特許 6154498 制動部を備えた駆動軸を有する産業用ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6154498

(24)【登録日】2017年6月9日

(45)【発行日】2017年6月28日

(54)【発明の名称】制動部を備えた駆動軸を有する産業用ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20170619BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/00 C

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-11756(P2016-11756)

(22)【出願日】2016年1月25日

(62)【分割の表示】特願2014-48885(P2014-48885)の分割

【原出願日】2014年3月12日

(65)【公開番号】特開2016-55430(P2016-55430A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2016年2月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(72)【発明者】

【氏名】木下 聡

(72)【発明者】

【氏名】滝川 隆士

(72)【発明者】

【氏名】主税 慎哉

【審査官】 佐々木 一浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３４１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１６７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１７６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９００９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サーボモータ（１９）と動力出力部（２）との間に動力伝達部が配置された駆動軸を備えた産業用ロボット（１）において、
前記サーボモータに一体的に組込まれた第一制動部（１７）と、
前記サーボモータの出力軸に取付けられた第一歯車（１１）と、
前記動力伝達部の一部として設けられ、前記第一歯車と噛み合う第二歯車（１２）と、
前記第一歯車とは異なる位置で前記第二歯車と噛み合う追加歯車（２１）により前記動力伝達部の動力伝達経路に分岐するように前記動力伝達部に連結された第二制動部（２０）と、
前記第一歯車、前記第二歯車、および前記追加歯車を包含するとともに、内部が潤滑油で満たされたハウジング（３５）と、を具備し、
前記第一制動部および前記第二制動部の両方を用いて前記駆動軸の制動を行う産業用ロボット。

【請求項2】

前記第一歯車および前記追加歯車の回転軸の前記ハウジングの壁部を貫通する部分にそれぞれ配置された第一シール部（３６）及び第二シール部（３７）を具備する、請求項１に記載の産業用ロボット。

【請求項3】

前記第一制動部および前記第二制動部のそれぞれは、単独で前記駆動軸の制動を行う機能を有する、請求項１又は２に記載の産業用ロボット。

【請求項4】

さらに、前記第一制動部のための第一制御回路（３１）および前記第二制動部のための第二制御回路（３２）を具備する、請求項１又は２に記載の産業用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制動部を備えた駆動軸を有する産業用ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

図９は一般的な産業用ロボットの側面図である。図９に示される産業用ロボット１００は六軸垂直多関節ロボットであり、六つの駆動軸Ｊ１〜Ｊ６を有している。ロボットアーム１０１の先端部には、ワークＷを把持または載置するためのハンド１０２が取付けられている。六つの駆動軸を適宜駆動することにより、ハンド１０２を所望位置まで移動させ、それにより、ワークＷを搬送する。

【0003】

図１０は、図９に示される一つの駆動軸Ｊ３の拡大図である。図１０に示される駆動軸Ｊ３においては、サーボモータ９とロボットアーム１０１との間に、複数の歯車１〜４と減速機５とが配置されている。サーボモータ９は、モータ本体８と、モータ本体８に一体的な制動部７とから構成されている。

【0004】

ロボット１００を動作させるときは制動部７を解放状態にしつつ、モータ本体８を駆動して位置制御が行われる。そして、ロボット１００を緊急停止させる必要があるとき、例えば危険回避時や停電や故障時には、制動部７を用いて駆動軸Ｊ３を制動する。

【0005】

図９においては、一つの制動部７がサーボモータ９に組込まれている。特許文献１においては、一つの制動部と一つの追加制動部とがサーボモータに直列に組込まれており、それにより、制動力を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−９５９３９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、従来技術において制動部７自体が故障した場合には、ロボット１００を安全に制動させられない。そのような場合には、図９に矢印で示されるように、ロボットアーム１０１が駆動軸Ｊ３回りに重力で下方に回動し、それにより、ロボットアーム１０１自体により周辺機器が損傷したり、ワークＷがハンドピース１０２から滑落し、周辺機器が損傷する可能性がある。

【0008】

また、特許文献１に開示される構成では、追加制動部は駆動軸の動力伝達経路に割込んで配置されている。このため、追加制動部が故障したり、追加制動部が不要となって取り外す必要が生じた場合でも、追加制動部を取外した状態ではロボットの駆動することができない。また追加制動部の交換作業も煩雑である。

【0009】

また、サーボモータ内部に二つの制動部を組込むことが可能である。しかしながら、この場合には、サーボモータの構造が特殊になるのでサーボモータの価格が増す。さらに、二つの制動部のうちの一方の制動部が故障した場合であっても、一方の制動部のみを単独で交換することはできない。

【0010】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、交換作業が容易な制動部が動力伝達経路に割込むことなしに追加で取付けられた安全な産業用ロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、サーボモータと動力出力部との間に動力伝達部が配置された駆動軸を備えた産業用ロボットにおいて、前記サーボモータに一体的に組込まれた第一制動部と、前記動力伝達部の動力伝達経路に分岐するように前記動力伝達部に歯車もしくはベルトおよびプーリを用いて連結された第二制動部と、を具備し、前記第一制動部および前記第二制動部の両方を用いて前記駆動軸の制動を行う産業用ロボットが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第一制動部および前記第二制動部のそれぞれは、単独で前記駆動軸の制動を行う機能を有する。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記第一制動部のための第一制御回路および前記第二制動部のための第二制御回路を具備する。

【発明の効果】

【0012】

１番目の発明においては、第一制動部および第二制動部の両方を有するので、一方の制動部が故障した場合であっても重力でロボットアームは駆動軸回りに下方に回動せず、従って、ワークが滑落するのを回避すると共に周辺機器が損傷するのを防止できる。それゆえ、安全な産業用ロボットを提供できる。また、第二制動部は、動力伝達経路に割込むことなしに動力伝達経路に分岐するように動力伝達部に連結されているので、第二制動部を単独で着脱できる。従って、第二制動部の交換作業も容易となる。
２番目の発明においては、一方の制動部が故障した場合であっても、ロボットの制動を安全に行うことができる。一方の制動部が故障した場合には、他方の制動部によりロボットの駆動軸を制動した状態で、一方の制動部を交換する。従って、交換作業を安全に行うことができる。
３番目の発明においては、一方の制御回路が故障して制動不能になった場合でも、ロボットの制動作用を安全に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に基づく産業用ロボットの斜視図である。

【図2】本発明の第一の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。

【図3】本発明に基づく産業用ロボットの制御装置を部分的に示すブロック図である。

【図4】本発明の第二の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。

【図5】本発明の第三の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。

【図6】図２の一部分を拡大して示す部分拡大図である。

【図7】本発明の他の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。

【図8】別の産業用ロボットまたは工作機械における一つの直動軸の拡大図である。

【図9】一般的な産業用ロボットの側面図である。

【図10】図９に示される一つの駆動軸の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく産業用ロボットの斜視図である。図１には、複数の関節を備えたロボット１、例えば六軸垂直多関節ロボットが示されている。ロボット１は後述する制御装置３０により制御されるものとする。ロボット１には六個の関節が設けられており、各関節はそれぞれの駆動軸Ｊ１〜Ｊ６で回動または捩り動作することができる。

【0015】

図２は本発明の第一の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。図２には、駆動軸Ｊ１〜Ｊ６を代表して、駆動軸Ｊ３が示されている。図２においては、サーボモータ１９は、モータ本体１８と、モータ本体１８に一体的な第一制動部１７とから構成されている。

【0016】

図２に示されるように、サーボモータ１９の出力軸には第一歯車１１が取付けられている。また、サーボモータ１９とロボットアーム２との間に配置された減速機１５の一側には第二歯車１２が設けられており、他側には第三歯車１３が設けられている。前述した第一歯車１１は、減速機１５の第二歯車１２に係合している。そして、ロボットアーム２に取付けられた第四歯車１４は減速機１５の第三歯車１３に係合している。以下、本願明細書においては、これら第一歯車１１〜第四歯車１４および減速機１５をまとめて、動力伝達部と呼ぶ場合がある。

【0017】

図２においては、サーボモータ１９のモータ本体１８からロボットアーム２まで延びる動力伝達経路Ａが示されている。モータ本体１８で形成される動力は動力伝達経路Ａを通じてロボットアーム２に伝達され、ロボットアーム２を駆動する。このため、ロボットアーム２を動力出力部と呼ぶこともできる。

【0018】

図２に示される第一の実施形態においては、追加歯車２１を備えた第二制動部２０が第二歯車１２に係合するよう配置されている。言い換えれば、第一の実施形態においては、第一歯車１１と追加歯車２１との両方が第二歯車１２に係合している。これら第一歯車１１および追加歯車２１は面一に配置されるのが好ましい。このような構成であるので、モータ本体１８を制動するときには、第一制動部１７および第二制動部２０の両方を使用することができる。

【0019】

図２から分かるように、第二制動部２０は動力伝達経路Ａに分岐するように動力伝達部に連結されている。従って、第二制動部２０はロボット１の駆動に影響を与えず、第二制動部２０を取外した場合であっても、ロボット１を駆動できる。このため、ロボット１の駆動とは無関係に第二制動部２０を着脱できる。従って、第二制動部２０が故障した場合であっても、第二制動部２０のみを容易に交換することが可能である。

【0020】

図１を再び参照すると、駆動軸Ｊ３は水平に延びている。本発明においては、第一制動部１７および第二制動部２０の両方を有するので、一方の制動部が故障した場合であっても、他方の制動部が機能するので、ロボットアーム２が重力で駆動軸Ｊ３回りに下方に回動することはない。従って、ワークＷが滑落するのを回避すると共に周辺機器が損傷するのを防止できる。それゆえ、本発明においては、安全な産業用ロボット１を提供できる。このため、操作者の安全確保でき、工場生産量の維持に貢献することができる。

【0021】

また、図１から分かるように、産業用ロボット１の他の駆動軸Ｊ２、Ｊ５も水平に延びている。従って、これら駆動軸Ｊ２、Ｊ５も重力の影響を受けやすい。このため、駆動軸Ｊ２、Ｊ５についても前述した第二制動部２０を備えるのが好ましい。従って、重力によりロボットアーム２が駆動軸Ｊ２または駆動軸Ｊ５回りに下方に回動するのを避けられ、前述したのと同様な効果が得られるのが分かるであろう。

【0022】

当然のことながら、必ずしも水平でない他の駆動軸Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６に第二制動部２０を備えるようにしてもよい。また、ロボット１の用途に応じて駆動軸Ｊ１〜Ｊ６のうちの少なくとも一つの駆動軸に第二制動部２０を取付けてもよく、第二制動部２０を全ての駆動軸Ｊ１〜Ｊ６に取付けてもよい。さらに、一つの駆動軸に、複数の第二制動部２０を配置することも可能である。

【0023】

ところで、従来技術において説明したように、サーボモータ内部に第一制動部および第二制動部を組込んだ場合には、サーボモータの構造が特殊になるのでサーボモータの価格が増す。さらに、二つの制動部のうちの一方の制動部が故障した場合であっても、一方の制動部のみを単独で交換することはできない。

【0024】

しかしながら、本発明の第二制動部２０はサーボモータ１９の形状に依存しないので、汎用的な制動部を第二制動部２０として採用でき、その結果、価格を下げることができる。また、例えば図２において、第二制動部２０の追加歯車２１の外径を変更することにより、第二制動部２０を種々の寸法の駆動軸に適用することができる。さらに、第二制動部２０の追加歯車２１の歯数を変更することにより、速度比を調整することもできる。従って、第二制動部２０自体のブレーキトルクを変更する必要はなく、ロボット１の駆動軸に対して最適な制動力を得ることも可能である。

【0025】

ところで、第二制動部２０は単独であっても、モータ本体１８を制動するのに十分な機能を有するものとする。このため、一方の制動部１０、２０が故障した場合であっても、他方の制動部２０、１０を用いて、ロボット１を確実に制動することができる。また、一方の制動部が故障した場合には、他方の制動部によりロボット１の駆動軸を制動した状態で、一方の制動部を交換すればよい。従って、制動部１０、２０の交換作業を安全に行うことができる。

【0026】

また、図３は本発明に基づく産業用ロボットの制御装置を部分的に示すブロック図である。図３においては、ロボット１を制御する制御装置３０が示されており、制御装置３０には、一つの駆動軸Ｊ３におけるサーボモータ１９および第二制動部２０が接続されている。図３には示さないものの、他の駆動軸についても同様であるものとする。

【0027】

図３に示されるように制御装置３０はＣＰＵ３３を含んでおり、ＣＰＵ３３は第一制御回路３１および第二制御回路３２に接続されている。第一制御回路３１は第一制動部１７の制動動作を制御し、第二制御回路３２は第二制動部２０の制動動作を制御する。従って、本発明においては、一方の制御回路３１、３２が故障して制動不能になった場合でも、他方の制御回路３２、３１を利用して、対応する制動部２０、１７によりモータ本体１８の駆動作用を制動することができる。従って、本発明においては、ロボット１の制動作用を安全に制御できるのが分かるであろう。

【0028】

前述したように第二制動部２０はロボット１の駆動に影響を与えない。従って、本発明においては、第二制動部２０を動力伝達部の第一歯車１１から第四歯車１４の間のいずれの場所に配置してもよい。図４は本発明の第二の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。図４においては、追加歯車２１が第四歯車１４に係合するように、第二制動部２０が配置されている。また、本発明の第三の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である図５においては、追加歯車２１が第三歯車１３に係合するように、第二制動部２０が配置されている。第二および第三の実施形態においても、前述したのと同様な効果が得られるのは当業者であれば明らかであろう。また、第二制動部２０が、第二歯車１２、第三歯車１３および第四歯車１４のそれぞれに対して配置されていてもよい。

【0029】

ところで、図２等に示されるように動力伝達部が歯車を含む場合には、それら歯車のための潤滑油が必要とされる。しかしながら、潤滑油が第一制動部１７および第二制動部２０に到達すると、これら制動部が故障する可能性がある。

【0030】

ここで、図６は図２の一部分を拡大して示す部分拡大図である。図６に示されるように、本発明においては、減速機１５と第一制動部１７および第二制動部２０との間の領域は、ハウジング３５に包含されている。このため、第一歯車１１、第二歯車１２および追加歯車２１はハウジング３５内に位置している。ハウジング３５は潤滑油で満たされているものとする。そして、第一歯車１１および追加歯車２１の回転軸には、第一シール部３６および第二シール部３７がそれぞれ配置されている。

【0031】

本発明においては、第一制動部１７および第二制動部２０が独立したシール部３６、３７を備えているので、ハウジング３５内の潤滑油が第一制動部１７および第二制動部２０に同時に到達する可能性は低く、従って、これら制動部が同時に故障するリスクを低減できる。

【0032】

図７は本発明の他の実施形態における一つの駆動軸の拡大図である。図７においては、歯車の代わりに、プーリおよびベルトにより、サーボモータ１９の動力がロボットアーム２に伝達されている。すなわち、サーボモータ１９の出力軸には第一プーリ１１’が取付けられている。また、サーボモータ１９とロボットアーム２との間に配置された減速機１５の一側には第二プーリ１２’が設けられており、他側には第三プーリ１３’が設けられている。

【0033】

図７に示されるように、第一プーリ１１’および第二プーリ１２’には、第一ベルト４１が巻回されている。そして、ロボットアーム２に取付けられた第四プーリ１４’および減速機１５の第三プーリ１３’には、第二ベルト４２が巻回されている。

【0034】

さらに、図７においては、第五プーリ１６’が第四プーリ１４’と同軸に配置されている。そして、第五プーリ１６’および第二制動部２０の追加プーリ２１’には、第三ベルト４３が巻回されている。

【0035】

図７に示される他の実施形態においては、第三プーリ１３’が第二ベルト４２を介して第四プーリ１４’に係合すると共に、追加プーリ２１’が第三ベルト４３を介して、第四プーリ１４’と同軸の第五プーリ１６’に係合している。このため、モータ本体１８を制動するときには、第一制動部１７および第二制動部２０の両方を使用できる。

【0036】

図７に示される他の実施形態においても、第二制動部２０はロボット１の駆動に影響を与えず、第二制動部２０を取外した場合であっても、ロボット１を駆動できる。従って、前述したのと同様な効果が得られるのが分かるであろう。

【0037】

図８は別の産業用ロボットまたは工作機械における一つの直動軸の拡大図である。図８においては、サーボモータ１９の動力をボールネジを用いてテーブル４７に伝達している。このため、図８に示される構成は工作機械または図１とは別の産業用ロボットにて適用されるものとする。

【0038】

図８においては、ボールネジのネジ５５の両端部に歯車５１、５２がそれぞれ取付けられている。そして、ネジ５５に螺合するナット５６にはテーブル５７が結合されている。なお、テーブル５７の代わりに、ロボットアームがナット５６に結合されていてもよい。

【0039】

図８においては、サーボモータ１９の第一歯車１１がネジ５５の一方の歯車５１に係合している。そして、第二制動部２０の追加歯車２１がネジ５５の他方の歯車５２に係合している。従って、ネジ５５は歯車５１、５２を介して第一歯車１１と追加歯車２１との両方に係合している。このような構成であるので、モータ本体１８を制動するときには、第一制動部１７および第二制動部２０の両方を使用することができる。

【0040】

図８においても、第二制動部２０はテーブル５７の駆動に影響を与えず、第二制動部２０を取外した場合であっても、テーブル５７を駆動できる。従って、前述したのと同様な効果が得られるのが分かるであろう。また、ボールネジや、ベルト／プーリ以外の形式の動力伝達部を採用する場合であっても、本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１ ロボット
２ ロボットアーム（動力出力部）
１１ 第一歯車
１１’ 第一プーリ
１２ 第二歯車
１２’ 第二プーリ
１３ 第三歯車
１３’ 第三プーリ
１４ 第四歯車
１４’ 第四プーリ
１５ 減速機
１６’ 第五プーリ
１７ 第一制動部
１８ モータ本体
１９ サーボモータ
２０ 第二制動部
２１ 追加歯車
３１ 第一制御回路
３２ 第二制御回路
３３ ＣＰＵ
３５ ハウジング
３６ 第一シール部
３７ 第二シール部
４１ 第一ベルト
４２ 第二ベルト
４３ 第三ベルト
５１、５２ 歯車
５５ ネジ
５６ ナット
５７ テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】