説明

マニピュレータ用関節部

【課題】組立てが容易でコストの低減化を図り、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供する。
【解決手段】マニピュレータ用関節部は、基部アームの端部に配設された関節軸と、回動アームの端部に形成されたユニット装着孔と、該ユニット装着孔に嵌合するハウジングと該ハウジングの内部に配設され回動アームを関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受とを有する軸受ユニットと、を備える。ハウジングの外周面には、軸方向に沿う係止溝が形成されており、回動アームのユニット装着孔には、ハウジング側の係止溝と同形状の係止溝が形成され、両係止溝の間に係止部材が配置されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータにおいて複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータ用関節部に関する。
【背景技術】
【0002】
産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。
ロボットアームは、複数のアームを関節部を介して連結した装置であり、関節部の構成部材として、複列の転がり軸受を組み込んだ装置が知られている(例えば、特許文献1)。
【0003】
特許文献1の関節部に組み込まれている転がり軸受は、軸受の軸方向断面幅と半径方向断面高さの比を所定値に設定することで内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させ、高剛性、高回転精度、低トルク、低発熱を図っている。
【0004】
ところで、ロボットアームのような大型の装置ではなく、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータの技術開発も行われているが、マニピュレータの関節部に、前述した特許文献1に記載のロボットアーム用転がり軸受をそのままを採用するのは難しい。
すなわち、内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させる特許文献1の転がり軸受の諸元を適用するとマニピュレータ用の転がり軸受が大型になってしまうので、小型化が要求されるマニピュレータ用関節に採用するのは困難である。
【0005】
そこで、本出願人は、複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータ用関節部を有する小型マニピュレータを提供した。このマニピュレータは人間の指に似た動作を機械的に行うことができる(特許文献2)。
【0006】
しかし、本出願人による特許文献2には、転がり軸受のハウジングと回動アームとが接着又は圧入で固定されていると考えられるが、このマニピュレータ関節部軸受に不具合が生じてしまった場合、関節部軸受単体をアーム部材から取り外すことは難しく、アーム全体を交換することになるため、作業効率とコストの面からみると検討の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2006―329420号公報
【特許文献2】特開2010―587号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明は、組立てが容易な転がり軸受を採用することで、作業効率の向上及び組立てコストの低減化を図ることができるとともに、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部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】
【0009】
上記目的は以下の構成により達成される。
(1)基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、端部を支点として回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、基部アームの端部に配設される関節軸と、回動アームの端部に形成されたユニット装着孔と、該ユニット装着孔に嵌合するハウジングと該ハウジングの内部に配設され回動アームを関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受とを有する軸受ユニットと、を備え、ハウジングの外周面には、軸方向に沿う係止溝が形成されており、また、回動アームのユニット装着孔には、ハウジング側の係止溝と同形状の係止溝が形成され、両係止溝の間に配置される係止部材により、回動アームとハウジングとは、相対的に回転不能となっていることを特徴とするマニピュレータ用関節部。
(2)軸受ユニットは、複列の転がり軸受の内輪に嵌合され、関節軸上に固定される軸部材をさらに備えている。
(3)複列の転がり軸受は、外輪と内輪との間に転動自在に配置した複数の転動体と、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備えているとともに、保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられている。
【発明の効果】
【0010】
マニピュレータ関節部の回動アームと軸受のハウジングとを係止部材で固定することにより、回動アームとハウジングの組立てが容易になり、組立てコストの低減化を図ることができるとともに、アームが円滑・高精度に作動することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図。
【図2】図1のマニピュレータの関節部軸受ユニットを示す概略図。
【図3】図1のマニピュレータの回動アームを示す概略図。
【図4】マニピュレータ第2関節部の要部を示す断面図。
【図5】図3の軸受ユニットと回動アームの組立手順に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明のマニピュレータ用関節部の各実施形態を、図1〜5を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
マニピュレータ1は、図1に示すように、中空円筒形状の第1アーム2と、小径部3a及び大径部3bからなる中空円筒形状の第2アーム3と、一端側を中空円筒形状とし、他端部を球面形状とした中空円筒形状の第3アーム4と、第1アーム2の一端部及び第2アーム3の一端部を連結している第1関節部5と、第2アーム3の他端部及び第3アーム4の一端部を連結している第2関節部6とを備えている。以下には、基部アームとしての第2アーム3と、回動アームとしての第3アーム4との間について説明する。
【0014】
第2アーム3及び第3アーム4を連結している第2関節部6は、図2に示す軸受ユニット7と、この軸受ユニット7の回転中心位置に装着され、第2アーム3の一端に形成した連結板3cに配設される連結ネジ(関節軸)9と、軸受ユニット7を介して第3アーム4を上述の連結ネジ回りに回動させる駆動ワイヤ8と、軸受ユニット7を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ8に伝達する駆動力伝達装置18と、を備えている。
【0015】
図4に示すように、軸受ユニット7は、2つの玉軸受10と、単一のハウジング11と、単一の軸部材12とを一体化した部品である。玉軸受10は、外輪10a及び内輪10bと、外輪10aの軌道溝及び内輪10bの軌道溝間に転動自在に配設された多数の玉10cと、外輪10a及び内輪10bの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体10dとを備えている。
【0016】
外輪10a、内輪10b及び玉10cの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼(例えば、SUJ2、SUJ3など)とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料(例えば、SUS440C等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やSUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼材、SUS630等の析出硬化系ステンレス鋼材など)、チタン合金やセラミック系材料(例えば、Si34 、SiC、Al2 3、ZrO2 等)を採用してもよい。
【0017】
ハウジング11は、2つの玉軸受10の外輪10aを内嵌し、図3に示す後述の第3アーム4のユニット装着孔13の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。その内周面の軸方向中央部に周方向に沿って環状凸部11aが設けられている。また、外周面には、軸方向に延びる係止溝11b(図2参照)が形成されている。
【0018】
軸部材12は、玉軸受10の内輪10bの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ9(図4)が螺合する雌ネジ部が形成され、外周面には、軸方向一方側に外径側に突出する鍔部12a(図4)が形成されている。なお、鍔部12aは必ずしも設ける必要はないが、鍔部12aを設けることで玉軸受13を位置決めすることができる。
【0019】
第2アーム3及び第3アーム4は、その材料として、軸受10の外輪10a及び内輪10bの材料よりも線膨張係数の大きな材料が使用される。また、連結ネジ9は軸部材12の材料よりも線膨張係数の大きな材料が使用される。これにより、運転中の軸受10から発生する熱により軸受10の内外輪10b、10aが膨張しても剛性を確保することができる。
【0020】
図3に示すように、第3アーム4の内周面のユニット装着孔13は、第3アーム4の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。ユニット装着孔13には、軸方向の係止溝4aが形成され、前述のハウジング11側の係止溝11bと同じ形状である。係止部材14が両係止溝4a,11bの間に挿入可能となっている。
【0021】
次にこのように構成された第2関節部6の組み付け方法について、図4、5を参照しながら説明する。
まず、2つの軸受10の外輪10a間に環状凸部11aを介在させて、ハウジング11の内周面に各外輪10aを接着又は圧入固定した状態で、軸方向一方側から内輪10bに軸部材12を内嵌させて軸受ユニット7を組み付ける。このとき、一方の軸受10の内輪10bは、軸部材12の鍔部12aに当接する。
そして、ハウジング11の係止溝11bに係止部材14を挿入し、これを第3のアーム4のユニット装着孔13に、係止部材14と係止溝4aとを位置合わせさせた後、挿入する。もしくは、ハウジング11側の係止溝11bと第3のアーム4側の係止溝4aの位置を合わせて、係止部材14をこれら二つの係止溝4a, 11bの間に挿入してもよい。これにより、第2アームの軸受ユニット7に第3アーム4が固定される。
続いて、図4に示すように、第2アーム3の連結板3c間に第3アーム4を配置し、連結ネジ9を締め付けることで、連結ネジ9が軸受ユニット7の軸部材12に形成された雌ネジに螺合し、第2アーム3に対し第3アーム4が回動可能に固定される。
【0022】
本実施形態では、マニピュレータ1の第2関節部6の構造を説明したが、第1関節部5も第2関節部6と同様な構造を採用してもよい。例えば、第1関節部5は、第2アーム3の小径部3aに形成したユニット装着孔に嵌合する2つの玉軸受10を内蔵した軸受ユニット15と、この軸受ユニット15の回転中心位置に装着され、第1アーム2の一端に形成した連結板2cに配設される連結ネジ16と、第2アーム3を連結ネジ16回りに回動させる駆動ワイヤ17とを備えており、駆動ワイヤ17は、前述した駆動力伝達装置18に連結されている。
【0023】
本実施形態では、第3のアーム4と軸受のハウジング11とを係止部材で止めることにより、第2の関節部6の組立てが簡単であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【0024】
また、軸受ユニット7は、単一のハウジング11と単一の軸部材12との間に2つの玉軸受10が組み込まれた部材であり、マニピュレータ1の組立て作業時には玉軸受10の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。また、故障時又はメンテナンス時の軸受10の交換が容易である。
【符号の説明】
【0025】
1 マニピュレータ
2 第1アーム(基部アーム)
3 第2アーム(基部アーム、回動アーム)
4 第3アーム(回動アーム)
4a 係止溝
5 第1関節部(マニピュレータ用関節部)
6 第2関節部(マニピュレータ用関節部)
7、15 軸受ユニット
10 玉軸受(転がり軸受)
10a 外輪
10b 内輪
10c 玉(転動体)
11 ハウジング
11a 環状凸部
11b 係止溝
12、29 軸部材
12a 鍔部
14 係止部材
9、16 連結ネジ
8、17 駆動ワイヤ
18 駆動力伝達装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に配設される関節軸と、
前記回動アームの前記端部に形成されたユニット装着孔と、該ユニット装着孔に嵌合するハウジングと該ハウジングの内部に配設され前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する複列の転がり軸受とを有する軸受ユニットと、を備え、
前記ハウジングの外周面には、軸方向に沿う係止溝が形成されており、また、前記回動アームのユニット装着孔には、前記ハウジング側の係止溝と同形状の係止溝が形成され、前記両係止溝の間に配置される係止部材により、前記回動アームと前記ハウジングとは、相対的に回転不能となっていることを特徴とするマニピュレータ用関節部。
【請求項2】
前記軸受ユニットは、前記複列の転がり軸受の内輪に嵌合され、前記関節軸上に固定される軸部材をさらに備えていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項3】
前記複列の転がり軸受は、外輪と内輪との間に転動自在に配置した複数の転動体と、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備えているとともに、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられていることを特徴とする請求項1又は2記載のマニピュレータ用関節部。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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