JP2011218488A - 関節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】関節構造の小型化に寄与する。
【解決手段】本発明に係る関節構造１は、第１のアーム部１１０と、第１のアーム部１１０に対して回転可能に連結された第２のアーム部１２０と、第２のアーム部１２０に駆動装置５からの駆動力を伝達する中空プーリ１３０と、を備える。中空プーリ１３０の外周部１３１には、配線９が収められる切り欠き部１３１ａが形成されている。これにより、配線９をベルト１１の平面領域内にほぼ配置することができるので、従来のように配線を大きく外方に振る必要がなく、関節構造を小型化することができる。そのため、引き出しや冷蔵庫などの狭い空間での作業性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、関節構造に関する。

従来からロボットアーム等の関節構造としては、特許文献１乃至６に開示されているように、アーム部周辺に配置される配線の露出を軽減する技術が開示されている。すなわち、特許文献１乃至６の関節構造は、アーム部の回転部外方から当該アーム部内に配線を収納している。特に特許文献１の関節構造は、アーム部に駆動装置からの駆動力を伝達する中空プーリを連結しており、アーム部の外方から配線を中空プーリの中空部を介して当該アーム部内に収納している。

特開平１１−１５１６８９号公報 特開平１１−１７０１８４号公報 特開２００５−６６７１８号公報 特開２００６−７３５５号公報 特許第３８４８１２３号公報 特公平５−３６１９７号公報

特許文献１乃至６の関節構造は、アーム部の回転部外方から当該アーム部内に配線を収納している。このとき、特許文献１の関節構造のように、アーム部に中空プーリが連結している場合、配線が中空プーリに接触しないように、配線をアーム部の外方から取り回し、配線を中空プーリの中空部に通す。そのため、配線がアーム部の回転部外方に大きくはみ出し、関節構造の大型化を招く。

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、関節構造の小型化に寄与することである。

本発明に係る関節構造は、第１のアーム部と、前記第１のアーム部に対して回転可能に連結された第２のアーム部と、前記第２のアーム部に駆動装置からの駆動力を伝達する中空プーリと、を備え、前記中空プーリの外周部には、配線が収められる切り欠き部が形成されている。これにより、配線を中空プーリに駆動力を伝達するベルトの平面領域内にほぼ配置することができるので、従来のように配線を大きく外方に振る必要がなく、関節構造を小型化することができる。そのため、当該関節構造をロボットアームに用いると、引き出しや冷蔵庫などの狭い空間での作業性を向上させることができる。さらに中空プーリに切り欠き部を形成するので、中空プーリの軽量化に寄与する。また、配線の取り回しが簡素化されるので、関節構造を簡単な構成で被覆することができる。

前記中空プーリは前記第２のアーム部の出力軸に連結されており、前記第２のアーム部の出力軸は、前記中空プーリの中空部に連続する中空部が形成され、前記中空プーリの切り欠き部に収められた前記配線は、前記中空プーリの中空部及び前記第２のアーム部の中空部に通されること、が好ましい。これにより、配線は第２のアーム部が回動しても捩れたり、垂れ下がったりすることが殆どない。そのため、配線の寿命を長期化することができる。

前記第１のアーム部には、前記配線を前記第１のアーム部の一方の側部から他方の側部に通過させる配線通過部を備えること、が好ましい。

前記中空プーリの表面には、前記配線との摩擦を低減する摩擦低減部材が設けられていること、が好ましい。これにより、配線の寿命をより長期化することができる。

以上、説明したように、本発明によると、関節構造の小型化に寄与できる。

本発明に係る実施の形態の関節構造の適用例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の関節構造を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態の関節構造を概略的に示す水平断面図である。 本発明に係る実施の形態の関節構造における、切り欠き部と配線との配置関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態の関節構造における、切り欠き部と配線との配置関係を示す図である。 本発明に係る異なる実施の形態の関節構造を概略的に示す水平断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本実施の形態に係る関節構造１は、図１に示すように、ロボットアーム２の手首部に適用されている。関節構造１は、図２及び図３に示すように、第１のアーム部１１０、第２のアーム部１２０、中空プーリ１３０を備える。

第１のアーム部１１０は平板部材である。第１のアーム部１１０の一端部は、図３に示すように、当該平板部分に対して略直交する配置でリング状の連結部１１１が形成されている。第１のアーム部１１０の連結部１１１は、基部２１０に軸受け３を介して回転可能に連結されている。すなわち、第１のアーム部１１０は、基部２１０に対して直交方向に回転中心Ｏ１を有する。但し、第１のアーム部１１０の回転方向は特に限定されない。

第１のアーム部１１０の他端部に貫通穴が形成されており、当該貫通穴には軸受け４が嵌め込まれている。そして、軸受け４を挟んで一方に中空プーリ１３０が配置されている。軸受け４を挟んで他方に第２のアーム部１２０が配置されている。軸受け４の内部には、第２のアーム部１２０の回転軸１２１が通されている。すなわち、第２のアーム部１２０は、第１のアーム部１１０に対して直交方向に回転中心Ｏ２を有する。

第１のアーム部１１０における第２のアーム部１２０が配置されている側の側面には、駆動装置である電動モータ５が配置されている。すなわち、第１のアーム部１１０の一端部近傍には、電動モータ５の駆動トルクを増幅させる減速ギア６が貫通するように設けられている。このとき、減速ギア６の入力軸が第１のアーム部１１０を挟んで電動モータ５が配置されている側に配置される。この減速ギア６の入力軸に電動モータ５の回転軸が連結される。一方、減速ギア６の出力軸が第１のアーム部１１０を挟んで中空プーリ１３０が配置されている側に配置される。この減速ギア６の出力軸にプーリ７が連結される。

第１のアーム部１１０における軸受け４と減速ギア６との間の位置には、配線通過部として貫通穴８が形成されている。貫通穴８には、図３に示すように、基部２１０から延びる配線９が通される。貫通穴８を通った配線９は、第１のアーム部１１０を挟んで電動モータ５が配置されている側からプーリ７が配置されている側に配置される。

第２のアーム部１２０も平板部材である。第２のアーム部１２０の一端部に回転軸１２１が形成されている。回転軸１２１は軸受け４内に通されている。その結果、第２のアーム部１２０は、第１のアーム部１１０に対して回転中心Ｏ２を中心として回転可能に連結されている。第２のアーム部１２０には、回転軸１２１に中空部１２１ａが形成されている。第２のアーム部１２０の他端部には、図１に示すように、ロボットハンド２ａが連結されている。第２のアーム部１２０には、例えばロボットハンド２ａの制御装置１０が設けられている。

中空プーリ１３０は、第２のアーム部１２０の回転軸１２１に連結されている。中空プーリ１３０とプーリ７との間には、ベルト１１が渡されている。その結果、電動モータ５の回転駆動力は、減速ギア６、プーリ７、ベルト１１を介して中空プーリ１３０に伝達される。中空プーリ１３０には、第２のアーム部１２０における回転軸１２１の中空部１２１ａと連続するように中空部１３０ａが形成されている。

さらに中空プーリ１３０の外周部１３１には、配線９が収められる切り欠き部１３１ａが形成されている。すなわち、配線９は、図３に示すように、第１のアーム部１１０の貫通穴８を通されて、第１のアーム部１１０を挟んで中空プーリ１３０が配置されている側に配置される。そして、配線９は、中空プーリ１３０の切り欠き部１３１ａを介して、中空プーリ１３０の中空部１３０ａ及び第２のアーム部１２０における回転軸１２１の中空部１２１ａの内部を通されて、制御装置１０に接続される。これにより、配線９をベルト１１の平面領域内にほぼ配置することができるので、従来のように配線９を大きく外方に振る必要がなく、関節構造を小型化することができる。そのため、本実施の形態のように関節構造１をロボットアームに用いると、引き出しや冷蔵庫などの狭い空間での作業性を向上させることができる。さらに中空プーリ１３０に切り欠き部１３１ａを形成するので、中空プーリ１３０の軽量化に寄与する。また、配線９の取り回しが簡素化されるので、関節構造を簡単な構成で被覆することができる。

このとき、配線９は、一旦中空プーリ１３０の中空部１３０ａ及び第２のアーム部１２０における回転軸１２１の中空部１２１ａの内部を通されてから制御装置１０に接続されるので、配線９は第２のアーム部１２０が回動しても捩れたり、垂れ下がったりすることが殆どない。そのため、配線９の寿命を長期化することができる。

ここで、切り欠き部１３１ａは、図４及び図５に示すように、中空プーリ１３０が回転した際に配線９が当該中空プーリ１３０の外周部１３１に接触しないように形成されることが好ましい。これにより配線９の寿命を長期化することができる、ちなみに、図４は、第２のアーム部１２０の回転角度が０°の場合の切り欠き部１３１ａと配線９との配置関係を示している。図５は、第２のアーム部１２０が矢印Ａ方向に４５°回転した際の切り欠き部１３１ａと配線９との配置関係を示している。すなわち、切り欠き部１３１ａの形成領域は、中空プーリ１３０の回転角度に依存する。このとき、第２のアーム部１２０の回転角度を大きく確保したい場合は、必然的に中空プーリ１３０の回転角度も大きくなるので、切り欠き部１３１ａを大きく形成する必要がある。この場合、中空プーリ１３０の直径に比べて、プーリ７の直径を大きくし、ベルト１１の中空プーリ１３０への巻き付け角度θを小さくすることで、第２のアーム部１２０の回転角度を大きく確保することができる。

なお、中空プーリ１３０が回転した際に当該中空プーリ１３０と配線９との摩擦を軽減するために、図６に示すように、中空プーリ１３０の表面に摩擦低減部材１２が設けられていることが好ましい。摩擦低減部材１２は、中空プーリ１３０における当該中空プーリ１３０の回転中心Ｏ２と切り欠き部１３１ａの端部とをそれぞれ結んだ線で囲まれた領域に少なくとも設けられていれば良い。これにより、配線９の寿命をより長期化することができる。

以上、本発明に係る関節構造の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
上記実施の形態では、関節構造をロボットアームの手首部に適用しているが、適用される箇所は特に限定されない。
上記実施の形態では、プーリ相互をベルトで連結しているが、ワイヤやチェーンで連結しても良い。
上記実施の形態では、配線９が制御装置に接続されているが、配線９が接続される要素は特に限定されない。そのため、配線９はエア供給線であったり、信号線、電源線であったりする。

１ 関節構造
２ ロボットアーム、２ａ ロボットハンド
５ 電動モータ
６ 減速ギア
７ プーリ
８ 貫通穴
９ 配線
１０ 制御装置
１１ ベルト
１２ 摩擦低減部材
１１０ 第１のアーム部
１１１ 連結部
１２０ 第２のアーム部、１２１ 回転軸、１２１ａ 中空部
１３０ 中空プーリ、１３０ａ 中空部
１３１ 外周部、１３１ａ 切り欠き部
２１０ 基部

Claims (4)

1. 第１のアーム部と、
   前記第１のアーム部に対して回転可能に連結された第２のアーム部と、
   前記第２のアーム部に駆動装置からの駆動力を伝達する中空プーリと、を備え、
   前記中空プーリの外周部には、配線が収められる切り欠き部が形成されていることを特徴とする関節構造。
2. 前記中空プーリは前記第２のアーム部の出力軸に連結されており、
   前記第２のアーム部の出力軸は、前記中空プーリの中空部に連続する中空部が形成され、
   前記中空プーリの切り欠き部に収められた前記配線は、前記中空プーリの中空部及び前記第２のアーム部の中空部に通されることを特徴とする請求項１に記載の関節構造。
3. 前記第１のアーム部には、前記配線を前記第１のアーム部の一方の側部から他方の側部に通過させる配線通過部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の関節構造。
4. 前記中空プーリの表面には、前記配線との摩擦を低減する摩擦低減部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の関節構造。

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