JP2021030369A - インタフェース機構および水平多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アーム内部の線条体が弛まないようにインタフェース部をカバーに設けた水平多関節ロボットを提供する。【解決手段】インタフェース機構１は、水平多関節ロボットのアームのカバーに設けられ、アームの内部の線条体１７と水平多関節ロボットの外部の線条体とを相互に接続するインタフェース機構であって、アームの内部に配置され、カバー１５ａに固定される固定部材２と、固定部材２に取り付けられ、アームの内部の線条体１７および水平多関節ロボットの外部の線条体が接続される接続部材３と、を備え、固定部材２が、カバー１５ａの内面に下側から突き当てられた状態で内面に固定される。【選択図】図３

Description

本発明は、インタフェース機構および水平多関節ロボットに関するものである。

従来、ベースと、ベースに水平方向に回転可能に支持された第１アームと、第１アームに水平方向に回転可能に支持された第２アームと、第２アームに鉛直方向に直線移動可能かつ鉛直軸回りに回転可能に支持されたシャフトとを備える水平多関節ロボットが知られている（例えば、特許文献１から４参照。）。アームの内部には、ケーブルおよび配管等の線条体が収容されている。

特開２０１７−１８９８６２号公報 特開２０１５−１２３５５１号公報 特開２００８−３０７６３７号公報 特開２００４−０９８１７４号公報

アームの内部には、線条体の他に、様々な部品が収容されている。例えば、第２アームの内部には、シャフトの先端のツール用の線条体の他に、シャフトを駆動させるためのモータおよびベルト等の部品が収容されている。アームの内部で線条体に弛みがある場合、線条体が周囲の他の部品と接触する可能性がある。アームの内部の線条体をロボットの外部の線条体と接続するためのインタフェース部をアームのカバーに設ける場合、アームの内部で線条体が弛まないようにインタフェース部をカバーに取り付けることが望まれる。

本開示の一態様は、水平多関節ロボットのアームのカバーに設けられ、前記アームの内部の線条体と前記水平多関節ロボットの外部の線条体とを相互に接続するインタフェース機構であって、前記アームが、土台部品と、該土台部品の上側の空間を囲む前記カバーとに上下方向に分割され、前記アームの内部に配置され、前記カバーに固定される固定部材と、該固定部材に取り付けられ、前記アームの内部の前記線条体および前記水平多関節ロボットの外部の前記線条体が接続される接続部材と、を備え、前記固定部材が、前記カバーの内面に下側から突き当てられた状態で該内面に固定される、インタフェース機構である。

一実施形態に係る水平多関節ロボットの斜視図である。 図１の水平多関節ロボットの第２アームを上側から見た平面図である。 図１の水平多関節ロボットの第２アームの内部構成の一部を示す図であり、インタフェース機構の概略構成図である。 第２アームのカバーが土台部品から取り外された状態のインタフェース機構を示す図である。 第２アームのカバーが土台部品に取り付けられ、固定板が引き上げられる前の状態のインタフェース機構を示す図である。 比較例のインタフェース機構の概略構成図である。 第２アームのカバーが土台部品から取り外された状態の比較例のインタフェース機構を示す図である。

一実施形態に係るインタフェース機構１および水平多関節ロボット１０について図面を参照して説明する。
図１に示されるように、水平多関節ロボット１０は、ベース１１と、第１アーム１２と、第２アーム１３と、シャフト１４とを備える。また、図２に示されるように、水平多関節ロボット１０は、第２アーム１３のカバー１５ａの上壁に取り付けられるインタフェース機構１を備える。

ベース１１は、設置面Ｓに固定されている。
第１アーム１２の一端部は、鉛直な第１軸線Ｊ１回りに回転可能にベース１１に支持され、第１アーム１２は、ベース１１に対して水平方向に回転可能である。
第２アーム１３の一端部は、鉛直な第２軸線Ｊ２回りに回転可能に第１アーム１２の他端部に支持され、第２アーム１３は、第１アーム１２に対して水平方向に回転可能である。
シャフト１４は、鉛直な第３軸線Ｊ３と同軸に配置されている。シャフト１４は、第３軸線Ｊ３に沿って上下方向に直線移動可能に、かつ、第３軸線Ｊ３回りに回転可能に、第２アーム１３の他端部に支持されている。シャフト１４の下端には、ハンド等のツール（図示略）が接続される。
第１軸線Ｊ１、第２軸線Ｊ２および第３軸線Ｊ３は、水平方向に相互に離間している。

第２アーム１３は、上側のカバー１５ａと下側の土台部品１５ｂとに上下方向に分割されている。土台部品１５ｂは、後述する部品１８等が固定される部材である。カバー１５ａは、下側が開放され土台部品１５ｂの上側の空間を囲む箱型であり、上側に配置される上壁と、上壁の周縁から下向きに延びる側壁とを有する。カバー１５ａは、例えば、樹脂製であり、土台部品１５ｂは、例えば、鋳物である。土台部品１５ｂは、第２軸線Ｊ２回りに回転可能に第１アーム１２と接続されている。

図３は、カバー１５ａが土台部品１５ｂに取り付けられた状態を示し、図４は、カバー１５ａが土台部品１５ｂから取り外された状態を示している。カバー１５ａを土台部品１５ｂに取り付けた状態において、カバー１５ａの下端面と土台部品１５ｂの上端面との間の隙間は、ガスケット１６によって密閉される。

図３および図４に示されるように、第２アーム１３の内部には、ツールを駆動するための複数の線条体１７および部品１８が収容されている。線条体１７は、例えば、電力または信号を伝達するケーブル、および、エアを送る配管である。部品１８は、例えば、電磁弁である。線条体１７は、電磁弁１８とインタフェース機構１の接続部材３（後述）との間の最短の配線距離と等しいまたは略等しい長さを有し、電磁弁１８と接続部材３との間で配線される。最短の配線距離は、カバー１５ａが土台部品１５ｂに取り付けられている状態での、電磁弁１８と接続部材３の下端との間の距離である。
第２アーム１３の内部には、他の部品（図示略）も収容されている。他の部品は、例えば、シャフト１４を駆動するためのサーボモータ、プーリおよびベルトである。

インタフェース機構１は、第２アーム１３の内部の線条体１７と、水平多関節ロボット１０の外部の線条体（図示略）とを相互に接続する接続部であり、図２に示されるように、カバー１５ａの上壁に取り付けられる。
図３および図４に示されるように、インタフェース機構１は、固定板（固定部材）２と、複数の接続部材３と、複数本の支柱（支持部）４と、押さえ板（押さえ部材）５と、パッキン（シール部材）６と、複数のボルト７とを備える。

カバー１５ａが土台部品１５ｂに取り付けられた状態において、固定板２、支柱４およびパッキン６は第２アーム１３の内部に配置され、押さえ板５は第２アーム１３の外部に配置され、接続部材３およびボルト７は、第２アーム１３の内部および外部にまたがって配置される。

固定板２は、略水平に配置される金属製の平板である。固定板２は、ボルト７がねじ込まれるねじ穴をそれぞれ有する複数の雌ねじ部２ａを有する。複数の雌ねじ部２ａは、固定板２の周縁部の相互に間隔を置いた位置に設けられている。
接続部材３は、ケーブルの端部が接続されるコネクタ、または、配管の端部が接続される継手である。接続部材３は、固定板２を固定板２の厚さ方向に貫通し、接続部材３の下端は第２アーム１３の内部に配置され、接続部材３の上端は第２アーム１３の外部に配置される。第２アーム１３の内部の線条体１７の端部は接続部材３の下端に接続され、水平多関節ロボット１０の外部の線条体の端部は、接続部材３の上端に接続される。

支柱４は、略鉛直に配置され、支柱４の下端部は土台部品１５ｂに固定されている。図３および図５に示されるように、支柱４は、支柱４の上端部において、ボルト７によってカバー１５ａに固定されていない固定板２を上位置と下位置との間で鉛直方向に移動可能に支持する。上位置は、固定板２が、土台部品１５ｂに取り付けられたカバー１５ａの上壁の内面にパッキン６を介して突き当たる位置である（図３参照。）。下位置は、上位置よりも低い位置であり、固定板２およびパッキン６が、土台部品１５ｂに取り付けられたカバー１５ａの上壁の内面から下側に離間する位置である（図５参照。）。

例えば、固定板２は、固定板２の厚さ方向に貫通する支持孔を有し、支柱４は、支持孔よりも細径であり支持孔を貫通する上端部と、支持孔よりも大径であり下位置の固定板２の下面が突き当たる突き当て面とを有する。
固定板２を略水平に支持するために、複数本の支柱４は、水平方向に相互に間隔を置いた位置に配置されている。
なお、図４および図５において、線条体１７が直線で示されているが、固定板２が下位置に配置されている状態において、線条体１７は弛んでいる。

押さえ板５は、カバー１５ａよりも高い剛性を有する平板であり、例えば、金属板である。押さえ板５は、カバー１５ａの上壁の上面上に配置され、固定板２と上下方向に対向する。押さえ板５およびカバー１５ａの上壁は、接続部材３に対応する位置に、接続部材３を貫通させる貫通孔を有する。

パッキン６は、防滴および防塵用のゴム製のシール部材であり、固定板２の上面上に設けられている。パッキン６は、少なくとも固定板２の周縁部に全周にわたって設けられ、固定板２とカバー１５ａの上壁の内面との間の隙間を密閉する。パッキン６は、高剛性の押さえ板５と高剛性の固定板２とによって上下方向に挟まれることで、高い防塵防滴性能を発揮する。

ボルト７は、固定板２をカバー１５ａの上壁の内面に固定するためのものである。ボルト７は、押さえ板５、カバー１５ａおよびパッキン６を通過して固定板２の雌ねじ部２ａに上側から挿入され、下位置の雌ねじ部２ａに上側からねじ込まれる。したがって、押さえ板５、カバー１５ａおよびパッキン６には、ボルト７の雄ねじの外径よりも大きな直径を有しボルト７が通過する通し穴が形成されている。ボルト７が雌ねじ部２ａにねじ込まれるにつれて、固定板２が下位置から上位置に向かって引き上げられる。固定板２がカバー１５ａの内面に突き当たるまで、ボルト７を雌ねじ部２ａにねじ込むことができる。固定板２が引き上げられるにつれて、接続部材３と電磁弁１８との間の線条体１７の弛みが取れる。

次に、インタフェース機構１のカバー１５ａへの取り付け方法について説明する。
図４に示されるように、カバー１５ａが土台部品１５ｂから取り外された状態で、固定板２を支柱４に支持させて下位置に配置し、電磁弁１８から延びる線条体１７の端部を接続部材３の下端に接続する。このときに、固定板２はカバー１５ａの下側に配置される部材であり、かつ、カバー１５ａに固定されていない状態であるので、固定板２、接続部材３、支柱４およびパッキン６を土台部品１５ｂ側に残したまま、押さえ板５、ボルト７およびカバー１５ａを一体的に土台部品１５ｂから取り外すことができる。

次に、図５に示されるように、カバー１５ａを土台部品１５ｂに取り付け、ボルト７を第２アーム１３の外側から押さえ板５、カバー１５ａおよびパッキン６の通し穴を経由して雌ねじ部２ａに挿入し、ボルト７を雌ねじ部２ａにねじ込む。ボルト７を雌ねじ部２ａにねじ込むにつれて、固定板２が下位置から引き上げられ、弛んでいた線条体１７が引き伸ばされる。図３に示されるように、固定板２がパッキン６を介してカバー１５ａの内面に突き当たるまでボルト７をねじ込むことによって、固定板２をカバー１５ａに固定することができる。図３の状態において、カバー１５ａと固定板２との間の隙間がパッキン６によって密閉される。

カバー１５ａを土台部品１５ｂに取り付けた後、ボルト７を緩めて雌ねじ部２ａから抜くことによって、カバー１５ａを土台部品１５ｂから取り外すことができる。このときも、固定板２、接続部材３、支柱４およびパッキン６を土台部品１５ｂ側に残したまま、押さえ板５、ボルト７およびカバー１５ａのみを一体的に土台部品１５ｂから取り外すことができる。

図６および図７は、本発明の比較例に係る従来のインタフェース機構１００の一例を示している。
インタフェース機構１００において、固定板１０２は、第２アーム１３の外側において、カバー１５ａの上面上に配置される。この場合、図７に示されるように、カバー１５ａを土台部品１５ｂから取り外した状態で電磁弁１８と接続部材１０３との間に線条体１７を配線するためには、あるいは、電磁弁１８と接続部材１０３との間に線条体１７が配線された状態でカバー１５ａを土台部品１５ｂから取り外すためには、線条体１７の長さが最短の配線距離に対して十分な余長を有する必要がある。したがって、図６に示されるように、カバー１５ａを土台部品１５ｂに取り付けた状態において、線条体１７に大きな弛みが生じる。弛んだ線条体１７は、周囲の他の部品と接触する可能性がある。図６および図７において、符号１０６はパッキンであり、符号１０７はボルトである。

これに対し、本実施形態のインタフェース機構１によれば、固定板２は、第２アーム１３の内部に配置され、カバー１５ａの内面に下側から突き当てた状態でカバー１５ａに固定されるように構成されている。このような固定板２は、カバー１５ａを土台部品１５ｂに取り付けた後に、第２アーム１３の内部で固定板２を引き上げることによってカバー１５ａに固定することができる。したがって、固定板２をカバー１５ａと共に土台部品１５ｂから取り外す必要が無く、線条体１７を余計に長くする必要が無い。これにより、線条体１７の長さを最短の配線距離と等しいまたは略等しい長さにすることができ、線条体１７の弛みを防ぐことができる。

また、樹脂製のカバー１５ａの場合、設計通りの寸法のカバー１５ａを製造することは難しく、カバー１５ａの寸法に誤差が生じることがある。カバー１５ａが寸法誤差を有する場合、カバー１５ａの上壁の内面の鉛直方向の位置にも誤差が生じる。本実施形態によれば、固定板２は、支柱４によって第２アーム１３内で上下方向に移動可能に支持されている。したがって、カバー１５ａの内面の位置の誤差に応じて固定板２の位置を上下方向に調整することができる。
また、本実施形態によれば、カバー１５ａ上に高剛性の押さえ板５を設けることによって、固定板２とカバー１５ａのみでパッキン６を挟む場合と比較して、パッキン６による防塵防滴性能を向上することができる。

カバー１５ａの寸法誤差に起因して、線条体１７の最短の配線距離にも設計値からの誤差が生じ得る。したがって、第２アーム１３の内部の線条体１７の長さが、線条体１７の最短の配線距離の設計値に対して、最短の配線距離の誤差範囲に相当するわずかな余長を有していてもよい。これにより、最短の配線距離が設計値よりも長い場合に、固定板２が引き上げられた後、線条体１７に過度な張力が加わったり、線条体１７が接続部材３から外れたりすることを防止することができる。

上記実施形態において、カバー１５ａの内面に固定される前の固定板２が支柱４によって移動可能に支持されていることとしたが、固定前の固定板２は、カバー１５ａの内面に突き当たる位置まで引き上げ可能な任意の状態で第２アーム１３内に配置されていてもよい。
例えば、固定板２が、第２アーム１３内に単に配置されていてもよい。この場合、カバー１５ａを土台部品１５ｂに取り付けた後、例えば、カバー１５ａに設けられた開口部を経由して第２アーム１３内に挿入された道具を使用して固定板２を引き上げることができる。

上記実施形態において、固定板２がボルト７によってカバー１５ａに固定されることとしたが、これに代えて、他の手段によって固定板２がカバー１５ａに固定されてもよい。
例えば、線条体１７を配線しカバー１５ａを土台部品１５ｂに一度取り付けた後、カバー１５ａを再度取り外すことがない場合、固定板２は、接合によってカバー１５ａに固定されてもよい。

１ インタフェース機構
２ 固定板（固定部材）
２ａ 雌ねじ部
３ 接続部材
４ 支柱（支持部）
５ 押さえ板（押さえ部材）
６ パッキン（シール部材）
７ ボルト
１０ 水平多関節ロボット
１３ 第２アーム（アーム）
１５ａ カバー
１５ｂ 土台部品
１７ 線条体

Claims (7)

1. 水平多関節ロボットのアームのカバーに設けられ、前記アームの内部の線条体と前記水平多関節ロボットの外部の線条体とを相互に接続するインタフェース機構であって、前記アームが、土台部品と、該土台部品の上側の空間を囲む前記カバーとに上下方向に分割され、
   前記アームの内部に配置され、前記カバーに固定される固定部材と、
   該固定部材に取り付けられ、前記アームの内部の前記線条体および前記水平多関節ロボットの外部の前記線条体が接続される接続部材と、を備え、
   前記固定部材が、前記カバーの内面に下側から突き当てられた状態で該内面に固定される、インタフェース機構。
2. 前記アームの内部の前記線条体の長さが、該線条体の最短の配線距離に対して、該最短の配線距離の誤差範囲に相当する余長を有する、請求項１に記載のインタフェース機構。
3. 前記アームの内部に配置され、前記土台部品に固定される支持部を備え、
   該支持部が、前記内面に固定される前の前記固定部材を上位置と下位置との間で上下方向に移動可能に支持し、前記上位置は、前記固定部材が前記内面に突き当たる位置であり、前記下位置は、前記固定部材が前記内面から下側に離間する位置である、請求項１または請求項２に記載のインタフェース機構。
4. 前記固定部材の上面上に設けられ、前記固定部材と前記カバーの前記内面との間の隙間を密閉する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インタフェース機構。
5. 前記カバーの上面上に配置され、該カバーよりも高い剛性を有する押さえ部材を備え、
   前記シール部材が、前記固定部材と前記押さえ部材との間に挟まれる、請求項４に記載のインタフェース機構。
6. 前記固定部材を前記カバーの前記内面に固定するボルトを備え、
   該ボルトが、前記カバーを通過して前記固定部材の雌ねじ部に上側からねじ込まれる、請求項１から請求項５のいずれかに記載のインタフェース機構。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のインタフェース機構を備える水平多関節ロボット。

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