(57)【要約】      （修正有）【課題】モータの熱を外気に放出可能にしつつ、リンクからのトルクがモータを介してトルクセンサへ影響することを低減することができる小型軽量なロボットアームを提供する。【解決手段】第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクを有するロボットアームであって、第１のリンクと第２のリンクとを相対的に回転駆動するためのモータと第１のリンクの間に伝熱部材を配することにより、モータで発生した熱を第１のリンクへと伝熱するように構成したことを特徴とする。【選択図】図３
2020015146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクを有するロボットアームであって、
前記第１のリンクと前記第２のリンクとを相対的に回転駆動するためのモータと、
前記モータを、前記第１のリンクの内部に支持する支持部と、
前記支持部に支持された前記モータの回転力を前記第１のリンクへと伝達する回転伝達機構とを備え、
前記モータと前記第１のリンクの間に伝熱部材を配することにより、前記モータで発生した熱を前記第１のリンクへと伝熱するように構成したことを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットアームにおいて、
前記支持部は、前記第１のリンクに作用するトルクを検出するためのトルクセンサを介して前記第１のリンクに設けられていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のロボットアームにおいて、
前記モータの周囲にトルクセンサが設けられていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記回転伝達機構は、前記モータの回転を減速して前記第１のリンクへと伝達する減速機を有することを特徴とするロボットアーム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記伝熱部材は、少なくとも２つ以上の部材から構成されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記伝熱部材は、楔の形状を成した固体部を有していることを特徴とするロボットアーム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のロボットアームにおいて、
前記伝熱部材は、前記モータと前記第１のリンクとの間を熱的に結合するものであり、
前記伝熱部材は、前記固体部、熱伝導性の弾性部材、熱伝導性のグリスのいずれかの組み合わせによって構成されていることを特徴とする。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットアームにおいて、
前記固体部はアルミ、前記弾性部材は熱伝導シート、前記グリスはシリコングリスが用いられていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項９】
第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクを有するロボットアームであって、
前記第１のリンクは外装カバーを有し、
前記第１のリンクと前記第２のリンクとを相対的に回転駆動するためのモータと、
前記モータを、前記第１のリンクの内部に支持する支持部と、
前記支持部に支持された前記モータの回転力を前記第１のリンクへと伝達する回転伝達機構と、を備え、
前記モータと前記第１のリンクの間に伝熱部材を配することにより、前記モータで発生した熱を前記外装カバーへと伝熱するように構成したことを特徴とするロボットアーム。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボットアームにおいて、
前記モータの周囲にケーブルが配置されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のロボットアームにロボットハンドを備えたロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアーム及び、ロボットアームを備えたロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場等において様々なロボット装置が使用されており、昨今においては、より複雑な動作を行わせるために外力に倣う力制御機能を備えた多軸多関節のロボットアームを有するロボット装置が広く普及している。このような力制御機能を実現するためには、ロボットアームの関節トルクを正確に検出できるトルクセンサのような力の情報を検出する検出手段をロボット装置に備えることが必要である。
【０００３】
特許文献１では、剛性が既知の弾性体の変位からトルクを検出するトルクセンサ２０をロボットアームの関節部に配置する構成をとっている。図７は特許文献１のロボットアームの関節構造を模式的に表した図である。図７より、具体的には取付アーム１６に取り付けられた、モータと減速機で構成される駆動部と、可動アーム１５との間にトルクセンサ２０を配置する構成である。このように可動アーム１５と取付アーム１６の間にトルクセンサ２０を配置することで、ロボットアームの駆動部にかかるトルクをトルクセンサ２０で測定することが可能になり、ロボットアームの関節トルクが正確に検出できる。しかし、特許文献１で示されるようなモータ、減速機、トルクセンサを直列に並べて配置する構成であると、ロボットの関節部分が軸方向に大きくなってしまう問題がある。
【０００４】
そこで特許文献２では、トルクセンサといった検出手段を円筒状に構成し、ロボットアームを構成するリンクの駆動源となるモータの周囲に配置している。図８（a）は特許文献２に記載の関節駆動装置を模式的に示した図である。
【０００５】
図８（a）より特許文献２の方法は、モータ５１の周囲のスペースをトルクセンサ５２の設置位置として使用できるため、各リンクを繋ぐ関節部分を小型化することができる。そのため、ロボットアームの関節部にトルクセンサ等のコンポーネントを搭載する構成においては、ロボット装置の小型軽量化を考慮すると、特許文献２のようなコンポーネント配置が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１６８６４７号公報
【特許文献２】特開平９−１４５４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１のような配置であると、モータ５１の放熱に関して下記の課題が残る。一般的に繰り返し動作を行うロボットアームに使用されるモータは時間とともに高熱になっていくため、モータとリンクを直接接触させて熱を外気に放熱する場合がある。図８（ｂ）は、図８（a）で説明した関節駆動装置において、モータ５１をリンク６４に接触させた際の模式図である。
【０００８】
図８（ｂ）のように、特許文献１に記載の方法でモータとリンクを直接接触させると、リンク６４が回転することでモータ５１にリンク６４の回転によるトルクがかかってしまう。すると、モータ５１を介して保持部材５６にもトルクがかかってしまい、実際に検出したいモータ５１からのトルクに、リンク６４からのトルクが乗ってしまうため、トルクセンサ５２で正確な駆動トルクを検出することができなくなってしまう。
【０００９】
そこで本発明の目的は、モータの熱を外気に放出可能にしつつ、ロボット装置の小型化と、リンクからのトルクがモータを介してトルクセンサへ影響することを低減することができるロボットアームを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために本発明によれば、第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクを有するロボットアームであって、前記第１のリンクと前記第２のリンクとを相対的に回転駆動するためのモータ前記モータを、前記第１のリンクの内部に支持する支持部前記支持部に支持された前記モータの回転力を前記第１のリンクへと伝達する回転伝達機構とを備え、前記モータと前記第１のリンクの間に伝熱部材を配することにより、前記モータで発生した熱を前記第１のリンクへと伝熱するように構成したことを特徴とするロボットアームを採用した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動源とリンクとを、部材を介して接触させている。ゆえに駆動源を直接リンクに接触させていないため、リンクからのトルクがモータに伝達することを低減し、トルクセンサへの影響を低減することができる。さらに部材を通してモータの熱を外気に放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム５００を模式的に表した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム５００の制御系を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるロボットアーム本体１００の関節１１２近傍の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるトルクセンサ３の概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるサーボモータ１と伝熱部材４をＹＺ平面から見た図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるロボットアーム本体１００の関節１１１近傍の断面図である。
【図７】従来の関節駆動装置を模式的に示した図である。
【図８】従来の関節駆動装置を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更できる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値であって本発明を限定するものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム５００を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、ロボットシステム５００は、ワークの組立てを行うロボットアーム本体１００と、ロボットアーム本体１００を制御する制御装置２００と、制御装置２００に接続された外部入力装置３００を備えている。
【００１５】
ロボットアーム本体１００は、作業台に固定されるベース１０３と、複数のリンク１２１〜１２６と、各リンク１２１〜１２６を旋回又は回転可能に連結する複数の関節１１１〜１１６とを備えている。図１では点線で囲まれた部分が関節１１１〜１１６である。更に、各関節１１１〜１１６には、関節に作用するトルク値を検出するトルクセンサ３を備える（図３）。トルクセンサ３に関しては後述する。
【００１６】
図１より、ロボットアーム本体１００のベース１０３とリンク１２１は関節１１１で接続されている。この関節１１１は、例えば初期姿勢から約±１８０度の可動範囲を有するものとする。
【００１７】
ロボットアーム本体１００のリンク１２１とリンク１２２は関節１１２で接続されている。この関節１１２は、例えば初期姿勢から約±８０度の可動範囲を有するものとする。
【００１８】
ロボットアーム本体１００のリンク１２２とリンク１２３は関節１１３で接続されている。この関節１１３は、例えば初期姿勢から約±７０度の可動範囲を有するものとする。
【００１９】
ロボットアーム本体１００のリンク１２３とリンク１２４とは、関節１１４で接続されている。この関節１１４は、例えば初期姿勢から約±１８０度の可動範囲を有するものとする。
【００２０】
ロボットアーム本体１００のリンク１２４とリンク１２５は関節１１５で接続されている。この関節１１５は、初期姿勢から約±１２０度の可動範囲を有するものとする。
【００２１】
ロボットアーム本体１００のリンク１２５とリンク１２６は関節１１６で接続されている。この関節１１６は、初期姿勢から約±２４０度の可動範囲を有するものとする。
【００２２】
なお、本実施形態及び後述する実施形態においては、複数の関節１１１〜１１６は実質的な構成が同じであるため、リンク１２１とリンク１２２との間に設けられた関節１１２を例に説明することで他の関節１１１〜１１４、１１６の説明は省略する。また、関節１１２と同じ構成の関節は、ロボットアーム本体１００の複数の関節１１１〜１１６のうちの少なくとも１カ所に備えていれば本実施形態を実施可能であり、全ての関節が関節１１２と同様の構成である必要はない。
【００２３】
ロボットアーム本体１００の先端リンク１２６には力等を検出可能な不図示の力センサを設けたロボットハンド本体１０２が備えられている。
【００２４】
ロボットハンド本体１０２は、ワークを把持可能な複数のフィンガと、複数のフィンガを駆動する不図示のアクチュエータを備えており、複数のフィンガを駆動することでワークを把持可能に構成されている。力センサは、ロボットハンド本体１０２が複数のフィンガでワークＷを把持する際にロボットハンド本体１０２に作用する力やモーメントを検出する。
【００２５】
図２は本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム５００の制御系を示したブロック図である。図２より制御装置２００は、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ２０２と、ＲＡＭ２０３と、ＨＤＤ２０４と、記録ディスクドライブ２０５とを備え、各種のインタフェース２１１〜２１７により各コンポーネントと接続されている。
【００２６】
ＣＰＵ２０１には、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ＨＤＤ２０４、記録ディスクドライブ２０５及び各種のインタフェース２１１〜２１７が、バス２１８を介して接続されている。ＲＯＭ２０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の演算処理結果を一時的に記憶する記憶装置である。
【００２７】
ＨＤＤ２０４は、ＣＰＵ２０１の演算処理結果である各種のデータ等を記憶する記憶部であると共に、ＣＰＵ２０１に、各種演算処理を実行させるためのプログラム３３０を記録するものである。ＣＰＵ２０１は、ＨＤＤ２０４に記録されたプログラム３３０に基づいて各種演算処理を実行する。記録ディスクドライブ２０５は、記録ディスク３３１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
【００２８】
また、各関節１１１〜１１６の回転駆動系にはそれぞれインタフェースが備えられ、バス２１８を介して外部入力装置３００に接続されている。外部入力装置３００は、入力された各関節１１１〜１１６の目標関節角度をインタフェース２１１及びバス２１８を介してＣＰＵ２０１に出力する。
【００２９】
また、インタフェース２１２には、トルクセンサ３が接続されており、トルクセンサ３は前述したトルク検出値をインタフェース２１２及びバス２１８を介してＣＰＵ２０１に出力する。更に、インタフェース２１３、２１４には、出力軸エンコーダ１２、入力軸エンコーダ１１が接続されている。そして、ベース１０３及び各リンク１２１〜１２６間の相対位置を検出するためにパルス信号をインタフェース２１３、２１４及びバス２１８を介してＣＰＵ２０１に出力する。
【００３０】
更に、インタフェース２１５、２１６には、各種画像が表示されるモニタ３１１や書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の外部記憶装置３１２が接続されている。また、インタフェース２１７にはサーボ制御装置３１３が接続されている。ＣＰＵ２０１は、モータ１の回転角度の制御量を示す駆動指令のデータを所定間隔でバス２１８及びインタフェース２１７を介してサーボ制御装置３１３に出力する。
【００３１】
サーボ制御装置３１３は、ＣＰＵ２０１から入力を受けた駆動指令に基づき、サーボモータ１への電流の出力量を演算し、サーボモータ１へ電流を供給して、ロボットアーム本体１００の関節１１１〜１１６の関節角度の制御を行う。即ち、ＣＰＵ２０１は、サーボ制御装置３１３を介して、関節１１１〜１１６のトルク検出値が目標トルクとなるように、サーボモータ１による関節１１１〜１１６の駆動を制御する。
【００３２】
図３は、図１に示すロボットアーム本体１００の各関節１１１〜１１６の近傍の断面図である。図３では関節１１２の断面図を表しており、図１の破線ＡＡを矢印Ｓ方向に切断した際の断面図である。
【００３３】
図３に示すように、関節１１２は、サーボモータ１と、サーボモータ１の出力を減速する減速機２と、関節のトルクを検出するトルクセンサ３と、サーボモータ１の熱をリンク１２２に伝熱する伝熱部材４を備えている。この関節１１２により、構造部材であるリンク１２１と１２２とが連結されている。
【００３４】
リンク１２１はサーボモータ１により回転しないよう、ベース１０３に固定された状態にあり、リンク１２２がリンク１２１に対して相対的に回転する。
【００３５】
サーボモータ１は電磁モータであり、ブラシレスＤＣモータやＡＣサーボモータが例示できる。サーボモータ１はリンク１２２の内部に、リンク１２２とサーボモータ１との間に間隙を有して支持されるよう、モータフランジ７にビスによる締結で取り付けられている。サーボモータ１からの回転力はモータ出力軸１ａが回転し、減速機２の減速機入力軸２ａに伝達される。
【００３６】
減速機２は、減速機入力軸２ａ、減速手段２ｂ、減速機出力軸２ｃ、軸受２ｄから構成される。減速機入力軸２ａは、モータ出力軸１ａからの回転力を減速手段２ｂへ入力する。
【００３７】
減速手段２ｂは、減速機入力軸２ａからの回転力を１／Ｎに減速し、減速機出力軸２ｃに伝える。例として平歯車列や波動歯車減速機等が挙げられる。
【００３８】
減速後のトルクを出力する減速機出力軸２ｃは、軸受２ｄに接続される。また、軸受２ｄの他方はモータフランジ７に取り付けられている。軸受２ｄの例としてクロスローラーベアリングが挙げられる。上記の減速機２は請求項１に記載の回転伝達機構の一例である。
【００３９】
モータフランジ７の他方はトルクセンサ３を介してリンク１２２に取り付けられている。以上の構成を取ることで、モータ入力軸１ａを軸として、モータ１が相対回転する。これによりモータフランジ７もリンク１２１に対して相対回転し、トルクセンサ３を介してリンク１２２をリンク１２１に対して相対回転させることができる。
【００４０】
トルクセンサ３は、中空の円筒形状を為した２つの構造体３ａ、３ｂを連結部材３ｃにより連結した構成を取っており、リンク１２２とモータフランジ７の間に設置され、関節１１２間に作用するトルクを検出する。図４にトルクセンサ３の概略図を示す。
【００４１】
トルクセンサ３は、構造体３ａ、３ｂ、およびこれら両者を相対移動可能に連結するために円周上に配置された連結部材３ｃにより構成されている。構造体３ａ、３ｂ、連結部材３ｂは本実施形態では同じ材質で一体に作られている。
【００４２】
構造体３ａと３ｂは、図示のような中空の円筒形状に構成される。これら構造体３ａと３ｂは、例えば図３のモータフランジ７とリンク１２２とにそれぞれ締結するためのフランジ部位として機能する。構造体３ａと３ｂには締結を行うための締結部位３７がそれぞれ複数個配置されている。本実施形態ではビス止めを行うビス孔が締結部位３７として、構造体３ａと３ｂにそれぞれ１２個配置されている。
【００４３】
連結部材３ｃは、ドーナツ形状の構造体３ａ、３ｂの間を結合するリブ形状の部材として構成されている。この複数の連結部材３ｃは駆動軸Ｃを中心として、構造体３ａと３ｂとの間に円陣配置されている。
【００４４】
トルクセンサ３の各部品は、目的のトルク検出範囲およびその必要分解能などに応じた弾性係数を有する所定の材質、例えば樹脂や、金属（鋼材、ステンレスなど）の材質から構成される。さらにトルクセンサ３は３Ｄプリンタによって製造されてもよい。具体的には、トルクセンサ３の設計データ（例えばＣＡＤデータ）から、３Ｄプリンタ用のスライスデータを作成し、そのデータを従来の３Ｄプリンタに入力することにより製造することができる。
【００４５】
光学式エンコーダ３２は光学式の位置センサとしての機能を有する。光学式エンコーダ３２は、スケール３８と、スケール３８から位置情報を検出する検出ヘッド３９を備える。また検出ヘッド３９は検出ヘッド支持部３５に取り付けられており、検出ヘッド３９とスケール３８が対向する空間をシール部材３１により封止している。
【００４６】
構造体３ａはモータフランジ７にビスにより締結され、構造体３ｂはリンク１２２にビスにより締結されている。サーボモータ１によりリンク１２２がリンク１２１に対して相対回転すると、連結部材３ｃが変形する。この変形量を上記の光学式エンコーダ３２により検出してトルク量に換算している。検出値はケーブル３４を介して制御装置２００に送信される。なお、変形量の検出は磁気式のエンコーダを用いても良い。
【００４７】
以上より、サーボモータ１からの回転力は減速機入力軸２ａに伝達され、減速機２により１／Ｎに減速され、減速機出力軸２ｃからトルクセンサ３を介してリンク１２２に伝達される。
【００４８】
また、サーボモータ１をモータフランジ７に固定し、サーボモータ１の周囲にトルクセンサ３を配置している。これによりサーボモータ１の周囲を有効活用でき、関節部分を小型化することができる。
【００４９】
図３に戻り、入力軸エンコーダ１１は、サーボモータ１に直接設けられており、モータ出力軸１ａの回転に伴って入力側パルス信号を生成し、制御装置２００へ入力側パルス信号を出力する。なお、サーボモータ１と入力軸エンコーダ１１との間には、必要に応じて、電源ＯＦＦ時にロボットアーム１０１の姿勢を保持するためのブレーキユニットを設けてもよい。なお、入力軸エンコーダ１１は、一般的なロータリエンコーダと同様に、光学式或いは磁気式の何れでもよい。
【００５０】
出力軸エンコーダ１２は、回転角情報を記したスケール１２ａ、スケール１２ａからの情報を読み出す検出器１２ｂ、１２ｃから構成され、リンク１２１とリンク１２２との相対角度を検出する。
【００５１】
スケール１２ａは、中空の円筒形状を為しており、リンク１２１に配置されている。検出器１２ｂと１２ｃはリンク１２２に配置され、スケール１２ａの偏心による検出誤差をキャンセルするため略１８０度に対向配置させている。
【００５２】
対向配置した検出器１２ｂと１２ｃからの検出値を平均化することで、スケール１２ａの偏心による精度劣化を小さくできる。同時にリンク１２２の駆動軸Ｃ方向の振れによる精度劣化も小さくできる。なお、スケール１２ａの偏芯が小さく、出力軸エンコーダ１２の検出値の精度に問題がない場合は、検出器１２ｂと１２ｃの一方のみを設けるだけでもよい。
【００５３】
また、駆動軸Ｃの軸振れを低減するために、トルクセンサ３のトルク検知に影響がない範囲でリンク１２１とリンク１２２の間にベアリングを配置しても良い。さらに、出力軸エンコーダ１２の配置は図３に示されるような位置に限らず、例えばモータフランジ７とリンク１２１の間に配置しても良い。
【００５４】
図５はサーボモータ１と伝熱部材４をＹＺ平面から見た図である。図５より伝熱部材４は、サーボモータ１とリンク１２２との間の間隙の任意の３カ所に配置されている。図３では２カ所の伝熱部材４の断面図が示され、残りの伝熱部材４は紙面裏側に配置されているものとする。
【００５５】
また伝熱部材４は３層構造を取っており、リンク１２２と接触する弾性部４ａ、サーボモータ１に接触する粘性部４ｃと、弾性部４ａと粘性部４ｃの間に配置され、それぞれに接触する固体部４ｂで構成されている。この伝熱部材４により、サーボモータ１とリンク１２２は熱的に結合された状態となっている。
【００５６】
弾性部４ａはサーボモータ１からの熱の伝導を促す熱伝導シートを用いており、本実施形態ではサーコンシートを用いている。
【００５７】
粘性部４ｃは、熱を伝えやすい伝熱グリスなどが用いられており、サーボモータ１と固体部４ｂを隙間なく接触させる役割を持つ。
【００５８】
固体部４ｂは銅やアルミなどの熱を伝えやすい金属部材であり、サーボモータ１の側面に粘性部４ｃを介して接触する。本実施形態ではアルミを使用している。また固体部４ｂは、サーボモータ１と同様、モータフランジ７にビスにより締結され固定支持されており、サーボモータ１を配置するリンク１２２の形状に倣う楔形状を取っている。これにより、サーボモータ１と減速機２、トルクセンサ３をリンク１２１、１２２に組み付けた後からでも伝熱部材４を組み付け易くしている。
【００５９】
モータカバー５は、弾性部材６を介してビスにより固体部４ｂに締結されており、熱伝導性を有していれば弾性部４ａと同じ素材でも良い。これにより、サーボモータ１からの熱をリンク１２２だけでなくモータカバー５にも逃がすことができる。
【００６０】
以上のような構成によりサーボモータ１からの熱Ｑを、伝熱部材４を介してリンク１２２に広い面積で伝熱させ外気に放熱させることができる。
【００６１】
伝熱部材４の弾性部４ａはリンク１２２に対して非常に小さい弾性率である。そのためリンク１２２が回転駆動させられた際、リンク１２２の回転によるトルクがサーボモータ１に伝達することを低減することができ、トルクセンサ３への影響を低減することができる。
【００６２】
上記で説明した関節の構造により、サーボモータ１の温度変化がどれほど抑制されるのかシミュレーションを行った。サーボモータ１（単独）から発生する熱量は２０Ｗとし、リンク１２２、固体部４ｂの物性値はアルミニウムを設定した（熱伝導率は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））。弾性部４ａの物性値はサーコンシートを設定し（熱伝導率は１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ））、粘性部４ｃにはシリコングリスを用いた。
【００６３】
ロボットアーム本体１００の外界温度は４０℃に設定し、ロボットアーム本体１００を連続で４時間動作させる条件でシミュレーションを行う。シミュレーションの結果、伝熱部材４を用いずにロボットアーム本体１００を４時間動作させた場合、サーボモータ１の温度は９５℃付近になり、サーボモータ１の入力軸エンコーダ１１の許容温度８５℃を超えてしまった。
【００６４】
しかし、本実施形態１のように伝熱部材４をサーボモータ１に配置する構成をとると、サーボモータ１の温度を６８℃まで下げることが可能になった。このように、本実施形態の構造をロボットアーム本体１００に適用することで、ロボットアーム１００の小型化を可能にしつつ、サーボモータ１の熱Ｑを十分に放熱できることが示された。
【００６５】
なお、本実施形態においては、ロボットアーム本体１００が、垂直多関節ロボットアームである場合について説明したが、水平多関節ロボットアームや単軸ロボットアームなどであっても良い。
【００６６】
また本実施形態を説明するにあたり、ロボットアーム本体１００の関節１１２を例として挙げたが、他の関節１１１、１１３〜１１６も同様に適用可能である。また、本実施形態においては、伝熱部材４は弾性部４ａと固体部４ｂ、粘性部４ｃで構成されているが、伝熱部材４が弾性部４ａのみ、または固体部４ｂのみ、または粘性部４ｃのみで構成されていてもよい。また伝熱部材４が、弾性部４ａと固体部４ｂ、または弾性部４ａと粘性部４ｃ、または固体部４ｂと粘性部４ｃのいずれかの組み合わせで構成されていても良い。
【００６７】
なお、本実施形態においては、組み立てのし易さや、コストの観点から伝熱部材４の配置箇所数を３カ所としたが、放熱の必要に応じて伝熱部材４の配置箇所を変更させてもよい。
【００６８】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態における構造では、サーボモータ１の周囲がロボットアーム本体１００のケーブルの配置経路となっている場合、ケーブルの屈曲、摺動が厳しくなり、ケーブルの寿命に影響する。本実施形態では上記のような場合でも、第１の実施形態と同様にサーボモータ１の放熱を行うことができる構造について詳述する。
【００６９】
以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。また、第１の実施形態と同一ないし同等の部材や制御機能については、同一の参照符号を用いる。
【００７０】
図６は第２実施形態に係るロボットアーム本体１００の関節１１１近傍の断面図である。断面方向は、図１の破線ＢＢを矢印Ｐ方向に切断した際の断面図である。第１の実施形態ではサーボモータ１の熱をリンク１２２に直接伝熱させたが、本実施形態では外気に触れている外装カバー８から放熱する構成である。
【００７１】
図６に示すように、関節１１１は、サーボモータ１と、サーボモータ１の出力を減速する減速機２と、関節のトルクを検出するトルクセンサ３と、サーボモータ１の熱を外装カバー８に伝熱する伝熱部材４を備えている。関節１１１により、構造部材であるリンク１２１とベース１０３とが連結されている。
【００７２】
ベース１０３は回転しないよう固定されており、リンク１２１がベース１０３に対して相対回転する。
【００７３】
減速機２は、減速機入力軸２ａ、減速手段２ｂ、減速機出力軸２ｃ’、軸受２ｄから構成される。第１の実施形態とことなる点は減速機出力軸２ｃ’である。第１の実施形態では単なる円筒径の軸であったが、本実施形態ではリンク１２１の形状に合わせて小径部分と大径部分を設けている。
【００７４】
また、本実施形態ではサーボモータ１が設けられているベース１０３を回転させるのではなく、サーボモータ１が設けられていないリンク１２１を回転させる。減速機入力軸２ａは、モータ出力軸１ａからの回転力を減速手段２ｂに入力し、減速手段２ｂは減速機入力軸２ａからの回転力を１／Ｎに減速し、減速機出力軸２ｃ’に伝える。
【００７５】
軸受２ｄの一方は減速機出力軸２ｃ’に接続され、他方をモータフランジ７’に接続されている。モータフランジ７’はトルクセンサ３を介して、ベース１０３の内部に設けられている。また、サーボモータ１はモータフランジ７’に固定支持されている。そのため、軸受２ｄにより減速機出力軸２ｃ’がベース１０３に対して相対回転し、リンク１２１がベース１０３に対して相対回転する。
【００７６】
ケーブル２１はロボットアーム本体１の内部に配置され、サーボモータ１の周囲を巻きつくようにしてベース１０３から排出され制御装置２００に接続される。サーボモータ１の周囲に配置することで、回転部分において配線にストレスのない引き回しが可能となる。
【００７７】
本実施形態において伝熱部材４を構成する要素は第１の実施形態と同様である。伝熱部材４の弾性部４ａを、固体部４ｂと、モータフランジ７’と外装カバー８との間に設けている。
【００７８】
特に固体部４ｂを、弾性部材６を介して外気に触れている外装カバー８と接触させることで、サーボモータ１周囲のケーブル２１の経路を確保しつつ、サーボモータ１からの熱Ｑを外気へ放熱することが可能となる。
【００７９】
また駆動軸Ｃの軸振れを防止するために、トルクセンサ３への影響が無視できる範囲でベース１０３とリンク１２１の間にベアリングを配置しても良い。
【００８０】
上記で説明した関節の構造により、サーボモータ１の温度変化がどれほど抑制されるのか本実施形態でもシミュレーションを行った。計算条件は第１の実施形態と同様とする。またモーフランジ７’の材質はアルミを用いた。
【００８１】
計算の結果、サーボモータ１の温度を５７℃までにすることができた。このように、本実施形態の構造をロボットアーム本体１００に適用することで、ロボットアーム本体１００の内部は配置されるケーブル２４へのストレスを低減しつつ、サーボモータ１の熱Ｑを十分に放熱できることが示された。
【００８２】
なお、上記の第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、ロボットアーム本体１００が、垂直多関節ロボットアームである場合について説明したが、水平多関節ロボットアームや単軸ロボットなどであっても良い。
【００８３】
またロボットアーム本体１００の関節１１１を例として挙げたが、他の関節１１２〜１１６も同様に適応可能である。また本実施形態においては、伝熱部材４は弾性部４ａと固体部４ｂ、粘性部４ｃで構成されているが、伝熱部材４すべてが弾性部４ａ、または粘性部４ｃで構成されていてもよい。
【００８４】
また本実施形態を説明するにあたり、ロボットアーム本体１００の関節１１１を例として挙げたが、他の関節１１２〜１１６も同様に適用可能である。また、本実施形態においては、伝熱部材４は弾性部４ａと固体部４ｂ、粘性部４ｃで構成されているが、伝熱部材４が弾性部４ａ、または粘性部４ｃで構成されていてもよい。
【００８５】
なお、本実施形態においては、組み立てのし易さや、コストの観点から伝熱部材４の配置箇所数を３カ所としたが、放熱の必要に応じて伝熱部材４の配置箇所を変更してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は産業用ロボットに利用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１  サーボモータ
１ａ  モータ出力軸
２  減速機
２ａ  減速機入力軸
２ｂ  減速手段
２ｃ、２ｃ’  減速機出力軸
３  トルクセンサ
３ａ、３ｂ  構造体
３ｃ  連結部材
４  伝熱部材
４ａ  弾性部
４ｂ  固体部
４ｃ  粘性部
５  モータカバー
６  弾性部材
７  モータフランジ
８  外装カバー
１１  入力軸エンコーダ
１２  出力軸エンコーダ
１２ａ、３８  スケール
１２ｂ、１２ｃ  検出器
２１、３４  ケーブル
３１  シール部材
３２  光学式エンコーダ
３５  検出ヘッド支持部
３７  締結部位
３９  検出ヘッド
１００  ロボットアーム本体
１０２  ロボットハンド本体
１０３  ベース
１１１〜１１６  関節
１２１〜１２６  リンク
２００  制御装置
３００  ティーチングペンダント
５００  ロボットシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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