JP2023041450A - Robot joint mechanism, robot, and method for assembling robot joint mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボット関節機構、ロボットおよびロボット関節機構の組立方法に関する。 The present invention relates to a robot joint mechanism, a robot, and a method for assembling a robot joint mechanism.
特許文献1には、固定フレームに固定されたモーターと、入力側がモーターと接続され、出力側が可動フレームに固定された波動歯車装置と、を有するロボット関節機構が記載されている。また、波動歯車装置は、主に、ウェーブジェネレーターと、フレックスプラインと、サーキュラスプラインと、を有する。 Patent Literature 1 describes a robot joint mechanism having a motor fixed to a fixed frame and a strain wave gear device having an input side connected to the motor and an output side fixed to a movable frame. Also, the strain wave gearing mainly has a wave generator, a flex spline, and a circular spline.
このようなロボット関節機構は、通常、フレックスプラインおよびサーキュラスプラインを固定フレームと可動フレームとに固定してなる第1ユニットと、モーターの出力軸にウェーブジェネレーターを固定してなる第2ユニットと、を準備するステップと、固定フレームに形成された貫通孔を介してウェーブジェネレーターをフレックスプライン内に挿入し、モーターを固定フレームに固定するステップと、により組み立てられる。 Such a robot joint mechanism usually consists of a first unit in which a flexspline and a circular spline are fixed to a fixed frame and a movable frame, and a second unit in which a wave generator is fixed to the output shaft of a motor. It is assembled by a step of preparing, a step of inserting the wave generator into the flexspline through a through hole formed in the fixed frame, and fixing the motor to the fixed frame.
上述したように、ロボット関節機構の組立ではウェーブジェネレーターを固定フレームに形成された貫通孔に挿通する必要があるため、貫通孔の直径をウェーブジェネレーターの長径よりも大きくしなければならない。一方で、固定フレームには、モーターを固定するためのねじ孔が形成されているが、貫通孔の最小径がウェーブジェネレーターの長径以上に制限されているため、それ以上、ねじ孔をロボット関節機構の中心軸に接近させて形成することができない。 As described above, in assembling the robot joint mechanism, it is necessary to insert the wave generator through the through hole formed in the fixed frame, so the diameter of the through hole must be larger than the major axis of the wave generator. On the other hand, the fixed frame is formed with screw holes for fixing the motor, but the minimum diameter of the through holes is limited to the length of the wave generator or more. cannot be formed close to the central axis of
そのため、例えば、ウェーブジェネレーターに対してモーターが小さい場合には、固定フレームへのモーターの固定が問題となる。例えば、モーターと固定フレームとの間に両者を連結する中継部材を介在させる方法も考えられるが、部品点数が増加する分、公差が積算されて組み立て精度が低下し、ロボット関節機構に意図しない過度な応力が加わってロボット関節機構の寿命が低下するおそれがある。一方で、組み立て精度を高めるために部品精度を高めて公差を小さくすると、良品率が低下して製造コストが上昇してしまうおそれがある。 Therefore, for example, when the motor is small compared to the wave generator, fixing the motor to the fixed frame becomes a problem. For example, it is conceivable to interpose a relay member between the motor and the fixed frame to connect the two. The life of the robot joint mechanism may be shortened due to excessive stress. On the other hand, if the precision of parts is increased and the tolerance is reduced in order to increase the precision of assembly, there is a risk that the rate of non-defective products will decrease and the manufacturing cost will increase.
本発明のロボット関節機構は、貫通孔と、前記貫通孔の周囲に配置されている第1孔および第2孔と、を備えているロボット構成部品と、
前記第1孔を用いてねじ止めされ、出力軸が前記貫通孔に挿通されているモーターと、
前記第2孔を用いてねじ止めされ、前記出力軸に接続されているウェーブジェネレーターを備えている波動歯車装置と、を有し、
前記貫通孔の直径は、前記ウェーブジェネレーターの長径よりも小さい。
A robot joint mechanism of the present invention comprises a robot component having a through hole and first and second holes arranged around the through hole;
a motor screwed using the first hole and having an output shaft inserted through the through hole;
a wave gear device comprising a wave generator screwed using the second hole and connected to the output shaft;
The diameter of the through hole is smaller than the major axis of the wave generator.
本発明のロボットは、第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とを接続し、前記第1部材に対して前記第2部材を回動させるロボット関節機構と、を有し、
前記ロボット関節機構は、
貫通孔と、前記貫通孔の周囲に配置されている第1孔および第2孔と、を備えているロボット構成部品と、
前記第1孔を用いてねじ止めされ、出力軸が前記貫通孔に挿通されているモーターと、
前記第2孔を用いてねじ止めされ、前記出力軸に接続されているウェーブジェネレーターを備えている波動歯車装置と、を有し、
前記貫通孔の直径は、前記ウェーブジェネレーターの長径よりも小さい。
A robot of the present invention includes a first member,
a second member;
a robot joint mechanism that connects the first member and the second member and rotates the second member with respect to the first member;
The robot joint mechanism is
a robot component comprising a through hole and first and second holes arranged around the through hole;
a motor screwed using the first hole and having an output shaft inserted through the through hole;
a wave gear device comprising a wave generator screwed using the second hole and connected to the output shaft;
The diameter of the through hole is smaller than the major axis of the wave generator.
本発明のロボット関節機構の組立方法は、貫通孔と、前記貫通孔の周囲に配置されている第1孔および第2孔と、を備えているロボット構成部品を準備する準備ステップと、
前記ロボット構成部品の一方側からモーターの出力軸を前記貫通孔に挿通する出力軸挿通ステップと、
前記ロボット構成部品の他方側から、波動歯車装置の一部であり、長径が前記貫通孔の直径よりも大きいウェーブジェネレーターを前記出力軸に接続する接続ステップと、
前記ロボット構成部品の前記他方側から、前記波動歯車装置の一部であるフレックスプラインおよびサーキュラスプラインを配置する配置ステップと、
前記ロボット構成部品の前記一方側から、前記第2孔を用いて前記波動歯車装置を前記ロボット構成部品にねじ止めする第1固定ステップと、
前記ロボット構成部品の前記一方側から、前記第1孔を用いて前記モーターを前記ロボット構成部品にねじ止めする第2固定ステップと、を含む。
A method for assembling a robot joint mechanism of the present invention includes a preparation step of preparing a robot component having a through hole and first and second holes arranged around the through hole;
an output shaft inserting step of inserting an output shaft of a motor through the through hole from one side of the robot component;
a connecting step of connecting a wave generator, which is a part of a strain wave gearing and has a longer diameter larger than the diameter of the through hole, to the output shaft from the other side of the robot component;
locating flexsplines and circular splines that are part of the strain wave gearing from the other side of the robot component;
a first fixing step of screwing the strain wave gear device to the robot component from the one side of the robot component using the second hole;
and a second securing step of screwing the motor to the robot component using the first hole from the one side of the robot component.
以下、本発明のロボット関節機構、ロボットおよびロボット関節機構の組立方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図2の上側を上とし、下側を下とする。他の図についても図2で定めた上下方向に従うものとする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A robot joint mechanism, a robot, and a method for assembling a robot joint mechanism according to the present invention will be described below in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. In addition, below, for convenience of explanation, the upper side of FIG. 2 is referred to as the upper side, and the lower side is referred to as the lower side. The other drawings are also in accordance with the vertical direction defined in FIG.
図1は、第1実施形態に係るロボットの側面図である。図2は、図1のロボットが有するロボット関節機構の断面図である。図3は、図2のロボット関節機構が有するフランジの下面図である。図4は、ロボット関節機構の下面図である。図5は、従来のロボット関節機構の断面図である。図6は、ロボット関節機構の組立工程を示すフローチャートである。図7ないし図13は、それぞれ、ロボット関節機構の組立方法を説明するための断面図である。図14ないし図17は、それぞれ、ロボット関節機構の組立方法を説明するための下面図である。図18は、ロボット関節機構の組立方法を説明するための断面図である。なお、図2は、図3中のA-A線断面図である。 FIG. 1 is a side view of the robot according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view of a robot joint mechanism that the robot of FIG. 1 has. 3 is a bottom view of a flange included in the robot joint mechanism of FIG. 2. FIG. FIG. 4 is a bottom view of the robot joint mechanism. FIG. 5 is a sectional view of a conventional robot joint mechanism. FIG. 6 is a flow chart showing the assembly process of the robot joint mechanism. 7 to 13 are cross-sectional views for explaining the assembly method of the robot joint mechanism. 14 to 17 are bottom views for explaining the assembly method of the robot joint mechanism. FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining a method of assembling the robot joint mechanism. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
図1に示すロボット1は、スカラロボット(水平多関節ロボット)であり、例えば、電子部品等のワークの保持、搬送、組立および検査等の各作業で用いられる。ただし、ロボット1の構成および用途は、それぞれ、特に限定されない。 The robot 1 shown in FIG. 1 is a SCARA robot (horizontal articulated robot), and is used for various tasks such as holding, transporting, assembling, and inspecting works such as electronic parts. However, the configuration and application of the robot 1 are not particularly limited.
ロボット1は、床面に固定された基台2と、基台2に接続されたアーム3と、を有する。また、アーム3は、基端部が基台2に接続され、基台2に対して鉛直方向に沿った第1回動軸J1まわりに回動する第1アーム31と、基端部が第1アーム31の先端部に接続され、第1アーム31に対して鉛直方向に沿った第2回動軸J2まわりに回動する第2アーム32と、を有する。第1回動軸J1と第2回動軸J2とは平行である。
A robot 1 has a
第2アーム32の先端部には作業ヘッド33が設けられている。作業ヘッド33は、第2アーム32の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット331およびボールねじナット332と、スプラインナット331およびボールねじナット332に挿通されたスプラインシャフト333と、を有する。スプラインシャフト333は、第2アーム32に対して、その中心軸であり鉛直方向に沿った第3回動軸J3まわりに回転可能で、かつ、第3回動軸J3に沿って昇降可能である。第3回動軸J3は、第1回動軸J1および第2回動軸J2と平行である。
A working
スプラインシャフト333の下端部にはエンドエフェクター34が装着されている。エンドエフェクター34は、着脱自在であり目的の作業に適したものが適宜選択される。エンドエフェクター34としては、例えば、ワークを挟持、吸着により保持するハンド、ワークに対して所定の加工を行う作業具等が挙げられる。
An
また、ロボット1は、基台2と第1アーム31とを連結し、基台2に対して第1アーム31を第1回動軸J1まわりに回動させるロボット関節機構51と、第1アーム31と第2アーム32とを連結し、第1アーム31に対して第2アーム32を第2回動軸J2まわりに回動させるロボット関節機構52と、を有する。また、ロボット1は、スプラインナット331を回転させてスプラインシャフト333を第3回動軸J3まわりに回転させる駆動装置53と、ボールねじナット332を回転させてスプラインシャフト333を第3回動軸J3に沿った方向に昇降させる駆動装置54と、を有する。
The robot 1 also includes a robot
また、ロボット1は、基台2内に配置され、図示しないホストコンピューターからの指令に基づいてロボット関節機構51、52および駆動装置53、54の駆動を制御するロボット制御装置4を有する。ロボット制御装置4がロボット関節機構51、52および駆動装置53、54をそれぞれ独立して制御することにより、ロボット1に所望の作業を行わせることができる。
The robot 1 also has a robot control device 4 which is arranged in the
ロボット制御装置4は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサーと、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。 The robot control device 4 is composed of, for example, a computer, and has a processor for processing information, a memory communicably connected to the processor, and an external interface. The memory stores various programs that can be executed by the processor, and the processor can read and execute various programs stored in the memory.
以上、ロボット1の全体構成について簡単に説明した。次に、ロボット1が備えるロボット関節機構51、52について詳述する。なお、ロボット関節機構51、52は、配置が異なること以外は互いに同様の構成であるため、以下では、ロボット関節機構51について詳細に説明し、ロボット関節機構52については、その説明を省略する。
The overall configuration of the robot 1 has been briefly described above. Next, the robot
図2に示すように、ロボット関節機構51は、フランジ9と、フランジ9の下面側に配置されたモーター6と、モーター6の下側に配置されたエンコーダー8と、フランジ9の上面側に配置された波動歯車装置7と、を有する。なお、以下では、モーター6が有するシャフト61の回転軸をロボット関節機構51の中心軸A1とする。この中心軸A1は、ロボット1の第1回動軸J1を構成する。
As shown in FIG. 2 , the robot
≪フランジ9≫
フランジ9は、ロボット1の一部を構成するロボット構成部品であり、モーター6および波動歯車装置7を支持すると共に、ロボット関節機構51を基台2に固定するための部材である。つまり、モーター6および波動歯車装置7は、フランジ9を介して基台2に固定される。ただし、ロボット構成部品としては、フランジ9に限定されず、例えば、基台2であってもよい。つまり、本実施形態では、フランジ9を介してモーター6および波動歯車装置7が基台2に固定されているが、これに限定されず、モーター6および波動歯車装置7が基台2に直接固定されていてもよい。これにより、ロボット1の部品点数を減らすことができる。そして、部品点数が減るためねじの締結が無くなり、剛性を向上することができる。また、組立工数を削減することもできる。
The
図2に示すように、フランジ9の中央部には貫通孔90が形成されており、この貫通孔90には下側からモーター6のシャフト61が挿入されている。また、貫通孔90は、中心軸A1を中心とする略円形である。ただし、貫通孔90の形状としては、特に限定されない。
As shown in FIG. 2, a through
また、貫通孔90の直径R90は、波動歯車装置7が有するウェーブジェネレーター71の長径R71よりも小さい。つまり、R90<R71である。言い換えると、中心軸A1に沿う方向からの平面視で、貫通孔90がウェーブジェネレーター71と重なっている。これにより、図示のように、波動歯車装置7よりもサイズの小さいモーター6であっても、従来のような中継部材を介することなく、フランジ9に固定することができる。そのため、フランジ9へのモーター6の取り付け精度の低下が抑制され、中心軸A1のずれを効果的に抑制することができる。また、中継部材を介さない分、フランジ9やハウジング63の公差を甘めに設定することもでき、良品率の低下が抑えられて製造コストの低下にもつながる。なお、当該効果については、後に詳述する。
Also, the diameter R 90 of the through
また、図2に示すように、フランジ9には、フランジ9の下面にモーター6を固定するための第1孔91と、フランジ9の上面に波動歯車装置7を固定するための第2孔92と、フランジ9を第1部材としての基台2に固定するための第3孔93と、が形成されている。このうち、第1孔91は、第1ボルトB1が螺合挿入されるねじ孔(雌ねじ)であり、第2孔92および第3孔93は、第2ボルトB2および第3ボルトB3が挿通され、上下面を貫通する貫通孔である。
2, the
図3に示すように、第1孔91は、貫通孔90の周囲を囲むように中心軸A1を中心とする半径r1の仮想円C1に沿って略等間隔に4つ配置されている。また、第2孔92は、貫通孔90の周囲を囲むように中心軸A1を中心とする半径r2の仮想円C2に沿って略等間隔に16つ配置されている。また、第3孔93は、貫通孔90の周囲を囲むように中心軸A1を中心とする半径r3の仮想円C3に沿って略等間隔に6つ配置されている。
As shown in FIG. 3 , four
このように、第1孔91を仮想円C1に沿って複数配置することにより、モーター6をフランジ9に対してバランスよく強固に固定することができる。同様に、第2孔92を仮想円C2に沿って複数配置することにより、波動歯車装置7をフランジ9に対してバランスよく強固に固定することができる。そのため、ロボット関節機構51の機械的強度が向上し、ロボット関節機構51の寿命低下を抑制することができる。また、第3孔93を仮想円C3に沿って複数配置することにより、ロボット関節機構51を基台2に対してバランスよく強固に固定することができるため、ロボット1の機械的強度が向上する。
In this way, by arranging a plurality of
同心配置された3つの仮想円C1、C2、C3は、半径r1<半径r2<半径r3の関係にある。つまり、第3孔93よりも中心軸A1側に第2孔92が位置し、第2孔92よりも中心軸A1側に第1孔91が位置する。このように、第2孔92よりも中心軸A1側に第1孔91を配置することにより、波動歯車装置7に対してサイズの小さいモーター6を中継部材を介することなく、より確実に、フランジ9に固定することができる。
The three concentrically arranged imaginary circles C1, C2, and C3 have a relationship of radius r1<radius r2<radius r3. That is, the
≪モーター6≫
図2に示すように、モーター6は、フランジ9の下側に配置されている。また、モーター6は、例えば、ACサーボモーターである。ただし、モーター6としては、特に限定されず、例えば、DCサーボモーター、ステッピングモーター等を用いてもよい。このようなモーター6は、出力軸であるシャフト61と、シャフト61を回転させる図示しないステーターと、これらを収容するハウジング63と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング63の上端部には、モーター6をフランジ9にねじ止めするための4つの挿通孔64が形成されている。各挿通孔64は、第1孔91と重なり合い、各挿通孔64に下側から第1ボルトB1が挿通され、その第1ボルトB1がフランジ9の第1孔91に螺合挿入されている。これにより、モーター6がフランジ9に固定されている。ただし、第1孔91およびそれに対応する挿通孔64の数としては、特に限定されない。また、第1孔91および挿通孔64の数は、同数でなくてもよい。
Four insertion holes 64 for screwing the
ここで、モーター6がフランジ9に固定された状態では、図4に示すように、少なくとも1つ、図示の構成では8つの第2孔92がモーター6と重なっている。このような構成においても、後述する組立方法によればロボット関節機構51を組み立てることができる。そのため、第2孔92とモーター6との重なりを配慮する必要がなくなり、ロボット関節機構51の設計自由度が高まる。その結果、種々のサイズのモーター6が適用可能なロボット関節機構51となり、その汎用性が高まる。
Here, when the
また、図2に示すように、シャフト61は、中心軸A1まわりに回転可能にハウジング63に支持されている。また、シャフト61は、その上端部において波動歯車装置7と連結され、その下端部においてエンコーダー8と連結されている。これにより、シャフト61の回転が波動歯車装置7およびエンコーダー8にそれぞれ伝達される。
Further, as shown in FIG. 2, the
また、ハウジング63は、上側に凸部が設けられており、ハウジング63の凸部とフランジ9の貫通孔90の側壁とは係合する。そして、ハウジング63とフランジ9との間にはオイルシール67が配置され、シャフト61とハウジング63との隙間にはオイルシール65が配置されている。これらオイルシール65、67によって波動歯車装置7のオイル漏れが抑制されている。
Further, the
≪エンコーダー8≫
図2に示すように、エンコーダー8は、第1回動軸J1に沿ってモーター6と並んで配置され、モーター6の下側に位置している。エンコーダー8は、シャフト61に固定された光学スケール81と、光学スケール81の回転状態を検出する光学センサー82と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
光学スケール81は、シャフト61と共に第1回動軸J1まわりに回転する。また、光学スケール81の下面には、光学スケール81の回転角度を検出し得る図示しない検出用パターンが形成されている。一方、光学センサー82は、光学スケール81上の検出用パターンに向けて光を出射する発光素子と、検出用パターンで反射した光を受光する受光素子と、を有する。このような構成のエンコーダー8では、光学スケール81の第1回動軸J1まわりの回転に伴って受光素子からの出力信号の波形が変化する。そのため、この出力信号に基づいて、シャフト61の回転角度を検出することができる。
The
≪波動歯車装置7≫
図2に示すように、波動歯車装置7は、フランジ9の上面側に配置されている。波動歯車装置7は、第1回動軸J1に沿ってモーター6と並んで配置され、モーター6の上側に位置している。このような波動歯車装置7は、シャフト61の回転を高い減速比で減速して出力し、減速比に比例した高いトルクを発生させる。
<< Strain wave gearing 7 >>
As shown in FIG. 2 , the strain wave gearing 7 is arranged on the upper surface side of the
波動歯車装置7は、ウェーブジェネレーター71と、フレックスプライン73と、サーキュラスプライン76と、カバー部材79と、を有する。波動歯車装置7では、ウェーブジェネレーター71がモーター6の動力が入力される入力側となり、サーキュラスプライン76がモーター6の動力を減速して出力する出力側となる。
The strain wave gearing 7 has a
また、サーキュラスプライン76は、実質的に撓まない剛体で構成された環状の内歯歯車である。サーキュラスプライン76は、内側主軸受け761と、内側主軸受け761の外側に位置する外側主軸受け762と、を有する。また、内側主軸受け761と外側主軸受け762とは、ベアリング763により連結され、外側主軸受け762と内側主軸受け761とが相対的に回転可能となっている。
The
また、内側主軸受け761の内周部にはフレックスプライン73と噛合する内歯761bが形成されている。また、内側主軸受け761の下面には16つのねじ孔761aが形成されている。各ねじ孔761aは、第2孔92と重なり合っており、各第2孔92に下側から第2ボルトB2が挿通され、その第2ボルトB2がねじ孔761aに螺合挿入されている。これにより、波動歯車装置7がフランジ9に固定される。ただし、第2孔92およびそれに対応するねじ孔761aの数としては、特に限定されない。また、第2孔92およびねじ孔761aの数は、同数でなくてもよい。
In addition,
以上、説明したように、モーター6および波動歯車装置7は、共に下側から挿通された第1ボルトB1および第2ボルトB2によってフランジ9に固定されている。このように、第1、第2ボルトB1、B2を同じ側から挿通することにより、ロボット関節機構51の組み立て、分解が容易となる。ただし、これに限定されず、第1、第2ボルトB1、B2を互いに異なる側から挿入してもよい。
As described above, the
一方で、外側主軸受け762には、上下面を貫通する挿通孔762aが形成されている。そして、各挿通孔762aに下側から第4ボルトB4が挿通され、第4ボルトB4がカバー部材79に螺合挿入されている。これにより、外側主軸受け762とカバー部材79とが固定される。さらに、カバー部材79は、第5ボルトB5によって第2部材としての第1アーム31に固定されている。ただし、外側主軸受け762と第1アーム31との固定方法は、特に限定されない。例えば、カバー部材79を省略して、第1アーム31に直接固定してもよい。
On the other hand, the outer
また、フレックスプライン73は、サーキュラスプライン76の内側に配置されている。フレックスプライン73は、ウェーブジェネレーター71の外周に沿って撓み変形可能な可撓性を有する筒状部731と、筒状部731の上端部に接続された環状のフランジ部732と、を有する。
Also, the
筒状部731の外周部には、サーキュラスプライン76の内歯761bと噛合する外歯731aが形成されている。外歯731aの歯数は、内歯761bの歯数よりも少なく設定されている。フランジ部732は、第4ボルトB4によって外側主軸受け762と共にカバー部材79に固定されている。
The
また、ウェーブジェネレーター71は、シャフト61に固定され、シャフト61の回転に連動して回転する波動発生部711と、波動発生部711とフレックスプライン73との間に嵌め込まれたベアリング712と、を有する。波動発生部711は、中心軸A1に沿う方向からの平面視で外周が楕円形または長円形である。つまり、ウェーブジェネレーター71は、長手方向と、それに直交する短手方向と、を有する形状である。ウェーブジェネレーター71は、フレックスプライン73の筒状部731の内周面に接し、筒状部731を楕円形または長円形に撓めて筒状部731の外歯731aをサーキュラスプライン76の内歯761bに部分的に噛合させる。これにより、長軸の部分でサーキュラスプライン76と歯が噛み合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態となる。なお、ウェーブジェネレーター71の長軸の長さが長径R71であり、前述したように、長径R71は、貫通孔90の直径R90よりも大きい。
Further, the
ウェーブジェネレーター71にモーター6からの駆動力が入力されると、フレックスプライン73およびサーキュラスプライン76は、互いの噛み合い位置が周方向に順次移動しながら、歯数差に起因して中心軸A1まわりに相対的に回転する。本実施形態では、フレックスプライン73と外側主軸受け762とがカバー部材79を介して第1アーム31に固定され、内側主軸受け761がフランジ9を介して基台2に固定されているため、第1アーム31が基台2に対して第1回動軸J1まわりに回動する。
When the drive force from the
このような波動歯車装置7によれば、モーター6からウェーブジェネレーター71に入力された回転が減速されてサーキュラスプライン76の外側主軸受けから出力され、出力側において減速比に比例したトルクを得ることができる。
According to the strain wave gearing 7, the rotation input from the
以上、ロボット関節機構51の構成について説明した。前述したように、ロボット関節機構51は、R90<R71の関係を有する。このような関係を有することにより、フランジ9の第2孔92よりも内側にスペースが生じ、このスペースに第1孔91を形成することができる。つまり、波動歯車装置7を固定するための第2孔92よりも内側に、モーター6を固定するための第1孔91を配置することができる。したがって、波動歯車装置7よりもサイズ(径)の小さいモーター6であっても、中継部材を介することなく、フランジ9に固定することができる。なお、参考として、図5に、R90>R71であり、モーター6が中継部材10を介してフランジ9に固定された構成をロボット関節機構51’として図示する。
The configuration of the robot
そのため、フランジ9へのモーター6の取り付け精度が向上し、シャフト61の回転軸と波動歯車装置7の回転軸とのずれを効果的に抑制することができる。そのため、ロボット関節機構51の駆動が安定すると共に、ロボット関節機構51に意図しない過度な応力が加わり難くなる。その結果、ロボット関節機構51の寿命の低下を効果的に抑制することができる。一方で、中継部材を介さない分、部材点数が少なくなり、フランジ9やハウジング63の公差を甘めに設定することもでき、良品率の低下が抑えられて製造コストの低下にもつながる。
Therefore, the mounting accuracy of the
次に、ロボット関節機構51の組立方法を説明する。ロボット関節機構51の組立方法は、図6に示すように、フランジ9を準備する準備ステップS1と、フランジ9の貫通孔90にモーター6のシャフト61を挿通する挿通ステップS2と、モーター6をフランジ9に仮止めする仮止めステップS3と、シャフト61にウェーブジェネレーター71を接続する接続ステップS4と、フレックスプライン73およびサーキュラスプライン76を配置する配置ステップS5と、モーター6の仮止めを外す解除ステップS6と、波動歯車装置7をフランジ9に固定する第1固定ステップS7と、モーター6をフランジ9に固定する第2固定ステップS8と、を含む。以下、これら各ステップS1~S8について順に説明する。
Next, a method for assembling the robot
≪準備ステップS1≫
まず、図7に示すように、フランジ9を準備する。フランジ9には、貫通孔90と、第1孔91と、第2孔92と、第3孔93と、が形成されている。
<<Preparation step S1>>
First, as shown in FIG. 7, the
≪挿通ステップS2≫
次に、図8に示すように、モーター6を準備し、モーター6のシャフト61を下方側からフランジ9の貫通孔90に挿通する。これにより、シャフト61が貫通孔90から上方へ突出した状態となる。
<<Inserting Step S2>>
Next, as shown in FIG. 8, the
≪仮止めステップS3≫
次に、図9に示すように、第1ボルトB1を用いてモーター6をフランジ9に仮止めする。本ステップでは、モーター6がフランジ9に対してがたつかない程度の締結力で第1ボルトB1を締め付ける。モーター6とフランジ9とのがたつきを無くしておくことにより、後の接続ステップS4と配置ステップS5とをスムーズにかつ精度よく行うことができる。
<<Temporary fixing step S3>>
Next, as shown in FIG. 9, the
≪接続ステップS4≫
次に、図10に示すように、フランジ9の上面側からウェーブジェネレーター71をシャフト61に接続し、固定する。このように、シャフト61を貫通孔90に挿入した後に、反対側からウェーブジェネレーター71をシャフト61に接続することにより、ウェーブジェネレーター71の長径R71よりも径の小さい貫通孔90であっても、ロボット関節機構51を容易に組み立てることができる。
<<Connection step S4>>
Next, as shown in FIG. 10, the
≪配置ステップS5≫
次に、図11に示すように、フランジ9の上面側からフレックスプライン73およびサーキュラスプライン76を配置して、波動歯車装置7を組み立てる。
<<Placement step S5>>
Next, as shown in FIG. 11, the strain wave gearing 7 is assembled by arranging the
≪解除ステップS6≫
次に、図12に示すように、モーター6をフランジ9に固定している第1ボルトB1を取り外し、モーター6の仮止めを解除する。仮止めを解除しても、波動歯車装置7によってシャフト61が支持されるため、モーター6の離脱は、阻止される。また、仮止めを解除した状態では、ハウジング63が中心軸A1まわりに回転自在の状態となる。これにより、第1固定ステップS7を好適に行うことができる。
<<Release step S6>>
Next, as shown in FIG. 12, the first bolt B1 fixing the
≪第1固定ステップS7≫
次に、図13に示すように、各第2孔92に第2ボルトB2を挿通し、内側主軸受け761のねじ孔761aに螺合挿入する。これにより、波動歯車装置7がフランジ9に固定される。
<<First fixing step S7>>
Next, as shown in FIG. 13, the second bolts B2 are inserted through the
具体的に説明すると、まず、ハウジング63をフランジ9に対して中心軸A1まわりに回転させて、図14に示す状態とする。図14では、8つの第2孔92がハウジング63と重なっており、残りの8つのハウジング63がハウジング63と重なっていない。次に、図15に示すように、ハウジング63と重なっていない各第2孔92に第2ボルトB2を挿通し、内側主軸受け761のねじ孔761aに螺合挿入する。
Specifically, first, the
次に、図16に示すように、ハウジング63をフランジ9に対して中心軸A1まわりに45°回転させる。この状態では、図14の状態でハウジング63と重なっていた第2孔92がハウジング63と重ならず、反対に、図14の状態でハウジング63と重っていなかった第2孔92がハウジング63と重なっている。次に、図17に示すように、ハウジング63と重なっていない各第2孔92に第2ボルトB2を挿通し、内側主軸受け761のねじ孔761aに螺合挿入する。
Next, as shown in FIG. 16, the
これにより、全ての第2孔92に第2ボルトB2が挿通され、波動歯車装置7がフランジ9に固定される。つまり、モーター6と重なる第2孔92を用いて波動歯車装置7がフランジ9にねじ止めされている。これにより、波動歯車装置7を貫通孔90の周囲において、フランジ9に対してバランスよく強固に固定することができる。そのため、ロボット関節機構51の機械的強度が向上し、ロボット関節機構51の寿命低下を抑制することができる。また、このような方法によれば、ハウジング63を回転させて、全ての第2孔92を順にハウジング63と重ならない状態とすればよいため、第2孔92とモーター6との重なりを配慮する必要が低くなり、ロボット関節機構51の設計自由度が高まる。その結果、種々のサイズのモーター6が適用可能なロボット関節機構51となり、その汎用性が高まる。
As a result, the second bolts B<b>2 are inserted through all the
≪第2固定ステップS8≫
次に、図18に示すように、ハウジング63の各挿通孔64に下側から第1ボルトB1を挿通し、第1ボルトB1をフランジ9の第1孔91に螺合挿入することにより、モーター6をフランジ9に固定する。
<<Second fixing step S8>>
Next, as shown in FIG. 18, a first bolt B1 is inserted through each
以上により、ロボット関節機構51の組み立てが完了する。このような組立方法によれば、波動歯車装置7よりもサイズ(径)の小さいモーター6であっても、中継部材を介することなく、フランジ9に固定することができる。そのため、フランジ9へのモーター6の取り付け精度が向上し、シャフト61の回転軸と波動歯車装置7の回転軸とのずれを効果的に抑制することができる。そのため、ロボット関節機構51の駆動が安定すると共に、ロボット関節機構51に意図しない過度な応力が加わり難くなる。その結果、ロボット関節機構51の寿命の低下を効果的に抑制することができる。一方で、中継部材を介さない分、部材点数が少なくなり、フランジ9やハウジング63の公差を甘めに設定することもでき、良品率の低下が抑えられて製造コストの低下にもつながる。
As described above, the assembly of the robot
また、上記の組立方法での各ステップS1~S8の順序に限定されず、他の順序であってもよい。例えば、配置ステップS5以降の順番を変えて、解除ステップS6の前に第1固定ステップS7の一部を実行してもよい。すなわち、ハウジング63と重なっていない8つの第2孔92に対して第2ボルトB2を挿通し、内側主軸受け761のねじ孔761aに螺合挿入してもよい。そうすることによって、フランジ9と波動歯車装置7とを安定させ組立を行うことができる。
Further, the order of steps S1 to S8 in the assembly method described above is not limited, and other orders may be used. For example, the order after the placement step S5 may be changed, and part of the first fixation step S7 may be executed before the release step S6. That is, the second bolts B2 may be inserted through the eight
以上、ロボット1、ロボット関節機構51およびロボット関節機構52の組立方法について説明した。ロボット関節機構51は、前述したように、貫通孔90と、貫通孔90の周囲に配置されている第1孔91および第2孔92と、を備えているロボット構成部品としてのフランジ9と、第1孔91を用いてねじ止めされ、出力軸であるシャフト61が貫通孔90に挿通されているモーター6と、第2孔92を用いてねじ止めされ、シャフト61に接続されているウェーブジェネレーター71を備えている波動歯車装置7と、を有し、貫通孔90の直径R90は、ウェーブジェネレーター71の長径R71よりも小さい。
The method of assembling the robot 1, the robot
このように、R90<R71の関係を有することにより、フランジ9の第2孔92よりも内側にスペースが生じ、このスペースに第1孔91を形成することができる。つまり、波動歯車装置7を固定するための第2孔92よりも内側に、モーター6を固定するための第1孔91を配置することができる。したがって、波動歯車装置7よりもサイズ(径)の小さいモーター6であっても、図5に示したような中継部材10を介することなく、フランジ9に固定することができる。そのため、フランジ9へのモーター6の取り付け精度が向上し、シャフト61の回転軸と波動歯車装置7の回転軸とのずれを効果的に抑制することができる。したがって、ロボット関節機構51の駆動が安定すると共に、ロボット関節機構51に意図しない過度な応力が加わり難くなる。その結果、ロボット関節機構51の寿命の低下を効果的に抑制することができる。一方で、中継部材10を介さない分、部材点数が少なくなり、フランジ9やハウジング63の公差を甘めに設定することもでき、良品率の低下が抑えられて製造コストの低下にもつながる。
Thus, by having the relationship of R 90 <R 71 , a space is generated inside the
また、前述したように、モーター6および波動歯車装置7は、同じ側からフランジ9にねじ止めされている。これにより、ロボット関節機構51の組み立て、分解が容易となる。
Further, as described above, the
また、前述したように、第2孔92は、貫通孔90の周囲に沿って複数配置されている。これにより、波動歯車装置7を貫通孔90の周囲において、フランジ9に対してバランスよく強固に固定することができる。そのため、ロボット関節機構51の機械的強度が向上し、ロボット関節機構51の寿命低下を抑制することができる。
Further, as described above, a plurality of
また、前述したように、シャフト61の中心軸A1に沿う方向からの平面視で、少なくとも1つの第2孔92は、モーター6と重なり、モーター6と重なる第2孔92を用いて波動歯車装置7がフランジ9にねじ止めされている。これにより、波動歯車装置7を貫通孔90の周囲において、フランジ9に対してバランスよく強固に固定することができる。そのため、ロボット関節機構51の機械的強度が向上し、ロボット関節機構51の寿命低下を抑制することができる。
Further, as described above, at least one
また、前述したように、第1孔91は、第2孔92よりも前記貫通孔側に位置している。これにより、波動歯車装置7に対してサイズの小さいモーター6を中継部材10を介することなく、より確実に、フランジ9に固定することができる。
Further, as described above, the
また、前述したように、ロボット1は、第1部材としての基台2と、第2部材としての第1アーム31と、基台2と第1アーム31とを接続し、基台2に対して第1アーム31を回動させるロボット関節機構51と、を有する。そして、ロボット関節機構51は、貫通孔90と、貫通孔90の周囲に配置されている第1孔91および第2孔92と、を備えているロボット構成部品としてのフランジ9と、第1孔91を用いてねじ止めされ、出力軸であるシャフト61が貫通孔90に挿通されているモーター6と、第2孔92を用いてねじ止めされ、シャフト61に接続されているウェーブジェネレーター71を備えている波動歯車装置7と、を有し、貫通孔90の直径R90は、ウェーブジェネレーター71の長径R71よりも小さい。これにより、前述したロボット関節機構51の効果を享受でき、信頼性に優れたロボット1となる。
Further, as described above, the robot 1 connects the
また、前述したように、ロボット構成部品は、基台2であってもよい。すなわち、フランジ9を介することなく、モーター6および波動歯車装置7を基台2に固定することにより、部品点数を減らすことができる。そして、部品点数が減るためねじの締結が無くなり、剛性を向上することができる。また、組立工数を削減することもできる。
Also, as mentioned above, the robot component may be the
また、前述したように、ロボット関節機構51の組立方法は、貫通孔90と、貫通孔90の周囲に配置されている第1孔および第2孔と、を備えているロボット構成部品としてのフランジ9を準備する準備ステップS1と、フランジ9の一方側すなわち下側からモーター6の出力軸であるシャフト61を貫通孔90に挿通する挿通ステップS2と、フランジ9の他方側すなわち上側から、波動歯車装置7の一部であり、長径R71が貫通孔90の直径R90よりも大きいウェーブジェネレーター71をシャフト61に接続する接続ステップS4と、フランジ9の上側から、波動歯車装置7の一部であるフレックスプライン73およびサーキュラスプライン76を配置する配置ステップS5と、フランジ9の下側から、第2孔92を用いて波動歯車装置7をフランジ9にねじ止めする第1固定ステップS7と、フランジ9の下面側から、第1孔91を用いてモーター6をフランジ9にねじ止めする第2固定ステップS8と、を含む。
Further, as described above, the method for assembling the robot
このように、R90<R71の関係を有することにより、フランジ9の第2孔92よりも内側にスペースが生じ、このスペースに第1孔91を形成することができる。つまり、波動歯車装置7を固定するための第2孔92よりも内側に、モーター6を固定するための第1孔91を配置することができる。したがって、波動歯車装置7よりもサイズ(径)の小さいモーター6であっても、図5に示したような中継部材10を介することなく、フランジ9に固定することができる。そのため、フランジ9へのモーター6の取り付け精度が向上し、シャフト61の回転軸と波動歯車装置7の回転軸とのずれを効果的に抑制することができる。したがって、ロボット関節機構51の駆動が安定すると共に、ロボット関節機構51に意図しない過度な応力が加わり難くなる。その結果、ロボット関節機構51の寿命の低下を効果的に抑制することができる。一方で、中継部材10を介さない分、部材点数が少なくなり、フランジ9やハウジング63の公差を甘めに設定することもでき、良品率の低下が抑えられて製造コストの低下にもつながる。
Thus, by having the relationship of R 90 <R 71 , a space is generated inside the
また、前述したように、ロボット関節機構51の組立方法は、挿通ステップS2と接続ステップS4との間に行われ、モーター6をフランジ9に仮止めする仮止めステップS3と、配置ステップS5と第1固定ステップS7との間に行われ、モーター6の仮止めを解除する解除ステップS6と、を含む。これにより、仮止めステップS3後の各ステップを好適に行うことができる。
Further, as described above, the method of assembling the robot
また、前述したように、第2孔92は、貫通孔90の周囲に沿って複数形成されており、配置ステップS5を終えた状態では、シャフト61の中心軸A1に沿う方向からの平面視で、少なくとも1つの第2孔92がモーター6と重なっており、第1固定ステップS7では、モーター6を中心軸A1まわりに回転させてモーター6との重なりを解消しながら全ての第2孔92を用いて波動歯車装置7をフランジ9にねじ止めする。これにより、波動歯車装置7を貫通孔90の周囲において、フランジ9に対してバランスよく強固に固定することができる。そのため、ロボット関節機構51の機械的強度が向上し、ロボット関節機構51の寿命低下を抑制することができる。
In addition, as described above, a plurality of
<第2実施形態>
図19は、第2実施形態に係るロボット関節機構の断面図である。
<Second embodiment>
FIG. 19 is a cross-sectional view of the robot joint mechanism according to the second embodiment.
本実施形態のロボット関節機構51では、オイルシール65の配置が異なること以外は、前述した第1実施形態のロボット関節機構51と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
The robot
図19に示すように、本実施形態のロボット関節機構51では、前述した第1実施形態と比べて貫通孔90の直径R90が小さく、その内面がシャフト61の外周面と近接している。そして、波動歯車装置7のオイル漏れを抑制するためのオイルシール65が、前述した第1実施形態ではハウジング63とシャフト61との隙間に配置されていたが、本実施形態では、貫通孔90の内周面とシャフト61の外周面との間に配置されている。このような構成によれば、例えば、オイルシール67を省略することができ、ロボット関節機構51の構成がより簡単となる。また、部品点数が削減され、製造コストの低減を図ることができる。
As shown in FIG. 19, in the robot
このように、本実施形態のロボット関節機構51は、貫通孔90の内周面とシャフト61の外周面との間に配置されているオイルシール65を有する。これにより、ロボット関節機構51の構成がより簡単となる。また、部品点数が削減され、製造コストの低減を図ることができる。
Thus, the robot
以上のような第2実施形態によっても前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 The same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited by the second embodiment as described above.
以上、本発明のロボット関節機構、ロボットおよびロボット関節機構の組立方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 Although the robot joint mechanism, the robot, and the method for assembling the robot joint mechanism of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part has the same function. can be replaced with any configuration having Also, other optional components may be added to the present invention.
1…ロボット、10…中継部材、2…基台、3…アーム、31…第1アーム、32…第2アーム、33…作業ヘッド、331…スプラインナット、332…ボールねじナット、333…スプラインシャフト、34…エンドエフェクター、4…ロボット制御装置、51…ロボット関節機構、51’…ロボット関節機構、52…ロボット関節機構、53…駆動装置、54…駆動装置、6…モーター、61…シャフト、63…ハウジング、64…挿通孔、65…オイルシール、67…オイルシール、7…波動歯車装置、71…ウェーブジェネレーター、711…波動発生部、712…ベアリング、73…フレックスプライン、731…筒状部、731a…外歯、732…フランジ部、76…サーキュラスプライン、761…内側主軸受け、761a…ねじ孔、761b…内歯、762…外側主軸受け、762a…挿通孔、763…ベアリング、79…カバー部材、8…エンコーダー、81…光学スケール、82…光学センサー、9…フランジ、90…貫通孔、91…第1孔、92…第2孔、93…第3孔、A1…中心軸、B1…第1ボルト、B2…第2ボルト、B3…第3ボルト、B4…第4ボルト、B5…第5ボルト、C1…仮想円、C2…仮想円、C3…仮想円、J1…第1回動軸、J2…第2回動軸、J3…第3回動軸、R71…長径、R90…直径、r1…半径、r2…半径、r3…半径、S1…準備ステップ、S2…挿通ステップ、S3…仮止めステップ、S4…接続ステップ、S5…配置ステップ、S6…解除ステップ、S7…第1固定ステップ、S8…第2固定ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Robot, 10... Relay member, 2... Base, 3... Arm, 31... First arm, 32... Second arm, 33... Working head, 331... Spline nut, 332... Ball screw nut, 333... Spline shaft , 34 end effector 4
Claims (11)
前記第1孔を用いてねじ止めされ、出力軸が前記貫通孔に挿通されているモーターと、
前記第2孔を用いてねじ止めされ、前記出力軸に接続されているウェーブジェネレーターを備えている波動歯車装置と、を有し、
前記貫通孔の直径は、前記ウェーブジェネレーターの長径よりも小さいことを特徴とするロボット関節機構。 a robot component comprising a through hole and first and second holes arranged around the through hole;
a motor screwed using the first hole and having an output shaft inserted through the through hole;
a wave gear device comprising a wave generator screwed using the second hole and connected to the output shaft;
A robot joint mechanism, wherein the diameter of the through-hole is smaller than the major axis of the wave generator.
少なくとも1つの前記第2孔は、前記モーターと重なり、
前記モーターと重なる前記第2孔を用いて前記波動歯車装置が前記ロボット構成部品にねじ止めされている請求項3に記載のロボット関節機構。 In a plan view from a direction along the central axis of the output shaft,
at least one of the second holes overlaps the motor;
4. The robot joint mechanism according to claim 3, wherein the strain wave gearing is screwed to the robot component using the second hole that overlaps the motor.
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とを接続し、前記第1部材に対して前記第2部材を回動させるロボット関節機構と、を有し、
前記ロボット関節機構は、
貫通孔と、前記貫通孔の周囲に配置されている第1孔および第2孔と、を備えているロボット構成部品と、
前記第1孔を用いてねじ止めされ、出力軸が前記貫通孔に挿通されているモーターと、
前記第2孔を用いてねじ止めされ、前記出力軸に接続されているウェーブジェネレーターを備えている波動歯車装置と、を有し、
前記貫通孔の直径は、前記ウェーブジェネレーターの長径よりも小さいことを特徴とするロボット。 a first member;
a second member;
a robot joint mechanism that connects the first member and the second member and rotates the second member with respect to the first member;
The robot joint mechanism is
a robot component comprising a through hole and first and second holes arranged around the through hole;
a motor screwed using the first hole and having an output shaft inserted through the through hole;
a wave gear device comprising a wave generator screwed using the second hole and connected to the output shaft;
The robot, wherein the diameter of the through-hole is smaller than the major axis of the wave generator.
前記ロボット構成部品の一方側からモーターの出力軸を前記貫通孔に挿通する挿通ステップと、
前記ロボット構成部品の他方側から、波動歯車装置の一部であり、長径が前記貫通孔の直径よりも大きいウェーブジェネレーターを前記出力軸に接続する接続ステップと、
前記ロボット構成部品の前記他方側から、前記波動歯車装置の一部であるフレックスプラインおよびサーキュラスプラインを配置する配置ステップと、
前記ロボット構成部品の前記一方側から、前記第2孔を用いて前記波動歯車装置を前記ロボット構成部品にねじ止めする第1固定ステップと、
前記ロボット構成部品の前記一方側から、前記第1孔を用いて前記モーターを前記ロボット構成部品にねじ止めする第2固定ステップと、を含むことを特徴とするロボット関節機構の組立方法。 a provision step of providing a robot component having a through hole and first and second holes arranged around the through hole;
an inserting step of inserting an output shaft of a motor from one side of the robot component into the through hole;
a connecting step of connecting a wave generator, which is a part of a strain wave gearing and has a longer diameter larger than the diameter of the through hole, to the output shaft from the other side of the robot component;
locating flexsplines and circular splines that are part of the strain wave gearing from the other side of the robot component;
a first fixing step of screwing the strain wave gear device to the robot component from the one side of the robot component using the second hole;
and a second fixing step of screwing the motor to the robot component from the one side of the robot component using the first hole.
前記配置ステップと前記第1固定ステップとの間に行われ、前記モーターの前記仮止めを解除する解除ステップと、を含む請求項9に記載のロボット関節機構の組立方法。 a temporary fixing step of temporarily fixing the motor to the robot component, which is performed between the inserting step and the connecting step;
10. The method for assembling a robot joint mechanism according to claim 9, further comprising: a releasing step performed between said placing step and said first fixing step for releasing said temporary fixing of said motor.
前記配置ステップを終えた状態では、前記出力軸の中心軸に沿う方向からの平面視で、少なくとも1つの前記第2孔が前記モーターと重なっており、
前記第1固定ステップでは、モーター6を前記中心軸まわりに回転させて前記モーターとの重なりを解消しながら全ての前記第2孔を用いて前記波動歯車装置を前記ロボット構成部品にねじ止めする請求項9または10に記載のロボット関節機構の組立方法。 A plurality of the second holes are formed along the circumference of the through hole,
In a state where the arranging step is completed, at least one of the second holes overlaps with the motor in plan view from a direction along the central axis of the output shaft, and
In the first fixing step, the wave gear device is screwed to the robot component using all of the second holes while rotating the motor 6 around the central axis to eliminate overlap with the motor. Item 11. A method for assembling a robot joint mechanism according to Item 9 or 10.
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