JP4165019B2 - ロボットの関節装置及びその組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１アームに第２アームを回動可能に連結したロボットの関節装置及びその組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来における多関節ロボットのアームを連結する関節装置の構造の一例を示している。この図８において、第１アーム１の筐体をなすフレーム２内にはサーボモータ３が内蔵されており、サーボモータ３の回動に応じて減速機４を介して連結体５が回動するようになっている。この連結体５はシャフト部５ａと環状フランジ部５ｂとを一体化してなり、シャフト部５ａは減速機４の出力部と固定され、環状フランジ部５ｂはクロスローラ軸受６によりフレーム２の先端開口部に回動可能に支持されている。この場合、第１アーム１のフレーム２における先端開口部には軸受押え用フランジ７が複数のボルト８で固定されており、これにより軸受６がフレーム２の先端開口部に位置決め状態で装着されている。
【０００３】
連結体５の環状フランジ部５ｂには第２アーム９の筐体をなすフレーム１０がボルト１１で固定されている。従って、サーボモータ３の回動に応じて連結体ひいては第２アーム９が回動する。この連結体５の環状フランジ部５ｂの中央には円筒状のケーブル支持体１２が装着されており、このケーブル支持体１２をケーブルが通過した状態で第２アーム９が第１アーム１に対して回動可能とするために、連結体５はシャフト部５ａが環状フランジ部５ｂを片持ち支持した湾曲形状に形成されている。
【０００４】
ところで、上記構成のロボットの関節装置を組立てるには、第１アーム１のフレーム２の先端開口部から連結体５をフレーム２内に進入させてから、そのシャフト部５ａをフレーム２と一体形成された円筒支持部１３内に装着された軸受１４に挿入して支持させる。
【０００５】
続いて、連結体５の環状フランジ部５ｂとフレーム２の先端開口部との間にクロスローラ軸受６を挟持した状態で軸受押え用フランジ７をフレーム２の先端開口部にボルト８で固定する。これにより、軸受６をフレーム２の先端開口部に位置決め状態で装着することができるので、フレーム２に連結体５を回動可能に支持することができる。
【０００６】
続いて、第２アーム９のフレーム１０を連結体５の環状フランジ部５ｂに環状フランジ５ｂ側からボルト１１で固定する。ここで、第１アーム１のフレーム２の側面には図９に示すように窓部１５が形成されており、組立作業者は、窓部１５から手をフレーム２内に進入させた状態で環状フランジ部５ｂに形成されたボルト孔にボルト１１を挿入してから、六角レンチでボルト１１を回すことにより連結体５に第２アーム９のフレーム１０を固定する。
【０００７】
以上のようにして連結体５と第２アーム９との連結が終了したときは、減速機４の出力部と連結体５のシャフト部５ａとをボルト１６で固定してから、サーボモータ３のシャフトに固定された減速機４の入力部を出力部に噛合わせた状態でサーボモータ３を円筒支持部１３に固定する。
【０００８】
そして、ケーブルなどを配線してから、第１アーム１のフレーム２にカバー１７を装着することにより第１アーム１と第２アーム９とを連結する関節装置を組立てることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成のものでは、第１アーム１の連結体５の環状フランジ部５ｂに第２アーム９のフレーム１０をボルト１１で固定するには、第１アーム１のフレーム２に形成された狭い窓部１５から手を進入してボルト１１を六角レンチで回さなければならず、極めて面倒であると共に、１回の作業でボルト１１を回すことができる角度が小さくて作業能率が悪い。さらに、第１アーム１のフレーム２に窓部１５を形成すると共に、窓部１５を塞ぐカバーを製作することが必要であり、コストが高いと共に見映えが悪い。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、第１アームと第２アームとを連結する作業能率を高めると共に、コストを低減し且つアームの見映えを良好とすることができるロボットの関節装置及びその組立方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１アームに軸受押え用部材をボルトで固定するために形成されたボルト穴は、第２アームを第１アームに対して所定角度回動した状態で、第１アームに形成された複数のボルト穴を第２アームとの対向状態から脱出させて視認可能に出現するので、第２アームに回動体を予め連結した状態で当該回動体を軸受により第１アームに支持することができる。従って、第１アーム内において回動体を第２アームにボルトで連結する作業を廃止することができ、作業効率を高めることができると共に、第１アーム内でボルト締め作業するための窓部を形成する必要がなくなり、コストを低減し且つ見映えを良好とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を多関節型ロボットに適用した一実施の形態を図１乃至図７を参照して説明する。図２はロボットの外観構成を示している。この図２において、ロボット本体２１は、組立て用の６軸の小型垂直多関節ロボットとして構成されている。即ち、ベース２２上には、ショルダー２３が垂直方向の軸Ｊ１を中心として水平方向に回動可能に連結されている。ショルダー２３には、下アーム２４の基端部が軸Ｊ２を中心として垂直方向に回動可能に連結されている。下アーム２４の先端部には、上アーム（第１アームに相当）２５が軸Ｊ３を中心として垂直方向に回動可能に連結されている。上アーム２５の先端部には、リスト（第２アームに相当）２６の基端部が軸Ｊ４を中心として回動可能に連結されている。リスト２６の先端部には、ハンド取付体２７がＪ５を中心として回動可能に連結されている。このハンド取付体２７には、円板状のフランジ２８がＪ６を中心として回動可能に連結されている。このフランジ２８には、図４に示すようにボルト穴２８ａが形成されており、図示しないハンドや各種ツールが着脱可能に取付け可能となっている。
【００１４】
上記ショルダー２３、下アーム２４、上アーム２５、リスト２６、ハンド取付体２７、フランジ２８は関節装置により互いに連結されていると共に、各関節装置に対応してサーボモータ及び減速機が設けられており、サーボモータの駆動に応じて各関節装置が駆動することにより上記各軸Ｊ１〜Ｊ６を中心としてショルダー２３、下アーム２４、上アーム２５、リスト２６、ハンド取付体２７、フランジ２８が回動するようになっている。この場合、ロボット本体２１には図示しないロボットコントローラが接続されており、ロボットコントローラで制御されることにより各種の動作が実行されるようになっている。
【００１５】
図３は上記上アーム２５とリスト２６とを連結する関節装置の構造を示す破断面図である。この図３において、上アーム２５はフレーム２９を筐体としてなり、このフレーム２９内に一体形成された円筒支持部３０に固定されたサーボモータ（駆動源に相当）３１の回転が減速機３２で減速された状態で出力されることによりリスト２６が図２に示した軸Ｊ４を中心として回動するようになっている。この減速機３２としては、ハーモニックドライブ（商品名）が用いられている。
【００１６】
図５は減速機３２を分解して示す斜視図である。この図５において、減速機３２は、ウェーブ・ジェネレータ３３、フレクスプライン３４、サーキュラ・スプライン３５から構成されている。ウェーブ・ジェネレータ３３は、入力軸に取付けられた楕円状カム３６の外周に弾性変形可能に構成されたボールベアリング３７を装着してなる。このボールベアリング３７の内輪は楕円状カム３６に固定され、外輪は楕円状カム３６の回転に応じて弾性変形する。フレクスプライン３４は、薄肉カップ状の弾性を有する有底円筒状の金属からなり、その開口部外周に所定数の歯が形成されている。また、フレクスプライン３４の底部のダイヤフラムは出力軸に固定される。サーキュラ・スプライン３５は、内周に歯が形成されており、この歯数はフレクスプライン３４に形成された歯数よりも２枚多くなっている。
【００１７】
このような構成の減速機３２は、フレクスプライン３４とサーキュラ・スプライン３５とが１８０度対称の２か所のみで噛合っており、ウェーブ・ジェネレータ３３が回転すると、フレクスプライン３４とサーキュラ・スプライン３５の噛合い位置が回転して移動する。この場合、フレクスプライン３４の歯数はサーキュラ・スプライン３５の歯数よりも２枚少なく形成されているので、フレクスプライン３４はウェーブ・ジェネレータ３３の回転方向と反対方向に歯数差の２枚分だけ回転し、その回転が出力となる。このような構成の減速機３２によれば、簡単な構成で大きな減速比を得ることができる。
【００１８】
図３に戻って、減速機３２には連結体３８が連結されており、サーボモータ３１の回動に応じて連結体３８が回動するようになっている。この連結体（回動体に相当）３８は、湾曲形状のシャフト部３８ａの先端に環状フランジ部３８ｂを一体形成してなる。連結体３８のシャフト部３８ａは円筒支持部３０内に装着された軸受３９に支持されており、このシャフト部３８ａには上記減速機３２のフレクスプライン３４がボルト４０で固定されている。
【００１９】
また、円筒支持部３０には減速機３２のサーキュラ・スプライン３５がボルト４１で固定されている。そして、円筒支持部３０にボルト４２で固定されたサーボモータ３１のシャフト３１ａには減速機３２のウェーブ・ジェネレータ３３の楕円状カム３６が固定されており、ウェーブ・ジェネレータ３３がフレクスプライン３４内に位置している。この状態では、フレクスプライン３４の１８０゜対向する２か所の部位がウェーブ・ジェネレータ３３により内側から押されており、その押圧部位に対応した位置に形成された外歯がサーキュラ・スプライン３５の内歯と噛合っている。
【００２０】
一方、連結体３８の環状フランジ部３８ｂはフレーム２９の先端開口部に装着されている。この環状フランジ部３８ｂの中央にケーブル支持体４４が装着されており、このケーブル支持体４４をケーブルが通過した状態でリスト２６が上アーム２５に対して回動可能とするために、連結体３８はシャフト部３８ａが環状フランジ部３８ｂを片持ち支持した湾曲形状に形成されている。
【００２１】
ここで、上アーム２５のフレーム２９の先端開口部には軸受押え用フランジ （軸受押え用部材に相当）４５が複数のボルト４６で固定されており、これにより、クロスローラ軸受４３がフレーム２９の先端開口部に位置決め状態で装着されている。
【００２２】
そして、上記連結体３８にはリスト２６が固定されている。つまり、連結体３８の環状フランジ部３８ｂとリスト２６の筐体をなすフレーム４７の基端部とは環状フランジ部３８ｂ側から複数のボルト４８を螺着することにより連結されている。
【００２３】
尚、軸受押え用フランジ４５とリスト２６のフレーム４７との間にはオイルシール４９が装着されており、関節装置への塵埃の進入が防止されている。
以上のような構成により、サーボモータ３１が回動すると、サーボモータ３１の回転は減速機３２で減速された状態で連結体３８を介してリスト２６に伝達されるので、リスト２６が回動する。
【００２４】
ここで、図４はリスト２６の正面図である。この図４において、上アーム２５のフレーム２９とリスト２６のフレーム４７とは断面が矩形状に形成されており、同図に示すように両方の対向面が略重なり合った状態では、軸受押え用フランジ４５を上アーム２５のフレーム２９に固定するためのボルト４６ひいてはフレーム２９のボルト穴２９ａはリスト２６により隠蔽された状態となっている。
【００２５】
次に上記ロボット本体２１のうち上アーム２５とリスト２６とを連結する関節装置の組立方法を説明する。
まず、ロボット本体２１のベース２２、ショルダ２３、下アーム２４を順に組立ててから、下アーム２４の先端部に上アーム２５のフレーム２９を組付ける。
【００２６】
次に、組立てが終了したリスト２６のフレーム４７と連結体３８の環状フランジ部３８ｂとの間にクロスローラ軸受４３を介装した状態で環状フランジ部３８ｂとリスト２６のフレーム４７とを環状フランジ部３８ｂ側からボルト４８で固定する（図６参照）。このとき、クロスローラ軸受４３とリスト２６のフレーム４７との間に軸受押え用フランジ４５及びオイルシール４９を介装しておく。また、リスト２６から外部に導出された図示しないケーブルなどはケーブル支持体４４を通過させる。
【００２７】
続いて、連結体３８のシャフト部３８ａを、上アーム２５のフレーム２９内に一体形成された円筒支持部３０内に装着された軸受３９に挿入すると共に、軸受押え用フランジ４５のボルト穴４５ａと上アーム２５のフレーム２９に形成されたボルト穴２９ａ（図４参照）とを一致させた状態で軸受押え用フランジ４５をフレーム２９の先端開口部に嵌合させる。
【００２８】
このとき、図４に示すように軸受押え用フランジ４５のボルト穴４５ａがリスト２６により邪魔されて外部から隠蔽されている場合は、リスト２６を上アーム２５に対して何れかの方向に４５゜回転させる。すると、図１に示すように軸受押え用フランジ４５のボルト穴４５ａのうち対向する一対のボルト穴４５ａがリスト２６による隠蔽状態から脱出して視認可能に出現するので、そのボルト穴４５ａにボルト４６を挿入して上フレーム２９に螺着する。
【００２９】
続いて、上アーム２５に対してリスト２６を上記の回転方向と同一方向にさらに４５゜、或いは上記の回転方向と反対方向に９０゜回転する。すると、図７に示すように軸受押え用フランジ４５のボルト穴４５ａのうち残りの一対のボルト穴４５ａがリスト２６による隠蔽状態から脱出して視認可能に出現するので、そのボルト穴４５ａにボルト４６を挿入して上フレーム２９に螺着する。
【００３０】
以上のような作業により、軸受押え用フランジ４５を上アーム２５のフレーム２９に固定することによりクロスローラ軸受４３をフレーム２９に位置決め状態で装着することができるので、リスト２６を上アーム２５に回動可能に連結することができる。
【００３１】
そして、上アーム２５のフレーム２９の円筒支持部３０に減速機３２のサーキュラ・スプライン３５をボルト４１で固定すると共に、フレクスプライン３４をサーキュラ・スプライン３５に挿入してから、フレクスプライン３４のダイヤフラムを連結体３８のシャフト部３８ａにボルト４０で固定する。
【００３２】
続いて、サーボモータ３１のシャフト３１ａに固定されたウェーブ・ジェネレータ３３をフレクスプライン３４に挿入してから、サーボモータ３１を円筒支持部３０にボルト４２で固定する。これにより、フレクスプライン３４の外歯とサーキュラ・スプライン３５の内歯とが１８０゜対向する２か所で噛合うようになる。
【００３３】
続いて、ケーブル類を配線してから、上アーム２５のフレーム２９にカバー５０を装着することにより、上アーム２５とリスト２６とを連結する関節装置を組立てることができる。
【００３４】
このような実施の形態によれば、上アーム２５及びリスト２６の断面形状とを略同一な矩形形状とし、リスト２６を上アーム２５に対して所定角度回動した状態で軸受押え用フランジ４５のボルト穴４５ａひいては上アーム２５のフレーム２９に形成されたボルト穴２９ａがリスト２６との対向状態から脱出して視認可能に出現するようにしたので、その出現状態で軸受押え用フランジ４５をボルト４６で上アーム２５のフレーム２９に固定することができる。従って、軸受押え用フランジを上アームのフレームにボルトで固定することにより軸受により連結体の環状フランジを回動可能に支持した状態で、上アームのフレーム内において環状フランジとリストとをフレーム内に手を進入させて環状フランジ側からボルトで固定する従来例のものと違って、サーボモータ３１の回転をリスト２６に伝達するための連結体３８をリスト２６に予め固定しておくことが可能となるので、上アーム２５のフレーム２９内でボルト締めする作業が不要となり、作業性を大幅に向上することができると共に、上アーム２５のフレーム２９に作業用の窓部を形成する必要がなくなり、コストを低減し且つ上アーム２５の見映えを良好とすることができる。
【００３５】
しかも、このような構成は、上アーム２５の構造を大幅に変更することなく実施することができるので、大幅な設計変更を行うことなく容易に実施することができる。
【００３６】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
上アーム２５とリスト２６とを連結する関節装置に限定されることなく、各アームを連結する関節装置に適用可能である。
減速機３２としては、ハーモニックドライブに限定されることなく平歯車を組合わせた構成、或いは遊星歯車を用いた構成のものを使用するようにしてもよい。
多関節ロボットに限定されることなく、スカラー型のロボットに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるリストを所定角度回動した位置で示す上アームの正面図
【図２】ロボット本体の側面図
【図３】上アームの破断側面図
【図４】リストとの重なり状態で示すリストの正面図
【図５】減速機の分解斜視図
【図６】連結体の連結状態で示すリストの破断側面図
【図７】リストの異なる回動位置で示す図１相当図
【図８】従来例を示す図３相当図
【図９】窓部を示す上アームの側面図
【符号の説明】
２１はロボット本体、２２はベース、２３はショルダー、２５は上アーム（第１アーム）、２６はリスト（第２アーム）、２９はフレーム、２９ａはボルト穴、３１はサーボモータ（駆動源）、３８は連結体（回動体）、４３はクロスローラ軸受、４５は軸受押え用フランジ（軸受押え用部材）、４５ａはボルト穴、４６はボルトである。

Claims (2)

1. 断面外形形状が略同一な多角形状をなす第１アームに第２アームを回動可能に連結したものであって、
   前記第１アームに軸受により回動可能に支持され、駆動源により回動する回動体と、
   前記第１アームにボルトで固定されることにより前記軸受を前記第１アームに位置決めする軸受押え用部材とを備え、
   前記回動体と前記第２アームとを連結したロボットの関節装置において、
   前記第１アームに前記軸受押え用部材をボルトで固定するために形成されたボルト穴は、前記第２アームが前記第１アームに対して所定角度回動した状態で前記第２アームとの対向状態から脱出して視認可能に出現することを特徴とするロボットの関節装置。
2. 第１アームに第２アームを回動可能に連結したものであって、
   前記第１アームに軸受により回動可能に支持され、駆動源により回動する回動体と、
   前記第１アームにボルトで固定されることにより前記軸受を前記第１アームに位置決めする軸受押え用部材とを備え、
   前記回動体と前記第２アームとを連結したロボットの関節装置において、
   前記第２のアームに前記回動体を連結し、
   前記第１アームに前記軸受押え用部材をボルトで固定するために形成されたボルト穴が前記第２アームとの対向状態から脱出して視認可能に出現するまで前記第２アームを前記第１アームに対して回動し、
   前記軸受押え用部材をボルトで前記第１アームに螺着することにより前記軸受を前記第１アームに位置決め状態で装着したことを特徴とするロボットの関節装置組立方法。

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