JP2021091068A - ロボットの関節構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源遮断時にロボットを静止状態に維持することを可能にしつつ、ロボットを構成する部材の大型化を防止することが可能なロボットの関節構造を提供すること。【解決手段】中空の第１部材１４０と、第２部材１５０と、第１部材に対して第２部材を第４軸線Ｄ回りに回転させるアクチュエータ１０と、第１部材に対する第２部材の回転を制動可能なブレーキ機構５０とを備え、アクチュエータが第１部材の内部に収容されるブレーキを有しないモータ４０と、モータシャフト４１の回転を減速して第２部材に伝達する減速機３０と、モータシャフトに設けられた第１ギヤ４２と、減速機に設けられ、第１ギヤに噛み合う第２ギヤ３２とを備え、ブレーキ機構が第１部材の内部に収容されるブレーキ本体５３と、ブレーキ本体によって制動可能なブレーキシャフト５１と、ブレーキシャフトに設けられ、第２ギヤに噛み合う第３ギヤ５２とを備えるロボットの関節構造１。【選択図】図２

Description

本開示は、ロボットの関節構造に関するものである。
第１アームと第１アームに対して回転軸線回りに回転可能な第２アームを備え、第１アーム内に収容状態で固定されたモータの駆動力が、複数のギヤおよび減速機を介して、第２アームに伝達されるロボットの関節構造が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
ロボットの関節構造においては、一般に、ロボットの電源遮断時等に、重力によってアームが回転することを防止するために、ブレーキ付きモータが使用される。
特開２００７−１４４５５９号公報
ブレーキ付きモータは、ブレーキを有しないモータと比較して軸方向の長さが長くなる。このため、ロボットを構成する部材内部にブレーキ付きモータを収容する場合には、十分な収容スペースを確保するために部材の大きさを大きくしなければならない。
したがって、電源遮断時にロボットを静止状態に維持することを可能にしつつ、ロボットを構成する部材の大型化を防止することが望まれている。
本開示の一態様は、中空の第１部材と、第２部材と、前記第１部材に対して前記第２部材を回転軸線回りに回転させるアクチュエータと、前記第１部材に対する前記第２部材の回転を制動可能なブレーキ機構とを備え、前記アクチュエータが、前記第１部材の内部に収容されるブレーキを有しないモータと、該モータのモータシャフトの回転を減速して前記第２部材に伝達する減速機と、前記モータシャフトに設けられた第１ギヤと、前記減速機に設けられ、前記第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、前記ブレーキ機構が、前記第１部材の内部に収容されるブレーキ本体と、該ブレーキ本体によって制動可能なブレーキシャフトと、該ブレーキシャフトに設けられ、前記第２ギヤに噛み合う第３ギヤとを備えるロボットの関節構造である。
本開示の一実施形態に係る関節構造を備えるロボットの一例を示す模式図である。 図１の関節構造を示す部分的な拡大図である。 図１の関節構造において、部材の配置を示す概略図である。
本開示の一実施形態に係るロボットの関節構造１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る関節構造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る。ロボット１００は、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中空の第２アーム（第１部材）１４０とを備えている。さらに、ロボット１００は、第３軸線Ｃに対してねじれの位置関係にある第４軸線Ｄ回りに第２アーム１４０に対して回転可能に支持された中空の手首ユニット（第２部材）１５０を備えている。
本実施形態に係る関節構造１は、図２に示されるように、例えば、第２アーム１４０と手首ユニット１５０との間の構造である。関節構造１は、第２アーム１４０と、手首ユニット１５０と、手首ユニット１５０を第２アーム１４０に対して第４軸線Ｄ回りに回転駆動するアクチュエータ１０と、手首ユニット１５０を第２アーム１４０に対して制動するブレーキ機構５０とを備えている。
アクチュエータ１０は、減速機３０と、モータ４０とを備えている。減速機３０は、第２アーム１４０に固定される入力軸３１と、入力軸３１に対して第４軸線Ｄ回りに回転可能に支持され手首ユニット１５０に固定される出力軸３４とを備えている。
また、減速機３０は、第４軸線Ｄを含む位置に、第４軸線Ｄに沿って延びる中空部３３を備えている。減速機３０は、入力軸３１の第２アーム１４０側に、入力軸３１に対して第４軸線Ｄ回りに回転可能に支持された第２ギヤ３２を備えている。
第２ギヤ３２は、中空部３３に連通する中央孔３５を有するリング状に形成されている。これにより、第２アーム１４０の内部空間は中空部３３および中央孔３５を経由して手首ユニット１５０の内部空間に連通している。
モータ４０は、第２アーム１４０の内部に収容された状態で、第２アーム１４０に固定されている。モータ４０は、軸方向に延びるモータシャフト４１を備え、モータシャフト４１には、第１ギヤ４２が固定されている。
モータ４０は、図３に示されるように、中空部３３および中央孔３５との重複を回避して、第４軸線Ｄに対して径方向外方にオフセットした位置において第２アーム１４０に固定されている。そして、モータシャフト４１に固定された第１ギヤ４２を減速機３０の第２ギヤ３２に噛み合わせている。
これにより、モータ４０のモータシャフト４１の回転が、第１ギヤ４２と第２ギヤ３２との噛み合いを経由して減速機３０に伝達され、減速機３０内において減速されて、減速機３０の出力軸３４の回転として出力される。
ブレーキ機構５０は、第２アーム１４０の内部に収容された状態で、第２アーム１４０に固定されるブレーキ本体５３と、ブレーキ本体５３に対して回転可能に支持されたブレーキシャフト５１とを備えている。ブレーキシャフト５１には第２ギヤ３２に噛み合う第３ギヤ５２が固定されている。
ブレーキ機構５０も、図３に示されるように、中空部３３および中央孔３５との重複を回避して、第４軸線Ｄに対して径方向外方にオフセットした位置において第２アーム１４０に固定されている。モータ４０とブレーキ機構５０とは、第４軸線Ｄ回りの周方向に間隔をあけて異なる位置に配置されている。
このように構成された本実施形態に係る関節構造１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る関節構造１によれば、モータ４０のモータシャフト４１を回転させると、モータシャフト４１の回転が第１ギヤ４２と第２ギヤ３２との噛み合いによって減速機３０に伝達され、第２アーム１４０に対して手首ユニット１５０が第４軸線Ｄ回りに回転させられる。
一方、第２ギヤ３２には第３ギヤ５２も同時に噛み合っているので、第２ギヤ３２が回転すると第３ギヤ５２を経由してブレーキシャフト５１が回転させられる。したがって、ブレーキ本体５３を作動させると、ブレーキシャフト５１の回転が制動され、制動力が第２ギヤ３２と第３ギヤ５２との噛み合いにより減速機３０に伝達される。これにより、第２アーム１４０に対して手首ユニット１５０を静止した状態に維持することができる。
この場合において、本実施形態に係る関節構造１によれば、モータ４０とブレーキ機構５０とを分離し、第４軸線Ｄ回りの周方向に異なる位置に配置することにより、モータ４０の軸方向の高さ寸法をブレーキ付きモータよりも短縮して分散させることができる。これにより、第２アーム１４０の内部空間を小さく抑えることができ、第２アーム１４０の外形寸法もコンパクトに構成することができるという利点がある。
また、本実施形態に係る関節構造１によれば、減速機３０の中空部３３および第２ギヤ３２の中央孔３５に重複しない位置にオフセットしてモータ４０およびブレーキ機構５０を配置している。これにより、中空部３３および中央孔３５を通過して、図示しない線条体を第２アーム１４０から手首ユニット１５０に配線することができる。
また、本実施形態に係る関節構造１においては、図２および図３に示されるように、第４軸線Ｄ方向に延びる第１部分１４１と、第１部分１４１に対して一方向に湾曲して第４軸線Ｄに交差する方向に延びる第２部分１４２とを備えている。これにより、第２アーム１４０は、円筒状の第１部分１４１と、円筒状の第２部分１４２とを湾曲部で接続したＬ字状の形状を有している。
このような構造の第２アーム１４０内部の空間は、第１部分１４１内部の空間が湾曲部において一方向に広がる形状を有している。本実施形態においては、この湾曲部内部の広がった形状を利用して、第１部分１４１の外面を第４軸線Ｄに沿う方向に延長した面の両側に跨る位置にモータ４０を配置している。
これにより、中空部３３および中央孔３５に重複しない位置まで大きくオフセットさせてモータ４０を配置しても、第２アーム１４０の外形を拡大せずに済み、さらにコンパクトに構成することができるという利点がある。
すなわち、第２アーム１４０の湾曲部の内部空間を有効に利用することにより、第２アーム１４０の第１部分１４１の第４軸線Ｄ回りの外径を小さくすることができる。
また、第２アーム１４０に対し、第４軸線Ｄ回りに回転可能に支持される手首ユニット１５０の第４軸線Ｄ回りの外径も小さくすることができ、ロボット１００全体としてのコンパクト化および軽量化を図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、モータ４０とブレーキ機構５０とを分離することにより、第２アーム１４０の大型化を防止することを前提とした。これに代えて、第２アーム１４０の湾曲部の内部空間の形状を利用してモータを配置することにより、第２アーム１４０の第１部分１４１の外形を小さくする効果は、モータとしてブレーキ付きモータを採用しても達成することができる。
１ 関節構造
１０ アクチュエータ
３０ 減速機
３１ 入力軸
３２ 第２ギヤ
３３ 中空部
３４ 出力軸
４０ モータ
４１ モータシャフト
４２ 第１ギヤ
５０ ブレーキ機構
５１ ブレーキシャフト
５２ 第３ギヤ
５３ ブレーキ本体
１３０ 第１アーム
１４０ 第２アーム（第１部材）
１４１ 第１部分
１４２ 第２部分
１５０ 手首ユニット（第２部材）
Ｃ 第３軸線
Ｄ 第４軸線

Claims (3)

  1. 中空の第１部材と、第２部材と、
    前記第１部材に対して前記第２部材を回転軸線回りに回転させるアクチュエータと、前記第１部材に対する前記第２部材の回転を制動可能なブレーキ機構とを備え、
    前記アクチュエータが、前記第１部材の内部に収容されるブレーキを有しないモータと、該モータのモータシャフトの回転を減速して前記第２部材に伝達する減速機と、前記モータシャフトに設けられた第１ギヤと、前記減速機に設けられ、前記第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、
    前記ブレーキ機構が、前記第１部材の内部に収容されるブレーキ本体と、該ブレーキ本体によって制動可能なブレーキシャフトと、該ブレーキシャフトに設けられ、前記第２ギヤに噛み合う第３ギヤとを備えるロボットの関節構造。
  2. 前記減速機が、前記回転軸線を含み該回転軸線方向に貫通する中空部を備え、
    前記第２ギヤが、前記回転軸線回りに回転可能に支持され、中央孔を有するリング状に形成され、
    前記第１ギヤおよび前記第３ギヤが、それぞれ前記回転軸線に平行かつ周方向に間隔をあけた軸線回りに回転可能に支持されている請求項１に記載のロボットの関節構造。
  3. 前記第１部材が、前記回転軸線方向に延びる第１部分と、該第１部分に対して一方向に湾曲して前記回転軸線に交差する方向に延びる第２部分とを備え、
    前記モータが、前記第１部分と前記第２部分との間の湾曲部内部の湾曲した空間において、前記第１部分の外面を延長した面の両側に跨る位置に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関節構造。
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