アーム固定装置および減速機交換方法

本発明は、アーム固定装置および減速機交換方法に関するものである。

従来、産業用ロボットにおいては、アームの駆動手段としてブレーキが内蔵されたサーボモータを備え、サーボモータの駆動電流が遮断された場合には、ブレーキを自動的に作動させることで重力によるアームの落下を防止するようになっている。また、故障等の理由によりサーボモータが交換される場合に、サーボモータに代わって一時的にアームの落下を防止するために、アームを突き当てるストッパの位置を無段階に変更可能としたロボットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。

特開2015−163414号公報

しかしながら、特許文献1の方法では、サーボモータを交換する場合にアームを回転しないように保持することはできるものの、減速機を交換する場合には適用することができないという不都合がある。すなわち、減速機を交換する場合には、回転方向のみならず重力方向にもアームが移動するため、回転可能に支持された状態のアームの回転を固定するだけの従来の固定方法では、対応することができない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、アームに動力を伝達する減速機を交換する場合に、アームをベースに対して移動しないように支持することができるアーム固定装置および減速機交換方法を提供することを目的としている。

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、水平な軸線回りに支持部材に対して回転可能に支持されるとともに、サーボモータの動力により減速機を介して前記軸線回りに回転駆動されるアームを前記支持部材に固定するアーム固定装置であって、前記支持部材に設けられた座面と前記アームまたは該アームに駆動力を伝達するリンクに設けられた座面とに密着させられる密着面を備えるとともに、該密着面の前記座面に設けられたねじ孔または貫通孔の一方に一致する位置に貫通して形成されたねじ孔または貫通孔の他方を備え、各前記密着面を各前記座面に密着させて前記座面間に掛け渡されるブラケットと、前記貫通孔を貫通して各前記ねじ孔に締結される締結具とを備えるアーム固定装置を提供する。

本態様によれば、支持部材に対してアームを所定の回転位置に配置して、ブラケットの一方の密着面に設けられた貫通孔またはねじ孔を支持部材の座面に設けられたねじ孔または貫通孔に一致させ、他方の密着面に設けられた貫通孔またはねじ孔をアームまたはリンクの座面に設けられたねじ孔または貫通孔に一致させ、貫通孔を貫通させた締結具をねじ孔に締結することにより、各密着面を各座面に密着させ、その摩擦力によって、アームが支持部材に対して回転方向のみならず半径方向および軸方向にも相対移動しないように固定することができる。これにより、アームを支持部材に対して回転可能に支持させている減速機が取り外されても、アームが支持部材に対して移動しないように維持され、減速機を容易に交換することができる。

上記態様においては、前記ブラケットが、前記支持部材の前記座面に密着させられる第1密着面を備える第1ブラケットと、前記アームまたは前記リンクの前記座面に密着させられる第2密着面を備える第2ブラケットと、前記第1ブラケットと前記第2ブラケットとを相対移動させた複数の位置で固定可能なブラケット間締結具とを備えていてもよい。 このようにすることで、第1ブラケットの第1密着面を支持部材の座面に密着させて締結具で固定し、第2ブラケットの第2密着面をアームまたはリンクの座面に密着させて締結具で固定し、第1ブラケットと第2ブラケットとをブラケット間締結具によって固定することができる。

これにより、支持部材とアームとの間に第1ブラケットと第2ブラケットとをブラケット間締結具により固定したブラケットを配置して、アームを支持部材に対して回転方向のみならず半径方向および軸方向にも相対移動しないように固定することができる。この場合に、第1ブラケットと第2ブラケットとを、支持部材に対してアームを軸線回りに回転させた複数の位置で相互に固定することができる。

また、上記態様においては、前記ブラケット間締結具が、前記第1ブラケットと前記第2ブラケットとを無段階に相対移動させた位置で固定可能であってもよい。 このようにすることで、第1ブラケットと第2ブラケットとを、支持部材に対してアームを軸線回りに回転させた任意の位置で相互に固定することができる。

また、上記態様においては、前記支持部材がベース部材であってもよい。 このようにすることで、ベース部材に対してアームを固定し、両者間を接続している減速機を取り外しても、両者のズレを防止することができる。

また、上記態様においては、前記支持部材が他のアームであってもよい。 このようにすることで、他のアームに対してアームを固定し、両者間を接続している減速機を取り外しても、両者のズレを防止することができる。

また、本発明の他の態様は、水平な軸線回りに支持部材に対して回転可能に支持されるとともに、サーボモータの動力により減速機を介して前記軸線回りに回転駆動されるアームを前記支持部材に固定するアーム固定装置であって、前記支持部材に設けられた座面と前記アームまたは該アームに駆動力を伝達するリンクに設けられた座面とに密着させられる密着面を備えるとともに、該密着面の前記座面に設けられた第1の貫通孔に一致する位置に貫通して形成された第2の貫通孔を備え、各前記密着面を各前記座面に密着させて前記座面間に掛け渡されるブラケットと、一側から前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔を貫通して挿入されるボルトと、他側から該ボルトに締結可能なナットとを備えるアーム固定装置を提供する。

また、本発明の他の態様は、水平な軸線回りに支持部材に対して回転可能に支持されるとともに、サーボモータの動力により減速機を介して前記軸線回りに回転駆動されるアームを備えるロボットの前記減速機を交換する方法であって、前記支持部材に設けられた座面と前記アームまたは該アームに揺動可能に連結されたリンクに設けられた座面とに密着させられる密着面を備え、該密着面の前記座面に設けられたねじ孔または貫通孔の一方に一致する位置に貫通して形成されたねじ孔または貫通孔の他方を備えるブラケットを、各前記密着面を各前記座面に密着させて前記座面間に掛け渡して、前記貫通孔を貫通して各前記ねじ孔に締結具を締結することにより、前記アームを前記支持部材に固定した状態で、前記減速機を交換する減速機交換方法を提供する。

本発明によれば、アームに動力を伝達する減速機を交換する場合に、アームをベースに対して移動しないように支持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アーム固定装置であって、ベース部材に対して第1アームを固定するアーム固定装置を取り付けたロボットを一方向から見た斜視図である。

図1のアーム固定装置を取り付けたロボットを他の方向から見た斜視図である。

図1のアーム固定装置の変形例であって、第2アームをベース部材に固定するアーム固定装置を取り付けたロボットを一方向から見た斜視図である。

図3のアーム固定装置を取り付けたロボットを他の方向から見た斜視図である。

図1のアーム固定装置の他の変形例であって、第2アームを第1アームに固定するアーム固定装置を取り付けたロボットを一方向から見た斜視図である。

図3のアーム固定装置を取り付けたロボットを他の方向から見た斜視図である。

図1のアーム固定装置の他の変形例であって、第1アームをベース部材に、第2アームを第1アームに固定するアーム固定装置を取り付けたロボットを一方向から見た斜視図である。

本発明の一実施形態に係るアーム固定装置1について、図面を参照して以下に説明する。 本実施形態に係るアーム固定装置1は、図1および図2に示されるように、鉛直な第1軸線A回りに回転可能に支持されたベース部材(支持部材)2と、該ベース部材2に対して水平な第2軸線(軸線)B回りに回転可能に支持された第1アーム(アーム)3とを固定する装置である。図中、符号4は、第1アーム3に対して第2軸線Bに平行な第3軸線C回りに回転可能に支持された第2アームであり、符号5は、第2アーム4の基端に接続されたリンクである。

第1アーム3は、第2軸線Bに沿う方向の一側のベース部材2との間に配置されたベアリング(図示略)と、第2軸線Bに沿う方向の他側のベース部材2との間に配置された減速機(図示略)とによって、両持ちの状態でベース部材2に回転可能に支持されている。ベース部材2の上端部近傍の両側面と、第1アーム3の両側面には、それぞれ鉛直方向に沿う座面6,7が設けられ、該座面6,7には複数のねじ孔が設けられている。符号10は、第1アーム3を駆動させるモータ(サーボモータ)であり、符号11は、リンク5を介して第2アーム4を駆動させるモータである。

座面6,7およびねじ孔は、ベース部材2および第1アーム3の側面に任意の装置を取り付けたり、配線や配管等の線条体をベース部材2及び第1アーム3の側面を経由して敷設したりする際の固定部材を取り付けるために用意されているものであってもよい。

アーム固定装置1は、ベース部材2から第1アーム3に掛け渡される形状を有するブラケット8と、該ブラケット8をベース部材2及び第1アーム3に固定する複数本のボルト(締結具)9とを備えている。 ブラケット8は、ベース部材2に対して第1アーム3を所定の角度位置、例えば、図1および図2に示されるように鉛直方向に向かう角度位置に配置した状態で、ベース部材2の座面6と第1アーム3の座面7に対応する位置に配置される2つの密着面8aを備える形状を有している。

また、ブラケット8の各密着面8aには、対応する座面6,7に設けられたねじ孔に対応する位置に貫通する複数の貫通孔が設けられている。また、ブラケット8は、ベース部材2の座面6に固定した状態で、第2軸線Bに沿ってモータ10および減速機を取り外す着脱経路を遮らない形状を有している。

このように構成された本実施形態に係るアーム固定装置1を用いた減速機交換方法について、以下に説明する。 第1アーム3を駆動している減速機を交換するには、第1アーム3をベース部材2に対して第2軸線B回りに揺動させて所定の位置に配置する。モータ10や減速機の故障のために、モータ10を駆動して第1アーム3を所定の位置まで揺動できない場合には、第1アーム3より上側をクレーンでつり上げた状態で、モータ10を取り外し、クレーンによって第1アーム3を所定の位置まで揺動させる。

次いで、第1アーム3の第2軸線Bに沿う方向の両側において、ブラケット8の各密着面8aをベース部材2の座面6および第1アーム3の座面7に密着させる。そして、クレーンを操作して第1アーム3の角度を調整し、ブラケット8の貫通孔と第1アーム3のねじ孔とを一致させる。

この状態で、貫通孔を介してボルト9を座面6,7のねじ孔に締結する。これにより、ブラケット8の密着面8aと各座面6,7とを強固に密着させ、その摩擦力により、第1アーム3をベース部材2に対して第2軸線B回りの回転のみならず、半径方向および軸方向にも移動しないように保持する。

そして、この状態で、第1アーム3を吊り上げていたクレーンを第1アーム3から取り外し、これに代えて、減速機に取り付けたアイボルト等を利用してクレーンによって減速機を吊り上げる。減速機をベース部材2および第1アーム3に固定している固定用ボルト(図示略)を取り外し、減速機を第2軸線Bに沿う方向に抜き出す。そして、新たな減速機を逆の手順で取り付け、モータ10を取り付けた後に、アーム固定装置1を取り外すことにより、減速機の交換作業が終了する。

本実施形態に係るアーム固定装置1および減速機交換方法によれば、ブラケット8をベース部材2および第1アーム3に固定して両者の相対移動を禁止するので、第1アーム3をベース部材2に支持させている減速機を取り外しても、ベース部材2に対して第1アーム3の位置がずれることを防止して、減速機の交換を容易にすることができる。

また、本実施形態に係るアーム固定装置1によって第1アーム3をベース部材2に対して固定した時点で、第1アーム3をクレーンで吊り上げる必要がなくなるので、クレーンを減速機の吊り上げ用に切り替えることができ、1台のクレーンのみで減速機の交換作業を行う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、ベース部材2に対して第1アーム3を固定するアーム固定装置1を例示したが、これに代えて、ベース部材2に対して第2アーム(アーム)4を固定するアーム固定装置13に適用してもよい。 例えば、図3および図4に示す例では、第1アーム3の先端に水平な第3軸線C回りに揺動可能に支持された第2アーム4を、第1アーム3のベース部材2に対する第2軸線B回りに回転するモータ11および減速機によって、リンク5を介して揺動させる方式のロボットの場合を示している。

この場合、ベース部材2の両側面に設けられた座面6と、リンク5の両側面に設けられた座面12との間にブラケット8を掛け渡すように配置し、座面6,12のねじ孔にボルト9を締結することにより、ブラケット8の密着面8aを密着させて、リンク5をベース部材2に対して動かないように固定しリンク5を介して第2アーム4をベース部材2に固定することができる。

なお、本実施形態においては、アーム固定装置1として、座面6,7にねじ孔を設け、ボルト9を密着面8aの貫通孔に貫通させて座面6,7のねじ孔に締結することでブラケット8が第1アーム3および第2アーム4に固定されるものを採用したが、これに限られるものではない。例えば、アーム固定装置1が、ボルト9に締結可能なナットを備え、座面6,7にねじ孔に代えて貫通孔(第1の貫通孔)を設け、一側から座面6,7の貫通孔および密着面8aの貫通孔(第2の貫通孔)にボルト9を挿入し、他側からボルト9にナットを装着して締結するようにしてもよい。

また、第2アーム4を固定するアーム固定装置13としては、図5および図6に示されるように、第2アーム4と第1アーム(支持部材)3とを固定するものを採用してもよい。 また、上記各実施形態においては、第1アーム3の座面7とベース部材2の座面6との両方に密着させられる2つの密着面8aを有する単一部材からなるブラケット8を例示したが、これに代えて、図7に示されるように、ブラケット8を分離してもよい。

すなわち、図7に示す例では、アーム固定装置14は、ベース部材2の座面6に固定される(密着させられる)第1密着面(密着面)15aを備える第1のブラケット部(第1ブラケット)15と、第1アーム3の座面7に固定される(密着させられる)第2密着面(密着面)16aを備える第2のブラケット部(第1ブラケット、第2ブラケット)16と、第2アーム4の座面12に固定される第3のブラケット部17と、これら3つのブラケット部15,16,17を対応する座面6,7,12のねじ孔に締結するボルト(図示略)と、第1のブラケット部15と第2のブラケット部16とを連結するボルト(ブラケット間締結具:図示略)と、第2のブラケット部16と第3のブラケット部17とを連結するボルト(図示略)とを備えている。

図中、符号18は第1のブラケット部15をベース部材2の座面6に固定するボルトを貫通させる貫通孔、符号19は第2のブラケット部16を第1アーム3の座面7に固定するボルトを貫通させる貫通孔、符号20は第3のブラケット部17を第2アーム4の座面12に固定するボルトを貫通させる貫通孔である。

第1のブラケット部15には、第2軸線B回りの円周上に周方向に等ピッチで複数のねじ孔23が設けられている。 第2のブラケット部16には、該第2のブラケット部16を第1アーム3に固定したときに第1のブラケット部15のねじ孔23に対応する位置に配置されるように、ねじ孔23と同じ半径の円周上にねじ孔23と等ピッチで複数の貫通孔21が設けられている。貫通孔21は、第1アーム3を位置ズレしないように固定するために必要な摩擦力を発生可能な数だけ設けられ、ねじ孔23は貫通孔21より十分に多い数だけ設けられている。

また、第2のブラケット部16には、該第2のブラケット部16を第1アーム3に固定したときに、第3軸線Cを中心とする円周上に等ピッチで配置される複数のねじ孔24が設けられている。 そして、第3のブラケット部17には、該第3のブラケット部17を第2アーム4に固定したときに第2のブラケット部16のねじ孔24に対応する位置に配置されるように、ねじ孔24と同じ半径の円周上にねじ孔24と等ピッチで複数の貫通孔22が設けられている。貫通孔22は、第2アーム4を位置ズレしないように固定するために必要な摩擦力を発生可能な数だけ設けられ、ねじ孔24は貫通孔22より十分に多い数だけ設けられている。

このように構成されたアーム固定装置14によれば、第1アーム3に固定した第2のブラケット部16の貫通孔21がベース部材2に固定した第1のブラケット部15のいずれかのねじ孔23に一致する第1アーム3の角度位置でボルトによって第1のブラケット部15と第2のブラケット部16とを固定することができる。同様に、第2アーム4に固定した第3のブラケット部17の貫通孔22が第1アーム3に固定した第2のブラケット部16のいずれかのねじ孔24に一致する第2アーム4の角度位置でボルトによって第2のブラケット部16と第3のブラケット部17とを固定することができる。

これにより、ベース部材2に対して第1アーム3および第2アーム4が位置ズレしないように固定されるので、モータ10,11および減速機を取り外して、新たな減速機に容易に交換することができる。 この場合において、本実施形態によれば、第2のブラケット部16に設けた貫通孔21を第1のブラケット部15に設けたねじ孔23に、第1アーム3の複数の角度位置で一致させることができ、ベース部材2に対して第1アーム3を複数の位置で固定することができる。また、同様に、第3のブラケット部17に設けた貫通孔22を第2のブラケット部16に設けたねじ孔24に、第2アーム4の複数の角度位置で一致させることができ、第1アーム3に対して第2アーム4を複数の位置で固定することができる。

その結果、減速機やモータ10,11の故障等によって、第1アーム3を所定の位置まで戻せない場合、あるいは、第2アーム4を水平な位置まで戻せない場合であっても、ねじ孔24に貫通孔22が一致する直近の位置まで移動させるだけで、ベース部材2に対して第1アーム3および第2アーム4を固定することができるという利点がある。これにより、減速機の交換作業をより容易にすることができる。

また、本実施形態においては、3つのブラケット部15,16,17によりアーム固定装置14を構成するものを例示したが、これに代えて、ブラケット部15,16,17が2組でもよいし、第1アーム3のみや第2アーム4のみに適用するものでもよい。 また、第2のブラケット部16および第3のブラケット部17に設けられた貫通孔21,22については、それぞれ、第2軸線B回りおよび第3軸線C回りの周方向に延びる長孔にしてもよい。これにより、第1アーム3をベース部材2に対して、第2アーム4を第1アーム3に対して任意の角度位置で固定することができる。

また、図7においては、アーム固定装置14が、ベース部材2に第1アーム3を固定するとともに第1アーム3に第2アーム4を固定するようになっているが、これに代えて、第1アーム3をベース部材2に対して固定するための第2のブラケット部16と、第2アーム4を第1アーム3に対して固定するための第2のブラケット部16とを別々に用意してもよい。

1,13,14 アーム固定装置 2 ベース部材(支持部材) 3 第1アーム(アーム、支持部材) 4 第2アーム(アーム) 6,7,12 座面 8 ブラケット 8a 密着面 9 ボルト(締結具) 10 モータ(サーボモータ) 15 第1のブラケット部(第1ブラケット) 15a 第1密着面(密着面) 16 第2のブラケット部(第1ブラケット、第2ブラケット) 16a 第2密着面(密着面) 18,19,20,21,22 貫通孔 B 第2軸線(軸線)