JP6633605B2

JP6633605B2 - ロボット

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Publication number: JP6633605B2
Application number: JP2017245789A
Authority: JP
Inventors: 健蓮尾
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US20190193286A1; DE102018131870B4; US10632628B2; DE102018131870A1; CN109955221A; CN109955221B; JP2019111598A

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

関節の剛性を高める目的で、関節により連結される２つの部材の回転軸線方向の両側に配置した減速機および軸受により２つの部材を両持ち構造で支持したロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

実開平５−２９６９３号公報

特許文献１のような両持ち構造の関節を組み立てる際には、二股に分かれた一方の部材の間に他方の部材を挿入し、一方の部材の両外側から挿入した減速機および軸受により２つの部材を接続することが行われる。この場合に、ロボットが大型になる程、部品の重量が増大するので、固定された一方の部材の二股の間に、クレーンで吊り上げた他方の部品を挿入した状態に支持しつつ、他のクレーンで吊り上げた減速機やその他の部品を組み付けていく必要がある。このため、単一のクレーンしか備えられていない環境下では、ロボットの組立作業や保守作業等を行うことができないという不都合がある。

本発明は、単一のクレーンしか備えられていない環境下でも、組立作業や保守作業等を行うことができる両持ち構造の関節を有するロボットを提供する。

本発明の一態様は、１以上の関節を備え、少なくとも１つの前記関節が、所定の軸線回りに相対回転可能に配置される第１関節部材および第２関節部材と、前記第１関節部材の前記軸線方向の一側において、前記第１関節部材と前記第２関節部材とを前記軸線回りに相対回転可能に支持する減速機と、前記第１関節部材の前記軸線方向の他側において、前記第１関節部材と前記第２関節部材とを前記軸線回りに相対回転可能かつ前記軸線に沿う方向に相対移動可能に支持する軸受とを備え、前記第１関節部材および前記第２関節部材が、前記軸線に直交しかつ該軸線方向に相互に対向するフランジ面をそれぞれ備えるとともに、各前記フランジ面にボルトの締結によって該フランジ面どうしを密着させるためのネジ孔または貫通孔を備えるロボットである。

本態様に係るロボットを組み立てるには、第１関節部材および第２関節部材の軸線を一致させた状態として、第１関節部材の軸線方向の一側において減速機、他側において軸受により第１関節部材と第２関節部材とを連結する。これにより、第１関節部材に対して第２関節部材が両持ち構造で支持される。

この場合において、第１関節部材を固定しておき、第２関節部材をクレーンで吊り上げて、第１関節部材および第２関節部材の軸線を一致させ、まず、軸受によって両者を連結する。これにより、第１関節部材と第２関節部材は、軸受によって、同軸に位置決めされ、軸線回りに相対回転可能に支持されるとともに、軸線に沿う方向にも相対移動可能に支持される。

この状態で、第１関節部材と第２関節部材とを軸線に沿う方向に相対移動させて両者のフランジ面を近接させ、フランジ面に設けたネジ孔または貫通孔を利用してボルトの締結によってフランジ面どうしを密着させる。これにより、フランジ面間の摩擦によって、第１関節部材に対して第２関節部材を固定し、両者の相対回転および相対移動を禁止することができる。

次に、第２関節部材を吊り上げていたクレーンを第２関節部材から外し、減速機に掛け替えて減速機を吊り上げる。減速機の軸線を第２関節部材の軸線に一致させるまで吊り上げて、減速機の出力軸を第２関節部材に固定し、減速機の入力軸を第１関節部材に固定することができる。これにより、単一のクレーンによって第２関節部材および減速機を別々に吊り上げて組み立てることができる。

上記態様においては、前記第２関節部材が、前記フランジ面どうしを密着させた状態で、前記減速機の被嵌合面を前記軸線に沿う方向に嵌合可能な嵌合面を備えていてもよい。
この構成を採用することにより、減速機の入力軸を第１関節部材に固定する際に、減速機の被嵌合面を嵌合面に嵌合させた状態として、クレーンで第２関節部材を吊り直してから、フランジ面どうしを密着させていたボルトを取り外すことができる。

そして、減速機の入力軸と第１関節部材とがボルトによって締結されるに従って、第２関節部材に固定された減速機を第１関節部材に対して軸線方向に移動させて、嵌合面に対する被嵌合面の嵌合長さを増大させていく。嵌合が深まることにより減速機の入力軸と第１関節部材との位置決めが確立されていくとともに、フランジ面どうしが離間して、第１関節部材と第２関節部材との間に適正な隙間が形成される。

また、上記態様においては、前記嵌合面が、前記軸線と同軸に配置された円筒内面であってもよい。
この構成を採用することにより、軸線と同軸に配置された円筒内面からなる嵌合面に円筒面からなる減速機の被嵌合面を嵌合させて、減速機と第１関節部材とを容易に同軸に位置決めすることができる。

本発明によれば、単一のクレーンしか備えられていない環境下でも、組立作業や保守作業等を行う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を示す部分的な縦断面図である。図１のロボットの関節の軸受部分を示す拡大縦断面図である。図１のロボットの関節を構成する旋回胴に対しアームを吊り上げて位置合わせした状態を示す部分的な縦断面図である。図３のアームに軸受を嵌合し、かつ、アームと旋回胴とをボルトで固定した状態を示す部分的な縦断面図である。図４のアームに減速機を固定した状態を示す部分的な縦断面図である。図５の減速機を旋回胴に固定し、アームと旋回胴とを固定していたボルトを取り外した状態を示す部分的な縦断面図である。図６の関節にモータを取り付ける状態を示す部分的な縦断面図である。

本発明の一実施形態に係るロボット１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１は、例えば、複数の関節２を備える垂直多関節型ロボットである。このロボット１の１つの関節２は、例えば、図１に示されるように、鉛直軸線Ａ回りに回転させられる旋回胴（第１関節部材）３と、水平軸線（軸線）Ｂ回りに旋回胴３に対して回転させられるアーム（第２関節部材）４とを備えている。

旋回胴３には、アーム４に対して水平軸線Ｂ方向の両側に配置される２つの支持部５，６を備えている。旋回胴３の一方の支持部５とアーム４とは軸受７によって水平軸線Ｂ回りに回転可能に連結されている。旋回胴３の他方の支持部６とアーム４とは減速機８によって水平軸線Ｂ回りに回転可能に連結されている。これにより、アーム４は旋回胴３に対して両持ち構造で水平軸線Ｂ回りに回転可能に支持されている。

減速機８の後述する入力軸２２に設けられた入力ギヤ１０にはモータ１１の駆動ギヤ１２が噛み合っている。モータ１１の回転は駆動ギヤ１２から入力ギヤ１０に伝達され、減速機８によって減速されてアーム４に伝達される。これにより、モータ１１のトルクが減速機８の減速比に応じて増幅され、旋回胴３に対してアーム４を大きなトルクで水平軸線Ｂ回りに回転駆動することができる。

旋回胴３の一方の支持部５には、水平軸線Ｂに沿って貫通する第１嵌合孔１３が設けられている。また、アーム４には、第１嵌合孔１３と同軸に配置され、軸受７の外輪を嵌合させる第２嵌合孔１４が設けられている。第１嵌合孔１３および第２嵌合孔１４を貫通してシャフト１５が挿入されている。シャフト１５は、第１嵌合孔１３に嵌合する大径部１５ａと軸受７の内輪に嵌合する小径部１５ｂとを備え、旋回胴３の支持部５にボルト１６によって固定されている。

これにより、アーム４は、旋回胴３の第１嵌合孔１３に大径部１５ａを嵌合させたシャフト１５の小径部１５ｂと第２嵌合孔１４との間に配置された軸受７によって、水平軸線Ｂ回りに、旋回胴３に対して回転可能に支持されている。また、アーム４は、軸受７の外輪と第２嵌合孔１４との嵌合位置を水平軸線Ｂ方向にずらすことにより、旋回胴３に対して水平軸線Ｂに沿う方向に移動可能に支持されている。

旋回胴３の他方の支持部６は、減速機８を水平軸線Ｂ方向に通過させることができる大きさの内孔１７ａを有する円環状部１７と、円環状部１７の内孔１７ａを水平軸線Ｂ方向外方から閉塞する位置で、ボルト１８により円環状部１７に固定される円板状の減速機ブラケット１９と、減速機ブラケット１９にモータ１１を固定するためのモータブラケット２０とを備えている。

本実施形態においては、減速機８は、例えば、遊星歯車減速機であり、内側の円柱状のケーシング２１を有する入力軸２２に対して外側の円環状の出力軸２３を回転駆動する方式のものである。出力軸２３には出力軸２３の中心線に平行にボルト２４を貫通させる複数の貫通孔２３ａが設けられている。
アーム４には、減速機８の出力軸２３を水平軸線Ｂ方向に密着させるフランジ面２５が設けられている。フランジ面２５に設けられたネジ孔２６に、減速機８の貫通孔２３ａを貫通させられたボルト２４を締結することにより、減速機８の出力軸２３をアーム４に固定している。

減速機ブラケット１９は、減速機８の入力軸２２の円柱状のケーシング２１の外周面（被嵌合面）を嵌合させる円筒内面状の嵌合面２７を備えている。また、減速機ブラケット１９は嵌合面２７に外周面を嵌合させた状態の円柱状のケーシング２１の水平軸線Ｂ方向の端面を密着させる固定面２８を備えている。

固定面２８にはボルト２９を貫通させる複数の貫通孔１９ａが備えられている。
減速機８のケーシング２１の端面には固定面２８の貫通孔１９ａに対応する位置にネジ孔２１ａが設けられている。減速機ブラケット１９の固定面２８の貫通孔１９ａを貫通したボルト２９を端面に設けられたネジ孔２１ａに締結することにより、減速機ブラケット１９を減速機８の入力軸２２に確りと固定することができる。
モータブラケット２０は、モータシャフトを貫通させる貫通孔２０ａを備え、駆動ギヤ１２が入力ギヤ１０と噛み合うよう減速機ブラケット１９にモータ１１を位置決め状態に固定する平板状部材である。

本実施形態に係るロボット１においては、図２に示されるように、アーム４を軸受７によって旋回胴３に連結している一方の支持部５およびアーム４に、水平軸線Ｂに直交する方向に延び、かつ、水平軸線Ｂ方向に相互に対向するフランジ面３０，３１がそれぞれ設けられている。

一方の支持部５に設けられたフランジ面３１には、シャフト１５の大径部１５ａを嵌合させる第１嵌合孔１３の径方向外方に、周方向に間隔を空けて第１嵌合孔１３の軸線と平行に設けられた複数の貫通孔５ａが設けられている。アーム４のフランジ面３０には、支持部５のフランジ面３１に対向させられたときに貫通孔５ａに対応する位置に配置された複数のネジ孔３２が設けられている。
これらの貫通孔５ａおよびネジ孔３２は、ロボット１を組み立てる際、あるいはロボット１を分解する保守作業において使用されるものである。

このように構成された本実施形態に係るロボット１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１を組み立てるには、まず、図３に示されるように、固定された旋回胴３に対し、クレーンで吊り上げたアーム４を移動させて、アーム４の軸線が旋回胴３の水平軸線Ｂに一致する位置に配置する。

旋回胴３の一方の支持部５の外側から軸受７の内輪に小径部１５ｂを嵌合させて固定したシャフト１５を旋回胴３の第１嵌合孔１３およびアーム４の第２嵌合孔１４に嵌合させる。シャフト１５の大径部１５ａを支持部５の第１嵌合孔１３に嵌合させ、シャフト１５の小径部１５ｂに取り付けた軸受７の外輪をアーム４の第２嵌合孔１４に嵌合させ、シャフト１５をボルト１６によって支持部５に固定する。

これにより、アーム４が軸受７によって旋回胴３に水平軸線Ｂ回りに相対回転可能に支持されるとともに、軸受７の外輪の第２嵌合孔１４への嵌合位置を変化させることにより、アーム４を旋回胴３に対して水平軸線Ｂに沿う方向に微動させることができる。

そこで、図２および図４に示されるように、支持部５のフランジ面３１に設けた貫通孔５ａを貫通させてアーム４のフランジ面３０に設けたネジ孔３２にボルト３３を締結していく。これにより、ボルト３３の締結力によって、アーム４のフランジ面３０が支持部５のフランジ面３１に引き寄せられて密着させられる。すなわち、フランジ面３０，３１どうしが密着させられることにより、フランジ面３０，３１間に発生する摩擦によって、アーム４が旋回胴３に対して水平軸線Ｂ回りに回転および水平軸線Ｂに沿う方向に移動しないように固定される。

すなわち、この状態では、アーム４を吊り上げているクレーンを外しても、アーム４が旋回胴３に固定された状態に維持される。したがって、クレーンをアーム４から減速機８に掛け替えて、図４に示されるように、減速機８を吊り上げることができる。そして、吊り上げた減速機８を他方の支持部６側から円環状部１７の内孔１７ａを通して入力軸２２の中心線を水平軸線Ｂに一致させた状態に配置し、出力軸２３の貫通孔２３ａを通したボルト２４をアーム４のフランジ面２５に設けられたネジ孔２６に締結することにより、図５に示されるように、減速機８をアーム４に固定する。

次いで、減速機８を吊り上げていたクレーンを減速機ブラケット１９に掛け替えて、図５に示されるように、減速機ブラケット１９を吊り上げることができる。そして、吊り上げた減速機ブラケット１９の嵌合面２７に減速機８の入力軸２２のケーシング２１の外周面を嵌合させつつ、ボルト１８によって支持部６の円環状部１７に固定する。

そして、クレーンを再度、減速機ブラケット１９からアーム４に掛け替えて、アーム４を吊り上げた状態として、フランジ面３０，３１を密着させていたボルト３３を取り外し、減速機ブラケット１９の貫通孔１９ａを通したボルト２９を減速機８のケーシング２１の端面に設けられているネジ孔２１ａに締結していく。これにより、ボルト２９の締結力によって、水平軸線Ｂに沿って減速機ブラケット１９方向に減速機８を引き寄せ、嵌合面２７とケーシング２１の外周面との嵌合状態を深めていくとともに、減速機８の入力軸２２の端面を減速機ブラケット１９の固定面２８に密着させて確りと固定することができる。

また、減速機８が減速機ブラケット１９方向に移動させられることにより、アーム４のフランジ面３０と支持部５のフランジ面３１との間に適正な隙間が形成され、旋回胴３に対するアーム４の回転時に相互に接触することが防止される。
この後に、図６に示されるようにモータブラケット２０を減速機ブラケット１９に取り付け、図７に示されるように、モータ１１の駆動ギヤ１２を減速機８の入力ギヤ１０に噛み合わせながらモータ１１をモータブラケット２０に固定する。

これにより、ロボット１の関節２の組立が終了するとともに、アーム４を吊り上げているクレーンの吊り上げ状態を解除しても、モータ１１に備えられたブレーキによって、アーム４が水平軸線Ｂ回りに回転することが規制される。
ここで、モータブラケット２０およびモータ１１は比較的軽量であるためクレーンによる吊り上げが不要であるか、他の簡易な吊り上げ方法により組み付けることができる。

このように、本実施形態に係るロボット１によれば、旋回胴３とアーム４とを備える関節２の組立時に、ボルト３３によってフランジ面３０，３１を密着させて旋回胴３にアーム４を固定できる。したがって、アーム４を吊り上げていたクレーンを、アーム４に代えて減速機８および減速機ブラケット１９等の重量物に順次掛け替えて組み立てることができる。その結果、単一のクレーンしか備えられていない環境下でも、組立作業や保守作業等を行うことができるという利点がある。

本実施形態に係るロボット１を保守するため等に分解する場合には、上記と逆の手順によって行うことができる。
すなわち、図６に示されるように、アーム４を吊り上げた状態でモータ１１を取り外し、モータブラケット２０を取り外す。

次いで、減速機ブラケット１９と減速機８とを固定しているボルト２９を緩めて、一方の支持部５に設けた貫通孔５ａを貫通させたボルト３３をアーム４のフランジ面３０に設けられているネジ孔３２に締結する。これにより、旋回胴３とアーム４のフランジ面３０，３１どうしを相互に密着させて、旋回胴３にアーム４を固定する。

アーム４を吊り上げていたクレーンを減速機ブラケット１９に掛け直し、減速機ブラケット１９を旋回胴３の円環状部１７に固定していたボルト１８を緩めて減速機ブラケット１９を取り外す。
次いで、減速機ブラケット１９を吊り上げていたクレーンを減速機８に掛け直し、減速機８をアーム４に固定していたボルト２４を緩めて減速機８を取り外す。
これにより、単一のクレーンしか使用できない環境下でも、減速機８の交換を容易に行うことができる。

さらに分解する場合には、この状態から、減速機８を吊り上げていたクレーンを、再度アーム４に掛け直し、アーム４を吊り上げた状態として、フランジ面３０，３１どうしを密着させていたボルト３３を取り外す。そして、シャフト１５を旋回胴３に固定しているボルト１６を緩め、シャフト１５および軸受７をアーム４から引き抜くことにより、旋回胴３とアーム４とを分離することができる。

なお、本実施形態においては、ロボット１の関節２として旋回胴３とアーム４とを備える関節を例示したが、これに代えて、他の関節に適用してもよい。
また、減速機８の入力軸２２のケーシング２１を円柱状とし、その外周面を減速機ブラケット１９の円筒内面状の嵌合面２７に嵌合させることとしたが、両者に設けたピン孔に嵌合させるピンによって両者を移動可能に位置決めすることにしてもよい。

また、遊星歯車減速機の円柱状のケーシング２１からなる入力軸２２の径方向外方に円環状の部材からなる出力軸２３を有する場合を例示した。このため、旋回胴３の他方の支持部６の円環状部１７に固定される減速機ブラケット１９にケーシング２１を固定し、アーム４に円環状の出力軸２３を固定したが、これとは逆に円柱状のケーシング２１を出力軸２３とし、ケーシング２１の径方向外方の円環状の部材を入力軸２２としてもよい。

この場合に、上記実施形態においては、減速機ブラケット１９の円筒内面状の嵌合面２７にケーシング２１の外周面を嵌合させていたが、円環状の出力軸２３に円筒状の被嵌合面を設け、他方の支持部６の円環状部１７に設けた円筒内面（嵌合面）に嵌合させることにしてもよい。これにより減速機ブラケット１９をなくすことにしてもよい。
アーム４に設けたフランジ面３０にネジ孔３２を設けたが、これに代えて、貫通孔を設け、ボルト３３およびナットによって、フランジ面３０，３１どうしを密着させることにしてもよい。

１ロボット
２関節
３旋回胴（第１関節部材）
４アーム（第２関節部材）
５ａ貫通孔
７軸受
８減速機
２７嵌合面
３０，３１フランジ面
３２ネジ孔
３３ボルト
Ｂ水平軸線（軸線）

Claims

１以上の関節を備え、
少なくとも１つの前記関節が、所定の軸線回りに相対回転可能に配置される第１関節部材および第２関節部材と、前記第１関節部材の前記軸線方向の一側において、前記第１関節部材と前記第２関節部材とを前記軸線回りに相対回転可能に支持する減速機と、前記第１関節部材の前記軸線方向の他側において、前記第１関節部材と前記第２関節部材とを前記軸線回りに相対回転可能かつ前記軸線に沿う方向に相対移動可能に支持する軸受とを備え、
前記第１関節部材および前記第２関節部材が、前記軸線に直交しかつ該軸線方向に相互に対向するフランジ面をそれぞれ備えるとともに、各前記フランジ面にボルトの締結によって該フランジ面どうしを密着させるためのネジ孔または貫通孔を備えるロボット。
前記第２関節部材が、前記フランジ面どうしを密着させた状態で、前記減速機の被嵌合面を前記軸線に沿う方向に嵌合可能な嵌合面を備える請求項１に記載のロボット。
前記嵌合面が、前記軸線と同軸に配置された円筒内面である請求項２に記載のロボット。