JP2020040183A - 関節カバー、ロボットおよびパラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、後付けあるいは交換でき、球面軸受からの摩耗粉の落下や軸受面へのダストの侵入を防止する。【解決手段】第１関節部材および第２関節部材と、第１関節部材および第２関節部材を相対回転または相対揺動可能に連結する球面軸受７とを備えるロボットの関節に着脱可能に取り付けられる関節カバー８であって、球面軸受７が、第１関節部材に固定される軸部１１と、軸部１１の一端に設けられたボール部１２とを有するボールシャンク１０と、第２関節部材の端部に固定されボール部１２を包む状態で支持するボール受部１３を有するホルダ９とを備え、ホルダ９および第２関節部材の端部を被覆する弾性材料からなるカバー本体１４に、軸部１１および第２関節部材をそれぞれ貫通させる２つの貫通孔１５，１６を備えるとともに、貫通孔１５，１６間を連続する開閉可能なスリット１７を備える関節カバー８である。【選択図】図５

Description

本発明は、関節カバー、ロボットおよびパラレルリンクロボットに関するものである。

複数のアクチュエータが取り付けられたベースと、アクチュエータにそれぞれ連結する複数のアームと、複数のアームの先端に取り付けられたエンド部とを備えるパラレルリンクロボットが知られている（例えば、特許文献１）。パラレルリンクロボットは、パラレルリンク機構、すなわち、互いに並列に配置された複数のアームによって１つのエンド部を支持する機構を備えるロボットである。

各アームは、アクチュエータによって駆動される駆動リンクと、駆動リンクおよびエンド部に連結された従動リンクとを備え、駆動リンクと従動リンクとの間、および従動リンクとエンド部との間には、これらの部材を球面軸受によって連結する関節が構成されている。

球面軸受としては、軸部の一端にボール部を有するボールシャンクと、ボール部を包む状態で支持するボール受部を有しボールシャンクに相対的に揺動あるいは回転可能に連結されるホルダと、ボールシャンクとホルダとの間の隙間を密封する筒状の弾性体からなるブーツシールとを備えるものが知られている（特許文献２参照。）。ロボットの関節に特許文献２の球面軸受を用いれば、ブーツシールによりボール部とボール受部との境界が外部に対して密封されるので、ロボットの稼働中における球面軸受からの摩耗粉の落下や、球面軸受へのダストの侵入を防止することができる。

特開２０１４−２３７１８７号公報 特開２００２−３９１５９号公報

しかしながら、特許文献２の球面軸受をロボットの関節に使用する場合には、ブーツシールを貫通させたボールシャンクの軸部を、関節部材に固定する必要があるので、ブーツシールを後付けしたり、交換したりする場合には、ボールシャンクの軸部を、関節部材から取り外さなければならない。すなわち、後付けまたは交換作業に時間が掛かる他、取外しおよび取付作業を行うための工具が必要になるという不都合がある。

本発明は、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、後付けあるいは交換でき、球面軸受からの摩耗粉の落下や軸受面へのダストの侵入を防止することができる関節カバー、ロボットおよびパラレルリンクロボットを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、第１関節部材および第２関節部材と、前記第１関節部材および前記第２関節部材を相対回転または相対揺動可能に連結する球面軸受とを備えるロボットの関節に着脱可能に取り付けられる関節カバーであって、前記球面軸受が、前記第１関節部材に固定される軸部と、該軸部の一端に設けられたボール部とを有するボールシャンクと、前記第２関節部材の端部に固定され前記ボール部を包む状態で支持するボール受部を有するホルダとを備え、該ホルダおよび前記第２関節部材の前記端部を被覆する弾性材料からなるカバー本体に、前記軸部および前記第２関節部材をそれぞれ貫通させる２つの貫通孔を備えるとともに、該貫通孔間を連続する開閉可能なスリットを備える関節カバーである。

本態様によれば、ロボットの関節に関節カバーを取り付けるには、スリットを開くことにより２つの貫通孔を繋げて形成された大きな開口部に、ホルダおよび第２関節部材の端部を挿入し、カバー本体をホルダおよび第２関節部材の端部を被覆する位置に配置して、弾性復元力によりスリットを閉じる。これにより、一方の貫通孔にはボールシャンクの軸部が貫通し、他方の貫通孔には第２関節部材が貫通した位置に配置される。

すなわち、ボールシャンクの軸部を関節部材から取り外さなくても２つの関節部材間に取り付けられた状態の球面軸受を被覆する位置に関節カバーを取り付けることができる。これにより、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、後付けあるいは交換でき、球面軸受からの摩耗粉の落下や軸受面へのダストの侵入を防止することができる。

上記態様においては、前記スリットを閉じた状態に維持する係合部を備えていてもよい。
この構成により、球面軸受からの摩耗粉の落下や軸受面へのダストの侵入防止効果を向上することができる。

また、上記態様においては、前記係合部が、前記スリットを屈曲させることにより形成された、相互に噛み合う凹部および凸部により構成されていてもよい。
この構成により、凹部に凸部を噛み合わせてスリットを閉じた状態に維持することができる。

また、上記態様においては、前記凹部があり溝形状を有し、前記凸部があり形状を有していてもよい。
この構成により、簡易な構成で、スリットが拡がるのを抑えることができる。

また、上記態様においては、前記カバー本体が、透明または半透明の樹脂材料により構成されていてもよい。
この構成により、球面軸受において発生した摩耗粉や、ダストによる潤滑材の汚れ等を透明または半透明のカバー本体の外部から容易に確認することができる。

また、本発明の他の態様は、複数の前記関節を有し、少なくとも１つの前記関節に、上記いずれかの関節カバーが取り付けられているロボットである。

また、本発明の他の態様は、複数のアクチュエータが取り付けられたベースと、各前記アクチュエータにそれぞれ連結する複数のアームと、該アームの先端に取り付けられたエンド部とを備え、各前記アームが、前記アクチュエータによって駆動される駆動リンクと、該駆動リンクと前記エンド部との間に配置された従動リンクとを備え、上記いずれかの関節カバーと前記従動リンクと前記駆動リンク、前記従動リンクと前記エンド部とをそれぞれ接続する前記球面軸受とを備え、前記第１関節部材が、前記駆動リンクおよび前記エンド部の少なくとも一方であり、前記第２関節部材が、前記従動リンクであるパラレルリンクロボットである。

本発明によれば、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、後付けあるいは交換でき、球面軸受からの摩耗粉の落下や軸受面へのダストの侵入を防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す正面図である。 図１のパラレルリンクロボットの駆動リンクと従動リンクとの間の関節を示す斜視図である。 図１のパラレルリンクロボットの従動リンクとエンド部との間の関節を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る関節カバーを示す斜視図である。 図１のパラレルリンクロボットの関節における球面軸受および関節カバーの縦断面図である。 図１のパラレルリンクロボットの関節に関節カバーが取り付けられている状態を示す正面図である。 図６の関節カバーを関節から取り外す途中の状態を示す正面図である。 図７の関節カバーを関節から取り外した状態を示す正面図である。 図４の関節カバーの変形例を示す正面図である。 図４の関節カバーのスリットの変形例を示す正面図である。 図４の関節カバーのスリットの他の変形例を示す正面図である。 図１１のスリットが若干開かれた状態を示す正面図である。

本発明の実施形態に係る関節カバー８およびパラレルリンクロボット（ロボット）１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクロボット１は、図１に示すように、複数、例えば３つのアクチュエータ（図示略）が取り付けられたベース２と、各アクチュエータにそれぞれ連結する３本のアーム３と、各アーム３の先端が接続されたエンド部（第１関節部材）４とを備えている。

各アーム３は、アクチュエータによって駆動される駆動リンク（第１関節部材）５と、駆動リンク５とエンド部４とを接続する位置に配置された従動リンク（第２関節部材）６とを備えている。駆動リンク５と従動リンク６との間、従動リンク６とエンド部４との間は、それぞれ球面軸受（図２参照）７によって接続されることにより関節が構成されている。関節カバー８は、図２および図３に示されるように、各関節に配置されている。

球面軸受７は、図５に示されるように、従動リンク６の両端にそれぞれ固定されるホルダ９と、駆動リンク５およびエンド部４にそれぞれ固定されるボールシャンク１０とを備えている。ボールシャンク１０は、雄ネジを有する軸部１１と、軸部１１の一端に設けられたボール部１２とを有する。ホルダ９は、従動リンク６の両端を円板状に膨らませることにより構成され、中央に、ボール部１２を包む状態で支持する内球面からなるボール受部１３を有する。

すなわち、ホルダ９の周方向の１箇所には、径方向に延びる従動リンク６が接続されている。また、ホルダ９の軸方向にはボール受部１３にボール部１２を収容した状態で、ボール部１２の中心点回りに揺動あるいは回転可能なボールシャンク１０が延びている。

本実施形態に係る関節カバー８は、図４に示されるように、ホルダ９を収容する内部空間を備える中空の円板状のカバー本体１４を備えている。カバー本体１４には、軸方向一方向に貫通しボールシャンク１０の軸部１１を貫通させる第１貫通孔（貫通孔）１５と、周方向の一箇所に径方向に貫通し、従動リンク６を貫通させる第２貫通孔（貫通孔）１６とが設けられている。

また、本実施形態に係る関節カバー８は、第１貫通孔１５から径方向に延び第２貫通孔１６まで到達する直線状のスリット１７を備えている。弾性材料からなるカバー本体１４を弾性変形させて、スリット１７を開くと、第１貫通孔１５と第２貫通孔１６とが連続して、単一の大きな開口部が形成される。
一方、第１貫通孔１５にボールシャンク１０の軸部１１を貫通させ、第２貫通孔１６に従動リンク６を貫通させた位置に配置すると、カバー本体１４の弾性復元力により、スリット１７が閉じられ、第１貫通孔１５と第２貫通孔１６とが離隔させられる。

関節カバー８には、図５に示されるように、内部空間を挟んで第１貫通孔１５とは反対側に、内壁面を窪ませることにより構成された凹部１８が設けられている。また、第１貫通孔１５の口径は、ボールシャンク１０が動作範囲の最外縁に配置されたときに、軸部１１の外面に若干接触する程度の口径に設定されている。

このように構成された本実施形態に係る関節カバー８およびパラレルリンクロボット１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る関節カバー８によれば、図５に示されるように、各関節を構成している球面軸受７を、ボール部１２とボール受部１３との接触部を含めて被覆しているので、ボール部１２とボール受部１３との間の摩擦による摩耗粉が外部にこぼれることを抑制することができる。また、ボール部１２とボール受部１３との間の軸受面に外部からダストが入ることを防止することができる。

そして、関節カバー８が透明または半透明の材質により構成されているので、摩耗粉が発生した場合に、外部から透かして見ることができる。特に、関節カバー８の内部空間の内壁面を窪ませることにより凹部１８が構成されているので、発生した摩耗粉は凹部１８に溜まり易い。摩耗粉の量によって外部から透かして見える摩耗粉の色の濃さが変化するので、その色の濃さを、摩耗粉を除去すべきか否かの判断の指標として利用することができる。

関節カバー８を交換する場合には、図６および図７に示されるように、スリット１７を広げることにより、２つの貫通孔１５，１６を繋げた１つの大きな開口部を形成し、カバー本体１４の内部空間から従動リンク６の端部のホルダ９を抜き出す方向にカバー本体１４をずらす。これにより、図８に示されるように、第１貫通孔１５内のボールシャンク１０の軸部１１を、スリット１７を経由して第２貫通孔１６側に移動させ、関節から関節カバー８を取り外すことができる。

この場合において、２つの貫通孔１５，１６をスリット１７によって接続しているので、スリット１７を開くだけで、ボールシャンク１０の軸部１１を駆動リンク５あるいはエンド部４から取り外さなくても、関節カバー８を取り外すことができる。その結果、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく取り外すことができる。

また、摩耗粉を除去した関節カバー８あるいは新たな関節カバー８を取り付ける際にも、スリット１７を開き、上記とは逆の手順で、ボールシャンク１０の軸部１１を、開かれたスリット１７を経由して第１貫通孔１５内に移動させる。図６に示されるように、軸部１１が第１貫通孔１５内に移動すると、ホルダ９がカバー本体１４の内部空間内に収容されるので、開かれていたスリット１７が弾性復元力によって閉じ、２つの貫通孔１５，１６の間の隙間を塞ぐ。これにより、関節カバー８を装着する際にも、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく装着することができるという利点がある。

すなわち、本実施形態に係る関節カバー８およびパラレルリンクロボット１によれば、時間をかけずに、かつ、工具を用いることなく、後付けあるいは交換でき、球面軸受７からの摩耗粉の落下や軸受面へのダストの侵入を防止することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、図９に示されるように、従動リンク６を貫通させる部分を従動リンク６の長手方向に長く延ばすことにしてもよい、従動リンク６を長い範囲にわたって覆うことにより、関節カバー８と従動リンク６との密着性を高め、関節カバー８のズレおよび落下を防止することができる。

また、本実施形態においては、スリット１７として、第１貫通孔１５から径方向に真っ直ぐに延びるものを例示したが、これに代えて、図１０および図１１に示されるように、屈曲したスリット１９，２０を採用してもよい。
すなわち、図１０に示す例では、スリット１９を屈曲させることにより、閉じた状態で相互に噛み合うあり形状（係合部、凸部）１９ａとあり溝形状（係合部、凹部）１９ｂとを構成している。これにより、スリット１９は閉じた状態で、開かないように係合し、関節カバー８のズレおよび落下を防止することができる。

また、図１１に示す例では、スリット２０をジグザグに屈曲させている。これによれば、図１２に示されるように、スリット２０が若干開かれた状態でも、スリット２０間に形成される隙間を低減し、摩耗粉の落下やダストの侵入を防止することができる。

１ パラレルリンクロボット（ロボット）
２ ベース
３ アーム
４ エンド部（第１関節部材）
５ 駆動リンク（第１関節部材）
６ 従動リンク（第２関節部材）
７ 球面軸受
８ 関節カバー
９ ホルダ
１０ ボールシャンク
１１ 軸部
１２ ボール部
１３ ボール受部
１４ カバー本体
１５ 第１貫通孔（貫通孔）
１６ 第２貫通孔（貫通孔）
１７，１９，２０ スリット
１９ａ あり形状（係合部、凸部）
１９ｂ あり溝形状（係合部、凹部）

Claims (7)

1. 第１関節部材および第２関節部材と、前記第１関節部材および前記第２関節部材を相対回転または相対揺動可能に連結する球面軸受とを備えるロボットの関節に着脱可能に取り付けられる関節カバーであって、
   前記球面軸受が、前記第１関節部材に固定される軸部と、該軸部の一端に設けられたボール部とを有するボールシャンクと、前記第２関節部材の端部に固定され前記ボール部を包む状態で支持するボール受部を有するホルダとを備え、
   該ホルダおよび前記第２関節部材の前記端部を被覆する弾性材料からなるカバー本体に、前記軸部および前記第２関節部材をそれぞれ貫通させる２つの貫通孔を備えるとともに、該貫通孔間を連続する開閉可能なスリットを備える関節カバー。
2. 前記スリットを閉じた状態に維持する係合部を備える請求項１に記載の関節カバー。
3. 前記係合部が、前記スリットを屈曲させることにより形成された、相互に噛み合う凹部および凸部により構成されている請求項２に記載の関節カバー。
4. 前記凹部があり溝形状を有し、前記凸部があり形状を有する請求項３に記載の関節カバー。
5. 前記カバー本体が、透明または半透明の樹脂材料により構成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の関節カバー。
6. 複数の前記関節を有し、少なくとも１つの前記関節に、請求項１から請求項５のいずれかに記載の関節カバーが取り付けられているロボット。
7. 複数のアクチュエータが取り付けられたベースと、各前記アクチュエータにそれぞれ連結する複数のアームと、該アームの先端に取り付けられたエンド部とを備え、
   各前記アームが、前記アクチュエータによって駆動される駆動リンクと、該駆動リンクと前記エンド部との間に配置された従動リンクとを備え、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の関節カバーと、前記従動リンクと前記駆動リンク、前記従動リンクと前記エンド部とをそれぞれ接続する前記球面軸受とを備え、
   前記第１関節部材が、前記駆動リンクおよび前記エンド部の少なくとも一方であり、
   前記第２関節部材が、前記従動リンクであるパラレルリンクロボット。

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