JP2014181767A - 駆動機構およびロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】ギヤボックス内に充填された潤滑材を簡単に冷却することのできる駆動機構およびロボットを提供すること。
【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が収納され、ギヤ群を潤滑する潤滑材が充填されるとともに、所定部材の内部に設けられたギヤボックスと、ギヤボックスに連結され、潤滑材を循環させる潤滑材循環路とを備える。潤滑材循環路は、所定部材の外部を通る外部循環部を有する。かかる構成により、簡単な構成で、ギヤボックスに充填された潤滑材を冷却することができる。
【選択図】図3
【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が収納され、ギヤ群を潤滑する潤滑材が充填されるとともに、所定部材の内部に設けられたギヤボックスと、ギヤボックスに連結され、潤滑材を循環させる潤滑材循環路とを備える。潤滑材循環路は、所定部材の外部を通る外部循環部を有する。かかる構成により、簡単な構成で、ギヤボックスに充填された潤滑材を冷却することができる。
【選択図】図3
Description
開示の実施形態は、駆動機構およびロボットに関する。
従来、駆動機構を備えるロボットとして、関節機構を介して複数のアーム体が連結されたロボットアームを備えるものが知られている。駆動機構としての関節機構は、駆動源の回転を、被駆動体となるアーム体に伝達し、アーム体を回動させることができる。
通常、駆動源の回転は、必要なトルクを得るために減速機を介して出力される。減速機は、よく知られているように、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潤滑材の温度が上昇し、劣化も促進されてしまう。劣化促進はそのまま寿命が短くなることになるため、潤滑材の冷却が望まれる。
潤滑材を冷却するためには、特許文献1に開示されているように、潤滑材の配管などを強制的に冷却する冷却装置を設けることができる。なお、冷却装置としては、例えば、ファンなどが考えられる。
しかしながら、ロボットアームの駆動機構をはじめとして、ファンのような冷却装置を配置するスペースがない場合がある。
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、ギヤボックス内に充填された潤滑材を簡単な構成で冷却することのできる駆動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駆動機構は、駆動源からの動力を被駆動体に伝達するギヤ群が収納され、前記ギヤ群を潤滑する潤滑材が充填されるとともに、所定部材の内部に設けられたギヤボックスと、前記ギヤボックスに連結され、前記潤滑材を循環させる潤滑材循環路とを備える。前記潤滑材循環路は、前記所定部材の外部を通る外部循環部を有する。
実施形態の一態様によれば、簡単な構成で、ギヤボックスに充填された潤滑材を冷却することができる駆動機構およびロボットを提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する駆動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、駆動機構を備えるロボットの概要について、図1および図2を用いて説明する。図1および図2は、それぞれ実施形態に係る駆動機構を備えるロボット100,200の一例を示す模式的説明図である。
すなわち、本実施形態に係るロボット100,200は、駆動機構として、後に詳述する関節機構1を介して、互いに回動自在に連結された一対のリンク体を備える。なお、以下では、一対のリンク体を、ロボットアームを構成する胴部やアーム体として説明する。
図1に示すロボット100は、いわゆる搬送ロボットであり、たとえば、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100は、設置面300に固定された基台110から立設された胴部111から、関節部101を介して連結された第1アーム体112と、この第1アーム体112から関節部102を介して連結された第2アーム体113を備える。そして、第2アーム体113の先端には、パネル(不図示)を載置する、例えばフォーク状のハンド114が取付けられる。
ロボット100の関節部101,102は、いずれも略水平方向に延在する軸体(不図示)を有する。そのため、ロボット100は、第1アーム体112は関節部101を介して、また、第2アーム体113は関節部102を介して、上下方向に大きく揺動可能に構成される。かかる関節部101や関節部102に関節機構1(図3参照)は適用される。
また、図2に示すロボット200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200は、設置面300に固定された基台210に、関節部201を介して水平方向へ回転自在に設けられた胴部211を備えている。また、ロボット200は、この胴部211から複数の関節部202〜206を介して延在する複数のアーム体212,213,214およびリスト体215,216をさらに具備している。なお、リスト体216の先端には、作業に応じたエンドエフェクタ217が取付けられる。
かかるロボット200における関節部201〜206のいずれにも、関節機構1(図3参照)を適用することができる。
たとえば、関節部201は、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211が旋回することになる。また、たとえば、第1リンク体である胴部211の先端に設けられた関節部202であれば、略水平方向に延在する軸体(不図示)を備えており、この軸体回りに第2リンク体であるアーム体212が回動することになる。
ここで、関節機構1の概要について、図3〜図4Bを参照して説明する。図3は、関節機構1の概略を示す模式的説明図である。また、図4Aは、伝熱体9の説明図、図4Bは、伝熱体9の横断面視による説明図である。
関節機構1は、図3に示すように、相対的に回動する第1リンク体11と第2リンク体12との間に設けられており、上述したロボット100,200のロボットアームなどに好適に用いることができる。
関節機構1は、駆動源であるモータ2と連結した減速機3を内蔵する箱状のギヤボックス4を備える。ここでは、モータ2を所定部材の一例となる第1リンク体11に配設し、モータ軸21を介して、これも所定部材の一例である第2リンク体12に設けたギヤボックス4の内部に収納した減速機3と接続している。かかる減速機3は、図示しない複数のギヤを有するギヤ群を備えている。
かかる減速機3を収納したギヤボックス4の内部には、その他必要に応じて配設された他のギヤ群(図示せず)と、各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が充填されている。
かかる関節機構1により、第1リンク体11と第2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1は、第1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。
上述した構成において、本実施形態に係る関節機構1は、ギヤボックス4に連結され、潤滑材5を循環可能とした潤滑材循環路7をさらに備える。
図3に示すように、潤滑材循環路7は、ギヤボックス4の上部に設けた排出口に他端が接続され、下部に設けた給脂口に終端が接続されて構成される。そして、潤滑材循環路7の中途に循環ポンプ8を備え、矢印fで示すように、ギヤボックス4内に充填された潤滑材5を循環させるようにしている。
本実施形態に係る潤滑材循環路7は、図示するように、第1リンク体11や第2リンク体12(所定部材)の内部を通る内部循環部7bと、第1リンク体11や第2リンク体12(所定部材)の外方に延在し、表面が外気と接触する外部循環部7aとを有する。また、潤滑材循環路7は、所定部材としての第2リンク体12の内部を通る内部循環部7bの中途に循環ポンプ8が設けられる。
また、関節機構1は、内部循環部7bと第2リンク体12の内壁面12aとの間に、伝熱体9を有する冷却部90が設けられる。冷却部90は、第2リンク体12の内壁面12aに取付けられた伝熱体9に、内部循環部7bを形成する配管700(図4Bを参照)を保持させることにより構成される。すなわち、潤滑材循環路7は、第2リンク体12の内部において、熱伝導により熱を逃がして冷却する冷却部90に接した状態で配設される。
配管700は、熱伝導により熱を逃がすことができるように、第2リンク体12の内壁面12aに当接した状態で取付けられた伝熱体9に保持させればよいが、配管700と伝熱体9とを密着させれば、冷却効果がより高まる。また、同様に、伝熱体9についても第2リンク体12の内壁面12aに密着させることが好ましい。
このように、本実施形態に係る関節機構1によれば、潤滑材循環路7の少なくとも一部が、外気と接触する外部循環部7aとなっているため、簡単な構成でありながら、潤滑材5を効果的に冷却することができる。したがって、減速機3やその他のギヤ群におけるギヤの噛み合いや、モータ2からの伝導熱などによって潤滑材5の温度が上昇しても、潤滑材5を循環させる間に、外気へ輻射熱として放熱して冷却することができる。
さらに、本実施形態に係る関節機構1は、内部循環部7bに当接して熱伝導により熱を逃がして冷却する冷却部90を備えているため、冷却効果をさらに高めることができる。
冷却部90を構成する伝熱体9は、図4Aおよび図4Bに示すように、例えば、熱伝導率の高い材料を所定厚みの板状に形成している。そして、伝熱体9の一側面に溝部91を形成し、他側面を第2リンク体12の内壁面12aへの取付面としている。かかる伝熱体9の溝部91に、潤滑材循環路7を構成する配管700を嵌め込むことで、配管700を保持することができる。
溝部91は、断面形状が、配管700の直径と同寸若しくは僅かに小さい径の半円状に形成されている。したがって、溝部91は、潤滑材循環路7を構成する配管700を密着状態で保持することができるとともに、配管700との接触面積を可及的に大きくすることができるため、伝熱による放熱効果を高めることができる。
また、かかる溝部91を有する伝熱体9を、第2リンク体12の内壁面12aに取付けたため、第2リンク体12の内部を通る内部循環部7bを簡単に位置決めしながら保持することができる。したがって、配管700をウレタンなどの合成樹脂性の可撓性を有するチューブで形成した場合、第2リンク体12の内部で配管700を所望する姿勢で這わすことができる。また、図3においては、伝熱体9は単体としたが、複数の伝熱体9を適宜配設することにより、冷却効果をより高めるとともに、配管700のレイアウトの自由度も高めることができる。
さらに、本実施形態に係る関節機構1では、配管700に、例えば市販の伝熱ペースト92を塗布し、塗布部分を第2リンク体12の内壁面12aに接触させることにより、冷却部90の一部を構成するようにしている。なお、伝熱ペースト92を、溝部91に嵌合される配管部分に塗布してもよい。
ところで、本実施形態に係る関節機構1は、図3に示すように、潤滑材5の経時変化を検出するセンサを備えている。すなわち、潤滑材5は、上述してきたように、循環しながら冷却されてはいるが、どうしても経時的には劣化が進んでしまう。
ここでは、経時変化を検出するセンサを、潤滑材5の色変化を検出する光学センサ6としている。潤滑材5は、通常、黄色あるいは飴色であり、劣化すると、黒っぽく変色していく。そこで、潤滑材循環路7を構成する配管700の少なくとも一部に透明領域を形成し、かかる透明領域に対向して光学センサ6を設けている。
本実施形態では、潤滑材循環路7を構成する配管700を、透明なウレタン樹脂性のチューブで形成するとともに、第2リンク体12の内部における循環ポンプ8の下流側に光学センサ6を設けている。
光学センサ6は、例えば、発光部と受光部とを備える周知構造のセンサを用いることができ、潤滑材5の変色に伴う透光度の変化を検出可能としている。通常の潤滑材であれば、透光度が低下するにつれて潤滑機能が低下していると判断することができる。
かかる光学センサ6は、例えば、図示しない所定の制御装置を介して、これも図示しないモニタや各種の警報表示を行う表示装置と接続しておくことができる。
制御装置は、例えば、CPUなどを有する制御部とROMやRAMなどの記憶部を備えており、記憶部には、潤滑材5の劣化度合いと透光度合いとを数値化して関連付けたテーブルを記憶している。そして、光学センサ6の検出結果を、制御部は、テーブルと比較し、所定の閾値を超える結果と判定された場合、潤滑材5の交換時期を示す表示や、潤滑材5の交換を促す警報などを表示装置に表示するのである。なお、用いる潤滑材5が複数種ある場合、記憶装置に記憶しておくテーブルも、潤滑材5の種類ごとに対応させておくことは勿論である。
なお、潤滑材5は、劣化が進むに伴い、ギヤなどから発生する金属粉などの量も増加するため、光学センサ6からの光の乱反射の度合い、すなわち、光の拡散度合いも変化する。そこで、潤滑材5の色変化ではなく、光の拡散度合いの変化を検出する光学センサ6を採用し、その検出結果に基いて潤滑材5の劣化を判断することもできる。また、潤滑材5の色変化と光の拡散度合いの変化との両方を検出して潤滑材5の劣化を判断することもできる。
なお、光学センサ6により、センシングするタイミングは、例えば、一日に1回、あるいは所定時間毎に1回、行うようにするなど、適宜設定しておくことができる。そして、かかるタイミングについても、制御装置によるコマンドによって自動的に行うようにすることができる。なお、潤滑材5の汚損度合いは、潤滑材循環路7の中でもムラがあると考えられる。そのため、光学センサ6による1回あたりのセンシング時間は、連続にしても、断続的にしても、所定長の時間とすることが好ましい。
ここで、関節機構1のより具体的な構成について、図5及び図6を参照しながら説明する。図5は、関節機構1を備えるロボットの具体例を示す説明図、図6は、関節機構1を具体的に示す一部破断説明図である。なお、図6に示す関節機構1において、図3で示した構成要素と同一の構成要素は同一符号で示し、特に必要のない限り、詳しい説明は省略する。
図5に示すロボット150は、図1に示したロボット100と同様の搬送ロボットであり、大型の液晶パネルを搬送可能に構成されている。
図示するように、ロボット150は、基台151に旋回自在に取付けられた略L字形状の旋回台152と、この旋回台152の上端から順次回動自在に連結された第1アーム154、第2アーム155、水平アーム156とを備える。第1アーム154は、旋回台152の支柱部153の上端に第1関節部161を介して回動自在に取付けられ、第2アーム155は、第1アーム154の先端に第2関節部162を介して回動自在に取付けられる。そして、これら第1アーム154および第2アーム155は、矢印700に示すように昇降可能となっている。
また、水平アーム156は、第2アーム155の先端に第3関節部163を介して回動自在に取付けられる。そして、かかる水平アーム156に、フォーク状に構成され、大型の液晶パネルなどのワーク500を載置自在とした上側ハンド157と下側ハンド158とが、それぞれ矢印600で示すように、水平方向へ進退自在に取付けられている。
かかるロボット150は、大型液晶パネルなどの大型のワーク500を、広範囲で移動させて搬送することができる。そのため、関節機構1への負荷も大きくなり、それに伴う関節機構1の内部の潤滑材5の温度上昇も顕著となる。したがって、本実施形態に係る関節機構1は、かかるロボット150の、例えば、第1、第2、第3関節部161,162,163に好適に用いることができる。
関節機構1は、図6に示すように、相対的に回動する一対のリンク体、すなわち、第1リンク体11と第2リンク体12との間に設けられている。なお、ここで、第1リンク体11は、例えば、図5に示すロボット150の第1アーム154に相当し、第2リンク体12は、例えば、図5に示すロボット150の支柱部153に相当する。また、関節機構1は、ロボット150のみならず、前述したロボット100,200のロボットアームなどに好適に用いることができる。
第1リンク体11は、例えば、図1に示したロボット100において、その胴部111を構成するリンク体である。また、第2リンク体12は、例えば、第1アーム体112を構成するリンク体である。そして、図6に示すように、関節機構1は、第1リンク体11と第2リンク体12とを連結する関節部101(図1参照)に設けられる。
図示するように、潤滑材循環路7は、第2リンク体12の内部に収納されたギヤボックス4のモータ2側の面の上部を始端として、第1リンク体11の内部に収納されたモータ2の側へ引き出される。そして、モータカバー16により閉塞されて形成された第1リンク体11のモータ収納部25から、装置外へ引き出され、関節部101を迂回するように延在し、第2リンク体12の側壁12bから内部に挿通される。
潤滑材循環路7のうち、装置外に延在する部分である外部循環部7aは、図示するように、保護チューブ70と、案内チューブ71内に配設されている。保護チューブ70は、内部に各種ケーブル類などを束ねられて収容しており、中継ボックス72を介して所定の位置まで延在している。案内チューブ71は、中継ボックス72から第2リンク体12の側壁12bまでを接続している。なお、中継ボックス72は、ブラケット73を介して第2リンク体12の側壁12bに支持されている。
潤滑材循環路7は、中継ボックス72で屈曲し、案内チューブ71内を通って第2リンク体12の側壁12bから第2リンク体12の内部へと伸延する。
潤滑材循環路7のうち、装置内、すなわち第1リンク体11や第2リンク体12の内部に位置する内部循環部7bは、図示するように、第2リンク体12の内部空間を屈曲させて横切らせ、伝熱体9により一旦保持されるとともに、循環ポンプ8に接続する。なお、伝熱体9と循環ポンプ8とは、ここでは、第2リンク体12の対向する内壁にそれぞれ取付けられているが、取付箇所は適宜選定することができる。
循環ポンプ8から導出された潤滑材循環路7の内部循環部7bの終端は、ギヤボックス4の下面に接続される。こうして、ギヤボックス4の内部に充填された潤滑材5は、潤滑材循環路7を通って循環する。
したがって、ギヤボックス4の内部において、減速機3などのギヤ群におけるギヤの噛み合いや、モータ2からの伝導熱などによって潤滑材5の温度が上昇しても、潤滑材5を循環させる間に、外部循環部7aにおいて外気へ輻射熱として放熱して冷却される。
さらに、温度上昇した潤滑材5は、内部循環部7bにおいても、第2リンク体12の内壁面12aに密着された伝熱体9を有する冷却部90を介して、熱伝導により放熱して冷却されることになる。
このように、本実施形態に係る関節機構1は、極めて簡単な構成でありながら、ギヤボックス4に充填された潤滑材5を効果的に冷却することができる。
ところで、本実施形態に係る潤滑材循環路7の配管700(図4A,4Bを参照)は、前述したように、透明なウレタン樹脂性のチューブである。そして、図6に示すように、光学センサ6は、潤滑材循環路7のうち、循環ポンプ8から導出された内部循環部7bに臨むように配設される。なお、光学センサ6の信号線などは、潤滑材循環路7の配管700と同様に案内チューブ71内を通り装置外へと導出される。
しかし、光学センサ6の配設位置は、必ずしも第2リンク体12や第1リンク体11などの部材内部に配設する必要はない。例えば、図7に示すように、部材外部において、外部循環部7aに臨ませて配設することもできる。ここで、図7は、駆動機構の変形例を示す一部破断説明図である。
図7に示すように、変形例に係る駆動機構では、第2リンク体12の側壁12bに配管引出孔12c,12cを形成し、伝熱体9の下手側の配管700を略U字状に第2リンク体12の外部へ引き出して被検出部を形成している。そして、第2リンク体12の外部へ引き出された被検出部の配管700に臨むように、光学センサ6が配設される。外部へ引き出された配管700は、潤滑材循環路7の外部循環部7aを形成することになり、光学センサ6は、外部循環部7aに臨ませて配設することが可能となる。このように、潤滑材循環路7(配管700)のみを外部に引き出して被検出部を形成すれば、潤滑材5の劣化を、目視によっても確認することが可能となる。
なお、本実施形態に係る駆動機構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100,150,200に限定されるものではない。複数のアーム体が関節機構1(駆動機構)を介して連結されたロボットであればよい。
また、駆動機構は、図8に示すように、走行軸410を介して直動する移動体420上にロボット本体430が設けられたロボット400に適用することもできる。図8は、他の実施形態に係る駆動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。
すなわち、潤滑材循環路7を備える駆動機構を、直動機構10として利用するものであり、図示するように、ロボット400は、設置面300上を直進することができる。
ロボット400の走行軸410は、図示するように、移動体420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411,411と、ラック412とを備えて構成される。
かかるロボット400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420に伝達する減速機30を備える。そして、減速機30の出力軸31に、ラック412と噛合するピニオン413を設けて直動機構10が構成される。
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。すなわち、減速機30のケーシングが上述してきたギヤボックス4に相当しており、かかる減速機30のケーシングに、循環ポンプ8を介して潤滑剤循環路7が接続される。
このように、駆動機構として直動機構10を備えたロボット400であっても、減速機30内に充填された潤滑材5の温度上昇を簡単な構成で効果的に抑制することが可能となる。
ところで、ここでは、光学センサ6を、装置外に露出した状態で配置したが、例えば、減速機30やモータ20などを収容するハウジングを別途形成し、かかるハウジング内に設けることもできる。また、直進するロボット400としては、移動体420がロボット本体430と一体的に構成されていても、あるいは別体で構成されていてもいずれでも構わない。
以上、駆動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。
1 関節機構(駆動機構)
2 モータ(駆動源)
3 減速機
4 ギヤボックス
5 潤滑材
6 光学センサ
7 潤滑材循環路
7a 外部循環部
7b 内部循環部
9 伝熱体
10 直動機構(駆動機構)
90 冷却部
91 溝部
100 ロボット
200 ロボット
2 モータ(駆動源)
3 減速機
4 ギヤボックス
5 潤滑材
6 光学センサ
7 潤滑材循環路
7a 外部循環部
7b 内部循環部
9 伝熱体
10 直動機構(駆動機構)
90 冷却部
91 溝部
100 ロボット
200 ロボット
Claims (7)
- 駆動源からの動力を被駆動体に伝達するギヤ群が収納され、前記ギヤ群を潤滑する潤滑材が充填されるとともに、所定部材の内部に設けられたギヤボックスと、
前記ギヤボックスに連結され、前記潤滑材を循環させる潤滑材循環路と、
を備え、
前記潤滑材循環路は、
前記所定部材の外部を通る外部循環部を有することを特徴とする駆動機構。 - 前記潤滑材循環路は、前記所定部材の内部を通る内部循環部をさらに備え、外気と非接触とされた前記内部循環部と前記所定部材の内面との間に、伝熱体を有する冷却部が設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動機構。 - 前記伝熱体は、
前記内部循環部を保持する溝部を有する
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動機構。 - 前記潤滑材の経時変化を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の駆動機構。
- 前記センサは、
前記潤滑材の色変化を検出する光学センサであり、
前記潤滑材循環路を構成する配管の少なくとも一部に透明領域が形成され、前記透明領域に対向して前記光学センサが設けられる
ことを特徴とする請求項4に記載の駆動機構。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の駆動機構と、
前記駆動機構を介して互いに回動自在に連結された一対のリンク体と
を備えることを特徴とするロボット。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の駆動機構と、
前記駆動機構により移動される移動体と
を備えることを特徴とするロボット。
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