JP2017185573A

JP2017185573A - ロボットの旋回軸構造

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Publication number: JP2017185573A
Application number: JP2016075238A
Authority: JP
Inventors: 井上　俊彦; Toshihiko Inoue; 俊彦井上; 正嘉森; Masayoshi Mori
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-04
Also published as: CN107263458A; DE102017205377A1; DE102017205377B4; CN107263458B; US20170282382A1; US10232518B2; JP6378238B2

Abstract

【課題】線条体の取り回しを容易にする。【解決手段】ベース２と、ベース２の上部に鉛直軸線回りに回転可能に支持され、鉛直軸線付近に中空部３１を有する旋回胴３と、旋回胴３を回転させる駆動モータ４と、駆動モータ４の回転を減速して旋回胴３に伝達する減速機構５とを備え、減速機構５が、駆動モータ４のシャフトに固定された小歯車１９と、小歯車１９に噛み合う大歯車２０と、大歯車２０に固定された入力ハイポイドギア２１と、入力ハイポイドギア２１に噛み合う出力ハイポイドギア２２とを備え、出力ハイポイドギア２２が、旋回胴３に固定されるとともにベース２内に配置され、入力ハイポイドギア２１および大歯車２０が、ベース２の側部に、水平軸線回りに回転可能に支持され、駆動モータ４が、中空部３１の鉛直下方から水平方向にずれた旋回胴３の下方位置に配置されてベース２に固定されているロボットの旋回軸構造１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの旋回軸構造に関するものである。

従来、鉛直方向に配される旋回軸中心回りにロボットを旋回させる旋回軸の構造として、図３に示されるように、中空構造の減速機５０を旋回軸ベース５１の上部に固定し、旋回軸中心から水平方向にオフセットした位置に配置した駆動モータ５２からの駆動力を、平歯車対５３，５４によって減速機５０に伝達する旋回軸構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この構造によれば、旋回軸中心付近に上下に貫通する中空部５５を確保して、旋回軸ベース５１から減速機５０の上方のロボット本体へのケーブルや配管等の線条体５６の処理を容易にすることができる。

特開平７−１０８４８５号公報

しかしながら、特許文献１における旋回軸構造では、旋回胴の上部に旋回軸用の駆動モータ５２が配置されるため、旋回軸ベース５１側から中空部５５を経由して旋回胴５７の上部に引き出されてきた線条体５６を取り回すためのスペースが駆動モータ５２によって制限されてしまうという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、線条体の取り回しを容易にすることができるロボットの旋回軸構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ベースと、該ベースの上部に鉛直軸線回りに回転可能に支持されるとともに、前記鉛直軸線付近に中空部を有する旋回胴と、該旋回胴を回転させる駆動モータと、該駆動モータの回転を減速して前記旋回胴に伝達する減速機構とを備え、該減速機構が、前記駆動モータのシャフトに固定された小歯車と、該小歯車に噛み合う大歯車と、該大歯車に固定された入力ハイポイドギアと、該入力ハイポイドギアに噛み合うリングギアからなる出力ハイポイドギアとを備え、該出力ハイポイドギアが、前記旋回胴に固定されるとともに前記ベース内に配置され、前記入力ハイポイドギアおよび前記大歯車が、前記ベースの側部に、水平軸線回りに回転可能に支持され、前記駆動モータが、前記中空部の鉛直下方から水平方向にずれた前記旋回胴の下方位置に配置されて前記ベースに固定されているロボットの旋回軸構造を提供する。

本態様によれば、駆動モータを作動させてシャフトに固定されている小歯車を回転させると、小歯車に噛み合う大歯車が回転し、大歯車に固定された入力ハイポイドギアを経由して入力ハイポイドギアに噛み合う出力ハイポイドギアが鉛直軸線回りに回転させられる。出力ハイポイドギアは旋回胴に固定されているので、駆動モータの動力が旋回胴に伝達され、旋回胴がベースに対して鉛直軸線回りに回転させられる。

小歯車と大歯車との噛み合いおよび入力ハイポイドギアと出力ハイポイドギアとの噛み合いにより、駆動モータの回転は歯数比に応じて２段階に減速されて旋回胴に伝達されるので、旋回胴を高トルクで回転させることができる。
旋回胴の中空部および旋回胴に固定されたリングギアからなる出力ハイポイドギアの中央孔により、ベース内部から旋回胴上方まで貫通する経路が形成されるので、この経路を利用して、旋回胴の回転に影響され難い線条体の取り回しを行うことができる。

この場合において、駆動モータが旋回胴の下方に配置されているので、旋回胴の中空部を経由して上方に引き出された線条体を取り回すための空間を駆動モータによって損なわずに済み、無理のない取り回しを行うことができる。これにより、旋回胴の上方の機構部や周辺装置への配線を容易に行うことができる。

また、駆動モータが、中空部の鉛直下方から水平方向にずれた位置に配置されているので、駆動モータが中空部の下方においても線条体の経路を遮ることがない。これにより、ベースから旋回胴の上方の機構部や周辺装置への線条体の配線を容易に行うことができる。

上記態様においては、前記入力ハイポイドギアおよび前記大歯車が、支持軸受によって前記ベースに回転可能に支持され、前記大歯車が、前記ハイポイドギアの歯部と前記支持軸受との間に配置されていてもよい。
このようにすることで、外径寸法が大きな大歯車を、それよりも外径の小さい支持軸受よりも旋回胴の回転軸線に近づけることができ、ベースの外形寸法を小さく抑えることができる。

また、上記態様においては、前記大歯車および前記小歯車が平歯車であってもよい。
このようにすることで、大歯車と小歯車との噛み合いにおいて軸力が発生しないので、モータのシャフトに軸力を作用させずに済む。

また、上記態様においては、前記中空部を経由して前記ベース内に導かれる線条体を前記ベースの側面から外部に引き出す線条体用開口部を備えていてもよい。
このようにすることで、旋回胴の中空部、旋回胴に固定されたリングギアからなる出力ハイポイドギアの中央孔および線条体用開口部を経由して、ベースの外部から旋回胴上方まで線条体の配線を容易に行うことができる。

また、上記態様においては、前記鉛直軸線を挟んで前記線条体用開口部とは反対側に、前記駆動モータを前記ベース内に出し入れ可能なモータ用開口部を備えていてもよい。
このようにすることで、駆動モータのベースへの取り付けおよびベースからの取り外しを、モータ用開口部を経由して容易に行うことができ、駆動モータの設置および保守作業を容易にすることができる。

本発明によれば、線条体の取り回しを容易にすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットの旋回軸構造を示す縦断面図である。図１のロボットの旋回軸構造における線条体の配線を説明する部分的な側面図である。従来のロボットの旋回軸構造を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態に係るロボットの旋回軸構造１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットの旋回軸構造１は、図１に示されるように、地面に固定されるベース２と、該ベース２の上部に鉛直軸線回りに回転可能に支持された旋回胴３と、駆動力を発生する駆動モータ４と、該駆動モータ４の回転を減速して旋回胴３に伝達する減速機構５とを備えている。

ベース２には、上部に形成された貫通孔６に、旋回胴３を鉛直軸線（回転中心）回りに回転可能に支持する軸受７の外輪７ａが固定されている。また、ベース２には、その内面側に、駆動モータ４を固定するモータ取付部８が設けられるとともに、モータ取付部８に取り付けられる駆動モータ４をベース２内に出し入れするためのモータ用開口部９と、線条体１０ａ，１０ｂをベース２内外に貫通させるための線条体用開口部１１ａとが備えられている。

線条体用開口部１１ａは、図２に示されるように、ベース２の一側面に設けられており、モータ用開口部９は、旋回胴３の回転中心を挟んで線条体用開口部１１ａとは反対側の側面に設けられている。線条体用開口部１１ａには、該線条体用開口部１１ａを閉塞するプレート１２が固定されている。プレート１２には、コネクタ１３によって中継されたモータ制御用のケーブル１８等の線条体１０ａが固定されている。

また、プレート１２を貫通する貫通孔１１ｂによって周辺装置用の線条体１０ｂをベース２の内外に中継することなく貫通させている。周辺装置用の線条体１０ｂは、図１に示されるように、複数本の線条体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、樹脂製等の可撓性を有する導管（コンジット）１５によって一纏めにまとめられている。導管１５自体は可撓性を有するものの、捻り剛性は高いので、旋回軸の動作時に捻られにくいが、導管１５内部に収容されている複数本の細い線条体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、導管１５内部で動くことにより、捻りを効果的に吸収することができるようになっている。

旋回胴３は、外輪７ａがベース２に固定された軸受７の内輪７ｂに固定される固定部１６を備え、固定部１６には、軸受７の内輪７ｂの内側に配置される位置に、上下方向に貫通する貫通孔１７を備えている。旋回胴３は、図示しないロボットアームとその駆動モータおよび周辺装置を上部に支持している。

減速機構５は、駆動モータ４のシャフトに固定された平歯車からなる小歯車１９と、該小歯車１９に噛み合う平歯車からなる大歯車２０と、該大歯車２０と一体的に形成された入力ハイポイドギア２１と、該入力ハイポイドギア２１に噛み合う出力ハイポイドギア２２とを備えている。
出力ハイポイドギア２２は、旋回胴３が固定された軸受７の内輪７ｂの下面に固定されたリングギアにより構成されている。これにより、出力ハイポイドギア２２は軸受７の内輪７ｂを介して旋回胴３に固定されている。

入力ハイポイドギア２１および大歯車２０を一体化した部品は、ベース２の側面に固定されたカバー部材２３に軸受（以下、支持軸受という。）３０によって水平軸線回りに回転可能に支持されている。入力ハイポイドギア２１および大歯車２０を一体化した部品を回転可能に取り付けたカバー部材２３をベース２の側面に取り付けると、ベース２とカバー部材２３との間に形成される閉じた第１空間２４内に大歯車２０が収容されるようになっている。この第１空間２４内には、ベース２に取り付けた駆動モータ４のシャフトに固定された小歯車１９も配置され、これによって、大歯車２０と小歯車１９とが噛み合わせられるようになっている。

また、出力ハイポイドギア２２の周囲には、軸受７の内輪７ｂおよび出力ハイポイドギア２２の内面に固定された円筒状部材２５と、ベース２内の円筒内面との間に配置されたシール部材２６によって閉じた第２空間２７が形成されている。円筒状部材２５は、軸受７の内輪７ｂの中央孔を鉛直下方に延ばすように鉛直下方に延びて配置されている。これにより、ベース２内の空間から旋回胴３上部まで連通する中空部３１が形成されている。

旋回軸用の駆動モータ４は、図２に示されるように、中空部３１の鉛直下方から水平方向にずれた位置に配置されている。これにより、中空部３１が駆動モータ４によって閉塞されることなく、ロボットの駆動モータ用のケーブル１８や周辺装置用の線条体１０ｂを、線条体用開口部１１ａから駆動モータ４によって邪魔されることなく中空部３１内に導き、中空部３１を経由して旋回胴３上部まで容易に配線することができるようになっている。

第１空間２４と第２空間２７との間の壁面には貫通孔２８が形成されることによって両空間が連通され、該貫通孔２８を貫通して入力ハイポイドギア２１が第２空間２７内まで延び、出力ハイポイドギア２２と噛み合っている。
軸受７の外輪７ａと内輪７ｂとの間はシール部材２９によって封止されている。これにより、軸受７の外輪７ａと内輪７ｂとの間、出力ハイポイドギア２２と入力ハイポイドギア２１とが噛み合う第２空間２７、大歯車２０と小歯車１９とが噛み合う第１空間２４および、入力ハイポイドギア２１を支持する支持軸受３０が配されている空間は全て外部に対して封止され、潤滑用のオイルが封入されている。

このように構成された本実施形態に係るロボットの旋回軸構造１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットの旋回軸構造１によれば、駆動モータ４を作動させてシャフトに固定されている小歯車１９を回転させると、第１空間２４内において小歯車１９に噛み合う大歯車２０が水平軸線回りに回転し、大歯車２０に固定された入力ハイポイドギア２１が水平軸線回りに回転させられる。入力ハイポイドギア２１は貫通孔２８を貫通して第２空間２７内に延びて出力ハイポイドギア２２に噛み合っているので、入力ハイポイドギア２１の回転によって出力ハイポイドギア２２が鉛直軸線回りに回転させられる。

出力ハイポイドギア２２は旋回胴３に固定されているので、駆動モータ４の動力が旋回胴３に伝達され、旋回胴３がベース２に対して鉛直軸線回りに回転させられる。小歯車１９と大歯車２０との噛み合いおよび入力ハイポイドギア２１と出力ハイポイドギア２２との噛み合いにより、駆動モータ４の回転は歯数比に応じて２段階に減速されて旋回胴３に伝達され、旋回胴３を高トルクで回転させることができる。

旋回胴３の貫通孔１７、軸受７の内輪７ｂの中央孔、旋回胴３に固定された出力ハイポイドギア２２の中央孔および円筒状部材２５の内孔により、ベース２内部から旋回胴３上方まで貫通する中空部３１が形成されるので、この中空部３１により形成された経路を利用して、旋回胴３の回転に影響され難い線条体１０ａ，１０ｂの取り回しを行うことができる。

特に、駆動モータ４が旋回胴３の下方に配置されているので、旋回胴３の中空部３１を経由して上方に引き出された線条体１０ａ，１０ｂを取り回すための旋回胴３上部の空間を駆動モータ４によって損なわずに済み、無理のない取り回しを行うことができるという利点がある。

これにより、旋回胴３の上方において機構部や周辺装置への配線を容易に行うことができる。また、駆動モータ４が、中空部３１の鉛直下方から水平方向にずれた位置に配置されているので、駆動モータ４が中空部３１の下方においても線条体１０ａ，１０ｂの経路を遮ることがない。これにより、ベース２から旋回胴３の上方の機構部や周辺装置への線条体１０ａ，１０ｂの配線を容易に行うことができるという利点がある。

また、本実施形態においては、入力ハイポイドギア２１および大歯車２０が、支持軸受３０によってカバー部材２３に回転可能に支持され、カバー部材２３をベース２に固定することにより、大歯車２０が、入力ハイポイドギア２１の歯部と支持軸受３０との間に配置される。これにより、外径寸法が大きな大歯車２０を、それよりも外径の小さい支持軸受３０よりも旋回胴３の回転軸線に近づけることができる。その結果、旋回胴３の回転軸線から離れた位置において外径寸法の大きな大歯車２０を収容する大きさのカバー部材２３を配置せずに済み、カバー部材２３を取り付けた状態のベース２をコンパクトに構成することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、大歯車２０および小歯車１９を平歯車により構成したので、小歯車１９と大歯車２０との噛み合いにおいて、回転時に軸方向の力を発生せずに済み、駆動モータ４のシャフトに軸力を作用させずに済むという利点がある。これにより、駆動モータ４の耐久性を向上することができる。

また、本実施形態においては、中空部３１を経由してベース２内に導かれる線条体１０ａ，１０ｂをベース２の側面から外部に引き出す線条体用開口部１１ａを備えているので、旋回胴３の貫通孔１７、軸受７の内輪７ｂの中央孔、出力ハイポイドギア２２の中央孔、円筒状部材２５および線条体用開口部１１ａを経由して、ベース２の外部から旋回胴３上方まで、線条体１０ａ，１０ｂの配線を容易に行うことができる。

また、本実施形態においては、旋回胴３の回転軸線である鉛直軸線を挟んで線条体用開口部１１ａとは反対側に、駆動モータ４をベース２内に出し入れ可能なモータ用開口部９を備えているので、駆動モータ４のベース２への取り付けおよびベース２からの取り外しを、モータ用開口部９を経由して容易に行うことができ、駆動モータ４の設置および保守作業を容易にすることができるという利点がある。

１旋回軸構造
２ベース
３旋回胴
４駆動モータ
５減速機構
９モータ用開口部
１０ａ，１０ｂ線条体
１１ａ線条体用開口部
１９小歯車
２０大歯車
２１入力ハイポイドギア
２２出力ハイポイドギア
３０軸受（支持軸受）
３１中空部

Claims

ベースと、
該ベースの上部に鉛直軸線回りに回転可能に支持されるとともに、前記鉛直軸線付近に中空部を有する旋回胴と、
該旋回胴を回転させる駆動モータと、
該駆動モータの回転を減速して前記旋回胴に伝達する減速機構とを備え、
該減速機構が、前記駆動モータのシャフトに固定された小歯車と、該小歯車に噛み合う大歯車と、該大歯車に固定された入力ハイポイドギアと、該入力ハイポイドギアに噛み合うリングギアからなる出力ハイポイドギアとを備え、
該出力ハイポイドギアが、前記旋回胴に固定されるとともに前記ベース内に配置され、
前記入力ハイポイドギアおよび前記大歯車が、前記ベースの側部に、水平軸線回りに回転可能に支持され、
前記駆動モータが、前記中空部の鉛直下方から水平方向にずれた前記旋回胴の下方位置に配置されて前記ベースに固定されているロボットの旋回軸構造。
前記入力ハイポイドギアおよび前記大歯車が、支持軸受によって前記ベースに回転可能に支持され、
前記大歯車が、前記ハイポイドギアの歯部と前記支持軸受との間に配置されている請求項１に記載のロボットの旋回軸構造。
前記大歯車および前記小歯車が平歯車である請求項１または請求項２に記載のロボットの旋回軸構造。
前記中空部を経由して前記ベース内に導かれる線条体を前記ベースの側面から外部に引き出す線条体用開口部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットの旋回軸構造。
前記鉛直軸線を挟んで前記線条体用開口部とは反対側に、前記駆動モータを前記ベース内に出し入れ可能なモータ用開口部を備える請求項４に記載のロボットの旋回軸構造。