JP7481106B2

JP7481106B2 - 産業用ロボットの関節構造

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Publication number: JP7481106B2
Application number: JP2019218585A
Authority: JP
Inventors: 徳光上村; 正明上松
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: US20210162611A1; CN112894872A; JP2021088017A; DE102020131368A1; US11358289B2

Description

本発明は、産業用ロボットの関節構造に関するものである。

産業用ロボットの関節軸には、モータの回転を減速して必要なトルクを得るための減速機等が配置される。減速機等は、密閉された空間内に配置され、その空間内に充填された潤滑材によって潤滑される。
減速機の下部に給脂口が設けられ、減速機の上部に排脂口が設けられるロボットの関節構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３９７７３２６号公報

特許文献１の関節構造では、潤滑材の給排脂作業を行う場合には、ロボットの関節軸を動作させて、給脂口を下方に、排脂口を上方に配置する。また、床面に設置する形式に設計されたロボットの設置角度を異ならせる場合には、そのままでは給脂口および排脂口を、上下の位置関係に配置することができない。
したがって、給排脂作業に際してロボットの姿勢を変更することなく、また、設置角度が異なるロボットに対しても効率的に給排脂作業を行うことが望まれている。

本開示の一態様は、第１部材と、水平回転軸線回りに前記第１部材に対して回転可能に支持された第２部材と、該第２部材を前記第１部材に対して回転駆動するアクチュエータとを備え、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方に、前記アクチュエータの潤滑材を封入する潤滑空間と外部空間とを連通する貫通孔が設けられ、該貫通孔が、前記水平回転軸線を中心とする周方向に間隔をあけて３以上設けられ、少なくとも１つの前記貫通孔を経由して前記潤滑空間の内外に配置される放熱部材を備えるロボットの関節構造である。

本開示の一実施形態に係る関節構造を備えるロボットの概略図である。図１の関節構造を示す部分的な拡大図である。図１の関節構造の縦断面図である。図１のロボットを水平な床面に設置した状態を示す部分的な拡大図である。図１のロボットを鉛直な壁面に設置した状態を示す部分的な拡大図である。図１のロボットを水平面に対して２２．５°傾斜した設置面に設置した場合の貫通孔の位置を説明する概略図である。図２の関節構造の変形例を示す部分的な拡大図である。図７の関節構造においてアームの角度を変化させた状態を示す部分的な拡大図である。図２の関節構造の他の変形例を示す部分的な拡大図である。図９の関節構造の一部を示す拡大縦断面図である。

本開示の一実施形態に係るロボットの関節構造１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る関節構造１は、例えば、図１に示されるように、６軸多関節型のロボット２に備えられている。
ロボット２は、床面に設置されるベース３と、鉛直な第１軸線Ａ回りに、ベース３に対して回転可能に支持された旋回胴（第１部材）４とを備えている。

また、ロボット２は、水平な第２軸線Ｂ回りに、旋回胴４に対して揺動可能に支持された第１アーム（第２部材）５と、水平な第３軸線Ｃ回りに、第１アーム５に対して揺動可能に支持された第２アーム６を備えている。
また、第２アーム６の先端には、３軸の手首ユニット７が装着されている。

本実施形態に係る関節構造１は、図２および図３に示されるように、旋回胴４と、旋回胴４に対して第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持された第１アーム５と、旋回胴４に対して第１アーム５を回転駆動するアクチュエータ８とを備えている。アクチュエータ８は、旋回胴４の一部を構成するブラケット１１の外側に取り付けられたサーボモータ９と、ブラケット１１の内側と第１アーム５との間に取り付けられた減速機１２とを備えている。

ブラケット１１、減速機１２および第１アーム５の間には、図示しないシール部材によって密封された潤滑空間１３が設けられている。潤滑空間１３には、サーボモータ９のシャフト９ａに固定された入力ギヤ（図示略）および減速機１２内部の各部の潤滑を行う潤滑材が封入されている。減速機１２は、サーボモータ９のシャフト９ａの回転を減速して第１アーム５に伝達し、旋回胴４に対して第１アーム５を回転駆動する。

本実施形態においては、ブラケット１１には、潤滑空間１３と外部空間１５とを連通する複数の貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４にはプラグ（図示略）を取り付けるための雌ねじが形成されている。プラグを雌ねじに締結して貫通孔１４を閉塞することにより、潤滑材を潤滑空間１３内に封入し、プラグを取り外すことにより、貫通孔１４を経由して潤滑材を外部空間１５に取り出すことができる。

貫通孔１４は、ブラケット１１に第２軸線Ｂ回りの周方向に等間隔を空けて８箇所に、第２軸線Ｂに略平行に形成されている。８箇所の貫通孔１４の内、７箇所をプラグで閉塞し、残りの１箇所には給脂用のニップルを取り付けてもよい。

このように構成された本実施形態に係るロボット２の関節構造１の作用について説明する。
本実施形態に係る関節構造１を備えるロボット２を設置する設置面の角度に応じて、設置面に設置したときに最下位に位置する貫通孔１４にニップルを取り付け、他の貫通孔１４はプラグによって閉塞する。

例えば、図４に示されるように、ロボット２を略水平な床面１６に設置する場合には、最もベース３に近い位置に配置された貫通孔１４にニップルを取り付け、他の貫通孔１４をプラグによって閉塞する。
一方、ロボット２を図５に示されるように、略鉛直な壁面１７に設置する場合には、旋回胴４を原点位置に配置したときに最下位に配置される貫通孔１４にニップルを取り付け、他の貫通孔１４はプラグによって閉塞する。

次に、本実施形態に係るロボット２の関節構造１の潤滑材を交換する作業について説明する。
図４に示されるように、ロボット２が略水平な床面１６に設置された場合には、８個の貫通孔１４のうち、最上位に位置する貫通孔１４のプラグを取り外し、最下位に位置する貫通孔１４に取り付けられているニップルから潤滑材を供給する。

これにより、新たな潤滑材がニップルから潤滑空間１３内に充填され、潤滑空間１３内の古い潤滑材が下から上に押されて、最上位において開放されている貫通孔１４を経由して外部空間１５に排出される。新たな潤滑材が貫通孔１４を経由して排脂されるまで、ニップルを経由した給脂を継続することにより、潤滑空間１３内の潤滑材を新たな潤滑材に入れ替えることができる。

本実施形態においては、貫通孔１４が、第２軸線Ｂ回りの周方向に４５°間隔で設けられている。したがって、ロボット２の設置角度が４５°の整数倍であれば、８箇所の貫通孔１４のうち、いずれかの１つの貫通孔１４を、潤滑空間１３の最上位に、他の１つの貫通孔１４を潤滑空間１３の最下位に配置することができる。

その一方で、ロボット２は、任意の角度の設置面に設置される可能性がある。ロボット２の設置角度によっては、いずれの貫通孔１４も、潤滑空間１３の最上位および最下位に配置されない場合がある。

この点について、図６を参照して説明をする。
図６は、設置面の角度が水平面に対して２２．５°（設置角度が２２．５°）の場合の貫通孔１４の位置を実線で示している。また、比較のために、設置面が水平である（設置角度が０°）場合の貫通孔１４のうち、最上位および最下位に位置する貫通孔１４を破線で示している。

図６によれば、ロボット２の設置角度が２２．５°の場合には、設置角度が０°の場合の最上位の貫通孔１４よりも若干下がった位置に、最上位の貫通孔１４が水平に２つ並んで配置される。また、設置角度が２２．５°の場合には、設置角度が０°の場合の最下位の貫通孔１４よりも若干上がった位置に、最下位の貫通孔１４が水平方向に２つ並んで配置される。

すなわち、ロボット２の設置角度が０°の場合には、いずれかの貫通孔１４が潤滑空間１３の最上位および最下位に配置される一方、設置角度が２２．５°の奇数倍の場合には、最上位の貫通孔１４は最も低く、最下位の貫通孔１４が最も高くなる。
しかしながら、図６に示されるように、設置角度が２２．５°の奇数倍の場合の最上位の貫通孔１４の高さは、設置角度が０°の場合の最上位の貫通孔１４の高さをＨとして、４％だけ低く、最下位の貫通孔１４は４％だけ高い位置に配置される。

したがって、本実施形態に係る関節構造１によれば、ロボット２の設置角度が任意の角度に設定されても、最上位および最下位の貫通孔１４の高さをそれぞれ４％の範囲内に配置でき、潤滑空間１３に対する給脂位置および排脂位置を大きく変化させずに済む。これにより、ロボット２の設置角度に関わらず、潤滑空間１３内の潤滑材を効率よく交換することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、貫通孔１４を８箇所設けたが、貫通孔１４の数は３以上であれば任意でよい。貫通孔１４の数を増やすほど、設置角度に応じた最上位および最下位の貫通孔１４の位置変動を小さくできる。

また、本実施形態においては、第２軸線Ｂを中心とする単一の円上に、等間隔をあけて貫通孔１４を配置したが、これに代えて、第２軸線Ｂ回りに１８０°離れた位置に設けられた２個一対の貫通孔１４が、複数対、周方向に偏って配置されていてもよい。ロボット２の設置角度が制限されている場合には、その制限された範囲内において設置角度に応じた給脂位置および排脂位置の変動を抑制することができる。

また、本実施形態においては、第１軸線Ａに対してねじれの位置関係に配置された第２軸線Ｂ回りに旋回胴４に貫通孔１４が形成されている。このため、設置角度が大きくなればなるほど、ベース３に対する旋回胴４が第１軸線Ａ回りに原点位置以外の位置に配置されていると、給脂位置と排脂位置との位置関係が上下に配置されなくなる。
したがって、設置角度が大きくなるほど、給排脂作業に際して、第２軸線Ｂを水平に近づけるよう、旋回胴４を回転させる必要がある。

また、本実施形態においては、旋回胴４に貫通孔１４を設けたが、これに代えて、図７および図８に示されるように、第１アーム５´に貫通孔１４´が形成されていてもよい。
図７および図８に示す例では、第１アーム５´に第２軸線Ｂ回りの周方向に等間隔に８個の貫通孔１４´が形成されている。図７および図８に示されるように、第１アーム５´の第２軸線Ｂ回りの角度が４５°の整数倍変化する毎に、貫通孔１４´は同じ位相に配置される。

また、第１アーム５´の姿勢が２２．５°の奇数倍変化する毎に、最上位の貫通孔１４´と最下位の貫通孔１４´との高さの差が最小となるが、その変動は微小である。したがって、この関節構造１´においても、第１アーム５´の角度に関わらず、効率的に給排脂作業を行うことができる。

この場合においても、ロボット２の設置角度が０°以外の場合には、給排脂作業に際しては、第２軸線Ｂを水平に近づけるよう、旋回胴４を回転させる必要があるが、第１アーム５´の角度を変化させずに済む。例えば、手首先端に大きなツールを装着している場合等に、給排脂のためにツールと他の部材との干渉を回避しつつアームを動作させずに済むという利点がある。

また、図９および図１０に示されるように、ブラケット１１に設けられた少なくとも１つの貫通孔１４を利用して、潤滑空間１３の内外に放熱部材１８ａ、１８ｂを装着してもよい。
すなわち、図９および図１０に示されるように、円環状の放熱部材１８ａ、１８ｂでブラケット１１を挟んで潤滑空間１３の内外にそれぞれ配置する。例えば、内側の放熱部材１８ｂにはブラケット１１の貫通孔１４に嵌合するボスを設け、ボスにはねじ孔１９を形成しておく。

そして、外側の放熱部材１８ａに設けられた貫通孔に挿入したボルトを、内側の放熱部材１８ｂのねじ孔１９に締結することにより、両放熱部材１８ａ、１８ｂを密着させた状態に固定する。放熱部材１８ａ、１８ｂは、例えば、アルミニウムやタングステン、モリブデンなどの高熱伝導率な材料により構成されている。
これにより、潤滑空間１３、および、潤滑材の熱が放熱部材１８ａ、１８ｂを経由して外部空間１５へと放散され、潤滑空間１３、および、潤滑材を冷却することができる。

これにより、放熱部材１８ａ、１８ｂをボルトで固定することができるとともに、鉛直方向に上下関係となる２つのねじ孔１９から、ボルトを取り外して、給排脂口として利用することができる。

この場合に、外側の放熱部材１８ａの貫通孔にねじ孔を形成し、内側の放熱部材１８ｂに貫通孔を形成しておくことにより、給脂を行う貫通孔に対しては、ボルトを取り外して、外側の放熱部材１８ａのねじ孔にニップルを取り付ければよい。また、排脂を行う貫通孔に対しては、ボルトを取り外して、内側の放熱部材１８ｂの貫通孔を開放すればよい。
このようにすることで、潤滑材の過度な温度上昇を抑えることで、潤滑材の経年劣化を抑制して、潤滑材の交換サイクルを延長することができる。

なお、以上で示された実施形態においては、ロボット２の関節構造１を例示したが、これに代えて、他の水平回転軸線回りに駆動する関節構造１に適用してもよい。例えば、第１アーム５と、第３軸線Ｃ回りに回転する第２アーム６と、アクチュエータ８とを備える関節構造１に適用してもよい。

また、給脂口および排脂口として利用される貫通孔１４は、夫々１つとしたが、これに限定されるものではなく、給脂口および排脂口の少なくとも一方に利用される貫通孔１４の数を複数個としてもよい。

１，１′ 関節構造
２ロボット
４，４′ 旋回胴（第１部材）
５，５′ 第１アーム（第２部材）
８アクチュエータ
１３潤滑空間
１４，１４′ 貫通孔
１５外部空間
１８ａ，１８ｂ放熱部材
１９ねじ孔
Ａ第１軸線（回転軸線）

Claims

第１部材と、
水平回転軸線回りに前記第１部材に対して回転可能に支持された第２部材と、
該第２部材を前記第１部材に対して回転駆動するアクチュエータとを備え、
前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方に、前記アクチュエータの潤滑材を封入する潤滑空間と外部空間とを連通する貫通孔が設けられ、
該貫通孔が、前記水平回転軸線を中心とする周方向に間隔をあけて３以上設けられ、
少なくとも１つの前記貫通孔を経由して前記潤滑空間の内外に配置される放熱部材を備えるロボットの関節構造。
前記貫通孔が、等間隔に配置されている請求項１に記載のロボットの関節構造。
前記貫通孔が、複数対設けられ、
各対の前記貫通孔は、前記水平回転軸線回りに１８０°離れた位置に配置されている請求項１に記載のロボットの関節構造。
前記貫通孔が、前記第１部材に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットの関節構造。
前記貫通孔が、前記第２部材に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットの関節構造。
各前記貫通孔に雌ねじが設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットの関節構造。
前記放熱部材に、前記潤滑空間と前記外部空間とを連通するねじ孔が設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットの関節構造。