WO2022219692A1 - 治具、治具を用いたロボットの組立方法およびロボット - Google Patents

Abstract

ケーシング（１０）の外部からケーシング（１０）の内部に挿入されることにより、ケーシング（１０）の内部に配置された入力ギヤ（３０）に噛み合わせ可能な第１ギヤ部（３）と、第１ギヤ部（３）に固定され、第１ギヤ部（３）が入力ギヤ（３０）に噛み合った状態においてケーシング（１０）の外部に配置され、第１ギヤ部（３）に第１ギヤ部（３）の軸線である第１軸線（Ｌ）回りのトルクを付与可能なトルク付与部（２）と、トルク付与部（２）に設けられ、第１ギヤ部（３）の第１軸線（Ｌ）回りの位相を表示する位相表示部（５）とを備える治具（１）である。

Description

治具、治具を用いたロボットの組立方法およびロボット

　本開示は、治具、治具を用いたロボットの組立方法およびロボットに関するものである。

　モータの回転軸の回転を被駆動部材に伝達する複数の歯車からなる歯車機構が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　この歯車機構においては、モータの回転軸に設けられるモータピニオンに噛み合う入力歯車と、被駆動部材に連結される出力歯車とに孔が設けられ、それぞれの孔に位置決めピンを挿通させて両歯車を位置決めすることによって、両歯車の位相合わせを行っている。

特開２０１３－４４３５１号公報

　位置決めピンによって一対の歯車の位相合わせを行う場合、各歯車の周囲には位置決めピンを配置するためのスペースが必要となるが、必ずしも十分なスペースを確保できるとは限らない。例えば、ロボットにおいては、モータに取り付けた駆動ギヤを、機構部に設けられた減速機等の入力ギヤに噛み合わせながらモータを取り付ける際に、駆動ギヤをモータごと回転させることがある。しかし、モータの設置スペースが狭隘である場合に、モータを回転させることは困難である。

　また、ブレーキを解除すれば、モータの駆動ギヤのみを回転させることができるが、ブレーキを解除するための解除装置および電源を用意し接続する必要がある。一方、機構部内の入力ギヤは、通常、作業者の手の届きにくいケーシングの奥部に配置されており、モータを回転させずに駆動ギヤを噛み合わせることができる位相に手で調節することが困難な場合が多い。
　したがって、ブレーキの解除を伴うことなく、モータを回転させずに駆動ギヤを入力ギヤに容易に噛み合わせてモータの取付作業の作業性を向上することが望まれている。

　本開示の一態様は、ケーシングの外部から該ケーシングの内部に挿入されることにより、該ケーシングの内部に配置された入力ギヤに噛み合わせ可能な第１ギヤ部と、該第１ギヤ部に固定され、該第１ギヤ部が前記入力ギヤに噛み合った状態において前記ケーシングの外部に配置され、前記第１ギヤ部に該第１ギヤ部の軸線である第１軸線回りのトルクを付与可能なトルク付与部と、該トルク付与部に設けられ、前記第１ギヤ部の前記第１軸線回りの位相を表示する位相表示部とを備える治具である。

本開示の一実施形態に係る治具を示す全体構成図である。 図１の治具を用いるロボットの一部を示す部分的な縦断面図である。 図１の治具が取り付けられた状態のロボットの一部を示す部分的な縦断面図である。 図１の治具が取り付けられた状態のモータを示す側面図である。 図１の治具の第１の変形例を示す斜視図である。 図１の治具の第２の変形例を示す斜視図である。 図１の治具の第３の変形例を示す斜視図である。 本開示の一実施形態に係るロボットの一部の分解状態を示す側面図である。

　本開示の一実施形態に係る治具１、治具１を用いたロボット１００の組立方法について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る治具１を用いて組み立てられるロボット１００は、図２に示されるように、開口部１１を有し、内部に入力ギヤ３０を収容するケーシング１０と、ケーシング１０の開口部１１に取り外し可能に取り付けられるモータ２０とを備えている。モータ２０のシャフト２１には、モータ２０がケーシング１０に取り付けられた状態で入力ギヤ３０に噛み合う駆動ギヤ２２が取り付けられている。駆動ギヤ２２の基端側には、開口部１１の内面に嵌合して、駆動ギヤ２２の回転を支持する軸受２３が配置されている。

　開口部１１は、入力ギヤ３０の軸線方向にケーシング１０を内外に貫通している。
　駆動ギヤ２２および入力ギヤ３０は、入力ギヤ３０に対して駆動ギヤ２２を入力ギヤ３０の軸線に平行に移動させることにより相互に噛み合い可能な歯車、例えば、平歯車、はすば歯車等である。
　軸受２３は、駆動ギヤ２２と入力ギヤ３０との噛み合いが開始するよりも前にケーシング１０の開口部１１に嵌合開始するように、駆動ギヤ２２の先端に対して基端側に離れた位置に配置されている。図中の符号１２は、軸受２３に予圧を与えるためのスペーサである。

　治具１は、図１に示すように、所定の軸線（第１軸線）Ｌを中心軸とする円柱状の胴部（トルク付与部）２と、胴部２の軸線Ｌ方向の一端に設けられた外歯車部（第１ギヤ部）３と、胴部２の軸線Ｌ方向の他端に設けられた内歯車部（第２ギヤ部）４とを備えている。
　外歯車部３および内歯車部４は、軸線Ｌに同軸に配置されている。外歯車部３は、胴部２の一端面から軸線Ｌ方向に突出する軸の外面に設けられ、内歯車部４は、胴部２の他端面から軸線Ｌ方向に窪む孔の内面に形成されている。

　外歯車部３は、入力ギヤ３０に噛み合い可能な複数の外歯を有している。具体的には、駆動ギヤ２２と同等の形状を有している。
　外歯車部３および胴部２の軸線Ｌ方向の長さは、外歯車部３が入力ギヤ３０に噛み合わされた状態において、胴部２の少なくとも他端側がケーシング１０の外部に露出する寸法に設定されている。

　内歯車部４は、モータ２０のシャフト２１に固定された駆動ギヤ２２に噛み合い可能な複数の内歯を有している。内歯車部４は、例えば、駆動ギヤ２２の横断面に対して相補的な横断面形状を有しており、駆動ギヤ２２をぴったりと嵌合させることができる。

　外歯車部３に対する内歯車部４の軸線Ｌ回りの位相は、外歯車部３と同位相に配置した駆動ギヤ２２を、軸線Ｌ方向に移動させるだけで、内歯車部４に噛み合わせることができる位相関係に設定されている。

　胴部２の外径寸法は、内歯車部４をモータ２０のシャフト２１に固定された駆動ギヤ２２に噛み合わせた状態で、作業者が、胴部２の外周面を掴んで軸線Ｌ回りにモータ２０のブレーキトルクを超えるトルクを付与することができる程度の大きさに設定されている。すなわち、胴部２は、軸線Ｌから径方向外方に離れた胴部２の外周面の位置に、軸線Ｌ回りの接線方向に付与する力の力点を配置可能な形状を有している。

　また、胴部２の外周面には、マーク（位相表示部）５が設けられている。
　マーク５は、例えば、図１に示されるように、胴部２の外周面に形成された三角形状の刻印であって、外歯車部３を入力ギヤ３０に噛み合わせた状態において、ケーシング１０の外部に露出する胴部２の他端近傍に形成されている。マーク５は、周方向の中央の頂点が、例えば、外歯車部３の１つの外歯の歯厚方向の中心に一致し、かつ、内歯車部４の１つの歯溝の幅方向の中心に一致する位相を表示している。したがって、ケーシング１０内において外歯車部３を入力ギヤ３０に噛み合わせた状態であっても、ケーシング１０の外部に露出しているマーク５を確認することにより、入力ギヤ３０に噛み合う外歯車部３の軸線Ｌ回りの位相を知ることができる。同様に、駆動ギヤ２２に内歯車部４を噛み合わせることにより、駆動ギヤ２２が見えない状態であっても、マーク５を確認することにより、駆動ギヤ２２の軸線Ｌ回りの位相を知ることができる。

　胴部２の一端の外周面には、軸受（ガイド部）２ａが取り付けられている。軸受２ａは、軸受２３と同等の外径寸法を有し、外歯車部３の先端に対して、駆動ギヤ２２の先端と軸受２３との位置関係と同等の位置関係に配置されている。

　このように構成された本実施形態に係る治具１を用いたロボット１００の組立方法について以下に説明する。
　本実施形態に係る組立方法は、ケーシング１０にモータ２０を組み付ける前の状態において、まず、図３に示されるように、治具１の外歯車部３をケーシング１０の外部から、開口部１１を経由してケーシング１０の内部に挿入する。

　外歯車部３がケーシング１０内部の入力ギヤ３０に噛み合いを開始する前に、胴部２の一端に設けられた軸受２ａと開口部１１の内面との嵌合が開始される。軸受２ａの外輪に対して内輪を回転させることにより、外歯車部３の軸線Ｌ回りの回転がガイドされる。また、軸受２ａの外輪の開口部１１への嵌合を進行させることにより、外歯車部３の軸線Ｌに沿う方向への移動がガイドされる。胴部２にかけたトルクによって、外歯車部３を軸線Ｌ回りに回転させて、入力ギヤ３０に噛み合う位相を探しながら、外歯車部３を軸線Ｌに沿う方向に移動させることにより、外歯車部３をスムーズに入力ギヤ３０に噛み合わせることができる。

　そして、外歯車部３を入力ギヤ３０に噛み合わせた状態で、作業者は胴部２に表示されているマーク５の位置を確認する。マーク５が所望の位置に配置されていない場合には、作業者は、胴部２に軸線Ｌ回りのトルクを付与することによって、胴部２および外歯車部３を軸線Ｌ回りに回転させ、マーク５を所望の位置に配置する。これにより、外歯車部３を所望の位相に配置することができ、かつ、所望の位相に配置された外歯車部３に噛み合う位相に入力ギヤ３０を配置することができる。所望の位相は、例えば、マーク５の中央の頂点が鉛直上方に位置する位相である。ここで、マーク５の位置合わせは必ずしも厳密に行う必要はない。
　そして、この状態から入力ギヤ３０を回転させないように、治具１をケーシング１０から取り外すことにより、入力ギヤ３０の位相の調整作業が完了する。

　次いで、図４に示されるように、ケーシング１０への取付姿勢に配置したモータ２０の駆動ギヤ２２に、治具１の内歯車部４を噛み合わせる。そして、内歯車部４を駆動ギヤ２２に噛み合わせた状態で、作業者は胴部２に表示されているマーク５の位置を確認する。マーク５が所望の位置に配置されていない場合には、作業者は、胴部２を手で掴み、胴部２に対して軸線Ｌ回りにモータ２０のブレーキトルク以上のトルクを付与する。これにより、モータ２０にブレーキをかけた状態のまま、駆動ギヤ２２を軸線Ｌ回りに回転させることができ、マーク５を所望の位置、例えば、マーク５の中央の頂点を鉛直上方に配置することができる。これにより、駆動ギヤ２２の位相が、取付姿勢を維持したままモータ２０をシャフト２１の軸方向に移動させるだけで、ケーシング１０内の入力ギヤ３０に噛み合う位相に調整される。
　そして、この状態から駆動ギヤ２２を回転させないように、治具１を駆動ギヤ２２から取り外すことにより、駆動ギヤ２２の位相の調整作業を完了する。

　次いで、駆動ギヤ２２の位相調整後のモータ２０を吊り上げて、取付姿勢に維持したまま、開口部１１を経由して駆動ギヤ２２をケーシング１０内に挿入する。駆動ギヤ２２および入力ギヤ３０が、相互に噛み合う位相に調整されているので、モータ２０をシャフト２１の軸回りに大きく回転させなくても、駆動ギヤ２２を入力ギヤ３０に容易に噛み合わせ、モータ２０をケーシング１０に固定することができる。

　このように、本実施形態に係る治具１および組立方法によれば、作業者の手が届きにくく、直接目視することが困難な位置に配置されている入力ギヤ３０の位相を容易に調整することができるという利点がある。
　また、ブレーキがかかった状態のままでモータ２０のシャフト２１を回転させることにより、電源およびブレーキ解除装置を用意することなく、駆動ギヤ２２の位相を調整することができる。また、モータ２０を回転させずに駆動ギヤ２２を入力ギヤ３０に噛み合わせることができ、モータ２０の設置スペースが狭隘であっても、モータ２０をケーシング１０に容易に組み付けることができるという利点がある。

　また、外歯車部３と内歯車部４の両方を備えているので、駆動ギヤ２２および入力ギヤ３０の位相の調整を１つの治具１で行うことができる。したがって、別々の治具を用意する必要がないという利点がある。
　また、外歯車部３と内歯車部４とが同軸に配置されているので、単一のマーク５によって、外歯車部３および内歯車部４の両方の位相を表示することができる。

　なお、本実施形態においては、胴部２を、軸線Ｌを中心軸とする円柱状とし、胴部２を掴んでトルクを付与することとした。これに代えて、円柱状以外の柱状の胴部２を採用してもよい。また、図５に示されるように、胴部２が、軸線Ｌを中心軸とする円柱状の本体部（付与部本体）２ｂと、本体部２ｂの外周面から径方向外方に向かって延びる長尺のレバー２ｃとを備えてもよい。

　これにより、作業者は、レバー２ｃの先端に軸線Ｌ回りの接線方向の力を加えることにより、軸線Ｌ回りのより大きなトルクを付与することができる。したがって、駆動ギヤ２２あるいは入力ギヤ３０の位相の調整をより容易に行うことができる。

　また、レバー２ｃは外歯車部３および内歯車部４に対して、軸線Ｌ回りに所定の位相関係を有しているので、レバー２ｃを位相表示部として利用してもよい。すなわち、マーク５に代えて、レバー２ｃの軸線Ｌ回りの位相によって、駆動ギヤ２２あるいは入力ギヤ３０の位相を確認することにしてもよい。

　また、本実施形態においては、図６に示されるように、胴部２が軸線Ｌ方向に延びる円柱状の本体部（付与部本体）２ｄと、本体部２ｄの外周面に設けられ、本体部２ｄを軸線Ｌ回りに回転させるための工具を係合させる工具取付部２ｅとを備えてもよい。
　工具取付部２ｅは、例えば、スパナ等の工具を噛み合わせることができるように、本体部２ｄの外周面に、中心軸を挟んだ両側に形成された２つの平行な平面部である。

　この場合にも、工具取付部２ｅに噛み合わせた工具に力を加えることにより、より大きなトルクを付与することができる。また、工具取付部２ｅの位置によって、外歯車部３および内歯車部４の位相を確認してもよい。
　また、治具１の使用時のみに、工具を取り付けるので、治具１を小型化することができるという利点もある。

　また、本実施形態においては、位相表示部として三角形状の刻印を例示したが、形状は任意でよく、また、刻印に代えて、ケガキ線やシール、ペイントなど任意の方法を採用してもよい。
　また、本実施形態においては、胴部２の一端に軸受２ａを設けたが、軸受２ａを設けずに、胴部２の一端を直接、開口部１１に嵌合させてもよい。

　また、外歯車部３および内歯車部４の両方を備える治具１を例示した。これに代えて、図７に示されるように、外歯車部３を備える第１治具１Ａと、内歯車部４を備える第２治具１Ｂとから構成される治具セット１′を採用してもよい。

　図７に示される例では、第１治具１Ａは、所定の軸線Ｌを中心軸とする円柱状の第１胴部２Ａと、第１胴部２Ａの軸線Ｌ方向の一端に固定された外歯車部３とを備えている。第１胴部２Ａは、第１胴部２Ａの外周面から径方向外方に延び、第１胴部２Ａに対して、軸線Ｌ回りの接線方向の力の付与を可能とする第１レバー（トルク付与部、位相表示部）５Ａを備えている。

　また、第２治具１Ｂは、所定の軸線（第２軸線）Ｍを中心軸とする円柱状の第２胴部２Ｂと、第２胴部２Ｂの軸線Ｍ方向の一端に形成された内歯車部４とを備えている。第２胴部２Ｂは、第２胴部２Ｂの外周面から径方向外方に延び、第２胴部２Ｂに対して、軸線Ｍ回りの接線方向の力の付与を可能とする第２レバー（第２トルク付与部、第２位相表示部）５Ｂを備えている。
　第１レバー５Ａ，第２レバー５Ｂは、それぞれ外歯車部３，内歯車部４に対して所定の位相関係を有していればよい。

　また、本開示の一実施形態に係るロボット２００について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るロボット２００は、図８に示されるように、開口部２１１を有し、内部に入力ギヤ２３０を収容するケーシング２１０と、ケーシング２１０の開口部２１１に取り外し可能に取り付けられるモータ２２０を備えている。モータ２２０のシャフト２２１には、モータ２２０がケーシング２１０に取り付けられた状態で入力ギヤ２３０に噛み合う駆動ギヤ２２２が取り付けられている。
　また、駆動ギヤ２２２の基端側の外周面には、駆動ギヤ２２２に対して所定の位相関係を有するマーク（位相表示部）２０５が設けられている。

　これにより、作業者は、モータ２２０をケーシング２１０に取り付ける前に、マーク２０５の位相を確認することにより、治具１を使用することなく、駆動ギヤ２２２を所望の位相に調整することができる。したがって、入力ギヤ２３０の位相だけを、治具１を用いて調整することにより、駆動ギヤ２２２および入力ギヤ２３０を相互に噛み合い可能な位相に配置することができる。これにより、モータ２２０を容易にケーシング２１０に組み付けることができる。

１　治具
１′　治具セット
１Ａ　第１治具
１Ｂ　第２治具
２　胴部（トルク付与部）
２ａ　軸受（ガイド部）
２ｂ　本体部（付与部本体）
２ｃ　レバー
２ｄ　本体部（付与部本体）
２ｅ　工具取付部
３　外歯車部（第１ギヤ部）
４　内歯車部（第２ギヤ部）
５　マーク（位相表示部）
５Ｂ　第２レバー（第２トルク付与部、第２位相表示部）
１０　ケーシング
２０　モータ
２１　シャフト
２２　駆動ギヤ
３０　入力ギヤ
１００　ロボット
２００　ロボット
２０５　マーク（位相表示部）
２１０　ケーシング
２２０　モータ
２２１　シャフト
２２２　駆動ギヤ
２３０　入力ギヤ
Ｌ　軸線（第１軸線）
Ｍ　軸線（第２軸線）
 

Claims (12)

1. 　ケーシングの外部から該ケーシングの内部に挿入されることにより、該ケーシングの内部に配置された入力ギヤに噛み合わせ可能な第１ギヤ部と、
   　該第１ギヤ部に固定され、該第１ギヤ部が前記入力ギヤに噛み合った状態において前記ケーシングの外部に配置され、前記第１ギヤ部に該第１ギヤ部の軸線である第１軸線回りのトルクを付与可能なトルク付与部と、
   　該トルク付与部に設けられ、前記第１ギヤ部の前記第１軸線回りの位相を表示する位相表示部とを備える治具。
2. 　モータのシャフトに取り付けられた駆動ギヤに噛み合わせ可能な第２ギヤ部を備え、
   　該第２ギヤ部が、前記第１ギヤ部と同軸に前記トルク付与部を前記第１軸線方向に挟んで前記第１ギヤ部とは反対側に設けられ、
   　前記トルク付与部が、前記第２ギヤ部を前記駆動ギヤに噛み合わせた状態で、前記シャフトに、前記モータのブレーキトルクを超えるトルクを付与可能である請求項１に記載の治具。
3. 　前記トルク付与部に設けられ、前記ケーシングとの接触により、前記第１ギヤ部と前記入力ギヤとの前記第１軸線方向および前記第１軸線回りの回転方向の相対移動をガイドするガイド部を備える請求項１または請求項２に記載の治具。
4. 　前記位相表示部が前記トルク付与部に設けられたマークである請求項１から請求項３のいずれかに記載の治具。
5. 　前記トルク付与部が、前記第１軸線から径方向外方に離れた位置に、前記第１軸線回りの接線方向に付与する力の力点を配置可能な形状を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の治具。
6. 　前記トルク付与部が、
   　前記第１ギヤ部に固定された付与部本体と、
   　該付与部本体から前記第１軸線を中心とする径方向外方に延びるレバーとを備える請求項５に記載の治具。
7. 　前記位相表示部が前記レバーによって構成されている請求項６に記載の治具。
8. 　前記トルク付与部が、
   　前記第１ギヤ部に固定された付与部本体と、
   　該付与部本体に設けられた工具取付部とを備え、
   　該工具取付部が、工具のハンドルを、前記第１軸線を中心とする径方向外方に延ばした状態で、前記工具を前記付与部本体に前記第１軸線回りに係合させる請求項５に記載の治具。
9. 　前記位相表示部が前記工具取付部によって構成されている請求項８に記載の治具。
10. 　請求項１に記載の治具からなる第１治具と、
    　第２治具とを備え、
    　該第２治具が、モータのシャフトに取り付けられた駆動ギヤに噛み合わせ可能な第２ギヤ部と、該第２ギヤ部に固定され、該第２ギヤ部の軸線である第２軸線回りにトルクを付与可能な第２トルク付与部と、前記第２軸線回りの位相を表示する第２位相表示部とを備え、
    　前記第２トルク付与部が、前記第２ギヤ部を前記駆動ギヤに噛み合わせた状態で、前記シャフトに、前記モータのブレーキトルクを超えるトルクを付与可能である治具セット。
11. 　請求項１に記載の治具の前記第１ギヤ部を、前記ケーシング内に挿入して前記入力ギヤに噛み合わせた状態で、
    　前記ケーシング外に配置された前記トルク付与部によって前記第１ギヤ部に前記第１軸線回りのトルクを付与することにより、前記入力ギヤを回転させ、
    　前記位相表示部に表示された前記第１ギヤ部の位相に基づいて前記入力ギヤの位相を、モータのシャフトに固定された駆動ギヤを噛み合わせ可能な位相に調整し、
    　前記治具を前記ケーシング外に取り外し、
    　前記駆動ギヤを前記入力ギヤに噛み合わせつつ、前記モータを前記ケーシングに取り付けるロボットの組立方法。
12. 　モータと、
    　該モータのシャフトに取り付けられる駆動ギヤと、
    　前記モータを固定するケーシングと、
    　該ケーシング内に配置され、前記駆動ギヤに噛み合わせ可能な入力ギヤとを備え、
    　前記駆動ギヤに、該駆動ギヤの位相を表示する位相表示部が設けられているロボット。

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