JP7303702B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関する。

複数の関節を有する多関節ロボットが知られている。本出願人は、特許文献１において複数の関節を有する産業用ロボットを開示している。この産業用ロボットは、床面上に基台を有し、この基台から第１～第６関節部と第１～第６アームが交互に連結されている。各関節部は、モータと減速機とを有しており、各アームはモータと減速機から動力を受けて、各関節部の軸心を中心として回転することができる。

特開２０１１－００５６１０号公報

本発明者らは、複数の関節を有するロボットに関して以下の認識を得た。
例えば、同じ空間で人と一緒に作業を行う協働ロボットや案内等を行うサービスロボットとして多関節ロボットを使用することが考えられる。人の直ぐ近くで稼働するロボットは、ロボットの動きに応じて可動部が人や周囲の物に接触することがある。そのため、接触時の衝撃をできるだけ軽減することが望ましい。可動部の質量が大きく剛性が高いロボットは、可動部の接触時の衝撃を軽減するという点では不利である。可動部全体を低剛性に構成することも考えられるが、この場合、精度が過度に低下するという問題もある。
これらから、本発明者らは、従来のロボットには、接触時の衝撃を緩和するという観点で改善の余地があることを認識した。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、接触時の衝撃を緩和することが可能なロボットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のロボットは、第１関節と、第１関節よりも基端側に位置する第２関節と、を有するロボットであって、第１関節に第１減速機が組み込まれ、第２関節に第２減速機が組み込まれ、第１減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率が、第２減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率よりも大きい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、接触時の衝撃を緩和することが可能なロボットを提供できる。

第１実施形態に係るロボットを概略的に示す側面図である。 図１のロボットの第１減速機を概略的に示す側断面図である。 図１のロボットの第２減速機を概略的に示す側断面図である。 図１のロボットの第３減速機を概略的に示す側断面図である。 第２実施形態に係るロボットを概略的に示す側面図である。

本発明者らは、協働ロボットについて接触時の衝撃を緩和する観点で研究し、以下の知見を得た。接触時の衝撃を低減するために、関節の剛性を下げることが考えられる。このためには、関節に組み込まれている減速機の構成部材（潤滑剤などの液状またはゲル状のものを除く）に占める樹脂の体積比率（以下、「樹脂比率」という）を高めることが有効である。しかし、減速機の樹脂比率を一律に高くすると、ロボットの位置決め精度が低下し、用途が制限される。そこで、本発明者らは、ロボットの先端側に位置する関節の減速機の樹脂比率を高め、相対的に基端側に位置する関節の減速機の樹脂比率を低下させるという思想に想到した。関節の位置に応じて減速機の樹脂比率を変えることにより、衝撃を緩和しつつ実用的な精度を得ることが可能になる。以下、この思想の一例を実施形態に基づいて説明する。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。また、複数の構成要素を、符号に「－Ａ」、「－Ｂ」、「－Ｃ」を付することによって区別する。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、第１実施形態に係るロボット１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るロボット１００を概略的に示す側面図である。ロボット１００は、先端側から基端側の間に複数の関節を介して接続された複数のアームを有する多関節ロボットである。本実施形態のロボット１００は、人と協働して作業を行う協働ロボットを例示するが、本発明のロボットはこれに限定されるものではなく、人から隔離されずに人の近くで作業を行う各種ロボットに適用可能であり、例えば人の案内等を行うサービスロボットや荷物の運搬等を行うロボット台車にも適用可能である。本実施形態のロボット１００は、関節１０と、アーム２０とを有する。

関節１０は、第１関節１２と、第２関節１４と、第３関節１６とを含む。第２関節１４は、第１関節１２よりも基端側に位置する。第３関節１６は、第２関節１４よりも基端側に位置する。本実施形態では、第１関節１２は、第１関節１２－Ａと、第１関節１２－Ａよりも基端側に位置する第１関節１２－Ｂとを含む。本実施形態では、第２関節１４は一つだけ設けられる。本実施形態では、第３関節１６は、第３関節１６－Ａと、第３関節１６－Ｂと、第３関節１６－Ｃとを含む。第３関節１６－Ａは、第３関節１６－Ｂよりも先端側に位置し、第３関節１６－Ｂは、第３関節１６－Ｃよりも先端側に位置する。

アーム２０は、第１アーム２１と、第２アーム２２と、第３アーム２３と、第４アーム２４と、第５アーム２５と、第６アーム２６とを含む。第１アーム２１は、第１関節１２－Ａの先端側（出力側）に接続される。第２アーム２２は、第１関節１２－Ａ、１２－Ｂの間に接続される。第３アーム２３は、第１関節１２－Ｂと第２関節１４との間に接続される。第４アーム２４は、第２関節１４と第３関節１６－Ａとの間に接続される。第５アーム２５は、第３関節１６－Ａ、１６－Ｂの間に接続される。第６アーム２６は、第３関節１６－Ｂ、１６－Ｃの間に接続される。第３関節１６－Ｃの基端側は基台２７に接続され、基台２７は設置面Ｇｆに固定されている。

第１関節１２には、第１モータ３２および第１減速機４２が組み込まれる。第２関節１４には、第２モータ３４および第２減速機４４が組み込まれる。第３関節１６には、第３モータ３６および第３減速機４６が組み込まれる。なお、各モータは関節に組み込まれるとは限らず、関節から離れた箇所に設置され、ドライブシャフトを介して各減速機に動力を伝達する場合もある。

第１～第３モータ３２～３６を総称するときはモータ３０という。第１～第３減速機４２～４６を総称するときは減速機４０という。モータ３０から減速機４０に回転駆動力が入力されると、減速機４０の出力部材が減速回転して、アーム２０が関節１０の軸心を中心として回転する。ロボット１００では、第１アーム２１の出力側に取付けられたツール２９が所定の軌跡に沿って移動するように、各アーム２０の回転が制御される。

モータ３０は、減速機４０に回転駆動力を入力可能なものであればよく、種々の原理に基づくモータを採用できる。本実施形態のモータ３０は、サーボモータである。この場合、小型で出力が大きく、比較的長寿命でメンテナンスが殆ど不要である点で好ましい。

減速機４０の減速機構は特に限定されない。一例として、減速機４０は、筒型、カップ型、シルクハット型等の撓み噛合い式減速機であってもよいし、センタークランク型、振り分け型等の偏心揺動型減速機であってもよいし、単純遊星歯車型減速機であってもよい。第１～第３減速機４２、４４、４６は、互いに異なる減速機構であってもよいし、同形式の減速機構であってもよい。

［第１減速機］
第１減速機４２の構成を説明する。図２は、第１減速機４２を示す側面断面図である。第１減速機４２は、楕円と真円の差動を利用したいわゆる撓み噛合い式歯車装置（波動型歯車装置）である。本実施形態の第１減速機４２は、入力軸５０と、波動発生部５１、５２と、外歯歯車５３と、内歯歯車５４、５５と、第１出力部材５６と、軸受支持部６３と、第１主軸受５８と、ケーシング６０と、入力側カバー６１と、入力軸軸受６２とを主に備える。

以下、入力軸５０の回転中心線Ｌａに沿う方向を単に「軸方向」といい、その回転中心線Ｌａ周りの周方向、径方向に関して、単に「周方向」、「径方向」という。また、軸方向の一方側を入力側（図中右側）といい、他方側（図中左側）を反入力側という。

内歯歯車５４、５５は、外歯歯車５３と噛合う。内歯歯車５４、５５は、内歯歯車５４と、内歯歯車５４よりも入力側に設けられる内歯歯車５５とを含む。内歯歯車５４の反入力側および内歯歯車５５の入力側にワッシャ５９ｃが設けられる。第１出力部材５６は、内歯歯車５４の自転と同期する。軸受支持部６３は、内歯歯車５５の自転と同期する。第１主軸受５８は、第１出力部材５６と軸受支持部６３との間に配置される。軸受支持部６３は、図示しない外部部材に固定される。第１出力部材５６は、被駆動部材９０に連結される。入力側カバー６１は、ケーシング６０の入力側の側部に、ボルトＢ１によって固定されている。被駆動部材９０は、アーム２０に連結され（もしくは、アーム２０により構成され）、アーム２０に駆動力を伝達する。

入力軸５０は、第１モータ３２の出力軸に連結されており、第１モータ３２によって回転駆動される。入力軸５０は、中空の円筒状の部材であり、その入力側は入力側カバー６１に配置された入力軸軸受６２に支持され、その反入力側は第１出力部材５６に配置された入力軸軸受６２に支持される。入力側の入力軸軸受６２の外輪は入力側カバー６１に設けられた凹部６１ｂに収納されている。反入力側の入力軸軸受６２の外輪は第１出力部材５６に設けられた凹部５６ｅに収納されている。

入力軸５０の外周には、楕円形の外周面を有する波動発生部５１、５２が設けられる。波動発生部５１、５２の入力側及び出力側には、波動発生部５１、５２を保持するリテーナ５９ｂが設けられる。波動発生部５１、５２は、波動発生部５１と、波動発生部５１よりも入力側に設けられる波動発生部５２とを含む。波動発生部５１、５２は、外歯歯車５３の胴部の内側位置に嵌め込まれている。波動発生部５１、５２は、外歯歯車５３の内側に当接して外歯歯車５３を半径方向に撓めて内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に、内歯歯車５４、５５と外歯歯車５３の噛み合い位置を周方向に移動させる。

本実施形態では、波動発生部５１は、外歯歯車５３と内歯歯車５４の噛み合い位置を周方向に移動させ、波動発生部５２は、外歯歯車５３と内歯歯車５５の噛み合い位置を周方向に移動させる。波動発生部５１は、入力軸５０に設けられ外周形状が略楕円状の起振体と、当該起振体と外歯歯車５３の間に配置された起振体軸受とを有する。波動発生部５２は、波動発生部５１と共通の起振体と、当該起振体と外歯歯車５３の間に配置された起振体軸受とを有する。

外歯歯車５３は、内歯歯車５４、５５の内側に配置され、波動発生部５１、５２が当接するとき径方向に撓む外周面に外歯を有する。内歯歯車５４、５５は、内歯歯車５４と、内歯歯車５４よりも入力側に設けられる内歯歯車５５とを含む。内歯歯車５４は、外歯歯車５３の外歯のうち波動発生部５１によって撓まされた外歯と噛み合う。内歯歯車５５は、外歯歯車５３の外歯のうち波動発生部５２によって撓まされた外歯と噛み合う。内歯歯車５４は、中空円盤状の部材で、その内周面に内歯５４ａが一体的に設けられている。内歯歯車５５は、中空円盤状の部材で、その内周面に内歯５５ａが一体的に設けられている。本実施形態では、内歯歯車５４の歯数は、外歯歯車５３の歯数と同じであり、内歯歯車５５の歯数は、外歯歯車５３の歯数よりも２つ多い。内歯歯車５４および内歯歯車５５の歯数は、所望の特性に応じて変更されてもよい。

第１出力部材５６は、内歯歯車５４からの動力が伝達される中空円環状の部材である。本実施形態の第１出力部材５６の入力側の側部が、内歯歯車５４の反入力側の側部にボルトＢ２によって固定されている。このように構成されることにより、第１出力部材５６は、内歯歯車５４の自転と同期して運動する。

ケーシング６０は、内歯歯車５５と一体に形成される中空円筒状の部材である。ケーシング６０は、内歯歯車５５と軸受支持部６３とを連結し、内歯歯車５５からの動力を軸受支持部６３に伝達する。本実施形態の軸受支持部６３は、第１出力部材５６の径方向外側に配置される中空円環状の部材である。軸受支持部６３は、ケーシング６０の反入力側の側部にボルト（不図示）によって固定されている。このように構成されることにより、軸受支持部６３は、内歯歯車５５の自転と同期する。

以上のように構成された本実施形態の第１減速機４２の動作を説明する。第１モータ３２から入力軸５０に回転動力が伝達されると、入力軸５０の外周に設けられた波動発生部５１および波動発生部５２が回転する。波動発生部５１および波動発生部５２が回転すると、外歯歯車５３を径方向に撓めて内歯歯車５４、５５に部分的に噛み合わせると共に、内歯歯車５４、５５と外歯歯車５３の噛み合い位置を周方向に移動させる。このとき、内歯歯車５５と外歯歯車５３とは、歯数差に相当する分だけ相対回転する。具体的には、外歯歯車５３が自転する。一方、内歯歯車５４は、外歯歯車５３と同じ歯数のため、相対回転は発生せず、外歯歯車５３と一体的に回転する。つまり、外歯歯車５３の自転（減速回転）が内歯歯車５４から出力される。その結果、内歯歯車５４から第１出力部材５６を介して被駆動部材９０に減速回転が伝達される。

第１減速機４２の樹脂比率を説明する。第２関節１４よりもロボットの先端側に位置する第１減速機４２の樹脂比率が低いと、衝撃緩和効果が小さくなる。このため、本実施形態では、第１減速機４２の樹脂比率は、第２減速機４４の樹脂比率より高く、本実施形態では７０％以上に設定されている。本実施形態では、例えば樹脂比率は７０％とされており、これを実現するために、一例として、内歯歯車５４、５５、第１出力部材５６、入力側カバー６１、リテーナ５９ｂ、ケーシング６０および軸受支持部６３は、樹脂で構成された構成部材（以下、「樹脂製構成部材」という）である。樹脂製構成部材は、ＰＯＭ（polyacetal：ポリアセタール）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone：ポリエーテルケトンケトン）等の種々の樹脂を用いて構成できる。

樹脂製構成部材に用いられる樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維などの強化用繊維を含む樹脂であってもよいし、強化用繊維を含まない樹脂であってもよいし、紙や布などの基材に樹脂を含浸して積層したものであってもよい。特に、本実施形態の各構成部材に用いられる樹脂は、熱伝導性フィラーを配合させた樹脂であってもよく、この熱伝導性フィラーとしては、ナノオーダーフィラー、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのセラミック粉末、アルミニウム、銅、グラファイトなどの金属粉末などが挙げられる。

本実施形態では、起振体軸受の転動体および外輪、外歯歯車５３、第１主軸受５８、入力軸５０、入力軸軸受６２、ワッシャ５９ｃおよびボルトＢ１、Ｂ２は、金属材料で構成された構成部材（以下、「金属製構成部材」という）である。金属製構成部材は、鉄系金属、銅系金属、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタンなどの軽金属（比重が４ないし５以下の金属）等の種々の金属や、これらの複合材料を用いて構成できる。

樹脂製構成部材および金属製構成部材に関する上述の説明は、後述する第２減速機４４、第３減速機４６においても同様に適用される。なお、各部材の体積は計算によって理論的に求めてもよいし、計測対象の部材を水に沈めてその水位変化によって計測してもよい。また、減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率（樹脂比率）は、減速機の全構成部材の合計体積に占める樹脂製構成部材の体積の割合であるが、減速機の内部空間に封入された潤滑剤は、減速機の構成部材に含めない。また、減速機の出力部材（第１減速機４２においては第１出力部材５６）とロボット側の被駆動部材９０との間に、スペーサ等が介在する場合は、当該スペーサ等を減速機の構成部材に含めた場合、含めない場合のいずれかで、請求項に記載の条件に合致すれば、本発明の技術的範囲に含まれることになる。ただし、スペーサ等を減速機の構成部材に含める場合には、第１～第３減速機すべてについて構成部材に含めた上で、樹脂比率を比較し、スペーサ等を構成部材に含めない場合には、第１～第３減速機すべてについて構成部材に含めずに、樹脂比率を比較するものとする。

［第２減速機］
第２減速機４４の構成を説明する。第２減速機４４の図面および説明では、第１減速機４２と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１減速機４２と重複する説明を適宜省略し、第１減速機４２と相違する構成について重点的に説明する。図３は、第２減速機４４を示す側面断面図である。この例では、第２減速機４４も撓み噛合い式歯車装置である。本実施形態の第２減速機４４は、入力軸５０と、波動発生部５１、５２と、外歯歯車５３と、内歯歯車５４、５５と、第２出力部材５７と、軸受支持部６３と、第２主軸受６４と、ケーシング６０と、入力側カバー６１と、入力軸軸受６２とを主に備える。これらの構成部材は、第１減速機４２の同一符号の構成部材と対応しており、同様の特徴を有する。

第２減速機４４では、入力軸５０は、第２モータ３４の出力軸に連結されており、第２モータ３４によって回転駆動される。第１減速機４２では第１主軸受５８として転動体が球体のボールベアリングが用いられているが、第２減速機４４では第２主軸受６４としてクロスローラベアリングが使用されている。

第２出力部材５７は、第１出力部材５６と対応している。第２出力部材５７の入力側の側部は、内歯歯車５４の反入力側の側部にボルトＢ２によって固定されている。第２出力部材５７は、被駆動部材９０に連結されている。第２出力部材５７と軸受支持部６３との間に第２主軸受６４が配置される。このように構成されることにより、第２出力部材５７は、内歯歯車５４の自転と同期して運動する。

第２減速機４４の樹脂比率を説明する。第１関節１２よりも大きな質量を支持する第２減速機４４の樹脂比率が高いと、ロボットの位置決め精度が低下する。また、第３関節１６よりもロボットの先端側に位置する第２減速機４４の樹脂比率が低いと、衝撃緩和効果が小さくなる。このため、本実施形態では、第２減速機４４の樹脂比率は、第１減速機４２の樹脂比率よりも低く、第３減速機４６の樹脂比率より高く、本実施形態では４０％～６０％の範囲に設定されている。この場合、衝撃緩和と精度維持の観点で有利である。

本実施形態の第２減速機４４では、例えば樹脂比率が５０％とされており、これを実現するために、一例として、内歯歯車５４、５５、リテーナ５９ｂ、ケーシング６０および入力側カバー６１が樹脂製構成部材である。また、入力軸５０、波動発生部５１、５２、外歯歯車５３、第２出力部材５７、第２主軸受６４、入力軸軸受６２、軸受支持部６３、ワッシャ５９ｃおよびボルトＢ１、Ｂ２は、金属製構成部材である。つまり、第２減速機４４は、第１出力部材５６および軸受支持部６３が金属製構成部材である点で第１減速機４２と異なる。

主軸受に作用するモーメントを説明する。第１関節１２－Ｂは、第１、第２アーム２１、２２、第１関節１２－Ａおよびツール２９を支持する。また、第２関節１４は、第１～第３アーム２１、２２、２３、第１関節１２－Ａ、１２－Ｂおよびツール２９を支持する。つまり、第２関節１４は、第３アーム２３および第１関節１２－Ｂの分だけ第１関節１２－Ｂより大きな質量を支持する。

このため、第１関節１２－Ｂの第１減速機４２－Ｂの第１主軸受５８には、第１出力部材５６を介して、上述の支持質量に応じたモーメントが作用する。また、第２関節１４の第２減速機４４の第２主軸受６４には、第２出力部材５７を介して、上述の支持質量に応じたモーメントが作用する。したがって、第２減速機４４の第２出力部材５７を支持する第２主軸受６４に作用するモーメントは、第１減速機４２－Ｂの第１出力部材５６を支持する第１主軸受５８に作用するモーメントよりも大きい。なお、第１減速機４２－Ａの第１出力部材５６を支持する第１主軸受５８に作用するモーメントは、第１減速機４２－Ｂの第１主軸受５８に作用するモーメントよりも小さい。

［第３減速機］
第３減速機４６の構成を説明する。第３減速機４６の図面および説明では、第１減速機４２と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１減速機４２と重複する説明を適宜省略し、第１減速機４２と相違する構成について重点的に説明する。図４は、第３減速機４６を示す側面断面図である。

第３減速機４６は、いわゆる振り分けタイプの偏心揺動型減速機である。第３減速機４６は、主に、入力歯車７０、入力軸７２と、外歯歯車７４と、内歯歯車７６と、キャリヤ７８と、第３出力部材８０と、ケーシング８１と、主軸受８２、８３と、ころ軸受７３と、キャリヤピン７５と、オイルシール８４と、を備える。

複数の入力歯車７０は、内歯歯車７６の中心軸線Ｌａ周りに配置される。本図では一つの入力歯車７０のみを示す。入力歯車７０は、その中央部に挿通される入力軸７２により支持され、入力軸７２と一体的に回転可能に設けられる。入力歯車７０は、中心軸線Ｌａ上に設けられる第３モータ３６の出力軸３６ａの外歯部３６ｂと噛み合う。第３モータ３６の出力軸３６ａの回転により入力歯車７０が入力軸７２と一体的に回転する。

第３減速機４６の入力軸７２は、内歯歯車７６の中心軸線Ｌａからオフセットした位置に周方向に間を置いて複数（例えば、３本）配置される。本図では一つの入力軸７２のみを示す。各入力軸７２には、互いに偏心位相は１８０°ずれた２個の偏心体７２ａが軸方向に並んで設けられている。

偏心体７２ａの外周には、ころ軸受７３を介して２枚の外歯歯車７４が組み込まれている。各外歯歯車７４は、内歯歯車７６に内接噛合している。各外歯歯車７４の構成は、偏心位相が異なっている以外は同一である。外歯歯車７４は、複数の偏心体７２ａのそれぞれに対応して個別に設けられる。

キャリヤ７８は、外歯歯車７４の入力側の側部に配置される。第３出力部材８０は、外歯歯車７４の反入力側の側部に配置される。キャリヤ７８および第３出力部材８０は、円盤状をなし、入力軸軸受７１を介して入力軸７２を回転自在に支持する。

キャリヤ７８と、第３出力部材８０とは、キャリヤピン７５を介して連結される。キャリヤピン７５は、外歯歯車７４の軸芯から径方向にオフセットした位置において、複数の外歯歯車７４を軸方向に貫通する。本実施形態のキャリヤピン７５は、第３出力部材８０と一体的に設けられる。キャリヤピン７５は、内歯歯車７６の中心軸線Ｌａ周りに所定の間隔で複数設けられる。本実施形態では、周方向に１２０°間隔で３つのキャリヤピン７５が設けられる。

キャリヤピン７５は、ボルトＢ５によってキャリヤ７８に固定される。キャリヤピン７５は、キャリヤ７８と第３出力部材８０とを連結している。キャリヤピン７５は、外歯歯車７４に形成されたキャリヤピン孔７４ｂを貫通している。

第３出力部材８０は、被駆動部材９０に回転動力を出力する出力部材である。ケーシング８１は、第３減速機４６を支持する外部部材に固定される被固定部材である。第３出力部材８０は、ケーシング８１に主軸受８２、８３を介して回転自在に支持される。

ケーシング８１は、全体として筒状をなし、その内周部には内歯歯車７６が設けられる。内歯歯車７６は、外歯歯車７４と噛み合う。本実施形態の内歯歯車７６は、ケーシング８１と一体化された内歯歯車本体と、この内歯歯車本体に回転自在に支持され、当該内歯歯車７６の内歯を構成する外ピン７６ａ（ピン部材）とで構成されている。内歯歯車７６の内歯数（外ピン７６ａの数）は、外歯歯車７４の外歯数よりも僅かだけ（この例では１だけ）多い。

外歯歯車７４には、キャリヤピン７５が貫通するキャリヤピン孔７４ｂと、ころ軸受７３が当接する入力軸孔７４ｃとが設けられる。キャリヤピン孔７４ｂと入力軸孔７４ｃとは、外歯歯車７４の中心からオフセットして設けられる。

キャリヤピン孔７４ｂは、キャリヤピン７５に対応して複数設けられる。この例では、周方向に１２０°間隔で３つのキャリヤピン孔７４ｂが設けられる。キャリヤピン７５は、第３減速機４６のキャリヤピン孔７４ｂとは接触しない。入力軸孔７４ｃは、入力軸７２に対応して複数設けられ、偏心体７２ａが挿通される円形の孔である。この例では、周方向に１２０°間隔で３つの入力軸孔７４ｃが設けられる。

主軸受８３は、第３主軸受を例示している。主軸受８２、８３は、主軸受８２と、主軸受８２よりも反入力側に設けられた主軸受８３を含む。主軸受８２は、キャリヤ７８とケーシング８１の間に配置される。主軸受８３は、第３出力部材８０とケーシング８１の間に配置される。主軸受８２、８３の内輪は、それぞれキャリヤ７８と第３出力部材８０の外周に構成されている。

オイルシール８４は、第３出力部材８０とケーシング８１の間に設けられている。

以上のように構成された第３減速機４６の動作を説明する。第３モータ３６の出力軸３６ａが回転すると、出力軸３６ａから複数の入力歯車７０に回転動力が振り分けられ、各入力歯車７０が同じ位相で回転する。各入力歯車７０が回転すると、入力軸７２の偏心体７２ａが入力軸７２を通る回転中心線周りに回転し、その偏心体７２ａにより外歯歯車７４が揺動する。外歯歯車７４が揺動すると、外歯歯車７４と内歯歯車７６の噛合位置が順次ずれ、外歯歯車７４及び内歯歯車７６の一方の自転が発生する。入力軸７２の回転は、外歯歯車７４と内歯歯車７６の歯数差に応じた減速比で減速されて、第３出力部材８０から被駆動部材９０に出力される。

第３減速機４６の樹脂比率を説明する。ロボットの基端側で大きな質量を支持する第３減速機４６の樹脂比率が相対的に低いと、ロボットの位置決め精度が低下する。このため、本実施形態では、第３減速機４６の樹脂比率は、第２減速機４４の樹脂比率よりも低く、本実施形態では２０％以下に設定されている。この場合、ロボットの基端側での剛性を高められ、精度維持の観点で有利である。

本実施形態の第３減速機４６では、例えば樹脂比率が２％とされており、これを実現するために、一例として、オイルシール８４は樹脂製構成部材である。また、入力歯車７０、入力軸７２、外歯歯車７４、内歯歯車７６、キャリヤ７８、第３出力部材８０、ケーシング８１、主軸受８２、８３、ころ軸受７３、キャリヤピン７５およびワッシャ類は金属製構成部材である。

主軸受に作用するモーメントを説明する。第３関節１６－Ａは、第１～第４アーム２１、２２、２３、２４、第２関節１４、第１関節１２－Ａ、１２－Ｂおよびツール２９を支持する。つまり、第３関節１６－Ａは、第４アーム２４および第２関節１４の分だけ第２関節１４より大きな質量を支持する。このため、第３関節１６－Ａの第３減速機４６の主軸受８３（第３主軸受）には、第３出力部材８０を介して、上述の支持質量に応じたモーメントが作用する。したがって、第３出力部材８０を支持する主軸受８３（第３主軸受）に作用するモーメントは、第２出力部材５７を支持する第２主軸受６４に作用するモーメントよりも大きい。

なお、第３関節１６－Ｂの主軸受８３（第３主軸受）に作用するモーメントは、第３関節１６－Ａおよび第５アーム２５の質量に対応する分だけ、第３関節１６－Ａの主軸受８３（第３主軸受）に作用するモーメントよりも大きい。また、第３関節１６－Ｃの主軸受８３（第３主軸受）に作用するモーメントは、第３関節１６－Ｂおよび第６アーム２６の質量に対応する分だけ、第３関節１６－Ｂの主軸受８３（第３主軸受）に作用するモーメントよりも大きい。これらの場合、樹脂比率が高く剛性が低い減速機の主軸受に大きなモーメントが作用する場合と比較して、モーメントによる精度の低下を小さくできる。

上述したように、第１減速機４２の被駆動部材に連結される第１出力部材５６は樹脂により構成される。この場合、ロボット１００の先端側の剛性を容易に下げることができ、軽量化にも有利である。また、第２減速機４４の被駆動部材に連結される第２出力部材５７と、第３減速機４６の被駆動部材に連結される第３出力部材８０とは金属で構成される。この場合、ロボット１００の位置決め精度の低下を抑制できる。つまり、先端側の剛性と位置決め精度の面で良好なバランスを実現できる。

第２出力部材５７は、第３出力部材８０と同じ金属で構成されてもよいが、本実施形態では第３出力部材８０と異なる金属で構成されている。第３出力部材８０には、第２出力部材５７より大きなモーメントが作用するので、その分ヤング率が高い金属を用いることが望ましい。例えば、第２出力部材５７は、アルミニウムなどの第１金属により構成され、第３出力部材８０は、鋼などの第１金属よりもヤング率の高い第２金属により構成されてもよい。この場合、ロボット１００の基端側の剛性を上げて位置決め精度の低下を抑制できる。この場合、ロボットの基端側で大きな質量を支持する減速機の出力部材のヤング率が高いので、ロボットの精度維持の観点で有利である。

このように構成された本実施形態のロボット１００によれば、先端側に位置する関節の剛性を低くしつつ基端側に位置する関節の剛性を高めることができる。このため、衝撃緩和（安全性向上）と位置決め精度維持のバランスの観点で有利であり、人と隔離されることなく人の近くで稼動するのに好適なロボットを提供できる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るロボット２００について説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

図５は、第２実施形態に係るロボット２００を概略的に示す側面図である。ロボット２００は、水平多軸型ロボット（スカラ型ロボット）である。ロボット２００は、基台２７と、関節１０と、アーム２０と、昇降ユニット２８とを有する。基台２７は、設置面Ｇｆに固定され、設置面Ｇｆから上方に延びる筒状の部分である。関節１０は、第１関節１２と、第１関節１２よりも基端側に位置する第２関節１４とを含む。第２関節１４は、基台２７の上端に設けられる。

アーム２０は、第１関節１２の先端側に接続される第１アーム２１と、第１関節１２と第２関節１４の間に接続される第２アーム２２とを含む。昇降ユニット２８は、第１アーム２１の先端側に設けられる。昇降ユニット２８は、直動軸２８ｂと、直動軸２８ｂを昇降駆動する駆動部２８ｄとを有する。駆動部２８ｄは、例えばモータとボールねじ機構とによって構成できる。直動軸２８ｂの下端にはツール２９が取付けられる。

第１関節１２には、第１モータ３２および第１減速機４２が組み込まれる。第２関節１４には、第２モータ３４および第２減速機４４が組み込まれる。第１、第２モータ３２、３４は、第１実施形態の第１、第２モータ３２、３４と同様の構成と特徴を有する。第１、第２減速機４２、４４は、第１実施形態の第１、第２減速機４２、４４と同様の構成と特徴を有する。

以上のように構成されたロボット２００の動作を説明する。ロボット２００では、第１モータ３２から第１減速機４２に回転駆動力が入力されると、第１出力部材５６が減速回転する。第１出力部材５６の回転により第１アーム２１が駆動され、第１アーム２１が第１関節１２の軸心Ｊ１を中心として回転する。また、第２モータ３４から第２減速機４４に回転駆動力が入力されると、第２出力部材５７が減速回転する。第２出力部材５７の回転により第２アーム２２が駆動され、第２アーム２２が第２関節１４の軸心Ｊ２を中心に回転する。ロボット２００は、ツール２９が所定の軌跡に沿って移動するように、各アーム２０の回転および直動軸２８ｂの昇降位置が制御される。このように、本発明は種々の形式のロボットに適用できる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

［変形例］
第１実施形態の説明において、樹脂製構成部材として説明した部材の一部は金属製構成部材であってもよい。また、第１実施形態の説明において、金属製構成部材として説明した部材の一部は樹脂製構成部材であってもよい。つまり、第１減速機４２、第２減速機４４および第３減速機４６のそれぞれについて、所望の樹脂比率を達成できるのであれば、各減速機の構成部材のうち、どの構成部材を樹脂製とし、どの構成部材を金属製とするかは、特に限定されない。また、第１減速機４２、第２減速機４４および第３減速機４６の樹脂比率は、実施形態に記載の値に限定されるものではなく、第１減速機４２の樹脂比率が第２減速機４４の樹脂比率よりも大きく、第２減速機４４の樹脂比率が第３減速機４６の樹脂比率よりも大きければ、適宜選択可能である。

第１実施形態のロボット１００のように、３つ以上の関節を有する場合、基端側から先端側に行くに従って、各関節の減速機の樹脂比率が大きくなるのが好ましい。しかし、樹脂比率が同じ減速機が含まれていてもよいし、一部の減速機については、基端側の減速機の樹脂比率が先端側の減速機の樹脂比率よりも大きくなっていてもよい。つまり、少なくとも一つの先端側の減速機の樹脂比率が、少なくとも一つの基端側の減速機の樹脂比率よりも大きくなっていればよい。

第１実施形態の説明では、第１、第２減速機４２、４４が撓み噛合い式歯車装置であり、第３減速機４６が偏心揺動型歯車装置である例を示したが、本発明はこれに限定されない。各減速機の減速機構は特に限定されるものではなく、例えば、第１、第２減速機４２、４４の一方または双方は、偏心揺動型歯車装置であってもよいし、第３減速機４６が撓み噛合い式歯車装置であってもよい。

上述の各変形例は第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１２・・・第１関節、１４・・・第２関節、１６・・・第３関節、２８ｄ・・・駆動部、４２・・・第１減速機、４４・・・第２減速機、４６・・・第３減速機、５６・・・第１出力部材、５７・・・第２出力部材、５８・・・第１主軸受、６４・・・第２主軸受、８０・・・第３出力部材、８２・・・第３主軸受、９０・・・被駆動部材、１００，２００・・・ロボット。

Claims (4)

1. 第１関節と、前記第１関節よりも基端側に位置する第２関節と、を有するロボットであって、
   前記第１関節に第１減速機が組み込まれ、
   前記第２関節に第２減速機が組み込まれ、
   前記第１減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率が、前記第２減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率よりも大きいことを特徴とするロボット。
2. 前記第２関節よりも基端側に第３関節を有し、
   前記第３関節には第３減速機が組み込まれ、
   前記第３減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率は、前記第２減速機の構成部材に占める樹脂の体積比率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１減速機の被駆動部材に連結される第１出力部材は樹脂により構成され、
   前記第２減速機の被駆動部材に連結される第２出力部材は第１金属により構成され、
   前記第３減速機の被駆動部材に連結される第３出力部材は前記第１金属よりもヤング率の高い第２金属により構成されることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
4. 前記第１関節は、本ロボットの最も先端側の関節であり、
   前記第２関節は、本ロボットの最も基端側の関節であることを特徴とする請求項１に記載のロボット。

Images