圧空間６を含む。これは、オイルシールの許容圧力を超えるほどの差圧が生じると、たとえば他のシール箇所などからギヤボックス４内に外気が侵入するおそれがあるからである。

ところで、本実施形態に係るギヤボックス４は、当該ギヤボックス４内を減圧する減圧装置７を備える。そして、かかる減圧装置７を用いてギヤボックス４内に負圧空間６を形成している。しかし、ギヤボックス４の内部に負圧空間６が結果的に形成されるのであれば、その形成過程はいかなる方法や手段を用いても構わない。

本実施形態に係る減圧装置７は、図２Ａに示すように、シリンダ部７１とピストン部７２とを備える。シリンダ部７１は、ギヤボックス４の内部に連通しており、ピストン部７２は、シリンダ部７１内にスライド自在に取付けられる。

かかる減圧装置７によれば、ピストン部７２の引き動作によって、ギヤボックス４の内部に負圧空間６を形成することができる。なお、所定の負圧を維持するためには、たとえば、ピストン部７２を保持する保持部を備えた構成とすることが好ましい。

図２Ｂに示す減圧装置７は、図２Ａに示した減圧装置７の一具体例であり、ピストン保持部となる固定ボルト７０１を備えている。また、この減圧装置７は、圧力調整部となる減圧量調整ボルト７０２をさらに備えている。これら固定ボルト７０１および減圧量調整ボルト７０２の配置や個数は特に限定されるものではない。たとえば、固定ボルト７０１および減圧量調整ボルト７０２を１つの組とし、ピストン部７２の端部に形成されたフランジ部７２４に、周方向に沿って複数組設けることができる。

なお、この具体例では、減圧装置７のシリンダ部７１はギヤボックス４の一部を構成する。すなわち、図示するように、ギヤボックス４を構成する箱体４０に連結孔４１を設け、この連結孔４１に減圧装置７のシリンダ部７１を連結する。かかる構成により、減圧装置７のシリンダ部７１とギヤボックス４とが一体的な構成となる。なお、シリンダ部７１と箱体４０との連結は、連結孔４１に雌ネジを形成し、シリンダ部７１の端部周面に雄ネジを形成して、ネジ止めにより連結することができる。

こうして、箱体４０とシリンダ部７１、さらにこのシリンダ部７１にスライド自在に配設されたピストン部７２の端面により、ギヤボックス４の密閉空間が形成される。そして、ピストン部７２を所定のストロークで引き方向にスライドさせると、密閉空間内には、ピストン部７２の端面と潤滑材５が充填された部分との間に負圧空間６が形成される。なお、図中、符号７２２は、ピストン部７２の周面に設けられたピストンリングを示す。

減圧装置７にあっては、ピストン部７２のストローク長の目安となる目印を設けることが好ましい。ここでは、ピストン部７２の周面に溝部７２１が設けられる。すなわち、ピストン部７２をシリンダ部７１内に最深位置まで押し込んだ状態から、溝部７２１がシリンダ部７１の先端部分に位置するまでスライドさせたとき、負圧空間６が所望する負圧となるようにしている。勿論、かかる溝部７２１は、所望する負圧を得るための目印の一例であり、刻印や印刷表示であっても構わない。また、目印に代えて、たとえば負圧空間６の圧力と対応した目盛りをピストン部７２に設けることもできる。

ピストン部７２を、溝部７２１がシリンダ部７１の先端部分に位置するまでスライドさせた後は、固定ボルト７０１によりシリンダ部７１に固定して、負圧空間６内の圧力を一定に維持することができる。

なお、ピストン部７２を一定のストローク長で正確にスライドさせるためには、減圧量調整ボルト７０２を用いるとよい。すなわち、溝部７２１などの目的となる位置の手前までは一気にスライドさせて構わないが、その後は減圧量調整ボルト７０２をねじ込み、目的位置までピストン部７２を引き方向へ僅かずつスライドさせるのである。

減圧装置７は、上述した構成には限らず、たとえば、図３Ａおよび図３Ｂに示した構成とすることもできる。図３Ａは、他の実施形態に係る減圧装置７０の模式的説明図、図３Ｂは、同上の減圧装置７０の変形例を示す模式的説明図である。

図示するように、他の実施形態に係る減圧装置７０は、吸引ポンプ７４と、吸引ポンプ７４およびギヤボックス４の内部を連通状態に接続する連通路７３と、連通路７３に設けられた弁体７５とを備える。連通路７３は、適宜のチューブなどを用いた管路により構成することができる。そして、かかる連通路７３に設けた弁体７５は、閉止弁として機能する。

かかる減圧装置７０は、吸引ポンプ７４を用いてギヤボックス４の内部を規定の負圧にし、弁体７５により連通路７３を閉塞することにより、ギヤボックス４内に負圧空間６を形成する。

なお、図３Ａに示すように、減圧装置７０は、連通路７３を構成するチューブを直接ギヤボックス４に接続している。しかし、ギヤボックス４に対して連通路７３の径が大きすぎるといった場合、図３Ｂに示すアダプタ部材７６を介設した構成とすることができる。

すなわち、変形例に係る減圧装置７０は、図３Ｂに示すように、ギヤボックス４に接続する小径管部７６ａと、吸引ポンプ７４に一端が連結される連通路７３の他端側と接続する大径管部７６ｂとを有するアダプタ部材７６を備える。なお、このアダプタ部材７６に圧力計を設けるなど、圧力計測機能をもたせることにより、負圧空間６の圧力を計測しながら吸引ポンプ７４を作動させることもできる。

ここで、図４を参照しながら、上述してきた減圧装置７，７０を用いて、ギヤボックス４内に負圧空間６を形成する手順について説明する。図４は、負圧空間６を形成する手順を示す説明図である。

ここでは、ギヤボックス４の内部に未だ潤滑材５が充填されていない状態の関節機構１０の初期設定時、あるいは、古い潤滑材５から新しい潤滑材５に入れ替えるメンテナンス時に負圧空間６を形成する場合としている。

図示するように、先ず、ギヤボックス４内に所定量の潤滑材５を充填する（ステップＳ１１）。こうして、ギヤボックス４の内部には、潤滑材５で満たされた領域と、一定容積の空間が形成される。なお、このステップＳ１１では、前述したように、古い潤滑材５を廃棄して新しい潤滑材５を充填する場合も含む。

次いで、減圧装置７（７０）を作動させる（ステップＳ１２）。たとえば、図２Ａ、図２Ｂに示す減圧装置７を用いる場合であれば、ピストン部７２を所定ストロークだけ引き方向へスライドさせる。他方、図３Ａ、図３Ｂに示す減圧装置７０を用いる場合であれば、吸引ポンプ７４を作動させる。

そして、ギヤボックス４の内部空間が規定の負圧状態（大気圧に対して−１０〜−３０ｋＰａ）となるまで減圧装置７（７０）の作動を継続する（ステップＳ１３）。

ギヤボックス４の内部空間が規定の負圧状態になると、減圧装置７（７０）を停止する（ステップＳ１４）。図２Ａ、図２Ｂに示す減圧装置７を用いる場合であれば、ピストン部７２を固定ボルト７０１で固定する。他方、図３Ａ、図３Ｂに示す減圧装置７０を用いる場合であれば、弁体７５により連通路７３を閉塞するとともに、吸引ポンプ７４を停止する。かかる一連の手順を経て、ギヤボックス４の内部に負圧空間６が形成される（ステップＳ１５）。

このように、ギヤボックス４の内部に負圧空間６が含まれる構成としたため、関節機構１０を連続的に使用し、ギヤボックス４の内部温度が上昇した場合でも、負圧にした分だけ内圧の上昇を効果的に抑制することができる。そして、内圧上昇を抑制することにより、ギヤボックス４内に充填された潤滑材５が漏れ出すおそれも可及的に防止することができる。

なお、上述してきた実施形態では、減速機３と共に他のギヤなどを収納したギヤボックス４内に負圧空間６を形成した。しかし、減速機３もケーシング内に複数のギヤを有するギヤ群を収納した構成であることに変わりはない。したがって、減速機３のケーシング内についても、負圧空間６を予め形成しておくことができる。すなわち、減速機３のケーシングは、駆動源からの動力を被駆動体に伝達するギヤ群と当該ギヤ群を潤滑する潤滑材とが収納されたギヤボックスと見立てることができる。

上述してきた関節機構１０は、図５Ａや図５Ｂに示すロボット８，９に好適に用いることができる。図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ実施形態に係る関節機構１０を備えるロボット８，９の一例を示す模式的説明図である。なお、以下では、関節機構１０を介して連結される一対のリンク体を、ロボットアームを構成するアーム体として説明する。

図５Ａに示すロボット８は、いわゆる垂直多関節ロボットと呼ばれる産業用ロボットである。ロボット８は、設置面１００に固定された基台８０に、関節部８１を介して水平方向へ回転自在に設けられた胴部８０１を備えている。そして、ロボット８は、この胴部８０１から複数の関節部８２〜８６を介して延在する複数のアーム体８０２，８０３，８０４およびリスト体８０５，８０６をさらに具備している。なお、リスト体８０６の先端には、作業に応じたエンドエフェクタ８０７が取付けられる。

かかるロボット８における関節部８１〜８６のいずれにも上述してきた関節機構１０を適用することができる。たとえば、関節部８１であれば、略鉛直方向に延在する軸体（不図示）を備えており、この軸体回りにリンク体としての胴部８０１が旋回することになる。このように、上述してきた関節機構１０が適用されたロボット８は、たとえ稼働時間が長くなったとしても、関節部８１〜８６からグリースなどの潤滑材５が漏出するおそれがない。

また、図５Ｂに示すロボット９は、いわゆる搬送ロボットであり、たとえば、大型の液晶パネルやガラスパネルなどを好適に搬送することができる。ロボット９は、設置面１００に固定された基台９０から立設された胴部９０１から、関節部９１を介して連結された第１アーム体９０２と、この第１アーム体９０２から関節部９２を介して連結された第２アーム体９０３を備える。そして、第２アーム体９０３の先端には、パネル（不図示）を載置するハンド９０４が取付けられる。

ロボット９は、図示するように、第１アーム体９０２が、略水平方向に延在する軸体（不図示）を有する関節部９１を介して、上下方向に大きく揺動可能に構成される。そして、かかる揺動自在とした第１アーム体９０２の先端部に設けた関節部９２に、上述した関節機構１０を適用する。

すなわち、ロボット９が、図５Ｂ（ａ）に示す姿勢から図５Ｂ（ｂ）に示す姿勢へと変化した場合、第１アーム体９０２の先端部に設けた関節部９２は、あたかも天地が逆さまになるように大きく傾く。

かかる関節部９２内のギヤボックス４（図１を参照）の内圧上昇を抑制するために、たとえば、ギヤボックス４の上部近傍に外気連通孔などを設けた場合、図５Ｂ（ｂ）に示した姿勢では外気連通孔から潤滑材５が漏出してしまう。

しかし、本実施形態に係るロボット９は、関節部９２に、内部空間を密閉したギヤボックス４を有する関節機構１０を設けているため、潤滑材５が漏出するおそれがない。しかも、ギヤボックス４の内部には負圧空間６が含まれるため、ギヤボックス４が大きく傾倒し他状態で当該ギヤボックス４内の温度が上昇しても、負圧空間６の存在により内圧の上昇を効果的に抑制することができる。したがって、ロボット９においても、ギヤボックス４内に充填された潤滑材５の漏出を効果的に防止することができる。

ここで、関節機構１０を備える他のロボット１００について図６を参照しながら説明する。図６は、ロボット１００の関節機構を具体的に示す一部破断説明図である。

図示するように、ロボット１００は、関節機構１０を介して連結される一対のリンク体としてのポスト部１３とアーム部１４とを備える。ポスト部１３は、図示しない床面などから起立した状態で設置され、アーム部１４は、関節機構１０を介してポスト部１３の上端部に回動自在に連結される。

関節機構１０の基本構成は、図１を用いて説明した構成と特に変わらず、減速機３を内蔵し、潤滑材５を収容したギヤボックス４を備え、ギヤボックス４には、減圧装置７が設けられる。

本ロボット１００が備える関節機構１０は、被駆動体であるアーム部１４の基端部に配設され、モータ軸２１を介して、ポスト部１３の上端部に設けられた駆動源となるモータ２と連動連結する。モータ２は、ポスト部１３の上端に外付けされ、モータカバー１６により覆われている。

ギヤボックス４の内部には、減圧装置７により予め減圧された負圧空間６が形成されているため、内圧の上昇を効果的に抑制する。したがって、本ロボット１００の関節機構１０は、アーム部１４が回動し、ギヤボックス４の姿勢が天地逆さまの状態になったとしても、潤滑材５の漏れを可及的に防止することができる。

なお、本実施形態に係る関節機構１０が適用されるロボットの種類や構成などは、上述したロボット８，９，１００に限定されるものではない。複数のアーム体が関節機構１０を介して連結されたロボットであればよい。

また、図７に示すように、走行軸１１０を介して直動する移動体１２０上にロボット本体１３０が設けられたロボット２００がある。移動体１２０は、ロボット本体１３０と別体であっても一体的に構成されていても構わない。

図７に示した例では、走行軸１１０は、移動体１２０の幅方向に所定間隔をあけて設けた一対のリニアガイド１１１，１１１と、ラック１１２とを備えた構成である。かかるロボット１００は、たとえばモータ２０などの駆動源からの動力を推進力として移動体１２０に伝達する減速機３０を備える。減速機３０は、図示しないギヤ群および当該ギヤ群を潤滑する潤滑材を収容している。そして、減速機３０の出力軸３１に、ラック１１２と噛合するピニオン１１３を設け、直動機構が構成される。

かかる構成において、減速機３０を、上述してきたギヤボックス４と同じように、予め減圧された負圧空間６（図１などを参照）を含むものとすることができる。すなわち、関節機構ではなく、直動機構を備えたロボット２００であっても減速機３０内に充填された潤滑材の漏出を効果的に防止することが可能となる。

以上、関節機構およびロボットについて、上述してきた実施形態を通して説明したが、さらなる効果や変形例などは、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

２ モータ（駆動源）
３ 減速機
４ ギヤボックス
５ 潤滑材
６ 負圧空間
７ 減圧装置
８，９ ロボット
１０ 関節機構
７１ シリンダ部
７２ ピストン部
７３ 連通路
７４ 吸引ポンプ
７５ 弁体

Claims (8)

1. 駆動源からの動力を被駆動体に伝達するギヤ群と当該ギヤ群を潤滑する潤滑材とが収納されたギヤボックスを備え、
   前記ギヤボックスは、予め減圧された負圧空間を含む
   ことを特徴とする関節機構。
2. 前記ギヤボックスは、
   内部を減圧する減圧装置を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の関節機構。
3. 前記減圧装置は、
   前記ギヤボックスの前記内部に連通するシリンダ部と、
   当該シリンダ部内にスライド自在に設けられたピストン部と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の関節機構。
4. 前記減圧装置は、
   吸引ポンプと、
   当該吸引ポンプおよび前記ギヤボックスの内部を連通する連通路と、
   当該連通路に設けられる弁体と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の関節機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の関節機構を
   備えることを特徴とするロボット。
6. 略水平方向に延在する軸体回りに揺動自在とした第１アーム体と、
   当該第１アーム体に、前記関節機構を介して回動自在に連結された第２アーム体と
   を備え、
   前記関節機構は、前記第１アーム体の先端部に設けられる
   ことを特徴とする請求項５に記載のロボット。
7. 前記関節機構は、略鉛直方向に延在する軸体を備え、前記軸体回りに旋回するリンク体を備える
   ことを特徴とする請求項５に記載のロボット。
8. 走行軸を介して直動する移動体と、
   駆動源からの動力を前記移動体に伝達するギヤ群および当該ギヤ群を潤滑する潤滑材を収納する減速機と
   を備え、
   前記減速機は、予め減圧された負圧空間を含むことを特徴とするロボット。

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