JP2022096111A

JP2022096111A - ロボットアームおよびロボット

Info

Publication number: JP2022096111A
Application number: JP2020209034A
Authority: JP
Inventors: 祐太一宮; Yuta Ichinomiya; 秀典 ▲浜▼; Hidenori Hama; 真吾星野; Shingo Hoshino
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-29
Also published as: CN114643572B; US20220193931A1; CN114643572A

Abstract

【課題】規制用ボルトの位置を変えることが容易にできるロボットアームを提供する。
【解決手段】ロボットアーム１ａは第１ストッパー３７が設けられたハウジング８を有する第１アーム７と、第１アーム７に対して相対的に回転する第２アーム１６と、第２アーム１６に固定された外輪部２９と、外輪部２９に設けられ第１ストッパー３７と協働して第１アーム７に対する第２アーム１６の相対的な回転を規制する第２ストッパー３４と、第１アーム７に固定され外輪部２９と同軸にて回転する内輪部２８と、を備える関節部１３と、を備え、ハウジング８は、外輪部２９と対向する位置に外輪部２９に向って開口する第１開口部３６を有し、第１ストッパー３７は第１開口部３６から突出している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットアームおよびロボットに関するものである。

アーム間に関節部を備えるロボットが広く用いられている。関節部はモーター及び減速機を備える。回転角度を制限する関節部が特許文献１に開示されている。それによると、関節部はリング状のベアリングを備える。ベアリングの内輪に固定されたフレームと外輪とに規制用ボルトが設置されている。ベアリングが回転の限界まで回転するとき、各規制用ボルトが干渉することにより、ベアリングの回転角度が制限されていた。このフレームは複数の穴を備える。回転角度の規制構造は規制用ボルトを穴に挿入してナットで規制用ボルトを止める構造になっている。ベアリングの回転角度を変更するとき、操作者がフレームから規制用ボルトを外して、別の穴に規制用ボルトを差し替える。

国際公開第２０１８／０５５７５２号

しかしながら、特許文献１では、フレームから規制用ボルトを外すとき、ボルトにより固定されたベアリングとフレームと減速機とを分解する必要があり、規制用ボルトの位置を変えることや規制用ボルトを取り替えることが容易にできないという課題があった。

ロボットアームは、第１ストッパーが設けられたハウジングを有する第１部材と、前記第１部材に対して相対的に回転する第２部材と、前記第２部材に固定された外輪部と、前記外輪部に設けられ前記第１ストッパーと協働して前記第１部材に対する前記第２部材の相対的な回転を規制する第２ストッパーと、前記第１部材に固定され前記外輪部と同軸にて回転する内輪部と、を備える関節部と、を備え、前記ハウジングは、前記外輪部と対向する位置に前記外輪部に向って開口する第１開口部を有し、前記第１ストッパーは前記第１開口部から突出している。

ロボットは上記に記載のロボットアームを備える。

第１実施形態にかかわるロボットの構成を示す模式側断面図。関節部の構成を示す概略図。ストッパーの配置を説明するための模式図。ストッパーの動作を説明するための模式図。ストッパーの動作を説明するための模式図。第２実施形態にかかわるストッパーの構成を説明するための模式側断面図。緩衝部の配置を説明するための模式図。第３実施形態にかかわる関節部の構成を示す模式側断面図。第４実施形態にかかわる関節部の構成を示す模式側断面図。

以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

第１実施形態
本実施形態ではロボットの特徴的な例について図に従って説明する。
図１に示すように、ロボット１は平板状に形成された基台２を備える。基台２の水平面上の１方向をＸ方向とする。そして、重力方向と逆の方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。

基台２上には支持台３が配置されている。支持台３の内部には空洞が形成され、この空洞は支持板４により上下に分割されている。支持板４の下側には第１モーター５が配置される。

支持板４の上側には第１減速機６が配置され、第１減速機６の入力軸には第１モーター５の回転軸５ａが接続されている。第１減速機６の上側には第１減速機６の出力軸６ａが配置されている。そして、第１モーター５の回転軸５ａの回転速度を減速した回転速度にて出力軸６ａが回転する。第１減速機６には、波動歯車装置が用いられる。波動歯車装置はハーモニックドライブ（登録商標）とも言う。支持台３の上面には孔部３ａが形成され、孔部３ａから出力軸６ａが突出して配置される。

出力軸６ａと接続して略直方体状の第１部材としての第１アーム７が配置され、第１アーム７は出力軸６ａを中心に回転させられる。第１モーター５が回転することにより、第１アーム７が回転させられる。

第１アーム７はハウジング８を有する。ハウジング８は上板９、中板１１及び下板１２を備える。上板９と中板１１との間は空間である。中板１１と下板１２との間も空間である。ハウジング８は空間を備えることにより、軽量になっている。このように、ハウジング８は内部に中板１１を備える。

第１アーム７上には第１モーター５と反対側の端に関節部１３が配置される。関節部１３は減速機及び波動歯車装置としての第２減速機１４及びモーターとしての第２モーター１５を備える。第２減速機１４は波動歯車装置である。第２減速機１４の出力軸は第２モーター１５の回転軸の回転速度を減らした回転速度で回転する。第１モーター５及び第２モーター１５には直流モーターが用いられる。

ハウジング８はＸ方向負側の端にカバーとしての窓部１０を備える。ハウジング８の一部である窓部１０が透明である。操作者は窓部１０を通してハウジング８の内部を観察できる。

関節部１３と接続して第２部材としての第２アーム１６が配置される。第１アーム７、関節部１３及び第２アーム１６等によりロボットアーム１ａが構成される。第２減速機１４により第１アーム７に対して第２アーム１６が回転させられる。第２アーム１６は第１アーム７に対して相対的に回転する。第２アーム１６上には第２モーター１５と反対側の端に昇降装置１７が配置される。昇降装置１７は直動機構を備え、直動機構を駆動することにより伸縮する。

この構成によれば、第２減速機１４が波動歯車装置であるため、関節部１３を軽くすることができる。また、第２減速機１４の減速比率が高いので、位置精度良く第１アーム７と第２アーム１６との相対角度を制御できる。

昇降装置１７の下側には回転装置１８が配置されている。回転装置１８はステップモーターを備える。回転装置１８の下側にはアクチュエーター１９が配置されている。アクチュエーター１９は昇降装置１７により昇降する。さらに、アクチュエーター１９は回転装置１８により回転する。

支持台３のＸ方向正側には制御装置２１が配置されている。制御装置２１は第１モーター５、第２モーター１５、昇降装置１７、回転装置１８及びアクチュエーター１９等を制御することにより、ロボット１の動作を制御する。

図２に示すように、第２モーター１５はケース２２を備える。ケース２２はフランジ２２ａを備える。第１ボルト２３によりケース２２のフランジ２２ａが第２アーム１６に固定される。ケース２２の内部にはローター２４及びステーター２５が配置される。ローター２４は第１ベアリング２０により回転可能に支持される。ローター２４は回転軸２４ａを回転中心にして回転する。

第２減速機１４は波動発生器としてのウエーブジェネレーター２６、外歯歯車としてのフレクスプライン２７、内歯歯車としての内輪部２８及び外輪部２９を備える。従って、関節部１３は内輪部２８及び外輪部２９を備える。ウエーブジェネレーター２６はローター２４に固定され、ローター２４と同期して回転する。ウエーブジェネレーター２６はローター２４の軸方向から見た形状が楕円形になっている。ウエーブジェネレーター２６と内輪部２８との間にフレクスプライン２７が配置される。フレクスプライン２７は内輪部２８側に歯が形成された外歯歯車である。内輪部２８はフレクスプライン２７側に歯が形成された内歯歯車である。

第２減速機１４は内歯歯車である内輪部２８と可撓性を有する外歯歯車であるフレクスプライン２７とを有する。フレクスプライン２７は内輪部２８に部分的に噛み合って内輪部２８に対して回転軸２４ａまわりに相対的に回転する。ウエーブジェネレーター２６はフレクスプライン２７の内側に設けられ噛み合い位置を回転軸２４ａまわりの周方向に移動させる。内輪部２８は内歯歯車と接続し一体となっている。

ウエーブジェネレーター２６において楕円形の長軸となっている場所ではフレクスプライン２７の歯と内輪部２８の歯とが噛み合う。ウエーブジェネレーター２６の楕円形が短軸となっている場所ではフレクスプライン２７の歯と内輪部２８の歯とが離れる。内輪部２８の歯数はフレクスプライン２７の歯数より２つ多い。ウエーブジェネレーター２６が１周するとき、２歯分だけフレクスプライン２７と内輪部２８とが相対的に回転する。

内輪部２８と外輪部２９との間には円柱状のコロ３１が配置されており、内輪部２８及び外輪部２９はベアリングとして機能する。関節部１３は外輪部２９と同軸にて回転する内輪部２８を備える。複数の第２ボルト３２により外輪部２９及びフレクスプライン２７の端はケース２２のフランジ２２ａに固定される。このように、関節部１３は第２減速機１４を有する第２モーター１５を備える。外輪部２９は第２モーター１５のケース２２を介して第２アーム１６に固定される。

ローター２４が回転するとき、ケース２２に対して内輪部２８が回転する。従って、内輪部２８は第２減速機１４の出力軸になる。この構成によれば、第２モーター１５のケース２２を第２アーム１６からはずすことにより、外輪部２９も第２アーム１６から外れる。従って、関節部１３を容易に第２アーム１６から取り外すことができる。

第２減速機１４及び第２モーター１５は一体となりモーターユニット３３を構成する。この構成によれば、第２減速機１４及び第２モーター１５はモーターユニット３３として一体となっている。従って、第２アーム１６からモーターユニット３３を容易に取り外すことができる。

外輪部２９には第２ストッパー３４が設けられる。第２ストッパー３４は頭部３４ａ及びネジ部３４ｂを備える。第２ストッパー３４は第２ボルト３２と同じく外輪部２９及びフレクスプライン２７の端をケース２２のフランジ２２ａに固定する。第２ストッパー３４は回転軸２４ａを回転中心にして回転する。

第３ボルト３５により内輪部２８は第１アーム７の中板１１に固定される。外輪部２９に対して内輪部２８が回転するとき、第１アーム７に対して第２アーム１６が回転する。

ハウジング８の中板１１には第１開口部３６が複数設けられる。第１開口部３６は外輪部２９と対向する場所に配置され、外輪部２９に向って開口している。第１開口部３６には雌ねじが形成されている。第１開口部３６には第１ストッパー３７が設けられる。従って、第１ストッパー３７は中板１１の第１開口部３６に配置される。この構成によれば、ハウジング８は内部に中板１１を備えるため、水平方向の剛性が上がる。従って、第１アーム７を曲がりにくくすることができる。また、第２ストッパー３４及び第１ストッパー３７はハウジング８の内部にあるので、ハウジング８は第２モーター１５につながる配線を第２ストッパー３４及び第１ストッパー３７が巻き込まない構造にできる。

第１ストッパー３７は第１アーム７に対して関節部１３の反対側に設置される。つまり、第１ストッパー３７は第１アーム７のＺ方向負側に設置される。この構成によれば、関節部１３の反対側に第１ストッパー３７が設置されるため、関節部１３を取り外せずに第１ストッパー３７の位置を調整できる。

外輪部２９のＺ方向負側の面と中板１１とは離れている。このため、内輪部２８の外側には空間がある。そして、第２ストッパー３４は内輪部２８の外側に配置される。この構成によれば、第２ストッパー３４は内輪部２８の外側に配置される。内輪部２８の外側の空間に第２ストッパー３４が配置される為、関節部１３及び第２ストッパー３４が占める体積を小さくできる。

下板１２の第２減速機１４と対向する場所には第２開口部としての下面開口部３８を備える。第１アーム７は関節部１３側のハウジング８の端に下面開口部３８を備え、下面開口部３８を覆うカバー３９を備える。カバー３９は止めねじ４３により下板１２に固定される。カバー３９は容易に着脱可能である。第１ストッパー３７を保守するときにはカバー３９と窓部１０とを外しても良い。カバー３９は透明であり、操作者はカバー３９を通して第１ストッパー３７を見ることができる。第１ストッパー３７を保守するときには窓部１０を外して、窓部１０側から第１ストッパー３７を操作しても良い。

この構成によれば、ハウジング８の下面開口部３８はカバー３９に覆われている。カバー３９によりハウジング８内に塵や埃が入ることを抑制できる。カバー３９を外すことにより容易に第１ストッパー３７の位置を調整することができる。

この構成によれば、ハウジング８の一部である窓部１０が透明であるので、ハウジング８の内部が観察可能である。従って、第１ストッパー３７を見ながら第１ストッパー３７の位置を調整することができる。

図３～図５は下面開口部３８側から第２減速機１４を見た図である。カバー３９は取り外されている。図３に示すように、中板１１には第１ストッパー３７が設置される第１開口部３６が複数ある。第１開口部３６は同心円上に複数配置される。

この構成によれば、第１開口部３６が複数あるため、第１ストッパー３７を設置する場所を自由に選択できる。

第１ストッパー３７は右側第１ストッパー３７ａ及び左側第１ストッパー３７ｂで構成される。第２ストッパー３４は回転軸２４ａを中心に右側第１ストッパー３７ａと左側第１ストッパー３７ｂとの間を回転して移動する。

第１アーム７は関節部１３側のハウジング８の端に第２開口部としての横面開口部４０を備え、横面開口部４０を覆う窓部１０を備える。

この構成によれば、ハウジング８の横面開口部４０は窓部１０に覆われている。窓部１０によりハウジング８内に塵や埃が入ることを抑制できる。窓部１０を外すことにより容易に第１ストッパー３７の位置を調整することができる。

図４に示すように、外輪部２９及び第２ストッパー３４が内輪部２８に対して右回転方向４１に回転する。このとき、第２ストッパー３４は右側第１ストッパー３７ａと干渉するまで移動できる。

図５に示すように、外輪部２９及び第２ストッパー３４が内輪部２８に対して左回転方向４２に回転する。このとき、第２ストッパー３４は左側第１ストッパー３７ｂと干渉するまで移動できる。

第２ストッパー３４は第１ストッパー３７と協働して第１アーム７に対する第２アーム１６の相対的な回転を規制する。また、第１ストッパー３７は第１開口部３６からＺ方向負側に突出している。

この構成によれば、第１アーム７と第２アーム１６とが関節部１３により連結される。第１ストッパー３７と第２ストッパー３４とが第１アーム７と第２アーム１６との相対的な回転を規制する。規制する範囲を変更するときには第１ストッパー３７の位置を変更する。第１ストッパー３７は第１開口部３６から突出しているため、容易に第１ストッパー３７の位置を変更することができる。

ロボット１はロボットアーム１ａを備える。この構成によれば、ロボット１はロボットアーム１ａを備える。ロボットアーム１ａは容易に第１ストッパー３７の位置を変更することができる。従って、ロボット１は第２アーム１６の動作範囲を容易に変更可能なロボットアーム１ａを備えたロボットとすることができる。

第２実施形態
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１ストッパー３７が緩衝部を備える点にある。尚、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図６及び図７に示すように、ロボット４５のロボットアーム４５ａはハウジング８に中板１１を備える。中板１１には第１開口部３６に相当する第１開口部４６が配置される。第１開口部４６はねじが形成されていない貫通孔である。第１開口部４６には第１ストッパー４７が配置される。

第１ストッパー４７は第４ボルト４８及び緩衝部４９にて構成される。緩衝部４９には雌ねじ４９ａが形成される。第４ボルト４８は第１開口部４６を貫通して緩衝部４９の雌ねじ４９ａと螺合する。そして、第１ストッパー４７は中板１１に固定される。このように、第１ストッパー４７は緩衝部４９を備える。

第２ストッパー３４が右回転方向４１に回転して、規定の移動範囲を超えるとき、第２ストッパー３４は第１ストッパー４７と衝突する。第２ストッパー３４の材質は鉄鋼であり、緩衝部４９の材質はアルミニウムである。緩衝部４９は第２ストッパー３４より柔らかく変形し易い。この構成によれば、緩衝部４９が衝撃を吸収するので、第２減速機１４に第２ストッパー３４及び第１ストッパー４７から衝撃が伝わるのを抑制できる。

第２ストッパー３４が左回転方向４２に回転するときにも、規定の移動範囲を超えるとき、第２ストッパー３４は第１ストッパー４７と衝突する。従って、第２減速機１４に第２ストッパー３４及び第１ストッパー４７から衝撃が伝わるのを抑制できる。

第３実施形態
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第２モーター１５のケース２２にフランジ２２ａがない点にある。尚、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図８に示すように、ロボット５２のロボットアーム５２ａは第１アーム５３及び第２アーム５４を備える。第１アーム５３及び第２アーム５４は関節部５５により回転可能に接続される。関節部５５は第２モーター５６及び第２減速機１４を備える。

第２アーム５４は第２凹部５４ａを有し、第２凹部５４ａの底面に第２貫通孔５４ｂを備える。第２モーター５６の出力軸５６ａは第２貫通孔５４ｂに挿入される。第１ボルト２３により第２モーター５６は第２凹部５４ａの底面に固定される。

出力軸５６ａはウエーブジェネレーター２６に固定される。第２ボルト３２によりフレクスプライン２７及び外輪部２９は第２アーム５４に固定される。第２ストッパー３４も第２アーム５４に固定される。

第１アーム５３は第１凹部５３ａを有する。第３ボルト３５により内輪部２８は第１凹部５３ａの底面に固定される。第１凹部５３ａの底面には第１開口部３６が出力軸５６ａを中心とする円に沿って配置される。第１開口部３６の２つに第１ストッパー３７がねじ固定される。

このように、外輪部２９は第２アーム５４に固定される。この構成によれば、外輪部２９と第２アーム５４との間に介在する部品点数を削減することができる。

第４実施形態
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１アーム５３に第１凹部５３ａが形成され、内輪部２８が第１凹部５３ａの底面に固定される点にある。本実施形態が第３実施形態と異なる点は、フランジ２２ａを備える第２モーター１５が設置されている点にある。尚、第１実施形態及び第３実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図９に示すように、ロボット６１のロボットアーム６１ａは第１アーム５３及び第２アーム１６を備える。第１アーム５３及び第２アーム１６は関節部５５により回転可能に接続される。関節部５５は第２モーター１５及び第２減速機１４を備える。

第１ボルト２３によりケース２２のフランジ２２ａが第２アーム１６に固定される。第２モーター１５のローター２４はウエーブジェネレーター２６に固定される。第２ボルト３２によりフレクスプライン２７及び外輪部２９はフランジ２２ａに固定される。第２ストッパー３４もフランジ２２ａに固定される。

第１アーム５３は第１凹部５３ａを有する。第３ボルト３５により内輪部２８は第１凹部５３ａの底面に固定される。第１凹部５３ａの底面には第１開口部３６がローター２４を中心とする円に沿って配置される。第１開口部３６の２つに第１ストッパー３７がねじ固定される。

この構造では、第１ストッパー３７が第１アーム５３から露出するので、容易に第１ストッパー３７の位置を変更することができる。

第５実施形態
第１実施形態では、第１アーム７と第２アーム１６との間に関節部１３を備えるロボット１について説明をした。他にも、第１部材としての支持台３と第２部材としての第１アーム７との間の関節が関節部１３と同様に第２ストッパー３４及び第１ストッパー３７を備える構造にしても良い。

他にも、第２アーム１６を支持台３と接続し、第１アーム７にアクチュエーター１９を設置した構造にしても良い。支持台３側のアームに第２モーター１５を固定して、アクチュエーター１９側のアームに第２減速機１４の出力を固定しても良い。

他にも、ロボットが第２アームと第３アームを備えるとき、第１部材としての第２アームと第２部材としての第３アームとの間の関節が関節部１３と同様に第２ストッパー３４及び第１ストッパー３７を備える構造にしても良い。

第６実施形態
第１実施形態では、水平多関節ロボットについて説明したが、ロボットの関節数は任意であり、また、垂直多関節ロボットにも適用可能である。

さらに、本発明の第２ストッパー３４及び第１ストッパー３７の配置は、互いに回動する第１部材及び第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する構成を有する各種機器に組み込んでも良い。

１，４５，５２，６１…ロボット、１ａ，４５ａ，５２ａ，６１ａ…ロボットアーム、３…第１部材としての支持台、７…第１部材または第２部材としての第１アーム、８…ハウジング、１０…カバーとしての窓部、１１…中板、１３…関節部、１４…減速機及び波動歯車装置としての第２減速機、１５…モーターとしての第２モーター、１６…第２部材としての第２アーム、２２…ケース、２６…波動発生器としてのウエーブジェネレーター、２７…外歯歯車としてのフレクスプライン、２８…内歯歯車としての内輪部、２９…外輪部、３３…モーターユニット、３４…第２ストッパー、３６，４６…第１開口部、３７，４７…第１ストッパー、３８…第２開口部としての下面開口部、３９…カバー、４０…第２開口部としての横面開口部、４９…緩衝部、５３…第１アーム、５４…第２アーム。

Claims

第１ストッパーが設けられたハウジングを有する第１部材と、
前記第１部材に対して相対的に回転する第２部材と、
前記第２部材に固定された外輪部と、前記外輪部に設けられ前記第１ストッパーと協働して前記第１部材に対する前記第２部材の相対的な回転を規制する第２ストッパーと、前記第１部材に固定され前記外輪部と同軸にて回転する内輪部と、を備える関節部と、を備え、
前記ハウジングは、前記外輪部と対向する位置に前記外輪部に向って開口する第１開口部を有し、
前記第１ストッパーは前記第１開口部から突出していることを特徴とするロボットアーム。
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記ハウジングは内部に中板を備え、前記第１ストッパーは前記中板の前記第１開口部に配置されることを特徴とするロボットアーム。
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記関節部は減速機を有するモーターを備え、前記外輪部は前記モーターのケースを介して前記第２部材に固定され、前記内輪部は前記減速機の出力軸になることを特徴とするロボットアーム。
請求項３に記載のロボットアームであって、
前記減速機及び前記モーターは一体となりモーターユニットを構成することを特徴とするロボットアーム。
請求項４に記載のロボットアームであって、
前記減速機は波動歯車装置であることを特徴とするロボットアーム。
請求項５に記載のロボットアームであって、
前記波動歯車装置は内歯歯車と、前記内歯歯車に部分的に噛み合って前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転し可撓性を有する外歯歯車と、前記外歯歯車の内側に設けられ噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、を有し、前記内輪部は前記内歯歯車と接続し、前記第２ストッパーは前記内輪部の外側に配置されることを特徴とするロボットアーム。
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記第１ストッパーは前記第１部材に対して前記関節部の反対側に設置されることを特徴とするロボットアーム。
請求項７に記載のロボットアームであって、
前記第１ストッパーが設置される前記第１開口部が複数あることを特徴とするロボットアーム。
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記ハウジングの端に第２開口部を備え、前記第２開口部を覆うカバーを備えることを特徴とするロボットアーム。
請求項９に記載のロボットアームであって、
前記ハウジングの一部が透明であることを特徴とするロボットアーム。
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記第１ストッパーは緩衝部を備えることを特徴とするロボットアーム。
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記外輪部は前記第２部材に固定されることを特徴とするロボットアーム。
請求項１～１２のいずれか一項に記載のロボットアームを備えることを特徴とするロボット。