特許 7602008 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】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/02 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

B25J19/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023501960

(86)(22)【出願日】2021-02-26

(86)【国際出願番号】 JP2021007382

(87)【国際公開番号】W WO2022180795

(87)【国際公開日】2022-09-01

【審査請求日】2024-01-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 宗

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０８０８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２４４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７７２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１５８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１６８３７９６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１７０２８０４（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１１３８５３２（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０２０－１６３５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０４６８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームと、
前記ロボットアームに固定された駆動モータと、
前記ロボットアームに固定された軸受け部材の外輪と、
前記外輪に沿って回転する前記軸受け部材の内輪と、
前記内輪に固定され前記駆動モータにより回転する力覚センサの支持部と、
前記支持部に支持される前記力覚センサの作用部と、
前記作用部に連結されると共に前記内輪に干渉しないように挿通された先端軸に連結された負荷部と、
を備えるロボット。

【請求項2】

請求項１に記載のロボットであって、
前記作用部の前記先端軸が連結された面とは反対側の面に連結された第２負荷部を備える、
ロボット。

【請求項3】

請求項１または２に記載のロボットであって、
前記駆動モータの回転軸と前記支持部とを連結する連結部材を備え、
前記力覚センサは、力が作用する前記作用部を内周側で支持する環状の前記支持部を有し、
前記外輪は、前記ロボットアームのフレームに固定され、
前記連結部材は、前記駆動モータの回転軸に動力伝達部材を介して接続されると共に、前記駆動モータからの動力により前記先端軸と同軸に回転するように前記支持部に連結される、
ロボット。

【請求項4】

請求項３に記載のロボットであって、
前記動力伝達部材は、傘歯車であり、
前記駆動モータの回転軸は、前記連結部材の軸方向に直交するように配置され、前記傘歯車を介して前記連結部材に接続される、
ロボット。

【請求項5】

請求項３に記載のロボットであって、
前記動力伝達部材は、ベルトであり、
前記駆動モータの回転軸は、前記連結部材の軸方向に平行に配置され、前記ベルトを介して前記連結部材に接続される、
ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、ロボットについて開示する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットアームに力覚センサが取り付けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１９－５０４６８０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

負荷部（エンドエフェクタ）と駆動モータとの間に介在するようにロボットアームに力覚センサを取り付ける場合、軸受け部材や負荷部の配置によっては、軸受け部材の内輪と負荷部との干渉によって、意図しない力が力覚センサに検出されるおそれがある。

【0005】

本開示は、軸受け部材の内輪と負荷部との干渉によって意図せぬ力を力覚センサが検知してしまうのを防止することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示のロボットは、
ロボットアームと、
前記ロボットアームに固定された駆動モータと、
前記ロボットアームに固定された軸受け部材の外輪と、
前記外輪に沿って回転する前記軸受け部材の内輪と、
前記内輪に固定され前記駆動モータにより回転する力覚センサの支持部と、
前記支持部に支持される前記力覚センサの作用部と、
前記作用部に連結され前記内輪に挿通された負荷部と、
を備えることを要旨とする。

【0008】

この本開示のロボットでは、駆動モータにより回転する力覚センサの支持部を軸受け部材の内輪に固定すると共に、軸受け部材の内輪に挿通させて力覚センサの作用部に負荷部を連結する。これにより、軸受け部材の内輪と負荷部との干渉によって意図せぬ力を力覚センサが検知してしまうのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態のロボットの外観斜視図である。

【図2】ロボット本体の側面図である。

【図3】ロボット先端部の概略構成図である。

【図4】ロボット先端部の断面図である。

【図5】力覚センサの概略構成図である。

【図6】他の実施形態に係るロボット先端部の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１は、ロボットの外観斜視図である。図２は、ロボット本体の側面図である。図３は、ロボット先端部の概略構成図である。図４は、ロボット先端部の断面図である。なお、図１中、左右方向がＸ軸であり、前後方向がＹ軸方向であり、上下方向がＺ軸方向である。

【0011】

本実施形態のロボット１０は、図１～図３に示すように、ロボット本体２０と、力覚センサ７０と、を備える。

【0012】

ロボット本体２０は、図２に示すように、第１アーム２１と、第２アーム２２と、ベース２５と、基台２６と、第１アーム駆動モータ３５と、第２アーム駆動モータ３６と、姿勢保持装置３７と、昇降装置４０と、回転３軸機構５０と、を備える。なお、第１アーム２１と第２アーム２２と回転３軸機構５０とは、単にアームと呼ぶ場合がある。

【0013】

第１アーム２１の基端部は、上下方向（Ｚ軸方向）に延在する第１関節軸３１を介してベース２５に連結されている。第１アーム駆動モータ３５の回転軸は、第１関節軸３１に接続されている。第１アーム駆動モータ３５は、第１関節軸３１を回転駆動することにより、第１関節軸３１を支点に第１アーム２１を水平面（ＸＹ平面）に沿って回動（旋回）させる。

【0014】

第２アーム２２の基端部は、上下方向（Ｚ軸方向）に延在する第２関節軸３２を介して第１アーム２１の先端部に連結されている。第２アーム駆動モータ３６の回転軸は、第２関節軸３２に接続されている。第２アーム駆動モータ３６は、第２関節軸３２を回転駆動することにより、第２関節軸３２を支点に第２アーム２２を水平面に沿って回動（旋回）させる。

【0015】

ベース２５は、基台２６上に設置された昇降装置４０により、基台２６に対して昇降可能に設けられている。昇降装置４０は、図１および図２に示すように、ベース２５に固定されたスライダ４１と、基台２６に固定されると共に上下方向に延出してスライダ４１の移動をガイドするガイド部材４２と、上下方向に延出すると共にスライダ４１に固定されたボールねじナット（図示せず）に螺合されるボールねじ軸４３（昇降軸）と、ボールねじ軸４３を回転駆動する昇降用駆動モータ４４と、を備える。昇降装置４０は、昇降用駆動モータ４４によりボールねじ軸４３を回転駆動することにより、スライダ４１に固定されたベース２５をガイド部材４２に沿って上下に移動させる。

【0016】

回転３軸機構５０は、上下方向に延在する姿勢保持用軸３３を介して第２アーム２２の先端部に連結されている。回転３軸機構５０は、互いに直交する第１回転軸５１，第２回転軸５２および第３回転軸（先端軸５３）と、第１回転軸５１を回転させる第１回転軸駆動モータ５５と、第２回転軸５２を回転させる第２回転軸駆動モータ５６と、先端軸５３を駆動する先端軸駆動装置６０と、を備える。第１回転軸５１は、姿勢保持用軸３３に対して直交姿勢で支持されている。第２回転軸５２は、第１回転軸５１に対して直交姿勢で支持されている。第３回転軸（先端軸５３）は、第２回転軸５２に対して直交姿勢で支持されている。先端軸５３には、当該先端軸５３ａと同軸上に位置するように負荷部としてのエンドエフェクタＥＦが保持される。

【0017】

本実施形態では、ロボット本体２０は、第１アーム駆動モータ３５と第２アーム駆動モータ３６と昇降装置４０とによるＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３方向の並進運動と、回転３軸機構５０によるＸ軸回り（ピッチング），Ｙ軸回り（ローリング）およびＺ軸回り（ヨーイング）の３方向の回転運動との組み合わせにより、先端軸５３、すなわちエンドエフェクタＥＦを任意の姿勢で任意の位置へ移動させることができる。

【0018】

姿勢保持装置３７は、第１アーム２１および第２アーム２２の姿勢によらず回転３軸機構５０の姿勢（第１回転軸５１の向き）を一定の向きに保持するものである。姿勢保持装置３７は、第１回転軸５１の軸方向が常時、左右方向（Ｘ軸方向）となるように第１関節軸３１の回転角度と第２関節軸３２の回転角度とに基づいて姿勢保持用軸３３の回転角度を制御する。これにより、３方向の並進運動の制御と３方向の回転運動の制御とをそれぞれ独立して行なうことが可能となり、制御が容易となる。

【0019】

先端軸駆動装置６０は、図２～図４に示すように、フレーム６１と駆動モータ６２と動力伝達機構６３と連結軸６５と軸受け部材６７と把持部材６９と力覚センサ７０とを備える。

【0020】

フレーム６１は、第２回転軸５２に固定された矩形状のフレームであり、第２回転軸５２の駆動により第２回転軸５２と一体となって回転する。駆動モータ６２は、その回転軸６２ａが第２回転軸５２の軸線方向と平行となるようにフレーム６１に固定されている。連結軸６５は、上下方向に延在するようにフレーム６１に支持されている。すなわち、連結軸６５は、駆動モータ６２の回転軸６２ａおよび第２回転軸５２に対して直交方向に延在する。

【0021】

動力伝達機構６３は、駆動モータ６２の回転軸６２ａに取り付けられた傘歯車６３ａと、連結軸６５に取り付けられると共に傘歯車６３ａと噛み合う傘歯車６３ｂと、を有する。動力伝達機構６３は、互いに直交する駆動モータ６２の回転軸６２ａと連結軸６５とを接続して駆動モータ６２からの動力を連結軸６５に伝達する。

【0022】

力覚センサ７０は、外力としてＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向に作用する力成分と各軸周りに作用するトルク成分とを検出するものである。力覚センサ７０は、図５に示すように、力が作用する作用部７１と、内周側で作用部７１を支持する環状の支持部７２と、作用部７１と支持部７２との間に周方向に所定の間隔をおいて配置され作用部７１に作用する力を検出する検出部７３と、を有する。図４に示すように、支持部７２の上面は、連結軸６５の下端に形成されたフランジ部６５ａの下面に重ね合わせられて連結される。また、支持部７２の下面は、筒状の固定部材６６の上端に形成されたフランジ部６６ａの上面に重ね合わせられて連結される。固定部材６６の筒状の外周面は、軸受け部材６７の内輪６７ａの内周面に固定される。すなわち、支持部７２は、固定部材６６を介して軸受け部材６７の内輪６７ａに固定される。軸受け部材６７の外輪６７ｂは、フレーム６１に固定される。これにより、連結軸６５および力覚センサ７０の支持部７２は、軸受け部材６７を介してフレーム６１に回転可能に支持される。

【0023】

また、作用部７１の下面には、先端軸５３の上端に連結され、当該先端軸５３の下端には、図示しない保持部を介して負荷部としてのエンドエフェクタＥＦが取り付けられる。さらに、作用部７１の上面は、第２負荷部としての把持部材６９の基端部が連結される。把持部材６９は、連結軸６５に対して外径方向に延在するように設けられている。このように、本実施形態では、力覚センサ７０の作用部７１の下面には先端軸５３を介してエンドエフェクタＥＦが連結され、作用部７１の上面には把持部材６９が直接に連結されており、作用部７１には上面および下面の両面から力が作用するように構成される。これにより、エンドエフェクタＥＦから受ける力と把持部材６９から受ける力とを単一の力覚センサ７０により検出することができる。

【0024】

先端軸５３は、図４に示すように、軸受け部材６７の内輪６７ａに挿通されている。本実施形態では、内輪６７ａの内周面には、力覚センサ７０の支持部７２に連結された固定部材６６の筒状の外周面が固定され、先端軸５３は、固定部材６６の内周に挿通されている。固定部材６６の筒状の内周面と先端軸５３の外周面との間には、図４に示すように、径方向に所定の隙間が設けられている。これにより、力覚センサ７０の作用部７１に連結される先端軸５３と力覚センサ７０の支持部７２に固定される固定部材６６（内輪６７ａ）とが干渉しないようにして、干渉によって力覚センサ７０が意図しない力を検出するのを防止することができる。

【0025】

また、駆動モータ６２の回転軸６２ａと先端軸５３との間に動力伝達機構６３を介在させることで、駆動モータ６２の回転軸６２ａを先端軸５３とは異なる軸に配置しつつ、エンドエフェクタＥＦを先端軸５３と同軸に取り付けることができる。これにより、駆動モータ６２の回転軸６２ａと先端軸５３とエンドエフェクタＥＦとを同軸に配置するものに比して、軸長をより短縮することができる。

【0026】

さらに、力覚センサ７０の作用部７１の上面には、把持部材６９が連結されている。このため、操作者は、手動によりロボット本体２０を動かしてロボット本体２０の動作を記録するダイレクトティーチングを行なう場合において、把持部材６９を把持してアームを直接動かすことができ、操作が容易となる。また、この際、力覚センサ７０で把持部材６９から加わる外力を検出することができるため、ロボット本体２０の動作をより正確に記録することができる。勿論、エンドエフェクタＥＦを把持してロボット本体２０を動かすことでダイレクトティーチングを行なうこともできる。この場合、把持部材６９を省略してもよい。

【0027】

ここで、実施形態の主要な要素と請求の範囲に記載した本開示の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、本実施形態の第１アーム２１と第２アーム２２と回転３軸機構５０とが本開示のロボットアームに相当し、軸受け部材６７の内輪６７ａが軸受け部材の内輪に相当し、軸受け部材６７の外輪６７ｂが軸受け部材の外輪に相当し、力覚センサ７０の支持部７２が力覚センサの支持部に相当し、力覚センサ７０の作用部７１が力覚センサの作用部に相当し、先端軸５３やエンドエフェクタＥＦが負荷部に相当する。また、把持部材６９が第２負荷部に相当する。また、連結軸６５が連結部材に相当し、フレーム６１がフレームに相当し、動力伝達機構６３が動力伝達部材に相当する。また、傘歯車６３ａ，６３ｂが傘歯車に相当する。

【0028】

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0029】

例えば、上述した実施形態では、先端軸駆動装置６０は、回転軸６２ａが先端軸５３と同軸の連結軸６５と直交するように配置された駆動モータ６２と、傘歯車６３ａ，６３ａにより互いに直交する回転軸６２ａと連結軸６５とを連結して駆動モータ６２からの動力を連結軸６５に伝達する動力伝達機構６３と、を備えるものとした。これに対して、図６に示すように、他の実施形態に係る先端軸駆動装置１６０は、回転軸１６２ａが連結軸１６５と平行となるように配置された駆動モータ１６２と、ベルト１６３ａにより互いに平行な回転軸１６２と連結軸１６５とを連結して駆動モータ１６２からの動力を連結軸１６５に伝達する動力伝達機構１６３と、を備えてもよい。

【0030】

また、上述した実施形態では、先端軸駆動装置６０は、力覚センサ７０の作用部７１の上下両面にそれぞれ負荷部が連結されるものとしたが、いずれか一方の面のみに負荷部が連結されてもよい。

【0031】

また、上述した実施形態では、ロボット１０は、３方向の並進運動と３方向の回転運動とが可能な７軸の多関節ロボットとして構成されるものとした。しかし、軸の数はいくつであっても構わない。また、ロボット１０は、いわゆる垂直多関節ロボットや水平多関節ロボットなどにより構成されてもよい。

【0032】

以上説明したように、本開示のロボットでは、駆動モータにより回転する力覚センサの支持部を軸受け部材の内輪に固定すると共に、軸受け部材の内輪に挿通させて力覚センサの作用部に負荷部を連結する。これにより、軸受け部材の内輪と負荷部との干渉によって意図せぬ力を力覚センサが検知してしまうのを防止することができる。

【0033】

また、こうした本開示のロボットにおいて、前記作用部の前記負荷部が連結された面とは反対側の面に連結された第２負荷部を備えてもよい。こうすれば、力覚センサにより負荷部と第２負荷部とから加わる力をそれぞれ検出することができる。

【0034】

さらに、本開示のロボットにおいて、前記駆動モータの回転軸と前記支持部とを連結する連結部材を備え、前記力覚センサは、力が作用する前記作用部を内周側で支持する環状の前記支持部を有し、前記外輪は、前記ロボットアームのフレームに固定され、前記連結部材は、前記駆動モータの回転軸に動力伝達部材を介して接続されると共に、前記駆動モータからの動力により前記負荷部と同軸に回転するように前記支持部に連結されてもよい。連結部材を設け、動力伝達部材を介して連結部材に駆動モータの回転軸を接続することにより、連結部材の回転軸（ロボットの駆動軸）を負荷部と同軸に配置しつつ、駆動モータや力覚センサの配置の自由度を確保することができる。この結果、軸長を短縮して装置（先端部駆動装置）をよりコンパクトにすることが可能となる。

【0035】

連結部材と駆動モータの回転軸とを動力伝達部材を介して接続するものにおいて、前記動力伝達部材は、傘歯車であり、前記駆動モータの回転軸は、前記連結部材の軸方向に直交するように配置され、前記傘歯車を介して前記連結部材に接続されてもよい。あるいは、前記動力伝達部材は、ベルトであり、前記駆動モータの回転軸は、前記連結部材の軸方向に平行に配置され、前記ベルトを介して前記連結部材に接続されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本開示は、ロボットの製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0037】

１０ ロボット、２０ ロボット本体、２１ 第１アーム、２２ 第２アーム、２５ ベース、２６ 基台、３１ 第１関節軸、３２ 第２関節軸、３３ 姿勢保持用軸、３５ 第１アーム駆動モータ、３６ 第２アーム駆動モータ、３７ 姿勢保持装置、４０ 昇降装置、４１ スライダ、４２ ガイド部材、４３ ボールねじ軸、４４ 昇降用駆動モータ、５０ 回転３軸機構、５１ 第１回転軸、５２ 第２回転軸、５３ 第３回転軸（先端軸）、５５ 第１回転軸駆動モータ、５６ 第２回転軸駆動モータ、６０，１６０ 先端軸駆動装置、６１、１６１ フレーム、６２，１６２ 駆動モータ、６２ａ，１６２ａ 回転軸、６３，１６３ 動力伝達機構、６３ａ，６３ｂ 傘歯車、６５，１６５ 連結軸、６６ 固定部材、６６ａ フランジ部、６７ 軸受け部材、６７ａ 内輪、６７ｂ 外輪、６９ 把持部材、１６３ａ ベルト、７０ 力覚センサ、７１ 作用部、７２ 支持部、７３ 検出部、ＥＦ エンドエフェクタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】