JP6517599B2 - 直動関節のアーム基準位置を合わせるための冶具 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は直動関節のアーム基準位置を合わせるための冶具に関する。

従来より、多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなどさまざまな分野で用いられている。ある種の多関節ロボットアーム機構は、回転関節とともに移動長の比較的長い直動関節を装備している。

この移動長の比較的長い直動関節は、従来、手先の前後の移動を担っていた肘関節部を不要とし、容易に特異点を解消することができるので今後非常に有益な構造ではあるが、その長い移動長はアーム部を伸縮性のあるアームカバーで覆う構造を必要としている。

ところで周知の通り、ロボットアーム機構の出荷時又は設置時にはアーム部の制御上の認識長を実際の伸縮長に整合させる位置合わせ作業が必要とされる。典型的にはアーム部２を最も収縮させ、その位置を動作制御上の原点（直動関節のアーム基準位置）として制御部に認識させ（「原点出し」という）、アーム部の送り出し長を制御している。

図８は、アーム部を伸縮させる方向に対して垂直方向から見たロボットアーム機構１の外観側面を示す図である。ロボットアーム機構１は、略円筒形状の基部１０と、基部１０に接続されるアーム部２と、アーム部２の先端に取り付けられる手首部４とを有する。図８は、アーム部２をアームカバーで覆わない場合に最も収縮させた状態を示している。図８に示すように、アーム部２がアームカバーにより覆われていなければ、アーム部は、安定した状態で最も収縮させた位置に位置合わせすることができ、正しく原点出しすることが可能となる。

しかし、ロボットアーム機構１は、前述したように、アーム部２が伸縮性のあるアームカバーで覆われた状態で提供される。従って、アーム部２をアームカバーで覆った状態で最も収縮させると、図８に示す位置よりアームカバーを最も圧縮させた厚さ分の手前位置までしか収縮させることができない。図９は、アーム部２をアームカバー６で覆った場合に最も収縮させた状態を示している。なお、図９では、アーム部２が露出されるようにアームカバー６を切欠いて示している。また、図９に示すＬｂ（Short）は、アームカバー６を最も圧縮させた状態における圧縮方向の長さ（以下、収縮長と称する）を示している。

図９に示すように、アーム部２をアームカバー６で覆った場合には、アームカバー６の収縮長分の手前位置までしかアーム部２を収縮させることができないため、その位置で原点出しをする必要がある。

しかしながら、アームカバー６は、アーム部２の伸張に合わせてアーム部２の全体を覆うことができるように、例えば蛇腹状に構成されており、材質も弾力性のある素材が用いられる。従って、アーム部２をアームカバーで覆った状態で最も収縮させた時の位置は、アームカバー６の構造や材質の特性により常に同じ位置とすることが困難である。すなわち、従来のロボットアーム機構１では、アーム部２を取り外すことなく、アーム部２を安定した状態で位置合わせして原点出しをすることが困難となっていた。

目的は、アームカバーを取り外すこと無く、アーム部を安定した状態で位置合わせすることが可能な冶具を提供することにある。

本実施形態に係る冶具は、直動する角柱形状のアーム部を、伸縮するアームカバーで覆ってなる直動関節の前記アーム部の基準位置を合わせるための冶具であって、基部分と前記基部分から伸延する伸延部分とからなる一対の平板と、前記一対の平板を、前記アーム部を挟んで対峙する状態で連結するための連結板と、前記平板に前記連結板を締結する締結具とを有し、前記一対の平板の伸延部分は、前記アームカバーの収縮長よりも長く、前記基部分の幅が前記アーム部の高さと同等又は長く、前記伸延部分の幅が前記アーム部の高さより短いＴ字形に構成され、前記冶具が前記アーム部に装着されたとき前記平板の前記伸延部分は前記アーム部と前記アームカバーとの間隙に挿入されることを特徴とする。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。 図２は、図１のロボットアーム機構１からアームカバー６を除いた状態の外観斜視図である。 図３は、本実施形態に係るアーム基準位置を合わせるための冶具の外観構成を示す斜視図である。 図４は、本実施形態に係る冶具をアーム部２に装着する方法を示す図である。 図５は、アーム部への冶具の装着が完了した状態を示す図である。 図６は、本実施形態に係る冶具の周辺を視認可能とするためにアームカバー及び第３支持部を切欠いて示す図である。 図７は、アーム部を伸縮させる方向に対して垂直方向から見たアームカバーを切り欠いて示すロボットアーム機構の外観側面を示す図である 図８は、アーム部を伸縮させる方向に対して垂直方向から見たロボットアーム機構１の外観側面を示す図である。 図９は、アーム部をアームカバーで覆った場合に最も収縮させた状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構１を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構１の外観斜視図、図２は、図１のロボットアーム機構１からアームカバー６を除いた状態の外観斜視図である。ロボットアーム機構は、略円筒形状の基部１０と基部１０に接続されるアーム部２とアーム部２の先端に取り付けられる手首部４とを有する。手首部４には図示しないアダプタが設けられている。例えば、アダプタは後述の第６回転軸ＲＡ６の回転部に設けられる。手首部４に設けられたアダプタには、用途に応じたロボットハンドが取り付けられる。アーム部２は、円筒形又は他の筒形の蛇腹状に形成された、伸縮性のあるアームカバー６により覆われている。アームカバー６は、一方の端部が手首部４のアーム部２との接合部分に接続され、他方の端部が後述する第２支持部１１ｂの端部と接続される。アームカバー６は、アーム部２の直動に合わせて伸縮し、常時、アーム部２の全体を覆うことができる。なお、アームカバー６は、手首部４との接続部において着脱可能となっている。後述する冶具４０をアーム部２に装着させる際には、アームカバー６を、アーム部２を露出させることができる。 ロボットアーム機構は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１０から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はロボットハンドの姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動伸縮関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮関節部、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は直動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）の伸縮部分を表している。アーム部２は、例えば角柱形状に構成される。

第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部２が伸縮する関節である。

第４関節部Ｊ４は、第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節である。第４回転軸ＲＡ４は、後述の第７関節部Ｊ７が回転していないとき、つまりアーム部２の全体が直線形状にあるとき、第３移動軸ＲＡ３と略一致する。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

基部１０を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、アーム部２は第１支持体１１ａの軸回転とともに左右に旋回する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持部１１ｂが接続される。

第２支持部１１ｂは第１支持部１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持部１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１１ｂの他端は開放され、第３支持部１１ｃが第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１１ｃは第１支持部１１ａ及び第２支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持部１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１１ｂに収容され、また送出される。ロボットアーム機構の直動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂの連続する中空構造の内部に収納される。

第３支持部１１ｃはその後端下部において第２支持部１１ｂの開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動するとき、アーム部２は第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には接する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、手首部４及び手首部４に取り付けられたロボットハンドは第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてロボットハンドとともに上下（第５回転軸ＲＡ５を中心に垂直方向）に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転すると、ロボットハンドは左右に旋回する。

上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられたロボットハンドは、第１、第２、第３関節部Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部２の伸縮距離の長さは、基部１０の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にロボットハンドを到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが特徴的である。

第３支持部１１ｃには、直動するアーム部２を支持する射出部３０が収容される。射出部３０は、第３支持体１１ｃの先端の射出口３９の後方近傍に配置される。射出部３０は、角柱形状に構成されるアーム部２を支持するため、例えば略角筒形状のフレームに構成される。射出部３０は、フレームにより支持されたアーム部２を前方に送り出し、また後方に引き戻すと共に、アーム部２を搬送させる搬送部を有している。

図３は、本実施形態に係るアーム基準位置を合わせるための冶具４０の外観構成を示す斜視図である。図３に示す冶具４０は、アーム部２へ装着した状態の構成を示している。

冶具４０は、一対の平板４１Ａ，４１Ｂと、一対の連結板４２Ａ，４２Ｂと、平板４１Ａ，４１Ｂと連結板４２Ａ，４２Ｂとを締結する複数の締結具４３とから構成される。平板４１Ａは、基部分４５Ａと、基部分４５Ａから伸延する伸延部分４６Ａとからなる。平板４１Ｂは、平板４１Ａと同形に構成され、基部分４５Ｂと、基部分４５Ｂから伸延する伸延部分４６Ｂとからなる。

本実施形態における冶具４０は、締結具４３の締結により平板４１Ａ，４１Ｂ、連結板４２Ａ，４２Ｂを組み合わせて、図３に示す冶具４０を構成し、また締結具４３の取り外しにより平板４１Ａ，４１Ｂ、連結板４２Ａ，４２Ｂを個々に分離可能である。すなわち、本実施形態における冶具４０は、冶具４０を用いてアーム部２の原点出しをする場合に、必要に応じて組み立ててアーム部２に装着することができる。

基部分４５Ａ，４５Ｂは、ほぼ方形に形成され、一辺の中央に伸延部分４６Ａ，４６Ｂが形成される。基部分４５Ａ，４５Ｂの幅（Ｌｈ）は、アーム部２の高さと同等、又は僅かに長く（例えば、１ｃｍ以内）、伸延部分４６Ａ，４６Ｂの幅（Ｌｓｈ）は、アーム部２の高さより短い。従って、平板４１Ａ，４１Ｂは、Ｔ字形に構成される。

平板４１Ａ，４１Ｂの長手方向の長さ（Ｌｊ）は、原点出しをする際に、アーム部２を最も収縮させたアーム基準位置を規定する長さとなる。例えば、平板４１Ａ，４１Ｂの長手方向の長さ（Ｌｊ）は、１３．５ｃｍとする。また、伸延部分４６Ａ，４６Ｂの長さ（Ｌｋ）は、図９に示すアームカバー６の収縮長（Ｌｂ（Short））よりも例えば１ｃｍ程度、長く形成される。

平板４１Ａ，４１Ｂの基部分４５Ａ，４５Ｂは、少なくとも締結具４３を挿入させる穴を形成可能な厚さを有する。締結具４３は、例えばねじ部材により構成される。従って、基部分４５Ａ，４５Ｂの連結板４２Ａ，４２Ｂを装着させる２辺には、それぞれ締結具４３（ねじ部材）を係合させるためのねじ穴が例えば２つずつ形成される。

連結板４２Ａ，４２Ｂは、一対の平板４１Ａ，４１Ｂを、アーム部２を挟んで対峙する状態で連結するための部材である。連結板４２Ａ，４２Ｂは、例えば方形に形成され、少なくとも相対する２辺が、平板４１Ａ，４１Ｂの間隔幅（Ｌｗ）を規定する長さに形成される。平板４１Ａ，４１Ｂの間隔（Ｌｗ）は、アーム部２の幅と同等、又は僅かに長く（例えば、１ｃｍ以内）する。

連結板４２Ａ，４２Ｂには、締結具４３を貫通させるための貫通穴が、平板４１Ａ，４１Ｂの基部分４５Ａ，４５Ｂを装着させる辺の近傍に設けられる。連結板４２Ａ，４２Ｂに設けられる貫通穴は、平板４１Ａ，４１Ｂの基部分４５Ａ，４５Ｂに設けられたねじ穴の位置に合わせて形成される。締結具４３は、連結板４２Ａ，４２Ｂの貫通穴を介して、基部分４５Ａ，４５Ｂのねじ穴に係合される。

図４は、本実施形態に係る冶具４０をアーム部２に装着する方法を示す図である。

冶具４０をアーム部２に装着する場合、アーム部２を覆うアームカバー６を手首部４から取り外してアーム部２を露出させる。

まず、平板４１Ａ，４１Ｂを１枚の連結板４２Ｂにより連結する。これにより、図４に示すように、平板４１Ａ，４１Ｂ、連結板４２Ｂによりアーム部２を導入することが可能な開口部が形成される。この開口部をアーム部２の下方から合わせて、アーム部２を平板４１Ａ，４１Ｂの間に導入する。そして、図４に示すように、連結板４２Ａを締結具４３により平板４１Ａ，４１Ｂに固定し、平板４１Ａ，４１Ｂを連結する。

図５は、アーム部２への冶具４０の装着が完了した状態を示している。

前述したように、基部分４５Ａ，４５Ｂの幅（Ｌｈ）は、アーム部２の高さと同等、又は僅かに長く、また平板４１Ａ，４１Ｂの間隔幅（Ｌｗ）は、アーム部２の幅と同等、又は僅かに長くなるように構成されている。すなわち、冶具４０は、アーム部２と固定されていないため、図５に示すようにアーム部２に装着された状態において、アーム部２に沿って移動可能となる。

また、アーム部２が角柱形状に構成され、アームカバー６が筒形状に構成されるため、アーム部２の各面とアームカバー６の内側との間に、ほぼ弓形の間隙が形成される。間隙の幅は、アーム部２の面の中央付近が最も広くなる。また、平板４１Ａ，４１Ｂに形成された伸延部分４６Ａ，４６Ｂは、基部分４５Ａ，４５Ｂの一辺の中央から形成され、その幅（Ｌｓｈ）がアーム部２の高さより短く構成されている。従って、冶具４０がアーム部２に装着されたとき、伸延部分４６Ａ，４６Ｂは、アーム部２とアームカバー６との間隙に挿入され、アームカバー６の伸縮に影響しない。

図６及び図７は、冶具４０を用いて原点出しをするためにアーム部２の位置決めをした状態を示している。図６は、冶具４０の周辺を視認可能とするためにアームカバー６及び第３支持部１１ｃを切欠いて示す図、図７は、アーム部２を伸縮させる方向に対して垂直方向から見たアームカバー６を切り欠いて示すロボットアーム機構１の外観側面を示す図である。

冶具４０をアーム部２に装着した状態でアーム部２を収縮させた場合、基部分４５Ａ，４５Ｂの伸延部分４６Ａ，４６Ｂが設けられていない側の辺が手首部４の端部５０に当接し、伸延部分４６Ａ，４６Ｂの先端部が第３支持体１１ｃの射出口３９に当接するまで、アーム部２を収縮させることができる。すなわち、平板４１Ａ，４１Ｂが手首部４と射出口３９とに当接した位置が、アーム部２を最も収縮させた状態となる。アームカバー６は、アーム部２を収縮させる際に、平板４１Ａ，４１Ｂの基部分４５Ａ，４５Ｂが当接することにより圧縮される。伸延部分４６Ａ，４６Ｂの長さ（Ｌｋ）は、アームカバー６の収縮長（Ｌｂ（Short））よりも長い。このため、アームカバー６が収縮長まで圧縮される前に、伸延部分４６Ａ，４６Ｂの先端部が第３支持体１１ｃの射出口３９に当接する。

このようにして、冶具４０を用いることにより、アーム部２からアームカバー６を取り外すこと無く、アーム部２を安定した状態で位置合わせすることが可能となる。すなわち、冶具４０（平板４１Ａ，４１Ｂ）の長さに応じた位置まで正確にアーム部２を収縮させることができるため、その位置を動作制御上の原点（直動関節のアーム基準位置）として原点出しすることにより、安定したアーム部２の送り出し長の制御を実現することが可能となる。

なお、前述した実施形態では、冶具４０は、２枚の平板４１Ａ，４１Ｂを含んでいるが、少なくとも１枚の平板があれば良い。また、本実施形態における冶具４０は、アーム部２が角柱形状に構成されているため、板状の４枚の部材（平板４１Ａ，４１Ｂ、連結板４２Ａ，４２Ｂ）を組み合わせて、アーム部２の外周面に沿って装着可能な構成にしているが、アーム部２の外形状に応じた他の形状とすることも可能である。例えば、アーム部２が円柱状に構成されている場合には、アーム部２の外周面に沿って装着することができる円柱部分を有するように冶具を構成する。

また、前述した冶具２０は、４つの部材（平板４１Ａ，４１Ｂ、連結板４２Ａ，４２Ｂ）を組み合わせて構成されているが、部材の数は４つでなくても良い。例えば、２つの部材を組み合わせるようにして冶具４０を構成することも可能である。

また、例えば、平板４１Ａ，連結板４２Ａ，平板４１Ｂ、連結板４２Ｂの順に、それぞれの間をヒンジ機構により連結して、相互に回動可能となるように一体化しても良い。この場合、アーム部２に一体化された部材を取り付け、平板４１Ａと連結板４２Ｂとを締結具により締結することにより、冶具４０をアーム部２に装着することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ロボットアーム機構、２…アーム部、４…手首部、６…アームカバー、１０…基部、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…関節部、１１ａ…第１支持体、１１ｂ…第２支持体、１１ｃ…第３支持体、４０…冶具、４１Ａ，４１Ｂ…平板、４２Ａ，４２Ｂ…連結板、４３…締結具。

Claims (4)

1. 直動する角柱形状のアーム部を、伸縮するアームカバーで覆ってなる直動関節の前記アーム部の基準位置を合わせるための冶具において、
   基部分と前記基部分から伸延する伸延部分とからなる一対の平板と、
   前記一対の平板を、前記アーム部を挟んで対峙する状態で連結するための連結板と、
   前記平板に前記連結板を締結する締結具とを有し、
   前記一対の平板の伸延部分は、前記アームカバーの収縮長よりも長く、前記基部分の幅が前記アーム部の高さと同等又は長く、前記伸延部分の幅が前記アーム部の高さより短いＴ字形に構成され、前記冶具が前記アーム部に装着されたとき前記平板の前記伸延部分は前記アーム部と前記アームカバーとの間隙に挿入されることを特徴とする冶具。
2. 前記平板の伸延部分は、方形に形成された前記平板の１辺の中央に形成されることを特徴とする請求項１記載の冶具。
3. 前記締結具の締結により前記一対の平板と連結板とを組み合わせて前記冶具を構成し、前記締結具の取り外しにより前記一対の平板と連結板とを個々に分離可能としたことを特徴とする請求項１記載の冶具。
4. 前記冶具が前記アーム部に装着されたとき、前記冶具は、前記アーム部に沿って移動可能とすることを特徴とする請求項１記載の冶具。

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