WO2011030690A1 - 旋回装置及びそれを有する多関節ロボット - Google Patents

旋回装置及びそれを有する多関節ロボット Download PDF

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stopper
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turning device
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憲一 藤本
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ナブテスコ株式会社
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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1005—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means
    • B25J9/101—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means using limit-switches, -stops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • F16H2001/323—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear comprising eccentric crankshafts driving or driven by a gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H2035/006—Gearings or mechanisms for stopping or limiting movement, e.g. stopping a movement after few turns

Definitions

  • the present application relates to a swivel device.
  • the present invention relates to a turning device including a stopper mechanism for restricting a turning range of a swiveled member attached to the turning device.
  • Rotating devices that rotate the swiveled member are known.
  • the swiveled member rotates around the axis of the swiveling device.
  • the turning device is used for driving a joint of a robot, for example.
  • the robot arm corresponds to the swiveled member.
  • the swivel device may have a stopper mechanism that physically limits the swivel range of the swiveled member.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-275894 discloses a technique for attaching a stopper to each of a turning device and a turned member. In the following description, JP-A-4-275894 is referred to as Patent Document 1.
  • the swivel range of the swiveled member is limited by bringing the stoppers into contact with each other at the boundary of the desired swivel range.
  • each stopper functions as a stopper mechanism.
  • each stopper is bolted to each of the turning device and the turned member.
  • the stopper attached to the turning device is referred to as a blocking piece, and the stopper attached to the rotated member is referred to as an engaging body.
  • the turning device includes a case, a rotating member that rotates relative to the case, and a stopper that limits a turning range of the rotating member with respect to the case.
  • a plurality of grooves extending in the axial direction of the rotating member are formed in the case.
  • the plurality of grooves are arranged along an arc concentric with the axis of the rotating member.
  • the bolt hole through which the bolt for fixing the case passes is formed in each of the protrusions defining the two adjacent grooves.
  • the stopper is being fixed to the case by the volt
  • the “rotating member” in this specification means a component that rotates relative to the case.
  • the output shaft of the turning device corresponds to a “rotating member”.
  • the “swivel member” is a member attached to the rotating member, and means an object to be rotated by the turning device.
  • the turning arm corresponds to a “swinged member”. If the rotating member is fixed to the non-moving surface, the rotating member does not rotate and the case rotates with respect to the non-moving surface. In this case, the “swivel member” is attached to the case of the turning device.
  • the case is provided with a plurality of grooves, and the bolt holes are provided in each of the protrusions defining the grooves, so that the selectivity of the stopper mounting position is improved.
  • the plurality of grooves are formed along an arc concentric with the axis of the rotating member. Therefore, even if the stopper is fixed in any groove, the function as a stopper mechanism can be realized.
  • the stopper can be fixed to the case using a bolt hole for fixing the case. In order to fix the stopper to the case, it is not necessary to form a bolt hole in the case that is different from the bolt hole for fixing the case.
  • the plurality of grooves may be arranged at equal intervals along an arc concentric with the axis of the rotating member. Thereby, the position which attaches a stopper can be accurately adjusted for every predetermined angle centering on the axis line of a rotating member.
  • the external appearance of an industrial robot provided with a stopper mechanism is shown.
  • Sectional drawing of a turning apparatus provided with a stopper mechanism is shown.
  • the top view of a turning apparatus is shown.
  • the perspective view of the case of a turning apparatus is shown.
  • the perspective view of the 1st stopper of Example 1 is shown.
  • the perspective view of the state which attached the turning apparatus of Example 1 to the fixing member is shown.
  • the perspective view of the 1st stopper of Example 2 is shown.
  • the perspective view of the state which attached the turning apparatus of Example 2 to the fixing member is shown.
  • the turning device drives a first joint of an industrial robot having a plurality of joints.
  • a 1st joint is a joint located in the most base side among several joints of an industrial robot.
  • the turning device is an eccentric oscillating gear transmission.
  • the swivel device includes a case and a rotating member that is rotatably supported by the case. The rotating member is attached to a fixing member on the base side. The case is attached to a swiveled member provided on the side opposite to the base with the swivel device interposed therebetween.
  • FIG. 1 is a schematic view of the appearance of an industrial robot 100.
  • the industrial robot 100 is a multi-joint robot, and includes a first joint 110, a second joint 114, a third joint 126, a fourth joint 130, a fifth joint 134, and a sixth joint 138.
  • the first joint 110 is attached to the main base 104 and can rotate about the axis 102.
  • the main base 104 is fixed to the installation surface (non-moving surface).
  • the second joint 114 is attached to the joint base 144 and can rotate about the axis 112.
  • the first joint 110 is located on the most base side (installation surface side) among the plurality of joints of the industrial robot 100.
  • the first joint 110 rotates the joint base 144 around the axis 102 with respect to the main base 104.
  • Reference numeral 111 denotes a motor that drives the first joint 110.
  • the third joint 126 can rotate around the axis 124.
  • the third joint 126 rotates the shoulder 122 about the axis 124.
  • the fourth joint 130 can rotate around the axis 142.
  • the third joint 126 and the fourth joint 130 are connected by a rod 128.
  • the fifth joint 134 can rotate around the axis 136.
  • the fourth joint 130 and the fifth joint 134 are connected by a rod 132.
  • the sixth joint 138 can rotate around the axis 140.
  • Reference numerals 116, 118, and 120 denote motors that drive the fourth joint 130, the fifth joint 134, and the sixth joint 138, respectively.
  • a swivel device is incorporated in each of the first to sixth joints.
  • the first to sixth joints may be referred to as first to sixth turning devices, respectively.
  • the joint base 144 is provided on the opposite side of the main base 104 provided on the base side with the first turning device 110 interposed therebetween.
  • the joint base 144 corresponds to a swiveled member of the first swivel device 110.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the first turning device 110 and the main base 104. Note that hatching of some parts is omitted for clarity of the drawing.
  • the first turning device 110 includes a case 2 and a rotating member 4 that is rotatably supported by the case 2.
  • the rotating member 4 is fixed to the main base 104 with bolts 22. Since the main base 104 is fixed to the installation surface, it can be said that the rotating member 4 is attached to the installation surface.
  • the case 2 is fixed to the support member 8 with bolts 12.
  • illustration is abbreviate
  • the joint base 144 rotates with respect to the main base 104.
  • the first stopper 108 is attached to the case 2 and rotates relative to the main base 104 as the case 2 rotates.
  • channel is formed in the outer peripheral side of case 2, and a part of 1st stopper 108 is fitted in the groove
  • the first stopper 108 extends from the case 2 toward the outside in the radial direction of the first turning device 110 (equal to the radial direction of the rotating member 4).
  • the “radial direction” means a direction perpendicular to the axis 102 of the first turning device 110.
  • the second stopper 106 is fixed to the main base 104.
  • the second stopper 106 extends along the axis 102 and restricts the turning of the first stopper 108.
  • the second stopper 106 is disposed at a position where the second stopper 106 collides when the first stopper 108 continues to rotate. Therefore, the turning amount of the case 2 with respect to the main base 104 is limited.
  • the first stopper 108 and the second stopper 106 form a stopper mechanism for the industrial robot 100.
  • FIG. 3 shows a view of the first turning device 110 viewed from the direction of the arrow 20 in FIG.
  • the case 2 has a cylindrical outer peripheral surface 2 a having the same axis as the rotation shaft 102 of the rotating member 4.
  • the illustration of the first stopper 108 is omitted.
  • a plurality of grooves 36 are formed on the outer peripheral side of the case 2.
  • the plurality of grooves 36 are arranged along an arc concentric with the rotation shaft 102.
  • the grooves 36 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the outer peripheral surface 2 a of the case 2.
  • the protrusions 34 that define the grooves 36 are formed on the circumferential surface of the case 2 at equal intervals in the circumferential direction.
  • Each protrusion 34 has a bolt hole 32 for fixing the case 2 to the support member 8 (see also FIG. 2).
  • a rotating member 4 is disposed inside the case 2.
  • the rotating member 4 is formed with a plurality of bolt holes 30 for fixing the rotating member 4 to the main base 104.
  • An oil seal 16 is disposed between the case 2 and the rotating member 4. The oil seal 16 prevents oil in the first turning device 110 from leaking outside the first turning device 110.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the case 2.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the features of the case 2, and does not accurately represent the shape of the case 2 shown in FIG.
  • the number and dimensions of the grooves 36 are different from the shape of the case 2 shown in FIG. The same applies to FIGS. 5 to 8 described later.
  • the groove 36 extends along the axis 102 and has a bottom surface 38 on one side in the direction of the axis 102. In other words, the groove 36 is open only on one side in the direction of the axis 102.
  • the groove 36 also has a bottom surface 40 in the direction orthogonal to the axis 102 (the radial direction of the case 2).
  • FIG. 5 is a perspective view of the first stopper 108.
  • the first stopper 108 includes a fixing portion 54, an insertion portion 52, and a protruding portion 50.
  • Two bolt holes 56 are formed in the fixing portion 54.
  • the pitch of the bolt holes 56 is equal to the pitch of the bolt holes 32 of the case 2 (see FIG. 4).
  • the shape of the insertion portion 52 is substantially equal to the shape of the groove 36 of the case 2. Therefore, the first stopper 108 can be fitted into the groove 36 in contact with the side wall 42 and the bottom surfaces 38, 40 of the groove 36.
  • the first stopper 108 is firmly fixed to the case 2 by passing the bolt through the bolt holes 56 and 32 in a state where the insertion portion 52 is inserted into the groove 36.
  • the protruding portion 50 protrudes outward in the radial direction of the case 2.
  • the first stopper 108 extends from the case 2 toward the outside of the case 2 along the radial direction of the case 2.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the first turning device 110 attached to the main base 104.
  • the first turning device 110 For the first turning device 110, only the case 2 and the first stopper 108 are shown.
  • the bolt 12 (see FIG. 2) is passed through the bolt hole 32 in order to fix the case 2 to the support member 8.
  • the bolt 12 is fastened to the support member 8 while passing through the bolt hole 56 of the fixing portion 54 shown in FIG. 5 and the bolt hole 32 of the case 2 shown in FIG. 4.
  • the first stopper 108 and the case 2 are fastened together with the support member 8 by the bolt 12.
  • the case 2 rotates around the axis line 102 with respect to the main base 104.
  • the first stopper 108 turns around the axis 102.
  • the case 2 is restricted so as not to make one round around the axis line 102 by a stopper mechanism including the first stopper 108 and the second stopper 106.
  • the case 2 is limited to rotate around the axis line 102 by a predetermined angle of less than 360 °.
  • the second stopper 106 is disposed at a position where it collides with the first stopper 108 when the case 2 tries to turn beyond a predetermined angle. That is, the second stopper 106 is arranged in a range where the first stopper 108 exists when the second stopper 106 does not exist and the case 2 turns over a predetermined angle.
  • the stopper mechanism including the first stopper 108 and the second stopper 106 can prevent the joint base 144 from turning beyond a predetermined angle when the first turning device 110 performs an abnormal operation (see FIG. 1).
  • the first turning device 110 is an eccentric oscillating gear transmission. Since the basic structure of the eccentric oscillating gear transmission is known, it will be briefly described. As shown in FIG. 2, the first turning device 110 includes a case 2 and a rotating member 4 that is rotatably supported by the case 2. The case 2 has a ring shape, and internal teeth are formed on the inner peripheral surface. The rotating member 4 supports the external gear 14 and the crankshaft 10. The crankshaft 10 extends along the axis 102. The axis of the crankshaft 10 is offset from the axis 102. Although illustration is omitted, in the first turning device 110, the plurality of crankshafts 10 are arranged along the circumferential direction of the axis 102.
  • Each of the plurality of crankshafts 10 is engaged with the external gear 14. Torque of the motor 111 is transmitted to the crankshaft 10.
  • the crankshaft 10 rotates, the external gear 14 rotates eccentrically around the axis 102 while meshing with the internal teeth provided on the inner peripheral surface of the case 2. Since the number of external teeth of the external gear 14 and the number of internal teeth of the case 2 are different, when the external gear 14 rotates eccentrically, the external gear 14 and the case 2 rotate relative to each other. Thereby, the rotating member 4 and the case 2 rotate relative to each other.
  • the first turning device 110 is used as the joint (first joint) closest to the installation surface among the plurality of joints of the industrial articulated robot 100.
  • the first turning device (first joint) 110 rotates other joints with respect to the installation surface. Therefore, the first turning device 100 is required to output a large torque.
  • the eccentric oscillating gear transmission can achieve a large reduction ratio (for example, a reduction ratio of 30 to 250). In other words, the first turning device 110 of this embodiment can output a large torque.
  • the first turning device 110 can output a large torque. Therefore, when the first stopper 108 and the second stopper 106 collide, a large force acts between them. However, since both sides of the first stopper 108 are in contact with the side wall 42 of the groove 36, the first stopper 108 can be prevented from being detached from the case 2 even if a large force is applied to the first stopper 108. Therefore, the stopper mechanism of the present embodiment has higher strength than the conventional stopper mechanism and can realize a safer industrial robot.
  • the angle formed by the side wall 42 and the bottom surface 40 is preferably closer to 90 degrees. More precisely, in FIG. 3, it is better that the intersection between the two side walls 42 defining the groove 36 is closer to the axis 102.
  • the first stopper 108 is fixed to the case 2 by using the bolt hole 32 for fixing the case 2 to the support member 8. Therefore, it is not necessary to provide the case 2 with a bolt hole only for fixing the first stopper 108. Moreover, since the bolt hole 32 is provided in each of the protrusions 34 of the case 2, the fixing position of the first stopper 108 can be easily changed. In other words, in the first turning device 110, the selectivity of the mounting position of the first stopper 108 is high. For example, in FIG. 6, it is not necessary to newly process the case 2 when the fixing position of the first stopper 108 is changed to the grooves 36 a and 36 b and the like.
  • the grooves 36 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the case 2. Therefore, the mounting position of the first stopper 108 can be accurately adjusted for each predetermined angle with the axis 102 as the center. In other words, the range in which the turning of the case 2 is prohibited can be accurately adjusted for each predetermined angle.
  • the plurality of grooves 36 are arranged along an arc concentric with the axis 102 of the rotating member 4. Therefore, no matter which groove 36 the first stopper 108 is fixed to, the first stopper 108 is positioned so as to collide with the second stopper 106 when the case 2 and the rotating member 4 rotate relative to each other. Therefore, the first stopper 108 achieves a function as a stopper mechanism even if it is fixed in any groove 36.
  • the turning range of the robot for safety or to avoid interference with other devices.
  • it may be required to change the turning range of the robot.
  • it has been necessary for an industrial robot user to individually perform additional processing to change the position of the stopper.
  • the industrial robot in which the turning device of the present embodiment is adopted can change the turning range without additional processing.
  • FIG. 7 shows a perspective view of the first stopper 108a.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the first turning device 110 a using the first stopper 108 a is attached to the main base 104.
  • the first stopper 108a is a modification of the first stopper 108, and the detailed description may be omitted by attaching the same numerical reference numerals to the same function as the first stopper 108. Further, the first turning device 110a is different from the first turning device 110 only in the shape of the first stopper.
  • the first stopper 108 a extends from the case 2 toward the outside of the case 2 along the axis 102, and the protruding portion 50 a protrudes in the direction of the axis 102 of the case 2. Therefore, the radial size of the first turning device 110 a is equal to the radial size of the case 2. In other words, the first turning device 110a has no protruding portion in the radial direction. Therefore, when the first turning device 110a is driven, the first stopper 108a can be prevented from colliding with devices around the first turning device 110a. The safety of the industrial robot 100 can be further increased.
  • the stopper mechanism is provided in the first joint 110 of the industrial robot.
  • the stopper mechanism can also be provided at other joints.
  • FIG. the case of the third turning device 126 is provided with a plurality of grooves along an arc concentric with the axis of the rotating member, and the first stopper is fitted into any of the grooves. Then, the second stopper is fixed to the shoulder 122.
  • one first stopper 108 (108a) is fixed to the case 2.
  • a plurality of first stoppers 108 (108 a) may be fixed to the case 2.
  • the outer peripheral surface 2a of the case 2 is cylindrical.
  • the shape of the outer peripheral surface of the case 2 may not be cylindrical.
  • the case of the swivel device may be polygonal.
  • the case 2 is fixed to the joint base 144 (swinged member), and the rotating member 4 is fixed to the main base 104.
  • the case 2 may be fixed to the main base 104 and the rotating member 4 may be fixed to the joint base 144.
  • the second stopper is fixed to the joint base 144.
  • an eccentric oscillating gear transmission is used as the turning device.
  • other types of swiveling devices may be used as long as the rotating member can be rotated with respect to the case.
  • the crankshaft may be concentric with the axis of the rotating member.
  • the stopper mechanism of the embodiment can also be expressed as follows.
  • a second stopper is attached to the rotated member fixed to the rotating member of the turning device.
  • the second stopper is disposed at a position where it collides with the first stopper fixed to the case when the rotating member rotates at a predetermined angle with respect to the case.
  • a stopper mechanism that limits the turning range of the rotating member is realized by the first stopper and the second stopper.
  • the second stopper may be directly fixed to the rotating member, or may be fixed to a rotated member that is fixed to the rotating member.

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Abstract

　旋回装置は、ケースと、ケースに対して相対回転する回転部材と、ケースに対する回転部材の旋回範囲を制限するストッパを備える。回転部材の軸線方向に延びる複数の溝が、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って形成されている。ケースを固定するためのボルトを通すボルト孔が、隣接する２つの溝を画定する突条部の夫々に形成されている。ストッパは、その一部が溝に嵌合するとともにケースを固定するためのボルトによってケースに固定されている。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　旋回装置及びそれを有する多関節ロボット
　本出願は、２００９年９月１４日に出願された日本国特許出願第２００９－２１１２１４号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本出願は、旋回装置に関する。特に、旋回装置に取付ける被旋回部材の旋回範囲を制限するためのストッパ機構を備える旋回装置に関する。
　被旋回部材を回転させる旋回装置が知られている。被旋回部材は、旋回装置の軸線の周りを回転する。旋回装置は、例えば、ロボットの関節を駆動するために用いられる。この場合、ロボットのアームが被旋回部材に相当する。旋回装置は、被旋回部材の旋回範囲を物理的に制限するストッパ機構を有することがある。特開平４－２７５８９４号公報には、旋回装置と被旋回部材の夫々にストッパを取付ける技術が開示されている。以下の説明では、特開平４－２７５８９４号公報を、特許文献１と称する。特許文献１の技術では、所望する旋回範囲の境界でストッパ同士を当接させることにより、被旋回部材の旋回範囲を制限する。
　特許文献１の技術では、旋回装置の基部と被旋回部材の双方に、夫々ストッパが取付けられている。被旋回部材が所定角旋回すると、ストッパ同士が接触することにより、被旋回部材が所定角を超えて旋回することを防止している。すなわち、夫々のストッパが、ストッパ機構として機能している。特許文献１では、夫々のストッパが、旋回装置及び被旋回部材の夫々にボルト留めされている。なお、特許文献１では、旋回装置に取付けられているストッパを阻止片と称し、被回転部材に取付けられているストッパを係合体と称している。特許文献１の技術によると、夫々のストッパをボルト留めするためのボルト孔を、旋回装置と被旋回部材の夫々に設ける必要がある。そのため、ストッパは、予め設けたボルト孔にのみ取付けることが可能である。特許文献１の技術では、旋回装置の周方向において、ストッパの取付け位置に選択の余地がない。
　許容する旋回範囲を変更する場合、ストッパを固定するボルトを通すためのボルト孔を、旋回装置及び／又は被旋回部材に新たに形成する必要がある。すなわち、許容する旋回範囲を変更するために、旋回装置及び／又は被旋回部材に新たなボルト孔を設ける必要がある。また、特許文献１の旋回装置では、旋回装置及び被旋回部材に対して、夫々ストッパの一部をボルト留めしているだけである。そのため、ストッパ同士が接触する力が大きいと、ストッパが、旋回装置及び／又は被旋回部材から外れてしまう虞がある。すなわち、特許文献１の旋回装置は、ストッパ機構の強度が低い。本明細書は、許容する旋回範囲の変更が容易であるとともに、高強度のストッパ機構を備える旋回装置を実現する技術を提供する。
　本明細書は、旋回装置の周方向においてストッパの取付け位置の変更が容易であり、ストッパを旋回装置に強固に取付けることができる技術を提供する。その旋回装置は、ケースと、そのケースに対して相対回転する回転部材と、ケースに対する回転部材の旋回範囲を制限するストッパとを備える。その旋回装置では、回転部材の軸線方向に延びる複数の溝が、ケースに形成されている。複数の溝は、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って並んでいる。また、ケースを固定するためのボルトが通過するボルト孔が、隣接する２つの溝を画定する突条部の夫々に形成されている。そして、ストッパは、その一部が溝に嵌合するとともに、ケースを固定するためのボルトによってケースに固定されている。
　なお、本明細書でいう「回転部材」とは、ケースに対して相対回転する部品のことを意味する。典型的には、旋回装置の出力軸が「回転部材」に相当する。「被旋回部材」は、回転部材に取付けられる部材であり、旋回装置で回転させる対象物を意味する。産業用ロボットの場合、旋回するアームが「被旋回部材」に相当する。なお、回転部材を不動面に固定すれば、回転部材は回転しないで、ケースが不動面に対して回転する。その場合、「被旋回部材」は、旋回装置のケースに取付けられる。
　上記の旋回装置によると、ケースに複数の溝が設けられており、溝を画定する突条部の夫々にボルト孔が設けられているので、ストッパの取付け位置の選択性が向上する。複数の溝は、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って形成されている。従って、ストッパは、いずれの溝に固定されてもストッパ機構としての機能を実現することができる。
　また、ストッパの一部が、ケースに設けられている溝に嵌合している。ストッパの両側が溝の側壁に接しているので、ストッパに力が作用したときに、ストッパが旋回装置から外れにくい。そのため、上記旋回装置によると、取付け位置の選択性が高く、高強度のストッパ機構を実現することができる。さらに、上記旋回装置では、ケースを固定するためのボルト孔を利用して、ストッパをケースに固定することができる。ストッパをケースに固定するために、ケースに、ケースを固定するためのボルト孔とは別のボルト孔を形成する必要がない。
　複数の溝は、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って等間隔に並んでいてよい。これにより、ストッパを取付ける位置を、回転部材の軸線を中心とする所定角毎に、正確に調整することができる。
　本明細書に開示する技術によると、許容する旋回範囲の変更が容易であるとともに、高強度のストッパ機構を備える旋回装置を実現することができる。
ストッパ機構を備える産業用ロボットの外観を示す。 ストッパ機構を備える旋回装置の断面図を示す。 旋回装置の平面図を示す。 旋回装置のケースの斜視図を示す。 実施例１の第１ストッパの斜視図を示す。 実施例１の旋回装置を固定部材に取付けた状態の斜視図を示す。 実施例２の第１ストッパの斜視図を示す。 実施例２の旋回装置を固定部材に取付けた状態の斜視図を示す。
　実施例を説明する前に、実施例の技術的特徴のいくつかを以下に記す。
（特徴１）旋回装置は、複数の関節を有する産業用ロボットの第１関節を駆動する。第１関節は、産業用ロボットの複数の関節のうち、最も基部側に位置する関節である。
（特徴２）旋回装置は、偏心揺動型の歯車伝動装置である。
（特徴３）旋回装置は、ケースと、ケースに回転可能に支持されている回転部材を備える。回転部材は、基部側の固定部材に取付けられている。ケースは、旋回装置を挟んで基部とは反対側に設けられている被旋回部材に取付けられている。
　（実施例１）図１は、産業用ロボット１００の外観の概略図を示す。産業用ロボット１００は多関節ロボットであり、第１関節１１０と、第２関節１１４と、第３関節１２６と、第４関節１３０と、第５関節１３４と、第６関節１３８を有している。第１関節１１０は、メインベース１０４に取付けられており、軸線１０２の周りを回転可能である。メインベース１０４は、設置面（不動面）に固定されている。第２関節１１４は、ジョイントベース１４４に取付けられており、軸線１１２の周りを回転可能である。第１関節１１０は、産業用ロボット１００の複数の関節のうち、最も基部側（設置面側）に位置する。
　第１関節１１０が、メインベース１０４に対して、ジョイントベース１４４を軸線１０２の周りに回転させる。なお、符号１１１は、第１関節１１０を駆動するモータを示している。第３関節１２６は、軸線１２４の周りを回転可能である。第３関節１２６は、肩部１２２を軸線１２４の周りに回転させる。第４関節１３０は、軸線１４２の周りを回転可能である。第３関節１２６と第４関節１３０は、ロッド１２８で連結されている。第５関節１３４は、軸線１３６の周りを回転可能である。第４関節１３０と第５関節１３４は、ロッド１３２で連結されている。第６関節１３８は、軸線１４０の周りを回転可能である。符号１１６、１１８、１２０は夫々、第４関節１３０、第５関節１３４、第６関節１３８を駆動するモータを示している。第１～第６関節には夫々、旋回装置が組み込まれている。以下の説明では、第１～第６関節を、夫々第１～第６旋回装置と称することがある。ジョイントベース１４４は、第１旋回装置１１０を挟んで、基部側に設けられているメインベース１０４とは反対側に設けられている。ジョイントベース１４４は、第１旋回装置１１０の被旋回部材に相当する。
　図２は、第１旋回装置１１０とメインベース１０４の断面図を示す。なお、図面を明瞭にするために、一部の部品のハッチングを省略している。第１旋回装置１１０は、ケース２と、ケース２に回転可能に支持されている回転部材４を有する。回転部材４が、ボルト２２によって、メインベース１０４に固定されている。メインベース１０４は設置面に固定されているので、回転部材４は、設置面に取付けられているということができる。ケース２は、ボルト１２によって、支持部材８に固定されている。なお、図示は省略するが、支持部材８は、図１のジョイントベース１４４に固定されている。そのため、ケース２が、ジョイントベース１４４に取付けられているということができる。
　回転部材４がケース２に対して回転すると、ジョイントベース１４４が、メインベース１０４に対して回転する。第１ストッパ１０８が、ケース２に取付けられており、ケース２の回転に伴ってメインベース１０４に対して回転する。なお、詳細は後述するが、ケース２の外周側に溝が形成されており、第１ストッパ１０８の一部が、その溝に嵌合している。第１ストッパ１０８は、ケース２から、第１旋回装置１１０の径方向（回転部材４の径方向に等しい）外側に向かって延びている。なお、「径方向」とは、第１旋回装置１１０の軸線１０２に直交する方向を意味する。
　第２ストッパ１０６が、メインベース１０４に固定されている。第２ストッパ１０６は、軸線１０２に沿って延びており、第１ストッパ１０８の旋回を制限する。第２ストッパ１０６は、第１ストッパ１０８が回転し続けるとぶつかる位置に配置されている。そのため、ケース２のメインベース１０４に対する旋回量が制限される。第１ストッパ１０８と第２ストッパ１０６によって、産業用ロボット１００のストッパ機構が形成される。
　図３は、第１旋回装置１１０を図２の矢印２０の方向から見た図を示す。ケース２は、回転部材４の回転軸１０２と軸線を同じにする円筒状の外周面２ａを有している。図３では、第１ストッパ１０８の図示を省略している。ケース２の外周側に、複数の溝３６が形成されている。複数の溝３６は、回転軸１０２と同心の円弧に沿って並んでいる。また、溝３６は、ケース２の外周面２ａの周方向に等間隔に形成されている。別言すると、溝３６を画定する突条部３４が、ケース２の周面に、周方向に等間隔に形成されている。夫々の突条部３４には、ケース２を支持部材８に固定するためのボルト孔３２が形成されている（図２も参照）。ケース２の内側に、回転部材４が配置されている。回転部材４には、回転部材４をメインベース１０４に固定するための複数のボルト孔３０が形成されている。ケース２と回転部材４の間に、オイルシール１６が配置されている。オイルシール１６によって、第１旋回装置１１０内のオイルが、第１旋回装置１１０の外部に漏れることを防止している。
　図４は、ケース２の斜視図を示す。なお、図４は、ケース２の特徴を説明するための概略図であり、図３に示すケース２の形状を正確に現していない。例えば、溝３６の数、寸法等は、図３で示したケース２の形状と異なる。このことは、後述する図５～図８についても同様である。図４に示すように、溝３６は、軸線１０２に沿って延びており、軸線１０２方向の片側に底面３８を有している。別言すると、溝３６は、軸線１０２方向の片側だけが開口している。なお、溝３６は、軸線１０２に直交する方向（ケース２の径方向）においても、底面４０を有している。
　図５は、第１ストッパ１０８の斜視図を示す。第１ストッパ１０８は、固定部５４と、挿入部５２と、突出部５０を有する。固定部５４には、２つのボルト孔５６が形成されている。ボルト孔５６のピッチは、ケース２のボルト孔３２のピッチに等しい（図４を参照）。挿入部５２の形状は、ケース２の溝３６の形状にほぼ等しい。そのため、第１ストッパ１０８は、溝３６の側壁４２と、底面３８、４０に接した状態で、溝３６に嵌合することができる。挿入部５２を溝３６に挿入した状態で、ボルト孔５６、３２にボルトを通すことにより、第１ストッパ１０８がケース２に強固に固定される。なお、挿入部５２を溝３６に挿入すると、突出部５０が、ケース２の径方向外側に突出する。別言すると、第１ストッパ１０８が、ケース２の径方向に沿って、ケース２からケース２の外側に向かって延びている。
　図６は、第１旋回装置１１０をメインベース１０４に取付けた状態の斜視図を示す。第１旋回装置１１０については、ケース２と第１ストッパ１０８のみを示している。上記したように、ボルト孔３２には、ケース２を支持部材８に固定するためにボルト１２（図２を参照）が通される。ボルト１２は、図５に示す固定部５４のボルト孔５６と、図４に示すケース２のボルト孔３２を通過した状態で、支持部材８に締め付けられる。別言すると、第１ストッパ１０８とケース２が、ボルト１２によって、支持部材８に共締めされる。上記したように、第１旋回装置１１０が駆動すると、ケース２が、メインベース１０４に対して軸線１０２の周りを回転する。それにより、第１ストッパ１０８が、軸線１０２の周りを旋回する。
　第１旋回装置１１０では、ケース２は、第１ストッパ１０８と第２ストッパ１０６で構成されるストッパ機構によって、軸線１０２の周りを１周しないように制限されている。別言すると、第１旋回装置１１０では、ケース２が、軸線１０２の周りを、３６０°未満の既定角度だけ回転するように制限されている。第２ストッパ１０６は、ケース２が所定角度を越えて旋回しようとしたときに、第１ストッパ１０８と衝突する位置に配置されている。すなわち、第２ストッパ１０６は、仮に第２ストッパ１０６が存在しておらずケース２が既定角度を越えて旋回した場合に、第１ストッパ１０８が存在する範囲に配置されている。第１ストッパ１０８と第２ストッパ１０６で構成されるストッパ機構によって、第１旋回装置１１０が異常動作をしたときに、ジョイントベース１４４が既定角度を越えて旋回することを防止することができる（図１を参照）。
　ここで、第１旋回装置１１０について説明する。第１旋回装置１１０は、偏心揺動型の歯車伝動装置である。偏心揺動型の歯車伝動装置の基本的な構造は公知のため、簡単に説明する。図２に示すように、第１旋回装置１１０は、ケース２と、ケース２に回転可能に支持されている回転部材４を備えている。ケース２はリング状であり、内周面に内歯が形成されている。回転部材４は、外歯歯車１４とクランクシャフト１０を支持している。クランクシャフト１０は、軸線１０２に沿って延びている。クランクシャフト１０の軸線は、軸線１０２からオフセットしている。図示は省略するが、第１旋回装置１１０では、複数のクランクシャフト１０が、軸線１０２の周方向に沿って配置されている。複数のクランクシャフト１０の夫々が、外歯歯車１４に係合している。クランクシャフト１０には、モータ１１１のトルクが伝達される。クランクシャフト１０が回転すると、外歯歯車１４は、ケース２の内周面に設けられた内歯に噛合いながら、軸線１０２の周りを偏心回転する。外歯歯車１４の外歯の数とケース２の内歯の数が相違するので、外歯歯車１４が偏心回転すると、外歯歯車１４とケース２が相対回転する。それにより、回転部材４とケース２が相対回転する。
　上記したように、第１旋回装置１１０は、産業用多関節ロボット１００の複数の関節のうち、最も設置面側の関節（第１関節）として使用される。第１旋回装置（第１関節）１１０は、他の関節等を設置面に対して回転させる。そのため、第１旋回装置１００は、大きなトルクを出力することが要求される。偏心揺動型の歯車伝動装置は、大きな減速比（例えば、減速比３０～２５０）を実現することができる。別言すると、本実施例の第１旋回装置１１０は、大きなトルクを出力することができる。
　上記したように、第１旋回装置１１０は、大きなトルクを出力することができる。そのため、第１ストッパ１０８と第２ストッパ１０６が衝突したときに、両者の間に大きな力が作用する。しかしながら、第１ストッパ１０８の両側が溝３６の側壁４２に接しているので、第１ストッパ１０８に大きな力が作用しても、第１ストッパ１０８がケース２から外れることを抑制することができる。そのため、本実施例のストッパ機構は、従来のストッパ機構よりも高強度であり、より安全な産業用ロボットを実現することができる。なお、側壁４２と底面４０によって形成される角度は、９０度に近いほどよい。より正確にいうと、図３において、溝３６を画定している２つの側壁４２を延ばした交点が、軸線１０２に近いほどよい。これにより、第１ストッパ１０８から溝３６に加えられる力が増大し、第１ストッパ１０８と第２ストッパ１０６が衝突したときに、溝３６が負担する力が増大する。別言すると、２つの側壁４２を延ばした交点が軸線１０２に近いほど、より高強度のストッパ機構を実現することができる。
　第１旋回装置１１０では、ケース２を支持部材８に固定するためのボルト孔３２を利用して、第１ストッパ１０８をケース２に固定する。そのため、第１ストッパ１０８を固定するためだけのボルト孔を、ケース２に設ける必要がない。また、ケース２の突条部３４の夫々にボルト孔３２が設けられているので、第１ストッパ１０８の固定位置を容易に変更することができる。別言すると、第１旋回装置１１０では、第１ストッパ１０８の取付け位置の選択性が高い。例えば、図６において、第１ストッパ１０８の固定位置を、溝３６ａ、３６ｂ等に変更する場合も、ケース２に新たな加工をする必要がない。なお、上記したように、溝３６は、ケース２の周方向に等間隔に形成されている。そのため、第１ストッパ１０８の取付け位置を、軸線１０２を中心とする所定角毎に正確に調整することができる。別言すると、ケース２の旋回が禁止される範囲を、所定角毎に正確に調整することができる。
　複数の溝３６は、回転部材４の軸線１０２と同心の円弧に沿って並んでいる。そのため、いずれの溝３６に第１ストッパ１０８を固定しても、第１ストッパ１０８は、ケース２と回転部材４が相対回転したときに、第２ストッパ１０６と衝突するように位置する。そのため、第１ストッパ１０８は、いずれの溝３６に固定されてもストッパ機構としての機能を達成する。
　例えば工場では、安全のため、あるいは、他の装置との干渉を避けるためにロボットの旋回範囲を制限したいという要望がある。産業用ロボットのレイアウト変更に伴って、ロボットの旋回範囲を変更することが求められることがある。従来は、産業用ロボットのユーザが個別に追加加工を施して、ストッパの位置を変更する必要があった。本実施例の旋回装置が採用された産業用ロボットは、追加加工をすることなく、旋回範囲を変更することができる。
　（実施例２）図７は、第１ストッパ１０８ａの斜視図を示す。図８は、第１ストッパ１０８ａを用いた第１旋回装置１１０ａをメインベース１０４に取付けた状態の斜視図を示す。なお、第１ストッパ１０８ａは、第１ストッパ１０８の変形例であり、第１ストッパ１０８と機能が同じ部分に同じ数字の符号を付すことにより、詳細な説明を省略することがある。また、第１旋回装置１１０ａは、第１ストッパの形状だけが第１旋回装置１１０と相違する。第１ストッパ１０８ａは、軸線１０２に沿って、ケース２からケース２の外側に向かって延びており、突出部５０ａが、ケース２の軸線１０２方向に突出している。そのため、第１旋回装置１１０ａの径方向のサイズが、ケース２の径方向のサイズに等しい。すなわち、第１旋回装置１１０ａは、径方向に突出部が存在しない。そのため、第１旋回装置１１０ａが駆動しているときに、第１ストッパ１０８ａが、第１旋回装置１１０ａの周囲の装置等に衝突することを抑制することができる。産業用ロボット１００の安全性を、より高くすることができる。
　上記実施例では、ストッパ機構を、産業用ロボットの第１関節１１０に設ける例について説明した。ストッパ機構は、他の関節に設けることもできる。例えば、第３関節（第３旋回装置）１２６に設けてもよい。この場合、第３旋回装置１２６のケースに、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って複数の溝を設け、いずれかの溝に第１ストッパを嵌合させる。そして、肩部１２２に第２ストッパを固定する。
　上記実施例では、１個の第１ストッパ１０８（１０８ａ）をケース２に固定している。複数の第１ストッパ１０８（１０８ａ）をケース２に固定してもよい。
　上記実施例では、ケース２の外周面２ａが円筒状である。ケース２に形成されている複数の溝３６が、回転部材４と軸線１０２を同じにする円弧に沿って形成されていれば、ケース２の外周面の形状は円筒状でなくてもよい。例えば、旋回装置のケースは、多角形であってもよい。
　上記実施例では、ケース２をジョイントベース１４４（被旋回部材）に固定し、回転部材４をメインベース１０４に固定している。ケース２をメインベース１０４に固定し、回転部材４をジョイントベース１４４に固定してもよい。この場合、第２ストッパをジョイントベース１４４に固定する。
　上記実施例では、旋回装置として、偏心揺動型の歯車伝動装置を使用している。しかしながら、ケースに対して回転部材を回転させることができれば、他のタイプの旋回装置を使用してもよい。また、偏心揺動型の歯車伝動装置の場合、クランクシャフトが、回転部材の軸線と同心であってもよい。
　実施例のストッパ機構は、次のように表現することもできる。旋回装置の回転部材に固定された被回転部材に、第２ストッパが取付けられている。第２ストッパは、回転部材がケースに対して予め決められた角度回転したときに、ケースに固定されている第１ストッパに衝突する位置に配置されている。第１ストッパと第２ストッパによって、回転部材の旋回範囲を制限するストッパ機構が実現される。なお、第２ストッパは、回転部材に直接固定されていてよいし、回転部材に固定される被回転部材に固定されていてもよい。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (6)

  1. 　ケースと、そのケースに対して相対回転する回転部材と、ケースに対する回転部材の旋回範囲を制限するストッパとを備える旋回装置であって、
    　前記ケースに、回転部材の軸線方向に延びる複数の溝が、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って形成されており、
    　前記ケースを固定するためのボルトが通過するボルト孔が、隣接する２つの溝を画定する突条部の夫々に形成されており、
    　前記ストッパは、その一部が前記溝に嵌合するとともに前記ボルトによって前記ケースに固定されていることを特徴とする旋回装置。
  2. 　前記複数の溝が、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って等間隔に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の旋回装置。
  3. 　前記ストッパは、回転部材の径方向に沿って前記ケースの外側へ延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回装置。
  4. 　前記ストッパは、回転部材の軸線方向に沿って前記ケースの外側へ延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回装置。
  5. 　前記旋回装置が、偏心揺動型の歯車伝動装置であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の旋回装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の旋回装置を有する多関節ロボットであり、
    　前記旋回装置は、最も基部側に位置する関節を駆動し、
    　前記回転部材が基部に取付けられており、
    　前記ケースが基部に対して回転することを特徴とする多関節ロボット。
     
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