JP6229617B2

JP6229617B2 - ロボット

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Publication number: JP6229617B2
Application number: JP2014158107A
Authority: JP
Inventors: 富永　竜一郎; 竜一郎富永; 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: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: EP2979824A2; CN105313104A; US20160031093A1; JP2016034680A; CN105313104B

Description

開示の実施形態は、ロボットに関する。

従来、多関節のロボットでは、アームに内蔵されるモータ等のアクチュエータのトルクを、ベルト等を介して可動部へ伝達する。通常、アクチュエータは、サーボオフや電源オフ時のアーム姿勢の保持やロボットの非常停止を行うためにブレーキを有する（たとえば、特許文献１参照）。

このようなブレーキを有するアクチュエータは、アクチュエータ本体、ブレーキおよびアクチュエータの回転を検出するエンコーダが共通する１つの軸に直列的に同軸配置される。

特開２０１１−０２４４０６号公報

しかしながら、上述したような従来の構成では、アクチュエータ本体、ブレーキおよびエンコーダが同軸配置されるため、アクチュエータ全体として軸方向に長くなっていた。このため、たとえば、アクチュエータの軸をアームの延伸向きと直交する向きに配置すると、アームからアクチュエータが突出するようになり、ケーブルや配管を通すために必要なスペースを確保しにくいという問題があった。

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、アーム周辺にスペースを確保することができるロボット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、下部アームと、上部アームと、アクチュエータと、ブレーキとを備える。上部アームは、下部アームに支持され、貫通穴を有する底部および貫通穴を避けて底部から延伸するアーム部を有する。アクチュエータは、出力軸に連結されたロータを有する。ブレーキは、アクチュエータの出力軸が突出する側とは反対側の端面に取り付けられ、ロータの一部に作用してアクチュエータを制動する。そして、アクチュエータは、貫通穴に対応する領域をアーム部の延伸向きに平行移動することで得られる仮想空間とブレーキとが重ならない姿勢でアーム部の仮想空間側に配置される。

実施形態の一態様によれば、アーム周辺にスペースを確保することができる。

図１は、実施形態に係るロボットの概要を示す説明図である。図２は、ロボットの全体斜視図である。図３Ａは、第１の実施形態に係るロボットの模式平断面図である。図３Ｂは、図３ＡにおけるＢ−Ｂ線矢視拡大断面図である。図４Ａは、アクチュエータおよびブレーキの模式斜視図である。図４Ｂは、アクチュエータおよびブレーキの模式平断面図である。図５Ａは、第２の実施形態に係るロボットの模式平断面図である。図５Ｂは、図５ＡにおけるＣ−Ｃ線矢視拡大断面図である。

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。

まず、図１を参照して実施形態に係るロボットの概要について説明する。図１は、実施形態に係るロボットの概要を示す説明図である。なお、図１において、図中の吹き出しに示した部分はＡ線矢視図である。

図１に示すように、実施形態に係るロボット１０は、下部アーム１３（図２参照）と、上部アーム１４と、アクチュエータ３６と、ブレーキ５０とを備える。下部アーム１３は、上部アーム１４を支持する。

上部アーム１４は、底部１４１と、アーム部１４０とを有する。底部１４１は、貫通穴１４２を有する。また、アーム部１４０は、貫通穴１４２を避けて底部１４１から延伸する。

また、上部アーム１４は、下部アーム１３（図２参照）に基端側が支持される。アクチュエータ３６は、出力軸３６１と、ロータ３６２とを有する。出力軸３６１は、ロータ３６２に連結され、ロータ３６２の回転によって軸まわりに回転する。アクチュエータ３６は、扁平形状に形成される。

ブレーキ５０は、アクチュエータ３６の出力軸３６１が突出する側とは反対側の端面に取り付けられる。ブレーキ５０は、ロータ３６２の一部に作用してアクチュエータ３６を制動する。

さらに、図１に示すように、アクチュエータ３６は、底部１４１の貫通穴１４２に対応する領域をアーム部１４０の延伸向きに平行移動することで得られる仮想空間ＶＳとブレーキ５０とが重ならない姿勢で、アーム部１４０の仮想空間ＶＳ側に配置される。

したがって、実施形態に係るロボット１０によれば、ブレーキ５０が仮想空間ＶＳを遮ることがないため、仮想空間ＶＳにケーブルや配管（以下、「ケーブル類」と総称する）を通すことができる。すなわち、アーム（図１の例では、上部アーム１４）周辺にケーブル類を通すためのスペースを確保することができる。

ここで、上述したように、従来の構成では、アームからアクチュエータが突出することから、アーム周辺にスペースを確保することが困難であった。このため、アームの外側にケーブル類を配置することになり、たとえば、ケーブル類が設備に干渉する、ケーブル類の保護が必要となる、ケーブル類によってロボットの稼働範囲が制約を受けるといった問題が発生していた。なお、従来の構成でアーム周辺にスペースを確保しようとする場合、アームを大型化する必要がある。

実施形態に係るロボット１０によれば、アーム周辺にスペースを確保することができるため、上記問題、すなわち、設備への干渉、ケーブル類の保護、ロボットの稼働範囲の制約等の問題が解消される。

また、実施形態に係るロボット１０によれば、アームの外側にケーブル類が露出しないことから、見栄えが良くなる。すなわち、意匠性の高いロボットとなる。さらに、ケーブル艤装の工数を低減することができる。

なお、実施形態に係るロボット１０では、上部アーム１４が一対のアーム部１４０，１４０を備え、アクチュエータを対向させて配置することとした。また、ブレーキ５０を互い違いに配置することとした。このような構成については、図３Ａおよび図３Ｂを用いて後述する。

また、実施形態に係るロボット１０では、出力軸３６１の周囲に中空部を設け、中空部にエンコーダを配置することとした。さらに、アーム部１４０の先端側にアクチュエータ３６からベルトによって回転動力が伝達される減速機を備えることとした。このような構成についても、図３Ａおよび図３Ｂを用いて後述する。

また、ブレーキ５０を、ブレーキディスク部、アーマチュアおよびフィールドコア部に分け、このうち、フィールドコア部のみを仮想空間ＶＳと重ならない構成としてもよい。

次に、図２を参照してロボット１０の全体構成について説明する。図２は、ロボット１０の全体斜視図である。ロボット１０は、いわゆる多関節ロボットである。なお、図２では、アーク溶接ロボット（ロボット１０）を例に説明する。

図２に示すように、ロボット１０は、床面等に設置される基台１１上に、垂直軸（Ｓ軸）まわりに旋回自在に取り付けられた旋回ベース１２を有する。旋回ベース１２には下部アーム１３が水平軸（Ｌ軸）まわりに軸支される。

下部アーム１３の上端には上部アーム１４が水平軸（Ｕ軸）まわりに軸支される。上部アーム１４の先端には、一対のアーム部１４０，１４０と、揺動体２１と、回転体２２とを備える。一対のアーム部１４０，１４０は、上部アーム１４の長さ方向の中心軸（Ｒ軸）まわりに回転自在に取り付けられる。揺動体２１は、アーム部１４０，１４０の先端でＲ軸に直交する軸（Ｂ軸）まわりに軸支されて揺動する。回転体２２は、揺動体２１の先端で回転軸（Ｔ軸）まわりに回転する。

回転体２２には溶接トーチ２３が取り付けられる。また、上部アーム１４の後端にはワイヤ送給装置１５が固定される。ワイヤ送給装置１５にはワイヤリール（図示せず）から溶接ワイヤが供給され、コンジットケーブル（ケーブル類）１６を通して溶接ワイヤを溶接トーチ２３へと送給する。

コンジットケーブル１６は、上部アーム１４の側面を、Ｒ軸に対して平行に伸びて、上部アーム１４の側面に設けられた開口１７から上部アーム１４の内部に引き込まれる。なお、コンジットケーブル１６は、たとえば、コイルバネを樹脂で被覆した保護チューブの中に通されて保護される。

図２に示すように、アーム部１４０，１４０は二又形状となる。上述したように、開口１７から上部アーム１４の中に入ったコンジットケーブル１６は、アーム部１４０の底部１４１に設けられた貫通穴１４２から仮想空間ＶＳ（図１参照）を通り、揺動体２１へと通じる。

下部アーム１３および上部アーム１４の各関節部にはアクチュエータ３１〜３６（アクチュエータ３５およびアクチュエータ３６については、図３Ａ参照）が搭載される。各アクチュエータ３１〜３６にはエンコーダおよび減速機が連結される。かかるロボット１０によれば、制御装置（図示せず）からの動作指示に基づいて各軸（Ｓ軸、Ｌ軸、Ｕ軸、Ｒ軸、Ｂ軸、Ｔ軸）が駆動制御されることで、多様な多軸動作を行うことができる。

（第１の実施形態）
以下では、図３Ａ〜図４Ｂを参照して第１の実施形態に係るロボット１０について説明する。図３Ａは、第１の実施形態に係るロボット１０の模式平断面図である。図３Ｂは、図３ＡにおけるＢ−Ｂ線矢視拡大断面図である。

図３Ａに示すように、上部アーム１４は、下部アーム１３に基端側が支持される。上部アーム１４は、底部１４１と、一対のアーム部１４０，１４０とを備える。底部１４１は、略中央に貫通穴１４２が形成される。図示しないが、貫通穴１４２には、上述したコンジットケーブル１６（図２参照）のようなケーブル類が、貫通穴１４２を通過してアーム部１４０，１４０へと挿通される。

一対のアーム部１４０，１４０は、貫通穴１４２を避けて底部１４１から略平行に延伸する。各アーム部１４０，１４０は、それぞれ間隔をあけて対向する表面１４３ａおよび裏面１４３ｂを備える。表面１４３ａおよび裏面１４３ｂの間隔は、基端側から略平行に形成され、先端側で徐々に狭くなるように形成される。

一対のアーム部１４０，１４０のうち、一方のアーム部１４０の基端側における表面１４３ａおよび裏面１４３ｂの間には、アクチュエータ３５が配設される。また、他方のアーム部１４０の基端側における表面１４３ａおよび裏面１４３ｂの間には、アクチュエータ３５と対向するようにアクチュエータ３６が配設される。なお、上述したように、アクチュエータ３５，３６は、それぞれ上部アーム１４の関節部に設けられる。なお、アクチュエータ３５，３６の詳細については図４Ａおよび図４Ｂを用いて後述する。

また、一対のアーム部１４０，１４０のうち、一方のアーム部１４０の先端側には、減速機４０Ａが配設される。減速機４０Ａは、入力軸４１と、出力軸４２とを備える。入力軸４１は、プーリ４１ａを備える。入力軸４１には、アクチュエータ３５のプーリ３５ａとベルト４３を介して回転動力が伝達される。出力軸４２は、ロボット１０のＢ軸と同軸に配置され、揺動体２１（図２参照）をＢ軸まわりに回転させる。

さらに、他方のアーム部１４０の先端側には、減速機４０Ｂが配設される。上述した減速機４０Ａと同様、減速機４０Ｂは、入力軸４１と、出力軸４２とを備える。入力軸４１は、プーリ４１ａを備える。入力軸４１には、アクチュエータ３６のプーリ３６ａとベルト４３を介して回転動力が伝達される。出力軸４２は、ロボット１０のＴ軸と同軸に配置され、回転体２２（図２参照）をＴ軸まわりに回転させる。

また、上部アーム１４には、一対のアーム部１４０，１４０の間に、底部１４１の貫通穴１４２に対応する領域をアーム部１４０の延伸向きに平行移動することで得られる仮想空間ＶＳが形成される。

なお、一対のアーム部１４０，１４０の間に、たとえば、仮想空間ＶＳの内外を物理的に区画するようなパイプが設けられ、かかるパイプによって仮想空間ＶＳが形成されてもよい。

図３Ｂに示すように、一対のアーム部１４０，１４０に配設されたアクチュエータ３５，３６の端面にはそれぞれ、端面から突出するように後述するブレーキ５０，５０が取り付けられる。ブレーキ５０，５０は、貫通穴１４２から延伸する仮想空間ＶＳと重ならないように互い違いに配置される。

このように、一対のアーム部１４０，１４０に設けられたアクチュエータ３５，３６が対向配置されることで、仮想空間ＶＳと重ならない配置となる。また、ブレーキ５０，５０が互い違いに配置されることで、仮想空間ＶＳを避けるようにブレーキ５０，５０を配置することができる。

ここで、アクチュエータ３６（または、アクチュエータ３５）およびブレーキ５０について説明する。図４Ａは、アクチュエータ３６およびブレーキ５０の模式斜視図である。図４Ｂは、アクチュエータ３６およびブレーキ５０の模式平断面図である。なお、以下では、２つのアクチュエータ３５，３６のうち、第６アーム２６（図２参照）を駆動するアクチュエータ３６を例に説明する。

図４Ａに示すように、アクチュエータ３６は、外観上、扁平形状に形成される。また、アクチュエータ３６は、ケーシング３６０の対向する端面のうち、一方の端面に出力軸３６１を備え（図４Ｂ等参照）、他方の端面にブレーキ５０が取り付けられる。ブレーキ５０は、出力軸３６１と平行、かつ、出力軸３６１とは別軸となる位置に取り付けられる。

図４Ｂに示すように、アクチュエータ３６は、ケーシング３６０と、出力軸３６１と、ロータ３６２と、モータ電磁部３６５とを備える。なお、以下では、アクチュエータ３６として、サーボモータを例に説明する。

出力軸３６１は、アクチュエータ３６の一方の端面に突出して設けられる。出力軸３６１は、ロータ３６２の回転によって回転軸まわりに回転する。上述したように、出力軸３６１にはプーリ３６ａが連結される。プーリ３６ａには、減速機４０Ｂのプーリ４１ａとの間にベルト４３が掛け回される（図３Ａ参照）。出力軸３６１は、プーリ３６ａ，４１ａ間のベルト４３を介して減速機４０Ｂへと回転動力を伝達する。

ロータ３６２は、ケーシング３６０の中空部３６３に配設される。ロータ３６２は、出力軸３６１と略一体に設けられる。これにより、出力軸３６１が回転軸まわりに回転する。なお、ロータ３６２の外周面上および内周面上には、たとえば、ボールベアリング３６４が配設される。ロータ３６２は、ボールベアリング３６４によって円滑回転する。

また、ケーシング３６０の中空部３６３におけるロータ３６２の外周には、モータ電磁部３６５が配設される。モータ電磁部３６５は、コイル３６５ａと、マグネット３６５ｂとを備える。コイル３６５ａおよびマグネット３６５ｂは、一方を可動子、他方を固定子として、可動子側が回転する。これにより、ロータ３６２が回転する。

ケーシング３６０の中空部３６３には、ロータ３６２の回転を検出するエンコーダ７０が配設される。エンコーダ７０は、ロータ３６２の出力軸３６１を入力軸７１として、入力軸７１の回転を検出することでロータ３６２の回転を検出する。なお、エンコーダ７０は、アクチュエータ３６と同様、扁平形状に形成される。なお、エンコーダ７０が中空部３６３に収納されると、中空部３６３の開口はカバー７２によって閉塞される。

このように、エンコーダ７０が扁平形状であることで、エンコーダ７０を出力軸３６１と同軸で配置しても、アクチュエータ３６を扁平形状とすることができる。これにより、アーム周辺のスペースの確保が容易となる。

また、アクチュエータ３６の端面のうち、出力軸３６１が突出する側と反対側の端面には、ブレーキ５０が取り付けられる。

図４Ｂに示すように、ブレーキ５０は、ブレーキディスク部５１、ブレーキライニング５２ａ、アーマチュア５２ｂ、カラー５２ｃ、ばね５２ｄおよびフィールドコア部５３を備える。ブレーキディスク部５１は、ロータ３６２の端部に取り付けられ、ロータ３６２の回転に連動して回転するブレーキディスク５１ａを備える。

ブレーキライニング５２ａは、アーマチュア５２ｂのブレーキディスク５１ａ対向面に設けられる。また、アーマチュア５２ｂの下部円柱部は円筒状のカラー５２ｃに嵌入される。アーマチュア５２ｂは、カラー５２ｃによって軸方向に摺動可能にガイドされる。

また、カラー５２ｃは、フィールドコア部５３に固定されている。付勢部材としてのばね５２ｄは、アーマチュア５２ｂをブレーキディスク５１ａ側へと付勢するようになっている。

フィールドコア部５３は、円筒状のケーシング５３ａと、ケーシング５３ａ内に配設される円筒状のコイル５３ｂとを備える。また、コイル５３ｂの内側には、ケーシング５３ａの内周面を挟んでばね５２ｄが配設される。

このようなブレーキ５０では、通電された状態でフィールドコア部５３のコイル５３ｂの吸引力によってアーマチュア５２ｂがブレーキディスク５１ａから離れる方向へと吸引されている。また、ブレーキ５０は、通電が解除されると、これまでコイル５３ｂの吸引力に抗していたばね５２ｄがアーマチュア５２ｂを介してブレーキライニング５２ａをブレーキディスク５１ａ側へと押し付ける。

このようにして、ブレーキ５０はブレーキディスク５１ａの回転を停止させる。そして、ブレーキ５０は、ブレーキディスク５１ａの回転を停止させることで、ロータ３６２の回転を停止させる。すなわち、ロータ３６２を制動する。

これにより、ブレーキ５０は、アクチュエータ（サーボモータ）のサーボオフや電源オフ時のアーム姿勢を保持することができる。また、ブレーキ５０を、ロボット１０の非常用ブレーキとして機能させることができる。

上述してきたように、第１の実施形態に係るロボット１０よれば、ブレーキ５０が仮想空間ＶＳに干渉することがないため、仮想空間ＶＳにケーブル類を通すことができる。すなわち、アーム周辺にケーブル類を通すためのスペースを確保することができる。

また、第１の実施形態に係るロボット１０によれば、アーム周辺にスペースを確保することができるため、他の設備への干渉を防ぐことができる。また、ケーブル類の保護が不要となる。さらに、ロボット１０の稼働範囲の制約が緩和される。

また、第１の実施形態に係るロボット１０によれば、アーム部１４０，１４０の外側にケーブル類が露出しないことから、見栄えが良くなる。すなわち、ロボット１０は、意匠性の高いロボットとなる。さらに、ケーブル艤装の工数を低減することができる。

（第２の実施形態）
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して第２の実施形態に係るロボット１００について説明する。図５Ａは、第２の実施形態に係るロボット１００の模式平断面図である。図５Ｂは、図５ＡにおけるＣ−Ｃ線矢視拡大断面図である。

なお、以下で説明する第２の実施形態において、上述した第１の実施形態と同一または同等の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。

また、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第２の実施形態に係るロボット１００は、上部アーム１４がアーム部１４０を１つだけ備える点で、上述した第１の実施形態とは構成が異なる。

図５Ａに示すように、第２の実施形態に係るロボット１００は、いわゆる片持ちタイプとなる。このような片持ちタイプのロボット１００とすることで、軽量化を図ることができる。

第２の実施形態に係るロボット１００によれば、上述した第１の実施形態と同様、ブレーキ５０が仮想空間ＶＳに干渉せず、仮想空間ＶＳにケーブル類を通すことができる。すなわち、アーム周辺にケーブル類を通すためのスペースを確保することができる。

また、第１の実施形態と同様、アーム周辺にスペースを確保することができるため、他の設備への干渉を防ぐことができ、ケーブル類の保護が不要となり、ロボット１００の稼働範囲の制約が緩和されるといった効果が得られる。さらに、ケーブル類が露出しないことから、ロボット１００の見栄えが良くなる。また、ケーブル艤装の工数を低減することができる。

なお、上述した第１および第２の実施形態では、減速機４０Ａ，４０Ｂをアクチュエータ３５，３６から離れた位置に設け、ベルト４３によって回転動力を伝達する構成としたが、減速機４０Ａ，４０Ｂの配置についてはこのような配置に限定しなくてもよい。

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。

１０ロボット
１３下部アーム
１４上部アーム
１４０アーム部
１４１底部
１４２貫通穴
３６アクチュエータ
３６１出力軸
３６２ロータ
３６３中空部
５０ブレーキ
５１ブレーキディスク部
５２ｂアーマチュア
５３フィールドコア部
７０エンコーダ
ＶＳ仮想空間

Claims

下部アームと、
前記下部アームに支持され、貫通穴を有する底部および前記貫通穴を避けて前記底部から延伸するアーム部を有する上部アームと、
出力軸に連結されたロータを有するアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記出力軸が突出する側とは反対側の端面に取り付けられ、前記ロータの一部に作用して前記アクチュエータを制動するブレーキと
を備え、
前記アクチュエータは、
前記貫通穴に対応する領域を前記アーム部の延伸向きに平行移動することで得られる仮想空間と前記ブレーキとが重ならない姿勢で前記アーム部の前記仮想空間側に配置されること
を特徴とするロボット。
前記上部アームは、
一対の前記アーム部を備え、
前記アクチュエータは、
対向するように配置されること
を特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記アクチュエータは、
前記ブレーキが互い違いとなるように配置されること
を特徴とする請求項２に記載のロボット。
前記アクチュエータは、
前記出力軸の周囲に中空部を有しており、前記中空部にエンコーダが配置されること
を特徴とする請求項１、２または３に記載のロボット。
前記アーム部の先端側に設けられ、前記アクチュエータの出力軸による回転動力がベルトによって伝達される減速機を備えること
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。