JP7676041B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの効果器として、ワークに対し力を及ぼしながら所定の処理を施す処理部を備えるロボット装置に関する。

従来から、上記のようなロボット装置では、処理部をロボットに対して相対移動するように駆動することで、処理部がワークに及ぼす力を増減する駆動部を備える構成が公知である（例えば、特許文献１参照。）。なお、以下の説明では、処理部がワークに及ぼす力を「加圧力」と呼ぶことがある。

より具体的には、従来のロボット装置１００によれば、駆動部１０１は、以下のサーボモータ１０２、ボールねじ１０３およびスライド機構１０４を備える。すなわち、サーボモータ１０２は、処理部１０５をロボット１０６に対して相対移動させるための回転力を発生するものであり、ボールねじ１０３は、サーボモータ１０２が発生する回転力を直線的な力に変換して処理部１０５に伝達する。また、スライド機構１０４は、ロボット１０６に固定された案内部１０４ａ、および、案内部１０４ａに対して直線移動することができるスライド部１０４ｂを有する（図４参照。）。

さらに、処理部１０５、ボールねじ１０３のナット部１０３ａおよびスライド部１０４ｂは一体化して一体物１１０を構成している。
そして、このような構成により、サーボモータ１０２が発生する回転力により処理部１０５を含む一体物１１０が直線的に駆動される。さらに、サーボモータ１０２を通電制御して加圧力を増減することにより、処理後のワーク品質を向上することができる。

しかし、このようなロボット装置１００では、効果器の占有スペースの大きさが課題視されている。
例えば、サーボモータ１０２の出力軸１０２ａ、ボールねじ１０３のねじ軸部１０３ｂ、および、処理部１０５を直列的に接続すると、効果器は、全体としてサーボモータ１０２の回転中心の方向に長くなってしまう（図４（ａ）参照。）。

また、サーボモータ１０２とボールねじ１０３とを直列に接続する場合、出力軸１０２ａとねじ軸部１０３ｂとを締結するために、カップリング等の締結部１１２を用いる必要がある。このため、締結部１１２のスペースを追加する必要があり、さらに、全体として回転中心の方向に長くなってしまう。

これに対し、出力軸１０２ａ、ねじ軸部１０３ｂそれぞれにプーリー１１３、１１４を取り付け、出力軸１０２ａと、ねじ軸部１０３ｂとを、サーボモータ１０２の回転中心に垂直な方向で、機械的に連結する態様も考えられている（図４（ｂ）参照。）。

このような態様によれば、サーボモータ１０２の回転中心の方向の長さを低減することができるものの、サーボモータ１０２と、ボールねじ１０３および処理部１０５の列とが並列することになり、サーボモータ１０２の回転中心に垂直な方向に占有スペースが大きくなってしまう。
そこで、駆動部１０１を備えるロボット装置１００において、効果器の占有スペースを低減することができる新規な態様が求められている。

特開２０１８－１８７７１６号公報

本開示は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、処理部をロボットに対して相対移動するように駆動する駆動部を備え、駆動部により加圧力を増減するロボット装置において、効果器の占有スペースを低減することにある。

本開示のロボット装置は、ロボットの効果器として、次の処理部および駆動部を備える。すなわち、処理部は、ワークに対し力を及ぼしながら所定の処理を施すものであり、駆動部は、処理部をロボットに対して相対移動するように駆動することで、処理部がワークに及ぼす力を増減するものである。

また、駆動部は、次の中空モータ、ボールねじおよびスライド機構を有する。すなわち、中空モータは、処理部をロボットに対して相対移動させるための回転力を発生するものであり、回転中心と同軸の中空を有して回転中心の周囲に回転する回転中空軸を有し、中空の回転中心の方向の少なくとも一方側が外部に開口している。また、ボールねじは、中空に回転中空軸と同軸に収容されて回転中空軸と締結されるねじ軸部を有し、中空モータが発生する回転力を直線的な力に変換して処理部に伝達する。

さらに、スライド機構は、ロボットに固定された案内部、および、案内部に対して直線移動することができるスライド部を有し、スライド部の移動方向が回転中心の方向に一致する。
そして、処理部は、ボールねじのナット部およびスライド部と一体物を形成し、回転中空軸の回転中心の方向の一方側で、ロボットに対して回転中心の方向に相対移動し、回転中空軸とねじ軸部とは、中空モータの内部でパワーロックにより締結されている。
これにより、本開示によれば、潜在的に、駆動部により加圧力を増減するロボット装置において、効果器の占有スペースを低減することができる。

ロボット装置の構成図である（実施例）。 中空モータの中空の開口が台座、および、スライド機構により包囲されている状態を示す説明図である（実施例）。 回転中空軸とねじ軸部とを締結するパワーロック、および、回転中空軸の軸受けを示す説明図である（実施例）。 （ａ）は、サーボモータ、ボールねじ、および、処理部を直列に接続したロボット装置の構成図であり、（ｂ）は、サーボモータと、ボールねじおよび処理部の列とを並列させたロボット装置の構成図である（従来例）。

実施形態のロボット装置を、以下の実施例に基づき説明する。

〔実施例の構成〕
実施例のロボット装置１の構成を、図１～図３を用いて説明する。
ロボット装置１は、例えば、先端に複数の効果器を有する多関節のロボット２、ならびに、効果器およびロボット２を制御する制御部３等を備え、ロボット２を制御して効果器を３次元的に移動させつつ効果器を制御してワーク（図示せず。）に所定の処理を施すものである。

また、ロボット装置１は、ロボット２の効果器として、次の処理部４および駆動部５を備える。すなわち、処理部４は、ワークに対し力を及ぼしながら所定の処理を施すものであり、駆動部５は、処理部４をロボット２に対して相対移動するように駆動することで、処理部４がワークに及ぼす力（加圧力）を増減するものである。

ここで、実施例の処理部４は、例えば、ワークにヘミング加工を施すヘムローラである（以下、処理部４をヘムローラ４と呼ぶことがある。）。そして、ロボット装置１は、ロボット２の動作を制御することによりヘムローラ４を３次元的に移動させながら、ワークにヘミング加工を施していく。

また、駆動部５は、次の中空モータ７、ボールねじ８、スライド機構９および台座１０を有する。
まず、中空モータ７は、ヘムローラ４をロボット２に対して相対移動させるための回転力を発生するものであり、次の回転中空軸７ａを有する。すなわち、回転中空軸７ａは、円筒状の筒体であって中空モータ７の回転中心と同軸の中空１２を有する。そして、回転中空軸７ａは、回転中心の周囲に回転するものであって中空モータ７の回転子をなす（以下、回転中心の方向を軸方向と呼ぶことがある。）。

また、回転中空軸７ａの外周側には、中空モータ７の固定子としてのボディ７ｂが組み付けられている。さらに、回転中空軸７ａとボディ７ｂとの間には、軸方向に離れた２か所に、回転中空軸７ａの軸受け１３が組み付けられている（図３参照。）。

なお、２つの軸受け１３の間において、回転中空軸７ａの外周側、ボディ７ｂの内周側に、それぞれ、永久磁石、コイルが装着されている（永久磁石、コイルは、両方とも図示せず。）。そして、中空モータ７は、永久磁石の磁場と、コイルに流れる電流との相互作用により回転力を発生する。
また、中空１２の軸方向一方側は、中空モータ７の外部に開口しており、中空１２の軸方向他方側は、回転中空軸７ａとボールねじ８のねじ軸部８ａとの締結構造であるパワーロック１４により閉じられている。

次に、ボールねじ８は、次のねじ軸部８ａおよびナット部８ｂを有する。
まず、ねじ軸部８ａは、中空１２に回転中空軸７ａと同軸に収容されており、回転中空軸７ａと中空モータ７の内部でパワーロック１４により締結されている。そして、ボールねじ８は、中空モータ７が発生する回転力を直線的な力に変換してヘムローラ４に伝達する。また、軸方向に関して、軸方向他方側の軸受け１３が存在する範囲と、パワーロック１４が存在する範囲とが重なっている（図３参照。）。

また、ナット部８ｂは、ねじ軸部８ａに螺合するとともに後記するスライド部９ａと一体化されて回転を規制され、ねじ軸部８ａが回転すると、軸方向に直線的に駆動される。これにより、ボールねじ８は、中空モータ７から伝わった回転力を直線的な力に変換してスライド部９ａに伝達し、スライド部９ａと一体化されたヘムローラ４を直線的に駆動する。そして、ロボット装置１は、中空モータ７のコイルに流れる電流を制御することにより、ボールねじ８を介してヘムローラ４をロボット２に対して軸方向に相対移動させ、加圧力を増減する。

また、ナット部８ｂは、主にボール（図示せず）が循環する本体８ｂ１、本体８ｂ１から外側に広がって他部品との締結に利用されるブラケット８ｂ２を有する。また、ブラケット８ｂ２は、回転中心に垂直な所定の方向の長さが中空１２の径よりも大きい。そして、ヘムローラ４の軸方向へのロボット２に対する相対移動に伴い、ブラケット８ｂ２は、中空１２の軸方向一方側の外側で、中空１２に入ることなく軸方向に移動する。また、本体８ｂ１の内、ブラケット８ｂ２よりも軸方向他方側に存在する部分は、中空１２に対して出入りする。

次に、スライド機構９は、ロボット２の先端に固定された案内部９ｂ、および、案内部９ｂに対して直線移動することができるスライド部９ａを有する。ここで、案内部９ｂは、直線状に伸びる溝１５を具備し、スライド部９ａは、溝１５に嵌る直線状のレール１６を具備する。また、案内部９ｂは、スライド部９ａの移動方向が軸方向に一致するように、ロボット２に組み付けられている。

そして、ヘムローラ４、ナット部８ｂおよびスライド部９ａは、一体化して一体物１８を形成しており、一体物１８は、中空モータ７が発生する回転力により、ロボット２に対して軸方向に相対移動する（図１参照。）。

また、一体物１８は、ヘムローラ４、ナット部８ｂおよびスライド部９ａ以外に、支持体１９および中間体２０を有し、ナット部８ｂおよびスライド部９ａは、支持体１９および中間体２０を介してヘムローラ４と一体化している。ここで、支持体１９は、ヘムローラ４を回転自在に保持するものである。また、中間体２０には、支持体１９、ブラケット８ｂ２、および、スライド部９ａが締結されている。

さらに、台座１０は、中空モータ７が搭載されるとともにロボット２に固定されるものである。また、台座１０は、例えば、Ｕ字状に設けられており、Ｕ字の２つの先端がロボット２の先端に固定され、Ｕ字の底部に中空モータ７が搭載される。ここで、中空モータ７は、軸方向の一方側が台座１０に固定されている（図１参照。）。そして、軸方向一方側から視たときに、中空１２の開口は、台座１０およびスライド機構９により包囲されて視える（図２参照。）。

また、一体物１８が軸方向に関して最も他方側に存在するときに、軸方向に関して、台座１０が存在する範囲と、ブラケット８ｂ２が存在する範囲とが重なる。つまり、駆動部５により加圧力を増加していないときには、台座１０が存在する範囲と、ブラケット８ｂ２が存在する範囲とが重なっている。なお、図１、図３は両方とも、駆動部５を動作させて加圧力を僅かに増加した状態である。

〔実施例の効果〕
実施例のロボット装置１は、ロボット２の効果器として、次の処理部４および駆動部５を備える。すなわち、処理部４は、ワークに対し力を及ぼしながら所定の処理を施すものであり、駆動部５は、処理部４をロボット２に対して相対移動するように駆動することで、加圧力を増減するものである。

また、駆動部５は、次の中空モータ７、ボールねじ８およびスライド機構９を有する。すなわち、中空モータ７は、処理部４をロボット２に対して相対移動させるための回転力を発生するものであり、次の回転中空軸７ａを有する。すなわち、回転中空軸７ａは、回転中心と同軸の中空１２を有して回転中心の周囲に回転し、中空１２の軸方向一方側が外部に開口している。

また、ボールねじ８は、中空モータ７が発生する回転力を直線的な力に変換して処理部４に伝達するものであり、次のねじ軸部８ａを有する。すなわち、ねじ軸部８ａは、中空１２に回転中空軸７ａと同軸に収容されて回転中空軸７ａと締結される。
さらに、スライド機構９は、ロボット２に固定された案内部９ｂ、および、案内部９ｂに対して直線移動することができるスライド部９ａを有し、スライド部９ａの移動方向が軸方向である。

そして、処理部４は、ボールねじ８のナット部８ｂおよびスライド部９ａと一体物１８を形成し、回転中空軸７ａの軸方向一方側で、ロボット２に対して軸方向に相対移動し、回転中空軸７ａとねじ軸部８ａとは、中空モータ７の内部でパワーロック１４により締結されている。
これにより、駆動部５により加圧力を増減するロボット装置１において、効果器の占有スペースを低減することができる。

すなわち、中空回転軸７ａとねじ軸部８ａとを中空モータ７の内部で締結することができるので、図４に示す従来のロボット装置１００のようにサーボモータ１０２の出力軸１０２ａとねじ軸部１０３ｂとを締結するためのスペースを追加的に設定する必要がなくなる。

より具体的には、例えば、図４（ａ）に示すサーボモータ１０２とボールねじ１０３とを直列に接続するロボット装置１００によれば、出力軸１０２ａとねじ軸部１０３ｂとを締結するための締結部１１２のスペースを設ける必要があった。しかし、実施例のロボット装置１によれば、このようなスペースが不要になる上、中空モータ７の内部で、回転中空軸７ａとねじ軸部８ａとを締結することができる。
このため、効果器全体として軸方向の長さを低減することができるので、効果器の占有スペースを低減することができる。

また、従来のロボット装置１００によれば、締結部１１２には、出力軸１０２ａとねじ軸部１０３ｂとの軸ずれを吸収するため、柔軟なカップリングを採用していたが、カップリングは、軸方向の長さが大きく、効果器の占有スペース低減に反するものであった。一方、実施例のロボット装置１によれば、回転中空軸７ａとねじ軸部８ａとの締結部には、軸方向の長さが小さいパワーロック１４を採用して、更なる軸方向の長さの低減を図っている。

ここで、パワーロック１４は、カップリングよりも剛性が高いので、軸ずれの吸収能力が下がる。
しかし、回転中空軸７ａからねじ軸部８ａへの回転力の伝達は加圧力の増減が目的なので、そもそも、回転中空軸７ａを高速で回転させる必要がない。このため、高剛性のパワーロック１４でも、回転中空軸７ａからねじ軸部８ａへ回転力を充分に伝達しつつ、軸ずれを吸収することができる。
以上により、ロボット装置１によれば、回転中空軸７ａとねじ軸部８ａとの締結部としてパワーロック１４を採用することで、効果器の占有スペースを更に低減することができる。

また、実施例１のロボット装置１によれば、ナット部８ｂは、本体８ｂ１から外側に広がって一体物１８を形成するために利用されるブラケット８ｂ２を有し、ブラケット８ｂ２は、回転中心に垂直な所定の方向の長さが中空１２の径よりも大きい。そして、処理部４の軸方向へのロボット２に対する相対移動に伴い、ブラケット８ｂ２は、中空１２の外側であって軸方向一方側で軸方向に移動し、本体８ｂ１の内、ブラケット８ｂ２よりも軸方向の他方側に存在する部分は、中空１２に対して出入りする。
これにより、軸方向に垂直な方向への効果器の拡大を抑えることができるとともに、ボールねじ８を簡便に交換することができる。

ブラケット８ｂ２を中空１２に収容すると、効果器の軸方向の長さを低減することができるものの、中空１２の径を大きくする必要がある。これにより、中空モータ７を全体として径方向に大型化する必要があるので、効果器は、軸方向に垂直な方向へ拡大してしまう。
一方で、ボールねじ８は、消耗品であって交換する必要があるので、中空１２にブラケット８ｂ２が存在すると、簡便に交換することができない。

そこで、ブラケット８ｂ２を、中空１２の軸方向一方側の外側で、中空１２に入ることなく軸方向に移動することができるように。ボールねじ８を中空モータ７に組み付ける。
これにより、軸方向に垂直な方向への効果器の拡大を抑えることができるとともに、ボールねじ８を簡便に交換することができる。

また、実施例のロボット装置１によれば、軸方向に関して、パワーロック１４が存在する範囲と、回転中空軸７ａの軸受け１３が存在する範囲とが重なっている。
これにより、ねじ軸部８ａの回転を安定させることができる。

さらに、実施例のロボット装置１によれば、駆動部５は、次の台座１０を有する。すなわち、台座１０は、中空モータ７が搭載されるとともにロボット２に固定されている。また、台座１０は、中空モータ７の軸方向の一方側に固定され、中空１２の開口は、軸方向一方側から視たときに、スライド機構９および台座１０により包囲されている。そして、一体物１８が軸方向に関して最も他方側に存在するときに、軸方向に関して、台座１０が存在する範囲と、ブラケット８ｂ２が存在する範囲とが重なっている。
これにより、効果器全体として軸方向の長さを、更に低減することができるので、効果器の占有スペースを、更に低減することができる。

〔変形例〕
実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
例えば、実施例のロボット装置１によれば、処理部４は、ワークにヘミング加工を施すヘムローラ４であったが、処理部４の態様はヘムローラ４に限定されない。例えば、処理部４として、ワーク表面を研磨する研磨ツールを採用してもよい。

１ ロボット装置 ２ ロボット ４ ヘムローラ（処理部） ５ 駆動部 ７ 中空モータ ７ａ 回転中空軸 ８ ボージねじ ８ａ ねじ軸部 ８ｂ ナット部 ９ スライド機構 ９ａ スライド部 ９ｂ 案内部 １２ 中空 １４ パワーロック １８ 一体物

Claims (4)

1. ロボットの効果器として、
   ワークに対し力を及ぼしながら所定の処理を施す処理部と、
   この処理部を前記ロボットに対して相対移動するように駆動することで、前記処理部が前記ワークに及ぼす力を増減する駆動部とを備えるロボット装置において、
   前記駆動部は、
   前記処理部を前記ロボットに対して相対移動させるための回転力を発生するものであり、回転中心と同軸の中空を有してこの回転中心の周囲に回転する回転中空軸を有し、この中空の前記回転中心の方向の少なくとも一方側が外部に開口している中空モータと、
   前記中空に前記回転中空軸と同軸に収容されて前記回転中空軸と締結されるねじ軸部を有し、前記中空モータが発生する回転力を直線的な力に変換して前記処理部に伝達するボールねじと、
   前記ロボットに固定された案内部、および、この案内部に対して直線移動することができるスライド部を有し、このスライド部の移動方向が前記回転中心の方向に一致するスライド機構とを有し、
   前記処理部は、前記ボールねじのナット部および前記スライド部と一体物を形成し、前記回転中空軸の前記回転中心の方向の一方側で、前記ロボットに対して前記回転中心の方向に相対移動し、
   前記回転中空軸と前記ねじ軸部とは、前記中空モータの内部でパワーロックにより締結されていることを特徴とするロボット装置。
2. 請求項１に記載のロボット装置において、
   前記ナット部は、本体から外側に広がって前記一体物を形成するために利用されるブラケットを有し、
   このブラケットは、前記回転中心に垂直な所定の方向の長さが前記中空の径よりも大きく、
   前記処理部の前記回転中心の方向への前記ロボットに対する相対移動に伴い、前記ブラケットは、前記中空の外側であって前記回転中心の方向の一方側で、前記回転中心の方向に移動し、前記本体の内、前記ブラケットよりも前記回転中心の方向の他方側に存在する部分は、前記中空に対して出入りすることを特徴とするロボット装置。
3. 請求項１に記載のロボット装置において、
   前記回転中心の方向に関して、前記パワーロックが存在する範囲と、前記回転中空軸の軸受けが存在する範囲とが重なることを特徴とするロボット装置。
4. 請求項２に記載のロボット装置において、
   前記駆動部は、前記中空モータが搭載されるとともに前記ロボットに固定される台座を有し、
   この台座は、前記中空モータの前記回転中心の方向の一方側に固定され、
   前記回転中心の方向の一方側から視たときに、前記中空の開口は、前記台座、および、前記スライド機構により包囲されており、
   前記一体物が前記回転中心の方向に関して最も他方側に存在するときに、前記回転中心の方向に関して、前記台座が存在する範囲と、前記ブラケットが存在する範囲とが重なることを特徴とするロボット装置。

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