JP6191692B2

JP6191692B2 - ロボットおよびロボットの関節機構

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Publication number: JP6191692B2
Application number: JP2015526044A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　洋; 洋齋藤; 敦一番ケ瀬; 田中　謙太郎; 謙太郎田中
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: CN105246658B; JPWO2015004731A1; KR20160018672A; EP3020519A1; CN105246658A; WO2015004731A1; US20160101526A1

Description

開示の実施形態は、ロボットおよびロボットの関節機構に関する。

従来、関節機構を介して回転可能に連結された複数のアームからなるアーム部を有するロボットが知られている。かかるロボットの関節機構としては、減速機、モータおよびエンコーダを、モータの出力軸などに直列的に同軸配置したものがある（たとえば、特許文献１を参照）。なお、エンコーダは、各アームの回転を検出する。

特開２０１１−２４４０６号公報

しかしながら、上述した従来技術には、アームの回転を精度よく検出するうえで更なる改善の余地がある。

具体的には、上述の従来の関節機構を用いた場合、エンコーダは、厳密に言えばモータの出力軸の回転を検出することとなる。このため、かかるモータの出力軸から減速機を経て最終出力軸に連結されるアームの実際の回転を精度よく検出するには不十分である。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、アームの回転を精度よく検出することができるロボットおよびロボットの関節機構を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロボットは、駆動体と、被駆動体と、駆動装置と、エンコーダとを備える。前記被駆動体は、前記駆動体に回転自在に連結される。前記駆動装置は、前記被駆動体の回転軸が貫く中空部を有して前記被駆動体に設けられ、該被駆動体を駆動する。前記エンコーダは、前記中空部内に配置され、前記被駆動体の回転軸である最終出力軸に直結される。

実施形態の一態様によれば、被駆動体の回転を精度よく検出することができる。

図１は、実施形態に係るロボットの構成を示す斜視模式図である。図２Ａは、駆動装置の斜視模式図である。図２Ｂは、第３関節部周辺の略拡大図である。図３Ａは、第３関節部周辺の平面透過図である。図３Ｂは、ＸＹ平面で切断した駆動装置周辺の略拡大断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットおよびロボットの関節機構の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係るロボット１の構成を示す斜視模式図である。なお、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。

また、以下では、説明の便宜上、ロボット１の旋回位置が図１に示す状態にあるものとして、ロボット１における各部位の位置関係を説明する。

図１に示すように、ロボット１は、単腕型の多軸ロボットであり、基台部１０と、基台部１０に旋回可能に連結される旋回部１１と、アーム部２０とを備える。アーム部２０は、関節を介して回転可能に連結される複数のアームや、手首部、あるいは先端可動部等を有している。

具体的には、アーム部２０は、第１関節部２１と、第１アーム２２と、第２関節部２３と、第２アーム２４と、第３関節部２５と、手首部２６と、先端可動部２７とを備える。第１関節部２１、第２関節部２３および第３関節部２５は関節機構の一例である。

基台部１０は、床面などに固定される。第１アーム２２は、基端部が旋回部１１と、第１関節部２１を介して連結される。これにより、第１アーム２２は、その基端部において、軸Ｓまわりに旋回可能に、かつ、軸Ｌまわりに回転可能に支持される（図中の矢印Ａ１および矢印Ａ２参照）。

第２アーム２４は、基端部が第１アーム２２の先端部と第２関節部２３を介して連結される。これにより、第２アーム２４は、その基端部において、軸Ｕまわりに回転可能に支持される（図中の矢印Ａ３参照）。また、第２アーム２４は、軸Ｒまわりに回転可能に設けられる（図中の矢印Ａ４参照）。

手首部２６は、基端部が第２アーム２４の先端部と第３関節部２５を介して連結される。これにより、手首部２６は、その基端部において、軸Ｂまわりに回転可能に支持される（図中の矢印Ａ５参照）。

また、手首部２６は、その先端部において、先端可動部２７を軸Ｔまわりに回転可能に支持する（図中の矢印Ａ６参照）。そして、図１には図示していないが、先端可動部２７には、ロボットハンドや溶接トーチ、あるいはレーザカット装置など、用途に合わせたエンドエフェクタが取り付けられる。

次に、ロボット１の関節機構の構成の一例について、図２Ａ〜図３Ｂを用いて説明する。なお、本実施形態では、ロボット１の関節機構として、第３関節部２５を主たる例に挙げて説明することとする。

まず、図２Ａは、駆動装置２５０の斜視模式図である。また、図２Ｂは、第３関節部２５周辺の略拡大図である。

図２Ａに示すように、駆動装置２５０は、例えば中空モータ等の中空アクチュエータ２５１と、中空減速機２５２とを備える。中空アクチュエータ２５１は、中空部を有する中空軸２５１ａを備え、かかる中空軸２５１ａを回転駆動させる。なお、中空アクチュエータ２５１は、電動モータだけでなく、例えば油圧モータなど他の種類のモータであってもよい。

中空減速機２５２は、入力部２５２ａ（図示略。図３Ｂにて後述）と、出力部２５２ｂとを備える。入力部２５２ａおよび出力部２５２ｂは、中空軸２５１ａの中空部２５３に連通する中空構造をなしている。したがって、入力部２５２ａおよび出力部２５２ｂもまた、中空軸の一例である。

入力部２５２ａは、中空アクチュエータ２５１の中空軸２５１ａに連結され、中空軸２５１ａの回転を入力する。出力部２５２ｂは、入力部２５２ａへ入力された中空軸２５１ａの回転を減じて出力し、軸Ｏまわりに回転する（図中の両矢印参照）。

このような駆動装置２５０は、図２Ｂに示すように、たとえば、第３関節部２５に、軸Ｏを軸Ｂに同軸配置させて搭載される。そして、出力部２５２ｂが軸Ｏまわりに回転することによって、手首部２６を軸Ｂまわりに回転させる。

つづいて、図３Ａは、第３関節部２５周辺の平面透過図である。また、図３Ｂは、ＸＹ平面で切断した駆動装置２５０周辺の略拡大断面図である。

図３Ａに示すように、第３関節部２５は、エンコーダ２５４をさらに備える。エンコーダ２５４は、中空アクチュエータ２５１、および中空減速機２５２の有する中空部２５３に配置され、手首部２６の回転軸である最終出力軸、すなわち軸Ｂに直結される。

かかるエンコーダ２５４を含む第３関節部２５の構成の一例について、より具体的に説明する。図３Ｂに示すように、第３関節部２５には、中空アクチュエータ２５１と、中空減速機２５２とを備える駆動装置２５０が搭載される。

中空アクチュエータ２５１は、固定子２５１ｂと、回転子２５１ｃとをさらに備える。固定子２５１ｂは、中空アクチュエータ２５１のフレームに固定される。回転子２５１ｃは、かかる固定子２５１ｂに軸受を介して回転自在に設けられる。なお、固定子２５１ｂと回転子２５１ｃは、所定のギャップを介して径方向に対向配置されている。

また、上述の中空軸２５１ａは、かかる回転子２５１ｃに連接される。なお、中空軸２５１ａと回転子２５１ｃとが別体でなく、一体形成されていてもよい。

また、既に述べたように、中空軸２５１ａには、中空減速機２５２の入力部２５２ａが連結される。

そして、かかる中空減速機２５２の入力部２５２ａを含む中空減速機２５２の本体部、および、中空アクチュエータ２５１は、被駆動体である手首部２６に固定される。一方、中空減速機２５２の出力部２５２ｂは、駆動体である第２アーム２４に固定される。

また、中空部２５３に配置されるエンコーダ２５４は、入力部２５４ａと、出力部２５４ｂとを備える。入力部２５４ａは、軸Ｂに同軸配置され、手首部２６に接続される。一方、出力部２５４ｂは、第２アーム２４に接続される。

そして、固定子２５１ｂの固定子コアに巻回されたコイルが励磁されることで、回転子２５１ｃおよびこれに連接される中空軸２５１ａが回転する。そして、中空軸２５１ａの回転は、中空減速機２５２の入力部２５２ａへ入力される。

そして、中空減速機２５２の出力部２５２ｂが、かかる入力部２５２ａへ入力された回転を減じて出力し、回転する。このとき、出力部２５２ｂは、駆動体である第２アーム２４に固定されているので、出力部２５２ｂを除く中空減速機２５２の本体部、および、中空アクチュエータ２５１を相対回転させる。すなわち、これらが固定された手首部２６を軸Ｂまわりに回転させる。

そして、かかる手首部２６の軸Ｂまわりの回転は、軸Ｂに同軸配置されることで直結されたエンコーダ２５４の入力部２５４ａへ入力される。そして、エンコーダ２５４の出力部２５４ｂは、かかる入力部２５４ａへ入力された手首部２６の回転を検知して出力する。

このように、本実施形態では、中空アクチュエータ２５１から中空減速機２５２を経て最終的に出力される回転の回転軸である軸Ｂ、すなわち最終出力軸にエンコーダ２５４を直結することとしたので、手首部２６の実際の回転を精度よく検出することができる。

すなわち、手首部２６の実際の回転を精度よく検出することができる。また、本実施形態では、エンコーダ２５４を駆動装置２５０の有する中空部２５３に配置することとしたので、ロボット１の関節機構をコンパクトに構成することができる。したがって、ロボット１のスリム化にも資することができる。

なお、上述した実施形態では、中空アクチュエータにあえてブレーキ部を明示しない構成を例に挙げて説明を行った。かかるブレーキ部のブレーキ機能は、たとえば、減速機部の内部のギヤにウォームギヤ等を用いることによってセルフロック機能を持たせることで、ブレーキ部無しでも実現可能である。

なお、無論、ブレーキ部を備えることとしてもよい。この場合、エンコーダ部と同様に、中空アクチュエータの中空部に配置されることが好ましい。

また、上述した実施形態では、主に第３関節部を例に挙げて説明を行ったが、関節機構の位置を限定するものではない。したがって、上述の実施形態が、たとえば第１関節部に適用されてもよい。この場合は、旋回部が駆動体であり、第１アームが被駆動体になる。また、第２関節部に適用されてもよい。この場合は、第１アームが駆動体であり、第２アームが被駆動体になる。

また、上述した実施形態では、１つのアーム部につき、第１アームおよび第２アームの２つのリンクを備える場合を例示したが、アーム数を限定するものではない。

また、上述した実施形態では、１つのアーム部につき６軸を有する多軸ロボットを例示したが、軸数を限定するものではない。例えば、７軸の多軸ロボットでもよい。

また、上述した実施形態では、単腕ロボットを例示したが、これに限られるものではなく、たとえば、双腕ロボットであってもよいし、３つ以上の腕を備える多腕ロボットであってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ロボット
１０基台部
１１旋回部
２０アーム部
２１第１関節部
２２第１アーム
２３第２関節部
２４第２アーム
２５第３関節部
２５０駆動装置
２５１中空アクチュエータ
２５１ａ中空軸
２５１ｂ固定子
２５１ｃ回転子
２５２中空減速機
２５２ａ入力部
２５２ｂ出力部
２５３中空部
２５４エンコーダ
２５４ａ入力部
２５４ｂ出力部
２６手首部
２７先端可動部
Ａ１〜Ａ６矢印
Ｂ軸
Ｌ軸
Ｏ軸
Ｒ軸
Ｓ軸
Ｔ軸
Ｕ軸

Claims

駆動体と、
前記駆動体に回転自在に連結された被駆動体と、
前記被駆動体の回転軸が貫く中空部を有して前記被駆動体に設けられ、該被駆動体を駆動する駆動装置と、
前記中空部内に配置され、前記被駆動体の回転軸である最終出力軸に直結されるエンコーダと
を備えることを特徴とするロボット。
前記駆動装置は、
中空アクチュエータと、
前記中空アクチュエータに連結される中空減速機と、
を備え、
前記エンコーダは、
前記中空アクチュエータおよび前記中空減速機における中空軸の前記中空部内に配置されること
を特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記中空軸の回転軸と前記最終出力軸とが同軸配置されること
を特徴とする請求項２に記載のロボット。
前記駆動体は、第２アームであり、
前記被駆動体は、前記第２アームに回転自在に連結される手首部であること
を特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記エンコーダは、
入力部と、出力部とを備え、
前記入力部は前記被駆動体に接続され、前記出力部は前記駆動体に接続されること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のロボット。
関節機構を介して回転可能に連結された駆動体および被駆動体と、
前記被駆動体の回転軸が貫く中空部を有して前記被駆動体に設けられ、該被駆動体を駆動する駆動装置と、
前記中空部内に配置され、前記被駆動体の回転軸である最終出力軸に直結されるエンコーダと
を備えることを特徴とするロボットの関節機構。