JP2021041482A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】第２アーム内の密閉を確保しながら、ケーブル支持部材をインターフェイス部材の近くに配置することができるロボットを提供すること。【解決手段】このロボット１は、ベース１００と、ベースに支持された第１アーム１０と、第１アームに軸線周りに揺動可能に支持された第２アーム２０とを備え、第２アームが第１アームに揺動可能に支持されたアーム本体２５とアーム本体に取付けられたカバー２６と、を有するものであり、カバーに取付けられ、ケーブルＣＡａおよび管Ｐａの少なくとも一方が接続されたインターフェイス部材２８とアーム本体２５に一端が固定され他端がインターフェイス部材２８に設けられた孔２８ａ又は切欠きを通過して第２アーム外に露出するケーブル支持部材５０とケーブル支持部材とインターフェイス部材との間をシールし、インターフェイス部材に対するケーブル支持部材の前記軸線に沿った方向への移動を許容するシールとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

従来、ベースと、ベースに第１軸線周りに揺動可能に支持された第１アームと、第１アームに第１軸線と平行な第２軸線周りに揺動可能に支持された第２アームと、第２アームに第２軸線と平行な軸線周りに回転可能に、且つ、前記軸線に沿って移動可能に支持された円筒状の第３アームと、第３アームの下端に取付けられたツールとを備える水平多関節型のロボットが知られている。例えば、特許文献１が以下に示されている。

特開２０１２−２１８１１８号公報

前記ロボットは、ツール用のケーブルおよび管が第２アームの上面から外部に延びると共に、当該ケーブルおよび管が円筒状の第３アーム内を通過して第３アームの下端のツールに接続される。ここで、第２アームの上面から延びるケーブルおよび管がロボットの動作によって大きく揺られないように、ケーブルおよび管を固定するためのケーブル支持部材が第２アームに固定されている。当該ケーブル支持部材は、第２アームの底面に固定された底面部と、底面部の両端からそれぞれ上方に向かって延びる一対の上下方向延設部と、一対の上下方向延設部の上端同士を接続する水平方向延設部とを備えている。ケーブルおよび管は上下方向延設部および水平方向延設部の少なくとも一方にインシュロック等によって固定される。

ここで、水平多関節型のロボットは、作業効率を向上するために、第１アームおよび第２アームが高速で揺動する場合が多い。このため、ケーブルおよび管を第２アームに固定するためのケーブル支持部材が軽量であり、且つ、揺動に対する剛性を有することが好ましい。
軽量化および高剛性化のために、ケーブル支持部材を短くし、第２アームの上面を構成するカバーに固定することも考えられる。例えば、第２アームのカバーの上面に固定された金属製のインターフェイス部材に短いケーブル支持部材を固定することも考えられる。しかし、カバーはプラスチック製であることが多いので、第２アーム部材が高速で揺動する状況では、カバーの上面のインターフェイス部材にケーブル支持部材を安定して固定することができない。

他の案として、第２アームを構成する金属製のアーム本体にケーブル支持部材の下端を固定し、ケーブル支持部材の上端側をインターフェイス部材に設けられた孔を介して第２アームの外部に露出させることも可能である。ここで、多くの場合、第２アーム内は密閉しなければならない。当該密閉のために、インターフェイス部材とケーブル支持部材とを密着固定させることも考えられる。しかし、このように構成すると、アーム本体に対するインターフェイス部材の高さ位置が固定される。一方、インターフェイス部材とカバーとの間も密閉する必要があり、カバーとアーム本体との間も密閉する必要がある。このため、インターフェイス部材とケーブル支持部材とを密着固定させると、各部品の寸法誤差、組立誤差等の影響で、何れかのシール部に隙間が生じ、第２アーム内を密閉できなくなる可能性がある。

前述の事情に鑑み、第２アーム内の密閉を確保しながら、ケーブル支持部材をインターフェイス部材の近くに配置することができるロボットが望まれる。

本開示の一態様は、ベースと、前記ベースに第１軸線周りに揺動可能に支持された第１アームと、前記第１アームに前記第１軸線と平行な第２軸線周りに揺動可能に支持された第２アームと、を備えたロボットであって、前記第２アームが、前記第１アームに前記第２軸線周りに揺動可能に支持されたアーム本体と、前記アーム本体に取付けられたカバーと、を有するものであり、前記カバーに取付けられ、ケーブルおよび管の少なくとも一方が接続されたインターフェイス部材と、前記アーム本体に一端が固定され、他端が前記インターフェイス部材に設けられた孔又は切欠きを通過して前記第２アーム外に露出するケーブル支持部材と、前記ケーブル支持部材と前記インターフェイス部材との間をシールし、前記インターフェイス部材に対する前記ケーブル支持部材の第２軸線に沿った方向への移動を許容するシールと、を備える。

本発明の一実施形態に係るロボットの斜視図である。 本実施形態のロボットの側面図である。 本実施形態のロボットの制御装置のブロック図である。 本実施形態のロボットの第２アームの一部断面図である。 本実施形態のロボットの第２アームの断面図である。 本実施形態のロボットの第２アームの要部断面図である。 本実施形態の第１変形例に係るロボットの斜視図である。 本実施形態の第１変形例に係るロボットの第２アームの要部断面図である。 本実施形態の第２変形例に係るロボットの第２アームの断面図である。

本発明の一実施形態に係る水平多関節型のロボット１が、図面を用いながら以下説明されている。
本実施形態の水平多関節型のロボット１は、図１および図２に示されるように、ベース１００と、ベース１００に上下方向に延びる第１軸線ＡＸ１周りに揺動可能に支持された第１アーム１０とを備える。また、ロボット１は、第１アーム１０に上下方向に延びる第２軸線ＡＸ２周りに揺動可能に支持された第２アーム２０と、第２アーム２０に支持された第３アーム３０とを備えている。ロボット１は制御装置４０によって制御されるものである。

図１および図２に示されるように、第１アーム１０の基端側がベース１００に第１軸線ＡＸ１周りに揺動可能に支持され、第２アーム２０の基端側が第１アーム１０の先端側に第２軸線ＡＸ２周りに揺動可能に支持されている。また、第３アーム３０は上下方向に延びるシャフト状部材であり、第２アーム２０の先端側に上下方向に移動可能、且つ、上下方向に延びる軸線ＡＸ周りに回転可能に支持されている。ベース１００は中空部を有しており、下方に開口していてもよい。

図２に示されるように、ベース１００内にはサーボモータ等である第１軸モータ１１が取付けられ、第１軸モータ１１が駆動されると第１アーム１０が第１軸線ＡＸ１周りに揺動する。第２アーム２０内には第２アーム２０を揺動させるためのサーボモータ等である第２軸モータ２２が取付けられている。また、第２アーム２０内には、第３アーム３０を軸線ＡＸに沿って移動させるためのサーボモータ等である第３軸モータ２３が取付けられ、また、第３アーム３０を軸線ＡＸ周りに回転させるための第４軸モータ２４が取付けられている。

第３アーム３０は、図５に示されるように、ボールねじナット３１およびボールスプラインナット３２を用いて第２アーム２０の先端側に支持されている。このような構造は例えば特開２０１４−４６３８等に開示があるように公知であるため、詳述はしない。一例では、ボールねじナット３１が第２アーム２０の先端側に軸線ＡＸ周りに回転可能に支持され、ボールスプラインナット３２も第２アーム２０の先端側に軸線ＡＸ周りに回転可能に支持されている。ボールスプラインナット３２とボールねじナット３１は上下方向に並んでいる。第３軸モータ２３の回転力がベルト３１ａを介してボールねじナット３１に伝達され、これによりボールねじナット３１が回転する。一方、第４軸モータ２４の回転力がベルト３２ａを介してボールスプラインナット３２に伝達され、これによりボールスプラインナット３２が回転する。

第３アーム３０はボールねじスプラインシャフトであり、第３アーム３０の外周面には、ボールねじナット３１の金属球が係合するらせん状のボールねじ溝（図示せず）と、ボールスプラインナット３２の金属球が係合するスプライン溝（図示せず）とが設けられている。
このため、第３軸モータ２３によってボールねじナット３１が回転すると第３アーム３０が軸線ＡＸに沿って移動し、第４軸モータ２４によってボールスプラインナット３２が回転すると第３アーム３０が軸線ＡＸ周りに回転する。

制御装置４０は、図３に示されるように、ＣＰＵ等のプロセッサ４１と、表示装置４２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する記憶部４３と、キーボード、タッチパネル、操作盤等である入力装置４４と、信号の送受信を行うための送受信部４５と、各モータ１１，２２，２３，２４にそれぞれ接続されたサーボ制御器４６とを備えている。

記憶部４３にはシステムプログラム４３ａが格納されており、システムプログラム４３ａは制御装置４０の基本機能を担っている。また、記憶部４３には動作プログラム４３ｂが格納されている。制御装置４０は、動作プログラム４３ｂに基づき、各モータ１１，２２，２３，２４を制御するための制御指令をサーボ制御器４６に送ると共に、第３アーム３０の下端に設けられたハンド等のツール３３の駆動装置３３ａ（図３）に電力、制御指令等を送り、これによりロボット１が作業を行う。駆動装置３３ａはモータ等である。

ロボット１と制御装置４０とは信号線、動力線等である複数のケーブルＣＡ、流体を供給するための管Ｐ等を用いて接続されている。本実施形態では、各モータ１１，２２，２３，２４に電力を供給する電源装置（図示せず）が制御装置４０内に設けられているが、電源装置が制御装置４０と別に設けられていてもよい。
図２に示されるように、一部のケーブルＣＡおよび一部の管Ｐの一端側はベース１００内に配置され、その他端側は第２アーム２０内に配置されている。
複数のケーブルＣＡおよび複数の管Ｐの一部が、図２に示されるコンジットＣを介して、ベース１００から第２アーム２０に導かれてもよい。なお、図２以外にはコンジットＣを図示していない。

図１および図２に示されるように、第２アーム２０は、第１アーム１０に第２軸線ＡＸ２周りに揺動可能に支持されたアーム本体２５と、アーム本体２５に取付けられたカバー２６とを有する。
アーム本体２５は例えば金属製であり、第３アーム３０を支持している。第３アーム３０を支持できるならば、アーム本体２５は他の材質から形成されていてもよい。本実施形態では、アーム本体２５は、モータ２２〜２４、ボールねじナット３１、ボールスプラインナット３２、およびこれらをアーム本体２５に固定するためのフレーム、部材等を有する。

本実施形態では、アーム本体２５の上面側に２軸モータ２２、３軸モータ２３、および４軸モータ２４が固定されている。アーム本体２５のモータ２２〜２４が固定された側は、カバー２６によって覆われている。つまり、モータ２２〜２４は、アーム本体２５およびカバー２６によって囲われた空間Ｓ内に配置されている。

図４および図５に示されるように、アーム本体２５におけるモータ２２〜２４が固定された側の周縁には第１シール２７が取付けられ、第１シール２７はアーム本体２５とカバー２６との間に配置されている。第１シール２７は例えばゴム状弾性を有する材料から成り、アーム本体２５の周縁に沿った形状を有する。ゴム状弾性を有する材料は、ゴム、シリコン等である。

図４および図５に示されるように、カバー２６の一部には開口部２６ａが形成され、開口部２６ａの周縁にインターフェイス部材２８が複数のボルト（締結部材）Ｂによって取付けられている。インターフェイス部材２８がカバー２６に取付けられることによって開口部２６ａが閉鎖される。インターフェイス部材２８は、例えば金属製であり、厚さ方向一方の面および他方の面にそれぞれ突出している複数の接続部２８ｃを備えている。各接続部２８ｃはケーブルＣＡ、管Ｐ等のためのコネクタである。本実施形態では、厚さ方向一方の面は前記空間Ｓ側の面である。

前述のように、一部のケーブルＣＡおよび一部の管Ｐの他端側は第２アーム２０内に配置され、当該一部のケーブルＣＡおよび一部の管Ｐの他端はそれぞれ接続部２８ｃに接続されている（図４）。また、インターフェイス部材２８の厚さ方向他方の面の接続部２８ｃにそれぞれ先端側ケーブルＣＡａの一端および先端側管Ｐａの一端がそれぞれ接続されている。先端側ケーブルＣＡａの他端側および先端側管Ｐａの他端側は第３アーム３０内を挿通し、先端側ケーブルＣＡａの他端および先端側管Ｐａの他端はツール３３に接続されている。

開口部２６ａの周縁には第２シール２９が取付けられ、第２シール２９はカバー２６とインターフェイス部材２８との間に配置されている。第２シール２９は例えばゴム状弾性を有する材料から成り、カバー２６の開口部２６ａの周縁に沿った形状を有する。ゴム状弾性を有する材料は、ゴム、シリコン等である。図４に示されるように、インターフェイス部材２８の一部２８ｄがボルトＢによってアーム本体２５に固定されていてもよい。

図１、図５、および図６に示されるように、インターフェイス部材２８には、インターフェイス部材２８を厚さ方向に貫通する孔２８ａが形成されている。一方、孔２８ａ内には略円柱形状を有するアーム側部材５１が配置されている。アーム側部材５１は本実施形態では金属製であるが、強度を確保できるのであれば他の材質を用いることも可能である。アーム側部材５１の一端は締結部材であるボルトＢ等によってアーム本体２５に固定され、アーム側部材５１の他端側は孔２８ａを通過して第２アーム２０外に露出している。

図１、図５等に示されるように、ケーブル取付部材５２の一端はアーム側部材５１の他端にボルトＢ等の締結部材を用いて固定され、ケーブル取付部材５２は、その一端から他端に向かって、主に第２軸線ＡＸ２に沿った方向に延びている。
図１に示されるように、ケーブル取付部材５２の他端には、インシュロックと称される結束バンド等の固定部材Ｆを用いて、前記先端側ケーブルＣＡａおよび前記先端側管Ｐａが固定されている。より具体的には、先端側ケーブルＣＡａおよび先端側管Ｐａにおける接続部２８ｃと第３アーム３０との間がケーブル取付部材５２の他端に固定されている。

本実施形態では、ケーブル取付部材５２は金属製の板状部材に曲げ加工を行うことによって形成されている。ケーブル取付部材５２の他端には第２軸線ＡＸ２に直交する方向に延びる固定部５２ａが形成され、固定部５２ａに先端側ケーブルＣＡおよび先端側管Ｐが固定されている。
本実施形態では、アーム側部材５１とケーブル取付部材５２によってケーブル支持部材５０が構成されている。

図５および図６に示されるように、インターフェイス部材２８の厚さ方向一方の面にはカバー側部材５３が締結部材である複数のボルトＢによって固定されている。カバー側部材５３は金属、プラスチック等から成り、リング形状を有する。カバー側部材５３はインターフェイス部材２８の孔２８ａに対応する位置に設けられ、カバー側部材５３の孔はインターフェイス部材２８の孔２８ａと位置が揃っている。カバー側部材５３とインターフェイス部材２８との間は図示しないシール部材等によってシールされている。カバー側部材５３の内周面にはシール用溝５３ａが設けられ、シール用溝５３ａはカバー側部材５３の内周面の全周に亘って設けられている。シール用溝５３ａ内にはＯリング又はオイルシールであるシール５３ｂが配置されている。

ケーブル支持部材５０のアーム側部材５１はカバー側部材５３内を挿通しており、シール５３ｂはアーム側部材５１の外周面に接触している。一方、アーム側部材５１の外径はインターフェイス部材２８の孔２８ａの内径およびカバー側部材５３の孔の内径よりも小さい。シール５３ｂはアーム側部材５１とカバー側部材５３との間をシールしており、シール５３ｂは、インターフェイス部材２８およびカバー側部材５３に対するアーム側部材５１の第２軸線ＡＸ２に沿った方向への移動を許容する。

なお、上記実施形態では、アーム側部材５１の他端は、インターフェイス部材２８に設けられた孔２８ａから露出している。代わりに、図７に示されるように、インターフェイス部材２８に切欠き２８ｂを設け、カバー２６において切欠き２８ｂに対応する位置に切欠き２６ｂを設け、アーム側部材５１の他端が、切欠き２６ｂ，２８ｂから吐出してもよい。この場合、図７および図８に示されるように、インターフェイス部材２８および／又はカバー２６における切欠き２６ｂ，２８ｂに対応する位置にオイルシール等のシール５３ｂが固定される。

例えば、シール５３ｂがインターフェイス部材２８の金属片２８ｄに溶接によって固定される。この場合でも、インターフェイス部材２８およびカバー２６と、アーム側部材５１との間が、シール５３ｂによってシールされる。また、インターフェイス部材２８およびカバー２６に対し、アーム側部材５１は第２軸線ＡＸ２に沿った方向に移動可能である。上記のようにシール５３ｂを固定する代わりに、インターフェイス部材２８にカバー側部材５３が固定され、カバー側部材５３とアーム側部材５１との間がシール５３ｂによってシールされてもよい。

また、上記実施形態では、ケーブル支持部材５０がアーム側部材５１とケーブル取付部材５２とから成るものを示した。代わりに、ケーブル支持部材５０がアーム側部材５１だけを有していてもよい。この場合、アーム側部材５１が少し長くなり、アーム側部材５１の他端に、固定部材Ｆを用いて、前記先端側ケーブルＣＡａおよび前記先端側管Ｐａが固定される。なお、ケーブル支持部材５０がアーム側部材５１とケーブル取付部材５２とから成る方が、ケーブル支持部材５０の上端側を軽量化することができ、且つ、ケーブル支持部材５０の上端側の設計の自由度が高くなる。

本実施形態では、第２アーム２０のカバー２６にインターフェイス部材２８が取付けられている。また、ケーブル支持部材５０の一端が第２アーム２０のアーム本体２５に固定され、ケーブル支持部材５０の他端であるケーブル取付部材５２がインターフェイス部材２８に設けられた孔２８ａ又は切欠き２８ｂを通過して第２アーム２０外に露出している。また、シール５３ｂがケーブル支持部材５０とインターフェイス部材２８との間をシールしている。

このため、第２アーム２０内の密封を確保しながら、ケーブル支持部材５０をインターフェイス部材２８の近くに配置することができる。また、シール５３ｂはインターフェイス部材２８に対するケーブル支持部材５０の第２軸線ＡＸ２に沿った方向の移動を許容するので、各部品の寸法誤差、組立誤差等があっても、第１シール２７によるシール、第２シール２９によるシール、およびシール５３ｂによるシールを確保することができる。これは、第２アーム２０内の密封を確保するために有利である。

また、本実施形態では、ケーブル支持部材５０はアーム側部材５１およびケーブル取付部材５２を有する。アーム側部材５１は、一端がアーム本体２５に固定され、他端が孔２８ａ又は切欠き２８ｂを通過して第２アーム２０外に露出する。ケーブル取付部材５２は、一端がアーム側部材５１に固定され、他端側にケーブルＣＡａ、管Ｐａ等が取付けられる。当該構成は、ケーブル取付部材５２の設計の自由度が高くなり、ケーブル取付部材５２の軽量化を図ることも可能となる。

また、本実施形態では、インターフェイス部材２８の孔２８ａ又は切欠き２８ｂに対応する位置には、リング状のカバー側部材５３が取付けられ、シール５３ａはカバー側部材５３とケーブル支持部材５０との間をシールする。当該構成では、シール５３とインターフェイス部材２８との間のシールを容易且つ確実に行いながら、カバー側部材５３とケーブル支持部材５０との間のシールも確実に行うことができる。

また、本実施形態では、シール５３ｂはＯリング又はオイルシールである。当該構成は、インターフェイス部材２８とケーブル支持部材５０との間のシールを安価且つ確実に実現するために有利である。

なお、図９に示されるように、アーム側部材５１が台座５１ａを有していてもよい。この場合、台座５１ａの下に第２アーム２０の構成部材を配置することが可能となる。また、アーム本体２５においてモータ２２，２３，２４等を固定しているフレーム、部材等にアーム側部材５１の一端が固定されてもよい。

１ ロボット
１１ 第１軸モータ
１０ 第１アーム
２０ 第２アーム
２２ 第２軸モータ
２３ 第３軸モータ
２４ 第４軸モータ
２５ アーム本体
２６ カバー
２６ａ 開口部
２７ 第１シール
２８ インターフェイス部材
２８ａ 孔
２８ｂ 切欠き
２９ 第２シール
３０ 第３アーム
５０ ケーブル支持部材
５１ アーム側部材
５２ ケーブル取付部材
５３ カバー側部材
５３ｂ シール
１００ ベース
ＣＡ ケーブル
Ｐ 管
ＣＡａ 先端側ケーブル
Ｐａ 先端側管
ＡＸ１ 第１軸線
ＡＸ２ 第２軸線

Claims (4)

1. ベースと、
   前記ベースに第１軸線周りに揺動可能に支持された第１アームと、
   前記第１アームに前記第１軸線と平行な第２軸線周りに揺動可能に支持された第２アームと、を備えたロボットであって、
   前記第２アームが、前記第１アームに前記第２軸線周りに揺動可能に支持されたアーム本体と、前記アーム本体に取付けられたカバーと、を有するものであり、
   前記カバーに取付けられ、ケーブルおよび管の少なくとも一方が接続されたインターフェイス部材と、
   前記アーム本体に一端が固定され、他端が前記インターフェイス部材に設けられた孔又は切欠きを通過して前記第２アーム外に露出するケーブル支持部材と、
   前記ケーブル支持部材と前記インターフェイス部材との間をシールし、前記インターフェイス部材に対する前記ケーブル支持部材の第２軸線に沿った方向への移動を許容するシールと、を備えるロボット。
2. 前記ケーブル支持部材が、前記アーム本体に一端が固定され、他端が前記孔又は前記切欠きを通過して前記第２アーム外に露出するアーム側部材と、前記アーム側部材に一端が固定され、他端側に前記ケーブルおよび前記管の前記少なくとも一方が取付けられるケーブル取付部材と、を有する、請求項１に記載のロボット。
3. 前記インターフェイス部材の前記孔又は前記切欠きに対応する位置には、リング状のカバー側部材が取付けられ、
   前記シールが、前記カバー部材と前記ケーブル支持部材との間をシールする、請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記シールは、Ｏリング又はオイルシールである、請求項１〜３の何れかに記載のロボット。

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