JP6416746B2

JP6416746B2 - 小型化された関節部を備える産業用の多関節ロボット

Info

Publication number: JP6416746B2
Application number: JP2015251628A
Authority: JP
Inventors: 真英品川; 木下　聡; 聡木下; 康好田中
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: DE102016124969A1; CN106914918A; CN106914918B; DE102016124969B4; US10272564B2; US20170182655A1; JP2017113837A

Description

本発明は、産業用の多関節ロボットに関する。

産業用の多関節ロボットを小型化することに対するニーズが存在する。他方、ロボットの部品、例えばモータを交換するための空間を確保する必要がある。そのため、ロボットの小型化のみならず、交換作業に利用される空間を含めたロボットの設置空間を小さくすることが重要である。

モータを交換する際に、モータを軸線方向に沿ってスライドさせることによってモータを取外せるようにした産業用ロボットが公知である（例えば、特許文献１参照）。

図１４は、従来技術に係るロボットの関節部１１６を示している。関節部１１６は、モータ１２０と、減速機構部１４０と、モータ１２０および減速機構部１４０を支持する支持体１３０と、を備えている。モータ軸１２４は、ギヤ１４２を先端に備えている。ギヤ１４２は、モータ１２０によって駆動される被駆動体に連結された減速機構部１４０に噛合しており、モータ１２０から被駆動体に動力が伝達されるようになっている。

モータ１２０の交換または点検などの目的で、モータ１２０を支持体１３０から取出す際、モータ１２０を軸線方向（図１４の矢印Ａ参照）に移動させて支持体１３０から取外した後に、モータ１２０を軸線方向に対して直角な方向（図１４の矢印Ｂ参照）にスライドさせる。

したがって、モータ１２０の全長Ｌ１’が、支持体１３０の内部空間の軸線方向の寸法Ｌ２’よりも小さくないと、モータ１２０を支持体１３０から円滑に取出すことができない。図１５は、Ｌ１’＜Ｌ２’の関係が成立する場合を示しており、この場合は、モータ１２０を支持体１３０から容易に取外せる。

それに対し、図１６は、Ｌ１’＞Ｌ２’の関係が成立する場合を示しており、この場合は、モータ軸１２４またはギヤ１４２が支持体１３０に干渉するので、モータ１２０を支持体１３０から取出すことができない。

図１７は、従来技術に係るロボット１００の構成の一部を示している。ロボット１００は、第１の支持体２３０および第２の支持体３３０を備えている。第１の支持体２３０は、第１のモータ２２０および第１の減速機構部２４０を支持している。第２の支持体３３０は、第２のモータ３２０および第２の減速機構部３４０を支持している。

前述した従来技術と同様に、第１のモータ２２０は、軸線方向（図１７の矢印Ａ）に引張ることによって第１の支持体２３０から取外せるようになっている。しかしながら、図示された構成の場合、第１のモータ２２０の軸線方向には、第２のモータ３２０が設けられているので、第１のモータ２２０を第１の支持体２３０から取外す際に、第１のモータ２２０が第２のモータ３２０に干渉する虞がある。

図１８を参照すれば、第１のモータ２２０の取付面と第２のモータ３２０との間の距離Ｌ２’が、第１のモータ２２０の全長Ｌ１’よりも短い場合が示されている。この場合、第１のモータ２２０を第１の支持体２３０から取外そうとする際に、第１のモータ２２０が第２のモータ３２０に干渉する。したがって、第１のモータ２２０を交換するために、第２のモータ３２０を同時に取外す必要が生じて作業効率が低下したり、または第１のモータ２２０または第２のモータ３２０が破損したりする虞がある。

それに対し、図１９に示される例においては、第２の支持体３３０を大型化することによって、第１の支持体２３０と第２のモータ３２０との間の距離を十分に確保している。この場合、第２のモータ３２０に干渉することなく、第１のモータ２２０を第１の支持体２３０から容易に取外せるようになる。しかしながら、大型の第２の支持体３３０を利用することになるので、結果的にロボット１００が大型化することになり、小型化に対するニーズに応えることができない。

特開２０１３−００６２７１号公報

モータの交換が容易でありながら、関節部を小型化できるようにしたロボットが求められている。

本願の１番目の発明によれば、産業用の多関節ロボットであって、ギヤまたはプーリーをモータ軸の先端に備えていて、関節を駆動する動力を発生するモータと、前記モータ軸に対して一体的に回転する前記ギヤまたはプーリーの回転を減速する減速機構部と、前記モータおよび前記減速機構部を支持するとともに、前記モータを収容する内部空間を画定する支持体と、を備えており、前記支持体は、前記内部空間において、前記モータ軸に対して垂直に広がっていて前記モータに対向する対向面を有しており、前記対向面は、前記モータ軸の中心軸線に対して垂直に広がっており、前記対向面は、前記モータ軸の突出方向に向かって窪んでいて、かつ前記モータ軸の中心軸線に対して垂直に延びる溝状の凹部を有しており、前記凹部は、前記ギヤまたはプーリーの直径よりも大きい幅を有しており、前記凹部は、前記凹部と、前記凹部から前記モータ軸の中心軸線に対して平行な方向において最短距離に位置する前記多関節ロボットの構成部品との間の寸法が、前記ギヤまたはプーリーと前記モータ軸とを含む前記モータの全長よりも大きくなるような深さを有しており、前記凹部は、前記モータ軸および前記ギヤまたはプーリーを挿通可能な貫通孔を有しており、前記モータを前記中心軸線の方向にスライドさせて前記ギヤまたはプーリーを前記凹部内に位置付けた後、前記凹部内で前記モータを前記中心軸線に対して垂直な方向にスライドさせることにより、前記モータの交換を可能にした、多関節ロボットが提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係る多関節ロボットにおいて、前記モータの最大外径が前記凹部の幅より大きく、前記モータの出力側端面が前記支持体の前記対向面に支持される。
本願の３番目の発明によれば、１番目の発明に係る多関節ロボットにおいて、前記モータが前記モータ軸の周りにアダプタを備えており、前記アダプタが前記凹部の形状に応じて寸法決めされており、前記モータの出力側端面が前記アダプタを介して前記凹部内で支持される。
本願の４番目の発明によれば、１番目の発明に係る多関節ロボットにおいて、前記モータが前記モータ軸の周りにアダプタを備えており、前記アダプタが前記凹部の形状に応じて寸法決めされており、前記凹部が前記支持体の前記対向面から突出するアダプタ取付部によって形成されており、前記モータの出力側端面が前記アダプタを介して前記アダプタ取付部に支持される。
本願の５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明に係る多関節ロボットにおいて、前記ギヤまたはプーリーは、前記貫通孔から突出した位置において前記減速機構部に連結されている。
本願の６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係る多関節ロボットにおいて、前記凹部と前記モータとの間にシール部材をさらに備える。

これら並びに他の本発明の目的、特徴および利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

本発明に係るロボットによれば、モータに対向する対向面に凹部が形成された支持体を採用することによって、モータの先端部を凹部の空間に通してモータを支持体から取出し、またはモータを支持体内に導入できるようになる。それにより、モータの交換時に、モータがロボットの構成部品に干渉するのを防止しながら、ロボットを小型化できるようになる。

一実施形態に係るロボットの構成を示す図である。一実施形態に係るロボットの関節部を示す概略図である。図２に示される実施形態の関節部を示す斜視図である。図２に示される実施形態の関節部を示す正面図である。別の実施形態に係るロボットの関節部を示す概略図である。図５の実施形態の関節部を示す斜視図である。図５の実施形態の関節部を示す正面図である。一実施形態に係る関節部の構成例を示す図である。図８の実施形態の関節部を示す図である。別の実施形態に係る関節部の構成例を示す図である。図１０の線ＸＩ-ＸＩに沿って見た断面図である。図１０の実施形態の関節部を示す図である。図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿って見た断面図である。従来技術に係るロボットの関節部を示す図である。従来技術に係るロボットの関節部を示す図である。従来技術に係るロボットの関節部を示す図である。従来技術に係るロボットの構成の一部を示す図である。従来技術に係るロボットの構成の一部を示す図である。従来技術に係るロボットの構成の一部を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が適宜変更されている。同一または対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

図１は、一実施形態に係るロボットの構成を示す図である。ロボット１０は、旋回胴１１、下腕１２、上腕１３および手首１４を備えた垂直多関節ロボットである。ロボット１０の各関節は、モータ２０によって駆動される。ロボット１０は、種々の用途、例えば機械加工、溶接または搬送に使用される産業用ロボットである。

図２は、ロボット１０の関節部を拡大して示す拡大図である。関節部１６は、モータ２０および減速機構部４０を備えている。モータ２０は、関節を駆動する動力を発生する。モータ２０は、モータ軸２４の先端にギヤ４２を備えている。ギヤ４２は、モータ軸２４に対して一体的に回転する。

減速機構部４０は、モータ２０の回転を減速して伝達するために使用される公知の構成を有している。減速機構部４０は、例えばモータ２０のギヤ４２に噛合するギヤである。減速機構部４０は、ギヤ４２よりも大きい直径を有しており、ギヤ４２と協働して、モータ２０の回転を減速する。

モータ２０および減速機構部４０は、ロボット１０に取付けられた支持体３０によって支持されている。支持体３０は、モータ２０を収容する内部空間ＳＰを画定するハウジング状の中空部材である。モータ２０は、内部空間ＳＰを介して支持体３０内に導入されて支持体３０に取付けられるとともに、内部空間ＳＰを介して点検、修理または交換のために支持体３０から取出される。

内部空間ＳＰは、モータ２０に対向するようモータ軸２４に対して垂直に広がっていて減速機構部４０の近傍に位置する上面３２と、上面３２に対向する下面３４と、上面３２および下面３４を互いに接続する側面３６と、によって画定される。本明細書において、「上面」および「下面」は、図示された位置関係に基づいて便宜上使用されるものにすぎず、実際に使用される位置関係を限定するものではないことに留意されたい。

図２に示されるように、モータ２０は、公知の取付手段、例えばねじ留めによって、支持体３０の内部空間ＳＰの上面３２に取付けられる。本実施形態によれば、上面３２の、モータ軸２４の周囲には、モータ軸２４の突出方向に向かって窪んだ凹部３８が形成されている。また、図３を併せて参照すれば分かるように、凹部３８は、モータ軸２４に対して垂直な方向において、モータ２０の取付位置から１つの側面３６に向かって延びる溝状の形態を有している。

凹部３８には、モータ軸２４およびモータ軸２４に取付けられたギヤ４２を挿通するために貫通孔が形成されている。ギヤ４２は、貫通孔から突出した位置において減速機構部４０に連結されている。凹部３８は、後述するように、モータ軸２４およびギヤ４２が通過できる空間を形成するように、ギヤ４２の直径よりも大きい幅を有するように寸法決めされる。

凹部３８は、凹部３８と、凹部３８からモータ軸２４に対して平行な方向において最短距離に位置するロボット１０の構成部品（例えば、下面３４）との間の寸法が、モータ軸２４を含むモータ２０の全長よりも大きくなるような深さを有するように寸法決めされる。

図４を参照し、本実施形態に従って構成された関節部１６の作用効果について説明する。図４は、図３に示される支持体３０の、開放された面（正面）側から見た関節部１６を示している。また、図４は、モータ２０の軸線方向（図２の矢印Ａの方向）において、モータ２０を支持体３０から離間させた状態を示している。

本実施形態によれば、図４の紙面の手前側（図３の矢印Ｂの方向）に向かってモータ２０をスライドさせれば、モータ２０を支持体３０から取出すことができる。その際、モータ２０の本体２２から突出するモータ軸２４およびギヤ４２は、支持体３０に形成された凹部３８を通って移動できる。

同様に、モータ２０を支持体３０内に導入するときは、モータ軸２４およびギヤ４２を凹部３８に通した状態でモータ２０をスライドさせることによって、モータ２０を支持体３０に組付けられるようになる。

このように、本実施形態に従って凹部３８が形成された支持体３０を使用すれば、支持体３０の外形を変更することなく、凹部３８の深さの分だけ、モータ２０を移動させるのに必要なスペースを増大できる。換言すれば、モータ２０を支持体３０から容易に取出し、または支持体３０内に容易に導入できることを保証しながら、支持体３０ひいては関節部１６を小型化できるようになる。

図５は、別の実施形態に係る関節部１６を示している。本実施形態においては、減速機構部４０において使用される潤滑剤をシールするために、シール部材５０が使用される。シール部材５０は、モータ２０と凹部３８との間に設けられていて、減速機構部４０の周囲の空間と、支持体３０の内部空間ＳＰとの間を仕切っている。

モータ２０は、アダプタ５２をモータ軸２４の周りに備えている。アダプタ５２は、支持体３０の上面３２に形成された凹部３８の形状に応じて寸法決めされる。それにより、モータ２０を支持体３０に取付ける際に、アダプタ５２を介して、シール部材５０および凹部３８に対して十分な押圧力が付与され、必要なシール作用を実現できるようになっている。

アダプタ５２は、モータ２０に組付けられていて、モータ２０とともに一体的なユニットを構成していてもよい。その場合、モータ２０を交換する際、アダプタ５２は、モータ２０と一体的に支持体３０から取外される。

図６および図７は、モータ２０をモータ２０の軸線方向に（図５の矢印Ａの方向）に移動させた状態の関節部１６をそれぞれ示している。前述した実施形態と同様に、モータ軸２４およびモータ軸２４の先端に設けられたギヤ４２は、凹部３８を通って移動可能なので、支持体３０に干渉することなくモータ２０を支持体３０から取出せるようになる。

図８は、本実施形態に係る関節部１６の構成例を示している。この例において、減速機構部は、プーリーおよびベルトから構成されている。具体的には、モータ２０は、モータ軸２４の先端において第１のプーリー６０を備えている。第１のプーリー６０は、ベルト６２を介して出力側の第２のプーリー６４に連結されている。このようにして、モータ２０の回転は、減速機構部を介して被駆動体７０に伝達される。

図９は、図８に示される関節部１６において、モータ２０を支持体３０から取外した状態を示している。図示されるように、モータ２０の全長は、凹部３８と支持体３０の下面３４との間の距離よりも小さい。また、図面には明示されないものの、凹部３８は、第１のプーリー６０よりも大きい幅を有するように寸法決めされる。したがって、モータ２０を支持体３０の外部に取出す際、または支持体３０内に導入する際、第１のプーリー６０を凹部３８に通して移動させられる。

図１０および図１１は、本実施形態に係る関節部１６の別の構成例を示している。図１１は、図１０の線ＸＩ-ＸＩに沿って見た断面図である。この例の場合、モータ２０のモータ軸２４に取付けられたギヤ４２が、減速機構部４０に噛合するように構成されている。

図１１を参照すれば、ギヤの噛合を潤滑化するために、減速機構部４０の周囲の空間がグリースバスになっている。図１１では、グリースバスがハッチングで示されている。

グリースが内部空間ＳＰに漏出しないように、モータ２０と凹部３８との間には、シール部材５０が設けられている。モータ２０は、モータ軸２４側の本体２２に取付けられたアダプタ５２を備えている。アダプタ５２を介してシール部材５０に押圧力が付与され、所期のシール作用が実現される。

図示された実施形態においては、内部空間ＳＰの上面３２から突出して形成されるアダプタ取付部３９に凹部３８が形成されるようになっている。アダプタ取付部３９は、アダプタ５２の外形に応じて寸法決めされており、モータ２０を支持体３０に組付けるときに、アダプタ５２がアダプタ取付部３９に組付けられるようになっている。

図１２および図１３に示されるように、アダプタ取付部３９に形成された凹部３８を介して、モータ軸２４およびギヤ４２が移動可能になっている。したがって、前述した他の実施形態と同様に、モータ２０を支持体から容易に取外し、または支持体内に容易に導入できることを保証しながら、ロボットの関節部を小型化できるようになる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除または置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的または暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０ロボット（多関節ロボット）
２０モータ
２２本体
２４モータ軸
３０支持体
３２上面（対向面）
３４下面
３６側面
３８凹部
３９アダプタ取付部
４０減速機構部
４２ギヤ
５０シール部材
５２アダプタ
６０第１のプーリー（プーリー）
６２ベルト
６４第２のプーリー

Claims

産業用の多関節ロボット（１０）であって、
ギヤ（４２）またはプーリー（６０）をモータ軸（２４）の先端に備えていて、関節を駆動する動力を発生するモータ（２０）と、
前記モータ軸（２４）に対して一体的に回転する前記ギヤ（４２）またはプーリー（６０）の回転を減速する減速機構部（４０）と、
前記モータ（２０）および前記減速機構部（４０）を支持するとともに、前記モータ（２０）を収容する内部空間（ＳＰ）を画定する支持体（３０）と、
を備えており、
前記支持体（３０）は、前記内部空間（ＳＰ）において前記モータ（２０）に対向する対向面（３２）を有しており、
前記対向面（３２）は、前記モータ軸（２４）の中心軸線に対して垂直に広がっており、
前記対向面（３２）は、前記モータ軸（２４）の突出方向に向かって窪んでいて、かつ前記モータ軸（２４）の中心軸線に対して垂直に延びる溝状の凹部（３８）を有しており、
前記凹部（３８）は、前記ギヤ（４２）またはプーリー（６０）の直径よりも大きい幅を有しており、
前記凹部（３８）は、前記凹部（３８）と、前記凹部（３８）から前記モータ軸（２４）の中心軸線に対して平行な方向において最短距離に位置する前記多関節ロボット（１０）の構成部品との間の寸法が、前記ギヤ（４２）またはプーリー（６０）と前記モータ軸（２４）とを含む前記モータ（２０）の全長よりも大きくなるような深さを有しており、
前記凹部（３８）は、前記モータ軸（２４）および前記ギヤ（４２）またはプーリー（６０）を挿通可能な貫通孔を有しており、
前記モータ（２０）を前記中心軸線の方向にスライドさせて前記ギヤ（４２）またはプーリー（６０）を前記凹部（３８）内に位置付けた後、前記モータ（２０）を前記中心軸線に対して垂直な方向にスライドさせることにより、前記モータ（２０）の交換を可能にした、多関節ロボット（１０）。
前記モータ（２０）の最大外径が前記凹部（３８）の幅より大きく、前記モータ（２０）の出力側端面が前記支持体（３０）の前記対向面（３２）に支持される、請求項１に記載の多関節ロボット（１０）。
前記モータ（２０）が前記モータ軸の周りにアダプタ（５２）を備えており、前記アダプタ（５２）が前記凹部（３８）の形状に応じて寸法決めされており、前記モータ（２０）の出力側端面が前記アダプタ（５２）を介して前記凹部（３８）内で支持される、請求項１に記載の多関節ロボット（１０）。
前記モータ（２０）が前記モータ軸の周りにアダプタ（５２）を備えており、前記アダプタ（５２）が前記凹部（３８）の形状に応じて寸法決めされており、前記凹部（３８）が前記支持体（３０）の前記対向面（３２）から突出するアダプタ取付部（３９）によって形成されており、前記モータ（２０）の出力側端面が前記アダプタ（５２）を介して前記アダプタ取付部（３９）に支持される、請求項１に記載の多関節ロボット（１０）。
前記ギヤ（４２）またはプーリー（６０）は、前記貫通孔から突出した位置において前記減速機構部（４０）に連結されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の多関節ロボット（１０）。
前記凹部（３８）と前記モータ（２０）との間にシール部材（５０）をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の多関節ロボット（１０）。