JP2016165790A - ロボットアーム関節可動部防水機構及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直動アクチュエータを使った関節部を防水構造とすること。
【解決手段】直動アクチュエータを構成するねじ軸１０の両端を固定し、このねじ軸をギヤやタイミングベルトを介して、これもフレームに固定されたモータで駆動し、ボールネジナットにロッドを取り付けて唯一可動部とし、この可動部からの外的力を支える機構として、ナットホルダに４個のローラを備えボールネジに平行に配置した上下ローラガイドの間を移動させることによりボールネジナットの傾斜によるねじ部の破損を防ぐ構造とし、この可動部ロッドの形状を丸シャフト形状としつつこのシャフトにオイルシールを通し、このオイルシールを可動部の傾斜中心の位置より延ばしたホルダガイドにて支持することによりシャフトの伸縮に伴ってオイルシールの位置が不定になることを防ぎ、位置が安定したオイルシールホルダにゴムブーツ１７を装着する。
【選択図】図２

Description

本発明はアーム型ロボットに係り、特にロボットアーム関節可動部の防水構造と可動部の駆動装置に関するものである。

従来、ロボットアーム駆動装置の関節動作に用いるモータにはハーモニック減速機（商品名）や遊星歯車等を用いたバックラッシュの少ない減速機が装着され、これら減速機の外部露出回転部分をオイルシールなどで保護し外部からの水や埃などの浸入を防ぎこれら機構部全体をカバーなどで保護する防水構造としていた。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）

この様な減速機を用いると２足歩行ロボットのように多数の関節構造を持つロボットでは減速機の容積が大きく、必要数の可動軸を設けるには形状的に困難が生じていた。

そこで２足歩行ロボットの関節に用いる減速機構としてボールネジや台形ネジを用いた直動アクチュエータを構成する技術が知られている。（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。特に特許文献３に記載の２足歩行ロボットの関節部は胴体より直接ボールネジを利用する直動アクチュエータを取り付け、各アームを動作させていた。

また、この特許文献３の改良として特許文献４の場合も同じく直動アクチュエータの配置を傾斜した配置で各アームに取り付けられ作用するものが知られている。

特開２００１−２５４７８７号公報 特開平１１−２５４３７７号公報 特開２００４−２０２６７６号公報 特許第４９１１５２５号公報

発明が解決しようとする課題

しかしながら、通常モータにハーモニック減速機などバックラッシュの小さな減速機とベアリングを取り付け外部露出部の出力軸にオイルシールにて防水構造を成す構造の関節を持つロボットが多い中で、特許文献３や特許文献４などの２足歩行ロボットのように直動アクチュエータを用いた関節駆動方法では、アクチュエータの動作に伴って可動部の位置が変化し防水構造を構成することが困難であった。

また、特に特許文献４の様にナット部を固定し、ねじ軸を伸縮させる方法では動作に伴ってねじ軸の長さの変化に伴いモータ固定ブラケット及びモータ自身も位置が変化するためアームを構成する殆どの部材の位置が変化する構造となりアーム全体を防水構造とするには成し難いという問題が生じている。

また、他分野で自動車の車輪駆動用ドライブシャフトの等速ジョイント保護ブーツのように蛇腹形状のゴムブーツをそのままロボットアーム駆動アクチュエータに装着してもアクチュエータのロッドの伸縮が大きいため取り付けができなかった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、直動アクチュエータの構造を持ちながらロボットアームの関節可動部を防水構造とすることを目的とする。

課題を解決するための手段

本発明であるロボットアーム関節可動部防水機構及び駆動装置では直動アクチュエータを構成するねじ軸（ここではボールネジ）の両端をボールネジサポート及びボールネジガイドでフレームに固定し、このねじ軸をこれもフレームに固定されたモータで駆動し、ボールネジナットにロッドを取り付けて唯一可動部としロボットアームを駆動する方法を取る。

次にこの可動部ロッドの形を丸シャフト形状とし、このシャフトにオイルシールを通し、このオイルシールを可動部の傾斜中心の位置より延ばしたホルダガイドにて支持することによりシャフトの伸縮の動きに伴ってオイルシールの位置が不定になることを防ぎ、位置が安定したオイルシール及びオイルシールを保持するオイルシールホルダにゴムブーツを装着することによって可動部の防水保護が可能となる

また、ねじ部両端を固定するため可動部からの外的力を支える機構として４個のローラ及び上下ローラガイドを具備することによりボールネジナットの傾斜によるねじ部の破損を防ぐ方法をとり上記課題が達成される。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）

図１は、本発明の実施の形態１に於ける、２足歩行ロボットの後方から見た図を表す。

この２足歩行ロボットではロボットアーム関節可動部防水機構及び駆動装置を下肢の大腿１に具備しロッド６により下腿２を動作する例を表している。またこの２足歩行ロボットでは腕動作として前腕２２を動作させる本発明であるロボットアーム関節可動部及びその防水機構を上腕２３にも装着し、作業ロボットとして高荷重作業と防水構造によるロボット本体の洗浄が可能となる。

図２では、本発明であるロボットアーム関節可動部及びその防水機構を図１で示した下肢の大腿１に具備しロッド６により下腿２を動作する例の大腿１内部を表す。この図２の（２−ａ）は側面図を表し（２−ｂ）は正面図を表す。

まずこの図２の（２−ａ）で、大腿１内部のモータの駆動力はボールネジ駆動ギヤ１４に伝達され、このギヤの回転力はボールネジサポート１３とボールネジガイド９でフレーム２０に固定されたボールネジ１０を回転させる。

ボールネジ１０の回転力はそのボールネジナット１１及びナットホルダ２１をこの図では上下方向に移動させる（矢印Ａ）。

この動きはナットホルダ２１に接続された丸シャフト形状のロッド６を上下させ（矢印Ｂ）、この動きは下腿支点３を軸として下腿動作点８を矢印Ｆの方向に動かし下腿２の動作となる。この様にボールネジ１０の動きでボールネジナット１１を上下させる場合ロッド６からの力はボールネジ１０と並行には働かずボールネジ１０に対して傾く力がボールネジナット１１に掛かるため、大きな負荷が掛かるとボールネジ１０及びボールネジナット１１が破損する恐れがある。

このため本発明であるロボットアーム関節可動部ではナットホルダ２１に４個の位置決めローラ１２を具備し、この位置決めローラ１２の動きを矯正するボールネジ１０と平行な位置に上ローラガイド１６及び下ローラガイド１５を具備することにより４個の位置決めローラ１２はボールネジ１０と同じ方向に動くことが可能となりボールネジ１０とボールネジナット１１は偏荷重を受けることなく動作が可能である。

また、上記ナットホルダ２１に接続された丸シャフト形状のロッド６にオイルシール１８を通し、オイルシールホルダ５でこのオイルシール１８を保持しつつオイルシールホルダガイド１９でゴムブーツ１７の可動部側を挟み保持する。このゴムブーツ１７の固定部側はカバー４及びフレーム２０に取り付けロッド６の動きに対して防水を維持する。

また、このロッド６の伸縮動作（矢印Ｂ）はオイルシール１８も同方向に動く力が働くが、オイルシールホルダガイド１９で支えることによりこの伸縮動作の影響を受けずにロッド６の動きに追従してオイルシールホルダガイド支点２４を軸としてオイルシールホルダガイド１９、オイルシール１８及びゴムブーツ１７が矢印Ｄ方向に動き直動アクチュエータの可動部をロッド６の前後方向のみの動作に限定することにより防水構造を成し易くし、ロボットアーム可動部の防水性を確保する。

発明の効果

本発明によれば、ロボットアームの駆動装置に於いてモータ駆動の直動アクチュエータの可動部の防水構造が容易に構成でき、ロボット全体を防水構造とすることが可能である。これに伴い原発事故の処理等で作業後のロボット本体の洗浄や貯水槽内作業或いは全天候型屋外作業が可能なロボットが提供できる。

本発明の実施の形態１におけるロボットアーム関節可動部防水機構及び駆動装置を２足歩行ロボットに使用した動作例を模式的に示す概観図である。

本発明の実施の形態１におけるロボットアーム関節可動部防水機構及び駆動装置の大腿内部構造の側面図と正面図である。

１ 大腿、２ 下腿、３ 下腿支点、４ カバー、５ オイルシールホルダ、６ ロッド、７ 大腿支点、８ 下腿動作点、９ ボールネジガイド、１０ ボールネジ、１１ ボールネジナット、１２ 位置決めローラ、１３ ボールネジサポート、１４ ボールネジ駆動ギヤ、１５ 下ローラガイド、１６ 上ローラガイド、１７ ゴムブーツ、１８ オイルシール、１９ オイルシールホルダガイド、２０ フレーム、２１ ナットホルダ、２２ 前腕、２３ 上腕、２４ オイルシールホルダガイド支点、Ｃ ロッドの動作仮想線、Ｅ ゴムブーツの動作仮想線

Claims (2)

1. ロボットアーム関節駆動装置であって、ボールネジナット１１及びナットホルダ２１に接続された丸シャフト形状のロッド６にオイルシールホルダ５で保持したオイルシール１８を通し、このオイルシールホルダ５とオイルシールホルダガイド１９でゴムブーツ１７の可動部穴状の内側部分にロッド６を通して挟み、このゴムブーツ１７の固定部側をカバー４とフレーム２０に取り付けて防水構造とし、オイルシールホルダガイド支点２４をオイルシールホルダガイド１９の回転軸としてロッド６の前後方向の動きに対して追従しながら防水機能を維持しつつ、ボールネジ１０の動きに拠るロッド６の伸縮動作に対してオイルシールホルダガイド支点２４で固定されたオイルシールホルダガイド１９が支えることによりオイルシールホルダ５で保持したオイルシール１８の向きと位置を保ちつつロッド６の伸縮動作の影響を受けずに防水性を確保することを特徴とするロボットアーム関節可動部防水機構。
2. 前記請求項１のロボットアーム関節駆動装置であって、その可動部の直動アクチュエータを構成するボールネジ１０の設置方法に関し、ボールネジ１０の両端にボールネジサポート１３とボールネジガイド９でフレーム２０に固定し、ボールネジナット１１及びナットホルダ２１の動きを規制するため、ボールネジ１０に平行となるように設置した上ローラガイド１６及び下ローラガイド１５の間を、ナットホルダ２１に設置した４個の位置決めローラ１２が回転しながら移動することにより、ロッド６の外部応力をこの４個の位置決めローラ１２と上ローラガイド１６及び下ローラガイド１５が支え、この外部応力に拠るボールネジナット１１の傾斜に伴うボールネジ１０のねじ部破損を防止し、偏可動部をロッド６だけに限定し請求項１の防水構造を得やすくすることを特徴とするロボットアーム関節可動部駆動装置。

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