JP2019076975A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】力伝達装置（例えば減速機、モーター等）の負担を低減して力伝達装置の寿命を長くすることができるロボットおよび歯車装置を提供すること。【解決手段】第１部材と、前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する力伝達装置と、前記第１部材に対して位置関係を固定して配置されている弾性変形可能な弾性部と、前記第２部材に対して位置関係を固定して配置され、前記弾性部に接触して前記第１部材および前記第２部材の相対的な回動を規制する規制部と、を備えることを特徴とするロボット。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

少なくとも１つのアームを含んで構成されたロボットアームを備えるロボットでは、例えば、ロボットアームの関節部をモーターにより駆動するが、一般に、そのモーターからの駆動力の回転を減速機（歯車装置）により減速することが行われている。

例えば、特許文献１に記載のロボットは、水平多関節アームの各アーム間にバネ等のテンションリンクを配設し、このテンションリンクで引張力または圧縮力を与えることにより各アームを駆動する駆動系の減速機に片側方向の負荷を与える。

特開平１１−２５４３５７号公報

しかし、特許文献１に記載のロボットは、テンションリンクが減速機に与える負荷が片側方向であるため、加速時および停止時の双方での減速機の負荷を低減することができないという課題がある。

本発明の目的は、力伝達装置（例えば減速機、モーター等）の負担を低減して力伝達装置の寿命を長くすることができるロボットおよび歯車装置を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本適用例のロボットは、第１部材と、
前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、
前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する力伝達装置と、
前記第１部材に対して位置関係を固定して配置されている弾性変形可能な弾性部と、
前記第２部材に対して位置関係を固定して配置され、前記弾性部に接触して前記第１部材および前記第２部材の相対的な回動を規制する規制部と、を備えることを特徴とする。

このようなロボットによれば、規制部が弾性部に接触して第１部材および第２部材の相対的な回動を規制する際、弾性部が弾性変形することで、その弾性力（復元力）により第１部材および第２部材の相対的な回動の制動を補助することができる。そのため、力伝達装置の制動時（減速時）の負荷を低減することができる。また、その弾性力を利用して第１部材および第２部材の相対的な回動を行うことができ、力伝達装置の加速時（駆動開始時）の負荷も低減することができる。このように力伝達装置の負荷を低減することで、力伝達装置の寿命を長くすることができる。

本適用例のロボットでは、前記弾性部がバネを有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で耐久性に優れた弾性部を実現することができる。

本適用例のロボットでは、前記弾性部がゴムを有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で静粛性が優れた弾性部を実現することができる。

本適用例のロボットでは、前記弾性部がエアシリンダーを有することが好ましい。
これにより、弾性力を変更可能な弾性部を実現することができる。

本適用例のロボットでは、前記第１部材には、２つの前記弾性部が配置されていることが好ましい。

これにより、規制部の数が１つであっても、第１部材および第２部材の相対的な回動の角度範囲を所望範囲に規制することができる。また、弾性部の数が１つである場合に比べて、弾性部の設置が比較的簡単になるという利点もある。

本適用例のロボットでは、前記規制部は、２つの前記弾性部のうちの一方が接触する第１接触部と、他方が接触する第２接触部と、を有することが好ましい。
これにより、規制部の構成を簡単化することができる。

本適用例のロボットでは、前記力伝達装置が減速機を有することが好ましい。
これにより、減速機の負荷を低減して、減速機の寿命を長くすることができる。ここで、減速機は、加速時および減速時に負荷がかかりやすい。そのため、力伝達装置が減速機を含む場合、減速機の負荷を低減することは、力伝達装置の寿命を長くする上で特に有効である。

本発明の第１実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。 図１に示すロボットが備える歯車装置を示す縦断面図である。 図２に示す歯車装置本体の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。 図１に示すロボットが備える弾性部および規制部を説明するための斜視図である。 図４に示す弾性部および規制部の位置関係を示す図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。 図４に示す弾性部（第２弾性部）および規制部の作用を説明するための図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。 図４に示す弾性部（第１弾性部）および規制部の作用を説明するための図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。 本発明の第２実施形態に係るロボットが備える弾性部および規制部を示す図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。 本発明の第３実施形態に係るロボットが備える弾性部および規制部を示す図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。

以下、本発明のロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

図１に示すロボット１００は、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業に用いられるロボットである。このロボット１００は、図１に示すように、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の内部には、ロボット１００を統括制御する制御装置１９０が設置されている。また、基台１１０には、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能に第１アーム１２０が連結している。

ここで、基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させるサーボモーター等の第１モーターであるモーター１７１と、モーター１７１の駆動力の回転を減速する第１減速機である歯車装置１７２と、を有する力伝達装置１７０が設置されている。歯車装置１７２の入力軸は、モーター１７１の回転軸に連結され、歯車装置１７２の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１７１が駆動し、その駆動力が歯車装置１７２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が第１軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。

第１アーム１２０の先端部には、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能に第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０内には、図示しないが、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力の回転を減速する第２減速機とを有する駆動源が設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。

第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

第２アーム１３０内には、図示しないが、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。

一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１７１および図示しないエンコーダーに接続される配線とともに、基台１１０内に設置された制御装置１９０まで引き回される。

以上、ロボット１００の概略について説明した。このようなロボット１００では、例えばエンドエフェクター１５０が互いに異なる２つの位置間を繰り返し往復するような作業を行う場合、第１アーム１２０を基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに往復回動させる。このような場合、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動方向を切り換える際に、力伝達装置１７０（モーター１７１および歯車装置１７２）に大きな負荷がかかる。このような負荷は、力伝達装置１７０（特に歯車装置１７２）の寿命を短くする要因となる。そこで、ロボット１００は、第１アーム１２０に設けられている弾性部６３、６４と、基台１１０に設けられている規制部６５を備え、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動方向を切り換える際に弾性部６３、６４の弾性力を利用して力伝達装置１７０の負荷を低減する。弾性部６３、６４および規制部６５については、後に詳述するが、その説明に先立ち、以下、歯車装置１７２の構成の一例を説明する。

（歯車装置）
図２は、図１に示すロボットが備える歯車装置を示す縦断面図である。図３は、図２に示す歯車装置本体の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各部の寸法を適宜誇張して図示しており、また、各部間の寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない。

図２に示す歯車装置１７２は、波動歯車装置であり、例えば減速機として用いられる。この歯車装置１７２は、歯車装置本体１と、歯車装置本体１を収納しているケース５と、を有し、これらが一体化されている。ここで、歯車装置１７２のケース５内には、潤滑剤Ｇが配置されている。なお、ケース５は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

歯車装置本体１は、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２の内側に配置されているカップ型の外歯歯車である可撓性歯車３と、可撓性歯車３の内側に配置されている波動発生器４と、を有している。

本実施形態では、剛性歯車２が前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）にケース５を介して固定（接続）され、可撓性歯車３が前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に接続され、波動発生器４が前述したロボット１００の基台１１０に配置されているモーター１７１の回転軸に接続されている。

モーター１７１の回転軸が回転する（すなわち駆動力が発生する）と、波動発生器４はモーター１７１の回転軸と同じ回転速度で回転する。そして、剛性歯車２および可撓性歯車３は、互いに歯数が異なるため、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら軸線ａまわりに相対的に回転する。本実施形態では剛性歯車２の歯数の方が可撓性歯車３の歯数より多いため、モーター１７１の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で可撓性歯車３を回転させることができる。すなわち、波動発生器４を入力軸側、可撓性歯車３を出力軸側とする減速機を実現することができる。

なお、ケース５の形態によっては、可撓性歯車３を基台１１０に固定（接続）し、剛性歯車２を第１アーム１２０に接続しても、歯車装置１７２を減速機として用いることができる。また、可撓性歯車３にモーター１７１の回転軸を接続しても、歯車装置１７２を減速機として用いることができ、この場合、波動発生器４を基台１１０に固定（接続）し、剛性歯車２を第１アーム１２０に接続すればよい。また、歯車装置１７２を増速機として用いる場合（モーター１７１の回転軸の回転速度よりも高い回転速度で可撓性歯車３を回転させる場合）、前述した入力側と出力側との関係を反対にすればよい。

図２および図３に示すように、剛性歯車２は、径方向に実質的に撓まない剛体で構成された歯車であって、内歯２３を有するリング状の内歯歯車である。本実施形態では、剛性歯車２は平歯車である。すなわち、内歯２３は、軸線ａに対して平行な歯スジを有する。なお、内歯２３の歯スジは、軸線ａに対して傾斜していてもよい。すなわち、剛性歯車２は、はすば歯車またはやまば歯車であってもよい。

図２および図３に示すように、可撓性歯車３は、剛性歯車２の内側に挿通されている。この可撓性歯車３は、径方向に撓み変形可能な可撓性を有する歯車であって、剛性歯車２の内歯２３に噛み合う外歯３３（歯）を有する外歯歯車である。また、可撓性歯車３の歯数は、剛性歯車２の歯数よりも少ない。このように可撓性歯車３および剛性歯車２の歯数が互いに異なることにより、減速機を実現することができる。

本実施形態では、可撓性歯車３は、軸線ａ方向での一端（図２中右側の端部）が開口した開口部３６を有するカップ状をなし、その開口部３６から他端に向かって外歯３３が形成されている。ここで、可撓性歯車３は、軸線ａまわりの筒状（より具体的には円筒状）の胴部３１（筒部）と、胴部３１の軸線ａ方向での他端部に接続されている底部３２と、を有する。これにより、胴部３１の底部３２に比べ開口部３６の端部を径方向に撓み易くなるので、剛性歯車２に対する可撓性歯車３の良好な撓み噛み合いを実現することができる。さらに、軸１７４（例えば出力軸）が接続されている底部３２の剛性を高めることができる。このようなことから歯車装置１７２は、バックラッシュが非常に小さく、反転を繰り返す用途に適していて、また同時噛み合い歯数の比率が大きいために１枚の歯にかかる力が小さくなり高トルク容量を得ることもできる。そのような過酷な用途に使うことが可能であるため、潤滑剤には高い潤滑性能が求められている。

図２および図３に示すように、波動発生器４は、可撓性歯車３の内側に配置され、軸線ａまわりに回転可能である。そして、波動発生器４は、可撓性歯車３の開口部３６の横断面を長軸Ｌａおよび短軸Ｌｂとする楕円形または長円形に変形させて、外歯３３を剛性歯車２の内歯２３に噛み合わせる。ここで、可撓性歯車３および剛性歯車２は、同一の軸線ａまわりに回転可能に互いに内外で噛み合わされることとなる。

本実施形態では、波動発生器４は、カム４１と、カム４１の外周に装着されている軸受４２と、を有している。カム４１は、軸線ａまわりに回転する軸部４１１と、軸部４１１の一端部から外側に突出しているカム部４１２と、を有している。

軸部４１１には、軸１７３（例えば入力軸）が接続されている。カム部４１２の外周面は、軸線ａに沿った方向から見たときに、楕円形または長円形をなしている。軸受４２は、可撓性の内輪４２１および外輪４２３と、これらの間に配置されている複数のボール４２２と、を有している。ここで、内輪４２１は、カム４１のカム部４１２の外周面に嵌め込まれ、カム部４１２の外周面に沿って楕円形または長円形に弾性変形している。それに伴って、外輪４２３も楕円形または長円形に弾性変形している。また、内輪４２１の外周面および外輪４２３の内周面は、それぞれ、複数のボール４２２を周方向に沿って案内させつつ転動させる軌道面を有している。また、複数のボール４２２は、互いの周方向での間隔を一定に保つように図示しない保持器により保持されている。なお、軸受４２内には、図示しないグリースが配置されている。このグリースは、後述する潤滑剤Ｇと同じであっても異なっていてもよい。

このような波動発生器４は、カム４１の軸線ａまわりの回転に伴って、カム部４１２の向きが変わり、それに伴って、外輪４２３の外周面も変形し、剛性歯車２および可撓性歯車３の互いの噛み合い位置を周方向に移動させる。

また、剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４は、それぞれ、金属材料で構成されていることが好ましく、特に、機械的特性および加工性に優れ、かつ、比較的安価であることから、鉄系材料を用いることが好ましい。かかる鉄系材料としては、特に限定されないが、例えば、鋳鉄、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、マルエージング鋼および析出硬化型ステンレス鋼のうちのいずれか１つであることが好ましい。特に剛性歯車２にクロムモリブデン鋼（例えばＳＣＭ４３５）を用いると、例えば球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）と比べて低い硬度であっても良好な疲労強度を有しているので、歯車装置１７２の長寿命化を図ることができる。さらに可撓性歯車３にはニッケルクロムモリブデン鋼（例えばＳＮＣＭ４３９）を用いると、繰返し応力が作用する可撓性歯車３の構成材料として適していると言えるので、歯車装置１７２の長寿命化を図ることができる。これは、ニッケルクロムモリブデン鋼は、適切な熱処理によって強靭な鋼となり、機械的特性（特に疲労強度）が優れているためである。なお、剛性歯車２および波動発生器４は、それぞれ、実質的な剛体であるため、セラミックス材料等で構成することも可能であるが、可撓性歯車３との強度のバランスから、金属材料を用いることが好ましい。これらの部材の強度差が大きすぎると、強度の低い側の部材が極端に摩耗しやすくなり、その結果、歯車装置１７２の寿命が短くなってしまう。

図２に示すケース５は、軸受１３を介して軸１７３（例えば入力軸）を支持している略板状の蓋体１１と、軸受１４を介して軸１７４（例えば出力軸）を支持しているカップ状の本体１２と、を有する。ここで、蓋体１１と本体１２とは連結（固定）されて空間を構成しており、その空間には、前述した歯車装置本体１が収納されている。また、蓋体１１および本体１２の少なくとも一方には、前述した歯車装置本体１の剛性歯車２が例えばネジ止め等により固定されている。

蓋体１１の内壁面１１１は、可撓性歯車３の開口部３６を覆うように軸線ａに垂直な方向に拡がる形状をなしている。また、本体１２の内壁面１２１は、可撓性歯車３の外周面および底面に沿った形状をなしている。このようなケース５は、前述したロボット１００の基台１１０に固定されている。ここで、蓋体１１は、基台１１０と別体であって、例えばネジ止め等により基台１１０に固定されていてもよいし、基台１１０と一体であってもよい。また、ケース５（蓋体１１、本体１２）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。

潤滑剤Ｇは、例えば、グリース（半固体状潤滑剤）であり、潤滑対象部である剛性歯車２と可撓性歯車３との間（噛み合い部）、および潤滑対象部である可撓性歯車３と波動発生器４との間（接触部・摺動部）のうちの少なくとも一方（以下、単に「潤滑対象部」ともいう）に配置されている。これにより、当該潤滑対象部の摩擦を低減することができる。

潤滑剤Ｇは、基油と、増ちょう剤と、有機モリブデン化合物と、を含んでいることが好ましい。基油としては、例えば、パラフィン系、ナフテン系等の鉱油（精製鉱物油）、ポリオレフィン、エステル、シリコーン等の合成油が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。また、増ちょう剤としては、例えば、カルシウム石けん、カルシウム複合石けん、ナトリウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けん、リチウム複合石けん等の石けん系、また、ポリウレア、ナトリウムテレフタメート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、有機ベントナイト、シリカゲル等の非石けん系等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。このように、基油および増ちょう剤を組成として含んでいる潤滑剤Ｇ（グリース）は、増ちょう剤が形成する３次元構造体が複雑に絡み合って基油を保持しており、その保持した基油を少しずつしみ出させることで潤滑作用を発揮する。前述した増ちょう剤の中でも、リチウム複合石けんを用いることが好ましい。これにより、潤滑剤Ｇの耐熱性を優れたものとすることができる。

また、有機モリブデン化合物は、固体潤滑剤または極圧剤として機能する。これにより、潤滑対象部における摩擦を効果的に低減することができ、潤滑対象部が極圧潤滑状態となっても、焼き付きやスカッフィングを効果的に防止することができる。特に、有機モリブデン化合物は、二硫化モリブデンと同等の極圧性および耐摩耗性を発揮し、しかも、二硫化モリブデンに比べて酸化安定性に優れる。そのため、潤滑剤Ｇの長寿命化を図ることができる。

また、潤滑剤Ｇは、前述した基油、増ちょう剤および極圧剤（有機モリブデン化合物）の他に、酸化防止剤、防錆剤等の添加剤、また、黒鉛、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の固体潤滑剤等を含んでいてもよい。

以上、歯車装置１７２の構成の一例について説明した。以下、弾性部６３、６４および規制部６５について説明する。

（弾性部および規制部）
図４は、図１に示すロボットが備える弾性部および規制部を説明するための斜視図である。図５は、図４に示す弾性部および規制部の位置関係を示す図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。図６は、図４に示す弾性部（第２弾性部）および規制部の作用を説明するための図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。図７は、図４に示す弾性部（第１弾性部）および規制部の作用を説明するための図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。なお、図４〜図７では、説明の便宜上、前述した基台１１０の一部、第２アーム１３０、作業ヘッド１４０、エンドエフェクター１５０および配線引き回し部１６０の図示を省略している。

図４に示すように、第１軸Ｊ１まわりに相対的に回動する基台１１０および第１アーム１２０のうち、第１アーム１２０には、弾性部６３、６４が配置され、一方、基台１１０には、規制部６５が配置されている。

ここで、第１アーム１２０（第１部材）の基端部（第１軸Ｊ１側の端部）は、第１軸Ｊ１に対して離れる方向に突出している２つの突出部６１、６２を有する。この２つの突出部６１、６２は、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で互いに離間して配置されている。また、２つの突出部６１、６２は、第１軸Ｊ１からの距離が互いに等しい部分を有する。そして、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で突出部６１の突出部６２側となる面には、弾性部６３が配置されている。これにより、第１アーム１２０と弾性部６３との位置関係が固定されている。同様に、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で突出部６２の突出部６１側となる面には、弾性部６４が配置されている。これにより、第１アーム１２０と弾性部６４との位置関係が固定されている。

また、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で第１アーム１２０に対する突出部６１、６２の位置が変更可能に構成されていてもよく、この場合、ロボット１００の動作条件に応じて、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する角度範囲を変更することができる。また、突出部６１、６２を第１アーム１２０に対して着脱可能に構成し、大きさの異なる突出部６１、６２に変更することで、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する角度範囲を変更することもできる。

弾性部６３、６４は、それぞれ、弾性体であるゴム（エラストマー含む）で構成されており、突出部６１、６２に対して固定されている。突出部６１、６２に対する弾性部６３、６４の固定方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤による接着、ネジ止め等が挙げられる。図示では、弾性部６３、６４は、それぞれ、円柱状をなしており、第１軸Ｊ１を中心とする周方向にできるだけ沿うように配置されている。そして、弾性部６３、６４の一端部が突出部６１、６２に固定されている。なお、弾性部６３、６４の形状は、円柱状に限定されず、例えば、角柱状等であってもよい。ただし、弾性部６３、６４が第１軸Ｊ１を中心とする周方向に十分に弾性変形できる程度の大きさを有することが好ましい。

また、弾性部６３、６４は、着脱可能であることが好ましい。これにより、ロボット１００の動作条件に応じて弾性部６３、６４の弾性力を変更することができる。また、弾性部６３、６４が劣化等したとき、新たな弾性部６３、６４に交換することができる。

一方、基台１１０は、第１軸Ｊ１の周囲に配置されている部材１８０を有する。この部材１８０は、例えば、前述した歯車装置１７２のケース５である。そして、この部材１８０には、規制部６５が設けられている。これにより、基台１１０と規制部６５との位置関係が固定されている。規制部６５は、第１軸Ｊ１に対して離れる方向に突出しており、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で突出部６１と突出部６２との間に配置されている。また、規制部６５は、基台１１０側（図４中下側）から第１アーム１２０側（図４中上側）へ延びている形状をなしており、第１軸Ｊ１からの距離が突出部６１、６２と等しい部分を有する。このような規制部６５は、弾性部６３に接触する第１接触部６５１と、弾性部６４に接触する第２接触部６５２と、を有する。第１接触部６５１は、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で規制部６５の弾性部６３側（突出部６１）となる面である。第２接触部６５２は、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で規制部６５の弾性部６４側（突出部６２）となる面である。

また、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で基台１１０に対する規制部６５の位置が変更可能に構成されていてもよく、この場合、ロボット１００の動作条件に応じて、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する角度範囲を変更することができる。また、規制部６５を基台１１０に対して着脱可能に構成し、大きさの異なる規制部６５に変更することで、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する角度範囲を変更することもできる。

以上のような弾性部６３、６４および規制部６５を備えるロボット１００では、図５に示すように、第１アーム１２０を基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに往復回動させる場合（図中に点鎖線で示す２つの状態を交互に繰り返す場合）、突出部６１が規制部６５に近づくとともに突出部６２が規制部６５から遠ざかったり、突出部６１が規制部６５から遠ざかるとともに突出部６２が規制部６５に近づいたりする。

図６に示すように、第１アーム１２０が反時計回りに回動したとき、突出部６２が規制部６５に近づいていき、やがて、弾性部６４が規制部６５の第２接触部６５２に接触する。そして、弾性部６４は、突出部６２と規制部６５との間に挟まれて、図中矢印αで示す方向に圧縮されて弾性変形する。このとき、弾性部６４の弾性力は、力伝達装置１７０が基台１１０に対する第１アーム１２０の回動を停止させるための制動力を補助する。これにより、力伝達装置１７０の停止時の負荷を低減することができる。

このようにして圧縮されて弾性変形した弾性部６４は、図中矢印βで示す方向の復元力（弾性力）を有する。この復元力は、力伝達装置１７０が基台１１０に対する第１アーム１２０の回動を開始させるための動力を補助する。これにより、力伝達装置１７０の加速時の負荷を低減することができる。

図７に示すように、第１アーム１２０が時計回りに回動したとき、弾性部６３は、突出部６１と規制部６５との間に挟まれて、図中矢印αで示す方向に圧縮されて弾性変形する。そして、弾性部６３の弾性力は、前述した弾性部６４と同様に、力伝達装置１７０の制動力または動力を補助し、力伝達装置１７０の停止時または加速時の負荷を低減する。

以上のように、弾性部６３、６４の弾性力を利用して力伝達装置１７０の負荷を低減することができる。ここで、弾性部６３、６４が規制部６５に接触していないときは、弾性部６３、６４の弾性力が力伝達装置１７０に作用しないので、当該弾性力によって力伝達装置１７０に不本意な負荷が生じることもない。

以上のように、ロボット１００は、第１部材である第１アーム１２０と、第１アーム１２０に対して回動可能に設けられている第２部材である基台１１０と、基台１１０および第１アーム１２０の一方側から他方側へ駆動力を伝達する力伝達装置１７０と、第１アーム１２０に対して位置関係を固定して配置されている弾性変形可能な弾性部６３、６４と、基台１１０に対して位置関係を固定して配置され、弾性部６３または弾性部６４に接触して基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する規制部６５と、を備える。

このようなロボット１００によれば、規制部６５が弾性部６３または弾性部６４に接触して基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する際、弾性部６３または弾性部６４が弾性変形することで、その弾性力（復元力）により基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動の制動を補助することができる。そのため、力伝達装置の制動時（減速時）の負荷を低減することができる。また、その弾性力を利用して基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を行うことができ、力伝達装置１７０の加速時（駆動開始時）の負荷も低減することができる。このように力伝達装置１７０の負荷を低減することで、力伝達装置１７０の寿命を長くすることができる。

なお、弾性部６３、６４は、それぞれ、第１アーム１２０に対して位置関係が固定されていればよく、前述したように第１アーム１２０に直接固定される場合に限定されず、例えば、歯車装置１７２の出力軸（第１アーム１２０に接続される軸）に直接または他の部材を介して固定されていてもよいし、第１アーム１２０を基台１１０に対して回動可能に支持する軸受（図示せず）に直接または他の部材を介して固定されていてもよい。また、規制部６５は、基台１１０に対して位置関係が固定されていればよく、前述したように基台１１０に直接固定される場合に限定されず、例えば、基台１１０が設置される床等の設置部に直接または他の部材を介して固定されていてもよい。

力伝達装置１７０は、減速機である歯車装置１７２を含む。これにより、歯車装置１７２の負荷を低減して、歯車装置１７２の寿命を長くすることができる。ここで、減速機は、加速時および減速時に負荷がかかりやすい。そのため、力伝達装置１７０が減速機（歯車装置１７２）を含む場合、減速機の負荷を低減することは、力伝達装置１７０の寿命を長くする上で特に有効である。特に可撓性歯車を有する波動歯車装置であれば更に有効である。

本実施形態では、弾性部６３、６４がゴムを有する。これにより、比較的簡単な構成で静粛性に優れた弾性部６３、６４を実現することができる。なお、弾性部６３、６４は、それぞれ、ゴムの他に、ゴム以外の部材（弾性体または実質的な剛体）を有して構成されていてもよい。

また、第１アーム１２０（第１部材）には、２つの弾性部６３、６４が配置されている。これにより、規制部６５の数が１つであっても、基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動の角度範囲を所望範囲に規制することができる。また、弾性部の数が１つである場合（例えば規制部６５に弾性部を設け、突出部６１、６２を規制部として用いる場合）に比べて、弾性部６３、６４の設置が比較的簡単になるという利点もある。

ここで、規制部６５は、２つの弾性部６３、６４のうちの一方（弾性部６３）が接触する第１接触部６５１と、他方（弾性部６４）が接触する第２接触部６５２と、を有する。これにより、規制部６５の数を１つとすることができ、規制部６５の構成を簡単化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図８は、本発明の第２実施形態に係るロボットが備える弾性部および規制部を示す図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。

本実施形態は、弾性部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図８に示すロボット１００Ａは、弾性部６３Ａ、６４Ａを備える。弾性部６３Ａ、６４Ａは、それぞれ、弾性体であるバネで構成されており、突出部６１、６２に対して固定されている。突出部６１、６２に対する弾性部６３Ａ、６４Ａの固定方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤による接着、ネジ止め等が挙げられる。図示では、弾性部６３Ａ、６４Ａは、それぞれ、つるまきバネであり、第１軸Ｊ１を中心とする周方向にできるだけ沿うように配置されている。そして、弾性部６３Ａ、６４Ａの一端部が突出部６１、６２に固定されている。なお、弾性部６３Ａ、６４Ａを構成するバネは、つるまきバネに限定されず、例えば、板バネ、トーションバネ等であってもよい。

以上のように、ロボット１００Ａは、第１部材である第１アーム１２０と、第１アーム１２０に対して回動可能に設けられている第２部材である基台１１０と、基台１１０および第１アーム１２０の一方側から他方側へ駆動力を伝達する力伝達装置１７０と、第１アーム１２０に対して位置関係を固定して配置されている弾性変形可能な弾性部６３Ａ、６４Ａと、基台１１０に対して位置関係を固定して配置され、弾性部６３Ａまたは弾性部６４Ａに接触して基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する規制部６５と、を備える。

本実施形態では、弾性部６３Ａ、６４Ａがそれぞれバネを有する。これにより、比較的簡単な構成で耐久性に優れた弾性部６３Ａ、６４Ａを実現することができる。なお、弾性部６３Ａ、６４Ａは、それぞれ、バネの他に、バネ以外の部材（弾性体または実質的な剛体）を有して構成されていてもよい。

以上説明したような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図９は、本発明の第３実施形態に係るロボットが備える弾性部および規制部を示す図（第１軸Ｊ１方向から見た図）である。

本実施形態は、弾性部および規制部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図９に示すロボット１００Ｂは、弾性部６３Ｂ、６４Ｂおよび規制部６６、６７を備える。規制部６６、６７は、第１アーム１２０に配置されており、前述した第１実施形態の突出部６１、６２と同様に構成されている。規制部６６は、弾性部６３Ｂと接触する接触面６６１を有する。規制部６７は、弾性部６４Ｂと接触する接触面６７１を有する。

一方、弾性部６３Ｂ、６４Ｂは、基台１１０に配置されている。ここで、基台１１０は、前述した第１実施形態の規制部６５と同様に構成されている突出部６８を有する。そして、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で突出部６８の規制部６６側となる面には、弾性部６３Ｂが配置されている。同様に、第１軸Ｊ１を中心とする周方向で突出部６８の規制部６７側となる面には、弾性部６４Ｂが配置されている。

弾性部６３Ｂ、６４Ｂは、それぞれ、弾性体であるエアシリンダー（空気バネ）で構成されており、突出部６８に対して固定されている。突出部６８に対する弾性部６３Ｂ、６４Ｂの固定方法としては、特に限定されず、例えば、ネジ止め等が挙げられる。弾性部６３Ｂ、６４Ｂは、それぞれ、第１軸Ｊ１を中心とする周方向にできるだけ沿うように配置され、弾性部６３Ｂ、６４Ｂの一端部が突出部６８に固定されている。ここで、弾性部６３Ｂ、６４Ｂを構成するエアシリンダーは、弾性力を変更可能に構成されていてもよく、この場合、ロボット１００Ｂの動作条件に応じて弾性部６３Ｂ、６４Ｂの弾性力を変更することができる。

以上のように、ロボット１００Ｂは、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動可能に設けられている第２部材である第１アーム１２０と、基台１１０および第１アーム１２０の一方側から他方側へ駆動力を伝達する力伝達装置１７０と、基台１１０に対して位置関係を固定して配置されている弾性変形可能な弾性部６３Ｂ、６４Ｂと、第１アーム１２０に対して位置関係を固定して配置され、弾性部６３Ｂまたは弾性部６４Ｂに接触して基台１１０および第１アーム１２０の相対的な回動を規制する規制部６６、６７と、を備える。

本実施形態では、弾性部６３Ｂ、６４Ｂがそれぞれエアシリンダーを有する。これにより、弾性力を変更可能な弾性部を実現することができる。なお、弾性部６３Ｂ、６４Ｂは、それぞれ、エアシリンダーの他に、エアシリンダー以外の部材（弾性体または実質的な剛体）を有して構成されていてもよい。

以上説明したような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

以上、本発明のロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、水平多関節ロボットについて説明したが、本発明のロボットは、これに限定されず、例えば、ロボットの関節数は任意であり、また、垂直多関節ロボットにも適用可能である。

前述した実施形態では、歯車装置が有する可撓性歯車がカップ状（有底筒状）をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、可撓性歯車は、ハット状（つば付き筒状）をなしていてもよい。また、歯車装置は、波動歯車装置に限定されず、遊星歯車減速機等の減速機であってもよい。

また、前述した実施形態では、力伝達装置がモーターおよび歯車装置（減速機）を備える場合を例に説明したが、力伝達装置は、第１部材および第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達することができれば、いかなる構成であってもよく、モーターおよび減速機の少なくとも一方を省略してもよく、例えば、減速機能を有しない歯車装置を有する構成であってもよいし、単なるシャフトであってもよい。

１…歯車装置本体、２…剛性歯車、３…可撓性歯車、４…波動発生器、５…ケース、１１…蓋体、１２…本体、１３…軸受、１４…軸受、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３３…外歯、３６…開口部、４１…カム、４２…軸受、６１…突出部、６２…突出部、６３…弾性部、６３Ａ…弾性部、６３Ｂ…弾性部、６４…弾性部、６４Ａ…弾性部、６４Ｂ…弾性部、６５…規制部、６６…規制部、６７…規制部、６８…突出部、１００…ロボット、１００Ａ…ロボット、１００Ｂ…ロボット、１１０…基台、１１１…内壁面、１２０…第１アーム、１２１…内壁面、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…部、１７０…力伝達装置、１７１…モーター、１７２…歯車装置、１７３…軸、１７４…軸、１８０…部材、１９０…制御装置、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、６５１…第１接触部、６５２…第２接触部、６６１…接触面、６７１…接触面、Ｇ…潤滑剤、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、ａ…軸線

Claims (7)

1. 第１部材と、
   前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する力伝達装置と、
   前記第１部材に対して位置関係を固定して配置されている弾性変形可能な弾性部と、
   前記第２部材に対して位置関係を固定して配置され、前記弾性部に接触して前記第１部材および前記第２部材の相対的な回動を規制する規制部と、を備えることを特徴とするロボット。
2. 前記弾性部がバネを有する請求項１に記載のロボット。
3. 前記弾性部がゴムを有する請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記弾性部がエアシリンダーを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記第１部材には、２つの前記弾性部が配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記規制部は、２つの前記弾性部のうちの一方が接触する第１接触部と、他方が接触する第２接触部と、を有する請求項５に記載のロボット。
7. 前記力伝達装置が減速機を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。

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