JP2015044262A - Rotation drive mechanism and joint mechanism of robot provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータにて回転体を回転させる回転駆動機構およびこれを備えるロボットの関節機構に関する。 The present invention relates to a rotation drive mechanism that rotates a rotating body with a motor and a joint mechanism of a robot including the rotation drive mechanism.
従来、モータと、モータにて回転させられる回転体とを備える回転駆動機構が知られている。
例えば、特許文献1に記載された駆動機構(回転駆動機構)は、モータと、このモータにて回転させられる版胴(回転体)と、モータの出力軸および版胴を接続することによって、モータの回転を版胴に伝達するタイミングベルトとを備えている。このような駆動機構によれば、モータの出力軸の回転は、タイミングベルトを介して版胴に伝達されるので、モータは、版胴を回転させることができる。
また、特許文献1に記載された駆動機構は、モータの出力軸と、タイミングベルトとの間に設けられたトルクリミッタ等の過負荷保護装置を備えている。この過負荷保護装置は、モータの出力軸または版胴に過負荷が加わると空転するので、モータ等の破損を抑制することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotary drive mechanism that includes a motor and a rotating body that is rotated by the motor is known.
For example, a drive mechanism (rotation drive mechanism) described in Patent Document 1 is configured by connecting a motor, a plate cylinder (rotary body) rotated by the motor, an output shaft of the motor, and a plate cylinder. And a timing belt for transmitting the rotation of the drum to the plate cylinder. According to such a drive mechanism, since the rotation of the output shaft of the motor is transmitted to the plate cylinder via the timing belt, the motor can rotate the plate cylinder.
The drive mechanism described in Patent Document 1 includes an overload protection device such as a torque limiter provided between the output shaft of the motor and the timing belt. Since this overload protection device idles when an overload is applied to the output shaft or plate cylinder of the motor, it is possible to suppress damage to the motor or the like.
しかしながら、特許文献1に記載された駆動機構は、過負荷保護装置をモータ等の破損を抑制するために新たに設けなければならないので、部品点数が増加して大型化してしまうという問題がある。 However, the drive mechanism described in Patent Document 1 has a problem in that the overload protection device has to be newly provided in order to suppress damage to the motor and the like, resulting in an increase in the number of parts and an increase in size.
本発明の目的は、部品点数を増加させることなく、モータ等に過負荷が加わった場合であってもモータ等の破損を抑制することができる回転駆動機構およびこれを備えるロボットの関節機構を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotary drive mechanism capable of suppressing damage to a motor or the like even when an overload is applied to the motor or the like without increasing the number of parts, and a joint mechanism of a robot having the same It is to be.
本発明の回転駆動機構は、モータと、モータにて回転させられる回転体とを備える回転駆動機構であって、モータの出力軸と、回転体とを接続することによって、モータの回転を回転体に伝達する摩擦伝動ベルトを備え、摩擦伝動ベルトは、モータの出力軸または回転体に過負荷が加わると滑って空転するように設計されることを特徴とする。 The rotation drive mechanism of the present invention is a rotation drive mechanism including a motor and a rotating body that is rotated by the motor, and the rotation of the motor is rotated by connecting the output shaft of the motor and the rotating body. The friction transmission belt is designed to slip and idle when an overload is applied to the output shaft or the rotating body of the motor.
ここで、摩擦伝動ベルトとは、動力の伝達に摩擦力を用いる平ベルトやVベルト等のベルトである。このような摩擦伝動ベルトを回転駆動機構に採用する場合には、確実に動力を伝達するために摩擦伝動ベルトが空転することのないように十分な余裕を持ってベルトを設計する。
本発明によれば、摩擦伝動ベルトは、モータの出力軸または回転体に過負荷が加わると滑って空転するように設計されるので、回転駆動機構は、モータ等に過負荷が加わった場合であってもモータ等の破損を抑制することができる。また、トルクリミッタ等をモータ等の破損を抑制するために新たに設けなくてもよいので、回転駆動機構の部品点数を増加させることもない。
Here, the friction transmission belt is a belt such as a flat belt or a V belt that uses a frictional force to transmit power. When such a friction transmission belt is employed in the rotational drive mechanism, the belt is designed with a sufficient margin so that the friction transmission belt does not run idle in order to reliably transmit power.
According to the present invention, the friction transmission belt is designed to slip and idle when an overload is applied to the output shaft or rotating body of the motor. Therefore, the rotational drive mechanism is used when an overload is applied to the motor or the like. Even if it exists, damage to a motor etc. can be suppressed. Further, since it is not necessary to newly provide a torque limiter or the like in order to suppress breakage of the motor or the like, the number of parts of the rotary drive mechanism is not increased.
本発明では、回転体の回転角度を検出するセンサを備え、センサは、回転体に当接して設けられているが好ましい。 In the present invention, a sensor for detecting the rotation angle of the rotating body is provided, and the sensor is preferably provided in contact with the rotating body.
ここで、モータと、モータにて回転させられる回転体とを備える従来の回転駆動機構において、回転体の回転角度を検出する場合には、モータの出力軸にポテンショメータ等のセンサを取り付けることによって、回転体の回転角度を間接的に検出する手法が一般的である。これは、モータの出力軸と、回転体との間に減速機を介在させた場合には、モータの回転速度は、回転体の回転速度よりも速くなるので、センサをモータの出力軸に取り付けることによって、センサを回転体に取り付ける場合と比較して、高い分解能で回転体の回転角度を検出することができるからである。また、センサをモータの出力軸に取り付けることによって、センサを回転体に取り付ける場合と比較して、信号線などのケーブルの引き回しが容易になるからである。
しかしながら、本発明のように、モータの出力軸または回転体に過負荷が加わると滑って空転するように摩擦伝動ベルトを設計すると、モータの回転角度を検出したとても摩擦伝動ベルトが空転した場合に回転体の回転角度を確実に検出することができなくなるという問題がある。
Here, in a conventional rotational drive mechanism including a motor and a rotating body rotated by the motor, when detecting the rotation angle of the rotating body, by attaching a sensor such as a potentiometer to the output shaft of the motor, A method of indirectly detecting the rotation angle of the rotating body is common. This is because when the speed reducer is interposed between the output shaft of the motor and the rotating body, the rotational speed of the motor is faster than the rotating speed of the rotating body, so the sensor is attached to the output shaft of the motor. This is because the rotation angle of the rotating body can be detected with higher resolution than when the sensor is attached to the rotating body. Further, by attaching the sensor to the output shaft of the motor, it is easier to route the cable such as the signal line as compared with the case where the sensor is attached to the rotating body.
However, if the friction transmission belt is designed so that it slips and slips when an overload is applied to the output shaft or rotating body of the motor as in the present invention, the friction transmission belt that has detected the rotation angle of the motor is idling. There is a problem that the rotation angle of the rotating body cannot be reliably detected.
本発明によれば、センサは、回転体に当接して設けられているので、摩擦伝動ベルトが空転した場合であっても回転体の回転角度を確実に検出することができる。したがって、回転駆動機構は、部品点数を増加させることなく、モータ等に過負荷が加わった場合であってもモータ等の破損を抑制することができるともに、摩擦伝動ベルトが空転した場合であっても回転体の回転角度を確実に検出することができる。 According to the present invention, since the sensor is provided in contact with the rotating body, the rotation angle of the rotating body can be reliably detected even when the friction transmission belt is idling. Therefore, the rotational drive mechanism can suppress damage to the motor or the like even when an overload is applied to the motor or the like without increasing the number of parts, and the friction drive belt is idle. Also, the rotation angle of the rotating body can be reliably detected.
本発明のロボットの関節機構は、前述した回転駆動機構と、回転体に設けられるとともに、回転体の回転に伴って回転する制御対象とを備えることを特徴とする。 The joint mechanism of the robot according to the present invention includes the above-described rotation drive mechanism, and a control object that is provided on the rotating body and rotates with the rotation of the rotating body.
このような構成によれば、ロボットの関節機構は、前述した回転駆動機構を備えているので、前述した回転駆動機構と同様の作用効果を奏することができる。
また、ロボットの関節機構は、前述した回転駆動機構を備えているので、モータと、回転体および制御対象とを離間して配設することができ、アーム等の限られたスペースを有効に利用することができる。
なお、ロボットの関節機構は、高精度な位置決めを行う必要があることから、制御対象の回転角度を検出する際に高い精度が要求される。本発明によれば、ロボットの関節機構は、センサを回転体に当接して設けることによって、摩擦伝動ベルトが空転した場合であっても回転体の回転角度を高い精度で確実に検出することができる。
According to such a configuration, since the joint mechanism of the robot includes the above-described rotation drive mechanism, it is possible to achieve the same effects as the above-described rotation drive mechanism.
In addition, since the joint mechanism of the robot is equipped with the rotation drive mechanism described above, the motor, the rotating body, and the controlled object can be spaced apart and the limited space such as the arm can be used effectively. can do.
Since the robot joint mechanism needs to be positioned with high accuracy, high accuracy is required when detecting the rotation angle of the controlled object. According to the present invention, the joint mechanism of the robot can reliably detect the rotation angle of the rotating body with high accuracy even when the friction transmission belt is idled by providing the sensor in contact with the rotating body. it can.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る関節機構を備えるロボットの外観を示す斜視図である。
ロボット1は、図1に示すように、路上を走行する走行車Vに載置されるマニピュレータである。このロボット1は、走行車Vに取り付けるための取付部2と、取付部2に設けられた円柱状のアーム3と、アーム3の先端に接続された円柱状のアーム4と、アーム4の先端に接続されたハンド5とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a robot including a joint mechanism according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the robot 1 is a manipulator placed on a traveling vehicle V that travels on the road. The robot 1 includes an attachment portion 2 for attachment to the traveling vehicle V, a columnar arm 3 provided on the attachment portion 2, a columnar arm 4 connected to the tip of the arm 3, and a tip of the arm 4. And a
アーム3は、紙面上下方向の軸を回転軸として取付部2に回転自在に取り付けられるとともに、この軸と直交する軸を回転軸として取付部2に回転自在に取り付けられている。
アーム4は、アーム3の中心軸と直交する軸を回転軸としてアーム3に回転自在に取り付けられている。
ハンド5は、本体部51と、本体部51におけるアーム4側の端部に設けられた2つのグリッパ6と、本体部51におけるグリッパ6とは反対側の端部に設けられたカメラ7とを備えている。
The arm 3 is rotatably attached to the attachment portion 2 with an axis in the vertical direction of the paper surface as a rotation axis, and is rotatably attached to the attachment portion 2 with an axis orthogonal to this axis as a rotation axis.
The arm 4 is rotatably attached to the arm 3 with an axis orthogonal to the central axis of the arm 3 as a rotation axis.
The
このロボット1は、走行車Vを走行させることによって作業領域を移動することができ、アーム3,4を駆動することによって、作業対象にグリッパ6を近接させることができる。そして、ロボット1は、グリッパ6にて作業対象を掴んだり回したりして所定の作業を行うことができる。この際、ロボット1は、カメラ7にて撮像される画像を参照して作業を行うことができる。
The robot 1 can move the work area by running the traveling vehicle V, and can drive the
図2は、ハンド5におけるカメラ7の近傍を拡大した図である。なお、図2では、紙面上方向を+Z軸方向とし、このZ軸に直交する2軸のうち、本体部51の中心軸と平行な軸をX軸とし、X軸およびZ軸に直交する軸をY軸として説明する。以下の図面においても同様である。
ハンド5の本体部51およびカメラ7は、図2に示すように、関節機構8を介して互いに接続されている。
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the
The
関節機構8は、本体部51におけるY軸方向の両側にそれぞれ設けられるとともに、−X軸方向に向かって延出する2つの延出部51Aと、カメラ7から−Z軸方向に向かって延出するとともに、カメラ7を支持する支持部71とを接続している。具体的には、支持部71は、2つの延出部51Aに挟持されるようにして本体部51に接続されている。この関節機構8は、本体部51に対してカメラ7をY軸回りに回動自在に接続するとともに、Z軸回りに回転自在に接続している。
The joint mechanism 8 is provided on each side of the
図3は、本体部51および支持部71のカバーを透視して内部を露出させた図である。なお、図3では、本発明の要部を構成する部品のみを図示し、その他の部品の図示を省略している。
本体部51および支持部71は、図3に示すように、本体部51に対してカメラ7を回転および屈伸させる回転駆動機構9を介して接続されている。
FIG. 3 is a view in which the inside of the
As shown in FIG. 3, the
この回転駆動機構9は、本体部51の+X軸方向側に設けられるとともに、Y軸方向の両側にそれぞれ設けられる一対のモータ91A,91Bと、支持部71に設けられるとともに、モータ91A,91Bにて回転させられる回転体としての一対のサイドギヤ92A,92Bと、サイドギヤ92A,92Bのそれぞれと噛み合うようにサイドギヤ92A,92Bの間に配設されるピニオン93とを備えている。すなわち、回転駆動機構9は、サイドギヤ92A,92Bおよびピニオン93を備えて構成される差動歯車装置を備え、ピニオン93は、カメラ7における−Z軸方向側の端部に固定されている。
なお、本実施形態では、図3の左側に配置されたモータを91Aとし、サイドギヤを92Aとしている。また、図3の右側に配置されたモータを91Bとし、サイドギヤを92Bとしている。そして、サイドギヤ92A,92Bおよびピニオン93には傘歯車を採用している。
The rotation drive mechanism 9 is provided on the + X-axis direction side of the
In the present embodiment, the motor disposed on the left side of FIG. 3 is 91A, and the side gear is 92A. Further, the motor arranged on the right side of FIG. 3 is 91B, and the side gear is 92B. The side gears 92A and 92B and the
また、回転駆動機構9は、モータ91A,91Bの出力軸91A1,91B1と、サイドギヤ92A,92Bの入力軸92A1,92B1とを接続することによって、モータ91A,91Bの回転をサイドギヤ92A,92Bに伝達する摩擦伝動ベルトとしての一対のVベルト94A,94Bとを備えている。
なお、モータ91Aおよび出力軸91A1は、ウォームギヤ91A2を介して互いに接続され、モータ91Bおよび出力軸91B1は、ウォームギヤ91B2を介して互いに接続されている。
The rotation drive mechanism 9 transmits the rotation of the
これらのVベルト94A,94Bは、モータ91A,91Bの出力軸91A1,91B1またはサイドギヤ92A,92Bに過負荷が加わると滑って空転するように設計されている。
換言すれば、モータ91A,91Bの出力軸91A1,91B1またはサイドギヤ92A,92Bに過負荷が加わっていない場合には、モータ91Aを回転させることによってVベルト94Aを介してサイドギヤ92Aを回転させることができる。また、モータ91Bを回転させることによってVベルト94Bを介してサイドギヤ92Bを回転させることができる。
These
In other words, when the overload is not applied to the output shafts 91A1 and 91B1 or the side gears 92A and 92B of the
このような関節機構8によれば、一対のサイドギヤ92A,92Bを逆方向に回転させることによって、ピニオン93の回転軸を中心としてピニオン93を回転させることができ、ひいては本体部51に対してカメラ7をZ軸回りに回転させることができる。
また、一対のサイドギヤ92A,92Bを同方向に回転させることによって、ピニオン93を回転させることなく、サイドギヤ92A,92Bの回転軸(Y軸)を中心としてカメラ7を回転させることができ、本体部51に対してカメラ7を屈伸させることができる。
したがって、本実施形態では、カメラ7は、回転体としての一対のサイドギヤ92A,92Bに設けられるとともに、一対のサイドギヤ92A,92Bの回転に伴って回転する制御対象である。
According to such a joint mechanism 8, by rotating the pair of side gears 92 </ b> A and 92 </ b> B in the opposite directions, the
Further, by rotating the pair of side gears 92A and 92B in the same direction, the
Therefore, in the present embodiment, the
また、回転駆動機構9は、サイドギヤ92Bの入力軸92B1に当接して設けられるとともに、サイドギヤ92Bの回転角度を検出するセンサとしてのポテンショメータ95を備えている。具体的には、このポテンショメータ95は、サイドギヤ92Bの入力軸92B1に形成された歯車と噛み合うように設けられる平歯車95Aと、平歯車95Aと噛み合うように設けられるとともに、ポテンショメータ95の入力軸に固定されることによって、自己の回転に伴ってポテンショメータ95の入力軸を回転させる平歯車95Bとを備えている。したがって、サイドギヤ92Bの入力軸92B1の回転は、平歯車95A,95Bを介してポテンショメータ95の入力軸に伝達される。
The rotation drive mechanism 9 is provided in contact with the input shaft 92B1 of the
さらに、回転駆動機構9は、カメラ7の回転角度を検出するポテンショメータ96を備えている。具体的には、このポテンショメータ96は、サイドギヤ92A,92Bおよびピニオン93の回転軸に沿って貫通して形成された穴に内挿された軸体97に固定されることによって、軸体97の回転に伴って回転する平歯車96Aと、ポテンショメータ96の入力軸に固定されることによって、自己の回転に伴ってポテンショメータ96の入力軸を回転させる平歯車96Bと、平歯車96Aおよび平歯車96Bのそれぞれと噛み合うように設けられる平歯車96Cとを備えている。したがって、軸体97の回転は、平歯車96A〜96Cを介してポテンショメータ96の入力軸に伝達される。
Further, the rotation drive mechanism 9 includes a
図4は、3つの平歯車96A〜96Cの中心軸を通るように回転駆動機構9を切断した断面図である。
軸体97は、図4に示すように、サイドギヤ92A,92Bおよびピニオン93の回転軸に沿って貫通して形成された穴に摺動自在に内挿される断面T字状の中空の軸体である。
この軸体97の内部には、カメラ7に接続されるケーブルCが通っている。このケーブルCは、スリップリングSRを介してカメラ7に接続されているので、カメラ7は、ピニオン93の回転軸回りに無限回転することができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotary drive mechanism 9 cut through the central axes of the three
As shown in FIG. 4, the
A cable C connected to the
ここで、カメラ7におけるサイドギヤ92A,92Bの回転軸回りの回転角度は、サイドギヤ92Bの入力軸92B1の回転角度を検出するポテンショメータ95では検出することができない。これは、カメラ7をピニオン93の回転軸回りに回転させる場合であっても、カメラ7をサイドギヤ92A,92Bの回転軸回りに屈伸させる場合であっても、サイドギヤ92Bを回転させるためである。
Here, the rotation angle around the rotation axis of the side gears 92A and 92B in the
これに対して、軸体97は、サイドギヤ92A,92Bおよびピニオン93の回転軸に沿って貫通して形成された穴に摺動自在に内挿されているので、カメラ7をピニオン93の回転軸回りに回転させる場合には回転せず、カメラ7をサイドギヤ92A,92Bの回転軸回りに屈伸させる場合にのみ回転することになる。したがって、回転駆動機構9は、ポテンショメータ96にて軸体97の回転角度を検出することによって、カメラ7におけるサイドギヤ92A,92Bの回転軸回りの回転角度を検出することができる。
On the other hand, since the
このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
(1)Vベルト94A,94Bは、モータ91A,91Bの出力軸91A1,91B1またはサイドギヤ92A,92Bに過負荷が加わると滑って空転するように設計されるので、回転駆動機構9は、モータ91A,91B等に過負荷が加わった場合であってもモータ91A,91B等の破損を抑制することができる。また、トルクリミッタ等をモータ91A,91B等の破損を抑制するために新たに設けなくてもよいので、回転駆動機構9の部品点数を増加させることもない。
According to the present embodiment as described above, the following operations and effects can be achieved.
(1) Since the V-
(2)ポテンショメータ95は、サイドギヤ92Bに当接して設けられているので、Vベルト94Bが空転した場合であってもサイドギヤ92Bの回転角度を確実に検出することができる。したがって、回転駆動機構9は、部品点数を増加させることなく、モータ91A,91B等に過負荷が加わった場合であってもモータ91A,91B等の破損を抑制することができるともに、Vベルト94A,94Bが空転した場合であっても92A,92Bの回転角度を高い精度で確実に検出することができる。
(3)ロボット1の関節機構8は、回転駆動機構9を備えているので、モータ91A,91Bと、サイドギヤ92A,92Bおよびカメラ7とを離間して配設することができ、アーム3,4の限られたスペースを有効に利用することができる。
(2) Since the
(3) Since the joint mechanism 8 of the robot 1 includes the rotation drive mechanism 9, the
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ポテンショメータ95は、サイドギヤ92Bに当接して設けられていたが、当接して設けられていなくてもよく、例えば、モータの出力軸にポテンショメータ等のセンサを取り付けることによって、回転体の回転角度を間接的に検出してもよい。また、回転体の回転角度を検出しなくてもよい場合には、回転駆動機構は、センサを備えていなくてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within a scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the
前記実施形態では、制御対象としてカメラ7を採用していたが、これ以外のものを採用してもよい。例えば、グリッパ6を制御対象として採用してもよく、要するに、制御対象は、回転体に設けられるとともに、回転体の回転に伴って回転するものであればよい。
In the above-described embodiment, the
以上のように、本発明は、回転駆動機構およびこれを備えるロボットの関節機構に好適に利用できる。 As described above, the present invention can be suitably used for a rotation drive mechanism and a joint mechanism of a robot including the rotation drive mechanism.
1 ロボット
2 取付部
3,4 アーム
5 ハンド
6 グリッパ
7 カメラ(制御対象)
8 関節機構
9 回転駆動機構
51 本体部
51A 延出部
71 支持部
91A,91B モータ
91A1,91B1 出力軸
91A2,91B2 ウォームギヤ
92A,92B サイドギヤ(回転体)
92A1,92B1 入力軸
93 ピニオン
94A,94B Vベルト(摩擦伝動ベルト)
95 ポテンショメータ(センサ)
95A,95B 平歯車
96 ポテンショメータ
96A〜96C 平歯車
97 軸体
C ケーブル
SR スリップリング
V 走行車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot 2 Mounting part 3, 4
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 Joint mechanism 9
92A1,
95 Potentiometer (sensor)
95A,
Claims (3)
前記モータの出力軸と、前記回転体とを接続することによって、前記モータの回転を前記回転体に伝達する摩擦伝動ベルトを備え、
前記摩擦伝動ベルトは、前記モータの出力軸または前記回転体に過負荷が加わると滑って空転するように設計されることを特徴とする回転駆動機構。 A rotational drive mechanism comprising a motor and a rotating body rotated by the motor,
A friction transmission belt that transmits rotation of the motor to the rotating body by connecting the output shaft of the motor and the rotating body;
The rotary drive mechanism is characterized in that the friction transmission belt is designed to slip and idle when an overload is applied to the output shaft of the motor or the rotating body.
前記回転体の回転角度を検出するセンサを備え、
前記センサは、前記回転体に当接して設けられていることを特徴とする回転駆動機構。 In the rotation drive mechanism according to claim 1,
A sensor for detecting a rotation angle of the rotating body;
The rotation driving mechanism, wherein the sensor is provided in contact with the rotating body.
前記回転体に設けられるとともに、前記回転体の回転に伴って回転する制御対象とを備えることを特徴とするロボットの関節機構。 The rotational drive mechanism according to claim 1 or 2,
A robot joint mechanism comprising a control object that is provided on the rotating body and that rotates with the rotation of the rotating body.
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