JP2008223974A - ベルト伝動装置及びそれを備えたロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1対の回転軸に第1プーリ、第2プーリを配置し、第1の有端ベルトの一端を調整ブロックを介して第1プーリの外周上側に、他端を第2プーリの外周上側に取り付ける。第2の有端ベルトの一端は第1プーリの外周下側に、他端は第1のベルトの巻き掛け方向と逆にして第2プーリの外周下側に取り付ける。第1プーリには調整ブロックの取り付け部に案内部とネジ穴を設ける。ネジ穴へ挿入できるテーパ部を有するテンション調整ネジをねじ込むことによって、調整ブロックを案内部に沿って位置を調整し、第1と第2ベルトの両方のテンションを調整する。調整後はテンション調整ネジを取り外す。
【選択図】図3
Description
水平多関節ロボットのアームのような箇所に使用される場合は、(1)の方法のように軸間距離を変えることは構造的に難しいので、一般的には(2)の方法が取られている。
また、従動プーリ202の上端には第2アーム4の一端側が固定されており、第2アーム4の内部に突出した連結軸106Bの上端部には駆動プーリ207が固定され、第2アーム4に対して、駆動プーリ207が相対的に回転するようになっている。第2アーム4の他端側には、連結軸110が固定されると共に、連結軸110に対して従動プーリ208が回転自在に取り付けられている。駆動プーリ207と従動プーリ208との直径比は、1:2なる関係で設けてあり、駆動プーリ207と従動プーリ208との間にはループ状のエンドレスタイプのタイミングベルト209が巻き掛けてある。
また、従動プーリ208の上端にはハンド部5が固定されており、第2アーム4に対して、ハンド部5が相対的に回転するようになっている。
また、第1アーム3、第2アーム4の内部には、それぞれ、アイドラプーリ211、211’と、212、212’を備えており、アイドラプーリ211、211’と、212、212’は、タイミングベルトのテンションを調節するために、各々、タイミングベルト203、209に押し当てて取り付けてある。
この構造において、第1の回転入力軸104を第2の回転入力軸105に対して相対的に回転させて、第1アーム3を回転させると、駆動プーリ201は第1アーム3に対して相対的に回転し、この駆動プーリ201の相対回転は、タイミングベルト203を介して従動プーリ202を回転させて第2アーム4が回転する。第2アーム4が回転することで、第2アーム4と駆動プーリ207との間で相対回転が生じ、この相対回転はタイミングベルト209を介して従動プーリ208を回転させてハンド部5が回転する。
このとき、第1アーム3内の駆動プーリ201と従動プーリ202との直径比は1:1なる関係で、第2アーム4内の駆動プーリ207と従動プーリ208との直径比は1:2なる関係で設けてあるので、第2の回転入力軸105の回転に対して第1の回転入力軸104、すなわち、第1アーム3を同一速度で逆方向に回転させると、駆動プーリ201は第1アーム3に対して相対的に2倍の回転量だけ回転することになるので、第2アーム4は第1アームに対して逆方向に2倍の回転量だけ回転し、ハンド部5は第2アーム4に対して逆方向に1/2倍の回転量だけ回転するので、ハンド部5の先端が直進運動をすることになる。
図7は、上述の水平多関節ロボットの第1アーム3の蓋を外した平面図を示す。上述したように、第1アーム3の一端側には第2アーム4を回転させるための駆動プーリ201が第1アーム3に対して回転自在に取り付けられている。第1アーム3の他端側には、第1アーム3に対して従動プーリ202が回転自在に取り付けられている。駆動プーリ201と従動プーリ202との間にはループ状のエンドレスタイプのタイミングベルト203が巻き掛けてある。また、第1アーム3の内部には、アイドラプーリ211、211’を備えており、アイドラプーリ211、211’は、タイミングベルト203へ所定のテンションを与えるように、タイミングベルト203に押し当てて取り付けてある。
アイドラプーリ211、211’は、ベース板211B、211B’上に軸211A、211A’を固定して取り付けて、この軸211A、211A’に対して回転自在となるように取り付けてある。アイドラプーリ211、211’にて、タイミングベルト203のテンションの調整を行うには、第1アーム3に対するベース板211B、211B’の固定位置を調整することによって、タイミングベルト203へのアイドラプーリ211、211’の押し付け量を調整して、所定のテンションとなるように調整する。
また、図示しないが、第2アーム4についても第1アームの場合と同様の構成で、アイドラプーリ212、212’が、タイミングベルト209へ所定のテンションを与えるように、タイミングベルト209に押し当てて取り付けてある。
また、上述のようなタイミングベルトの使用は、プーリとタイミングベルト歯形間のバックラッシュや、ベルト材質がポリウレタンやゴム等の弾性体であることにより、プーリの回転方向が逆転するときに、伝達の遅れが発生し、ハンドの直進性に悪影響を及ぼすことがあった。
請求項1に記載の発明は、一対の回転軸の各々に第1のプーリと第2のプーリとが配置され、前記第1のプーリと前記第2のプーリとに巻装されたベルトによって、前記一対の回転軸の一方の回転を他方に伝達するベルト伝動装置において、前記ベルトは、第1の有端ベルトと第2の有端ベルトからなり、前記第1の有端ベルトは、一端が調整ブロックを解して前記第1のプーリの外周の上方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられると共に、他端が前記第2のプーリの外周の上方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられ、前記第2の有端ベルトは、一端が前記第1のプーリの外周の下方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられると共に、他端が前記第1の有端ベルトの巻き掛け方向とは逆となるよう前記第2のプーリの外周の下方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられ、前記第1のプーリには、前記調整ブロックが固定される部分に、前記調整ブロックを摺動させながら接線方向に案内する案内部と、前記調整ブロック近傍のネジ穴と、前記ネジ穴に挿入可能なネジ部と前記ネジ部の上部に設けられたテーパ部とを有し、前記調整ブロックに対して取り外し可能なテンション調整ネジと、が設けられ、前記テンション調整ネジを前記ネジ穴へねじ込んだときに、前記テーパ部が前記調整ブロックに当接し、前記案内部によって前記調整ブロックが前記接線方向に移動することによって、前記第1及び第2の有端ベルトの両方のテンションが調整され、前記テンションの調整後に、前記調整ブロックが前記第1のプーリに固定され、前記テンション調整ネジが前記調整ブロックから取り外されて、前記ベルトのテンションを調整を完了するよう構成されたベルト伝動装置とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、前記案内部及び前記ネジ穴が、前記第1のプーリの上面に設けられた凹部に設けられ、前記調整ブロックが固定されたとき、前記第1のプーリに埋設されるよう構成された請求項1記載のベルト伝動装置とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、前記ベルトは、金属製のスチールベルトである請求項1記載のベルト伝動装置とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、複数のアームが互いに連結された水平多関節型の前記アームに、請求項1乃至3いずれかに記載のベルト伝動装置を備えた水平多関節ロボットとするものである。
また、請求項2に記載の発明によると、調整ブロックが第1のプーリに埋設されるよう固定されるので、テンション調整部から余計な凸部がなく、水平多関節ロボットに適用した場合、アーム内で余計なスペースを要することがない。また、プーリの上面に凹部を設けて調整ブロックの位置を調整できるようにしているので、水平多関節ロボットのような水平に延在するアームに適用し、アームの蓋をあければ、上部から簡単にテンションの調整ができるように構成できる。
また、請求項3に記載の発明によると、金属製のスチールベルトを使用するので、ポリウレタンやゴム等の材質の場合と異なり、ベルトの弾性がほとんど無視でき、プーリの回転方向が逆転するとき、伝達の遅れが発生せず、水平多関節ロボットに適用した場合、ハンドの直進性に悪影響を及ぼすことがない。
また、従動プーリ102の上端には第2アーム4の一端側が固定されており、第2アーム4の内部に突出した連結軸106Bの上端部には駆動プーリ107が固定され、第2アーム4に対して、駆動プーリ107が相対的に回転するようになっている。第2アーム4の他端側には、連結軸110が固定されると共に、連結軸110に対して従動プーリ108が回転自在に取り付けられている。駆動プーリ107と従動プーリ108との直径比は、1:2なる関係で設けてある。
また、従動プーリ108の上端にはハンド部5が固定されており、第2アーム4に対して、ハンド部5が相対的に回転するようになっている。
なお、第1アーム3内の駆動プーリ101と従動プーリ102との間には、ループ状のエンドレスタイプのベルトではなく、それぞれ、直線状で一定長さの第1と、第2の2本のスチールベルト103A、103Bが設置されている。
また、第2アーム4内の駆動プーリ107と従動プーリ108との間には、第1アーム3の場合と同様に、ループ状のエンドレスタイプのベルトではなく、それぞれ、直線状で一定長さの第1と、第2の2本のスチールベルト109A、109Bが設置されている。
また、図示しないが、第2アーム4についても第1アーム3の場合と同様に、第1のベルト109Aは、一端が調整ブロック112を介して駆動プーリ107の外周の上側に所定の巻き掛け角をもって取り付けられると共に、他端が固定部を介して従動プーリ108の外周の上側に所定の巻き掛け角をもって取り付けられる。第2のベルト109Bは、一端が固定部を介して駆動プーリ107の外周の下側に所定の巻き掛け角をもって取り付けられると共に、他端が固定部を介して第1のベルト109Aの巻き掛け方向と逆にして従動プーリ108の外周の下側に所定の巻き掛け角をもって取り付けられている。
上記固定部114、115、116では、各プーリに穴が設けられている。一方各ベルトに設けられた穴を介して、圧入ピンなどで各ベルトを各プーリの穴に対して完全に固定している。
以上のように、本発明のベルト伝動装置では、両端を有する2本のベルトを2つのプーリに対して、上下高さ違いにかつ巻き掛け方向を互いに逆にして装着している。そして、上段のベルトの一端を、調整ブロックを介して一方のプーリに対して固定しており、上段のベルトの他端は他方のプーリに対して固定部を介して装着されている。また、下段のベルトの両端はそれぞれのプーリに対して固定部を介して装着されるのみである。調整ブロックを含むテンション調整部についての詳細は後述する。
このとき、第1アーム3内の駆動プーリ101と従動プーリ102との直径比は1:1なる関係で、第2アーム4内の駆動プーリ107と従動プーリ108との直径比は1:2なる関係で設けてあるので、第2の回転入力軸105の回転に対して第1の回転入力軸104、すなわち、第1アーム3を同一速度で逆方向に回転させると、駆動プーリ101は第1アーム3に対して相対的に2倍の回転量だけ回転することになるので、第2アーム4は第1アーム3に対して逆方向に2倍の回転量だけ回転し、ハンド部5は第2アーム4に対して逆方向に1/2倍の回転量だけ回転するので、ハンド部5の先端が直進運動をすることになる。
図3は、ベルトのテンション調整を行う際の駆動プーリの要部平面図である。また、図4は、図3におけるc-c断面図である。
図3、図4において、101は駆動プーリで、調整ブロック111の取り付け箇所には凹部101Bが形成されている。凹部101Bは駆動プーリ101の上面の一部に形成されておりプーリ上面よりも1段低く形成された部分である。凹部101Bは上面から見て略T字状になっており、T字形状の一端はプーリの外周部分に開口101Cで開口している。また、T字形状の一部は、案内部101Dのように、開口101Cにおける接線方向とほぼ平行となる方向となるよう形成されている。
調整ブロック111の形状は上面から見て、凹部101BのT字形状の一部に沿って略L字形状に形成されている。調整ブロック111のL字形状の一部は、凹部101Bの案内部101Dに嵌め込まれて摺動できる。このとき、調整ブロック111のL字形状の一端は、開口101Cにおいて、プーリの外周部分の面とほぼ同じ位置になるよう形成されている。この一端に固定部111Cが設けられており、第1のベルト103Aが固定される。具体的には、調整ブロック111の図示しない穴に対して、第1のベルト103Aに形成されている穴を介して、圧入ピンなどでブロックに対してベルトを完全に固定する。なお、開口部101Cは、案内部101Dに沿って調整ブロック111が摺動しても開口部101Cと案内ブロック111が干渉しない程度の隙間を有している。
また、調整ブロック111には、案内部101Dに沿って摺動する部分の近傍に、駆動プーリ101に対して調整ブロック111を固定するための取り付けネジ111A及び111Bが設けられている。なお、凹部101Bには当然ながら、このネジ111A及び111Bが挿入される図示しないネジ穴が形成されている。また、凹部101Bには、調整ブロック111の近傍にもネジ穴101Aが形成されている。
調整ブロック111の取り付けネジ111A、111Bを緩めた状態で、テンション調整治具113のネジ部113Aを駆動プーリのネジ穴101Aへねじ込んでいくと、テンション調整治具113が軸方向において下方に移動するとともに、テンション調整治具のテーパ部113Bがくさび作用により調整ブロック111を駆動プーリ101の外周接線方向に押す。したがって、調整ブロック111が第1のベルト103Aを引っ張ることになり、第1のベルト103Aのテンションが増す。一方で、駆動プーリ101と従動プーリ102は第2のベルト103Bにより連結されているので、第1のベルト103Aが引っ張られると、従動プーリ102が回転しようとするが、第2のベルト103Bがそれに抗するので、第2のベルト103Bのテンションも増すことになる。このようにして、テンション調整治具113のねじ込み量を調整することにより、スチールベルト103A、103Bのテンションを調整することができる。所定のテンションに調整したところで、調整ブロック111の取り付けネジ111A、111Bを締めて調整ブロック111の取り付け位置を固定し、テンション調整治具113を取り除けば、テンション調整は完了である。
また、ベルトの両端が直接プーリに取り付けられるので、タイミングベルトのようなバックラッシュがなく、プーリの回転方向が逆転するとき、バックラッシュによる伝達の遅れが発生せず、水平多関節ロボットに適用した場合、ハンドの直進性に悪影響を及ぼすことがない。
また、本実施例のように、金属製のスチールベルトを使用すると、ポリウレタンやゴム等の材質の場合と異なり、ベルトの弾性がほとんど無視できるので、プーリの回転方向が逆転するとき、伝達の遅れが発生せず、水平多関節ロボットに適用した場合、ハンドの直進性に悪影響を及ぼすことがない。
なお、上記実施例では、駆動プーリ側に調整ブロックを取り付けて、テンション調整を行う場合を示しているが、従動プーリ側に調整ブロックを取り付けるような構造としてもよい。
2 駆動部
3 第1アーム
4 第2アーム
5 ハンド
101 第1アーム内の駆動プーリ
101A ネジ穴
101B 凹部
101C 開口部
101D 案内部
102 第1アーム内の従動プーリ
103A 第1アーム内の第1のスチールベルト
103B 第1アーム内の第2のスチールベルト
104 第1の回転入力軸
105 第2の回転入力軸
106A、106B 第1アームに固定の連結軸
107 第2アーム内の駆動プーリ
108 第2アーム内の従動プーリ
109A 第2アーム内の第1のスチールベルト
109B 第2アーム内の第2のスチールベルト
110 第2アームに固定の連結軸
111 第1アームの調整ブロック
111A、111B 第1アームの調整ブロックの取り付けネジ
111C 固定部
112 第2アームの調整ブロック
112A、112B 第2アームの調整ブロックの取り付けネジ
113 テンション調整治具
113A テンション調整治具のネジ部
113B テンション調整治具のテーパ部
114 第1アーム内の第1のスチールベルトの固定部
115 第1アーム内の第2のスチールベルトの固定部
116 第1アーム内の第2のスチールベルトの固定部
120 テンション調整部
201 第1アーム内の駆動プーリ
202 第1アーム内の従動プーリ
203 第1アーム内のタイミングベルト
207 第2アーム内の駆動プーリ
208 第2アーム内の従動プーリ
209 第2アーム内のタイミングベルト
211、211’ 第1アーム内のアイドラプーリ
211A、211A’ 第1アーム内のアイドラプーリの軸
211B、211B’ 第1アーム内のアイドラプーリのベース板
212、212’ 第2アーム内のアイドラプーリ
212A、212A’ 第2アーム内のアイドラプーリの軸
212B、212B’ 第2アーム内のアイドラプーリのベース板
Claims (4)
- 一対の回転軸の各々に第1のプーリと第2のプーリとが配置され、前記第1のプーリと前記第2のプーリとに巻装されたベルトによって、前記一対の回転軸の一方の回転を他方に伝達するベルト伝動装置において、
前記ベルトは、第1の有端ベルトと第2の有端ベルトからなり、前記第1の有端ベルトは、一端が調整ブロックを解して前記第1のプーリの外周の上方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられると共に、他端が前記第2のプーリの外周の上方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられ、前記第2の有端ベルトは、一端が前記第1のプーリの外周の下方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられると共に、他端が前記第1の有端ベルトの巻き掛け方向とは逆となるよう前記第2のプーリの外周の下方に所定の巻き掛け角をもって取り付けられ、
前記第1のプーリには、前記調整ブロックが固定される部分に、
前記調整ブロックを摺動させながら接線方向に案内する案内部と、
前記調整ブロック近傍のネジ穴と、
前記ネジ穴に挿入可能なネジ部と前記ネジ部の上部に設けられたテーパ部とを有し、前記調整ブロックに対して取り外し可能なテンション調整ネジと、が設けられ、
前記テンション調整ネジを前記ネジ穴へねじ込んだときに、前記テーパ部が前記調整ブロックに当接し、前記案内部によって前記調整ブロックが前記接線方向に移動することによって、前記第1及び第2の有端ベルトの両方のテンションが調整され、前記テンションの調整後に、前記調整ブロックが前記第1のプーリに固定され、前記テンション調整ネジが前記調整ブロックから取り外されて、前記ベルトのテンションを調整を完了するよう構成されたこと、を特徴とするベルト伝動装置。 - 前記案内部及び前記ネジ穴が、前記第1のプーリの上面に設けられた凹部に設けられ、前記調整ブロックが固定されたとき、前記第1のプーリに埋設されるよう構成されたこと、を特徴とする請求項1記載のベルト伝動装置。
- 前記ベルトは、金属製のスチールベルトであること、を特徴とする請求項1記載のベルト伝動装置。
- 複数のアームが互いに連結された水平多関節型の前記アームに、請求項1乃至3いずれかに記載のベルト伝動装置を備えたことを特徴とする水平多関節ロボット。
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