JP2009050971A - 産業用ロボットの関節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 産業用ロボットの関節部に搭載される減速機や駆動モータの交換作業等を楽に行うことができ、また、駆動モータを取り外した際でも、アームの角度位置の補正作業等を行わなくても済むようにする。
【解決手段】 産業用ロボットの固定ベース２と第１アーム３の間等の関節構造において、内筒７と外筒８が回転自在な二重筒構造のベアリングユニット６を配設して、外筒８を固定ベース２に結合するとともに、内筒７を第１アーム３に結合し、駆動モータ１２や減速機１１の外側ケース１１ｃを外筒８側に連結し、減速機１１の出力軸１１ｊを内筒７側に連結する。また、駆動モータ１２の角度位置を検出するエンコーダ１５を駆動モータ１２とは別個の位置に配置し、アーム回動軸１６等に連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用ロボットの関節部に搭載される駆動モータや減速機の交換作業等を容易化する技術に関する。

従来、産業用ロボットの関節部に搭載される駆動モータや減速機の取付構造は、一般的に、減速機本体がアームの保持を兼ねているため、減速機本体を交換する際は、それより先端側のアームをクレーン等により保持しておく必要があった。そこで、駆動モータや減速機の交換作業を容易化する技術として、固定ベース上に旋回可能に搭載される旋回胴の底面に開口を設け、この開口を通して減速機やモータを固定ベース上に載置し、減速機をボルトで旋回胴の開口周縁部に固定することで、旋回胴の衝合面を固定ベースの衝合面から浮上させるようにした技術（例えば、特許文献１参照。）や、減速機と旋回部を結合する際、両者間を中間部材を介して結合するようにした技術（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
特開平２−５９２８１号公報 特開平９−１５０３８９号公報

一方、上記の技術は、固定ベース上の旋回部に対してのみ適用できる構成で、それより先端側のアームの関節部には適用できないため、ケーシングの中に歯車が収容される減速機において、交換作業時等において、ケーシングの外部から内部に向けてボルト（係止部材）を挿入して歯車の回転を阻止できるようにした技術（例えば、特許文献３参照。）なども知られている。
特開２００３−２７８８４８号公報

ところが、上記特許文献３の技術の場合は、減速機や駆動モータを交換する際に、それより先端側のアームの回転は阻止されるものの、減速機の交換作業自体は非常に煩雑であった。また、駆動モータの交換についても、取り外した際に角度位置検出器が駆動モータと一体になっているため、取り外した状態で駆動モータの出力軸が回動したり、アームが回動したりすると、記憶している角度位置とのズレが発生し、組付完了時に、再度位置補正作業を行う必要があった。
すなわち、産業用ロボットは、部品点数削減のため、非常に無駄のない装置構成になっているが、保守整備の面では必ずしも部品交換等を容易に行うことが出来なかった。

そこで本発明は、産業用ロボットの関節部に搭載される減速機や駆動モータの交換作業等を楽に行うことができ、また、駆動モータを取り外した後、再装着した場合でも、角度位置の補正作業等を行わなくても済むようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、産業用ロボットの第１部材と第２部材が屈曲自在に連結される関節部に減速機と駆動モータが配設される関節構造において、前記関節部に、内筒と外筒が回転自在に一体化されるベアリングユニットを設け、このベアリングユニットの内筒または外筒のいずれか一方側を前記第１部材に結合するとともに、他方側を第２部材に結合するようにし、また、前記駆動モータと減速機の出力軸とを、内筒または外筒のいずれか一方にそれぞれ別個に連結するようにした。

このように、関節部にベアリングユニットを配設し、例えば外筒（内筒）を第１部材に結合し、内筒（外筒）を第２部材に結合するとともに、駆動モータを外筒側（内筒側）に、減速機の出力軸を内筒側（外筒側）に連結することにより、減速機を取り外してもベアリングユニットによりアーム（第２部材）を保持させることができるようになり、交換作業等を楽に行うことができる。また、減速機でアームを保持しておく必要がなくなるため、減速機の寿命向上が図られる。
因みに、このような構造は、産業用ロボットの固定ベース部分の関節部だけでなく、その他のアームの関節部にも適用できるため汎用性が高い。

また本発明では、前記駆動モータの角度位置を検出する角度位置検出器を第１部材側または第２部材側に取り付け、駆動モータの回転を伝達する伝達部材を介して角度位置を検出するようにした。
このように、従来、駆動モータと一体であった角度位置検出器を、第１部材側または第２部材側に取り付ければ、駆動モータを取り外しても角度位置検出器自体は取り外すことがなく、しかも関節部のお互いの位置も変化しないため、駆動モータを再度取り付けた後に、角度位置補正する必要がない。

産業用ロボットの第１部材と第２部材が屈曲自在に連結される関節部に、第１部材と第２部材とを回転自在に連結するベアリングユニットを配設し、このベアリングユニットによってアーム（第２部材）を保持させることで、減速機を取り外す際にクレーン等でアーム（第２部材）を保持しておく必要がなくなり、減速機の取り外し作業を簡単にしかも時間をかけないで行うことができ、しかも減速機でアームを保持する必要がなくなるため減速機の寿命を延ばすことができる。
また、駆動モータの角度位置を検出する角度位置検出器を第１部材側または第２部材側に取り付け、駆動モータの回転を伝達する伝達部材を介して角度位置を検出するようにすれば、駆動モータを取り外した際に、再度取り付けても角度位置補正する必要がなくなり、作業容易である。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで、図１は本発明に係る産業用ロボットの関節構造を固定ベースの関節部に適用した場合の構成例図、図２は、角度位置検出器の配置の例を示す説明図、図３は従来の関節部の構造の説明図である。

本発明に係る産業用ロボットの関節構造は、関節部に搭載される減速機や駆動モータの交換作業を楽に行うことができ、また、駆動モータを取り外した際でも、角度位置の補正作業等を行わなくても済むようにされているが、本発明を説明する前に従来の産業用ロボットの関節構造について図３に基づき説明する。
ここで、図３（ａ）は減速機や駆動モータが取り付けられた状態の説明図、（ｂ）は駆動モータを取り外した状態の説明図、（ｃ）は更に減速機を取り外した状態の説明図である。

従来の産業用ロボット５０の関節部について、第１部材としての固定ベース５１と、第２部材としてのアーム５２の間の関節部を代表例にして説明すると、固定ベース５１の取付凹部５１ｄには、減速機５３が嵌めこまれて、その外側ケース５３ｃが固定ベース５１に固定されるとともに、減速機５３の出力軸５３ｊはアーム５２に固定され、この減速機５３の外側に、取付部材５４を介して駆動モータ５５が固定ベース５１側に固定されている。そして、駆動モータ５５の出力軸５５ｅが減速機５３内部の入力軸部（不図示）に連結可能とされている。そして、駆動モータ５５の回転を減速機５３で減速しアーム５２に伝達する。

このため、従来の産業用ロボット５０の減速機５３を交換するような場合、まず、図３（ｂ）に示すように、取付部材５４と固定ベース５１の結合を解除することにより駆動モータ５５を取り外した後、減速機５３の外側ケース５３ｃと固定ベース５１の結合、及び減速機５３の出力軸５３ｊとアーム５２の結合をそれぞれ解除して取り外す必要があるが、この際、アーム５２の一端側は減速機５３によって保持されているため、減速機５３を取り外す際、アーム５２をクレーン等により保持しておく必要があった。

また、駆動モータ５５の角度位置を検出するための角度位置検出器としてのエンコーダ５６は、従来は駆動モータ５５に取り付けられているため、駆動モータ５５を取り外した際は、出力軸５５ｅが回動したり、アーム５２が動いたりすることにより記憶していた角度位置にズレが発生するため、駆動モータ５５を組み付けた後、再度位置補正する必要があった。

そこで本発明は、従来の上記のような不具合を是正するためなされたものであり、減速機５３を取り外しても、クレーン等によりアーム５２を保持する必要がないようにし、また、駆動モータ５５を取り外した際でも、組付後に角度位置補正を行う必要がないようにしている。

それでは、本発明の産業用ロボット１の関節構造について図１に基づき説明する。
ここで、図１は、固定ベース２に第１アーム３が取り付けられ、第１アームに第２アーム４が取り付けられるとともに、第２アームに第３アーム５が取り付けられている多関節の産業用ロボット１であるが、ここでは、本関節構造を、固定ベース２と第１アーム３との間の関節部に適用した例を代表例として示す。また、固定ベース２に形成される取付凹部２ｄの形状や、第１アーム３の形状等は、図３に示す従来例と同様である。

この場合、固定ベース２が第１部材に該当し、第１アーム３が第２部材に該当するが、本発明では、固定ベース２の取付凹部２ｄにベアリングユニット６を装着するようにしている。ここでベアリングユニット６は、内筒７と外筒８がベアリング部を介して回動自在にされる二重筒構造の一体化物であり、内筒７が第１アーム３側に結合され、外筒８が固定ベース２側に結合されている。

そして、このベアリングユニット６内に減速機１１や駆動モータ１２が収容され、この場合、本実施例では、減速機１１の出力軸１１ｊに連結部材１３をボルト等で結合し、この連結部材１３のスプライン部１３ｓを、内筒７のスプライン部７ｓに嵌合自在にするとともに、減速機１１の外側ケース１１ｃは、取付部材１４を介して外筒８に結合している。

また、駆動モータ１２は、取付部材１４にボルト等で結合することにより、外筒８側に固定している。また、この駆動モータ１２には、駆動モータ１２の角度位置を検出するためのエンコーダ１５が取り付けられている。

以上のような関節構造において、駆動モータ１２が作動すると、減速機１１を介して減速された出力が第１アーム３に伝達される。そして、交換等のため、減速機１１や駆動モータ１２を取り外しても、第１アーム３はベアリングユニット６によって保持されているため、第１アーム３をクレーン等により保持しておかなくてもよく、作業が容易である。

なお、以上のようなベアリングユニット６を使用した関節構造は、第１アーム３と第２アーム４の間の関節部や、第２アーム４と第３アーム５の間の関節部にも適用可能である。

ところで、以上のような関節構造の場合、駆動モータ１２の角度を検出するためのエンコーダ１５が、駆動モータ１２に一体化されているため、駆動モータ１２を取り外した場合には、再度取り付けた後に位置補正が必要である。
そこで、エンコーダ１５の取付位置を変更することにより位置補正の必要性をなくした構成例について、図２に基づき説明する。

この構成例の場合、固定ベース２と第１アーム３の間の関節部においては、固定ベース２の取付凹部２ｄにベアリングユニット６を装着し、このベアリングユニット６内に減速機１１や駆動モータ１２を配設する点は前記例と同様であるが、エンコーダ１５は、駆動モータ１２とは反対側の固定ベース２側に取り付け、エンコーダ軸を、第１アーム３を回転自在に支持するアーム回動軸１６に連結するようにしている。
因みに、この場合は、駆動モータ１２の回転は、第１アーム３を介してエンコーダ１５で検出されることになり、第１アーム３が駆動モータ１２の回転を伝達する伝達部材となる。

上記のような構成により、駆動モータ１２や減速機１１を取り外した際でも、第１アーム３と固定ベース２との相対角度は変化せず、また、エンコーダ１５の位置も変化しないため、駆動モータ１２を再度取り付けた後でも、エンコーダ１５の角度位置補正は不要となる。
なお、駆動モータ１２の軸と第１アーム３とのギヤ比を合わせる必要があり、機構上不可能な場合は、駆動モータ制御装置によりエンコーダ１５からの信号と設定記憶しているギヤ比とを演算し、駆動モータ１２の位置を制御するようにしてもよい。

次に、第１アーム３と第２アーム４との間の関節部においては、ベアリングユニット６の外筒８を第１アーム３に結合し、内筒７を第２アーム４に結合するとともに、減速機１１の出力軸１１ｊをベアリングユニット６の内筒７に連結するようにし、また内筒７に設けた歯車１７と、外筒８側または第２アーム４に取り付けたエンコーダ１５先端の歯車１８を噛合させるようにしている。

この場合、駆動モータ１２の回転は、歯車１７、１８を介してエンコーダ１５で検出されるようになり、歯車１７、１８が駆動モータ１２の回転を伝達する伝達部材となるが、この場合も、駆動モータ１２や減速機１１を取り外した際でも、第１アーム３と第２アーム４の相対位置は変化せず、しかもエンコーダ１５の位置も変化しないため、駆動モータ１２等を再度取り付けた後でも、エンコーダ１５の角度位置補正は不要となる。

以上のような構成により、減速機１１や駆動モータ１２を交換等で取り外す際も、簡単な作業で済むようになり、しかも、駆動モータ１２等を取り付けた後も、角度位置補正等の手間がかからない。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。

産業用ロボットの関節部に配設される減速機や駆動モータを交換したり、保守整備するようなときに簡単に作業できるとともに、減速機でアームを保持しないため、減速機の寿命を延ばすことができ、更に、その後のアームの角度補正等も不要になって、作業時間が大幅に短縮される。このため、例えば産業用ロボットを大量に導入している自動車の組立工場等における利用が期待される。

本発明に係る産業用ロボットの関節構造を固定ベースの関節部に適用した場合の構成例図 角度位置検出器の配置の例を示す説明図 従来の関節部の構造の説明図

符号の説明

１…産業用ロボット、２…固定ベース、３…第１アーム、４…第２アーム、６…ベアリングユニット、７…内筒、８…外筒、１１…減速機、１１ｊ…出力軸、１２…駆動モータ、１５…エンコーダ。

Claims (2)

1. 作業用ロボットの第１部材と第２部材が屈曲自在に連結される関節部に減速機と駆動モータが配設される関節構造であって、前記関節部には、内筒と外筒が回転自在に一体化されるベアリングユニットが設けられ、このベアリングユニットの内筒または外筒のいずれか一方側を前記第１部材に結合するとともに、他方側を第２部材に結合するようにし、また、前記駆動モータと減速機の出力軸とを、内筒または外筒のいずれか一方にそれぞれ別個に連結することを特徴とする産業用ロボットの関節構造。
2. 前記駆動モータの角度位置を検出する角度位置検出器は、前記第１部材側または第２部材側に取り付けられ、駆動モータの回転を伝達する伝達部材を介して角度位置を検出するようにされることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボットの関節構造。

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