JP7459061B2 - 四節リンクを備えるロボットおよびロボット用のジョイント軸受を組み立てる方法 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトと、二つのアキシャル軸受の間でこのシャフトに回転可能に取り付けられるリンク部材とを有するロボット用ジョイント軸受に関する。本発明は、さらに少なくとも一つのこのようなジョイント軸受を有するロボット、ならびにロボット用ジョイント軸受を組み立てる方法に関する。本発明に係るジョイント軸受は、主にロボットの駆動トレインに用いられる。

ロボット設計について様々な機構が先行技術で公知である。シリアル機構では、駆動部がロボットの各軸に設けられる。しかし、これは、これらの駆動部の重量により移動質量が増大するというデメリットがある。

偏心スリーブが圧縮ばねと固定リングとの間でシャフトに取り付けられる産業用ロボット用の装置がＣＮ１０６９８９１４２Ａから公知である。

これに代えて、例えば、ロボットアームと別個に設けられた装置により各ロボットアームに駆動動作が伝えられるいくつかの駆動部がロボットのベース内に設けられるパラレル機構がロボット設計において公知である。例えば、四節リンクがここで用いられる。

加えて、例えば、基礎のシリアル機構がパラレル機構を介して駆動部と組み合わされるハイブリッド機構も公知である。

しかし、ハイブリッドおよびパラレル機構は、ロボットアームの間の軸上のみならず、駆動チェーン内部にも多数の取付点を必要とする。これが特に当てはまるのは、精密に構成されたパラレル機構を備えることが好ましいことから、ロボットが大きな作業空間中で柔軟な動きをすることが予定される場合である。

ロボットの動作に必要な精密さを実現するためには、軸受を精密に位置決めし、遊びをほぼなくさなければならない。

先行技術の各ロボットでは、リンク部材がシャフトに対し径方向にラジアル軸受によって、かつ軸方向に二つのアキシャル軸受の間に取り付けられ、軸方向に係止部によって位置決めされ、精密に位置が調整されたクランプ部材によって軸方向の予圧が加えられる。

調整リング、クランプカラーまたはナット（すなわち、シャフト上のその軸方向位置に精密に調整可能な部材）がクランプ部材として用いられる。しかし、軸受予圧のみならず、軸受位置も入念に調整されなくてはならないことから、クランプ部材の初期調整とメンテナンス中の後調整とには、かなりの作業量が必要となる。

したがって、本発明の目的は、パラレルおよびハイブリッド機構の要件を満たし、操作の信頼性が高く、かつ製造および組立が複雑すぎないロボット用ジョイント軸受を提供することである。

本発明は、シャフトと、シャフトに回転可能に取り付けられる二つのアキシャル軸受の間のリンク部材を少なくとも一つと、を備えるロボット用ジョイント軸受であって、軸方向予圧力をアキシャル軸受に加える弾性圧縮可能な予圧部材が設けられるものを提供する。

弾性圧縮可能な予圧部材により、遊びを補償することが可能となり、操作信頼性の高い軸受予圧が得られる。加えて、本発明のジョイント軸受は、作用する力が径方向に主に向けられることから十分に精密である。なお、軸方向に生じる力は、十分な位置精度をもって吸収可能である。

予圧部材の弾性圧縮により所定の予圧力が軸方向に加えられることから、本発明にかかる構成により精密な予圧が可能となる。さらに、リンク部材は予圧部材によって位置が揃えられ、製造公差を補償可能である。

具体的に、アキシャル軸受は、軸転がり軸受、円錐ころ軸受、プラスチック、金属、複合材料、または焼成金属製のカラーを有する摺動軸受、またはプラスチック、金属、複合材料、または焼成金属製のスラストワッシャである。

回転可能に取り付けられるリンク部材は、それぞれラジアル軸受によってシャフトに取り付けられる。具体的に、これらはプラスチック、金属、複合材料、または焼成金属製のカラーを有してもよいラジアル転がり軸受、円錐ころ軸受または摺動軸受ブッシュである。ラジアル軸受用の摺動軸受ブッシュは、一端または両端でリンク部材から軸方向に突出し、これにより一端または両端にアキシャル軸受が設けられるよう設計されてもよい。このブッシュは、具体的にスラストワッシャまたはアキシャル軸受の軸受レースを形成する。

具体的に、いくつかの部品がシャフト上を調整不能な係止部の間で軸方向に変位可能に配置される。これらの部品としては、回転可能に取り付けられる一つ以上のリンク部材、スペーサスリーブ、アキシャル軸受および／または予圧部材である。係止部は、シャフトに緊結されるリンク部材、シャフト中の径変化部、および／またはナットおよび／または保持カラー等の純粋な固定部材であってよい。

アキシャル軸受は、回転可能に取り付けられるリンク部材上に直接配置され、または、予圧部材またはスペーサスリーブ等の他の部品がリンク部材とアキシャル軸受との間に設けられる場合、軸方向に離隔配置される。

一つの実施形態において、軸方向に調整不能な係止部がシャフトの各軸方向端部に設けられる。これらの係止部により、回転可能に取り付けられる少なくとも一つのリンク部材と別の部品が配置されるシャフト上のアセンブリ領域の長さが規定される。

一つの実施形態において、アキシャル軸受の少なくとも一つは、係止部、スペーサスリーブ、および／または予圧部材の一つに対して軸方向に当接する。このアキシャル軸受によりリンク部材がこれらの部品に対して回転可能となる。

具体的に、アキシャル軸受の一つは、一方の側面が係止部に当接し、他方の側面がスペーサスリーブ、予圧部材上、または回転可能に取り付けられるリンク部材に直接当接するよう配置されてよい。

具体的に、アキシャル軸受の一つは、回転可能に取り付けられるリンク部材に一方の側面が当接し、回転可能に取り付けられる別のリンク部材、スペーサスリーブまたは予圧部材に他方の側面が当接するよう配置されてよい。

具体的に、アキシャル軸受の一つは、一方の側面がスペーサスリーブに当接し、他方の側面が別のスペーサスリーブまたは予圧部材に当接するよう配置されてよい。

予圧部材は、一方の側面が係止部に当接し、他方の側面がスペーサスリーブ、アキシャル軸受の一方または回転可能に取り付けられるリンク部材に当接するよう配置されてよい。

具体的に、予圧部材は、一方の側面が、回転可能に取り付けられるリンク部材に当接し、他方の側面が、回転可能に取り付けられる別のリンク部材、スペーサスリーブまたはアキシャル軸受の一方に当接するよう配置されてよい。一つの実施形態において、予圧部材は回転可能に取り付けられる一対のリンク部材の間に配置され、一体に回転する対を形成してもよい。

具体的に、予圧部材の一つは、一方の側面がスペーサスリーブに当接し、他方の側面が別のスペーサスリーブまたはアキシャル軸受の一方に当接するよう配置されてよい。

係止部の少なくとも一つは、シャフト上の軸方向端部領域内に固定または回転可能に取り付けられる軸方向外側リンク部材、シャフトの肩部、または固定部材によって形成されてよい。軸方向外側リンク部材が係止部を形成する場合、別個に設けられた固定部材を省略することができ、これによりジョイント軸受の製造および組立が簡略化される。

肩部は、旋削加工により生成されるシャフトの径変化によって設けられてよい。

軸方向外側リンク部材は、例えば、螺合によりシャフトの端面に取り付けられてよい。外側リンク部材はシャフトに対して回転可能であってよいが、これに代えて、シャフトに緊結されるのが好ましい。外側リンク部材は、例えば、ねじ、ナットとしての固定部材、バヨネットコネクタを有する張力部材、または具体的にねじを備える別の固定部材によってシャフトに固定される。

固定部材は、具体的に、シャフトに所定位置まで滑り嵌めまたは螺合され、これによりシャフト上の所定位置に取り付けられてよい。固定部材はナットまたは保持カラーであってよい。

結果として、調整不能な係止部により、アキシャル軸受と回転可能に取り付けられる少なくとも一つのリンク部材、弾性圧縮可能な予圧部材、ならびに任意に設けられるスペーサスリーブと場合により別の部品とが設けられる軸方向距離が定められ、これらの軸方向長さと弾性圧縮可能な予圧部材の弾性とにより軸受の予圧力と回転可能に取り付けられるリンク部材の位置とが規定される。

具体的に、予圧力は、一つだけの弾性圧縮可能な予圧部材によって提供されてよい。しかし、別の実施形態では、いくつかの弾性圧縮可能な予圧部材が設けられてもよい。

一つの実施形態において、予圧部材は圧縮コイルばね、皿ばね、フィンガースプリング、弾性Ｏリング（具体的にシールリング）、エラストマーリング、固定プレートまたはばね座金である。これらの部品は、具体的にシャフトの周方向に延び、これにより周方向全体にわたり略均一の予圧力、均一の軸受予圧力、および精密な位置決めが実現される。加えて、所望の弾性特性を得るため、いくつかのこれら同一または異なる部品の組み合わせが予圧部材として設けられてもよい。予圧部材の部品は、例えば二つの半片からなるいくつかの部材からなってもよい。

一つの実施形態において、少なくとも一つのスペーサスリーブがシャフト上で予圧部材に軸方向に隣接して配置される。例えば、これにより予圧部材とアキシャル軸受との間の距離を維持することが可能となる。

回転可能に取り付けられるいくつかのリンク部材がシャフトに設けられるのが好ましい。回転可能に取り付けられるいくつかのリンク部材が一体に回転するよう設けられてよい。一体に回転可能に取り付けられるリンク部材は、スペーサスリーブと合わせて、内部にアキシャル軸受が設けられる必要のない一体して回転するユニットを形成してよい。具体的に、回転可能に取り付けられるいくつかのリンク部材は、それぞれ一体に回転するリンク部材の対によって設けられてよい。

シャフトは少なくとも一方の軸方向端部に、外側リンク部材が取り付けられる肩部を有してもよく、これにより外側リンク部材がシャフトに所定の、調整不能な軸方向位置で接続されるようにされてよい。肩部は、外側リンク部材を固定するための係止部を形成する。この固定は、具体的にリンク部材をシャフトに螺合することによって行われる。外側リンク部材は、具体的にシャフトと一体にのみ回転可能、すなわちシャフトに緊結されてよい。

シャフトは、一体形成またはいくつかの部材で形成されてよい。具体的に、シャフトは、具体的に円筒形の中実シャフトとしての内部シャフトと、内部シャフト上に滑り嵌めされる中空シャフトとを備え、上記の肩部は中空シャフトの端面によって形成されてよい。

具体的に、内部シャフトに当接する肩部は、中空シャフトの各端面のそれぞれによって設けられてよい。したがって、外側リンク部材の間の距離は、中空シャフトの長さによって決定される。外側中空シャフトに対して回転可能に取り付けられるリンク部材は、この距離内で中空シャフト上に配置可能である。外側リンク部材は、固定部材により中空シャフトの端面に強く押圧されるのが好ましい。

ジョイント軸受は、軸方向に対称であるのが好ましい。具体的に、回転可能に取り付けられるリンク部材は、軸方向に中央に対称配置された平面に関して対になって対称に配置される。

好ましい実施形態において、シャフトは二つの軸方向外側リンク部材の間で均一の径を有する。これにより、回転可能に取り付けられる少なくとも一つの内側リンク部材と弾性圧縮可能な予圧部材とがシャフトに滑り嵌めされ、その軸方向長さに応じて位置決め可能となる。さらに、これにより軸方向外側リンク部材の間の全ての部品に沿って一定の軸方向予圧力を加えることが可能となる。

具体的に、一つ、二つ、三つまたはそれ以上の対の回転可能に取り付けられるリンク部材がシャフトに配置され、全ての回転可能なリンク部材に、弾性予圧部材によって予め決められる同じ軸方向の予圧力が加えられる。

それぞれのアキシャル軸受は、これらのリンク部材が互いに対してシンプルに回転可能となるよう、互いに対して独立にそれぞれ回転可能に取り付けられるリンク部材の間に設けられるのが好ましい。

以下の部品が、用途に応じて、シャフト上で調整不能な係止部の間に好ましい順に配置される。少なくとも二つのアキシャル軸受、少なくとも一つの回転可能に取り付けられるリンク部材、任意に設けられる少なくとも一つのスペーサスリーブ、および少なくとも一つの弾性圧縮可能な予圧部材。任意の組み合わせの素材の、具体的に以下の素材からなる対を、これらの材料から用いてよい。鋼鉄、焼成青銅、プラスチック素材およびアルミニウム。部品は、軸方向に関して対称に配置されるのが好ましい。

任意に設けられる一つ以上のスペーサスリーブと一つ以上の予圧部材とが、シャフト上に配置されてよい。加えて、回転可能に取り付けられるリンク部材を有する複数のジョイント軸受点がシャフト上に配置されてよい。それぞれのアキシャル軸受が軸方向に最も内側のリンク部材の間を除き、回転可能に取り付けられるリンク部材の間に設けられるのが好ましい。これにより、これらは一体に回転する部材として共に動作する。

本発明の実施形態によれば、全てのジョイント軸受点は、それぞれ軸方向に等しく予圧され、位置が揃えられる。

本発明の別の実施形態において、肩部または軸方向係止部をシャフトに設けて、異なる軸方向予圧力が加えられ、かつ少なくとも一つの（好ましくはいくつかの）回転可能に取り付けられるリンク部材をシャフトの別の軸方向領域に別々に配置され、または位置が揃えられるようにしてもよい。

予圧部材は対称であっても、ただ一つの予圧部材がシャフトの一方の側に取り付けられてもよい。

スペーサスリーブは、これらが追加的にスラストワッシャとしてのアキシャル軸受の機能を果たすよう、良好な摺動性を有する適切なプラスチック素材、または青銅などの金属からなってよい。

ラジアル軸受は、シャフトと回転可能に取り付けられるリンク部材との間に設けられるのが好ましい。具体的に、ラジアル軸受は、回転可能に取り付けられるリンク部材の間に設けられるのが好ましい。

シャフトは、具体的に肩部のないシンプルなシャフトとして構成され、軸方向外側リンク部材または代わりに設けられる固定部材がシャフトの端面に取り付けられる。

本発明にかかるジョイント軸受はコンパクトかつ頑丈であり、低重量であり、自動的に中心に配置され、予圧力または軸方向位置を調整することなく力が理想的に吸収および分散される。さらに、製造公差が補償され、遊びが少なく操作の信頼性の高い取り付けが可能となる。加えて、ジョイント軸受は高い剛性を有する。

具体的に、予圧部材は、軸方向に０．１ｍｍから２ｍｍの間、好ましくは０．２ｍｍから１．３ｍｍの間圧縮されることが意図される。３０Ｎ（ニュートン）から８００Ｎの間、好ましくは８０Ｎから４２０Ｎの間の予圧力が生じる。一つの実施形態において、略１８０Ｎから２２０Ｎの間の予圧力が生じる。別の実施形態において、略３０Ｎから５０Ｎの予圧力が生じる。このような予圧力は、例えば予圧部材としてフィンガースプリングワッシャを用いることにより実現可能である。

予圧部材に皿ばねを用いる場合、同じだけ圧縮することによって二倍の軸方向予圧力が生じるよう直列に（すなわち同じ向きで均一に）配置されても、または軸方向の予圧力が同じ圧縮距離で半分になるよう平行に（すなわち互い違いに）配置されてもよい。具体的に、皿ばねは、軸方向の圧縮により、５００Ｎ／ｍｍから２５００Ｎ／ｍｍまで、好ましくは１５００Ｎ／ｍｍから２０００Ｎ／ｍｍまでの弾性係数を有する。

本発明では、さらに少なくとも一つのロボットアーム、具体的にピボットアーム、サポートアームまたはグリッピングアームを駆動する第１四節リンクを備えるロボットであって、第１四節リンクは、クランクと、リンクと、ロッカーアームとを備え、クランクはリンクに、かつリンクはロッカーアームにそれぞれジョイント軸受により接続され、これらジョイント軸受の少なくとも一つは、上述のように構成されるロボットが提供される。

装置による駆動部を有するロボットに四節リンクとしてのジョイント軸受を用いることは、四節リンクにより複数のリンク部材が設けられてクランク、リンクおよびロッカーアームを形成する一方、これらの取り付け部には通常大きな軸方向の力は加わらず、主に径方向の力が加わるという理由で好ましい。

運動列中の最初の四節リンク部材（具体的にはクランク）、および／または同じ四節リンク部材および／または後続の四節リンク部材である運動列中の最後の四節リンク部材（具体的にはロッカーアーム）が、具体的にベースまたはロボットアームに軸方向に変位不能に取り付けられ、具体的に緊結されるのが好ましい。クランクは、例えばベース内の装置またはモータに直接フランジ取付されてもよい。しかし、ロッカーアームは、ロボットアームまたはロボットジョイントに軸方向に変位不能に取り付けられてもよい。したがって、一つまたは複数の四節リンクの内側リンク部材の軸方向位置は、運動上の最初および最後の四節リンク部材によって規定される。

この四節リンクは、互いにピボットジョイントのようにこの順で接続されるクランク、リンクおよびロッカーアームとしての四節リンク部材を備える。四節リンク部材は、一つ、二つ、三つ、四つまたはそれ以上の、好ましくはジョイント軸受の軸方向に対称に配置されたジョイント軸受のリンク部材により形成されてよい。全体として四節リンク部材を形成するリンク部材は、具体的には略平行に延びる。

第１四節リンクに加え、ロボットは、そのクランクが第１四節リンクのロッカーアームに対応する第２四節リンクを備え、第１四節リンクのリンク、第２四節リンクのクランク、および第２四節リンクのリンクの間の接続部は、本発明のジョイント軸受として構成されるのが好ましい。本発明にかかるジョイント軸受をこのような直列接続された四節リンクに用いることで、互いに回転可能な複数の部品が一つのシャフト上のみに配置されることから特に好ましい。

一つの実施形態において、第１または第２四節リンクのクランク、リンク、またはロッカーアームは、回転可能に取り付けられるジョイント軸受の少なくとも一つのリンク部材によって形成される。第１または第２四節リンクのクランク、リンク、またはロッカーアームは、それぞれ一体に回転するジョイント軸受の一対のリンク部材によって形成されるのが好ましい。

本発明にかかるロボット用ジョイント軸受の組立方法は、シャフトを設ける工程と、アキシャル軸受と、回転可能に取り付けられる少なくとも一つのリンク部材と弾性圧縮可能な予圧部材とをシャフトに滑り嵌めする工程と、アキシャル軸受、回転可能に取り付けられるリンク部材、および弾性圧縮可能な予圧部材が自由に変位可能に設けられる軸方向領域が所定の調整不能な長さに限定されるよう軸方向係止部をシャフトに取り付ける工程とを備える。

この方法により、互いに回転可能に取り付けられる複数のリンク部材がシャフト上に設けられる場合であっても、迅速かつ操作の信頼性の高いジョイント軸受の組立が可能となる。

本発明にかかる方法により、組み立て時間を低減できる。組立中、全ての部品がシャフト上に所定の順で滑り嵌めされ、少なくとも一方が固定部材または軸方向外側リンク部材によって設けられる係止部間に取り付けられる。係止部の位置が規定されることから、追加の位置揃えは不要であり、部品の位置ならびに軸方向予圧力が理想的に調整される。

本発明を、下記図面に示される例示的実施形態を用いてさらに説明する。

本発明にかかるジョイント軸受の少なくとも一つの実施形態が用いられるロボットの斜視図を示す。 本発明にかかるジョイント軸受の第１実施形態の断面図を示す。 本発明にかかるジョイント軸受の第２実施形態の断面図を示す。 本発明にかかるジョイント軸受の第３実施形態の断面図を示す。 本発明にかかるジョイント軸受の第４実施形態の断面図を示す。

図１に示されるロボット１は、垂直軸を中心として回転可能なベース２と、ピボットアーム３と、支持アーム４と、関節アーム５とを備える。上記アーム３、４、５は、シリアル機構に準じて直列に配置される。

示されるロボット１は、５軸ロボットまたは６軸ロボットである。ベース２が回転する垂直軸は、ロボット１の第１軸に相当する。ロボット１の第２軸を構成する第１ジョイント６がベース２とピボットアーム３との間に設けられる。ロボット１の第３軸を構成する第２ジョイント７が、ピボットアーム３と支持アーム４との間に設けられる。ロボット１の第４軸を構成する第３ジョイント８が支持アーム４と関節アーム５との間に設けられる。支持アーム４は、別のジョイントによりそれ自体で回転可能とされ、これによりロボット１の別の軸がそこに設けられてもよい。グリッパー（図示略）または別の作業部材が、ロボット１の第５または第６軸を中心として関節アーム５に対して回転可能である。

ジョイント６、７により、ピボットアーム３と支持アーム４とがそれぞれの略水平なロボットの第２および第３軸を中心として旋回可能となる。純粋なシリアル機構の場合と同様、第３ジョイント８の駆動モータは、直接、または装置を介して設けられる。装置は駆動ベルトであってもよい。

第１ジョイント６と第２ジョイント７との駆動動作は、それぞれ四節リンク９、１０、１１および１２を介して伝えられる。

第１四節リンク９と第２四節リンク１０とは、後者がベース２に対して旋回可能なように、駆動動作をピボットアーム３に伝えるよう直列配置される。第１四節リンク９は、図１に示されず、第１駆動モータにより旋回可能、かつリンク１３に関節接合されて、第１四節リンク９のリンク１３を駆動する第１クランクをベース２内に備える。リンク１３は、第１四節リンク９のロッカーアーム１４に関節接合され、これを駆動する。ロッカーアーム１４は、第２四節リンク１０のクランクを同時に形成し、第２四節リンク１０のリンク１５に関節接合され、これを駆動する。第２四節リンク１０のロッカーアーム１６は、ピボットアーム３に緊結され、その旋回動作中に共に回転する。ロッカーアーム１６とピボットアーム３とは一体形成されてもよい。具体的に、ロッカーアーム１６とピボットアーム３とは、ジョイント６に対してロッカーを形成する。第１四節リンク９のクランクは、ベース２内のモータまたは装置に、軸方向に変位不能にフランジ取付されてもよい。装置は、駆動ベルト等でもよい。同様に、ロッカーアーム１４は軸方向に変位不能にベース２に取り付けられてもよい。最後に、ロッカーアーム１６は軸方向に変位不能にジョイント６に取り付けられてもよい。

支持アーム４をピボットアーム３に対して旋回させる駆動動作は、ベース２内の第２駆動モータにより、第３四節リンク１１と第４四節リンク１２とを介して支持アーム４に伝えられる。第２駆動モータは、ベース２内部に配置され（したがって図１には示されず）、第３四節リンク１１のリンク１７に関節接合され、これを駆動する第３四節リンク１１のクランクを旋回させる。リンク１７は、第３四節リンク１１のロッカーアーム１８に関節接合され、これを駆動する。ロッカーアーム１８は、同時に、第４四節リンクのリンク１９に関節接合されこれを駆動する第４四節リンク１２のクランクである。ロッカーアーム２０と支持アーム４とは、第２ジョイント７に対してロッカーとして緊結される。第４四節リンク１２のロッカーアーム２０は、具体的に支持アーム４と一体形成される。第３四節リンク１１のクランクは、軸方向に変位不能にベース２内のモータまたは装置にフランジ取付されてもよい。装置は、駆動ベルトなどであってもよい。ロッカーアーム１８は軸方向に変位不能にピボットアーム３に取り付けられてもよい。最後に、ロッカーアーム２０は軸方向に変位不能にジョイント７に取り付けられてもよい。

上述の四節リンク９、１０、１１、１２のクランク、ロッカーアーム、およびリンクとしての四節リンク部材間のジョイント軸受は、一部またはすべて本発明にかかるジョイント軸受によって実装されてよい。

本発明の一つの実施形態において、図２のようなジョイント軸受がロボット１の四節リンク部材間を接続するのに用いられる。

図２において、軸方向Ａに延びるシャフト２１が設けられ、このシャフト２１上に、回転可能なリンク部材２４がラジアル軸受２５上のアキシャル軸受２２、２３の間に配置される。軸方向外側リンク部材２６、２７がシャフト２１の各軸方向端面に緊結され、具体的にシャフト２１の軸方向端部の肩部２８、２９上に配置される。軸方向外側リンク部材２６、２７は、それぞれねじ３０、３１によって肩部２８、２９の軸方向側面に押圧され、これにより軸方向に正確に取り付けられる。ねじ３０、３１は、シャフト２１内の中央雌ねじ３２に螺合される。具体的に、軸方向外側リンク部材２６、２７は、ねじ３０、３１が同一平面を形成するよう挿入される面取り部または凹部を有してもよい。軸方向外側リンク部材２６、２７の内側面により、シャフト上に配置された部品のそれぞれの軸方向係止部が形成される。

回転可能に取り付けられるリンク部材２４および軸方向外側リンク部材２６、２７が、それぞれシャフト２１から離れる径方向Ｒにほぼ延びる。

アキシャル軸受２２、２３に軸方向の予圧力を加えて軸方向Ａの製造公差を補償するため、皿ばねまたはフィンガースプリングワッシャとしての弾性圧縮可能な予圧部材３３が軸方向外側リンク部材２６とアキシャル軸受２２との間に設けられる。具体的に、予圧部材３３は、軸方向外側リンク部材２６の凹部３４内に設けられる。予圧部材３３とアキシャル軸受２２の隣接する軸受半片またはアキシャル軸受２２自体とは、これがスラストワッシャによって形成される場合、例えば、ピンとしての篏合式連結・係止部材を用いてリンク部材２６に対して回転しないよう固定されてもよい。これにより、動作が確実に所望の位置（例えば、アキシャル軸受２２とリンク部材２４との間）においてのみ起こるようにすることができる。

本発明にかかる図２のジョイント軸受の組立方法の実施形態は、以下のように行うことが可能である。シャフト２１を、肩部２８まで軸方向外側リンク部材２６内の開口部にまず挿入し、軸方向外側リンク部材２６をねじ３０を用いてシャフトに堅固に取り付ける。その後、予圧部材３３、アキシャル軸受２２、リンク部材２４とラジアル軸受２５、およびアキシャル軸受２３を、シャフト２１上に滑り嵌めする。最後に、軸方向外側リンク部材２７を肩部２９までシャフト２１に滑り嵌めし、ねじ３１を用いてシャフト２１に堅固に取り付ける。肩部２８、２９により、係止部としての軸方向外側リンク部材２６、２７の間に、シャフト２１上の上記部品の軸方向長さと予圧部材３３の弾性とに応じてシャフト２１への軸方向の予圧力を決定する空間が形成される。

図３は、本発明にかかるジョイント軸受の第２実施形態を示す。本実施形態では、二組のリンク部材３５、３６、３７、３８がラジアル軸受３９、４０、４１、４２を介してシャフト２１上に回転可能に配置される。回転可能に取り付けられるリンク部材３５、３６、３７、３８の内の二つにより、クランク、リンク、またはロッカーアーム等の四節リンク部材が形成される。具体的に、一対のリンク部材３５、３６が四節リンク部材を形成し、一対のリンク部材３７、３８が別の四節リンク部材を形成する。さらに、ここでも軸方向外側リンク部材２６、２７が、シャフト２１に螺合されて堅固に取り付けられる。一対の軸方向外側リンク部材２６、２７も四節リンク部材を形成する。

アキシャル軸受４３、４４がシャフトに堅固に取り付けられる軸方向外側リンク部材２６、２７と、回転可能に取り付けられる軸方向外側リンク部材３７、３８との間に配置される。さらに、アキシャル軸受４５、４６が回転可能に取り付けられる軸方向外側リンク部材３７、３８と、回転可能に取り付けられる径方向内側リンク部材３５、３６との間に設けられる。スペーサスリーブ４７、４８が回転可能に取り付けられる軸方向内側リンク部材３５、３６の軸方向内側に設けられる。弾性圧縮可能な予圧部材４９が、スペーサスリーブ４７、４８の間の中央に設けられる。予圧部材４９は、具体的に二枚の対向配置される皿ばねからなる。

これにより、シャフト２１上の各部品の軸方向長さ、ならびに、肩部２８、２９によって位置決めされる係止部としての軸方向外側リンク部材２６、２７の間のシャフト２１の軸方向長さにより、予圧部材４９の圧縮度合い、したがって、その弾性に応じて、アキシャル軸受４３、４４、４５、４６の軸方向予圧力が決定される。ラジアル軸受３９、４０、４１、４２は、具体的に摺動軸受として構成されてもよい。アキシャル軸受４３、４４、４５、４６は、具体的にスラストワッシャとして構成されてもよい。

予圧部材４９、スペーサスリーブ４７、４８、および軸方向内側リンク部材３５、３６は、一体に回転する部品のブロックを形成する。

図３にかかるジョイント軸受は、例えば、図１のロボット１のリンク１７、ロッカーアーム１８、およびリンク１９の間のジョイント軸受に用いることができる。例えば、リンク１７は回転可能に取り付けられる軸方向内側リンク部材３５、３６によって、ロッカーアーム１８は回転可能に取り付けられるリンク部材３７、３８によって、リンク１９は軸方向外側リンク部材２６、２７によって形成される。

図４は、本発明にかかるジョイント軸受の第３実施形態を示す。本実施形態において、シャフト２１は、内部シャフト５０と内部シャフト５０上に滑り嵌めされる中空シャフト５１とによって形成される。中空シャフト５１が内部シャフト５０よりも短く構成されることから、肩部２８、２９は中空シャフト５１の端面により形成される。肩部２８、２９は、軸方向外側リンク部材２６、２７の当接面を形成する。本実施形態では、予圧部材５２、５３はシャフト２１に緊結される軸方向外側リンク部材２６、２７と、アキシャル軸受５４、５５との間に直接配置される。別の予圧部材５６、５７を、アキシャル軸受５４、５５の軸方向内部に配置してもよい。これらの予圧部材は、軸方向に向きが互い違いの三つの皿ばねによって形成される。予圧部材５６、５７は、それぞれ単一の皿ばねによって形成される。しかし、用途に応じて別の組み合わせも可能である。具体的に、予圧部材ごとに皿ばねの数を変更可能である。さらに、予圧部材５２、５３または予圧部材５６、５７のいずれかを省略してもよい。スラストワッシャをアキシャル軸受５４、５５として用いる場合、予圧部材５２、５３および場合により５６、５７の摩擦面を拡げる別の摩擦ディスクを用いてスラストワッシャ上の摩擦点を緩和してもよい。これらは予圧部材に固定接続されてもよい。

シャフト２１上の、アキシャル軸受５４、５５または予圧部材５６、５７の軸方向内側に、それぞれ、ラジアル軸受４１、４２によって回転可能に取り付けられる軸方向外側リンク部材３７、３８が設けられる。さらに、回転可能に取り付けられる軸方向内側リンク部材３５、３６がシャフト２１上、すなわち中央に配置されたスペーサスリーブ５８に直接隣接して設けられる。この実施形態では、回転可能に取り付けられる中央リンク部材５９、６０が、追加的にシャフト２１上にラジアル軸受６１、６２を介して取り付けられる。アキシャル軸受４５、４６が回転可能に取り付けられる軸方向外側リンク部材３７、３８と、回転可能に取り付けられる中央リンク部材５９、６０との間に設けられる。アキシャル軸受６３、６４が回転可能に取り付けられる軸方向内側リンク部材３５、３６と、回転可能に取り付けられる中央リンク部材５９、６０との間に配置される。

図４に示されるジョイント軸受の組立方法は、以下のように行われてもよい。内部シャフト５０がまずねじ３０により軸方向外側リンク部材２６に取り付けられる。中空シャフト５１が内部シャフト５０上に取り付けられ、軸方向外側リンク部材２６の係止部まで滑り嵌めされる。中空シャフト５１上に配置される部品が中空シャフト５１上に連続的に取り付けられ、最後に軸方向外側リンク部材２７がねじ３１によって内部シャフト５０に取り付けられて、中空シャフト５１の端面に押圧される。このように軸方向予圧力は中空シャフト５１の長さならびにその上に配置された部品、および予圧部材５２、５３、５６、５７の弾性に応じて決定される。予圧部材５２、５３、５６、５７は、皿ばねまたは皿ばねのパッケージによって構成される。予圧部材５２、５６；５３、５７の間のアキシャル軸受５４、５５は、具体的にスラストワッシャであってよい。スペーサスリーブ５８と軸方向内側リンク部材３５、３６とは、シャフト２１と一体のユニットとして一体に回転可能である。

図４にかかるジョイント軸受は、例えば図１のリンク１３、ロッカーアーム１４、およびリンク１５の間に使用可能である。ここで、リンク部材３５、３６、３７、３８は、リンク１３を形成し、リンク部材５９、６０はリンク１５を形成し、軸方向外側リンク部材２６、２７はロッカーアーム１４を形成する。したがって、リンク１３としての四節リンク部材は四つのリンク部材によって形成され、ロッカーアーム１４とリンク１５としての四節リンク部材は二つのリンク部材によって形成される。

図５は、本発明にかかるジョイント軸受の別の実施形態を示す。ここで、弾性予圧部材６５、６６は、それぞれ回転可能に取り付けられる径方向外側リンク部材３７、３８に当接するアキシャル軸受４５、４６の軸方向内部に配置される。本実施形態または他の実施形態において、予圧部材６５、６６はエラストマーリングとして構成されてもよい。スペーサスリーブ６７、６８が予圧部材６５、６６の軸方向内側に配置される。回転可能に取り付けられる軸方向内側リンク部材３５、３６が、スペーサスリーブ６７、６８の軸方向内側に設けられる。リンク部材３５、３６は、内側スペーサスリーブ５８と一体に回転可能である。

アキシャル軸受６９を一方のスペーサスリーブ６８と隣接するリンク部材３６との間に設けることも可能である。本実施形態およびその他の実施形態において、アキシャル軸受および／またはラジアル軸受は、転がり軸受として構成されてもよい。

上記実施形態からわかるように、本発明にかかるジョイント軸受により、コンパクトな構成、個々のリンク部材の複雑な位置調整なしのジョイント軸受の簡単な組み立て、軸受予圧力の簡単な調整、部品（具体的にシャフトに回転可能に取り付けられるリンク部材）の自動位置調整、径方向のシステムの大きな剛性、および軸方向の十分な剛性が実現される。さらに、ジョイント軸受をメンテナンスフリーに構成することも可能であり、一定の軸受予圧力を耐用年数全体にわたって維持することができる。

本発明にかかるジョイント軸受によれば、径方向の軸受遊びが少なくとも非常に小さくなり、軸方向の軸受遊びが解消される。径方向の遊びを防止する場合、例えば、回転可能に取り付けられるリンク部材を取り付けるのに円錐ころ軸受を設けてもよい。

図２から図５の対称または略対称な実施形態において、リンク部材は、釣り合い力によってシャフト上に対称に整列配置されてもよい。

Claims (13)

1. 少なくとも一つのロボットアーム（３、４）を駆動する第１四節リンク（９、１１）を備えるロボットであって、
   前記第１四節リンク（９、１１）は、クランクと、連結リンク（１３、１７）と、ロッカーアーム（１４、１８）とを形成する複数のリンク部材を備え、
   前記クランクは前記連結リンク（１３、１７）に一つのジョイント軸受により接続されると共に、前記連結リンク（１３、１７）は前記ロッカーアーム（１４、１８）に他の一つのジョイント軸受により接続され、
   前記ジョイント軸受の少なくとも一つは、
   シャフト（２１）と、
   前記シャフト（２１）上に設けられた二つのアキシャル軸受（４３、４４、４５、４６）と、
   前記アキシャル軸受に軸方向の予圧力を加える弾性圧縮可能な予圧部材（４９、６５、６６）を備え、
   前記複数のリンク部材のうち、前記クランク、前記連結リンク（１３、１７）、または、前記ロッカーアーム（１４、１８）のうちのいずれかを形成する一対のリンク部材は、前記シャフト（２１）上で前記二つのアキシャル軸受（４３、４４、４５、４６）の間に回転可能に取り付けられ、
   前記予圧部材（４９、６５、６６）は、前記一対のリンク部材の間に配置され、前記一対のリンク部材のそれぞれに対して軸方向外側に向かう予圧力を加えることを特徴とするロボット。
2. 請求項１に記載のロボットにおいて、前記アキシャル軸受（２２、２３、４３、４４、４５、４６、５４、５５、６３、６４、６９）の少なくとも一つは、前記シャフト（２１）の各軸方向端部に設けられた係止部、スペーサスリーブ（４７、４８、５８、６７、６８）および／または前記予圧部材（３３、４９、５２、５３、５６、５７、６５、６６）の少なくとも一つに軸方向に当接することを特徴とするロボット。
3. 請求項２に記載のロボットにおいて、前記係止部の少なくとも一つが前記シャフトまたは前記シャフト（２１）の肩部に取り付けられた軸方向外側リンク部材（２６、２７）によって形成されることを特徴とするロボット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロボットにおいて、前記予圧部材（３３、４９、５２、５３、５６、５７、６５、６６）は圧縮コイルばね、皿ばね、フィンガースプリングワッシャ、弾性Ｏリング、エラストマーリング、またはばね座金であることを特徴とするロボット。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロボットにおいて、少なくとも一つのスペーサスリーブ（４７、４８、５８、６７、６８）が前記シャフト（２１）上の前記予圧部材（３３、４９、５２、５３、５６、５７、６５、６６）に軸方向に隣接して配置されることを特徴とするロボット。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロボットにおいて、いくつかの回転可能に取り付けられるリンク部材（３５、３６、３７、３８、５９、６０）が前記シャフト（２１）上に設けられることを特徴とするロボット。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のロボットにおいて、前記シャフト（２１）は、外側リンク部材（２６、２７）が所定の軸方向位置で前記シャフト（２１）に接続されるよう取り付けられる少なくとも一つの軸方向端部に肩部（２８、２９）を備えることを特徴とするロボット。
8. 請求項７に記載のロボットにおいて、前記シャフト（２１）は、内部シャフト（５０）と、前記内部シャフト（５０）上に滑り嵌めされる中空シャフト（５１）とを備え、前記肩部（２８、２９）は前記中空シャフト（５１）の端面により形成されることを特徴とするロボット。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のロボットにおいて、前記ジョイント軸受は、軸方向に対称であることを特徴とするロボット。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のロボットにおいて、前記シャフト（２１）は、二つの軸方向外側リンク部材（２６、２７）の間の径が均一であることを特徴とするロボット。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
    前記ロボットは、第２四節リンク（１０、１２）を備え、
    前記第２四節リンク（１０、１２）は、クランク、連結リンク（１５、１９）、およびロッカーアーム（１６、２０）を形成する複数の第２のリンク部材を備え、
    前記第１四節リンク（９、１１）の前記ロッカーアーム（１４、１８）は、前記第２四節リンク（１０、１２）の前記クランクに相当し、
    前記第１四節リンク（９、１１）の前記連結リンク（１３、１７）と、前記第２四節リンク（１０、１２）の前記クランクと、前記第２四節リンク（１０、１２）の前記連結リンク（１５、１９）との間の接続は、前記ジョイント軸受として構成されることを特徴とするロボット。
12. 請求項１０または請求項１１に記載のロボットにおいて、前記第１または第２四節リンク（９、１０、１１、１２）の前記クランク、リンク（１３、１５、１７、１９）またはロッカーアーム（１４、１６、１８、２０）は、回転可能に取り付けられる前記ジョイント軸受の少なくとも一つのリンク部材（２４、３５、３６、３７、３８、５９、６０）により形成されることを特徴とするロボット。
13. ロボット用のジョイント軸受を組み立てる方法であって、前記ロボットは、少なくとも一つのロボットアーム（３、４）を駆動する第１四節リンク（９、１１）を備え、
    前記第１四節リンク（９、１１）は、クランクと、連結リンク（１３、１７）と、ロッカーアーム（１４、１８）とを形成する複数のリンク部材を備え、
    前記クランクは前記連結リンク（１３、１７）に一つのジョイント軸受により接続されると共に、前記連結リンク（１３、１７）は前記ロッカーアーム（１４、１８）に他の一つのジョイント軸受により接続され、
    前記ジョイント軸受の少なくとも一つは、以下の工程を含めて組み立てられる方法であって、
    シャフト（２１）を設け、
    二つのアキシャル軸受（４３、４４、４５、４６）と、前記複数のリンク部材のうち、前記クランク、前記連結リンク（１３、１７）、または、前記ロッカーアーム（１４、１８）のうちのいずれかを形成する一対のリンク部材と、弾性圧縮可能な予圧部材（４９、５７、６５、６６）とを前記シャフト（２１）上に滑り嵌めし、
    前記アキシャル軸受（４３、４４、４５、４６）と、前記一対のリンク部材と、前記弾性圧縮可能な予圧部材（４９、６５、６６）とが自由に変位可能に設けられる軸方向領域が、所定の長さに限られるよう軸方向係止部を前記シャフト（２１）上に取り付け、
    前記一対のリンク部材は、前記シャフト（２１）上で前記二つのアキシャル軸受（４３、４４、４５、４６）の間に回転可能に取り付けられ、
    前記予圧部材（４９、６５、６６）は、前記一対のリンク部材の間に配置され、前記一対のリンク部材のそれぞれに対して軸方向外側に向かう予圧力を加えることを特徴とする方法。

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