JP7453392B2 - ロボット - Google Patents

Description

本開示は、ロボットに関するものである。

水平な回転軸線回りに、旋回胴に対して第１アームをモータにより回転駆動するロボットであって、モータに作用する負荷トルクを、圧縮コイルバネの弾性力を利用して軽減するバランサを備えたロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１９－１８８５１３号公報

バランサにより発生する補助トルクをより大きくするため、バランサの第１アームへの取付位置を回転軸線に対して大きく偏心させることが行われる。この場合には、第１アームの動作範囲に対応するバランサのストロークが大きくなる。バランサのストロークを増大させるには、圧縮コイルバネの巻数を増大させる必要があるが、巻数を増大させると、バランサの全長が長くなるとともに圧縮コイルバネの剛性が低下する。

圧縮コイルバネの素線に作用する応力を許容範囲内に抑えながら剛性を増大させるには、圧縮コイルバネの素線径と外径とをそれぞれ大きくする必要があり、バランサが大型化してしまう。
したがって、バランサの大型化を防止しつつ、より大きな補助トルクを発生させることが望まれている。

本開示の一態様は、第１部材と、所定の軸線回りに、前記第１部材に対して回転駆動される第２部材であって、前記軸線方向に間隔をあけて配置される一対のフランジ部を備え、各該フランジ部によって前記第１部材に前記軸線回りに回転可能に支持される第２部材と、前記第１部材および前記第２部材に、前記軸線に平行な取付軸線回りにそれぞれ回転可能に取り付けられるバランサと、一対の前記フランジ部の間に挿入可能な一対の支持板と、各前記フランジ部のそれぞれの外周面に着脱可能に固定される一対の固定部とを備え、一対の該固定部がそれぞれ各前記外周面に固定されることにより、前記外周面よりも径方向内方かつ前記軸線に対して偏心した位置に、前記第２部材に対する前記バランサの前記取付軸線を配置するアダプタとを備えるロボットである。

本開示の一実施形態に係るロボットの全体構成図である。 図１のロボットの第１アームとアダプタとの分解図である。 図１のロボットのバランサの概略断面図である。 図１のロボットにおいて、第１アームの鉛直姿勢の状態を示す模式図である。 図１のロボットにおいて、第１アームが傾斜している状態を示す模式図である。 図１のロボットの変形例であって、第１アームとアダプタとの取付状態を示す部分拡大図である。

本開示の一実施形態に係るロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１は、図１に示されるように、床面に設置されるベース１０と、鉛直方向に延びる第１軸線Ｊ１回りにベース１０に対して回転可能に支持された旋回胴（第１部材）２０とを備えている。

ロボット１は、水平方向に延びる第２軸線（軸線）Ｊ２回りに旋回胴２０に対して回転可能に支持された第１アーム（第２部材）３０と、第２軸線Ｊ２に平行な第３軸線Ｊ３回りに第１アーム３０に対して回転可能に支持された第２アーム４０とを備えている。また、ロボット１は、第２アーム４０の先端に取り付けられた３軸の手首ユニット５０と、旋回胴２０と第１アーム３０との間に配置されるバランサ６０と、バランサ６０を第１アーム３０に着脱可能に取り付けるアダプタ７０とを備えている。

第１アーム３０の基端には、第２軸線Ｊ２に沿う方向に間隔をあけて配置され、第２軸線Ｊ２に直交する方向に延びる一対の円板状のフランジ部３１が一体的に設けられている。
旋回胴２０には、第１アーム３０の一対のフランジ部３１を第２軸線Ｊ２に沿う方向の外側から挟む位置に配置される一対の支持部２１が設けられている。

各フランジ部３１と各支持部２１との間には、それぞれ減速機３４が配置されている。一方の支持部２１にはモータ３５が固定され、モータシャフト（図示略）の回転が一対の減速機３４の両方に入力される。２つの減速機３４は、同一の減速比でモータシャフトの回転を減速し、各フランジ部３１に伝達する。これにより、第１アーム３０が旋回胴２０に対して第２軸線Ｊ２回りに回転させられるとともに、第１アーム３０に作用する負荷トルクが２つの減速機３４により分担して受けられる。

各フランジ部３１の外周面には、図２に示されるように、第１アーム３０が鉛直方向に配置された状態でバランサ６０側に配置される座面３２が設けられている。各座面３２には、後述するアダプタ７０を固定するための複数のネジ孔が設けられている。

バランサ６０は、図３に示されるように、ハウジング６１と、ハウジング６１内に長手軸ＯＬ１方向に移動可能に収容された円板状の可動部材６２と、長尺のロッド６３と、圧縮コイルバネ６４とを備えている。

ハウジング６１は、円筒状の本体部６１ａと、本体部６１ａの長手軸ＯＬ１方向の両端をそれぞれ閉塞する端板６１ｂ，６１ｃとを備えている。一方の端板６１ｂには、その中央に、本体部６１ａの長手軸ＯＬ１に沿う方向に貫通する貫通孔６１ｈが設けられている。貫通孔６１ｈには、ロッド６３が、長手軸ＯＬ１方向に移動可能に貫通している。
ハウジング６１内に配置されているロッド６３の一端は、可動部材６２に固定され、ハウジング６１外に配置されているロッド６３の他端には、取付ブロック６６が固定されている。

圧縮コイルバネ６４は、可動部材６２と、端板６１ｂとの間に挟まれた状態でハウジング６１内に収容されている。これにより、可動部材６２は、圧縮コイルバネ６４の弾性復元力によって、長手軸ＯＬ１に沿って端板６１ｃ側へ押圧され、ロッド６３は、ハウジング６１内に引き込まれる方向に強制されている。

ハウジング６１の本体部６１ａには、長手軸ＯＬ１方向の中間位置、例えば、中央位置の直径方向の両側に、長手軸ＯＬ１に直交する直交軸ＯＬ２に沿って延びる第１取付孔６５が設けられている。各第１取付孔６５には、第２軸線Ｊ２に平行な第１取付軸線（取付軸線）Ｊ１１に沿う方向に延びる一対の第１シャフト２２が挿入される。

第１シャフト２２は、旋回胴２０に固定される。これにより、バランサ６０は、第１取付軸線Ｊ１１回りに回転可能に、旋回胴２０に取り付けられる。

取付ブロック６６には、長手軸ＯＬ１に直交する方向に延びる第２取付孔６７が設けられている。
アダプタ７０は、図２に示されるように、取付ブロック６６の第２取付孔６７に回転可能に嵌合する第２シャフト（シャフト）７１と、第２シャフト７１の両端を支持する略平行な帯板状の一対の支持板７２とを備えている。また、アダプタ７０は、支持板７２の一端同士を連結する連結部７３と、支持板７２の他端から支持板７２に直交する方向に延びる一対の固定部７４とを備えている。
一対の支持板７２には、板厚方向に貫通する貫通孔が設けられ、これらの貫通孔を貫通する方向に第２シャフト７１が着脱可能に固定される。

取付ブロック６６の第２取付孔６７に嵌合させた第２シャフト７１を支持板７２に固定することにより、ロッド６３の先端にアダプタ７０が取り付けられる。そして、第２シャフト７１を固定している一対の支持板７２を一対のフランジ部３１の間に挿入し、アダプタ７０の固定部７４の貫通孔に貫通させたボルトを、第１アーム３０の座面３２のネジ孔に締結することにより、アダプタ７０を第１アーム３０に固定する。これにより、第２シャフト７１がフランジ部３１の外周面よりも径方向内方に、第２軸線Ｊ２に平行な第２取付軸線（取付軸線）Ｊ１２に沿って配置され、バランサ６０のロッド６３の先端が、第２取付軸線Ｊ１２回りに回転可能に第１アーム３０に取り付けられる。

このように構成された本実施形態に係るロボット１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１においては、例えば、図４に示されるように、第１アーム３０が鉛直方向に延びている状態において、第２取付軸線Ｊ１２が第１取付軸線Ｊ１１と第２軸線Ｊ２とを含む平面上に配置される。

すなわち、この状態において、ロッド６３のハウジング６１からの突出量が最も小さく、圧縮コイルバネ６４の圧縮量も最も小さくなっている。また、第２取付軸線Ｊ１２が第２軸線Ｊ２と第１取付軸線Ｊ１１とを含む平面内に配置されているので、バランサ６０による第２軸線Ｊ２回りの補助トルクは発生していない。

この状態から、モータ３５の作動により、図５に示されるように、第１アーム３０を第２軸線Ｊ２回りに回転させると、鉛直方向に対する第１アーム３０の傾斜角度が大きくなり、重力により第１アーム３０に作用する重力負荷トルクが増大する。

これと同時に、第１アーム３０の回転に従って、第２軸線Ｊ２に対して偏心している第２取付軸線Ｊ１２が第２軸線Ｊ２回りに、第１取付軸線Ｊ１１から遠ざかる方向に移動させられる。

バランサ６０は、第１取付軸線Ｊ１１に対する第２取付軸線Ｊ１２の移動に対応して、第１取付軸線Ｊ１１回りにハウジング６１を回転させるとともに、ハウジング６１からのロッド６３の突出量を増大させる。これにより、圧縮コイルバネ６４の圧縮量が増大し、ロッド６３をハウジング６１内に引き戻す方向の力が増大する。

また、第２取付軸線Ｊ１２が、第１取付軸線Ｊ１１と第２軸線Ｊ２とを含む平面から外れると、第２軸線Ｊ２からロッド６３の長手軸ＯＬ１に下した垂線の長さに、圧縮コイルバネ６４の弾発力を乗算した補助トルクが、重力負荷トルクとは逆方向に作用する。補助トルクの大きさは、鉛直線に対する第１アーム３０の傾斜角度が大きくなるほど大きくなる。

この場合において、本実施形態に係るロボット１によれば、アダプタ７０を用いることによって、第２シャフト７１をフランジ部３１の外周面よりも径方向内方に配置している。これにより、第２軸線Ｊ２に対する第２取付軸線Ｊ１２の偏心距離を十分に小さくすることができ、第２軸線Ｊ２回りの第１アーム３０の可動範囲に対応したロッド６３のストロークを小さく抑えることができる。

すなわち、ロッド６３のストロークを小さく抑えることにより、圧縮コイルバネ６４の全長を短くすることができる。これにより、有効巻数を小さく抑え、圧縮コイルバネ６４の素線径および外径を増大させずに、高い剛性を得ることができる。その結果、バランサ６０の大型化を防止しつつ、より大きな補助トルクを得ることができるという利点がある。

特に、一対のフランジ部３１に一対の減速機３４がそれぞれ取り付けられていても、第２軸線Ｊ２に交差する方向から、アダプタ７０によってフランジ部３１の外周面よりも径方向内方に第２シャフト７１を容易に配置することができる。そして、アダプタ７０を第１アーム３０に着脱可能に取り付けることにより、減速機３４およびモータ３５を取り外すことなく、第１アーム３０に対してバランサ６０を容易に着脱することができるという利点もある。

また、第２シャフト７１は、一対の支持板７２を経由して一対のフランジ部３１に両持ち支持されていることから、バランサ６０が発生する弾発力を増大させても、第２シャフト７１の変形を抑制しつつ堅固に支持することができる。

なお、本実施形態においては、第１アーム３０を一方向（前方）に傾斜させた場合について説明したが、他方向（後方）に傾斜させた場合にも同様に、重力負荷トルクを軽減する方向に補助トルクを発生させることができる。

また、アダプタ７０の固定部７４を、フランジ部３１の外周面に設けられた座面３２に、バランサ６０側から固定した。これにより、座面３２のネジ孔へのボルトの締結により、圧縮コイルバネ６４の初期圧縮を与えつつ、アダプタ７０を第１アーム３０に固定することができる。

これに対して、固定部７４は、第１アーム３０を挟んでバランサ６０とは反対側の外周面に設けた座面３２に取り付けられてもよい。
この場合には、例えば、図６に示されるように、一対の支持板７２の一端同士を連結する平板状の固定部７４を設ければよい。

これにより、ロッド６３がハウジング６１側に引き寄せられる力が、第２シャフト７１を経由して、固定部７４を第１アーム３０の座面３２に常に押し付けるので、アダプタ７０を第１アーム３０に取り付けるボルトの締結力を小さくすることができる。
したがって、ボルトのサイズおよび使用本数を小さく抑えることができ、アダプタ７０の小型化および軽量化を図ることができる。

また、本実施形態においては、フランジ部３１を外側から挟む位置に一対の減速機３４を配置したが、これに限らず、単一の減速機３４もしくは３以上の減速機３４が配置されてもよい。

１ ロボット
２０ 旋回胴（第１部材）
３０ 第１アーム（第２部材）
３１ フランジ部
６０ バランサ
６４ 圧縮コイルバネ
７０ アダプタ
７１ 第２シャフト（シャフト）
７４ 固定部
Ｊ１１ 第１取付軸線（取付軸線）
Ｊ１２ 第２取付軸線（取付軸線）
Ｊ２ 第２軸線（軸線）

Claims (4)

1. 第１部材と、
   所定の軸線回りに、前記第１部材に対して回転駆動される第２部材であって、前記軸線方向に間隔をあけて配置される一対のフランジ部を備え、各該フランジ部によって前記第１部材に前記軸線回りに回転可能に支持される第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材に、前記軸線に平行な取付軸線回りにそれぞれ回転可能に取り付けられるバランサと、
   一対の前記フランジ部の間に挿入可能な一対の支持板と、各前記フランジ部のそれぞれの外周面に着脱可能に固定される一対の固定部とを備え、一対の該固定部がそれぞれ各前記外周面に固定されることにより、前記外周面よりも径方向内方かつ前記軸線に対して偏心した位置に、前記第２部材に対する前記バランサの前記取付軸線を配置するアダプタとを備えるロボット。
2. 前記アダプタが、前記軸線を挟んで前記第１部材における前記取付軸線とは反対側において前記第２部材の一部に取り付けられる請求項１に記載のロボット。
3. 前記アダプタが、一対の前記固定部に両端が支持され、前記バランサの一端を前記取付軸線回りに回転可能に取り付けるシャフトを備える請求項１または請求項２に記載のロボット。
4. 前記バランサが、圧縮コイルバネを内蔵したシリンダ型のバランサである請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボット。

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