特開 2024-29474 ストッパ構造および多関節ロボット

(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】P2024029474

(43)【公開日】2024-03-06

(54)【発明の名称】ストッパ構造および多関節ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20240228BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022131759

(22)【出願日】2022-08-22

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】藤城 慶治

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707CT05

3C707CY17

3C707CY32

(57)【要約】

【課題】様々な種類の多関節ロボットに適用可能であり、弾性体のちぎれおよびそれに起因する破損を好適に防ぐことが可能なストッパ構造、およびそれを備えた多関節ロボットを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明にかかるストッパ構造の構成は、アーム１２０と機械要素（ベース１１０）との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造であって、アームに設けられた突起１２２（ストッパピン１４０）と、機械要素に回動可能に取りつけられた揺動レバー１５０と、揺動レバーが衝突するとともに、機械要素において揺動レバーの回動範囲の両側に配置された弾性体１６０ａ・１６０ｂと、を備え、弾性体は、ブロック形状であって、揺動レバーが衝突する衝突面のうち、揺動レバーの回動中心から離間する端部側が衝突する端が切り欠かれている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アームと機械要素との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造であって、
前記アームまたは前記機械要素のいずれかに設けられた突起と、
前記突起が前記アームに設けられている際、前記機械要素に回動可能に取りつけられ、前記突起が前記機械要素に設けられている際、前記アームに回動可能に取り付けられた揺動レバーと、
前記揺動レバーが衝突するとともに、前記揺動レバーが前記機械要素に固定されている際、前記機械要素において前記揺動レバーの回動範囲の両側に配置され、前記揺動レバーが前記アームに固定されている際、前記アームにおいて前記揺動レバーの回動範囲の両側に配置された弾性体と、
を備え、
前記弾性体は、ブロック形状であって、前記揺動レバーが衝突する衝突面のうち、前記揺動レバーの回動中心から離間する端部側が衝突する端が切り欠かれていることを特徴とするストッパ構造。

【請求項2】

アームと機械要素との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造であって、
前記アームまたは前記機械要素のいずれかに設けられた突起と、
前記突起が前記アームに設けられている際、前記機械要素に回動可能に取りつけられ、前記突起が前記機械要素に設けられている際、前記アームに回動可能に取り付けられた揺動レバーと、
前記揺動レバーが衝突するとともに、前記揺動レバーが前記機械要素に固定されている際、前記機械要素において前記揺動レバーの回動範囲の両側に配置され、前記揺動レバーが前記アームに固定されている際、前記アームにおいて前記揺動レバーの回動範囲の両側に配置された弾性体と、
を備え、
前記弾性体は、ブロック形状であって、２つの固定ボルトによって固定されており、
前記弾性体の前記揺動レバーが衝突する衝突面には凸部が形成されていて、
前記凸部は、前記２つの固定ボルトの中心を通過し且つ前記揺動レバーが前記弾性体に与える荷重の方向と平行な２本の線の間に形成されていることを特徴とするストッパ構造。

【請求項3】

前記弾性体を覆う飛散防止カバーをさらに備えることを請求項１または請求項２に記載のストッパ構造。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載のストッパ構造を備えたことを特徴とする多関節ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アームと機械要素との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造、およびそれを備えた多関節ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

工場等の生産現場では、ロボットアーム（マニピュレータとも称される）等の産業用ロボット（以下、多関節ロボットと称する）が用いられている。多関節ロボットのうち、特にワークに対する処理を行うものでは、ベースに対してアームが固定されていたり、複数のアームが関節（可動部）において連結されていたりしていて、アームを動作させることによってワークのピッキングや加工等の処理を行っている。

【0003】

例えば特許文献１には、「固定体と、回転軸線を中心にして該固定体に対して回転する回転体との間に設けられるメカニカルストッパ装置」が開示されている。特許文献１のメカニカルストッパ装置では、固定体は、「前記固定体に設けられた支点を中心として揺動可能なレバーと、前記レバーの揺動方向の両側で、前記固定体に取付けられ、前記レバーの揺動方向の両側面と当接可能な一対の弾性体と、を有する固定側ストッパ」を備え、回転体は、「前記レバーの両側面に当接可能な可動側ストッパ」を備えている。メカニカルストッパは、弾性体の耐久性を確保し、且つ弾性体の損傷を抑制することができるものとして一般的に周知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－４３３３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、多関節ロボットの動作の高速化に伴い、アームとベースや、アーム同士が接触した際に生じる衝撃エネルギー（荷重）が増大している。この衝撃エネルギーによる破損を防止するために特許文献１のメカニカルストッパ装置では、「前記レバーの支点から前記レバーと前記可動側ストッパとの当接位置までの距離ａと、前記レバーの支点から前記レバーと前記弾性体との当接位置までの距離ｂとの比を、１．０５≦ａ／ｂ≦２．３０とし、前記弾性体の厚さＤを、２０ｍｍ≦Ｄ≦４０ｍｍ」としている。

【0006】

しかしながら多関節ロボットは様々な機種があるため、設計の都合上、すべての機種において特許文献１の設定条件を満たすことができるとは限らない。すると、特許文献１の技術を適用することができない機種では、弾性体の損傷（例えば弾性体が千切れて飛散する）を防止する効果を得ることができない。したがって、より汎用性を高めるためには、特許文献１の技術を更に改良する必要がある。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、様々な種類の多関節ロボットに適用可能であり、弾性体の飛散を好適に防ぐことが可能なストッパ構造、およびそれを備えた多関節ロボットを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかるストッパ構造の代表的な構成は、アームと機械要素との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造であって、アームまたは機械要素のいずれかに設けられた突起と、突起がアームに設けられている際、機械要素に回動可能に取りつけられ、突起が機械要素に設けられている際、アームに回動可能に取り付けられた揺動レバーと、揺動レバーが衝突するとともに、揺動レバーが機械要素に固定されている際、機械要素において揺動レバーの回動範囲の両側に配置され、揺動レバーがアームに固定されている際、アームにおいて揺動レバーの回動範囲の両側に配置された弾性体と、を備え、弾性体は、ブロック形状であって、揺動レバーが衝突する衝突面のうち、揺動レバーの回動中心から離間する端部側が衝突する端が切り欠かれている。

【0009】

上記課題を解決するために、本発明にかかるストッパ構造の他の構成は、アームと機械要素との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造であって、アームまたは機械要素のいずれかに設けられた突起と、突起がアームに設けられている際、機械要素に回動可能に取りつけられ、突起が機械要素に設けられている際、アームに回動可能に取り付けられた揺動レバーと、揺動レバーが衝突するとともに、揺動レバーが機械要素に固定されている際、機械要素において揺動レバーの回動範囲の両側に配置され、揺動レバーがアームに固定されている際、アームにおいて揺動レバーの回動範囲の両側に配置された弾性体と、を備え、弾性体は、ブロック形状であって、２つの固定ボルトによって固定されており、弾性体の揺動レバーが衝突する衝突面には凸部が形成されていて、凸部は、２つの固定ボルトの中心を通過し且つ揺動レバーが弾性体に与える荷重の方向と平行な２本の線の間に形成されている。

【0010】

当該ストッパ構造は、弾性体を覆う飛散防止カバーをさらに備えるとよい。

【0011】

上記課題を解決するために、本発明にかかる多関節ロボットの代表的な構成は、上記のストッパ構造を備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、様々な種類の多関節ロボットに適用可能であり、弾性体のちぎれおよびそれに起因する破損を好適に防ぐことが可能なストッパ構造、およびそれを備えた多関節ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態にかかるストッパ構造を備える多関節ロボットの構成の概略を説明する正面図である。

【図2】図１の多関節ロボットからＪ１軸のアームを除外した状態の分解斜視図である。

【図3】図１の弾性体の平面図である。

【図4】図１のストッパ構造の動作を説明する模式的な正面図である。

【図5】図１とは異なる形状の弾性体を含むストッパ構造を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

上記説明した本実施形態においては、本発明にかかるストッパ構造を多関節ロボットのＪ１軸（Ｊ１軸のアーム）に適用した例を用いて説明する。すなわち図１－図４に示すストッパ構造は、多関節ロボットのＪ１軸のアームと機械要素としてのベースとの所定角度以上の回動を規制するストッパ構造である。

【0016】

図１は、本実施形態にかかるストッパ構造１００ａを備える多関節ロボット（以下、ロボット１００と称する）の構成の概略を説明する正面図である。図２は、図１の多関節ロボットからＪ１軸のアームを除外した状態の分解斜視図である。ロボット１００は５軸や６軸などの多関節ロボットであるが、Ｊ２軸以降は発明の説明に不要であるため記載を省略している。以下の実施形態では、図面を参照しながらロボット１００について詳述しつつ、本実施形態のストッパ構造１００ａについても併せて説明する。

【0017】

なお本実施形態では、機械要素としてベース１１０を例示するが、本発明はこれに限定するものではない。本発明にかかるストッパ構造は、多関節ロボットのＪ２軸－Ｊ５軸、Ｊ６軸など他の関節に適用しても良い。以下の説明では、機械要素をベース１１０と称し、Ｊ１軸のアームをアーム１２０と称する。

【0018】

図１に示すように本実施形態のロボット１００は、ベース１１０およびアーム１２０を含んで構成される。ベース１１０は、本実施形態のロボット１００を台座等（不図示）に固定する部材である。ベース１１０は、本体部１１２と、本体部１１２から上方に張り出した取付部１１４とを含んで構成されている。なお本実施形態では、取付部１１４がベース１１０の一部を構成する場合を例示したが、これに限定するものではなく、取付部１１４をベース１１０と別体にしてボルト固定としてもよい。

【0019】

アーム１２０は、ベース１１０に軸支されていて、ベース１１０に対して回動する。アーム１２０の外周１２０ａには、そこから半径方向外側に突出する突起１２２が形成されている。図１では、突起１２２が初期位置（ストッパ構造１００ａの反対側の位置）にある状態を例示している。

【0020】

図１および図２に示すように本実施形態のロボット１００は、ベース１１０に対するアーム１２０の「所定角度以上の回動」を規制するストッパ構造１００ａを備えている。本実施形態においてアーム１２０は、所定角度において（例えば±１８０°（合計３６０°））回動することができる。本実施形態のストッパ構造１００ａは、突起１２２（厳密にはストッパピン１４０（図１参照））、揺動レバー１５０、弾性体１６０ａ・１６０ｂおよび飛散防止カバー１７０を含んで構成される。

【0021】

図１に示すようにストッパピン１４０は、アーム１２０のうち、突起１２２の下面に固定されている。これにより、アーム１２０がベース１１０に対して回動すると、ストッパピン１４０もアーム１２０に連動して回動する。

【0022】

図２に示すように揺動レバー１５０は、ベース１１０の取付部１１４に回動可能に取り付けられている。詳細には、揺動レバー１５０は、飛散防止カバー１７０を貫通した軸支ボルト１７２によって取付部１１４に軸支されている。またベース１１０の取付部１１４に、揺動レバー１５０の回動範囲θ（図４（ａ）参照）の両側に弾性体１６０ａ・１６０ｂが配置されている。

【0023】

図３は、図１の弾性体１６０ａの平面図である。図３（ａ）は、弾性体１６０ａの正面図である。図３（ｂ）は、弾性体１６０ａの六面図である。なお弾性体１６０ａ・１６０ｂは左右対称の形状であるため、図３（ａ）および（ｂ）では弾性体１６０ａを例示して説明する。

【0024】

弾性体１６０ａは、揺動レバー１５０が揺動して衝突した際の衝撃を吸収する。また弾性体１６０ａは、断面が略Ｌ字のブロック形状であって、固定ボルト１７４によって取付部１１４に固定されている。図３（ａ）および（ｂ）に示すように本実施形態のストッパ構造１００ａの特徴として、弾性体１６０ａは、揺動レバー１５０が衝突する衝突面１６２のうち、揺動レバー１５０の回動中心１５０ａから離間する端部側が衝突する端（揺動レバー１５０の先端側の端。破線にて図示）が切り欠かれることにより切欠部１６４が形成されている。

【0025】

図４は、図１のストッパ構造１００ａの動作を説明する模式的な正面図である。図４（ａ）は、図１の揺動レバー１５０が初期位置に配置されている状態を例示していて、図４（ｂ）は、図１の揺動レバー１５０とストッパピン１４０とが接触した状態を例示している。

【0026】

図４（ａ）に示すようにアーム１２０が回動すると、これに固定されたストッパピン１４０も回動する。具体的には、アーム１２０に連動したストッパピン１４０が図中の時計回り方向Ｄ１に回転すると、ストッパピン１４０は揺動レバー１５０の側面１５２ｂに衝突する。そして揺動レバー１５０は、回動中心１５０ａを中心として図中の反時計回り方向に回転して側面１５２ａが弾性体１６０ａの衝突面１６２に衝突する。これによりアーム１２０の回転が規制される。

【0027】

反対に、アーム１２０に連動したストッパピン１４０が図中の反時計回り方向Ｄ２に回転すると、ストッパピン１４０は揺動レバー１５０の側面１５２ａに衝突する。そして揺動レバー１５０は、回動中心１５０ａを中心として図中の時計回り方向に回転して側面１５２ｂが弾性体１６０ｂに衝突する。これによりアーム１２０の回転が規制される。

【0028】

図４（ｂ）を参照して、ストッパピン１４０が図中の時計回り方向に回転した場合の荷重の伝達について説明する。上述したようにアーム１２０の回転に伴ってストッパピン１４０が図中の時計回り方向Ｄ１（図４（ａ）参照）に回動すると、ストッパピン１４０が揺動レバー１５０の側面１５２ｂに衝突する。これにより、ストッパピン１４０の荷重Ｌ１（回転モーメント）が揺動レバー１５０に伝達し、その荷重Ｌ１によって揺動レバー１５０が弾性体１６０ａの衝突面１６２に衝突する。そして弾性体１６０ａの衝突面１６２には揺動レバー１５０からの荷重Ｌ２（回転モーメント）が伝達される。

【0029】

このとき、揺動レバー１５０から伝達した荷重Ｌ２は弾性体１６０ａの衝突面１６２に分散する（分散荷重Ｌ３）。切欠部１６４があることによって、分散荷重Ｌ３を受ける衝突面１６２の幅が弾性体１６０ａの全体の幅よりも狭い。したがって、この分散荷重Ｌ３は、弾性体１６０ａの衝突面１６２の近傍を内側に向かって変形させる方向に作用する。これにより、弾性体１６０ａにおいて揺動レバー１５０が衝突した際に最も生じやすい隅（角部）のちぎれと飛散を好適に防ぐことができる。

【0030】

上記説明したように本実施形態のロボット１００およびストッパ構造１００ａによれば、形状変更のみで弾性体１６０ａ・１６０ｂの破損を防止可能であるため、様々な種類の多関節ロボットに適用可能である。したがって、より多くの多関節ロボットにおいて弾性体の破損ひいてはそれに起因するロボットの不具合を好適に防ぐことができる。

【0031】

また図１に示すように本実施形態のストッパ構造１００ａは、弾性体を覆う飛散防止カバー１７０を備える。これにより、万が一、弾性体１６０ａ・１６０ｂに破損が生じた場合であっても、ちぎれた弾性体１６０ａ・１６０ｂの欠片の飛散を好適に防ぐことができる。したがって、弾性体１６０ａ・１６０ｂの欠片によるストッパ構造１００ａやロボット１００の動作の不具合を好適に防止することが可能となる。

【0032】

（弾性体の他の形状）
図５は、図１とは異なる弾性体２６０ａ・２６０ｂを含むストッパ構造２００ａを例示する図である。図５のストッパ構造２００ａの説明では、図１のストッパ構造１００ａと共通する構成部材については同一の符号を付することにより重複説明を避ける。

【0033】

図５に例示するストッパ構造は、図１の弾性体１６０ａ・１６０ｂとは異なる形状の弾性体２６０ａ・２６０ｂを含んで構成される。図５に示すように弾性体２６０ａ・２６０ｂは、ブロック形状であって、揺動レバー１５０が衝突する衝突面２６２のほぼ中央に凸部２６４が形成されている。

【0034】

上記構成によれば、揺動レバー１５０から伝達した荷重Ｌ２は弾性体２６０ａの衝突面２６２の凸部２６４に伝達する（集中荷重Ｌ４）。この集中荷重Ｌ４によって凸部２６４は押しつぶされる（圧縮される）方向に変形する。凸部２６４の変形により弾性体２６０ａの全面に揺動レバー１５０が接触するようになると、集中荷重Ｌ４は衝突面２６２における分散荷重となる。このように凸部２６４が押しつぶされる際に、衝突面２６２にかかる荷重が最も高く、凸部２６４の近傍が内側に向かうように変形する。これにより、弾性体２６０ａにおいて揺動レバー１５０が衝突した際に最も生じやすい隅（角部）のちぎれと飛散を好適に防ぐことができる。

【0035】

特に図５の弾性体２６０ａ・２６０ｂのように２つの固定ボルト１７４によって取付部１１４に固定されている場合には、凸部２６４は、２つの固定ボルト１７４の中心を通過し且つ荷重Ｌ２と平行な２本の線Ｓ１・Ｓ２の間（好ましくは線Ｓ１・Ｓ２の中心線Ｓの延長線上）に配置されているとよい。これにより、弾性体２６０ａ・２６０ｂにかかる荷重が２つの固定ボルト１７４の間に向かうため、荷重による弾性体２６０ａ・２６０ｂの破損を好適に抑制することが可能となる。

【0036】

なお本実施形態では、突起１２２の下面に固定されたストッパピン１４０が揺動レバー１５０の側面１５２ａまたは側面１５２ｂに衝突する構成を例示したが、これに限定するものはない。ストッパピン１４０を設けずまたは設けた場合であっても、ストッパピン１４０ではなく突起１２２が側面１５２ａまたは側面１５２ｂに衝突する構成としても上述した効果を得ることができる。

【0037】

また上記説明した実施形態では、突起１２２（ストッパピン１４０）はアーム１２０に設けられていて、揺動レバー１５０と弾性体１６０は機械要素であるベース１１０の取付部１１４に固定されている構成を例示したが、これに限定するものではない。突起１２２（ストッパピン１４０）が機械要素に設けられていて、揺動レバー１５０と弾性体１６０がアーム１２０に固定されている構成においても上述した効果を得ることが可能である。

【0038】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、アームと機械要素との所定角度以上の回動を規制するストッパ構造、およびそれを備えた多関節ロボットとして利用することができる。

【符号の説明】

【0040】

１００…ロボット、１００ａ…ストッパ構造、１１０…ベース（機械要素）、１１２…本体部、１１４…取付部、１２０…アーム、１２０ａ…外周、１２２…突起、１４０…ストッパピン、１５０…揺動レバー、１５０ａ…回動中心、１５２ａ…側面、１５２ｂ…側面、１６０ａ…弾性体、１６０ｂ…弾性体、１６２…衝突面、１６４…切欠部、１７０…飛散防止カバー、１７４…固定ボルト、２００ａ…ストッパ構造、２６０ａ…弾性体、２６０ｂ…弾性体、２６２…衝突面、２６４…凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】