JP2020037164A - ロボットのバランサのメインテナンス用治具 - Google Patents

ロボットのバランサのメインテナンス用治具 Download PDF

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Abstract

【課題】ロボットが停止している位置においてバランサを容易に取り外し、かつ、ロボットを正規の組立姿勢に戻して減速機およびバランサの組み付け作業を容易に行う。【解決手段】板厚方向に貫通する貫通孔を有する端板により両端が閉塞された筒状のケーシング内に軸線方向に移動可能に配置された可動部材と、可動部材に一端が固定され一方の端板の貫通孔を貫通して他端がケーシング外部に配置されるロッドと、ケーシング内に収容され可動部材の移動量に応じてロッドのケーシング内への引き込み力を発生する力発生材とを備えるロボットのバランサのメインテナンス用治具1であり、他方の端板に着脱可能に固定される第1部材2と、第1部材2のネジ孔21に締結される雄ネジ部31および長手軸回りの回転力を入力する回転力入力部34を備え、可動部材に先端が突き当てられる長尺の第2部材3とを備えるロボットのバランサのメインテナンス用治具1である。【選択図】図6

Description

本発明は、ロボットのバランサのメインテナンス用治具に関するものである。
大型の垂直多関節型ロボットにおいて、モータのトルクを補助するためにバランサが使用されることがある。バランサを備えた関節において減速機を交換する場合には、まずバランサを取り外す必要がある。そのためにはバランサによる発生力を最小にする姿勢にロボットの姿勢を変更した状態で行われることが好ましい。しかし、減速機が故障してロックしてしまった場合には、ロボットを所望の姿勢に変更することができないので、減速機の取り外し作業はロボットが停止している位置において行う必要がある。また、減速機が取り外された後には、関節を構成する2つの部材を正規の組立姿勢に戻して、減速機を組み付ける作業を行うことが好ましい。
ロボットが停止してしまった任意の位置でバランサの状態を固定する治具が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1の治具は、基本的に、ロボットが停止してしまった任意の位置で、バランサの状態を固定することにより、モータの取り外し時のアームの転倒を防止するための治具である。
特開2002−283274号公報
しかしながら、特許文献1の治具によれば、バランサの状態が、ロボットが停止してしまった位置における状態に固定されるため、減速機を組み付ける作業も、正規の組立姿勢ではなく、ロボットが停止してしまった姿勢において実施しなければならず、作業性が悪いという不都合がある。
本発明は、減速機が故障してロックしてしまった場合に、ロボットが停止している位置においてバランサを容易に取り外すことができ、かつ、ロボットを正規の組立姿勢に戻して減速機およびバランサの組み付け作業を容易に行うことができるロボットのバランサのメインテナンス用治具を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、板厚方向に貫通する貫通孔を有する2つの端板によって両端が閉塞された筒状のケーシングと、該ケーシング内に該ケーシングの軸線方向に移動可能に配置された可動部材と、該可動部材に一端が固定され、一方の前記端板の前記貫通孔を貫通して他端が前記ケーシング外部に配置されるロッドと、前記ケーシング内に収容され、前記可動部材の移動量に応じて前記ロッドの前記ケーシング内への引き込み力を発生する力発生材とを備えるロボットのバランサのメインテナンス用治具であって、他方の前記端板に着脱可能に固定され、前記貫通孔に一致する位置に配置されるネジ孔を備える第1部材と、前記ネジ孔に締結される雄ネジ部を備え、前記貫通孔を貫通させられて前記可動部材に先端が突き当てられる長尺の第2部材とを備え、該第2部材が、長手軸回りの回転力を入力する回転力入力部を備えるメインテナンス用治具である。
本態様によれば、ロボットの関節を構成する構成部材が相対的に回転することにより、バランサのロッドがケーシングから突出させられると、力発生材によるロッドの引き込み力が増大し、構成部材の回転を戻す方向の補助トルクが増大する。このようにバランサが補助トルクを発生させている状態で減速機が破損することによりロックしてしまった場合には、バランサの他方の端板、すなわち、ロッドが突出している側の端板とは逆の端板に第1部材を固定して、ネジ孔を端板の貫通孔に一致させる。
次いで、第1部材のネジ孔に第2部材の雄ネジを締結し回転力入力部から第2部材を第1部材に対して長手軸回りの一方向の回転力を入力する。これにより、第2部材が第1部材に対して長手軸回りに一方向に回転しながら長手軸方向前方に移動し、端板の貫通孔を貫通してケーシング内部の可動部材に先端が突き当てられる。そして、第2部材が可動部材を押圧する力が、力発生材が可動部材を押圧している力と釣り合うまで第2部材を回転させることにより、バランサをロボットから容易に取り外すことができる。
バランサをロボットから取り外した後には、第1部材に対して第2部材を逆方向に回転させることにより、第2部材を長手軸方向後方に移動させる。これにより、可動部材を長手軸方向後方に徐々に移動させることができ、力発生材の力を徐々に低減していき、最終的に第2部材の先端が可動部材から離れる位置まで後退させることができる。この状態で、第1部材を端板から取り外すことにより、力を発生していない組み付けに適した状態にバランサを戻すことができる。
そして、減速機を取り外し、構成部材同士を切り離した状態で、正規の組立姿勢に配置することにより、減速機の組み付け作業およびバランサの組み付け作業を正規の組立姿勢で容易に行うことができる。
すなわち、本態様によれば、減速機が故障してロックしてしまった場合に、ロボットが停止している位置においてバランサを容易に取り外すことができ、かつ、ロボットを正規の組立姿勢に戻して減速機およびバランサの組み付け作業を行うことができる。
上記態様においては、前記ネジ孔および前記雄ネジが台形ネジであってもよい。
この構成により、力発生材が発生している大きな力を台形ネジによって確実に受け止めて、可動部材を安定的に移動させることができる。
また、上記態様においては、前記第2部材の先端に、前記可動部材に対する摺動摩擦を低減する摩擦低減部が配置されていてもよい。
この構成により、第2部材の先端を可動部材に押し当てた状態で、回転力入力部により回転力を加えると、可動部材の表面において第2部材の先端が摺動させられるが、摩擦低減部によって摺動摩擦が低減されることにより、スムーズな摺動を可能とし、可動部材をスムーズに移動させることができる。
また、上記態様においては、前記摩擦低減部がスラスト軸受であってもよい。
この構成により、スラスト軸受からなる摩擦低減部により、可動部材と第2部材との間において大きな軸線方向の力を伝達しながら、可動部材と第2部材との相対回転をスムーズに行うことができる。
本発明によれば、減速機が故障してロックしてしまった場合に、ロボットが停止している位置においてバランサを容易に取り外すことができ、かつ、ロボットを正規の組立姿勢に戻して減速機の組み付け作業を容易に行う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メインテナンス用治具を用いるロボットの一例の正規の組立姿勢を示す模式的な側面図である。 図1のロボットの第1アームを前傾させた状態を示す模式的な側面図である。 図1のロボットの第1アームを後傾させた状態を示す模式的な側面図である。 図1のロボットに備えられるバランサの一例を示す縦断面図である。 図4のバランサの圧縮コイルバネを圧縮した状態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バランサのメインテナンス用治具を示す縦断面図である。 図6のメインテナンス用治具を図5の状態のバランサに取り付ける状態を説明する縦断面図である。 図6のメインテナンス用治具を図5の状態のバランサに取り付けた状態を示す縦断面図である。 図8の状態から、メインテナンス用治具を作動させて、スラスト軸受を可動板に接触させた状態を示す縦断面図である。 図9の状態から、メインテナンス用治具を作動させて、圧縮コイルバネを伸張させる状態を説明する縦断面図である。
本発明の一実施形態に係るロボット100のバランサ200のメインテナンス用治具1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るメインテナンス用治具1は、図1から図3に示されるように、垂直多関節型のロボット100に備えられたバランサ200用の治具である。
ロボット100は、例えば、図1から図3に示されるように、床面Fに設置されるベース110と、鉛直な第1軸線A回りにベース110に回転可能に支持された旋回胴(構成部材)120と、水平な第2軸線B回りに旋回胴120に対して回転可能に支持された第1アーム(構成部材)130と、第2軸線Bに平行な第3軸線C回りに第1アーム130に対して回転可能に支持された第2アーム140と、第2アーム140の先端に支持された手首ユニット150とを備えている。
本実施形態においては、バランサ200は、旋回胴120と第1アーム130との間に取り付けられている。
バランサ200は、図4に示されるように、両端が端板210,220によって閉塞された円筒状のケーシング230内に圧縮コイルバネ(力発生材)240と可動板(可動部材)250とを収容し、圧縮コイルバネ240を軸方向に貫通したロッド260の一端に可動板250を固定し、ロッド260の他端を、圧縮コイルバネ240側の端板210に設けられた中央孔(貫通孔)211を貫通させてケーシング230外部に配置することにより構成されている。図中、符号270は端板210に設けられ、ロッド260の移動を支持するスリーブである。
他方の端板220には、中央において板厚方向に貫通する開口部(貫通孔)221と、開口部221の周囲に、周方向に間隔をあけて複数配置され、後述する固定部材2を端板220に固定するためのネジ孔222とが設けられている。
ロッド260の他端には、ナット262を締結する雄ネジ261が設けられている。可動板250は円板状に形成され、中央にロッド260を通す貫通孔251が設けられている。貫通孔251を貫通した雄ネジ261にナット262を締結することにより、ロッド260の他端に可動板250が確実に固定されている。
ケーシング230の外面には、ケーシング230の軸方向に直交して延びる第1シャフト280を軸線D回りに回転可能に嵌合させる嵌合孔231が設けられている。第1シャフト280は、旋回胴120に取り付けられており、第2軸線Bに対して水平方向に平行な間隔をあけて配置されている。
また、第1アーム130には、第2軸線Bに対して平行な間隔をあけた軸線Eに沿って延びる第2シャフト131が設けられ、ロッド260の他端290が、回転可能に第2シャフト131に取り付けられている。第2シャフト131は、第2軸線Bに対して平行な間隔をあけた位置に配置され、図1に示されるように第1アーム130がおおよそ鉛直方向に延びる姿勢(正規の組立姿勢)に配置されたときに、第2軸線Bと第1シャフト280との間に位置する。
これにより、図2および図3に示されるように、第1アーム130が第2軸線B回りに回転すると、第2シャフト131が第2軸線B回りに並進移動して、第2シャフト131と第1シャフト280との距離が変化する。これにより、バランサ200のロッド260が軸方向に押し引きされる。
図2に示されるように、第1アーム130が第2軸線B回りに前方に倒れた状態から後方に引き戻す方向に回転させるため、および、図3に示されるように、第1アーム130が第2軸線B回りに後方に倒れた状態から前方に引き戻す方向に回転させるためには、第1アーム130を駆動するモータ(図示略)は、第1アーム130よりも先端側の部材の重量により発生するモーメントに打ち勝つトルクを発生させる必要がある。第1アーム130が第2軸線B回りに前方または後方に倒れる方向に回転すると、図5に示されるように、バランサ200のロッド260が、ケーシング230から引き出される方向に牽引され、ロッド260の一端に固定されている可動板250がケーシング230内において移動して、可動板250と端板210との間に挟まれている圧縮コイルバネ240が圧縮される。
これにより、圧縮コイルバネ240の弾性復元力によって、ロッド260をケーシング230内に引き込む方向に力(引き込み力)が発生し、第1アーム130には第2軸線B回りに鉛直な位置に引き戻す方向にモーメントが作用する。すなわち、バランサ200によってモータの負荷が軽減される。
本実施形態に係るメインテナンス用治具1は、図6に示されるように、バランサ200の端板220に固定される固定部材(第1部材)2と、固定部材2に対して移動可能に支持される可動部材(第2部材)3とを備えている。
固定部材2は、円筒状に形成され、中央孔(ネジ孔)21の内面には台形ネジからなる雌ネジが形成されている。固定部材2には、バランサ200の端板220の開口部221に中央孔21を一致させた状態で、端板220のネジ孔222にそれぞれ一致する位置に、軸線方向に貫通する貫通孔22が設けられている。図8に示されるように、貫通孔22にボルト4を通して端板220のネジ孔222に締結することにより、中央孔21を開口部221に一致させて固定部材2を端板220に固定することができる。
可動部材3は、柱状部材であって、外周面に中央孔21の雌ネジに締結される台形ネジからなる雄ネジ(雄ネジ部)31を備えている。可動部材3は、一端に、ナット262を覆う位置に配置されるカップ状部材32と、該カップ状部材32の先端に配置されるスラスト軸受(摩擦低減部)33とを備えている。スラスト軸受33は、ナット262の外形よりも大きな内径寸法を有している。
可動部材3の他端には、スパナ等の工具により可動部材3に軸線回りの回転力を加えることを可能にする六角頭部(回転力入力部)34が設けられている。
このように構成された本実施形態に係るロボット100のバランサ200のメインテナンス用治具1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るメインテナンス用治具1を用いたロボット100のバランサ200のメインテナンスは、例えば、図2または図3に示されるように、ロボット100が正規の組立姿勢以外の姿勢で、減速機の不良等の原因により停止してロックした場合に行われる。
これらの状態では、ケーシング230内の圧縮コイルバネ240が圧縮されていて、ロッド260には、該ロッド260をケーシング230内に引き込む方向に大きな力が作用している。このため、この状態で減速機を交換しようとすると、旋回胴120と第1アーム130との連結が切り離されて、バランサ200によって第1シャフト280と第2シャフト131とを引き付ける方向に作用している力により、部品が破損する等の問題が生じてしまう。もちろん、圧縮コイルバネ240によってロッド260に大きな力が作用している状態のバランサ200を第1シャフト280と第2シャフト131との間から取り外すことは困難である。
本実施形態に係るメインテナンス用治具1を使用するには、図7および図8に示されるように、ケーシング230の端板220にメインテナンス用治具1をボルト4によって固定する。
すなわち、固定部材2の中央孔21を端板220の開口部221に一致させて、可動部材3の先端のスラスト軸受33およびカップ状部材32を開口部221からケーシング230内に挿入し、固定部材2の貫通孔22を貫通させたボルト4を端板220のネジ孔222に締結することにより、固定部材2を端板220に固定する。
次いで、図9に示されるように、六角頭部34を利用して可動部材3に軸線回りの回転力を供給する。これにより、可動部材3が軸線回りに回転させられつつ、雄ネジ31のリードによって可動部材3が固定部材2に対して軸線方向に移動させられる。
可動部材3を固定部材2に対して可動部材3の先端方向に移動させていくと、図9に示されるように、可動部材3の先端に配置されているカップ状部材32がロッド260を可動板250に固定しているナット262を覆う位置に配置され、カップ状部材32の先端のスラスト軸受33が、ナット262の径方向外方において、可動板250に接触させられる。そして、スラスト軸受33が可動板250に接触した状態から、さらに同一方向に回転力を加えていくと、スラスト軸受33によって可動板250が圧縮コイルバネ240をさらに圧縮する方向に押圧される。
この場合において、可動部材3を回転させることにより、可動部材3からカップ状部材32およびスラスト軸受33を経由して可動板250に伝達される力が増大していくが、カップ状部材32と可動板250との間に配置されているスラスト軸受33により、カップ状部材32と可動板250とが可動部材3の軸線回りに相対回転することによる摺動摩擦が低減される。これにより、可動部材3をスムーズに回転させてメインテナンス用治具1から可動板250に加える力を滑らかに増大させることができる。
また、固定部材2の中央孔21に設けられた雌ネジと、可動部材3に設けられた雄ネジ31が、それぞれ台形ネジにより構成されていることにより、圧縮コイルバネ240により発生する大きな力に釣り合う押圧力を発生させ、かつ、発生させた押圧力を滑らかに増減させることができる。
そして、メインテナンス用治具1により可動板250に加えられる力が圧縮コイルバネ240から可動板250に加えられている力と釣り合った位置で可動部材3の回転を停止する。これにより、バランサ200のロッド260には軸方向の力が作用しなくなるので、ロッド260から第2シャフト131を容易に取り外すことができる。
ロッド260から第2シャフト131を取り外した後に、図10に示されるように、六角頭部34に上記とは逆方向の回転力を加えることにより、可動部材3をケーシング230から引き出す方向に移動させる。これにより、圧縮コイルバネ240が伸張して、ロッド260がケーシング230内に引き込まれる。そして、圧縮コイルバネ240を十分に伸張させ、可動板250が端板220もしくはボルト4の先端部に接触した状態にすることでナット262を外すことができ、バランサ200が、圧縮コイルバネ240による弾性力を無くし、作業者が取り扱うのに適した状態となる。
すなわち、圧縮コイルバネ240が圧縮されている状態では、大きな弾性力が発生しているため、作業者が取り扱っているときに、何らかの原因により弾性力が解放されることは好ましくない。本実施形態に係るメインテナンス用治具1によれば、圧縮コイルバネ240の圧縮状態を容易に解消することができる。
この状態とすることにより、バランサ200を第1シャフト280からも容易に取り外すことができるとともに、バランサ200を組み付けに適した状態とすることができる。
バランサ200が取り外された後に、旋回胴120と第1アーム130との間の減速機を取り外すことにより、旋回胴120と第1アーム130とを切り離すことができる。旋回胴120から切り離された第1アーム130は、クレーン等の操作によって、図1に示されるように、鉛直方向に延びる正規の組立姿勢に移動させた状態で旋回胴120に組合せられる。これにより、減速機の組み付け作業を正規の組立姿勢において行うことができる。
そして、減速機組み付け作業を正規の組立姿勢において実施することにより、バランサ200についても、第1シャフト280と第2シャフト131とが最も近接した位置で、圧縮コイルバネ240に弾性力を発生させることなく組み付けることができるという利点がある。
このように、本実施形態に係るロボット100のバランサ200のメインテナンス用治具1によれば、減速機が故障してロックしてしまった場合に、ロボット100が停止している任意の位置においてバランサ200を容易に取り外すことができ、かつ、ロボット100を正規の組立姿勢に戻して減速機の組み付け作業を容易に行うことができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、第1アーム130を鉛直方向に配置した正規の組立姿勢において、第1シャフト280と第2シャフト131とが最も近接し、バランサ200が発生する力が最も小さくなるロボット100を例示した。通常は、この正規の組立姿勢においても圧縮コイルバネ240がある程度の弾性力を発生させる設計がなされる。例えばロボット100が、ナット262と可動板250およびロッド260が、溶接による接合や削り出し等で一体となったような構成の場合、正規の組立姿勢においてもバランサ200を組み付ける際に圧縮コイルバネ240を圧縮する必要があるが、本実施形態に係るメインテナンス用治具1を用いれば、そのような場合にも、組み付けに適した状態まで圧縮コイルバネ240を容易に圧縮することができる。
また、第1アーム130を鉛直方向に正しく配置した場合のみならず、鉛直方向から少しだけずれた姿勢に配置された場合であっても、本実施形態に係るメインテナンス用治具1を用いれば、容易にバランサ200の組付けを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、力発生材として圧縮コイルバネ240を例示したが、これに代えて、他の弾性体を採用してもよいし、ケーシング230内に封入する気体または液体を採用してもよい。
また、旋回胴120と第1アーム130との間に配置したバランサ200に対するメインテナンス用治具1を例示したが、他の関節に設けられたバランサ200に利用してもよい。
また、可動部材3の先端に配置する摩擦低減部として、スラスト軸受33を例示したが、これに限定されるものではない。摩擦低減部はなくてもよいし、4フッ化エチレン樹脂コーティング等の摩擦低減部を採用してもよい。
また、固定部材2および可動部材3に相互に締結される台形ネジからなる雄ネジ31および雌ネジを設けたが、台形ネジに限定されるものではなく、任意の形式の雄ネジおよび雌ネジを採用してもよい。
また、バランサケーシングとして、両端が端板210,220によって閉塞された円筒状のケーシング230を例示したが、これに代えて、これら3部品が別々でなく、一部または全てが一体的な構成であってもよい。
1 メインテナンス用治具
2 固定部材(第1部材)
3 可動部材(第2部材)
21 中央孔(ネジ孔)
31 雄ネジ(雄ネジ部)
33 スラスト軸受(摩擦低減部)
34 六角頭部(回転力入力部)
100 ロボット
200 バランサ
210,220 端板
211 中央孔(貫通孔)
221 開口部(貫通孔)
230 ケーシング
240 圧縮コイルバネ(力発生材)
250 可動板(可動部材)
260 ロッド

Claims (4)

  1. 板厚方向に貫通する貫通孔を有する2つの端板によって両端が閉塞された筒状のケーシングと、該ケーシング内に該ケーシングの軸線方向に移動可能に配置された可動部材と、該可動部材に一端が固定され、一方の前記端板の前記貫通孔を貫通して他端が前記ケーシング外部に配置されるロッドと、前記ケーシング内に収容され、前記可動部材の移動量に応じて前記ロッドの前記ケーシング内への引き込み力を発生する力発生材とを備えるロボットのバランサのメインテナンス用治具であって、
    他方の前記端板に着脱可能に固定され、前記貫通孔に一致する位置に配置されるネジ孔を備える第1部材と、
    前記ネジ孔に締結される雄ネジ部を備え、前記貫通孔を貫通させられて前記可動部材に先端が突き当てられる長尺の第2部材とを備え、
    該第2部材が、長手軸回りの回転力を入力する回転力入力部を備えるロボットのバランサのメインテナンス用治具。
  2. 前記ネジ孔および前記雄ネジが台形ネジである請求項1に記載のロボットのバランサのメインテナンス用治具。
  3. 前記第2部材の先端に、前記可動部材に対する摺動摩擦を低減する摩擦低減部が配置されている請求項1または請求項2に記載のロボットのバランサのメインテナンス用治具。
  4. 前記摩擦低減部がスラスト軸受である請求項3に記載のロボットのバランサのメインテナンス用治具。
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