JP6916135B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

従来、ロボットの関節の動作範囲（回転角度範囲）を機械的に制限するストッパが知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。特許文献２，３では、ストッパを取り付けるための複数の取付穴が関節の周囲に設けられている。ストッパの取付位置を変更することによって、ストッパによって規定される関節の限界角度を変更することができる。

特開２０１４−０４６４４７号公報 特開平１０−１５６７８６号公報 特開２０１５−１６３４１４号公報

複数の取付穴を設けるためには関節の周囲に取付穴用の領域を確保する必要があるが、このような領域の確保が難しいことがある。例えば、ロボットのデザインをスリム化またはシンプル化した結果、関節の周囲に十分なスペースが存在しないことがある。あるいは、関節の周囲に確保された取付穴用の領域によって関節周辺のデザインが制約され、取付穴の設置と所望のデザインとの両立が難しいことがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、関節の動作範囲を制限するストッパが設けられたロボットにおいて、関節周辺のスペースが限られている場合においても、関節の動作範囲の限界角度を変更することができるロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、第１の部材、第２の部材、および前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた関節を有し、該関節が前記第１の部材と前記第２の部材とを所定の軸線回りに相対回転可能に連結する、ロボット本体と、前記第１の部材に固定された固定ストッパと、前記第２の部材に着脱可能であるアダプタと、前記第２の部材および前記アダプタに着脱可能である可動ストッパとを備え、前記第２の部材は、前記アダプタおよび前記可動ストッパが択一的に取り付けられる本体側取付部を有し、前記アダプタは、前記可動ストッパが取り付けられる少なくとも１つのアダプタ側取付部を有し、該少なくとも１つのアダプタ側取付部は、前記アダプタが前記本体側取付部に取り付けられた状態において、前記軸線回りの周方向に前記本体側取付部とは異なる位置に配置され、前記固定ストッパと、前記本体側取付部または該本体側取付部に取り付けられた前記アダプタの前記アダプタ側取付部に取り付けられた前記可動ストッパとが、前記軸線回りに相互に突き当たることによって前記第１の部材および前記第２の部材の相対回転の角度範囲を制限し、前記第２の部材の前記第１の部材側の端面が、前記第１の部材が搭載される載置面と、該載置面の径方向外側に位置し前記所定の軸線回りの周方向の一部分にのみ設けられた取付面とを有し、該取付面に前記本体側取付部が設けられているロボットである。

本態様によれば、関節の動作によって第１の部材および第２の部材が相対回転したときに、第１の部材の固定ストッパと、第２の部材の本体側取付部の可動ストッパとが相互に突き当たる回転角度で、第１の部材および第２の部材のそれ以上の相対回転が阻止される。これにより、関節の動作範囲を機械的に制限することができる。

この場合に、アダプタを使用することによって、可動ストッパの位置を軸線回りの周方向に変更し、それにより、固定ストッパおよび可動ストッパによる関節の動作範囲の限界角度を変更することができる。すなわち、本体側取付部に可動ストッパに代えてアダプタを取り付け、アダプタの任意のアダプタ側取付部に可動ストッパを取り付けることによって、本体側取付部とは異なる位置に可動ストッパの位置を変更することができる。

このように、可動ストッパおよびアダプタが共通の本体側取付部に択一的に取り付け可能であり、本体側取付部へのアダプタの取り付けによって可動ストッパの取付位置が本体側取付部とは異なる位置に追加される。したがって、関節周辺において第２の部材に設けられる本体側取付部は１つのみで足り、関節周辺のスペースが限られている場合においても関節の限界角度を変更することができる。

さらに、アダプタにアダプタ側取付部を設ける加工は、ロボット本体に本体側取付部を設ける加工と比較して容易である。したがって、本体側取付部の数を最小限に減らすことによって、ロボット本体の価格を下げることができる。また、アダプタ側取付部の数および位置が異なる様々なアダプタを容易にかつ安価に製造することができるので、ユーザが要求する様々な限界角度を安価に実現することができる。

上記態様においては、前記アダプタが、前記軸線回りの周方向に沿って配置される円弧状であり、複数の前記アダプタ側取付部が、前記アダプタの周方向に配列されていてもよい。
このようにすることで、単一のアダプタを使用して関節の動作範囲の限界角度を複数の角度に変更することができる。

上記態様においては、前記第１の部材および前記第２の部材の一方が、床に固定されるベースであり、前記第１の部材および前記第２の部材の他方が、前記ベース上に配置される旋回胴であり、前記関節が、前記ベースと前記旋回胴とを、前記旋回胴が前記ベースに対して鉛直方向の軸線回りに回転するように連結してもよい。
このようにすることで、ベースに対する旋回胴の回転角度の範囲を固定ストッパおよび可動ストッパによって制限することができる。

本発明によれば、関節の動作範囲を制限するストッパが設けられたロボットにおいて、関節周辺のスペースが限られている場合においても、関節の動作範囲の限界角度を変更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ロボットのロボット本体を示す図である。 図１のロボットの第１関節周辺の斜視図であり、旋回胴に固定された固定ストッパとベースに取り付けられたアダプタおよび可動ストッパとを示す図である。 図１のロボットの第１関節周辺の斜視図であり、旋回胴に固定された固定ストッパとベースに取り付けられたアダプタおよび可動ストッパとを示す図である。 図１のロボット本体のベースを斜め上から見た斜視図である。 図４のベースの取付面に可動ストッパが取り付けられた状態を示す図である。 図２および図３の可動ストッパの（ａ）平面図および（ｂ）正面図である。 図２および図３のアダプタの平面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るロボットについて図面を参照して説明する。
本実施形態に係るロボットは、図１から図３に示されるように、関節軸（軸線）Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６をそれぞれ有する６個の関節を備える６軸多関節型のロボット本体１と、第１関節の周囲に設けられ第１関節の動作範囲を機械的に制限する一対のストッパ２，３と、第１関節の動作範囲の限界角度を変更する際に使用されるアダプタ４とを備えている。
図２および図３は、アダプタ４が取り付けられたロボット本体１の第１関節周辺を示している。

ロボット本体１は、床に固定されるベース５と、ベース５上に配置され第１関節を介してベース５と連結された旋回胴６と、第２関節を介して旋回胴６と連結された第１アーム７と、第３関節よび第４関節を介して第１アーム７の先端に連結された第２アーム８と、第５関節および第６関節を介して第２アーム８の先端に連結された先端部９とを備えている。先端部９には、ハンド等のエンドエフェクタを取り付けることができる。

第１関節は、サーボモータ（図示略）を有し、該サーボモータがベース５に対して、鉛直方向の第１軸Ｊ１回りに旋回胴６を回転（旋回）させる。
第２関節は、サーボモータ（図示略）を有し、該サーボモータが旋回胴６に対して、水平な第２軸Ｊ２回りに第１アーム７を回転（揺動）させる。
第３関節は、サーボモータ（図示略）を有し、該サーボモータが第１アーム７に対して、第２軸Ｊ２と平行な第３軸Ｊ３回りに第２アーム８を回転（揺動）させる。
第４関節は、サーボモータ（図示略）を有し、該サーボモータが第１アーム７に対して、第２アーム８の長手軸である第４軸Ｊ４回りに第２アーム８を回転させる。
第５関節は、サーボモータ（図示略）を有し、該サーボモータが第２アーム８に対して、第２アーム８の長手軸に直交する第５軸Ｊ５回りに先端部９を回転（揺動）させる。
第６関節は、サーボモータ（図示略）を有し、該サーボモータが第２アーム８に対して、第５軸Ｊ５に直交する第６軸Ｊ６回りに先端部９を回転させる。

図４に示されるように、ベース５の上面には、旋回胴６が搭載される円形の平坦な載置面１０と、載置面１０の径方向外側に位置する平坦な取付面１１，１２とが設けられている。第１軸Ｊ１は、載置面１０の中心を通っている。
取付面１１，１２は、ベース５の前側および後側に設けられている。前側の取付面１１には、可動ストッパ３およびアダプタ４が択一的に取り付けられる一対のタップ穴（本体側取付部）１３が設けられている。後側の取付面１２には、アダプタ４が取り付けられる一対のタップ穴１３が設けられている。取付面１２の一対のタップ穴１３にも、アダプタ４および可動ストッパ３が択一的に取り付けられてもよい。
取付面１１，１２には、タップ穴１３の他に、可動ストッパ３およびアダプタ４以外の部材を固定するための穴が設けられていてもよい。

図２および図３に示されるように、一方のストッパ２は、旋回胴（第１の部材）６の下端部の外周部に固定され、下方に突出した固定ストッパである。固定ストッパ２は、旋回胴６の後側に固定されている。図２および図３は、ベース５に対して旋回胴６が約９０°回転した状態を示している。
他方のストッパ３は、ベース（第２の部材）５の前側の取付面１１の一対のタップ穴１３およびアダプタ４の一対のタップ穴４ｃ（後述）に着脱可能である可動ストッパである。
可動ストッパ３は、例えば、高剛性の金属から形成される。固定ストッパ２は、例えば、ゴムのような弾性材料から形成される。各ストッパ２，３の素材は、適宜変更可能であり、各ストッパ２，３は、複数の素材の組み合わせから形成されていてもよい。

可動ストッパ３は、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、平坦な固定部３ａと、固定部３ａの上面から該上面に垂直な方向に突出する突出部３ｂとを有している。固定部３ａには、固定部３ａを貫通し一対のタップ穴１３に対応する一対の通し穴３ｃが形成されている。図５に示されるように、固定部３ａの下面が取付面１１と接するように取付面１１上に可動ストッパ３を配置し、一対のタップ穴１３の各々に通し穴３ｃを経由してボルト１４を挿入し、各タップ穴１３にボルト１４を締結することによって、取付面１１に可動ストッパ３を直接固定することができる。

取付面１１に固定された可動ストッパ３は、第１関節の動作範囲（回転角度範囲）を所定の角度範囲（例えば、±１８０°）以内に制限する。例えば、ベース５に対して旋回胴６が＋１８０°または−１８０°旋回したときに、固定ストッパ２が可動ストッパ３の突出部３ｂに周方向に突き当たることによって、旋回胴６のそれ以上の旋回が機械的に制限される。

アダプタ４は、図７に示されるように、一対の半円弧状の平坦な部材４ａ，４ｂを備えている。各部材４ａ，４ｂには、相互に間隔を空けて周方向に配列する複数のタップ穴４ｃが形成されている。タップ穴４ｃは、各部材４ａ，４ｂの両端部および両端部の間の複数の位置に設けられている。

周方向に隣接する一対のタップ穴４ｃの間隔は、取付面１１の一対のタップ穴１３の間隔と同一である。また、タップ穴１３およびタップ穴４ｃには、同一のボルト１４を締結することができる。したがって、取付面１１に可動ストッパ３を固定するときと同様に、隣接する一対のタップ穴４ｃ（アダプタ側取付部）の各々に可動ストッパ３の通し穴３ｃを経由してボルト１４を挿入し、各タップ穴４ｃにボルト１４を締結することによって、部材４ａ，４ｂに可動ストッパ３を固定することができる。

図２および図３に示されるように、一方の部材４ａは、両端部が取付面１１，１２上に配置されるように載置面１０の周囲に配置され、両端部のタップ穴４ｃおよび取付面１１，１２のタップ穴１３にボルト１４が締結されることによって取付面１１，１２に固定される。同様にして、他方の部材４ｂはボルト１４によって取付面１１，１２に固定される。これにより、各部材４ａ，４ｂは、載置面１０の周囲に第１軸Ｊ１回りの周方向に沿って配置され、載置面１０の周囲に略全周にわたって環状のアダプタ４が取り付けられる。この状態において、載置面１０の周囲の全周にわたってタップ穴４ｃが配列する。
各部材４ａ，４ｂの周方向の長さは適宜変更可能である。例えば、載置面１０の周囲に部分的にアダプタ４が取り付けられるように、各部材４ａ，４ｂが、半円弧よりも短い円弧状であってもよい。

次に、このように構成されたロボットの作用について説明する。
ロボット本体１の各関節の動作範囲は、ロボット本体１を制御する制御プログラムを用いてロボット制御部（図示略）によって制限される。ロボットの標準状態において、制御プログラムには第１関節の動作範囲が前記所定の角度範囲または該所定の角度範囲よりも狭い範囲に設定され、図５に示されるように、標準位置である前側の取付面１１の一対のタップ穴１３に可動ストッパ３が取り付けられている。

この標準状態において、旋回胴６が限界角度まで回転したときに固定ストッパ２が可動ストッパ３に突き当たり、それ以上の旋回胴６の回転が可動ストッパ３によって阻止される。したがって、ロボット制御部による第１関節の動作範囲の制限が何らかの理由で正常に機能しなかった場合に、ストッパ２，３によって第１関節の動作範囲を機械的に制限し、旋回胴６が限界角度を超えて回転することを防ぐことができる。

第１関節の動作範囲の限界角度を±１８０°から他の角度に変更したい場合、ユーザは、アダプタ４を使用して可動ストッパ３の取付位置を第１軸Ｊ１回りの周方向に変更する。
まず、一対のタップ穴１３からボルト１４を抜くことによって可動ストッパ３を取付面１１から取り外し、図２および図３に示されるように、取付面１１の一対のタップ穴１３および取付面１２の一対のタップ穴１３にボルト１４によってアダプタ４を取り付ける。

次に、アダプタ４の複数のタップ穴４ｃの中から一対のタップ穴４ｃを選択し、選択した一対のタップ穴４ｃにボルト１４によって可動ストッパ３を取り付ける。これにより、可動ストッパ３による第１関節の動作範囲の限界角度を所望の角度に変更することができる。アダプタ４に取り付ける可動ストッパ３の数は１つのみであってよいが、必要に応じて、アダプタ４の２箇所に２個の可動ストッパ３を取り付けてもよい。図２に示されるように、取付面１１または１２上の一対のタップ穴４ｃに可動ストッパ３を取り付ける場合には、ボルト１４によって可動ストッパ３およびアダプタ４が共締めされる。

仮に、載置面１０の周囲に全周にわたる取付面を設け、取付面に多数のタップ穴を形成した場合、タップ穴の数の分だけタップ加工が必要となり、ロボット本体１の価格が高くなる。また、スリムかつシンプルなデザインのベース５の場合、載置面１０の周囲にスペースが存在せず、取付面用の領域を載置面１０の周囲に確保することができないことがある。あるいは、載置面１０を全周にわたって取り囲む取付面によって、第１関節周辺のデザインが制約され、要求されるベース５のデザインの実現が困難になることがある。

これに対し、本実施形態によれば、可動ストッパ３およびアダプタ４が取付面１１の共通の一対のタップ穴１３に取り付け可能である。さらに、取付面１１の一対のタップ穴１３および取付面１２の一対のタップ穴１３にアダプタ４を取り付けることによって、標準位置とは異なる位置に、可動ストッパ３の取付用のタップ穴４ｃが追加される。したがって、ロボット本体１に設けるタップ穴１３は２対のみで足り、２対のタップ穴１３を設けるための取付面１１，１２は載置面１０の前側および後側のみに設けられた小さな面で十分である。

すなわち、スリムかつシンプルなデザインのベース５の場合にも、ベース５のデザインに影響を与えることなく、載置面１０の周囲の限られたスペースに取付面１１，１２を設けることができる。あるいは、取付面１１，１２に因ってベース５のデザインに制約が生じることを防止することができる。このように、ロボット本体１の第１関節周辺のデザインの高い自由度と、可動ストッパ３の複数の取付位置の設置とを両立することができるという利点がある。

また、アダプタ４にタップ穴４ｃを設ける加工は、ロボット本体１にタップ穴１３を設ける加工と比較して容易である。したがって、ロボット本体１に設けられるタップ穴１３の数を最小限に減らすことによって、ロボット本体１の価格を下げることができるという利点がある。

また、アダプタ４に設けられるタップ穴４ｃの数および位置の変更は容易であり、タップ穴４ｃの数および位置が異なる様々なアダプタ４を安価に製造することができる。すなわち、ユーザの要望に応じて任意の位置に可動ストッパ３の取付位置が追加されるように、アダプタ４を製造することができる。したがって、ロボット本体１は全てのユーザに共通としつつ、ユーザの要望に応じたアダプタ４を特注で製造することによって、ユーザが要求する様々な限界角度を容易にかつ安価に実現することができるという利点がある。

可動ストッパ３が取付面１１に直接固定されているときと、可動ストッパ３がアダプタ４に固定されているときとで、可動ストッパ３の高さがアダプタ４の厚さの分だけ異なる。
この可動ストッパ３の高さの差異を解消するために、可動ストッパ３を取付面１１に固定するときには、アダプタ４と同一の厚さのスペーサを可動ストッパ３と取付面１１との間に挟んでもよい。あるいは、高さの異なる２種類の可動ストッパ３が用意され、取付面１１に直接固定するときとアダプタ４に固定するときとで、２種類の可動ストッパ３を使い分けてもよい。

本実施形態においては、アダプタ４が、載置面１０を略全周にわたって取り囲み、載置面１０の周囲に全周にわたってタップ穴４ｃが設けられることとしたが、これに代えて、アダプタ４が、載置面１０の周囲の一部分のみに配置され、載置面１０の周囲の一部分のみにタップ穴４ｃが設けられていてもよい。
例えば、アダプタ４が、半円弧状の１つの部材４ａまたは４ｂのみから構成されていてもよい。あるいは、部材４ａ，４ｂが、円弧以外の形状であってもよい。

本実施形態においては、取付面１１，１２がベース５の前側および後側の両方に設けられていることとしたが、取付面の位置および数はアダプタ４の形状等に応じて変更可能である。
例えば、ベース５の前側および後側以外の位置に取付面１１，１２が設けられていてもよい。あるいは、アダプタ４が前側の取付面１１の一対のタップ穴１３のみに取り付けられ、後側の取付面１２が設けられていなくてもよい。

本実施形態においては、固定ストッパ２が旋回胴６に固定され、可動ストッパ３およびアダプタ４がベース５に着脱可能であることとしたが、これに代えて、固定ストッパ２がベース（第１の部材）５に固定され、可動ストッパ３およびアダプタ４が旋回胴（第２の部材）６に着脱可能であってもよい。
本実施形態においては、可動ストッパ３が、ボルト１４によって２点で取付面１１およびアダプタ４に固定されることとしたが、これに代えて、１点のみ、または３点以上で固定されてもよい。

本実施形態においては、ストッパ２，３が、第１関節の周囲に設けられ第１関節の動作範囲を制限することとしたが、第１関節に代えて、または第１関節に加えて、他の関節の周囲に設けられ他の関節の動作範囲を制限してもよい。
本実施形態においては、ロボット本体１が６軸多関節型の産業用ロボットであることとしたが、ロボット本体１は、関節を有する任意の種類のロボット、例えば、スカラロボットまたはパラレルリンクロボットであってもよい。

１ ロボット本体
２ 固定ストッパ
３ 可動ストッパ
３ａ 固定部
３ｂ 突出部
３ｃ 通し穴
４ アダプタ
４ａ，４ｂ 部材
４ｃ タップ穴（アダプタ側取付部）
５ ベース（第２の部材）
６ 旋回胴（第１の部材）
７ 第１アーム（部材）
８ 第２アーム（部材）
９ 先端部（部材）
１０ 載置面
１１，１２ 取付面
１３ タップ穴（本体側取付部）
１４ ボルト
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６ 関節軸（軸線）

Claims (5)

1. 第１の部材、第２の部材、および前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた関節を有し、該関節が前記第１の部材と前記第２の部材とを所定の軸線回りに相対回転可能に連結する、ロボット本体と、
   前記第１の部材に固定された固定ストッパと、
   前記第２の部材に着脱可能であるアダプタと、
   前記第２の部材および前記アダプタに着脱可能である可動ストッパとを備え、
   前記第２の部材は、前記アダプタおよび前記可動ストッパが択一的に取り付けられる本体側取付部を有し、
   前記アダプタは、前記可動ストッパが取り付けられる少なくとも１つのアダプタ側取付部を有し、該少なくとも１つのアダプタ側取付部は、前記アダプタが前記本体側取付部に取り付けられた状態において、前記軸線回りの周方向に前記本体側取付部とは異なる位置に配置され、
   前記固定ストッパと、前記本体側取付部または該本体側取付部に取り付けられた前記アダプタの前記アダプタ側取付部に取り付けられた前記可動ストッパとが、前記軸線回りに相互に突き当たることによって前記第１の部材および前記第２の部材の相対回転の角度範囲を制限し、
   前記第２の部材の前記第１の部材側の端面が、前記第１の部材が搭載される載置面と、該載置面の径方向外側に位置し前記所定の軸線回りの周方向の一部分にのみ設けられた取付面とを有し、該取付面に前記本体側取付部が設けられているロボット。
2. 前記アダプタが、前記軸線回りの周方向に沿って配置される円弧状であり、
   複数の前記アダプタ側取付部が、前記アダプタの周方向に配列されている請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１の部材および前記第２の部材の一方が、床に固定されるベースであり、
   前記第１の部材および前記第２の部材の他方が、前記ベース上に配置される旋回胴であり、
   前記関節が、前記ベースと前記旋回胴とを、前記旋回胴が前記ベースに対して鉛直方向の軸線回りに回転するように連結する請求項１または請求項２に記載のロボット。
4. 前記本体側取付部が前記端面自体に設けられ、前記アダプタおよび前記可動ストッパがそれぞれ前記端面に直接取り付け可能である請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボット。
5. 前記本体側取付部が、前記端面に形成されたタップ穴である請求項４に記載のロボット。

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