JP2015123508A - 旋回体を有するロボット - Google Patents

Abstract

【課題】旋回体に使用される軸受けを小型化することができる、又は軸受けの寿命を延ばすことができるロボットを提供する。
【解決手段】ロボット1は、基台2と、上下に延びた中心軸Ｌを有する軸受け4を介してこの中心軸Ｌの周りに回動自在に基台2によって支持される旋回体3と、旋回体3から中心軸Ｌに対して片側に位置するように延びるロボットアーム10と、基台2から旋回体3に対し、少なくともロボットアーム10の自重により旋回体3に作用する重力モーメントに抗する反力モーメントを作用させるアシスト機構5と、を備えて構成される。アシスト機構5は、旋回体における中心軸Ｌに対してロボットアーム10が位置する側の部分の下面に設けられた受け構造体6と、この受け構造体6が基台2に接する箇所に設けられ、基台2上を転動する転動機構7とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用のロボットに関し、特に水平面内を旋回する旋回体を有するロボットに関する。

従来から床等に固定される基台と、この基台に支持されて水平面内を旋回する旋回体と、この旋回体を基端部として上向きに延びるように設けられたロボットアームを有する産業用ロボットが知られている(特許文献１参照)。ロボットアームは、複数のアーム部材を相互に回転可能に連結して構成され、各アーム部材にはこのアーム部材を連結部を中心として回転させるサーボモータが接続されている(特許文献２参照)。基台と旋回体の一方には軸体が設けられ、他方にはこの軸体に嵌まって旋回体を滑らかに旋回させる軸受けが設けられている。軸受けは上下に延びた中心軸を有しており、ロボットアームは動作状態においてこの中心軸に対して片側に位置する場合がある。

特開２０１０―２６９４００号公報 特開２００６―２６８４７号公報

ロボットアームが中心軸に対して片側に位置する場合は、ロボットアームの自重によって、重力モーメントがロボットアームの基端部である旋回体及び軸受けに加わる。また、各アーム部材が連結部を中心として回転する場合は、このアーム部材の加減速状態による作動モーメントが旋回体及び軸受けに加わる。軸受けがこの重力モーメントと作動モーメントに耐えることができるように、大径の軸受けが使用されることが多い。しかし、この大径の軸受けは高価であり、ロボット全体の製造コストの上昇を招来していた。また、ロボット全体のコスト上昇を防ぐべく、小型の軸受けを使用すると、軸受けの寿命が短くなる問題もある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、旋回体に使用される軸受けを小型化することができる、又は軸受けの寿命を延ばすことができるロボットを提供することにある。

本発明のロボットは、基台と、
上下に延びた中心軸を有する軸受けを介して当該中心軸の周りに回動自在に前記基台によって支持される旋回体と、
前記旋回体から前記中心軸に対して片側に位置するように延びるロボットアームと、
前記基台から前記旋回体に対し、少なくとも前記ロボットアームの自重により当該旋回体に作用する重力モーメントに抗する反力モーメントを作用させるアシスト機構と、を備えて構成される。

本発明の構成に従えば、アシスト機構が、上記重力モーメントに抗する反力モーメントを旋回体に作用させるので、その分、軸受けが旋回体に対して作用させる反力モーメントが減少する。これにより、軸受けの寿命を延ばす、又は軸受けを小型化することができる。

上記発明において、前記アシスト機構は、前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側の部分を前記基台に対して相対移動可能に支持する可動支持機構である。また、前記アシスト機構は、前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側の部分の下面に受け構造体を設け、前記受け構造体が前記基台に接する箇所には、前記基台上を転動する転動機構が設けられている。

上記構成に従えば、転動機構が基台上を転動することにより、受け構造体と基台との間の摩擦力が軽減される。これにより、旋回体はスムーズに旋回することができる。

上記発明において、前記転動機構は、前記旋回体の回転方向に沿って互いに離間して設けられた少なくとも２つのローラ又はタイヤを備えている。また、前記基台上には、前記転動機構の前記ローラ又はタイヤの回転を案内するレールが設けられ、前記転動機構には前記ローラ又はタイヤが前記レールから脱落することを防ぐ外れ防止部材が設けられている。

上記構成に従えば、外れ防止部材を設けていることにより、ローラ又はタイヤはレール上を安定して回転することが出来る。

上記発明において、前記アシスト機構は、前記旋回体と前記基台との間で、伸縮可能に設けられている。

上記構成に従えば、アシスト機構が伸縮可能に設けられているから、ロボットアームの自重に対する反力が変動しても、該反力をスムーズに受けることができる。即ち、アシスト機構が剛体であれば、反力が変動すると、変動分の反力がアシスト機構に吸収されず、該アシスト機構の損傷等に繋がる虞がある。しかし、アシスト機構を伸縮可能に設けることにより、変動分の反力は吸収され、アシスト機構の損傷等は防止される。また、アシスト機構を伸縮可能に設けることにより、旋回体が回転する際に生じる振動も緩和される。

本発明に係るロボットにあっては、アシスト機構が、上記重力モーメントに抗する反力モーメントを旋回体に作用させるので、その分、軸受けが旋回体に対して作用させる反力モーメントが減少する。これにより、軸受けの寿命を延ばす、又は軸受けを小型化することができる。

本発明の実施形態に係るロボットの構成を示す全体図である。 軸受けの内部構造を示す断面図である。 基台とアシスト機構の位置関係を示す平面図である。 アシスト機構を示す正面図である。 図４をＡ１方向から見た側面図である。 図５をＢ１方向から見た平面図である。 受け構造体の内部構造の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るロボットの構成を示す全体図である。

(ロボットの第１の実施形態)
以下、本発明の実施形態を図を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付してその重複する説明を省略する。また、「上」及び「下」の語は、鉛直方向に沿う上方及び下方を夫々指す。

図１は、本発明の実施形態に係るロボットの全体図である。図１に示すように、ロボット１は、例えば、ワークを把持して搬送する産業用ロボットである。しかし、ロボット１は、この用途に限定されない。
ロボット１は、床等に固定される基台２と、基台２から上向きに突出した軸体２０と、この軸体２０に嵌まる軸受け４を介して中心軸Ｌの周りに回転自在に基台２に支持される旋回体３と、旋回体３から中心軸Ｌに対して片側、図１では左側に位置するロボットアーム１０とを備えて構成される。旋回体３は基台２内に位置するモータ(図示せず)から減速機構を介して回転駆動力を与えられる。軸受け４は、周知の如く、中心軸Ｌの周りに互いに回転可能な内輪４０と外輪４１を備えて構成される。

軸体２０は大径の第１軸２１と、この第１軸２１から上向きに突出した小径の第２軸２２を一体に設けて構成される。軸受け４は第２軸２２に同軸に嵌まり、第１軸２１の上面に内輪４０の下面が受けられる。軸受け４の外輪４１は旋回体３の下端部に接続され、外輪４１が内輪４０に対して回転することにより、旋回体３は軸体２０を中心として水平面内を回転する。
ロボットアーム１０は、複数のアーム部材１１を相互に回転可能に連結して構成され、各アーム部材１１にはこのアーム部材１１を連結部１２を中心として回転させるモータ１３が接続されている。最も先端側に位置するアーム部材１１には、ワークを把持する把持部１４が設けられている。把持部１４がワークを保持した状態にて旋回体３が中心軸Ｌを中心として回転し、各アーム部材１１が連結部１２を中心に回転することにより、ワークが所望の位置に搬送される。

ロボットアーム１０が中心軸Ｌに対して片側に位置するから、ロボットアーム１０の自重によって、図１にて反時計方向の重力モーメントＭが旋回体３及び軸受け４に加わる。また、各アーム部材１１が連結部１２を中心として回転するから、このアーム部材１１の加減速状態による反時計方向の作動モーメントが旋回体３及び軸受け４に加わる。軸受け４がこの重力モーメントと作動モーメントの両方に耐えることができるように、本実施形態にあっては軸受け４にはクロスローラ軸受けが使用されている。

図２は、このクロスローラ軸受けである軸受け４の内部構造を示す断面図である。軸受け４は内輪４０と外輪４１の間に、断面矩形状の溝４２を形成し、この溝４２に円筒形又は円錐形のコロ４３を回転中心軸Ｓを中心として回転可能に嵌めて構成される。回転中心軸Ｓは軸受け４の中心軸Ｌに対して約４５°に傾いており、これにより、ロボットアーム１０による重力モーメント及び作動モーメント、及び両モーメントに伴うラジアル荷重とスラスト荷重の両方を受けることができる。また、コロ４３は溝４２の周壁に線接触するから、ボールが点接触して荷重を受ける一般的なボールベアリングに比して大きな荷重を受けることができる。
尚、図２ではコロ４３を２つしか図示していないが、実際は軸受け４の周方向に沿って多数配置される。また、コロ４３を上下に亘って複数段配置してもよい。更に、軸受け４はクロスローラ軸受けに代えて、アンギュラ玉軸受を上下２段に配置して構成されてもよく、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方及びモーメントを受けることができればよい。

ロボットアーム１０による重力モーメント及び作動モーメントは、軸受け４に加わるから、軸受け４にクロスローラ軸受けを使用していても、軸受け４の大型化又は寿命の低下に繋がる。そこで、本実施形態のロボット１にあっては、基台２と旋回体３との間に、重力モーメント及び作動モーメントに抗する反力モーメントを作用させるアシスト機構５を設けている。

図３は、基台とアシスト機構の位置関係を示す平面図であり、図示の便宜上、ロボットアーム１０の図示を省略する。図４はこのアシスト機構５を示す正面図、図５は図４をＡ１方向から見た側面図、図６は図５をＢ１方向から見た平面図である。図３に示すように、基台２には、環状のレール２３が上向きに形成されており、このレール２３は中心軸Ｌと同軸に形成されている。後記の如く、レール２３によって旋回体３の旋回が案内される。
図４に示すように、アシスト機構５は、旋回体３において中心軸Ｌに対してロボットアーム１０が位置する側、即ち左側を基台２に対して相対移動可能に支持する可動支持機構である。具体的には、アシスト機構５は、中心軸Ｌに対して旋回体３の左側下面から下方に延びた受け構造体６と、この受け構造体６が基台２に接する箇所に設けられ、基台２上を転動する転動機構７とを備えて構成される。転動機構７は、受け構造体６の下端部から吊るされて設けられた保持片５０内に配置されている。転動機構７は具体的には、ローラ又はタイヤであって、特にタイヤの場合はレール２３の上面を転動する際の振動や騒音を抑えることができる効果がある。また、レール２３の上面を精度良く平坦に形成することによっても、転動機構７がレール２３の上面を転動する際の振動や騒音を抑えることができる。

受け構造体６は、重力モーメント及び作動モーメントによって軸受け４が受ける反力の少なくとも一部を吸収するダンパー機構から構成される。このダンパー機構には、例えばバネ機構、油圧機器、及びエアシリンダが挙げられるが、これらに限定されない。ダンパー機構は、前記の重力モーメント及び作動モーメントに抗し、且つ両モーメントに対応した反力モーメントを作用させるものであり、このように反力モーメントを作用させる構成であればよい。
換言すれば、受け構造体６を剛体から形成することも考えられるが、これでは反力モーメントは重力モーメント及び作動モーメントに対応した値、即ち、重力モーメント及び作動モーメントに対して線形の関係となる値にはならない。この結果、反力モーメントが過大になり、却って受け構造体６を損傷させる虞がある。従って、受け構造体６はダンパー機構から構成されるのが好ましい。

また、例えば受け構造体６がバネ機構で構成された場合は、図７に示す構成が考えられる。図７に示すように、受け構造体６は旋回体３の下面に取り付けられるハウジング６０内に、保持片５０に接続されて昇降可能に設けられた可動部材６１と、この可動部材６１と旋回体３との間に配置されて可動部材６１を下向きに付勢する第１バネ６２と、可動部材６１とハウジング６０の底面との間に配置された第２バネ６３を備えて構成される。受け構造体６は、ロボットアーム１０の重力モーメント及び作動モーメントを受けて、第１及び第２バネ６２、６３の伸縮によって、両モーメントに対応した反力モーメントを作用させる。このとき、第１又は第２バネ６２、６３が密着高さ状態とならないように、第１又は第２バネ６２、６３を設ける必要がある。仮に、ロボットアーム１０の重力モーメント及び作動モーメントを受けた際に、第１又は第２バネ６２、６３が密着高さとなれば、第１又は第２バネ６２、６３は剛体として作用するから、発生する反力モーメントの値が重力モーメント及び作動モーメントに対して線形の関係である値とはならない。従って、第１又は第２バネ６２、６３はこの点に留意して設定される。これは受け構造体６をエアシリンダ等で構成した場合も同様である。

図６に示すように、保持片５０には、旋回体３の回転方向に開口を互いに反対に向けた２つの切欠き５１が形成され、各切欠き５１の両側壁に回転中心軸７０が架けられるように設けられている。各回転中心軸７０に前記の転動機構７が転動可能に嵌まる、即ち２つの転動機構７が旋回体３の回転方向に沿って互いに離間して設けられている。尚、転動機構７は保持片５０に３つ以上設けられてもよい。各回転中心軸７０は長手方向を仮想線Ｎ１に向けており、両仮想線Ｎ１の交点は中心軸Ｌに一致する。前記の如く、レール２３は中心軸Ｌと同軸であるから、転動機構７はレール２３の上面全周を転動することができる。即ち、旋回体３はレール２３によって旋回を案内される。
尚、旋回体３の旋回範囲は、ロボットアーム１０の動作範囲によって決定され、必ずしも、３６０°回転するとは限らない。この場合は、図３に示すレール２３は必ずしも環状に形成される必要はなく、旋回体３の旋回範囲に合わせて平面形状が定められてもよい。

＜転動機構のレールからの脱落防止構成＞
しかし、例えばロボット１全体に衝撃荷重が加わった場合は、転動機構７がレール２３の上面から脱落する虞がある。これを防ぐために、図４及び図５に示すように、保持片５０の下端部には、外れ防止部材５２が設けられている。外れ防止部材５２は、保持片５０から下向きに突出した小軸５３と、この小軸５３の下端部に回転可能に設けられた小ローラ５４とを備えて構成される。小ローラ５４は周面がレール２３の側面に接しており、旋回体３が回転すると、小ローラ５４は小軸５３を中心として自転しながら、レール２３の側面に沿って中心軸Ｌを中心として公転する。これにより、転動機構７はレール２３から外れることを防止される。尚、図３及び図４では、外れ防止部材５２はレール２３に対して片側にのみ設けられているが、外れ防止部材５２をレール２３の両側に設けてもよい。また、外れ防止部材５２は転動機構７の回転中心軸７０に設けられていてもよい。

把持部１４がワークを搬送すべく、旋回体３が中心軸Ｌの周りを回転すると、ロボットアーム１０の重力モーメント及び作動モーメントは、軸受け４に加わる。しかし、転動機構７がレール２３の上面全周を転動しながら、受け構造体６は重力モーメント及び作動モーメントに抗し、且つ両モーメントに対応した反力モーメントを作用させる。
これにより、軸受け４が旋回体３に対して作用させる反力モーメントが減少する。軸受け４の負荷を軽減することによって、軸受け４の寿命を延ばす、又は軸受け４を小型化することができる。

本実施形態にあっては、レール２３は基台２から上向きに突出しているとしたが、基台２上に凹状に形成されてもよい。この場合、転動機構７がレール２３に十分な深さだけ嵌まることができれば、外れ防止部材５２は不要となる。また、アシスト機構５は、旋回体３に設けられているとしたが、基台２上に設けられてもよい。但し、この場合は旋回体３の回転範囲に亘って、複数のアシスト機構５を基台２上に設ける必要がある。更に、受け構造体６は旋回体３から下方に延びているとしたが、この受け構造体６は旋回体３内に埋め込んで形成されてもよい。即ち、受け構造体６は旋回体３から下方に突出している必要はない。更に、受け構造体６は重力モーメント及び作動モーメントに対応した反力モーメントを作用させるとしたが、常に一定の反力モーメントを作用させてもよい。

(ロボットの第２の実施形態)
図８は、本発明の他の実施形態に係るロボットの全体図である。図８に示すように、ロボット１は前記と同様に、基台２と、基台２上の軸体２０と、軸体２０に嵌まる軸受け４を介して中心軸Ｌの周りに回転自在に基台２に支持される旋回体３と、旋回体３から中心軸Ｌに対して片側に位置するロボットアーム１０とを備えて構成される。但し、図１に示すロボット１と異なり、図８に示すロボット１にあっては、アシスト機構５は中心軸Ｌに対してロボットアーム１０が位置する側と反対側、即ち右側にて、旋回体３と軸受け４の外輪４１との間に設けられている。アシスト機構５はこの外輪４１を基台２に対して相対移動可能に連結する弾性部材、具体的には引張バネ５８にて構成される。即ち、外輪４１が本発明の「回動部材」を構成し、引張バネ５８が本発明の「連結部材」及び「弾性部材」を構成する。
旋回体３と軸受け４の外輪４１との間に引張バネ５８を配置することにより、反時計方向の重力モーメント及び作動モーメントに抗する向き、即ち時計方向の反力モーメントを軸受け４に作用させることができる。図８に示す構成によっても、軸受け４に加わる負荷を軽減することによって、軸受け４の寿命を延ばす、又は軸受け４を小型化することができる。尚、アシスト機構５を引張バネ５８に代えて、エアシリンダ等から構成してもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明に係るロボットは、水平面内を旋回する旋回体を有する産業用ロボットに用いると有用である。

１ ロボット
２ 基台
３ 旋回体
４ 軸受け
５ アシスト機構
６ 受け構造体
７ 転動機構
１０ ロボットアーム
５２ 外れ防止部材
５８ 引張バネ

Claims (11)

1. 基台と、
   上下に延びた中心軸を有する軸受けを介して当該中心軸の周りに回動自在に前記基台によって支持される旋回体と、
   前記旋回体から前記中心軸に対して片側に位置するように延びるロボットアームと、
   前記基台から前記旋回体に対し、少なくとも前記ロボットアームの自重により当該旋回体に作用する重力モーメントに抗する反力モーメントを作用させるアシスト機構と、を備えた、ロボット。
2. 前記アシスト機構は、前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側の部分を前記基台に対して相対移動可能に支持する可動支持機構である、請求項１に記載のロボット。
3. 前記アシスト機構は、前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側の部分の下面に受け構造体を設け、前記受け構造体が前記基台に接する箇所には、前記基台上を転動する転動機構が設けられた、請求項２に記載のロボット。
4. 前記転動機構は、前記旋回体の回転方向に沿って互いに離間して設けられた少なくとも２つのローラ又はタイヤを備える、請求項３に記載のロボット。
5. 前記基台上には、前記転動機構の前記ローラ又はタイヤの回転を案内するレールが設けられ、前記転動機構には前記ローラ又はタイヤが前記レールから脱落することを防ぐ外れ防止部材が設けられている、請求項４に記載のロボット。
6. 前記アシスト機構は、前記旋回体と前記基台との間で、伸縮可能に設けられた、請求項１乃至５の何れかに記載のロボット。
7. 前記アシスト機構は、受ける反力を吸収するダンパー機構を備えている、請求項１乃至６の何れかに記載のロボット。
8. 前記ロボットアームは、複数のアーム部材を相互に回転可能に連結して構成され、各アーム部材には該アーム部材を回転させる回転駆動機構が接続されている、請求項１乃至７の何れかに記載のロボット。
9. 前記アシスト機構は、前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側と反対側の部分を前記基台に対して相対移動可能に連結する可動連結機構である、請求項１に記載のロボット。
10. 前記可動連結機構は、前記基台に前記中心軸の周りに回動自在に設けられた回動部材と、当該回動部材と前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側と反対側の部分とを連結する連結部材とを備える、請求項９に記載のロボット。
11. 前記連結部材は、回動部材と前記旋回体における前記中心軸に対して前記ロボットアームが位置する側と反対側の部分を回動部材に向けて弾性的に付勢する弾性部材である、請求項１０に記載のロボット。

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