JP5406644B2 - 旋回装置 - Google Patents

Description

本発明は旋回装置に関する。特に、旋回装置に取付ける被旋回部材の旋回範囲を制限するためのストッパを備える旋回装置に関する。

被旋回部材を軸線の周りに回転させる旋回装置が知られている。旋回装置は、例えば、ロボットの関節を駆動するために用いられる。この場合、ロボットのアームが被旋回部材に相当する。旋回装置は、被旋回部材の旋回範囲を物理的に制限するストッパを有することがある。特許文献１には、旋回装置と被旋回部材の夫々に板材を取付け、所望の旋回範囲の境界で板材同士を当接させることにより、被旋回部材の旋回範囲を制限する技術が開示されている。

特開平４−２７５８９４号公報

特許文献１の技術では、旋回装置の基部と被旋回部材の双方に、夫々板材が取付けられている。被旋回部材が所定角旋回すると、板材同士が接触することにより、被旋回部材が所定角を超えて旋回することを防止している。すなわち、夫々の板材が、ストッパ構造として機能している。特許文献１では、夫々の板材が、旋回装置及び被旋回部材にボルト留めされている。なお、特許文献１では、旋回装置に取付けられている板材を阻止片と称し、被回転部材に取付けられている板材を係合体と称している。特許文献１の技術によると、夫々の板材をボルト留めするためのボルト孔を、旋回装置と被旋回部材の夫々に設ける必要がある。そのため、予め設けたボルト孔にのみ板材を取付けることが可能であり、旋回装置の周方向において、板材の取付け位置に選択の余地がない。許容する旋回範囲を変更する場合、板材を固定するためのボルトを通すボルト孔を、新たに形成する必要がある。すなわち、許容する旋回範囲を変更するために、新たなボルト孔を設ける必要がある。また、旋回装置及び被旋回部材に対して、夫々板材の一部をボルト留めしているだけなので、板材同士が接触する力が大きいと、板材が、旋回装置及び／又は被旋回部材から外れてしまう虞がある。すなわち、特許文献１の旋回装置は、ストッパ構造の強度が低い。本明細書は、許容する旋回範囲の変更が容易であるとともに、高強度のストッパ構造を備える旋回装置を実現する技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、旋回装置の周方向におけるストッパ部材の取付け位置の変更が容易であり、ストッパ部材を強固に取付けることができる旋回装置に具現化することができる。その旋回装置は、ケースと、そのケースに対して相対回転する回転部材と、ケースに対する回転部材の旋回範囲を制限するストッパ部材とを備える。その旋回装置では、ケースに、回転部材の軸線方向に延びる複数の溝が、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って並ぶように形成されている。また、ケースを固定するためのボルトを通すボルト孔が、隣接する２つの溝を画定する突条部の夫々に形成されている。そして、ストッパ部材は、その一部が溝に嵌合するとともに、ケースを固定するためのボルトによってケースに固定されている。なお、本明細書でいう「回転部材」とは、ケースに対して相対回転する部品のことを意味する。典型的には、旋回装置の出力軸が「回転部材」に相当する。「被旋回部材」は、回転部材に取り付けられる部材であり、旋回装置で回転させる対象物を意味する。産業用ロボットの場合、旋回するアームが「被旋回部材」に相当する。なお、回転部材を不動面に固定すれば、回転部材は回転しないで、ケースが不動面に対して回転する。その場合、「被旋回部材」は、旋回装置のケースに取り付けられる。

上記の旋回装置によると、ケースに複数の溝が設けられており、溝を画定する突条部の夫々にボルト孔が設けられているので、ストッパ部材の取付け位置の選択性が向上する。複数の溝は、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って並ぶように形成されている。従って、ストッパ部材は、いずれの溝に固定されてもストッパとしての機能を実現することができる。

また、ストッパ部材の一部が、ケースに設けられている溝に嵌合している。ストッパ部材の両側が溝の側壁に接しているので、ストッパ部材に力が作用したときに、ストッパ部材が旋回装置から外れにくい。そのため、上記旋回装置によると、取付け位置の選択性が高く、高強度のストッパ構造を実現することができる。さらに、上記旋回装置では、ケースを固定するためのボルト孔を利用してストッパ部材を固定するので、ケースに、ストッパ部材を固定するためのボルト孔を形成する必要がない。

複数の溝は、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って等間隔に形成されていてもよい。これにより、ストッパ部材を取付ける位置を、回転部材の軸線を中心とする所定角毎に、正確に調整することができる。

本明細書に開示する技術によると、許容する旋回範囲の変更が容易であるとともに、高強度のストッパ構造を備える旋回装置を実現することができる。

ストッパ構造を備える産業用ロボットの外観を示す。 ストッパ構造を備える旋回装置の断面図を示す。 旋回装置の平面図を示す。 旋回装置のケースの斜視図を示す。 実施例１の第１ストッパ部材の斜視図を示す。 実施例１の旋回装置を固定部材に取付けた状態の斜視図を示す。 実施例２の第１ストッパ部材の斜視図を示す。 実施例２の旋回装置を固定部材に取付けた状態の斜視図を示す。

実施例を説明する前に、実施例の技術的特徴のいくつかを以下に記す。
（特徴１）旋回装置は、複数の関節を有する産業用ロボットの第１関節を駆動する。第１関節は、産業用ロボットの複数の関節のうち、最も基部側に位置する関節である。
（特徴２）旋回装置は、偏心揺動型の歯車伝動装置である。
（特徴３）旋回装置は、ケースと、ケースに回転可能に支持されている回転部材を備える。回転部材は、基部側の固定部材に取付けられている。ケースは、旋回装置を挟んで基部とは反対側に設けられている被旋回部材に取付けられている。

図１は、産業用ロボット１００の外観の概略図を示す。産業用ロボットは、第１関節１１０と、第２関節１１４と、第３関節１２６と、第４関節１３０と、第５関節１３４と、第６関節１３８を有している。第１関節１１０は、メインベース１０４に取付けられており、軸線１０２の周りを回転可能である。メインベース１０４は、設置面に固定されている。第２関節１１４は、ジョイントベース１４４に取付けられており、軸線１１２の周りを回転可能である。第１関節１１０は、産業用ロボット１００の複数の関節のうち、最も基部側（設置面側）に位置する。第１関節１１０が、メインベース１０４に対して、ジョイントベース１４４を軸線１０２の周りに回転させる。なお、符号１１１は、第１関節を駆動するモータを示している。第３関節１２６は、軸線１２４の周りを回転可能である。第３関節１２６は、肩部１２２を軸線１２４の周りに回転させる。第４関節１３０は、軸線１４２の周りを回転可能である。第５関節１３４は、軸線１３６の周りを回転可能である。第６関節１３８は、軸線１４０の周りを回転可能である。符号１１６、１１８、１２０は夫々、第４関節１３０、第５関節１３４、第６関節１３８を駆動するモータを示している。第１〜第６関節には夫々、旋回装置が組み込まれている。以下の説明では、第１〜第６関節を、夫々第１〜第６旋回装置と称することがある。ジョイントベース１４４は、第１旋回装置１１０を挟んで、基部側に設けられているメインベース１０４とは反対側に設けられている。ジョイントベース１４４は、第１旋回装置１１０の被旋回部材に相当する。

図２は、第１旋回装置１１０とメインベース１０４の断面図を示す。なお、図面を明瞭にするために、一部の部品のハッチングを省略している。第１旋回装置１１０は、ケース２と、ケース２に回転可能に支持されている回転部材４を有する。回転部材４が、ボルト２２によって、メインベース１０４に固定されている。ケース２は、ボルト１２によって、支持部材８に取付けられている。なお、図示は省略するが、支持部材８は、図１のジョイントベース１４４に固定されている。そのため、ケース２が、ジョイントベース１４４に固定されているということができる。回転部材４がケース２に対して回転すると、ジョイントベース１４４が、メインベース１０４に対して回転する。第１ストッパ部材１０８が、ケース２に取付けらており、ケース２の回転に伴ってメインベース１０４に対して回転する。なお、詳細は後述するが、ケース２の外周側に溝が形成されており、第１ストッパ部材１０８の一部が、その溝に嵌合している。第１ストッパ部材１０８は、ケース２から、第１旋回装置１１０の径方向外側に向かって延びている。なお、「径方向」とは、軸線１０２に直交する方向を意味する。

第２ストッパ部材１０６が、メインベース１０４に固定されている。第２ストッパ部材１０６は、軸線１０２に沿って延びており、第１ストッパ部材１０８の旋回を制限する。第２ストッパ部材１０６は、第１ストッパ部材１０８が回転し続けるとぶつかる位置に配置されている。そのため、ケース２のメインベース１０４に対する旋回量が制限される。第１ストッパ部材１０８と第２ストッパ部材１０６によって、産業用ロボット１００のストッパ構造が形成される。

図３は、第１旋回装置１１０を図２の矢印２０の方向から見た図を示す。ケース２は、回転部材４の回転軸線１０２と軸線を同じにする円筒状の外周面２ａを有している。図３では、第１ストッパ部材１０８の図示を省略している。ケース２の外周側に、複数の溝３６が形成されている。複数の溝３６は、回転部材の回転軸線１０２と同心の円弧に沿って並ぶように位置している。また、溝３６は、ケース２の外周面２ａの周方向に等間隔に形成されている。別言すると、溝３６を画定する突条部３４が、ケース２の周面に、周方向に等間隔に形成されている。夫々の突条部３４には、ケース２を支持部材８に固定するためのボルト孔３２が形成されている（図２も参照）。ケース２の内側に、回転部材４が配置されている。回転部材４には、回転部材４をメインベース１０４に固定するためのボルト孔３０が複数形成されている。ケース２と回転部材４の間に、オイルシール１６が配置されている。オイルシール１６によって、第１旋回装置１１０内のオイルが、第１旋回装置１１０の外部に漏れることを防止している。

図４は、ケース２の斜視図を示す。なお、図４は、ケース２の特徴を説明するための概略図であり、図３に示すケース２の形状を正確に現していない。例えば、溝３６の数、寸法等は、図３で示したケース２の形状と異なる。このことは、後述する図５〜図８についても同様である。図４に示すように、溝３６は、軸線１０２に沿って延びており、軸線１０２方向の片側に底面３８を有している。別言すると、溝３６は、軸線１０２方向の片側だけが開口している。なお、溝３６は、軸線１０２に直交する方向においても、底面４０を有している。

図５は、第１ストッパ部材１０８の斜視図を示す。第１ストッパ部材１０８は、固定部５４と、挿入部５２と、突出部５０を有する。固定部５４には、２つのボルト孔５６が形成されている。ボルト孔５６のピッチは、ケース２のボルト孔３２のピッチに等しい（図４を参照）。挿入部５２の形状は、ケース２の溝３６の形状にほぼ等しい。そのため、第１ストッパ部材１０８は、溝３６の側壁４２と、底面３８、４０に接した状態で、溝３６に嵌合することができる。挿入部５２を溝３６に挿入した状態で、ボルト孔５６、３２にボルトを通すことにより、第１ストッパ部材１０８がケース２に強固に固定される。なお、挿入部５２を溝３６に挿入すると、突出部５０が、ケース２の径方向外側に突出する。

図６は、第１旋回装置１１０をメインベース１０４に取付けた状態の斜視図を示す。第１旋回装置１１０については、ケース２と第１ストッパ部材１０８のみを示している。上記したように、ボルト孔３２には、ケース２を支持部材８に固定するためにボルト１２（図２を参照）が通される。ボルト１２は、図５に示す固定部５４のボルト孔５６と、図４に示すケース２のボルト孔３２を通過した状態で、支持部材８に締め付けられる。別言すると、第１ストッパ部材１０８とケース２が、ボルト１２によって、支持部材８に共締めされる。上記したように、第１旋回装置１１０が駆動すると、ケース２が、メインベース１０４に対して軸線１０２の周りを回転する。それにより、第１ストッパ部材１０８が、軸線１０２の周りを旋回する。

第１旋回装置１１０では、ケース２は、第１ストッパ部材１０８と第２ストッパ部材１０６で構成されるストッパ構造によって、軸線１０２の周りを１周しないように制限されている。別言すると、第１旋回装置１１０では、ケース２が、軸線１０２の周りを、３６０°未満の既定角度だけ回転するように制限されている。第２ストッパ部材１０６は、ケース２が所定角度を越えて旋回しようとしたときに、第１ストッパ部材１０８と衝突する位置に配置されている。すなわち、第２ストッパ部材１０６は、仮に第２ストッパ部材１０６が存在しておらず、ケース２が既定角度を越えて旋回したときに、第１ストッパ部材１０８が存在する範囲に配置されている。第１ストッパ部材１０８と第２ストッパ部材１０６で構成されるストッパ構造によって、第１旋回装置１１０が異常動作をしたときに、ジョイントベース１４４が既定角度を越えて旋回することを防止することができる（図１を参照）。

ここで、第１旋回装置１１０について説明する。第１旋回装置１１０は、偏心揺動型の歯車伝動装置である。偏心揺動型の歯車伝動装置の基本的な構造は公知のため、簡単に説明する。図２に示すように、第１旋回装置１１０は、ケース２と、ケース２に回転可能に支持されている回転部材４を備えている。ケース２はリング状であり、内周面に内歯が形成されている。回転部材４は、外歯歯車１４とクランクシャフト１０を支持している。クランクシャフト１０は、軸線１０２に沿って延びている。クランクシャフト１０の軸線は、軸線１０２からオフセットしている。図示は省略するが、第１旋回装置１１０では、複数のクランクシャフト１０が、軸線１０２の周方向に沿って配置されている。複数のクランクシャフト１０の夫々が、外歯歯車１４に係合している。クランクシャフト１０には、モータ１１１のトルクが伝達される。クランクシャフト１０が回転すると、外歯歯車１４は、ケースの内周面に設けられた内歯に噛合いながら、軸線１０２の周りを偏心回転する。外歯歯車１４の外歯の数とケース２の内歯の数が相違するので、外歯歯車１４が偏心回転すると、外歯歯車１４とケース２が相対回転する。それにより、回転部材４とケース２が相対回転する。このタイプの歯車伝動装置は、大きな減速比（例えば、減速比３０〜２５０）を実現することができる。別言すると、本実施例の第１旋回装置１１０は、大きなトルクを出力することができる。

上記したように、第１旋回装置１１０は、大きなトルクを出力することができる。そのため、第１ストッパ部材１０８と第２ストッパ部材１０６が衝突したときに、両者の間に大きな力が作用する。しかしながら、第１ストッパ部材１０８の両側が溝３６の側壁４２に接しているので、第１ストッパ部材１０８に大きな力が作用しても、第１ストッパ部材がケース２から外れることを抑制することができる。そのため、本実施例のストッパ構造は、従来のストッパ構造よりも高強度であり、より安全な産業用ロボットを実現することができる。なお、側壁４２と底面４０によって形成される角度は、９０度に近いほどよい。より正確にいうと、図３において、溝３６を画定している２つの側壁４２を延ばした交点が、軸線１０２に近いほどよい。これにより、第１ストッパ部材１０８から溝３６に加えられる力が増大し、溝３６が負担する力が増大する。別言すると、より高強度のストッパ構造を実現することができる。

第１旋回装置１１０では、ケース２を支持部材８に固定するためのボルト孔３２を利用して、第１ストッパ部材１０８をケース２に固定する。そのため、第１ストッパ部材１０８を固定するためだけのボルト孔を、ケース２に設ける必要がない。また、ケース２の突条部３４の夫々にボルト孔３２が設けられているので、第１ストッパ部材１０８の固定位置を容易に変更することができる。別言すると、第１旋回装置１１０では、第１ストッパ部材１０８の取付け位置の選択性が高い。例えば、図６において、第１ストッパ部材１０８の固定位置を、溝３６ａ、３６ｂ等に変更する場合も、ケース２に新たに加工する必要がない。なお、上記したように、溝３６は、ケース２の周方向に等間隔に形成されている。そのため、第１ストッパ部材１０８の取付け位置を、軸線１０２を中心とする所定角毎に正確に調整することができる。別言すると、ケース２の旋回が禁止される範囲を、所定角毎に正確に調整することができる。

複数の溝３６は、回転部材４の軸線と同心の円弧に沿って並ぶように形成されている。そのため、いずれの溝３６に第１ストッパ部材１０８を固定しても、第１ストッパ部材１０８は、ケース２と回転部材４が相対回転したときに、第２ストッパ部材１０６と衝突するように位置する。そのため、第１ストッパ部材１０８は、いずれの溝３６に固定されてもストッパとしての機能を達成する。

例えば工場では、安全のため、あるいは、他の装置との干渉を避けるためにロボットの旋回範囲を制限したいという要望がある。産業用ロボットのレイアウト変更に伴って、ロボットの旋回範囲を変更することが求められることがある。従来は、産業用ロボットのユーザが個別に追加加工を施して、ストッパの位置を変更する必要があった。本実施例の旋回装置が採用された産業用ロボットは、追加加工をすることなく、旋回範囲を変更することができる。

図７は、第１ストッパ部材１０８ａの斜視図を示す。図８は、第１ストッパ部材１０８ａを用いた第１旋回装置１１０ａを、固定部材に取付けた状態の斜視図を示す。なお、第１ストッパ部材１０８ａは、第１ストッパ部材１０８の変形例であり、第１ストッパ部材１０８と機能が同じ部分に同じ数字の符号を付すことにより、詳細な説明を省略することがある。また、第１旋回装置１１０ａは、第１ストッパ部材の形状だけが第１ストッパ部材１０８と相違する。第１ストッパ部材１０８ａは、軸線１０２に沿って延びており、突出部５０ａが、ケース２から軸線１０２方向に突出している。そのため、第１旋回装置１１０ａの径方向のサイズが、ケース２の径方向のサイズに等しい。すなわち、第１旋回装置１１０ａは、径方向に突出部が存在しない。そのため、第１旋回装置１１０が駆動しているときに、第１ストッパ部材１０８ａが、第１旋回装置１１０の周囲の装置物等に衝突することを抑制することができる。産業用ロボット１００の安全性を、より高くすることができる。

上記実施例では、ストッパ構造を、産業用ロボットの第１関節１１０に設ける例について説明した。ストッパ構造は、他の関節に設けることもできる。例えば、第３関節（第３旋回装置）１２６に設けてもよい。この場合、第３旋回装置１２６のケースに、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って複数の溝を設け、いずれかの溝に第１ストッパ部材を嵌合させる。そして、肩部１２２に第２ストッパ部材を固定する。

上記実施例では、１個の第１ストッパ部材１０８をケース２に固定している。複数の第１ストッパ部材１０８をケース２に固定してもよい。

上記実施例では、ケース２の外周面２ａが円筒状である。ケース２に形成されている複数の溝３６が、回転部材４と軸線１０２を同じにする円弧に沿って形成されていれば、ケース２の外周面の形状は円筒状でなくてもよい。例えば、旋回装置のケースは、多角形であってもよい。

上記実施例では、ケース２をジョイントベース１４４（被旋回部材）に固定し、回転部材４をメインベース１０４に固定している。ケース２をメインベース１０４に固定し、回転部材４をジョイントベース１４４に固定してもよい。この場合、第２ストッパ部材をジョイントベース１４４に固定する。

上記実施例では、旋回装置として、偏心揺動型の歯車伝動装置を使用している。しかしながら、ケースに対して回転部材を回転させることができれば、他のタイプの旋回装置を使用してもよい。また、偏心揺動型の歯車伝動装置の場合、クランクシャフトが、回転部材の軸線と同心であってもよい。

実施例のストッパ構造は、次のように表現することもできる。旋回装置の回転部材に固定された被回転部材に第２ストッパ部材が取り付けられている。第２ストッパ部材は、回転部材がケースに対して予め決められた角度回転したときに、ケースに固定されている第１ストッパ部材に衝突する位置に配置されている。第１ストッパ部材と第２ストッパ部材によって、回転部材の旋回範囲を制限するストッパ構造が実現される。なお、第２ストッパ部材は、回転部材に直接固定されていてよいし、回転部材に固定される被回転部材に固定されていてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ケース
４：回転部材
１２：ボルト
３２：ボルト孔
３４：突条部
３６：溝
１０２：回転部材の軸線
１０８：ストッパ部材
１１０：旋回装置

Claims (2)

1. ケースと、そのケースに対して相対回転する回転部材と、ケースに対する回転部材の旋回範囲を制限するストッパ部材とを備える旋回装置であって、
   前記ケースに、回転部材の軸線方向に延びる複数の溝が、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って並ぶように形成されており、
   前記ケースを固定するためのボルトが通過する第１ボルト孔が、隣り合う２つの溝を画定する突条部の夫々に形成されており、
   前記ストッパ部材は、固定部と挿入部を備えており、
   固定部には、隣り合う突条部に形成されている２個の第１ボルト孔のピッチと同じピッチの２個の第２ボルト孔が形成されており、
   挿入部の一部が前記溝に嵌合しており、
   前記ケースを固定するためのボルトによって、前記ストッパ部材が前記ケースに固定されている旋回装置。
2. 前記複数の溝が、回転部材の軸線と同心の円弧に沿って等間隔に形成されている請求項１に記載の旋回装置。

Images