KR20140114777A

KR20140114777A - 로봇

Info

Publication number: KR20140114777A
Application number: KR1020140031177A
Authority: KR
Inventors: 오사무 하라다; 아츠시 이치반가세
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-09-29
Also published as: US20140283642A1; EP2781317A1; CN104057465B; IN2014CH01407A; CN104057465A; JP2014180731A; JP5729410B2

Abstract

본 발명은 링크의 동작 등에 따라 작용하는 응력이 국소적으로 집중하는 것을 완화할 수 있는 로봇을 제공하는 것이다. 실시형태에 따른 로봇에 있어서는, 링크부를 구비한다. 링크부는 길이 방향의 기단부가 소정 부재에 회전 가능하게 연결된다. 또한, 링크부는 길이 방향에 대하여 수직인 링크부의 단면 형상이, 타원 형상 또는 적어도 하나의 곡선 코너부를 갖는 실질적으로 직사각형 형상을 갖도록 관형상으로 형성한다.

Description

로봇{ROBOT}

개시되는 실시형태는 로봇에 관한 것이다.

종래, 서로 회전 가능하게 연결되는 복수의 링크를 구비하고, 링크의 선단에 장착된 엔드 이펙터(예를 들면, 핸드 등)에서 소정의 작업을 행하는 로봇이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서, 로봇의 각각의 링크는 직육면체 형상이며, 길이 방향에 대하여 수직인 방향의 단면 형상이 직사각형 형상이 되도록 형성된다.

일본 특허 공개 공보 제 2012-171072 호

로봇이 예를 들면 회전 동작함에 따라 로봇의 링크부에는 구부림이나 비틀림과 같은 응력이 작용한다. 그러나, 상기한 바와 같이 링크부의 단면 형상이 직사각형 형상으로 형성되면, 그 응력은 예를 들면, 직사각형 단면의 코너부에 집중해버릴 우려가 있었다.

본원에 개시된 실시형태는 링크부의 동작에 따라 작용하는 응력이 국소적으로 집중하는 것을 완화할 수 있는 로봇을 제공한다.

일 실시형태에 따른 로봇은 링크부의 길이 방향에 수직인 회전축 주위를 회전하도록 길이 방향의 기단부가 소정 부재에 회전 가능하게 연결되는 링크부를 구비한다. 상기 링크부는 길이 방향에 대하여 수직인 링크부의 단면 형상이, 타원 형상, 또는 적어도 하나의 곡선 코너부를 갖는 실질적으로 직사각형 형상을 갖도록 관형상으로 형성된다.

본원에 개시된 실시형태에 따르면, 링크부의 동작에 따라 작용하는 응력이 국소적으로 집중하는 것을 완화할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 관한 로봇을 나타내는 모식 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 로봇의 모식 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 하부 아암을 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 하부 아암의 우측면도이다.
도 5는 도 3의 V-V선 절단부 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 하부 아암의 모식 사시도이다.
도 7a는 도 1에 도시된 하부 아암의 제작 과정을 설명하기 위한 설명 모식 사시도이다.
도 7b는 도 1에 나타내는 하부 아암의 제작 과정을 설명하기 위한 설명 모식 사시도이다.
도 7c는 도 1에 나타내는 하부 아암의 제작 과정을 설명하기 위한 설명 모식 사시도이다.
도 8은 도 7b의 VIII-VIII선 절단부 단면도이다.
도 9는 제 2 실시형태에 관한 로봇의 하부 아암을 나타내는 측면도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 하부 아암의 우측면도이다.
도 11은 도 9의 XI-XI선 절단부 단면도이다.
도 12는 제 3 실시형태에 관한 로봇의 하부 아암을 나타내는 측면도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 하부 아암의 우측면도이다.
도 14는 도 12의 XIV-XIV선 절단부 단면도이다.
도 15는 제 3 실시형태에 관한 로봇의 하부 아암의 변형예를 나타내는 도 14와 유사한 절단부 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원의 개시하는 로봇의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여, 도 1에는 연직 상방을 정방향으로 하고 연직 하방을 부방향으로 하는 Z축, 지면(紙面)에 있어서의 좌우 방향을 Y축, 지면앞에서 안쪽 방향을 X축으로 하는 3차원의 직교 좌표계를 도시하고 있다. 상기 직교 좌표계는, 후술의 설명에 이용하는 다른 도면에서도 나타내는 경우가 있다.

또한, 이하에 나타내는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 있어서는, 로봇의 구성에 대해서 「X축 방향」「Y축 방향」「Z축 방향」 등의 표현을 이용하여 설명하지만, 이는 로봇이 도시된 자세일 때의 「X축 방향」「Y축 방향」「Z축 방향」을 의미하는 것으로, 그 방향에 한정되는 것은 아니다. 이하, 도면 및 실시형태의 설명에서는, 로봇의 설치면(예를 들면, 수평면)에 평행하고 서로 직교하는 축은 X-축 및 Y-축이며, 설치면의 법선 방향으로의 축은 Z-축으로서 규정된다.

(제 1 실시형태)

도 1은 제 1 실시형태에 관한 로봇을 나타내는 모식 측면도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 로봇의 모식 사시도이다.

로봇(1)은 도 1 및 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 링크와, 각 링크를 연결하는 복수의 회전축(관절축)(J1 내지 J6)(도 1 참조)을 가지는 다관절형 로봇이다. 상기 로봇(1)은 링크로서 베이스(10)와, 선회부(소정 부재)(11)와, 하부 아암(링크부)(12)과, 상부 아암(제 2 소정 부재)(13)과, 제 1 손목부(14)와, 제 2 손목부(15)와, 제 3 손목부(16)(도 2에서는 도시되지 않음)를 구비하고, 이들은 서로 회전 가능하게 연결된다.

구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 선회부(11)는 베이스(10)에 대하여 회전축(J1) 주위에 회전 가능하게 연결되고, 하부 아암(12)은 선회부(11)에 대하여 회전축(J1)과 수직인 회전축(J2) 주위에 회전 가능하게 연결된다. 또한, 상부 아암(13)은 하부 아암(12)에 대하여 회전축(J2)과 평행한 회전축(J3) 주위에 회전 가능하게 연결되고, 제 1 손목부(14)는 상부 아암(13)에 대하여 회전축(J3)과 수직인 회전축(J4) 주위에 회전 가능하게 연결된다.

제 2 손목부(15)는 제 1 손목부(14)에 대하여 회전축(J4)과 수직인 회전축(J5) 주위에 회전 가능하게 연결된다. 제 3 손목부(16)는 제 2 손목부(15)에 대하여 회전축(J5)과 수직인 회전축(J6) 주위에 회전 가능하게 연결된다.

이와 같이, 하부 아암(12)은 도 1의 위치인 형태에 있어서, 하부 아암(12)이 길이 방향이 Z축 방향으로 연장하는 링크부이다. 길이 방향의 기단부, 즉, 도 1에 있어서 하단부가 소정 부재인 선회부(11)에 회전 가능하게 연결된다. 한편, 하부 아암(12)의 선단부, 즉, 도 1에 있어서 상단부에 제 2 소정 부재인 상부 아암(13)이 회전 가능하게 연결된다.

또한, 상기의 「수직」「평행」, 혹은 후술하는 「직교」 등의 어구는 반드시 수학적으로 엄밀한 정밀도를 필요로 하는 것이 아니라, 실질적인 공차(tolerance)나 오차 등이 허용되는 것이다. 또한, 이 명세서에 있어서 「수직」 이라고 하는 어구는 2개의 직선(예를 들면, 회전축)이 동일 평면상에서 직각으로 교차하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 2개의 직선의 관계가 꼬인 위치인 경우도 포함시키는 것으로 한다. 또한, 이 명세서에 있어서 「직교」 라고 하는 어구는 2개의 직선이 동일 평면상에서 직각으로 교차하는 것을 의미한다.

로봇(1)은 또한, 상기의 선회부(11), 하부 아암(12), 상부 아암(13), 제 1 내지 제 3 손목부(14, 15, 16)를 회전 구동하는 액추에이터(M1 내지 M6)를 구비한다. 각 액추에이터(M1 내지 M6)의 구동은 접속된 대응하는 링크에, 감속기를 거쳐서 감속하여 전달된다. 또한, 상기 액추에이터(M1 내지 M6)는 예를 들면 서보 모터를 구비하지만, 그것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 유압 모터 등 다른 모터라도 좋다. 또한, 이하에 있어서는, 액추에이터를 「모터」로 표현한다.

각 모터(M1 내지 M6)에 대해서 설명하면, 베이스(10)에 장착된 모터(M1)(도 1 참조)는, 도시되지 않은 감속기를 거쳐서 선회부(11)에 접속되고, 선회부(11)를 회전 구동한다. 선회부(11)에 장착된 모터(M2)는 감속기(17)를 거쳐서 하부 아암(12)에 접속되고(도 2 참조), 하부 아암(12)을 회전 구동하고, 또한 하부 아암(12)에 장착된 모터(M3)는 도시되지 않은 감속기를 거쳐서 상부 아암(13)에 접속되고, 상부 아암(13)을 회전 구동한다. 또한, 상부 아암(13)에 장착된 모터(M4)는 도시되지 않은 감속기를 거쳐서 제 1 손목부(14)에 접속되고, 제 1 손목부(14)를 회전 구동한다.

모터(M5) 및 모터(M6)(모터(M6)는 도 1에서 나타내지 않음)는 모터(M4)와 동일하게 상부 아암(13)에 장착된다. 모터(M5)는 도시되지 않은 풀리나 기어 기구 등을 거쳐서 제 2 손목부(15)에 접속되고, 제 2 손목부(15)를 회전 구동한다. 동일하게, 모터(M6)는 도시되지 않은 풀리 등을 거쳐서 제 3 손목부(16)에 접속되고, 제 3 손목부(16)를 회전 구동한다.

모터(M1 내지 M6)에는 도시되지 않은 제어 장치로부터 동작 지령을 나타내는 신호가 입력되고, 그 신호에 근거하여 동작이 제어된다. 또한, 제 3 손목부(16)에는, 도시되지 않은 엔드 이펙터(예를 들면 핸드)가 장착된다.

따라서, 로봇(1)은 모터(M1 내지 M6) 등의 동작이 제어 장치에 의해 제어되는 것으로, 예를 들면 엔드 이펙터의 위치나 각도 등을 적절하게 변경하면서, 소정의 작업, 예를 들면 워크의 반송 작업 등을 실행한다.

그런데, 상기와 같이 구성된 로봇(1)의 각 링크에는, 예를 들면 회전 동작이나 선회 동작에 수반하는 구부림이나 비틀림 등의 응력이나, 선단부에 접속된 다른 링크의 하중에 의한 응력이 작용한다. 예를 들면 하부 아암(12)에 있어서는, 회전축(J2) 주위의 회전 동작, 회전축(J1) 주위의 선회 동작에 따라 응력이 작용함과 함께, 선단부에 접속되는 상부 아암(13) 및 제 1 내지 제 3 손목부(14, 15, 16)의 하중에 의한 응력도 작용한다.

그 때문에, 예를 들면 하부 아암(12)의 수평 단면 형상, 다시 말하면, 예를 들어, 도 1에 있어서, 길이 방향(Z축 방향)에 대하여 수직인 방향의 단면 형상이 직사각형 형상으로 형성되면, 그 응력은 직사각형 단면의 코너부 등에 집중해버릴 우려가 있다.

여기서, 본 실시형태에 관한 로봇(1)에 있어서는, 링크의 적어도 하나, 구체적으로 예를 들면, 하부 아암(12)을 대응 링크의 동작에 따라 작용하는 응력이 국소적으로 집중하는 것을 완화할 수 있는 구성으로 했다. 이하, 이것에 대해서 자세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하여, 보다 구체적으로 설명한다.

하부 아암(12)은 도 3에 나타내는 측면시(側面視)에 있어서 대략 직사각형 형상의 외관이 되도록 형성됨과 함께, 본체부(12a)와, 기단부(12b)와, 선단부(12c)를 구비한다. 기단부(12b)는 선회부(11)에 연결되는 측의 단부이며, 선단부(12c)는 상부 아암(13)에 연결되는 측의 단부이며, 본체부(12a)는 그 기단부(12b)와 선단부(12c)와의 사이에 위치된다. 기단부(12b)와 선단부(12c)에는 모터(M2, M3)를 감속기를 거쳐서 접속하기 위한 플레이트(20)(후술)가 장착된다.

하부 아암(12)을 구성하는 본체부(12a), 기단부(12b), 선단부(12c)는 연속하는 하나의 관형상의 부재에 의해 형성되고, 구체적으로는 예를 들면 관형상의 용접 강관으로부터 제작된다. 용접 강관은 예를 들면 강판을 프레스기로 관형상으로 가공하고, 둥글린 강판의 단부끼리를 용접 접합하여 이루어지는 강관이다.

또한, 도 3 등에서는, 하부 아암(12)에 있어서 용접된 부위를 일점쇄선으로 나타내고, 이하 「용접부(12d)」라고 칭한다. 이 용접부(12d)는 하부 아암(12)에 있어서 응력이 비교적 작은 부위에 형성되지만, 이것에 대해서는 이후에 상세히 기술한다.

하부 아암(12)은 길이 방향인 Z축 방향에 대하여 수직인 방향, 즉 XY축 방향의 단면 형상이, 도 5에 잘 도시하는 바와 같이, 타원 형상이 된다. 또한, 도 5에서는, 본체부(12a)의 단면 형상을 나타내지만, 후술하는 하부 아암(12)의 제작 과정에서 알 수 있듯이, 기단부(12b) 및 선단부(12c)에 있어서도, 단면 형상이 타원 형상이 된다.

이렇게, 하부 아암(12)에 있어서는, 단면 형상이 예를 들면 응력이 집중하기 쉬운 직사각형 형상의 코너부 등이 없는, 타원 형상으로 하는 것으로, 응력이 국소적으로 집중하는 것을 완화할 수 있다.

도 1에 도시된 배치에서, 하부 아암(12)의 단면 형상에 있어서, 타원 형상의 단직경(A1)(도 5 참조)은 기단부(12b)측의 회전축(J2)(X축 방향으로 연장)에 대하여 평행이 된다. 따라서, 타원 형상의 장직경(A2)(도 5 참조)은 회전축(J2)에 대하여 수직이 되고, 구체적으로는 Y축 방향과 평행이 된다.

이에 따라, 하부 아암(12)에 있어서의 구부림 강성을 향상시킬 수 있다. 즉, 도 3 등에 도시하는 바와 같이, 하부 아암(12)은 회전축(J2) 주위에 회전 동작되면, 하부 아암(12)의 도 3에 있어서의 좌우의 단부 부근, 구체적으로는 도면부호(B1)로 나타내는 부위 부근에 구부림 응력이 발생하기 쉽다. 여기서, 본 실시형태에 관한 하부 아암(12)에 있어서는, 회전 동작에 의해 발생하는 응력에 대한 강성이 비교적 높은 타원 형상의 장직경(A2)측의 단부가, 도 3에 있어서의 좌우의 단부가 되도록 위치시키는 것으로, 하부 아암(12)의 구부림 강성을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 하부 아암(12)의 제작 과정을 설명하면서, 하부 아암(12)의 구성의 설명을 계속한다. 도 7a 내지 도 7c는 도 1에 나타내는 하부 아암(12)의 제작 과정을 설명하기 위한 설명 모식 사시도이다.

우선, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 관형상의 용접 강관이 제작된다. 구체적으로는, 예를 들면 1매의 강판이, U 프레스나 O 프레스 등의 도시되지 않은 프레스기를 이용하여 관형상으로 가공된다. 이 때, 길이 방향에 대하여 수직인 방향의 단면 형상이 타원 형상이 되도록 가공된다.

그리고, 타원 형상으로 둥글린 강판의 양단이 아크 용접 등으로 용접 접합되어서 용접부(12d)가 형성되고, 도 7a에 나타내는 용접 강관이 완성된다. 또한, 상기의 강판은 예를 들면 인장 강도가 비교적 높은 고장력 강판이다.

이렇게, 하부 아암(12)은 고장력 강관을 이용한 관형상의 용접 강관으로부터 제작되는 것이므로, 하부 아암(12)을 고강도로, 또한 두께를 얇게 할 수 있다. 즉 경량화 할 수 있다. 또한, 상기에서는, 강판을 고장력 강판으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 일반 구조용 강판 등 다른 종류의 강판이라도 좋다.

다음으로, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 용접 강관의 길이 방향에 있어서의 단부로서, 이후에 기단부(12b), 선단부(12c)가 되는 부위가, 도시되지 않은 프레스기로 화살표(C) 방향으로 눌러진다. 자세하게는, 이후에 선회부(11)나 상부 아암(13)이 접속되는 측을 향하여 눌러져서 찌그러진다.

그리고, 도 7c에 도시하는 바와 같이 찌그러진 기단부(12b), 선단부(12c)에 있어서는, 외주단(外周端)이 도시되지 않은 절단기에 의해 측면에서 볼 때(X축 방향에서 볼 때) 원호 형상이 되도록 절단된다. 또한, 도 7c에 있어서는 절단된 부위를 파선으로 나타냈다.

다음으로, 기단부(12b), 선단부(12c)의 적절한 위치에 각각, 플레이트(20)가 감합 가능한 구멍(12e)이 펀치 프레스기로 뚫려서 형성된다. 그리고, 상기의 구멍(12e)에는, 플레이트(20)가 감합되어서 장착되고, 도 6 등에 나타내는 하부 아암(12)이 완성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플레이트(20)는 예를 들면 원반 형상으로 형성됨과 함께, 적절한 위치에는 복수의 접속 구멍(20a)이 뚫려서 형성된다. 플레이트(20)의 접속 구멍(20a)에는, 도시되지 않은 체결 부재(예를 들면 볼트와 너트 등)를 이용하여, 감속기를 거쳐서 모터(M2, M3)가 접속된다. 자세하게는, 기단부(12b)의 플레이트(20)에는, 감속기(17)를 거쳐서 모터(M2)가 접속되는 한편, 선단부의 플레이트(20)에는, 동일하게 감속기를 거쳐서 모터(M3)가 접속된다.

하부 아암(12)은 상기와 같이 기단부(12b), 선단부(12c)가 눌러지지만, 그 때, 도 4에 화살표(D)로 나타낸 바와 같이, 기단부(12b), 선단부(12c)의 외형(도 4에 있어서 좌단)이 완만하게 경사지도록 눌러진다. 즉, 기단부(12b), 선단부(12c)에 있어서의 단면 형상의 변화가 완만해지도록 한다.

도 8은 눌러진 후의 하부 아암(12)을 도시한 도 7b의 VIII-VIII선 절단부 단면도이다. 하부 아암(12)의 기단부(12b), 선단부(12c)는 상기한 바와 같이 눌러지는 것으로, 도 5와 도 8과의 대비, 및 도 4로부터 알 수 있듯이, 단면 형상의 단면적이 기단부(12b)측 및 선단부(12c)측을 향함에 따라서 서서히 감소하도록 형성된다. 여기에서, 단면적이라는 것은 도 5 및 도 8 등의 절단부 단면도에 있어서 하부 아암(12)의 외형에 의해 둘러싸여지는 부위, 즉 하부 아암(12)의 내측의 면적을 의미한다.

이에 따라, 기단부(12b) 및 선단부(12c)에 있어서는, 급격한 단면 변화를 회피할 수 있고, 발생 응력을 분산시킬 수 있다. 또한, 기단부(12b) 및 선단부(12c)가 눌러져서 찌그러지는 것으로, 하부 아암(12)의 회전축(J2, J3) 주위를 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 하부 아암(12)은 기단부(12b), 선단부(12c)가 눌러져서 가공되기 때문에, 가공 경화에 의해 피로 강도를 향상시킬 수도 있다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하부 아암(12)은 누름 가공에 의해, 기단부(12b) 및 선단부(12c)의 모터(M2, M3)의 접속면(12b1, 12c1)이, 본체부(12a)의 측면(12a1)에 비해서 X축의 정방향측, 다시 말하면, 모터(M2, M3)측에 돌출하도록 형성된다. 이에 따라, 본체부(12a)의 측면(12a1) 부근에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 공간(12f)이 형성된다.

따라서, 예를 들면 로봇(1)의 자세에 따라서는, 상부 아암(13) 등이 하부 아암(12)의 본체부(12a)의 측면(12a1) 부근을 통과하는 일이 있지만, 상부 아암(13) 등이 공간(12f)을 통과하도록 하면, 하부 아암(12)과의 간섭을 피할 수 있다.

다음으로, 하부 아암(12)의 용접부(12d)에 대해서 설명한다. 용접부(12d)는, 구체적으로는 용접에 의해 발생한 용접 자국(비드)이며, 하부 아암(12)에 있어서 응력이 비교적 작은 부위에 형성된다. 다시 말하면, 하부 아암(12)에 작용하는 응력이 집중하는 부위와 겹치지 않는 부위에 형성된다.

자세하게는, 하부 아암(12)에 있어서, 회전축(J2) 주위의 회전 동작, 회전축(J1) 주위의 선회 동작에 수반하여 작용하는 응력이나, 선단부(12c)에 접속되는 상부 아암(13) 등의 하중에 의한 응력의 대소를 나타내는 응력 분포는 유한요소법을 이용하여 미리 얻을 수 있다.

구체적으로 예를 들면, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 동작이나 상부 아암(13) 등의 하중에 의해 작용하는 구부림 응력은 부위(B1) 부근에 발생하기 쉽고, 선회 동작에 따라 작용하는 비틀림 응력은 부위(B2) 부근에 발생하기 쉬운 것이, 상기의 응력 분포에 의해 표시된다.

따라서, 본 실시형태에 관한 로봇(1)의 하부 아암(12)에 있어서는, 용접부(12d)를, 응력이 작용하기 쉬운 부위(B1, B2)로부터 이간한 위치, 다시 말하면, 응력이 비교적 작은 부위에 형성하도록 설정된다.

이렇게, 용접부(12d)는 하부 아암(12)에 있어서, 미리 얻어지는 하부 아암(12)의 응력의 대소를 나타내는 응력 분포에 근거하여 설정된 응력 감소 부위, 예를 들면 응력이 임계값 이하의 부위에 형성된다. 구체적으로는, 용접부(12d)는 회전축(J2)과 직교하며, 하부 아암(12)의 길이 방향(Z축 방향)과 평행이 되는 면 상에 형성된다, 보다 구체적으로는, XZ축 면 중, 회전축(J2)과 직교하는 면 상에 형성된다. 이에 따라, 용접부(12d)에 작용하는 응력을 완화할 수 있다.

또한, 상기에서는 용접부(12d)를, 도 4에 있어서 하부 아암(12)의 좌단측에 따라 형성되도록 했지만, 예를 들면 그 반대측의 우단측에 따라 형성되도록 해도 좋다. 또한, 용접부(12d)를, 회전축(J2)과 직교하는 면 상에 형성되도록 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 응력이 비교적 작은 위치이면 어떤 위치라도 좋다. 즉, 용접부(12d)를, 예를 들면 도 3에 나타내는 위치보다도 지면에 있어서 오른쪽 또는 왼쪽으로 위치시켜도 좋고, 혹은 도면에 있어서 소정 각도 경사지게 기울이도록 하는 위치라도 좋다.

상술한 바와 같이, 제 1 실시형태에서는, 하부 아암(12)은 관형상으로 형성됨과 함께, 길이 방향에 대하여 수직인 방향의 단면 형상이 타원 형상이 되는 것으로부터, 로봇(1)의 링크, 예를 들면 하부 아암(12)의 동작등에 수반하여 작용하는 응력이 국소적으로 집중하는 것을 완화할 수 있다.

(제 2 실시형태)

도 9는 제 2 실시형태에 관한 로봇(1)의 하부 아암(22)을 나타내는, 도 3과 유사한 측면도이다. 또한, 도 10은 도 9에 나타내는 하부 아암(22)의 우측면도이며, 도 11은 도 9의 XI-XI선 절단부 단면도이다. 또한, 이하에 있어서는, 제 1 실시형태와 공통인 구성에 대해서는, 동일한 도면부호를 부여하여 설명을 생략한다.

제 1 실시형태와의 상이점에 초점을 두고 설명하면, 제 2 실시형태에 관한 로봇(1)에 있어서는, 하부 아암(22)의 구성이 제 1 실시형태의 하부 아암(12)의 구성과 상이하다.

이하 상세히 설명하면, 하부 아암(22)은 복수의 부재, 예를 들면 3개의 부재로 구성된다. 구체적으로는, 하부 아암(22)은 본체부(22a)와, 기단부(제 1 단부)(22b)와, 선단부(제 2 단부)(22c)를 구비한다.

본체부(22a)는 제 1 실시형태의 본체부(12a)와 동일하게, 관형상의 용접 강관으로부터 제작되고, 도 11에 도시하는 바와 같이 단면 형상이 타원 형상이 된다. 또한, 기단부(22b) 및 선단부(22c)도, 후술하는 바와 같이 용접 강관으로부터 제작되고, 이들의 용접 강관의 용접부를 도면부호 "22d1"로 나타낸다.

본체부(22a)에는, 중앙 부근에 있어서 관 직경이, 기단부(22b)나 선단부(22c)가 접속되는 단부측의 관 직경에 비해서 작아지도록 설정된, 네크부(neck section)(22a1)가 형성된다.

기단부(22b)는 본체부(22a)가 접속되는 본체 접속부(22b1)와, 모터(M2)가 접속되는 모터 접속부(22b2)를 구비한다. 본체 접속부(22b1)와 모터 접속부(22b2)는, 연속하여 형성되며, 타원 형상의 관형상의 용접 강관을 가공하여 제작된다.

본체 접속부(22b1)는 본체부(22a)의 단부(도 9 및 도 10에 있어서 본체부(22a)의 하단)를 감합 가능한 개구가 형성되고, 그곳에 본체부(22a)가 삽입되어 감합된다. 모터 접속부(22b2)는 상세한 도시는 생략하지만, 도 10에서 알 수 있듯이, 단면 형상의 단면적이 단부측(도 10에 있어서 하단부)을 향함에 따라서 서서히 감소하도록 형성된다. 이에 따라, 모터 접속부(22b2)에 있어서는, 급격한 단면 변화를 회피할 수 있고, 발생 응력을 분산시킬 수 있다.

또한, 모터 접속부(22b2)는 제 1 실시형태의 기단부(12b)와 동일하게 구멍(22b3)이 형성되고, 그곳에 플레이트(20)가 감합되어서 장착된다.

선단부(22c)는 상기의 기단부(22b)와 대략 동일한 형상이 된다. 따라서, 기단부(22b)의 본체 접속부(22b1), 모터 접속부(22b2), 구멍(22b3)은 각각, 선단부(22c)의 본체 접속부(22c1), 모터 접속부(22c2), 구멍(22c3)에 대응하기 때문에, 선단부(22c)의 구성 요소의 설명은 생략한다.

기단부(22b) 및 선단부(22c)와, 본체부(22a)는 함께, 용접 강관으로부터 제작되지만, 용접 강관의 재질은 서로 상이하도록 구성된다. 구체적으로 예를 들면, 기단부(22b) 및 선단부(22c)의 용접 강관은 본체부(22a)의 용접 강관에 비하여, 인장 강도가 높아지도록 설정된다. 이에 따라, 하부 아암(22)에 있어서, 회전축(J2, J3)부근의 응력이 발생하기 쉬운 부위, 즉, 기단부(22b) 및 선단부(22c)의 강성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 기단부(22b) 및 선단부(22c)는 본체부(22a)와 감합된 상태에서, 예를 들면 아크 용접 등으로 용접되어서 접속된다. 이 용접에 의해 형성되는 용접 자국을 도면부호 "22d2"의 일점쇄선으로 나타내고, 이하 「접속 용접부(22d2)」라고 칭한다.

상기의 용접부(22d1) 및 접속 용접부(22d2)는 함께, 미리 얻어진 하부 아암(22)의 응력 분포에 근거하여 설정된 응력 감소 부위에 형성되도록 한다. 구체적으로는, 도 9에 잘 도시하는 바와 같이, 예를 들면 회전 동작이나 상부 아암(13) 등의 하중에 의해 작용하는 구부림 응력은 부위(E1) 부근에 발생하기 쉽고, 선회 동작에 수반하여 작용하는 비틀림 응력은 부위(E2) 부근에 발생하기 쉬워지고, 그것이 상기의 응력 분포에 의해 표시된다.

이 구부림 응력이 발생하기 쉬운 부위(E1)와 비틀림 응력이 발생하기 쉬운 부위(E2)는 도 3과 대비하면, 제 1 실시형태에 있어서의 부위(B1, B2)와 비교하여 본체부(22a)의 중앙, 구체적으로는 네크부(22a1)에 가까워진 것을 알 수 있다.

이것은 본체부(22a)에 네크부(22a1)가 형성된 것에 기인하고 있고, 이렇게 본체부(22a)를 부분적으로 가늘게 하는 것으로, 응력이 작용하는 위치를 중앙 부근에 이동시키도록 했다. 이에 따라, 용접부(22d1) 및 접속 용접부(22d2)를, 응력이 작용하기 쉬운 부위(E1, E2)로부터 이간한 위치, 다시 말하면, 응력이 비교적 작은 부위에 형성할 수 있고, 용접부(22d1) 및 접속 용접부(22d2)에 작용하는 응력을 완화할 수 있고, 따라서 하부 아암(22)의 강성을 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 제 2 실시형태에서는, 하부 아암(22)이, 본체부(22a), 본체부(22a)에 용접되어서 접속되는 기단부(22b), 선단부(22c)의 복수의 부재로부터 이루어지도록 구성했다. 이에 따라, 각 부재의 재질을 서로 상이하게 하는 것이 가능해지고, 하부 아암(22)의 강성을 향상시킨다. 정확하게는 기단부(22b) 및 선단부(22c)의 강성을 향상시킬 수 있다. 또한, 나머지의 구성 및 효과는 제 1 실시형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.

(제 3 실시형태)

도 12는 제 3 실시형태에 관한 로봇(1)의 하부 아암(32)을 나타내는, 도 3과 유사한 측면도이다. 또한, 도 13은 도 12에 나타내는 하부 아암(32)의 우측면도이며, 도 14는 도 12의 XIV-XIV선 절단부 단면도이다.

제 1 실시형태와의 상이점에 초점을 두고 설명하자면, 제 3 실시형태에 관한 로봇(1)에 있어서는, 하부 아암(32)의 형상이 제 1 실시형태의 하부 아암(12)의 형상과 상이하다.

구체적으로는, 하부 아암(32)은 본체부(32a)와, 기단부(32b)와, 선단부(32c)를 구비한다. 이들 본체부(32a), 기단부(32b), 선단부(32c)는 각각, 제 1 실시형태의 본체부(12a), 기단부(12b), 선단부(12c)에 대응한다.

하부 아암(32)은 제 1 실시형태의 하부 아암(12)과 동일하게, 하나의 관형상의 용접 강관으로부터 제작되지만, 그 단면 형상은 도 14에 도시하는 바와 같이 직사각형 형상의 코너부를 곡선 형상으로 한다. 또한, 도 14에서는, 하부 아암(32)에 있어서 곡선 형상으로 한 부위를 도면부호 "32a1"로 나타내고, 이하 「코너부(32a1)」라고 칭한다.

이렇게, 하부 아암(32)에 있어서는, 코너부를 곡선 형상으로 한 코너부(32a1)를 가지는 직사각형 형상의 단면 형상으로 했기 때문에, 응력이 코너부 등에 국소적으로 집중하는 일이 없다. 즉 응력 집중을 완화할 수 있다.

또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 하부 아암(32)의 단면 형상에 있어서, 직사각형 형상의 단축(F1)은 기단부(32b)측의 회전축(J2)(즉, X축 방향)에 대하여 평행이 된다. 따라서, 직사각형 형상의 장축(F2)은 회전축(J2)에 대하여 수직이 되고, 구체적으로는, 도 12 내지 도 14에서는, Y축 방향과 평행이 된다.

하부 아암(32)의 본체부(32a)는 기단부(32b)에 접속되는 선회부(11)(도 12에 도시되지 않음)에 대한 회전 방향 중, 다시 말하면, 회전축(J2)의 회전 방향 중, 화살표(G) 방향을 향하여 돌출하도록 만곡되어서 형성된다. 또한, 상기에서는 본체부(32a)를 화살표(G) 방향으로 만곡시키도록 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 화살표(G)와 반대인 회전 방향을 향해서 만곡시키도록 해도 좋다. 즉, 하부 아암(32)은 회전축(J2)의 회전 방향의 어느 한 쪽을 향하여 돌출하도록 만곡되어서 형성되어 있으면 좋다.

하부 아암(32)의 용접부(32d)는 하부 아암(32)에 있어서 길이 방향에 따르고, 또한 본체부(32a)와 동일한 방향으로 만곡되어서 형성된다. 즉, 용접부(32d)는 기단부(32b)에 접속되는 선회부(11)에 대한 회전 방향(회전축(J2)의 회전 방향) 중, 화살표(G) 방향을 향하여 돌출하도록 만곡되어서 형성된다. 또한, 상기에서는 용접부(32d)를 화살표(G) 방향으로 만곡시키도록 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 본체부(32a)가 화살표(G)와 반대인 회전 방향을 향하여 돌출하도록 만곡시켜서 형성되는 경우, 동일 방향으로 만곡된다. 즉, 용접부(32d)도, 회전 방향의 어느 한 쪽을 향하여 돌출하도록 만곡되어서 형성되어 있으면 좋다.

상기의 용접부(32d)는 미리 얻어지는 하부 아암(32)의 응력 분포에 근거하여 설정된 응력 감소 부위에 형성되도록 한다. 구체적으로는, 도 12에 잘 도시하는 바와 같이, 예를 들면 회전 동작이나 상부 아암(13) 등의 하중에 의해 작용하는 구부림 응력은 부위(H1) 부근에 발생하기 쉽고, 선회 동작에 따라 작용하는 비틀림 응력은 부위(H2) 부근에 발생하기 쉬워지고, 그것이 상기의 응력 분포에 의해 표시된다.

이 구부림 응력이 발생하기 쉬운 부위(H1)와 비틀림 응력이 발생하기 쉬운 부위(H2)는, 하부 아암(32)의 본체부(32a)의 만곡 부분에 위치하고 있는 것을 도 12로부터 알 수 있다. 이렇게, 본체부(32a)를 만곡시켜서 휘어지게 하는 것으로, 그 만곡 부분에 응력이 생기기 쉬워지도록 했다. 이에 따라, 용접부(32d)를, 응력이 작용하기 쉬운 부위(H1, H2)로부터 이간한 위치, 다시 말하면, 응력이 비교적 작은 부위에 형성할 수 있고, 용접부(32d)에 작용하는 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 하부 아암(32)의 강성을 향상시킬 수 있다.

또한, 기단부(32b) 및 선단부(32c)는 대략 동일한 형상이 된다. 구체적으로는 기단부(32b) 및 선단부(32c)는 선회부(11) 또는 상부 아암(13)이 접속되는 면(도 13에 있어서 우측면)이, 직사각형 형상의 긴 변측이 되고, 따라서 평탄하게 형성되는 것이 된다.

따라서, 기단부(32b) 및 선단부(32c)의 평탄 부분의 적절한 위치에는, 모터(M2, M3)를 접속하기 위한 접속 구멍(33)이 형성되어서, 도시되지 않은 체결 부재 등을 거쳐서 모터(M2, M3)가 접속된다. 이렇게, 하부 아암(32)에 있어서는, 플레이트(20)를 거치는 일 없이 모터(M2, M3)를 접속할 수 있다. 따라서, 하부 아암(32)에 있어서, 플레이트(20)를 불필요하게 할 수 있고, 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 기단부(32b) 및 선단부(32c)는 상세한 도시는 생략하지만, 도 13에서 알 수 있듯이, 단면 형상의 단면적이 단부측(도 13에 있어서 하단부 혹은 상단부)을 향함에 따라서 서서히 감소하도록 형성된다. 이에 따라, 기단부(32b) 및 선단부(32c)에 있어서는, 급격한 단면 변화를 피할 수 있고, 발생 응력을 분산되게 할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 하부 아암(32)의 단면 형상에 있어서, 직사각형 형상의 단축(F1)이, 기단부(32b)측의 회전축(J2)(즉 X축 방향)에 대하여 평행이 된다. 이에 따라, 하부 아암(32)에 있어서의 구부림 강성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로 설명하면, 하부 아암(32)은 회전축(J2) 주위에 회전 동작되면, 상기한 바와 같이, 하부 아암(32)의 부위(H1) 부근에 구부림 응력이 발생하기 쉽다. 여기서, 제 3 실시형태에 관한 하부 아암(32)에 있어서는, 회전축(J2) 주위의 회전 동작에 의해 발생하는 응력에 대한 강성이 높고, 직사각형 형상의 짧은 변측이 부위(H1)가 되도록 위치시키는 것으로, 하부 아암(32)의 구부림 강성을 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 제 3 실시형태에서는, 하부 아암(32)의 단면 형상이 직사각형 형상의 코너부를 곡선 형상이 되는 것으로부터, 응력이 코너부 등에 국소적으로 집중하는 일이 없다. 즉 응력 집중을 완화할 수 있다. 또한, 나머지의 구성 및 효과는 제 1 실시형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.

또한, 제 3 실시형태에서는, 하부 아암(32)의 단면 형상에 있어서, 직사각형 형상의 4개의 코너부의 전부를 곡선 형상이 되는 예를 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 15는 제 3 실시형태에 관한 로봇(1)의 하부 아암(32)의 변형예를 나타내는 도 14와 유사한 절단부 단면도이다. 도 15에 도시하는 바와 같이 변형예의 하부 아암(32)에 있어서는, 단면 형상이 직사각형 형상의 코너부 중 2곳을 곡선 형상이 되도록 했다.

이렇게 구성한 경우라도 동일하게, 단면 형상의 코너부에 응력이 집중하는 것을 완화할 수 있다. 또한, 도 15에 나타내는 변형예에 있어서는, 직사각형 형상의 4곳의 코너부 중 2곳을 곡선 형상으로 하도록 했지만, 1곳 또는 3곳이라도 좋다. 즉, 하부 아암(32)은 단면 형상이 직사각형 형상의 코너부 중 적어도 1곳을 곡선 형상으로 하면, 상기의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 링크부로서 하부 아암(12, 22, 32)을 예로 들어서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 링크부는 회전 동작하는 부재(링크)라면 좋고, 예를 들면 선회부(11)나 상부 아암(13), 제 1 내지 제 3 손목부(14, 15, 16)라도 좋다.

또한, 로봇(1)을 6 축 구성의 로봇으로 설명했지만, 상기 구성에 한정되는 것은 아니고, 6 축 구성 이외의 로봇, 예를 들면 7 축이나 8 축 구성의 로봇을 이용하는 것도 가능하고, 또한 양팔 로봇 등 다른 종류의 로봇이라도 좋다.

다른 효과나 변형예는 당업자에 의해 용이하게 도출할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 보다 광범위한 형태는 이상과 같이 나타내고, 또한 기술한 특정 상세 설명 및 대표적인 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하는 일 없이, 여러가지 변경이 가능하다.

1 : 로봇 10 : 베이스
11 : 선회부(소정 부재) 12, 22, 32 : 하부 아암(링크부)
12a, 22a, 32a : 본체부 12b, 22b, 32b :기단부
12c, 22c, 32c : 선단부 12d, 22d1, 32d : 용접부
13 : 상부 아암(제 2 소정 부재) 14 : 제 1 손목부
15 : 제 2 손목부 16 : 제 3 손목부
20 : 플레이트 22a1 : 네크부
22d2 : 접속 용접부 J1 내지 J6 : 회전축

Claims

로봇에 있어서,
링크부의 길이 방향에 수직인 회전 축 주위를 회전하도록 길이 방향의 기단부가 소정 부재에 회전 가능하게 연결되는 링크부를 구비하고,
상기 링크부는, 길이 방향에 대하여 수직인 상기 링크부의 단면 형상이, 타원 형상, 또는 적어도 하나의 곡선 코너부를 갖는 실질적으로 직사각형 형상을 갖도록 관형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 링크부는 길이 방향의 선단부에 추가의 소정 부재가 회전 가능하게 연결되며, 상기 링크부는, 그 단면적이 상기 기단부 및 상기 선단부를 향함에 따라서 서서히 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 링크부는 용접 강관으로부터 제작되며, 상기 용접 강관의 용접부는 상기 링크부에 있어서, 미리 얻어지는 상기 링크부의 응력의 대소를 나타내는 응력 분포에 근거하여 설정된 응력 감소 부위에 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 3 항에 있어서,
상기 용접부는, 상기 회전축과 직교하며, 상기 링크부의 길이 방향과 평행이 되는 면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 링크부는 본체부와, 상기 본체부의 일단에 용접되어서 접속되는 제 1 단부와, 상기 본체부의 타단에 용접되어서 접속되는 제 2 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 용접 강관이, 상기 본체부의 용접 강관에 비하여 인장 강도가 높아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 5 항에 있어서,
상기 본체부에 네크부가 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 7 항에 있어서,
상기 네크부는, 상기 본체부의 중앙 부근에 있어서 관 직경이, 상기 제 1 단부 및 제 2 단부가 접속되는 상기 본체부의 단부측의 관 직경에 비해서 작아지도록 설정되는
로봇.
제 3 항에 있어서,
상기 링크부는 상기 소정 부재에 대해서 상기 링크부의 회전 방향 중 어느 한 방향으로 돌출하도록 만곡되어서 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 9 항에 있어서,
상기 용접부는 상기 링크부에 있어서 길이 방향을 따라, 또한 상기 링크부의 만곡 방향과 동일하게, 상기 소정 부재에 대해서 회전 방향 중 어느 한 방향으로 돌출하도록 만곡되어서 형성되며,
상기 용접부는 상기 링크부의 돌출하는 방향과 동일한 방향으로 돌출하는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부는 서로 실질적으로 동일한 형상이며, 상기 소정 부재 및 상기 추가의 소정 부재가 각각 접속되는 면은 상기 링크부의 대략 직사각형 형상의 단면에 있어서 장변측이 되는 동시에, 평탄하게 형성되는 것을 특징으로 하는
로봇.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링크부의 타원 형상의 단면은 상기 회전축에 대하여 평행인 단축을 구비하는 것을 특징으로 하는
로봇.
소정 부재에 회전 가능하게 연결되는 길이 방향의 기단부를 구비한 링크부에 있어서,
상기 링크부는, 길이 방향에 대하여 수직인 상기 링크부의 단면 형상이, 타원 형상, 또는 적어도 하나의 곡선 코너부를 갖는 실질적으로 직사각형 형상을 갖도록 관형상으로 형성되는
링크부.