JP2017172983A - ロボット及びトルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット全体としてのコストを過度に高くせずにすみ、かつ、ロボットとしての品質を維持すること。
【解決手段】本開示に係るロボット１００において、トルクセンサ１は、起歪体２と、起歪体２の一部に取り付けられている歪センサ１０とを具備しており、起歪体２は、内側フランジ部２１と、内側フランジ部２１の径方向Ｒの外側に設けられている環状の外側フランジ部２２と、内側フランジ部２１と外側フランジ部２２との間を連結する複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆとを具備しており、複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆの少なくとも１又は２以上は、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２２と別体として形成されており、歪センサ１０が取り付けられている分離型スポーク部である。
【選択図】図２

Description

本開示は、ロボット及びトルクセンサに関する。

従来、起歪体を構成するスポーク部に歪センサが取り付けられているトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４-０２９０２３号公報

しかしながら、上述のトルクセンサでは、スポーク部の精度だしや歪センサを取り付ける作業にコストがかかる。従って、ロボットに当該トルクセンサを搭載するには、ロボット全体としてのコストを過度に高くせずにすみ、かつ、ロボットとしての品質を維持できるトルクセンサが希求されている。

そこで、本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ロボット全体としてのコストを過度に高くせずにすみ、かつ、ロボットとしての品質を維持できるトルクセンサを有するロボット及びトルクセンサを提供することを目的とする。

本開示の第１の特徴は、トルクセンサが組み込まれている１又は２以上の回転軸を有するロボットであって、前記トルクセンサは、起歪体と、前記起歪体の一部に取り付けられている歪センサとを具備しており、前記起歪体は、内側フランジ部と、前記内側フランジ部の径方向の外側に設けられている環状の外側フランジ部と、前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間を連結する複数のスポーク部とを具備しており、前記複数のスポーク部の少なくとも１又は２以上は、前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部と別体として形成されており、前記歪センサが取り付けられている分離型スポーク部であることを要旨とする。

本開示の第２の特徴は、起歪体と、前記起歪体の一部に取り付けられている歪センサとを具備しているトルクセンサであって、前記起歪体は、内側フランジ部と、前記内側フランジ部の径方向の外側に設けられている環状の外側フランジ部と、前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間を連結する複数のスポーク部とを具備しており、前記複数のスポーク部の少なくとも１又は２以上は、前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部と別体として形成されており、前記歪センサが取り付けられている分離型スポーク部であることを要旨とする。

本開示によれば、ロボット全体としてのコストを過度に高くせずにすみ、かつ、ロボットとしての品質を維持できるトルクセンサを有するロボット及びトルクセンサを提供することができる。

実施形態に係るロボットの一例を示す図である。 実施形態に係るトルクセンサの一例を示す平面図である。 実施形態に係るトルクセンサの一例を示す斜視図である。 分離型スポーク部が分離された状態のトルクセンサの一例を示す平面図である。 分離型スポーク部が分離された状態のトルクセンサの一例を示す斜視図である。 分離型スポーク部の一例を示す平面図である。 分離型スポーク部の一例を示す斜視図である。 分離型スポーク部に取り付けられる歪センサの一例を示す図である。

以下、図１〜図８を参照して、一実施形態について説明する。本実施形態では、図１に示すように、ロボット１００として、回転軸Ｘ１〜Ｘ６を有する多軸ロボットが例示されているが、軸数は、６軸に限定されるものではない。例えば、かかるロボット１００は、７以上の回転軸を有する多軸ロボットであってもよいし、２以上５以下の回転軸を有する多軸ロボットであってもよいし、単軸ロボットであってもよい。また、本実施形態では、図１に示すように、ロボット１００として、単腕ロボットが例示されているが、かかるロボット１００は、双腕以上の多腕ロボットであってもよい。

また、本実施形態に係るロボット１００における回転軸Ｘ１〜Ｘ６の少なくとも１つにトルクセンサ１が組み込まれている。

図２〜図５に示すように、トルクセンサ１は、起歪体２と、起歪体２の一部に取り付けられている歪センサ（歪ゲージ）１０Ａ、１０Ｂとを具備している。

起歪体２は、外力によって歪みを発生させる部材であり、内側フランジ部２１と、外側フランジ部２２と、複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆとを具備している。

内側フランジ部２１は、図２〜図５に示すように、円環状の形状を有していてもよいし、他の任意の形状を有していてもよい。

外側フランジ部２２は、内側フランジ部２１の径方向Ｒの外側に設けられており、環状の形状を有している。本実施形態では、外側フランジ部２２は、円環状の形状を有しているが、他の任意の形状を有していてもよい。

複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆは、内側フランジ部２１と外側フランジ部２３Ａ〜２３Ｆとの間を連結するように構成されている。

複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆの少なくとも１又は２以上は、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２２と別体として形成されており、歪センサ１０Ａ、１０Ｂが取り付けられている分離型スポーク部である。本実施形態では、図２〜図７に示すように、スポーク部２３Ａ、２３Ｂが、かかる分離型スポーク部に該当する。なお、スポーク部２３Ａ、２３Ｂのどちらか一方のみが、かかる分離型スポーク部に該当するように構成されていてもよい。

かかる特徴によれば、歪センサ１０Ａ、１０Ｂを取り付けるスポーク部（分離型スポーク部）２３Ａ、２３Ｂを内側フランジ部２１及び外側フランジ部２２と別体として形成しているため、スポーク部２３Ａ、２３Ｂに歪センサ１０Ａ、１０Ｂを取り付ける作業を容易にすることができる。

ここで、複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆのうちの全てが、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２２と別体として形成されていてもよい。また、分離型スポーク部であるスポーク部２３Ａ、２３Ｂだけで荷重に耐えられるように設計することによって、他のスポーク部２３Ｃ〜２３Ｆが不要となるように構成されていてもよい。

また、複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆは、図２〜５に示すように、内側フランジ部２１と外側フランジ部２３Ａ〜２３Ｆとの間において放射状に設けられていてもよい。かかる特徴によれば、製造容易性やコスト削減等の観点からの効果が大きい。なお、複数のスポーク部２３Ａ〜２３Ｆは、内側フランジ部２１と外側フランジ部２３Ａ〜２３Ｆとの間において他の構造で設けられていてもよい。

また、図２〜図５に示すように、スポーク部２３Ａ〜２３Ｆのうち、分離型スポーク部であるスポーク部２３Ａ、２３Ｂ以外の複数のスポーク部２３Ｃ〜２３Ｆは、内側フランジ部２１及び外側フランジ部２２と一体に形成されており、歪センサ１０Ａ、１０Ｂが取り付けられていない一体型スポーク部であってもよい。

かかる特徴によれば、歪センサ１０Ａ、１０Ｂが取り付けられていないスポーク部（一体型スポーク部）２３Ｃ〜２３Ｆについては内側フランジ部２１及び外側フランジ部２２と一体に形成するため、分離型スポーク部の数を最小限とすることで、起歪体２を形成する際に係る工数を低減することができる。

図６に示すように、歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、分離型スポーク部であるスポーク部２３Ａ、２３Ｂにおいて対向する２つの平面２３０、２３１に取り付けられていてもよい。

ここで、２つの平面２３０、２３１は、互いに平行になるように設けられていてもよい。なお、本実施形態において「２つの平面２３０、２３１は、互いに平行になるように設けられている」とは、２つの平面２３０、２３１が、本実施形態によって実現可能な効果を奏することができる程度に平行な状態で配置されていることを意味する。

また、図６に示すように、外側フランジ部２２の周方向Ｃにおける分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の外形の長さＬは、２つの面２３０、２３１の間において最も長くなるように構成されていてもよい。

かかる特徴によれば、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）における歪みを均一化することができる。

つまり、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）において２つの面２３０、２３１が最も突出した部分となるため、２つの面２３０、２３１の平面度や平行度や、厚み出し加工等の加工工程において精度の高い研磨作業等が可能となる。したがって、これらの製造精度を高めることが可能になり、歪みを均一化できる。

さらに、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）において２つの面２３０、２３１よりも突出した部分がないため、研磨作業も容易となり、結果として製造コストを削減することも可能である。

ここで、図６及び図７に示すように、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の２つの平面２３０、２３１のそれぞれに、２つの歪センサ１０Ａ、１０Ｂが取り付けられていてもよい。かかる特徴によれば、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の２つの平面２３０、２３１のそれぞれに２つの歪センサ１０Ａ、１０Ｂを設けることによって、歪センサ１０Ａ、１０Ｂによる歪みの検出結果の信頼性を向上させることができる。

なお、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の２つの平面２３０、２３１のそれぞれに取り付けられる歪センサの数は、２個に限定されるものでは無く、任意の数であってもよい。

或いは、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の２つの平面２３０、２３１のいずれか一方の平面にのみ、１又は複数の歪センサが取り付けられていてもよい。かかる歪センサの数は、任意の数であってもよい。

また、スポーク部２３Ａ、２３Ｂの少なくとも一方において、平面２３０に取り付けられる歪センサの数と、平面２３１に取り付けられる歪センサの数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

さらに、スポーク部２３Ａの平面２３０、２３１に取り付けられる歪センサの数と、スポーク部２３Ｂの平面２３０、２３１に取り付けられる歪センサの数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の２つの平面２３０、２３１の間において穴部２４０が形成されていてもよい。

かかる特徴によれば、歪センサ１０Ａ、１０Ｂを平面２３０、２３１に取り付けることによって歪センサ１０Ａ、１０Ｂを分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）に取り受ける作業を容易にしつつ、２つの平面２３０、２３１の間に穴部２４０を形成することによって側面における歪を均一にすることができる。

また、穴部２４０を形成することで、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の２つの平面２３０、２３１の外形寸法を大きくすることができるため、内側フランジ２１及び外側フランジ２２と分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）との連結を、例えば、図２及び図３に示すように、ボルト５０、５１に締結等の容易な締結手段により締結することが可能である。

また、歪センサ１０Ａ、１０Ｂが取り付けられている部位の周方向Ｃにおいて、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の穴部２４０を除いた厚みＴ１は、一体型スポーク部（スポーク部２３Ｃ〜２３Ｆ）の厚みＴ２と同一となるように構成されていてもよい。

ここで、図２及び図６に示すように、厚みＴ１が一定ではない場合には、上述の部位の周方向Ｃにおける厚みＴ１の平均値や最大値や最小値等の任意の値を取るように構成されていてもよい。同様に、厚みＴ２が一定ではない場合には、厚みＴ２の平均値や最大値や最小値等の任意の値を取るように構成されていてもよい。

かかる特徴によれば、分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）における歪み及び一体型スポーク部（スポーク部２３Ｃ〜２３Ｆ）における歪みを均一化することができる。

また、かかる特徴によれば、歪センサ１０Ａ、１０Ｂによる歪み検出結果をスポーク部２３Ａ〜２３Ｆの間で共通化することができるので、外力に対する歪みのプロファイルを容易に調整することができる。

また、穴部２４０の周方向Ｃにおける長さＬ１は、外側フランジ部２２の径方向Ｒにおける歪センサ１０Ａ、１０Ｂが取り付けされている部位の前後において、内側フランジ部２１側から外側フランジ部２２側に向かうに連れて長くなっていった後に短くなっていくように構成されていてもよい。

かかる特徴によれば、均一な歪みを発生させる領域を広くすることができるので、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの取り付けを容易にすることができる。また、かかる特徴によれば、分離型スポーク部と一体型スポーク部とを同じ寸法にすることができるので、設計を共通化することができ容易化することができる。

また、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、２つの歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々は、歪みを検出する方向（径方向）Ｒにおいて少なくとも一部で同一位置となるように配置されていてもよい、すなわち、歪みを検出する方向Ｒに直交する分離型スポーク部（スポーク部２３Ａ、２３Ｂ）の厚さ方向Ｘにおいて重複するように配置されていてもよい。

具体的には、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々は、歪みを検出する方向（径方向）Ｒに伸びた複数の配線を有しており、上述の厚さ方向Ｘにおいて歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々の配線を交互に配置することで、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々の配線は、歪みを検出する方向Ｒにおいて少なくとも一部で同一位置となるように配置されていてもよい。

かかる特徴によれば、２つの歪センサ１０Ａ、１０Ｂに加わる歪みが同等になるため、２つの歪センサ１０Ａ、１０Ｂによる歪みの検出結果の多重化が容易となり、歪センサ１０Ａ、１０Ｂによる歪みの検出結果の信頼性をより向上させることができる。

また、かかる特徴によれば、スポーク部２３Ａ、２３Ｂの側面の径方向Ｒの伸び縮み量を精度良く検出することができ、周方向Ｃのトルクの測定精度を向上させることができる。

例えば、図８（ａ）に示すように、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々の配線は、歪みを検出する方向Ｒにおける全体領域Ａに渡って同一位置となるように配置されていてもよい。

また、図８（ｂ）に示すように、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々の配線は、歪みを検出する方向Ｒにおける中央領域Ｂにおいてのみ同一位置となるように配置されていてもよい。

さらに、図８（ｃ）に示すように、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々の配線は、上述の厚さ方向Ｘにおける中央領域Ｅでは、歪みを検出する方向Ｒにおける全体領域Ａに渡って同一位置となるように配置されていてもよい。

なお、図８（ｃ）に示すように、歪センサ１０Ａ、１０Ｂの各々の配線は、上述の厚さ方向Ｘにおける外側領域Ｃでは、歪みを検出する方向Ｒにおける全体領域Ａに渡って延びていないため、歪みを検出する方向Ｒにおける一部領域Ｆにおいてのみ同一位置となるように配置されていてもよい。

１００…ロボット
Ｘ１〜Ｘ６…回転軸
１…トルクセンサ
１０Ａ、１０Ｂ…歪センサ
２…起歪体
２１…内側フランジ部
２２…外側フランジ部
２３Ａ〜２３Ｆ…スポーク部
２３０、２３１…平面
２４０…穴部
Ｃ…周方向
Ｒ…径方向
Ｘ…厚さ方向

Claims (10)

1. トルクセンサが組み込まれている１又は２以上の回転軸を有するロボットであって、
   前記トルクセンサは、起歪体と、前記起歪体の一部に取り付けられている歪センサとを具備しており、
   前記起歪体は、
   内側フランジ部と、
   前記内側フランジ部の径方向の外側に設けられている環状の外側フランジ部と、
   前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間を連結する複数のスポーク部とを具備しており、
   前記複数のスポーク部の少なくとも１又は２以上は、前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部と別体として形成されており、前記歪センサが取り付けられている分離型スポーク部である、ロボット。
2. 前記分離型スポーク部以外の前記複数のスポーク部は、前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部と一体に形成されており、前記歪センサが取り付けられていない一体型スポーク部である、請求項１に記載のロボット。
3. 前記歪センサは、前記分離型スポーク部において対向する２つの平面に取り付けられており、
   前記２つの面は、平行になるように設けられており、
   前記外側フランジ部の周方向における前記分離型スポーク部の外形の長さは、前記２つの面の間において最も長くなるように構成されている、請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記分離型スポーク部の前記２つの平面の間において穴部が形成されている、請求項３に記載のロボット。
5. 前記歪センサが取り付けられている部位の前記周方向において、前記分離型スポーク部の前記穴部を除いた厚みは、前記一体型スポーク部の厚みと同一となるように構成されている、請求項４に記載のロボット。
6. 前記穴部の前記周方向における長さは、前記外側フランジ部の径方向における前記歪センサが取り付けされている部位の前後において、前記内側フランジ部側から前記外側フランジ部側に向かうに連れて長くなっていった後に短くなっていくように構成されている、請求項５に記載のロボット。
7. 前記２つの平面のそれぞれに、２つの前記歪センサが取り付けられている、請求項３〜６のいずれか一項に記載のロボット。
8. 前記２つの歪センサの各々は、歪みを検出する方向において少なくとも一部で同一位置となるように配置されている、請求項７に記載のロボット。
9. 起歪体と、前記起歪体の一部に取り付けられている歪センサとを具備しているトルクセンサであって、
   前記起歪体は、
   内側フランジ部と、
   前記内側フランジ部の径方向の外側に設けられている環状の外側フランジ部と、
   前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間を連結する複数のスポーク部とを具備しており、
   前記複数のスポーク部の少なくとも１又は２以上は、前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部と別体として形成されており、前記歪センサが取り付けられている分離型スポーク部である、トルクセンサ。
10. 起歪体と、前記起歪体の一部に取り付けられている歪センサとを具備しているトルクセンサであって、
    前記起歪体は、
    内側フランジ部と、
    前記内側フランジ部の径方向の外側に設けられている環状の外側フランジ部と、
    前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間を連結する複数のスポーク部とを具備しており、
    前記複数のスポーク部の少なくとも１又は２以上において対向する２つの平面のそれぞれに、２つの前記歪センサが取り付けられており、
    前記２つの歪センサの各々は、歪みを検出する方向において少なくとも一部で同一位置となるように配置されている、トルクセンサ。

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