JP7207974B2

JP7207974B2 - ロボットアームの製造装置

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Publication number: JP7207974B2
Application number: JP2018223867A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: JP2021192951A; US20200171720A1; JP2020082311A; CN111230924A; CN111230924B; DE102019131776A1; US10870227B2; JP7364638B2

Description

本発明は、ロボットアームの製造装置に関するものである。

一般に、産業用ロボットのアームは、軽量化を図りながら強度を保持するために、アルミニウム合金等の金属を鋳造することにより構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３－０１８０５８号公報

しかしながら、ロボットアームの長さのみを異ならせることによりリーチの異なるロボットが要求される場合がある。このような長さのみの異なる複数種のロボットアームを製造する場合には、長さの異なるアーム毎に専用の鋳型を製造しなければならないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、長さのみ異なる複数種類のロボットアームを簡易に製造することができるロボットアームの製造装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、長尺の筒状または柱状のアーム本体と、該アーム本体の両側に固定され他の部材に取り付けるための取付インタフェース部とを備え、各該取付インタフェース部が、前記アーム本体の端部に接続される接続部と、該接続部に埋め込まれ、前記他の部材に固定される取付面を有する金属プレートとを備えるロボットアームの製造装置であって、各前記取付インタフェース部の少なくとも一部と前記アーム本体の各端部とを位置決め状態に支持するとともに、少なくとも前記取付インタフェース部と前記アーム本体との接合部近傍に空間を有する一対の固定部と、該固定部の少なくとも一方を移動させて前記アーム本体の長手軸に沿う方向の２つの前記固定部の間隔を調整可能なスライド機構と、前記空間内の少なくとも一部に溶融材料を注入することにより、前記アーム本体の両端に前記取付インタフェース部を一体的に接合する材料注入部とを備え、前記空間のうち前記溶融材料で満たされる材料充填空間が、前記アーム本体の断面形状に合った形状の断面を有する前記アーム本体側の第１端と、前記取付インタフェース部の少なくとも一部の外周面に合った形状を有する前記取付インタフェース部側の第２端と、前記第１端と前記第２端との間に設けられた隙間とを有し、一対の前記固定部が、２つの前記金属プレートの各前記取付面を相互に位置決めすることにより、各前記取付インタフェース部を位置決め状態に支持するロボットアームの製造装置である。

本態様によれば、スライド機構を作動させて適当な間隔をあけた一対の固定部によって、アーム本体の両端に２つの取付インタフェース部をそれぞれ位置決め状態に支持し、アーム本体と取付インタフェース部との接合部近傍に材料充填空間を形成する。そして、材料注入部の作動により、溶融材料を材料充填空間内に注入することにより、アーム本体の両端に取付インタフェース部が接合されたロボットアームが製造される。

この場合において、長さの異なるロボットアームを製造する場合には、スライド機構を作動させて一対の固定部の間隔を調整する。アーム本体は横断面均一な筒状または柱状に構成されているので、一対の固定部の少なくとも一方をアーム本体の長手軸に沿う方向に移動させるだけで、種々の長さのアーム本体に対しても、アーム本体の両端と取付インタフェース部との接合部近傍に材料充填空間を配置することができる。これにより、長さのみ異なる複数種類のロボットアームを簡易に製造することができる。

本発明の他の態様は、長尺の筒状または柱状のアーム本体と、該アーム本体の両側に固定され他の部材に取り付けるための取付インタフェース部とを備え、各該取付インタフェース部が、前記アーム本体の端部に接続される接続部と、該接続部に埋め込まれ、前記他の部材に固定される取付面を有する金属プレートとを備えるロボットアームの製造装置であって、各前記取付インタフェース部を成形するための空間を備えるとともに、各該空間を閉塞する位置に前記アーム本体の各端部を位置決め状態に支持可能な一対の固定部と、該固定部の少なくとも一方を移動させて２つの前記固定部の間隔を調整可能なスライド機構と、前記空間内の少なくとも一部に、溶融材料を注入することにより、前記取付インタフェース部を成形しつつ、成形された前記取付インタフェース部に前記アーム本体の各端部を一体的に接合する材料注入部とを備え、前記空間のうち前記溶融材料で満たされる材料充填空間が、成形される前記取付インタフェース部の端部の外周面に合った形状を有する前記アーム本体側の第１端と、成形される前記取付インタフェース部の少なくとも一部の外周面に合った形状を有する前記取付インタフェース部側の第２端と、前記第１端と前記第２端との間に設けられた隙間とを有し、一対の前記固定部が、２つの前記金属プレートをインサート部品として、位置決め状態に支持するロボットアームの製造装置である。

本態様によれば、スライド機構を作動させて適当な間隔をあけた一対の固定部によって、アーム本体の両端を支持すると、アーム本体の端部によって固定部の材料充填空間が閉塞される。この状態で、材料注入部の作動により、溶融材料を材料充填空間内に注入することにより、材料充填空間内に取付インタフェース部が成形されるとともに、アーム本体の両端に、成形された取付インタフェース部が接合されたロボットアームが製造される。

この場合において、長さの異なるロボットアームを製造する場合には、スライド機構を作動させて一対の固定部の間隔を調整する。アーム本体は横断面均一な筒状または柱状に構成されているので、一対の固定部の少なくとも一方をアーム本体の長手軸に沿う方向に移動させるだけで、種々の長さのアーム本体に対しても、アーム本体の両端に取付インタフェース部を成形可能な位置に材料充填空間を配置することができる。これにより、長さのみ異なる複数種類のロボットアームを簡易に製造することができる。

上記態様においては、前記アーム本体および前記取付インタフェース部の外表面の少なくとも一部が樹脂製であり、前記溶融材料が、樹脂であってもよい。
また、上記態様においては、前記溶融材料が金属であってもよい。
また、上記態様においては、前記アーム本体および前記取付インタフェース部が金属で構成されていてもよい。

本発明によれば、長さのみ異なる複数種類のロボットアームを簡易に製造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製造装置により製造されるロボットアームの一例を示す斜視図である。図１のロボットアームを取付面側から見た斜視図である。図１のロボットアームを取付面側から見た図である。図１のロボットアームの平面図である。図１のロボットアームの側面図である。図１のロボットアームを示す縦断面図である。図１のロボットアームの取付インタフェース部の部分的な拡大縦断面図である。本発明の一実施形態に係るロボットアームの製造装置を示す全体構成図である。図１のロボットアームを減速機に組み付けたロボットの関節軸部分を示す正面図である。図１０の関節軸部分を示す斜視図である。図７のＡ部分の拡大縦断面図である。図１１の金属プレートの変形例を示す斜視図である。図１のロボットアームの変形例を示す斜視図である。図１のロボットアームの他の変形例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アーム１の製造装置１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る製造装置１００により製造されるロボットアーム１は、図１に示されるように、長尺の横断面均一な円筒状のアーム本体２と、アーム本体２の両側に固定され他の部材に取り付けるための取付インタフェース部３とを備えている。

アーム本体２は、樹脂により構成されている。
また、取付インタフェース部３は、図１および図２に示されるように、アーム本体２に接続する樹脂製の接続部４と、該接続部４を構成する樹脂に埋め込まれた平板状の金属プレート５とを備えている。接続部４はアーム本体２の内孔２ａを両端において遮る位置に配置され、アーム本体２の長手軸に直交する軸線に沿って延びる略円錐台の形状の接続部本体６と、該接続部本体６の外周面から接続部本体６の軸線に直交する方向に延び、アーム本体２の端部と接合する接合部７とを有している。

金属プレート５は接続部本体６の底面に相当する部分に、アーム本体２の長手軸と平行に配置され、接続部４を構成する樹脂に、例えば、インサート成形によって埋め込まれている。
金属プレート５は、図２および図３に示されるように、中央孔８を有するリング板状に形成されている。金属プレート５には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔９が、周方向に間隔をあけて設けられている。

各接続部４は、図６および図７に示されるように、中空に構成され、接続部４の内孔は、接続部４の側壁に材料注入部１３０によって注入された樹脂（溶融材料）によって中空に構成された接合部７がアーム本体２の内孔２ａに接続している。これにより、アーム本体２の内孔２ａは、接続部４内で屈曲させられ、２つの金属プレート５の中央孔８に開口している。

金属プレート５は、板厚方向の一面を取付面５ａとして、取付面５ａ全体を露出させている。
また、金属プレート５の板厚方向の他の面は、図４に示されるように、幾つかの貫通孔９の周囲を部分的に露出させた状態で、接続部４を構成する樹脂によって覆われている。貫通孔９の周囲に露出している金属プレート５の表面は、取付ネジ（図１０参照。）１０の頭部の外径よりも若干大きく露出して、貫通孔９に挿入される取付ネジ１０の座面として機能する。

アーム本体２に重なる位置に配置されている貫通孔９については、金属プレート５を座面として露出させずに接続部４を構成する樹脂により貫通孔９を覆うことによって閉塞している。このような構造とすることで、位置決めピンを入れた場合に、ロボット２００の動作などによって位置決めピンが抜けることを防止できる。

また、金属プレート５の取付面５ａは、接続部４を構成する樹脂から突出した位置に配置されている。そして、２つの接続部４の金属プレート５の取付面５ａは、図５に示されるように、同一平面内に配置されている。
また、接続部４には、接続部４内の空間を金属プレート５の中央孔８とは異なる部位において外部に開口させる開口部１１が設けられている。図１においては、開口部１１は、中央孔８の反対側に設けられているが、これに限られるものではなく、各接続部４の側面部に設けられていてもよい。開口部１１は蓋部材（図１０参照。）１２によって閉塞することができるようになっている。

また、開口部１１を閉塞する蓋部材１２を接続部４にネジによって固定する場合には、図７に示されるように、接続部４側に、開口部１１に連通する中央孔１３を有するリング板状に形成された金属プレート１４をインサート成形によって埋め込んでおき、該金属プレート１４にネジ孔１５を設けておくことにより、蓋部材１２を緩まないように固定することができる。

本実施形態に係る製造装置１００は、図８に示されるように、別工程において製造された取付インタフェース部３の接続部本体６とアーム本体２の端部とを間隔をあけて配置した状態で、取付インタフェース部３を収容する材料充填空間を備える２つの固定部と、一方の固定部を他方の固定部に対してアーム本体２の長手軸方向に直線移動させるスライド機構１２０と、材料注入部１３０とを備えている。２つの固定部は同一形状を有し、アーム本体２を嵌合させる材料充填空間の開口部を対向させて配置されている。各固定部は、例えば、図８に示されるように、一対の支持部材３００と締付部材３０１とからなる嵌合構造である。２つの取付インタフェース部３は同一形状を有している。

アーム本体２の端部と取付インタフェース部３の接続部本体６とを間隔をあけて固定部の材料充填空間内に収容して、アーム本体２の両端の取付インタフェース部３の２つの金属プレート５の取付面５ａが同一平面内に配置される位置に位置決めされるとともに、接合部７を形成する樹脂（溶融材料）を注入するための材料充填空間が密閉された状態で形成される。

材料注入部１３０は、２つの固定部の材料充填空間に開口するゲート１１３に接続された２つの成形機１３１を備えており、成形機１３１により、溶融した樹脂を、ゲート１１３を経由して材料充填空間内に注入することができる。材料充填空間内に注入された樹脂が硬化することにより、アーム本体２を構成する樹脂および取付インタフェース部３の接続部本体６を構成する樹脂を接合する接合部７が形成され、アーム本体２と取付インタフェース部３とを一体的に接合することができる。

そして、このようにして製造されたロボットアーム１を、図９および図１０に示されるように、ロボット２００の減速機出力軸２１０等に固定することにより、簡易にロボット２００の関節軸を構成することができる。
この場合には、金属プレート５に設けられている貫通孔９に取付ネジ１０を貫通させて減速機出力軸２１０のネジ孔に締結することにより、取付ネジ１０の頭部を金属プレート５の取付面５ａとは反対側の表面である座面に押し付けることができる。

すなわち、取付ネジ１０の頭部と減速機出力軸２１０との間に樹脂が存在する場合には、十分な締結を行うことができないため、ロボット２００が繰り返し動作することで取付ネジ１０が緩んでしまう虞があるが、本実施形態においては、金属プレート５のみを取付ネジ１０の頭部と減速機出力軸２１０との間に配置しているので、十分な締結力で締結することができて、取付ネジ１０の緩みを確実に防止することができるという利点がある。

ただし、負荷によって、金属プレート５自体が接続部４の樹脂部材から剥離してしまわないように、十分注意する必要もある。このことを考慮すると、図１１に示されるように、金属プレート５の側面において、取付面５ａから厚さ方向に間隔をあけた位置に径方向に突出した凸部１６が設けられる構造が好ましい。このようにすることで、金属プレート５が横断面形状を長手方向において凹凸の付いた形状で構成されるため、凸部１６が接続部４に引っかかり、接続部４の樹脂部材を破壊しないと金属プレート５が剥離しないようにすることができる。

また、金属プレート５に凸部１６を設ける構造を例示したが、これに代えて、金属プレート５の側面において、厚さ方向の途中位置において径方向に凹んだ凹部１７を設けるようにしてもよい。また、図１２に示されるように、周方向の１箇所以上に径方向に凹む凹部１７を設けることにしてもよい。これにより、金属プレート５にトルクが作用しても接続部４の接続部本体６を構成する樹脂との間で位置ズレが発生することを防止できる。更なる強度向上や剛性強化のため、構造用接着剤を併用してもよい。

また、アーム本体２として円筒状のものを例示したが、これに代えて、多角筒状あるいは楕円筒状等、長手軸方向に沿って横断面形状が均一であれば、任意の横断面形状の筒状のアーム本体２を採用してもよい。また、中空の筒状のアーム本体２に代えて、円柱状、楕円柱状、多角柱状等、任意の横断面形状の柱状のアーム本体２を採用してもよい。

また、アーム本体２の両端にアーム本体２の内孔２ａを直交する方向に湾曲させる取付インタフェース部３を設けたが、これに代えて、取付インタフェース部３としては、図１３および図１４に示されるように、アーム本体２の長手軸に直交する方向に延びる取付面５ａを有し、アーム本体２の内孔２ａを長手軸方向に開口させるものを採用してもよい。

また、本実施形態においては、溶融材料として、樹脂を用いるものを例示したが、これに代えて、金属を採用してもよい。
また、本実施形態においては、アーム本体２および取付インタフェース部３として、樹脂により構成されているものを例示したが、これに代えて、少なくとも一方が金属で構成されているものを採用してもよい。
また、本実施形態においては、固定部として、金属製のもの、樹脂製のものまたは砂型のものを採用してもよい。

また、本実施形態においては、取付インタフェース部３とアーム本体２とを材料充填空間内に収容した後、固定部の材料充填空間内に注入された樹脂によってアーム本体２の端部と取付インタフェース部３の接続部本体６とを一体的に接合する接合部７を形成するものを例示したが、これに限られるものではない。具体的には、取付インタフェース部３の接合部７の一部を、取付インタフェース部３とアーム本体２とを材料充填空間内に収容する前に形成し、固定部の材料充填空間内に取付インタフェース部３とアーム本体２とを収容した後に、既に形成されている接合部７の一部とアーム本体２とを、溶融した樹脂を材料充填空間内に注入して硬化させ、一体的に接合するようにしてもよい。
本発明の他の実施形態に係るロボットアームの製造装置は、長尺の筒状または柱状のアーム本体と、該アーム本体の両側に固定され他の部材に取り付けるための取付インタフェース部とを備え、各該取付インタフェース部が、前記アーム本体の端部に接続される接続部と、該接続部に埋め込まれ、前記他の部材に固定される取付面を有する金属プレートとを備えるロボットアームの製造装置であって、各前記取付インタフェース部を成形するための空間を備えるとともに、各該空間を閉塞する位置に前記アーム本体の各端部を位置決め状態に支持可能な一対の固定部と、該固定部の少なくとも一方を移動させて２つの前記固定部の間隔を調整可能なスライド機構と、前記空間内の少なくとも一部に、溶融材料を注入することにより、前記取付インタフェース部を成形しつつ、成形された前記取付インタフェース部に前記アーム本体の各端部を一体的に接合する材料注入部とを備え、前記空間のうち前記溶融材料で満たされる材料充填空間が、成形される前記取付インタフェース部の端部の外周面に合った形状を有する前記アーム本体側の第１端と、成形される前記取付インタフェース部の少なくとも一部の外周面に合った形状を有する前記取付インタフェース部側の第２端と、前記第１端と前記第２端との間に設けられた隙間とを有し、一対の前記固定部が、２つの前記金属プレートをインサート部品として、位置決め状態に支持する。
本実施形態に係るロボットアームの製造装置によれば、スライド機構を作動させて適当な間隔をあけた一対の固定部によって、アーム本体の両端を支持すると、アーム本体の端部によって固定部の材料充填空間が閉塞される。この状態で、材料注入部の作動により、溶融材料を材料充填空間内に注入することにより、材料充填空間内に取付インタフェース部が成形されるとともに、アーム本体の両端に、成形された取付インタフェース部が接合されたロボットアームが製造される。
この場合において、長さの異なるロボットアームを製造する場合には、スライド機構を作動させて一対の固定部の間隔を調整する。アーム本体は横断面均一な筒状または柱状に構成されているので、一対の固定部の少なくとも一方をアーム本体の長手軸に沿う方向に移動させるだけで、種々の長さのアーム本体に対しても、アーム本体の両端に取付インタフェース部を成形可能な位置に材料充填空間を配置することができる。これにより、長さのみ異なる複数種類のロボットアームを簡易に製造することができる。

１ロボットアーム
２アーム本体
３取付インタフェース部
７接合部
１００製造装置
１２０スライド機構
１３０材料注入部

Claims

長尺の筒状または柱状のアーム本体と、該アーム本体の両側に固定され他の部材に取り付けるための取付インタフェース部とを備え、各該取付インタフェース部が、前記アーム本体の端部に接続される接続部と、該接続部に埋め込まれ、前記他の部材に固定される取付面を有する金属プレートとを備えるロボットアームの製造装置であって、
各前記取付インタフェース部の少なくとも一部と前記アーム本体の各端部とを位置決め状態に支持するとともに、少なくとも前記取付インタフェース部と前記アーム本体との接合部近傍に空間を有する一対の固定部と、
該固定部の少なくとも一方を移動させて前記アーム本体の長手軸に沿う方向の２つの前記固定部の間隔を調整可能なスライド機構と、
前記空間内の少なくとも一部に溶融材料を注入することにより、前記アーム本体の両端に前記取付インタフェース部を一体的に接合する材料注入部とを備え、
前記空間のうち前記溶融材料で満たされる材料充填空間が、前記アーム本体の断面形状に合った形状の断面を有する前記アーム本体側の第１端と、前記取付インタフェース部の少なくとも一部の外周面に合った形状を有する前記取付インタフェース部側の第２端と、前記第１端と前記第２端との間に設けられた隙間とを有し、
一対の前記固定部が、２つの前記金属プレートの各前記取付面を相互に位置決めすることにより、各前記取付インタフェース部を位置決め状態に支持するロボットアームの製造装置。
長尺の筒状または柱状のアーム本体と、該アーム本体の両側に固定され他の部材に取り付けるための取付インタフェース部とを備え、各該取付インタフェース部が、前記アーム本体の端部に接続される接続部と、該接続部に埋め込まれ、前記他の部材に固定される取付面を有する金属プレートとを備えるロボットアームの製造装置であって、
各前記取付インタフェース部を成形するための空間を備えるとともに、各該空間を閉塞する位置に前記アーム本体の各端部を位置決め状態に支持可能な一対の固定部と、
該固定部の少なくとも一方を移動させて２つの前記固定部の間隔を調整可能なスライド機構と、
前記空間内の少なくとも一部に、溶融材料を注入することにより、前記取付インタフェース部を成形しつつ、成形された前記取付インタフェース部に前記アーム本体の各端部を一体的に接合する材料注入部とを備え、
前記空間のうち前記溶融材料で満たされる材料充填空間が、成形される前記取付インタフェース部の端部の外周面に合った形状を有する前記アーム本体側の第１端と、成形される前記取付インタフェース部の少なくとも一部の外周面に合った形状を有する前記取付インタフェース部側の第２端と、前記第１端と前記第２端との間に設けられた隙間とを有し、
一対の前記固定部が、２つの前記金属プレートをインサート部品として、位置決め状態に支持するロボットアームの製造装置。
前記アーム本体および前記取付インタフェース部の外表面の少なくとも一部が樹脂製であり、
前記溶融材料が、樹脂である請求項１または請求項２に記載のロボットアームの製造装置。
前記溶融材料が金属である請求項１または請求項２に記載のロボットアームの製造装置。
前記アーム本体および前記取付インタフェース部が金属で構成される請求項４に記載のロボットアームの製造装置。