JP6871283B2

JP6871283B2 - ロボット

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Publication number: JP6871283B2
Application number: JP2019011946A
Authority: JP
Inventors: 宏和久米
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: DE102020101093B4; US11148280B2; JP2020116716A; DE102020101093A1; CN111482987B; CN111482987A; US20200238503A1

Description

本発明はロボットに関する。

従来、６軸多関節ロボットの第２アーム部材に減速機を介して第３アーム部材を支持し、当該減速機に駆動力を入力するサーボモータを第２アーム部材に固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４２０８１６９号公報

近年、第２アーム部材に減速機を介して第３アーム部材を支持するロボットにおいて、当該減速機に駆動力を入力するサーボモータを第３アーム部材に固定する場合がある。この場合、第３アーム部材のケーシングの一端面にサーボモータが固定され、当該ケーシングの他端面に減速機の出力軸である減速機出力シャフトの端面が固定される。ケーシングの他端面に減速機出力シャフトを固定するために、減速機出力シャフトの端面に複数のネジ穴が設けられ、ケーシングをその一端面から他端面側に挿通する複数のボルトがそれぞれネジ穴に螺合する。

減速機内の潤滑剤が漏出しないように、減速機出力シャフトの端面とケーシングの他端面との間をシールする必要がある。このため、Ｏリング等のシール部材が減速機出力シャフトの端面とケーシングの他端面との間に配置され、Ｏリングは前記複数のネジ穴よりも径方向内側に配置される。ケーシングには、減速機用の潤滑剤をケーシング内に注入するための潤滑剤供給孔が設けられる。潤滑剤供給孔は、Ｏリングよりも径方向内側に潤滑剤を供給できるものでなければならない。

しかし、例えば図２に示されるように、ケーシング３７の他端面に減速機出力シャフトを固定するための複数の取付ボルト３６が配列された範囲ＡＲに対して、ケーシング３７の一端面３７ａに固定されたサーボモータ３１の外径が大きい場合がある。また、前記範囲ＡＲに対してサーボモータ３１のフランジの外径等が大きい場合がある。これらの場合、ケーシング３７をその一端面から他端面に貫通する潤滑剤供給孔では、Ｏリングよりも径方向内側に潤滑剤を供給できない場合がでる。

Ｏリングの代わりに、ケーシングの他端面と減速機出力シャフトの端面との間にシール剤を塗布することも考えられる。しかし、シール剤は当該関節のメンテナンス性の低下を招来する。また、当該関節に大きな力が加わった時に、シール性能が低下する可能性もある。
また、減速機の軸方向寸法を低減したいという要求もある。

前述の事情に鑑み、減速機のシャフトとアーム部材のケーシングとの間で潤滑剤を確実にシールでき、減速機の軸方向寸法を低減することができるロボットの実現が望まれる。

本開示の第１の態様は、アームを有するロボットであって、前記アームのケーシングの一端面に取付けられたモータと、前記ケーシングにおいて前記一端面と反対側を望む他端面に複数の取付ボルトによって取付けられ、前記モータの出力軸と平行な中心軸線を有する減速機出力シャフトと、前記ケーシングに設けられ、前記出力軸が前記一端面から前記他端面に挿通する孔と、前記ケーシングに取付けられ、前記孔と前記出力軸の外周面との間をシールする第１シール部材と、前記ケーシングの前記他端面と前記減速機出力シャフトの端面との間をシールする第２シール部材と、前記ケーシングの前記他端面側に設けられ、前記中心軸線に沿った方向に窪んでいる凹部と、前記ケーシングに設けられ、前記減速機出力シャフトの略径方向又は径方向に延び、前記ケーシングの外部と前記凹部とを接続している潤滑剤供給孔と、を備え、前記減速機出力シャフトには、前記複数の取付ボルトがそれぞれ螺合する複数のネジ穴が設けられ、前記第２シール部材が、前記複数のネジ穴よりも内側に配置され、前記潤滑剤供給孔が、前記ケーシングの前記外部側の外側開口又は前記凹部側の内側開口を備え、前記第１シール部材および前記第２シール部材が、前記潤滑剤供給孔の前記外側開口および前記内側開口の少なくとも一方よりも、前記中心軸線に沿った方向において前記減速機出力シャフト側に配置されている。

上記態様では、減速機のシャフトとアーム部材のケーシングとの間で潤滑剤を確実にシールでき、減速機の軸方向寸法を低減することができる。

一実施形態のロボットの斜視図である。本実施形態のロボットの要部正面図である。本実施形態のロボットの要部断面図である。本実施形態のロボットの減速機の減速機出力シャフトの軸方向から見た図である。本実施形態のロボットの変形例を示す要部断面図である。本実施形態のロボットの要部断面図である。

一実施形態に係るロボット１が、図面を用いながら以下説明されている。
本実施形態のロボット１は、図１に示されるように、アーム２を有し、アーム２の先端部には任意のツールが取付けられる。本実施形態のロボット１は６軸多関節ロボットであるが、７軸多関節ロボット又はその他の多関節ロボットであってもよい。

アーム２は、図１に示されるように、所定の設置面に固定されたベースＢＡに上下方向に延びる第１軸線Ｊ１周りに回転可能に支持された第１アーム部材１０と、第１アーム部材１０に水平方向に延びる第２軸線Ｊ２周りに揺動可能に基端側が支持された第２アーム部材２０と、第２アーム部材２０の先端側に水平方向に延びる第３軸線Ｊ３周りに揺動可能に基端側が支持された第３アーム部材３０とを備える。

また、アーム２は、第３軸線Ｊ３に平行な線と直交する方向に延びる第４軸線Ｊ４周りに回転可能に第３アーム部材３０に支持された第４アーム部材４０と、第４アーム部材４０に第４軸線Ｊ４と直交する方向に延びる第５軸線Ｊ５周りに揺動可能に支持された第５アーム部材５０と、第５アーム部材５０に第６軸線Ｊ６周りに回転可能に支持された第６アーム部材６０とを備える。

また、アーム２は、第１〜第４アーム部材１０〜４０をそれぞれの駆動する複数のサーボモータ（モータ）１１，２１，３１，４１を備えており、第５アーム５０および第６アーム部材６０を駆動する図示しないサーボモータも有する。各サーボモータとして、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータが用いられ得る。

続いて、アーム２の構造について説明する。
図１に示されるように、第１アーム部材１０は、第１アーム部材１０の駆動用の減速機１２のシャフトに複数のボルトによって取付けられ、減速機１２はベースＢＡに固定されている。また、第２アーム部材２０の基端側は、第２アーム部材２０の駆動用の減速機２２に複数のボルトによって取付けられ、減速機２２は第１アーム部材１０に固定されている。

図２および図３に示されるように、第３アーム部材３０には複数の取付ボルト３６によって第３アーム部材３０の駆動用の減速機３２の減速機出力シャフト３５が取付けられ、減速機３２が第２アーム部材２０の先端部に固定されている。

減速機３２は、図３に示されるように、サーボモータ３１の出力軸３１ａに固定されたインプットギヤ３４ａ、インプットギヤ３４ａと歯合している複数のスパーギヤ３４ｂ、複数のスパーギヤ３４ｂがそれぞれ一端部に固定されている複数のクランク軸３４ｃ、各クランク軸３４ｃに取付けられた偏心ギヤ３４ｄ、偏心ギヤ３４ｄと噛み合うことにより回転する内歯車３４ｅ、内歯車３４ｅの回転に応じて回転する減速機出力シャフト３５等を有する周知の減速機である。減速機３２として、例えば、ナブテスコ（登録商標）社製の精密減速機ＲＶ（登録商標）を用いることが可能である。なお、住友重機械工業社製のサイクロ（登録商標）減速機を用いることも可能である。

図２および図３に示されるように、第３アーム３０はケーシング３７を有し、ケーシング３７に減速機出力シャフト３５が複数の取付ボルト３６によって取付けられている。ケーシング３７は典型的には金属製であり、ケーシング３７の一端面３７ａにはサーボモータ３１がボルトＢを用いて取付けられている。第４アーム４０用のサーボモータ４１が固定されているケーシング３８とケーシング３７とが一体であってもよいし、別体であってもよい。第３アーム部材３０のケーシング３７，３８は第４アーム部材４０の支持も行っている。

ケーシング３７において一端面３７ａと反対側を望む他端面３７ｂに減速機出力シャフト３５が複数の取付ボルト３６によって取付けられている。より具体的には、減速機出力シャフト３５の端面３５ａには複数のネジ穴３５ｂが設けられ、複数の取付ボルト３６がそれぞれネジ穴３５ｂに螺合することによって他端面３７ｂに減速機出力シャフト３５が取付けられている。これにより、減速機出力シャフト３５の端面３５ａと他端面３７ｂとが面接触する。

一端面３７ａおよび他端面３７ｂに対して、サーボモータ３１の出力軸３１ａの中心軸線ＣＬ１および減速機出力シャフト３５の中心軸線ＣＬ２は垂直であり、中心軸線ＣＬ１と中心軸線ＣＬ２は平行である。本実施形態では、出力軸３１ａと減速機出力シャフト３５は同軸であるが、出力軸３１ａの中心軸線ＣＬ１が中心軸線ＣＬ２に対して減速機出力シャフト３５の径方向にずれた位置に配置されていてもよい。この場合でも、インプットギヤ３４ａの回転力が他のギヤを介して複数のスパーギヤ３４ｂに伝達されるならば、減速機３２の機能が達成される。

ケーシング３７には、一端面３７ａ側から他端面３７ｂ側に貫通する孔３７ｃが設けられている。孔３７ｃは出力軸３１ａと同軸状に設けられ、孔３７ｃの内周面には第１シール部材１１０が固定されている。第１シール部材１１０は一例ではオイルシールである。第１シール部材１１０は、図６に示されるように、例えば、孔３７ｃの内周面に嵌合されているベース部１１１と、ベース部１１１から径方向内側に延びるリップ部１１２とを備えている。

ベース部１１１の内部には例えば金属リングが設けられている。リップ部１１２は耐油性を有する材料から成り、例えば、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム、シリコンゴム等のゴム状弾性を有する材料から成る。リップ部１１２の先端が出力軸３１ａの外周面に接触している。また、リップ部１１２の外周面にはリップ部１１２を出力軸３１ａの外周面に押付けるためのリング状スプリング１１３が取付けられている。第１シール部材１１０は、他端面３７ｂ側から一端面３７ａ側へのグリース等の潤滑剤の侵入を防止するためのものである。

減速機出力シャフト３５の端面３５ａと他端面３７ｂとの間は第２シール部材１２０によってシールされている。より具体的には、減速機出力シャフト３５の端面３５ａにはＯリング溝３５ｃが設けられ、Ｏリング溝３５ｃ内に第２シール部材１２０としてＯリングが配置されている。Ｏリング溝３５ｃおよび第２シール部材１２０は中心軸線ＣＬ２周りに全周に亘って設けられている。図４に示されるように、Ｏリング溝３５ｃおよび第２シール部材１２０は複数のネジ穴３５ｂよりも内側に配置されている。仮に、第２シール部材１２０がネジ穴３５ｂよりも外側に配置されると、減速機３２内の潤滑剤がケーシング３７のボルト孔３７ｄを介して漏出するので、シール構造は成立しない。なお、Ｏリング溝３５ｃおよび第２シール部材１２０が、図１に示されるサーボモータ３１のモータ用ネジ穴３７ｆよりも内側に配置されていることが好ましい。モータ用ネジ穴３７ｆはケーシング３７に形成されている。モータ用ネジ穴３７ｆが円上に配置されている場合は、Ｏリング溝３５ｃおよび第２シール部材１２０の外径がモータ用ネジ穴３７ｆのＰＣＤよりも小さいことになる。

第２シール部材１２０として、Ｏリング溝３５ｃを用いずに配置されるリング状のシール部材を用いることも可能である。この場合も、シール部材は上記のゴム状弾性を有する材料から成る。また、このようなシール部材は、減速機出力シャフト３５の端面３５ａに設けられた下がり平面等に配置される。これにより、シール部材は、端面３５ａと他端面３７ｂとが面接触した時に完全に潰されることがない。第２シール部材１２０として他のシール部材を用いることも可能である。

ケーシング３７の他端面３７ｂ側には、中心軸線ＣＬ２に沿った方向に窪んでいる凹部３９が形成されている。凹部３９はＯリング溝３５ｃおよび第２シール部材１２０よりも径方向内側に配置されている。本実施形態では、凹部３９は中心軸線ＣＬ２周りに全周に亘って設けられているが、凹部３９が中心軸線ＣＬ２周りの一部にだけ設けられていてもよい。この場合、凹部３９が穴の態様で形成される場合もある。

凹部３９の中心軸線ＣＬ２に近い側には筒状の突出部３９ａが形成されている。突出部３９ａは、凹部３９の底面３９ｂから減速機出力シャフト３５に向かって中心軸線ＣＬ２に沿った方向に突出している。突出部３９ａの内孔が前述の孔３７ｃとして機能する。本実施形態では、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、第１シール部材１１０は底面３９ｂよりも減速機出力シャフト３５側に配置されている。

ケーシング３７には潤滑剤供給孔２００が設けられている。潤滑剤供給孔２００は減速機出力シャフト３５の径方向に延び、ケーシング３７の外部と凹部３９とを接続している。例えば、潤滑剤供給孔２００はケーシング３７にドリル等によって孔をあけることにより形成される。潤滑剤供給孔２００は、ケーシング３７の外部に開口している外側開口２０１と、凹部３９に開口している内側開口２０２とを有する。外側開口２０１に蓋部材、潤滑剤の注入装置に接続されるアダプタ等が取付けられていてもよい。

本実施形態では、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、第１シール部材１１０および第２シール部材１２０は、外側開口２０１の中心２０１ａおよび内側開口２０２の中心２０２ａよりも右側に配置されている。一例では、中心２０１ａおよび中心２０２ａは外側開口２０１および内側開口２０２の形状中心である。以下、中心２０１ａおよび中心２０２ａを外側開口２０１および内側開口２０２の位置として説明する。

減速機３２にグリース等の潤滑剤を供給する場合は、潤滑剤供給孔２００から潤滑剤を注入する。この時、第２アーム部材２０に設けられた潤滑剤排出孔３００が開かれていると、注入がスムーズに行われる。潤滑剤排出孔３００は第３アーム部材３０のケーシング３７，３８に設けられていてもよい。

減速機３２の潤滑剤を交換する場合は、潤滑剤排出孔３００が開かれている状態で、潤滑剤供給孔２００から潤滑剤を注入する。これにより、新しい潤滑剤が潤滑剤供給孔２００から減速機３２内に供給され、古い潤滑剤が潤滑剤排出孔３００から排出される。

なお、第２アーム部材２０の基端側と減速機２２との間の取付構造および潤滑剤供給構造と、第１アーム部材１０と減速機１２との間の取付構造および潤滑剤供給構造も、前述と同様に構成することができる。また、他のアーム部材４０〜６０に減速機のシャフトを取付けるロボットを作る場合に、アーム部材４０〜６０とその減速機との間の取付構造および潤滑剤供給構造を前述と同様に構成することができる。

また、図５に示されるように、潤滑剤供給孔２００が減速機出力シャフト３５の略径方向に延びていてもよい。中心軸線ＣＬ２と平行な線と潤滑剤供給孔２００の中心軸線ＣＬ３とが成す角度が４５°以上の時に、減速機出力シャフト３５の略径方向であると言える。なお、中心軸線ＣＬ２と平行な線と中心軸線ＣＬ３とが成す角度が７０°以上であることが好ましい。
この場合、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、潤滑剤供給孔２００の外側開口２０１の位置よりも第１シール部材１１０および第２シール部材１２０が減速機出力シャフト３５側に配置されている。

また、潤滑剤供給孔２００はオイルを排出するための排出孔として用いられてもよい。例えば、潤滑剤としてオイルが潤滑剤排出孔３００等から注入され、注入されたオイルが潤滑剤供給孔２００から排出される。

本実施形態では、減速機出力シャフト３５の端面３５ａとケーシング３７の他端面３７ｂとの間が第２シール部材１２０によってシールされ、モータ３１の出力軸３１ａとケーシング３７の孔３７ｃとの間が第１シール部材１１０によってシールされている。また、第２シール部材が減速機出力シャフト３５の複数のネジ穴３５ｂよりも内側に配置されている。このため、シール剤を用いなくても、減速機出力シャフト３５とケーシング３７との間で潤滑剤が確実にシールされる。

また、ケーシング３７には、減速機出力シャフト３５の径方向又は略径方向に延びる潤滑剤供給孔２００が形成されている。さらに、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、潤滑剤供給孔２００の外側開口２０１および内側開口２０２の少なくとも一方に対して、第１シール部材１１０および第２シール部材１２０が減速機出力シャフト３５側に配置されている。
当該構成は、減速機３２の中心軸線ＣＬ２に沿った方向の寸法を小さくする上で有利である。また、第１シール部材１１０とサーボモータ３１との中心軸線ＣＬ２に沿った方向の距離も大きくなる。これは、第１シール部材１１０から潤滑剤が僅かに漏れ出した場合でも、当該潤滑剤がサーボモータ３１に影響を与える可能性を低減することができる。

また、本実施形態では、図２に示されるように、潤滑剤供給孔２００が、中心軸線ＣＬ２に沿った方向から見て、取付ボルト３６が並設される領域ＡＲを通過している。当該構成は、ケーシング３７の中心軸線ＣＬ２に沿った方向の寸法の自由度を向上する上で有利である。

また、本実施形態では、凹部３９に底面３９ｂから減速機出力シャフト３５側に突出する筒状の突出部３９ａが設けられ、サーボモータ３１の出力軸３１ａが挿通する孔３７ｃが突出部３９ａの内孔である。また、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、第１シール部材１１０が凹部３９の底面３９ｂよりも減速機出力シャフト３５側に配置されている。
当該構成は、第１シール部材１１０とサーボモータ３１との中心軸線ＣＬ２に沿った方向の距離を大きくする上で有利である。

なお、本実施形態では、ボルト孔３７ｄに座ぐりが施され、座ぐりの底面３７ｅが取付ボルト３６の座面として機能している。ここで、図３に示されるように、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、底面３７ｅが、潤滑剤供給孔２００の中心軸線ＣＬ３と略同一の位置、又は、中心軸線ＣＬ３よりも減速機出力シャフト３５側に配置されていることが好ましい。図５のように、中心軸線ＣＬ３が傾いている場合等は、底面３７ｅが、潤滑剤供給孔２００の外側開口２０１の中心２０１ａ又は内側開口２０２の中心２０２ａよりも減速機出力シャフト３５側に配置されていることが好ましい。
当該構成により、中心軸線ＣＬ２に沿った方向において、潤滑剤供給孔２００の位置と取付ボルト３６の頭部の位置とが近くなり、これはロボット１の当該関節の中心軸線ＣＬ２に沿った方向の寸法を小さくするために有利である。

１ロボット
２アーム
１０第１アーム部材
１１サーボモータ
１２減速機
２０第２アーム部材
２１サーボモータ
２２減速機
３０第３アーム部材
３１サーボモータ
３２減速機
３５減速機出力シャフト
３５ａ端面
３６取付ボルト
３７ケーシング
３７ａ一端面
３７ｂ他端面
３７ｃ孔
３７ｅ底面
３７ｆモータ用ネジ穴
４０第４アーム部材
５０第５アーム部材
６０第６アーム部材
１１０第１シール部材
１２０第２シール部材
２００潤滑剤供給孔
２０１外側開口
２０２内側開口

Claims

アームを有するロボットであって、
前記アームのケーシングの一端面に取付けられたモータと、
前記ケーシングにおいて前記一端面と反対側を望む他端面に複数の取付ボルトによって取付けられ、前記モータの出力軸と平行な中心軸線を有する減速機出力シャフトと、
前記ケーシングに設けられ、前記出力軸が前記一端面から前記他端面に挿通する孔と、
前記ケーシングに取付けられ、前記孔と前記出力軸の外周面との間をシールする第１シール部材と、
前記ケーシングの前記他端面と前記減速機出力シャフトの端面との間をシールする第２シール部材と、
前記ケーシングの前記他端面側に設けられ、前記中心軸線に沿った方向に窪んでいる凹部と、
前記ケーシングに設けられ、前記減速機出力シャフトの略径方向又は径方向に延び、前記ケーシングの外部と前記凹部とを接続している潤滑剤供給孔と、を備え、
前記減速機出力シャフトには、前記複数の取付ボルトがそれぞれ螺合する複数のネジ穴が設けられ、
前記第２シール部材が、前記複数のネジ穴よりも内側に配置され、
前記潤滑剤供給孔が、前記ケーシングの前記外部側の外側開口又は前記凹部側の内側開口を備え、
前記第１シール部材および前記第２シール部材が、前記潤滑剤供給孔の前記外側開口および前記内側開口の少なくとも一方よりも、前記中心軸線に沿った方向において前記減速機出力シャフト側に配置されている、ロボット。
前記潤滑剤供給孔が、前記中心軸線に沿った方向から見て、前記取付けボルトが並設される領域を通過している、請求項１に記載のロボット。
前記凹部には、当該凹部の底面から前記減速機出力シャフト側に突出する筒状の突出部が設けられ、
前記孔が前記突出部の内孔であり、
前記中心軸線に沿った方向において、前記第１シール部材が前記底面よりも前記減速機出力シャフト側に配置されている、請求項１又は２に記載のロボット。