特開 2022-63521 回転ジョイントおよび回転ジョイントを有するマニピュレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022063521

(43)【公開日】2022-04-22

(54)【発明の名称】回転ジョイントおよび回転ジョイントを有するマニピュレータ

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20220415BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20220415BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 B

B25J17/00 E

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020171828

(22)【出願日】2020-10-12

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】520396197

【氏名又は名称】株式会社石黒エンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】有田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】竹原 直哉

(72)【発明者】

【氏名】有田 雅比古

(72)【発明者】

【氏名】石黒 秀人

【テーマコード（参考）】

3C707

3J027

【Ｆターム（参考）】

3C707CX01

3C707CX03

3C707CY03

3C707HS27

3C707HT26

3J027FA36

3J027FB31

3J027GA01

3J027GB06

3J027GC07

3J027GC13

3J027GC22

3J027GD04

3J027GD07

3J027GD13

3J027GE11

3J027GE23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マニピュレータ用の関節として機能する回転ジョイントを提供する。
【解決手段】回転ジョイント１００は、筐体１１０、入力回転体１３０、駆動モータ１５０、および出力回転体１９０を備える。入力回転体は筐体の少なくとも一部を囲む。駆動モータは筐体に固定され、入力回転体を囲み、入力回転体を筐体の少なくとも一部の周りで回転させる。出力回転体は駆動モータを囲み、筐体から少なくとも一部が露出し、入力回転体の回転軸と同軸に回転する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体、
前記筐体の少なくとも一部を囲む筒状の入力回転体、
前記筐体に固定され、前記入力回転体を囲み、前記入力回転体を前記筐体の前記少なくとも一部の周りで回転させる駆動モータ、および
前記駆動モータを囲み、前記筐体から少なくとも一部が露出し、前記入力回転体の回転軸と同軸に回転する出力回転体を備える回転ジョイント。

【請求項2】

前記筐体は、前記回転軸に沿って延伸する貫通孔を有する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項3】

前記入力回転体の回転駆動力を前記出力回転体へ伝達する減速機をさらに備える、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項4】

前記筐体と前記出力回転体の間に第１のオイルシールを有し、
前記筐体と前記入力回転体の間に第２のオイルシールを有する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項5】

前記筐体と前記出力回転体の間に第１のベアリングを有し、
前記筐体と前記入力回転体の間に第２のベアリングを有し、
前記第１のベアリングと前記第２のベアリングは、いずれも接着剤によって固定される、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項6】

前記駆動モータは、接着剤によって前記筐体に固定される、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項7】

前記出力回転体は、前記回転軸に垂直な方向に延伸するねじ穴を有する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項8】

前記筐体は、前記出力回転体を挟むように配置される一対のねじ穴を有し、
前記一対のねじ穴は、前記筐体の外表面から前記回転軸に対して垂直に延伸する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項9】

請求項１に記載の回転ジョイント、および
前記回転ジョイントの前記出力回転体に連結される第１のアームを備えるマニピュレータ。

【請求項10】

請求項１に記載の回転ジョイント、および
前記回転ジョイントの前記筐体に連結される第２のアームを備え、
前記筐体は、前記出力回転体を挟むように配置され、前記筐体の外表面から前記回転軸に対して垂直に延伸する一対のねじ穴を有し、
前記第２のアームは、前記一対のねじ穴を介して固定されるマニピュレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態の一つは、マニピュレータの関節部として機能する回転ジョイントおよびこの回転ジョイントを含むマニピュレータに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、産業用のマニピュレータ（ロボット）が様々な分野で利用されている。マニピュレータは、複数のアーム（リンク）、およびアーム同士を連結する関節を基本的な構成として有している。関節は、連結される二つのアームが延伸する方向の間の角度（オフセット角）を変化させる、または連結されるアーム同士のねじれ角を変化させ、これにより、末端のアームに取り付けられるエンドエフェクタを任意の場所に移動することができる。各関節にはモータが取り付けられ、モータを適宜動作させることで産業用ロボットの動きが制御される（特許文献１から３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－０４０４６０号公報

【特許文献2】特開２０１２－２４１７２３号公報

【特許文献3】特開２０１５－１６１３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態の一つは、マニピュレータ用の関節として機能する、新規構造を有する回転ジョイントを提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、コンパクトな形状のマニピュレータを構成することができる回転ジョイントを提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、上記回転ジョイントを含むマニピュレータを提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態の一つは、回転ジョイントである。この回転ジョイントは、筐体、入力回転体、駆動モータ、および出力回転体を備える。入力回転体は筐体の少なくとも一部を囲む。駆動モータは筐体に固定され、入力回転体を囲み、入力回転体を筐体の上記少なくとも一部の周りで回転させる。出力回転体は駆動モータを囲み、筐体から少なくとも一部が露出し、入力回転体の回転軸と同軸に回転する。

【0006】

本発明の実施形態の一つは、マニピュレータである。このマニピュレータは、回転ジョイント、および回転ジョイントに連結される第１のアームを備える。回転ジョイントは、筐体、入力回転体、駆動モータ、および出力回転体を備える。入力回転体は筐体の少なくとも一部を囲む。駆動モータは筐体に固定され、入力回転体を囲み、入力回転体を筐体の上記少なくとも一部の周りで回転させる。出力回転体は駆動モータを囲み、筐体から少なくとも一部が露出し、入力回転体の回転軸と同軸に回転する。第１のアームは、回転ジョイントの出力回転体に連結される。

【0007】

本発明の実施形態の一つは、マニピュレータである。このマニピュレータは、回転ジョイント、および第２のアームを備える。回転ジョイントは、筐体、入力回転体、駆動モータ、および出力回転体を備える。入力回転体は筐体の少なくとも一部を囲む。駆動モータは筐体に固定され、入力回転体を囲み、入力回転体を筐体の上記少なくとも一部の周りで回転させる。出力回転体は駆動モータを囲み、筐体から少なくとも一部が露出し、入力回転体の回転軸と同軸に回転する。筐体は、出力回転体を挟むように配置され、筐体の外表面から回転軸に対して垂直に延伸する一対のねじ穴を有する。第２のアームは、一対のねじ穴を介して固定される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイント、および回転ジョイントを含むマニピュレータの模式的斜視図。

【図2】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの構造を示す概念図。

【図3】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの模式的斜視図。

【図4】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの模式的断面斜視図。

【図5】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの模式的断面図。

【図6】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの一部の模式的断面図。

【図7】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの一部の模式的断面図。

【図8】本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイントの一部の模式的断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態に係る回転ジョイント１００および回転ジョイント１００を含むマニピュレータ２００について、図面等を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

【0010】

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一または類似する構成を有する複数の要素を個別に表す場合には符号にハイフンと自然数を用い、これら複数の要素を区別することなく、複数または個々の要素を表す場合には符号のみを用いる。また、一つの要素の部分を表す場合には、符号と小文字のアルファベットを用いる。

【0011】

本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

【0012】

以下、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。

【0013】

１．マニピュレータ
図１に回転ジョイント１００および回転ジョイント１００を含むマニピュレータ２００の模式的斜視図を示す。詳細は後述するが、この図においては、回転ジョイント１００に関しては、その構成の一部である筐体１１０と出力回転体１９０が図示されている。

【0014】

回転ジョイント１００は、全体として円柱形状を有しており、筐体１１０の一部はこの円柱形状の側面の一部を構成する。出力回転体１９０は円筒形状を有し、回転ジョイント１００の円柱形状の側面の一部を構成する。後述するように、出力回転体１９０は、この円柱形状の中心軸（円柱形状の上面と底面の中心を貫通する軸であり、図中、ｘ方向に平行な回転軸Ａ_r）を中心に筐体１１０の一部の周りを回転する（図中、矢印２１６）。出力回転体１９０は、ｘ方向において筐体１１０の一部に挟まれるように配置される。ここで、円柱とは互いに平行な上面と底面、および上面と底面を接続する湾曲した側面から形成される三次元形状を指す。上面、底面、および側面の上面または底面に平行な断面は円であり、側面は、上面と底面の中心を貫通する軸に対して垂直な法線を有する面である。以下、便宜上、ｘ方向においてより正側の面（図１に図示される右側の面）を上面とし、これに対向する図示されない面を底面とする。

【0015】

回転ジョイント１００には、少なくとも二つのアーム２０２を連結することができる。一方のアーム２０２－１は、出力回転体１９０に直接、またはコネクタ２０４などの間接部材を介し、ねじなどによって連結される。アーム２０２－１またはコネクタ２０４には、アーム２０２－１が延伸する方向に延伸する回転軸（アーム回転軸）を中心にアーム２０２－１を回転させるモータ（図示しない）を内蔵することができ、これにより、出力回転体１９０の回転による回転軸Ａ_rを中心とする回転機能（図中、矢印２０８）、および内臓モータによるアーム回転軸を中心とする回転機能（図中、矢印２１０）をアーム２０２－１に付与することができる。

【0016】

アーム２０２－１を出力回転体１９０に連結することにより、回転ジョイント１００が有する円柱形状の上面または底面ではなく側面からアーム２０２－１を延伸させることができる。このため、回転ジョイント１００との連結時にアーム２０２－１をｘ方向にオフセットさせる必要がなく、マニピュレータ２００がｘ方向に嵩張ることを防ぐことができ、コンパクトな形状を有するマニピュレータを提供することができる。図示しないが、アーム２０２－１の回転ジョイント１００とは反対の端部には、エンドエフェクタを連結してもよい。

【0017】

他方のアーム２０２－２は、筐体１１０に連結される。ここで、アーム２０２－２は、筐体１１０が構成する円柱形状の上面や底面ではなく、側面に連結される。より具体的には、筐体１１０の出力回転体１９０を挟持する部分のうち、回転軸Ａ_rに対して垂直な法線を有する表面にアーム２０２－２が直接、またはコネクタ２０６を介して連結される。アーム２０２－２またはコネクタ２０６にはモータ（図示しない）が内蔵され、このモータによってアーム２０２－２が延伸する方向に延伸する回転軸を中心とする回転機能（図中、矢印２１２）がアーム２０２－２に与えられる。この回転機能により、回転ジョイント１００とアーム２０２－１をアーム２０２－２の回転軸を中心に回転することができる。

【0018】

上述したように、アーム２０２－２は筐体１１０が構成する円柱形状の上面や底面ではなく側面に固定される。このため、回転ジョイント１００との連結時にアーム２０２－２をｘ方向にオフセットさせる必要がない。また、アーム２０２－２の固定の際、回転ジョイント１００をｘ方向において挟持するクランプなどの固定部材を使用する必要がない。このため、マニピュレータ２００がｘ方向に嵩張ることを防ぐことができ、コンパクトな形状を有するマニピュレータを提供することができる。

【0019】

２．回転ジョイント
以下、回転ジョイント１００の構造を図２から図８を用いて説明する。図２は回転ジョイント１００の構造を説明するための概念図であり、図３（Ａ）と図３（Ｂ）は回転ジョイント１００の一例の全体を表す模式的斜視図である。図２では、見やすさを考慮し、筐体１１０は一部のみが示されており、出力回転体１９０は点線で示されている。図４と図５はそれぞれ回転ジョイント１００の一例の模式的な断面斜視図と断面図である。図６は図５に対応する模式的断面図であり、ここでは、筐体１１０以外の部材は点線で示されている。図７と図８は、回転ジョイント１００の一例の一部の模式的断面図である。

【0020】

２－１．概要
回転ジョイント１００は、上述した筐体１１０と出力回転体１９０に加え、入力回転体１３０と駆動モータ１５０を基本的な構成として備える（図２）。回転ジョイント１００はさらに、入力回転体１３０の回転駆動力を出力回転体１９０に伝達する減速機１７０を有することができる。駆動モータ１５０によって入力回転体１３０が筐体１１０の一部の周りを円周状に回転する。入力回転体１３０の回転駆動力は減速機１７０を介して出力回転体１９０に伝達することができ、出力回転体１９０が筐体１１０の一部、入力回転体１３０、および駆動モータ１５０を囲みながら、これらの周りを円周状に回転する。出力回転体１９０と入力回転体１３０の回転軸は同軸であり、回転軸Ａ_rである。

【0021】

後述するように、回転ジョイント１００はさらに、出力回転体１９０の位置を判断するためのエンコーダ１６０、回転ジョイント１００の円柱形状の上面と底面に相当する部分にサイドキャップ１１２などを任意の構成として備えてもよい（図３（Ａ）から図６参照）。また、図示しないが、入力回転体１３０や出力回転体１９０の動作を停止するためのブレーキを設けてもよい。

【0022】

２－２．筐体
（１）構造と機能
筐体１１０の構成や構造に制約はないが、図４と図５に示すように、筐体１１０は、筐体１１０内に固定される駆動モータ１５０と減速機１７０を固定し、可動部である入力回転体１３０と出力回転体１９０を収容するように構成される。また、筐体１１０は、その一部が入力回転体１３０に囲まれ、入力回転体１３０の内部を覆うように構成される。さらに、筐体１１０は、一部がｘ方向において出力回転体１９０を挟むように構成される。筐体１１０は、円柱形状の上面と底面に相当する部分においてサイドキャップ１１２を固定できるように構成されてもよい。

【0023】

例えば図６に示すように、筐体１１０の一部であるパーツ１１０ａは、入力回転体１３０を挟み込むように収容し、入力回転体１３０の内側を覆うことで入力回転体１３０を保護するとともに、減速機１７０を固定する支持体として機能する。

【0024】

筐体１１０の他の一部であるパーツ１１０ｂは、筐体１１０に十分な物理的強度を付与するとともに、ｘ方向において出力回転体１９０の側面を覆い、出力回転体１９０を挟む。パーツ１１０ｂと出力回転体１９０の外表面（回転軸Ａ_rに垂直な法線を有する外表面）によって円柱形状の側面が構成される。パーツ１１０ｂと出力回転体１９０の外表面は、同一曲面上であってもよい。すなわち、回転軸Ａ_rに対して垂直な方向において、回転軸Ａ_rから筐体１１０の外表面までの距離と、回転軸Ａ_rから出力回転体１９０の外表面までの距離は同一でもよい。あるいは、これらの距離の差は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。このように筐体１１０と出力回転体１９０を構成することにより、デザイン性が向上するだけでなく、アーム２０２の回転時にアーム２０２と筐体１１０との干渉を防ぐことができる。なお、ここで、各部材の外表面とは、回転軸Ａ_rに対して垂直な方向において回転軸Ａ_rから遠い方の面を指す。

【0025】

筐体１１０のさらに他の部分であるパーツ１１０ｃは、パーツ１１０ｂと協同的に駆動モータ１５０や入力回転体１３０を覆うことでこれらを保護するとともに、エンコーダ１６０を固定するための支持体として用いることができる。

【0026】

筐体１１０のさらに他の部分であるパーツ１１０ｄは、サイドキャップ１１２を固定するためのリブとして機能することができる。パーツ１１０ｄは、サイドキャップ１１２を筐体１１０の他の部分（例えばパーツ１１０ａ、１１０ｂなど）から離隔して回転ジョイント１００内部に空間１１８を形成するように構成することができる。パーツ１１０ｄには回転軸Ａ_rが通る開口を設けることができ、これにより、サイドキャップ１１２を取り外すことで空間１１８をｘ方向に開放することができる。

【0027】

上述したパーツ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは機能によって定義されており、必ずしも物理的に分離可能である必要は無い。また、筐体１１０は、上述したパーツ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ以外のパーツを含んでもよい。したがって、筐体１１０は一体化された一つの構造体であってもよく、複数のパーツがボルトまたは接着剤などによって固定されることで構成されてもよい。例えば、上述したパーツ１１０ａから１１０ｄは一体化されていてもよく、あるいは互いに接続された独立した部材であってもよい。筐体１１０は鉄やアルミニウム、チタンなどの金属材料やステンレスなどの合金材料で構成してもよく、あるいは繊維強化プラスチックなどの高分子を含む材料で構成してもよい。

【0028】

（２）貫通孔
図２や図４、図５に示されるように、筐体１１０は、回転軸Ａ_rに沿って延伸し、空間１１８と繋がる貫通孔１１０ｆを有してもよい。貫通孔１１０ｆの大きさは任意に設定でき、例えばその直径は、１ｃｍ以上２０ｃｍ以下の範囲から適宜選択すればよい。貫通孔１１０ｆを設けることで、回転ジョイント１００は所謂中空構造を有することになり、この貫通孔１１０ｆを利用することで、アーム２０２－１、２０２－２を駆動するモータやこれらに搭載されるセンサのための電源ケーブルを貫通孔１１０ｆを通して配置することができる。その結果、マニピュレータ２００の電源ケーブルが外部に露出する部分を大幅に低減することができる。このことは、高いデザイン性を有するマニピュレータ２００の提供のみならず、電源ケーブルの干渉による事故や動作不良を防止することにも寄与する。

【0029】

（３）開口
筐体１１０にはさらに、駆動モータ１５０を電源と接続するための電源ケーブルやアーム２０２から延伸する電源ケーブルを挿入するための開口１１０ｇを設けることができる（図２、図４、図５参照）。開口１１０ｇは、筐体１１０の外表面のうち、回転軸Ａ_rに対して垂直な法線を有する表面に設けられる。貫通孔１１０ｆが設けられる場合には、開口１１０ｇは貫通孔１１０ｆへ繋がるように形成され、空間１１８は開口１１０ｇへ繋がる。

【0030】

開口１１０ｇは少なくとも二つ、好ましくは４つまたはそれ以上設けられる。開口１１０ｇを二つ設ける場合には、開口１１０ｇはいずれも出力回転体１９０に対して同じ側に設けられ、かつ、二つの開口１１０ｇが回転軸Ａ_rを介して重なるように配置すればよい。二つの開口１１０ｇは空間１１８を介して繋がり、電源ケーブルを一方の開口１１０ｇから空間１１８を介して他方の開口１１０ｇへ通すことができる。開口１１０ｇを四つ設ける場合には、一方の対の開口１１０ｇを出力回転体１９０に対して一方の側に設け、かつ、これらの開口１１０ｇが回転軸Ａ_rを介して互いに重なるように配置する。一方、他方の対の開口１１０ｇは、出力回転体１９０に対して一方の対の開口１１０ｇとは反対側に設け、かつ、他方の対の開口１１０ｇ同士が回転軸Ａ_rを介して互いに重なるように配置する。いずれの対の開口１１０ｇも空間１１８と繋がるため、電源ケーブルを上面側と底面側の両方に配することが可能となり、配線の配置自由度を向上させることができる。

【0031】

（４）ねじ穴
筐体１１０にはさらに、アーム２０２－２との接続のためのねじ穴１１０ｅを設けることができる（図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４）。ねじ穴１１０ｅは、筐体１１０の回転軸Ａ_rに垂直な法線を有する外表面、すなわち、円柱形状の側面を構成する面から回転軸Ａ_rに対して垂直な方向に延伸する。ねじ穴１１０ｅは少なくとも二つ設けることが好ましく、四つのねじ穴１１０ｅを設けてもよい。二つのねじ穴１１０ｅを設ける場合、これらは出力回転体１９０を挟むように設けられる。四つのねじ穴１１０ｅを設ける場合には、一方の対のねじ穴１１０ｅを出力回転体１９０の一方の側に設け、他方の対のねじ穴１１０ｅを出力回転体１９０の他方の側に設ける。好ましくは、一対のねじ穴１１０ｅが開口１１０ｇを挟むように設ける。このようにねじ穴１１０ｅを設けることで、開口１１０ｇの近傍に一対のねじ穴１１０ｅを配置できるので、アーム２０２－２を確実に連結できるのみならず、アーム２０２－２から延伸する電源ケーブルがマニピュレータ２００から露出する部分の長さを低減することができる。

【0032】

２－３．入力回転体
入力回転体１３０は、少なくとも筐体１１０の一部（例えば上述したパーツ１１０ａ）を囲む筒状の形状を有し、筐体１１０の一部の周りを円周状に回転するように配置される（図２、図４、図５）。入力回転体１３０には永久磁石が配置されており、駆動モータ１５０に流れる電流による誘導作用によって駆動される。

【0033】

入力回転体１３０の大きさに制約はなく、その内径は入力回転体１３０によって囲まれる筐体１１０の一部（例えば、パーツ１１０ａ）の外径以上であればよい。入力回転体１３０の外径は、例えば３ｃｍよりも大きく５０ｃｍ以下の範囲で選択することができる。入力回転体１３０の長さ（ｘ方向における長さ）も任意に設定でき、例えば１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下の範囲から選択すればよい。

【0034】

２－４．駆動モータ
駆動モータ１５０は、入力回転体１３０を回転させるための筒状の形状を有するモータであり、筐体１１０に固定され、入力回転体１３０の外周の少なくとも一部を囲むように設けられる。駆動モータ１５０が形成する円筒の形状の中心軸は、回転軸Ａ_rと同軸でもよい。駆動モータ１５０には、空間１１８と開口１１０ｇを経由する電源ケーブルを介して外部電源から電源が供給され、この電気エネルギーが入力回転体１３０の回転に利用される。

【0035】

駆動モータ１５０の固定方法は任意であり、ねじで固定してもよく、接着剤を用いて固定してもよい。後者の場合、図７に示すように、筐体１１０の駆動モータ１５０が接触する面に溝１１０ｉを設け、この溝１１０ｉに接着剤を注入してもよい。これにより、十分な量の接着剤で駆動モータ１５０の固定ができるため、回転ジョイント１００内に駆動モータ１５０を強固に固定することができる。また、ねじを用いる必要がなくなるため、回転ジョイント１００の軽量化が可能となる。

【0036】

２－５．減速機
減速機１７０は、入力回転体１３０の回転数を減じるとともに、入力回転体１３０から得られる回転駆動力を出力回転体１９０に伝達し、入力回転体１３０の回転数よりも低い回転数で出力回転体１９０を回転するように構成される。減速機１７０は、出力回転体１９０の回転方向が入力回転体１３０の回転方向と同一になるように構成されていてもよく、回転方向が互いに反対になるように構成されていてもよい。

【0037】

減速機１７０の構成にも制約はなく、例えばサーキュラスプライン１７０ａ、ウェーブジェネレータ１７０ｂ、およびフレキシブルスプライン１７０ｃなどによって構成することができる（図５）。サーキュラスプライン１７０ａとフレキシブルスプライン１７０ｃはそれぞれ出力回転体１９０と筐体１１０に固定される。一方、ウェーブジェネレータ１７０ｂは、入力回転体１３０に直接または間接的に接続される。減速機１７０の固定方法は任意に選択され、接着剤やボルト、ねじなどを用いて行えばよい。図４と図５に示した例では、入力回転体１３０にはモータ軸１３２が接続され、モータ軸１３２を介して入力回転体１３０がウェーブジェネレータ１７０ｂにボルトによって固定される。したがって、入力回転体１３０の回転はモータ軸１３２を介してウェーブジェネレータ１７０ｂに伝達される。同様に、フレキシブルスプライン１７０ｃもボルトによって筐体１１０に固定される。サーキュラスプライン１７０ａの内側とフレキシブルスプライン１７０ｃの外側には歯が刻まれているが、後者の歯数は前者の歯数より多いため、入力回転体１３０の回転数よりも少ない回転数でサーキュラスプライン１７０ａが回転し、これに伴い、減速機１７０によって増大されたトルクで出力回転体１９０が回転する。

【0038】

２－６．出力回転体
出力回転体１９０は、外観が概ね筒状の形状を有する回転体であり、その筒状形状の内部に入力回転体１３０によって囲まれる筐体１１０の一部のみならず、駆動モータ１５０、入力回転体１３０が配置される（図２、図４、図５）。換言すると、出力回転体１９０は、筐体１１０の一部、駆動モータ１５０、および入力回転体１３０を囲むように構成される。入力回転体１３０の回転が減速機１７０によって出力回転体１９０に伝達され、その結果、出力回転体１９０が筐体１１０の一部、入力回転体１３０、および駆動モータ１５０の周囲を円周状に回転する。出力回転体１９０の回転軸は入力回転体１３０のそれと同軸であり、いずれの回転体も回転軸Ａ_rを中心として回転する。出力回転体１９０に含まれる材料としては、例えば鉄やアルミニウム、チタンなどの金属、あるいはステンレスなどの合金が挙げられる。

【0039】

出力回転体１９０は、少なくとも一部が筐体から露出し、その露出した面、すなわち、外表面（回転軸Ａ_rに対して垂直な法線を有する面）にもアーム２０２－１との接続のためのねじ穴１９０ａを設けることができる（図３（Ａ）から図５）。ねじ穴１９０ａは、出力回転体１９０の外表面から回転軸Ａ_rに対して垂直な方向に延伸する。ねじ穴１９０ａは少なくとも二つ設けることが好ましく、四つのねじ穴１９０ａを設けてもよい。二つのねじ穴１９０ａを設ける場合、これらは回転軸Ａ_rに平行な直線上に位置するように配置される。四つのねじ穴１１０ｅを設ける場合には、一方の対のねじ穴１９０ａが回転軸Ａ_rに平行な直線上に位置するように配置され、他方のねじ穴１９０ａも回転軸Ａ_rに平行な異なる直線上に位置するように配置される。さらに、一方の対のねじ穴１９０ａの一つと他方の対のねじ穴１９０ａの一つが回転軸Ａ_r上の一点を中心とする円周上に配置され、一方の対のねじ穴１９０ａの他方と他方の対のねじ穴１９０ａの他方が回転軸Ａ_r上の一点を中心とする異なる円周上に配置される。このようにねじ穴１９０ａを設けることで、アーム２０２－１を出力回転体１９０に確実に連結することができる。

【0040】

２－７．エンコーダ
任意の構成であるエンコーダ１６０の構成に制約はなく、光学式エンコーダでもよく、磁気式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダでもよい。磁気式エンコーダの場合には、図５に示すように、エンコーダ１６０は、磁気パターニングされた磁気リング１６０ａ、磁気リング１６０ａの磁界を検知する磁気センサ１６０ｂ、および磁気センサ１６０ｂを制御するエンコーダ基板１６０ｃなどで構成することができる。磁気リング１６０ａは入力回転体１３０または入力回転体１３０に固定されて同時に回転する部材（例えばモータ軸１３２）に取り付けられ、入力回転体１３０と共に回転する。一方、磁気センサ１６０ｂとエンコーダ基板１６０ｃは筐体１１０に固定される。磁気リング１６０ａの回転による磁界の変化が磁気センサ１６０ｂによって検出され、この変化をエンコーダ基板１６０ｃによって処理することで、入力回転体１３０の回転回数と位置を算出し、このデータに基づいて出力回転体１９０の筐体１１０に対する相対的位置が決定される。図示しないが、エンコーダ１６０の磁気リング１６０ａを出力回転体１９０またはこれに固定される部材に取り付け、出力回転体１９０の回転による磁気変化を磁気センサ１６０ｂによって検出するよう、回転ジョイント１００を構成してもよい。

【0041】

２－８．サイドキャップ
任意の構成であるサイドキャップ１１２は、回転軸Ａ_rに対して垂直な主面を有し、回転ジョイント１００の円柱形状の上面や底面を構成するように配置することができる。サイドキャップ１１２は、筐体１１０に対し、摩擦力のみ、あるいはねじ１１４、１１６を用いて着脱できるように取り付けられる（図３（Ａ）、図３（Ｂ））。サイドキャップ１１２は、開口１１０ｇと繋がる空間１１８の側壁として機能することができ、取り外すことで空間１１８をｘ方向に開放できるように設けられる。したがって、サイドキャップ１１２を取り外すことにより、空間１１８内に配される電源ケーブルを視認することができ、その結果、電源ケーブルの状態を容易に確認することが可能となる。

【0042】

図示しないが、サイドキャップ１１２には、筐体１１０の貫通孔１１０ｆとｘ方向において重なる貫通孔を設けてもよい。サイドキャップ１１２に貫通孔を設けることで、アーム２０２－１と電源を接続する電源ケーブルをサイドキャップ１１２の貫通孔から筐体１１０の貫通孔１１０ｆへ延伸させることができるため、電源ケーブルがマニピュレータ２００から露出する部分の長さを低減することができる。

【0043】

２－９．ベアリング
回転ジョイント１００には、回転可能な部分として入力回転体１３０と出力回転体１９０を備える。このため、これらの回転体を円滑に回転させるため、ベアリングを設けてもよい。ベアリングの配置は任意であるが、例えば図５に示すように、一対のベアリング１４０、１４２を出力回転体１９０と筐体１１０の間に設けることができる。同様に、一対のベアリング１４４と１４６を入力回転体１３０と筐体１１０の間に設けることができる。ベアリングの構造や数に制約はなく、任意の構成を備えるベアリングを用いればよい。例えば出力回転体１９０と筐体１１０の間に三つ以上のベアリングを設けてもよい。

【0044】

これらのベアリング１４０、１４２、１４４、１４６は、筐体１１０に設けられる段差に噛み合うように設けることができる。例えば図５の部分拡大図（図８）に示すように、回転軸Ａ_rに垂直な断面が回転軸Ａ_rと同心円となる面とこれに対し垂直な面によって形成される段差１１０ｈを筐体１１０に設け、この段差１１０ｈに噛み合うようにベアリング１４０、１４２を配置することができる。すなわち、段差１１０ｈを構成する筐体１１０の二つの面がベアリング１４０または１４２と同時に接するように、ベアリング１４０、１４２を配置することができる。図示しないが、ベアリング１４４、１４６に関しても同様である。このような配置を採用することで、ベアリングを安定的に筐体１１０内に配置することができる。

【0045】

ベアリング１４０、１４２、１４４、１４６の固定方法は任意であり、単に物理的に配置するだけでもよく、ねじや接着剤で固定してもよい。接着剤で固定する場合には、筐体１１０、入力回転体１３０、および／または出力回転体１９０のベアリングと接触する面に溝を形成し、この溝に接着剤を注入することでベアリングを固定してもよい。例えば図８に示すように、出力回転体１９０のベアリング１４０と接触する面の一部に溝１９０ｂを設け、この溝１９０ｂに図示しない接着剤を注入すればよい。同様に、筐体１１０がベアリング１４２と接触する面の一部に溝１１０ｉを設け、この溝１１０ｉに接着剤を注入してもよい。図示しないが、入力回転体１３０のベアリング１４４または１４６と接触する面の一部に溝を形成し、この溝に接着剤を塗布してもよく、同様に、筐体１１０のベアリング１４０、１４２と接触する面に溝を形成し、この溝に接着剤を設けてもよい。このように、ベアリングが接触する部材の面に溝を設けて接着剤を注入することで、十分な量の接着剤でベアリングの固定ができるため、回転ジョイント１００内にベアリングを強固に固定することができる。また、ねじを用いる必要がなくなるため、回転ジョイント１００の軽量化が可能となる。

【0046】

２－１０．オイルシール
減速機１７０には、摩耗を防止するために比較的多量のオイルが用いられる。このオイルが外部に漏れ出す、あるいは駆動モータ１５０へ浸入することを防ぐため、オイルシールを設けることができる。オイルシールの数や構造、配置も適宜選択することができる。図５に示す例では、外部への漏れを防止するためのオイルシール１２０、１２６が筐体１１０と出力回転体１９０の間に設けられ、さらに駆動モータ１５０への浸入を防止するためのオイルシール１２２、１２４が筐体とモータ軸１３２の間に設けられている。オイルシールはリング状の形状を有し、その断面（回転ジョイント１００に配置した際、回転軸Ａ_rに対して平行な断面）は、オイルシールの外側において平坦面であり、内側は尖っている。回転ジョイント１００では、固定部である筐体１１０がオイルシールの外側と接触するようにこれらのオイルシール１２０、１２２、１２４、１２６を配置してもよく、あるいは内側が筐体１１０と接するように配置してもよい。

【0047】

以上述べたように、本発明の実施形態の一つに係る回転ジョイント１００は、同軸で筐体１１０の周りを回転する入力回転体１３０と出力回転体１９０を備え、出力回転体１９０が入力回転体１３０を取り囲みながら入力回転体１３０の周りを円周状に回転する。入力回転体１３０を駆動する筒状の駆動モータ１５０の中心軸は、入力回転体１３０と出力回転体１９０の回転軸Ａ_rと同軸でもよい。さらに、出力回転体１９０は、回転軸Ａ_rに垂直な法線を有する外表面にアームが連結されるように構成され、筐体１１０は、回転軸Ａ_rに垂直な法線を有する外表面に他のアームが連結されるように構成される。このため、この二つのアームを回転ジョイント１００で連結する際、回転軸Ａ_r方向にアームをオフセットする必要がなく（図１参照）、コンパクトな形状を有するマニピュレータ２００を提供することが可能である。

【0048】

本発明の実施形態として上述した実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0049】

１００：回転ジョイント、１１０：筐体、１１０ａ：パーツ、１１０ｂ：パーツ、１１０ｃ：パーツ、１１０ｄ：パーツ、１１０ｅ：ねじ穴、１１０ｆ：貫通孔、１１０ｇ：開口、１１０ｈ：段差、１１０ｉ：溝、１１２：サイドキャップ、１１４：ねじ、１１６：ねじ、１２０：オイルシール、１２２：オイルシール、１２４：オイルシール、１２６：オイルシール、１３０：入力回転体、１３２：モータ軸、１４０：ベアリング、１４２：ベアリング、１４４：ベアリング、１４６：ベアリング、１５０：駆動モータ、１６０：エンコーダ、１６０ａ：磁気リング、１６０ｂ：磁気センサ、１６０ｃ：エンコーダ基板、１７０：減速機、１７０ａ：サーキュラスプライン、１７０ｂ：ウェーブジェネレータ、１７０ｃ：フレキシブルスプライン、１９０：出力回転体、１９０ａ：ねじ穴、１９０ｂ：溝、２００：マニピュレータ、２０２：アーム、２０２－１：アーム、２０２－２：アーム、２０４：コネクタ、２０６：コネクタ、２０８：矢印、２１０：矢印、２１２：矢印、２１６：矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2020-11-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体、
前記筐体の少なくとも一部を囲む筒状の入力回転体、
前記筐体に固定され、前記入力回転体を囲み、前記入力回転体を前記筐体の前記少なくとも一部の周りで回転させる駆動モータ、および
前記駆動モータを囲み、前記筐体から少なくとも一部が露出し、前記入力回転体の回転軸と同軸に回転する出力回転体を備え、
前記回転軸に対して垂直な法線を有する前記筐体の表面は、アームを連結するための一対の連結部を有し、
前記一対の連結部は、前記出力回転体を挟むように配置される回転ジョイント。

【請求項2】

前記筐体は、前記回転軸に沿って延伸する貫通孔を有する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項3】

前記入力回転体の回転駆動力を前記出力回転体へ伝達する減速機をさらに備える、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項4】

前記筐体と前記出力回転体の間に第１のオイルシールを有し、
前記筐体と前記入力回転体の間に第２のオイルシールを有する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項5】

前記筐体と前記出力回転体の間に第１のベアリングを有し、
前記筐体と前記入力回転体の間に第２のベアリングを有し、
前記第１のベアリングと前記第２のベアリングは、いずれも接着剤によって固定される、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項6】

前記駆動モータは、接着剤によって前記筐体に固定される、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項7】

前記出力回転体は、前記回転軸に垂直な方向に延伸するねじ穴を有する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項8】

前記一対の連結部の各々は、ねじ穴であり、
前記ねじ穴は、前記筐体の外表面から前記回転軸に対して垂直に延伸する、請求項１に記載の回転ジョイント。

【請求項9】

請求項１に記載の回転ジョイント、および
前記回転ジョイントの前記出力回転体に連結される第１のアームを備えるマニピュレータ。

【請求項10】

請求項１に記載の回転ジョイント、および
前記回転ジョイントの前記筐体に連結される第２のアームを備え、
前記筐体は、前記出力回転体を挟むように配置され、前記筐体の外表面から前記回転軸に対して垂直に延伸する一対のねじ穴を有し、
前記第２のアームは、前記一対のねじ穴を介して固定されるマニピュレータ。