JP7095447B2 - ロボット用の保護ジャケット - Google Patents

Description

本発明は、複数のアームを有するロボットに装着するロボット用の保護ジャケットに関する。

従来、ロボットを保護すること等を目的として、ロボットに装着する保護ジャケットが考案されている。このような保護ジャケットには、ロボットの可動範囲を制限しないようにジャバラ構造を採用したものや、例えば特許文献１のように関節部分で分離させた構造を採用したものがある。しかしながら、ジャバラ構造のものは比較的高コストになる傾向に加え、蛇腹部分が折り畳まれると外形が大きくなることでロボットの可動範囲を制限しかねない。また、分離した構造のものは、分離している部分から保護ジャケット内部に異物が侵入したり、逆に内部から異物が放出されるおそれもあり、ロボットの設置環境によっては採用できない場合がある。

特開２０１０－２７４３７３号公報

そこで、全体が袋状であるような一体の保護ジャケットを用いることができれば望ましい。しかし、このような形態の保護ジャケットにも、以下のような問題がある。例えば、垂直６軸型のロボットであれば、保護ジャケットの一端は、ロボットアームの先端部である６軸部分に固定される。一般に６軸は、１８０°を超えて回転可能に構成されている。そのため、図１０に示すように、保護ジャケットの生地に捩じれによる大きな変形が生じて、保護ジャケットが損傷し易くなる。

そこで、全体が一体であっても、ロボットの可動範囲を過度に制限することなく、軸の回転による損傷を回避できるロボット用の保護ジャケットを提供する。

請求項１記載のロボット用の保護ジャケットは、一端部がアームの先端部に固定されて、設置部までを覆う筒状のシート状部材からなる。そのシート状部材は、先端部側に固定されている基端部から外周方向に伸びてシート状部材の筒状部分の先端部分を閉塞すると共に、先端部の外径よりも大となる直径を有する、円板状の先端面部を有している。そして、先端面部の外周から設置部側に伸びる筒状部分の内径は、関節部に対応する部位以外では、先端面部の内径以上である。

すなわち、シート状部材が、アーム先端部の外径よりも大となる直径を有する円板状の先端面部を有しており、且つ先端面部の外周から設置部側に伸びる筒状部分の内径は、関節部に対応する部位以外で先端面部の内径以上となっていることで、アームの先端部が１８０°を超えて回転した際に、シート状部材が固定されている基端部の近傍において生じる捩じれが相対的に小さくなると共に、捩じれを設置部方向に分散させることができる。これにより、基端部の近傍に捩じれが集中する状態が緩和される。

また、シート状部材の関節部に対応する部位の筒状部分の内径が、先端面部の内径未満で、且つ前記部位にあるアームの外径よりも大になっていることで、関節部が垂直方向に曲がる動作をした際に、当該部位に発生するシート状部材のたるみを軽減できる。これにより、前記部位に、異物が滞留・付着し難くなる。また、仮に前記部位に、異物が滞留・付着しても、関節部が曲がった状態から延びた状態に変化してたるみが解消された際に、滞留・付着していた異物が飛散し難くなる。

そして、ロボットが垂直６軸型のアームを有するものであれば、伸縮による影響を最も受け易いシート状部材の部位は、第２軸及び第３軸の関節部となるので、保護ジャケットを垂直６軸型のアームにフィットさせることができる。

加えて、設置部を覆うシート状部材の筒状部分の内径を、先端部分の内径よりも大きく設定する。一般に、複数のアームを有する多関節型のロボットは、設置部側のアームの内径が先端部側よりも大きくなっている。したがって、保護ジャケットをこのような形状にフィットさせて、保護ジャケットの内径を不要に大きくすることを回避できる。

第１実施形態であり、保護ジャケットを、垂直６軸型のアームを有するロボットに適用した状態を示す図 固定部材の一例を模式的に示す図 保護ジャケットの形状を模式的に示す図 先端部の形状が円錐台状である場合に、６軸が回転した際に発生する捩じれを説明する図 先端部の形状が円柱状である場合に、６軸が回転した際に発生する捩じれを説明する図 実際のロボットにおける５軸周辺の写真を示す図 ロボットの姿勢Ａ，Ｂ，Ｃにおける保護ジャケットの挙動を示す図 保護ジャケットの形状が、全て同じ内径である場合の図７相当図 第２実施形態であり、保護ジャケットを、双腕型のロボットに適用した状態を示す図 従来構成であり、６軸が回転した際に保護ジャケットに発生する捩じれを説明する図

（第１実施形態）
以下、第1実施形態について図１から図８を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態では、ロボット１として複数のアームを有するいわゆる垂直多関節型の６軸ロボットを想定している。このロボット１は、例えば床面等の設置面２に設置された状態で、制御装置である図示しないコントローラに接続されて各種の作業を実行する。

ロボット１は、設置部に相当するベース１ａ上に、鉛直方向の軸心を持つ第１軸を介してショルダ１ｂが水平方向に回転可能に連結されている。ショルダ１ｂには、第１軸に直交する回転軸である第２軸を介して、下アーム１ｃが回転可能に連結されている。この下アーム１ｃの先端側には、第２軸に平行な回転軸である第３軸を介して第一上アーム１ｄが、下アーム１ｃに対して回転可能に連結されている。第一上アーム１ｄの先端側には、第３軸に直交する回転軸である第４軸を介して第二上アーム１ｅが、第一上アーム１ｄと同軸で捻り回転可能に連結されている。

第二上アーム１ｅの先端側には、第４軸に直交する回転軸である第５軸を介して手首１ｆが回転可能に連結されている。そして、手首１ｆには、第５軸に直交する回転軸である第６軸を介して、先端部としてのフランジ１ｇが、手首１ｆと同軸で捻り回転可能に連結されている。これら第１軸～第６軸は、ロボット１の関節軸に相当する。

フランジ１ｇには、図２に示すように、保護ジャケット３をロボット１側に固定するための固定部材４が、フランジ１ｇに共に回転可能な状態で取り付けられている。この固定部材４は、円柱状に形成されており、一方の面側でフランジ１ｇに取り付けられるとともに、フランジ１ｇとは反対側の面側に図示しないエンドエフェクタを装着可能な構造となっている。

また、固定部材４の外周面には、保護ジャケット３を固定するためのネジ穴が複数設けられている。なお、図２に示す固定部材４の構造は一例であり、エンドエフェクタをフランジ１ｇに直接的に取り付け可能なように円筒状の構造とすることもできる。保護ジャケット３の内部には、支持部材である複数のリング１０が固定配置されている。これにより、保護ジャケット３の先端部分は、固定部材４に固定されている部分から図中で略垂直に立ち上がる形状となっており、円筒の上底部に相当する先端面部３Ｆを有している。

保護ジャケット３は、概ね５つの部分に分かれてロボット１の全体を覆っている。ロボット１の先端部であるフランジ１ｇ側から主として第６軸～第４軸部分を覆う部分は先端部３ａであり、主として第４軸～第２軸部分を覆う部分は中間部３ｃである。また、主として第２軸及び第１軸部分を覆う部分は基底部３ｅである。先端部３ａ及び中間部３ｃの内径は同一であり、基底部３ｅの内径はそれらよりも大きくなっている。

また、先端部３ａと中間部３ｃとの間は第３軸に対応する部位であり、この部分は、それらよりも内径が小さい第１くびれ部３ｂにより連結されている。また、中間部３ｃと基底部３ｅとの間は第２軸に対応する部位であり、この部分は、中間部３ｃよりも内径が小さい第２くびれ部３ｄにより連結されている。そして、先端部３ａの後端側と中間部３ｃの先端側，中間部３ｃの後端側と基底部３ｅの先端側にもそれぞれリング１０が配置されており、これらにより保護ジャケット３の外形が概ね円筒状に維持されている。尚、基底部３ｅの先端側に配置されているリング１０Ｂは、他のリング１０よりも径大である。また、基底部３ｅは、ベース１ａ側の端部が例えば床面に密に固定されている。なお、図１では説明の簡略化のため、保護ジャケット３は長手方向に沿った断面を示している。また、図３には、保護ジャケット３の外形をモデル的に示している。

保護ジャケット３を構成するシート状部材は、本実施形態では、耐水性と、例えば次亜塩素酸系の洗浄液等により洗浄できるように耐薬品性とを有するものを採用している。ただし、シート状部材の伸縮性はごく小さいものであり、延び縮みし難いものとなっている。また、シート状部材は、ロボット１が繰り返し同じ作業をする場合でも破損したりせずに耐えられる強度を有する材料が望ましく、例えば厚さが０．５ｍｍ程度のナイロン製である。そして、保護ジャケット３の内部に固定配置されるリング１０も、やはりナイロン製である。

円筒状の保護ジャケット３は、その内径が各アームの直径よりも大きく形成されているとともに、長手方向の長さが、ロボット１の姿勢によらず、ロボット１の先端部から設置部までのアーム表面に沿った長さよりも長くなるように形成されている。

なお、保護ジャケット３の大きさ，特にはロボット１を収納する空間を形成する内径は、ロボット１のアームの形状等に応じて適宜設計することができる。また、先端部３ａ，中間部３ｃ，基底部３ｅは、必ずしも長手方向において同一の内径とする必要はなく、アームの動作に支障を来さない範囲で、僅かなテーパを有する円錐台状にしても良い。

次に、本実施形態の保護ジャケット３の先端部３ａを、内径がアーム先端部の外径よりも大きな円筒状とした理由について説明する。図２に示すように、保護ジャケット３の先端部３ａは、固定部材４に固定されている。このとき、当該部分のシート状部材は、固定部材４の外周面に複数設けられているネジ穴を用いて、例えばネジ４ａにより固定される。そのため、シート状部材は、第６軸の手首１ｆ；フランジ１ｇが回転すると、それに伴って周方向に捩れることになる。尚、ネジ４ａに替えてホースバンドを用いて、固定部材４に先端部３ａを固定しても良い。

この時、先端部の形状が、図４に示すように固定部材４に固定されている基端部から、直ぐにテーパ部分が開始されるような円錐台形状をしていると、基端部の近傍では回転する角度が大きくなり、断面の周長が短い部分に保護ジャケット，シート部材の捩じれが集中してしまう。

これに対して、図５に示すように、先端部３ａが、固定部材４よりも径が大きな先端面部３Ｆを有していることで、捩じれが生じる範囲が広くなるため１箇所に集中しなくなり、周長の変化が小さくなる。これにより、保護ジャケット３の傷みが緩和される。

また、従来から提案されているロボット用保護ジャケットで、前述した従来のジャバラ構造のものや分離型のものは、コストが高くなったり、ロボット１の可動範囲を制限してしまったり、ジャケット内部に異物が侵入したり、ジャケット内部から異物が放出されたりするおそれがある。

例えば食品工場等の清潔さが求められる現場では一般的に定期清掃が毎日行われるものの、ジャバラ構造では表面に多くの凹凸が形成されること、また、分離構造では関節部分が狭く奥行きが深い溝状になることから、拭き残し等が発生するおそれが高くなるとともに、ロボット１が動作した際に拭き残された異物や放出されたり、洗浄液が残留したりするおそれがある。

また、ロボット１の可動範囲を確保するために生地を大きくすると、アームを回転させた際に関節の内側となる部分が大きく弛むことから、弛んだ部分がめくれ上がると、つまりは、撓んだ部分が保護ジャケット３の表面から離間するように移動すると、ワークに接触するおそれが高くなることから、ロボット１の可動範囲を制限するおそれがある。

さらに、ロボット１の先端はワークを把持したりするために下方に向けられることが多く、その際には第一上アーム１ｄや第二上アーム１ｅが斜め下方に向くこと、また、ロボット１はアームを旋回させる動作をすることが多いことから、ジャケットの表面に凹凸が生じ易くなり、異物が付着又は飛散し易くなる。

例えば、保護ジャケットの形状を、全ての内径が等しい円筒状にすることを想定すると、図８に示すように、第２軸，第３軸に対応する部位に、大きな窪みやたるみが生じる。図６は、実際のロボットにおける５軸周辺の写真であり、破線の楕円で囲った部分に窪みが生じている。図８に示す姿勢Ａのように、保護ジャケット３には、その長さが余剰となる部位Ｒが発生する。なお、姿勢Ａは、各アームが真っ直ぐに鉛直上方に向かうことで関節に掛かる負荷が低減される姿勢であり、待機姿勢とも称される。

余剰部位Ｒは、ロボット１の可動範囲を確保するために必要な構造であるものの、姿勢Ｂ，Ｃに示すように自重によって垂れ下がる部位Ｒａとなったり、反対側の位置では窪みを生じる部位Ｒｂとなったりする。つまり、余剰部位Ｒは、アームの回転を制限しないために必要な構造ではあるものの、垂れ下がってしまうとワークや周辺設備に接触する可能性がある部位であり、ロボット１全体としての可動範囲を逆に制限してしまうおそれや異物の付着等を発生させる虞がある部位でもある。

これに対して、本実施形態の保護ジャケット３では、くびれ部３ｂ，３ｄを設けている。６軸アームの第２軸及び第３軸は、何れも垂直方向に曲がるように動作する関節部である。そこで、本実施形態では、第２軸，第３軸に対応する部位に内径が小さいくびれ部３ｂ，３ｄを設けることで、図１や図７に示すように、当該部位に生じる窪みや３Ｒｂやたるみを３Ｒａ小さくし、異物の付着や滞留を極力防止する。また、異物が付着等した際には、その飛び出しもし難くしている。

以上のように本実施形態によれば、保護ジャケット３は、一端がロボット１のアームの先端部側に固定されて、設置部側までを覆う筒状のシート状部材からなる。そのシート状部材は、先端部側に固定されている基端部から外周方向に伸びて、先端部の径よりも大となる内径の先端面部３Ｆを有している。そして、先端面部３Ｆの外周から設置部側に伸びる筒の内径は、アームの途中部位に存在する垂直方向への曲げ動作を行う１つ以上の関節部に対応する部位を除いて先端面部３Ｆの内径以上とし、関節部に対応する部位の筒の内径は、先端面部３Ｆの内径未満で、且つ前記部位にあるアームの外径よりも大にした。

これにより、アームの先端部が１８０°を超えて回転した際に、シート状部材が固定されている基端部の近傍において生じる捩じれを、設置部方向に分散させることができ、基端部の近傍に捩じれが集中する状態を緩和できる。

また、シート状部材の関節部に対応する部位であるくびれ部３ｂ，３ｄの内径は、先端面部の内径未満で、且つ前記部位にあるアームの径よりも大としたので、関節部が垂直方向に曲がる動作をした際に、当該部位に発生するシート状部材のたるみを軽減できる。これにより、くびれ部３ｂ，３ｄに異物が滞留・付着し難くなる。また、仮にくびれ部３ｂ，３ｄに、異物が滞留・付着しても、関節部が曲がった状態から延びた状態に変化してたるみが解消された際に、滞留・付着していた異物が飛散し難くなる。

そして、垂直６軸型のアームを有するロボット１について、くびれ部３ｂ，３ｄをそれぞれ第２軸，第３軸の位置に対応させた。すなわち、伸縮による影響を最も受け易いシート状部材の部位は、第２軸及び第３軸の関節部となるので、保護ジャケット３を垂直６軸型のアームにフィットさせることができる。

また、保護ジャケット３が設置部側を覆う基底部３ｅの内径を、先端面部３Ｆの内径よりも大きくしたので、保護ジャケット３を、一般的な複数のアームを有する多関節型のロボットの形状にフィットさせて、保護ジャケット３の内径を不要に大きくすることを回避できる。

（第２実施形態）
図９は第２実施形態であり、本発明の保護ジャケットを、人型に近い双腕型のロボット１１に適用した場合を示す。ロボット１１は、頭部１２，胴部１３，右アーム１４Ｒ及び左アーム１４Ｌを備えている。右アーム１４Ｒ，左アーム１４Ｌは、胴部１３において肩に相当する部位から延設されており、それぞれ第１実施形態のロボット１と同様の垂直６軸アームである。

保護ジャケット１５も、ロボット１１の上記各部に対応して頭部１５ａ，胴部１５ｂ，右アーム部１５Ｒ及び左アーム部１５Ｌを備えている。そして、これらのアーム部１５Ｒ及び１５Ｌは、第１実施形態の保護ジャケット３と同様に、先端面部１５ＲＦ及び１５ＬＦ，先端部１５Ｒａ及び１５Ｌａ，第１くびれ部１５Ｒｂ及び１５Ｌｂ，中間部１５Ｒｃ及び１５Ｌｃ，第２くびれ部１５Ｒｄ及び１５Ｌｄ，基底部１５Ｒｅ及び１５Ｌｅを備えている。
以上のように第２実施形態によれば、保護ジャケット１５を、双腕型のロボット１１に適用できる。

（その他の実施形態）
保護ジャケット３を構成するシート状部材は、１枚物のシートを用いる構成とすることもできるが、必ずしも１枚物である必要は無く、長手方向や周方向に分割された複数のシートを筒状に貼り合わせ又は縫い合わせた構成とすることもできる。
くびれ部は、必要に応じて設ければ良い。
ナイロン製のリング１０に替えて、樹脂製や金属製のリングを用いても良い。

また、実施形態では単に筒状と称したが、保護ジャケット３は断面が円形のものに限らず、四角形等の多角形状のものや楕円形状のものを採用することができる。つまり、本明細書で言う筒状とは、ロボット１の周囲を覆うことができる任意の形状を含んでいる。したがって、支持部材の形状も環状に限ることなく、多角形状や楕円形状でも良い。
６軸以外のアームを有するロボットに適用しても良い。

図面中、１はロボット、１ａ～１ｆはアーム、３は保護ジャケット、３ａは先端部、３ｂは第１くびれ部、３ｃは中間部、３ｄは第２くびれ部、３ｅは基底部、３Ｆは先端面部、１１はロボット、１５は保護ジャケットを示す。

Claims (1)

1. 複数のアームを有するロボットに装着するロボット用の保護ジャケットであって、
   複数のアームの先端部から設置部までを覆う筒状に形成され、一端部が前記先端部に固定されるシート状部材を有し、
   前記シート状部材は、前記先端部に固定されている基端部から外周方向に伸びて前記シート状部材の筒状部分の先端部分を閉塞すると共に、前記アームの先端部の外径よりも大となる直径を有する、円板状の先端面部を有し、
   前記アームの途中部位に存在する垂直方向への曲げ動作を行う１つ以上の関節部に対応する部位の前記シート状部材の筒状部分の内径は、前記先端部分の内径未満で、且つ前記部位にあるアームの外径よりも大であり、
   前記ロボットが、垂直６軸型をなす、前記複数のアームを有するもので、前記関節部は、第２軸及び第３軸であり、
   前記先端面部の外周から前記設置部側に伸びる前記シート状部材の筒状部分の内径は、前記関節部に対応する部位以外では、前記先端部分の内径以上であり、
   前記設置部を覆うシート状部材の筒状部分の内径は、前記先端部分の内径よりも大きく設定されているロボット用の保護ジャケット。

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