JP6506195B2 - 回転軸モジュールおよび多関節ロボット - Google Patents
回転軸モジュールおよび多関節ロボットInfo
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Description
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記アクチュエータは、第一リンク(11)が取付けられるべき固定部材(21)と、該固定部材に対して相対的に回転可能であって第二リンク(12)が取付けられるべき可動部材(22)と含む。
3番目の発明によれば、2番目の発明において、前記アクチュエータの内部において前記線条体は電気を伝達するワイヤレス伝達部により部分的に接続されている。
4番目の発明によれば、1番目の発明において、前記アクチュエータの内部において前記線条体は電気およびエアを伝達するロータリジョイントを含む。
5番目の発明によれば、2番目の発明において、前記第一固定部は前記固定部材の回転軸またはその近傍に備えられると共に、前記第二固定部は前記可動部材の回転軸またはその近傍に備えられる。
6番目の発明によれば、3番目の発明において、前記ワイヤレス伝達部は中空構造であり、前記可動部材の回転軸に沿って延びるエア供給用チューブが前記ワイヤレス伝達部を通過している。
7番目の発明によれば、3番目の発明において、前記可動部材の回転軸に沿って延びるエア供給用チューブが前記ワイヤレス伝達部の外側に配置されている。
8番目の発明によれば、1番目から7番目のいずれかの発明において、前記アクチュエータは、減速機と駆動モータとの組み合わせである。
9番目の発明によれば、1番目から7番目のいずれかの発明において、前記アクチュエータは、ダイレクトドライブモータである。
10番目の発明によれば、8番目の発明において、前記減速機は、複数の平行軸または交差軸と、該複数の平行軸または交差軸に取付けられた複数の歯車と、前記複数の平行軸または交差軸を支持する複数の玉軸受とを含む。
11番目の発明によれば、2番目から10番目のいずれかの発明において、前記第一リンクおよび第二リンクのうちの少なくとも一方のリンク長またはオフセット量を変更する変更機構部を含む。
12番目の発明によれば、2番目から11番目のいずれかの発明において、前記アクチュエータは、前記可動部材の出力軸に対して垂直に配置されていて前記第一リンクおよび前記第二リンクのうちの一方に取付けられるべき第一取付部と、前記可動部材の前記出力軸に対して平行に配置されていて前記第一リンクおよび前記第二リンクのうちの他方に取付けられるべき第二取付部と、を含んでおり、前記第一取付部および前記第二取付部は、前記可動部材の第二リンク取付面と共通の取付インタフェースを有する。
13番目の発明によれば、2番目から12番目のいずれかの発明において、前記第一リンクおよび前記第二リンクは、中継用線条体と、該中継用線条体の一端が接続された第三中継部と、前記中継用線条体の他端が接続された第四中継部とを含んでおり、前記第一リンクの前記第三中継部は前記第一中継部に接続されるようになっており、前記第二リンクの前記第四中継部は前記第二中継部に接続されるようになっている。
14番目の発明によれば、13番目の発明において、前記中継用線条体、前記第三中継部および前記第四中継部のうちの少なくとも一つから、少なくとも一つの分岐線条体が分岐しており、前記中継用線条体および前記少なくとも一つの分岐線条体の配列を変更する配列変更部を含む。
15番目の発明によれば、2番目から14番目のいずれかの発明において、さらに、前記第一リンクおよび前記第二リンクが前記固定部材および前記可動部材にそれぞれ取付けられていない状態で、前記可動部材の出力軸の原点位置と前記固定部材の基準との間の相関関係を定義する定義機構部を含む。
16番目の発明によれば、2番目から15番目のいずれかの発明において、さらに、前記第一リンクおよび前記第二リンクが前記固定部材および前記可動部材にそれぞれ取付けられている状態で、前記可動部材の出力軸の原点位置と前記固定部材の基準との間の相関関係を定義する定義機構部を含む。
17番目の発明によれば、1番目から16番目のいずれかの発明において、前記回転軸モジュールを被覆するカバーを取り付ける取付部材を備える。
18番目の発明によれば、1番目から17番目のいずれかの発明において、前記アクチュエータを密閉するシール部を含む。
19番目の発明によれば、1番目から18番目のいずれかの発明において、前記線条体は、前記回転軸モジュールから着脱されるようにした。
20番目の発明によれば、1番目から19番目のいずれかの発明において、アクチュエータの内部を貫通する別の線条体が追加されるようにした。
21番目の発明によれば、2番目から20番目のいずれかの発明において、回転軸モジュールの可動部材に、ねじれ量測定器あるいはトルク測定器が取り付けられているかまたは内蔵されるようにした。
22番目の発明によれば、1番目から21番目のいずれかの回転軸モジュールを少なくとも一つ含むロボットが提供される。
また、回転軸モジュールの回転軸心付近に線条体を通し、回転軸モジュールの可動部材と固定部材に線条体を固定することで、線条体に作用するストレスをねじれ運動のみとすることができ、線条体へ作用するストレスを軽減し、長寿命化が期待できる。
更に回転軸モジュール内で線条体処理が完結しているため、回転軸モジュール交換時に交換作業が容易なものとなる。
3番目の発明においては、線条体がワイヤレス伝達部を含んでおり、可動部材と固定部材の境界部が、ワイヤレス伝達部の送信側部材と受信側部材の境界部に一致するように配置されているので、関節部を長期間使用した場合であっても、ワイヤレス伝達部の領域が劣化して寿命が低下することはない。部品等の摺動摩耗が発生しないためである。また、ワイヤレス伝達部の領域においては、線条体同士が交差しないように注意する必要もない。
4番目の発明においては、ロータリジョイントは回転動作しながら電気及びエアを伝送できるので、線条体の捩回処理を容易に行うことができる。また、ロータリジョイントの領域においては、線条体同士が交差しないように注意する必要もない。さらに、ロータリジョイントを用いているので、エアの伝送も可能となる。
5番目の発明においては、線条体を回転軸の中心付近で固定できるため、回転軸モジュールをコンパクトにすることができる。
6番目の発明においては、ワイヤレス伝達部の中空部分を通過するエア供給用チューブを用いてエアを供給できる。回転軸モジュールがロボットの一部である場合には、エア供給用チューブによりロボットのツールにエアを供給できる。6番目の発明により、エアチューブに作用するストレスがねじり動作のみとなり、エアチューブの寿命を延ばすことができる。
7番目の発明においては、ワイヤレス伝達部の外側を通過するエア供給用チューブを用いてエアを供給できる。回転軸モジュールがロボットの一部である場合には、エア供給用チューブによりロボットのツールにエアを供給できる。7番目の発明により、ワイヤレス伝達部自身に中空構造が不要となり、ワイヤレス伝達部をコンパクトにすると共に、コストを低減できる。
8番目の発明においては、駆動モータを小型化できるので、コンパクトな回転軸モジュールを提供でき、電力使用量も低減できる。また、駆動モータはブレーキを内蔵していても良い。
9番目の発明においては、ダイレクトドライブモータを用いることにより、減速機を使用することなしにリンクを直接的に駆動させることが可能となり、ロボットの位置決め精度を向上させられる。また、減速機が無いため、組立が比較的容易なものとなる。
10番目の発明においては、減速機の逆効率を意図的に向上させられるので、リンクに作用する外力が駆動モータ自体に伝わり易くなる。サーボフィードバック制御を用いることにより、接触センサを使用することなしに、ロボットが人間や周辺装置に接触したときにロボットを即時に停止させられる。またリンクやツール部を直接手で動かして、ロボットを操作すること(リードスルー)も容易となる。このことは、人間とロボットが協動して作業する場合に特に有利である。
11番目の発明においては、リンク長やリンクオフセット量を容易に変更できるので、ロボット使用者のロボットの適用自由度を向上させられる。
12番目の発明においては、ロボットの軸構成を容易に変更できるようになり、更なるロボット使用者のロボットの適用自由度を向上させられる。また、軸数も同じ回転軸モジュールやリンクを増やすことで自在に増やすことができる。
13番目の発明においては、中継用線条体自体を単純にできるので、ロボットの改造の作業性向上およびコストを低減できる。また、リンクを組み付ける際に、回転軸モジュールとリンクを接続し、中継部を嵌合するだけで良いので、組立作業が容易となる。
14番目の発明においては、最小の構成で中継用線条体などの配列を変更でき、中継用線条体の回路を最小限の数量にでき、中継用線条体のコストをさらに低減できる。また、ロボットの軸の場所によって、必要な回路を容易に変更でき、組替が容易なものとなる。
15番目の発明においては、リンクが取付けられていない状態で、回転軸モジュールでの軸原点位置のキャリブレーションを行うことができ、従来までは、通常ロボットの全軸を動かして行う必要のあったロボットの原点位置のキャリブレーションを各軸毎に1軸ずつ独立して行うことができるため、キャリブレーションが比較的容易にできる。またあらかじめキャリブレーションが完了している回転軸モジュールに交換すれば、キャリブレーションの必要も無くなり、ロボットの組替作業が容易となる。
16番目の発明においては、リンクが取付けられている状態で、回転軸モジュールでの軸原点位置のキャリブレーションを行うことができ、ロボット完成体の状態でのロボットの原点位置のキャリブレーションを、従来までは通常ロボットの全軸を動かして行う必要のあったキャリブレーションに比べ、比較的容易に行うことができる。
17番目の発明においては、回転軸モジュールおよびリンクの一部分にカバーが取付けられるので、衝撃を緩和させられる。このことは、人間とロボットが協動して作業する場合に特に有利である。
18番目の発明においては、リンク側のシール構造が不要になるので、ロボットを組替えるときの作業性を向上させられる。
19番目の発明においては、回転軸モジュール内の線条体のみの交換を可能とし、保守コストを低減させられる。
20番目の発明においては、別の線条体、例えばツール駆動用ケーブルやエアチューブを後から追加できるので有利である。また、ロボットの軸数を増やした場合に、アクチュエータ駆動線条体を容易に増設できる。
21番目の発明においては、回転軸モジュールの出力軸の正確なねじれ量あるいは出力軸に作用する正確なトルクを把握することができるので、駆動用モータのトルク情報などと組み合わせることで、繊細なサーボフィードバック制御を行うことができる。例えば、わずかな力が作用しても瞬時に停止させたり、ロボット使用者がロボットのリンクやツール部を直接動かして操作する(リードスルー)ことなどに有効である。
図1は本発明の回転軸モジュールを含むロボットの頂面図である。図1に示されるロボット1は六軸垂直多間接ロボットであり、六つの関節軸J1〜J6を含んでいる。それぞれの関節軸は後述する回転軸モジュール10または回転軸モジュール10’により駆動される。
10、10’ 回転軸モジュール
11 第一リンク
12 第二リンク
12a、12b リンク部分
15 留め具(変更機構部)
16 孔(変更機構部)
17 留め具(変更機構部)
20 アクチュエータ
21 固定部材
22 可動部材
23 第一固定部
24 第二固定部
25 第一中継部
26 第二中継部
29 線条体
30 ケース
31 第一取付部
32 第二取付部
35 ワイヤレス伝達部
36 ロータリジョイント
41、42、43、44、45、47、48 平歯車
46 前段キャリア
49 後段キャリア
53 第三中継部
54 第四中継部
58 配列変更部
59 中継用線条体
59a、59b 分岐線条体
51 第一オイルシール(シール部)
52 第二オイルシール(シール部)
54 エア供給用チューブ
60 位置決めブロック(定義機構部)
61 位置決めピン(定義機構部)
62 固定ピン(定義機構部)
63 ピン穴(定義機構部)
64、66 位置決めピン(定義機構部)
70a〜70d カバー
80 ねじれ量測定器
81 円板部材
82 半導体歪みゲージ
Claims (22)
- アクチュエータ(20)と、
該アクチュエータの中心軸線のみに沿って前記アクチュエータの内部を貫通して延びる線条体(29)と、
前記アクチュエータの一端側に位置していて前記線条体の一端が接続された第一中継部(25)と、
前記アクチュエータの他端側に位置していて前記線条体の他端が接続された第二中継部(26)と、
前記第一中継部と前記第二中継部との間で前記線条体を前記アクチュエータに固定する第一固定部(23)および第二固定部(24)と、を含む回転軸モジュール。 - 前記アクチュエータは、第一リンク(11)が取付けられるべき固定部材(21)と、該固定部材に対して相対的に回転可能であって第二リンク(12)が取付けられるべき可動部材(22)と含む、請求項1に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータの内部において前記線条体は電気を伝達するワイヤレス伝達部(35)により、前記可動部材と前記固定部材の境界部の空間でワイヤレスで電気を伝達する、請求項2に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータの内部において前記線条体は電気およびエアを伝達するロータリジョイント(36)を含む、請求項1に記載の回転軸モジュール。
- 前記第一固定部は前記固定部材の回転軸またはその近傍に備えられると共に、前記第二固定部は前記可動部材の回転軸またはその近傍に備えられる請求項2に記載の回転軸モジュール。
- 前記ワイヤレス伝達部は中空構造であり、前記可動部材の回転軸に沿って延びるエア供給用チューブが前記ワイヤレス伝達部を通過している、請求項3に記載の回転軸モジュール。
- 前記可動部材の回転軸に沿って延びるエア供給用チューブが前記ワイヤレス伝達部の外側に配置されている、請求項3に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータは、減速機と駆動モータとの組み合わせである請求項1から7のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータは、ダイレクトドライブモータである請求項1から7のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
- 前記減速機は、複数の平行軸または交差軸と、該複数の平行軸または交差軸に取付けられた複数の歯車(41、42、43、44、45、47、48)と、前記複数の平行軸または交差軸を支持する複数の玉軸受とを含む、請求項8に記載の回転軸モジュール。
- 前記第一リンクおよび第二リンクのうちの少なくとも一方のリンク長またはオフセット量を変更する変更機構部(15、16、17)を含む、請求項2に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータは、前記可動部材の出力軸に対して垂直に配置されていて前記第一リンクおよび前記第二リンクのうちの一方に取付けられるべき第一取付部(31)と、前記可動部材の出力軸に対して平行に配置されていて前記第一リンクおよび前記第二リンクのうちの他方に取付けられるべき第二取付部(32)と、を含んでおり、
前記第一取付部および前記第二取付部は、前記可動部材の第二リンク取付面と共通の取付用インタフェースを有する、請求項2に記載の回転軸モジュール。 - 前記第一リンクおよび前記第二リンクは、中継用線条体(59)と、該中継用線条体の一端が接続された第三中継部(53)と、前記中継用線条体の他端が接続された第四中継部(54)とを含んでおり、
前記第一リンクの前記第三中継部は前記第一中継部に接続されるようになっており、
前記第二リンクの前記第四中継部は前記第二中継部に接続されるようになっている、請求項2に記載の回転軸モジュール。 - 前記中継用線条体、前記第三中継部および前記第四中継部のうちの少なくとも一つから、少なくとも一つの分岐線条体(59a、59b)が分岐しており、
前記中継用線条体および前記少なくとも一つの分岐線条体の配列を変更する配列変更部(58)を含む、請求項13に記載の回転軸モジュール。 - さらに、前記第一リンクおよび前記第二リンクが前記固定部材および前記可動部材にそれぞれ取付けられていない状態で、前記可動部材の出力軸の原点位置と前記固定部材の基準との間の相関関係を定義する定義機構部(60〜63)を含む、請求項2に記載の回転軸モジュール。
- さらに、前記第一リンクおよび前記第二リンクが前記固定部材および前記可動部材にそれぞれ取付けられている状態で、前記可動部材の出力軸の原点位置と前記固定部材の基準との間の相関関係を定義する定義機構部(64、66、62)を含む、請求項2に記載の回転軸モジュール。
- 前記回転軸モジュールを被覆するカバー(70a〜70d)を取り付ける取付部材を備えた、請求項1から16のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータを密閉するシール部(51、52)を含む、請求項1から17のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
- 前記線条体は、前記回転軸モジュールから着脱されるようにした、請求項1から18のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
- 前記アクチュエータの内部を貫通する別の線条体が追加されるようにした、請求項1から19のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
- 前記可動部材および前記固定部材のうちの少なくとも一つに、ねじれ量測定器、トルク測定器および力センサのうちの少なくとも一つが取り付けられているかまたは内蔵されている、請求項2に記載の回転軸モジュール。
- 請求項1から21のいずれか一項に記載の回転軸モジュールを少なくとも一つ含むロボット。
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