JP2021084207A

JP2021084207A - ロボットアームの駆動ユニット

Info

Publication number: JP2021084207A
Application number: JP2019216658A
Authority: JP
Inventors: 真英品川; Masahide Shinagawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: JP7414491B2; CN112873270A; DE102020130636A1; US20210162587A1; US11453119B2

Abstract

【課題】外形寸法を抑えた減速機とモータを一体化した駆動ユニットを提供する。【解決手段】ロボットアームを所定の回転軸Ｅ回りに相対回転させる駆動ユニット１であって、第１部材に固定され、回転軸に沿って貫通する第１中空孔１０を備えるブラケット２と、ブラケットに固定され、第１部材内に収容されるモータ４と、ブラケットと第２部材とを回転軸回りに回転可能に接続し、回転軸に沿って貫通する第２中空孔９を備える減速機３と、ブラケット内に収容され、モータの回転を減速機に伝達する動力伝達機構５とを備え、動力伝達機構が、ドライブシャフト１８と、モータの回転をドライブシャフトに伝達する第１伝達機構１４，１５と、ドライブシャフトの回転を減速機の入力軸７に伝達する第２伝達機構８，１６とを備え、モータのシャフトの回転軸からの距離が、ドライブシャフトの回転軸からの距離よりも短いロボットアームの駆動ユニット１である。【選択図】図２

Description

本開示は、ロボットアームの駆動ユニットに関するものである。

中空の減速機と、減速機中央に配置されたセンターギヤに噛み合う駆動ギヤを備えるモータとがハウジングに取り付けられた、ロボットの駆動ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この駆動ユニットは、床面に設置されるベースに対して旋回胴を駆動するものである。

特許第４７６３０６３号公報

減速機のセンターギヤに駆動ギヤを噛み合わせるためには、モータの回転軸線を減速機の中心軸に対して一方向にオフセットする必要がある。ベースに対して旋回胴を駆動する駆動ユニットの場合、床面への設置安定性を向上するために減速機よりもベースを十分に大きく構成することができる。したがって、減速機に対してモータを大きくオフセットさせてもモータをベース内に収容することができる。

しかしながら、同様の構造をロボットアームの駆動ユニットに採用する場合、モータの外面が減速機の中心軸から離れる方向に大きくオフセットするため、モータを収容するためのアームの外径寸法が大きくなる。したがって、アームの外径寸法を減速機の外径寸法と同等に抑えつつ、減速機およびモータを一体化した駆動ユニットが望まれている。

本開示の一態様は、ロボットアームを構成する中空の第１部材と中空の第２部材とを所定の回転軸回りに相対回転させる駆動ユニットであって、前記第１部材に固定され、前記回転軸に沿って貫通する第１中空孔を備えるブラケットと、該ブラケットに固定され、前記第１部材内に収容されるモータと、前記ブラケットと前記第２部材とを前記回転軸回りに回転可能に接続し、前記回転軸に沿って貫通する第２中空孔を備える減速機と、前記ブラケット内に収容され、前記モータの回転を前記減速機に伝達する動力伝達機構とを備え、該動力伝達機構が、ドライブシャフトと、前記モータの回転を前記ドライブシャフトに伝達する第１伝達機構と、前記ドライブシャフトの回転を前記減速機の入力軸に伝達する第２伝達機構とを備え、前記モータのシャフトの前記回転軸からの距離が、前記ドライブシャフトの前記回転軸からの距離よりも短いロボットアームの駆動ユニットである。

本開示の一実施形態に係るロボットアームの駆動ユニットを適用するロボットの一例を示す模式図である。図１の駆動ユニットを示す縦断面図である。図１の駆動ユニットを装着したロボットアームを示す縦断面図である。ロボットアームの駆動ユニットの比較例であってドライブシャフトを有しない場合を示す縦断面図である。図２の駆動ユニットの変形例であって、ケーブルを備える駆動ユニットを示す縦断面図である。図１の駆動ユニットを装着したロボットアームの変形例を示す縦断面図である。

本開示の一実施形態に係るロボットアームの駆動ユニット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る駆動ユニット１を搭載するロボット１００は、例えば、図１に示されるように、垂直６軸多関節型ロボットであって、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に対して回転可能に支持された旋回胴１２０とを備えている。

また、ロボット１００は、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１３０と、水平な第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とを備えている。さらに、ロボット１００は、第２アーム１４０に３軸の手首ユニット１５０を備えている。

本実施形態に係る駆動ユニット１が適用されるロボットアームは、第２アーム１４０であり、駆動ユニット１により駆動される関節軸は、手首ユニット１５０の最も基端側の第１手首軸である。
第２アーム１４０は、図１に示されるように、第２アーム基部（第２部材）１４１と、第１手首軸ケーシング（第１部材）１４２とを備えている。

駆動ユニット１は、第２アーム基部１４１に対して第１手首軸ケーシング１４２を第４軸線Ｄ回りに回転可能に接続している。
第２アーム基部１４１および第１手首軸ケーシング１４２は、それぞれ、後述する減速機３の外径寸法と略同等の外径寸法を有する円筒状に形成され、中心軸Ｅを第４軸線Ｄに一致させて配置されている。

本実施形態に係る駆動ユニット１は、図２に示されるように、ブラケット２と、減速機３と、モータ４と、動力伝達機構５とを備えている。
減速機３は、円柱状の減速機本体６の中心軸（回転軸）Ｅに沿う方向の一端面に、中心軸Ｅ回りに回転可能な円筒状の入力軸７を備えている。入力軸７の一端には、動力伝達機構５の一部を構成する円環状のセンターギヤ（第２伝達機構）８が設けられている。減速機本体６、入力軸７およびセンターギヤ８には、中心軸Ｅに沿う方向に貫通する中空孔（第２中空孔）９が設けられている。

ブラケット２は、センターギヤ８を収容し、減速機３の一端面に固定されている。ブラケット２には、減速機本体６、入力軸７およびセンターギヤ８に設けられた中空孔９に連通する貫通孔（第１中空孔）１０を備えている。減速機３の入力軸７は、貫通孔１０の周囲においてブラケット２との間に配置されたシール部材１１によって、ブラケット２に対して中心軸Ｅ回りに回転可能に密封されている。

ブラケット２には、モータ４のシャフト４ａを挿入する貫通孔１２と、貫通孔１２に回転軸線（軸線）Ｈ回りに回転するシャフト４ａを挿入した状態でモータ４を固定するモータ取付面１３とが設けられている。モータ４のシャフト４ａには、駆動ギヤ（第１伝達機構）１４が固定されている。

動力伝達機構５は、減速機３の入力軸７に設けられたセンターギヤ８と、モータ４のシャフト４ａに固定された駆動ギヤ１４と、センターギヤ８および駆動ギヤ１４にそれぞれ噛み合う中間ギヤ（第１伝達機構、第２伝達機構）１５，１６をシャフト１７によって連結したドライブシャフト１８とを備えている。ドライブシャフト１８は、ブラケット２内に形成された空間内にシャフト１７の軸線Ｇ回りに回転可能に取り付けられている。センターギヤ８、中間ギヤ１５，１６および駆動ギヤ１４は、例えば、平歯車である。

ブラケット２に減速機３の一端面を固定すると、減速機３の入力軸７に設けられたセンターギヤ８と、ブラケット２内のドライブシャフト１８の一方の中間ギヤ１６とが噛み合う。このとき、減速機３によってブラケット２内の空間の一部が密閉され、かつ、シール部材１１によって貫通孔１０と入力軸７との間が密閉される。

また、ブラケット２のモータ取付面１３にモータ４を取り付けると、モータ４のシャフト４ａに固定された駆動ギヤ１４と、ブラケット２内のドライブシャフト１８の他方の中間ギヤ１５とが噛み合い、モータ４によって貫通孔１２が密封される。これにより、動力伝達機構５を収容しているブラケット２内の空間が密封される。密封された空間内にはグリス等の潤滑剤が充填されることにより、動力伝達機構５が潤滑される。

本実施形態に係る駆動ユニット１においては、センターギヤ８に一方の中間ギヤ１６を噛み合わせたドライブシャフト１８は、減速機３の中心軸Ｅに対して径方向一方向に寸法Ａ１だけオフセットした位置に配置されている。また、ドライブシャフト１８の他方の中間ギヤ１５に駆動ギヤ１４を噛み合わせたモータ４のシャフト４ａは、ドライブシャフト１８のシャフト１７に対して減速機３の中心軸Ｅに近づく方向に寸法Ａ２だけオフセットしている。
これにより、モータ４のシャフト４ａの回転軸線Ｈと減速機３の中心軸Ｅとの距離Ａ３が、ドライブシャフト１８のシャフト１７の軸線Ｇと減速機３の中心軸Ｅとの距離Ａ１よりも短くなっている。

駆動ユニット１は、図３に示されるように、円筒状の第１手首軸ケーシング１４２内にブラケット２およびモータ４を収容した状態として、ブラケット２に第１手首軸ケーシング１４２を着脱可能に取り付ける。また、駆動ユニット１は、減速機３を挟んでブラケット２とは反対側の端面に、円筒状の第２アーム基部１４１を着脱可能に取り付ける。

これにより、第２アーム基部１４１内の空間は、減速機本体６、入力軸７およびセンターギヤ８を貫通する中空孔９およびブラケット２に形成された貫通孔１０を経由して、第１手首軸ケーシング１４２内部の空間に連通する。
この貫通孔１０を利用して、図３に鎖線で示されるように、第２アーム基部１４１に対する第１手首軸ケーシング１４２の第４軸線Ｄ近傍に、第２アーム基部１４１内部から第１手首軸ケーシング１４２内部まで、線条体２０を配線することができる。

このように構成された本実施形態に係るロボットアームの駆動ユニット１によれば、モータ４を駆動させると、駆動力が、駆動ギヤ１４、ドライブシャフト１８、センターギヤ８および入力軸７を経由して減速機３に入力される。これにより、減速機３により減速された回転数で、第２アーム基部１４１に対して第１手首軸ケーシング１４２を第４軸線Ｄに一致する中心軸Ｅ回りに回転駆動することができる。

この場合において、中心軸Ｅを含む中空孔９に沿って線条体２０が配線されているので、第２アーム基部１４１に対して第１手首軸ケーシング１４２を中心軸Ｅ回りに回転させたときに、線条体２０にかかる負担を十分に軽減することができる。
そして、本実施形態においては、ドライブシャフト１８を採用することにより、モータ４のシャフト４ａをドライブシャフト１８よりも減速機３の中心軸Ｅに近接する位置に配置している。

その結果、図４に示されるように、モータ４のシャフト４ａに取り付けた駆動ギヤ１４をセンターギヤ８に直接噛み合わせた場合と比較して、減速機３の中心軸Ｅに対するモータ４のオフセット量を大幅に低減することができる。すなわち、モータ４のオフセット量を低減することによって、モータ４を収容する第１手首軸ケーシング１４２の外径寸法を十分に低減し、例えば、図３に示されるように、減速機３の外径寸法と略同等に設定する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、センターギヤ８、駆動ギヤ１４およびドライブシャフト１８の中間ギヤ１５，１６をそれぞれ平歯車により構成したので、ドライブシャフト１８の軸線Ｇおよびモータ４のシャフト４ａの回転軸線Ｈを減速機３の中心軸Ｅに平行に配置することができる。これにより、第１手首軸ケーシング１４２内に収容されるモータ４が、第１手首軸ケーシング１４２の長手軸に対して傾斜することなく、第１手首軸ケーシング１４２の内面に沿って配置される。
その結果、第１手首軸ケーシング１４２内に十分に広い空間を残すことができ、線条体２０の配線作業、他の部品の設置等を容易にする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、図５に示されるように、減速機３の端面およびブラケット２に固定部材（第１固定部材、第２固定部材）２１，２２を取り付け、例えば、ナイロンバンド等の固縛具２３によりケーブル等の線条体２０を固定部材２１，２２に固定した取付ユニット２４を採用してもよい。
すなわち、線条体２０を取り付けた状態の取付ユニット２４を採用してもよい。

これにより、第２アーム基部１４１および第１手首軸ケーシング１４２を取り付ける前の状態で、線条体２０の組付作業を行うことができる。第２アーム基部１４１および第１手首軸ケーシング１４２を取り付けた後に行う場合と比較して、広いスペースにおいて組付作業を容易に行うことができる。また、線条体２０の状態を含めて取付ユニット２４単位で管理することができるという利点がある。

また、図５に示されるように、取付ユニット２４に含める線条体２０の両端をコネクタ等によって他の線条体と接続することとすれば、第２アーム基部１４１および第１手首軸ケーシング１４２を取り付けた後の配線作業も容易である。
また、固定部材２２は、ブラケット２に代えて、モータ４に取り付けられてもよい。

また、本実施形態においては、第１手首軸ケーシング１４２内にブラケット２およびモータ４を収容する場合について説明したが、第２アーム基部１４１内に収容することにしてもよい。

また、本実施形態においては、第１伝達機構として駆動ギヤ１４および中間ギヤ１５、第２伝達機構として中間ギヤ１６およびセンターギヤ８を採用したものを例示したが、これに代えて、第１伝達機構および第２伝達機構の少なくとも一方が一対のプーリおよびプーリに掛け渡されたベルトであるものを採用してもよい。また、第１伝達機構または第２伝達機構の一方が一対のギヤであり、他方が一対のプーリおよびプーリに掛け渡されたベルトであってもよい。

また、本実施形態においては、第１部材である第１手首軸ケーシング１４２および第２部材である第２アーム基部１４１として、円筒状のものを例示したが、これに代えて、図６に示されるように、中空状であれば他の形状のものを採用してもよい。

１駆動ユニット
２ブラケット
３減速機
４モータ
４ａシャフト
５動力伝達機構
７入力軸
８センターギヤ（第２伝達機構）
９中空孔（第２中空孔）
１０貫通孔（第１中空孔）
１４駆動ギヤ（第１伝達機構）
１５中間ギヤ（第１伝達機構）
１６中間ギヤ（第２伝達機構）
１８ドライブシャフト
２０線条体
２１，２２固定部材（第１固定部材、第２固定部材）
１４０第２アーム（ロボットアーム）
１４１第２アーム基部（第２部材）
１４２第１手首軸ケーシング（第１部材）
Ｅ中心軸（回転軸）
Ｈ回転軸線（軸線）

Claims

ロボットアームを構成する中空の第１部材と中空の第２部材とを所定の回転軸回りに相対回転させる駆動ユニットであって、
前記第１部材に固定され、前記回転軸に沿って貫通する第１中空孔を備えるブラケットと、
該ブラケットに固定され、前記第１部材内に収容されるモータと、
前記ブラケットと前記第２部材とを前記回転軸回りに回転可能に接続し、前記回転軸に沿って貫通する第２中空孔を備える減速機と、
前記ブラケット内に収容され、前記モータの回転を前記減速機に伝達する動力伝達機構とを備え、
該動力伝達機構が、ドライブシャフトと、前記モータの回転を前記ドライブシャフトに伝達する第１伝達機構と、前記ドライブシャフトの回転を前記減速機の入力軸に伝達する第２伝達機構とを備え、
前記モータのシャフトの前記回転軸からの距離が、前記ドライブシャフトの前記回転軸からの距離よりも短いロボットアームの駆動ユニット。
前記第１伝達機構および前記第２伝達機構の少なくとも一方が一対のギヤである請求項１に記載のロボットの駆動ユニット。
前記第１伝達機構および前記第２伝達機構の少なくとも一方が一対のプーリおよび該プーリに掛け渡されたベルトである請求項１に記載のロボットの駆動ユニット。
前記第１中空孔および前記第２中空孔を貫通して前記第１部材内から前記第２部材内まで配線される線条体と、
該線条体を、前記第１部材内において前記ブラケットまたは前記モータに固定する第１固定部材と、
前記線条体を前記第２部材内において前記減速機に固定する第２固定部材とを備える請求項１に記載のロボットアームの駆動ユニット。
前記回転と、前記モータの前記シャフトの軸線とが平行である請求項１または請求項２に記載のロボットアームの駆動ユニット。