JP2567082B2 - 産業用ロボットの関節構造 - Google Patents
産業用ロボットの関節構造Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
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- B25J9/103—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears with backlash-preventing means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- Robotics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットの関節構造に関し、特に、
歯車伝動機構を介してロボット可動要素を駆動する産業
用ロボットの関節構造における改良構造に関する。
歯車伝動機構を介してロボット可動要素を駆動する産業
用ロボットの関節構造における改良構造に関する。
〔従来技術〕 産業用ロボットは、多数のロボット可動要素を備え、
これら可動要素が関節構造を介して順次に結合され、こ
れら関節構造を作動させることにより、各ロボット可動
部を動作させ、ロボット機体の先端に設けられたエンド
エフェクタにより所望のロボットの動作を得る構成を備
えている。この場合に、ロボット機体のベース部におい
て、ロボット胴体または直立軸を旋回させ、従って、該
ロボット胴体や直立軸の先に設けられた例えば、ロボッ
ト腕等を３次元空間内で縦軸回りに旋回させる関節構造
があり、このベース部の関節構造には、歯車伝動又は減
速機構を備えた関節構造が多々設けられる。このような
歯車伝動機構を有した関節構造においては、歯車による
伝動精度がロボット機体の先端のエンドエフェクタの作
用精度に直接、影響を及ぼすし、例えば、歯車の正逆回
転の転換時にバックラッシュの残存から被駆動側のロボ
ット可動要素に不感動作域が生ずると、高精度のロボッ
ト作用を期待することが困難になる。
これら可動要素が関節構造を介して順次に結合され、こ
れら関節構造を作動させることにより、各ロボット可動
部を動作させ、ロボット機体の先端に設けられたエンド
エフェクタにより所望のロボットの動作を得る構成を備
えている。この場合に、ロボット機体のベース部におい
て、ロボット胴体または直立軸を旋回させ、従って、該
ロボット胴体や直立軸の先に設けられた例えば、ロボッ
ト腕等を３次元空間内で縦軸回りに旋回させる関節構造
があり、このベース部の関節構造には、歯車伝動又は減
速機構を備えた関節構造が多々設けられる。このような
歯車伝動機構を有した関節構造においては、歯車による
伝動精度がロボット機体の先端のエンドエフェクタの作
用精度に直接、影響を及ぼすし、例えば、歯車の正逆回
転の転換時にバックラッシュの残存から被駆動側のロボ
ット可動要素に不感動作域が生ずると、高精度のロボッ
ト作用を期待することが困難になる。
このようなバックラッシュ問題を解決する一つの対策
手段として、本出願人は既にロボット機体のベース部の
関節構造に適用可能な減速用駆動機構のバックラッシュ
除去装置を提供している（特開昭63−23064号）。即
ち、この周知のバックラッシュ除去装置によると、駆動
モータの出力端に２つのプーリを上下に列設し、一方の
プーリから伝動ベルト（歯付きベルト）を経由して第１
のピニオンを駆動し、又、他方のプーリから他の伝動ベ
ルトを経由して第２のピニオンを駆動し、上記第１、第
２のピニオンを共に被駆動歯車に噛合せしめ、このと
き、上記２つのプーリを相対回転変位を可能にしてバッ
クラッシュを除去する構造としたものである。
手段として、本出願人は既にロボット機体のベース部の
関節構造に適用可能な減速用駆動機構のバックラッシュ
除去装置を提供している（特開昭63−23064号）。即
ち、この周知のバックラッシュ除去装置によると、駆動
モータの出力端に２つのプーリを上下に列設し、一方の
プーリから伝動ベルト（歯付きベルト）を経由して第１
のピニオンを駆動し、又、他方のプーリから他の伝動ベ
ルトを経由して第２のピニオンを駆動し、上記第１、第
２のピニオンを共に被駆動歯車に噛合せしめ、このと
き、上記２つのプーリを相対回転変位を可能にしてバッ
クラッシュを除去する構造としたものである。
上述のバックラッシュ除去装置を有した歯車伝動又は
減速機構では、２つの伝動プーリを使用して２系統の伝
動ルートを有しているが、伝動ベルトは一般的にテンシ
ョン調節により適宜のテンションを付与して回転伝達の
高精度維持を図っているために、２つの伝動ベルトのテ
ンション（張力）調節を誤ったり、定期的にベルト交換
を行うことを怠ると、特に、ロボット等の比較的大きな
動力伝達を行う系では容易に破断に至る危惧がある。ま
た、２本の伝動ベルトを設けていても、どちらか一方が
破断状態を引き起こす時点では、他方の伝動ベルトもか
なり損傷を受けた状態に達しており、故に、片方のベル
トが破断により他のベルトに急激な負荷上昇が作用する
と、短時間後に破断してしまう危惧がある。このとき
に、２本の伝動ベルトだけで駆動系と被駆動歯車が結合
された構造であることから、両伝動ベルトの破断の発生
により、被駆動歯車に結合したロボット可動要素は急激
なフリー動作状態を得るため、無制御の動作状態になる
危惧が有る。
減速機構では、２つの伝動プーリを使用して２系統の伝
動ルートを有しているが、伝動ベルトは一般的にテンシ
ョン調節により適宜のテンションを付与して回転伝達の
高精度維持を図っているために、２つの伝動ベルトのテ
ンション（張力）調節を誤ったり、定期的にベルト交換
を行うことを怠ると、特に、ロボット等の比較的大きな
動力伝達を行う系では容易に破断に至る危惧がある。ま
た、２本の伝動ベルトを設けていても、どちらか一方が
破断状態を引き起こす時点では、他方の伝動ベルトもか
なり損傷を受けた状態に達しており、故に、片方のベル
トが破断により他のベルトに急激な負荷上昇が作用する
と、短時間後に破断してしまう危惧がある。このとき
に、２本の伝動ベルトだけで駆動系と被駆動歯車が結合
された構造であることから、両伝動ベルトの破断の発生
により、被駆動歯車に結合したロボット可動要素は急激
なフリー動作状態を得るため、無制御の動作状態になる
危惧が有る。
依って、本発明は、このような問題点を解決し得る歯
車伝動機構を有したロボット関節構造を提供せんとする
ものである。
車伝動機構を有したロボット関節構造を提供せんとする
ものである。
本発明の他の目的は、産業用ロボットの歯車伝動機構
を具備した関節構造において、被駆動歯車と回転駆動源
との間の機械的結合状態を常に維持でき、依って、ロボ
ット可動要素の無制御なフリー動作状態の発生を防止し
得る関節構造を提供せんとするものである。
を具備した関節構造において、被駆動歯車と回転駆動源
との間の機械的結合状態を常に維持でき、依って、ロボ
ット可動要素の無制御なフリー動作状態の発生を防止し
得る関節構造を提供せんとするものである。
本発明の更にた目的は、バックラッシュ除去を有効に
達成し得る歯車伝動機構を有した産業用ロボットの関節
構造を提供せんとするものである。
達成し得る歯車伝動機構を有した産業用ロボットの関節
構造を提供せんとするものである。
本発明は、上述の目的に鑑みて、歯車伝動機構を有し
たロボットの関節構造において、被駆動歯車と回転駆動
源との間の結合を常時、維持し得る構造を導入すると共
に２つのピニオンと被駆動歯車との噛合によりバックラ
ッシュ除去を図るものである。即ち、本発明によれば、
歯車伝動機構を介してロボット可動要素を駆動する産業
用ロボットの関節構造において、前記ロボット可動要素
に結合した被駆動側歯車と、該被駆動歯車の異なる歯に
噛合した２つの駆動ピニオンと、前記ピニオンを相互に
結合するベルト伝動機構と、前記ベルト伝動機構に係合
してテンションを調節可能に付与するテンショナーと、
前記２つのピニオンの一方に結合された回転駆動源とを
具備して構成され、前記テンショナーを調節することに
よって、前記ベルト伝達機構を介して前記２つの各ピニ
オンと被駆動歯車の噛合歯面との間で予め互いに逆向き
の予圧噛合部を形成し、バックラッシュを除去するよう
にした産業用ロボットの関節構造が提供される。
たロボットの関節構造において、被駆動歯車と回転駆動
源との間の結合を常時、維持し得る構造を導入すると共
に２つのピニオンと被駆動歯車との噛合によりバックラ
ッシュ除去を図るものである。即ち、本発明によれば、
歯車伝動機構を介してロボット可動要素を駆動する産業
用ロボットの関節構造において、前記ロボット可動要素
に結合した被駆動側歯車と、該被駆動歯車の異なる歯に
噛合した２つの駆動ピニオンと、前記ピニオンを相互に
結合するベルト伝動機構と、前記ベルト伝動機構に係合
してテンションを調節可能に付与するテンショナーと、
前記２つのピニオンの一方に結合された回転駆動源とを
具備して構成され、前記テンショナーを調節することに
よって、前記ベルト伝達機構を介して前記２つの各ピニ
オンと被駆動歯車の噛合歯面との間で予め互いに逆向き
の予圧噛合部を形成し、バックラッシュを除去するよう
にした産業用ロボットの関節構造が提供される。
上述の構成によれば、２つのピニオンが逆向きの予圧
噛合部を形成して被駆動歯車に噛合することから、バッ
クラッシュが解消、除去でき、歯車伝動機構が正逆回転
変換を行うときにも必ず、駆動側から被駆動側へ回転伝
達が行われて伝動精度を高度に維持し、ロボット動作を
高精度化すると共に、一方のピニオンは常に、回転駆動
源と被駆動歯車に噛合状態を維持するから、ベルト伝動
機構に破断が発生しても被駆動歯車が無制御なフリー動
作状態に陥ることは無い。以下、本発明を添付図面に示
す実施例に基づいて詳細に説明する。
噛合部を形成して被駆動歯車に噛合することから、バッ
クラッシュが解消、除去でき、歯車伝動機構が正逆回転
変換を行うときにも必ず、駆動側から被駆動側へ回転伝
達が行われて伝動精度を高度に維持し、ロボット動作を
高精度化すると共に、一方のピニオンは常に、回転駆動
源と被駆動歯車に噛合状態を維持するから、ベルト伝動
機構に破断が発生しても被駆動歯車が無制御なフリー動
作状態に陥ることは無い。以下、本発明を添付図面に示
す実施例に基づいて詳細に説明する。
第１図は、本発明による歯車伝動機構を有したロボッ
ト関節構造の要部の斜視図、第２図は、バックラッシュ
除去原理を説明するために、第１図のロボット関節構造
の一部分を拡大図示した平面図、第３図は、本発明によ
る関節構造が適用される産業用ロボットの１例を示す外
観図である。
ト関節構造の要部の斜視図、第２図は、バックラッシュ
除去原理を説明するために、第１図のロボット関節構造
の一部分を拡大図示した平面図、第３図は、本発明によ
る関節構造が適用される産業用ロボットの１例を示す外
観図である。
先ず、第３図を参照すると、本発明に係る歯車伝動機
構を有した関節構造を具備する産業用ロボットの１例が
示され、同関節構造をベース部に内蔵した水平多関節型
ロボットの外観図で、同ロボット機体は、ロボット基部
12を最下方に具備し、同ロボット基部12の上部に旋回胴
14が縦軸（θ軸）回りに旋回可能に設けられている。従
って、この旋回胴14をロボット基部12に関して縦軸回り
に旋回させる関節構造12aがロボット基部12の内部に設
けられており、同関節構造12aの構成に本発明を適用す
ることができる。上記旋回胴14には上下動可能な上下軸
16が装着され、該上下軸16の最上端に第１のロボット水
平腕18が装着され、また、同第１のロボット水平腕18の
先端には第２のロボット水平腕20が縦軸（Ｕ軸）回りに
旋回可能に設けられている。この第２のロボット水平腕
20の先端はロボット手首22として形成され、そのロボッ
ト手首22に装着されるロボットハンド等のエンドエフェ
クタ（図示略）がＵ軸と平行な縦軸（α軸）回りに旋回
可能に成っている。上述の構成によれば、ロボット胴14
の旋回精度は、直接的に第１、第２のロボット腕18、20
の３次元空間内における旋回動作精度に影響し、故に、
ロボット基部12の内部に設けられる関節構造12aの旋回
精度は高精度を有することが必要になる。
構を有した関節構造を具備する産業用ロボットの１例が
示され、同関節構造をベース部に内蔵した水平多関節型
ロボットの外観図で、同ロボット機体は、ロボット基部
12を最下方に具備し、同ロボット基部12の上部に旋回胴
14が縦軸（θ軸）回りに旋回可能に設けられている。従
って、この旋回胴14をロボット基部12に関して縦軸回り
に旋回させる関節構造12aがロボット基部12の内部に設
けられており、同関節構造12aの構成に本発明を適用す
ることができる。上記旋回胴14には上下動可能な上下軸
16が装着され、該上下軸16の最上端に第１のロボット水
平腕18が装着され、また、同第１のロボット水平腕18の
先端には第２のロボット水平腕20が縦軸（Ｕ軸）回りに
旋回可能に設けられている。この第２のロボット水平腕
20の先端はロボット手首22として形成され、そのロボッ
ト手首22に装着されるロボットハンド等のエンドエフェ
クタ（図示略）がＵ軸と平行な縦軸（α軸）回りに旋回
可能に成っている。上述の構成によれば、ロボット胴14
の旋回精度は、直接的に第１、第２のロボット腕18、20
の３次元空間内における旋回動作精度に影響し、故に、
ロボット基部12の内部に設けられる関節構造12aの旋回
精度は高精度を有することが必要になる。
さて、ここで、上記ロボット基部12の内部に内蔵され
るロボット胴部14の旋回用関節構造に適用可能な本発明
に係る歯車伝動機構を有した関節構造の基本的構成を第
１図、第２図により説明する。
るロボット胴部14の旋回用関節構造に適用可能な本発明
に係る歯車伝動機構を有した関節構造の基本的構成を第
１図、第２図により説明する。
第１図、第２図を参照すると、ロボット関節構造を構
成する被駆動歯車26、同被駆動歯車26の相異なる位置の
２つの歯に噛合された２つの駆動用ピニオン28、30、こ
れら駆動用ピニオン28、30の夫々の軸上に一体に取付け
られた歯付きプーリ28a、30a、両歯付きプーリ28a、30a
に掛け渡された周知の歯付きベルト32、上記駆動用ピニ
オン28と歯付きプーリ28aとに結合された出力軸34aを備
え、回転駆動力を出力するサーボモータ34、上記歯付き
ベルト32の側面に圧接、係合されたベルトテンション調
節用のテンショナー36等の要素が配設されている。テン
ショナー36は、ベルトテンションの調節が可能なよう
に、歯付きベルト32に微小量の接近、離反が可能に設け
られ、例えば、フランジ36aがテンショナー保持部（図
示なし）に対して摺動可能に設けられ、該摺動操作によ
り、テンション調節が可能に成っている。
成する被駆動歯車26、同被駆動歯車26の相異なる位置の
２つの歯に噛合された２つの駆動用ピニオン28、30、こ
れら駆動用ピニオン28、30の夫々の軸上に一体に取付け
られた歯付きプーリ28a、30a、両歯付きプーリ28a、30a
に掛け渡された周知の歯付きベルト32、上記駆動用ピニ
オン28と歯付きプーリ28aとに結合された出力軸34aを備
え、回転駆動力を出力するサーボモータ34、上記歯付き
ベルト32の側面に圧接、係合されたベルトテンション調
節用のテンショナー36等の要素が配設されている。テン
ショナー36は、ベルトテンションの調節が可能なよう
に、歯付きベルト32に微小量の接近、離反が可能に設け
られ、例えば、フランジ36aがテンショナー保持部（図
示なし）に対して摺動可能に設けられ、該摺動操作によ
り、テンション調節が可能に成っている。
上記の２つの駆動用ピニオン28、30と被駆動歯車26
は、後述の歯車伝動（減速）機構を形成し、又、１対の
歯付きプーリ28a、30aと歯付きベルト32はベールト・プ
ーリ伝動機構を形成し、両機構により、２つのロボット
可動要素間に配設される関節構造が形成される。つま
り、上記駆動歯車26は、その中心軸が、第１図に図示の
無い例えば、ロボット胴や旋回軸等のロボット可動要素
に結合され、又サーボモータ34は、他のロボット要素、
例えば、ロボット基部12の適所に固定保持され、該サー
ボモータ34からの回転出力に依って第１、第２ピニオン
28、30と該被駆動歯車26との間の減速比に応じた回転駆
動力を受けて回転し、ロボット可動要素を回転動作させ
る。このとき、サーボモータ34は、駆動用ピニオン28を
直接、駆動すると共に歯付きプーリ28aを回転駆動して
おり、ピニオン28は被駆動歯車26に回転力を伝達し、
又、プーリ28aはテンショナー36によりベルトテンショ
ンを適正値に設定された上記ベルト・プーリ伝動機構を
経て他の駆動用ピニオン30を駆動し、故に、該駆動用ピ
ニオン30を経てやはり、被駆動歯車26に回転力を伝達し
ている。即ち、２つのロボット可動要素間の相対回転を
可能にする関節構造が形成されているのである。
は、後述の歯車伝動（減速）機構を形成し、又、１対の
歯付きプーリ28a、30aと歯付きベルト32はベールト・プ
ーリ伝動機構を形成し、両機構により、２つのロボット
可動要素間に配設される関節構造が形成される。つま
り、上記駆動歯車26は、その中心軸が、第１図に図示の
無い例えば、ロボット胴や旋回軸等のロボット可動要素
に結合され、又サーボモータ34は、他のロボット要素、
例えば、ロボット基部12の適所に固定保持され、該サー
ボモータ34からの回転出力に依って第１、第２ピニオン
28、30と該被駆動歯車26との間の減速比に応じた回転駆
動力を受けて回転し、ロボット可動要素を回転動作させ
る。このとき、サーボモータ34は、駆動用ピニオン28を
直接、駆動すると共に歯付きプーリ28aを回転駆動して
おり、ピニオン28は被駆動歯車26に回転力を伝達し、
又、プーリ28aはテンショナー36によりベルトテンショ
ンを適正値に設定された上記ベルト・プーリ伝動機構を
経て他の駆動用ピニオン30を駆動し、故に、該駆動用ピ
ニオン30を経てやはり、被駆動歯車26に回転力を伝達し
ている。即ち、２つのロボット可動要素間の相対回転を
可能にする関節構造が形成されているのである。
上述の構成からなる関節構造のバックラッシュ除去を
可能にする作用原理を第３図に基づき説明する。
可能にする作用原理を第３図に基づき説明する。
被駆動歯車26の２位置の歯に同歯車緒元を有した駆動
用ピニオン28、30を噛合させて歯車伝動機構を形成する
とき、先ず、両ピニオン28、30を被駆動歯車26にバック
ラッシュを残存させたまま、噛合設定を行う。すなわ
ち、この初期の噛合設定段階では、駆動用ピニオン28及
び30と被駆動歯車26との噛合部にはバックラッシュが残
存するから、高精度の回転伝達系は未だ形成されていな
い。
用ピニオン28、30を噛合させて歯車伝動機構を形成する
とき、先ず、両ピニオン28、30を被駆動歯車26にバック
ラッシュを残存させたまま、噛合設定を行う。すなわ
ち、この初期の噛合設定段階では、駆動用ピニオン28及
び30と被駆動歯車26との噛合部にはバックラッシュが残
存するから、高精度の回転伝達系は未だ形成されていな
い。
次いで、両駆動ピニオン28、30に取付けられた歯付き
プーリ28aと30aに歯付きベルト32を掛け渡し、駆動ピニ
オン28側から他の駆動ピニオン30側への回転伝達用ベル
ト・プーリ機構を形成する。このとき、無端形状を有し
た歯付きベルト32は両歯付きプーリプーリ28aと30aとの
噛合関係と、両ピニオン28、30と被駆動歯車26との噛合
関係には位相を一致させる必要がある。つまり、伝動系
が形成されたときに、ピニオン28→被駆動歯車26→ピニ
オン30→プーリ30a→ベルト32→プーリ28a→ピニオン28
のように動作循環系が形成されるから、これらの間で位
相ずれが無いように予め位相合わせをすることが必要と
なる。このため、本実施例では、第４図に図示の如く、
一方の駆動ピニオン30と、その軸上のプーリ30aとの間
には該ピニオン30から延長したベアリング40により回転
支持された軸44の上方部分にテーパ部分46を形成し、プ
ーリ30aのテーパ孔において係合、固定する構造にし
て、ワッシャ48と結合ボルト50を緩めた状態でピニオン
30とプーリ30aとの両者の歯の位相を合わせるようにし
てある。位相合わせ後にはボルト50を締めて軸44のテー
パ部分46にプーリ30aを強固に固定するものである。
プーリ28aと30aに歯付きベルト32を掛け渡し、駆動ピニ
オン28側から他の駆動ピニオン30側への回転伝達用ベル
ト・プーリ機構を形成する。このとき、無端形状を有し
た歯付きベルト32は両歯付きプーリプーリ28aと30aとの
噛合関係と、両ピニオン28、30と被駆動歯車26との噛合
関係には位相を一致させる必要がある。つまり、伝動系
が形成されたときに、ピニオン28→被駆動歯車26→ピニ
オン30→プーリ30a→ベルト32→プーリ28a→ピニオン28
のように動作循環系が形成されるから、これらの間で位
相ずれが無いように予め位相合わせをすることが必要と
なる。このため、本実施例では、第４図に図示の如く、
一方の駆動ピニオン30と、その軸上のプーリ30aとの間
には該ピニオン30から延長したベアリング40により回転
支持された軸44の上方部分にテーパ部分46を形成し、プ
ーリ30aのテーパ孔において係合、固定する構造にし
て、ワッシャ48と結合ボルト50を緩めた状態でピニオン
30とプーリ30aとの両者の歯の位相を合わせるようにし
てある。位相合わせ後にはボルト50を締めて軸44のテー
パ部分46にプーリ30aを強固に固定するものである。
上述した位相合わせの完了後に、歯付きベルト32の片
側ベルト側面に圧接係合されたベルトテンション調節用
のテンショナー36のベルト側面に対する押圧力を調節し
てベルトテンションを増加させると、テンショナー36が
圧接された側のベルト部に作用するテンションは、矢印
Ａで示すようにテンション36とベルト32との接点に向か
う張力となり、他方、反対側のベルト部分に作用するテ
ンションは、２つのピニオン28、30を周回していること
から、矢印Ｂで示すようにテンショナー36とベルト32と
の接点を通る軸線Ｃに対して左右離反方向に向かう張力
となる。このために、２つのピニオン28、30に対しては
夫々のプーリ28a、30aを介して矢印ＰとＱとで示す相互
に逆向きの回転トルクが作用し、両ピニオン28、30は相
手の被駆動歯車26の歯面に当接方向に向かい、相手歯面
に予圧接触する。この結果、各ピニオン28、30と被駆動
歯車26との噛合部におけるバックラッシュが減少、除去
される。しかも、テンショナー36によるテンション調節
を適正に制御すると、バックラッシュ除去量を調節して
最適値に設定することが可能になり、駆動ピニオン側か
ら被駆動歯車側への正逆両回転の誤差の無い伝達が可能
な高精度の歯車伝動機構が形成されることになる。
側ベルト側面に圧接係合されたベルトテンション調節用
のテンショナー36のベルト側面に対する押圧力を調節し
てベルトテンションを増加させると、テンショナー36が
圧接された側のベルト部に作用するテンションは、矢印
Ａで示すようにテンション36とベルト32との接点に向か
う張力となり、他方、反対側のベルト部分に作用するテ
ンションは、２つのピニオン28、30を周回していること
から、矢印Ｂで示すようにテンショナー36とベルト32と
の接点を通る軸線Ｃに対して左右離反方向に向かう張力
となる。このために、２つのピニオン28、30に対しては
夫々のプーリ28a、30aを介して矢印ＰとＱとで示す相互
に逆向きの回転トルクが作用し、両ピニオン28、30は相
手の被駆動歯車26の歯面に当接方向に向かい、相手歯面
に予圧接触する。この結果、各ピニオン28、30と被駆動
歯車26との噛合部におけるバックラッシュが減少、除去
される。しかも、テンショナー36によるテンション調節
を適正に制御すると、バックラッシュ除去量を調節して
最適値に設定することが可能になり、駆動ピニオン側か
ら被駆動歯車側への正逆両回転の誤差の無い伝達が可能
な高精度の歯車伝動機構が形成されることになる。
上記のようにして、テンショナー36によるベルトテン
ション調節により、適正なバックラッシュ除去を行うお
ことにより、歯車伝動機構とベルト・プーリ機構とを有
したロボット関節構造の組立て及び設定、調節過程が終
了する。
ション調節により、適正なバックラッシュ除去を行うお
ことにより、歯車伝動機構とベルト・プーリ機構とを有
したロボット関節構造の組立て及び設定、調節過程が終
了する。
上述のようにして形成されたロボットの関節構造は上
述のバックラッシュ除去に加えて、既述のように、片方
の駆動ピニオン28が回転駆動源のサーボモータ34に直結
された状態で被駆動歯車26に噛合されているから、たと
え、他方の駆動ピニオン30に回転伝達を行うベルト・プ
ーリ伝動機構側で伝動作用過程にベルト32の疲労等によ
る破断が発生しても、被駆動歯車26は、駆動用ピニオン
28による拘束力が作用し、フリー回転状態に解放される
ことは無い。従って、被駆動歯車26に結合したロボット
可動要素が、無制御動作を行う危惧が回避されるのであ
る。
述のバックラッシュ除去に加えて、既述のように、片方
の駆動ピニオン28が回転駆動源のサーボモータ34に直結
された状態で被駆動歯車26に噛合されているから、たと
え、他方の駆動ピニオン30に回転伝達を行うベルト・プ
ーリ伝動機構側で伝動作用過程にベルト32の疲労等によ
る破断が発生しても、被駆動歯車26は、駆動用ピニオン
28による拘束力が作用し、フリー回転状態に解放される
ことは無い。従って、被駆動歯車26に結合したロボット
可動要素が、無制御動作を行う危惧が回避されるのであ
る。
以上の実施例に基づく説明を介して明らかなように、
本発明によれば、ロボット機体内の関節構造、特に、歯
車伝動機構を有した関節構造において、関節構造の回転
伝達における精度に関与する歯車噛合部のバックラッシ
ュを最適量に調節して高精度の回転伝達を可能にし、従
って、該関節構造を介して相互に結合されたロボット可
動要素間における動作精度を高レベルに維持することが
可能となり、延いては、ロボット機体の最先端のエンド
エフェクタの位置決め精度、動作精度を向上させて、精
密なロボット作用を遂行可能にするのである。
本発明によれば、ロボット機体内の関節構造、特に、歯
車伝動機構を有した関節構造において、関節構造の回転
伝達における精度に関与する歯車噛合部のバックラッシ
ュを最適量に調節して高精度の回転伝達を可能にし、従
って、該関節構造を介して相互に結合されたロボット可
動要素間における動作精度を高レベルに維持することが
可能となり、延いては、ロボット機体の最先端のエンド
エフェクタの位置決め精度、動作精度を向上させて、精
密なロボット作用を遂行可能にするのである。
他方、従来の２つのベルト・プーリ機構を備えた関節
構造に対比して、本発明は、回転駆動源に直結したピニ
オンと歯車との噛合構造を有することから、ベルト・プ
ーリ伝動機構において、ベルト破断が偶発しても、回転
伝動系における被駆動歯車が無制御のフリー動作状態に
解放されてしまうような危惧が無く、故に、ロボットの
安全性の向上に大きく寄与し得ると言う効果を得ること
ができる。
構造に対比して、本発明は、回転駆動源に直結したピニ
オンと歯車との噛合構造を有することから、ベルト・プ
ーリ伝動機構において、ベルト破断が偶発しても、回転
伝動系における被駆動歯車が無制御のフリー動作状態に
解放されてしまうような危惧が無く、故に、ロボットの
安全性の向上に大きく寄与し得ると言う効果を得ること
ができる。
第１図は、本発明による歯車伝動機構を有したロボット
関節構造の要部の斜視図、第２図は、バックラッシュ除
去原理を説明するために、第１図のロボット関節構造の
一部分を拡大図示した平面図、第３図は、本発明による
関節構造が適用される産業用ロボットの１例を示す外観
図、第４図は第１図のIV−IV線による断面図。 12……ロボット基部、14……ロボット胴、26……被駆動
歯車、28、30……第１、第２のピニオン、28a、30a……
歯付きプーリ、32……歯付きベルト、34……サーボモー
タ、36……テンショナー、44……軸、46……テーパ部
分。
関節構造の要部の斜視図、第２図は、バックラッシュ除
去原理を説明するために、第１図のロボット関節構造の
一部分を拡大図示した平面図、第３図は、本発明による
関節構造が適用される産業用ロボットの１例を示す外観
図、第４図は第１図のIV−IV線による断面図。 12……ロボット基部、14……ロボット胴、26……被駆動
歯車、28、30……第１、第２のピニオン、28a、30a……
歯付きプーリ、32……歯付きベルト、34……サーボモー
タ、36……テンショナー、44……軸、46……テーパ部
分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 彰弘 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 (56)参考文献 特開 昭63−23064（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】歯車伝動機構を介してロボット可動要素を
駆動する産業用ロボットの関節構造において、前記ロボ
ット可動要素に結合した被駆動側歯車と、該被駆動歯車
の異なる歯に噛合した２つの駆動ピニオンと、前記ピニ
オンを相互に結合するベルト伝動機構と、前記ベルト伝
動機構に係合してテンションを調節可能に付与するテン
ショナーと、前記２つのピニオンの一方に結合された回
転駆動源とを具備して構成され、前記テンショナーを調
節することによって、前記ベルトを伝動機構を介して前
記２つの各ピニオンと被駆動歯車の噛合歯面との間で予
め互いに逆向きの予圧噛合部を形成し、バックラッシュ
を除去するようにしたことを特徴とする産業用ロボット
の関節構造。 - 【請求項２】前記ベルト伝動機構は、前記回転駆動源と
前記一方のピニオンとの結合軸上に設けた歯付き駆動プ
ーリと、前記他のピニオンの軸端に設けた被動歯付きプ
ーリと、該駆動、被動歯付きプーリ間に掛け渡した伝動
ベルトとから構成された請求の範囲１に記載の産業用ロ
ボットの関節構造。 - 【請求項３】前記テンショナーは、前記歯付きベルトの
外側面に圧接力調節が可能に当接された回転ローラーに
よって形成された請求の範囲２に記載の産業用ロボット
の関節構造。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048474A JP2567082B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 産業用ロボットの関節構造 |
| CA002028109A CA2028109C (en) | 1989-03-02 | 1990-02-27 | Joint structure for an industrial robot |
| EP19900903419 EP0426859A4 (en) | 1989-03-02 | 1990-02-27 | Articulation structure for industrial robots |
| KR1019900702360A KR940003132B1 (ko) | 1989-03-02 | 1990-02-27 | 산업용 로보트의 관절구조 |
| US07/602,226 US5085619A (en) | 1989-03-02 | 1990-02-27 | Dual pinion anti-backlash tensioner for a robot |
| PCT/JP1990/000238 WO1990009872A1 (fr) | 1989-03-02 | 1990-02-27 | Structure d'articulation pour robots industriels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048474A JP2567082B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 産業用ロボットの関節構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02232192A JPH02232192A (ja) | 1990-09-14 |
| JP2567082B2 true JP2567082B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=12804381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1048474A Expired - Lifetime JP2567082B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 産業用ロボットの関節構造 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5085619A (ja) |
| EP (1) | EP0426859A4 (ja) |
| JP (1) | JP2567082B2 (ja) |
| KR (1) | KR940003132B1 (ja) |
| CA (1) | CA2028109C (ja) |
| WO (1) | WO1990009872A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5161424A (en) * | 1991-09-12 | 1992-11-10 | Cargill Detroit Corporation | Anti-backlash drive system |
| US5220847A (en) * | 1992-02-24 | 1993-06-22 | General Motors Corporation | Modified traction motor drive with helical gears and gear indexing method therefor |
| US5357858A (en) * | 1993-03-04 | 1994-10-25 | Heidelberg Druckmaschinen Ag | Apparatus for preventing circumferential separation between a blanket cylinder gear and a plate cylinder gear |
| US5523662A (en) * | 1994-05-02 | 1996-06-04 | Engineering Services, Inc. | Modular, expandable and reconfigurable robot |
| US5882158A (en) * | 1996-05-31 | 1999-03-16 | Deckel Maho Gmbh | Drive assembly |
| US6971966B2 (en) * | 2001-08-27 | 2005-12-06 | Caterpillar Inc. | Belt damper |
| US6751293B1 (en) * | 2001-10-05 | 2004-06-15 | Varian Medical Systems, Inc. | Rotary component support system |
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| KR101687627B1 (ko) * | 2010-01-12 | 2016-12-21 | 삼성전자주식회사 | 관절구동장치 및 이를 가지는 로봇 |
| KR101252108B1 (ko) * | 2010-10-01 | 2013-04-12 | 한국수력원자력 주식회사 | 모션 비간섭 케이블 구동장치 |
| US9278417B2 (en) | 2013-01-09 | 2016-03-08 | Illinois Tool Works Inc. | Pipe machining apparatuses and methods of operating the same |
| US9399306B2 (en) | 2013-01-09 | 2016-07-26 | Illinois Tool Works Inc. | Pipe machining apparatuses and methods of operating the same |
| US10328493B2 (en) | 2013-01-09 | 2019-06-25 | Illinois Tool Works Inc. | Pipe machining apparatuses and methods of operating the same |
| US9610636B2 (en) | 2013-01-09 | 2017-04-04 | Illinois Tool Works Inc. | Pipe machining apparatuses and methods of operating the same |
| GB201305878D0 (en) | 2013-04-01 | 2013-05-15 | Giessler Michael P A | Geared motorised drives |
| DE102013018857A1 (de) * | 2013-11-11 | 2015-05-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung nach Art eines Knickarmroboters |
| CN104175329B (zh) * | 2014-08-11 | 2016-02-03 | 天津大学 | 中空串联机械臂用模块化关节 |
| CN104959979B (zh) * | 2015-07-19 | 2017-01-18 | 广东晨拓机器人科技有限公司 | 冲压机器手头部圆盘式传动机构 |
| EP3416582A4 (en) * | 2016-02-16 | 2019-11-06 | Covidien LP | ROBOTIC SURGICAL ARRANGEMENTS AND HOLDER FOR SURGICAL INSTRUMENTS THEREFOR |
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| US11000948B2 (en) * | 2018-05-29 | 2021-05-11 | General Electric Company | Robotic arm assembly |
| CN109262604B (zh) * | 2018-10-05 | 2021-09-17 | 绍兴迪艾仕机械设计有限公司 | 一种带有齿轮侧隙调整装置的工业机器人 |
| CN110641774A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-03 | 余芳利 | 一种包装机切刀传动装置 |
| DE102021003318A1 (de) * | 2021-06-29 | 2022-12-29 | Günther Zimmer | Industrieroboter mit kompakt aufgebautem Achsantrieb |
| CN114890507A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-08-12 | 上海赣御科技有限公司 | 一种高效率的电化学处理池 |
| CN114533282B (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-08 | 敏捷医疗科技(苏州)有限公司 | 传动盘、无菌隔离板及手术器械组件 |
| CN116175209A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-05-30 | 沈阳马卡智工科技有限公司 | 一种用于五轴加工中心的摇篮转台 |
| CN116906550A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-10-20 | 缙云县帅马针车有限公司 | 一种双齿轮传动零背隙调节方法 |
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| US3166952A (en) * | 1961-10-19 | 1965-01-26 | Richard E Lang | Drive systems |
| US3151494A (en) * | 1962-12-03 | 1964-10-06 | Kearney & Trecker Corp | Backlash eliminator |
| US3310998A (en) * | 1964-06-24 | 1967-03-28 | Wayne A Harmening | Scheme for preloading power gear trains |
| US3359819A (en) * | 1966-04-25 | 1967-12-26 | Leo J Veillette | Bidirectional step torque filter with zero backlash characteristic |
| US3397590A (en) * | 1967-03-02 | 1968-08-20 | Tektronix Inc | Helical gear drive mechanism with anti-backlash means |
| CA851449A (en) * | 1967-12-30 | 1970-09-15 | Dominion Engineering Works | Variable gear tooth contact arrangement |
| GB1267117A (ja) * | 1970-03-13 | 1972-03-15 | ||
| JPS59201790A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-15 | ファナック株式会社 | ロボツトの手首駆動装置 |
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| JPS62220748A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-09-28 | Takashi Takahashi | 制御用変速装置 |
| JPS6323064A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-30 | Fanuc Ltd | 減速用駆動機構のバツクラツシ除去装置 |
| US4728252A (en) * | 1986-08-22 | 1988-03-01 | Lam Research Corporation | Wafer transport mechanism |
| US4714388A (en) * | 1986-10-14 | 1987-12-22 | Dayton Machine Tool Company | Dual pinion anti-backlash carriage drive for a machine tool |
| JPH06323064A (ja) * | 1993-05-13 | 1994-11-22 | Tachikawa Blind Mfg Co Ltd | 二重ガラス回転サッシ |
-
1989
- 1989-03-02 JP JP1048474A patent/JP2567082B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-02-27 US US07/602,226 patent/US5085619A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-27 EP EP19900903419 patent/EP0426859A4/en not_active Withdrawn
- 1990-02-27 WO PCT/JP1990/000238 patent/WO1990009872A1/ja not_active Application Discontinuation
- 1990-02-27 KR KR1019900702360A patent/KR940003132B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-02-27 CA CA002028109A patent/CA2028109C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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