JP7391775B2

JP7391775B2 - アーム状構造体およびロボット

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Publication number: JP7391775B2
Application number: JP2020103596A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2023-12-05
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: JP2021037609A

Description

本開示は、アーム状構造体およびロボットに関するものである。

産業用ロボットのアームとして、軽量化を図りながら強度を保持するために、樹脂製の長尺のアーム本体の両端に取付インタフェース部を備える構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１８－１７６３３７号公報

中空のパイプ状に構成したアーム本体の両端を閉塞する位置に中空の取付インタフェース部を設けたアーム状構造体を樹脂により一体的に成形する構造は、中子の取り出しに工夫を要する。また、樹脂製のアーム本体の両端に離れて設けられる金属部材の取付面どうしを精度よく形成することにも工夫を要する。したがって、両端が閉塞または略閉塞された中空構造のアーム状構造体を容易に、かつ、両端の取付面どうしを容易に精度よく形成することが望まれている。

本開示の一態様は、長尺の第１部分であって、長手方向に交差する一方向に開口する溝状の凹部と、他方向に開口する開口部とを有する樹脂製の第１部分と、前記凹部の開口を閉塞する位置に配置され、前記第１部分に接合された第２部分とを備え、該第２部分が、前記長手方向の両端に配置される取付部であって、ロボットを構成する他部品にそれぞれ固定される一対の取付部を備え、前記第１部分と前記第２部分とが相互に固定された状態で前記他部品に取り付けられるアーム状構造体である。

本開示の一実施形態に係るアーム状構造体を示す斜視図である。図１のアーム状構造体の第１部分を示す正面図である。図１のアーム状構造体の第１部分を示す側面図である。図１のアーム状構造体の第１部分の本体部の表側の斜視図である。図１のアーム状構造体の第１部分の本体部の裏側の斜視図である。図１のアーム状構造体の第１部分の部分的な縦断面図である。図１のアーム状構造体の第２部分を示す斜視図である。図１のアーム状構造体の第２部分を示す正面図である。図１のアーム状構造体の第１部分の本体部における横断面図である。本開示の一実施形態に係るロボットを部分的に示す側面図である。図１のアーム状構造体の変形例を示す第１部分の部分的な斜視図である。図１のアーム状構造体の他の変形例を示す第１部分の部分的な縦断面図である。

本開示の一実施形態に係るアーム状構造体１およびロボット１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るアーム状構造体１は、図１に示されるように、第１部分２と第２部分３とを接合して構成されており、例えば、ロボットアームである。

第１部分２は、図２および図３に示されるように、真っ直ぐな長尺の本体部４と、本体部４の両端に一体的に設けられた一対の端部５とを備えている。本体部４は、図４から図６に示されるように、略均一な肉厚を有するとともに、一方向に開口する略均一なＵ字状の横断面形状を有していて、真っ直ぐな樋状に形成されている。

各端部５は、リング板の周方向の一部を切り欠いた形状のフランジ部６と、本体部４とフランジ部６の内周とを接続する中空の半球状の接続部７とを備えている。接続部７も本体部４と略同等の肉厚を有している。

各接続部７には、第１部分２の両端近傍に、接続部７を板厚方向に貫通して、内部を外側に開放する開口部８がそれぞれ設けられている。
各フランジ部６の平面は、図２および図３に示されるように、本体部４の長手軸に平行に、本体部４の開口端縁と同一平面上に配置され、周方向に間隔をあけて板厚方向に貫通する複数（図２に示す例では１２個）の貫通孔（第２貫通孔）９を備えている。
なお、各フランジ部６の平面は、必ずしも本体部４の長手軸に平行である必要はなく、長手軸に交差するように配置してもよい。

第１部分２は、例えば、炭素繊維強化樹脂等の軽量かつ高強度の樹脂からなるプリプレグをプレス成形することにより構成されている。フランジ部６については、図６に示されるように、フランジ部６の外径よりも若干小さい形状の円弧状の金属製平板（補強部材）２０を樹脂に埋め込むことにより構成されている。金属製平板２０にはフランジ部６の貫通孔９に一致する位置に貫通孔２１が設けられている。

これにより、第１部分２は、一方の端部５の接続部７から本体部４を経由して他方の端部５の接続部７まで連続し、一方向に開口する真っ直ぐな溝状の凹部１０を備えた形状に構成されている。
第１部分２の本体部４の開口の両端縁近傍には、長手方向に間隔をあけて複数（図３に示す例では、片側１１個）の貫通孔１１が設けられている。これらの貫通孔１１は、後述するリベット１８を固定するために使用される。

第２部分３は、例えば、アルミニウム合金等の金属製平板をプレス加工により打ち抜き、かつ、折り曲げることにより構成されている。
第２部分３は、図７および図８に示されるように、間隔をあけて配置される一対の円板状の取付部１２と、これらの取付部１２を連結する帯板状の連結部１３とを備えている。

各取付部１２は、第１部分２のフランジ部６の外径と略同等の外径寸法を有している。
各取付部１２には、図８に示されるように、外周近傍に、板厚方向に貫通する複数（図８に示す例では１２個）の貫通孔（第１貫通孔）１４が周方向に間隔をあけて設けられている。これらの貫通孔１４は、第２部分３を第１部分２に組み合わせたときに、第１部分２のフランジ部６の貫通孔９に一致する位置および大きさに設定されている。また、各取付部１２には、中央近傍に板厚方向に貫通する中央孔１５が設けられている。

連結部１３は、第１部分２の本体部４の凹部１０の開口幅寸法と略同等の幅寸法を有している。連結部１３には、幅方向の両端を直角に折り曲げたリブ状の接合部１６が設けられている。接合部１６には、図７に示されるように、連結部１３の長手方向に間隔をあけて、複数（図７に示す例では片側１１個）の貫通孔１７が設けられている。これらの貫通孔１７は、第２部分３を第１部分２に組み合わせたときに、第１部分２の本体部４に設けられた貫通孔１１に一致する位置および大きさに設定されている。接合部１６をリブ状に形成することにより第２部分３の剛性が高められている。
また、本実施形態においては、接合部１６と連結部１３との境界部において、曲げ易くするために切欠きを設けている。しかしながら、この切欠きからアーム状構造体１の内部に異物が侵入する要因となるので、パテまたはゴムブッシュ等で切欠きによる隙間を埋めてもよい。これにより、密閉性を向上することができる。

第１部分２と第２部分３とは、図１および図９に示されるように、フランジ部６を取付部１２に、取付部１２の板厚方向に重ね合わせ、第２部分３の連結部１３の一対の接合部１６を、第１部分２の本体部４の凹部１０の内側に挿入した位置で相互に接合されている。接合は、接合部１６に設けられた貫通孔１７と本体部４に設けられた貫通孔１１とを一致させ、図９に示されるように、本体部４の外側から、例えば、ブラインドリベット等のリベット１８を両貫通孔１１，１７に挿入して、接合部１６の内側でかしめることにより行われる。

これにより、第１部分２と第２部分３とは、第２部分３の連結部１３の位置においてリベット１８により一体的に接合される。このようにして構成される本実施形態に係るアーム状構造体１は、第１部分２の凹部１０の開口が第２部分３によって閉塞されることにより、両端の接続部７および本体部４の内部に連続して形成された中空部１９を有している。中空部１９は、第１部分２の接続部７に設けられた開口部８および第２部分３の取付部１２に設けられた中央孔１５によって外部に開放されている。

このように構成された本実施形態に係るアーム状構造体１を備えるロボット１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１００は、図１０に示されるように、上述したアーム状構造体１を少なくとも１つ備えている。

例えば、図１０に示されるように、アーム状構造体１が、両端の取付部１２において、ロボット１００を構成する他部品、例えば、減速機１１０に直接固定される。
このとき、板厚方向に重ねられているフランジ部６と取付部１２の両貫通孔９，１４にボルト（図１１参照）３０を通過させ、減速機１１０の図示しないタップに締結することによって、フランジ部６と取付部１２とをボルト３０で共締めする。これにより、第１部分２のフランジ部６と第２部分３の取付部１２との固定およびアーム状構造体１の減速機１１０への固定を同時に強固に行うことができる。

減速機１１０としては、中央に貫通孔１１１を有する中空の減速機を用いる。これにより、図１０に示されるように、減速機１１０の貫通孔１１１を貫通させたケーブル等の線条体１２０を、一方の取付部１２の中央孔１５を経由してアーム状構造体１内の中空部１９内に導入し、他方の取付部１２の中央孔１５から外部に取り出す形態で配線することができる。線条体１２０の配線時には、第１部分２の接続部７に設けられた開口部８から中空部１９内に指を入れて線条体１２０を取り扱うことにより、配線作業を容易に行うことができる。

本実施形態に係るアーム状構造体１によれば、長手方向に延びる溝状の凹部１０を有する長尺な第１部分２に第２部分３を組み付けて凹部１０を閉塞することにより、両端が閉塞され内側に中空部１９を有する構造が構成されている。第１部分２の凹部１０は、長手軸に交差する一方向に開口しているので、比較的浅く、一体成形するための金型を簡易に作成することができる。

高剛性かつ軽量の炭素繊維強化樹脂のプリプレグをプレス加工することによって第１部分２を製造しているので、肉厚の均一化を容易に達成して、高剛性かつ軽量のアーム状構造体１を構成することができる。

また、ボルト３０の締結により圧縮されるフランジ部６には、貫通孔２１を有する金属製の補強部材として金属製平板２０を埋め込んでいるので、ボルト３０の圧縮力に耐えて、フランジ部６および取付部１２を減速機１１０等に強固に締結することができる。また、金属製平板２０はパイプ状の金属製スペーサを複数埋めたものを採用してもよい。

また、第２部分３は金属製平板によって構成されているので、プレス加工により打ち抜きおよび折り曲げを行って簡易に製造することができ、コストを低減することができる。また、肉厚の均一化を容易に達成して軽量化を図ることもできる。また、別々の他部品に固定される２つの取付部１２を、連結部１３によって連結することにより、単一の部品上に配置しているので、相対位置および平行度等の高い寸法精度を容易に達成することができる。

なお、本実施形態においては、第２部分３を金属製平板によって構成したが、これに限定されるものではない。例えば、材料は、アルミダイキャスト合金鋳物により構成してもよいし、炭素繊維強化樹脂等の樹脂により構成してもよい。接合部１６のみにタップを複数備える金属を埋め込んだインサート成形により構成してもよい。
また、本実施形態においては、第１部分２を繊維強化熱可塑性樹脂を射出成形することによって構成してもよい。
また、平板状ではなく、第１部分２の凹部１０とともに中空部１９を形成する凹部を備える形状のものでもよい。

また、金属製平板２０は、図１２に示されるように、一定の厚さを有する円環状に形成され、厚さ方向の一側において取付部１２と直接接触する接触面と、厚さ方向の他側の面の少なくとも一部において貫通孔９の周囲に露出する露出面とを備えていてもよい。露出面は、貫通孔９を貫通するボルトの座面となる。この場合、図１１に示すような座金３１は不要となる。

この場合、金属製平板２０の外周面には、周方向の一部に径方向に突出する１つ以上の突起２２が設けられていてもよい。突起２２は、金属製平板２０の外周面に周方向に間隔を空けて複数設けられていてもよい。これにより、フランジ部６に対する金属製平板２０の抜けおよび回転を防止することができる。
また、円管状の金属製平板２０に代えて、多角筒状等の非円形横断面形状を有する金属製平板２０を採用してもよい。この場合には突起は不要である。

また、本実施形態においては、第１部分２と第２部分３とをリベット１８によって接合する場合を例示したが、これに代えて、ボルトおよびナット等の任意の接合手段によって接合することにしてもよい。第１部分２および第２部分３が両方とも樹脂により構成されている場合には、接合手段として接着剤を採用してもよい。リベット１８と接着剤とを併用してもよい。

また、本実施形態においては、端部５に取り付けることによって開口部８を開閉可能な蓋部材を備えていてもよい。
また、本実施形態においては、図１１に示されるように、ボルト３０とフランジ部６との間に挿入されるステンレス製の馬蹄形状の座金３１を備えていてもよい。これにより、ボルト３０を貫通孔９，１４に貫通させて固定する際に、座金３１によってボルト３０の固定による、貫通孔９周辺におけるフランジ部６の座面の陥没を防止しつつ、大きなボルト軸力を確保することができるため、ボルト３０の緩み等を防ぐことができる。
また、本実施形態においては、アーム状構造体１の外周表面の少なくとも一部が、難燃塗料により被覆されていてもよい。

難燃塗料については、火に対して鉛直方向に配置して１０秒間火を当てても火炎持続時間が１０秒以下であり、かつ、１２７ｍｍ以上燃えない難燃性を有するものであることが好ましい。さらに好ましくは、試験片（（１２５プラスマイナス５）×（１３プラスマイナス０．５）×ｔ）ｍｍをクランプに直接取り付け、２０ｍｍ火炎による１０秒間接炎を２回行い、各試験片の燃焼時間が１０秒以下であり、５本の合計燃焼時間５０秒以下であり、各試験片の燃焼＋グローイング時間３０秒以下であり、クランプまでの燃焼がなく、試験片の下方に配置した綿への着火がないことが好ましい。

また、難燃性を有する樹脂材料についても、難燃塗料と同じ性能を有するものが好ましい。
また、上述した難燃塗料や、難燃性を有する樹脂材料の難燃性の性能が上述に記載する条件を満たせず、多少劣るレベルのものであったとしても、アーム状構造体１の外表面が難燃塗料によって被覆されることにより、アーム状構造体１の耐燃焼性を向上することができる。

１アーム状構造体
２第１部分
３第２部分
６フランジ部
８開口部
９貫通孔（第２貫通孔）
１０凹部
１２取付部
１３連結部
１４第１貫通孔
１５中央孔
１９中空部
２０金属製平板（補強部材）
３０ボルト
３１座金
１００ロボット

Claims

長尺の第１部分であって、長手方向に交差する一方向に開口する溝状の凹部と、他方向に開口する開口部とを有する樹脂製の第１部分と、
前記凹部の開口を閉塞する位置に配置され、前記第１部分に接合された第２部分とを備え、
該第２部分が、前記長手方向の両端に配置される取付部であって、ロボットを構成する他部品にそれぞれ固定される一対の取付部を備え、
前記第１部分と前記第２部分とが相互に固定された状態で前記他部品に取り付けられるアーム状構造体。
前記第１部分および前記第２部分が共締めにより前記他部品に取り付けられる請求項１に記載のアーム状構造体。
前記第１部分と前記第２部分との間に、前記長手方向に延びる細長い中空部を有する請求項１または請求項２に記載のアーム状構造体。
前記第２部分が、金属板によって構成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のアーム状構造体。
前記第２部分が、間隔をあけて配置される一対の前記取付部どうしを連結する帯板状の連結部を備え、
前記第１部分と前記第２部分とが前記連結部において接合されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のアーム状構造体。
各前記取付部の中央に、板厚方向に貫通する中央孔が設けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載のアーム状構造体。
前記第２部分が、各前記取付部に、周方向に間隔をあけて板厚方向に貫通し、前記他部品への固定のためのボルトを貫通させる複数の第１貫通孔を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載のアーム状構造体。
前記第１部分が、前記第２部分に接合された状態で各前記取付部の外周近傍において各該取付部に板厚方向に重ねられる一対のフランジ部を備え、
各該フランジ部が、各前記第１貫通孔に一致する位置に貫通形成された複数の第２貫通孔を備える請求項７に記載のアーム状構造体。
前記フランジ部を構成する樹脂内に前記第２貫通孔を補強する金属製の補強部材が埋め込まれている請求項８に記載のアーム状構造体。
前記補強部材は、前記第２部分に接触する接触面と、該接触面の反対側の面の少なくとも一部が前記第２貫通孔の周囲に露出する露出面とを備える請求項９に記載のアーム状構造体。
前記第１部分が、前記第２部分に接合された状態で各前記取付部の外周近傍において各該取付部に板厚方向に重ねられる一対のフランジ部を備え、
前記開口部が、各前記フランジ部よりも内側に設けられ、前記中空部を外部に開放する請求項３に記載のアーム状構造体。
前記第１部分が、炭素繊維強化樹脂によって構成されている請求項１から請求項１１のいずれかに記載のアーム状構造体。
前記開口部を開閉可能な蓋部材を備える請求項１１に記載のアーム状構造体。
前記第１貫通孔に挿入可能なボルトと、
該ボルトを前記第１貫通孔に挿入する場合に、前記ボルトと前記フランジ部との間に配置される座金とを備える請求項８に記載のアーム状構造体。
外周表面の少なくとも一部が、鉛直方向に配置して１０秒間火を当てても火炎持続時間が１０秒以下であり、かつ、１２７ｍｍ以上燃えない難燃性の塗料により被覆されている請求項１から請求項１４のいずれかに記載のアーム状構造体。
前記第１部分または前記第２部分が、鉛直方向に配置して１０秒間火を当てても火炎持続時間が１０秒以下であり、かつ、１２７ｍｍ以上燃えない難燃性を有する樹脂材料で構成される請求項１から請求項１４のいずれかに記載のアーム状構造体。
請求項１から請求項１６のいずれかに記載のアーム状構造体であるロボットアームを備えるロボット。