JP6610188B2 - ロボットの関節装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１アームに第２アームを回転可能に接続したロボットの関節装置に関する。

従来、この種の関節装置において、第１アームのフレームの側面に窓部を形成し、作業者が窓部からボルトを挿入して、ボルトにより第１アーム内のフランジに第２アームのフレームを固定するものがある（特許文献１参照）。

特開２００２−２３９９６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、ボルトを締め付ける位置が、第１アームのフレーム内において中央寄りにあり、フレームの側面から行う組立の作業性が低くなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、組立の作業性を向上させることのできるロボットの関節装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、周部及び底部を有する円筒状に形成された第１フレームと、前記第１フレームに固定されたモータと、円板状又は円筒状に形成され、前記モータにより回転させられるフランジと、円筒状に形成され、前記フランジに固定された第２フレームと、を備えるロボットの関節装置であって、前記第１フレームには、前記周部の一部から前記底部の所定部に渡る開口が形成されており、前記フランジの外周縁部は、前記所定部における前記開口に対向しており、前記外周縁部には、複数の貫通孔が形成されており、前記第２フレームの前記第１フレーム側の端部において、前記外周縁部に対向する部分には、複数のねじ穴が形成されており、前記複数の貫通孔にそれぞれ挿通されたねじが、前記複数のねじ穴にそれぞれ締め付けられて、前記フランジに前記第２フレームが固定されていることを特徴とする。

上記構成によれば、第１フレームは、周部及び底部を有する円筒状に形成されている。第１フレームには、モータが固定されている。モータにより、円板状又は円筒状に形成されたフランジが回転させられる。フランジには、円筒状に形成された第２フレームが固定されている。具体的には、フランジには、複数の貫通孔が形成されている。第２フレームの第１フレーム側の端部には、複数のねじ穴が形成されている。そして、複数の貫通孔にそれぞれ挿通されたねじが、複数のねじ穴にそれぞれ締め付けられて、フランジに第２フレームが固定されている。このため、モータが回転させられることにより、フランジに固定された第２フレームが回転させられる。

ここで、上記複数の貫通孔は、フランジの外周縁部に形成されている。上記複数のねじ穴は、第２フレームにおいてフランジの外周縁部に対向する部分に形成されている。第１フレームには、周部の一部から底部の所定部に渡る開口が形成されている。そして、フランジの外周縁部は、第１フレームの底部の所定部における開口に対向している。このため、第１フレームの開口から、フランジの外周縁部に形成された貫通孔に容易にねじを挿通させることができる。そして、開口に貫通孔が対向していない場合は、モータによりフランジを回転させることにより、開口に貫通孔を対向させることができる。さらに、開口は、第１フレームの底部の所定部に渡っているため、ねじを締め付ける工具等を底部の側から用いることができる。その結果、ロボットの関節装置において、組立の作業性を向上させることができる。

第２の手段では、前記モータの回転を減速して前記フランジに伝達する減速機を備え、前記減速機の出力軸は、前記フランジの中央に配置されており、前記モータは、前記フランジの前記外周縁部のうち、前記所定部における前記開口に対向する部分を除く部分の一部に対向して配置されている。

上記構成によれば、減速機により、モータの回転が減速されてフランジに伝達される。減速機の出力軸は、フランジの中央に配置されている。これに対して、モータは、フランジの外周縁部のうち、第１フレームの底部の所定部における開口に対向する部分を除く部分の一部に対向して配置されている。このため、フランジの外周縁部の一部に対向する空間を、モータを配置する空間として利用することができる。したがって、フランジの外周縁部にモータが対向しないようにフランジの径を拡大した構成と比較して、フランジの径を小さくすることができ、ひいてはロボットの関節装置を小型化することができる。

第３の手段では、前記開口は、前記底部において所定の弦よりも外側の部分を切除するように形成されている。

上記構成によれば、第１フレームの開口は、円筒状に形成された第１フレームの底部、すなわち円形状の底部において、所定の弦よりも外側の部分を切除するように形成されている。このため、開口の形状を簡潔にすることができ、第１フレームの製造が容易となる。

第４の手段では、前記複数の貫通孔は、前記フランジにおいて径方向の両端部に形成された一対の第１貫通孔と一対の第２貫通孔とからなり、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが前記所定部における前記開口に共に対向し得る範囲内に形成されている。

上記構成によれば、複数の貫通孔は、フランジにおいて径方向の両端部に形成された一対の第１貫通孔と一対の第２貫通孔とからなる。そして、第１貫通孔と第２貫通孔とが、所定部における開口に共に対向し得る範囲内に形成されている。このため、第１貫通孔と第２貫通孔とが所定部における開口に共に対向した状態で、それぞれにねじを挿通させて締め付けることができる。さらに、モータを回転させることにより、他方の第１貫通孔と第２貫通孔とを所定部における開口に対向させることができ、同様にねじを締め付けることができる。その結果、ロボットの関節装置において、組立の作業性を更に向上させることができる。

ロボットの関節装置を一部切除して示す斜視図。 ロボットの関節装置を一部切除して示す側面図。 ロボットの関節装置を軸線方向から見た図。 ロボットの関節装置のカバー取り付け前の状態を示す斜視図。 カバー取り付け前のロボットの関節装置を軸線方向から見た図。 ロボットの関節装置に工具を挿入した状態を示す斜視図。 工具によりねじを締め付ける状態を示す図。 ロボットの関節装置のカバー取り付け後の状態を示す斜視図。

以下、一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、多関節ロボットにおいて第１アームに第２アームを回転可能に接続した関節装置に具体化している。図１に示すように、ロボットの関節装置１０は、第１アーム２０と第２アーム５０とを備えている。なお、第１アーム２０は、ロボットの他のアームに接続される。また、第２アーム５０に他のアームやハンドが接続される。

第１アーム２０は、第１フレーム２１、モータユニット３０、フランジ４０等を備えている。

第１フレーム２１は、周部２２及び底部２３を有する円筒状に形成されている。第１フレーム２１には、周部２２の一部２２ａから底部２３の所定部２３ａに渡る開口２２ｂ，２３ｂが形成されている。開口２２ｂ（すなわち切除された一部２２ａ）は、第１フレーム２１の軸線方向において、第２アーム５０側の端部付近から底部２３側の端部まで所定の幅で延びている。開口２３ｂ（すなわち切除された所定部２３ａ）は、開口２２ｂとつながっている。開口２３ｂは、第１フレーム２１の軸線方向において、周部２２側の端部から反対側の端部まで開口２２ｂと等しい所定の幅で延びている。開口２２ｂ，２３ｂは、全体として長円状に形成されている。図３に示すように、開口２２ｂ，２３ｂは、底部２３において所定の弦２３ｃよりも外側の部分を切除するように形成されている。

図２に示すように、モータユニット３０は、筐体３１、モータ３３、減速機３５等を備えている。モータ３３及び減速機３５は、筐体３１に取り付けられている。減速機３５は、モータ３３の回転を減速して上記フランジ４０に伝達する。筐体３１は、第１フレーム２１に固定されている。

減速機３５の出力軸３５ａには、フランジ４０が取り付けられている。これにより、フランジ４０は、減速機３５を介してモータ３３により回転させられる。フランジ４０は円板状に形成されている。フランジ４０の径は、第１フレーム２１の周部２２の内径よりも若干小さくなっている。すなわち、第１フレーム２１の周部２２の内周面とフランジ４０の外周面との間には、所定のクリアランス（隙間）が設けられている。減速機３５の出力軸３５ａは、フランジ４０の中央に配置されている。

フランジ４０の外周縁部４０ａは、上記底部２３の所定部２３ａにおける開口２３ｂに対向している。すなわち、開口２２ｂ，２３ｂは、第１フレーム２１においてフランジ４０の外周縁部４０ａの一部を第１フレーム２１の軸線方向に投影した位置に形成されている（図３参照）。フランジ４０の外周縁部４０ａには、一対の貫通孔４０ｄと一対の貫通孔４０ｅとが形成されている。一対の貫通孔４０ｄ（第１貫通孔に相当）は、フランジ４０において径方向の両端部に形成されている。同様にして、一対の貫通孔４０ｅ（第２貫通孔に相当）は、フランジ４０において径方向の両端部に形成されている。貫通孔４０ｄと貫通孔４０ｅとは、底部２３の所定部２３ａにおける開口２３ｂに共に対向し得る範囲内、すなわちフランジ４０において開口２３ｂを第１フレーム２１の軸線方向に投影した範囲内に形成されている。

モータ３３は、フランジ４０の外周縁部４０ａのうち、開口２３ｂに対向する部分を除く部分の一部４０ｂに対向して配置されている。すなわち、モータ３３は、フランジ４０において外周縁部４０ａの一部４０ｂ側に偏って配置されている。

上記第２アーム５０は、第２フレーム５１を備えている。第２フレーム５１は、円筒状に形成されている。第２フレーム５１の第１フレーム２１側の端部において、フランジ４０の外周縁部４０ａに対向する部分５２には、複数のねじ穴５２ａが形成されている。ねじ穴５２ａはそれぞれ、フランジ４０の外周縁部４０ａに形成された貫通孔４０ｄ，４０ｅに対応する位置に形成されている。そして、貫通孔４０ｄ，４０ｅにそれぞれ挿通されたねじ５５が、ねじ穴５２ａにそれぞれ締め付けられている。これにより、フランジ４０に第２フレーム５１が固定されている。本実施形態では、ねじ５５は六角穴付ねじとなっている。

以下、ロボットの関節装置１０を組み立てる手順（すなわち関節装置１０の製造方法）を説明する。
１．第１フレーム２１にモータユニット３０を固定する。
２．減速機３５の出力軸３５ａにフランジ４０を取り付ける。なお、手順１と手順２とは順序が逆であってもよい。
３．フランジ４０に対する第２フレーム５１の位置を決める。例えば、フランジ４０及び第２フレーム５１に形成されたピン穴にピンを嵌合させる。
４．図４に示すように、第１フレーム２１の開口２２ｂ，２３ｂから、第１フレーム２１内にねじ５５を挿入する。
５．フランジ４０の外周縁部４０ａの貫通孔４０ｄ，４０ｅにねじ５５を挿入する。このとき、開口２２ｂ，２３ｂに貫通孔４０ｄ，４０ｅが対向していない場合は、図５に示すように、モータ３３によりフランジ４０を回転させて、開口２２ｂ，２３ｂに貫通孔４０ｄ，４０ｅを対向させる。すなわち、開口２２ｂ，２３ｂから貫通孔４０ｄ，４０ｅが見えない場合は、貫通孔４０ｄ，４０ｅが見える位置までフランジ４０を回転させる。
６．図６に示すように、第１フレーム２１の開口２２ｂ，２３ｂから、第１フレーム２１内に六角レンチＴ（工具）を挿入する。そして、ねじ５５の六角穴に六角レンチＴを嵌合させる。なお、「Ｌ」型の六角レンチＴの長い方の直線部分を、ねじ５５の六角穴に嵌合させてもよい。
７．図７に示すように、六角レンチＴを回転させて、ねじ穴５２ａにねじ５５を締め付ける。このとき、貫通孔４０ｄに対応するねじ穴５２ａと、貫通孔４０ｅに対応するねじ穴５２ａとにそれぞれねじ５５を締め付ける。
８．モータ３３によりフランジ４０を１８０°回転させて、手順５〜７を再度実行する。
９．図８に示すように、開口２２ｂ，２３ｂにカバー６０を取り付ける。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・複数の貫通孔４０ｄ，４０ｅは、フランジ４０の外周縁部４０ａに形成されている。複数のねじ穴５２ａは、第２フレーム５１においてフランジ４０の外周縁部４０ａに対向する部分５２に形成されている。第１フレーム２１には、周部２２の一部２２ａから底部２３の所定部２３ａに渡る開口２２ｂ，２３ｂが形成されている。そして、フランジ４０の外周縁部４０ａは、開口２３ｂに対向している。このため、第１フレーム２１の開口２２ｂ，２３ｂから、フランジ４０の外周縁部４０ａに形成された貫通孔４０ｄ，４０ｅに容易にねじ５５を挿通させることができる。そして、開口２２ｂ，２３ｂに貫通孔４０ｄ，４０ｅが対向していない場合は、モータ３３によりフランジ４０を回転させることにより、開口２２ｂ，２３ｂに貫通孔４０ｄ，４０ｅを対向させることができる。

・開口２２ｂ，２３ｂは、第１フレーム２１の底部２３の所定部２３ａに渡っているため、ねじを締め付ける六角レンチＴを底部２３の側から用いることができる。その結果、ロボットの関節装置１０において、組立の作業性を向上させることができる。なお、「Ｌ」型の六角レンチに限らず、電動式の直線状の六角レンチ等を用いることもできる。また、六角穴付ねじに限らず、その他のねじを用いることもできる。

・図７に示すように、開口２２ｂに近い位置でねじ５５を締め付けることができるため、六角レンチＴを一度に回転可能な角度を大きくすることができる。

・減速機３５により、モータ３３の回転が減速されてフランジ４０に伝達される。減速機３５の出力軸３５ａは、フランジ４０の中央に配置されている。これに対して、モータ３３は、フランジ４０の外周縁部４０ａのうち、開口２３ｂに対向する部分を除く部分の一部４０ｂに対向して配置されている。このため、フランジ４０の外周縁部４０ａの一部４０ｂに対向する空間を、モータ３３を配置する空間として利用することができる。したがって、フランジ４０の外周縁部４０ａにモータ３３が対向しないようにフランジ４０の径を拡大した構成と比較して、フランジ４０の径を小さくすることができ、ひいてはロボットの関節装置１０を小型化することができる。

・第１フレーム２１の開口２２ｂ，２３ｂは、底部２３において所定の弦２３ｃよりも外側の部分を切除するように形成されている。このため、開口２２ｂ，２３ｂの形状を簡潔にすることができ、第１フレーム２１の製造が容易となる。

・複数の貫通孔４０ｄ，４０ｅは、フランジ４０において径方向の両端部に形成された一対の貫通孔４０ｄと一対の貫通孔４０ｅとからなる。そして、貫通孔４０ｄと貫通孔４０ｅとが、所定部２３ａにおける開口２３ｂに共に対向し得る範囲内に形成されている。このため、貫通孔４０ｄと貫通孔４０ｅとが所定部２３ａにおける開口２３ｂに共に対向した状態で、それぞれにねじ５５を挿通させて締め付けることができる。さらに、モータ３３を回転させることにより、一対のうち他方の貫通孔４０ｄ，４０ｅを所定部２３ａにおける開口２３ｂに対向させることができ、同様にねじ５５を締め付けることができる。その結果、ロボットの関節装置１０において、組立の作業性を更に向上させることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・フランジ４０の貫通孔４０ｄ，４０ｅが、外周縁部４０ａにおいて等間隔で形成されていてもよい。その場合は、第２フレーム５１のねじ穴５２ａも、等間隔の貫通孔４０ｄ，４０ｅに対応した間隔で形成される。また、フランジ４０が円筒状に形成され、径方向において所定の厚みを有していてもよい。

・開口２２ｂ，２３ｂは、底部２３において所定の弦２３ｃよりも外側の部分を切除する形状に限らず、底部２３の周縁部を丸く切除する形状や、矩形状に切除する形状であってもよい。

・モータユニット３０が減速機３５を備えておらず、モータ３３がフランジ４０の中央に配置された構成を採用することもできる。この場合は、モータ３３がフランジ４０の外周縁部４０ａに対向しないようにすればよい。

１０…関節装置、２１…第１フレーム、２２…周部、２２ａ…一部、２２ｂ…開口、２３…底部、２３ａ…所定部、２３ｂ…開口、２３ｃ…弦、３３…モータ、３５…減速機、３５ａ…出力軸、４０…フランジ、４０ａ…外周縁部、４０ｄ…貫通孔、４０ｅ…貫通孔、５１…第２フレーム、５２ａ…ねじ穴、５５…ねじ。

Claims (5)

1. 周部及び底部を有する円筒状に形成された第１フレームと、
   前記第１フレームに固定されたモータと、
   円板状又は円筒状に形成され、前記モータにより回転させられるフランジと、
   円筒状に形成され、前記フランジに固定された第２フレームと、
   前記モータの回転を減速して前記フランジに伝達する減速機と、
   を備えるロボットの関節装置であって、
   前記第１フレームには、前記周部の一部から前記底部の所定部に渡る開口が形成されており、
   前記フランジの外周縁部は、前記所定部における前記開口に対向しており、
   前記外周縁部には、複数の貫通孔が形成されており、
   前記第２フレームの前記第１フレーム側の端部において、前記外周縁部に対向する部分には、複数のねじ穴が形成されており、
   前記複数の貫通孔にそれぞれ挿通されたねじが、前記複数のねじ穴にそれぞれ締め付けられて、前記フランジに前記第２フレームが固定されており、
   前記減速機の出力軸は、前記フランジの中央に配置されており、
   前記モータは、前記フランジの前記外周縁部のうち、前記所定部における前記開口に対向する部分を除く部分の一部に対向して配置されていることを特徴とするロボットの関節装置。
2. 前記開口は、前記底部において所定の弦よりも外側の部分を切除するように形成されている請求項１に記載のロボットの関節装置。
3. 周部及び底部を有する円筒状に形成された第１フレームと、
   前記第１フレームに固定されたモータと、
   円板状又は円筒状に形成され、前記モータにより回転させられるフランジと、
   円筒状に形成され、前記フランジに固定された第２フレームと、
   を備えるロボットの関節装置であって、
   前記第１フレームには、前記周部の一部から前記底部の所定部に渡る開口が形成されており、
   前記フランジの外周縁部は、前記所定部における前記開口に対向しており、
   前記外周縁部には、複数の貫通孔が形成されており、
   前記第２フレームの前記第１フレーム側の端部において、前記外周縁部に対向する部分には、複数のねじ穴が形成されており、
   前記複数の貫通孔にそれぞれ挿通されたねじが、前記複数のねじ穴にそれぞれ締め付けられて、前記フランジに前記第２フレームが固定されており、
   前記開口は、前記底部において所定の弦よりも外側の部分を切除するように形成されていることを特徴とするロボットの関節装置。
4. 前記複数の貫通孔は、前記フランジにおいて径方向の両端部に形成された一対の第１貫通孔と一対の第２貫通孔とからなり、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが前記所定部における前記開口に共に対向し得る範囲内に形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットの関節装置。
5. 周部及び底部を有する円筒状に形成された第１フレームと、
   前記第１フレームに固定されたモータと、
   円板状又は円筒状に形成され、前記モータにより回転させられるフランジと、
   円筒状に形成され、前記フランジに固定された第２フレームと、
   を備えるロボットの関節装置であって、
   前記第１フレームには、前記周部の一部から前記底部の所定部に渡る開口が形成されており、
   前記フランジの外周縁部は、前記所定部における前記開口に対向しており、
   前記外周縁部には、複数の貫通孔が形成されており、
   前記第２フレームの前記第１フレーム側の端部において、前記外周縁部に対向する部分には、複数のねじ穴が形成されており、
   前記複数の貫通孔にそれぞれ挿通されたねじが、前記複数のねじ穴にそれぞれ締め付けられて、前記フランジに前記第２フレームが固定されており、
   前記複数の貫通孔は、前記フランジにおいて径方向の両端部に形成された一対の第１貫通孔と一対の第２貫通孔とからなり、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とが前記所定部における前記開口に共に対向し得る範囲内に形成されていることを特徴とするロボットの関節装置。

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