JP7343357B2 - 手首軸モータ交換治具および手首軸モータ交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、手首軸モータ交換治具および手首軸モータ交換方法に関するものである。

３軸の手首を先端に装着したアームの基端側に、３つの手首軸を回転駆動する３つのモータが並列に配置されたロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このロボットにおいては、各手首軸にドライブシャフトを経由して動力を伝達する３つの同軸のセンターギヤに、各モータのシャフトに装着された駆動ギヤが噛み合っている。

特開２０１８－１８７７１１号公報

各モータにはブレーキが内蔵されており、電源が供給されていない状態で制動状態が維持されることにより、電源遮断時にも各手首軸が動作することはない。しかしながら、モータを交換する際に、モータを取り外すと駆動ギヤとセンターギヤとの噛み合いが解除されブレーキによる制動状態が解除されるので、重力により手首軸が動作する場合がある。
クレーンが使用できる環境下においては、手首軸のモータの交換は、手首をクレーン等によって吊り上げて、ブレーキが解除されても動作しない状態として行われる。

クレーンが使用できない環境下においては、各手首軸をブレーキが解除されても動作しない角度に調節する必要がある。
しかしながら、故障したモータを交換する場合に、交換しようとするモータに対応する手首軸は所望の姿勢に動作させることができない場合がある。

したがって、クレーン等により手首を吊り上げることができない環境下において、モータを交換しようとしている手首軸の角度を調整しなくても、重力によって手首を動作させずに、簡易にモータを交換できることが望ましい。

本発明の一態様は、２以上の手首軸を有する手首ユニットが先端に装着されたアームの基端側に、各前記手首軸をそれぞれ回転駆動する２以上のモータが、取付ボルトによって着脱可能に取り付けられたロボットの手首軸モータ交換治具であって、前記ロボットには、各前記手首軸に接続された２以上のセンターギヤが同軸に設けられ、各該センターギヤには、各前記モータのシャフトに装着された駆動ギヤが噛み合っており、第１の前記モータの取付面に、第１の前記モータおよび第１の前記駆動ギヤに代えて前記取付ボルトによって着脱可能に取り付けられるフランジ部と、該フランジ部に固定されたギヤを備える固定ギヤ部とを備え、前記ギヤが、第２の前記モータに装着された第２の前記駆動ギヤが噛み合っている前記センターギヤに噛み合う手首軸モータ交換治具である。

本発明の一実施形態に係る手首軸モータ交換治具が適用されるロボットの一例を示す側面図である。 図１のロボットを部分的に示す模式的な側断面図である。 図１のロボットを部分的に示す模式的な平断面図である。 図１のロボットのセンターギヤおよび駆動ギヤを示す斜視図である。 図１のロボットの手首軸の３つのモータ、センターギヤおよび駆動ギヤを示す背面図である。 本実施形態に係る手首軸モータ交換治具の一例を示す斜視図である。 図６の手首軸モータ交換治具から駆動ギヤを取り外した状態を示す斜視図である。 図６の手首軸モータ交換治具のハンドルを示す斜視図である。 本実施形態に係る手首軸モータ交換方法を示すフローチャートである。 図９の手首軸モータ交換方法におけるモータ交換時のロボットの姿勢の一例を示す側面図である。 図９の手首軸モータ交換方法における手首軸モータ交換治具の装着作業を説明する部分的な斜視図である。 図９の手首軸モータ交換方法の変形例における手首軸モータ交換治具の装着作業を説明する部分的な斜視図である。 図９の手首軸モータ交換方法を適用するロボットの手首軸の３つのモータの取付面の変形例を示す背面図である。

本発明の一実施形態に係る手首軸モータ交換治具１および手首軸モータ交換方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る手首軸モータ交換治具１が適用されるロボット１００は、図１に示されるように、例えば、垂直多関節型ロボットであって、先端に３つの手首軸１２１，１２２，１２３を備える手首ユニット１２０が装着されたアーム１１０の基端に３つのモータ１３１，１３２，１３３を備えている。３つのモータ１３１，１３２，１３３は、同一の大きさのフランジ１３４を備え、それぞれ４本の取付ボルト１３５によって、アーム１１０の基端側に配置された取付面１１１に並列に取り付けられている。

アーム１１０内には、図２および図３に示されるように、アーム１１０の長手方向に沿って延びる３本のドライブシャフト１４１，１４２，１４３が同軸に回転可能に収容されている。各ドライブシャフト１４１，１４２，１４３の先端は、歯車対１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６によっていずれかの手首軸１２１，１２２，１２３に接続されている。

また、ドライブシャフト１４１，１４２，１４３の基端には、図４に示されるように、大きさの異なる３枚の円板状のセンターギヤ１６１，１６２，１６３が、同軸に回転可能に配置されている。３枚のセンターギヤ１６１，１６２，１６３は、アーム１１０の長手軸に沿って先端側に向かって外径が大きくなっている。

そして、各センターギヤ１６１，１６２，１６３には、いずれかのモータ１３１，１３２，１３３のシャフト１３１ａ，１３２ａ，１３３ａに装着された駆動ギヤ１７１，１７２，１７３がそれぞれ噛み合っている。３つのモータ１３１，１３２，１３３のシャフト１３１ａ，１３２ａ，１３３ａの中心軸は、図５に示されるように、アーム１１０の後方から見て、センターギヤ１６１，１６２，１６３の中心軸Ａから同一の距離をあけて配置されている。

したがって、図４および図５に示されるように、最も小径のセンターギヤ１６３には最も大径の駆動ギヤ１７３が噛み合い、最も大径のセンターギヤ１６１には最も小径の駆動ギヤ１７１が噛み合い、中間の径のセンターギヤ１６２には中間の径の駆動ギヤ１７２が噛み合っている。

次に、本実施形態に係る手首軸モータ交換治具１について説明する。
本実施形態に係る手首軸モータ交換治具１は、図６から図８に示されるように、平板状のフランジ部２と、フランジ部２に固定されたギヤ４を備える固定ギヤ部３と、ハンドル（ハンドル部）５とを備えている

固定ギヤ部３は、図６および図７に示されるように、モータ１３１，１３２，１３３のシャフト１３１ａ，１３２ａ，１３３ａと同一形状を有し、フランジ部２の中央からフランジ部２に直交する方向に延びるシャフト部６と、図６に示されるように、シャフト部６に取り付けられた駆動ギヤ（ギヤ）４とを備えている。この駆動ギヤ４は、例えば、交換しようとするモータ１３１，１３２，１３３に取り付けられている駆動ギヤ１７１，１７２，１７３と同一形状のものである。

フランジ部２は、モータ１３１，１３２，１３３のフランジ１３４とほぼ同程度の外形を有し、取付ボルト１３５を取り外して、いずれかのモータ（第１のモータ）１３１，１３２，１３３が取付面１１１から取り外された状態で、取り外されたモータ１３１，１３２，１３３に代えて取付面１１１に取り付けることができる。具体的には、フランジ部２は、シャフト部６の中心軸Ｂに直交する中心線Ｃを境界として、半分がモータ１３１，１３２，１３３のフランジ１３４とほぼ同程度の矩形の輪郭形状の矩形部７であり、他の半分が矩形部７の長辺を直径とし、シャフト部６の中心軸Ｂを中心とする円弧の輪郭形状の円弧部８とを備えている。

矩形部７には、モータ１３１，１３２，１３３を取付面１１１に取り付けていた取付ボルト１３５を貫通させることができる２つのボルト通し孔９が設けられている。各ボルト通し孔９は、シャフト部６の中心軸Ｂを中心として、所定角度範囲にわたり周方向に延びる円弧形状を有している。図中、符号１０は取付面１１１に設けられた嵌合孔１１２に嵌合するインロー部である。

これにより、２つのボルト通し孔９に貫通させた取付ボルト１３５を取付面１１１のネジ孔１１１ａに軽く締めた状態でフランジ部２をシャフト部６の中心軸Ｂ回りにボルト通し孔９の範囲内で回転させることができる。そして、この際に、隣接するモータ１３１，１３２，１３３の側に円弧部８を配置しておくことにより、回転するフランジ部２が隣接するモータ１３１，１３２，１３３のフランジ１３４に干渉することを防止できる。

ハンドル５は、図８に示されるように、フランジ部２を挟んでシャフト部６とは逆方向にシャフト部６の中心軸Ｂに沿って延びる円柱状に形成されている。ハンドル５の外周面には中心軸Ｂを挟んで対向する位置に形成された２つの平面状の切欠からなる工具装着部１１が設けられている。スパナ等の工具を工具装着部１１に装着することにより、ハンドル５に中心軸Ｂ回りのトルクを容易に作用させることができる。

このように構成された本実施形態に係る手首軸モータ交換治具１を用いて、手首軸１２１，１２２，１２３のモータ１３１，１３２，１３３を交換する手首軸モータ交換方法について以下に説明する。
本実施形態に係る手首軸モータ交換方法は、手首ユニット１２０の３つの手首軸１２１，１２２，１２３が基端側から第１手首軸１２１、第２手首軸１２２および第３手首軸１２３であるとして、第１手首軸１２１のモータ１３１が故障した場合の交換方法である。第２手首軸１２２、第３手首軸１２３および他の軸のモータは故障していないものとする。

図５に示す例では、第１手首軸１２１のモータ１３１は最小の駆動ギヤ１７１が装着されたモータである。第２手首軸１２２のモータ１３２は中間の大きさの駆動ギヤ１７２が装着されたモータである。また、第３手首軸１２３のモータ１３３は最大の駆動ギヤ１７３が装着されたモータである。

手首軸モータ交換治具１としては、第１手首軸１２１の駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７１と同一形状の駆動ギヤ（ギヤ）４がシャフト部６に装着された手首軸モータ交換治具１を用意する。
まず、図９に示されるように、第３手首軸１２３のみを作動させて、第３手首軸１２３のモータ（第１のモータ）１３３およびモータ１３３のシャフト１３３ａに装着された駆動ギヤ（第１の駆動ギヤ）１７３を取り外しても、重力により第３手首軸１２３が動作しない角度に配置する（ステップＳ１）。

あるいは、交換しようとしている第１手首軸１２１のモータ１３１が作動可能である場合、図１０に示されるように、ロボット１００の各軸を動作させて、第３手首軸１２３の回転軸線Ｄが鉛直下方（または鉛直上方）に向かう姿勢に配置する。これにより、第３手首軸１２３のモータ１３３を取り外しても、重力により第３手首軸１２３が動作しない状態に容易に設定することができる。

この状態で、電源を遮断し、第３手首軸１２３のモータ１３３の取付ボルト１３５を取り外して、第３手首軸１２３のモータ１３３を取付面１１１から取り外す（ステップＳ２）。
次いで、第３手首軸１２３のモータ１３３が取り付けられていた位置の取付面１１１に、図１１に示されるように、手首軸モータ交換治具１を装着する（ステップＳ３）。

この場合、フランジ部２に設けられた２つのボルト通し孔９を隣接するモータ１３１，１３２から離れた位置のネジ孔１１１ａに一致させた状態で、取付ボルト１３５を軽く締め、ハンドル５にトルクを加えて手首軸モータ交換治具１全体をシャフト部６の中心軸Ｂ回りに回転させる。これにより、シャフト部６に装着している駆動ギヤ（ギヤ）４が中心軸Ｂ回りに回転するので、駆動ギヤ４がセンターギヤ１６１に噛み合う位置を見つけることができる。

駆動ギヤ４とセンターギヤ１６１とが噛み合う位置が見つかった場合には、その位置で、シャフト部６の中心軸Ｂに沿う方向に押して、インロー部１０を取付面１１１の嵌合孔１１２に嵌合させる。そして、フランジ部２の表面を取付面１１１に密着させ、取付ボルト１３５を十分に締結する。固定ギヤ部３の駆動ギヤ（ギヤ）４が、第１手首軸１２１のモータ（第２のモータ）１３１に装着された駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７１が噛み合っているセンターギヤ１６１に噛み合っているので、手首軸モータ交換治具１によって、第１手首軸１２１のセンターギヤ１６１が取付面１１１に固定される。

この状態で、取付ボルト１３５を緩めて第１手首軸１２１のモータ１３１を取付面１１１から取り外し（ステップＳ４）、これに代えて、正常なモータ１３１を取付面１１１に装着する（ステップＳ５）。これにより、正常なモータ１３１のブレーキによって、第１手首軸１２１のセンターギヤ１６１が固定されるので、逆の手順で、手首軸モータ交換治具１を取り外し（ステップＳ６）、第３手首軸１２３のモータ１３３を取付面１１１に取り付ける（ステップＳ７）。これにより、クレーンが使用できない環境下においても、故障した第１手首軸１２１のモータ１３１を容易に交換することができる。

また、本実施形態に係る手首軸モータ交換治具１においては、固定ギヤ部３が、モータ１３１，１３２，１３３のシャフト１３１ａ，１３２ａ，１３３ａと同一形状のシャフト部６と、シャフト部６に着脱可能に装着される駆動ギヤ４とにより構成した。これにより、駆動ギヤ４を交換するだけで、第１手首軸１２１および第２手首軸１２２のいずれのモータ１３１，１３２の交換にも使用可能な手首軸モータ交換治具１を構成することができる。

また、本実施形態に係る手首軸モータ交換方法によれば、第２手首軸１２２のモータ１３２が故障した場合においても、第２手首軸１２２のモータ（第２のモータ）１３２に装着されている駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７２と同一形状の駆動ギヤ（ギヤ）４をシャフト部６に取り付けた手首軸モータ交換治具１を用意すればよい。また、第３手首軸１２３のモータ１３３が故障した場合には、故障していない他の手首軸１２１，１２２を重力の影響を受けない角度に調整し、その手首軸１２１，１２２のモータ（第１のモータ）１３１，１３２を、第３手首軸１２３の駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７３と同一形状の駆動ギヤ（ギヤ）４を装着した手首軸モータ交換治具１に置き換えればよい。

また、第１手首軸１２１および第２手首軸１２２の２つのモータ１３１，１３２を交換する場合には、第１手首軸１２１の駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７１および第２手首軸１２２の駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７２と同一形状の駆動ギヤ（ギヤ）４をシャフト部６に装着した２つの手首軸モータ交換治具１を用意すればよい。
この場合、まず、図１１に示されるように、上記と同様にして第３手首軸１２３のモータ（第１のモータ）１３３に代えて、第２手首軸１２２の駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７２と同一形状の駆動ギヤ（ギヤ）４を装着した第１の手首軸モータ交換治具１を取り付ける。次いで、図１２に示されるように、第２手首軸１２２のモータ（第１のモータ）１３２に代えて、第１手首軸１２１の駆動ギヤ（第２の駆動ギヤ）１７１と同一形状の駆動ギヤ（ギヤ）４を装着した第２の手首軸モータ交換治具１を取り付ける。

そして、第１手首軸１２１のモータ１３１を交換し、第２の手首軸モータ交換治具１に代えて第２手首軸１２２のモータ１３２を装着し、第１の手首軸モータ交換治具１に代えて第３手首軸１２３のモータ１３３を装着する。これにより、２つの手首軸１２１，１２２のモータ１３１，１３２を簡易に交換することができる。

すなわち、本実施形態に係る手首軸モータ交換治具１および手首軸モータ交換方法によれば、クレーンが使用できない環境下においても、交換しようとする手首軸１２１，１２２，１２３を作動させずに手首軸１２１，１２２，１２３のモータ１３１，１３２，１３３を交換することができるという利点がある。

なお、図１３に示されるように、手首軸１２１，１２２，１２３のモータ１３１，１３２，１３３の取付面１１１に、通常は図示しないカバーによって覆われているダミーの開口部１１３およびネジ孔１１４を設けておいてもよい。この開口部１１３は、第１手首軸１２１から第３手首軸１２３の嵌合孔１１２と同じ大きさの円形孔であり、センターギヤ１６１，１６２，１６３の中心から嵌合孔１１２の中心までの距離と等距離の位置に中心が配置されている。

この場合には、カバーを取り外して、交換したいモータ１３１，１３２，１３３に装着されている駆動ギヤ１７１，１７２，１７３と同形状の駆動ギヤ４を装着した手首軸モータ交換治具１を開口部１１３に装着すればよい。これにより、３つの手首軸１２１，１２２，１２３の角度調整を行うことなく、交換したいモータ１３１，１３２，１３３の手首軸１２１，１２２，１２３を直接固定することができる。

また、本実施形態においては、固定ギヤ部３に着脱可能な駆動ギヤ４を用いたが、シャフト部６に一体的にギヤ４が構成されている固定ギヤ部を採用してもよい。この場合、ギヤ４は全周に設けられている必要はなく周方向の一部に設けられていればよい。

また、本実施形態においては、フランジ部２に円弧部８を設けたが、フランジ部２は矩形状でもよい。また、フランジ部２を平板状に構成したが、任意の形状を採用することができる。
また、円柱状のハンドル５を備えることとしたが、ハンドル５に代えて、レンチ等の工具を係合してシャフト部６の中心軸Ｂ回りにトルクを印加することができる孔または突起が設けられていてもよい。

また、本実施形態においては、３つのモータ１３１，１３２，１３３がアーム１１０の基端側の取付面１１１に並列に配列されているロボット１００を例示して説明したが、２つのモータのみが配列されているロボットに適用してもよい。

１ 手首軸モータ交換治具
２ フランジ部
３ 固定ギヤ部
４ 駆動ギヤ（ギヤ）
５ ハンドル（ハンドル部）
６ シャフト部
９ ボルト通し孔
１００ ロボット
１１０ アーム
１１１ 取付面
１２０ 手首ユニット
１２１ 第１手首軸（手首軸）
１２２ 第２手首軸（手首軸）
１２３ 第３手首軸（手首軸）
１３１，１３２，１３３ モータ（第１のモータ、第２のモータ）
１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ シャフト
１３５ 取付ボルト
１６１，１６２，１６３ センターギヤ
１７１，１７２，１７３ 駆動ギヤ（第１の駆動ギヤ、第２の駆動ギヤ）
Ａ，Ｂ 中心軸

Claims (8)

1. ２以上の手首軸を有する手首ユニットが先端に装着されたアームの基端側に、各前記手首軸をそれぞれ回転駆動する２以上のモータが、取付ボルトによって着脱可能に取り付けられたロボットの手首軸モータ交換治具であって、
   前記ロボットには、各前記手首軸に接続された２以上のセンターギヤが同軸に設けられ、各該センターギヤには、各前記モータのシャフトに装着された駆動ギヤが噛み合っており、
   第１の前記モータの取付面に、第１の前記モータおよび第１の前記駆動ギヤに代えて前記取付ボルトによって着脱可能に取り付けられるフランジ部と、
   該フランジ部に固定されたギヤを備える固定ギヤ部とを備え、
   前記ギヤが、第２の前記モータに装着された第２の前記駆動ギヤが噛み合っている前記センターギヤに噛み合う手首軸モータ交換治具。
2. 各前記モータの前記シャフトの中心軸が、前記センターギヤの中心軸から等距離に配置され、
   前記ギヤが、第２の前記駆動ギヤと同等の形状のギヤであり、
   前記固定ギヤ部が、前記フランジ部に固定され、前記ギヤを着脱可能に装着する前記モータの前記シャフトと同等の形状のシャフト部を備える請求項１に記載の手首軸モータ交換治具。
3. 前記フランジ部が、前記取付ボルトを貫通可能なボルト通し孔を備える請求項２に記載の手首軸モータ交換治具。
4. 前記ボルト通し孔が、前記シャフト部を中心として周方向に延びる円弧状の長孔である請求項３に記載の手首軸モータ交換治具。
5. 前記フランジ部が、周方向の一部に、前記シャフト部の中心軸を中心とした円弧状の輪郭形状を有する請求項４に記載の手首軸モータ交換治具。
6. 前記フランジ部に、該フランジ部を挟んで前記シャフト部とは反対側に、前記シャフト部の前記中心軸回りのトルクを印加可能なハンドル部が固定されている請求項５に記載の手首軸モータ交換治具。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の手首軸モータ交換治具を用いた手首軸モータ交換方法であって、
   第１の前記モータを取り外し、
   取り外された第１の前記モータの前記取付面に、前記取付ボルトを利用して、第２の前記モータに装着されている前記駆動ギヤが噛み合っている前記センターギヤに前記ギヤを噛み合わせて前記手首軸モータ交換治具を固定し、
   第２の前記モータを取り外す手首軸モータ交換方法。
8. 第１の前記モータを取り外す前に、第１の前記モータにより駆動される前記手首軸を、第１の前記モータが取り外されても重力によって動作しない姿勢に調整する請求項７に記載の手首軸モータ交換方法。
   

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