JPH0825275A - 産業用ロボットにおける長尺部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直交型ロボットのレールや多関節型ロボット
のアーム等のような長尺部材において、重量を余り増や
すことなくその剛性を高める。 【構成】 断面形状が略コ字状をしたレール部２の反開
口側に、該レール部の反開口面側に開口する開口面を有
した断面形状の補強部３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットにおけ
る長尺部材に関する。詳しくは、例えば、直交型ロボッ
トのレールや多関節型ロボットのアーム等のような長尺
部材において、重量を余り増やすことなくその剛性を高
めることができる新規な産業用ロボットにおける長尺部
材を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の直交型ロボットの一例ａを
示す。

【０００３】ｂは断面形状が略コ字状をしたレールであ
り、該レールｂは側方が開口する向きで配置されてお
り、また、該レールｂの相対向する上壁及び下壁の内面
には図示しない鋼球が転動するための摺動溝ｃ、ｃが長
手方向に形成されている。

【０００４】ｄはボールネジであり、上記レールｂの略
中心に沿って配置され、その両端部がレールｂの図示し
ない両端壁に回転自在に支持されていると共に、その一
端部に図示しない駆動機構が接続され、これにより回転
されるようになっている。

【０００５】ｅは上記レールｂに摺動自在に支持された
移動部材であり、該移動部材ｅの略中心には図示しない
ナットが設けられており、該ナットが上記ボールネジｄ
に螺合され、該ボールネジｄの回転により移動部材ｄが
直線的に移動するようになっている。

【０００６】また、移動部材ｅは断面が縦長な略矩形状
をしておりその上下側部には転動自在にかつ脱落不能に
多数の鋼球（図示は省略する。）がそれぞれ配列されて
おり、これら鋼球が上記摺動溝ｃ、ｃに嵌合されること
により移動部材ｅがレールｂに対して摺動自在に支持さ
れ、上記ボールネジｄの回転によりレールｂに沿って移
動されるようになっている。

【０００７】また、図７は従来の多関節型ロボットの一
例ｆを示す。

【０００８】ｇは円筒状をしたロボット基台であって、
その上端部に第１のアームｈの一端が水平方向に回動自
在に支持されている。

【０００９】ｉは第１のアームｈの先端部に水平方向に
回動自在に支持された第２のアームである。

【００１０】尚、第１のアームｈはロボット基台ｇ内に
設けられた図示しないモータにより回動されるようにな
っており、また、第２のアームｉは第１のアームｈの回
動支点部の上部に配設されたモータｊにより第１のアー
ムｈ内に配置されたベルトを介して回動される向きで配
置されている。

【００１１】また、このような２つのアームｈ、ｉはい
ずれも断面形状が略コ字状に形成され、下面が開口する
ように配置されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構造の直交型ロボットａにあっては、そのレールｂの
断面形状が略コ字状をしているため、そのねじれ剛性が
弱いという問題があった。

【００１３】即ち、このような断面形を有する部材（１
軸対称断面材）にあっては、これをその側方が開口する
向きで、かつ、片持ち構造として配設したとき、１軸対
称断面材（レールｂ）の剪断中心Ｃは直交する２つの主
軸（ｘ軸、ｙ軸）のうち対称軸ｘ（この例で水平な軸）
上であってその反開口側に位置しており、そのため、剪
断中心Ｃと重心点Ｏとが一致しておらず、自重により１
軸対称断面材（レールｂ）に「ねじれ」が発生する（図
９参照）。

【００１４】即ち、剪断中心Ｃに荷重が掛かれば（図８
参照）、レールｂのフランジ部ｋ、ｍには剪断応力が発
生せず、ウェブ部ｌに曲げ応力が発生するだけで、よっ
て、レールｂに「ねじれ」は発生せず撓みだけが発生す
る。

【００１５】しかし、剪断中心Ｃ以外の点に荷重が掛か
ると、１軸対称断面材（レールｂ）の断面に生ずる剪断
応力の流れは、図９で示すように、上側のフランジ部ｋ
には先端から基端に向けて、ウェブ部ｌには上部から下
部に向けて、下側のフランジ部ｍには基端から先端に向
けて、それぞれ発生し、上下のフランジ部ｋ、ｍにおけ
る各剪断応力の流れは反対の向きとなり、これにより、
剪断中心Ｃを中心としてトルクが発生してしまい、「ね
じれ」が発生する。

【００１６】しかも、直交型ロボットａのレールｂにあ
っては、移動部材ｅ及びこれに取着されるツール等の重
量もあるため、ツール等の重量が剪断中心周りのトルク
として加わるため、従って、上下フランジ部に生ずる剪
断応力が更に大きくなるため、レールｂには容易にねじ
れが発生してしまう。

【００１７】そして、ねじれが発生した１軸対称断面材
（レールｂ）は剛性が極端に弱くなるため、このような
向きで１軸対称断面材（レールｂ）を使用するときは全
長を余り長くすることはできない。

【００１８】また、上記した構造の多関節型ロボットｆ
にあっても、そのアームｈ、ｉのそれぞれ断面形状が略
コ字状をしているため、そのねじれ剛性が弱いという問
題があった。

【００１９】即ち、第１及び第２のアームｈ、ｉも上述
した１軸対称断面材であって、これを下方が開口する向
きで使用した場合、第１のアームｈにあってはその回動
端に第２のアームが、また、第２のアームｉにあっては
その回動端にツールｎやハンドリングした物等が取着さ
れるため、各アームｈ、ｉを回動するとき及び回動を停
止するときに先端部に取着したツールｎ等の重量による
イナーシャで各アームｈ、ｉには断面の２つの主軸ｘ、
ｙのうち対称軸でない方の軸（以下「非対称軸」とい
う。）ｙと平行であって剪断中心Ｃを通らない線上に応
力が作用する（図１０参照）。

【００２０】このような状態は、上記した直交型ロボッ
トａにおけるレールｂと同様に、応力の掛かる方向が剪
断中心Ｃを通らないため、ねじれが発生する。

【００２１】特に、アームｈ、ｉの旋回動作中に先端部
に取着した部材が何かに衝突したとき等はその旋回が急
停止された状態となり、ねじれが発生し易いという問題
があった。

【００２２】従来、このような問題を解決するために、
レールｂの反開口側面に補強材を取着することが考えら
れ、従来、図１１に示すような圧板ｏや図１２に示すよ
うな断面矩形のパイプｐをレールｂの反開口側面に取着
したものがあった。

【００２３】しかし、このような補強材ｏ、ｐにあって
は、剪断中心Ｃを１軸対称断面材（レールｂ）の重心点
Ｏに近づけようとするとその重量が大きくなってしまう
と共にその分容量が嵩みロボット全体が大型化してしま
うという問題があった。

【００２４】また、このような圧板ｏ又はパイプｐを補
強材として、多関節型ロボットｆのアームｈ、ｉに使用
しても同様な問題がある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明産業用ロ
ボットにおける長尺部材は上記した課題を解決するため
に、断面形状が略コ字状をしたフレーム部の反開口側
に、該フレーム部の反開口面側に開口する開口面を有し
た断面形状の補強部を設けたものである。

【００２６】また、別の本発明産業用ロボットにおける
長尺部材は、フレーム部のウェブ部の両端から各フラン
ジ部とそれぞれ反対方向へ突出する部分を有する２つの
補強部を設けたものである。

【００２７】

【作用】従って、本発明産業用ロボットにおける長尺部
材によれば、断面形状が略コ字状をしたフレーム部の反
開口側に、該フレーム部の反開口面側に開口する開口面
を有した断面形状の補強部を設け、又は、フレーム部の
ウェブ部の両端から各フランジ部とそれぞれ反対方向へ
突出する部分を有する２つの補強部を設けたので、長尺
部材の断面形全体における剪断中心とその重心点を近づ
けることができ、これにより、長尺部材としての剛性を
高くすることができ、しかも、そのために長尺部材の重
量及び容量が極端に大きくなることもない。

【００２８】

【実施例】以下に、本発明産業用ロボットにおける長尺
部材を図示した各実施例に従って説明する。

【００２９】図１及び図２は本発明産業用ロボットにお
ける長尺部材の第１の実施例を示すもので、直交型ロボ
ットに使用されるレール１に適用したものである。

【００３０】レール１は断面形状が略コ字状をしたレー
ル部２と該レール部２の反開口側に取着された断面形状
がコ字状をした補強部３とから成る。

【００３１】レール部２は図面で見て右方が開口された
向きで配置され、そのウェブ部４と上下のフランジ部
５、５との内側の角部はテーパ状に傾斜面４ａ、４ａが
形成され、該傾斜面４ａ、４ａにはウェブ部４の厚さ方
向に貫通するネジ挿通孔６、６、・・・が形成され、ま
た、該ネジ挿通孔６、６、・・・はレール部２の長手方
向に多数配設されている。

【００３２】また、レール部２の上下のフランジ部５、
５の互いに対向する内面には図示しない移動部材を移動
自在に支持するための摺動溝７、７がそれぞれその長手
方向に延びるように形成されている。

【００３３】補強部３は図面で見て左方が開口された向
きで配置され、該補強部３のウェブ部８が上記レール部
２のウェブ部４に背中合せ状に重なるように取着され、
これにより、補強部３のフランジ部９、９は左方に向か
って突出され、その開口が左方に向いている。

【００３４】補強部３のウェブ８には上記レール部２の
ネジ挿通孔６、６に対応する位置にこれを貫通する螺孔
１０、１０、・・・が多数形成されている。

【００３５】そして、レール部２と補強部３とは各ネジ
挿通孔６、６、・・・と各螺孔１０、１０、・・・とが
重なった状態でこれら孔にネジ１１、１１、・・・を挿
入し螺合することによりレール部２と補強部３とが結合
される。

【００３６】尚、レール部２と補強部３とをネジ１１、
１１、・・・により結合したので、異なった断面形状の
補強部に適宜替えることができる。これは、例えば、図
示しない移動部材に取着するものの重量などにより全体
の重心点が変わるため、補強部を替えることによりレー
ル１自体の剪断中心と上記重心点とを一致又は近接させ
るためであり、これにより、移動部材に取着するものに
応じて補強部を交換して「ねじれ」の発生をより少なく
することができる。

【００３７】しかして、このように形成されたレール１
は略２軸対称断面材又はこれに近い断面形状になるた
め、レール１の重心点と剪断中心とが略一致され、レー
ル１単体を片持ち構造とした場合、レール１（２軸対称
断面材）に生ずる剪断応力の流れは、図２で示すよう
に、レール部２の上フランジ部５及び補強部３の上フラ
ンジ部９には先端から基端に向けて、レール部２のウェ
ブ部４及び補強部３のウェブ部８には上部から下部に向
けて、レール部２の下フランジ部５及び補強部３の下フ
ランジ部９には基端から先端に向けて、それぞれ発生す
る。

【００３８】しかし、上フランジ部５と９とで、また、
下フランジ部５と９とでそれぞれ剪断応力の流れが反対
になるため両者は相殺されて、レール１全体としては、
ウェブ部４、８に生ずる曲げ応力だけとなり、よって、
レール１には断面形状による「ねじれ」が発生せず、レ
ール１全体のねじり剛性が高くなる。

【００３９】また、このようにレール１の剛性を高くす
るために、補強部３は一方に開口する略コ字状をしてい
るため、従来のように、レール１全体の重量が嵩むこと
がない。

【００４０】尚、上記実施例においてレール部２と補強
部３との結合をネジによるものを示したが、本発明産業
用ロボットにおける長尺部材はこれに限らず、接合面を
溶接しても良い。

【００４１】また、レール部２と補強部３とを別体に構
成して結合したものに限らず、例えば、引抜加工又は押
出加工によりレール部と補強部とを一体に製造すること
もできる。

【００４２】さらに、上記実施例は本発明産業用ロボッ
トにおける長尺部材を直交型ロボットに使用されるレー
ルに適用したものについて説明したが、本発明産業用ロ
ボットにおける長尺部材はこれに限らず、多関節ロボッ
トのアームに適用しても同様な効果を得ることができ
る。

【００４３】図３は本発明産業用ロボットにおける長尺
部材の第２の実施例１Ａを示すものである。

【００４４】この第２の実施例が前記第１の実施例と比
較して相違する点は、補強部の形状のみであるので、図
面には要部のみを示し、また、その説明は上記相違点に
ついてのみ行い、他の部分については図面の各部に前記
第１の実施例に係る産業用ロボットにおける長尺部材に
おける同様の部分に付した符号と同じ符号を付すること
によりその説明を省略する。

【００４５】１２は断面形状が略コ字状をした補強部で
あり、ウェブ部１３の両端部にはそのフランジ部１４、
１４の突出方向と反対の方向に突出した支持片１５、１
５が一体に形成されている。

【００４６】これら支持片１５と１５との間の内法寸法
は上記レール部２の上フランジ部５の上面と下フランジ
部５の下面との間の間隔より稍大きく又は略同じに形成
されている。

【００４７】また、支持片１５、１５には補強部１２の
長手方向に多数のネジ挿通孔１６、１６、・・・が適宜
間隔を空けて等間隔に形成されている。

【００４８】ウェブ部１３のフランジ部１４、１４に寄
った位置には補強部１２の長手方向に多数のネジ挿通孔
１７、１７、・・・が適宜間隔を空けて等間隔にそれぞ
れ形成されている。

【００４９】レール部２のウェブ部４の反開口側面であ
って上記補強部１２のウェブ部１３に形成されたネジ挿
通孔１７、１７、・・・に対応する位置には螺穴１８、
１８、・・・が形成されている。

【００５０】また、レール部２のフランジ部５、５の上
面及び下面であって上記補強部１２の支持片１５、１５
に形成されたネジ挿通孔１６、１６、・・・に対応する
位置には螺穴１９、１９、・・・が形成されている。

【００５１】そして、補強部１２のウェブ部８と支持片
１５、１５とにより形成された凹部にレール部２のウェ
ブ部４の反開口面側の部分が挿入され、上記ネジ挿通孔
１６、１６、・・・と螺穴１９、１９、・・・とが、ま
た、ネジ挿通孔１７、１７、・・・と螺穴１８、１８、
・・・とが重なった状態でこれら孔及び穴にネジ２０、
２０、・・・を挿入し螺合することによりレール部２と
補強部１２とが結合される。

【００５２】しかして、このように形成されたレール１
Ａは略２軸対称断面材又はこれに近い断面形状になるた
め、上記第１の実施例で説明したレール１と同様な効果
を奏すると共に、レール部２のウェブ部４に重なるよう
に補強部１２を設けたので両者の結合を強固にすること
ができる。

【００５３】図４は本発明産業用ロボットにおける長尺
部材の第３の実施例１Ｂを示すものである。

【００５４】この第３の実施例が前記第１の実施例と比
較して相違する点は、補強部の形状のみであるので、図
面には要部のみを示し、また、その説明は上記相違点に
ついてのみ行い、他の部分については図面の各部に前記
第１の実施例に係る産業用ロボットにおける長尺部材に
おける同様の部分に付した符号と同じ符号を付すること
によりその説明を省略する。

【００５５】２１、２１は断面形状が略Ｌ字状をした補
強部であり、その一方の腕２１ａ、２１ａには多数のネ
ジ挿通孔２２、２２、・・・が適宜間隔を空けて等間隔
にそれぞれ形成されている。

【００５６】また、レール部２のウェブ部４の反開口側
面であって上下両端部には上記ネジ挿通孔２２、２２、
・・・に対向する位置に螺穴２３、２３、・・・がそれ
ぞれ形成されている。

【００５７】そして、補強部２１、２１はその一方の腕
２１ａ、２１ａのネジ挿通孔２２、２２、・・・がウェ
ブ部４の螺穴２３、２３、・・・に重なるように、か
つ、その他方の腕２１ｂ、２１ｂがレール部２のフラン
ジ部５、５とそれぞれ反対側に突出する向きで位置さ
れ、上記ネジ挿通孔２２、２２、・・・と螺穴２３、２
３、・・・にネジ２４、２４、・・・を挿入し螺合する
ことによりレール部２と補強部２１、２１とが結合され
る。

【００５８】しかして、このように形成されたレール１
Ｂは略２軸対称断面材又はこれに近い断面形状になるた
め、上記第１の実施例で説明したレール１と同様な効果
を奏すると共に、補強部２１、２１が２つに分割されて
ウェブ部がない分、上記第１の実施例及び第２の実施例
に比較して軽量化を図ることができる。

【００５９】図５は本発明産業用ロボットにおける長尺
部材を直交型ロボットに適用した使用例を示すものであ
る。

【００６０】２５はＸ−Ｙ方向の直交型ロボットであ
り、第１のレール２６と該第１のレール２６に対して移
動自在にされた第２のレール２７とを有する。

【００６１】第２のレール２７はその一端が第１のレー
ル２６に移動自在に支持された移動部材（図示は省略す
る。）に固定され、片持ち構造にされている。尚、該第
２のレール２７が本発明産業用ロボットにおける長尺部
材に相当する。

【００６２】第２のレール２７は断面形状が略コ字状を
したレール部材２８と該レール部材２８の反開口側に取
着された補強部材２９、２９とから成る。

【００６３】補強部材２９、２９はその一方の腕２９
ａ、２９ａが第２のレール２７の基端側に行くに従い、
その突出量が少なくなるように形成されている。これは
第２のレール２７の先端に行くに従い、「ねじれ」が発
生し易いためである。

【００６４】また、補強部材２９、２９はレール部材２
８よりも短く形成されており、レール部材２８の先端部
には補強部材２９、２９は取着されていない。これは、
後述する移動部材の移動範囲に対応するようにしたため
である。

【００６５】３０はレール部材２８の中心部に回転自在
に支持されたボールネジであり、レール部材２８に移動
自在に支持された移動部材（図示は省略する。）に螺合
され、この回転により、移動部材がレール部材２８の長
手方向に移動されるようになっている。

【００６６】また、かかる移動部材はレール部材２８の
うち、上記補強部材２９、２９が取着された部分に対応
する範囲で移動可能とされている。

【００６７】しかして、かかる第２のレール２７にあっ
ては、上記各実施例１、１Ａ、１Ｂにおいて説明したと
同様の効果を有すると共に、補強部材２９の形状をレー
ル部材２８の各部位における「ねじれ剛性」に合せて、
補強部材を必要最小限の大きさにしたので、無駄に第２
のレール２７を大きくすることはなく、過重量化を防止
することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明産業用ロボットにおける長尺部材によれば、
断面形状が略コ字状をしたフレーム部と、該フレーム部
の反開口側に設けられた補強部とから成り、該補強部は
上記フレーム部の反開口面側に開口する開口面を有する
断面形状にされたことを特徴とする。

【００６９】また、別の本発明産業用ロボットにおける
長尺部材は、断面形状が略コ字状をしたフレーム部と、
該フレーム部の反開口側に設けられた補強部とから成
り、該補強部は２つの部分に分割され、上記フレーム部
のウェブ部の両端から各フランジ部とそれぞれ反対方向
へ突出する部分を有することを特徴とする。

【００７０】従って、本発明産業用ロボットにおける長
尺部材によれば、断面形状が略コ字状をしたフレーム部
の反開口側に、該フレーム部の反開口面側に開口する開
口面を有した断面形状の補強部を設け、又は、フレーム
部のウェブ部の両端から各フランジ部とそれぞれ反対方
向へ突出する部分を有する２つの補強部を設けたので、
長尺部材の断面形全体における剪断中心とその重心点を
近づけることができ、これにより、長尺部材としての剛
性を高くすることができ、しかも、そのために長尺部材
の重量及び容量が極端に大きくなることもない。

【００７１】尚、上記使用例で示したように、補強部の
形状は、レール部のねじり剛性の特性及び当該産業用ロ
ボットにおける長尺部材に掛かる荷重の大きさを考慮す
ることにより、適切な形状の補強部とすることができ、
過重量化を防止することができる。

【００７２】また、上記した各実施例に示した各部の構
造や形状は、本発明の実施に際しての具体化のほんの一
例を示したものに過ぎず、これらによって、本発明の技
術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２と共に、本発明産業用ロボットにおける長
尺部材を直交型ロボットのレールに適用した第１の実施
例を示し、本図はその一部を切り欠いて示す斜視図であ
る。

【図２】剪断応力の流れを説明するための説明図であ
る。

【図３】本発明産業用ロボットにおける長尺部材を直交
型ロボットのレールに適用した第２の実施例を示し、そ
の一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図４】本発明産業用ロボットにおける長尺部材を直交
型ロボットのレールに適用した第３の実施例を示し、そ
の一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図５】本発明産業用ロボットにおける長尺部材を直交
型ロボットのレールに使用した使用例を示す斜視図であ
る。

【図６】図７乃至図１２と共に、従来の産業用ロボット
における長尺部材を示すものであり、本図は直交型ロボ
ットにおけるレールの斜視図である。

【図７】多関節型ロボットの全体を示す斜視図である。

【図８】図９と共に、１軸対称断面材のねじれ剛性につ
いて説明するためのもので、本図は荷重が剪断中心に掛
かった状態を示す概略図である。

【図９】本図は荷重が重心点に掛かった状態を示す概略
図である。

【図１０】１軸対称断面材を多関節型ロボットのアーム
に使用した場合の問題点を示す概略図である。

【図１１】１軸対称断面材のねじれ剛性を補強するため
の従来の一の手段を示す断面図である。

【図１２】１軸対称断面材のねじれ剛性を補強するため
の従来の別の手段を示す断面図である。

【符号の説明】

１ レール（長尺部材） ２ レール部（フレーム部） ３ 補強部 ４ ウェブ部 ５ フランジ部 １１ ネジ １Ａ レール（長尺部材） １２ 補強部 ２０ ネジ １Ｂ レール（長尺部材） ２１ 補強部 ２４ ネジ ２５ 直交型ロボット ２７ 第２のレール（長尺部材） ２９ 補強部材（補強部）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面形状が略コ字状をしたフレーム部
   と、該フレーム部の反開口側に設けられた補強部とから
   成り、該補強部は上記フレーム部の反開口面側に開口す
   る開口面を有する断面形状にされたことを特徴とする産
   業用ロボットにおける長尺部材。
2. 【請求項２】 断面形状が略コ字状をしたフレーム部
   と、該フレーム部の反開口側に設けられた補強部とから
   成り、該補強部は２つの部分に分割され、上記フレーム
   部のウェブ部の両端から各フランジ部とそれぞれ反対方
   向へ突出する部分を有することを特徴とする産業用ロボ
   ットにおける長尺部材。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載した産業用
   ロボットにおける長尺部材において、長尺部材が直交型
   ロボットのレールであることを特徴とする産業用ロボッ
   トにおける長尺部材。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載した産業用
   ロボットにおける長尺部材において、長尺部材が多関節
   型ロボットにおけるアームであることを特徴とする産業
   用ロボットにおける長尺部材。
5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３又は請求
   項４に記載した産業用ロボットにおける長尺部材におい
   て、上記フレーム部と補強部とを一体に形成したことを
   特徴とする産業用ロボットにおける長尺部材。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４又は請求項５に記載した産業用ロボットにおける長尺
   部材において、上記フレーム部と補強部とを夫々別体に
   形成し、これらを結合して一体化にしたことを特徴とす
   る産業用ロボットにおける長尺部材。
7. 【請求項７】 請求項６に記載した産業用ロボットにお
   ける長尺部材において、別体に形成されたフレーム部と
   補強部とをネジ止めにより一体化したことを特徴とする
   産業用ロボットにおける長尺部材。
8. 【請求項８】 請求項６に記載した産業用ロボットにお
   ける長尺部材において、別体に形成されたフレーム部と
   補強部とを溶接により一体化したことを特徴とする産業
   用ロボットにおける長尺部材。