JP2007118123A - 産業用ロボットのアーム機構 - Google Patents

Abstract

【課題】プーリ軸の剛性とプーリの取付強度を高め、アームの動作安定性を格段に向上できるようにした産業用ロボットのアーム機構を提供する。
【解決手段】産業用ロボットのアーム機構２０を支持する固定部２１と、固定部２０に一端部が回動自在に連結された第１のアーム２２と、この第１アーム２２の他端部に回動自在に連結され、第１アームと同一のアーム長を有する第２のアーム２３と、駆動モータの回転を前記第１アームに減速して伝達する減速機２４と、第２アーム２３の先端部が直線上を運動するように第１アーム２２に連動させて第２アーム２３を回動させる倍速伝達機構と、を備えたアーム機構２０において、倍速伝達機構の駆動側の回転伝動要素３０を、固定部２０と一体でかつ減速機２５を内包する中空構造部３３に取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル用ガラス基盤等の搬送物を搬送するための産業用ロボットのアーム機構に関する。

工場では物品搬送用に産業用ロボットの導入が進んでいる。この種の産業用ロボットは、搬送物を直線移動させるリンク機構をもつ多関節アームを備えている。ワーク搬送用の産業用ロボットの従来技術として、膝折れ型の脚部にアームベース１３を介してアーム機構が水平な姿勢で配設されているものがある（特許文献１）。

図２は、ワーク搬送用産業ロボットに用いられるアーム機構の従来技術を示す（特許文献２）。このアーム機構は、第１アーム２と第２アーム３とからなる多関節アームである。第１アーム２はベース１に第１減速機１１ａを介して連結され、第２アーム３は、第１アーム２の先端に第２減速機１２ａを介して連結され、それぞれ水平面上を回動するように構成されている。このアーム機構ではワークは第２アーム３の先端部に第３減速機１３ａを介して連結されたハンド４により保持される。図示しない駆動モータで第１アーム２が回動すると、第１アーム２に連動して第２アーム３が倍速で回動し、ハンド４が直線上を動くように構成されている。

このようなワーク搬送用の産業ロボットでは、アーム機構には、減速機とプーリー、タイミングベルトなどの伝動機構が内蔵されており、第１アーム２と第２アーム３とを連動させている。
特開２０００−２４９６６号公報 特開平９−３１７８４６号公報

従来、この種のアーム機構では、第１アーム２、第２アーム３、ハンド４を減速して回動させる減速機１１ａ、１２ａ、１３ａと、動力を伝えるプーリを組み合わせる必要から、減速機の出力軸１１ｃ、１２ｃ、１３ｃを中空軸として、この中空軸にプーリ軸を同軸に通す多重軸構造が採用されることがある。
このため、プーリ軸に軸径に制限があり、十分な強度を有する軸にすることができないという制約があり、プーリの取付強度不足に起因してアーム動作が不安定となるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、プーリ軸の剛性とプーリの取付強度を高め、アームの動作安定性を格段に向上できるようにした産業用ロボットのアーム機構を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、産業用ロボットのアーム機構を支持する固定部と、前記固定部に一端部が水平面上を回動自在に連結された第１のアームと、前記第１のアームの他端部に水平面上を回動自在に連結された第２のアームと、駆動モータの回転を前記第１アームに減速して伝達する減速機と、前記第２アームの先端部が直線上を運動するように前記第１アームに連動させて該第２アームを回動させる倍速伝達機構と、を備え、前記倍速伝達機構の駆動側の回転伝動要素を、前記固定部と一体でかつ前記減速機を内包する中空構造部に取り付けたことを特徴とするものである。

本発明では、前記中空構造部は、前記減速機の外径よりも大きな内径を有し、該減速機と同軸に前記固定部に固定され、軸受を介して前記第１アームを支持する円筒支持部材から構成することができる。

また、前記倍速伝達機構は、プーリを回転伝動要素として、前記中空構造部に固定された駆動側のプーリと、前記第２アームの回転軸に固定された被動側のプーリの歯数比が２：１のプーリ間にタイミングベルトが巻き掛けられた伝動機構から構成することができる。

さらに、本発明は、産業用ロボットのアーム機構を支持する固定部と、前記固定部に一端部が回動自在に連結されたアームと、前記アームの回動が他の部材と連動するように前記アームの回転を伝達するベルト伝達機構と、前記固定部に固定され、かつアームの回転軸を内包する中空構造部と、を備え、前記中空構造部に前記回転伝達機構の駆動側のプーリを取り付けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、プーリ軸の剛性とプーリの取付強度を高め、アームの動作安定性を格段に向上することができる。

以下、本発明による産業用ロボットのアーム機構の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態による産業用ロボットのアーム機構を示す縦断面図である。図１において、参照番号２０は、アーム機構の全体を示し、参照番号２１は、アーム機構２０をロボットに取り付けるための固定部を示す。この固定部２１は、図２に示したようなロボットの上下移動機構に固定されている。アーム機構２０は、第１アーム２２と第２アーム２３を有する多関節アームである。この実施形態では、第１アーム２２と第２アーム２３は、共に同一のアーム長を有するアームであり、水平面上を回転するようになっている。

固定部２１には、取付穴２４が形成されており、この取付穴２４に嵌め込むようにして減速機２５が取り付けられいる。そして、固定部２１の内部には、図示しない駆動モータから減速機２５に回転を伝えるベルト伝動機構が収容されている。減速機２５の入力軸２６にはプーリ２７が軸着されており、このプーリ２７には、タイミングベルト２８が巻き掛けられている。なお、減速機２５は、入力軸２７、出力軸２９ともに中空の軸が用いられている。

第１アーム２２の基端部にはボス部２２ａが形成され、減速機２５の出力軸２９には、第１アーム２２のボス部２２ａが固定されている。第１アーム２２が減速機２５により減速された回転速度で回動すると、この回転は以下のように構成される倍速伝達機構により第２アーム２３に伝達される。

この倍速伝達機構は、第１アーム２２と第２アーム２３とともに、第２アーム２３の先端部を同一直線上で運動させる直線運動リンク機構を構成するもので、前記第１アーム２２に連動させて該第２アーム２３を倍速で回動させる。

この倍速伝達機構は、駆動側のプーリ３０と、被動側のプーリ３１と、これらのプーリ３０、３１の間に巻き掛けられているタイミングベルト３２と、から構成されている。なお、プーリ３０とプーリ３１の歯数比は２：１である。

この実施形態では、プーリ３０を取り付けるための部材として、減速機２５を内包する中空構造部である円筒支持部材３３が用いられている。この円筒支持部材３３は、減速機２５の外径よりも大きな内径を有し十分な強度をもった短円筒状の部材であって、減速機２５と同軸に固定部２１に取り付けられている。この円筒支持部材３３には、プーリ３０が固定されるととともに、第１アーム２２のボス部２２ａを支持する軸受３４が取り付けられている。

他方、倍速伝達機構を構成する被動側のプーリ３１は、回転軸３５の一端に固定されている。この回転軸３５の他端には、第２アーム２３のボス部２３ａが連結されている。そして、回転軸３５の外径よりも大きな内径を有する短円筒状の円筒支持部材３７が第１アーム２２の先端に固定されており、この円筒支持部材３７にはプーリ３７が取り付けられている。第２アーム２３の回転軸３５は、軸受３８によって支持されている。このプーリ３７には軸受３９が取り付けられ、第２アーム２３のボス部３６はプーリ３７と一体的の軸受３９によって支持されている。プーリ３７には、ベルト４０が巻き掛けられており、この実施形態では、例えば、第２アーム２３の先端部に取り付けられた図示しないフォークの向きを一定に保つ伝動機構を構成している。

本実施形態による産業用ロボットのアーム機構は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用について説明する。
図１において、図示しない駆動モータの回転がタイミングベルト２８、プーリ２７を介して減速機２５の入力軸２６に伝えられると、減速機２５の出力軸２９と一体に第１アーム２２が回動する。このとき、プーリ３０とプーリ３１は歯数比は２：１になっている倍速伝達機構を構成し、第１アーム２２と第２アーム２３のアーム長は等しいので、第１アーム２２の回転角度の２倍の角度を第２アーム２３が回転して、第２アーム２３の先端は常に同一直線上を移動することになる。

アーム機構２０が作動している間、プーリ３０およびその支持構造には、第２アーム２３から先の機構の動きに伴って作用する反力が加わる。本実施形態では、プーリ３０は、減速機２５を内包する円筒支持部材３３によって支持されており、この円筒支持部材３３は、減速機２５の外径よりも大きな内径をもつ短円筒状の部材であり固定部２１と一体の固定構造物であるため、軸として十分な剛性と強度が確保され、反力の作用下であっても安定した動作が得られる。

また、円筒支持部材３３の内側に減速機２５全体がすっぽり収まるので、円筒支持部材３３を短くして、固定部２１の上面にできるだけ近づけるようにして、プーリ３０の取付位置を低くすることできる。これにより、第１アーム２２の高さをできるだけ低く抑えることができるようになる。

また、円筒支持部材３３を用いてプーリ３０を支持することにより、第１アーム２２のボス部２２ａを軸受３４により支持できる構造となるので、第１アーム２２の支持構造に十分な剛性を確保することができる。

本実施形態によれば、減速機２５を内包する円筒支持部材３３を利用してプーリ３０を取り付けた構造となっているので、減速機２５の入力軸２６、出力軸２９は、従来のようにプーリ軸を通すために中空軸にしなくともよいはずであるが、本実施形態のように入力軸２６、出力軸３０に中空軸を用いることにより、必要なケーブル類４１を通すガイドとして利用することができるようになる。

以上、本実施形態では、第１アーム２２と固定部２１の間に減速機２５がある場合のプーリ３０の取り付け構造について説明したが、固定部２１と一体の中空構造部にプーリを取り付けるという考え方は、第１アーム２２と第２アーム２３の間で、第１アーム２２を固定部とみて、プーリ３７を固定する構造にも応用が可能である。この場合、円筒支持部材３７が固定部と一体の中空構造部に相当する。円筒支持部材３７を利用することにより、プーリ３７の取り付け構造の剛性と強度が高まり動作安定性を確保することができる点は同じである。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、プーリとタイミングベルトからなる伝動機構に限らず、チェーン、歯車などを用いた伝動機構にも適用することができることはもちろんである。

本発明による産業用ロボットの一実施形態を示す縦断面図。 従来の産業用ロボットを示す側面図。

符号の説明

２０ アーム機構
２１ 固定部
２２ 第１アーム
２３ 第２アーム
２５ 減速機
２６ 入力軸
２７ プーリ
２８ タイミングベルト
２９ 出力軸
３０ プーリ
３１ プーリ
３２ タイミングベルト
３３ 円筒支持部材
３５ 回転軸
３７ 回転支持部材

Claims (5)

1. 産業用ロボットのアーム機構を支持する固定部と、
   前記固定部に一端部が回動自在に連結された第１のアームと、
   前記第１のアームの他端部に回動自在に連結され、前記第１アームと同一のアーム長を有する第２のアームと、
   駆動モータの回転を前記第１アームに減速して伝達する減速機と、
   前記第２アームの先端部が直線上を運動するように前記第１アームに連動させて該第２アームを回動させる倍速伝達機構と、を備え、
   前記倍速伝達機構の駆動側の回転伝動要素を、前記固定部と一体でかつ前記減速機を内包する中空構造部に取り付けたことを特徴とする産業用ロボットのアーム機構。
2. 前記中空構造部は、前記減速機の外径よりも大きな内径を有し、該減速機と同軸に前記固定部に固定され、軸受を介して前記第１アームを支持する円筒支持部材からなることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボットのアーム機構。
3. 前記倍速伝達機構は、プーリを回転伝動要素として、前記中空構造部に固定された駆動側のプーリと、前記第２アームの回転軸に固定された被動側のプーリの歯数比が２：１のプーリ間にタイミングベルトが巻き掛けられた伝動機構からなることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボットのアーム機構。
4. 前記減速機は、ケーブル類を挿通する中空軸を有することを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボットのアーム機構。
5. 産業用ロボットのアーム機構を支持する固定部と、
   前記固定部に一端部が回動自在に連結されたアームと、
   前記アームの回動に他の部材が連動するように前記アームの回転を伝達するベルト伝達機構と、
   前記固定部に固定され、かつアームの回転軸を内包する中空構造部と、を備え、
   前記中空構造部に前記回転伝達機構の駆動側のプーリを取り付けたことを特徴とする産業用ロボットのアーム機構。

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