JP6538279B2 - ストッパ装置、回転関節、およびロボット - Google Patents

Description

[0001]本開示の諸実施形態は一般に、ストッパ装置に関し、特に、回転関節で使用するストッパ装置、回転関節、および回転関節を備えるロボットに関する。

[0002]一般に使用される多軸産業用ロボットは、取付け用カバーと、取付け用カバーにわたる軸の周りを旋回する旋回フランジと、旋回フランジ上に取り付けられるロボットアームとを含む。回転角度が予め設定された制限値に達したときに旋回フランジの動作角度を機械的に制限する目的で、取付け用カバーおよび旋回フランジにはストッパが付加される。

[0003]図１に示されるように、機械式ストッパは、回転関節のロボットハウジングユニット１上に装着される。円軌道２、および図３にさらに示される止めドッグ５が、カバー８上に装着され、カバー８は、ロボット本体上にボルトによって固定される。円軌道２と回転フランジ３との間に、図２にさらに示される単一スライダ１０が配置される。回転フランジ３にボルト４が差し込まれる。

[0004]前述の現存する技法の問題は、旋回角度の動作角度の制限値が、±３６０度の付近の値または±３６０度を超えた値に設定されることが不可能である、というものである。より具体的には、回転フランジ３が回転し始めると、ボルト４がフランジ３に沿って移動する。ボルト４は、スライダ１０にぶつかる位置に移動すると、それらが止めドッグ５によって妨げられるまで、スライダ１０を押して前進する。この場合、回転角度は３６０度−ω（ωは図１に示されている）である。回転フランジ３が反対方向に回転する場合、結果は同じである。したがって、この機械式ストッパの場合の回転角度範囲は、±（３６０−ω）度である。すなわち、旋回フランジ３の動作角度は、３６０度以上の値に設定されることが不可能である。さらに、動作角度が３６０度未満の値に設定される場合でも、動作角度を３６０度に近い値に設定することは困難である。

[0005]一般に、ロボット関節は、ケーブル性能および機械式ストッパの構造によって制限されて、単一方向に３６０度以上回転することが不可能である。しかし、いくつかの実作業用途では、広角回転、すなわち３６０度の完全円またはそれ以上のものが、ロボット関節によって要求される。当然のこととして、ストッパをなくすことも選択され得る。しかし、取付け用カバー８と旋回フランジ３との間に接続された、ロボットアームの駆動ケーブルまたは同様のもの（図示せず）を保護するために、旋回フランジ３の動作角度は、機械的に制限されなければならない。

[0006]したがって、旋回フランジ３の動作角度の制限値を±３６０度以上の値に設定することのできるストッパが求められている。

[0007]ロボット関節の回転角度が小さいという問題を解決すべく、本発明の目的は、旋回フランジの動作角度の制限値を±３６０度以上の値に設定することのできる、産業用ロボットで使用するストッパを提供することである。

[0008]前述の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、旋回シャフトの回転角度を制限するための、ロボット回転関節用ストッパ装置が提供される。ストッパ装置は、シャフトに固定され、シャフトの外周面から延在された、回転突起部と、ロボット回転関節の取付け用ハウジングに固定され、シャフトをその中にはめ込む、リングのような軌道と、軌道内に回転可能に収容され、回転するために互いに押し合うことの可能な、第１のスライダと第２のスライダと、ロボット回転関節のハウジングに固定され、シャフトの中心の方向に延在された、止め突起部とを備え、回転突起部が、回転するために第２のスライダを直接押すことは可能であるが、一方、回転するために第１のスライダを直接押すことは可能ではなく、シャフト、回転突起部、および第２のスライダが、回転する際に止め突起部によって妨げられることは不可能であるが、一方、第１のスライダが、回転する際に止め突起部によって妨げられることは可能であり、それにより、シャフトとハウジングとの間の相対的な回転が止められ得る。

[0009]本発明の好ましい一実施形態によれば、第１のスライダは、回転突起部が通過するのを可能にするために、シャフトの中心にその開口が向いている溝を有し、第２のスライダは、その自由端部がＴ字形である止め突起部が通過するのを可能にするために、シャフトの中心とは反対にその開口が向いた溝を有する。

[0010]本発明の好ましい一実施形態によれば、第１のスライダはＵ字形であり、第２のスライダは逆Ｕ字形である。

[0011]本発明の好ましい一実施形態によれば、第１のスライダが、シャフトの中心とは反対にその開口が向いた溝を有する回転突起部が通過するのを可能にするために、逆Ｔ字形であり、第２のスライダが、シャフトの中心にその開口が向いている溝を有する止め突起部が通過するのを可能にするために、Ｔ字形である。

[0012]本発明の好ましい一実施形態によれば、回転突起部の自由端部が逆Ｕ字形であり、止め突起部の自由端部が逆Ｕ字形である。

[0013]本発明の好ましい一実施形態によれば、回転突起部は、シャフトのねじ穴と係合されるボルトである。

[0014]本発明の好ましい一実施形態によれば、止め突起部は、ハウジング上に少なくとも１本のねじによって装着される。

[0015]本発明の好ましい一実施形態によれば、第１のスライダおよび第２のスライダは、旋回シャフトの周りの任意の位置に設けられ得る。

[0016]本発明の好ましい一実施形態によれば、回転突起部とシャフトが一体形成される。

[0017]本発明の好ましい一実施形態によれば、止め突起部とハウジングが一体形成される。

[0018]本発明の好ましい一実施形態によれば、旋回シャフトの動作角度範囲が±３６０度を超える。

[0019]本発明の好ましい一実施形態によれば、旋回シャフトの動作角度範囲が±５４０度未満である。

[0020]本発明の好ましい一実施形態によれば、第１のスライダ、第２のスライダ、止め突起部、および回転突起部の中心角度がそれぞれ、α、β、γ、およびθであり、旋回シャフトの動作角度範囲が、±［５４０−（α＋β＋γ／２＋θ）］度である。

[0021]本発明の別の態様によれば、上述されたストッパ装置を備える回転関節が提供される。

[0022]本発明の別の態様によれば、上述された回転関節を備えるロボットが提供される。

[0023]現存する従来技術と比較して、本発明は、広角回転対応の機械式ストッパを提供することができる。この機械式ストッパは、±３６０度をはるかに超える、より広い回転範囲を有する。それにより、ロボット手首がより柔軟に回転移動することが可能になり、それによって旋回時間が短縮し、作業効率が改善する。また、完全円移動を達成するようにロボット位置を調整することよりもむしろ、いくつかの特定の用途においてロボット手首を±３６０度を超えて回転させることのほうが、容易にプログラムされ得る。

[0024]本出願の諸実施形態の他の特徴および利点も、特定の例示的な実施形態についての以下の説明を、例として本発明の原理を示す添付の図面と併せ読めば、理解されよう。

[0025]本開示の上記および他の特徴は、その全体を通して同様の参照番号が同じまたは類似の構成要素を表す添付の図面を参照しつつ、説明の中に示される実施形態についての詳細な解説を通じて、より明らかとなろう。

[0026]回転関節内の現存するストッパを示す図。 [0027]図１の現存するストッパによるスライダの斜視図。 [0028]図１の現存するストッパによる止めドッグの斜視図。 [0029]本開示の一実施形態によるストッパの主要な要素を示す正面図。 [0030]本開示の一実施形態による第１のスライダの斜視図。 [0031]本開示の一実施形態による第２のスライダの斜視図。 [0032]本開示の一実施形態による止め突起部の斜視図。 [0033]本開示の一実施形態によるストッパの反時計回り動作を示す正面図。 [0034]本開示の一実施形態によるストッパの主要な要素の中心角度をそれぞれ示す図。 [0035]本開示の一実施形態によるストッパの時計回り動作を示す正面図。 [0036]本開示の別の実施形態によるストッパの主要な要素を示す正面図。 [0037]本開示の別の実施形態による第２のスライダの斜視図。 [0038]本開示の別の実施形態による第１のスライダの斜視図。 [0039]本開示の別の実施形態による止め突起部の斜視図。 [0040]本開示の別の実施形態による回転突起部の斜視図。 [0041]本開示の別の実施形態によるストッパの反時計回り動作を示す正面図。

[0042]図全体を通して、同じまたは類似の参照番号は、同じまたは類似の要素を示す。

[0043]以後、本開示において提供される解決策について、添付の図面を参照しつつ、諸実施形態を通じて詳細に説明される。これらの実施形態は、当業者が本開示をより良好に理解し実施することを可能にするためにのみ提示されており、本開示の範囲をいかなる形であれ限定することは意図されていないことが、理解されるべきである。

[0044]一般に、特許請求の範囲の中で使用されるあらゆる用語は、本明細書において別段明示的な定めのない限り、その技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つの（ａ）／１つの（ａｎ）／その（ｔｈｅ）／前記（ｓａｉｄ）［要素、デバイス、構成要素、手段、ステップなど］」へのあらゆる言及は、別段明示的な指定のない限り、複数のそのようなデバイス、構成要素、手段、ユニット、ステップなどを除外することなく、前記要素、デバイス、構成要素、手段、ユニット、ステップなどの少なくとも１つの実体に言及するものとして、オープンに解釈されるべきである。加えて、本明細書では、不定冠詞「１つの（ａ）／１つの（ａｎ）」は、複数のそのようなステップ、ユニット、モジュール、デバイス、およびオブジェクト、ならびにその他を除外するものではない。

[0045]一般に、本出願の諸実施形態は、新規なロボット関節用ストッパ装置を提供する。下のさらなる議論から明らかとなるように、広範囲ストッパ装置を提供するために、２つのスライダおよび２つの突起部が用いられる。

[0046]図４を参照すると、産業用ロボットの回転関節の一実施形態は一般に、取付け用ハウジング８と、取付け用シャフト８に対して相対的に回転可能な旋回シャフト３と、旋回シャフト３の動作角度を機械的に制限するためのストッパとを含む。産業用ロボットは、多軸ロボット、例えば６軸ロボットとすることができる。１つまたは複数の電気モータ、１つまたは複数のアーム、１つまたは複数のリンク、および駆動ケーブルまたは同様のものなど、産業用ロボットの他の構成要素は示されていない。

[0047]本出願の種々の実施形態の説明全体を通して、いくつかの類似要素の説明の繰り返しは省略される。

[0048]次に、本開示の第１の実施形態が実施され得るロボットの回転関節内の、旋回シャフトの回転角度を制限するためのストッパ装置の一例について説明するために、参照が行われる。ロボットシステムの一部分は複数のタイプの回転関節を有する。ロボットは、コントローラと、それぞれにアームを駆動するための電気モータが設けられた複数の関節アームとを有する。各関節は、異なる特性、移動の自由（例えば可動域もしくは自由度）、および／またはパッケージ空間を有することがあり、したがって、関節を通過するストッパ装置は一般に、特定の関節タイプに適応された特別な設計を必要とする。本発明の諸実施形態によれば、±３６０度にわたってなど、広範囲にわたって回転関節を作動させるために、共通の関節には同じ基本構成が適用され得る。

[0049]図４を参照すると、回転を容易にし、第１の角度位置から第２の角度位置への回転角度を制限するために、回転関節にストッパ装置が使用され得る。関節は、関節アームに接続され、関節は、アームがそれに与えられた軸上で回転するのを可能にする２つの回転部分、すなわち、取付け用ハウジング８と、旋回シャフト３とを含み、それらは相互に相対的に回転する。取付け用ハウジング８は固定され、旋回シャフト３は回転可能である。

[0050]一般に、ストッパ装置は、シャフト３に固定され、シャフト３の外周面から延在された、回転突起部４と、ロボット回転関節１の取付け用ハウジング８に固定され、シャフト３をその中にはめ込む、リングのような軌道２と、軌道２内に回転可能に収容され、回転するために互いに押し合うことの可能な、スライダ６とスライダ７と、ロボット回転関節１のハウジング８に固定され、シャフト３の中心の方向に延在された、止め突起部５とを備える。回転突起部４は、回転するためにスライダ７を直接押すことは可能であるが、一方、回転するためにスライダ６を直接押すことは可能ではない。

[0051]いくつかの実施形態によれば、スライダ６は、回転突起部４が通過するのを可能にするために、シャフト３の中心にその開口が向いている溝を有する。一変形形態は、スライダ６が、シャフト３の中心とは反対にその開口が向いた溝を有する回転突起部４が通過するのを可能にするために、逆Ｔ字形である、というものである。

[0052]シャフト３、回転突起部４、およびスライダ７は、回転する際に止め突起部５によって妨げられることは不可能である。例えば、スライダ７は、その自由端部がＴ字形である止め突起部５が通過するのを可能にするために、シャフト３の中心とは反対にその開口が向いた溝を有する。または、スライダ７は、シャフト３の中心にその開口が向いている溝を有する止め突起部５が通過するのを可能にするために、Ｔ字形である。しかし、スライダ６は、回転する際に止め突起部５によって妨げられることが可能であり、それにより、シャフト３とハウジング８との間の相対的な回転が止められ得る。

[0053]いくつかの実施形態によれば、回転突起部４は、シャフト３のねじ穴と係合されるボルトとすることができる。回転突起部４とシャフト３が一体形成され得ることも、理解されるべきである。

[0054]いくつかの実施形態によれば、止め突起部５は、ハウジング８上に少なくとも１本のねじによって装着され得る。止め突起部５とハウジング８が一体形成され得ることも、理解されるべきである。

[0055]さらに、いくつかの実施形態によれば、スライダ６およびスライダ７は、旋回シャフト３の周りの任意の位置に設けられ得る。

[0056]いくつかの実施形態のストッパ装置の作動原理について、下でさらに論じられる。図１〜図３に示される現存するストッパと比較して、元の単一スライダ１０が２つのスライダ、それぞれ、図５および図６に示されるＵ字形スライダ６と逆Ｕ字形スライダ７とに分離される。その場合、止め突起部５が、図７に示されるようにＴ字形に設計される。Ｕ字形スライダ６、７の溝は、Ｔ字形止め突起部５の突起した部分と合致する。より具体的には、止め突起部５の突起した部分は、スライダ７の溝を通過することができる。２つのスライダは、逆方向に装着される。これにより、一方のスライダは止め突起部５を通過するが、一方、他方は止め突起部５によって止められることが可能になる。±３６０度よりも大きく±５４０度よりも小さな回転範囲が達成され得る。

[0057]以後、本開示において提供される解決策を当業者に完全に、および網羅的に理解させるべく、本開示の諸実施形態において提供される±３６０度を超える角度をストッパ装置がどのように実現することができるかを示すために、ストッパ装置の反時計回り動作と時計回り動作とについて解説するための図８〜図１０への参照が行われる。

[0058]図８に示されるように、回転シャフト３が反時計回りに進むと、ボルト４が一緒に移動する。ボルト４は、スライダ６の位置に移動すると、元のようにスライダ６によって妨げられるのではなく、スライダ６の溝を通過する。スライダ６がスライダ７とは逆になっているので、ボルト４はスライダ７を押して前進する。それらが止め突起部５の位置に達すると、止め突起５の突起した部分が、スライダ７の溝を通過する。したがってスライダ７は、止め突起部５によって止まることなく前に移動する。スライダ７は、スライダ６の他方の側に達すると、スライダ６が止め突起部によって止められるまで、スライダ６を押して一緒に回転する。これらのスライダが止められる時点で、スライダ７はすでに、その元の位置を通り、３６０度を超えて回転している。

[0059]より具体的には、ボルト４は、図８に示されるように、中心角度θをもつカーブ設計を有する。スライダ６、７、および止め突起部５はそれぞれ、図９に示されるように中心角度α、β、およびγをもつカーブ設計を有する。この場合、回転シャフトが反時計回りに進むとき、回転角度範囲は５４０−φ度（ただしφ＝α＋β＋γ／２＋θ）である。

[0060]回転シャフトが図１０に示されるように時計回りに進む場合、ボルト４は初めにスライダ７に遭遇し、両スライダを、それらが止め突起部５によって止められるまで、押して前進する。この場合、回転角度範囲はやはり、５４０−φ度（ただしφ＝α＋β＋γ／２＋θ）である。

[0061]すなわち、この機械式ストッパの回転範囲は±（５４０−φ）度であり、φの値は、α、β、γ、およびθの値によって決まる。α、β、γ、およびθの値が小さいほど、φの値は小さくなり、回転範囲が大きく達成され得る。

[0062]したがって、上述されたように、±３６０度よりも大きく±５４０度よりも小さな回転範囲が達成され得る。より広い回転範囲により、ロボット手首がより柔軟に回転移動することが可能になり、それによって旋回時間が短縮し、作業効率が改善する。また、完全円移動を達成するようにロボット位置を調整することよりもむしろ、いくつかの特定の用途においてロボット手首を±３６０度を超えて回転させることのほうが、容易にプログラムされ得る。

[0063]上記は、一種のストッパ装置について説明しているが、その構造は上記に限定されず、限定されないが下で説明される他の構造をそれが採用することも可能である。

[0064]本出願によれば、機械式ストッパの解決策は、スライダおよび止め突起部の形状の特別な設計に基づいており、さまざまな状況において選択できるように他の形状の変形形態も利用可能である。例えば、本出願の別の実施形態では、図１２〜図１４に示されるように、スライダが、逆Ｔ字形スライダ６およびＴ字形スライダ７として設計され得、止め突起部５が、逆Ｕ字形として設計され得る。図４に示されるように、円軌道２およびＴ字形止め突起部５が、カバー８上に装着され、カバー８は、ロボット本体上にボルトによって固定される。円軌道２と回転シャフト３との間に、スライダ６、７が配置される。回転シャフト３にボルト４が差し込まれる。この場合、Ｔ字形スライダ７の突起した部分が、Ｕ字形止め突起部５の溝を通過する。これにより、前述されたのと同じ効果が達成され得る。この解決策では、ボルト４が逆Ｔ字形スライダ６によって妨げられないように、ボルト４も図１５に示されるような逆Ｕ字形ヘッドを有するように再設計されるべきである。

[0065]図１６に示されるように、回転シャフト３が反時計回りに進むと、ボルト４がスライダ６を通過し、スライダ７を押して前進する。元は、それらは、スライダが止め突起部５に接触すると止められる。しかし今回、スライダ７は、スライダと止め突起部が互い違いに置かれているので、止め突起部によって止められない。スライダ７は前に移動し、スライダ７とスライダ６が出会うと、スライダ６が止め突起部５によって止められるまで、スライダ６を押して一緒に移動する。この場合、シャフトは１つの円を超えて回転し、すなわち、±３６０度よりも大きく±５４０度よりも小さな回転範囲がやはり達成され得る。

[0066]先に、本開示の諸実施形態について、添付の図面を参照しつつ、諸実施形態を通じて詳細に説明されてきた。本明細書は、多くの特定の実施の詳細を含むが、これらの詳細は、任意の発明または特許請求され得るものの範囲を限定するものとして解釈されるのではなく、むしろ特定の発明の特定の実施形態に特定的であり得る特徴についての説明として解釈されるべきであることが、理解されるべきである。本明細書において別々の実施形態の文脈の中で説明されるいくつかの特徴が、単一実施形態において組合せで実施されてもよい。反対に、単一の実施形態の文脈の中で説明される種々の特徴が、複数の実施形態において別々に、または任意の適切な部分組合せで、実施されてもよい。さらに、特徴については上で、いくつかの組合せで作用するものとして説明され、そういうものとして最初に特許請求されることさえあるが、特許請求された組合せからの１つまたは複数の特徴が、場合によってはその組合せから削除されてよく、特許請求された組合せが、部分組合せまたは部分組合せの変形に向けられてよい。

[0067]前述の説明を添付の図面と併せ読み考慮すれば、本開示の前述の例示的な実施形態に対する種々の修正形態、適応形態が、当業者には明らかとなるであろう。あらゆる修正形態は、本開示の非限定的で例示的な実施形態の範囲内に依然として含まれる。さらに、本明細書に記載された本開示の他の実施形態が、前述の説明および関連図面において提示された教示の利益を得る、本開示のこれらの実施形態が関係する当業者には想到されよう。

[0068]したがって、本開示の諸実施形態は、開示された特定の実施形態に限定されるものではないということ、ならびに修正形態および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲に記載の範囲内に含まれることが意図されるということが、理解されるべきである。特定の用語が本明細書で使用されているが、それらは、限定のためではなく、一般的で説明的な意味で使用されているにすぎない。

Claims (15)

1. 旋回シャフト（３）の回転角度を制限するための、ロボット回転関節（１）用のストッパ装置であって、前記ストッパ装置が、
   前記シャフト（３）に固定され、前記シャフト（３）の外周面から延在された、回転突起部（４）と、
   前記ロボット回転関節（１）の取付け用のハウジング（８）に固定され、前記シャフト（３）をその中にはめ込む、リングのような軌道（２）と、
   前記軌道（２）内に回転可能に収容され、回転するために互いに押し合うことの可能な、第１のスライダ（６）と第２のスライダ（７）と、
   ロボット回転関節（１）の前記ハウジング（８）に固定され、前記シャフト（３）の中心の方向に延在された、止め突起部（５）と
   を備え、
   前記回転突起部（４）が、回転するために前記第２のスライダ（７）を直接押すことは可能であるが、一方、回転するために前記第１のスライダ（６）を直接押すことは可能ではなく、
   前記シャフト（３）、前記回転突起部（４）、および前記第２のスライダ（７）が、回転する際に前記止め突起部（５）によって妨げられることは不可能であるが、一方、前記第１のスライダ（６）が、回転する際に前記止め突起部（５）によって妨げられることは可能であり、それにより、前記シャフト（３）と前記ハウジング（８）との間の相対的な回転が止められ得る
   ことを特徴とする、ストッパ装置。
2. 前記第１のスライダ（６）が、前記回転突起部（４）が通過するのを可能にするために、前記シャフト（３）の中心にその開口が向いている溝を有し、
   前記第２のスライダ（７）が、その自由端部がＴ字形である前記止め突起部（５）が通過するのを可能にするために、前記シャフト（３）の中心とは反対にその開口が向いた溝を有する
   ことを特徴とする、請求項１に記載のストッパ装置。
3. 前記第１のスライダ（６）がＵ字形であり、前記第２のスライダ（７）が逆Ｕ字形であることを特徴とする、請求項２に記載のストッパ装置。
4. 前記第１のスライダ（６）が、前記シャフト（３）の中心とは反対にその開口が向いた溝を有する前記回転突起部（４）が通過するのを可能にするために、逆Ｔ字形であり、
   前記第２のスライダ（７）が、前記シャフト（３）の中心にその開口が向いている溝を有する前記止め突起部（５）が通過するのを可能にするために、Ｔ字形である
   ことを特徴とする、請求項１に記載のストッパ装置。
5. 前記回転突起部（４）の自由端部が逆Ｕ字形であり、前記止め突起部（５）の自由端部が逆Ｕ字形であることを特徴とする、請求項４に記載のストッパ装置。
6. 前記回転突起部（４）が、前記シャフト（３）のねじ穴と係合されるボルトであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストッパ装置。
7. 前記止め突起部（５）が、前記ハウジング（８）上に少なくとも１本のねじによって装着されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストッパ装置。
8. 前記第１のスライダ（６）および前記第２のスライダ（７）が、前記旋回シャフト（３）の周りの任意の位置に設けられ得ることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストッパ装置。
9. 前記回転突起部（４）と前記シャフト（３）が一体形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストッパ装置。
10. 前記止め突起部（５）と前記ハウジング（８）が一体形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストッパ装置。
11. 前記旋回シャフト（３）の動作角度範囲が±３６０度を超えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストッパ装置。
12. 前記旋回シャフト（３）の動作角度範囲が±５４０度未満であることを特徴とする、請求項１１に記載のストッパ装置。
13. 前記第１のスライダ（６）、前記第２のスライダ（７）、前記止め突起部（５）、および前記回転突起部（４）の中心角度がそれぞれ、α、β、γ、およびθであり、
    前記旋回シャフト（３）の動作角度範囲が、±［５４０−（α＋β＋γ／２＋θ）］度である
    ことを特徴とする、請求項１２に記載のストッパ装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のストッパ装置を備える回転関節（１）。
15. 請求項１４に記載の回転関節（１）を備えるロボット。

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