JP2019118978A - ロボットの固定システムおよびロボット - Google Patents

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Abstract

【課題】ロボットの保守作業を低コストかつ容易に行うことができるとともに、保守作業の時間を短くすることができる技術を提供する。【解決手段】表面87Fに挿入孔IHが形成されたベース部材87と、ベース部材87に対して第1回転軸線J5回りに回転可能に支持された可動部8に回転駆動力を供給するために表面87Fに対向して第2回転軸線J5回りに回転し、第2回転軸線J5から挿入孔IHまでと同一間隔をあけて第2回転軸線J5と平行に貫通して設けられた貫通孔THを有する動力伝達部材84と、貫通孔THおよび挿入孔IHに同時に挿入される固定ピンPNとを備えるロボットの固定システムを提供する。【選択図】図4

Description

本発明は、ロボットの固定システムおよびロボットに関する。
従来、ロボットの関節軸を駆動させるモータや減速機を交換する保守作業が行われる際に、ベース部に対して関節軸回りに回転可能に支持されているアームの姿勢を変更しないようにするために、ロボットの関節軸を固定する治具が知られている。(特許文献1参照。)。
特開2014−217931号公報
ロボットのアームが制御時に静止している状態では、モータ内蔵のブレーキや外付けされたブレーキによって、アームの自重によってアームが動かないよう固定されている。このようなアームの保守作業が行われる際には、ブレーキを用いてアームを静止させることができなくなるため、アームからハンド等の重量物を外したり、アームが動かないように特許文献1に記載されている治具を取り付けたりする必要がある。
しかし、ハンド等の重量物を外すと手間がかかり、結果として、ロボットを長い時間停止させなければならない。治具を取り付ける場合には、予めロボット側に治具を装着するための形状等が必要となるため、コストアップになってしまう。また、治具は、サイズが大きくなりがちであるため、保守部品としては小型化や簡便化が望まれていた。
その他として、重力によりアームが動かないようにするために、重力の影響を受けないようなアームの姿勢で静止させる方法もあるが、ロボットの周辺機器や生産設備の外部環境によっては、アームが重力の影響を受けない姿勢で静止させることができない場合もある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロボットの保守作業を低コストかつ容易に行うことができるとともに、保守作業の時間を短くすることができるロボットの固定システムを提供することを目的とする。
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、表面に挿入孔が形成されたベース部材と、該ベース部材に対して第1回転軸線回りに回転可能に支持された可動部に回転駆動力を供給するために前記表面に対向して第2回転軸線回りに回転し、前記第2回転軸線から前記挿入孔までと同一間隔をあけて前記第2回転軸線と平行に貫通して設けられた貫通孔を有する動力伝達部材と、前記貫通孔および前記挿入孔に同時に挿入される固定ピンとを備えるロボットの固定システムを提供する。
本態様によれば、動力伝達部材の回転角度を調整することにより、貫通孔と挿入孔とが同軸に配置され、貫通孔および挿入孔に固定ピンを挿入可能になる。この状態で、固定ピンが貫通孔および挿入孔に挿入されると、固定ピンにより、動力伝達部材の回転はベース部材に対して固定される。動力伝達部材がベース部材に固定されると、動力伝達部材によって回転駆動力が供給されて第1回転軸線回りに回転可能な可動部は、ベース部材に対する回転が規制される。
これにより、動力伝達部材および可動部に回転駆動力を供給するモータのブレーキが解除された状態でも、可動部の自重や可動部に固定されたハンド等の重量により、可動部がベース部材に対して動くことがない。そのため、ロボットの保守作業などが行われる場合に、ハンド等の重量物を外す必要がなく、制御時に重力の影響を受けない可動部の姿勢で静止させる必要もない。また、ベース部材に対して可動部の姿勢を固定するための大がかりな治具も必要ない。
また、ベース部材に対して可動部を固定するために、ロボット以外の部品として固定ピンのみが必要であり、固定ピンが挿入される貫通孔および挿入孔の径の公差については、固定ピンが挿入できる程度の精度でよい。また、動力伝達部材には、組立性の向上および回転エネルギの低減を目的として、厚さ方向に貫通した孔が設けられていることが多く、固定ピンを挿入するための貫通孔としてこれらの孔を利用できる。その結果、保守作業などが、容易に低コストで行われ、保守作業の時間およびロボットを含む生産設備の停止時間が短くなる。
上記態様においては、前記挿入孔が、ネジ孔であり、前記固定ピンにおける一端が、前記ネジ孔に締結されもよい。
このようにすることで、貫通孔および挿入孔に挿入された固定ピンが、締結により挿入孔に固定されるため、ベース部材に対して可動部をより強く固定できる。
上記態様においては、前記固定ピンにおける一端の断面積が、前記貫通孔の断面積よりも大きくてもよい。
このようにすることで、貫通孔および挿入孔に挿入された固定ピンの一端が貫通孔の端部に引っかかるため、固定ピン全体が貫通孔を通過せずにベース部材に対して動力伝達部材を固定できる。
また、本発明の他の態様は、表面に挿入孔が形成されたベース部材と、該ベース部材に対して第1軸回転線回りに回転可能に支持された可動部に回転駆動力を供給するために前記表面に対向して第2回転軸線回りに回転し、前記第2回転軸線から前記挿入孔までと同一間隔をあけて前記第2回転軸線と平行に貫通して設けられた貫通孔を有する動力伝達部材とを備えるロボットを提供する。
本態様によれば、動力伝達部材に設けられた貫通孔の軸線と、ベース部材の表面に設けられた挿入孔の軸線とが一致した状態で、貫通孔および挿入孔に他部品の固定ピンなどの棒状の部材が挿入されることで、ベース部材に対して動力伝達部材の位置が固定される。
これにより、動力伝達部材および可動部に回転駆動力を提供するモータのブレーキが解除された状態でも、ベース部材に対して可動部の姿勢が固定されるため、保守作業などが、容易に低コストで行われ、保守作業の時間およびロボットを含む生産設備の停止時間が短くなる。
本発明によれば、ロボットの保守作業を低コストかつ容易に行うことができるとともに、保守作業の時間を短くすることができる技術を提供できる。
第1実施形態に係るロボットの概略斜視図である。 図1におけるA1部の説明図である。 図2におけるA2断面の断面図である。 ハウジングカバーが外されて、貫通孔および挿入孔にピンが挿入された状態の図2におけるA2断面の断面図である。 第2実施形態に係るロボットの概略斜視図である。 第2実施形態のロボットの第2アームの説明図である。 図6におけるA3断面の断面図である。 ハウジングカバーが外されて、貫通孔および挿入孔にピンが挿入された状態の図6におけるA3断面の断面図である。
本発明の第1実施形態に係るロボット1について、図面を参照しながら以下に説明する。
図1は、第1本実施形態に係るロボット1の概略斜視図である。本実施形態のロボット1は、6個の軸J1〜J6を有する垂直多関節型ロボット等のロボットである。ロボット1は、床面に固定されたベース3と、鉛直な第1軸J1回りにベース3に対して回転可能に支持された旋回胴4と、水平な第2軸J2回りに旋回胴4に対して回転可能に支持された第1アーム5と、水平な第3軸J3回りに第1アーム5に対して回転可能に支持された第2アーム6と、該第2アーム6に対して第3軸J3と捻れの位置関係にある第4軸J4回りに回転可能に支持された第1手首要素7と、第4軸J4に直交する第5軸J5(第1回転軸線、第2回転軸線)回りに第1手首要素7に対して回転可能に支持された第2手首要素(可動部)8と、第5軸J5に直交する第6軸J6回りに第2手首要素8に対して回転可能に支持された第3手首要素9と、6個の軸J1〜J6の回転駆動を制御する制御装置2とを備えている。
6個の軸J1〜J6のそれぞれは、回転駆動するための図示しないモータと、モータの回転角度を検出する図示しないエンコーダとを備えている。制御装置2は、各軸J1〜J6のエンコーダから検出されるモータの回転角度を用いて、モータを回転駆動させるフィードバック制御を行っている。制御装置2は、図示しないCPUと、ROMと、RAMと、メモリとで構成されている。
第1手首要素7は、第5軸J5回りに第2手首要素8を回転させるJ5軸モータなどを内蔵するハウジング本体(ベース部材)87と、ハウジング本体87に固定されてハウジング本体87内部の空間を封止するハウジングカバー88,89とを有している。
図2には、ロボット1の第1手首要素7に内蔵された部品を説明するために、図1におけるA1部が示されている。ハウジング本体87は、第1手首要素7の長手方向に延びる中空の四角柱状の形状を有する。
ハウジング本体87には、第5軸J5回りに第2手首要素8を回転させるJ5軸モータ81が収納されている。図2に示されるように、J5軸モータ81の回転軸は、J5軸モータ81からハウジングカバー88への方向に延びており、回転軸の先端には、第1プーリ82が固定されている。第1手首要素7における先端側には、第5軸J5の図示しない回転軸が配置され、当該回転軸に減速機を介して接続されている第2プーリ(動力伝達部材)84が配置されている。第1プーリ82と第2プーリ84との間にはベルト83が回し掛けられ、ベルト83を介してJ5軸モータ81の回転駆動力が第5軸J5の回転軸に伝達されるようになっている。
図2に示されるように、第2プーリ84には、厚さ方向と平行な方向に貫通している4つの貫通孔THが形成されている。4つの貫通孔THは、第2プーリ84において、第5軸J5の軸中心から同一の径方向位置に形成されており、90度ずつ位相が異なる周方向位置に形成されている。
図3には、第1手首要素7における図2のA2断面の断面図が示されている。図3に示されるように、第2プーリ84は、第1手首要素7に対して第5軸J5回りに第2手首要素8を回転させるJ5回転軸85に固定されている。J5回転軸85は、第2プーリ84が固定されていない他端で、図示しない減速機に接続されている。そのため、第2プーリ84が回転すると、J5回転軸85および第2手首要素8は、第1手首要素7に対して第5軸J5回りに回転する。
図3に示されるように、ハウジング本体87は、第2プーリ84に対向するプーリ対向面(表面)87Fを有する側板87Wを備えている。側板87Wは、第5軸J5に直交する平板形状を有している。側板87Wには、第5軸J5に平行な方向に貫通している挿入孔IHが形成されている。換言すると、挿入孔IHは、第2プーリ84の厚さ方向に平行な軸方向に貫通している。挿入孔IHの内径は、第2プーリ84に形成された貫通孔THの内径と同じになるように設定されている。挿入孔IHは、第5軸J5からの距離が第2プーリ84の中心から貫通孔THまでの半径と同じになるように形成されている。換言すると、第5軸J5から挿入孔IHの軸線までは、第5軸J5から貫通孔THの軸線までと同一間隔である。そのため、図3に示されるように、第2プーリ84における回転の位相が所定の位相になると、貫通孔THの軸と挿入孔IHの軸とが一致するようになっている。
図4には、ハウジング本体87からハウジングカバー88が外されて、貫通孔THの軸と挿入孔IHの軸とが一致した状態で、貫通孔THおよび挿入孔IHにピン(固定ピン)PNが挿入された状態が示されている。ピンPNは、断面が円形の長手方向に伸びた棒状の形状であり、金属によって形成されている。ピンPNの外径は、貫通孔THおよび挿入孔IHにピンPNが挿入可能なように、貫通孔THおよび挿入孔IHの内径よりも若干小さく形成されている。ピンPNの一端は、ピンPNの中心軸から90度曲がっており、他の部分の断面積および貫通孔THの断面積よりも大きい断面積を有している。そのため、ピンPNは、図4に示されるように、貫通孔THおよび挿入孔IHに挿入されても、貫通孔THを通過して第2手首要素8側に抜けずに、第2プーリ84の側面に引っかかるようになっている。
このように構成された本実施形態に係るロボット1では、第2プーリ84の回転軸である第5軸J5から第2プーリ84に形成された貫通孔THの軸中心までの半径と、第5軸J5からハウジング本体87のプーリ対向面87Fに形成された挿入孔IHの軸中心までの距離とが同じに設定されている。そのため、貫通孔THの軸線が挿入孔IHの軸線に一致するように第2プーリ84が回転させられた後に、貫通孔THおよび挿入孔IHにピンPNが挿入されると、挿入孔IHに対する貫通孔THの位置が固定される。すなわち、ハウジング本体87に対して第2プーリ84の回転が固定され、結果として、第1手首要素7に対する第2手首要素8の姿勢が固定される。
第1手首要素7に対して第2手首要素8の姿勢が固定されると、第5軸J5に回転駆動力を供給するJ5軸モータ81のブレーキが解除された状態でも、第2手首要素8等の重量により、第2手首要素8が第1手首要素7に対して動くことがない。そのため、ロボット1の保守作業などが行われる場合に、ロボット1の先端に取り付けられたハンド等の重量物を外す必要がなく、制御時に重力の影響を受けないような姿勢で第2手首要素8を静止させる必要もない。また、第1手首要素7に対して第2手首要素8の姿勢を固定するための大がかりな治具も必要ない。
また、本実施形態では、第1手首要素7に対して第2手首要素8を固定するために、ロボット1以外の部品としてピンPNのみが必要であり、ピンPNが挿入される貫通孔THおよび挿入孔IHの径の公差については、ピンPNが挿入できる程度でよい。第2プーリ84には、組立性の向上および回転エネルギの低減を目的として、厚さ方向に貫通した孔が設けられていることが多く、ピンPNを挿入するための貫通孔THとしてこれらの孔を利用できる。その結果、本実施形態のロボット1では、保守作業などが容易に低コストで行われ、保守作業の時間およびロボット1を含む生産設備の停止時間を短くできる。
図5には、第2実施形態に係るロボット1aの概略斜視図が示されている。ロボット1aは、図示しない4つのモータの回転駆動力によって4つの駆動する各関節軸を備える水平多関節型ロボットである。図5に示されるように、ロボット1aは、設置面に固定されたベース3aと、鉛直な第1軸J1a回りにベース3aに対して回転可能に支持された第1アーム5aと、鉛直な第2軸J2a回りに第1アーム5aに対して回転可能に支持された第2アーム6aと、鉛直な第3軸(第1回転軸、第2回転軸)J3a回りに回転可能かつ第3軸J3aの軸方向に沿って直動可能に支持されているシャフトSHとを備えている。
図6には、第2アーム6aに内蔵されている各部品が示されている。図6に示されるように、第2アーム6aは、ハウジング本体87aと、ハウジング本体87aの上側を覆うハウジングカバー88aとを備えている。また、第2アーム6aには、第3軸J3a方向にシャフトを直動させる直動モータ81aと、直動モータ81aの回転軸に固定された第1プーリ82aと、シャフトSHに固定されたボールネジBSと、ボールネジBSに固定された第2プーリ(動力伝達部材)84aと、第1プーリ82aおよび第2プーリ84aに回し掛けられているベルト83aとが内蔵されている。直動モータ81aの回転軸が回転すると、第1プーリ82aの回転駆動力が、ベルト83aを介して第2プーリ84aに伝達する。第2プーリ84aが回転すると、第2プーリ84aの回転駆動力がボールネジBSに伝達することで、シャフトSHが第3軸J3a方向に沿って動くようになっている。
また、第2アーム6aには、J3a軸モータ91と、J3a軸モータ91の回転軸に固定された第3プーリ92と、シャフトSHに固定された第4プーリ94と、第3プーリ92および第4プーリ94に回し掛けられているベルト93とが内蔵されている。J3a軸モータ91の回転軸が回転すると、第3プーリ92の回転駆動力が、ベルト93を介して第4プーリ94に伝達する。第4プーリ94が回転すると、シャフトSHが第3軸J3a回りに回転するようになっている。
図7には、シャフトSHの軸に沿った図6に示すA3断面の断面図が示されている。なお、図7では、後述の貫通孔THaおよび挿入孔IHaをわかりやすくするために、シャフトSHを第3軸J3a回りに回転させるJ3a軸モータ91、第3プーリ92、第4プーリ94、およびベルト93の図示を省略している。図7に示されるように、第2プーリ84aには、第1実施形態の第2プーリ84と同じように、厚さ方向に貫通している4つの貫通孔THaが形成されている。貫通孔THaは、軸がシャフトSHの中心軸である第3軸J3aに平行になるように形成されている。
ハウジング本体87aは、図7に示されるように、第2プーリ84aに対向するプーリ対向面(表面)87Faを有する底板87Waを備えている。底板87Waは、シャフトSHの第3軸J3aに直交する平板形状を有している。底板87Waには、第3軸J3aに平行な方向、すなわち、第2プーリ84aの厚さ方向に平行な方向に貫通している挿入孔IHaが形成されている。挿入孔IHaの内径は、第2プーリ84aに形成された貫通孔THaの内径と同じになるように設定されている。挿入孔IHaは、第3軸J3aの中心軸からの距離が第2プーリ84aの中心から貫通孔THaの中心までの半径と同じになるように形成されている。換言すると、第3軸J3aから挿入孔IHaの軸線までは、第3軸J3aから貫通孔THaの軸線までと同一間隔である。そのため、第1実施形態と同じように、第2プーリ84aにおける回転の位相が所定の位相になると、貫通孔THaの軸と挿入孔IHaの軸とが一致するようになっている。
図8には、ハウジング本体87aからハウジングカバー88aが外されて、貫通孔THaの軸と挿入孔IHaの軸とが一致した状態で、貫通孔THaおよび挿入孔IHaにピン(固定ピン)PNaが挿入された状態が示されている。第2実施形態のピンPNaは、第1実施形態のピンPNと同じである。
このように第2実施形態に係るロボット1aでは、軸が一致した貫通孔THaおよび挿入孔IHaにピンPNaが挿入されることで、ハウジング本体87aに対する第2プーリ84aの回転が固定される。これにより、ボールネジBSが回転できなくなるため、第2アーム6aに対してシャフトSHが第3軸J3aに沿って動かないように固定できる。
上記の第1実施形態および第2実施形態では、貫通孔TH,THaが形成された第2プーリ84,84aと、挿入孔IH,IHaが形成されたハウジング本体87,87aとを備えるロボット1,1aについて説明したが、貫通孔TH,THaおよび挿入孔IH,IHaに挿入されるピンPN,PNaをロボット1,1aに加えたロボット1,1aの固定システムとしてもよい。
貫通孔TH,THaおよび挿入孔IH,IHaの形状や数については、種々変形可能である。例えば、挿入孔IH,IHaは、必ずしもハウジング本体87,87aの側板87Wおよび底板87Waを貫通する必要はない。挿入孔IH,IHaにネジ孔が形成されて、ピンPN,PNaの先端に形成された雄ネジに締結する態様であってもよい。貫通孔TH,THaおよび挿入孔IH,IHaの形状は、互いに異なる形状であってもよいし、断面形状も円形に限られず、矩形であってもよいし、その他の異なる形状であってもよい。例えば、貫通孔TH,THaが60度の位相に対応した扇状に形成されて、円形に形成された挿入孔IH,IHaと位置合わせをしやすい態様であってもよい。この場合に、挿入孔IH,IHaおよびピンPN,PNaの断面も貫通孔TH,THaと同じ扇状の形状を有し、貫通孔TH,THaおよび挿入孔IH,IHaに挿入されたピンPN,PNaが、プーリの回転を規制するための力を高めてもよい。また、貫通孔TH,THaおよび挿入孔IH,IHaの数が複数あって、その中のいくつかにピンPN,PNaが挿入されてもよい。
また、ピンPNの形状および数についても種々変形可能である。上記の第1実施形態および第2実施形態のピンPNでは、挿入時に第2プーリ84,84a側に位置する端部が、屈曲していたが、屈曲していなくてもよいし、別の形状であってもよい。
上記の第1実施形態および第2実施形態では、関節軸として回転または直動を行う回転軸に固定された第2プーリ84,84aをハウジング本体87,87aに対して固定したが、J5軸モータ81または直動モータ81aに固定される第1プーリ82,82aをハウジング本体87,87aに固定してもよい。具体的には、第1プーリ82,82aに貫通孔TH,THaが形成され、貫通孔TH,THaの軸と同一の軸を中心とする挿入孔IH,IHaがハウジング本体87,87aに形成されてもよい。また、貫通孔TH,THaが形成されてプーリを介して回転が規制される関節軸については、ロボット1,1aのいずれの関節軸であってもよく、複数の関節軸が複数のピンPN,PNaによって同時に固定されてもよい。また、軸中心に回転し、貫通孔が形成されている動力伝達部材として、第1実施形態および第2実施形態では、第2プーリ84,84aを例に挙げて説明したが、動力伝達部材は、平歯車であってもよい。この場合、貫通孔が形成されている平歯車は、ベルトを介さずに、第1プーリ82,82aの代わりの歯車に直接噛み合ってもよいし、他の歯車を介して、第1プーリ82,82aの代わりの歯車に噛み合ってもよい。
1,1a ロボット
8 第2手首要素(可動部)
84,84a 第2プーリ(動力伝達部材)
87,87a ハウジング本体(ベース部材)
87F,87Fa プーリ対向面(表面)
J3a 第3軸(第1回転軸、第2回転軸)
J5 第5軸(第1回転軸、第2回転軸)
IH,IHa 挿入孔
PN,PNa ピン(固定ピン)
SH シャフト(可動部)
TH,THa 貫通孔

Claims (4)

  1. 表面に挿入孔が形成されたベース部材と、
    該ベース部材に対して第1回転軸線回りに回転可能に支持された可動部に回転駆動力を供給するために前記表面に対向して第2回転軸線回りに回転し、前記第2回転軸線から前記挿入孔までと同一間隔をあけて前記第2回転軸線と平行に貫通して設けられた貫通孔を有する動力伝達部材と、
    前記貫通孔および前記挿入孔に同時に挿入される固定ピンとを備えるロボットの固定システム。
  2. 前記挿入孔が、ネジ孔であり、
    前記固定ピンにおける一端が、前記ネジ孔に締結される請求項1に記載のロボットの固定システム。
  3. 前記固定ピンにおける一端の断面積が、前記貫通孔の断面積よりも大きい請求項1または請求項2に記載のロボットの固定システム。
  4. 表面に挿入孔が形成されたベース部材と、
    該ベース部材に対して第1回転軸線回りに回転可能に支持された可動部に回転駆動力を供給するために前記表面に対向して第2回転軸線回りに回転し、前記第2回転軸線から前記挿入孔までと同一間隔をあけて前記第2回転軸線と平行に貫通して設けられた貫通孔を有する動力伝達部材とを備えるロボット。
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