WO2017130926A1

WO2017130926A1 - ロボットアーム機構

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Publication number: WO2017130926A1
Application number: PCT/JP2017/002231
Authority: WO
Inventors: 尹　祐根; 啓明松田
Original assignee: ライフロボティクス株式会社
Priority date: 2016-01-30
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-08-03
Also published as: JP6725541B2; JPWO2017130926A1; DE112017000578T5; US20180370049A1; CN108472817A

Abstract

安全信頼性の高いロボットアーム機構を提供すること。ロボットアーム機構は、基台（１）に旋回回転関節部（Ｊ１）を備えた支柱部（２）が支持され、支柱部（２）上には起伏回転関節部（Ｊ２）を備えた起伏部（４）が載置され、起伏部（４）には直動伸縮性のアーム（５）を備えた直動伸縮機構（Ｊ３）が設けられ、アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部（６）が装備される。手首部（６）にはエンドエフェクタを揺動回転するための揺動回転関節部（Ｊ４）、エンドエフェクタを前後に傾動回転するための傾動回転関節部（Ｊ５）、エンドエフェクタを軸回転するための軸回転関節部（Ｊ６）が組み合わされる。Ｊ１－Ｊ６の少なくとも２つにはそれぞれ動作を機構上の作動範囲に制限する機構上ストッパ機構と、機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限する安全上ストッパ機構とが装備される。

Description

ロボットアーム機構

　本発明の実施形態はロボットアーム機構に関する。

　近年介護用ロボットはもちろん産業用ロボットでも作業者の近傍で作業を行なう状況の可能性が検討されている。この状況が実現すれば例えば健常者と同様に障害者が作業をすることができる。発明者らが実用化を実現した直動伸縮関節部を備えた垂直多関節アーム機構は肘関節がなく、特異点もないことから、ロボット装置が作業者と協働して作業できる環境を実現している。このような作業員の近傍に設置され、作業員と協働することを目的としたロボットでは当然にしてより信頼性の高い安全レベルが必要とされる。

　ソフトリミットで可動範囲を制限することが一般的に行なわれているが、作業者の設定ミス、さらにシステム暴走や原点の位置ずれ等の非常事態に備えるためにロボットを安全柵で囲むことが安全信頼性の確保の観点から必要とされる。

　しかしロボットを安全柵で囲むことは作業員と協働するロボットでは作業性が低下する恐れがある。またロボットを移動させて、異なる協働タスクを実行させる状況ではその都度安全柵を再設置する必要もあり、ダウンタイムが長時間化するだけでなく作業負担が増加し非常に煩わしい。

　目的は、安全信頼性の高いロボットアーム機構を提供することにある。

　本実施形態に係るロボットアーム機構は、基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、起伏部には直動伸縮性のアームを備えた直動伸縮機構が設けられ、アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備される。手首部にはエンドエフェクタを揺動回転するための揺動回転関節部、エンドエフェクタを前後に傾動回転するための傾動回転関節部、エンドエフェクタを軸回転するための軸回転関節部が組み合わされる。旋回回転関節部、起伏回転関節部、直動伸縮機構、揺動回転関節部、傾動回転関節部及び軸回転関節部の少なくとも２つにはそれぞれ動作を機構上の作動範囲に制限する機構上ストッパ機構と、機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限する安全上ストッパ機構とが装備される。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観を示す斜視図である。図２は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。図３は、図１の支柱部内の第１回転関節部Ｊ１のストッパ機構の構造を示す平面図である。図４は、図１の起伏部４の側面図である。図５は、図５の起伏部内の第２回転関節部Ｊ２の構造を示す断面図である。図６は、図１の起伏部内の第２回転関節部Ｊ２のストッパ機構を示す図である。図７は、図１の直動伸縮機構Ｊ３のストッパ機構を示す斜視図である。図８は、図１の手首部内の揺動回転関節部Ｊ４、傾動回転関節部Ｊ５のストッパ機構を示す図である。図９は、図１の手首部内の軸回転関節部Ｊ６のストッパ機構を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。本実施形態に係るロボットアーム機構としてここでは直動伸縮機構を備えた垂直多関節型のロボットアーム機構を説明するが、他のタイプのロボットアーム機構であってもよい。

　図１は本実施形態に係る直動伸縮機構を備えた垂直多関節型のロボットアーム機構の外観を示している。図２はロボットアーム機構の構成を図記号表現により示している。当該ロボットアーム機構の基台１には円筒体をなす支柱部２が典型的には鉛直に設置される。支柱部２は旋回回転関節部としての第１関節部Ｊ１を収容する。第１関節部Ｊ１はねじり回転軸ＲＡ１を備える。回転軸ＲＡ１は鉛直方向に平行である。第１関節部Ｊ１の回転によりアーム部５は水平に旋回する。支柱部２は下部２－１と上部２－２とからなる。下部２－１は第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。上部２－２は第１関節部Ｊ１の回転部に接続され、回転軸ＲＡ１を中心に軸回転する。円筒体をなす支柱部２の内部中空には後述する直動伸縮機構としての第３関節部Ｊ３の第１、第２コマ列が収納される。支柱部２の上部２－２には起伏回転関節部としての第２関節部Ｊ２を収容する起伏部４が設置される。第２関節部Ｊ２は曲げ回転関節である。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は回転軸ＲＡ１に垂直である。第２関節部Ｊ２は支柱部２の上部２－２に載置される。第２関節部Ｊ２の回転によりアーム部５は上下に起伏する。

　第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。詳細は後述するが、直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、いわゆる直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は屈曲自在であるが、中心軸（伸縮中心軸ＲＡ３）に沿ってアーム部５の根元の射出部３５から前方に送り出されるときには屈曲が制限され、直線的剛性が確保される。アーム部５は後方に引き戻されるときには射出部３５において屈曲が回復される。アーム部５は第１コマ列と第２コマ列とを有する。第１コマ列は屈曲自在に連結された複数の第１コマからなる。第１コマは略平板形に構成される。第２コマ列は複数の第２コマからなる。第２コマは横断面Ｕ字形状又はコ字形状の溝状体をなす。第２コマは底板の連結軸で屈曲自在に連結される。第２コマ列の屈曲は、第２コマの側板の端面どうしが当接する位置で制限される。その位置では第２コマ列は直線的に配列する。第１コマ列のうち先頭の第１コマと、第２コマ列のうち先頭の第２コマとは結合コマにより接続される。例えば、結合コマは第２コマと第１コマとを合成した形状を有している。

　第１、第２コマ列は四角筒体形状の射出部３５を通過する際に互いに押圧されて接合する。接合により第１、第２コマ列は直線的剛性を発揮し、柱状のアーム部５を構成する。射出部３５の後方にはドライブギアが設けられる。ドライブギアは減速器を介してステッピングモータに接続される。第１コマの背面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギアが形成されている。複数の第１コマが直線状に整列されたときに隣合うリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。ドライブギアは、直線状のリニアギアにかみ合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギアとともにラックアンドピニオン機構を構成する。ドライブギアが順回転するとき第１、第２コマ列は射出部３５から前方に送り出される。ドライブギアが逆回転するとき第１、第２コマ列は射出部３５の後方に引き戻される。引き戻された第１、第２コマ列は射出部後方で分離される。分離された第１、第２コマ列はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰する。屈曲可能な状態に復帰した第１、第２コマ列は、ともに同じ方向（内側）に屈曲し、支柱部２の内部に鉛直に収納される。このとき、第１コマ列は第２コマ列に略平行にほぼ揃った状態で収納される。

　アーム部５の先端には手首部６が取り付けられる。手首部６は第４～第６関節部Ｊ４～Ｊ６を装備する。第４～第６関節部Ｊ４～Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４～ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮中心軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりエンドエフェクタは揺動回転される。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節であり、この第５関節部Ｊ５の回転によりエンドエフェクタは前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４と第５回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりエンドエフェクタは軸回転される。

　エンドエフェクタ（手先効果器）は、手首部６の第６関節部Ｊ６の回転部下部に設けられたアダプタ７に取り付けられる。エンドエフェクタはロボットが作業対象（ワーク）に直接働きかける機能を持つ部分であり、例えば把持部、真空吸着部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガンなどのタスクに応じて様々なツールが存在する。このエンドエフェクタにはそのツールの種類に応じて電力ケーブル、制御コード、エアチューブ、水冷ケーブルなど各種ラインが接続されている。エンドエフェクタは、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部５の伸縮距離の長さは、基台１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にエンドエフェクタを到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。

　図３は、支柱部２の上部２－２のカバーを取り外した状態で第１関節部Ｊ１の内部構造を示す平面図である。第１関節部Ｊ１は円筒形状又は円環形状の回転台座２０１を有する。回転台座２０１は、支柱部２の下部２－１に接続される。支柱部２の下部２－１は基台１に接続されるので、回転台座２０１は固定部である。回転体２０２は円筒形状又は円環形状をなす。回転体２０２はその外径が回転台座２０１の内径よりも若干短く、回転台座２０１の内側に回転自在に嵌め込まれる。典型的には回転台座２０１と回転体２０２との間にはベアリングが介在される。回転体２０２の上部には図示しない例えば円筒柱形状の支柱フレームが設置される。この支柱フレームの内部中空には、引き戻された第１、第２連結コマ列が収納される。回転体２０２の回転に伴って支柱フレームが軸回転をする。回転体２０２には、図示しないモータの回転軸が直接又は動力伝達機構を介して関節的に接続される。

　回転体２０２の上面は、回転台座２０１の上面に揃えられ、又は回転台座２０１の上面よりも若干高い。これら回転体２０２の上面と、回転台座２０１の上面とには、回転体２０２の回転を制限するためのストッパ機構が設けられている。本実施形態では２種類の機械的なストッパ機構が装備される。２種類のストッパ機構は一部の構造を共用している。一方のストッパ機構は、回転体２０２の回転を、第１関節部Ｊ１の機構上の作動範囲内に制限する。機構上の作動範囲は、回転体２０２の回転に起因する「支柱部２の内部を引き回されている多数のケーブルの断線」、及び「支柱部２の内部構造と第１、第２コマ列との接触による破損」等を回避するためのロボット設計上許容されている最大回転範囲である。

　他方のストッパ機構は、本実施形態に係るロボットアーム機構が設置された周辺環境に応じて変化する安全上の可動範囲内に回転体２０２の回転を制限するために装備される。この安全上の可動範囲は、機構上の作動範囲より狭い範囲であり、ユーザにより任意に設定される。当該「安全上の可動範囲」は、一般的用語としての「可動領域」とは区別されるべきであり、この「可動領域」とはロボットの可動部により掃引される立体的な領域とし定義され、この「可動領域」から、ロボットアーム機構が設置された位置の周囲の環境における他の構造物及び作業員等の干渉物にアーム部５や手首部６、さらにはハンド装置が接触する領域を除外し、その結果与えられる領域（安全領域）を確保するために第１関節部Ｊ１に対して許可される回転範囲がここでは「安全上の可動範囲」として定義される。

　一方の作動範囲を規制するストッパ機構は、回転台座２０１の上面に、上方に突起する状態で設置される一対のストッパブロック２０４，２０５と、回転体２０２の上面に半径方向外側に突起する状態で設置されるストッパロッド２０６とから構成される。ストッパロッド２０６は例えば回転体２０２のロボット正面位置に取り付けられる。一対のストッパブロック２０４，２０５は、ストッパロッド２０６の周回軌道上であって、機構上の作動範囲の両限界位置に設置される。ストッパロッド２０６がストッパブロック２０４，２０５に当接する位置で回転体２０２の回転が強制的に係止される。

　他方の安全上の可動範囲を規制するストッパ機構は、回転台座２０１の上面に、上方に突起する状態で設置される一対のストッパブロック２０７，２０８と、回転体２０２の上面に半径方向外側に突起する状態で設置されるストッパロッド２０６とから構成される。一対のストッパブロック２０７，２０８は、ストッパロッド２０６の周回軌道上であって、安全上の可動範囲の両限界位置に設置される。この他方のストッパ機構のストッパブロック２０７，２０８は、上記一方のストッパ機構のストッパブロック２０４，２０５と同じ円周上に設置される。ストッパロッド２０６は２種類のストッパ機構で共用されている。ストッパロッド２０６がストッパブロック２０７，２０８に当接する位置で回転体２０２の回転が係止される。

　ストッパブロック２０７，２０８は、回転台座２０１の上面に設けられたブロック装着部２０９に着脱自在である。ストッパブロック２０７，２０８は例えば六角穴付ボルトであり、ブロック装着部２０９はネジ穴として提供される。複数のブロック装着部２０９が回転台座２０１の上面、ストッパロッド２０６の周回軌道上であって、一方のストッパブロック２０４と他方のストッパブロック２０５との間に例えば５度間隔で均等に分散配置されている。好ましくは正面位置のブロック装着部２０９の隣には「０度」が記され、同様に他のブロック装着部２０９各々の隣にも「＋５度」、「＋１０度」、・・・、「－５度」、「－１０度」、・・・が記されている。複数のブロック装着部２０９から選択された一対のブロック装着部２０９にストッパブロック２０７，２０８が装着される。一対のブロック装着部２０９の選択により、ロボットアーム機構の設置位置に応じて変化する安全上の可動範囲に柔軟に対応する事ができる。

　このように機構上の作動範囲だけでなく、安全上の可動範囲を機械的なストッパ機構で制限することにより安全信頼性の向上が期待できる。またストッパブロック２０７，２０８の装着及びその位置を目視確認できることから、安全上の可動範囲の設定ミスも回避できる。さらにストッパブロック２０７，２０８の装着位置を変更するだけで、安全上の可動範囲を簡易に変更することができる。

　なお、上述では回転台座にストッパブロックを設置し、回転体にストッパロッドを設置したが、回転台座にストッパロッドを設置し、回転体にストッパブロックを設置するようにしてもよい。また上述では２個のストッパブロック２０４，２０５と、２個のストッパブロック２０７，２０８を装備することを説明したが、機構上の作動範囲が３６０度又はその近傍であるときは１個のストッパブロック２０４でよく、また安全上の可動範囲が一方向のみに必要とされるときには１個のストッパブロック２０７であってもよい。また上述ではストッパブロックを装着するための複数のブロック装着部をストッパロッドの周回軌道上に分散配置することを説明したが、複数のブロック装着部に代えて、回転台座２０１に、ストッパロッド２０６の周回軌道に沿って、ストッパブロック２０４からストッパブロック２０５に至る円弧状のスリットを設けるようにしてもよい。この場合、ブロック装着部の位置に制限されることなく、スリットの任意の位置にストッパブロック２０７，２０８を装着することができる。さらに上述では回転体２０２の回転を回転関節部の機構上の作動範囲に制限するための機械的なストッパ機構と回転体２０２の回転をロボットアーム機構の安全上の可動範囲に制限するための機械的なストッパ機構とを同じ位置に装備させて、回転体２０２に固定したストッパロッド２０６をこれら２種類のストッパ機構で共用させる構造を説明した。しかし、本質的には、回転体２０２の回転を回転関節部の機構上の作動範囲に制限するためのストッパ機構とは別に、回転体２０２の回転をロボットアーム機構の安全上の可動範囲に制限するためのストッパ機構を装備させることにある。この２種類のストッパ機構を互いに別の位置に装備させるようにしてもよい。

　なお、上述の説明では、回転体２０２にストッパロッド２０６を取り付け、回転台座２０１にストッパブロック２０４，２０５と、ストッパブロック２０７，２０８とを取り付けていたが、それとは逆に、回転体２０２にストッパブロック２０４，２０５と、ストッパブロック２０７，２０８とを取り付け、回転台座２０１にストッパロッド２０６を取り付けるようにしてもよい。

　他の関節Ｊ２－Ｊ６にも同様に個々に、各動作を機構上の作動範囲に制限するための機械的なストッパ機構と、その作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限するための機械的なストッパ機構とを装備している。

　図４、図５に示すように、第２関節部Ｊ２は固定部（支持部）として一対のサイドフレーム３２－１，３２－２を備える。サイドフレーム３２－１，３２－２は支柱部２の躯体としての支柱フレーム（リンク）１２の上部に載置される。この一対のサイドフレーム３２－１，３２－２に、モータハウジングを兼用する回転部としてのドラム体３１が支持される。ドラム体３１の一端は一方のサイドフレーム３２－２にベアリング３４を介して軸支されている。ドラム体３１の内部にはモータ３６がギアボックス３７とともに固定される。ギアボックス３７の出力軸（駆動軸）３８が他方のサイドフレーム３２－１に固定されている。出力軸３８の回転に伴ってドラム体３１が回転する。ドラム体３１にはその周面から半径方向に沿って前方に突き出た態様でラグ体３３が固定される。ドラム体３１はラグ体３３ともに回転部を構成する。ラグ体３３には上述した第１、第２コマ列を支持する射出部３５が設置されている。ドラム体３１が回転すると、それとともに射出部３５も回転し、それにより射出部３５に支持されているアーム部５が起伏する。射出部３５を通過して送り出され、また引き戻される第１、第２コマ列はドラム体３１の周面上部を摺動しながら方向転換される。ラグ体３３は射出部３５とともに筒状の硬質カバー２２に覆われている。硬質カバー２２と、サイドフレーム３２－１，３２－２を覆う鞍形の硬質カバー２１との間隙は蛇腹カバー１４で覆われる。

　図６（ａ）に示すように、ドラム体３１の両端には軸方向と平行に突出する態様でストッパロッド４０－１，４０－２が取り付けられる。サイドフレーム３２－１，３２－２の内面には、回転軸ＲＡ２を中心としてストッパロッド４０－１，４０－２と同半径で円弧状の溝部４１－１，４１－２がそれぞれ形成される。ストッパロッド４０－１，４０－２は、ドラム体３１の回転により、円弧状の溝部４１－１，４１－２を移動する。溝部４１－１，４１－２各々の中心角は、アーム部５の起伏動作に関する第２関節部Ｊ２の機構上の作動範囲に等価である。溝部４１－１の両端にはストッパブロック４２－１が固定される。溝部４１－２の両端にも同様にストッパブロック４２－２が固定される。ストッパロッド４０－１，４０－２はストッパブロック４２－１，４２－２に当接し係止する。それにより図６（ｂ）に示すように第２関節部Ｊ２の回転は機構上の作動範囲に制限される。

　溝部４１－１にはサイドフレーム３２－１を貫通する複数のピンホール４３－１が等間隔で空けられている。溝部４１－２にもサイドフレーム３２－２を貫通する複数のピンホール４３－２が等間隔で空けられている。複数のピンホール４３－１の中の典型的には２つのピンホール４３－１に、サイドフレーム３２－１の外側からストッパピン４４－１が嵌入される。同様にサイドフレーム３２－２の外側からストッパピン４４－２が嵌入される。ドラム体３１の回転とともに回転するストッパロッド４０－１，４０－２は、ストッパピン４４－１，４４－２に当接し係止する。それにより第２関節部Ｊ２の回転は安全上の可動範囲に制限される。ストッパピン４４－１，４４－２を嵌入するピンホール４３－１，４３－２を選択することにより安全上の可動範囲を任意に設定する事ができる。

　なお、ドラム体３１にストッパロッド４０－１，４０－２を取り付け、サイドフレーム３２－１，３２－２に溝部４１－１，４１－２、ストッパブロック４２－１，４２－２、ピンホール４３－１，４３－２，ストッパピン４４－１，４４－２を設けていたが、それとは逆にドラム体３１に溝部４１－１，４１－２、ストッパブロック４２－１，４２－２、ピンホール４３－１，４３－２，ストッパピン４４－１，４４－２を設け、サイドフレーム３２－１，３２－２にストッパロッド４０－１，４０－２を取り付けるようにしてもよい。

　また、ストッパロッド４０－１，４０－２は、図６（ａ）ではドラム体３１を軸方向と平行に貫通する１本のロッドの両端として図示しているが、別体としてドラム体３１の両端面にそれぞれ突起させるようにしてもよい。また、機構上及び安全上のストッパ構造は、ドラム体３１の一端とサイドフレーム３２－１との間、及びドラム体３１の他端とサイドフレーム３２－２との間との両方に装備させているが、いずれか一方にのみ装備させるようにしてもよい。

　図７には第３関節部Ｊ３のストッパ機構を示している。なお紙面左側がアーム部５の前方である。上述したようにアーム部５は第１コマ列５１と第２コマ列５２とを有し、第１コマ列５１は連結軸６３により屈曲自在に連結された略平板形の複数の第１コマ５３からなる。第２コマ列５２は連結軸６４により屈曲自在に連結された、横断面がＵ字形状又はコ字形状の溝状体をなす複数の第２コマ５４からなる。そして第１、第２コマ列５１，５２が四角筒体形状の射出部３５を通過する際に互いに押圧されて接合することにより、直線的剛性を備えた柱状のアーム部５が構成される。

　第１コマ列５１を構成する複数の第１コマ５３のうち最後尾の第１コマ５５の両側にはストッパピン５７がそれぞれ外側に突出する態様で固定される。ドライブギアが順回転して第１、第２コマ列５１，５２が射出部３５から前方に送り出され、その伸張距離が機構上の作動範囲の限界に達したとき、最後尾の第１コマ５５のストッパピン５７が射出部３５の後端面に当接し、係止される。

　最後尾以外の複数の第１コマ５３各々の両側にはストッパピン５９を装着するための構造として例えばネジ孔６１が空けられている。任意の第１コマ５３のネジ孔６１にストッパピン５９が装着され得る。ドライブギアが順回転して第１、第２コマ列５１，５２が射出部３５から前方に送り出され、その伸張距離が安全上の可動範囲の限界に達したとき、当該第１コマ５３のストッパピン５９が射出部３５の後端面に当接し、係止される。

　なお、上述の説明では、第１コマ５３の両側にネジ孔６１及びストッパピン５７、５９を設けたが、第１コマ５３の片側だけネジ孔６１及びストッパピン５７、５９を設けるようにしてもよい。また第１コマ５３ではなく、第２コマ５４にネジ孔６１及びストッパピン５７、５９を設けるようにしてもよいし、第１、第２コマ５３、５４の両方にネジ孔６１及びストッパピン５７、５９を設けるようにしてもよい。

　次に第４関節部Ｊ４のストッパ機構について説明する。図８には手首部６の内部構造を示している。アーム部５の先端のマウント６６には円筒状の軸体７１が固定され、この円筒状軸体７１には回転軸ＲＡ４を中心に回転自在に短冊形の回転体７３が装着される。円筒状軸体７１は回転体７３とともに第４関節部Ｊ４を構成する。円筒状軸体７１のフランジ７４にはその円周に沿って複数のストッパピース装着部７７が円弧状に配列される。ストッパピース装着部７７は例えば矩形の凹部として提供される。特定のストッパピース装着部７７にはストッパピース８１が固定される。回転体７３にはストッパブロック７５が取り付けられる。ストッパピース８１の先端部分はフランジ７４から前方に突出しており、ストッパブロック７５の周回軌道上に位置する。なお、ストッパピース８１はフランジ７４に対して着脱自在でも良いし、取り外しできないように例えばフランジ７４から伸延するようにフランジ７４に一体的に設けられていてもよい。

　回転体７３が回転して回転角度が機構上の作動範囲の限界に達したとき、ストッパブロック７５がストッパピース８１に当接し、係止される。なお、ストッパブロック７５は例えばＨ字形状に形成される。ストッパピース８１はＨ字形状のストッパブロック７５の凹部分に嵌挿する。ストッパブロック７５のＨ字形状はストッパブロック７５の回転体７３への取り付け強度を確保しながら、制限範囲をＨ字形状の窪みの深さ分だけ拡大させることができる。

　任意のストッパピース装着部７７にはストッパピース７９が装着され得る。回転体７３が回転して回転角度が安全上の可動範囲の限界に達したとき、ストッパブロック７５がストッパピース７９に当接し、係止される。

　なお、上述では、軸体７１のフランジ７４にストッパピース装着部７７、ストッパピース７９、ストッパピース８１を設け、回転体７３にストッパブロック７５を取り付けるように説明したが、それとは逆に、回転体７３にストッパピース装着部７７、ストッパピース７９、ストッパピース８１を設け、軸体７１のフランジ７４にストッパブロック７５を取り付けるようにしてもよい。

　次に第５関節部Ｊ５のストッパ機構について説明する。上記回転体７３にはＵ字形のアーム８３が両端において回転軸ＲＡ５を中心として回転自在に支持される。Ｕ字アーム８３は回転体７３とともに第５関節部Ｊ５を構成する。回転体７３に軸支されるＵ字アーム８３の端部８５は円板形状であり、その円板部分８５よりアーム部分８９の幅が広く、従ってアーム部分８９の端面８６が円板部分８５の外周より半径方向に突出している。回転体７３の端部８２には、円板部分８５の外周に近接した特定位置にストッパピン８７が固定される。Ｕ字アーム８３が回転して回転角度が機構上の作動範囲の限界に達したとき、アーム部分８９の端面（ストッパ）８６がストッパピン８７に当接し、係止される。なお、第５関節部Ｊ５の機構上及び安全上のストッパ構造は、回転体７３の一端とＵ字形のアーム８３の一端との間と、回転体７３の他端とＵ字形のアーム８３の他端との間との両方に装備させているが、その一方にのみ装備させるようにしてもよい。

　円板部分８５にはその外周に沿って複数のストッパピース装着部８４が円弧状に配列される。任意のストッパピース装着部８４にはストッパピース８８が装着され得る。ストッパピース８８は例えばネジ孔として提供される。Ｕ字アーム８３が回転して回転角度が安全上の可動範囲の限界に達したとき、ストッパピース８８がストッパピン８７に当接し、係止される。

　なお、上述では、回転体７３にストッパピン８７を取り付け、Ｕ字アーム８３にストッパ８６、ストッパピース装着部８４及びストッパピース８８を設けるようにしているが、それとは逆に、Ｕ字アーム８３にストッパピン８７を取り付け、回転体７３にストッパ８６、ストッパピース装着部８４及びストッパピース８８を設けるようにしてもよい。

　次に第６関節部Ｊ６のストッパ機構について説明する。図９に示すように第６関節部Ｊ６は、上記Ｕ字アーム８３の中央に固定される円環状の固定部９１と、固定部９１に回転自在に支持される円板状の回転体９３とを有する。固定部９１にはストッパロッド９７が取り付けられる。回転体９３には円環状の溝部９５が設けられる。回転体９３が回転するときストッパロッド９７が溝部９５を相対的に移動する。溝部９５の特定位置にはストッパピン９４が固定される。回転体９３が回転して回転角度が機構上の作動範囲の限界に達したとき、ストッパピン９４がストッパロッド９７に当接し、係止される。

　溝部９５にはその円周に沿って複数のストッパピン装着部９９が配列される。任意のストッパピン装着部９９にはストッパピン９６が装着され得る。ストッパピン９６は例えばネジ孔として提供される。回転体９３が回転して回転角度が安全上の可動範囲の限界に達したとき、ストッパピン９６がストッパロッド９７に当接し、係止される。

　なお、上述では、固定部９１にストッパロッド９７が取り付け、回転体９３に溝部９５、ストッパピン９４、ストッパピン装着部９９及びストッパピン９６を設けるようにしているが、それとは逆に、回転体９３にストッパロッド９７が取り付け、固定部９１に溝部９５、ストッパピン９４、ストッパピン装着部９９及びストッパピン９６を設けるようにしてもよい。

　このように本実施形態によれば、全ての関節部に各動作をそれぞれの機構上の作動範囲を制限するストッパ機構を装備し、さらに全ての関節部に各動作をそれぞれの安全上の可動範囲を制限するストッパ機構を装備しており、それによりエンドエフェクタやアーム部５の立体的な動きに対して有効に規制することができ、したがってアーム部５等を最大限可動させながら安全信頼性を向上させることを実現する。

　なお、この作用効果は、旋回回転関節部Ｊ１、起伏回転関節部Ｊ２、直動伸縮機構Ｊ３、揺動回転関節部Ｊ４、傾動回転関節部Ｊ５及び軸回転関節部Ｊ６のうち少なくとも２つ、旋回回転関節部Ｊ１、起伏回転関節部Ｊ２及び直動伸縮機構Ｊ３のうち少なくとも２つ、又は揺動回転関節部Ｊ４、傾動回転関節部Ｊ５及び軸回転関節部Ｊ６のうち少なくとも２つにそれぞれ動作を機構上の作動範囲に制限する機構上ストッパ機構と、機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限する安全上ストッパ機構とを装備させることによってもある程度奏することができる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

　１…基台、２…支柱部、４…起伏部、５…アーム部、６…手首部、２０１…回転台座、２０２…回転体、２０４，２０５…ストッパブロック、２０６…ストッパロッド、２０７，２０８…ストッパブロック、２０９…ブロック装着部。

Claims

　基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、前記支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、前記起伏部には直動伸縮性のアームを備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタを揺動回転するための揺動回転関節部、前記エンドエフェクタを前後に傾動回転するための傾動回転関節部、前記エンドエフェクタを軸回転するための軸回転関節部が組み合わされてなるロボットアーム機構において、
　前記旋回回転関節部、前記起伏回転関節部、前記直動伸縮機構、前記揺動回転関節部、前記傾動回転関節部及び前記軸回転関節部の少なくとも２つにはそれぞれ動作を機構上の作動範囲に制限する機構上ストッパ機構と、前記機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限する安全上ストッパ機構とが装備されることを特徴とするロボットアーム機構。
　前記旋回回転関節部、前記起伏回転関節部及び前記直動伸縮機構の少なくとも２つに前記機構上ストッパ機構と前記安全上ストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
　前記旋回回転関節部、前記起伏回転関節部及び前記直動伸縮機構それぞれに前記機構上ストッパ機構と前記安全上ストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
　前記旋回回転関節部及び前記起伏回転関節部それぞれに前記機構上ストッパ機構と前記安全上ストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
　前記旋回回転関節部及び前記直動伸縮機構それぞれに前記機構上ストッパ機構と前記安全上ストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
　前記起伏回転関節部及び前記直動伸縮機構それぞれに前記機構上ストッパ機構と前記安全上ストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
　前記揺動回転関節部、前記傾動回転関節部及び前記軸回転関節部の少なくとも２つにそれぞれ動作を機構上の作動範囲に制限するストッパ機構と、前記機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限するストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
　前記揺動回転関節部及び前記傾動回転関節部それぞれに動作を機構上の作動範囲に制限するストッパ機構と、前記機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限するストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項７記載のロボットアーム機構。
　前記揺動回転関節部及び前記軸回転関節部それぞれに動作を機構上の作動範囲に制限するストッパ機構と、前記機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限するストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項７記載のロボットアーム機構。
　前記傾動回転関節部及び前記軸回転関節部それぞれに動作を機構上の作動範囲に制限するストッパ機構と、前記機構上の作動範囲より狭い安全上の可動範囲に制限するストッパ機構とが装備されることを特徴とする請求項７記載のロボットアーム機構。