JP6470342B2

JP6470342B2 - ロボットアームおよびロボット

Info

Publication number: JP6470342B2
Application number: JP2017077796A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山; 健一郎安部; 昌宏森岡
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: US20180290293A1; DE102018107821A1; CN108687796B; JP2018176337A; CN108687796A; DE102018107821B4; US10456907B2

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。

一般に、産業用ロボットのアームは、軽量化を図りながら強度を保持するために、アルミニウム合金等の金属により構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−０１８０５８号公報

しかしながら、金属製のロボットアームは軽量化に限界があるとともに、アクチュエータの取付面を精度よく製造するには、取付面を精度よく加工する必要があるため、製造コストが高く付くという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、強度を保持しながらさらなる軽量化を図るとともに、製造コストを低減することができるロボットアームおよびロボットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、樹脂製の長尺のアーム本体の両端に取付インタフェース部を備え、各該取付インタフェース部が、前記アーム本体に接続する樹脂製の接続部と、該接続部を構成する樹脂に埋め込まれ取付面を構成する金属部材とを備え、該金属部材が、板厚方向に貫通し取付ネジを貫通させる貫通孔を備えるとともに、前記取付面および該取付面とは反対側の前記貫通孔の周囲の前記取付ネジの座面を露出させて樹脂に埋め込まれているロボットアームを提供する。

本態様によれば、ロボットアームを構成するアーム本体および取付インタフェース部の接続部を樹脂で構成しているので、金属材料を使用する従来のロボットアームと比較して大幅に軽量化を図ることができる。この場合において、アーム本体の両端の取付インタフェース部の金属部材を相互に樹脂成形型に精度よく位置決めした状態で樹脂で接続部を成形するようにすることで、金属部材を精度よく機械加工しておきさえすれば、ロボットアームとして構成された後の機械加工が不要であり、製造コストを低く抑えることができる。

また、取付インタフェース部に備えられた金属部材の貫通孔に貫通させた取付ネジによりロボットアームをアクチュエータ等の被取付体に固定する場合に、金属部材の表面を取付ネジの座面として露出させているので、取付ネジの頭部と被取付体との間に樹脂を介在させずに取付ネジを締結することができ、繰り返し応力作用による取付ネジの緩み等を防止して、より確実に固定することができる。

また、図には示さないものの、上記の金属部材は、パイプ状の複数の金属部材を円周上に並べたものであってもよい。
上記態様においては、前記金属部材が前記貫通孔を複数備える平板状の部材であってもよい。

また、上記態様においては、前記アーム本体が内孔を有する中空のパイプ状に形成され、前記接続部が、前記内孔を開口させる中央孔を備える中空に形成され、前記金属部材が前記中央孔を取り囲む位置に配置されていてもよい。
このようにすることで、一の取付インタフェース部の取付面からアーム本体の内孔を通って他の取付インタフェース部の取付面まで貫通する１つの空間がロボットアーム内に形成される。この空間を利用してケーブル等の線条体を通すことができ、外側に線条体を露出させずに配線することができる。

また、上記態様においては、前記取付インタフェース部が、前記アーム本体の長手軸に平行に前記金属部材の前記取付面を配置していてもよい。
このようにすることで、アーム本体の長手軸に直交する軸線回りに回転駆動するアクチュエータに金属部材によって簡易に固定することができる。

また、上記態様においては、２つの前記取付インタフェース部の前記取付面が同一平面内または相互に平行に配置されていてもよい。
このようにすることで、２つの取付インタフェース部の取付面どうしを精度よく製造することができ、２つの平行な軸線回りに揺動可能な、典型的なロボットアームとして利用することができる。

また、上記態様においては、前記接続部に、該接続部内の空間を前記中央孔とは反対側において外部に開口させる開口部が設けられていてもよい。
このようにすることで、取付面をアクチュエータ等の被取付体に固定することにより、金属部材に取り囲まれた中央孔が閉塞された状態で、開口部を介してロボットアームの内部空間にアクセスすることが可能となり、線条体の配線作業等を容易に行うことができる。

また、上記態様においては、前記開口部を開閉可能に閉塞する蓋部材を備えていてもよい。
このようにすることで、開口部を開放して線条体の配線作業等を行った後に蓋部材によって開口部を閉じることにより、ロボットアームの内部空間を外部に対して閉塞することができる。

また、上記態様においては、前記金属部材が、前記接続部を構成する樹脂にインサート成形により埋め込まれていてもよい。
このようにすることで、接続部を構成する樹脂に金属部材を簡易に精度よく埋め込むことができる。

また、上記態様においては、前記金属部材の前記取付面が、前記接続部を構成する樹脂から突出して配置されていてもよい。
このようにすることで、周囲の樹脂を加工することなく、金属部材の取付面によってアクチュエータ等の被取付体に固定することができる。

また、上記態様においては、前記貫通孔が前記取付インタフェース部に周方向に間隔をあけて複数設けられ、前記アーム本体側に配置される１以上の前記貫通孔が、前記取付面とは反対側において前記接続部を構成する樹脂により閉塞されていてもよい。
このようにすることで、金属部材とアーム本体とが重なる部分においてはアーム本体が邪魔になって貫通孔に取付ネジを挿入することはできないが、取付面側に開口している貫通孔をアクチュエータ等の被取付体との間の位置決め用のピン孔として利用することができる。また、金属部材の貫通孔を円周上に等間隔で配置し、表裏を同一形状とすることで、金属部材の接続部に対する表裏や回転方向の位相の管理にあまり気を配らなくてもよい構造とすることができる。
また、本発明の他の態様は、上記いずれかのロボットアームを備えるロボットを提供する。

本発明によれば、強度を保持しながらさらなる軽量化を図るとともに、製造コストを低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットアームを示す斜視図である。図１のロボットアームを取付面側から見た斜視図である。図１のロボットアームの平面図である。図１のロボットアームの側面図である。図１のロボットアームを取付面側から見た図である。図１のロボットアームの取付インタフェース部の部分的な拡大縦断面図である。図６のＡ部分の拡大縦断面図である。図１のロボットアームを減速機に組み付けたロボットの関節軸部分を示す正面図である。図８の関節軸部分を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るロボットアーム１およびロボット１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットアーム１は、図１から図５に示されるように、円筒のパイプ状のアーム本体２と、該アーム本体２の長手軸方向の両端に設けられた２つの取付インタフェース部３とを備えている。

アーム本体２は、樹脂により構成されている。
また、取付インタフェース部３は、アーム本体２に接続する樹脂製の接続部４と、該接続部４を構成する樹脂に埋め込まれた平板状の金属プレート（金属部材）５とを備えている。金属プレート５は接続部４を構成する樹脂に、例えば、インサート成形によって埋め込まれている。

金属プレート５は、図２および図３に示されるように、中央孔６を有するリング板状に形成されている。金属プレート５には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔７が、周方向に間隔をあけて設けられている。
各接続部４は中空に構成され、アーム本体２の内孔２ａを、２つの金属プレート５の中央孔６に開口させている。

金属プレート５は、板厚方向の一面を取付面５ａとして、取付面５ａ全体を露出させている。
また、金属プレート５の板厚方向の他の面は、図６に示されるように、幾つかの貫通孔７の周囲を部分的に露出させた状態で、接続部４を構成する樹脂によって覆われている。貫通孔７の周囲に露出している金属プレート５の表面は、貫通孔７に挿入される取付ネジの座面として機能するように、取付ネジの頭部の外径より若干大きく露出している。
アーム本体２に重なる位置に配置されている貫通孔７については、金属プレート５を座面として露出させずに接続部４を構成する樹脂により貫通孔７を閉塞するように覆っている。このような構造とすることで、位置決めピンを入れた場合に、ロボット１００の動作などによって位置決めピンが抜けないようにすることができる。

また、金属プレート５の取付面５ａは、接続部４を構成する樹脂から突出した位置に配置されている。そして、２つの接続部４の金属プレート５の取付面５ａは、同一平面内に配置されている。
また、接続部４には、接続部４内の空間を金属プレート５の中央孔６とは反対側において外部に開口させる開口部８が設けられている。開口部８は後述する蓋部材１０によって閉塞することができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るロボットアーム１を製造するには、機械加工等によって精度よく製造された２枚の金属プレート５の取付面５ａとなる一側の表面を同一平面内に配置されるように治具等によって位置決めした状態で、アーム本体２および接続部４を構成する樹脂により金属プレート５をインサート成形することにより、アーム本体２の両端に２つの取付インタフェース部３を備えるロボットアーム１を製造する。

あるいは、各金属プレート５を接続部４にインサート成形した２つの取付インタフェース部３を、金属プレート５の取付面５ａが同一平面に配置されるように位置決めした状態でアーム本体２の両端に固定することによりロボットアーム１を製造する。

このようにして製造される本実施形態に係るロボットアーム１によれば、アルミニウム合金等の金属により構成した場合と比較して、ほぼ全体を樹脂により構成しているので、大幅な軽量化を図ることができる。
また、精度よく構成された金属プレート５をインサート成形して製造するので、２つの金属プレート５の取付面５ａを機械加工することなく精度よく配置することができる。これにより、機械加工が不要となり、製造コストを削減することができる。

特に、金属プレート５の取付面５ａを接続部４を構成する樹脂から突出させているので、ロボットアーム１を減速機出力軸１１０に取り付ける際に樹脂が邪魔にならずに済むという利点がある。

そして、このようなロボットアーム１を、図８および図９に示されるように、ロボット１００の減速機出力軸１１０等に固定することにより、簡易にロボット１００の関節軸を構成することができる。
この場合には、金属プレート５に設けられている貫通孔７に取付ネジ９を貫通させて減速機出力軸１１０のネジ孔に締結することにより、取付ネジ９の頭部を金属プレート５の取付面５ａとは反対側の表面である座面に押し付けることができる。

すなわち、取付ネジ９の頭部と減速機出力軸１１０との間に樹脂が存在する場合には、十分な締結を行うことができないため、ロボット１００が繰り返し動作することで取付ネジ９が緩んでしまう虞があるが、本実施形態においては、金属プレート５のみを取付ネジ９の頭部と減速機出力軸１１０との間に配置しているので、十分な締結力で締結することができて、取付ネジ９の緩みを確実に防止することができるという利点がある。

ただし、負荷によって、金属プレート５自体が接続部４の樹脂部材から剥離してしまわないように、十分注意する必要もある。このことを考慮すると、図７に示されるように、金属プレート５の側面において、取付面５ａから厚さ方向に間隔をあけた位置に径方向に突出した凸部１５が設けられる構造が好ましい。このようにすることで、金属プレート５が横断面形状を長手方向において凹凸の付いた形状で構成されるため、凸部１５が接続部４に引っかかり、接続部４の樹脂部材を破壊しないと金属プレート５が剥離しないようにすることができる。また、金属プレート５に凸部１５を設ける構造を例示したが、これに代えて、金属プレート５の側面において、厚さ方向の途中位置において径方向に凹んだ凹部を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態に係るロボットアーム１によれば、アーム本体２が内孔２ａを有する中空のパイプ状に形成され、金属プレート５が、中央孔６を有するリング板状に形成され、接続部４が、中央孔６に内孔２ａを開口させるように中空に形成されているので、一の取付インタフェース部３の取付面５ａからアーム本体２の内孔２ａを通って他の取付インタフェース部３の取付面５ａまで貫通する１つの空間がロボットアーム１内に形成される。これにより、この空間を利用してケーブル等の線条体を通すことができ、外側に線条体を露出させずに配線することができるという利点がある。

また、接続部４内の空間を金属プレート５の中央孔６とは反対側において外部に開口させる開口部８が設けられているので、取付面５ａをアクチュエータ１２０等の被取付体に固定することにより、金属プレート５の中央孔６が閉塞された状態で、開口部８を介してロボットアーム１の内部空間にアクセスすることが可能となり、線条体の固定作業や配線作業等を容易に行うことができるという利点がある。

なお、図９に示されるように、開口部８を閉塞する蓋部材１０を接続部４にネジによって固定する場合には、接続部４側に、開口部８に連通する中央孔１４を有するリング板状に形成された金属プレート１２をインサート成形によって埋め込んでおき、該金属プレート１２にネジ孔１３を設けておくことにより、蓋部材１０を緩まないように固定することができる。また、蓋部材１０をしっかり締結することにより、ロボットアーム１の強度向上を図ることができる。

また、座面となる金属プレート５の表面を露出させている貫通孔７については、上述したように取付ネジ９を用いて減速機出力軸１１０等に固定する際に利用することができるが、アーム本体２と重複して樹脂により閉塞されている貫通孔７については、減速機出力軸１１０との間の周方向の位置決めを行う位置決めピンを嵌合させるピン孔として使用することもできる。

また、本実施形態に係るロボットアーム１として、２つの金属プレート５の取付面５ａが同一平面内に配置されるように位置決めした状態で製造したものを例示したが、これに代えて、２つの金属プレート５の取付面５ａが相互に平行に配置されるように位置決めした状態で製造してもよい。

また、本実施形態においては、金属部材として中央孔６と該中央孔６の周囲に複数の貫通孔７を備えるリング板状の部材である金属プレート５を例示したが、これに代えて、単一の貫通孔７を有する座金状の金属部材を、中央孔６の周囲に複数配置して接続部４を構成する樹脂に埋め込むことにしてもよい。

１ロボットアーム
２アーム本体
２ａ内孔
３取付インタフェース部
４接続部
５金属プレート（金属部材）
５ａ取付面
６中央孔
７貫通孔
８開口部
９取付ネジ
１０蓋部材
１００ロボット

Claims

樹脂製の長尺のアーム本体の両端に取付インタフェース部を備え、
各該取付インタフェース部が、前記アーム本体に接続する樹脂製の接続部と、該接続部を構成する樹脂に埋め込まれ取付面を構成する金属部材とを備え、
該金属部材が、板厚方向に貫通し取付ネジを貫通させる貫通孔を備えるとともに、前記取付面および該取付面とは反対側の前記貫通孔の周囲の前記取付ネジの座面を露出させて樹脂に埋め込まれているロボットアーム。
前記金属部材が前記貫通孔を複数備える平板状の部材である請求項１に記載のロボットアーム。
前記アーム本体が内孔を有する中空のパイプ状に形成され、
前記接続部が、前記内孔を開口させる中央孔を備える中空に形成され、
前記金属部材が前記中央孔を取り囲む位置に配置されている請求項１または請求項２に記載のロボットアーム。
前記取付インタフェース部が、前記アーム本体の長手軸に平行に前記金属部材の前記取付面を配置している請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットアーム。
２つの前記取付インタフェース部の前記取付面が同一平面内または相互に平行に配置されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボットアーム。
前記接続部に、該接続部内の空間を前記中央孔とは反対側において外部に開口させる開口部が設けられている請求項３に記載のロボットアーム。
前記開口部を開閉可能に閉塞する蓋部材を備える請求項６に記載のロボットアーム。
前記金属部材が、前記接続部を構成する樹脂にインサート成形により埋め込まれている請求項１から請求項７のいずれかに記載のロボットアーム。
前記金属部材の前記取付面が、前記接続部を構成する樹脂から突出して配置されている請求項１から請求項８のいずれかに記載のロボットアーム。
前記貫通孔が前記取付インタフェース部に周方向に間隔をあけて複数設けられ、
前記アーム本体側に配置される１以上の前記貫通孔が、前記取付面とは反対側において前記接続部を構成する樹脂により閉塞されている請求項１から請求項９のいずれかに記載のロボットアーム。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のロボットアームを備えるロボット。