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

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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