ロボットの回転規制装置
【課題】狭いスペースに配設することができ、しかも、回転リンクの回転動作範囲を３６０度を超える角度に規制することも可能なロボットの回転規制装置を提供する。
【解決手段】手首アームのフレームの先端開口部を塞ぐ蓋部材に環状の収納空間３０を形成し、この収納空間３０内に両端を径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂに連結したフレキシブルバンド２９を収容すると共に、フランジ（回転リンク）と一体に回転する掛合ピン４１を挿入する。フランジが許容角度範囲を超えて回転しようとすると、掛合ピン４１に引っ掛けられて径小側内面壁３０ａに巻き付けられるフレキシブルバンド２９が伸び切ってフランジの回転を強制的に停止させる。
【解決手段】手首アームのフレームの先端開口部を塞ぐ蓋部材に環状の収納空間３０を形成し、この収納空間３０内に両端を径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂに連結したフレキシブルバンド２９を収容すると共に、フランジ（回転リンク）と一体に回転する掛合ピン４１を挿入する。フランジが許容角度範囲を超えて回転しようとすると、掛合ピン４１に引っ掛けられて径小側内面壁３０ａに巻き付けられるフレキシブルバンド２９が伸び切ってフランジの回転を強制的に停止させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転リンクの許容された範囲を超える回転を強制的に停止させるロボットの回転規制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多関節型ロボットでは、回転関節によって連結された複数のアーム（リンク）を備えており、各アームは、回転関節を中心にして回転（旋回）するようになっている。各アームには予め可動範囲が設定されており、通常は、駆動源であるモータの回転数制御によって可動範囲内での回転動作に規制されるのであるが、何らかの原因、例えば作業者がアームを強制的に可動範囲を超えて回転させようとしたような場合、その回転を機械的に阻止するために回転規制装置が設けられている。
【０００３】
特許文献１には、ロボットのものではないが、回転軸の回転動作範囲を３６０度を超えた角度に規制するために、回転軸の近傍に正逆回転可能に棒状部材を設け、回転軸に当該回転軸が基準位置から時計方向へ所定角度回転したとき棒状部材を反時計方向に回転させると共に、回転軸が基準位置から反時計方向へ所定角度回転したとき棒状部材を時計方向に回転させるピンを設け、棒状部材が基準位置から反時計方向へ所定角度以上回転するのを阻止するストッパピンと、棒状部材が基準位置から時計方向へ所定角度以上回転するのを阻止するストッパピンと、棒状部材を基準位置に復帰させる巻きばねを設けてなる回転規制装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在のロボットは自己の内蔵する各種の部品などにより不必要に肥大化することを避ける傾向にあり、スリム化、コンパクト化が図られている。このため、ロボットの内部空間に余裕がない。
【０００６】
一方、別の要請としてアームの回転動作範囲の拡大も求められている。現在の回転規制装置は、回転軸に設けたピンが回転軸を支持するハウジング側に固定された突起に当たることによってアームの回転動作範囲を規制する構造が採用されているため、アームの回転動作範囲は３６０度未満の角度に制約されてしまう。
【０００７】
前述の特許文献１の回転規制装置をロボットの回転規制装置に採用すれば、アームの回転動作範囲を３６０度超えの角度に広げることができる。しかしながら、特許文献１の回転規制装置では、回転軸の近傍に棒状部材、２個のストッパピンおよび巻きばねを設けねばならないので、広いスペースを必要とするが、前述のようにロボットの内部空間には余裕がないことから、採用は難しい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、狭いスペースに配設することができ、しかも、回転リンクの回転動作範囲を３６０度を超える角度に規制することが可能なロボットの回転規制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、可撓性条部材が回転する掛合部材に引っ掛けられてぴんと張った状態になる、つまり伸び切ると、可撓性条部材が掛合部材を引き止めてその回転を停止させる。これにより、回転リンクの回転が停止される。当初、可撓性条部材は弛んだ状態で掛け渡されているので、掛合部材（回転リンク）が一方向の回転動作の限界位置で停止されたときには、可撓性条部材は掛合部材に引っ掛けられ、そして一方向に撓んで伸び切った状態になっている。この一方向回転の限界位置から掛合部材が他方向に回転する、可撓性条部材は弛む。掛合部材が１回転して上記一方向回転の限界位置に来ても、可撓性条部材は未だ弛んだ状態を保っているので、当該一方向回転の限界位置を超えて更に回転し、他方向の回転の限界位置まで来ると、それまでに掛合部材に引っ掛けられた可撓性条部材が、前記一方向回転の限界位置における撓み方向とは逆方向に撓み、そしてぴんと張るようになるので、掛合部材が他方向回転の限界位置で止められる。従って、可撓性条部材を収納空間の径小側内面壁と径小側内面壁との間に弛んだ状態に掛け渡す構成とすることにより、可撓性条部材が一方向に回転する掛合部材を停止させる位置と他方向に回転する掛合部材を停止させる位置との間を３６０度（１回転）を超える角度とすることができるので、掛合部材ひいては回転リンクの回転動作範囲を３６０度を超えた角度にすることが可能になる。
【００１０】
また、可撓性条部材は長い薄板状であり、厚さ方向両面を収納空間の径小側内面壁と径大側内面壁とに対向させた状態で配置されている。このため、可撓性条部材がその幅方向の全体で掛合部材のほぼ半周を包囲するようにして両側から引っ張って停止させるので、掛合部材を確実に停止させることができる。
【００１１】
しかも、可撓性条部材は薄板状であるから、掛合部材の回転を許容できる程度の大きさの収納空間内で可撓性条部材の可撓性を十分に発揮させることができる。このため、収納空間をそれ程大きなものとする必要がなくなる。ここで、掛合部材を許容する収納空間は、本来、回転するピンが固定された突起に当接することによって回転リンクの回転動作許容範囲を３６０度未満の角度に規制する従来装置においても必要な空間であって、本発明において新たに追加するような性質のものではないから、現状の余剰スペースの余りないロボットにも利用可能である。
【００１２】
請求項２の発明によれば、回転リンクの回転動作範囲を７２０度(２回転)以上にすることができる。この場合、可撓性条部材は径小側内面壁に１周近く或いはそれ以上巻かれるが、可撓性条部材は、掛合部材の回転時に当該掛合部材に接触されると、収納空間の径大側内面壁の方向に押されて撓んだり、径小側内面壁の方向に押されて撓んだりして掛合部材の回転を妨げないようにするので、可撓性条部材を径小側内面壁に巻き付けるように配置しても掛合部材の進路を十分に確保できる。これは、収納空間は掛合部材が移動できる程度のもので良く、上記した回転動作範囲が３６０度未満の従来装置においてピンの回転に必要な空間と同程度のもので良いことを意味し、ロボットの肥大化を回避できる。
【００１３】
また、回転動作範囲を大きくするために、可撓性条部材を径小側内面壁に何回も巻き重ねることを必要とする場合には、収納空間の幅を可撓性条部材の巻き付け回数に応じた程度の寸法分だけ拡大しなければならないが、可撓性条部材が薄板状であることを考慮すれば、その拡大程度は小さい。また、回転関節には電源線や信号線などが通されていて回転リンクの回転により捻じられることを考慮すれば、回転リンクの回転動作範囲をむやみに多くすることはなく、せいぜい数回転の範囲内であるから、このことからも、収納空間の拡大程度は小さい。
【００１４】
よって、請求項２の発明によれば、回転リンクの回転動作範囲を２回転以上に設定可能で、２回転以上とした場合でも、可撓性条部材のために収納空間を拡大しなくとも、或は拡大したとしてもそれ程の拡大を必要とせず、ロボットの肥大化を極力防止できる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、掛合部材が可撓性条部材に引っ張られて回転限界位置で停止した場合、可撓性条部材の掛合部材に引っ掛けられた途中部分がほぼＵ字状に曲げられる。掛合部材が一方の回転限界位置から他方の回転限界位置に向かって回転する場合、上記のＵ字状に曲げられた部分の湾曲が残っていると、掛合部材が途中でＵ字状部分に遭遇し、これを超えようとする。このとき、掛合部材が径大側内面壁に偏って位置しているので、当該Ｕ字状部分に対し、径大側内面壁に近い部分から接してゆく。その結果、可撓性条部材が掛合部材によりＵ字状の曲がりを伸ばされるように押される。従って、掛合部材がＵ字状部分を収納空間の径大側内面壁との間に挟んで鋭角状の折れ癖を作ってしまうという不具合を防止できる。このような鋭角状の折れ癖は、可撓性条部材の耐久性を低くする要因になることから、それができ難いということは、可撓性条部材を当初設定されていた耐久力通りに利用できる、つまり比較的長持ちさせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す要部の縦断面図
【図２】回転規制装置のフレキシブルバンドの取り付け構成を示す斜視図
【図３】回転規制装置の掛合ピンの取り付け構成を示す斜視図
【図４】フレキシブルバンドによる回転規制の状態を示すもので、（ａ）は一方の規制位置での規制状態を示す正面図、（ｂ）および（ｃ）は規制位置間の途中の状態を示す正面図、（ｄ）は他方の規制位置での規制状態を示す正面図
【図５】本発明の効果の一つを説明するための図で、（ａ−１）および（ａ−２）は本発明におけるフレキシブルバンドのＵ字状部分への掛合部材の接近状態を示す正面図、（ｂ−１）および（ｂ−２）は掛合ピンの位置が異なる場合の（ａ−１）および（ａ−２）相当図
【図６】ロボットの斜視図
【図７】本発明の第２の実施形態を示す回転規制装置の概略的な正面図
【図８】本発明の第３の実施形態を示す回転規制装置の概略的な正面図
【図９】本発明の第４の実施形態を示す回転規制装置の概略的な正面図
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す要部の断面図
【図１１】本発明の第６の実施形態を示す要部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６を参照しながら説明する。図６には、産業用ロボット１が示されている。この産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットからなるもので、ベース２と、このベース２に回転関節によって水平方向に回転可能に連結されたショルダ３と、このショルダ３に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された下アーム４と、この下アーム４に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５の先端部に回転関節によって捻り回転可能に連結された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された手首アーム７と、この手首アーム７に回転関節によって捻り回転可能に連結されたフランジ８とから構成されている。
【００１８】
上記ベース２、ショルダ３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首アーム７、フランジ８は、特許請求の範囲におけるリンクに相当する。また、回転関節によって連結された２つのリンクの関係において、ベース２側のリンクは特許請求の範囲における一のリンクに相当し、フランジ８側のリンクは特許請求の範囲における他のリンクに相当し且つ一のリンクに対して回転する回転リンクに相当する。つまり、ベース２とショルダ３との関係において、ベース２は一のリンクに相当し、ショルダ３は他のリンクに相当し、且つベース２に対して回転する回転リンクに相当する。以下、同様に、ショルダ３と下アーム４とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、下アーム４と第１の上アーム５とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第１の上アーム５と第２の上アーム６とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第２の上アーム６と手首アーム７とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、手首アーム７とフランジ８とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当するものである。
【００１９】
図１には、フランジ８を手首アーム７に回転可能に連結する回転関節の構成が示されている。なお、他の回転関節も図１の回転関節と同様の構成となっている。図１に示すように、手首アーム７の主体を構成するフレーム９は筒形をなしている。このフレーム９には、内部に後述する波動歯車減速装置（減速装置）１０およびサーボモータ（駆動モータ）１１などを組み込むための開口部が形成されており、この開口部はカバーによって塞がれている。そして、これらフレーム９とカバーとによって手首アーム７の外殻が構成されている。
【００２０】
手首アーム７のフレーム９の先端部分の内側には、クロスローラベアリング１２が配設されている。このクロスローラベアリング１２は、内輪１３と、外輪１４と、この内輪１３および外輪１４間に回転自在に保持された複数のころ１５とから構成されている。外輪１４は、前記ころ１５の組み込みのために軸方向に第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとに分割されており、これら第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとはねじ１６により相互に連結されている。そして、この外輪１４はねじ１７により手首アーム７のフレーム９に固定されている。
【００２１】
このようなクロスローラベアリング１２の内輪１３は、回転関節の回転軸として機能し、外輪１４が手首アーム７のフレーム９に固定されることにより、当該手首アーム７に対して回転可能となっている。そして、この内輪１３に、継ぎ手軸１８が宛がわれ、更に継ぎ手軸１８にフランジ８のフレーム１９が宛がわれて、これら継ぎ手軸１８およびフレーム１９がねじ２０によって内輪１３に固定されている。これにより、フランジ８が回転関節によって手首アーム７に回転可能に連結された状態となる。
【００２２】
手首アーム７のフレーム９の先端部には、当該先端の開口部９ａを閉鎖してフレーム９内への塵埃などの侵入を防止するための蓋部材２１が取り付けられている。このフレーム９に取り付けられて当該フレーム９に一体化された蓋部材２１には、継ぎ手軸１８を通す円形孔２１ａが形成され、円形孔２１ａの内周部に継ぎ手軸１８との間を封止するシール２２が装着されている。なお、蓋部材２１はフレーム(外殻)９に一体化された部材に相当する。
【００２３】
前記サーボモータ１１は内輪１３ひいてはフランジ８を回転駆動するもので、このサーボモータ１１の回転は前記波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達される。波動歯車減速装置１０はハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる周知構成のもので、主要構成品として、内歯２３ａを有する環状のサーキュラスプライン２３と、外歯２４ａを有する弾性変形可能な有底円筒状のフレクスプライン２４と、弾性変形可能なウェーブジェネレータ２５と、楕円状カム２６とを有して構成されている。そして、フレクスプライン２４は、サーキュラスプライン２３の内側に配設されて、外歯２４ａを内歯２３ａに噛合させている。なお、外歯２４ａの数は内歯２３ａの数より例えば２つ少ない。
【００２４】
ウェーブジェネレータ２５は、フレクスプライン２４の内側に嵌合されている。このウェーブジェネレータ２５の内側に弾性変形可能に構成されたボールベアリング２７が装着され、このボールベアリング２７の内側に前記楕円状カム２６が嵌着されている。楕円状カム２６は、その中心部にボス部２６ａを有している。
【００２５】
以上の波動歯車減速装置１０において、楕円状カム２６が入力部で、フレクスプライン２４が出力部となっており、楕円状カム２６のボス部２６ａにサーボモータ１１の回転軸１１ａが連結され、フレクスプライン２４がクロスローラベアリング１２の内輪１３に連結されている。そして、サーボモータ１１が回転すると、その回転が波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達され、フランジ８が回転する。
【００２６】
フランジ８は、手首アーム７に対し、基準位置から時計回り方向にα度回転した第１の規制位置と、基準位置から反時計回り方向にα度回転した第２の規制位置との間で回転可能になっている。本実施形態では、上記αは３６０度（１回転）を若干超えた所望角度に定められている。そして、フランジ８は、通常は第１の規制位置と第２の規制位置との間の所定の回転動作範囲（７２０度（２回転）を超える）において回転されるが、何らかの原因で第１の規制位置或いは第２の規制位置を超えて回転しようとすると、その回転は回転規制装置２８によって強制的に停止されるようになっている。
【００２７】
この回転規制装置２８は図２〜図４に示されている。回転規制装置２８は、可撓性条部材としてのフレキシブルバンド２９を主体とするもので、このフレキシブルバンド２９は、前記蓋部材２１に形成された収納空間３０内に収容されている。
即ち、蓋部材２１の内表面（フレーム９内に臨む面）には、内輪１３の回転中心軸線Ｃから離れた位置に当該回転中心軸線Ｃを中心に一周するようにして円環状の凹部が形成され、この凹部が前記収納空間３０とされている。収納空間３０の径小側周縁部および径大側周縁部は、同心円状の径小側円環状凸部３１，径大側円環状凸部３２となっている。これら両凸部３１，３２にはそれぞれ円形穴３３が形成され、各円形穴３３は溝３４によって収納空間３０に連通されている。
【００２８】
フレキシブルバンド２９は、所定の長さを有し、その両先端部は円形状に曲げられて接着されることにより小さなほぼ円筒の取り付け部２９ａ，２９ｂとして形成されている。このフレキシブルバンド２９は前記収納空間３０内に収納されるが、その収納形態は、厚さ方向の両面が収納空間３０の径小側内面壁３０ａ（径小側円環状凸部３１の円筒状外周面）および径大側内面壁３０ｂ（径大側円環状凸部３２の円筒状内周面）に対向するように、径小側内面壁３０ａに弛んだ状態でほぼ一周分だけ巻き付けるようにして収納空間３０内に配置するというものである。
【００２９】
このフレキシブルバンド２９の収納空間３０への収納時に、両端部の取り付け部２９ａ，２９ｂの近くの部分を溝３４に差し込むことにより、取り付け部２９ａ，２９ｂが円形穴３３内に収容されるようにしている。そして、取り付け部２９ａ，２９ｂにはそれぞれ段付きねじ３５が通され、段付けねじ３５のねじ部３５ａを径小側円環状凸部３１および径大側円環状凸部３２の円形穴３３の底部に形成されたねじ穴３６に螺着することにより、取り付け部２９ａ，２９ｂをそれぞれ径小側円環状凸部３１および径大側円環状凸部３２に連結している。以上により、フレキシブルバンド２９が収納空間３０の径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂの間に掛け渡された状態となる。
【００３０】
ここで、フレキシブルバンド２９は、プラスチック、例えばポリイミド製の厚さが例えば１８μｍ程度の長い薄板状のもので、厚さ方向には撓むが、幅方向にはほとんど撓まない。このため、手首アーム７がフランジ８を上向きとする姿勢をとり、収納空間３０が下向きに開放する状態になっても、フレキシブルバンド２９が自重で収納空間３０から垂れ下がるようになる事態は生じない。
【００３１】
一方、内輪１３に取り付けられて当該内輪１３に一体化された継ぎ手軸１８には、図３に示すように腕板３９がねじ４０によって取り付けられている。この腕板３９は継ぎ手軸１８から径方向外側に突出しており、先端部は収納空間３０内に臨んでいる。そして、この腕板３９の先端部には掛合部材としての掛合ピン４１が取り付けられており、この掛合ピン４１先端部が収納空間３０内に挿入されている。
【００３２】
このとき、掛合ピン４１は、図５（ａ）に示すように、収納空間３０の径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂとの間の径方向中央（線Ｄで示す）よりも径大側内面壁３０ｂに偏って位置されている。この掛合ピン４１は、内輪１３（フランジ８）の回転に伴って収納空間３０内のフレキシブルバンド２９を引っ掛け、径小側円環状凸部３１の外周面、換言すれば収納空間３０の径小側内面壁３０ａに強く巻き付けるように作用する。そして、フレキシブルバンド２９は、径小側内面壁３０ａに強く巻き付けられて伸び切る(弛みがなくなって緊張する)と、掛合ピン４１を引き止めてそれ以上移動しないように停止させる。これにより、フランジ８が第１の規制位置或いは第２の規制位置で強制的に停止される。
【００３３】
以下にフレキシブルバンド２９によるフランジ８の強制停止過程を図４により説明する。今、フランジ８が一方の規制位置（時計回り方向(一方向)への回転動作の限界位置である第１の規制位置）にあるとする。このとき、フレキシブルバンド２９は、図４（ａ）に示すように径小側内面壁３０ａに強く巻き付けられて伸び切った状態にあり、これにより掛合ピン４１を引き止めてそれ以上時計回り方向に回転しないようにしている。また、掛合ピン４１は、フレキシブルバンド２９の径大側内面壁３０ｂから収納空間３０への引き出し箇所を時計回り方向に超えた位置にある。そして、フレキシブルバンド２９の掛合ピン４１に引っ掛けられた途中部分は、掛合ピン４１に対し、幅方向の全体で１８０度以下の角度で包むように巻き付いてほぼＵ字状に折り返されたようになっている。
【００３４】
第１の規制位置からフランジ８が反時計回り方向に回転すると、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９のＵ字状に折り返された部分（Ｕ字状部分２９ｃ）の内側から抜け出し、これに伴ってフレキシブルバンド２９は弛む。Ｕ字状部分２９ｃも弛んで膨らみがやや大きくなるが、Ｕ字の形状はそのまま残される。その後、掛合ピン４１は径小側内面壁３０ａをほぼ１周する間、フレキシブルバンド２９の外側を移動してゆくが、この間にフレキシブルバンド２９が弛んで膨らんだりすると、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接することがある。すると、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９を径小側内面壁３０ａの側に押すように作用し、これに伴いフレキシブルバンド２９は径小側内面壁３０ａの側に撓んで掛合ピン４１の移動を妨げることのないようにする。
【００３５】
フランジ８の反時計回り方向の回転に伴って掛合ピン４１がほぼ１回転すると、図４（ｂ）に示すように、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９のＵ字状部分２９ｃに遭遇し、これを超えるようになる。このとき、掛合ピン４１は、収納空間３０の径大側内面壁３０ｂに偏って位置しているので、当該Ｕ字状部分２９ｃに対して図５（ａ−１）に示すように、Ｕ字状部分２９ｃのうち径大側内面壁３０ｂに近い部分から接触してゆくようになるため、Ｕ字状部分２９ｃを径小側内面壁３０ａ側に押すようになって、当該Ｕ字状部分２９ｃを図５（ａ−２）に示すように伸ばしてゆくようになる。
【００３６】
その後、掛合ピン４１は、図４（ｃ）に示すように、フレキシブルバンド２９と径小側内面壁３０ａとの間に入り込み、径小側内面壁３０ａをほぼ１周する。この間、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９の内側を移動してゆくが、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接触したりすると、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９を径大側内面壁３０ｂの側に押すように作用し、これに伴いフレキシブルバンド２９は径大側内面壁３０ｂの側に撓んで掛合ピン４１の移動を妨げることのないようにする。
【００３７】
そして、掛合ピン４１が第１の規制位置からほぼ２回転すると、フレキシブルバンド２９が径小側内面壁３０ａから収納空間３０へ引き出されている箇所を反時計回り方向に通過してフレキシブルバンド２９を引っ掛けるようになる。そして、掛合ピン４１は、図４（ｄ）に示すように、フレキシブルバンド２９を径小側内面壁３０ａに強く巻き付けるため、フレキシブルバンド２９は伸び切って掛合ピン４１をそれ以上反時計回り方向に移動しないように引き止める。これにより、フランジ８が他方の規制位置（反時計回り方向(他方向)への回転限界位置である第２の規制位置）で強制停止される。
【００３８】
フランジ８が第２の規制位置から時計回り方向に回転して第１の規制位置に至る場合も、上記したと同様にして第１の規制位置においてフレキシブルバンド２９が径小側内面壁３０ａに強く巻き付けられて伸び切った状態になるので、フランジ８が第１の規制位置で強制停止される。この第２の規制位置から第１の規制位置に向かって掛合ピン４１が時計回り方向に回転してゆく際に、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接触した場合、上述したと同様にしてフレキシブルバンド２９は径大側内面壁３０ｂ或いは径小側内面壁３０ａの方へ撓んで掛合ピン４１の移動を妨げないようにする。
【００３９】
このように、本実施形態の回転規制装置２６は、フレキシブルバンド２９と掛合ピン４１を主たる部材とし、それらフレキシブルバンド２９と掛合ピン４１の収納スペースとしては、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９の途中を引っ掛けて円運動できる程度の狭いスペース、即ち、蓋部材２１に形成された幅狭の環状の収納空間３０で済む。その上、蓋部材２１は防塵のために本来的に設けられるものであるから、部品点数の増加を招来しない。また、掛合ピン４１を継ぎ手軸１８に連結するための腕板３９も、外輪１４と蓋部材２１との間に本来的に存在する隙間を利用して収納できるので、当該隙間の増加を招来せず、また、腕板３９の厚さによっては当該隙間の幅の多少の拡大が必要であってもその拡大は最小限のものに抑制できる。このように、本実施形態の回転規制装置２８は、狭いスペースに配設でき、手首アーム７、フランジ８の肥大化を招来せず、スリム化の要請に対応できるものである。
【００４０】
しかも、本実施形態の回転規制装置２８では、フレキシブルバンド２９が幅方向全体で掛合ピン４１を包むようにして引き止めるので、掛合ピン４１ひいてはフランジ８の回転を確実に停止させることができる。
その上、本実施形態では、フレキシブルバンド２９を径小側内面壁３０ａにほぼ１周分巻き付けるように配置したので、掛合ピン４１の回転動作範囲を７２０度を超える角度とすることができる。この場合、回転する掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接すると、当該フレキシブルバンド２９は撓んで掛合ピン４１の進路を妨げることのないようにする。このため、収納空間３０を掛合ピン４１が回転に最小限必要な程度の大きさに定めても、フレキシブルバンド２９の厚さが薄いことと相俟って、掛合ピン４１の移動を妨げることなくフレキシブルバンド２９が自在に撓むことができる。従って、収納空間３０が掛合ピン４１の移動を許容する程度の大きさで済み、ロボットの肥大化を防止できる。
【００４１】
また、本実施形態では、掛合ピン４１が収納空間３０の径大側内面壁３０ｂに偏って位置されているので、フレキシブルバンド２９にＵ字状部分２９ｃが生じていた場合に、当該Ｕ字状部分２９ｃを掛合ピン４１によって伸ばすことができる。仮に、掛合ピン４１が図５（ｂ−１）および（ｂ−２）のように収納空間３０の幅方向中央に位置されていたとすると、フレキシブルバンド２９のＵ字状部分２９ｃに掛合ピン４１が当たった場合、図５（ｂ−１）に示すように、掛合ピン４１がＵ字状部分２９ｃに対してやや径小側内面壁３０ａ側に当たり、そのためにＵ字状部分２９ｃが伸ばされずに図５（ｂ−２）に示すように径大側内面壁３０ｂとの間に挟まれて折れ癖を付けてしまい勝ちとなる。しかし、本実施形態では、そのような不具合を生ぜず、フレキシブルバンド２９に鋭角状の折れ癖を付けてしまうような事態の発生を回避できるようになる。このような鋭角状の折れ癖は、可撓性条部材の耐久性を低くする要因になることから、それができ難いということは、フレキシブルバンド２９を当初設定されていた耐久力通りに利用できる、つまり比較的長持ちさせることができるようになる。
【００４２】
図７〜図１１は本発明の第２〜第６の各実施形態を示す。そのうち、図７〜図９はフランジ８の回転動作範囲を変更した実施形態であり、図１０および図１１は収納空間３０の形成構成を変更した実施形態である。以下、前述の第１実施例と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４３】
まず、図７の第２の実施形態は、フレキシブルバンド２９を、径小側内面壁３０ａにほぼ２周するように渦巻状に巻き付けるようにしたものである。これによれば、フランジ８の回転動作許容範囲を１０８０度(３回転)を超える角度に規制できる。この場合、フレキシブルバンド２９の径小側内面壁３０ａへの巻き付け回数が２回となってフレキシブルバンド２９の巻き重ね厚さが厚くなるが、フレキシブルバンド９が薄板状であるので、それ程厚くならない。このため、収納空間３０の径方向の幅を広くしなくとも、仮に広くする必要があってもその程度はごく小さく、ロボットの肥大化を防止できる。
【００４４】
図８の第３の実施形態は、フレキシブルバンド２９を、径小側内面壁３０ａをほぼ半周するように配設したものである。これによれば、フランジ８の回転動作範囲をほぼ５４０度の角度に規制できる。
【００４５】
図９の第４の実施形態は、フレキシブルバンド２９を、径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂとの間に弛みを持ってＵ字状に掛け渡したものである。これによれば、フランジ８の回転動作許容範囲を３６０度をやや超える程度の角度に規制できる。
【００４６】
図１０の第５の実施形態は、第２の外輪部１４ｂの先端部と手首アーム７のフレーム９との間に存する空間を収納空間３０とし、当該収納空間３０の径小側内面壁３０ａを構成する第２の外輪部１４ｂの外周面と径大側内面壁３０ｂを構成するフレーム９の内周面との間にフレキシブルバンド２９を掛け渡すと共に、掛合ピン４１を収納空間３０内に挿入配置させたものである。ここで、第２の外輪部１４ｂは、外殻であるフレーム９に一体化された部材であり、従って、本実施形態は、外殻と当該外殻に一体化された部材との間に収納空間を形成した例である。
【００４７】
図１１の第６の実施形態は、蓋部材２１のフレーム９との嵌合部２１ｂを第２の外輪部１４ｂの先端部と対向するように若干延長し、嵌合部２１ｂを第２の外輪部１４ｂの先端部との間に存する空間を収納空間３０とし、当該収納空間３０の径小側内面壁３０ａを構成する第２の外輪部１４ｂの外周面と径大側内面壁３０ｂを構成する嵌合部２１ｂの内周面との間にフレキシブルバンド２９を掛け渡すと共に、掛合ピン４１を収納空間３０内に挿入配置させたものである。ここで、第２の外輪部１４ｂおよび蓋部材２１は、共に外殻であるフレーム９に一体化された部材で、従って、本実施形態は、外殻に一体化された２つの部材の間に収納空間を形成した例である。
【００４８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
フレーム９、つまり外殻に凹部を形成し、これを収納空間とするようにしても良い。
回転規制装置は、フランジ８に限らず、他の回転リンクに設けても良い。
収納空間３０の形成位置によっては、掛合ピン４１は継ぎ手軸１８に直接取り付けるようにしても良い。
掛合ピン４１は収納空間３０の位置によっては、内輪１３やフランジ８に取り付けるようにしても良い。
本発明は水平多関節型ロボットに適用しても良い。
【符号の説明】
【００４９】
図面中、２はベース（リンク）、３はショルダ（リンク）、４は下アーム（リンク）、５は第１の上アーム（リンク）、６は第２の上アーム（リンク）、７は手首アーム（リンク、一のリンク）、８はフランジ（リンク、他のリンク、回転リンク）、９はフレーム（外殻）、１２はクロスローラベアリング、１３は内輪（回転軸）、１４は外輪、１８は継ぎ手軸（回転軸に一体化された部材）、２１は蓋部材（外殻に一体化された部材）、２８は回転規制装置、２９はフレキシブルバンド（可撓性条部材）、３０は収納空間、４１は掛合ピン（掛合部材）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転リンクの許容された範囲を超える回転を強制的に停止させるロボットの回転規制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多関節型ロボットでは、回転関節によって連結された複数のアーム（リンク）を備えており、各アームは、回転関節を中心にして回転（旋回）するようになっている。各アームには予め可動範囲が設定されており、通常は、駆動源であるモータの回転数制御によって可動範囲内での回転動作に規制されるのであるが、何らかの原因、例えば作業者がアームを強制的に可動範囲を超えて回転させようとしたような場合、その回転を機械的に阻止するために回転規制装置が設けられている。
【０００３】
特許文献１には、ロボットのものではないが、回転軸の回転動作範囲を３６０度を超えた角度に規制するために、回転軸の近傍に正逆回転可能に棒状部材を設け、回転軸に当該回転軸が基準位置から時計方向へ所定角度回転したとき棒状部材を反時計方向に回転させると共に、回転軸が基準位置から反時計方向へ所定角度回転したとき棒状部材を時計方向に回転させるピンを設け、棒状部材が基準位置から反時計方向へ所定角度以上回転するのを阻止するストッパピンと、棒状部材が基準位置から時計方向へ所定角度以上回転するのを阻止するストッパピンと、棒状部材を基準位置に復帰させる巻きばねを設けてなる回転規制装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在のロボットは自己の内蔵する各種の部品などにより不必要に肥大化することを避ける傾向にあり、スリム化、コンパクト化が図られている。このため、ロボットの内部空間に余裕がない。
【０００６】
一方、別の要請としてアームの回転動作範囲の拡大も求められている。現在の回転規制装置は、回転軸に設けたピンが回転軸を支持するハウジング側に固定された突起に当たることによってアームの回転動作範囲を規制する構造が採用されているため、アームの回転動作範囲は３６０度未満の角度に制約されてしまう。
【０００７】
前述の特許文献１の回転規制装置をロボットの回転規制装置に採用すれば、アームの回転動作範囲を３６０度超えの角度に広げることができる。しかしながら、特許文献１の回転規制装置では、回転軸の近傍に棒状部材、２個のストッパピンおよび巻きばねを設けねばならないので、広いスペースを必要とするが、前述のようにロボットの内部空間には余裕がないことから、採用は難しい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、狭いスペースに配設することができ、しかも、回転リンクの回転動作範囲を３６０度を超える角度に規制することが可能なロボットの回転規制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、可撓性条部材が回転する掛合部材に引っ掛けられてぴんと張った状態になる、つまり伸び切ると、可撓性条部材が掛合部材を引き止めてその回転を停止させる。これにより、回転リンクの回転が停止される。当初、可撓性条部材は弛んだ状態で掛け渡されているので、掛合部材（回転リンク）が一方向の回転動作の限界位置で停止されたときには、可撓性条部材は掛合部材に引っ掛けられ、そして一方向に撓んで伸び切った状態になっている。この一方向回転の限界位置から掛合部材が他方向に回転する、可撓性条部材は弛む。掛合部材が１回転して上記一方向回転の限界位置に来ても、可撓性条部材は未だ弛んだ状態を保っているので、当該一方向回転の限界位置を超えて更に回転し、他方向の回転の限界位置まで来ると、それまでに掛合部材に引っ掛けられた可撓性条部材が、前記一方向回転の限界位置における撓み方向とは逆方向に撓み、そしてぴんと張るようになるので、掛合部材が他方向回転の限界位置で止められる。従って、可撓性条部材を収納空間の径小側内面壁と径小側内面壁との間に弛んだ状態に掛け渡す構成とすることにより、可撓性条部材が一方向に回転する掛合部材を停止させる位置と他方向に回転する掛合部材を停止させる位置との間を３６０度（１回転）を超える角度とすることができるので、掛合部材ひいては回転リンクの回転動作範囲を３６０度を超えた角度にすることが可能になる。
【００１０】
また、可撓性条部材は長い薄板状であり、厚さ方向両面を収納空間の径小側内面壁と径大側内面壁とに対向させた状態で配置されている。このため、可撓性条部材がその幅方向の全体で掛合部材のほぼ半周を包囲するようにして両側から引っ張って停止させるので、掛合部材を確実に停止させることができる。
【００１１】
しかも、可撓性条部材は薄板状であるから、掛合部材の回転を許容できる程度の大きさの収納空間内で可撓性条部材の可撓性を十分に発揮させることができる。このため、収納空間をそれ程大きなものとする必要がなくなる。ここで、掛合部材を許容する収納空間は、本来、回転するピンが固定された突起に当接することによって回転リンクの回転動作許容範囲を３６０度未満の角度に規制する従来装置においても必要な空間であって、本発明において新たに追加するような性質のものではないから、現状の余剰スペースの余りないロボットにも利用可能である。
【００１２】
請求項２の発明によれば、回転リンクの回転動作範囲を７２０度(２回転)以上にすることができる。この場合、可撓性条部材は径小側内面壁に１周近く或いはそれ以上巻かれるが、可撓性条部材は、掛合部材の回転時に当該掛合部材に接触されると、収納空間の径大側内面壁の方向に押されて撓んだり、径小側内面壁の方向に押されて撓んだりして掛合部材の回転を妨げないようにするので、可撓性条部材を径小側内面壁に巻き付けるように配置しても掛合部材の進路を十分に確保できる。これは、収納空間は掛合部材が移動できる程度のもので良く、上記した回転動作範囲が３６０度未満の従来装置においてピンの回転に必要な空間と同程度のもので良いことを意味し、ロボットの肥大化を回避できる。
【００１３】
また、回転動作範囲を大きくするために、可撓性条部材を径小側内面壁に何回も巻き重ねることを必要とする場合には、収納空間の幅を可撓性条部材の巻き付け回数に応じた程度の寸法分だけ拡大しなければならないが、可撓性条部材が薄板状であることを考慮すれば、その拡大程度は小さい。また、回転関節には電源線や信号線などが通されていて回転リンクの回転により捻じられることを考慮すれば、回転リンクの回転動作範囲をむやみに多くすることはなく、せいぜい数回転の範囲内であるから、このことからも、収納空間の拡大程度は小さい。
【００１４】
よって、請求項２の発明によれば、回転リンクの回転動作範囲を２回転以上に設定可能で、２回転以上とした場合でも、可撓性条部材のために収納空間を拡大しなくとも、或は拡大したとしてもそれ程の拡大を必要とせず、ロボットの肥大化を極力防止できる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、掛合部材が可撓性条部材に引っ張られて回転限界位置で停止した場合、可撓性条部材の掛合部材に引っ掛けられた途中部分がほぼＵ字状に曲げられる。掛合部材が一方の回転限界位置から他方の回転限界位置に向かって回転する場合、上記のＵ字状に曲げられた部分の湾曲が残っていると、掛合部材が途中でＵ字状部分に遭遇し、これを超えようとする。このとき、掛合部材が径大側内面壁に偏って位置しているので、当該Ｕ字状部分に対し、径大側内面壁に近い部分から接してゆく。その結果、可撓性条部材が掛合部材によりＵ字状の曲がりを伸ばされるように押される。従って、掛合部材がＵ字状部分を収納空間の径大側内面壁との間に挟んで鋭角状の折れ癖を作ってしまうという不具合を防止できる。このような鋭角状の折れ癖は、可撓性条部材の耐久性を低くする要因になることから、それができ難いということは、可撓性条部材を当初設定されていた耐久力通りに利用できる、つまり比較的長持ちさせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す要部の縦断面図
【図２】回転規制装置のフレキシブルバンドの取り付け構成を示す斜視図
【図３】回転規制装置の掛合ピンの取り付け構成を示す斜視図
【図４】フレキシブルバンドによる回転規制の状態を示すもので、（ａ）は一方の規制位置での規制状態を示す正面図、（ｂ）および（ｃ）は規制位置間の途中の状態を示す正面図、（ｄ）は他方の規制位置での規制状態を示す正面図
【図５】本発明の効果の一つを説明するための図で、（ａ−１）および（ａ−２）は本発明におけるフレキシブルバンドのＵ字状部分への掛合部材の接近状態を示す正面図、（ｂ−１）および（ｂ−２）は掛合ピンの位置が異なる場合の（ａ−１）および（ａ−２）相当図
【図６】ロボットの斜視図
【図７】本発明の第２の実施形態を示す回転規制装置の概略的な正面図
【図８】本発明の第３の実施形態を示す回転規制装置の概略的な正面図
【図９】本発明の第４の実施形態を示す回転規制装置の概略的な正面図
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す要部の断面図
【図１１】本発明の第６の実施形態を示す要部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６を参照しながら説明する。図６には、産業用ロボット１が示されている。この産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットからなるもので、ベース２と、このベース２に回転関節によって水平方向に回転可能に連結されたショルダ３と、このショルダ３に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された下アーム４と、この下アーム４に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５の先端部に回転関節によって捻り回転可能に連結された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された手首アーム７と、この手首アーム７に回転関節によって捻り回転可能に連結されたフランジ８とから構成されている。
【００１８】
上記ベース２、ショルダ３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首アーム７、フランジ８は、特許請求の範囲におけるリンクに相当する。また、回転関節によって連結された２つのリンクの関係において、ベース２側のリンクは特許請求の範囲における一のリンクに相当し、フランジ８側のリンクは特許請求の範囲における他のリンクに相当し且つ一のリンクに対して回転する回転リンクに相当する。つまり、ベース２とショルダ３との関係において、ベース２は一のリンクに相当し、ショルダ３は他のリンクに相当し、且つベース２に対して回転する回転リンクに相当する。以下、同様に、ショルダ３と下アーム４とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、下アーム４と第１の上アーム５とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第１の上アーム５と第２の上アーム６とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第２の上アーム６と手首アーム７とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、手首アーム７とフランジ８とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当するものである。
【００１９】
図１には、フランジ８を手首アーム７に回転可能に連結する回転関節の構成が示されている。なお、他の回転関節も図１の回転関節と同様の構成となっている。図１に示すように、手首アーム７の主体を構成するフレーム９は筒形をなしている。このフレーム９には、内部に後述する波動歯車減速装置（減速装置）１０およびサーボモータ（駆動モータ）１１などを組み込むための開口部が形成されており、この開口部はカバーによって塞がれている。そして、これらフレーム９とカバーとによって手首アーム７の外殻が構成されている。
【００２０】
手首アーム７のフレーム９の先端部分の内側には、クロスローラベアリング１２が配設されている。このクロスローラベアリング１２は、内輪１３と、外輪１４と、この内輪１３および外輪１４間に回転自在に保持された複数のころ１５とから構成されている。外輪１４は、前記ころ１５の組み込みのために軸方向に第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとに分割されており、これら第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとはねじ１６により相互に連結されている。そして、この外輪１４はねじ１７により手首アーム７のフレーム９に固定されている。
【００２１】
このようなクロスローラベアリング１２の内輪１３は、回転関節の回転軸として機能し、外輪１４が手首アーム７のフレーム９に固定されることにより、当該手首アーム７に対して回転可能となっている。そして、この内輪１３に、継ぎ手軸１８が宛がわれ、更に継ぎ手軸１８にフランジ８のフレーム１９が宛がわれて、これら継ぎ手軸１８およびフレーム１９がねじ２０によって内輪１３に固定されている。これにより、フランジ８が回転関節によって手首アーム７に回転可能に連結された状態となる。
【００２２】
手首アーム７のフレーム９の先端部には、当該先端の開口部９ａを閉鎖してフレーム９内への塵埃などの侵入を防止するための蓋部材２１が取り付けられている。このフレーム９に取り付けられて当該フレーム９に一体化された蓋部材２１には、継ぎ手軸１８を通す円形孔２１ａが形成され、円形孔２１ａの内周部に継ぎ手軸１８との間を封止するシール２２が装着されている。なお、蓋部材２１はフレーム(外殻)９に一体化された部材に相当する。
【００２３】
前記サーボモータ１１は内輪１３ひいてはフランジ８を回転駆動するもので、このサーボモータ１１の回転は前記波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達される。波動歯車減速装置１０はハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる周知構成のもので、主要構成品として、内歯２３ａを有する環状のサーキュラスプライン２３と、外歯２４ａを有する弾性変形可能な有底円筒状のフレクスプライン２４と、弾性変形可能なウェーブジェネレータ２５と、楕円状カム２６とを有して構成されている。そして、フレクスプライン２４は、サーキュラスプライン２３の内側に配設されて、外歯２４ａを内歯２３ａに噛合させている。なお、外歯２４ａの数は内歯２３ａの数より例えば２つ少ない。
【００２４】
ウェーブジェネレータ２５は、フレクスプライン２４の内側に嵌合されている。このウェーブジェネレータ２５の内側に弾性変形可能に構成されたボールベアリング２７が装着され、このボールベアリング２７の内側に前記楕円状カム２６が嵌着されている。楕円状カム２６は、その中心部にボス部２６ａを有している。
【００２５】
以上の波動歯車減速装置１０において、楕円状カム２６が入力部で、フレクスプライン２４が出力部となっており、楕円状カム２６のボス部２６ａにサーボモータ１１の回転軸１１ａが連結され、フレクスプライン２４がクロスローラベアリング１２の内輪１３に連結されている。そして、サーボモータ１１が回転すると、その回転が波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達され、フランジ８が回転する。
【００２６】
フランジ８は、手首アーム７に対し、基準位置から時計回り方向にα度回転した第１の規制位置と、基準位置から反時計回り方向にα度回転した第２の規制位置との間で回転可能になっている。本実施形態では、上記αは３６０度（１回転）を若干超えた所望角度に定められている。そして、フランジ８は、通常は第１の規制位置と第２の規制位置との間の所定の回転動作範囲（７２０度（２回転）を超える）において回転されるが、何らかの原因で第１の規制位置或いは第２の規制位置を超えて回転しようとすると、その回転は回転規制装置２８によって強制的に停止されるようになっている。
【００２７】
この回転規制装置２８は図２〜図４に示されている。回転規制装置２８は、可撓性条部材としてのフレキシブルバンド２９を主体とするもので、このフレキシブルバンド２９は、前記蓋部材２１に形成された収納空間３０内に収容されている。
即ち、蓋部材２１の内表面（フレーム９内に臨む面）には、内輪１３の回転中心軸線Ｃから離れた位置に当該回転中心軸線Ｃを中心に一周するようにして円環状の凹部が形成され、この凹部が前記収納空間３０とされている。収納空間３０の径小側周縁部および径大側周縁部は、同心円状の径小側円環状凸部３１，径大側円環状凸部３２となっている。これら両凸部３１，３２にはそれぞれ円形穴３３が形成され、各円形穴３３は溝３４によって収納空間３０に連通されている。
【００２８】
フレキシブルバンド２９は、所定の長さを有し、その両先端部は円形状に曲げられて接着されることにより小さなほぼ円筒の取り付け部２９ａ，２９ｂとして形成されている。このフレキシブルバンド２９は前記収納空間３０内に収納されるが、その収納形態は、厚さ方向の両面が収納空間３０の径小側内面壁３０ａ（径小側円環状凸部３１の円筒状外周面）および径大側内面壁３０ｂ（径大側円環状凸部３２の円筒状内周面）に対向するように、径小側内面壁３０ａに弛んだ状態でほぼ一周分だけ巻き付けるようにして収納空間３０内に配置するというものである。
【００２９】
このフレキシブルバンド２９の収納空間３０への収納時に、両端部の取り付け部２９ａ，２９ｂの近くの部分を溝３４に差し込むことにより、取り付け部２９ａ，２９ｂが円形穴３３内に収容されるようにしている。そして、取り付け部２９ａ，２９ｂにはそれぞれ段付きねじ３５が通され、段付けねじ３５のねじ部３５ａを径小側円環状凸部３１および径大側円環状凸部３２の円形穴３３の底部に形成されたねじ穴３６に螺着することにより、取り付け部２９ａ，２９ｂをそれぞれ径小側円環状凸部３１および径大側円環状凸部３２に連結している。以上により、フレキシブルバンド２９が収納空間３０の径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂの間に掛け渡された状態となる。
【００３０】
ここで、フレキシブルバンド２９は、プラスチック、例えばポリイミド製の厚さが例えば１８μｍ程度の長い薄板状のもので、厚さ方向には撓むが、幅方向にはほとんど撓まない。このため、手首アーム７がフランジ８を上向きとする姿勢をとり、収納空間３０が下向きに開放する状態になっても、フレキシブルバンド２９が自重で収納空間３０から垂れ下がるようになる事態は生じない。
【００３１】
一方、内輪１３に取り付けられて当該内輪１３に一体化された継ぎ手軸１８には、図３に示すように腕板３９がねじ４０によって取り付けられている。この腕板３９は継ぎ手軸１８から径方向外側に突出しており、先端部は収納空間３０内に臨んでいる。そして、この腕板３９の先端部には掛合部材としての掛合ピン４１が取り付けられており、この掛合ピン４１先端部が収納空間３０内に挿入されている。
【００３２】
このとき、掛合ピン４１は、図５（ａ）に示すように、収納空間３０の径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂとの間の径方向中央（線Ｄで示す）よりも径大側内面壁３０ｂに偏って位置されている。この掛合ピン４１は、内輪１３（フランジ８）の回転に伴って収納空間３０内のフレキシブルバンド２９を引っ掛け、径小側円環状凸部３１の外周面、換言すれば収納空間３０の径小側内面壁３０ａに強く巻き付けるように作用する。そして、フレキシブルバンド２９は、径小側内面壁３０ａに強く巻き付けられて伸び切る(弛みがなくなって緊張する)と、掛合ピン４１を引き止めてそれ以上移動しないように停止させる。これにより、フランジ８が第１の規制位置或いは第２の規制位置で強制的に停止される。
【００３３】
以下にフレキシブルバンド２９によるフランジ８の強制停止過程を図４により説明する。今、フランジ８が一方の規制位置（時計回り方向(一方向)への回転動作の限界位置である第１の規制位置）にあるとする。このとき、フレキシブルバンド２９は、図４（ａ）に示すように径小側内面壁３０ａに強く巻き付けられて伸び切った状態にあり、これにより掛合ピン４１を引き止めてそれ以上時計回り方向に回転しないようにしている。また、掛合ピン４１は、フレキシブルバンド２９の径大側内面壁３０ｂから収納空間３０への引き出し箇所を時計回り方向に超えた位置にある。そして、フレキシブルバンド２９の掛合ピン４１に引っ掛けられた途中部分は、掛合ピン４１に対し、幅方向の全体で１８０度以下の角度で包むように巻き付いてほぼＵ字状に折り返されたようになっている。
【００３４】
第１の規制位置からフランジ８が反時計回り方向に回転すると、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９のＵ字状に折り返された部分（Ｕ字状部分２９ｃ）の内側から抜け出し、これに伴ってフレキシブルバンド２９は弛む。Ｕ字状部分２９ｃも弛んで膨らみがやや大きくなるが、Ｕ字の形状はそのまま残される。その後、掛合ピン４１は径小側内面壁３０ａをほぼ１周する間、フレキシブルバンド２９の外側を移動してゆくが、この間にフレキシブルバンド２９が弛んで膨らんだりすると、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接することがある。すると、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９を径小側内面壁３０ａの側に押すように作用し、これに伴いフレキシブルバンド２９は径小側内面壁３０ａの側に撓んで掛合ピン４１の移動を妨げることのないようにする。
【００３５】
フランジ８の反時計回り方向の回転に伴って掛合ピン４１がほぼ１回転すると、図４（ｂ）に示すように、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９のＵ字状部分２９ｃに遭遇し、これを超えるようになる。このとき、掛合ピン４１は、収納空間３０の径大側内面壁３０ｂに偏って位置しているので、当該Ｕ字状部分２９ｃに対して図５（ａ−１）に示すように、Ｕ字状部分２９ｃのうち径大側内面壁３０ｂに近い部分から接触してゆくようになるため、Ｕ字状部分２９ｃを径小側内面壁３０ａ側に押すようになって、当該Ｕ字状部分２９ｃを図５（ａ−２）に示すように伸ばしてゆくようになる。
【００３６】
その後、掛合ピン４１は、図４（ｃ）に示すように、フレキシブルバンド２９と径小側内面壁３０ａとの間に入り込み、径小側内面壁３０ａをほぼ１周する。この間、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９の内側を移動してゆくが、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接触したりすると、掛合ピン４１はフレキシブルバンド２９を径大側内面壁３０ｂの側に押すように作用し、これに伴いフレキシブルバンド２９は径大側内面壁３０ｂの側に撓んで掛合ピン４１の移動を妨げることのないようにする。
【００３７】
そして、掛合ピン４１が第１の規制位置からほぼ２回転すると、フレキシブルバンド２９が径小側内面壁３０ａから収納空間３０へ引き出されている箇所を反時計回り方向に通過してフレキシブルバンド２９を引っ掛けるようになる。そして、掛合ピン４１は、図４（ｄ）に示すように、フレキシブルバンド２９を径小側内面壁３０ａに強く巻き付けるため、フレキシブルバンド２９は伸び切って掛合ピン４１をそれ以上反時計回り方向に移動しないように引き止める。これにより、フランジ８が他方の規制位置（反時計回り方向(他方向)への回転限界位置である第２の規制位置）で強制停止される。
【００３８】
フランジ８が第２の規制位置から時計回り方向に回転して第１の規制位置に至る場合も、上記したと同様にして第１の規制位置においてフレキシブルバンド２９が径小側内面壁３０ａに強く巻き付けられて伸び切った状態になるので、フランジ８が第１の規制位置で強制停止される。この第２の規制位置から第１の規制位置に向かって掛合ピン４１が時計回り方向に回転してゆく際に、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接触した場合、上述したと同様にしてフレキシブルバンド２９は径大側内面壁３０ｂ或いは径小側内面壁３０ａの方へ撓んで掛合ピン４１の移動を妨げないようにする。
【００３９】
このように、本実施形態の回転規制装置２６は、フレキシブルバンド２９と掛合ピン４１を主たる部材とし、それらフレキシブルバンド２９と掛合ピン４１の収納スペースとしては、掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９の途中を引っ掛けて円運動できる程度の狭いスペース、即ち、蓋部材２１に形成された幅狭の環状の収納空間３０で済む。その上、蓋部材２１は防塵のために本来的に設けられるものであるから、部品点数の増加を招来しない。また、掛合ピン４１を継ぎ手軸１８に連結するための腕板３９も、外輪１４と蓋部材２１との間に本来的に存在する隙間を利用して収納できるので、当該隙間の増加を招来せず、また、腕板３９の厚さによっては当該隙間の幅の多少の拡大が必要であってもその拡大は最小限のものに抑制できる。このように、本実施形態の回転規制装置２８は、狭いスペースに配設でき、手首アーム７、フランジ８の肥大化を招来せず、スリム化の要請に対応できるものである。
【００４０】
しかも、本実施形態の回転規制装置２８では、フレキシブルバンド２９が幅方向全体で掛合ピン４１を包むようにして引き止めるので、掛合ピン４１ひいてはフランジ８の回転を確実に停止させることができる。
その上、本実施形態では、フレキシブルバンド２９を径小側内面壁３０ａにほぼ１周分巻き付けるように配置したので、掛合ピン４１の回転動作範囲を７２０度を超える角度とすることができる。この場合、回転する掛合ピン４１がフレキシブルバンド２９に接すると、当該フレキシブルバンド２９は撓んで掛合ピン４１の進路を妨げることのないようにする。このため、収納空間３０を掛合ピン４１が回転に最小限必要な程度の大きさに定めても、フレキシブルバンド２９の厚さが薄いことと相俟って、掛合ピン４１の移動を妨げることなくフレキシブルバンド２９が自在に撓むことができる。従って、収納空間３０が掛合ピン４１の移動を許容する程度の大きさで済み、ロボットの肥大化を防止できる。
【００４１】
また、本実施形態では、掛合ピン４１が収納空間３０の径大側内面壁３０ｂに偏って位置されているので、フレキシブルバンド２９にＵ字状部分２９ｃが生じていた場合に、当該Ｕ字状部分２９ｃを掛合ピン４１によって伸ばすことができる。仮に、掛合ピン４１が図５（ｂ−１）および（ｂ−２）のように収納空間３０の幅方向中央に位置されていたとすると、フレキシブルバンド２９のＵ字状部分２９ｃに掛合ピン４１が当たった場合、図５（ｂ−１）に示すように、掛合ピン４１がＵ字状部分２９ｃに対してやや径小側内面壁３０ａ側に当たり、そのためにＵ字状部分２９ｃが伸ばされずに図５（ｂ−２）に示すように径大側内面壁３０ｂとの間に挟まれて折れ癖を付けてしまい勝ちとなる。しかし、本実施形態では、そのような不具合を生ぜず、フレキシブルバンド２９に鋭角状の折れ癖を付けてしまうような事態の発生を回避できるようになる。このような鋭角状の折れ癖は、可撓性条部材の耐久性を低くする要因になることから、それができ難いということは、フレキシブルバンド２９を当初設定されていた耐久力通りに利用できる、つまり比較的長持ちさせることができるようになる。
【００４２】
図７〜図１１は本発明の第２〜第６の各実施形態を示す。そのうち、図７〜図９はフランジ８の回転動作範囲を変更した実施形態であり、図１０および図１１は収納空間３０の形成構成を変更した実施形態である。以下、前述の第１実施例と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４３】
まず、図７の第２の実施形態は、フレキシブルバンド２９を、径小側内面壁３０ａにほぼ２周するように渦巻状に巻き付けるようにしたものである。これによれば、フランジ８の回転動作許容範囲を１０８０度(３回転)を超える角度に規制できる。この場合、フレキシブルバンド２９の径小側内面壁３０ａへの巻き付け回数が２回となってフレキシブルバンド２９の巻き重ね厚さが厚くなるが、フレキシブルバンド９が薄板状であるので、それ程厚くならない。このため、収納空間３０の径方向の幅を広くしなくとも、仮に広くする必要があってもその程度はごく小さく、ロボットの肥大化を防止できる。
【００４４】
図８の第３の実施形態は、フレキシブルバンド２９を、径小側内面壁３０ａをほぼ半周するように配設したものである。これによれば、フランジ８の回転動作範囲をほぼ５４０度の角度に規制できる。
【００４５】
図９の第４の実施形態は、フレキシブルバンド２９を、径小側内面壁３０ａと径大側内面壁３０ｂとの間に弛みを持ってＵ字状に掛け渡したものである。これによれば、フランジ８の回転動作許容範囲を３６０度をやや超える程度の角度に規制できる。
【００４６】
図１０の第５の実施形態は、第２の外輪部１４ｂの先端部と手首アーム７のフレーム９との間に存する空間を収納空間３０とし、当該収納空間３０の径小側内面壁３０ａを構成する第２の外輪部１４ｂの外周面と径大側内面壁３０ｂを構成するフレーム９の内周面との間にフレキシブルバンド２９を掛け渡すと共に、掛合ピン４１を収納空間３０内に挿入配置させたものである。ここで、第２の外輪部１４ｂは、外殻であるフレーム９に一体化された部材であり、従って、本実施形態は、外殻と当該外殻に一体化された部材との間に収納空間を形成した例である。
【００４７】
図１１の第６の実施形態は、蓋部材２１のフレーム９との嵌合部２１ｂを第２の外輪部１４ｂの先端部と対向するように若干延長し、嵌合部２１ｂを第２の外輪部１４ｂの先端部との間に存する空間を収納空間３０とし、当該収納空間３０の径小側内面壁３０ａを構成する第２の外輪部１４ｂの外周面と径大側内面壁３０ｂを構成する嵌合部２１ｂの内周面との間にフレキシブルバンド２９を掛け渡すと共に、掛合ピン４１を収納空間３０内に挿入配置させたものである。ここで、第２の外輪部１４ｂおよび蓋部材２１は、共に外殻であるフレーム９に一体化された部材で、従って、本実施形態は、外殻に一体化された２つの部材の間に収納空間を形成した例である。
【００４８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
フレーム９、つまり外殻に凹部を形成し、これを収納空間とするようにしても良い。
回転規制装置は、フランジ８に限らず、他の回転リンクに設けても良い。
収納空間３０の形成位置によっては、掛合ピン４１は継ぎ手軸１８に直接取り付けるようにしても良い。
掛合ピン４１は収納空間３０の位置によっては、内輪１３やフランジ８に取り付けるようにしても良い。
本発明は水平多関節型ロボットに適用しても良い。
【符号の説明】
【００４９】
図面中、２はベース（リンク）、３はショルダ（リンク）、４は下アーム（リンク）、５は第１の上アーム（リンク）、６は第２の上アーム（リンク）、７は手首アーム（リンク、一のリンク）、８はフランジ（リンク、他のリンク、回転リンク）、９はフレーム（外殻）、１２はクロスローラベアリング、１３は内輪（回転軸）、１４は外輪、１８は継ぎ手軸（回転軸に一体化された部材）、２１は蓋部材（外殻に一体化された部材）、２８は回転規制装置、２９はフレキシブルバンド（可撓性条部材）、３０は収納空間、４１は掛合ピン（掛合部材）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンクを関節により連結して構成されたロボットであって、前記複数のリンクのうち、少なくとも一のリンクに他のリンクを連結する関節を回転関節として当該他のリンクを前記一のリンクに対して回転する回転リンクとしたロボットにおいて、
前記一のリンクの外殻と、
前記一のリンクの前記外殻に回転可能に支持され、前記回転リンクを取り付けた前記回転関節の回転軸と、
前記一のリンクの前記外殻の内側において前記回転軸の回転中心軸線から離れた位置に当該回転中心軸線を中心に一周するように、前記外殻または当該外殻に一体化された部材に形成され、或いは前記外殻と当該外殻に一体化された部材との間または前記外殻に一体化された２つの部材の間に形成された収納空間と、
前記回転軸または当該回転軸に一体化された部材に設けられ、前記収納空間内に挿入されて前記回転軸の回転に伴って前記収納空間内を前記回転軸の回転中心軸線を中心とする円弧上を移動する掛合部材と、
前記収納空間の径大側内面壁と径小側内面壁との間に弛みを持たせて掛け渡されて前記収納空間内に収容された可撓性条部材と
を具備し、
前記可撓性条部材は、長い薄板状で、厚さ方向の両面が前記収納空間の径大側内面壁および径小側内面壁に対向するように配置され、前記回転リンクの回転に伴い前記掛合部材に引っ掛けられて伸び切ることにより前記回転リンクの回転動作範囲を規制することを特徴とするロボットの回転規制装置。
【請求項２】
前記可撓性条部材は、前記収納空間の径大側内面壁と径小側内面壁との間に、前記径小側内面壁に巻き付けるように掛け渡されていることを特徴とする請求項１記載のロボットの回転規制装置。
【請求項３】
前記環状空間の径大側内面壁および径小側内面壁は前記回転軸の回転中心軸線を中心とする同心の円筒面で、
前記掛合部材は前記収納空間の径大側内面壁と径小側内面壁との間の径方向中央よりも前記径大側内面壁に偏って位置することを特徴とする請求項２記載のロボットの回転規制装置。
【請求項１】
複数のリンクを関節により連結して構成されたロボットであって、前記複数のリンクのうち、少なくとも一のリンクに他のリンクを連結する関節を回転関節として当該他のリンクを前記一のリンクに対して回転する回転リンクとしたロボットにおいて、
前記一のリンクの外殻と、
前記一のリンクの前記外殻に回転可能に支持され、前記回転リンクを取り付けた前記回転関節の回転軸と、
前記一のリンクの前記外殻の内側において前記回転軸の回転中心軸線から離れた位置に当該回転中心軸線を中心に一周するように、前記外殻または当該外殻に一体化された部材に形成され、或いは前記外殻と当該外殻に一体化された部材との間または前記外殻に一体化された２つの部材の間に形成された収納空間と、
前記回転軸または当該回転軸に一体化された部材に設けられ、前記収納空間内に挿入されて前記回転軸の回転に伴って前記収納空間内を前記回転軸の回転中心軸線を中心とする円弧上を移動する掛合部材と、
前記収納空間の径大側内面壁と径小側内面壁との間に弛みを持たせて掛け渡されて前記収納空間内に収容された可撓性条部材と
を具備し、
前記可撓性条部材は、長い薄板状で、厚さ方向の両面が前記収納空間の径大側内面壁および径小側内面壁に対向するように配置され、前記回転リンクの回転に伴い前記掛合部材に引っ掛けられて伸び切ることにより前記回転リンクの回転動作範囲を規制することを特徴とするロボットの回転規制装置。
【請求項２】
前記可撓性条部材は、前記収納空間の径大側内面壁と径小側内面壁との間に、前記径小側内面壁に巻き付けるように掛け渡されていることを特徴とする請求項１記載のロボットの回転規制装置。
【請求項３】
前記環状空間の径大側内面壁および径小側内面壁は前記回転軸の回転中心軸線を中心とする同心の円筒面で、
前記掛合部材は前記収納空間の径大側内面壁と径小側内面壁との間の径方向中央よりも前記径大側内面壁に偏って位置することを特徴とする請求項２記載のロボットの回転規制装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−６１５７９（Ｐ２０１２−６１５７９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９４４２（Ｐ２０１０−２０９４４２）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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