JP7453362B2

JP7453362B2 - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP7453362B2
Application number: JP2022524437A
Authority: JP
Inventors: 智之本門; 俊彦井上
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2041-05-14
Also published as: US20230219215A1; WO2021235347A1; DE112021002884T5; CN115515765A; JPWO2021235347A1

Description

本発明は、産業用ロボットに関する。

産業用ロボット（以下、単に「ロボット」という。）においては、ロボットの前腕の先端部に作業ツールを取り付け、配線及び配管のうちの少なくとも一方からなる線条体を用いて、作業ツールにエア等の材料あるいは電気等のエネルギ又は信号を供給することが多い（例えば、特許文献１参照）。

作業ツールは、ロボットの前腕の先端部に配置される回転軸の歯車（第１歯車）に従動して回転する歯車（第２歯車）によって構成される回転軸の先端に取り付けられる。第２歯車は、第１歯車の側方にオフセットして配置され、第１歯車と噛み合っている。線条体は、第２歯車の軸線に沿って設けられる中空部を挿通して作業ツールに接続される。これによって、ロボットは、高速ビジュアルトラッキングシステム等において最終回転軸である第２歯車を高速に回転させる。

特開２００６－７４０９号公報

第２歯車は、ロボットの前腕の先端部に予め設けられる第１歯車に対して噛み合うように後付けされる。しかし、歯車同士の噛み合い部にはバックラッシが発生するため、第２歯車を後付けする場合には、バックラッシを調整するための煩雑な作業が必要である。そのため、作業ツールを回転させるための歯車を、バックラッシの調整作業の必要なく、ロボットに容易に後付けできるようにすることが望まれる。

本開示の一態様に係る産業用ロボットは、ロボットの前腕の先端に、前記前腕の長手方向に沿った第１軸線回りに回転可能に設けられる第１手首要素と、前記第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線回りに回転可能に設けられる第２手首要素と、前記第２手首要素に、前記第１軸線と前記第２軸線との交点から前記第２軸線の延在方向に対して略垂直な方向に延在する第３軸線回りに回転可能に設けられる第３手首要素と、前記第３手首要素に、前記第３軸線に同芯に取り付けられ、前記第３軸線回りに回転可能に設けられる第１歯車と、前記第１歯車と噛み合うことによって前記第１歯車の回転に従動して回転可能に設けられる第２歯車と、前記第２手首要素に固定されたケースと、を備え、前記第２歯車は、前記ケースに、軸受を介して、前記第３軸線に対して所定距離隔てて配置される第４軸線回りに回転可能に取り付けられる。

一態様によれば、作業ツールを回転させるための歯車を、バックラッシの調整作業の必要なく、ロボットに容易に後付けすることができる産業用ロボットを提供することができる。

産業用ロボットの正面図である。産業用ロボットのローテータユニットの断面図である。産業用ロボットのローテータユニットの組立方法を説明する斜視図である。産業用ロボットのローテータユニットの組立方法を説明する斜視図である。産業用ロボットのローテータユニットの組立方法を説明する斜視図である。産業用ロボットのローテータユニットの組立方法を説明する斜視図である。他の実施形態に係る産業用ロボットの正面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、産業用ロボットの正面図である。図２は、産業用ロボットのローテータユニットの断面図である。なお、以下の各図中に矢印で示すＺ方向は、ロボット１が設置される床面Ｆに対して垂直な上方向を示す。

本実施形態に示すロボット１は、ロボットコントローラ（図示せず）によって制御される６軸の回転軸を有するハンドリングロボットである。ロボット１は、アーム先端側に配置される前腕１０の先端に第１手首要素１１と、第２手首要素１２と、第３手首要素１３と、ローテータユニット２と、を有する。

第１手首要素１１は、前腕１０の先端から前腕１０の長手方向（図１における左右方向）に沿って長尺に突出するアーム状に形成されている。第１手首要素１１は、前腕１０に対して、前腕１０の長手方向に沿う第１軸線Ａ１回りに回転可能に設けられている。

第２手首要素１２は、矩形箱状に形成され、第１手首要素１１の先端に取り付けられる。第２手首要素１２は、第１手首要素１１に対して、第１手首要素１１の回転軸である第１軸線Ａ１と略垂直に交わる第２軸線Ａ２回りに回転可能に設けられている。第２手首要素１２は、第２手首要素１２の長さ方向に沿って、図１中の下方に向けて突出する円筒部１２０を有する。

第３手首要素１３は、略円盤状の部材からなり、第２手首要素１２の円筒部１２０に対して同芯状に取り付けられる。第３手首要素１３は、第２手首要素１２に対して、第１軸線Ａ１と第２軸線Ａ２との交点から第２軸線Ａ２の延在方向（図１の紙面に対する垂直方向）に対して略垂直な方向（図１における上下方向）に延在する第３軸線Ａ３回りに回転可能に設けられている。

なお、本実施形態において、「略垂直」とは、厳密な垂直に制限されず、第２手首要素１２及び第３手首要素１３としての機能を損なわない程度に、垂直に対して僅かに傾斜していてもよいことを意味する。

図２に示すように、第３手首要素１３には、第１歯車１４が、第３手首要素１３の回転軸である第３軸線Ａ３に対して同芯状に取り付けられている。第１歯車１４は、第３手首要素１３の外径よりも大きな外径を有し、第３軸線Ａ３回りに回転可能に設けられている。本実施形態に示す第１歯車１４は平歯車からなる。しかし、第１歯車１４は平歯車に制限されず、斜歯歯車等であってもよい。

ローテータユニット２は、作業ツール１００を備え、第２手首要素１２の先端に取り付けられている。作業ツール１００は、例えばハンド等であり、ローテータユニット２の下面に、治具を介して配置される。作業ツール１００には、線条体３が接続される。線条体３は、作業ツール１００の駆動用のエア等の材料あるいは電気等のエネルギ又は信号を作業ツール１００に供給するための配管及び配線のうちの少なくとも一方からなる。線条体３の一端は、前腕１０の上部に取り付けられた電磁弁ボックス４に接続されている。線条体３の一端は、ローテータユニット２を貫通して、作業ツール１００に接続される。なお、図１及び図２には、１本の線条体３が示されている。しかし、線条体３は複数本であってもよい。

電磁弁ボックス４からローテータユニット２にかけて、可撓性のチューブからなる導管５が設けられる。詳しくは、ロボット１は、前腕１０付近に配置される第１の導管取付部５１と、ローテータユニット２側に配置される第２の導管取付部５２と、を有する。第１の導管取付部５１が配置される前腕１０付近とは、前腕１０の近傍で第１軸線Ａ１回りの領域である。具体的には、本実施形態の第１の導管取付部５１は、前腕１０の上面に取り付けられる電磁弁ボックス４に接続される。第２の導管取付部５２は、ローテータユニット２に設けられる後述の第２歯車２４に、回転可能に接続される。導管５は、第１の導管取付部５１と第２の導管取付部５２とに亘って設けられる。導管５は、第１の導管取付部５１と第２の導管取付部５２とのうちの少なくとも第２の導管取付部５２に対して回転可能に取り付けられている。線条体３は、導管５の内部に挿通され、電磁弁ボックス４から作業ツール１００に亘って延在している。

図２に示すように、ローテータユニット２は、金属製のケース２０を有する。ケース２０は、第２手首要素１２の円筒部１２０に固定される。ケース２０は、下方が大きく開放され、第２手首要素１２の円筒部１２０から、第３軸線Ａ３に対して略垂直な方向である側方に大きく張り出すように設けられる。

ケース２０は、上方に向けて円形に開口する第１開口部２１を有する。第１開口部２１は、第３軸線Ａ３と同芯に開口するように設けられる。第１開口部２１は、第２手首要素１２の円筒状の円筒部１２０の外径よりも小さいが、第３手首要素１３の外径よりも大きな開口径を有する。ケース２０が第２手首要素１２の円筒部１２０に固定された状態で、第１開口部２１は、第３手首要素１３の径方向外側を包囲している。

第１開口部２１の外側には、段部からなる嵌合部２２が設けられる。嵌合部２２は、第１開口部２１の開口径よりも大きい内径を有し、ケース２０の上面において、第１開口部２１を包囲するように設けられる。第１開口部２１は、嵌合部２２の底部に同芯状に開口するように設けられる。嵌合部２２の内径は、第２手首要素１２の円筒部１２０の外径に略等しい。ケース２０は、嵌合部２２を第２手首要素１２の円筒部１２０の外周に嵌め合わせることによって第２手首要素１２に装着され、複数のボルト２００によって、第２手首要素１２の円筒部１２０に固定される。このように、ケース２０は、嵌合部２２と第２手首要素１２の円筒部１２０との嵌め合いによって取り付けられるため、ケース２０の位置決めが容易であり、ローテータユニット２の組立作業が簡略化される。

第１開口部２１の側方のケース２０の上面は、嵌合部２２よりも第３軸線Ａ３に沿う上方に隆起した隆起部２０ａを有する。ケース２０の隆起部２０ａには、上方に向けて円形に開口する第２開口部２３を有する。第２開口部２３の中心軸である第４軸線Ａ４は、嵌合部２２から所定の公差で所定距離隔てて配置される。第４軸線Ａ４は、第１開口部２１の中心軸である第３軸線Ａ３に対して、第３軸線Ａ３と略平行に延在している。

第２開口部２３には、ケース２０の内部において、ロボット１の最終回転軸である第２歯車２４が第１歯車１４に噛み合うように取り付けられている。第２歯車２４は、筒状部２４０と、筒状部２４０の外周に設けられる歯部２４２と、を有する。さらに、筒状部２４０は、第４軸線Ａ４に沿って配置される中空部２４１を有する。第２歯車２４は、第２開口部２３の内周に設けられる適宜数の軸受２５を介して、第２開口部２３に取り付けられる。

ケース２０は、グリス等の潤滑剤と共に第１歯車１４及び第２歯車２４を内部に収容した状態で、カバー２６によって封鎖される。カバー２６は、ケース２０の図示下端に複数のボルト２０１によって固定される。第１歯車１４及び第２歯車２４が潤滑剤と共にケース２０に収容されることによって、第１歯車１４及び第２歯車２４の摩耗が抑制される。

カバー２６は、円形の開口部２６０を有する。第２歯車２４の筒状部２４０の先端面２４３は、開口部２６０を挿通してカバー２６の外部に露出している。この筒状部２４０の先端面２４３は、作業ツール１００（図２においては図示せず）の取付け面を構成する。

第２歯車２４の筒状部２４０は、ケース２０の第２開口部２３から上方に突出している。第２の導管取付部５２は、第２開口部２３から上方に突出した筒状部２４０に接続される。これによって、導管５の内部と中空部２４１とが連通する。導管５内に挿通される線条体３は、前腕１０に取り付けられる電磁弁ボックス４から中空部２４１を通って作業ツール１００まで導かれる。そのため、線条体３は、第２手首要素１２が作業ツール１００の先端部が真下を向くような方向と反対方向に向けて引き出される。

導管５は、第１の導管取付部５１から第２の導管取付部５２に至る間において、第１手首要素１１の、作業ツール１００の先端部とは反対側の側方で第１手首要素１１に沿って延在し、ロボット１の機体と接触しないように配設される。これによって、線条体３を、ロボット１に対して、安定した取り回しで装着することができる。

第２歯車２４が取り付けられるケース２０の第２開口部２３は、ケース２０の隆起部２０ａに配置されている。第２歯車２４の中空部２４１の後端面２４４は、第２開口部２３から上方に向けて突出している。そのため、第２歯車２４の中空部２４１に接続される第２の導管取付部５２は、ケース２０の嵌合部２２と第２手首要素１２の円筒部１２０との固定部位に対して、第３手首要素１３よりも第２手首要素１２側に配置されている。これによって、第２歯車２４と第２の導管取付部５２との接続部位は、第３手首要素１３よりも第２手首要素１２側に配置される。その結果、第２歯車２４の中空部２４１に対する第２の導管取付部５２の取り付け作業が容易に行える。

また、ケース２０の隆起部２０ａ、及び第２歯車２４と第２の導管取付部５２との接続部位は、第２手首要素１２の円筒部１２０の側方の空間Ｓに配置される。これによって、隆起部２０ａ、及び第２歯車２４と第２の導管取付部５２との接続部位を、第２手首要素１２に近接させることができる。その結果、ローテータユニット２をコンパクトに構成することができる。

さらに、第２歯車２４が取り付けられる第２開口部２３は、ケース２０の隆起部２０ａに配置されるため、第２開口部２３は、第２歯車２４を、第４軸線Ａ４の延在方向に沿う比較的長い距離に亘って、軸受２５によって回転可能に支持することができる。そのため、第２歯車２４は安定して回転可能である。

次に、ローテータユニット２を第２手首要素１２に対して取り付ける際の組立方法について、図３～図６を参照して説明する。図３～図６は、説明を簡略化するため、ロボット１における第２手首要素１２、第３手首要素１３及びローテータユニット２のみを示す。図３～図６において、第２手首要素１２、第３手首要素１３及びローテータユニット２は、図１及び図２に対して上下を逆にして図示されている。

まず、図３に示すように、第３手首要素１３が取り付けられた第２手首要素１２の円筒部１２０に、ローテータユニット２のケース２０の第１開口部２１が、Ｏリング２０２を介して同芯状に装着される。具体的には、ケース２０の第１開口部２１に同芯状に配置される嵌合部２２が、円筒部１２０に嵌め合うことによって、円筒部１２０にケース２０が装着される。このとき、ケース２０には、予め第２歯車２４が、第２開口部２３に、軸受２５（図３において図示せず）を介して回転可能に取り付けられている。円筒部１２０に装着されたケース２０は、複数のボルト２００によって、円筒部１２０に固定される。

次に、図４に示すように、第１歯車１４が、ケース２０の内部に配置されている第３手首要素１３に、同芯状に装着され、複数のボルト２０３によって第３手首要素１３に固定される。第２歯車２４の中心軸である第４軸線Ａ４は、ケース２０の嵌合部２２から所定の公差で所定距離隔てて配置されている。所定距離とは、ケース２０の内部において、第１歯車１４の歯部に対して第２歯車２４の歯部２４２が適正に噛み合うように、第２歯車２４が配置される距離である。したがって、第１歯車１４が第３手首要素１３に取り付けられると、第１歯車１４と第２歯車２４とは、互いに噛み合うように配置される。

次に、第１歯車１４及び第２歯車２４が取り付けられたケース２０の内部に、グリス等の潤滑剤が充填される。その後、図５に示すように、カバー２６が、ケース２０にパッキン２０４を介して装着され、複数のボルト２０１によってケース２０に固定される。第２歯車２４の筒状部２４０の先端面２４３は、カバー２６の開口部２６０からケース２０の外部に露出する。

このようにしてケース２０がカバー２６によって封鎖されたローテータユニット２には、図６に示すように、第２歯車２４に対して、オイルシール１０２を介して治具１０１が取り付けられる。作業ツール１００は、この治具１０１に取り付けられる。これによって、ロボット１に、第３手首要素１３の回転に従動して回転する作業ツール１００が設けられる。

ローテータユニット２のケース２０は、第２手首要素１２の円筒部１２０に嵌合部２２による嵌め合いによって位置決めされて取り付けられている。ケース２０の内部において、第１歯車１４と噛み合って第１歯車１４に従動して回転する第２歯車２４は、第１歯車１４の回転軸である第３軸線Ａ３に対して所定の交差で所定距離隔てて配置される第２開口部２３に、第４軸線Ａ４回りに回転可能に取り付けられている。これによって、第３手首要素１３に第１歯車１４を取り付けるだけで、第１歯車１４とケース２０に予め取り付けられた第２歯車２４とが、適正に位置決めされて噛み合わされる。したがって、両歯車を取り付けた後にバックラッシの調整作業を行う必要はなく、ロボット１の前腕１０の先端部にローテータユニット２を容易に後付けすることができる。

以上説明した実施形態では、導管５は、第１手首要素１１の外側を第１軸線Ａ１に沿って延在し、前腕１０の上部に取り付けられた電磁ボックス４に接続されている。しかし、導管５は、図７に示すように、前腕１０に設けられた中空穴１０ａに挿通させてもよい。中空穴１０ａは、前腕１０の中心を通る第１軸線Ａ１と同芯状に設けられる。第１手首要素１１には、前腕１０の中空穴１０ａと連通する連通穴１１ａが、前腕１０との接続端から第１手首要素１１の中途部にかけて設けられている。導管５は、前腕１０の中空穴１０ａの内部及び第１手首要素１１の連通穴１１ａの内部を第１軸線Ａ１に沿って延在している。第１の導管取付部５１は、前腕１０の後部１０ｂに配置され、さらに後部１０ｂから後方に延在している。連通穴１１ａから出て第１手首要素１１の先端に向けて延びる導管５は、第２軸線Ａ２回りに沿って円弧状に湾曲され、第２の導管取付部５２によってローテータユニット２に接続される。

このように導管５を配置させることによって、前述の特長を有した状態で、第２軸線Ａ２回りの導管５の最小曲率半径を保ったまま、第１手首要素１１の動作時の導管５の挙動を安定させることができる。

１産業用ロボット
１０前腕
１０ａ中空穴
１０ｂ後部
１１第１手首要素
１２第２手首要素
１３第３手首要素
１４第１歯車
２０ケース
２２嵌合部
２４第２歯車
２４１中空部
２５軸受
３線条体
５導管
５１第１の導管取付部
５２第２の導管取付部
１００作業用ツール
Ａ１第１軸線
Ａ２第２軸線
Ａ３第３軸線
Ａ４第４軸線

Claims

ロボットの前腕の先端に、前記前腕の長手方向に沿った第１軸線回りに回転可能に設けられる第１手首要素と、
前記第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線回りに回転可能に設けられる第２手首要素と、
前記第２手首要素の先端に設けられる円筒部の先端面に取り付けられ、前記第１軸線と前記第２軸線との交点から前記第２軸線の延在方向に対して略垂直な方向に延在する第３軸線回りに回転可能に設けられる第３手首要素と、
前記第３手首要素に、前記第３軸線に同芯に嵌め合って取り付けられ、前記第３軸線回りに回転可能に設けられる第１歯車と、
前記第１歯車と噛み合うことによって前記第１歯車の回転に従動して回転可能に設けられる第２歯車と、
前記第２手首要素に固定されたケースと、を備え、
前記ケースは、
前記第３手首要素の外側を包囲するように設けられる第１開口部と、
前記第１開口部の外側に前記第１開口部と同芯状に設けられ、前記第１開口部の開口径よりも大きい内径を有する嵌合部と、
前記第２手首要素との固定部位の側方に、前記固定部位よりも前記ケースに対して前記第２手首要素が延びる方向に沿って隆起した隆起部と、
前記隆起部を貫通するとともに前記第３軸線に対して所定距離隔てて略平行に配置される第４軸線を中心軸とする第２開口部と、を有し、
前記第２歯車は、前記ケースの前記第２開口部に、軸受を介して、前記第４軸線回りに回転可能に取り付けられることによって、前記ケースに、前記嵌合部から所定距離隔てて配置され、
前記第２手首要素の前記円筒部の外周が前記嵌合部に嵌め合うことによって、前記第１歯車と前記第２歯車とが位置決めされている、産業用ロボット。
前記ケースは、潤滑剤と共に前記第１歯車及び前記第２歯車を内部に収容する、請求項１に記載の産業用ロボット。
前記第２歯車は、前記第４軸線に沿う中空部を有し、前記第２歯車の先端には、作業ツールが取り付けられ、
前記産業用ロボットは、
前記作業ツールに接続される配線及び配管のうちの少なくとも一方からなる線条体と、
前記線条体を挿通し、前記線条体を前記前腕から前記中空部を通って前記作業ツールまで導く可撓性の導管と、
前記前腕付近に配置される第１の導管取付部と、
前記第２歯車に接続される第２の導管取付部と、をさらに備え、
前記第２の導管取付部によって、前記線条体は、前記第２手首要素が前記作業ツールの先端部が真下を向くような方向と反対方向に向けて引き出されており、
前記第１の導管取付部には、前記導管の一端が取り付けられ、前記第２の導管取付部には、前記導管の他端が取り付けられ、
前記導管は、前記第１の導管取付部から前記第２の導管取付部に至る間において、前記第１手首要素の、前記作業ツールの先端部とは反対側の側方で前記第１手首要素に沿って延在し、前記ロボットの機体と接触しないように配設され、
少なくとも前記導管の前記他端は、前記第２の導管取付部において回転可能に取り付けられる、請求項１又は２に記載の産業用ロボット。
前記第２の導管取付部は、前記ケースと前記第２手首要素との固定部位に対して、前記第３手首要素よりも前記第２手首要素側に配置されている、請求項３に記載の産業用ロボット。
前記導管は、前記前腕に設けられる中空穴に挿通され、
前記第１の導管取付部は、前記前腕の後部に配置されている、請求項３又は４に記載の産業用ロボット。