JP6777687B2 - 複数の接続インタフェースを備えるロボットアーム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットアームに関し、特に複数の接続インタフェースを備えるロボットアームに関する。

ロボットアームのアーム長さ、可搬能力、速度等のスペックを変更してロボットのバリエーション展開を行う際、共通の部品をベースに手首ユニット、前腕ユニット等のユニットのみを変更する場合がある。これらユニットの組付けインタフェースが基準となるロボットの接続インタフェースと異なる場合には、組付けインタフェースを変換するアダプタを作成して組立を行っていた。

斯かるロボットアームにおいて、ハンド、溶接機、ねじ締め機等のエンドエフェクタをアームの先端に接続する接続インタフェースに関する技術が公知である（例えば特許文献１−４を参照。）。

特許文献１には、産業用ロボットアームの手首に搭載されるように構成されたツール交換装置が開示されている。ツール交換装置は、手首のフランジの導管又は孔に接続される孔又はキャビティを含む環状体と、環状体をツールの接続体に固定するための装置と、を備えており、ロボットとツールとの間で完全な内部接続を可能とする。

特許文献２には、エンドエフェクタを着脱する着脱用装置を別途用いることなく、エンドエフェクタの着脱を行うことができるロボットアームが開示されている。ロボットアームの先端部は、エンドエフェクタを係合する係合位置と係合を解除する係合解除位置との間を移動する係合部材と、係合位置と係合解除位置との間で係合部材を移動させる移動部材と、係合解除位置から係合位置に向かう方向に係合部材を付勢するコイルバネと、を含み、移動部材が係合部材を係合位置から係合解除位置に移動させて係合を解除する。

特許文献３には、多関節アームの先端回動部にホルダを回転可能に取付け、ホルダに複数種のハンドを装着し、ホルダの回転により各ハンドを作業位置に順次切換えるように構成した産業用ロボットが開示されている。

特許文献４には、移動アームの先端に取付けられ、複数のハンドを選択的に交換して装着するためのハンド着脱機構が開示されている。ハンド着脱機構は、ハンドに一体的に形成され、内テーパ面を有する円筒状の位置決めボスと、位置決めボス内に嵌入可能に形成された円筒状のロック筒と、ロック筒の半径方向に沿って貫通した状態で形成された複数の透孔と、各透孔内に収納され、ロック筒の外周面から半径方向外方に突出可能に配設された複数のロック用ボールと、ロック用ボールを半径方向外方に突出させることにより内テーパ面に当接させて、ハンドを移動アームの先端にロックさせる機構と、各ロック用ボールの抜け落ちを防止する係止スリーブと、を具備する。

特開２０１７−１００２７８号公報 特開２０１４−１８８６１６号公報 特開平９−２９０３８４号公報 特開平４−３５４６８７号公報

ロボットアームのバリエーション展開の際に、前述したように形状の異なる複数種類のユニットに対して個別にアダプタを作成すると、部品点数が増大すると共に、アダプタ分のコストが掛かるため、ロボットのコストも増大するという問題があった。

一方、手首ユニット、前腕ユニット等の種々のユニットは、減速機を介して他のユニットに接続することもあるが、減速機は市販品を採用することが多いため、減速機側の組付けインタフェースには種々の制約があった。

そこで、簡易な方法でロボットアームのバリエーション展開を行う技術が求められている。

本開示の一態様は、近位ユニットに遠位ユニットを接続して使用するロボットアームであって、近位ユニットは形状の異なる複数種類の遠位ユニットに対して接続可能な複数の接続インタフェースを備え、接続インタフェースは形状の異なる複数種類の減速機に対して接続可能であり、遠位ユニットは減速機を介して近位ユニットに接続する、ロボットアームを提供する。

本開示の一態様によれば、複数の接続インタフェースを介して形状の異なる複数種類の遠位ユニットを近位ユニットに接続できるため、簡易な方法でロボットアームのバリエーション展開を実施できる。

第１実施形態におけるロボットアームを示す斜視図である。 第１実施形態における近位ユニットの一部を示す前方斜視図である。 近位ユニットの一部を示す後方斜視図である。 近位ユニットの一部を示す正面図である。 近位ユニットの一部を示すＡ−Ａ’線縦断面図である。 形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示す斜視図である。 形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示すＢ−Ｂ’線断面図である。 形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示す斜視図である。 形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示すＣ−Ｃ’線断面図である。 第２実施形態におけるロボットアームを示す斜視図である。 第２実施形態における近位ユニットの一部を示す前方斜視図である。 形状の異なる減速機を介して形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示す斜視図である。 形状の異なる減速機を介して形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示すＤ−Ｄ’線断面図である。 形状の異なる減速機を介して形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示す斜視図である。 形状の異なる減速機を介して形状の異なる遠位ユニットを近位ユニットに接続した一例を示すＥ−Ｅ’線断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。

図１は、第１実施形態におけるロボットアーム１の斜視図である。ロボットアーム１は、産業用ロボットアーム、例えば６軸の垂直多関節ロボットアームである。ロボットアーム１は概して、近位ユニット１０及び遠位ユニット２０を備えている。

近位ユニット１０は、固定ベース１１、旋回ボディ１２、上腕１３、平行リンク機構１４、及び前腕ケーシング１５を備えている。旋回ボディ１２は、固定ベース１１に対して回転自在に連結され、駆動源（図示せず）により第１軸Ｊ１で水平旋回する。上腕１３は、旋回ボディ１２に対して回転自在に連結され、駆動源１６により第２軸Ｊ２で鉛直旋回する。前腕ケーシング１５は、上腕１３に対して回転自在に連結され、平行リンク機構１４を駆動する駆動源（図示せず）により第３軸Ｊ３で鉛直旋回する。

遠位ユニット２０は、前腕２１及び手首ユニット２２を備えている。手首ユニット２２は、前腕２１に対して回転自在に連結され、駆動源１７により第４軸Ｊ４で旋回する。手首ユニット２２は、第１手首ケーシング２３、第２手首ケーシング２４、及びフランジ２５を備えており、第２手首ケーシング２４は、第１手首ケーシング２３に対して回転自在に連結され、駆動源（図示せず）により第５軸Ｊ５で鉛直旋回する。フランジ２５は、第２手首ケーシング２４に対して回転自在に連結され、駆動源１８により第６軸Ｊ６で旋回する。

斯かるロボットアーム１においてバリエーション展開を行うため、近位ユニット１０は、形状の異なる複数種類の遠位ユニットに対して接続可能な複数の接続インタフェースを備えている。図２Ａ−図２Ｄは、第１実施形態における近位ユニット１０の一部、即ち、前腕ケーシング１５ａを示す前方斜視図、後方斜視図、正面図、及びＡ−Ａ’線縦断面図である。前腕ケーシング１５ａの形状は、図１に示す前腕ケーシング１５の形状と異なるが同一の形状でもよい。

接続インタフェース３０、３１は夫々、前腕ケーシング１５ａの端面、即ち、近位ユニット１０の端面において同心円状に配置された環状の接続インタフェースを備えている。近位ユニット１０は、２つの接続インタフェース３０、３１を有しているが、これに限定されるものではなく、３つ以上の接続インタフェースを有していてもよい。接続インタフェース３０、３１が同心円状に配置されることにより、形状の異なる複数種類の遠位ユニットの中心軸線を一致させて近位ユニット１０に遠位ユニットを接続できる。他の実施形態では、接続インタフェース３０、３１が矩形状の接続インタフェースを備えてもよい。

接続インタフェース３０、３１は夫々、前腕ケーシング１５ａの端面、即ち、近位ユニット１０の端面において円周上に等間隔で配置された複数の内周締結部３２及び外周締結部３３を備えている。内周締結部３２及び外周締結部３３は、スロット、ねじ穴等で形成されている。内周締結部３２及び外周締結部３３にねじ等の締結部材を挿通することにより、形状の異なる複数種類の遠位ユニットが近位ユニット１０に締結される。内周締結部３２及び外周締結部３３が夫々、円周上に等間隔で配置されることにより、近位ユニット１０に遠位ユニットを締結した際に、締結力が均等に分配され、近位ユニット１０に対する遠位ユニットの軸傾斜を防止できる。

接続インタフェース３０、３１はさらに、形状の異なる複数種類の遠位ユニットを嵌合するインロー部３４を備えていてもよい。インロー部３４は、外環の接続インタフェース３１が内環の接続インタフェース３０に対して突出した環状凸部である。或いは、インロー部３４は、外環の接続インタフェース３１が内環の接続インタフェース３０に対して窪んだ環状凹部でもよい。斯かる環状のインロー部３４によれば、遠位ユニットの中心軸線を近位ユニット１０に対して容易に位置決めできるだけでなく、遠位ユニットの中心軸線の位置ずれを防止できる。他の実施形態では、インロー部３４が矩形状のインロー部でもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、形状の異なる遠位ユニット２０ａを近位ユニット１０に接続した一例を示す斜視図及びＢ−Ｂ’線断面図である。遠位ユニット２０ａの形状は、図１に示す遠位ユニット２０の形状と異なっているが、遠位ユニット２０ａの組付けインタフェース４０は、図１に示す遠位ユニット２０の組付けインタフェースと同じである。遠位ユニット２０ａの組付けインタフェース４０は、近位ユニット１０の内環の接続インタフェース３０に接続される。遠位ユニット２０ａの締結部４１の位置は、近位ユニット１０の内周締結部３２の位置に一致する。ねじ等の締結部材４２が遠位ユニット２０ａの締結部４１及び近位ユニット１０の内周締結部３２に挿通され、近位ユニット１０に遠位ユニット２０ａが接続される。

図４Ａ及び図４Ｂは、形状の異なる遠位ユニット２０ｂを近位ユニット１０に接続した一例を示す斜視図及びＣ−Ｃ’線断面図である。遠位ユニット２０ｂの形状は、図１に示す遠位ユニット２０だけでなく、図３Ａに示す遠位ユニット２０ａの形状とも異なっている。さらに、遠位ユニット２０ｂの組付けインタフェース４３は、図１に示す遠位ユニット２０だけでなく、図２Ａに示す遠位ユニット２０ａの組付けインタフェース４０とも異なっている。遠位ユニット２０ｂの組付けインタフェース４３は、近位ユニット１０の外環の接続インタフェース３１に接続される。遠位ユニット２０ｂの締結部４４の位置は、近位ユニット１０の外周締結部３３に一致する。ねじ等の締結部材４５が遠位ユニット２０ｂの締結部４４及び近位ユニット１０の外周締結部３３に挿通され、近位ユニット１０に遠位ユニット２０ｂが接続される。

第１実施形態におけるロボットアーム１によれば、複数の接続インタフェース３０、３１を介して形状の異なる複数種類の遠位ユニット２０ａ、２０ｂを近位ユニット１０に接続できるため、簡易な方法でロボットアーム１のバリエーション展開を実施できる。

図５は、第２実施形態におけるロボットアーム２を示す前方斜視図である。第２実施形態におけるロボットアーム２は、第１実施形態におけるロボットアーム１と同一の構成を有しているが、近位ユニット及び遠位ユニットの構成要素が異なっている。近位ユニット５０は、固定ベース１１、旋回ボディ１２、上腕１３、平行リンク機構１４、及び前腕ケーシング１５だけでなく、前腕２１も備えている。遠位ユニット６０は、前腕２１を備えておらず、手首ユニット２２のみを備えており、減速機７０を介して近位ユニット５０に接続されている。

斯かるロボットアーム２においてバリエーション展開を行うため、近位ユニット５０は、形状の異なる複数種類の減速機に対して接続可能な複数の接続インタフェースを備えている。図６は、第２実施形態における近位ユニット５０の一部、即ち、前腕２１を示す前方斜視図である。接続インタフェース８０、８１は夫々、前腕２１の端面、即ち、近位ユニット５０の端面において同心円状に配置された環状の接続インタフェースを備えている。接続インタフェース８０、８１が同心円状に配置されることにより、形状の異なる複数種類の減速機の中心軸線を一致させて減速機を近位ユニット５０に接続できる。他の実施形態では、接続インタフェース８０、８１が矩形状の接続インタフェースを備えてもよい。

接続インタフェース８０、８１は夫々、前腕２１の端面、即ち、近位ユニット５０の端面において円周上に等間隔で配置された複数の内周締結部８２及び外周締結部８３を備えている。内周締結部８２及び外周締結部８３は、スロット、ねじ穴等で形成されている。内周締結部８２及び外周締結部８３にねじ等の締結部材を挿通することにより、形状の異なる複数種類の減速機が近位ユニット５０に締結される。内周締結部８２及び外周締結部８３が夫々、円周上に等間隔で配置されることにより、近位ユニット５０に減速機を締結した際に、締結力が均等に分配され、近位ユニット５０に対する減速機の軸傾斜を防止できる。

接続インタフェース８０、８１はさらに、形状の異なる複数種類の減速機を嵌合するインロー部８４を備えていてもよい。インロー部８４は、外環の接続インタフェース８１が内環の接続インタフェース８０に対して突出した環状凸部である。或いは、インロー部８４は、外環の接続インタフェース８１が内環の接続インタフェース８０に対して窪んだ環状凹部でもよい。斯かる環状のインロー部８４によれば、減速機の中心軸線が近位ユニット５０に対して容易に位置決めできるだけでなく、減速機の中心軸線の位置ずれを防止できる。他の実施形態では、インロー部８４が矩形状のインロー部でもよい。他の実施形態では、内環の接続インタフェース８０の内周面をインロー部として利用してもよい。

図７Ａ及び図７Ｂは、形状の異なる減速機７０ａを介して形状の異なる遠位ユニット６０ａを近位ユニット５０に接続した一例を示す斜視図及びＤ−Ｄ’線断面図である。減速機７０ａ及び遠位ユニット６０ａの形状は、図５に示す減速機７０及び遠位ユニット６０の形状とは異なっている。さらに、減速機７０ａの近位側組付けインタフェース９０は、図５に示す減速機７０の組付けインタフェースとは異なっている。減速機７０ａの近位側組付けインタフェース９０は、近位ユニット５０の内環の接続インタフェース８０に接続される。減速機７０ａの近位側締結部９２の位置は、近位ユニット５０の内周締結部８２の位置に一致する。ねじ等の締結部材９４が減速機７０ａの近位側締結部９２及び近位ユニット５０の内周締結部８２に挿通され、近位ユニット５０に減速機７０ａが接続される。

さらに、遠位ユニット６０ａの組付けインタフェース９５は、図５に示す遠位ユニット６０の組付けインタフェースとは異なっている。遠位ユニット６０ａの組付けインタフェース９５は、減速機７０ａの遠位側組付けインタフェース９１に接続される。遠位ユニット６０ａの締結部９６の位置は、減速機７０ａの遠位側締結部９３の位置に一致する。ねじ等の締結部材９７が遠位ユニット６０ａの締結部９６及び減速機７０ａの遠位側締結部９３に挿通され、減速機７０ａを介して近位ユニット５０に遠位ユニット６０ａが接続される。

図８Ａ及び図８Ｂは、形状の異なる減速機７０ｂを介して形状の異なる遠位ユニット６０ｂを近位ユニット５０に接続した一例を示す斜視図及びＥ−Ｅ’線断面図である。減速機７０ｂ及び遠位ユニット６０ｂの形状は、図５に示す減速機７０及び遠位ユニット６０だけでなく、図７Ａに示す減速機７０ａ及び遠位ユニット６０ａの形状とも異なっている。さらに、減速機７０ｂの近位側組付けインタフェース１００は、図５に示す減速機７０だけでなく、図７Ａに示す減速機７０ａの組付けインタフェースとも異なっている。減速機７０ｂの近位側組付けインタフェース１００は、近位ユニット５０の外環の接続インタフェース８１に接続される。減速機７０ｂの近位側締結部１０２の位置は、近位ユニット５０の外周締結部８３の位置に一致する。ねじ等の締結部材１０４が減速機７０ｂの近位側締結部１０２及び近位ユニット５０の外周締結部８３に挿通され、近位ユニット５０に減速機７０ｂが接続される。

さらに、遠位ユニット６０ｂの組付けインタフェース１０５は、図５に示す遠位ユニット６０の組付けインタフェースだけでなく、図７Ａに示す遠位ユニット６０ａの組付けインタフェースとも異なっている。遠位ユニット６０ｂの組付けインタフェース１０５は、減速機７０ｂの遠位側組付けインタフェース１０１に接続される。遠位ユニット６０ｂの締結部１０６の位置は、減速機７０ｂの遠位側締結部１０３の位置に一致する。ねじ等の締結部材１０７が遠位ユニット６０ｂの締結部１０６及び減速機７０ｂの遠位側締結部１０３に挿通され、減速機７０ｂを介して近位ユニット５０に遠位ユニット６０ｂが接続される。

第２実施形態におけるロボットアーム２によれば、複数の接続インタフェース８０、８１を介して形状の異なる複数種類の減速機７０ａ、７０ｂを近位ユニット５０に接続でき、さらに、減速機７０、７０ａを介して形状の異なる複数種類の遠位ユニット６０ａ、６０ｂを近位ユニット５０に接続できるため、組付けインタフェースに制約がある市販の減速機７０ａ、７０ｂを採用したとしても、ロボットアーム２のバリエーション展開を実施できる。

本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。

１、２ ロボットアーム
１０ 近位ユニット
１１ 固定ベース
１２ 旋回ボディ
１３ 上腕
１４ 平行リンク機構
１５、１５ａ 前腕ケーシング
１６、１７、１８ 駆動源
２０、２０ａ、２０ｂ 遠位ユニット
２１ 前腕
２２ 手首ユニット
２３ 第１手首ケーシング
２４ 第２手首ケーシング
２５ フランジ
３０ 内環の接続インタフェース
３１ 外環の接続インタフェース
３２ 内周締結部
３３ 外周締結部
３４ インロー部
４０ 組付けインタフェース
４１ 締結部
４２ 締結部材
４３ 組付けインタフェース
４４ 締結部
４５ 締結部材
５０ 近位ユニット
６０、６０ａ、６０ｂ 遠位ユニット
７０、７０ａ、７０ｂ 減速機
８０ 内環の接続インタフェース
８１ 外環の接続インタフェース
８２ 内周締結部
８３ 外周締結部
８４ インロー部
９０ 近位側組付けインタフェース
９１ 遠位側組付けインタフェース
９２ 近位側締結部
９３ 遠位側締結部
９４ 締結部材
９５ 組付けインタフェース
９６ 締結部
９７ 締結部材
１００ 近位側組付けインタフェース
１０１ 遠位側組付けインタフェース
１０２ 近位側締結部
１０３ 遠位側締結部
１０４ 締結部材
１０５ 組付けインタフェース
１０６ 締結部
１０７ 締結部材
Ｊ１−Ｊ６ 第１軸−第６軸

Claims (7)

1. 近位ユニットに遠位ユニットを接続して使用するロボットアームであって、
   前記近位ユニットは形状の異なる複数種類の前記遠位ユニットに対して接続可能な複数の接続インタフェースを備え、
   前記接続インタフェースは形状の異なる複数種類の減速機に対して接続可能であり、前記遠位ユニットは前記減速機を介して前記近位ユニットに接続する、ロボットアーム。
2. 前記接続インタフェースは、前記近位ユニットの端面において同心円状に配置された環状の接続インタフェースを備える、請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記接続インタフェースは、前記近位ユニットの端面において円周上に配置された複数の締結部を備える、請求項１又は２に記載のロボットアーム。
4. 前記締結部がスロット又はねじ穴で形成されている、請求項３に記載のロボットアーム。
5. 前記接続インタフェースはさらに、前記遠位ユニットを嵌合するインロー部を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットアーム。
6. 前記遠位ユニットが前腕を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットアーム。
7. 前記遠位ユニットが手首ユニットを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットアーム。

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