(57)【要約】【課題】ロボットの関節装置において、第１連結部と第２連結部の相対回転角度を規制する機構を持ちながらも、３６０゜を超える相対回転角度を実現する。【解決手段】第１連結部１と第２連結部２を軸受部を介して連結し、第１連結部１に設けられた第１ストッパーピン６と、第２連結部２に設けられた第２ストッパーピン８と、第２連結部２と同心でフリーに回転可能な中間リング７と、を備え、中間リング７は、第１ストッパーピン６に対して第１回転角度（θ１）だけ回転可能にする突出部７ｄと、第２ストッパーピン８に対して第２回転角度（θ２）だけ回転可能にする凹部７ｄと、を備え、突出部７ｄと凹部７ｅのいずれか一方により、それ以上の回転が規制された後も、突出部７ｄと凹部７ｅのいずれか他方により回転が規制されるまで、第１連結部１と第２連結部２の相対回転角度を最大で、（θ１＋θ２）まで許容する。【選択図】図２
2012183619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１連結部と第２連結部を軸受部を介して、回転軸に対し相対回転可能に連結したロボットの関節装置であって、
第１連結部または第２連結部の一方に設けられた第１ストッパー部材と、
第１連結部または第２連結部の他方に設けられた第２ストッパー部材と、
第１連結部または第２連結部に、前記回転軸と同心でフリーに回転可能な中間部材と、を備え、
前記中間部材は、前記第１ストッパー部材に対して時計方向から当接する位置と反時計方向から当接する位置との間で第１回転角度（θ１）だけ回転可能にする第１回転規制部と、
前記第２ストッパー部材に対して時計方向から当接する位置と反時計方向から当接する位置との間で第２回転角度（θ２）だけ回転可能にする第２回転規制部と、を備えており、
前記第１回転規制部と第２回転規制部のいずれか一方により、それ以上の回転が規制された後も、前記第１回転規制部と第２回転規制部のいずれか他方により回転が規制されるまで、第１連結部と第２連結部の相対回転角度を最大で、（θ１＋θ２）まで許容するように構成したことを特徴とする関節装置。
【請求項２】
前記中間部材は、リング状に形成され、外径側に前記第１回転規制部としての突出部が形成され、内径側に前記第２回転規制部としての円弧状凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の関節装置。
【請求項３】
前記第１ストッパー部材と第２ストッパー部材は、夫々、軸状の部材として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の関節装置。
【請求項４】
前記中間部材の前記内径側が、第１連結部または第２連結部に設けられた円筒状突出部に嵌合されることを特徴とする請求項２に記載の関節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１連結部と第２連結部を軸受部を介して、共通の回転軸に対し相対回転可能に連結したロボットの関節装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用のロボットは、人間の行う作業を自動化したり、部品組み立て作業や検査などの種々の目的で用いられている（例えば、下記特許文献１）。かかるロボットにおいては、関節装置を設けることが不可欠であり、第１連結部と第２連結部とが、軸受部を介して相対回転可能に連結されている。
【０００３】
かかる場合において、上記相対回転の角度を制限する必要がある場合がある。例えば、連結部を介して配線を通す場合である。相対回転角度が３６０゜を大きく超えて、無制限に設定してしまうと、配線がねじれてしまい断線等の不具合が生じる。そこで、相対回転角度を規制する必要がある。かかる回転角度を規制する場合の構成を図６に概念的に示す。
【０００４】
第１連結部１００に対して第２連結部２００が相対回転可能に連結されている。第１連結部１００には、ストッパーピン１０１が固定して取り付けられている。第２連結部２００には、規制突起２０１が一体形成されている。図６の状態では、第２連結部２００は、これ以上時計方向には回転できないが、反時計方向には回転可能である。反時計方向に角度α回転した後、ストッパーピン１０１に、反対側から当接して、これ以上、反時計方向に回転できない状態になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の構成の場合、第２連結部２００が相対回転できる角度αは３６０゜以下である。これは、ストッパーピン１０１の大きさが有限である以上、原理的に３６０゜を超えることはできない。しかし、実際には、３６０゜を超える相対回転角度を実現したいという要望がある。これにより、ロボットとしての作動範囲が広がり、さらに自由度が高まるからである。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ロボットの関節装置において、第１連結部と第２連結部の相対回転角度を規制する機構を持ちながらも、３６０゜を超える相対回転角度を実現できる関節装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明に係る関節装置は、
第１連結部と第２連結部を軸受部を介して、回転軸に対し相対回転可能に連結したロボットの関節装置であって、
第１連結部または第２連結部の一方に設けられた第１ストッパー部材と、
第１連結部または第２連結部の他方に設けられた第２ストッパー部材と、
第１連結部または第２連結部に、前記回転軸と同心でフリーに回転可能な中間部材と、を備え、
前記中間部材は、前記第１ストッパー部材に対して時計方向から当接する位置と反時計方向から当接する位置との間で第１回転角度（θ１）だけ回転可能にする第１回転規制部と、
前記第２ストッパー部材に対して時計方向から当接する位置と反時計方向から当接する位置との間で第２回転角度（θ２）だけ回転可能にする第２回転規制部と、を備えており、
前記第１回転規制部と第２回転規制部のいずれか一方により、それ以上の回転が規制された後も、前記第１回転規制部と第２回転規制部のいずれか他方により回転が規制されるまで、第１連結部と第２連結部の相対回転角度を最大で、（θ１＋θ２）まで許容するように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
かかる構成による関節装置の作用・効果を説明する。説明の便宜上、第１連結部に第１ストッパー部材が設けられ、第２連結部に第２ストッパー部材が設けられているものとして説明する。本発明としては、第１連結部に第２ストッパー部材が、第２連結部に第１ストッパー部材が設けられていてもよい。そして、中間部材が設けられているところに本発明の特徴がある。この中間部材は、第１ストッパー部材に対して当接する第１回転規制部を設けており、これにより、第１回転角度（θ１）の相対回転が可能になる。また、第２ストッパー部材に対して当接する第２回転規制部を設けており、これにより、第２回転角度（θ２）の相対回転が可能になる。
【００１０】
例えば、第２連結部を回転させて第２回転規制部により、それ以上の回転が規制された後も、第１回転規制部により回転が規制されるまで、第１連結部と第２連結部の相対回転角度を最大で、（θ１＋θ２）まで可能にしている。例えば、θ１とθ２は、いずれも３６０゜を超えることができないのは前述の通りである。しかし、上記のように構成すれば、（θ１＋θ２）で３６０゜を超える回転角度を実現できる。以上のように、中間部材を設けるという簡素な構成ながらも、３６０゜を超える相対回転角度を実現できる関節装置を提供することができる。
【００１１】
本発明において、前記中間部材は、リング状に形成され、外径側に前記第１回転規制部としての突出部が形成され、内径側に前記第２回転規制部としての円弧状凹部が形成されていることが好ましい。
【００１２】
このように、リング状の中間部材とすることで、第１・第２回転規制部の構成を内径側と外径側に効率よく配置することできる。従って、関節装置自体も大型化せずに、中間部材を配置することができる。
【００１３】
本発明において、前記第１ストッパー部材と第２ストッパー部材は、夫々、軸状の部材として形成されていることが好ましい。
【００１４】
軸状の部材とすることで、第１連結部や第２連結部への形成も容易に行うことができ、配置スペースも抑制することができる。なお、軸状部材としては、円筒、円柱、角柱等、種々の形状により形成することができ、特定の形状に限定されるものではない。
【００１５】
本発明において、前記中間部材の前記内径側が、第１連結部または第２連結部に設けられた円筒状突出部に嵌合されることが好ましい。
【００１６】
かかる構成により、中間部材を回転自在に取り付けることができる。また、中間部材を嵌合取り付けするための特別な部材も必要ない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るロボットの関節装置を有するロボットのアームを示す断面図
【図２】関節装置の構成を示す断面図
【図３】関節装置の構成を示す外観斜視図
【図４Ａ】中間リングの作用を説明する図
【図４Ｂ】中間リングの作用を説明する図
【図４Ｃ】中間リングの作用を説明する図
【図４Ｄ】中間リングの作用を説明する図
【図５Ａ】別実施形態に係る中間リングの作用を説明する図
【図５Ｂ】別実施形態に係る中間リングの作用を説明する図
【図５Ｃ】別実施形態に係る中間リングの作用を説明する図
【図５Ｄ】別実施形態に係る中間リングの作用を説明する図
【図６】従来技術の問題点を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係るロボットの関節装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るロボットの関節装置を有するロボットのアームを示す断面図である。図２は、関節装置の構成を示す断面図である。図３は、関節装置の構成を示す外観斜視図（図１，図２に示す装置を下部から見た図）である。
【００１９】
＜関節装置の構成＞
ロボットを構成する第１アームＡ１と第２アームＡ２が関節装置Ｂにより互いに回転可能に連結されている。関節装置Ｂは、第１連結部１と第２連結部２を備えている。また、第１連結部１と第２連結部２の間には、ラジアル軸受３と、上下のスラスト軸受４，５が介在されている。第１連結部１と第２連結部２は、垂直な回転軸周りに相対回転可能に構成されている。
【００２０】
＜第１連結部＞
第１連結部１は、第１本体１０と第２本体１１により構成され、第２本体１１は平板状に形成される。第１本体１０と第２本体１１を結合したとき、内面側に軸受収容凹部１ａが形成される。第２本体１１の底面１１ａは、ラジアル軸受３の上端部を受け止め、かつ、位置決めする。第２本体１１の表面１１ｂは、スラスト軸受４を受け止め、かつ、位置決めする。
【００２１】
第１本体１０の軸受収容凹部１ａを形成する上面１０ａは、ラジアル軸受３の下端部を受け止め、かつ、位置決めする。第１本体１０の底面１０ｂは、スラスト軸受５を受け止め、かつ、位置決めする。
【００２２】
第１本体１０には、図３に示すように、径方向に張り出した（フランジ状の）大径部１０ｃが設けられている。この大径部１０ｃの表面に、第１ストッパー部材として機能する第１ストッパーピン６が圧入等の方法により植設されている。
【００２３】
＜第２連結部＞
第２連結部２は、第１本体２０と、第２本体２１と、第３本体２２を結合して構成される。第１本体２０は、円筒状であり、その中心部は配線を通すための空間として機能する。第１本体２０の外周面２０ａは、ラジアル軸受３が嵌合する。段差部２０ｂにより、ラジアル軸受３の位置決めを行っている。
【００２４】
第２本体２１は、ボルト２３により、第１本体２０の上端面に結合される。第２本体２１の裏面２１ａは、スラスト軸受４を受け止め、かつ、位置決めする。第２本体２１は、平板状の上面２１ｂと円筒状の側面２１ｃと、フランジ状の大径部２１ｄが一体形成されて構成される。大径部２１ｄは、第１連結部１の大径部１０ｃと同じ外径を有しており、互いに近接して向かい合っている。
【００２５】
第３本体２２は、平板状であり、第１本体２０の下端面とボルト２４により結合される。第３本体２２の裏面（上面）２２ａは、スラスト軸受５を受け止め、かつ、位置決めする。第３本体の側面には、歯部２２ｂが形成され、後述するベルトが係合する。第３本体２２の底面（下面）２２ｃには段差部２２ｄが形成され、中間リング７（中間部材に相当）が回転自在に嵌合される。第３本体２２の中央部にも配線を通すための貫通孔が形成されている。
【００２６】
第３本体２２の底面には、第２ストッパー部材として機能する第２ストッパーピン８が圧入等により植設されている。
【００２７】
中間リング７は、リング状本体７ａの内径部が第３本体２２の段差部２２ｄに嵌合している。中間リング７の外周面には第１回転規制部として機能する突出部７ｂが一体形成される。突出部７ｂには、第１ストッパーピン６に直接当接可能な第１当接面７ｃと第２当接面７ｄが形成されている。
【００２８】
中間リング７の内周面には、第２回転規制部として機能する円弧状凹部７ｅが形成されている。円弧状凹部７ｅには、第２ストッパーピン８に直接当接可能な第１当接面７ｆと第２当接面７ｇが形成されている。
【００２９】
図１に示すように、第２連結部２の第３本体２２の下面に、連動ギヤ３０が結合されている。連動ギヤ３０の回転軸は垂直に設定されている。この連動ギヤ３０と噛み合う駆動ギヤ３１が駆動軸３２に軸支されている。駆動ギヤ３１の回転軸は水平に設定されている。なお、連動ギヤ３０には、回転位置検出機構（不図示）が設けられており、連動ギヤ３０の回転位置、すなわち、第２連結部２の回転位置が検出される。駆動軸３２は、不図示のモータにより回転駆動される。
【００３０】
第１アームＡ１を構成する部品は、カバー部材４０の内部に収容される。第１連結部１の第１本体１０は、カバー部材４０の軸受部４０ａの位置に取り付けられている。第２アームＡ２を構成する部品は、カバー部材４１の内部に収容される。カバー部材４１の軸受部４１ａに第２連結部２の第２本体２１が結合される。これにより、駆動軸３２を駆動することで、第２連結部２が回転し、第２アームＡ２が回転駆動される。
【００３１】
＜中間リングの作用（１）＞
次に、本発明の特徴である中間リング７の作用について説明する。図４Ａ〜４Ｄは、第２連結部２を回転させていくときの様子を示す図であり、図１，図２に示す装置を下部から見た図である。図４Ａの位置では、突出部７ｂの第１当接部７ｃは、第１連結部１の第１ストッパーピン６に当接している。また、円弧状凹部７ｅの第１当接部７ｆが第２ストッパーピン８に当接している。第２ストッパーピン８を時計方向に回転しようとしても、これ以上は回転できない。
【００３２】
図４Ａの状態から第２連結部２を反時計方向に回転させる。すると、図４Ｂに示すように、第２ストッパーピン８が反時計方向に回転し、第２ストッパーピン８が円弧状凹部７ｅの第２当接部７ｇに当接する。この時の、第２ストッパーピン８の回転角度はθ２である。なお、第１ストッパーピン６と第１当接部７ｃとの位置関係に変更はない。
【００３３】
更に、第２連結部２を回転させると、図４Ｃに示すように、第２ストッパーピン８が円弧状凹部７ｅの第２当接部７ｇを押しながら、中間リング７を反時計方向に回転させる。そして、図４Ｄに示すように、突出部７ｂの第２当接部７ｄが第１ストッパーピン６に当接した時点で、これ以上反時計方向には回転できなくなる。中間リング７が回転する角度はθ１である。
【００３４】
従って、第２連結部２は第１連結部１に対して、（θ１＋θ２）の角度だけ、回転できる。θ１もθ２も原理的に３６０゜を超えることはできないが、（θ１＋θ２）は３６０゜を超えることができる。第２連結部２を時計方向に回転させるときの動作は、上記とは逆に、図４Ｄ〜図４Ａをたどることになる。
【００３５】
図２に示すように、第２連結部２の中央部は配線を通すための空間として使用される。従って、第２連結部２を第１連結部１に対して回転させる場合、無限に回転可能に構成すると、配線がねじれてしまい断線等の不具合が生じる。そこで、ストッパーピン等を設けることで、相対回転角度を規制している。
【００３６】
一方、単にストッパーピンを設けるだけの構成では、回転可能な角度は３６０゜以下になる。しかし、実際には、３６０゜を超える回転角度を実現したいという要望がある。上記のように、中間リング７を設けることで、３６０゜を超える回転角度を実現することができる。これにより、ロボットとしての作動範囲が広がり、さらに自由度が高まる。
【００３７】
＜中間リングの作用（２）＞
上記実施形態では、第１連結部１が固定で第２連結部２が回転する構成を説明した。これとは逆に第１連結部１が回転し第２連結部２が固定されている場合の作用を図５Ａ〜５Ｄにより説明する。すなわち、第１連結部１の方に駆動源が接続されている場合の動作を説明する。図５も図４と同様に、装置の下部から見た図である。
【００３８】
図５Ａに示す状態は図４Ａと同じである。第１連結部１の第１ストッパーピン６がこの状態から時計方向へ回転する。図５Ｂは回転している途中である。図５Ｃは更に回転して、第１ストッパーピン６が突出部７ｄの第１当接部７ｂに当接した状態である。第１ストッパーピン６が回転した角度はθ１である。
【００３９】
この状態から更に第１連結部１を回転させていくと、第１ストッパーピン６が中間リング７を更に押して、中間リング７を時計方向へ回転させる。これにより、円弧状凹部７ｅの第１当接部７ｆが第２ストッパーピン８から離れていき、図５Ｄに示すように、第２当接部７ｇが第２ストッパーピン８に当接する。これにより、第１ストッパーピン６は、これ以上、時計方向へ回転することができなくなる。この場合も、第１連結部１は第２連結部２に対して、（θ１＋θ２）の角度だけ、回転でき、（θ１＋θ２）は３６０゜を超えることができる。
【００４０】
＜別実施形態＞
本発明に係る関節装置が用いられるロボットについては、特定の用途に限定されるものではない。本実施形態において中間リング７は、第２連結部２に設けられているが、第１連結部１に設けるようにしてもよい。本実施形態では、θ１がθ２よりもかなり大きな角度で設定されているが、角度配分については、適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ１      第１アーム
Ａ２      第２アーム
１        第１連結部
２        第２連結部
３        ラジアル軸受
４        スラスト軸受
５        スラスト軸受
６        第１ストッパーピン
７        中間リング
７ｂ      突出部
７ｃ      第１当接面
７ｄ      第２当接面
７ｅ      円弧状凹部
７ｆ      第１当接面
７ｇ      第２当接面
８        第２ストッパーピン
１０      第１本体
１１      第２本体
２０      第１本体
２１      第２本体
２２      第３本体
【図１】
2012183619.tif 000003
【図２】
2012183619.tif 000004
【図３】
2012183619.tif 000005
【図４Ａ】
2012183619.tif 000006
【図４Ｂ】
2012183619.tif 000007
【図４Ｃ】
2012183619.tif 000008
【図４Ｄ】
2012183619.tif 000009
【図５Ａ】
2012183619.tif 000010
【図５Ｂ】
2012183619.tif 000011
【図５Ｃ】
2012183619.tif 000012
【図５Ｄ】
2012183619.tif 000013
【図６】
2012183619.tif 000014