JP4603388B2

JP4603388B2 - ロボットアーム

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Publication number: JP4603388B2
Application number: JP2005052276A
Authority: JP
Inventors: 靖典竹内; 隆之矢澤; 弘登中島
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: CN101128289A; CN101128289B; JP2006231484A

Description

本発明は、ロボットアームに関する。更に詳述すると、本発明は、例えば半導体のウェハ、液晶搬送ロボット等のワークをカセットや膜付装置等のプロセス装置の間で移動させる多関節ロボットにおけるロボットアームの構造の改良に関する。

ロボットアームは、第一アームと作業手段とを互いに回動可能に連結したものであり、このロボットアームに回転駆動源の回転力を伝達して伸縮等の動作をさせるようにしたものである。このロボットアームは、例えば半導体のウェハ、液晶等のワークをカセットや膜付装置等のプロセス装置の間で移動させる多関節ロボットに搭載されている。

例えば図８に示すロボットアーム２０３は、いわゆるベルト直接駆動型と呼ばれるもので、ロボット本体の基台２０４に固定された第一のタイミングプーリ２０７を中心に回動可能な第一アーム２０５と、この第一アーム２０５の先端部に第二のタイミングプーリ２０８を介して回動可能に連結された第二アーム２０６と、この第二アーム２０６の先端部にハンド側プーリ２１０に取り付けられているハンド２０２と、第一のタイミングプーリ２０７及び第二のタイミングプーリ２０８に掛け渡されたタイミングベルト２１１とを備えている。

第一アーム２０５には、駆動軸２１３が第一のタイミングプーリ２０７と同心となる位置に回動可能に設けられており、基台２０４及び第一のタイミングプーリ２０７に対して第一アーム２０５を回動可能に支持している。この駆動軸２１３は、基台２０４内に内蔵されるモータ（図示せず）によって回動される。
第二のタイミングプーリ２０８と第二アーム２０６とは連結筒２１４により固定されている。連結筒２１４には、その内部に回動可能に連結軸２１５が収納されている。
この連結軸２１５は、第一アーム２０５と第三のタイミングプーリ２０９とに固定されている。

第一アーム２０５と第二アーム２０６とは同じ長さであり、第一アーム２０５は２つのタイミングプーリ２０７、２０８と１本の長いタイミングベルト２１１とを収容し、第二アーム２０６は２つのタイミングプーリ２０９、２１０と１本の長いタイミングベルト２１２とを収容している。

このロボットアーム２０３は、第１プーリ２０７と第２プーリ２０８との径（歯数）の比は２：１とし、第３プーリ２０９と第４プーリ２１０との径（歯数）の比は１：２としている。このため、第１プーリ２０７、第２プーリ２０８、第４プーリ２１０の回転角度比は１：２：１となっている。

このロボットアーム２０３は、モータを駆動することにより、第１アーム２０５を基台２０４に対して回動させる。このとき、固定的な第１プーリ２０７に対し相対的に回動する第１ベルト２１１が、第１アーム２０５に対して第２プーリ２０８を相対回動させる。この第２プーリ２０８の第１アーム２０５に対する回動により、第１アーム２０５に対して第２アーム２０６が回動すると共に第２アーム２０６に対して第３プーリ２０９が回動する。
さらに、第２アーム２０６に対して第３プーリ２０９が回動することにより、第２アーム２０６に対して第４プーリ２１０が回動してハンド２０２が回動する。

ここで、第１アーム２０５及び第２アーム２０６が同じ長さであると共に第１アーム２０５の基台側プーリ２０７とハンド側プーリ２０８（即ち、第２アーム２０６の基台側プーリ２０９）と第２アーム２０６のハンド側プーリ２１０との回転角度比は１：２：１であるので、第１アーム２０５を回動させることにより、第１アーム２０５と第２アーム１０６との角度が変化して、第１アーム２０５の基台側プーリ２０７の中心と第２アーム２０６のハンド側プーリ２１０の中心とを結んだ直線上をハンド２０２が向きを一定にしながら移動する。

ところで、ロボットアーム２０３では、近年、半導体のウェハや液晶ガラスが大型化し、アーム寸法、重量が大きくなると、タイミングベルトにかかる力が大きくなってタイミングベルトの剛性が不足してワークの位置精度が低下してしまうという問題があった。

そこで、プーリ間に掛け渡された長い１本のタイミングベルトを用いるのではなく、回動の際にプーリと接触しない領域に金属プレートからなる連結部を連結したタイミングベルトを用いることが開示されている。
これにより、金属プレートを用いた連結部を介在することにより、タイミングベルトの長さを短く設けてその剛性を高め、ロボットアームの回動時の位置精度低下を防止している（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−１６０５６８号公報

しかしながら、特許文献１に示すロボットアームでは、金属プレートからなる連結部を連結したタイミングベルトを用いて剛性を高めているが、回動時のプーリと接触しない領域は全体の５０％以下であり、依然としてタイミングベルトの割合は金属プレートからなる連結部に比べて高いものとなっている。

また、使用するタイミングベルトがゴムを主体とする複合材料からなるので、弾性を持つ材質である。このため、ロボットアームは、タイミングベルトの伸びやヒステリシス等は大きく影響したままであり、ロボットアームの回動に影響を与えていた。したがって、ロボットアームの高い位置精度を確保することは難しいという問題があった。

タイミングベルトの剛性を高めるために、タイミングベルトの強度、例えば幅を広くした場合には、その歯面に噛みあう歯部をもつタイミングプーリの幅も同じように幅を広く設ける必要がある。

このため、タイミングベルトの剛性を高めることは、ロボットアームが大型化し、ロボットアームの設置空間を広くしなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、アームを大型化することなく、アームの位置制御の精度を高めることができるロボットアームを提供することを目的とする。

本発明は、ロボット本体に第一伝達機構を介して回動可能に取り付けられた第一アームと、該第一アームの先端部に第二伝達機構を介して回動可能に取り付けられた作業手段とから構成されると共に、前記第一伝達機構及び前記第二伝達機構を連結して動力を伝達する第一連結手段を備えるロボットアームにおいて、前記第一連結手段が、前記第一伝達機構からの動力または該第一伝達機構への動力を授受する、第一の剛性部材からなる第一動力伝達部材と、前記第二伝達機構からの動力または該第二伝達機構への動力を授受する第二動力伝達部材と、これら第一動力伝達部材と前記第二動力伝達部材とを繋ぐ、第二の剛性部材からなる第一連結部及び第二連結部とから構成されているとともに、前記第一伝達機構の径は前記第二伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第二動力伝達部材の長さは前記第一動力伝達部材の長さよりも短く、前記第一動力伝達部材を構成する前記第一の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第二動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであることことを特徴とする。

この発明によれば、ロボットアームを構成する前記第一伝達機構及び前記第二伝達機構を連結して動力を伝達する第一連結手段が、前記第一伝達機構からの動力または該第一伝達機構への動力を授受する、第一の剛性部材からなる第一動力伝達部材と、前記第二伝達機構からの動力または該第二伝達機構への動力を授受する第二動力伝達部材と、これら第一動力伝達部材と前記第二動力伝達部材とを繋ぐ、第二の剛性部材からなる第一連結部及び第二連結部とから構成されているとともに、前記第一伝達機構の径は前記第二伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第二動力伝達部材の長さは前記第一動力伝達部材の長さよりも短く、前記第一動力伝達部材を構成する前記第一の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第二動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであることとしているので、従来のロボットアームの大きさを維持しながら、上記第一連結手段の剛性を高めることができ、その伸びやヒステリシス等の影響を極力抑えることができる。このため、ロボットアームの位置制御を高精度で確保することができる。

この発明によれば、曲げ応力の小さい大径の第一伝達部材には、この第一伝達部材の幅とほぼ同じ幅で第一の剛性部材からなる第一動力伝達部材を用いることができるので、第一連結手段の剛性を高めることができる。また、第一伝達部材は噛合いによる構成ではないことから、摩擦を抑制することができ、発塵を抑制することができる。また、小径の第二伝達部材に掛け渡された第二動力伝達部材の長さを従来よりも短くすることができるので、第二伝達部材との噛合いによって生じる発塵を抑制することができる。

また、本発明は、前記作業手段が、前記第二伝達機構に固定されて前記第一アームに対して回動可能な第二アームと、前記第二伝達機構と同心で前記第一アームに固定された第三伝達機構と、前記第二アームの先端部に第四伝達機構を介して回動可能に取り付けられたハンドとから構成されるとともに、前記第三伝達機構と前記第四伝達機構を連結して動力を伝達する第二連結手段を備えるロボットアームであって、前記第二連結手段が、前記第四伝達機構からの動力または該第四伝達機構への動力を授受する、第三の剛性部材からなる第四動力伝達部材と、前記第三伝達機構からの動力または該第三伝達機構への動力を授受する第三動力伝達部材と、これら第三動力伝達部材と前記第四動力伝達部材とを繋ぐ、第四の剛性部材からなる第三連結部及び第四連結部とから構成されているとともに、前記第四伝達機構の径は前記第三伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第三動力伝達部材の長さは前記第四動力伝達部材の長さよりも短く、前記第四動力伝達部材を構成する前記第三の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第三動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであり、さらに、前記第一伝達機構と前記第二伝達機構と前記第四伝達機構との回転角度比は１：２：１であること好ましい。

本発明によれば、前記第二連結手段が、前記第四伝達機構からの動力または該第四伝達機構への動力を授受する、第三の剛性部材からなる第四動力伝達部材と、前記第三伝達機構からの動力または該第三伝達機構への動力を授受する第三動力伝達部材と、これら第三動力伝達部材と前記第四動力伝達部材とを繋ぐ、第四の剛性部材からなる第二連結部とから構成されているとともに、前記第四伝達機構の径は前記第三伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第三動力伝達部材の長さは前記第四動力伝達部材の長さよりも短く、前記第四動力伝達部材を構成する前記第三の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第三動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであることとしているので、第一アームと同様に、従来のロボットアームの大きさを維持しながら、上記第二連結手段の剛性を高めることができ、その伸びやヒステリシス等の影響を極力抑えることができる。そのため、ロボットアームの回動時、第二アームの先端に設けられたハンドが向きを一定にしながら高精度で直線上に移動することができる。

また、前記第一伝達機構と前記第二伝達機構と前記第四伝達機構との回転角度比は１：２：１であるので、第一アームを回動させることにより、第一アームと第二アームとの角度が変化して、第一アームの第一伝達機構の中心と第二アームの第四伝達機構の中心とを結んだ直線上をハンドが向きを一定にしながら移動することができる。このため、ロボットアームの位置制御を高精度で確保することができる。

本発明は、少なくとも前記第一連結部及び前記第三連結部には、前記動力伝達部材の張力が調整可能となっていることが好ましい。
これにより、これら第一、第三連結部には、所定の張力を調整しながら設定することができる。

さらに、本発明は、前記第一連結部及び前記第二連結部は、前記第一動力伝達部材の厚み方向の中心線位置と前記第二動力伝達部材の厚み方向の中心線位置とはほぼ同じ位置となるように連結してなることが好ましい。同様に、前記第三連結部及び前記第四連結部は、前記第三動力伝達部材の厚み方向の中心線位置と前記第四動力伝達部材の厚み方向の中心線位置とはほぼ同じ位置となるように連結してなることが好ましい。
本発明によれば、材質や厚み等の異なる第一動力伝達部材と第二動力伝達部材を第一、第二連結部で連結する際、または第三動力伝達部材と第四動力伝達部材を第三、第四連結部で連結する際、厚み方向の中心線位置がほぼ同じとなっているので、これら動力伝達部材にかかる張力が働く方向がほぼ同じ位置となるので、スムーズなベルト搬送動作を行うことができる。

本発明は、ロボット本体に第一伝達機構を介して回動可能に取り付けられた第一アームと、該第一アームの先端部に第二伝達機構を介して回動可能に取り付けられた作業手段とから構成されると共に、前記第一伝達機構及び前記第二伝達機構を連結して動力を伝達する第一連結手段を備えるロボットアームにおいて、ロボットアームを構成する前記第一伝達機構及び前記第二伝達機構を連結して動力を伝達する第一連結手段が、前記第一伝達機構からの動力または該第一伝達機構への動力を授受する、第一の剛性部材からなる第一動力伝達部材と、前記第二伝達機構からの動力または該第二伝達機構への動力を授受する第二動力伝達部材と、これら第一動力伝達部材と前記第二動力伝達部材とを繋ぐ、第二の剛性部材からなる第一連結部及び第二連結部とから構成されているとともに、前記第一伝達機構の径は前記第二伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第二動力伝達部材の長さは前記第一動力伝達部材の長さよりも短く、前記第一動力伝達部材を構成する前記第一の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第二動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであることとしているので、従来のロボットアームの大きさを維持しながら、上記第一連結手段の剛性を高めることができ、その伸びやヒステリシス等の影響を極力抑えることができる。このため、ロボットアームの位置制御を高精度で確保することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

（ロボットアームの構成）
図１は、ロボットアームの主要部を示す縦断面側面図である。図２は、ロボットアームの主要部を示す平面図である。

図１及び図２に示すロボットアーム１は、ロボット本体の基台２００に第一伝達機構２を介して回動可能に取り付けられた第一アーム５０と、第一アーム５０の先端部に第二伝達機構４を介して回動可能に取り付けられた作業手段５００とを主として構成している。
上記作業手段５００は、第二伝達機構４に固定されて第一アーム５０に対して回動可能な第二アーム１００と、第二伝達機構４と同心で第一アーム５０に固定された第三伝達機構５２と、第二アーム１００の先端部に第四伝達機構５４を介して回動可能に取り付けられたハンド２５２（図７参照）とから構成されている。
さらに、ロボットアーム１には、第一伝達機構２及び第二伝達機構４を連結して動力を伝達する第一連結手段１０と、同様に、第三伝達機構５２と第四伝達機構５４を連結して動力を伝達する第二連結手段６０とが備えられている。

（第１アーム）
第一アーム５０内の基台側には、第一伝達機構２がロボット本体の基台２００に固定されており、本実施の形態では、第一伝達機構２は、その外周面が平面である第一の平プーリとなっている。
さらに、第一の平プーリ２の径Ｒ１は、第二伝達機構４の径Ｒ２に比べて大きくなっており、第一連結手段１０が設置された状態において、Ｒ１：Ｒ２＝２：１の関係となっている。

第一アーム５０内の先端部、すなわち、第二アーム１００側には、第二伝達機構４が第二アーム１００にねじを用いて固定されている。
本実施の形態では、この第二伝達機構４は、その外周面に歯部を有する第二のタイミングプーリで構成されている。
また、第二のタイミングプーリ４の内部には連結筒３が収納され、連結筒３の内部には配線が収容されている。この連結筒３の一端部は第一アーム５０に固定されており、その他端部は第二アーム１００内に収納されている。これにより、第一アーム５０と第二アーム１００とが連動するようになっている。

さらに、本実施の形態では、第二のタイミングプーリ４の近傍には、回転駆動源となるモータ１５０と、モータ１５０に取り付けられた減速機１５１と、減速機１５１に取り付けられた駆動プーリ１５２と、この駆動プーリ１５２と第二のタイミングプーリ４とに掛け渡される駆動ベルト１５４とを備えている。

第一連結手段１０は、第一の剛性部材からなる第一動力伝達部材１１と、第二動力伝達部材１２と、これら第一動力伝達部材１１と第二動力伝達部材１２とを繋ぐ第二の剛性部材からなる第一連結部２０、第二連結部２５とで構成されている。

第一動力伝達部材１１は、第一の剛性部材で形成されており、本実施の形態ではスチールベルトで形成されている。なお、第一の剛性部材は、延性、靭性に優れた部材であればよく、スチールベルト以外のベルトであってもよい。
第一のスチールベルト１１は、第一の平プーリ２の平面に巻き掛けられており、その全長の中間位置が第一の平プーリ２に複数のネジ１６で固定されている。

そして、第一のスチールベルト１１の一端側は、第一連結部２０に固定され、その他端側は第二連結部２５に固定されている。
第二動力伝達部材１２は歯面を有するタイミングベルトで構成されており、第二のタイミングベルト１２は、その歯面が第二のタイミングプーリ４の歯部に噛み合うように配置されており、その全長は、ロボットアーム１の搬送距離より計算される必要最小長さに設定されている。

また、本実施の形態では、第一のスチールベルト１１と、第二のタイミングベルト１２及び第一連結部２０、第二連結部２５の軸方向における幅は、ほぼ同じ幅となっている。

図３は、第一アームにおいて第一伝達機構と第二伝達機構を連結して動力を伝達する第一連結手段を示す平面図である。また、図５は第一連結部（第三連結部）を示す側面図である。図６は第二連結部（第四連結部）を示す側面図である。

第一連結部２０は、第一のスチールベルト１１の一端部及び第二のタイミングベルト１２の一端部を挟みこんでその間隔を調整可能になっている調整側連結部となっている。
また、第二連結部２５は、第一のスチールベルト１１の他端部及び第二のタイミングベルト１２の他端部を挟み込み固定する固定側連結部となっている。

第一連結部２０は、図５に示すように、第一のスチールベルト１１及び第二のタイミングベルト１２の一端部を固定するプレート３０、３１、３２と、第一のスチールベルト１１、第二のタイミングベルト１２との張力の調整を行う調整用ネジ１４５とを主な構成とし、プレート３０、３１、３２は、第二の剛性部材からなっている。

具体的には、プレート３２は、本実施の形態ではアルミ製であり、その強度を保つために、第一のスチールベルト１１や第二のタイミングベルト１２よりも厚いものとなっている。このアルミ製プレート３２上には、その一端側に溝部３２ａが形成されており、その溝部３２ａに第二のタイミングベルト１２の一端部の歯面が噛み合うように配置されている。
さらに、第二のタイミングベルト１２は、アルミ製プレート３２とステンレス製プレート３１とに挟みこまれて、複数のネジを用いて固定されている。

アルミ製プレート３２の他端側は、ステンレス製プレート３０が複数のネジを用いて固定されている。このステンレス製プレート３０には、複数のネジが貫通する、長手方向に沿った長孔３０ｂが形成されている。これにより、ステンレス製プレート３０とアルミ製プレート３２との重ね代を調整できるようになっている。
なお、図５には、複数のネジが幅方向に１列で形成されているが、ネジと長孔３０ｂとの関係を明確にするためであり、複数のネジは幅方向に1列に限定されるものではない。

また、ステンレス製プレート３０の他端は、第一のスチールベルト１１の一端部をシム４０が介在させてネジ固定されている。このシム４０は、第一のスチールベルト１１と第二のタイミングベルト１２との厚み方向の高さを調整するものであり、第一のスチールベルト１１と第二のタイミングベルト１２との中心線Ｃからの距離をほぼ同じとなるようにしている。なお、シム４０の枚数には限定されるものではない。

さらに、ステンレス製プレート３０、３１には、互いに対向する側に立ち上げ部３０ａ、３１ａが形成され、この立ち上げ部３０ａ、３１ａに調整用ネジ１４５が螺合されている。この調整用ネジ１４５は、ステンレス製プレート３０、３１との間隔を調整可能にし、ステンレス製プレート３０に形成された長孔３０ｂに沿って、第一のスチールベルト１１と第二のタイミングベルト１２との張力の加減を調整することができるようになっている。

第二連結部２５は、図６に示すように、第一のスチールベルト１１及び第二のタイミングベルト１２の他端部を挟み込み固定するプレート３３、３４とを主な構成とし、プレート３３、３４は第二の剛性部材からなっている。なお、第二の剛性部材は、延性、靭性に優れた部材であればよい。

本実施の形態では、プレート３３はステンレス製であり、このステンレス製プレート３３の両端にそれぞれ、第一のスチールベルト１１と第二のタイミングベルト１２とが複数のネジを用いて固定されている。第一のスチールベルト１１は、ステンレス製プレート３３との間にシム４０を介在させてネジ固定されている。このシム４０は厚み方向の高さを調整するものであり、１枚または複数枚のシム４０を用いて第二のタイミングベルト１２との中心線Ｃからの距離とほぼ同じとなるように調整している。

第二のタイミングベルト１２は、アルミ製プレート３４とステンレス製プレート３３とに挟みこまれて、複数のネジを用いて固定されている。図６に示すように、第二のタイミングベルト１２の平坦側は、ステンレス製プレート３３上に配置され、第二のタイミングベルト１２の歯面側には、溝部が形成されたアルミ製プレート３４が配置されている。そして、アルミ製プレート３４の溝部に、第二のタイミングベルト１２の歯面が噛み合いながら複数のネジを用いて固定されている。

図３に戻り、第一アーム５０は、モータ１５０を駆動することにより、固定の第一の平プーリ２に対して時計方向（ＣＷ方向）または反時計方向（ＣＣＷ方向）に回動することになるが、第一連結手段１０が時計方向（ＣＷ方向）に回動した場合と、反時計方向（ＣＣＷ方向）に回動した場合との位置が点線で示されている。
第一連結手段１０が反時計方向（ＣＣＷ方向）に回動した場合は、第一のスチールベルト１１は符号１６Ａまで回動し、第一連結部２０は符号２０Ａまで移動し、第二連結部２５は符号２５Ａまで移動する。
また、第一連結手段１０が時計方向（ＣＷ方向）に回動した場合は、第一のスチールベルト１１が符号１６Ｂまで回動し、第一連結部２０は符号２０Ｂまで移動し、第二連結部２５は符号２５Ｂまで移動する。

第一の平プーリ２と第二のタイミングプーリ４とは、上述したとおり、これらの径（歯数）の比がＲ１：Ｒ２＝２：１であるため、第一の平プーリ２に形成された固定部１６が符号１６Ａまで到達するまでに第一の平プーリ２が約１／４回転する。この間に、第二のタイミングプーリ４は約１／２回転する。従って、第二のタイミングベルト１２の長さは、第二のタイミングプーリ４に噛み合う長さ（約１／２回転）に、時計方向（ＣＷ方向）、反時計方向（ＣＣＷ方向）に移動する長さを加算した約３／２回転の長さとなっている。すなわち、その全長は、ロボットアーム１の搬送距離より計算される必要最小長さに設定されている。

第一アーム５０内には、図２に示すように、所定の間隔で複数のリブ２１９が形成されており、断面変形を抑えることができ、第一アーム５０の図示上下方向の剛性を高めることができるようになっている。
また、これらリブ２１９が形成されたことにより、第一アーム５０の肉厚を薄くして軽量化が図られている。

各リブ２１９には長手方向に３つの孔２２０、２２０、２２１が形成されており、真中の孔２２１は第一アーム５０内を、電線等を配置する配線用透孔となっている。さらに、この配線用透孔の両側には第一のスチールベルト１１、第二のタイミングベルト１２及び第一、第二連結部２０、２５が貫通する透孔２２０、２２０が形成されている。
第一連結手段１０は、その第一、第二連結部２０、２５の一方が切り離された状態で、透孔２２０、２２０を貫通させて、貫通後に切り離された連結部を連結するようになっている。
また、第一の平プーリ２には、軸方向に貫通する複数の孔２ａが円周方向に均等に形成されており、重量を減らすことにより第一アーム５０の軽量化を図るようにしている。

（作業手段）
第一アーム５０の先端部に設けられた作業手段５００は、第二のタイミングプーリ４に固定されて第一アーム５０に対して回動可能な第二アーム１００と、第二のタイミングプーリ４と同心で第一アーム５０に固定された第三伝達機構５２と、第二アーム１００の先端部に第四伝達機構５４を介して回動可能に取り付けられたハンド２５２（図７参照）と、第三伝達機構５２と第四伝達機構５４を連結して動力を伝達する第二連結手段６０とから構成されている。

第二アーム１００内の基台側（第一アーム５０側）には、第二のタイミングプーリ４と同心で、第一アーム５０から伸びた連結筒３が収納されており、この連結筒３の他端部には、第三伝達機構５２が固定されている。
この第三伝達機構５２は、本実施の形態では、その外周面に歯部を有するタイミングプーリで構成されている。

第二アーム１００の先端部には、第四伝達機構５４が第二アーム１００に対して軸受を介して回動可能に支持されて設けられている。
この第四伝達機構５４の先端部には、ワークを搬送するハンド５２５（図７参照）が第四伝達機構５４と一体的に回動可能に取り付けられている。
第四伝達機構５４は、本実施の形態では、その外周面が平面である平プーリとなっている。
さらに、第四の平プーリ５４の径Ｒ４は、第三のタイミングプーリ５２の径Ｒ３に比べて大きくなっており、第二連結手段６０が設置された状態において、Ｒ３：Ｒ４＝１：２の関係になっている。

第二連結手段６０は、第三の剛性部材からなる第四動力伝達部材６２と、第三動力伝達部材６１と、これら第三動力伝達部材６１と第四動力伝達部材６２とを繋ぐ、第四の剛性部材からなる第三連結部７０、第四連結部７５とで構成されている。

第三動力伝達部材６１は歯面を有するタイミングベルトで構成されており、第三のタイミングベルト６１は、その歯面が第三のタイミングプーリ５２の歯部に噛み合うように配置されており、その全長は、ロボットアーム１の搬送距離より計算される必要最小長さに設定されている。

第四動力伝達部材６２は、延性、靭性に優れた剛性部材で形成されており、本実施の形態ではスチールベルトで形成されている。第四のスチールベルト６２は、第四の平プーリ５４の平面に巻き掛けられており、その全長の中間位置が第四の平プーリ５４の外周面上に複数のネジ６６で固定されている。
そして、第四のスチールベルト６２の一端側は、第三連結部７０に固定され、その他端側は第四連結部７５に固定されている。

図４は、作業手段を構成する第二アームにおいて第三伝達機構と第四伝達機構を連結して動力を伝達する第二連結手段を示す平面図である。
また、図５は第一連結部（第三連結部）を示す側面図である。図６は第二連結部（第四連結部）を示す側面図である。
なお、第三連結部７０、第四連結部７５は、上述した第一アーム５０の第一連結部２０、第二連結部２５とほぼ同じ構成となっているので、図５、６内にカッコ内の符号として記入している。したがって、ここでの詳細な説明は省略する。
また、図４に示すように、第二アーム１００においては、第三連結部７０、第四連結部７５の長さ、すなわち、そのプレートからなる連結部の長さは、第一アーム５０の連結部の長さよりも長くしている。すなわち、第二アーム１００の回動時に、第三のタイミングプーリ５２、第四の平プーリ５４と接触しない長さとし、第三のタイミングベルト６１の長さを短くし、第二連結手段６０の強度を高いものとなっている。

図４に戻り、第二アーム１００は、第一アーム５０の回動を受けて、連結筒３及び固定の第三のタイミングプーリ５２に対して時計方向（ＣＷ方向）または反時計方向（ＣＣＷ方向）に回動することになるが、第二連結手段６０が時計方向（ＣＷ方向）に回動した場合と、反時計方向（ＣＣＷ方向）に回動した場合との位置が点線で示されている。
第二連結手段６０が時計方向（ＣＷ方向）に回動した場合は、第四のスチールベルト６２は符号６６Ａまで回動し、第三連結部７０は符号７０Ａまで移動し、第四連結部７５は符号７５Ａまで移動する。
第二連結手段６０が反時計方向（ＣＣＷ方向）に回動した場合は、第四のスチールベルト６２は符号６６Ｂまで回動し、第三連結部７０は符号７０Ｂまで移動し、同時に、第四連結部７５は符号７５Ｂまで移動する。

第三のタイミングプーリ５２と第四の平プーリ５４とは、上述したとおり、これらの径（歯数）の比がＲ３：Ｒ４＝１：２であるため、第四の平プーリ５４に形成された固定部６６が約１／４回転すると、第三のタイミングプーリ５２は約１／２回転する。従って、第三のタイミングベルト６１の長さは、第三のタイミングプーリ５２に噛み合う長さ（約１／２回転）に、時計方向（ＣＷ方向）、反時計方向（ＣＣＷ方向）に移動する長さを加算した約３／２回転の長さとなっている。すなわち、その全長は、ロボットアーム１の搬送距離より計算される必要最小長さに設定されている。

第二アーム１００内には、図２に示すように、所定の間隔で複数のリブ２１０が形成されており、断面変形を抑えることができ、第二アーム１００の図示上下方向の剛性を高めることができるようになっている。また、これらリブ２１０が形成されたことにより、第二アーム１００の肉厚を薄くして軽量化が図られている。
各リブ２１０には長手方向に３つの孔２１１、２１１、２１２が形成されており、真中の孔２１２はアーム内を、電線等を配置する配線用透孔となっている。さらに、この配線用透孔の両側には第三のタイミングベルト６１、及び第四のスチールベルト６２及び第三、第四連結部７０、７５が貫通する透孔２１１、２１１が形成されている。
第二連結手段６０は、その第三、第四連結部７０、７５の一方が切り離された状態で、上記透孔２１１、２１１を貫通させて、貫通後に切り離された連結部を連結するようになっている。

また、図２に示すように、第四の平プーリ５４には、軸方向に貫通する複数の孔５４ａが円周方向に均等に形成されており、重量を減らすことにより第二アーム１００の軽量化を図るようにしている。

（ロボットアームの動作）
上述したロボットアーム１の動作を以下に説明する。
ロボットアーム１は、第一アーム５０内の第二のタイミングプーリ４の近傍に配置されたモータ１５０により駆動される。モータ１５０の回転は、減速機１５１を介して駆動プーリ１５２に伝達される。
駆動プーリ１５２の回動は、駆動ベルト１５４を介して第二のタイミングプーリ４に伝達される。第二のタイミングプーリ４の回動は第一連結部２０、及び第二連結部２５を介して第一の平プーリ２に伝達される。

また、第二のタイミングプーリ４の回動により、第一アーム５０に対して第二アーム１００が回動すると共に第二アーム１００に対して第三のタイミングプーリ５２が回動する。
第二アーム１００に対して第三のタイミングプーリ５２が回動することにより、第二アーム１００に対して第四の平プーリ５４が回動してハンド２５２が回動する。

ここで、第一の平プーリ２及び第二のタイミングプーリ４の回転中心の間隔と第三のタイミングプーリ５２及び第四の平プーリ５４の回転中心の間隔とは同じ長さである。

さらに、第一の平プーリ２と第二のタイミングプーリ４とは、第一のスチールベルト１１、第二のタイミングベルト１２が巻きかけられた状態において、径（歯数）の比が２：１となるように設けられている。
同様に、第三のタイミングプーリ５２と第四の平プーリ５４とは、第三のタイミングベルト６１、第四のスチールベルト６２が巻きかけられた状態において、径（歯数）の比が１：２となるように設けられている。このため、第一の平プーリ２、第二のタイミングプーリ４、及び第四の平プーリ５４の回転角比は１：２：１となる。

上記のことより、第一アーム５０の第一の平プーリ２と第二のタイミングプーリ４（即ち、第二アーム１００の第三のタイミングプーリ５２）と第二アーム１００の第四の平プーリ５４との回転角度比は１：２：１であるので、第一アーム５０を回転させることにより、第一アーム５０と第二アーム１００との角度が変化して、第一アーム５０の第一の平プーリ２の中心と第二アーム１００の第四の平プーリ５４の中心とを結んだ直線上をハンド２５２が向きを一定にしながら移動する。

図７は、本発明を適用したロボットアームが用いられたダブルアーム型多関節ロボットを示す平面図である。
このダブルアーム型多関節ロボットにおいては、上述したロボットアーム１が、例えば図７に示すように２組並べてロボット本体の基台２００上に配置されている。このダブルアーム型多関節ロボットによれば、一方のロボットアームは、ワークをとりに行く動作であるロードの状態であり、他方のロボットアームは別のワークを引き出し動作であるアンロードの状態であり、これら２つの動作を同時に行うことができるようになっている。

また、２つのロボットアームは、上述したとおり、第一アーム５０の第一伝達機構と第二伝達機構と第二アーム１００の第四伝達機構との回転角度比は１：２：１であるので、第一アーム５０を回転させることにより、第一アーム５０と第二アーム１００との角度が変化して、第一アーム５０の第一伝達機構の中心と第二アーム１００の第四伝達機構の中心とを結んだ直線上をハンド２５２が向きを一定にしながら移動するようになっている。

さらに、図７において、ダブルアーム型多関節ロボットは、ロボットアームを昇降可能となっているとともに、多関節ロボットを走行可能に設けられている。

（他の実施の形態）
なお、上述の本実施の形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
例えば本実施の形態では第二動力伝達部材１２、及び第三動力伝達部材６１にタイミングベルトを使用しているが、これには限られず、チェーン等を用いてもよい。

また、上述した本実施の形態では各アーム５０、１００にリブ２１９、２１０が設けられているが、リブの形状に限定されるものではなく、また、荷重が余り大きくない場合などは設けなくても良い。

また、本実施の形態では、第一から第四連結部２０、２５、７０、７５を設けて、第一連結手段１０、第二連結手段６０の張力を調整しているが、各連結部を用いずに、スチールベルト１１、６２側にアイドラプーリを設けて張力を調整してもよい。アイドラプーリを設けた場合、第一の平プーリ２、及び第四の平プーリ５４に接触しているスチールベルト１１、６２の角度を大きくして第一の平プーリ２、及び第四の平プーリ５４の回転角度が大きくなり、アームの搬送距離が大きくなる。

さらに、上述した本実施の形態ではモータ１５０を第一アーム５０の第二のタイミングプーリ４の近傍に設けているが、これには限られずモータ１５０をロボット本体に内蔵させるようにしても良い。この場合は、モータ１５０により第一アーム５０を駆動させて、第一の平プーリ２から第二のタイミングプーリ４、第三のタイミングプーリ５２、第四の平プーリ５４と動力を伝達させる。あるいは、モータ１５０を第二アーム１００に設けて、第四の平プーリ５４を駆動させても良い。
この場合は、第四の平プーリ５４から、第三のタイミングプーリ５２、第二のタイミングプーリ４、第一の平プーリ２と動力を伝達させる。

また、本実施の形態では、第二連結部２５、及び第四連結部７５は調整機能を持たせていない固定側連結部であったが、第一連結部２０、及び第三連結部７０と同様に張力の調整機能を持たせた調整側連結部としても良い。

（本形態の効果）
本実施の形態によれば、ロボットアーム１を構成する第一の平プーリ２及び第二のタイミングプーリ４を連結して動力を伝達する第一連結手段１０が、第一の平プーリ２からの動力または第一の平プーリ２への動力を授受する、第一の剛性部材からなる第一のスチールベルト１１と、第二のタイミングプーリ４からの動力または第二のタイミングプーリ４への動力を授受する第二のタイミングベルト１２と、これら第一のスチールベルト１１と第二のタイミングベルト１２とを繋ぐ、第二の剛性部材からなる第一連結部２０及び第二連結部２５とから構成されているとともに、第一の平プーリ２の径は第二のタイミングプーリ４の径よりも大きく、かつ、第二のタイミングベルト１２の長さは第一のスチールベルト１１の長さよりも短くしているので、従来のロボットアーム１０３の大きさを維持しながら、第一連結手段１０の剛性を高めることができ、その伸びやヒステリシス等の影響を極力抑えることができる。このため、ロボットアーム１の位置制御を高精度で確保することができる。

また、本実施の形態によれば、第二連結手段６０が、第四の平プーリ５４からの動力または第四の平プーリ５４への動力を授受する第三の剛性部材からなる第四のスチールベルト６２と、第三のタイミングプーリ５２からの動力または第三のタイミングプーリ５２への動力を授受する第三のタイミングベルト６１と、これら第三のタイミングベルト６１と第四のスチールベルト６２とを繋ぐ第四の剛性部材からなる第二連結部７０及び第四連結部７５とから構成されているとともに、第四の平プーリ５４の径は第三のタイミングプーリ５２の径よりも大きく、かつ、第四のタイミングベルト６１の長さは第三のスチールベルト６２の長さよりも短くしているので、第一アーム５０と同様に、従来のロボットアーム１０３の大きさを維持しながら、第一連結手段６０の剛性を高めることができ、その伸びやヒステリシス等の影響を極力抑えることができる。そのため、ロボットアーム１の回動時、第二アーム１００の先端に設けられたハンド２５２が直線上を向きを一定にしながら高精度で位置制御することができる。

また、第一の平プーリ２と第二のタイミングプーリ４と第四の平プーリ５４との回転角度比は１：２：１であるので、第一アーム５０を回動させることにより、第一アーム５０と第二アーム１００との角度が変化して、第一アーム５０の第一の平プーリ２の中心と第二アーム１００の第四の平プーリ５４の中心とを結んだ直線上をハンド２５２が向きを一定にしながら移動することができる。これにより、ハンド２５２に載置され搬送されるワークを位置精度を高くすることができるとともに、安定した搬送を行うことができる。
さらに、第一連結手段１０及び第二連結手段６０の剛性が高めることができるので、ハンド２５２は精度良く直線上を移動することができる。

また、本実施の形態は、少なくとも第一連結部２０及び第三連結部７５には、各動力伝達部材の張力を調整する調整部をそれぞれ備えていることが好ましい。これにより、これら第一、第三連結部２０、７５は、所定の張力を調整しながら設定することができる。

本実施の形態によれば、曲げ応力の小さい大径の第一の平プーリ２には、これとほぼ同じ幅で第一のスチールベルト１１を掛け渡すことができ、第一アーム５０の第一連結手段１０の剛性を高めることができる。また、小径の第二のタイミングプーリ４側に掛け渡された第三のタイミングベルト１２の長さを従来のベルトよりも短くすることができるので、小径の第二のタイミングプーリ４との噛合いによって生じる発塵を抑制することができる。

さらに、本実施の形態は、第一連結部２０及び第二連結部２５は、第一のスチールベルト１１の厚み方向の中心線Ｃ位置と第二のタイミングベルト１２の厚み方向の中心線Ｃ位置とはほぼ同じ位置となるように連結してなることが好ましい。同様に、第三連結部７０及び第四連結部７５は、第三のタイミングベルト６１の厚み方向の中心線Ｃ位置と第四のスチールベルト６２の厚み方向の中心線Ｃ位置とはほぼ同じ位置となるように連結している。
この構成により、材質や厚み等の異なる第一のスチールベルト１１と第二のタイミングベルト１２を第一連結部２０及び第二連結部２５で連結する際、または第三のタイミングベルト６１と第四のスチールベルト６２を第三連結部７０及び第四連結部７５で連結する際、厚み方向の中心線Ｃ位置がほぼ同じとなっているので、これら動力伝達部材（スチールベルト１１、６２、タイミングベルト１２、６１）にかかる張力が働く方向がほぼ同じ位置となるので、張力の方向と動力伝達部材が移動する方向とがほぼ同じ方向となり、スムーズなベルト搬送動作を行うことができる。

本実施の形態によれば、曲げ応力の小さい大径の第一の平プーリ２側に、第一アーム５０の回動範囲とほぼ同一の長さとなるように第一のスチールベルト１１を掛け渡すことにより、動力伝達系の剛性が高められる。また、第一のスチールベルト１１が第一の平プーリ２の外周面上に固定されることにより、第一のスチールベルト１１の回動においてずれが生じることがなく、動力伝達部材（スチールベルト１１、６２、タイミングベルト１２、６１）には均等に力がかかるため、効率良く動力伝達を行うことができ、さらに、耐久性を高めることができる。

また、本実施の形態では、第一のスチールベルト１１及び第二のタイミングベルト１２の幅と第一の平プーリ２及び第二のタイミングプーリ４の幅をほぼ同じ幅にすることができ、同様に、第三のタイミングベルト６１及び第四のスチールベルト６２の幅と第三のタイミングプーリ５２及び第四の平プーリ５４の幅をほぼ同じ幅にすることができる。このため、各伝達機構を支持する部材にかかるモーメント過重を一定にすることができる。

また、本実施の形態によれば、第二のタイミングベルト１２及び第三のタイミングベルト６１の長さをロボットアーム１の搬送距離より計算される必要最小長さに設定することができるので、ロボットアーム１の回転時における第二のタイミングベルト１２が第二のタイミングプーリ４に噛み合いながら移動する際や、第三のタイミングベルト６１が第三のタイミングプーリ５２に噛み合いながら移動する際に生じる発塵を抑制することができる。

使用する第二のタイミングベルト１２及び第三のタイミングベルト６１がゴムを主体とする複合材料からなるので、真空環境下で有害なガスを発生するという問題も生じていたが、本実施の形態では第二及び第三のタイミングベルト１２、６１の長さを必要最小の長さにしたので、従来に比べて有害なガスの発生を抑制することができる。

本実施の形態では、少なくとも第一連結部２０及び第三連結部７０には、各動力伝達部材（スチールベルト１１、６２、タイミングベルト１２、６１）の張力を調整可能に設けることにより、使用時において各動力伝達部材（スチールベルト１１、６２、タイミングベルト１２、６１）が各伝達機構（平プーリ２、５４、タイミングプーリ４、５２）から外れことがないように容易に張力を調整することができる。

ロボットアームの主要部を示す縦断面側面図である。ロボットアームの主要部を示す全体図である。第一連結手段を示す平面図である。第二連結手段を示す平面図である。第一連結部（第三連結部）を示す側面図である。第二連結部（第四連結部）を示す側面図である。本発明を適用したロボットアームが用いられたダブルアーム型多関節ロボットを示す平面図である。従来のロボットアームを示す縦断面側面図である。

符号の説明

１ロボットアーム
２第一伝達機構
４第二伝達機構
１０第一連結手段
１１第一動力伝達部材
１２第二動力伝達部材
２０第一連結部
２５第二連結部
５０第一アーム
６０第二連結手段
６１第三動力伝達部材
６２第四動力伝達部材
７０第三連結部
７５第四連結部
１００第二アーム
２５０基台
５００作業手段

Claims

ロボット本体に第一伝達機構を介して回動可能に取り付けられた第一アームと、該第一アームの先端部に第二伝達機構を介して回動可能に取り付けられた作業手段とから構成されると共に、前記第一伝達機構及び前記第二伝達機構を連結して動力を伝達する第一連結手段を備えるロボットアームにおいて、
前記第一連結手段が、前記第一伝達機構からの動力または該第一伝達機構への動力を授受する、第一の剛性部材からなる第一動力伝達部材と、前記第二伝達機構からの動力または該第二伝達機構への動力を授受する第二動力伝達部材と、これら第一動力伝達部材と前記第二動力伝達部材とを繋ぐ、第二の剛性部材からなる第一連結部及び第二連結部とから構成されているとともに、
前記第一伝達機構の径は前記第二伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第二動力伝達部材の長さは前記第一動力伝達部材の長さよりも短く、
前記第一動力伝達部材を構成する前記第一の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第二動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであることを特徴とするロボットアーム
少なくとも前記第一連結部は、前記第二動力伝達部材の張力が調整可能となっ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
前記作業手段が、前記第二伝達機構に固定されて前記第一アームに対して回動可能な第二アームと、前記第二伝達機構と同心で前記第一アームに固定された第三伝達機構と、前記第二アームの先端部に第四伝達機構を介して回動可能に取り付けられたハンドとから構成されるとともに、前記第三伝達機構と前記第四伝達機構を連結して動力を伝達する第二連結手段を備えるロボットアームであって、前記第二連結手段が、前記第四伝達機構からの動力または該第四伝達機構への動力を授受する、第三の剛性部材からなる第四動力伝達部材と、前記第三伝達機構からの動力または該第三伝達機構への動力を授受する第三動力伝達部材と、これら第三動力伝達部材と前記第四動力伝達部材とを繋ぐ、第四の剛性部材からなる第三連結部及び第四連結部とから構成されているとともに、前記第四伝達機構の径は前記第三伝達機構の径よりも大きく、かつ、前記第三動力伝達部材の長さは前記第四動力伝達部材の長さよりも短く、
前記第四動力伝達部材を構成する前記第三の剛性部材は、スチールベルトであり、前記第三動力伝達部材は、ゴムを主体とする複合材料からなるタイミングベルトであり、さらに、前記第一伝達機構と前記第二伝達機構と前記第四伝達機構との回転角度比は１：２：１であることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム
少なくとも前記第一連結部及び前記第三連結部には、前記第二動力伝達部材及び前記第三動力伝達部材の張力が調整可能となっていることを特徴とする請求項３記載のロボットアーム
前記第一連結部及び前記第二連結部は、前記第一動力伝達部材の厚み方向の中心線位置と前記第二動力伝達部材の厚み方向の中心線位置とはほぼ同じ位置となるように連結してなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のロボットアーム
前記第三連結部及び前記第四連結部は、前記第三動力伝達部材の厚み方向の中心線位置と前記第四動力伝達部材の厚み方向の中心線位置とはほぼ同じ位置となるように連結してなることを特徴とする請求項３もしくは４に記載のロボットアーム