(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節型ロボットのアームとそのアームの回動中心が位置する回動基準部との一方に固定される第１ストッパ部材及び他方に固定される第２ストッパ部材を有するもので、
前記第１ストッパ部材は、基部が複数のボルトにより固着され、前記基部より延設される当接部に対し、前記第２ストッパ部材が当接することで当該アームの可動範囲を規制するように構成されるストッパ構造において、
前記第１ストッパ部材の基部に対して前記ボルトを挿通するための挿通穴は、前記アームが回動することで前記第２ストッパ部材と前記当接部とが所定値以上の荷重を以って当接した場合に、当該基部が摺動して前記ボルトを変形させることで、当該ボルトにせん断が発生することを回避可能な程度の大きさを有する変形許容空間を、その一部に備え、
前記挿通穴は、前記ボルトの挿入口側に形成される第１挿通部と、この第１挿通部よりも大なる空間を有する第２挿通部とで構成され、
前記変形許容空間は、前記第２挿通部において、前記当接部と前記第２ストッパ部材とが当接した場合に、前記ボルトの先端側が変形しようとする方向側に形成されており、
前記第１挿通部と前記第２挿通部とは、前記第２挿通部において前記変形許容空間が形成されている側と逆側の端が揃うように構成されていることを特徴とするストッパ構造。
【請求項２】
多関節型ロボットのアームとそのアームの回動中心が位置する回動基準部との一方に固定される第１ストッパ部材及び他方に固定される第２ストッパ部材を有するもので、
前記第１ストッパ部材は、基部が複数のボルトにより固着され、前記基部より延設される当接部に対し、前記第２ストッパ部材が当接することで当該アームの可動範囲を規制するように構成されるストッパについて、前記第１ストッパ部材を固着する構造であって、
前記第１ストッパ部材が固着される前記アーム若しくは前記回動基準部の一方は、前記ボルトが螺合される部分に、前記アームが回動することで前記第２ストッパ部材と前記当接部とが所定値以上の荷重を以って当接すると当該基部が摺動して前記ボルトを変形させることで、当該ボルトにせん断が発生することを回避可能な程度の大きさを有する変形許容空間を備え、
前記変形許容空間は、前記ボルトの先端側が螺合されるねじ穴に連続した前記ねじ穴よりも大なる空間において、前記当接部と前記第２ストッパ部材とが当接した場合に、前記ボルトが変形しようとする方向側に形成されており、
前記ねじ穴と前記ねじ穴よりも大なる空間とは、前記変形許容空間が形成されている側と逆側の端が揃うように構成されていることを特徴とするストッパ部材取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節型ロボットのアームとそのアームの回動中心が位置する回動基準部との一方に固定される第１ストッパ部材及び他方に固定される第２ストッパ部材を有し、前記アームの可動範囲を規制するためストッパ構造、及びそのストッパにおける第１ストッパ部材を固着又は取付けする構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節型ロボットのアームは、複数のアームが関節構造を介して連結されており、各アームは関節を中心として回動変位するようになっている。そして、そのアームが回動する範囲を機構的に規制するために、ストッパが設けられている。図９は、６軸の垂直多関節型ロボットのアーム外観を示す斜視図である。
図９（ａ）に示すように、ロボット本体１は、ベース２上に、第１〜第６アーム３〜８を、第１〜第６関節を介して順に連結して構成されている。この場合、第１〜第６の各関節（各軸）は、全て回転機構で構成されている。具体的には、ベース２上には、第１アーム３が、垂直方向の回転軸Ｊ１を有する第１関節により回動（旋回）可能に設けられ、その第１アーム３の先端には、第２アーム４が、水平方向の回転軸Ｊ２を有する第２関節により回動可能に設けられ、その第２アーム４の先端に、第３アーム５が、水平方向の回転軸Ｊ３を有する第３関節により回動可能に設けられている。
【０００３】
さらに、その第３アーム５の先端面部に、第４アーム６が、回転軸Ｊ４を有する第４関節により同軸回転可能に設けられ、第４アーム６の先端には、第５アーム７が、回転軸Ｊ５を有する第５関節により回転可能に設けられ、第５アーム７の先端面に第６アーム８が、回転軸Ｊ６を有する第６関節により同軸回転可能に設けられて構成されている。尚、図示の都合上、第５アーム７，第６アーム８については一体で示している。
そして、第２アーム４と、その回動中心となる第２関節、即ち第１アーム３の先端部３ａとの間には、夫々ストッパブロック１１、ストッパ１２が設けられている。尚、これらの配置部分の拡大図を図９（ｂ）に示す。ストッパブロック１１は、矩形状をなす基部１１ａが第２アーム４に対して５本のボルト１３により５点止めされて固着されている。その基部１１ａが第１アーム３の先端部３ａ側に対する一辺より、当接部１１ｂが延設されている。また、ストッパ１２は、例えばボルトと同様の構造であり、先端部３ａに対して捩じ込みされた状態で固着されている。
【０００４】
以上のようなストッパ構造においては、第２アーム４が時計回り方向に回動した場合、ストッパブロック１１の当接部１１ｂがストッパ１２に当接することで、第２アーム４の回動範囲が規制されるようになっている。尚、図９と同様のストッパ構造は、例えば特許文献１などに開示されている。
【特許文献１】特開平５−２２８８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９に示すストッパ構造では、ロボットの動作制御が適切に行なわれず、第２アーム４が所定速度を超えて回動した状態でストッパブロック１１とストッパ１２とが当接した場合には、ストッパブロック１１を固定しているボルト１３が荷重に耐えられず、ストッパブロック１１内に挿通されている部分と、第２アーム４側に捩じ込みされている先端部との間で剪断してしまう場合があった。
【０００６】
図１０は、上記のようにボルト１３が剪断した状態を、ストッパブロック１１の基部１１ａの一部を破断して示す図である。ボルト１３は、ストッパブロック１１に形成されている挿通穴１４を介してその先端部が第２アーム４側に捩じ込まれており、ストッパ１２が当接部１１ｂの図９中下端側に当接すると、第２アーム４に対して基部１１ａが図５中下方側に摺動するため、その荷重によってボルト１３が剪断される。また、図１１は、図１０のように一部のボルト１３が剪断した結果、当接部１１ｂの先端部がストッパ１２を乗り越えてしまった状態を示す斜視図である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多関節型ロボットのアームの回動を規制するものにおいて、第１ストッパ部材を固着するためのボルトのせん断を防止できるストッパ構造，及びそのストッパにおける第１ストッパ部材を固着又は取付けする構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のストッパ構造によれば、第１ストッパ部材の基部に対してボルトを挿通するための挿通穴に変形許容空間を備えるので、アームの回動により第２ストッパ部材と第１ストッパ部材の当接部とが所定値以上の荷重を以って当接し、回動基準部に対して基部が摺動した場合でも、挿通穴に設けられた変形許容空間内でボルトを変形させることができる。即ち、一般に、ボルトによって部材を固着させるため当該部材に形成される挿通穴は、ボルトを挿通させて支持することが目的であるから、その穴径は、ボルトの径よりも極僅かに径大となるように設定されるのが通常である。その結果、そのような挿通穴を介して先端側が他の部材に捩じ込まれて固定されているボルトに対し、所定値以上の外力が加えられた場合には、ボルトが挿通穴の内部で変形する余地がないことから、剪断が発生し易い状態にあった。
そこで、本発明では、所定値以上の荷重が加えられた場合に敢えてボルトを変形させて衝撃を吸収させることで、従来のようにボルトに剪断が発生することを回避できるようにした。従って、第１ストッパ部材の固定位置が大きくずれてアームの回動阻止が不能となってしまうことはなく、ストッパとしての機能を確実に果すことができる。
【０００９】
この場合、変形許容空間を、当接部と第２ストッパ部材とが当接した場合に、ボルトの先端側が変形しようとする方向側に形成する。即ち、アームが回動する方向と、第１，第２ストッパ部材の配置関係より、当接部と第２ストッパ部材とが当接した場合に、第１ストッパ部材側においてボルトが変形しようとする方向は決定される。従って、その方向について変形許容空間を設けるようにすれば、第１ストッパ部材における基部の構造強度を確保することができる。
【００１０】
また、第１ストッパ部材の基部に対してボルトを挿通するための挿通穴を、ボルトの挿入口側に形成される第１挿通部と、この第１挿通部よりも大なる空間を有する第２挿通部とで構成する。斯様に構成すれば、ボルトの先端側における第２挿通部には、第１ストッパ部材の当接部と第２ストッパ部材とが当接した場合に、ボルトの先端側の変形を許容する空間が形成されることになる。従って、第１ストッパ部材の基部に所定値以上の荷重が加えられた場合に、ボルトを変形させて衝撃を吸収させることができ、従来のように第１ストッパ部材の固定位置が大きくずれてアームの回動阻止が不能となってしまうことはなく、ストッパとしての機能を確実に果すことができる。
【００１３】
請求項２記載のストッパ部材固着構造によれば、アーム若しくは回動基準部の一方において、第１ストッパ部材を固着するためのボルトが螺合される部分に変形許容空間を備えるので、アームの回動により第２ストッパ部材と第１ストッパ部材の当接部とが所定値以上の荷重を以って当接し、回動基準部に対して基部が摺動した場合でも、ボルトが螺合される側に形成した変形許容空間内でボルトを変形させることができる。従って、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。尚、図９乃至図１１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。本実施例におけるストッパ構造では、ストッパブロック（第１ストッパ部材）２１の構成がストッパブロック１１と異なっている。
【００１８】
図３は、ストッパブロック２１の（ａ）正面図，（ｂ）側面図，（ｃ）背面図であり、一例として構造寸法も示してる。ストッパブロック２１の基部２１ａに形成されているボルト１３の挿通穴２２は、図３（ｂ）に示すように、その途中から図中右方向にかけて、穴径がより大きくなる部分を備えている。即ち、挿通穴２２は、基部２１ａの厚さ寸法２６ｍｍに対して、表面側より５ｍｍの深さで直径９．５ｍｍの座繰り２３が形成されており、そこから１０ｍｍの長さで直径５．５ｍｍの第１挿通部２４が形成されている。
【００１９】
そして、それに続く１１ｍｍの長さで、第１挿通部２４よりも径大となる直径８．５ｍｍの第２挿通部（変形許容空間，加工部）２５が形成されている。即ち、第２挿通部２５は、座繰りと同様の形状をなすように（但し寸法は同じではない）、ボルト１３の先端側から加工を施している。ボルトの挿通穴に形成される「座繰り」は、通常、ボルトの頭がそのボルトの取付け面より突出しないように、ボルトの頭の径寸法よりも径大となる穴を形成して、ボルトの頭が取付け面以下まで沈み込むように締め付けを行なうため形成される。挿通穴２２には、その「座繰り」と同様の形状をなすように加工を施した第２挿通部２５を、ボルト１３が挿入される先端側に設けている。
【００２０】
ちなみに、従来のストッパブロック１１に形成されている挿通穴１４は、座繰り２３と同じ寸法の座繰りと、直径５．５ｍｍの挿通部とで構成されている。
また、基部２１ａの横幅は３８ｍｍ，高さは２７．６３ｍｍである。基部２１ａより図３中上方に向けて延設されている当接部２１ｂの上端は、半径７４ｍｍで中心角２８度の円弧状をなしており、基部２１ａを含む当接部２１ｂの最低位置までの高さは５０．５ｍｍ、当接部２１ｂの厚さは１４ｍｍである。
【００２１】
次に、本実施例の作用について図１及び図２も参照して説明する。上記形状をなす挿通穴２２に５ｍｍ径のボルト１３を挿通してストッパブロック２１を第２アーム４に固着させる。そして、例えばデバッグ中のプログラムでロボット本体１を動作させた場合に、不適切な制御が行われた結果、第２アーム４が第１アーム３の先端部３ａを回動基準部として所定値を超えた速度で回動することで、ストッパブロック２１の当接部２１ｂが、先端部３ａ側に固着されているストッパ（第２ストッパ部材）１２に当接したとする。
【００２２】
すると、ストッパブロック２１に過大な荷重が加わり、基部２１ａは、第２アーム４との接触面上を摺動する。この時、挿通穴２２には、第１挿通部２４よりも径大となる第２挿通部２５が形成されているので、その第２挿通部２５の空間が、ボルト１３の変形を許容することになる。従って、図１及び斜視図である図２に示すように、基部２１ａが図中下方側に摺動したとしてもボルト１３は変形するだけに留まり、従来のように剪断が発生することは回避される。
【００２３】
即ち、一般に、ボルトを挿通するために形成される穴は、その挿通に支障がない程度に、ボルト径よりも極僅かに径大となるように形成される。その結果、ボルトに過大な荷重が印加され場合は、先端側が他の部材に捩じ込まれて固定されているボルトの変形を許容する余地がないため、ボルトの剪断が発生し易い状態にあった。これに対して本実施例では、挿通穴２２の一部に、ボルト１３の変形を許容する空間をなす第２挿通部２５を設けることで、過大な荷重が印加された場合は敢えてボルト１３を変形させて衝撃を吸収させ、剪断の発生防止を図っている。
【００２４】
以上のように本実施例のストッパ構造によれば、ストッパブロック２１の基部２１ａに対してボルト１３を挿通するための挿通穴２２に、第１挿通部２４よりも径大となる第２挿通部２５を形成したので、第２アーム４の回動によりストッパ１２とストッパブロック２１の当接部２１ｂとが所定値以上の荷重を以って当接し、第１アーム３の先端部３ａに対して基部２１ａが摺動した場合でも、挿通穴２２に設けられた第２挿通部２５の空間内においてボルト１３を変形させることができる。従って、ストッパブロック２１の固定位置画大きくずれて第２アーム４の回動阻止が不能となってしまうことはなく、ストッパとしての機能を確実に果すことができる。
【００２５】
（第２実施例）
図４は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第２実施例におけるストッパブロック（第１ストッパ部材）２６の基部２６ａに形成されている挿通穴２７は、座繰り２８及び第１挿通部２９については、第１実施例の座繰り２３及び第１挿通部２４と同様に形成されている。そして、第２挿通部（変形許容空間，加工部）３０は第１挿通部２９に対して同心に形成されておらず、その穴径は７ｍｍとなっている。
【００２６】
即ち、図中における第２挿通部３０の下端位置は、第１挿通部２９の下端位置に一致しており、第２挿通部３０の上端方向に、ボルト１３の変形を許容する空間が形成されている。つまり、ロボット本体１の構造上、第２アーム４が回動する方向と、ストッパ１２，ストッパブロック２６の配置関係より、当接部２６ｂとストッパ１２とが当接した場合に、ストッパブロック２６側においてボルト１３が変形しようとする方向は決定されるので、その方向についてだけ変形を許容する空間を形成すれば十分だからである。
【００２７】
以上のように第２実施例によれば、ストッパブロック２６の基部２６ａに形成されている挿通穴２７第２挿通部３０を、当接部２６ｂとストッパ１２とが当接した場合に、ボルト１３の先端側が変形しようとする方向側に変形許容空間を形成したので、基部２６ａの構造強度を確保することができる。
【００２８】
（第３実施例）
図５は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。第３実施例では、図１０に示す従来のストッパブロック１１よりも、長さが短い基部１１’ａを有するストッパブロック（第１ストッパ部材）１１’を用いる。従って、挿通穴１４’の長さもストッパブロック１１より短くなっている。そして、ボルト１３が螺合される第２アーム３１側に、変形許容空間３２（加工部）が形成されている。
【００２９】
この変形許容空間３２は、第１実施例ではストッパブロック２１側に設けていた第２挿通部２５に替わるもので、ボルト１３が螺合されるねじ穴３３よりも径大となることで座繰りと同様の形状をなすように加工されている。
従って、第１実施例と同様に、不適切な制御が行われた結果第２アーム３１が所定値を超えた速度で回動し、ストッパブロック１１’の当接部１１’ｂがストッパ１２に当接してストッパブロック１１’に過大な荷重が加わり、基部１１’ａが第２アーム３１との接触面上を摺動すると変形許容空間３２がボルト１３の変形を許容するので、ボルト１３に剪断が発生することは回避される。
以上のように第３実施例によれば、ロボットの第２アーム３１側に変形許容空間３２を形成したので、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００３０】
（第４実施例）
図６は本発明の第４実施例であり、第４実施例は、第３実施例に対して第２実施例と同様の構造を適用したものである。即ち、第２アーム３４の変形許容空間３５は、ねじ穴３３に対して同心に形成されておらず、図中における下方側にのみ形成されている。以上のように構成される第４実施例によれば、第２アーム３４に形成する変形許容空間３５をより小さくすることができる。
【００３１】
（第５実施例）
図７及び図８は本発明の第５実施例を示すものである。第５実施例では、ロボット本体３６において、ストッパがベース２Ａと第１アーム３Ａとの間に設けられている。ベース２Ａは、外周の一部に張り出すようにして円筒型のボルト支持部３７が形成されており、そのボルト支持部３７に対してボルト（第１ストッパ部材）３８が螺合されるようになっている。一方、第１アーム３Ａ側には、やはり外周側に突出するように一体成形されたストッパ部（第２ストッパ部材）３９を備えている。尚、第１アーム３Ａは、アルミ鋳物によって形成されている。
そして、第１アーム３Ａが規制範囲を超えて図７中で上方から見て時計回り方向に回動しようとした場合は、図７に示しているようにストッパ部３９がボルト３８の頭部３８ａに当接することで、その回動を規制するようになっている。即ち、第５実施例では、ボルト３８自体がストッパを構成している。
【００３２】
図８は、ボルト３８が取付けられた状態のボルト支持部３７の断面構造を示す。ボルト支持部３７は、第３実施例の第２アーム３１に形成された変形許容空間３２と同様の構造となる変形許容空間４０（加工部）を備えている。即ち、変形許容空間４０は、ボルト３８の軸部３８ｂの先端部分が螺合されるねじ穴４１よりも径大となることで、座繰りと同様の形状をなすように加工されている。
【００３３】
次に、第５実施例の作用について説明する。第１実施例と同様に不適切な制御が行われた結果、第１アーム３Ａがベース２Ａを回動基準部として所定値を超えた速度で回動することで、ストッパ部３９がボルト３８の頭部３８ａに当接したとする。すると、ボルト３８に過大な荷重が加わるが、この時、ボルト支持部３７には変形許容空間４０が形成されているので、その空間４０がボルト３８の変形を許容することになる。従って、図８に示すように、右方よりストッパ部３９が頭部３８ａに当接すると、頭部３８ａは、空間４０の内部で左方に向って変形するようになる。
【００３４】
以上のように第５実施例によれば、ベース２Ａにボルト３８を螺合して固定するボルト支持部３７に変形許容空間４０を備えるので、アーム３Ａが回動することでストッパ部３９とボルト３８とが所定値以上の荷重を以って当接した場合でも、ボルト３８を変形させてボルト３８にせん断が発生することを回避できる。従って、第３実施例等と同様の効果が得られる。また、ストッパ部材の一方をボルト３８で構成したので、その取り付け並びに固定が容易となり、ストッパを簡単に構成することができる。
【００３５】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形又は拡張が可能である。
図３に示す寸法例は一例であり、個別の設計に応じて具体数値を適宜変更して実施すれば良い。
例えば第１実施例において、第１アーム３，第２アーム４との間で、ストッパ１２とストッパブロック２１とを逆に配置しても良い。
第１アーム３，第２アーム４との間に限らず、その他のアームとその回動中心が位置する回動基準部との間についても同様のストッパ構造を適用しても良い。
変形許容空間の形状は、円形に限ることなく、例えば矩形等であっても良い。
例えば、第１ストッパ部材の複数の挿通穴において、荷重の印加状態によって剪断が発生するボルトの位置が決まっている場合には、そのボルトに対応する挿通穴だけに、第１，第２実施例のような挿通穴２２，２７の構成を採用すれば良い
【００３６】
第５実施例において、変形許容空間を、第４実施例と同様に、ボルト３８の頭部３８ａが変形しようとする方向側にだけ形成しても良い。
また、第５実施例において、ベース２Ａ側にストッパ部３９に相当する部分を一体となるように形成しておき、第１アーム３Ａ側にボルト支持部３７に相当する部分を形成しても良い。
また、第５実施例において、第１ストッパ部材はボルト３８に限ることなく、ねじ山が切られていないピン状の部材であっても良く、部材の先端部が、支持部側に設けられる嵌合用の穴に挿入されることで固定された状態で、その部材の後端部（頭部）が第２ストッパ部材と当接する構成でも良い。
６軸構成の垂直多関節型ロボットに限ることなく、多関節型ロボットであれば水平型でも、軸数が異なるものでも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施例であり、ボルトが変形した状態を、ストッパブロックにおける基部の一部を破断して示す図
【図２】図１の状態を示す外観斜視図
【図３】（ａ）はストッパブロックの正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同背面図
【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図５】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第４実施例を示す図４相当図
【図７】本発明の第５実施例であり、６軸垂直多関節型ロボットのアーム外観を示す斜視図
【図８】ボルトが取付けられた状態のボルト支持部の断面構造図
【図９】従来技術を示す図７相当図
【図１０】ストッパブロックのボルトが剪断した状態を示す図１相当図
【図１１】図２相当図
【符号の説明】
【００３８】
図面中、２Ａはベース（回動基準部）、３，３Ａは第１アーム、３ａは先端部（回動基準部）、４は第２アーム、１１’はストッパブロック（第１ストッパ部材）、１１’ａは基部、１２はストッパ（第２ストッパ部材）、１３はボルト、２１はストッパブロック（第１ストッパ部材）、２１ａは基部、２１ｂは当接部、２２は挿通穴、２５は第２挿通部（変形許容空間，加工部）、２６はストッパブロック（第１ストッパ部材）、２６ａは基部、２６ｂは当接部、２７は挿通穴、３０は第２挿通部（変形許容空間，加工部）、３１は第２アーム、３２は変形許容空間（加工部）、３４は第２アーム、３５は変形許容空間（加工部）、３７はボルト支持部、３８はボルト（第１ストッパ部材）、３９はストッパ部（第２ストッパ部材）、４０は変形許容空間（加工部）を示す。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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