JP7414992B2

JP7414992B2 - ロボット装置

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Publication number: JP7414992B2
Application number: JP2022531745A
Authority: JP
Inventors: 元貴宮▲崎▼
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2041-06-10
Also published as: WO2021256375A1; CN115916474A; US12049005B2; DE112021003286T5; JPWO2021256375A1; US20230226683A1

Description

本開示は、ロボット装置に関する。

従来、大可搬（例えば１t以上）の重量物を搬送するロボット装置では、ロボットの関節（第１アーム（J２アーム）根本）の減速機にかかる負荷が大きくなるため、大型（大容量）の減速機を採用するのが一般的である。大容量の減速機は外形が大きいため、ロボットの関節も大型化する。複数のアームと減速機を備えるロボット機構については、下記特許文献１に開示されている。

また、この種のロボット装置において、関節を小型化する方法として第１アームに対して両側から挟み込む形で小型（小容量）の減速機を２個配置し、それぞれの減速機をベースと連結する構造も提案されている。この様な構造にすることで、大容量の減速機を用いずに関節を小型化する事ができる。また、例えば減速機２個を並列に用いることにより定格容量が２倍になり、より高い負荷に対応可能なロボットの設計が可能となる。

特開昭５７－０２１２９７号公報

一方、平行リンクを備えるロボット装置においては、平行リンクにより回転駆動される第２アームの減速機（J３軸）は、第１アームの回転軸（J２軸）と同軸に配置される構造が一般的である。このため、J２軸、J３軸それぞれ減速機が１個の場合でも、減速機は同軸に２個並列される構造を採る。

また、J２軸に減速機を２個配置する場合、３個の減速機が同軸上に並列配置されることとなる。この場合、減速機を固定するベース部（J２ベース）には都合、ベース部に対して一体形成される３本のフランジが並列されることとなる。このように、減速機の数を増やす場合、ベース部に一体形成されるフランジの構造上、それぞれに減速機をベース部に結合するためのインターフェース（設置面、ボルト穴等）の加工が困難となる。

具体的には、複数のフランジがベース部に一体形成されるロボット装置、例えば３個のフランジを並列配置する場合、外側のフランジが中空でない場合、内側のフランジを工具で加工することができなくなる。

また、３個のフランジが中空構造として、複数並列配置する場合でも、外側のフランジから最も内側のフランジまでの距離が長いと、工具の強度の制限などにより、十分なフランジ加工が困難となる。

そこで、ベース部に対して複数のフランジを一体形成させるロボット装置においては、減速機を複数並列配置させるためのフランジ加工を簡易化し、かつ、加工された各フランジに対して少ないアダプタ部品で対応する減速機を結合できることが望ましい。

本開示におけるロボット装置は、平行リンクを有する第１アームおよび第２アームを駆動する減速機を収容するベース部を備えるロボット装置であって、前記第１アームを挟み込むように並列に配置され、前記第１アームを駆動する２つの第１減速機と、前記２つの第１減速機と並列に配置され、前記第２アームを駆動する第２減速機と、前記ベース部と前記２つの第１減速機との間にそれぞれ配置され、前記ベース部と前記第１減速機とを連結する２つの第１アダプタ部品と、前記ベース部と前記第２減速機との間に配置され、前記ベース部と前記第２減速機とを連結する第２アダプタ部品と、を備える。

本開示の一態様によれば、ロボット装置のベース部に対して一体形成されるフランジの加工を簡易化し、かつ、加工された各フランジに対して少ないアダプタ部品で対応する複数の減速機を結合できる。

平行リンク付きロボット装置の一例を示す側面図である。図1に示したロボット装置の正面図である。ロボット装置の減速機の配置構成を説明する図１に示した側面図のＡ－Ａ断面図である。ロボット装置の外観を示す斜視図である。図４に示したベース部の側面図である。図５に示したフランジ周りのＢ－Ｂ断面図である。ロボット装置のベース部のフランジ加工を説明する断面図である。ロボット装置のベース部の加工状態を示す断面図である。ロボット装置の構造を説明する斜視図である。図９に示した要部断面図である。ロボット装置のベース部のフランジ加工を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳述する。
〔第１実施形態〕
図１は、平行リンク付きロボット装置の機構を説明する側面図を示す。図２は、図１に示したロボット装置の正面図である。

図１、図２において、本例に示すロボット装置１の機構は、ベース部１１に第１アーム１３を可動させる第１アーム用モータ１２Ａ、１２Ｂが配置されている。平行リンク１６は、２つのジョイントを介して第２アーム１４の動作に連係して可動自在に構成されている。第２アーム１４は、第２アーム回転中心（Ｊ３軸）回りに回転可能に構成されている。エンドエフェクタ１５には、ツール等が着脱可能に構成されている。
なお、第２アーム１４の減速機（J３軸）は、後述するように第１アーム１３の回転軸（J２軸）と同軸に配置される。
図２に示すロボット装置１の例では、１軸につきモータ個数が２個の場合を示すが、各軸についてモータ個数を１個、あるいは３個として構成してもよい。

図３は、ロボット装置の減速機の配置構成を説明する図１に示した側面図のＡ－Ａ断面図である。図４は、本実施形態を示すロボット装置の外観を示す斜視図である。なお、図１、図２と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。

図３において、２個の第１減速機２１、第１減速機２２は、第１アーム１３を、両側から挟み込む形態で配置され、一方の第１減速機２１は第１アダプタ部品２０を用いて、第１フランジ２３に図示しないボルトで締め付けて結合される。他方の第１減速機２２は第１アダプタ部品２４を用いて、第２フランジ２５に図示しないボルトで締め付けて結合される。ここで、第１減速機２２は、ドライブシャフト等を介して動力が伝達される。

第２減速機２６は、平行リンク１６と第２アダプタ部品２７との間に配置され、第２アダプタ部品２７を用いて、第３フランジ２８にボルトで締め付けて結合される。

なお、本実施形態では、アダプタ部品を単体として構成する場合を示すが、複数のアダプタ部品を用いて対応する１つのフランジに対応する減速機を結合するように構成してもよい。

さらに、各減速機に対するモータは、それぞれのアダプタに直結されていてもよいが、別部品を介して結合されていてもよい。本実施形態の適用において、モータ、ギヤ等の入力方式、構造は何ら制限されることはない。

本実施形態に示すロボット装置は、平行リンク１６を有する第１アーム１３および第２アーム１４を駆動するための第１減速機２１、第１減速機２２を収容する位置が、ベース部１の第１アーム１３を両側から挟み込む形で第１減速機２１、第１減速機２２を２個配置している。さらに、第２アーム駆動用の第２減速機２６を第１減速機２１、第１減速機２２に対して並列に配置することで、省容量の減速機収容スペースに複数の減速機を配置することが可能に構成されている。

ここで、第２減速機２６を組み付ける部品としての第２アダプタ部品２７の外径が第１減速機２２を組み付ける第１アダプタ部品２４の外径よりも大きい形状としている。また、中空の第２フランジ２５の外径が第３フランジ２８の外径よりも小さい形状としている。
これにより、第２アーム１４に対する第２減速機２６をベース部１１に結合する際、第１アーム１３に対する第１減速機２１、第１減速機２２をベース部１１に結合する工程と、第２アーム１４に対する第２減速機２６をベース部１１に結合する工程とを支障なく行うことで、第１アーム１３と、第２アーム１４に対する３つの減速機を並列してベース部１１に結合することができる。

図５は、本実施形態を示すロボット装置のベース部１１のフランジ加工を説明する断面図であり、図６は、図５に示すＢ－Ｂ線に基づく破断面図である。

図６に示すように、本実施形態では、ベース部１１を加工する際に、第２減速機２６に対する第３フランジ２８の中空径φＢ（ベース部１１より突起する凸部の先端から計測される）を第２フランジ２５の外径φＡ（ベース部１１より突起する凸部の先端から計測される）よりも大きく加工する。なお、図示されるように、中空径φＢ＞外径φＡを満たすように第１フランジ２３、第２フランジ２５、第３フランジ２８がベース部１１に一体形成されている。なお、以下の説明における外径φＡとは、加工面外径を意味する。

ここで、中空の第１フランジ２３の最外側は鋳肌面２３Ａとなる。同様に、中空の第２フランジ２５の最外側は鋳肌面２５Ａとなる。同様に、中空の第３フランジ２８の最外側は鋳肌面２８Ａとなる。

図７は、本実施形態を示すロボット装置のベース部１１のフランジ加工を説明する断面図である。なお、断面は、図５に示すＢ－Ｂ断面に対応する。なお、図６と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。

本例は、ベース部１１を加工する際に、第２減速機２６に対する第３フランジ２８の中空径φＢが第１フランジ２３、第２フランジ２５の外径φＡよりも大きく拡大加工し、さらに、第２フランジ２５をインロー加工した例を示す。

なお、上述したようにフランジ加工面には、アダプタ部品固定用のタップ、必要に応じて位置決めようピン穴等の加工が含まれる。さらに、第２フランジ２５の中空径φＢは、第１フランジ２３の加工面の外径φＡと同程度であることが望ましいが、後述するように必ずしもφＢ≧φＡとはならない。また、第３フランジ２８の中空径φＢの円筒面は、加工面でも非加工面として構成してもよい。

また、本実施形態では、第２フランジ２５の上端面としての外端（外径φＡの外側の円筒面はベース鋳物面となるため、外径φＡは鋳物素材の実寸法形状のずれ、加工基準とのずれを含む）となる。ただし、図７に示したインロー加工とする場合、第２フランジ２５の外径φＡは、加工実寸法となる。

図８は、本実施形態を示すロボット装置のベース部の加工状態を示す断面図である。なお、断面は、図５に示すＢ－Ｂ断面対応する。
図８において、φＣは加工工具カッター径で、φＤは加工工具の延長部分もしくは加工機のホルダ部分の径（回転時の最外径）である。なお、φＤを図中では一様に描いているが、途中で径や形状が変化する場合がある。
また、図８では、φＣ＞φＤの場合を描いているが、φＣ≦φＤとなる場合もある。
ここで、第１フランジ２３の加工面の加工時に第２フランジ２５の中空径φＢと干渉する範囲での径φＤ（最外径）が問題となる。
このとき、径φＤ部が中空の中空径φＢの内壁に干渉しないように配置されていなければならない。

また、寸法Ａ～Ｅは、以下に数式（１）で示す関係が満たされていなければならない。ここで、距離Ｅは、図８に示すように、フランジ中心軸と、加工工具中心間の距離を示す。
Ｅ＋φＤ／２＜φＢ／２、かつ、Ｅ＋φＣ／２≧φＡ／２（１）

これにより、中心の距離Ｅは、図６に示すベース部１１のように鋳物ずれを考慮して中心の距離Ｅを決定する必要がある。一方、図７に示すように、加工面が凹となる場合、鋳物ずれを考慮せずに中心の距離Ｅを設定できるメリットがある。
なお、第１アーム１３の２つの減速機２１と減速機２２については、それぞれ同型式を原則とするが、第１アーム用減速機と第２アーム用減速機は同型式である必要はない。
また、同型式とは定格容量が同等であることを意味し、インターフェース形状の違い等は認められるものとする。

本実施形態によれば、ロボット装置のベース部に対して一体形成されるフランジの加工を簡易化し、かつ、加工された各フランジに対して少ないアダプタ部品で対応する複数の減速機を結合できる。

〔第２実施形態〕
上記実施形態では、第１アームに２個の減速機と、これらに並行して第２アーム用の減速機を配置するロボット装置について説明したが、第２アーム用の減速機を２個配置する構造としてもよい。

図９は、本実施形態を示すロボット装置の構造を説明する斜視図である。図１０は、図９に示した要部断面図である。本例はモータの中心軸線に沿って、中央フランジ３０を介して、第１アーム１３Ａ、第２アーム１４にそれぞれ挟み込むように減速機を２つずつ配置した構造を特徴としている。

図１０において、第１アーム１３Ａは、減速機を結合するスペースを確保するため、ベース部１１に近い部分の厚み幅が減速機の上部側の厚み幅より小さくなる形状を採用している。中央フランジ３０を介して、第１減速機２２のための第１アダプタ部品２４と、第２減速機２６Ａのための第３アダプタ２７Ａとが対向するようにベース部１１に結合される。

平行リンク１６の左方側は、第２減速機２６Ａが配置され、第２減速機２６Ａは、第３アダプタ２７Ａを用いてベース部１１に結合される。一方、平行リンク１６の右方側は、第２減速機２６Ｂが配置され、第２減速機２６Ｂは、第４アダプタ２７Ｂを用いてベース部１１に結合される。
これにより、減速機の数が増加する構造であっても、少ないアダプタ部品で各減速機をベース部１１に対して確実に結合することが可能となる。

なお、第１アーム１３の２つの減速機２１と減速機２２、また第２アーム１４の２つの減速機２６Ａと減速機２６Ｂについては、それぞれ同型式を原則とするが、第１アーム用減速機と第２アーム用減速機は同型式である必要はない。
また、同型式とは定格容量が同等であることを意味し、インターフェース形状の違い等は認められるものとする。

なお、本例では、中央フランジ３０は、２つの減速機を両側から挟み込む構造としているが、第１減速機２２、第２減速機２６Ａを固定するフランジは独立して設ける構成としてもよい。
本実施形態によれば、例えば超高可搬（例えば２．５ｔ以上）の小型のロボット装置を実現できる。

〔第３実施形態〕
上記実施形態では、第１アームに２個の減速機と、これらに並行して第２アーム用の減速機を配置するロボット装置について説明したが、４個の減速機を並行して配置する構成の場合は、ベース部の構造を変更することでアダプタ部品を減らすことも可能となる。以下、その実施形態について図面を用いて説明する。

図１１は、本実施形態を示すロボット装置のベース部の構造を示す断面図である。なお、図１０と同一のものには同一の符号を付してその説明を省略する。
図１１に示すように、第１アーム１３と中央フランジ３０の加工面３０Ａとで第１減速機２２を挟み込むように配置してベース部１１に結合させている。これにより、減速機の数が増加しても、各減速機をベース部１１に結合させるアダプタ部品点数を減らすことができる。
また、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変更、改良は本開示に含まれる。

１ロボット装置
１１ベース部
１３第１アーム
１４第２アーム
１６平行リンク
２０第１アダプタ部品
２１第１減速機
２２第１減速機
２４第１アダプタ部品
２６第２減速機
２７第２アダプタ部品

Claims

平行リンクを有する第１アームおよび第２アームを駆動する減速機を収容するベース部を備えるロボット装置であって、
前記ベース部に一体形成されている第１フランジ、第２フランジ、及び第３フランジと、
前記第１アームを挟み込むように並列に配置され、前記第１アームを駆動する２つの第１減速機と、
前記２つの第１減速機と並列に配置され、前記第２アームを駆動する第２減速機と、
前記ベース部と前記２つの第１減速機との間にそれぞれ配置され、前記ベース部と前記第１減速機とを連結する２つの第１アダプタ部品と、
前記ベース部と前記第２減速機との間に配置され、前記ベース部と前記第２減速機とを連結する第２アダプタ部品と、を備え、
前記第１減速機は、前記第１アダプタ部品を用いて前記第１フランジ、前記第２フランジに結合され、
前記第２減速機は、前記第２アダプタ部品を用いて前記第３フランジに結合され、前記平行リンクと前記第２アダプタ部品との間に配置され、前記平行リンクを介して前記第２アームを駆動する、ロボット装置。
前記第２アダプタ部品は、前記第１アダプタ部品よりも外径が大きい、請求項１に記載のロボット装置。
前記第２減速機は、前記第２アームを連係駆動するリンクを挟み込むように２つ並列に配置される、請求項１または２に記載のロボット装置。
前記２つの第１アダプタ部品は、前記第２アダプタ部品側と反対側の外側に配置される第１アダプタ部品の方が、前記第２アダプタ部品側の内側に配置される第１アダプタ部品よりも外径が大きい、請求項１から３いずれかに記載のロボット装置。