WO2021044488A1 - アーム旋回型ロボット - Google Patents

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WO2021044488A1
WO2021044488A1 PCT/JP2019/034444 JP2019034444W WO2021044488A1 WO 2021044488 A1 WO2021044488 A1 WO 2021044488A1 JP 2019034444 W JP2019034444 W JP 2019034444W WO 2021044488 A1 WO2021044488 A1 WO 2021044488A1
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protrusion
robot
main body
bolt
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健次 石塚
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ヤマハ発動機株式会社
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    • B25J9/1005Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means
    • B25J9/101Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means using limit-switches, -stops

Definitions

  • the present invention relates to an arm swivel robot having a swivel arm.
  • an arm swivel robot having a swivel arm has been known.
  • an articulated robot such as a horizontal articulated robot or a vertical articulated robot can be said to be a typical example of an arm swivel robot.
  • the turning angle of the arm is usually limited within a predetermined range by a program, and further, assuming that a malfunction occurs, the arm is forced to turn beyond the predetermined range (machine).
  • a stopper is provided to prevent it.
  • Cited Document 1 discloses an example of a horizontal articulated robot provided with a stopper.
  • This horizontal articulated robot includes a base fixed on a base and an arm (robot arm) rotatably supported by the base, and the arm is rotatably supported by the base. It is composed of an arm portion and a second arm portion rotatably connected to the tip of the first arm portion.
  • a stopper a pair of first protrusions are provided on the upper surface of the first arm portion, and a second protrusion is provided on the lower surface of the second arm portion.
  • the first and second protrusions are arranged on the same circumference centered on the connecting shaft (rotation shaft) between the first arm portion and the second arm portion. That is, when these first and second protrusions come into contact with each other, the turning angle of the second arm with respect to the first arm is restricted within a predetermined range.
  • the first and second arm parts are cast parts, and the first and second protrusions are integrally molded with the first and second arm parts. Therefore, the following problems can be considered. That is, in recent articulated robots, the weight of the arm can be reduced by forming the arm with an aluminum alloy (aluminum die-cast) in order to rotate the arm at a higher speed. In this configuration, if the collision load when the first protrusion and the second protrusion collide is large, it is conceivable that the protrusion breaks and falls off.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is a technique capable of effectively suppressing damage to a protrusion in an arm swivel type robot in which a protrusion is integrally molded on the arm as a stopper.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention includes a first member and a second member rotatably connected to the first member, and at least one of the first member and the second member is an arm swivel.
  • the second member is provided on the member main body and the member main body so as to project outward from the wall surface of the member main body, and the second member is rotated with the rotation of the second member. It is provided with a protrusion that regulates the rotation range of the second member by contacting with one member, and a shaft-shaped reinforcing member arranged inside the protrusion, and the protrusion of the member main body.
  • the other portion is integrally formed of the same material, and the reinforcing member is arranged from the protrusion portion to the other portion of the member main body portion.
  • FIG. 1 is a side view of a horizontal articulated robot to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view of the horizontal articulated robot viewed from diagonally below.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a part of the arm main body portion showing the structure of the first protrusion portion (second protrusion portion).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the rotation range of the first arm portion.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the rotation range of the second arm portion.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a part of the arm main body portion showing the structure of the first protrusion portion (second protrusion portion) according to the modified example.
  • FIG. 1 is a side view of a horizontal articulated robot to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view of the horizontal articulated robot viewed from diagonally below.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a part of the arm main body portion showing the structure of the first pro
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of the arm main body portion showing the structure of the first protrusion portion (second protrusion portion) according to the modified example.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a part of the arm main body portion showing the structure of the first protrusion portion (second protrusion portion) according to the modified example.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a part of the arm main body portion showing the structure of the first protrusion portion (second protrusion portion) according to the modified example.
  • FIG. 1 is a side view of a horizontal articulated robot (SCARA robot) which is an arm swivel robot according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the horizontal articulated robot viewed from diagonally below.
  • SCARA robot horizontal articulated robot
  • the horizontal articulated robot (hereinafter abbreviated as robot) 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a substantially columnar arm support 2 installed on the base BP and an arm 3 connected to the arm support 2. And a working shaft 4 supported by the tip of the arm 3.
  • Reference numeral 5 in FIG. 1 is a tubular guide member in which electric power for the motors 24, 28, 32, etc. described later, a cable for transmitting a control signal, and the like mounted on the arm 3 are housed, and the arm support 2 and the like. It is provided in an arch shape over the arm 3 (second arm portion 3b described later).
  • the arm 3 includes a first arm portion 3a supported by the arm support base 2 and extending in the horizontal direction, and a second arm portion 3b supported by the tip of the first arm portion 3a and extending in the horizontal direction.
  • the first arm portion 3a has a plate-shaped arm main body portion 10 having a thickness in the vertical direction.
  • the arm body portion 10 corresponds to a frame member of the first arm portion 3a, and is made of die-cast aluminum alloy.
  • the arm body portion 10 (first arm portion 3a) is supported on the upper part of the arm support base 2 so as to be rotatable (swivel) around the vertical axis Ax1.
  • the arm body portion 10 (first arm portion 3a) is connected to a first arm motor 14 arranged inside the arm support base 2 via a reduction mechanism (not shown), and is rotated by the first arm motor 14. Driven.
  • the second arm portion 3b includes a plate-shaped arm main body portion 20 having a thickness in the vertical direction, a second arm motor 24, a drive mechanism portion 26 of the work shaft 4, and a cover member 28.
  • the arm body 20 corresponds to a frame member of the second arm 3b, and is made of an aluminum alloy die-cast like the arm body 10 of the first arm 3a.
  • the arm body 20 is supported on the upper tip of the first arm 3a (arm body 10) so as to be rotatable (swivel) around the vertical axis Ax2.
  • the second arm portion 3b is connected to the main body portion of the second arm motor 24 mounted on the second arm portion 3b and connected to the first arm portion 3a via a reduction mechanism (not shown). It is rotationally driven by the second arm motor 24.
  • the work axis 4 is a spline axis.
  • the work shaft 4 moves vertically (axially) with respect to the arm body 20 and around the axis while penetrating the arm body 20 vertically through the tip of the arm body 20. It is supported so that it can rotate.
  • the drive mechanism unit 26 includes a vertical movement mechanism 26a for moving the work shaft 4 in the vertical direction and a rotary drive mechanism for rotating the work shaft 4.
  • the vertical movement mechanism is mounted on a screw shaft 30 arranged parallel to the work shaft 4 and rotatably supported by the arm body 20, a Z-axis motor 32 for rotationally driving the screw shaft 30, and a screw shaft 30. It includes a nut member 34 and a connecting member 36 that connects the upper end portion of the working shaft 4 and the nut member 34. That is, the vertical movement mechanism rotates the screw shaft 30 by driving the Z-axis motor 32, and converts the rotational movement of the screw shaft 30 into the vertical movement of the work shaft 4 via the nut member 34 and the connecting member 36. The work shaft 4 is moved in the vertical direction.
  • the rotation drive mechanism includes an R-axis motor 38 and a belt transmission mechanism that transmits the rotational force of the R-axis motor 38 to the work shaft 4, and rotates the work shaft 4 by driving the R-axis motor 38.
  • a work tool (not shown) is attached to the tip of the work shaft 4.
  • a chuck device for gripping and transporting a work
  • a processing device for performing various processing such as welding on the work
  • a measuring device for measuring the work, etc.
  • the tool 6 is attached to the tip of the work shaft 4.
  • the type of the work tool 6 is not limited to the chuck device, the processing device, and the measuring device.
  • the work shaft 4, the work tool 6, and the drive mechanism unit 26 correspond to the “work mechanism unit” of the present invention.
  • the cover member 28 made of resin is attached to the arm body 20 of the second arm 3b.
  • the cover member 28 has a substantially dome shape, and the drive mechanism portion 26 and the work shaft 4 (a portion protruding upward of the arm main body portion 20) arranged on the arm main body portion 20 are the cover member 28. Covered by.
  • the first arm portion 3a of the arm 3 includes a first protrusion 12 that regulates the rotation range of the first arm portion 3a, as will be described later. Therefore, in this example, the arm support base 2 and the first arm portion 3a correspond to the "first member” and the "second member” of the present invention. Further, the second arm portion 3b of the arm 3 also includes a second protrusion 22 that regulates the rotation range of the second arm portion 3b, as will be described later. Therefore, in this example, it can be said that the first arm portion 3a and the second arm portion 3b correspond to the "first member” and the "second member” of the present invention.
  • the arm main bodies 10 and 20 correspond to the "member main body" of the present invention, respectively.
  • the first arm portion 3a is provided with a first protrusion 12 on the lower surface of the arm body portion 10 as a stopper.
  • the first protrusion 12 comes into contact with the side surface portion 2a of the arm support base 2 as the first arm portion 3a rotates in the direction of arrow A1 or the direction of arrow A2. 1 Regulates further rotation of the arm portion 3a.
  • the rotation range (swivel angle range) of the first arm portion 3a with respect to the arm support base 2 is limited to the range RA1 shown in FIG.
  • the first protrusion 12 is provided at the base end portion in the longitudinal direction (horizontal direction in FIG. 1) of the arm main body portion 10 and in the central portion in the width direction (direction orthogonal to the paper surface in FIG. 1). ing.
  • the second arm portion 3b is also provided with the second protrusion 22 as a stopper on the lower surface of the arm main body 20.
  • the second protrusion 22 hits the side surface 10a of the arm body 10 of the first arm 3a as the second arm 3b rotates in the arrow B1 direction or the arrow B2 direction. By contacting them, further rotation of the second arm portion 3b is restricted.
  • the rotation range (swivel angle range) of the second arm portion 3b with respect to the first arm portion 3a is limited to the range RA2 shown in FIG.
  • the second protrusion 22 is provided at the central portion of the arm main body 10 in the longitudinal direction and at the central portion in the width direction thereof.
  • FIG. 3 shows the cross-sectional structure of the first protrusion 12.
  • the structure of the second protrusion 22 is basically the same as that of the first protrusion 12, so in FIG. 3, the reference numerals indicating the structure of the second protrusion 22 are shown in parentheses. It is shown by.
  • the first protrusion 12 is integrally provided on the arm body 10 so as to project downward by a predetermined dimension Pd1 from the lower surface 10b of the arm body 10 of the first arm 3a. That is, in the arm main body 10, the first protrusion 12 and the other portion 11, that is, the plate-shaped portion other than the first protrusion 12, are integrally molded with the same material (aluminum alloy).
  • the first protrusion 12 is a truncated cone-shaped protrusion, and at the center thereof is a bolt 50 having a head portion 50a and a screw shaft portion 50b (corresponding to the “shaft-shaped reinforcing member” of the present invention). Have been placed. Specifically, in the first protrusion 12, a screw hole 13 is formed along the center line of the first protrusion 12 from the first protrusion 12 to the other portion 11 of the arm main body 10. , The bolt 50 is screwed into the screw hole 13. As a result, the bolt 50 is arranged from the first protrusion 12 to the other portion 11 of the arm main body 10.
  • the bolt 50 is a boundary surface between the first protrusion 12 and the other portion 11 of the arm body 10 (a virtual surface obtained by extending the lower surface 10b of the arm body 10 to the position of the first protrusion 12). It is arranged so as to penetrate through.
  • the bolt 50 is a hexagon socket head cap screw made of a material having a higher shear strength than the aluminum alloy which is the material of the arm body 10, such as alloy steel or stainless steel.
  • the screw hole 13 has a counterbore portion 13a (a portion where the entrance portion of the screw hole 13 is scraped off one step deeper with a diameter larger than that), and the head portion 50a of the bolt 50 is inside the counterbore portion 13. It is screwed and inserted into the screw hole 13 in a state of being contained in the screw hole 13. As a result, the bolt 50 is arranged in the first protrusion 12 without projecting the head portion 50a from the first protrusion 12 to the outside (downward).
  • the structure of the second protrusion 22 is also common to that of the first protrusion 12. That is, the second protrusion 22 is integrally provided on the arm body 20 so as to project downward by a predetermined dimension Pd2 from the lower surface 20b of the arm body 20 of the second arm 3b.
  • the second protrusion 22 is a truncated cone-shaped protrusion.
  • a screw hole 23 having a counterbore portion 23a is formed in the center of the second protrusion 22, and a bolt 50 made of a hexagon socket head cap screw is screwed into the screw hole 23. As a result, the bolt 50 is arranged from the second protrusion 22 to the other portion 21 of the arm main body 20.
  • the rotation range of the first arm portion 3a with respect to the arm support base 2 is regulated by the first protrusion 12 of the first arm portion 3a coming into contact with the side surface 2a of the arm support base 2.
  • the rotation range of the second arm portion 3b with respect to the first arm portion 3a is increased. Be regulated. Therefore, it is prevented that the arm portions 3a and 3b rotate beyond the rotation range due to the malfunction, and the collision between the arm 3 and the tubular guide member 5 and the disconnection of the cable or the like due to the collision are surely performed. Be prevented.
  • the bolt 50 is provided inside the first protrusion 12 and the second protrusion 22 to reinforce the first protrusion 12 and the second protrusion 22, the bolt 50 is provided.
  • the strength of the protrusions 12 and 22 is higher than that in the case where the protrusions 12 and 22 are not provided. Specifically, the shear strength of the bolt 50 is high. Therefore, when the first protrusion 12 comes into contact with the side surface 2a of the arm support 2, the first protrusion 12 is broken and falls off due to a shear load, or the second protrusion 22 is the first arm. It is possible to effectively suppress the occurrence of a situation in which the second protrusion 22 is broken and falls off due to a shear load when it comes into contact with the side surface 10a of the 3a (arm body 10).
  • the bolt 50 made of the existing hexagon socket head cap screw is screwed into the protrusions 12 and 22, so that the shear strength of the protrusions 12 and 22 is increased. Has been done. Therefore, according to the configuration of the robot 1, there is an advantage that damage to the protrusions 12 and 22 can be suppressed with a simple and inexpensive configuration. Further, a robot that has already been used in a factory line or the like, that is, an existing robot that has only protrusions corresponding to the protrusions 12 and 22 as stoppers and does not have bolts 50 is also concerned. If a screw hole is formed in the protrusion and a bolt is screwed into the screw hole, a configuration equivalent to that of the robot 1 can be retrofitted. Therefore, the existing robot can also enjoy the same effects as the robot 1 described above.
  • the head portion 50a of the bolt 50 is housed in the counterbore portions 13a and 23a, and the head portion 50a does not protrude to the outside from the protrusions 12 and 22. Therefore, if it is assumed that the head 50a of the bolt 50 is exposed to the outside from the protrusions 12 and 22, for example, the head 50a is unintentionally exposed to peripheral devices or the arm support 2 (first arm 3a). ), It is possible to avoid the occurrence of troubles such as breakage and dropout.
  • a cylindrical cushioning member 52 made of metal or resin that fills these gaps is fitted between the inner peripheral surface of the counterbore portion 13a and the outer peripheral surface of the head portion 50a. You may be. According to this configuration, the collision load when each of the protrusions 12 and 22 abuts on the mating member (arm support 2 or first arm 3a) is transmitted to the head 50a of the bolt 50 via the cushioning member 52. Therefore, damage to each of the protrusions 12 and 22 is suppressed more effectively.
  • the cushioning member 52 when the cushioning member 52 is not provided, the displacements of the protrusions 12 and 22 are allowed by the amount of the gap when the collision load is applied, so that the displacement causes stress on the tip portions of the protrusions 12 and 22. It is conceivable that the cracks will be concentrated and cracked, resulting in damage.
  • the gap is eliminated by the cushioning member 52, damage to the protrusions 12 and 22 as described above due to the gap is effectively suppressed.
  • the cushioning member 52 when the cushioning member 52 is made of metal, the protrusions 12 and 22 are also reinforced by the cushioning member 52, so that damage to the protrusions 12 and 22 is more effectively suppressed.
  • each arm motor 14 may be changed to a higher output one in order to drive the arm 3 at a higher speed (high torque).
  • each protrusion It may be necessary to increase the strength (shear strength) of parts 12 and 22.
  • the robot 1 1) the bolt 50 is removed, 2) the screw holes 13 of the protrusions 12 and 22 are enlarged with a drill to form a pilot hole, and 3) a tap is tapped on the pilot hole.
  • the robot 1 described above is an example of a preferred embodiment of the arm swivel robot according to the present invention, and the specific configuration of the robot 1 can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the following configuration can be adopted.
  • the robot 1 is a shock absorbing member that absorbs an impact at the time of contact between the protruding portions 12 and 22 and a mating member (arm support base 2 or first arm portion 3a).
  • the shock absorbing member 54 is a cup-shaped member having a peripheral wall portion 54a and a bottom wall portion 54b that are in close contact with the front end surface and the outer peripheral surface of each of the protrusions 12 and 22, and is integrally formed of a rubber or resin material as a whole. ing.
  • the shock absorbing member 54 covers the protrusions 12 and 22 from below.
  • the impact force received by the protrusions 12 and 22 when the protrusions 12 and 22 come into contact with the mating member (arm support 2 or the first arm 3a) is relaxed. To. Therefore, damage to each of the protrusions 12 and 22 is suppressed to a higher degree. Moreover, there is an advantage that a rational configuration is achieved in which the bolt 50, which is a reinforcing member of the protrusions 12 and 22, is also used as a member for attaching the shock absorbing member 54 to the protrusions 12 and 22.
  • the bolt 50 (hexagon socket head cap screw) is applied as the "shaft-shaped reinforcing member" of the present invention, but the “shaft-shaped reinforcing member” is not limited to this. ..
  • the "shaft-shaped reinforcing member” may be a pin (cylindrical body) 60 as shown in FIG.
  • the pin 60 may be press-fitted into the pin hole 15 formed along the center line of each of the protrusions 12 and 22, or may be inserted into the pin hole 15. It may be adhered (brazed) to each of the protrusions 12 and 22.
  • the pin 60 is preferably made of a material having a higher shear strength than the aluminum alloy which is the material of the arm main bodies 10 and 20, such as stainless steel.
  • the pin 60 may be embedded inside the arm main bodies 10 and 20 by, for example, insert molding, as shown in FIG. Good.
  • the arm body 10 of the first arm 3a and the arm body 20 of the second arm 3b are both made of die-cast aluminum alloy, but of course, they are made of other metal materials. It may be. Further, in addition to the metal material, it may be made of a resin material.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the present invention is also applicable to articulated robots other than the horizontal articulated robot, for example, a vertical articulated robot.
  • the robot is an arm swivel robot having a first member and a second member rotatably connected to the first member, and at least one of the first member and the second member is an arm portion.
  • the present application can be applied to arm-swinging robots other than articulated robots.
  • the arm swivel robot includes a first member and a second member rotatably connected to the first member, and at least one of the first member and the second member.
  • an arm swivel robot including an arm portion
  • the second member is provided on the member main body portion and the member main body portion so as to project outward from the wall surface of the member main body portion, and the second member.
  • the member main body is provided with a protrusion that regulates the rotation range of the second member by abutting with the first member as the robot rotates, and a shaft-shaped reinforcing member arranged inside the protrusion.
  • the protruding portion and the other portion of the portion are integrally formed of the same material, and the reinforcing member is arranged from the protruding portion to the other portion of the member main body portion. It is a thing.
  • the protruding portion is compared with the case where the reinforcing member is not provided.
  • the shear strength increases. Therefore, it is possible to suppress damage (falling off) of the protrusion when the protrusion comes into contact with the first member as the second member rotates.
  • the reinforcing member is a bolt provided with a head portion and a screw shaft portion, and is arranged from the protrusion portion to the other portion by being screwed into the member main body portion. It is preferable to have.
  • the member main body portion is provided with a screw hole having a counterbore portion from the protrusion portion to the other portion, and the bolt has the screw hole in a state where the head portion is contained in the drill portion. It is preferable that the screw is inserted into the.
  • the bolt (head) is suppressed from protruding from the protrusion to the outside, so that the entire head of the bolt is exposed to the outside from the protrusion. It is possible to prevent the head of the bolt from being inadvertently contacted with the peripheral device or the first member and damaged, as in the case of the case where the bolt is injured.
  • a cushioning member that is interposed between the inner peripheral surface of the counterbore portion and the outer peripheral surface of the head to fill the gap between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. is there.
  • the robot in which a bolt is applied as a reinforcing member, the robot is fixed to the protrusion by the bolt and absorbs an impact force at the time of contact between the protrusion and the first member. It is preferable that the shock absorbing member is further provided.
  • the impact force received by the protrusion when the protrusion and the first member come into contact with each other is alleviated. Therefore, it is possible to more effectively suppress the damage of the protrusions.
  • a rational configuration is achieved in which the bolt as a reinforcing member is also used as a member for attaching the shock absorbing member to the protrusion.
  • the second member is provided with a work mechanism for performing a predetermined work on the work, the second member rotates with respect to the first member beyond the range set in the program. If it moves, it may cause enormous damage to the work, peripheral devices, and the robot (arm-swivel type robot) itself, and it is necessary to more reliably suppress the occurrence of such a situation.
  • the configuration of the arm swivel type robot of each aspect described above becomes particularly useful when the second member is provided with a work mechanism for performing a predetermined work on the work.

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Abstract

アーム旋回型ロボットは、第1部材と、この第1部材に相対的に回動可能に連結された第2部材とを備え、第1部材及び第2部材の少なくとも一方がアーム部からなる。第2部材は、部材本体部と、この部材本体部の壁面から外向きに突出するように当該部材本体部に設けられて、第2部材の回動に伴い前記第1部材と当接することにより当該第2部材の回動範囲を規制する突起部と、前記突起部の内部に配置された軸状の補強部材とを備える。前記部材本体部のうち前記突起部とその他の部分は、同一の材料により一体に形成されており、前記補強部材は、前記部材本体部のうち前記突起部からその他の部分に亘って配置されている。

Description

アーム旋回型ロボット
 本発明は、旋回可能なアームを有するアーム旋回型ロボットに関するものである。
 従来から、旋回可能なアームを有するアーム旋回型ロボットが知られている。例えば、水平多関節ロボットや垂直多関節ロボット等の多関節ロボットは、アーム旋回型ロボットの代表例と言える。
 アーム旋回型ロボットでは、通常、プログラムによりアームの旋回角度が所定範囲内に制限され、さらに、誤動作が発生した場合を想定して、アームが前記所定範囲を超えて旋回することを強制的(機械的)に阻止するためのストッパが設けられている。
 例えば、引用文献1には、ストッパを備えた水平多関節ロボットの一例が開示されている。この水平多関節ロボットは、基台上に固定されるベースと、このベースに旋回可能に支持されるアーム(ロボットアーム)とを備えており、アームは、ベースに旋回可能に支持される第1アーム部と、この第1アーム部の先端に旋回可能に連結された第2アーム部とから構成されている。そして、ストッパとして、第1アーム部の上面に一対の第1突起部が設けられるとともに、第2アーム部の下面に第2突起部が設けられている。第1、第2突起部は、第1アーム部と第2アーム部との連結軸(回転軸)を中心とする同一円周上に配置されている。つまり、これら第1、第2突起部が互いに当接することにより、第1アーム部に対する第2アーム部の旋回角度が所定範囲内に規制されるのである。
 この水平多関節ロボットでは、第1、第2アーム部は鋳造部品であり、第1、第2突起部は、第1、第2アーム部に一体に成型されている。そのため、次のような問題が考えられる。すなわち、近年の多関節ロボットでは、より高速でアームを旋回させるべく、アームをアルミニウム合金(アルミダイカスト)で構成することによりその軽量化が図られる。この構成では、第1突起部と第2突起部とが衝突した時の衝突荷重が大きいと、当該突起部が破断して脱落することが考えられる。
特開2013-6241号公報
 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ストッパとしてアーム部に突起部が一体成型されるタイプのアーム旋回型ロボットにおいて、突起部の破損を効果的に抑制することができる技術を提供することを目的とする。
 そして、本発明は、第1部材と、この第1部材に相対的に回動可能に連結された第2部材とを備え、第1部材及び第2部材の少なくとも一方がアーム部からなるアーム旋回型ロボットであって、前記第2部材は、部材本体部と、この部材本体部の壁面から外向きに突出するように当該部材本体部に設けられて、第2部材の回動に伴い前記第1部材と当接することにより当該第2部材の回動範囲を規制する突起部と、前記突起部の内部に配置された軸状の補強部材とを備え、前記部材本体部のうち前記突起部とその他の部分とは、同一の材料により一体に形成されており、前記補強部材は、前記部材本体部のうち前記突起部から前記その他の部分に亘って配置されているものである。
図1は、本発明が適用された水平多関節ロボットの側面図である。 図2は、前記水平多関節ロボットを斜め下方から視た斜視図である。 図3は、第1突起部(第2突起部)の構造を示すアーム本体部の一部の断面図である。 図4は、第1アーム部の回動範囲を説明する説明図である。 図5は、第2アーム部の回動範囲を説明する説明図である。 図6は、変形例に係る第1突起部(第2突起部)の構造を示すアーム本体部の一部の断面図である。 図7は、変形例に係る第1突起部(第2突起部)の構造を示すアーム本体部の一部の断面図である。 図8は、変形例に係る第1突起部(第2突起部)の構造を示すアーム本体部の一部の断面図である。 図9は、変形例に係る第1突起部(第2突起部)の構造を示すアーム本体部の一部の断面図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
 [ロボットの全体構成]
 図1は、本発明に係るアーム旋回型ロボットである水平多関節ロボット(スカラロボット)の側面図であり、図2は、水平多関節ロボットを斜め下方から視た斜視図である。
 図1及び図2に示す水平多関節ロボット(以下、ロボットと略す)1は、基台BP上に設置される略円柱状のアーム支持台2と、このアーム支持台2に連結されたアーム3と、このアーム3の先端部に支持される作業軸4とを有する。
 なお、図1中の符号5は、アーム3に搭載された後記モータ24、28、32等に対する電力や制御信号送信用のケーブル等が収容された筒状案内部材であり、アーム支持台2とアーム3(後記第2アーム部3b)とに亘ってアーチ状に設けられている。
 アーム3は、アーム支持台2に支持されて水平方向に延びる第1アーム部3aと、この第1アーム部3aの先端に支持されて水平方向に延びる第2アーム部3bとを備えている。
 第1アーム部3aは、上下方向に厚みを有するプレート状のアーム本体部10を有している。アーム本体部10は、第1アーム部3aのフレーム部材に相当するものであり、アルミニウム合金のダイカストからなる。
 アーム本体部10(第1アーム部3a)はアーム支持台2の上部に垂直軸Ax1周りに回動(旋回)可能に支持されている。アーム本体部10(第1アーム部3a)は、図外の減速機構を介してアーム支持台2の内部に配置された第1アームモータ14に連結されており、この第1アームモータ14により回転駆動される。
 第2アーム部3bは、上下方向に厚みを有するプレート状のアーム本体部20と、第2アームモータ24と、作業軸4の駆動機構部26と、カバー部材28とを有している。
 アーム本体部20は、第2アーム部3bのフレーム部材に相当するものであり、第1アーム部3aのアーム本体部10と同様にアルミニウム合金のダイカストからなる。
 アーム本体部20は、第1アーム部3a(アーム本体部10)の先端上部に垂直軸Ax2周りに回動(旋回)可能に支持されている。この第2アーム部3bは、当該第2アーム部3b上に搭載されて図外の減速機構を介して第1アーム部3aに連結された第2アームモータ24の本体部分に連結されており、この第2アームモータ24により回転駆動される。
 作業軸4は、スプライン軸である。作業軸4は、アーム本体部20の先端部に、当該アーム本体部20を上下方向に貫通する状態で、かつ、当該アーム本体部20に対して上下方向(軸方向)の移動及び軸心回りの回転が可能となるように支持されている。
 駆動機構部26は、作業軸4を上下方向に移動させるための上下動機構26aと、作業軸4を回転させるための回転駆動機構とを含む。
 上下動機構は、作業軸4と平行に配置されてアーム本体部20に回転自在に支持されたねじ軸30と、このねじ軸30を回転駆動するZ軸モータ32と、ねじ軸30に装着されたナット部材34と、作業軸4の上端部分と前記ナット部材34とを連結する連結部材36とを含む。つまり、上下動機構は、Z軸モータ32の駆動によりねじ軸30を回転させ、このねじ軸30の回転運動をナット部材34及び連結部材36を介して作業軸4の上下運動に変換して、当該作業軸4を上下方向に移動させる。
 一方、回転駆動機構は、R軸モータ38と、このR軸モータ38の回転力を作業軸4に伝達するベルト伝動機構とを含み、R軸モータ38の駆動により作業軸4を回転させる。
 なお、作業軸4の先端部分には、図外の作業用ツールが装着される。例えば、ワークを把持して搬送するためのチャック装置、ワークに対して溶接等の各種加工を施す加工装置及びワークを測定するための測定装置など、ワークに対して所定の作業を行うための作業用ツール6が作業軸4の先端部分に装着される。但し、作業用ツール6の種類は、チャック装置、加工装置及び測定装置に限定されるものではない。当例では、作業軸4、作業用ツール6及び前記駆動機構部26が本発明の「作業機構部」に相当する。
 第2アーム部3bのアーム本体部20には樹脂製の前記カバー部材28が装着されている。カバー部材28は、概略ドーム型を成しており、アーム本体部20上に配置された前記駆動機構部26および作業軸4(アーム本体部20の上方に突出する部分)は、このカバー部材28により覆われている。
 なお、アーム3の第1アーム部3aは、後述の通り、当該第1アーム部3aの回動範囲を規制する第1突起部12を備える。よって、当例では、アーム支持台2と第1アーム部3aとが本発明の「第1部材」と「第2部材」とに相当する。また、アーム3の第2アーム部3bもまた、後述の通り、当該第2アーム部3bの回動範囲を規制する第2突起部22を備えている。よって、当例では、第1アーム部3aと第2アーム部3bが本発明「第1部材」及び「第2部材」に相当すると言える。そして、アーム本体部10、20は、それぞれ本発明の「部材本体部」に相当する。
 [アーム3の回動範囲を規制するための構造]
 前記ロボット1は、アーム3を水平面上の所定範囲内で移動させるように、図外のコントローラにより前記各アームモータ14、24が駆動制御される。但し、誤動作が発生した場合を想定して、前記所定範囲を超えて旋回することを強制的(機械的)に阻止するためのストッパが、第1アーム部3a及び第2アーム部3bに設けられている。
 具体的には、図1及び図2に示すように、第1アーム部3aには、ストッパとして、アーム本体部10の下面に第1突起部12が設けられている。この第1突起部12は、図4に示すように、第1アーム部3aの矢印A1方向、又は矢印A2方向への回動に伴いアーム支持台2の側面部2aに当接することで、第1アーム部3aのそれ以上の回動を規制する。この構成により、アーム支持台2に対する第1アーム部3aの回動範囲(旋回角度範囲)が、図4に示す範囲RA1内に制限されるのである。なお、第1突起部12は、アーム本体部10の長手方向(図1の左右方向)における基端部分であってかつその幅方向(図1の紙面に直交する方向)の中央部分に設けられている。
 一方、第2アーム部3bにも同様に、ストッパとして、アーム本体部20の下面に第2突起部22が設けられている。この第2突起部22は、図5に示すように、第2アーム部3bの矢印B1方向、又は矢印B2方向への回動に伴い第1アーム部3aのアーム本体部10の側面10aに当接することで、第2アーム部3bのそれ以上の回動を規制する。この構成により、第1アーム部3aに対する第2アーム部3bの回動範囲(旋回角度範囲)が、図5中に示す範囲RA2内に制限されるのである。なお、第2突起部22は、アーム本体部10の長手方向における中央部分であってかつその幅方向の中央部分に設けられている。
 図3は、第1突起部12の断面構造を示している。なお、当例では、第2突起部22の構造も基本的には第1突起部12の構造と共通しているため、図3中では、第2突起部22の構造を示す符号をかっこ書きで示している。
 第1突起部12は、第1アーム部3aのアーム本体部10の下面10bから下向きに所定寸法Pd1だけ突出するように、当該アーム本体部10に一体に設けられている。つまり、アーム本体部10のうち、第1突起部12とその他の部分11、すなわち第1突起部12以外のプレート状の部分とは同一の材料(アルミニウム合金)で一体に成型されている。
 第1突起部12は、円錐台形状の突起であり、その中心には、頭部50aとねじ軸部50bとを備えたボルト50(本発明の「軸状の補強部材」に相当する)が配置されている。詳しくは、第1突起部12には、当該第1突起部12からアーム本体部10のその他の部分11に亘って、第1突起部12の中心線に沿ってねじ孔13が形成されており、このねじ孔13にボルト50が螺合挿入されている。これにより、アーム本体部10のうち第1突起部12からその他の部分11に亘ってボルト50が配置されている。換言すれば、ボルト50は、アーム本体部10のうち第1突起部12とその他の部分11との境界面(アーム本体部10の下面10bを第1突起部12の位置まで延長した仮想面)を貫通するように配置されている。
 ボルト50は、当例では合金鋼又はステンレス鋼など、アーム本体部10の材料であるアルミニウム合金よりもせん断強度の大きい材料からなる六角穴付きボルトである。
 ねじ孔13は、ざぐり部13a(ねじ孔13の入口部分をそれよりも大きな直径で1段深く削り落とした部分)を有しており、ボルト50は、その頭部50aが前記ざぐり部13内に収まった状態で、前記ねじ孔13に螺合挿入されている。これにより、ボルト50は、その頭部50aを第1突起部12から外部(下方)に突出させることなく当該第1突起部12内に配置されている。
 上記の通り、第2突起部22の構造も第1突起部12と共通している。すなわち、第2突起部22は、第2アーム部3bのアーム本体部20の下面20bから下向きに所定寸法Pd2だけ突出するように、当該アーム本体部20に一体に設けられている。第2突起部22は、円錐台形状の突起である。第2突起部22の中心には、ざぐり部23aを有するねじ孔23が形成されており、このねじ孔23に対して六角穴付きボルトからなるボルト50が螺合挿入されている。これにより、アーム本体部20のうち第2突起部22からその他の部分21に亘ってボルト50が配置されている。
 [作用効果]
 上述したロボット1によれば、第1アーム部3aの第1突起部12がアーム支持台2の側面2aに当接することにより、アーム支持台2に対する第1アーム部3aの回動範囲が規制される。また、第2アーム部3bの第2突起部22が第1アーム部3a(アーム本体部10)の側面10aに当接することにより、第1アーム部3aに対する第2アーム部3bの回動範囲が規制される。そのため、誤動作により、前記回動範囲を超えて各アーム部3a、3bが回動することが防止され、アーム3と筒状案内部材5との衝突および当該衝突による前記ケーブル等の断線が確実に防止される。
 この場合、第1突起部12及び第2突起部22の内部には、それぞれボルト50が設けられて第1突起部12及び第2突起部22が補強されているため、当該ボルト50が設けられていない場合に比べて各突起部12、22の強度が大きい。具体的には、ボルト50の剪断強度が大きい。そのため、第1突起部12がアーム支持台2の側面2aに当接したときに剪断荷重を受けて当該第1突起部12が破断して脱落したり、第2突起部22が第1アーム部3a(アーム本体部10)の側面10aに当接したときに剪断荷重を受けて当該第2突起部22が破断して脱落するといった事態の発生が効果的に抑制される。
 しかも、このロボット1では、上記の通り、各突起部12、22に対して既存の六角穴付きボルトからなるボルト50が螺合挿入されることで、各突起部12、22の剪断強度が高められている。従って、このロボット1の構成によれば、簡単かつ安価な構成で、各突起部12、22の破損を抑制することができるという利点がある。また、既に工場のライン等で使用されているロボット、すなわち、ストッパとして上記各突起部12、22に相当する突起部のみを備えているだけでボルト50を備えていない既存のロボットについても、当該突起部にねじ孔を形成し、当該ねじ孔にボルトを螺合挿入すれば、上記ロボット1と同等の構成を後付けすることができる。よって、当該既存のロボットについても、上述したロボット1と同等の作用効果を享受できるようになる。
 しかも、上記ロボット1によれば、ボルト50の頭部50aがざぐり部13a、23a内に収められており、当該頭部50aが各突起部12、22から外部に突出することがない。そのため、ボルト50の頭部50aが突起部12、22から外部に露出していたと仮定した場合に考えられるトラブル、例えば頭部50aが意図せず周辺機器やアーム支持台2(第1アーム部3a)と接触して破断、脱落するといったトラブルの発生を未然に回避することが可能となる。
 なお、この場合、図6に示すように、ざぐり部13aの内周面と頭部50aの外周面との間に、これらの隙間を埋める金属又は樹脂からなる円筒状の緩衝部材52が嵌入されていてもよい。この構成によれば、各突起部12、22が相手側部材(アーム支持台2又は第1アーム部3a)に当接する際の衝突荷重が緩衝部材52を介してボルト50の頭部50aに伝達されるため、各突起部12、22の破損がより効果的に抑制される。すなわち、緩衝部材52が無い場合には、衝突荷重を受けたときに上記隙間分だけ各突起部12、22の変位が許容されるため、当該変位により各突起部12、22の先端部分に応力が集中して亀裂が生じ、破損することが考えられる。この点、図6に示す構成によると、緩衝部材52によって上記隙間が解消されているため、当該隙間に起因した上記のような各突起部12、22の破損が効果的に抑制される。特に、緩衝部材52が金属の場合には、当該緩衝部材52によっても各突起部12、22が補強されるため、各突起部12、22の破損がより一層効果的に抑制される。
 また、上記のようなロボット1によれば、必要な場合には、アーム3の各突起部12、22の強度(剪断強度)を簡単にアップさせることができるという利点もある。例えば、仕様変更(設計変更)によって、より高速(高トルク)でアーム3を駆動すべく各アームモータ14がより高出力のものに変更される場合があり、このような場合には、各突起部12、22の強度(剪断強度)をアップさせる必要が生じる場合がある。このような場合、上記ロボット1によれば、1)ボルト50を取り外す、2)各突起部12、22のねじ孔13をドリルで拡大して下孔を形成する、3)下孔にタップを切り直してサイズアップしたねじ孔13を形成する、4)サイズアップしたボルト50をねじ孔13に螺合挿入する、という手順に従い、ボルト50をサイズアップすることにより、各突起部12、22の強度(剪断強度)を比較的簡単な追加工でアップさせることができる。従って、上記のように仕様変更(設計変更)が生じた場合でも、在庫として保管されている既存のアーム3(各アーム部3a、3b)を廃棄等することなく有効に使用することが可能となる。
 [変形例等]
 以上説明したロボット1は、本発明に係るアーム旋回型ロボットの好ましい実施形態の例示であって、ロボット1の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、以下のような構成を採用することも可能である。
 (1)図7に示すように、ロボット1は、当該各突起部12、22と相手側部材(アーム支持台2又は第1アーム部3a)との当接時の衝撃を吸収する衝撃吸収部材54をさらに備えているものであってもよい。衝撃吸収部材54は、各突起部12、22の先端面及び外周面にそれぞれ密接する周壁部54a及び底壁部54bを有するカップ型の部材であり、全体がゴム又は樹脂材料により一体に構成されている。衝撃吸収部材54は、図7に示すように各突起部12、22に対して下側から被せられている。そして、底壁部54bに形成された開口部55を通じて前記ボルト50が前記ねじ孔13に螺合挿入されることにより、衝撃吸収部材54が、ボルト50により各突起部12、22に固定されている。なお、この構成では、図3及び図6に図示したようなざぐり部13aはねじ孔13に設けられていない。
 図7に示す構造によれば、各突起部12、22と相手側部材(アーム支持台2又は第1アーム部3a)との当接時に当該各突起部12、22が受ける衝撃力が緩和される。そのため、各突起部12、22の破損がより高度に抑制される。しかも、各突起部12、22の補強部材であるボルト50が、衝撃吸収部材54を各突起部12、22に取り付けるための部材として兼用された合理的な構成が達成されるという利点もある。
 (2)実施形態では、本発明の「軸状の補強部材」としてボルト50(六角穴付きボルト)が適用されているが、「軸状の補強部材」は、これに限定されるものではない。例えば、「軸状の補強部材」は、図8に示すような、ピン(円柱体)60であってもよい。この場合、ピン60は、図8に示すように、各突起部12、22の中心線に沿って形成されたピン孔15に圧入されていてもよいし、ピン孔15に挿入された上で各突起部12、22に接着(ろう付け)されていてもよい。なお、ピン60は、ステンレス鋼など、アーム本体部10、20の材料であるアルミニウム合金よりもせん断強度の大きい材料から形成されているのが好適である。
 また、ピン60は、上記のようにピン孔15に圧入等される以外に、図9に示すように、例えばインサート成型により、アーム本体部10、20の内部に埋設されたものであってもよい。
 (3)実施形態では、第1アーム部3aのアーム本体部10及び第2アーム部3bのアーム本体部20は、何れもアルミニウム合金のダイカストからなるが、勿論、これ以外の金属材料からなるものであってもよい。また、金属材料以外に、樹脂材料からなるものであってもよい。
 (4)実施形態では、本発明の「アーム旋回型ロボット」として水平多関節ロボットについて本発明を適用した例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、水平多関節ロボット以外の多関節ロボット、例えば垂直多関節ロボットにも適用である。また、第1部材と、この第1部材に相対的に回動可能に連結された第2部材とを備え、第1部材及び第2部材の少なくとも一方がアーム部からなるアーム旋回型ロボットであれば、多関節ロボット以外のアーム旋回型ロボットについても本願は適用可能である。
 [本発明のまとめ]
 以上説明した本発明をまとめると以下の通りである。
 本発明の一局面に係るアーム旋回形ロボットは、第1部材と、この第1部材に相対的に回動可能に連結された第2部材とを備え、第1部材及び第2部材の少なくとも一方がアーム部からなるアーム旋回型ロボットであって、前記第2部材は、部材本体部と、この部材本体部の壁面から外向きに突出するように当該部材本体部に設けられて、第2部材の回動に伴い前記第1部材と当接することにより当該第2部材の回動範囲を規制する突起部と、前記突起部の内部に配置された軸状の補強部材とを備え、前記部材本体部のうち前記突起部とその他の部分とは、同一の材料により一体に形成されており、前記補強部材は、前記部材本体部のうち前記突起部から前記その他の部分に亘って配置されているものである。
 このアーム旋回型ロボットによれば、部材本体部のうち突起部からその他の部分に亘って軸状の補強部材が設けられているため、当該補強部材が設けられていない場合に比べて、突起部の強度、具体的には剪断強度が大きくなる。そのため、第2部材の回動に伴い突起部が第1部材に当接したときの当該突起部の破損(脱落)を抑制することが可能となる。
 上記構成において、前記補強部材は、頭部とねじ軸部とを備えたボルトであって前記部材本体部に螺合挿入されることにより、前記突起部から前記その他の部分に亘って配置されているのが好適である。
 この構成によれば、補強部材として汎用品であるボルトが適用されているので、製品コストや製造コストを抑制しながら上記の作用効果を享受することが可能となる。また、第2部材にねじ孔を形成して当該ねじ孔にボルトを螺合挿入するだけの簡単な構成であるため、既に工場のライン等で使用されているアーム旋回型ロボットについても後付けで適用することが可能となる。
 この場合、前記部材本体部には、前記突起部から前記その他部分に亘って、ざぐり部を有するねじ孔が備えられ、前記ボルトは、その頭部が前記さぐり部内に収まった状態で前記ねじ孔に螺合挿入されているのが好適である。
 この構成によれば、頭部がざぐり部内に配置されることで、ボルト(頭部)が突起部から外部に突出することが抑制されるため、ボルトの頭部全体が突起部から外部に露出している場合のように、ボルトの頭部が意図せず周辺機器や第1部材と接触して損傷することが抑制される。
 さらにこの場合には、前記ざぐり部の内周面と前記頭部の外周面との間に介在してこれら内周面と外周面との隙間を埋める緩衝部材をさらに備えているのが好適である。
 この構成によれば、突起部の破損をより効果的に抑制することが可能となる。すなわち、緩衝部材が無い場合には、突起部と第1部材との当接時の衝突荷重により上記隙間分だけ突起部の変位が許容されるため、当該変位により突起部の先端部分に亀裂が生じて破損することが考えられる。この点、前記緩衝部材が備えられた構成によると、緩衝部材によって上記隙間が解消されているため、当該隙間に起因した突起部の破損が抑制されることとなる。
 また、補強部材としてボルトが適用されている態様の上記アーム旋回型ロボットにおいては、前記ボルトにより当該突起部に固定されて、当該突起部と前記第1部材との当接時の衝撃力を吸収する衝撃吸収部材をさらに備えているのが好適である。
 この構成によれば、突起部と第1部材との当接時に当該突起部が受ける衝撃力が緩和される。そのため、より効果的に突起部の破損を抑制することが可能となる。しかも、補強部材としてのボルトを、衝撃吸収部材を突起部に取り付けるための部材として兼用した合理的な構成が達成される。
 なお、前記第2部材が、ワークに対して所定の作業を行うための作業機構部を備えているものでは、プログラム上で設定された範囲を超えて第2部材が第1部材に対して回動すると、ワーク、周辺機器及び当該ロボット(アーム旋回型ロボット)自体に甚大なダメージを与える場合があり、そのような事態が生じることをより確実に抑制する必要がある。
 従って、上述した各態様のアーム旋回型ロボットの構成は、第2部材が、ワークに対して所定の作業を行うための作業機構を備えているような場合に特に有用なものとなる。

Claims (6)

  1.  第1部材と、この第1部材に相対的に回動可能に連結された第2部材とを備え、第1部材及び第2部材の少なくとも一方がアーム部からなるアーム旋回型ロボットであって、
     前記第2部材は、部材本体部と、この部材本体部の壁面から外向きに突出するように当該部材本体部に設けられて、第2部材の回動に伴い前記第1部材と当接することにより当該第2部材の回動範囲を規制する突起部と、前記突起部の内部に配置された軸状の補強部材とを備え、
     前記部材本体部のうち前記突起部とその他の部分とは、同一の材料により一体に形成されており、
     前記補強部材は、前記部材本体部のうち前記突起部から前記その他の部分に亘って配置されている、ことを特徴とするアーム旋回型ロボット。
  2.  請求項1に記載のアーム旋回型ロボットにおいて、
     前記補強部材は、頭部とねじ軸部とを備えたボルトであって前記部材本体部に螺合挿入されることにより、前記突起部から前記その他の部分に亘って配置されている、ことを特徴とするアーム旋回型ロボット。
  3.  請求項2に記載のアーム旋回型ロボットにおいて、
     前記部材本体部には、前記突起部から前記その他部分に亘って、ざぐり部を有するねじ孔が備えられ、
     前記ボルトは、その頭部が前記さぐり部内に収まった状態で前記ねじ孔に螺合挿入されている、ことを特徴とするアーム旋回型ロボット。
  4.  請求項3に記載のアーム旋回型ロボットにおいて、
     前記ざぐり部の内周面と前記頭部の外周面との間に介在してこれら内周面と外周面との隙間を埋める緩衝部材をさらに備えている、ことを特徴とするアーム旋回型ロボット。
  5.  請求項2に記載のアーム旋回型ロボットにおいて、
     前記ボルトにより当該突起部に固定されて、当該突起部と前記第1部材との当接時の衝撃力を吸収する衝撃吸収部材をさらに備えている、ことを特徴とするアーム旋回型ロボット。
  6.  請求項1乃至5の何れか一項に記載のアーム旋回型ロボットにおいて、
     前記第2部材は、ワークに対して所定の作業を行うための作業機構部を備えているものである、ことを特徴とするアーム旋回型ロボット。
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