JP2016140918A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ動作範囲を拡大することができるロボットを提供する。【解決手段】ロボット１は、基台３と、基台３に旋回可能に取り付けられ、基台３が設置される設置面に略垂直な方向の第１軸Ａｘ１周りに旋回する旋回部５と、旋回部５に揺動可能に取り付けられ、設置面に水平な第２軸Ａｘ２周りに揺動するアーム７と、旋回部５内に収容され、旋回部５を基台３に対して第１軸Ａｘ１周りに動作させる第１モータ２０と、アーム７を旋回部５に対して第２軸Ａｘ２周りに動作させる第２モータ２０と、を備え、第１モータ２０は、その出力軸Ａｘ方向における寸法が当該出力軸Ａｘに略垂直な方向における寸法よりも小さい形状の本体部３０と、出力軸Ａｘ方向に沿って本体部３０の一面３０ｂから突出すると共に、出力軸Ａｘからずれた位置に配置された突出部７０と、を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、ロボットに関する。

特許文献１は、基台と、基台に対してＳ軸周りに旋回する旋回ベースと、旋回ベースに対してＬ軸周りに揺動する下部アームと、下部アームに対してＵ軸周りに揺動する上部アームと、を備えた産業用ロボットを開示している。旋回ベースは、Ｓ軸と同軸に配置されたモータにより動作し、下部アームは、Ｌ軸と同軸に配置されたモータにより動作し、上部アームは、Ｕ軸と同軸に配置されたモータにより動作する。

特開２００３−２００３７６号公報

ロボットにおいては、広範囲に亘って作業を行うために、動作範囲の拡大が求められている。上記ロボットにおいて動作範囲を拡大するためには、旋回ベースに揺動可能に取り付けられた下部アームの揺動角度を大きくすることが有効である。しかしながら、下部アームの揺動角度は、旋回ベースと下部アームとの接触を回避して設定されるため、制限されている。したがって、下部アームの揺動角度を拡大するためには、旋回ベースと下部アームとの接触を回避する必要があり、そのためには、Ｌ軸の位置を旋回ベースに対して高い位置に設置したり、旋回ベースを動作させるモータの出力軸をＳ軸からずらして配置して旋回ベースの高さを低くしたりする必要がある。しかしながら、いずれの構成においても、装置が大型化するという問題がある。

本開示は、装置の大型化を抑制しつつ動作範囲を拡大することができるロボットを提供すること目的とする。

本開示の一側面に係るロボットは、基台と、基台に旋回可能に取り付けられ、基台が設置される設置面に略垂直な方向の第１軸周りに旋回する旋回部と、旋回部に揺動可能に取り付けられ、設置面に水平な第２軸周りに揺動するアームと、旋回部内に収容され、旋回部を基台に対して第１軸周りに動作させる第１モータと、アームを旋回部に対して第２軸周りに動作させる第２モータと、を備え、第１モータは、その出力軸方向における寸法が当該出力軸に略垂直な方向における寸法よりも小さい形状の本体部と、出力軸方向に沿って本体部の一面から突出すると共に、出力軸からずれた位置に配置された突出部と、を有する。

本開示によれば、小型化を図りつつ動作範囲を拡大することができる。

図１は、一実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図２は、図１に示すロボットの側面図である。 図３は、図１に示すロボットを後ろから見た図である。 図４は、モータの外観を示す斜視図である。 図５は、モータの断面構成を示す図である。 図６は、基部及び旋回部の内部の構成を示す図である。 図７は、モータの配置を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

［ロボットの構成］
図１は、一実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットの側面図である。図３は、図１に示すロボットを後ろから見た図である。各図に示されるロボット１は、図示しないワークに対して作業を行う産業用ロボットである。

図１〜図３に示されるように、ロボット１は、基台３と、旋回部５と、第１のアーム７と、第２のアーム９と、エンドベース１１と、を備えている。基台３、旋回部５、第１のアーム７、第２のアーム９、及びエンドベース１１は、ロボット１の基端から先端に向けてこの順に接続されている。

基台３は、設置面に固定されており、ロボット１全体を支持する。

旋回部５は、基台３上に設けられている。旋回部５は、鉛直方向に延びる第１の軸Ａｘ１を旋回軸として、基台３に対して第１の軸Ａｘ１周りに旋回可能である。旋回部５は、当該旋回部５に収容された第１のモータを動力源として駆動され、第１の軸Ａｘ１周りに旋回する。第１の軸Ａｘ１は、Ｓ軸と称されることもある。

第１のアーム７は、旋回部５及び第１のアーム７の接続部分（第１のアーム７のうち旋回部５側の端部）６を通る第２の軸Ａｘ２を揺動軸として、旋回部５に対して第２の軸Ａｘ２周りに揺動可能である。旋回部５及び第１のアーム７の接続部分６には、第２のモータが搭載されている。

第１のアーム７は、第２のモータを動力源として駆動され、設置面に水平な第２の軸Ａｘ２周りに揺動する。具体的には、第１のアーム７は、図６に示されるように、設置面に略垂直な方向で且つ第２の軸Ａｘ２を通る基準線ＬＳに対して、第１方向Ｄ１（前方）に第１揺動角度θ１まで揺動可能とされている。第１のアーム７は、基準線ＬＳに対して第１方向Ｄ１とは反対側の第２方向Ｄ２（後方）に第１揺動角度θ１よりも小さい第２揺動角度θ２（θ１＞θ２）まで揺動可能とされている。第２の軸Ａｘ２に沿った方向から見て、第１の軸Ａｘ１は、基準線ＬＳに対して第２方向Ｄ２側に位置している。第２の軸Ａｘ２は、Ｌ軸と称されることもある。

第２のアーム９は、第１のアーム７側に位置する基端部９ａと、エンドベース１１側に位置する先端部９ｂとを有する。基端部９ａは、第１のアーム７及び第２のアーム９の接続部分（第１のアーム７のうち基端部９ａ側の端部）１０を通る第３の軸Ａｘ３を揺動軸として、第１のアーム７に対して第３の軸Ａｘ３周りに揺動可能である。そのため、第２のアーム９も全体として、第１のアーム７に対して第３の軸Ａｘ３周りに揺動可能である。第１のアーム７及び第２のアーム９の接続部分１０には、第３のモータが搭載されている。第２のアーム９（基端部９ａ）は、第３のモータを動力源として駆動され、第３の軸Ａｘ３周りに揺動する。第３の軸Ａｘ３は、第２の軸Ａｘ２と平行に延びている。第３の軸Ａｘ３は、Ｕ軸と称されることもある。

先端部９ｂは、第２のアーム９の中心を通る第４の軸Ａｘ４を旋回軸として、基端部９ａに対して第４の軸Ａｘ４周りに旋回可能である。先端部９ｂは、第４のモータを動力源として駆動され、第４の軸Ａｘ４周りに旋回する。第４の軸Ａｘ４は、Ｒ軸と称されることもある。

エンドベース１１は、第２のアーム９側に位置する基端部１１ａと、先端側に位置する先端部１１ｂとを有する。基端部１１ａは、第２のアーム９（先端部９ｂ）及びエンドベース１１（基端部１１ａ）の接続部分を通る第５の軸Ａｘ５を揺動軸として、先端部９ｂに対して第５の軸Ａｘ５周りに揺動可能である。基端部１１ａは、第５のモータを動力源として駆動され、第５の軸Ａｘ５周りに揺動する。第５の軸Ａｘ５は、Ｂ軸と称されることもある。

先端部１１ｂは、エンドベース１１の中心を通る第６の軸Ａｘ６を回転軸として、基端部１１ａに対して第６の軸Ａｘ６周りに回転可能に取り付けられている。先端部１１ｂは、第６のモータを動力源として駆動され、第６の軸Ａｘ６周りに回転する。第６の軸Ａｘ６は、Ｔ軸と称されることもある。エンドベース１１には、エンドエフェクタが取り付けられる。エンドエフェクタは、例えば、溶接トーチ等である。

［モータの構成］
続いて、上記ロボット１に搭載される第１〜第６のモータについて詳細に説明する。第１〜第６のモータは、同様の構成を有している。以下、単にモータと記載することもある。図４は、モータの外観を示す斜視図である。図５は、モータの断面構成を示す図である。図４及び図５に示されるように、モータ２０は、ケーシング（本体部）３０と、ロータ４０と、ステータ５０と、エンコーダ６０と、ブレーキ（突出部）７０と、を備えている。

ケーシング３０は、ロータ４０、ステータ５０、エンコーダ６０等を保持する。ケーシング３０の外形は、例えば、円形状を呈している。ケーシング３０は、モータ２０の出力軸Ａｘに直交する第１面（他面）３０ａ及び第２面（一面）３０ｂと、出力軸Ａｘに沿って延在する円形状の第３面３０ｃと、を有している。ケーシング３０は、モータ２０の出力軸Ａｘに沿った方向における寸法が出力軸Ａｘに略垂直な方向における寸法よりも小さい形状とされている。すなわち、ケーシング３０は、第１面３０ａと第２面３０ｂとの間の寸法Ｌ１が対向する第３面３０ｃの直径に相当する寸法Ｌ２よりも小さく（Ｌ１＜Ｌ２）、偏平な形状を呈している。本実施形態では、寸法Ｌ１は、寸法Ｌ２の１/２以下に設定される。

ロータ４０は、回転体４２と、ブレーキパッド４４と、を有している。回転体４２は、出力軸Ａｘを中心に回転駆動される部材である。回転体４２は、ケーシング３０に固定された円環状のベアリング４６ａ，４６ｂにより回転可能とされている。ベアリング４６ａ，４６ｂは、出力軸Ａｘに沿った方向において所定の間隔をあけて並んで配置されている。ロータ４０の外周面には、周方向に沿って磁石４８が配置されている。回転体４２は、軸部材４３を有している。軸部材４３は、ケーシング３０の第１面３０ａから突出している。

ブレーキパッド４４は、ブレーキ７０により制動される部材である。ブレーキパッド４４は、回転体４２の周縁部に設けられている。ブレーキパッド４４は、円環状を呈している。ブレーキパッド４４は、出力軸Ａｘと同軸に配置されている。ブレーキパッド４４の外縁は、回転体４２の外縁よりも外側に位置している。すなわち、ブレーキパッド４４の外径は、回転体４２の外径よりも大きい。ブレーキパッド４４は、例えば、金属により形成されている。

ステータ５０は、ロータ４０に回転力を付与する部材である。ステータ５０は、コア５２と、コイル５４と、を有している。コア５２は、例えば、円環状を呈している。コア５２は、回転体４２の外周面と対向する位置に配置されている。コイル５４は、コア５２に設けられている。

エンコーダ６０は、ロータ４０の回転を検出する回転検出装置である。エンコーダ６０は、例えばロータリエンコーダであり、ロータ４０の回転数、回転角、及び／又は回転速度といったモータ２０の駆動量を検出可能である。エンコーダ６０の一部は、回転体４２の凹部４２ａ内に配置されている。

ブレーキ７０は、ロータ４０の回転を制動する制動装置である。ブレーキ７０は、ケーシング３０の第２面３０ｂから外方に向けて、出力軸Ａｘに沿って突出している。ブレーキ７０は、出力軸Ａｘとは偏心した位置に配置されている。ブレーキ７０は、ケース７２と、摩擦材７４と、保持部材７６と、付勢部材７８と、コイル７９と、を有している。

ケース７２は、保持部材７６、付勢部材７８、及びコイル７９を収容する。ケース７２は、例えば、ねじによりケーシング３０に固定されている。ケース７２の外形は、図４に示されるように、例えば、円柱状を呈している。ケース７２の形状は、設計に応じて適宜設定されればよい。

摩擦材７４は、ロータ４０のブレーキパッド４４に摺接（当接）することでブレーキパッド４４に摩擦力を付与する。摩擦材７４は、保持部材７６に設けられている。摩擦材７４の材料としては、例えば、レンジモールド、セミメタリック、焼結合金（鉄系、銅系）等を用いることができる。

保持部材７６は、摩擦材７４を保持する。保持部材７６は、例えば、金属により形成されている。保持部材７６は、略Ｔ字状を呈している。保持部材７６は、本体部７６ａと、保持部７６ｂと、を有している。

本体部７６ａは、例えば、円柱状を呈している。本体部７６ａは、出力軸Ａｘに沿った方向に延在している。保持部７６ｂは、例えば、円盤状を呈している。保持部７６ｂは、本体部７６ａの一端部（ブレーキパッド４４に近い位置の端部）に設けられている。保持部７６ｂの外径は、本体部７６ａの外径よりも大きい。保持部７６ｂは、ロータ４０のブレーキパッド４４と対向して配置されている。すなわち、摩擦材７４がブレーキパッド４４と対向して配置されている。

保持部材７６は、出力軸Ａｘに沿った方向において移動（摺動）自在に設けられている。具体的には、保持部材７６は、保持部７６ｂがコイル７９に当接する第１の位置（初期位置）と、摩擦材７４がブレーキパッド４４に摺接する第２の位置との間で移動自在に設けられている。

付勢部材７８は、保持部材７６を付勢する。付勢部材７８は、例えば、コイルばねである。付勢部材７８は、保持部材７６の本体部７６ａの他端部に配置されている。付勢部材７８は、保持部材７６が第１の位置に位置しているときに、保持部材７６をロータ４０側に向かって付勢している。

コイル７９は、保持部材７６の移動を制御する。コイル７９は、保持部材７６の本体部７６ａの周囲を取り囲んで配置されている。コイル７９は、電流が供給されているときには、付勢部材７８による付勢力に抗する電磁力を作用させて、保持部７６ｂを引き寄せて保持部材７６を第１の位置に保持する。コイル７９は、電流が供給されていないときには、保持部材７６の保持を解除する。

上記構成を有するブレーキ７０は、コイル７９への電流の供給が停止されると、コイル７９による保持部材７６の保持を解除し、付勢部材７８の付勢力により保持部材７６をロータ４０側に進出させる。すなわち、保持部材７６を第２の位置に位置させる。そして、ブレーキ７０は、摩擦材７４をブレーキパッド４４に摺接させ、ブレーキパッド４４に摩擦力を付与する。これにより、回転状態のロータ４０が減速又は静止すると共に、静止状態のロータ４０の回転が妨げられる。

ブレーキ７０は、コイル７９に電流が供給されると、コイル７９において保持部材７６を引き寄せて摩擦材７４とブレーキパッド４４とを離間させる。すなわち、保持部材７６を第１の位置に位置させる。これにより、ロータ４０が回転可能となる。

［モータの配置］
続いて、上記構成を有するモータ２０（第１のモータ）の配置について説明する。図６は、基部及び旋回部の内部の構成を示す図である。図７は、旋回部におけるモータの配置を示す図である。

図６に示されるように、第１のモータ２０は、旋回部５内に収容されており、旋回部５に固定されている。具体的には、第１のモータ２０は、ケーシング３０の第１面３０ａが設置面と対向するように配置されている。すなわち、モータ２０は、ブレーキ７０が上方を向くように、旋回部５に配置されている。第１のモータ２０は、その出力軸Ａｘと第１の軸Ａｘ１とが同軸となるように旋回部５に固定されている。これにより、第１のモータ２０は、旋回部５と共に回転する。第１のモータ２０のブレーキ７０は、第１の軸Ａｘ１と基準線ＬＳとの間の範囲においてケーシング３０に配置されている。より具体的には、ブレーキ７０は、第１の軸Ａｘ１と基準線ＬＳとを結ぶ直線上に位置している。

第１のモータ２０は、減速機１５に接続されている。減速機１５は、基台３に配置され、基台３に固定されている。減速機１５の入力軸は、第１のモータ２０の出力軸Ａｘと同軸とされている。すなわち、第１のモータ２０の出力軸Ａｘ及び減速機１５の入力軸は、第１の軸Ａｘ１と同軸とされている。

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態に係るロボット１のモータ２０では、ケーシング３０は、出力軸Ａｘ方向における寸法が出力軸Ａｘに略垂直な方向における寸法よりも小さい形状、すなわち偏平な形状を呈している。また、ブレーキ７０は、出力軸Ａｘからずれた位置に配置されている。このように、ケーシング３０の形状を偏平にすると共にブレーキ７０を出力軸Ａｘに対してオフセット配置したモータ２０を採用し、このモータ２０を、出力軸Ａｘが第１の軸Ａｘ１と平行になるように配置することにより、モータ２０が収容される旋回部５の第１の軸Ａｘ１に沿った方向の寸法（高さ寸法）を小さくすることができる。そのため、第１のアーム７と旋回部５との接触を回避でき、第１のアーム７の第２揺動角度θ２を拡大できる。その結果、装置の大型化を抑制しつつ動作範囲の拡大を図ることができる。

本実施形態では、第１のモータ２０は、旋回部５に固定されており、旋回部５と共に回転する。この構成により、旋回部５が旋回した場合であっても、第１のモータ２０と旋回部５との位置関係が変わらない。そのため、旋回部５内におけるケーブルの配線等が複雑化することを回避できる。

本実施形態では、第１のモータ２０は、出力軸Ａｘと第１の軸Ａｘ１とが同軸となり、且つケーシング３０の第２面３０ｂと反対側の第１面３０ａが設置面と対向するように配置されている。第１のアーム７は、設置面に略垂直な方向で且つ第２の軸Ａｘ２を通る基準線ＬＳに対して第１方向Ｄ１に第１揺動角度θ１まで揺動可能とされていると共に、基準線ＬＳに対して第１方向Ｄ１とは反対側の第２方向Ｄ２に第２揺動角度θ２まで揺動可能とされている。第２の軸Ａｘ２に沿った方向から見て、第１の軸Ａｘ１は、基準線ＬＳに対して第２方向Ｄ２側に位置している。第１のモータ２０のブレーキ７０は、第１の軸Ａｘ１と基準線ＬＳとの間の範囲においてケーシング３０に配置されている。この構成によれば、ブレーキ７０が第１のアーム７側に配置されるため、第１のモータ２０を収容する旋回部５においては、第１のアーム７側の高さ寸法をブレーキ７０に対応させて大きくすればよく、第１のアーム７と離れた部分の高さ寸法は抑えることができる。これにより、第１のアーム７が第２方向Ｄ２に揺動したときに、第１のアーム７と旋回部５との接触を回避できるため、第２揺動角度θ２を大きくできる。その結果、動作範囲の拡大を図ることができる。

本実施形態では、ロボット１は、第１のモータ２０に接続されると共に出力軸Ａｘと同軸に入力軸が配置される減速機１５を備えている。減速機１５は、基台３に固定されている。この構成によれば、旋回部５及び基台３の幅方向における大型化を抑制できる。その結果、旋回部５の旋回時の干渉半径を小さくすることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、第１のアーム７及び第２のアーム９を備える形態を一例に説明したが、第２のアーム９に更にアームが接続されていてもよい。

上記実施形態では、モータ２０について、図５に示す構成を一例を説明したが、モータ２０の構成はこれに限定されない。

１…ロボット、３…基台、５…旋回部、７…第１のアーム、１５…減速機、２０…モータ（第１モータ、第２モータ）、３０…ケーシング（本体部）、３０ａ…第１面（他面）、３０ｂ…第２面（一面）、７０…ブレーキ（突出部）、Ａｘ…出力軸、Ａｘ１…第１の軸、Ａｘ２…第２の軸、ＬＳ…基準線。

Claims (4)

1. 基台と、
   前記基台に旋回可能に取り付けられ、前記基台が設置される設置面に略垂直な方向の第１軸周りに旋回する旋回部と、
   前記旋回部に揺動可能に取り付けられ、前記設置面に水平な第２軸周りに揺動するアームと、
   前記旋回部内に収容され、前記旋回部を前記基台に対して前記第１軸周りに動作させる第１モータと、
   前記アームを前記旋回部に対して前記第２軸周りに動作させる第２モータと、
   を備え、
   前記第１モータは、
   その出力軸方向における寸法が当該出力軸に略垂直な方向における寸法よりも小さい形状の本体部と、
   前記出力軸方向に沿って前記本体部の一面から突出すると共に、前記出力軸からずれた位置に配置された突出部と、を有する、ロボット。
2. 前記第１モータは、前記旋回部に固定されており、前記旋回部と共に回転する、請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１モータは、前記出力軸と前記第１軸とが同軸となり、且つ、前記本体部の前記一面と反対側の他面が前記設置面と対向するように配置されており、
   前記アームは、前記設置面に略垂直な方向で且つ前記第２軸を通る基準線に対して第１方向に第１揺動角度まで揺動可能とされていると共に、前記基準線に対して前記第１方向とは反対側の第２方向に第２揺動角度まで揺動可能とされており、
   前記第２軸に沿った方向から見て、前記第１軸は、前記基準線に対して前記第２方向側に位置しており、
   前記第１モータの前記突出部は、前記第１軸と前記基準線との間の範囲において前記本体部に配置されている、請求項２に記載のロボット。
4. 前記第１モータに接続されると共に前記出力軸と同軸に入力軸が配置される減速機を備え、
   前記減速機は、前記基台に固定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット。

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