JP6882229B2

JP6882229B2 - ロボット用リンク構成部材およびロボット

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Publication number: JP6882229B2
Application number: JP2018090761A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: DE102019110443A1; CN110465921A; US10933540B2; JP2019195874A; US20190344454A1

Description

本発明は、ロボット用リンク構成部材およびロボットに関するものである。

一般に、産業用ロボットのアームおよびケーシング等のリンク構成部材は、鉄鋳物またはアルミニウム合金鋳物によって構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第５７２９４１０号公報

鋳物により構成されるリンク構成部材は、良好な湯流れを実現するために８ｍｍ程度の肉厚が必要となり、鉄鋳物の場合には大重量となる一方、アルミニウム合金鋳物の場合には、巣やピンホール等の欠陥が発生し易いという不都合がある。

本発明は、軽量化を図るとともに、製造を容易にすることができるロボット用リンク構成部材およびロボットを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、鋼板を絞り加工によりプレス成形してなる２以上の本体用成形部材を接合した中空構造のロボット用リンク構成部材であって、前記本体用成形部材に取付面を備え、該取付面にアクチュエータを直接取り付け可能である、ロボット用リンク構成部材である。
本態様によれば、鋼板をプレス加工した２以上の成形部材を接合して、中空構造に形成することにより、鋳物によって構成する場合と比較して、強度を高く保持しながら肉厚を容易に薄くすることができる。これにより、鉄鋳物と比較して大幅に軽量化することができるとともに、アルミニウム合金鋳物と比較して欠陥の発生を低減することができる。

上記態様においては、前記成形部材が、表面上に凹凸によって形成されたリブを備えていてもよい。
この構成により、鋼板をプレス成形する際に変形加工によるエンボス加工またはデボス加工による凹凸によってリブを形成して、リブの部分における断面係数を増大させたり、前記成形部材の外周面や内周面の表面上に溶接の肉盛そのものでリブを追加したり、溶接で他の部材を接合してリブを形成することで、ロボット用リンク構成部材の剛性を向上することができる。

また、上記態様においては、各前記成形部材が、周縁に、相互に重ね合わせられた状態で接合される鍔状のフランジ部を備えていてもよい。
この構成により、一の成形部材に設けられたフランジ部と他の成形部材に設けられたフランジ部とを重ね合わせて接合することにより、接合強度を高めた中空構造のロボット用リンク構成部材を構成することができ、かつ、接合されたフランジ部をリブとして剛性を向上することができる。

また、上記態様においては、相互に重ね合わせられる前記フランジ部どうしの間にシール材が挟まれていてもよい。
この構成により、中空構造のロボット用リンク構成部材の内部空間を外部に対して密封することができる。

また、上記態様においては、アクチュエータを固定する取付面を備え、該取付面は、前記成形部材を構成する鋼板に他の平板部材を積層状態に接合して構成されていてもよい。
この構成により、アクチュエータからのトルクが加えられる取付面を成形部材を構成する鋼板に積層した他の平板部材によって補強することができる。他の平板部材をアクチュエータ側に積層した場合には、追加工によって取付面の精度を向上することにしてもよい。

また、上記態様においては、筒状の本体と、該本体の両端に配置された２つの前記取付面とを備え、前記本体の内部に、一方の前記取付面から他方の前記取付面まで線条体を通過させることができる通路を備えていてもよい。
この構成により、線条体を２つの取付面間の筒状の本体内部の通路に配線し、線条体がアーム表面上に露出し、アームの動作の邪魔にならないようにすることができる。

また、上記態様においては、前記成形部材に、１以上の補強部材が接合されていてもよい。
この構成により、接合された補強部材の部分における断面係数を増大させてロボット用リンク構成部材の剛性を向上することができる。

また、上記態様においては、一の前記成形部材に接合された前記補強部材に他の前記成形部材が接合されていてもよい。
この構成により、補強部材によっても２つの成形部材を接合するので、ロボット用リンク構成部材の剛性をさらに向上することができる。

また、上記態様においては、前記成形部材が、引張強度１０００ＭＰａ以上の高張力鋼板をプレス成形してなっていてもよい。
この構成により、成形部材を構成する鋼板の厚さをさらに薄くすることができ、高い剛性を保ちながら、さらなる軽量化を図ることができる。

また、上記態様においては、前記フランジ部どうしをボルトにより接合してもよい。
この構成により、熱収縮による残留応力の発生し易い溶接による接合を行うことなく、ボルトによってより簡易かつ確実に成形部材どうしを接合することができる。

また、上記態様においては、前記フランジ部どうしをリベットにより接合してもよい。
この構成により、熱収縮による残留応力の発生し易い溶接による接合を行うことなく、リベットによってより簡易かつ確実に成形部材どうしを接合することができる。

また、上記態様においては、前記フランジ部どうしを接着剤により接合してもよい。
この構成により、熱収縮による残留応力の発生し易い溶接による接合を行うことなく、接着剤によってより簡易かつ確実に成形部材どうしを接合することができる。

また、上記態様においては、前記成形部材の外周面の少なくとも一部が弾性材料により被覆されていてもよい。
この構成により、弾性材料によって被覆された部分の成形部材が、作業者等と直接接触することを防止することができる。
また、本発明の他の態様は、上記いずれかのロボット用リンク構成部材を備えるロボットである。

本発明によれば、軽量化を図るとともに、製造を容易にする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の一例を示す斜視図である。図１のロボットを他の方向から見た斜視図である。図１のロボットに備えられるロボット用リンク構成部材を示す平面図である。図３のロボット用リンク構成部材の右側面図である。図３のロボット用リンク構成部材の左側面図である。図３のロボット用リンク構成部材の底面図である。図３のロボット用リンク構成部材の正面図である。図３のロボット用リンク構成部材の背面図である。図３のロボット用リンク構成部材のＡ−Ａ断面図である。図３のロボット用リンク構成部材の斜視図である。図１０のロボット用リンク構成部材を他の方向から見た斜視図である。図３のロボット用リンク構成部材を構成する一方の成形部材を示す斜視図である。図３のロボット用リンク構成部材の変形例を示す斜視図である。図１２の一方の成形部材の変形例を示す斜視図である。図３のロボット用リンク構成部材の他の変形例を示す分解斜視図である。図１のロボットに備えられる旋回胴の変形例を示す（ａ）斜視図（ｂ）（ａ）とは異なる他の方向から見た斜視図（ｃ）背面図（ｄ）側面図（ｅ）正面図（ｆ）（ａ）および（ｂ）とは異なる他の方向から見た斜視図（ｊ）（ａ）、（ｂ）および（ｆ）とは異なる他の方向から見た斜視図である。図１６の旋回胴を構成する２つの成形部材を接合する前と接合した後とを示す斜視図である。図１６の旋回胴を備えるロボットを示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るロボット用リンク構成部材およびロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１は、図１および図２に示されるように、直立多関節型ロボットである。このロボット１は、床面に設置されるベース２と、鉛直な軸線回りにベース２に対して回転可能な旋回胴３と、水平な軸線回りに旋回胴３に対して揺動可能な第１アーム４と、第１アーム４の先端に、水平な軸線回りに第１アーム４に対して揺動可能な第２アーム５と、第２アーム５の先端に取り付けられた手首ユニット６とを備えている。

本実施形態に係るロボット用リンク構成部材１０は、例えば、第１アーム４を構成する部材であって、図３から図１１に示されるように、鋼板をプレス成形することにより構成された２つの成形部材１１，２１を接合することにより構成された中空構造の部材である。
成形部材１１，２１に用いられる鋼板は、例えば、５００ＭＰａ以上の引張強度、好ましくは１０００ＭＰａ以上の引張強度を有する高張力鋼板、例えば、自動車用高張力鋼板である。

２つの成形部材１１，２１は、それぞれ、平板状の鋼板をプレス成形によって絞ることにより、チャネル状の形態に成形されている。具体的には、２つの成形部材１１，２１は、一定の幅寸法で真っ直ぐに延びる帯板（本体、鋼板）１２ａ，２２ａの長手方向の両端に、帯板１２ａ，２２ａの幅寸法よりも大きい直径の円板（鋼板）１２ｂ，２２ｂを連結した形態の底面部１３，２３と、底面部１３，２３の全外周縁から底面部１３，２３の板厚方向一方向に立ち上がる側壁部１４，２４と、側壁部１４，２４の端縁を外側に折り曲げた鍔状のフランジ部１５，２５とを備えている。側壁部１４，２４は、底面部１３，２３から端縁方向に向かって若干広がる抜き勾配を有している。フランジ部１５，２５は、底面部１３，２３と平行となる角度で側壁部１４，２４に対して折り曲げられている。

一方の成形部材１１の各円板１２ｂ部分の内面には、図１２に示されるように、リング板状の他の鋼板（平板部材）１６が接合されている。これにより、一方の成形部材１１の各円板１２ｂ部分は厚肉化されている。

そして、各円板１２ｂ部分には、円の中央を板厚方向に貫通する所定の大きさの貫通孔１７と、貫通孔１７の径方向外方に周方向に間隔を空けて板厚方向に貫通する複数のネジ孔１８とが設けられている。これにより、一方の成形部材１１の各円板１２ｂ部分に、アクチュエータに取り付けるための取付面１９ａ，１９ｂが構成されている。

２つの取付面１９ａ，１９ｂは、第１アーム４の長手軸に平行に、かつ、同一平面内あるいは平行な平面内に配置されている。一方の取付面１９ａは、図１に示されるように、旋回胴３に対して第１アーム４を揺動させるアクチュエータにロボット用リンク構成部材１０を取り付けるための取付面である。また、他方の取付面１９ｂは、図１に示されるように、第１アーム４に対して第２アーム５を揺動させるアクチュエータをロボット用リンク構成部材１０に取り付けるための取付面である。アクチュエータに設けられた図示しない貫通孔を貫通した図示しないボルトを取付面１９ａ，１９ｂのネジ孔１８に締結することにより、取付面１９ａ，１９ｂにアクチュエータを固定することができる。

他方の成形部材２１の各円板２２ｂ部材は厚肉化されておらず、貫通孔およびネジ孔も設けられていない。
２つの成形部材１１，２１には、プレス成形の際に、エンボス加工またはデボス加工が施されている。これにより、底面部１３，２３の帯板１２ａ，２２ａの部分に、長手方向に沿って、幅方向の中央が一方向に突出させられた形態のリブ１１ａ，２１ａが成形されている。貫通孔１７およびネジ孔１８が設けられていない他方の成形部材２１のリブ２１ａは、一方の成形部材１１のリブ１１ａよりも長く設けられている。

２つの成形部材１１，２１の周縁に全周にわたって設けられたフランジ部１５，２５は同一形状を有しており、形状を一致させて重ね合わせたときに対応する位置に、一方の成形部材１１には、ボルト３１を締結させる複数のネジ孔３２、他方の成形部材２１には、ボルト３１を貫通させる複数の貫通孔３３が設けられている。

本実施形態においては、上記のような形態にプレス成形された２つの成形部材１１，２１のフランジ部１５，２５どうしを、フランジ部１５，２５間にガスケット（シール材）３４を挟んで突き合わせ、ボルト３１をネジ孔３２に締結することにより相互に接合している。これにより、図１０および図１１に示されるように、中空構造のロボット用リンク構成部材１０が構成される。

このように構成された本実施形態に係るロボット用リンク構成部材１０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用リンク構成部材１０によれば、鋳物で製造された従来のリンク構成部材と比較して、剛性を同等以上に維持しつつ肉厚を容易に薄くすることができるという利点がある。

すなわち、鋳物により構成されるリンク構成部材は、良好な湯流れを実現するために８ｍｍ程度の肉厚が必要となり、鉄鋳物の場合には大重量となる一方、アルミニウム合金鋳物の場合には、巣やピンホール等の欠陥が発生し易いが、鋼板を用いればそのような不都合はない。

また、本実施形態に係るロボット用リンク構成部材１０によれば、アクチュエータに接続する取付面１９ａ，１９ｂには他の鋼板１６を積層状態に接合することによって補強が施されているので、外部から加わる第１アーム４の倒れ方向の負荷によって取付面１９ａ，１９ｂが変形することを防止することができる。
取付面１９ａ，１９ｂを構成する平板状の鋼板である円板１３ａ，１３ｂに積層される他の鋼板１６は、取付面１９ａ，１９ｂの外面または内面のいずれに接合されてもよいし、両方に接合されてもよい。特に、図１３に示されるように、取付面１９ａ，１９ｂの外面に鋼板１６を接合する場合には、追加工によって、２つの取付面１９ａ，１９ｂの平行度や位置度の精度を容易に向上することができる。また、この鋼板１６は軽量化のためアルミ等の金属にしてもよい。

また、本実施形態に係るロボット用リンク構成部材１０によれば、各成形部材１１，２１をプレス成形する際のエンボス加工またはデボス加工によって、リブ１１ａ，２１ａを簡単に成形でき、リブ１１ａ，２１ａが形成された部分の断面係数を増大させて第１アーム４の剛性をさらに向上することができる。

また、本実施形態に係るロボット用リンク構成部材１０によれば、２つの成形部材１１，２１を接合するだけで、薄肉の中空構造に構成され、一方の取付面１９ａの貫通孔１７から内部空間に入った線条体を、内部空間を経由して他方の取付面１９ｂの貫通孔１７から取り出すことができ、線条体を外部に露出させることなく配線することができるという利点がある。また、２つの成形部材１１，２１間をガスケット（シール材）３４によって密封することにより、内部空間を液密状態に封止することができる。

なお、本実施形態においては、フランジ部１５，２５どうしをボルト３１の締結によって接合することとしたが、これに限定されるものではなく、他の任意の方法で接合することにしてもよい。例えば、リベットあるいは接着剤によって接合してもよい。ボルト３１、リベットあるいは接着剤によれば、溶接で接合する場合とは異なり、熱収縮による残留応力が発生せず、より簡易かつ確実に成形部材１１，２１どうしを接合することができるという利点がある。

また、図１４および図１５に示されるように、成形部材１１，２１の内部の適所に他の鋼板を接合してリブ（補強部材）３５，３７を構成してもよい。図１４に示す例では、第１アーム４の長手方向に間隔を空けて複数のリブ３５を平行に配置することにより、第１アーム４の剛性を向上することができる。図１４において各リブ３５の中央に設けた切欠３６は、２つの成形部材１１，２１を接合して筒状に構成した状態で、線条体を通過させる通路を形成するためのものである。

また、図１５に示す例では、一方の成形部材１１に接合した複数のリブ３７にネジ孔４０を形成しておき、他方の成形部材２１の貫通孔４１を貫通させたボルト４２をリブ３７のネジ孔４０に締結することにより、他方の成形部材２１についても同一のリブ３７にボルト４２によって接合することができる。リブ３７の中央近傍に設けた貫通孔３８は、線条体を通過させる通路を形成するためのものである。また、リブ３７は軽量化のためアルミ等の金属にしてもよい。

また、本実施形態においては、ロボット用リンク構成部材１０として第１アーム４を例示したが、これに代えて、図１６から図１８に示すように、旋回胴３、第２アーム５のケーシング等の他の部材をプレス成形された複数の成形部材５１，６１の組合せにより構成してもよい。

具体的には、例えば、図１６から図１８に示されるように、ベース２に取り付けられる減速機の出力軸に固定される第１成形部材５１と、減速機を介在させて第１アーム４に取り付けられる第２成形部材６１とを接合することにより、旋回胴３を構成してもよい。
各成形部材５１，６１は、半円と長方形とを組み合わせた形状の底面部（鋼板）５３，６３と、底面部５３，６３の周縁から一方向に立ち上がる側壁部（鋼板）５２，６２とを有する箱状にプレス成形されている。底面部５３，６３には線条体を通過させる中央孔５４，６４と、中央孔５４，６４の径方向外方に周方向に間隔をあけて配列された複数の貫通孔５５，６５とを有する円環状の取付面が構成されている。取付面は、リング板状の他の鋼板（平板部材）５６，６６が積層状態に接合されることにより、補強されている。中央孔５４，６４の中心軸を減速機の中心軸に一致させ、貫通孔５５，６５を通して図示しないボルトにより減速機に固定することができる。

第１成形部材５１は、第２成形部材６１よりも若干幅寸法が小さく形成されており、図１７に示されるように、第１成形部材５１を第２成形部材６１の内側に部分的に挿入した状態で両成形部材５１，６１を接合することにより、２つの取付面を直交配置した旋回胴３が構成される。

各成形部材５１，６１の一部の側壁部５２，６２には、円弧状の切り欠きが設けられている。これにより、２つの成形部材５１，６１を組み合わせたときに、側壁部５２，６２が他の成形部材６１，５１の取付面に重なることが防止されている。
また、２つの成形部材１１，２１を接合する例を示したが、３以上の任意の数の成形部材１１，２１を接合してロボット用リンク構成部材１０を構成することにしてもよい。

また、ロボット用リンク構成部材１０としては、少なくとも一部の外周面をウレタンゴム等の弾性材料によって被覆することにしてもよい。これにより、周囲の作業者と鋼板が直接接触することを防止することができるという利点がある。
また、フランジ部１５，２５の突出したエッジ部位を弾性材料で覆うことで、エッジ部を無くすことも可能である。

１ロボット
１０ロボット用リンク構成部材
１１，２１，５１，６１成形部材
１１ａ，２１ａリブ
１２ａ，２２ａ帯板（鋼板、本体）
１２ｂ，２２ｂ円板（鋼板）
１５，２５フランジ部
１６，５６，６６鋼板（平板部材）
１９ａ，１９ｂ取付面
３１ボルト
３４ガスケット（シール材）
３５，３７リブ（補強部材）
５２，６２側壁部（鋼板）
５３，６３底面部（鋼板）

Claims

鋼板を絞り加工によりプレス成形してなる２以上の本体用成形部材を接合した中空構造のロボット用リンク構成部材であって、
前記本体用成形部材に取付面を備え、該取付面にアクチュエータを直接取り付け可能である、ロボット用リンク構成部材。
補強部材を除き、鋼板を絞り加工によりプレス成形してなる２以上の本体用成形部材を接合した中空構造のロボット用リンク構成部材であって、
前記本体用成形部材に取付面を備え、該取付面にアクチュエータを直接取り付け可能である、ロボット用リンク構成部材。
片持ち構造である請求項１または請求項２に記載のロボット用リンク構成部材。
前記成形部材が、表面上に凹凸によって形成されたリブを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材。
各前記成形部材が、周縁に、相互に重ね合わせられた状態で接合される鍔状のフランジ部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材。
相互に重ね合わせられる前記フランジ部どうしの間にシール材が挟まれている請求項５に記載のロボット用リンク構成部材。
前記取付面は、前記成形部材を構成する鋼板に他の平板部材を積層状態に接合して構成されている請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材。
筒状の本体と、該本体の両端に配置された２つの前記取付面とを備え、
前記本体の内部に、一方の前記取付面から他方の前記取付面まで線条体を通過させることができる通路を備える請求項７に記載のロボット用リンク構成部材。
前記成形部材に、１以上の補強部材が接合されている請求項１から請求項８のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材。
一の前記成形部材に接合された前記補強部材に他の前記成形部材が接合されている請求項９に記載のロボット用リンク構成部材。
前記成形部材が、引張強度１０００ＭＰａ以上の高張力鋼板をプレス成形してなる請求項１から請求項１０のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材。
前記フランジ部どうしをボルトにより接合した請求項５または請求項６に記載のロボット用リンク構成部材。
前記フランジ部どうしをリベットにより接合した請求項５または請求項６に記載のロボット用リンク構成部材。
前記フランジ部どうしを接着剤により接合した請求項５または請求項６に記載のロボット用リンク構成部材。
前記成形部材の外周面の少なくとも一部が弾性材料により被覆されている請求項１から請求項１４のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材。
請求項１から請求項１５のいずれかに記載のロボット用リンク構成部材を備えるロボット。