JP2010017810A - ロボットアーム駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットのアーム駆動装置において、モータの回転をアーム側に伝達するベルト伝動機構のベルトが切れても、アームが不用意に回転することのないようにする。
【解決手段】駆動プーリ１４および従動プーリ１５とは別に、モータの回転軸１７および減速装置の入力軸１８にそれぞれ歯付きプーリからなる補助プーリ１９，２０を取り付け、これら両補助プーリ１９，２０間に歯付きベルトからなる補助ベルト２２を緩んだ状態にして掛け渡す。伝動ベルト１６が切れると、補助ベルト２２の歯２２ａが補助プーリ１９の歯１９ａおよび補助プーリ２０の歯２０ａと噛み合って回転軸１７と入力軸１８との間を動力伝達状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明はモータの回転をベルト伝動機構によりアームに伝える構成のロボットのアーム駆動装置に関する。

ロボットでは、モータの回転軸に電磁ブレーキを連結し、この電磁ブレーキによってアームを制動すると共に、停止状態の保持を行うようにしている。
モータの回転をアームに伝達する機構として、ベルト伝動機構を用いたロボットがある。このロボットも、同様に、モータの回転軸に電磁ブレーキが連結されており、電磁ブレーキが制動状態になると、その制動力がベルト伝動機構を介してアームに作用し、アームが制動されると共に、停止位置に保持される。

ロボットとは関係ないが、特許文献１には、電子写真像形成装置のフレキシブルな静電写真像形成ベルトを一対のローラ間に掛け渡す構成が開示されている。これは、一対のローラに、予め、ベルト状のフレキシブルなシームレスキャリア支持スリーブが掛け渡されており、このシームレスキャリア支持スリーブの外周に、該スリーブよりも小さい内周のフレキシブルな静電写真像形成ベルトを掛け渡す場合、一対のローラのうちの一方のローラを他方のローラに近付けてシームレスキャリア支持スリーブを緩ませた状態にし、この状態で静電写真像形成ベルトを、シームレスキャリア支持スリーブを取り巻くようにして一対のローラ間に掛け、その後、一方のローラを他方のローラから離す方向に移動させて、シームレスキャリア支持スリーブおよび静電写真像形成ベルトを引き伸ばすようにするというものである。
特開平６−１２４０５５号公報

ベルト伝動機構では、長期使用によりベルト切れの問題がある。ロボットの場合、ベルトが切れると、アームにモータの回転力或いは制動力が伝達されなくなるため、アームが自重で回転する恐れがある。

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、モータの回転をアーム側に伝達するベルト伝動機構のベルトが切れても、アームが不用意に回転する恐れのないロボットアーム駆動装置を提供することにある。

請求項１の発明では、ロボットのベルト伝動機構において、駆動プーリおよび従動プーリとは別に、駆動軸および従動軸にそれぞれ歯付きプーリからなる補助プーリを取り付け、これら両補助プーリ間に歯付きベルトからなる補助ベルトを緩んだ状態にして掛け渡したので、張力を持って、駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡した本来の動力伝達用の伝動ベルトの方が、緩んで掛け渡された補助ベルトよりも先に傷む。そして、伝動ベルトが切れると、補助ベルトの歯が駆動軸および従動軸にそれぞれ取り付けられた補助プーリの歯と噛み合って駆動軸と従動軸との間を動力伝達状態にする。このため、モータの回転力或いは制動力がアームに伝達され、アームが自重で回動したりする恐れはない。

請求項２の発明では、補助ベルトは、駆動軸および従動軸が水平方向に並んだとき、両補助プーリ間での緩み部分の最下部が駆動プーリおよび従動プーリ間に掛け渡された伝動ベルトの最下部と同レベルまたはそれよりも上位に位置しているので、ベルト伝動機構を収納する空間の容積増加を防止することができる。

請求項３の発明では、ベルト伝動機構の本来の伝動ベルトが切れたとき、モータを停止させる異常検出手段が設けられているので、緩んだ状態に欠けられた補助ベルトによってロボットのアームが動作され続けることの不具合を未然に防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図２に示すようにロボット装置１は、垂直多関節型のロボット本体２と、このロボット本体２を制御する制御装置（制御手段）３と、この制御装置３に接続されティーチング作業を行なう際に使用するティーチングペンダント４とから構成されている。

ロボット本体２は、例えば６軸の垂直多関節型のものとして構成され、ベース５と、このベース５に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部６と、このショルダ部６に上下方向に旋回可能に支持された下アーム７と、この下アーム７に上下方向に旋回可能に支持された第１の上アーム８と、この第１の上アーム８の先端部に捻り回転可能に支持された第２の上アーム９と、この第２の上アーム９に上下方向に回転可能に支持された手首１０と、この手首１０に回転（捻り動作）可能に支持されたフランジ１１とから構成されている。

ベース５を含め、ショルダ部６、下アーム７、第１の上アーム８、第２の上アーム９、手首１０、フランジ１１は、ロボットにおけるリンクとして機能し、ベース５を除く各リンクは、下段のリンクに対し回転関節によって回転可能に連結されている。なお、最先端のリンクであるフランジ１１には、ワークを把持する図示しないハンドが取り付けられるようになっている。

ベース５を除く各リンク６〜１１は、モータの回転を減速して出力するロボットアーム駆動装置によって回転駆動される。各リンク６〜１１のロボットアーム駆動装置は、前段のリンク内に収容されている。ここで、本発明のロボットアーム駆動装置を、例えば第１の上アーム８のものについて説明する。この第１の上アーム８のロボットアーム駆動装置は、下段のリンクである下アーム７内に配設されている。
第１の上アーム８のロボットアーム駆動装置は、モータ１２の回転をベルト伝動機構１３を介して図示しない減速機構に伝達され、更に、この減速機構の出力回転によって第１の上アーム８を関節軸を中心にして回転駆動する構成となっている。

上記ベルト伝動機構１３は、図１に示すように、駆動プーリ１４、この駆動プーリ１４と同径の従動プーリ１５、伝動ベルト１６から構成される。駆動プーリ１４は、モータ１２の回転軸（駆動軸）１７に取着され、従動プーリ１５は図示しない減速機構の入力軸（従動軸）１８に取着されている。そして、駆動プーリ１４と従動プーリ１５との間に、前記伝動ベルト１６が所定の張力をもって巻きかけられている。なお、駆動プーリ１４および従動プーリ１５は歯付きプーリからなり、伝動ベルト１６は駆動プーリ１４および従動プーリ１５の歯に噛合する歯を有した歯付きベルトからなる。

上記駆動プーリ１４および従動プーリ１５の軸方向両端部のうち一方の端部に、それぞれ同径の歯付きプーリからなる補助プーリ１９および２０が同心にしてボルト２１により固定されている。そして、これら２個の補助プーリ１９および２０間に、歯付きベルトからなる補助ベルト２２が緩んだ状態にして巻きかけられている。補助ベルト２２の緩みは、２個の補助プーリ１９および２０間に渡されている２辺部分の両方に設けられ、それら２辺部分は弛みによって緩やかな円弧状に曲がっている。勿論、補助ベルト２２の緩みの程度は、補助プーリ１９および２０間で回転を伝達する状態になったとき、補助ベルト２２の歯２２ａが補助プーリ１９の歯１９ａおよび補助プーリ２０の歯２０ａを乗り越えることのない程度に抑えられている。
上記両補助プーリ１９および２０は、駆動プーリ１４および従動プーリ１５よりも径小で、回転軸１７と入力軸１８とが水平方向に並んだとき、補助ベルト２２の両補助プーリ１９および２０間での緩み部分の最下部が伝動ベルト１６の最下部と同レベルまたはそれよりも上位に位置するように構成されている。

ここで、図３に基づいてモータ１２の制御について簡単に説明すると、モータ１２は前記制御装置３によって制御される駆動回路（駆動手段）２３により駆動される。モータ１２には、その回転軸１７の回転位置を検出するロータリエンコーダ（位置検出手段）２４が設けられており、ロータリエンコーダ２４の位置検出信号は制御装置３に入力される。制御装置３は、内部に位置指令出力部と、加算器とを有している。

位置指令出力部は、モータ１２の回転位置を指令する指令信号を出力する。そして、加算器は、位置指令出力部から出力される指令信号とロータリエンコーダ２４からの位置検出信号とに基づいて、指令された回転位置と実際の回転位置とを比較し、その偏差に応じた信号を駆動回路２３に与える。駆動回路２３は、加算器から与えられた信号に応じた駆動電流をモータ１２に流し、回転軸１７の回転位置が指令された回転位置となるように当該モータ１２を駆動する。
また、モータ１２には、電磁ブレーキ２５が設けられている。この電磁ブレーキ２５は、制御装置３により制御され、ロボット本体２の停止時には、断電にされてモータ１２の回転軸１７を制動した状態を保持し、ロボット本体２の動作時には、通電されてその制動を解除するように構成されている。

上記構成において、ロボット本体２の動作時には、モータ１２の回転が駆動プーリ１４から伝動ベルト１６を介して図示しない減速装置に伝達され、その減速装置の出力回転によって第１の上アーム８が回転される。さて、長期にわたり使用していると、伝動ベルト１６および補助ベルト２２は傷む。しかしながら、伝動ベルト１６は、張力が与えられた状態で駆動プーリ１４の回転を従動プーリ１５に伝動しているのに対し、補助ベルト２２は、緩んでいて動力伝達は行わない。このため、補助ベルト２２に比べて伝動ベルト１６の方が傷みの進行度合いは大きく、切れるならば、伝動ベルト１６の方が先に切れるようになる。

しかも、伝動ベルト１６の切断は、動力伝達時に起きることがほとんどであり、ロボット本体２の停止時に切れることは稀である。ロボット本体２の動作時に伝動ベルト１６が切れると、モータ１２の回転軸１７と減速装置の入力軸１８との間には、一瞬ではあるが、回転数差を生ずる。この回転数差によって、補助ベルト２２の両補助プーリ１９および２０間に渡されている２辺部分のうち、一方の緩みが吸収されて引っ張られた状態となるため、補助ベルト２２を通じて、モータ１２の回転が回転軸１７側の補助プーリ１９から図示しない減速装置の入力軸１８側の補助プーリ２０に伝えられるようになる。この補助ベルト２２による動力伝達により、第１の上アーム８が自重で下方に回動するといった事態を生じる恐れはなくなる。

ところで、補助ベルト２２は当初緩んで巻きかけられているため、その２個の補助プーリ１９および２０間に掛け渡されている２辺のうちの一方の緩みが吸収されて緊張した動力伝達状態になるまでの間、モータ１２の負荷が軽減されるため、回転軸１７の回転位置が指令位置よりも異常に進んだ状態になる。すると、制御装置３の加算器が異常に大きい偏差を検出するため、異常信号を制御装置３の制御部に出力する。これにより、制御部は、異常発生を検出し（異常検出手段）、駆動回路２３に停止信号を出力してモータ１２を断電すると同時に電磁ブレーキ２５をも断電する。

これにより、モータ１２の回転軸１７が電磁ブレーキ２５により制動された状態となるため、その制動力は、回転軸１７側の補助プーリ１９から補助ベルト２２を介して減速装置の入力軸１８側の補助プーリ２０に伝達される。したがって、第１の上アーム８はその時点で動作を停止し、停止した位置で静止することとなる。

勿論、上記の停止信号は他のリンクの駆動回路にも出力される。このため、伝動ベルト１６が切れると、ロボット本体２はその動作を停止し、停止した位置で静止することとなる。
また、制御装置３は、異常検出すると、図示しないブザーなどの報知手段によって異常発生を報知する。この異常報知により、ユーザは伝動ベルト１６が切れたことを知り、伝動ベルト１６の交換を行う。

ところで、伝動ベルト１６の切断は、ロボット本体２の動作時ばかりでなく、稀には停止時に生ずることがある。この場合も同様にして電磁ブレーキ２５の制動力が減速装置の入力軸１８に伝達されるため、第１の上アーム８が不用意に回転する恐れはない。勿論、補助ベルト２２の２個の補助プーリ１９および２０間に掛け渡されている２辺部分のうちの一方の緩みが吸収されて緊張するまでに、第１の上アーム８は侍従で若干の回転するものの、その回転はほんの僅かであって問題はない。
しかしながら、この場合には、伝動ベルト１６の切断を直ちに検出することはできない。しかし、制御装置３は、ロボット本体２の動作が再開され、モータ１２が正逆回転すると、補助ベルト２２の緩みが吸収される方向にモータ１２が回転する際に、上述したと同様にして制御装置３による異常検出が行われて伝動ベルト１６の切断が報知されるものである。

このように本実施形態によれば、伝動ベルト１６が切れても、第１の上アーム８が不用意に回転する恐れがない。
また、補助プーリ１９，２０を駆動プーリ１４および従動プーリ１５よりも径小とし、回転軸１７と入力軸１８とが水平方向に並んだ状態のとき、補助ベルト２２が補助ベルト２２の両補助プーリ１９および２０間での緩み部分の最下部が伝動ベルト１６の最下部と同レベルまたはそれよりも上位に位置するように構成したので、ベルト伝動機構１３の周囲に存在する他部材が補助ベルト２２の緩み部分に触れないようにするために、当該他部材をベルト伝動機構１３から補助ベルト２２の緩みを見込んで余分に離して設けるなどせずとも済み、ベルト伝動機構１３を収容する下アーム７の外殻を大形にしなくとも済む。
更に、伝動ベルト１６が切れたとき、これを制御装置３が異常として検出し、報知するので、伝動ベルト１６が切れたまま放置される恐れがなくなる。

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、次のような拡張或いは変更が可能である。
駆動プーリ１４と従動プーリ１５とは互いに同径、２個の補助プーリ１９および２０は互いに同径としたが、駆動プーリ１４と従動プーリ１５とを異径、２個の補助プーリ１９および２０を、駆動プーリ１４と従動プーリ１５の径比と同じ径比の異径としても良い。
駆動プーリ１４、従動プーリ１５、伝動プーリ１６は、歯付きでなくとも良い。
本発明を適用するベルト伝動機構は、第１の上アーム８を駆動するものに限られない。

本発明の一実施形態におけるベルト伝動機構を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は駆動軸側の断面図、（ｃ）は従動軸側の断面図 ロボット装置の斜視図 アーム駆動モータの制御構成を示すブロック図

符号の説明

図面中、３は制御装置（異常検出手段）、８は第１の上アーム、１２はモータ、１３はベルト伝動機構、１４は駆動プーリ、１５は従動プーリ、１６は伝動ベルト、１７は回転軸（駆動軸）、１８は入力軸（従動軸）、１９，２０は補助プーリ、２２は補助ベルト、２５は電磁ブレーキを示す。

Claims (3)

1. 駆動軸に取り付けられた駆動プーリと従動軸に取り付けられた従動プーリとの間に伝動ベルトを掛け渡してなるベルト伝動機構により、モータの回転を前記駆動軸から前記従動軸に伝達し、該従動軸の回転によってアームを駆動するロボットアーム駆動装置において、
   前記駆動プーリおよび前記従動プーリとは別に、前駆駆動軸および前記従動軸にそれぞれ歯付きプーリからなる補助プーリを取り付け、これら両補助プーリ間に歯付きベルトからなる補助ベルトを緩んだ状態にして掛け渡したことを特徴とするロボットアーム駆動装置。
2. 前記補助ベルトは、前記駆動軸および前記従動軸が水平方向に並んだとき、前記両補助プーリ間での緩み部分の最下部が前記駆動プーリおよび前記従動プーリ間に掛け渡された前記伝動ベルトの最下部と同レベルまたはそれよりも上位に位置していることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム駆動装置。
3. 前記ベルト伝動機構の前記伝動ベルトが切れたとき、前記モータを停止させる異常検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のロボットアーム駆動装置。

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