JP2020179467A - 産業用ロボットとそのリーチ延長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アーム内の線条体を健全な状態に維持できるロボットを提供すること。【解決手段】所定の軸線回りに相対回転可能に支持され、軸線に沿って貫通する中空部１０Ａ，３０をそれぞれ備える第１部材５および第２部材１０と、第１部材および第２部材の中空部内に、軸線に沿って挿入され、第１部材に固定された円筒状部材３１と、円筒状部材と第１部材および第２部材との間の筒状の隙間に、円筒状部材の外周面に沿って、第１部材と第２部材との相対回転を可能にする余長を与えて配置され、一端が第１部材に、他端が第２部材に固定された線条体３４とを備え、第２部材が、第１部材に回転可能に支持された第１部分１５と、線条体の他端を固定する第２部分１６と、第２部分と第１部分との間に軸線方向に沿って直列に連結された円筒状の第３部分１７とを備え、隙間に対向する第３部分の内周面に線条体との摩擦を低減する摩擦低減処理が施されている。【選択図】図２

Description

本開示は、産業用ロボットとそのリーチ延長方法に関するものである。

所定の軸線回りに回転可能に中空の手首要素を支持した中空のアーム内に軸線に沿って手首要素内部まで円筒状のスリーブ部材を挿入し、手首要素内のモータに接続するケーブルをスリーブ部材の外周に沿って巻き付けた産業用ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この場合に、ケーブルには、ケーブルを弛ませることにより、アームに対する手首要素の軸線回りの回転に伴う経路長変化によっても、ケーブルに無理な力がかからない程度の余長が与えられている。

特開２０１８−１９２６０７号公報

この構造は比較的シンプルでありながら信頼性も高いが、手首要素が軸線方向に長くなり、モータの位置が手首の先端に配置されるほど、ケーブル長が長くなるため、ケーブルが自重の影響を受け易くなる。すなわち、ケーブルが自重によってスリーブ部材の下側に偏って配置され、手首要素を回転させたときのケーブルの挙動が不安定となって、外側に配置されているアームの内面に接触する可能性が高くなる。
したがって、手首要素の全長を長くしても、ケーブルを健全な状態に維持することができることが望ましい。

本開示の一態様は、所定の軸線回りに相対回転可能に支持され、前記軸線に沿って貫通する中空部をそれぞれ備える第１部材および第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の前記中空部内に、前記軸線に沿って挿入され、前記第１部材に固定された円筒状部材と、該円筒状部材と前記第１部材および前記第２部材との間の筒状の隙間に、前記円筒状部材の外周面に沿って、前記第１部材と前記第２部材との相対回転を可能にする余長を与えて配置され、一端が前記第１部材に、他端が前記第２部材に固定された線条体とを備え、前記第２部材が、前記第１部材に回転可能に支持された第１部分と、前記線条体の前記他端を固定する第２部分と、該第２部分と前記第１部分との間に前記軸線方向に沿って直列に連結された円筒状の第３部分とを備え、前記隙間に対向する前記第３部分の内周面に前記線条体との摩擦を低減する摩擦低減処理が施されている産業用ロボットである。

本開示の一実施形態に係る産業用ロボットを示す斜視図である。 図１の産業用ロボットの第２アームおよび手首ユニットを示す部分的な縦断面図である。 図２の手首ユニットの第１手首要素を構成する第３部分を示す縦断面図である。 図１の産業用ロボットの変形例の第２アームおよび手首ユニットを示す部分的な縦断面図である。 図１の産業用ロボットの他の変形例の第２アームおよび手首ユニットを示す部分的な縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る産業用ロボットのリーチ延長方法を説明する、リーチが最も短い状態の産業用ロボットの第２アームおよび手首ユニットを示す部分的な縦断面図である。 図６の第２アームと手首要素とを分離し、スリーブ部材を取り出した状態を示す縦断面図である。 図７の第１部分と第２部分との間に第３部分を連結し、より長いスリーブ部材を挿入する状態を説明する縦断面図である。

本開示の一実施形態に係る産業用ロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボット１は、図１に示されるように、床面に設置されるベース２に鉛直な第１の軸線Ａ回りに回転可能に支持された旋回胴３と、旋回胴３に水平な第２の軸線Ｂ回りに揺動可能に支持された第１アーム４とを備えている。また、産業用ロボット１は、第１アーム４の先端に第２の軸線Ｂに平行な第３の軸線Ｃ回りに揺動可能に支持された第２アーム（第１部材）５と、第２アーム５の先端に取り付けられた３軸構成の手首６とを備えている。

旋回胴３を駆動する第１モータ７および第１アーム４を駆動する第２モータ８は、旋回胴３に固定されている。ベース２と旋回胴３、旋回胴３と第１アーム４との間には図示しない減速機が配置されている。第１モータ７および第２モータ８の回転が減速機によって減速されて旋回胴３および第１アーム４に伝達されることにより、旋回胴３および第１アーム４が大きなトルクで回転させられる。

第１アーム４に対して第２アーム５を駆動する第３モータ９は、第２アーム５に固定されている。第３モータ９の駆動力が、第１アーム４と第２アーム５との間に配置される減速機５０によって増幅された大きなトルクとなって、第１アーム４に対して第２アーム５を揺動させる。

手首６は、第２アーム５の先端に、第３の軸線Ｃに対してオフセットするとともに第１の軸線Ａに交差する第４の軸線（第２アーム５の長手軸、軸線）Ｄ回りに回転可能に支持された第１手首要素（第２部材）１０を備えている。第１手首要素１０の先端側には、第４の軸線Ｄと交差する第５の軸線Ｅ回りに回転可能に支持された第２手首要素１１が備えられている。また、第２手首要素１１の先端側には、第５の軸線Ｅと交差する最終軸としての第６の軸線Ｆ回りに回転可能に支持された第３手首要素１２が備えられている。

第１手首要素１０を駆動する第４モータ１３は、第２アーム５を駆動する第３モータ９と並んで第２アーム５に固定されている。
第２アーム５は、図１に示されるように、第１アーム４の先端に第３の軸線Ｃ回りに揺動可能に取り付けられる第２アームベース（第１部材）１４を備えている。

第２アームベース１４は、図２に示されるように、第４の軸線Ｄに沿って貫通する中空部を備えている。
第１手首要素１０は、第２アームベース１４に対して、第４の軸線Ｄ回りに回転可能に支持されている。

第１手首要素１０は、第４の軸線Ｄに沿って直列に連結された第１部分１５、第２部分１６および第３部分１７を備えている。第１部分１５は、第２アームベース１４の中空部内に、ベアリング３８によって第４の軸線Ｄ回りに回転可能に取り付けられている。第２部分１６は、第２手首要素１１を第５の軸線Ｅ回りに回転可能に支持している。

第３部分１７は、第１部分１５と第２部分１６との間に配置され、ボルトによって、第１部分１５および第２部分１６に固定されている。第３部分１７の両端には、図３に示されるように、径方向内方に内鍔状に突出するフランジ１８，１９が設けられ、一端のフランジ１８に貫通孔２０、他端のフランジ１９にネジ孔２１が設けられている。

第１部分１５に設けた貫通孔２２に貫通させたボルトを第３部分１７の一方のフランジ１９のネジ孔２１に締結し、他方のフランジ１８に設けた貫通孔２０に貫通させたボルトを第２部分１６に設けたネジ孔２３に締結することにより、第１部分１５、第２部分１６および第３部分１７を直列に連結した中空の第１手首要素１０を構成することができる。フランジ１８，１９を径方向内方に突出させることにより、第１手首要素１０の外形を突起のない平坦な構成とすることができる。図中、符号１０Ａは、第１手首要素１０の中空部である。

本実施形態においては、第３部分１７は、円筒状に形成され、旋盤加工によって切削されることにより製造されている（摩擦低減処理）。これにより、第３部分１７の内周面は、滑らかな切削面となり、摩擦係数が十分に小さく抑えられている。

第２アームベース１４と、第１手首要素１０の第１部分１５とにより囲まれた筒状の空間はオイルシール２４によって密封されることによりギヤボックス２５が構成されている。第１部分１５には第１手首要素１０を駆動する第４モータ１３に取り付けられた図示しないギヤに噛み合うリング状のギヤ２６が固定されている。ギヤ２６の噛み合いは、空間内に封入されたグリスにより潤滑されている。第４モータ１３の回転はギヤ比によって減速され、第１部分１５が大きなトルクで回転させられる。

第１手首要素１０の第２部分１６の内部空間には、図２に示されるように、第２手首要素１１および第３手首要素１２を駆動するためのモータ２７，２８が内蔵されている。
第２アームベース１４のギヤボックス２５の後方には、蓋部材２９によって閉塞される中空部３０が設けられている。蓋部材２９には、第４の軸線Ｄに沿って延び、第１手首要素１０の径方向内方に隙間を空けて配置される円筒状のスリーブ部材（円筒状部材）３１が固定されている。スリーブ部材３１は押出成形によって一体的に製造されている。

スリーブ部材３１は、第１部分１５の後方の蓋部材２９から第１部分１５の径方向内方および第３部分１７の径方向内方を貫通、すなわち中空部１０Ａ，３０内に第４の軸線Ｄに沿って挿入されて、第２部分１６内部に配置されているオイルシール（第１シール部材）３２によって、先端が第４の軸線Ｄ回りに回転可能に支持されている。

これにより、第２アームベース１４のギヤボックス２５の後方の中空部３０は、第１部分１５および第３部分１７とスリーブ部材３１との間の円筒状の隙間を経由して第２部分１６の内部空間、すなわち中空部１０Ａに連絡している。
蓋部材２９には、図１に示されるように、コネクタ３３によって線条体３４を貫通させる貫通孔３５が設けられ、図２に示されるように、貫通孔３５を貫通した線条体３４が取付金具３６によって固定されている。

蓋部材２９に設けられた貫通孔３５を通過して、第２アーム５の中空部３０内に延びる線条体３４は、図２に示されるように、中空部３０内で２本に分岐している。分岐した各線条体３４は、第１部分１５とスリーブ部材３１との間の円筒状の空間を貫通させられる。

各線条体３４は、波型に癖づけられることにより弛ませられた状態で、スリーブ部材３１の外周面に沿って配置され、第２部分１６に取付金具３７により固定されている。線条体３４は、第２部分１６内部の空間に内蔵されている第２手首要素１１および第３手首要素１２用の２つのモータ２７，２８に接続されている。

第２アームベース１４の後部には、図１に２点鎖線Ｘで示す位置に、溶接ワイヤの送給装置のような作業ツール制御用装置を設置するスペースが設けられている。作業ツールへの溶接ワイヤ、ケーブル、配管等（図示略）はスリーブ部材３１内部の空間を通って、第４の軸線Ｄ近傍を手首６の先端まで導かれる。

このように構成された本実施形態に係る産業用ロボット１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボット１によれば、第２アーム５に対して第１手首要素１０を所定の軸線Ｄ回りに回転させると、第１手首要素１０の第２部分１６に固定された線条体３４の端部が第１手首要素１０とともに軸線Ｄ回りに回転する。線条体３４には、第２アーム５と第１手首要素１０との相対回転を可能にする余長が与えられているので、余長の範囲内で第２アーム５と第１手首要素１０との相対回転による経路長変化を吸収して接続状態を維持することができる。

この場合において、第１手首要素１０の第１部分１５と第２部分１６との間に直列に連結された第３部分１７の内周面が、旋盤加工によって切削されることによって滑らかな切削面となり、摩擦係数が十分に小さく抑えられている。これにより、第１部分１５と第２部分１６との間に第３部分１７が挿入されて、第３の軸線Ｃから手首６の先端までのリーチが十分に長く構成され、線条体３４の重量が増大しても、線条体３４の摩耗を低減することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る産業用ロボット１によれば、スリーブ部材３１の先端が第１手首要素１０の第２部分１６の内部にオイルシール３２によって相対回転可能に密封されているので、第１手首要素１０とスリーブ部材３１との間の隙間に塵埃等が進入することを防止することができる。
また、第２アーム５と第１手首要素１０との間もオイルシール（第２シール部材）２４およびオイルシール（第３シール部材）３９によって相対回転可能に密封されているので、両者間の隙間に塵埃等が進入することを防止することができる。

また、スリーブ部材３１を押出成形により製造しているので、スリーブ部材３１の外周面を滑らかに構成することができ、可動する線条体３４が接触しても摩耗を抑えて健全な状態に維持することができる。

なお、本実施形態においては、第３部分１７の内周面を切削することによって滑らかに構成する摩擦低減処理を採用したが、これに代えて、第１手首要素１０の材質よりも摩擦係数の小さい材質からなるコーティングを施してもよい。摩擦低減のためのコーティングとしては、例えば、４フッ化エチレンコーティングを挙げることができる。

また、本実施形態においては、単一の第３部分１７を第１部分１５と第２部分１６との間に連結することとしたが、これに代えて、図４に示されるように、第３部分１７として長さの異なるものを採用してもよいし、図５に示されるように、２以上の第３部分１７を直列に連結することにしてもよい。

複数の第３部分１７を連結して使用する場合には、各第３部分１７の両端に、径方向内方に内鍔状に突出するフランジ１８，１９を設け、一端のフランジ１８に貫通孔２０、他端のフランジ１９にネジ孔２１を設けることにすればよい。これにより、一の第３部分１７の貫通孔２０と他の第３部分１７のネジ孔２１とを一致させて、貫通孔２０を貫通させたボルトをネジ孔２１に締結するだけで、長尺の第３部分１７を構成することができる。

フランジ１８，１９を径方向内方に突出させることにより、第１手首要素１０の外形を突起のない平坦な構成とすることができる。一方、第３部分１７の内面とスリーブ部材３１との間の隙間はフランジ１８，１９の連結部において局所的に狭くなるので、線条体３４との接触による摩耗を低減するための環状の保護材を配置することが好ましい。保護材としては、例えば、４フッ化エチレン等の摩擦係数の小さい材質からなるものが好ましい。

次に、本開示の一実施形態に係る産業用ロボット１のリーチ延長方法について、以下に説明する。
本実施形態に係るリーチ延長方法は、例えば、図６に示されるように、産業用ロボット１の第１手首要素１０が、第１部分１５と第２部分１６とを直接連結したものである状態からのリーチを延長する方法である。

このリーチ延長方法は、まず、第２手首要素１１および第３手首要素１２を駆動するためのモータ２７，２８への線条体３４の接続を切り離し、線条体３４を第２部分１６に固定している取付金具３７による固定を解除しておく。次いで、図７に示されるように、第１部分１５と第２部分１６とを連結しているボルトを取り外して両者を切り離し、第２アーム５の後部の蓋部材２９からスリーブ部材３１を取り外す。そして、蓋部材２９に取付金具３６によって固定されている線条体３４を取り外す。

この後に、図８に示されるように、第１手首要素１０の第１部分１５と第２部分１６との間に、軸線Ｄ方向に直列に、内周面に摩擦低減処理が施されている円筒状の第３部分１７を配置してボルトの締結により連結する。そして、スリーブ部材３１を第３部分１７の長さ分だけ長い他のスリーブ部材３１に交換し、第３部分１７の長さよりも長い新たな線条体３４に交換して装着する。これにより、図２に示されるように、図６の産業用ロボット１に対してリーチを延長した産業用ロボット１を簡易に構成することができる。

なお、本実施形態に係るリーチ延長方法によれば、図４に示されるように、第３部分１７、スリーブ部材３１および線条体３４として長さの異なるものを用意することにより、簡易にリーチを変更することができる。
また、２以上の第３部分１７を組み合わせる場合には、同じ長さの第３部分１７を組み合わせてもよいし、図５に示されるように、異なる長さの第３部分１７を組み合わせてもよい。これにより、種々のリーチを有する産業用ロボット１を簡易に構成することができる。

１ 産業用ロボット
５ 第２アーム（第１部材）
１０ 第１手首要素（第２部材）
１０Ａ，３０ 中空部
１４ 第２アームベース（第１部材）
１５ 第１部分
１６ 第２部分
１７ 第３部分
２４ オイルシール（第２シール部材）
３１ スリーブ部材（円筒状部材）
３２ オイルシール（第１シール部材）
３４ 線条体
３９ オイルシール（第３シール部材）
Ｄ 第４の軸線（軸線）

Claims (8)

1. 所定の軸線回りに相対回転可能に支持され、前記軸線に沿って貫通する中空部をそれぞれ備える第１部材および第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材の前記中空部内に、前記軸線に沿って挿入され、前記第１部材に固定された円筒状部材と、
   該円筒状部材と前記第１部材および前記第２部材との間の筒状の隙間に、前記円筒状部材の外周面に沿って、前記第１部材と前記第２部材との相対回転を可能にする余長を与えて配置され、一端が前記第１部材に、他端が前記第２部材に固定された線条体とを備え、
   前記第２部材が、前記第１部材に回転可能に支持された第１部分と、前記線条体の前記他端を固定する第２部分と、該第２部分と前記第１部分との間に前記軸線方向に沿って直列に連結された円筒状の第３部分とを備え、
   前記隙間に対向する前記第３部分の内周面に前記線条体との摩擦を低減する摩擦低減処理が施されている産業用ロボット。
2. 前記摩擦低減処理が、前記第２部材の内周面を切削加工することである請求項１に記載の産業用ロボット。
3. 前記摩擦低減処理が、前記第２部材の材質よりも摩擦係数の小さい材質からなるコーティングを前記内周面に施すことである請求項１に記載の産業用ロボット。
4. 前記第２部材と前記円筒状部材との間を、前記第２部材に対して前記円筒状部材を相対回転可能に密封する第１シール部材を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業用ロボット。
5. 前記第１部材と前記第２部材との間を密封する第２シール部材を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の産業用ロボット。
6. 前記第３部分が、軸方向に連結された２以上の部材を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の産業用ロボット。
7. 前記円筒状部材が、押出成形品である請求項１から請求項６のいずれかに記載の産業用ロボット。
8. 所定の軸線回りに相対回転可能に支持され、前記軸線に沿って貫通する中空部をそれぞれ備える第１部材および第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材の前記中空部内に、前記軸線に沿って挿入され、前記第１部材に固定された円筒状部材と、
   該円筒状部材と前記第１部材および前記第２部材との間の筒状の隙間に、前記円筒状部材の外周面に沿って、前記第１部材と前記第２部材との相対回転を可能にする余長を与えて配置され、一端が前記第１部材に、他端が前記第２部材に固定された線条体とを備え、
   前記第２部材が、前記第１部材に回転可能に支持された第１部分と、該第１部分に着脱可能に連結され、前記線条体の前記他端を固定する第２部分とを備える産業用ロボットのリーチ延長方法であって、
   前記第１部分と前記第２部分との連結を切り離し、
   前記第１部分と前記第２部分との間に、前記軸線方向に直列に、内周面に前記線条体との摩擦を低減する摩擦低減処理が施されている円筒状の第３部分を配置して連結し、
   前記円筒状部材を前記第３部分の長さ分だけ長い他の円筒状部材に交換し、
   前記線条体を、前記第３部分の長さよりも長い他の線条体に交換する産業用ロボットのリーチ延長方法。

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