JP5299444B2 - ロボット - Google Patents
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Description
今後、ロボットのさらなる適用拡大により従来人手に頼っていた作業の自動化を図るためには、より低廉でありながら適切な性能を十分に備えたロボットが求められている。
例えば、特許文献1には、構造材料として一般的な鋳物材の代わりに比較的安価で軽量な繊維強化樹脂を用いてロボットを軽量化することでロボットを安価に構成する技術が開示されている。
また、主構造部と補助構造部との間隙にはアクチュエータとして、第2軸用アクチュエータと、第3軸用アクチュエータとが配設されており、第2軸用アクチュエータの主構造部を貫通した出力軸と第1構造体とを動力伝達可能とする第2軸用動力伝達機構と、第3軸用アクチュエータの主構造部を貫通した出力軸と第3構造体とを動力伝達可能とする第3軸用動力伝達機構と、を有していることが好ましい。
補助構造部と第3構造体とを回転自在に支持する軸受部材と、当該軸受部材と補助構造部との間に介装され、補助構造部の板厚方向の長さを補う肉厚部材と、を有していることが好ましい。
また、第3軸に対して直交する第4軸まわりに回転可能に第3構造体に連結される第4構造体と、第4軸に対して直交する第5軸まわりに回転可能に第4構造体に連結される第5構造体と、第5軸と直交する第6軸まわりに回転可能に第5構造体に連結される第6構造体と、を有していることが好ましい。
図1に示すように、本実施形態にかかるロボットシステム100は、ロボット101及びコントローラ102によって構成されている。
ロボット101は、構造体として、設置面103(基端)からロボット101の先端にかけて順に基台10,第1構造体11、第2構造体12、第3構造体13、第4構造体14、第5構造体15及び第6構造体16を有している。
基台10の下部には、ケーブル104を接続するケーブルコネクタ104aが接続されており、ケーブル104はコントローラ102及び図示省略の電源に接続されている。
コントローラ102としては、汎用コンピュータに限らず、当然ながら、専用のロボットコントローラやサーボコントローラ等のその他の演算装置を用いてもよい。
第2構造体12は図3にも示すように、主構造部12a、補助構造部12b、連結部12cを有して構成されており、主構造部12a及び補助構造部12bは間隔を有してそれぞれ第1軸A1に対して直交する第2軸A2まわりに回転可能に基端側が第1構造体11に連結されている。連結部12cは、両端がそれぞれ主構造部12aと補助構造部12bとに連結されている。
第6構造体16は、第5軸A5に対して直交する第6軸A6まわりに回転可能に第5構造体15に連結されている。
第6構造体16には、図示省略の係合部が設けられており、係合部を介してグリッパやトーチ等各種のエンドエフェクタを取り付け可能となっている。
また、基台10の先端側には、円筒形状で突出した形状の第1円筒部10bが形成されており第1円筒部10b内側には、第1円筒部10bと同心の第2円筒部10cが形成されており、第1円筒部10b及び第2円筒部10cの内壁には波動歯車減速機51の軸受部材が嵌装されている。
アクチュエータ31は、空隙部11jに配設されたサーボモータ等により構成されており出力軸31aがギア54に噛合している。
ギア54の軸54aは、第1軸A1にそって延在し波動歯車減速機51の入力部に連結されている。
即ち、アクチュエータ31が回転駆動することにより、波動歯車減速機51を介して第1構造体11が基台10に対して第1軸A1まわりに回転するように構成されている。
また、底部11cには、ギア54の軸54aが貫入可能な孔部11eが設けられており波動歯車減速機51の軸受部材が嵌装されている。ギア54及びその軸54aは中空となっており、当該中空を通ってケーブルハーネス104bが基台10の中空部10aから第1構造体11の空隙部11jにかけて配索されている。
切り欠き部11f及び円筒部11gの内壁にはそれぞれ波動歯車減速機57の軸受部材が嵌装されている。
波動歯車減速機57の出力部と第2構造体12の主構造部12aとは複数のボルト62により接合されている。主構造部12aには、プーリ60の軸60aが挿入可能な孔部63が設けられており、軸60aが波動歯車減速機57の入力部に連結されている。
軸受用孔部11hの外側には軸受部材55が嵌着されており、軸受部材55の外側には、金属製のリング(円筒)形状をなす肉厚補助部材56が取り付けられている。
そして、肉厚補助部材56には、第2構造体12の補助構造部12bが接合されている。より詳細には、肉厚補助部材56にはリング状の切り欠き部56aが設けられており、補助構造部12bには切り欠き部56aの形状と対応する連結用の連結孔64が設けられている。切り欠き部56aと孔部64とが嵌め合わされ、切り欠き部56aと孔部64との間には接着剤が塗布されている。即ち、切り欠き部56aと孔部64とは、溶接されることなく接合されている。
したがって、アクチュエータ32が回転駆動することにより波動歯車減速機57を介して、主構造部12a及び補助構造部12bが第1構造体10に対して第2軸A2まわりに回転されるように構成されている。
主構造部12a及び補助構造部12bの外側面(間隙S1とは反対側の面)には図5に示すようにカバー台座121が複数取り付けられており、主構造部12a及び補助構造部12bのカバー台座121にはそれぞれ樹脂製のカバーC1、C2が取り付けられている。
主構造部12aには、アクチュエータ32を挿通可能な孔部67が設けられ、孔部67よりも先端側にはアクチュエータ33を挿通可能な孔部68が設けられている。孔部67,68はいずれも梁部材65よりも先端側で、且つ、梁部材66よりも基端側に設けられている。
間隙S1には、梁部材66,67及びアクチュエータ32,33を覆う樹脂製のカバーC3が取り付けられており、主としてアクチュエータ32,33を外部から隔離している。
即ち、第3構造体13には第1構造体11と同様に、ケーブルハーネス104bやアクチュエータを収納可能な空隙部13jを有している。また、第3構造体13は、金属肉厚寸法Lの一方側肉部13aと、一方側肉部13aと対向する金属肉厚寸法l(L>l)の他方側肉部13bと、一方側肉部13a及び他方側肉部13bとに連続する金属肉厚寸法Hの底部13cと、底部13cに対向し一方側肉部13a及び他方側肉部13bとに連続する金属肉厚寸法h(H>h)の天井部13dとを有している。
切り欠き部13f及び円筒部13gの内壁にはそれぞれ波動歯車減速機74の軸受部材が嵌装されている。
したがって、アクチュエータ33が回転駆動することにより、波動歯車減速機74を介して第3構造体11が主構造部12a及び補助構造部12bに対して第3軸A3まわりに回転するように構成されている。
軸受用孔部13hの外側には軸受部材80が嵌着されており、軸受部材80の外側には、金属製のリング(円筒)形状をなす肉厚補助部材81が取り付けられている。
また、底部13cには、ギア83の軸83aが貫入可能な孔部13eが設けられており波動歯車減速機84の軸受部材が嵌装されている。
アクチュエータ34は、空隙部13jに配設されたサーボモータ等により構成されており出力軸34aがギア83に噛合している。
ギア83及びその軸84は中空に形成されており、当該中空部分を通ってケーブルハーネス104bが空隙部13iから第4構造体基部14aの空隙部14dへと配索されている。
したがって、アクチュエータ34が回転駆動することにより、波動歯車減速機84を介して第4構造体14が第3構造体に対して第4軸A4まわりに回転するように構成されている。
第1構造部14b及び第2構造部14cの外側面(間隙S2とは反対側の面)には図5に示すようにカバー台座121が複数取り付けられており、主構造部12a及び補助構造部12bのカバー台座121にはそれぞれ樹脂製のカバーC4、C5が取り付けられている。
また、第2構造部14cにはケーブルハーネス104bを連通可能な孔部93が設けられている。
間隙S2には、梁材86及びアクチュエータ35を覆う樹脂製のカバーC6が取り付けられており、主としてアクチュエータ35を外部から隔離している。
第1構造部14bには、アクチュエータ35の出力軸35aを挿通可能な孔部87が設けられている。アクチュエータ35は第1構造部14bの孔部87に嵌装され、出力軸35aの先端にはプーリ88が取り付けられている。
また、孔部87よりも先端側には、プーリ89の軸89aを挿通可能な孔部90が設けられている。プーリ88とプーリ89とはベルトB3により回転力を伝達可能に結ばれており、アクチュエータ35の駆動力はベルトB3を介してプーリ89に伝達可能となっている。
第5構造体15には、第1構造体11及び第3構造体13と同様に、ケーブルハーネス104bやアクチュエータを収納可能な空隙部15jを有している。
また、第5構造体15は、一方側肉部15aと、一方側肉部15aと対向する他方側肉部15bと、一方側肉部15a及び他方側肉部15bとに連続する天井部15dと、天井部15dに対向し一方側肉部15a及び他方側肉部15bとに連続する底部15cとを有している。アクチュエータ36は空隙部15jに配設されている。天井部15dには、アクチュエータ36の出力軸36aが貫入可能な孔部15eが設けられ、また、天井部15dの外側(空隙部15jとは反対側)には円筒形状の円筒部15kが形成されている。波動歯車減速機92の軸受部材がそれぞれ孔部15e及び円筒部15kに嵌装されている。波動歯車減速機92の出力側は第6構造体(フランジ)16に一体回転可能に連結されている。
切り欠き部15f及び円筒部15gの内壁にはそれぞれ波動歯車減速機90の軸受部材が嵌装されており、波動歯車減速機90の入力部はプーリ88の軸88aに連結され、波動歯車減速機90の出力側は複数のボルト94によって第1構造部14bに連結されている
即ち、アクチュエータ35が回転駆動することにより、波動歯車減速機90を介して第5構造体15が、第4構造体14に対して第5軸A5まわりに回転するように構成されている。
また、アクチュエータ36は回転駆動することにより、波動歯車減速機92を介して第6構造体15が、第5構造体14に対して第6軸A6まわりに回転するように構成されている。
また、比較的長尺となる第2構造体12の主構造部と12a,補助構造部12b及び第4構造体14の第1構造部14b,第2構造部14cを安価に得られる規格の鋼板を用いて構成したことにより、鋳物材などの特注部品の点数を格段に低減することで大幅なコスト低減効果が期待できる。
さらに、比較的重量が大きい第2アクチュエータ32及び第3アクチュエータ33を主構造部12aと補助構造部12bの間隙に隣接して配設されるとともに、主構造部12aにのみ支持される構成とすることで、補助構造部12bの肉厚をより小さいものに選定することができ、さらなる軽量化が図られる。
例えば、実施形態においては、第1構造体と第3構造体とを同一形状の鋳物材により構成したが、
第1構造体と第3構造体とに加えて第5構造体についても同一形状の鋳物材を用いて構成するようにしてもよい。このとき、共通の鋳型を用いながらも、より先端側の構造体は基端側のものよりも比重の小さい材質を用いて形成してもよい。例えば、第1構造体と第3構造体とが同一形状の鋳型により成形され、第1構造体に比較的剛性の大きい材質を使用し、第3構造体には、第1構造体よりも剛性が比較的小さくてもより軽量な材質を使用して形成するようにしてもよい。
また、鋼板の材質としてもスティール、アルミニウム、ステンレス等種々の金属鋼板を適用可能である。
11 第1構造体
12 第2構造体
13 第3構造体
14 第4構造体
15 第5構造体
16 第6構造体
31〜36 アクチュエータ
100 ロボットシステム
101 ロボット
102 コントローラ
103 設置面
104 ケーブル
104a ケーブルコネクタ
104b ケーブルハーネス
Claims (7)
- 基台と、第1軸まわりに回転可能に前記基台に連結される第1構造体と、前記第1軸に対して直交する第2軸まわりに回転可能に前記第1構造体に連結される第2構造体と、前記第2軸と平行な第3軸まわりに回転可能に前記第2構造体に連結される第3構造体と、を有するロボットであって、
前記第1構造体および前記第3構造体は、
一方側肉部と、前記一方側肉部よりも肉厚長さが小さい他方側肉部とをそれぞれ有する中空かつ同形状の構造体であり、
前記第2構造体は、
板状の主構造部と、
前記主構造部と所定の間隔をあけて対向するとともに、前記主構造部よりも板厚が小さい板状の補助構造部と
を有し、
前記第1構造体および前記第3構造体の前記一方側肉部は、前記第2構造体の前記主構造部とそれぞれ回転自在に接続され、前記第1構造体および前記第3構造体の前記他方側肉部は、前記第2構造体の前記補助構造部とそれぞれ回転自在に接続されること
を特徴とするロボット。 - 出力軸が前記主構造部を貫通して前記主構造部により支持され、前記主構造部と前記補助構造部との間に配設される1以上のアクチュエータを有すること
を特徴とする請求項1に記載のロボット。 - 前記主構造部と前記補助構造部との間には前記アクチュエータとして、第2軸用アクチュエータと、第3軸用アクチュエータとが配設されており、
前記第2軸用アクチュエータの前記主構造部を貫通した出力軸と前記第1構造体とを動力伝達可能とする第2軸用動力伝達機構と、
前記第3軸用アクチュエータの前記主構造部を貫通した出力軸と前記第3構造体とを動力伝達可能とする第3軸用動力伝達機構と、を有すること
を特徴とする請求項2に記載のロボット。 - 前記補助構造部と前記第1構造体とを回転自在に支持する軸受部材と、
当該軸受部材と前記補助構造部との間に介装され、前記補助構造部の板厚方向の長さを補う肉厚補助部材と、を有すること
を特徴とする請求項1、2または3に記載のロボット。 - 前記補助構造部と前記第3構造体とを回転自在に支持する軸受部材と、
当該軸受部材と前記補助構造部との間に介装され、前記補助構造部の板厚方向の長さを補う肉厚補助部材と、を有すること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のロボット。 - 前記補助構造部には、前記軸受部材連結用の連結穴が形成されており、
前記肉厚補助部材は、前記連結穴に合わせた切り欠き部を有し、
前記補助構造部の前記連結穴と前記肉厚補助部材の前記切り欠き部とが接着剤により接合されること
を特徴とする請求項4または5に記載のロボット。 - 前記第3軸に対して直交する第4軸まわりに回転可能に前記第3構造体に連結される第4構造体と、
前記第4軸に対して直交する第5軸まわりに回転可能に前記第4構造体に連結される第5構造体と、
前記第5軸と直交する第6軸まわりに回転可能に前記第5構造体に連結される第6構造体と、を有すること
を特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のロボット。
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