JP7522302B2 - ツール駆動装置およびロボット - Google Patents

Description

本開示は、ツール駆動装置およびロボットに関するものである。

第２アームの後方から、第２アーム、第１手首要素、第２手首要素および第３手首要素に設けられた中空孔を貫通して、制御用線条体を、第３手首要素の先端に取り付けられたツールまで配線したロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。ツールは、第３手首要素の先端面に密着させられる板状のブラケットによって第３手首要素に固定されており、第３手首要素の中空孔を貫通した制御用線条体は、ブラケットを板厚方向に貫通してツールまで配線されている。

特許第６５７２２７０号明細書

ブラケットを挟んで第３手首要素とは反対側に、ツールを移動させるための可動部が配置される場合には、ブラケットを貫通した制御用線条体をカバーによって覆うことは困難であり、制御用線条体は露出した状態となる。制御用線条体が露出していると、ツールがレーザ加工ツール等である場合には、レーザ加工によって飛散したスパッタ等が付着するので、制御用線条体の耐久性が低下する。したがって、第３手首要素の中空孔を貫通してきた制御用線条体を露出させないように配線することが望まれている。

本開示の一態様は、モータと、該モータによって駆動されツールを移動させる可動部と、ロボットの手首先端のフランジに前記モータおよび前記可動部を取り付けるブラケットとを備え、該ブラケットが、前記フランジに取り付けられる板状の第１取付部と、前記モータおよび前記可動部を取り付ける板状の第２取付部とを備え、前記可動部が、前記第１取付部を板厚方向に挟んで前記フランジとは反対側かつ前記第２取付部を板厚方向に挟んで前記モータとは反対側に配置され、前記第１取付部に、前記フランジの中空孔を貫通して配線されてきた線条体を、前記可動部側に露出させることなく前記モータに導く線条体通路が設けられているツール駆動装置である。

本開示の一実施形態に係るロボットを示す側面図である。 図１のロボットに備えられる本発明の一実施形態に係るツール駆動装置を、一部を破断して示す側面図である。 図２のツール駆動装置を示す平面図である。 図２のツール駆動装置のアームおよびリンクを駆動させた姿勢の一例を示す平面図である。 図２のツール駆動装置の変形例を、一部を破断して示す側面図である。 図５のツール駆動装置を示す平面図である。

本開示の一実施形態に係るツール駆動装置１およびロボット１００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１００は、ロボット本体１１０と、ロボット本体１１０に設置された本実施形態に係るツール駆動装置１とを備えている。

ロボット本体１１０は、例えば、６軸多関節型ロボットであって、図１に示されるように、床面に設置されるベース１１１と、鉛直な第１軸線Ａ回りにベース１１１に対して回転可能に支持された旋回胴１１２とを備えている。また、ロボット本体１１０は、水平な第２軸線Ｂ回りに旋回胴１１２に対して回転可能に支持された第１アーム１１３と、第２軸線Ｂに平行な第３軸線Ｃ回りに第１アーム１１３に対して回転可能に支持された第２アーム１１４とを備えている。旋回胴１１２には、第１軸線Ａに沿う方向に延びる孔が設けられている。

第２アーム１１４の先端には３軸の手首ユニット（手首）１２０が取り付けられている。手首ユニット１２０は、第２アーム１１４に対して、第３軸線Ｃに直交する平面に沿って延びる第４軸線Ｄ回りに回転可能に支持された第１手首要素１２１と、第４軸線Ｄに直交する第５軸線Ｅ回りに第１手首要素１２１に対して回転可能に支持された第２手首要素１２２とを備えている。また、手首ユニット１２０は、第５軸線Ｅに直交し、第４軸線Ｄおよび第５軸線Ｅと一点で交差する第６軸線Ｆ回りに、第２手首要素１２２に対して回転可能に支持された第３手首要素１２３を備えている。

第２アーム１１４および第１手首要素１２１には、第４軸線Ｄに沿って延びる中空孔が設けられている。第１手首要素１２１には、中空孔が設けられている円筒状の中空部１２１ａと、中空部１２１ａの先端から第４軸線Ｄに平行に延びる延長部１２１ｂとが設けられている。
第２手首要素１２２は、延長部１２１ｂの先端に、第５軸線Ｅ回りに回転可能に取り付けられている。第２手首要素１２２および第３手首要素１２３は、第６軸線Ｆに沿って延びる中空孔１３０を備えている。第３手首要素１２３は、図２に示されるように、中空孔１３０の周囲に周方向に間隔をあけて形成された複数のネジ孔１２５を備える円環状のフランジ１２４を備えている。

本実施形態に係るツール駆動装置１は、ツール２００を支持し、第３手首要素１２３に対して移動させる装置である。本実施形態においては、ツール駆動装置１は、ツール２００を第５軸線Ｅおよび第６軸線Ｆを含む平面に沿って２次元方向に移動させる。

ツール駆動装置１は、図２および図３に示されるように、２つのモータ２，３と、各モータ２，３の駆動力によって駆動される駆動機構（可動部）４と、モータ２，３および駆動機構４をフランジ１２４に取り付けるブラケット５と、モータ２，３を覆うモータカバー（カバー）６とを備えている。
ブラケット５は、平板状の第１取付部７と、平板状の第２取付部８とを直交配置した略Ｌ字状に形成されている。

第１取付部７は、フランジ１２４に密着させられるフランジ取付面（第１面）７ａを備えている。フランジ取付面７ａには、密着させられるフランジ１２４に設けられた中空孔１３０に対応する位置から第２取付部８のモータ取付面（第２面）８ａまで、フランジ取付面７ａに沿って真っ直ぐに延びる溝（線条体通路）９が設けられている。溝９は第１取付部７を板厚方向に貫通しておらず、フランジ１２４の中空孔１３０を通過してきた線条体１４０を収容可能な溝幅および深さ寸法を有している。

また、第１取付部７には、溝９に重ならない位置において、フランジ１２４のネジ孔１２５に締結されるボルト１５０を貫通させる複数の貫通孔１０が設けられている。貫通孔１０を貫通させたボルト１５０をフランジ１２４のネジ孔１２５に締結することにより、フランジ１２４の中空孔１３０を溝９の端部に一致させて、フランジ１２４をフランジ取付面７ａに密着状態に固定することができる。

第２取付部８は、モータ２，３および駆動機構４を取り付ける部分であり、第２取付部８を板厚方向に挟んだ両側に、モータ２，３を取り付けるモータ取付面８ａと、減速機１１を取り付ける減速機取付面８ｂとを備えている。モータ取付面８ａには、モータ２，３を取り付けるためのボルトを締結するネジ孔が複数設けられている。

モータカバー６は、図２および図３に示されるように、モータ取付面８ａに取り付けられている２つのモータ２，３の全体を覆う箱状に形成され、図示しないボルト等によってモータ取付面８ａに固定されている。
第２取付部８には、２つのモータ取付位置に、モータ２，３のシャフト２ａを板厚方向に貫通させる貫通孔１２が設けられている。減速機取付面８ｂには、減速機１１を取り付けるためのボルトを締結するネジ孔が複数設けられている。

駆動機構４は、図２に示されるように、減速機取付面８ｂに取り付けられる２つの減速機１１と、各減速機１１の出力軸に固定された２つのアーム１３，１４とを備えている。また、駆動機構４は、ツール２００を取り付けるツール取付部１５と、ツール取付部１５と２つのアーム１３，１４とを連結する２つのリンク１６，１７とを備えている。

モータ取付面８ａに取り付けられた２つの各モータ２，３のシャフト２ａは、第２取付部８の貫通孔１２を貫通して対応する減速機１１内に挿入されることにより、モータ２，３の駆動力を減速機１１に入力する。各減速機１１は各モータ２，３のシャフト２ａの回転を減速してアーム１３，１４に伝達する。これにより、２つのアーム１３，１４は２つの減速機１１の平行な軸線Ｘ回りにそれぞれ回転駆動される。

２つのアーム１３，１４と２つのリンク１６，１７とは、図３および図４に示されるように、軸線Ｘに平行な軸線Ｙ回りに回転可能に連結されている。また、リンク１６，１７どうしは、軸線Ｙに平行なツール取付部１５の軸線Ｚ回りに回転可能に連結されている。

ロボット本体１１０を停止させた状態で、図２および図３に示されるように、２つのアーム１３，１４がそれぞれの角度位置に配置されると、２つのアーム１３，１４の角度によって一義的に決定される位置に、ツール取付部１５が配置される。ツール２００は、例えば、図２に示されるように、レーザ加工ツールである。レーザ加工ツール２００は、ツール本体２１０と、ツール本体２１０の先端に配置されたノズル２２０と、ツール本体２１０の基端に光ファイバ２４０を接続する接続部２３０とを備えている。

レーザ加工ツール２００は、ノズル２２０の軸線を第５軸線Ｅと第６軸線Ｆとを含む平面に直交する方向に配置して、ツール取付部１５に取り付けられる。駆動機構４の作動によって、ツール取付部１５の位置を移動させると、レーザ加工ツール２００のノズル２２０の位置がノズル２２０の軸線に直交する方向に移動させられて、レーザ加工位置を２次元的に変化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ツール駆動装置１およびロボット１００の作用について以下に説明する。
ツール駆動装置１は、ブラケット５の第１取付部７のフランジ取付面７ａをロボット本体１１０のフランジ１２４の先端面に密着させ、第１取付部７の貫通孔１０に貫通させたボルト１５０をフランジ１２４のネジ孔１２５に締結することにより、ロボット本体１１０に取り付けられる。

この場合において、ロボット本体１１０においては、第２アーム１１４の後方から、第２アーム１１４および第１手首要素１２１の中空孔に貫通させた制御用の線条体１４０が、第２手首要素１２２および第３手首要素１２３の中空孔１３０を貫通して、フランジ１２４の先端面から引き出されている。第１取付部７のフランジ取付面７ａには溝（線条体通路）９が設けられているので、フランジ１２４の先端面から前方に引き出された線条体１４０は、溝９を通って第２取付部８のモータ取付面８ａから引き出され、モータ２，３に接続される。

溝９は、第１取付部７を板厚方向には貫通しておらず、ツール取付部１５に取り付けられたレーザ加工ツール２００側から見ると、線条体１４０は、第１取付部７の背面側に常時隠れた状態に維持される。また、第２取付部８のモータ取付面８ａから引き出され、モータ２，３に接続される部分の線条体１４０は、モータカバー６によって覆われるので、より確実に保護される。したがって、レーザ加工によってスパッタ等が飛散しても、飛散したスパッタ等が線条体１４０に付着することがなく、線条体１４０の耐久性の低下を防止することができるという利点がある。

フランジ１２４の先端面から引き出された線条体１４０を溝９内に収容することにより、溝９の周囲のフランジ取付面７ａにフランジ１２４の先端面を密着させることができ、これによってツール駆動装置１をロボット本体１１０に確りと固定することができる。レーザ加工ツール２００に接続される光ファイバ２４０は、第１手首要素１２１の中空孔を通過した後、第２手首要素１２２および第３手首要素１２３の中空孔１３０を通過することなく、手首ユニット１２０の外側からレーザ加工ツール２００の接続部２３０に接続されている。中空孔１３０および溝９を経由する線条体１４０に光ファイバ２４０を含めないことにより、光ファイバ２４０の屈曲を防止することができる。

また、ロボット本体１１０の手首ユニット１２０先端に取り付けられるツール駆動装置１は、ロボット１００の手首ユニット１２０にかかる負荷を軽減することが望まれている。
この課題を解決するために、本実施形態に係るツール駆動装置１は、以下の構成を備える。

すなわち、ツール駆動装置１は、モータ２，３と、モータ２，３によって駆動されツール２００を移動させる可動部４と、ロボット１００の手首ユニット１２０先端のフランジ１２４にモータ２，３および可動部４を取り付けるブラケット５とを備え、ブラケット５が、フランジ１２４に取り付けられる板状の第１取付部７と、モータ２，３および可動部４を取り付ける板状の第２取付部８とを備え、可動部４が、第１取付部７を板厚方向に挟んでフランジ１２４とは反対側かつ第２取付部８を板厚方向に挟んでモータ２，３とは反対側に配置され、ツール２００が、フランジ１２４の中心軸を挟んでモータ２，３とは反対側に配置されている。

本実施形態に係るツール駆動装置１およびロボット１００によれば、２つのモータ２，３は、Ｌ字状のブラケット５の第２取付部８のモータ取付面８ａに固定されている。また、２つのモータ２，３の回転をそれぞれ減速する２つの減速機１１も、Ｌ字状のブラケット５の第２取付部８の減速機取付面８ｂに固定されている。

そして、モータ２，３および減速機１１は、第５軸線Ｅおよび第６軸線Ｆを含む平面に対して一側に配置されている。
また、２つの減速機１１によって回転駆動させられる２つのアーム１３，１４および２つのリンク１６，１７は、第５軸線Ｅと第６軸線Ｆとを含む平面に比較的近い位置において、当該平面に沿う方向に回転させられる。

さらに、ツール取付部１５に取り付けられるレーザ加工ツール２００のツール本体２１０は、第５軸線Ｅおよび第６軸線Ｆを含む平面を挟んで、モータ２，３および減速機１１とは反対側に配置されている。
モータ２，３および減速機１１と、アーム１３，１４およびリンク１６，１７と、ツール本体２１０とは、比較的大きな重量を有している。

したがって、本実施形態によれば、アーム１３，１４およびリンク１６，１７の合計の重心位置は、第５軸線Ｅと第６軸線Ｆとを含む平面に比較的近い位置に配置されている。また、モータ２，３および減速機１１と、ツール本体２１０とを、第５軸線Ｅと第６軸線Ｆとを含む平面を挟んで反対側に配置しているので、モータ２，３、減速機１１およびツール本体２１０の合計の重心位置も第５軸線Ｅと第６軸線Ｆとを含む平面に比較的近い位置に配置することができる。

その結果、第６軸線Ｆ回りの重量分布がバランスさせられるので、第６軸線Ｆ回りに回転駆動される第３手首要素１２３の加減速時に、第３手首要素１２３にかかる負荷を軽減することができる。また、比較的大きな加減速によって駆動される２つのアーム１３，１４および２つのリンク１６，１７が、第５軸線Ｅと第６軸線Ｆとを含む平面の近くに配置されているので、駆動時に第１手首要素１２１、第２手首要素１２２および第３手首要素１２３に作用する反力を低く抑えることができる。

なお、本実施形態においては、ツール駆動装置１として、２つのアーム１３，１４を２つのモータ２，３によって駆動する２軸の装置を例示したが、これに限定されるものではなく、１軸以上の装置を採用してもよい。
また、モータ２，３によってアーム１３，１４を回転駆動するツール駆動装置１を例示したが、ツール２００を直線移動させるツール駆動装置を採用してもよい。

また、本実施形態においては、線条体通路として、フランジ取付面７ａに設けた溝９を例示したが、これに代えて、図５および図６に示されるように、フランジ取付面７ａのフランジ１２４の中空孔１３０に対応する位置およびモータ取付面８ａの２箇所に開口し、第１取付部７に沿って延びる穴状の通路（貫通孔）２０を採用してもよい。線条体１４０の端部に設けられたコネクタを通過可能な横断面形状を有する通路２０を採用することにより、線条体１４０を第１取付部７の背面側にも露出させることなく、モータカバー６内に導くことができる。また、フランジ取付面７ａ側の開口をフランジ１２４によって閉塞することにより、モータカバー６内への塵埃の進入をも防止することができる。

また、ツールとしてレーザ加工ツール２００を例示したが、これに代えて、他の任意のツールを搭載してもよい。
また、ロボット本体１１０として垂直６軸多関節型ロボットを例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意の形式のロボットを採用してもよい。

１ ツール駆動装置
２，３ モータ
４ 駆動機構（可動部）
５ ブラケット
６ モータカバー（カバー）
７ 第１取付部
７ａ フランジ取付面（第１面）
８ 第２取付部
８ａ モータ取付面（第２面）
９ 溝（線条体通路）
２０ 通路（貫通孔、線条体通路）
１００ ロボット
１２０ 手首ユニット（手首）
１２４ フランジ
１３０ 中空孔
１４０ 線条体
２００ レーザ加工ツール（ツール）

Claims (6)

1. モータと、
   該モータによって駆動されツールを移動させる可動部と、
   ロボットの手首先端のフランジに前記モータおよび前記可動部を取り付けるブラケットとを備え、
   該ブラケットが、前記フランジに取り付けられる板状の第１取付部と、前記モータおよび前記可動部を取り付ける板状の第２取付部とを備え、
   前記可動部が、前記第１取付部を板厚方向に挟んで前記フランジとは反対側かつ前記第２取付部を板厚方向に挟んで前記モータとは反対側に配置され、
   前記第１取付部に、前記フランジの中空孔を貫通して配線されてきた線条体を、前記可動部側に露出させることなく前記モータに導く線条体通路が設けられているツール駆動装置。
2. 前記第１取付部の前記フランジが密着させられる第１面と、前記第２取付部の前記モータが固定される第２面とが隣接して配置され、
   前記線条体通路が、前記第１面に密着させられる前記フランジの前記中空孔に対応する位置から前記第２面まで前記第１面に沿って形成された溝である請求項１に記載のツール駆動装置。
3. 前記第１取付部の前記フランジが密着させられる第１面と、前記第２取付部の前記モータが固定される第２面とが隣接して配置され、
   前記線条体通路が、前記第１面に密着させられる前記フランジの前記中空孔に対応する位置および前記第２面に開口し、前記第１取付部の内部を貫通する貫通孔である請求項１に記載のツール駆動装置。
4. 前記モータを覆うカバーを備え、
   前記線条体通路が、前記カバーによって覆われた位置の前記第２面に開口している請求項２または請求項３に記載のツール駆動装置。
5. 前記可動部が、前記ツールの重心を前記フランジの中心軸を挟んで前記モータとは反対側に配置する位置に前記ツールを支持する請求項１から請求項４のいずれかに記載のツール駆動装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のツール駆動装置を備えるロボット。

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