JP6443456B2 - ロボットアーム、ロボットシステム - Google Patents
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Description
以下、第1実施形態について説明する。
まず、図1を参照しつつ、本実施形態のロボットシステムの概略構成の一例について説明する。
次に、図2〜図10を参照しつつ、手首部10の構成の一例について説明する。
第1手首可動部12は、フレーム30(「アームフレーム」の一例に相当)を有する。
モータM、Mは、上記延設部32の延設方向において第2手首可動部14とは反対側、つまり延設部32の基端側におけるB軸AxB方向両側に形成されたモータ収容部36,36にそれぞれ収容されている。なお、以下では、フレーム300a側のモータ収容部36に収容されたモータMを「一方のモータM」ともいう。また、フレーム300b側のモータ収容部36に収容されたモータMを「他方のモータM」ともいう。
動力伝達機構PSは、複数のギヤを備え、上記モータM,Mの動力を第2及び第3手首可動部14,16の少なくとも一方に伝達するように構成されている。動力伝達機構PSは、2つの平歯車SG1,SG1と、2つの平歯車SG2,SG2と、2つのハイポイドピニオンHP,HPと、2つのハイポイドギヤHG,HGと、2つの平歯車SG3,SG3と、2つの平歯車SG4,SG4と、2つの平歯車SG5,SG5と、干渉駆動機構ISとを有する。なお、平歯車SG1、平歯車SG2、ハイポイドピニオンHP、ハイポイドギヤHG、平歯車SG3、平歯車SG4、及び平歯車SG5は、上記フレーム300a,300bに1つずつ設けられている。
ギヤユニットGU,GUは、上記延設部32のモータ収容部36,36よりも先端側で、且つ上記薄肉部34よりも基端側におけるB軸AxB方向両側に形成されたユニット取り付け部37,37にそれぞれ取り付けられている。
図10に示すように、平歯車SG4は、回転中心(回転軸Ax4)が平歯車SG3の回転中心(回転軸Ax3)及び平歯車SG5の回転中心(B軸AxB)に対し回転軸Ax4に垂直な方向の一方側(図10中上側)にずれて配置されている。平歯車SG4の軸部近傍には、当該平歯車SG4を回転軸Ax4に垂直な面方向(例えば図10中のブロック矢印の方向)に付勢するばねSp2(「第2付勢部材」の一例に相当)が設けられている。
図3〜図5に示すように、干渉駆動機構ISは、2つの第1傘歯車BG1,BG1と、第2傘歯車BG2とを備える。
r2=1/2×(θ+φ)
r3=1/2×(θ−φ)
次に、上記構造の手首部10の製造方法の一例について説明する。
以上説明したように、本実施形態の手首部10は、動力伝達機構PSのバックラッシュを調整する手段(上記の例ではシムsm及びばねSp1,Sp2)を有するので、動力伝達機構PSにバックラッシュが少ない波動歯車を使用することなく、平歯車や傘歯車等の複数のギヤを連結して必要な減速比を得ることが可能となる。これにより、波動歯車による速度制限が無くなるので、第2手首可動部14や第3手首可動部16を高速化できる。また、動力伝達機構PSのバックラッシュを調整する手段(上記の例ではシムsm及びばねSp1,Sp2)により動力伝達機構PSのギヤのバックラッシュを低減できるので、動作精度を向上できる。
なお、第1実施形態は、上記内容に限定されるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順次説明する。
上記第1実施形態は、ばねSp2により平歯車SG4を回転軸Ax4に垂直な面方向に付勢することで、互いに噛合した平歯車SG3〜SG5の噛合部におけるバックラッシュを調整可能とした構成であった。
本変形例では、図12に示すように、前述の平歯車SG3に代えてヘリカルギヤHG1、前述の平歯車HG4に代えて一対のヘリカルギヤHG2a,HG2b(以下適宜「ヘリカルギヤHG2」と総称)、前述の平歯車HG5に代えてヘリカルギヤHG3が設けられている。なお、ヘリカルギヤHG1,HG2a,HG2b,HG3は、「互いに噛合した複数の歯車」の一例に相当する。
次に、第2実施形態について説明する。なお、以下では、主として上記第1実施形態の構成と異なる点について説明する。
図13〜図15に示すように、本変形例の手首部10A(「ロボットアーム」の一例に相当)は、第1手首可動部12Aと、中空構造である第2手首可動部14A(「第1軸可動部」の一例に相当)と、中空構造である第3手首可動部16A(「第2軸可動部」の一例に相当)と、2つのモータMA,MAと、動力伝達機構PSAとを有する。
第1手首可動部12Aは、フレーム60(「アームフレーム」の一例に相当)を有する。
モータMA、MAは、上記延設部62の延設方向において第2手首可動部14Aとは反対側、つまり延設部62の基端側におけるB軸AxB方向両側に形成されたモータ収容部66,66にそれぞれ収容されている。なお、以下では、フレーム600a側のモータ収容部66に収容されたモータMAを「一方のモータMA」ともいう。また、フレーム600b側のモータ収容部66に収容されたモータMAを「他方のモータMA」ともいう。
動力伝達機構PSAは、複数のギヤを備え、上記モータMA,MAの動力を第2及び第3手首可動部14A,16Aの少なくとも一方に伝達するように構成されている。動力伝達機構PSAは、2つの平歯車SG10,SG10と、2つの平歯車SG12,SG12と、2つのハイポイドピニオンHPA,HPAと、2つのハイポイドギヤHGA,HGAと、干渉駆動機構ISAとを有する。なお、平歯車SG10、平歯車SG12、ハイポイドピニオンHPA、及びハイポイドギヤHGAは、上記フレーム600a,600bに1つずつ設けられている。
干渉駆動機構ISAは、2つの第1傘歯車BGA,BGAと、第2傘歯車BGBとを備える。
r2A=1/2×(θA+φA)
r3A=1/2×(θA−φA)
以上説明した本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。例えば、手首部10Aが動力伝達機構PSAのバックラッシュを調整する手段(上記の例ではばねSp5)を有するので、第2手首可動部14Aや第3手首可動部16Aを高速化できる。また、フレーム60が備える一対の挟持部63,63の先端部の間に第2手首可動部14Aを支持する構造としつつ、挟持部63の第2手首可動部14Aを支持する領域に薄肉部64を形成するので、中空径を確保しつつ手首部10Aを薄型化できる。
また、実施形態は、上記第1及び第2実施形態に限定されるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記第1実施形態において、上記スラスト軸受Be12と同様のスラスト軸受をさらに設けることで、当該スラスト軸受をフレーム押さえ部材として機能させることも可能である。
10A 手首部(ロボットアームの一例)
14 第2手首可動部(第1軸可動部の一例)
14A 第2手首可動部(第1軸可動部の一例)
16 第3手首可動部(第2軸可動部の一例)
16A 第3手首可動部(第2軸可動部の一例)
30 フレーム(アームフレームの一例)
33 挟持部
34 薄肉部
36 モータ収容部
50,51 フレーム(ギヤフレームの一例)
60 フレーム(アームフレームの一例)
63 挟持部
64 薄肉部
66 モータ収容部
AxB B軸(第1軸の一例)
AxT T軸(第2軸の一例)
Be22 スラスト軸受(フレーム押さえ部材の一例)
BeA,B 軸受
BG1,2 傘歯車
CT コントローラ
GU ギヤユニット
HG ハイポイドギヤ
HGA ハイポイドギヤ
HP ハイポイドピニオン
HPA ハイポイドピニオン
M モータ
MA モータ
PS 動力伝達機構
IS 干渉駆動機構
S ロボットシステム
SG3〜5 平歯車
sm シム
Sp1 ばね(第1付勢部材の一例)
Sp2 ばね(第2付勢部材の一例)
Sp3 ばね(第2付勢部材の一例)
Sp4 ばね(第2付勢部材の一例)
Sp5 ばね(第1付勢部材の一例)
TG1〜3 テーパギヤ
HG1 ヘリカルギヤ
HG2a,b ヘリカルギヤ
HG3 ヘリカルギヤ
Claims (10)
- 対向配置された一対の挟持部を備えたアームフレームと、
前記一対の挟持部の間に第1軸周りに回転可能に支持された第1軸可動部と、
前記第1軸可動部に前記第1軸に直交する第2軸周りに回転可能に支持された第2軸可動部と、
2つのモータと、
複数のギヤを備え、前記2つのモータの動力を前記第1軸可動部及び前記第2軸可動部の少なくとも一方に伝達するように構成された動力伝達機構と、
前記挟持部の前記第1軸可動部を支持する領域に形成され、前記動力伝達機構の少なくとも一部が配置された、前記第1軸方向の厚みが前記挟持部の他の領域よりも薄い薄肉部と、を有し、
前記動力伝達機構は、
前記第1軸周りに回転可能に支持され、一方の前記モータから動力が伝達される一方の第1傘歯車及び他方の前記モータから動力が伝達される他方の第1傘歯車の2つの第1傘歯車と、
前記2つの第1傘歯車の両方と噛合し、前記第2軸周りに回転可能に支持された第2傘歯車と、
を備えた干渉駆動機構を有すると共に、
前記挟持部において前記薄肉部よりも前記第1軸方向の厚みが厚い前記他の領域に配置され、前記アームフレームの延設方向に沿った回転軸周りに回転可能に支持されたハイポイドピニオン及び前記第1軸周りに回転可能に支持され前記ハイポイドピニオンと噛合するハイポイドギヤを有し、さらに、
前記薄肉部に配置され、各々が前記第1軸に沿った回転軸周りに回転可能に支持されて互いに噛合し、前記ハイポイドギヤから出力される動力を前記第1傘歯車に伝達する、複数の平歯車を有する
ことを特徴とするロボットアーム。 - 対向配置された一対の挟持部を備えたアームフレームと、
前記一対の挟持部の間に第1軸周りに回転可能に支持された第1軸可動部と、
前記第1軸可動部に前記第1軸に直交する第2軸周りに回転可能に支持された第2軸可動部と、
2つのモータと、
複数のギヤを備え、前記2つのモータの動力を前記第1軸可動部及び前記第2軸可動部の少なくとも一方に伝達するように構成された動力伝達機構と、
前記挟持部の前記第1軸可動部を支持する領域に形成され、前記動力伝達機構の少なくとも一部が配置された、前記第1軸方向の厚みが前記挟持部の他の領域よりも薄い薄肉部と、を有し、
前記動力伝達機構は、
前記第1軸周りに回転可能に支持され、一方の前記モータから動力が伝達される一方の第1傘歯車及び他方の前記モータから動力が伝達される他方の第1傘歯車の2つの第1傘歯車と、
前記2つの第1傘歯車の両方と噛合し、前記第2軸周りに回転可能に支持された第2傘歯車と、
を備えた干渉駆動機構を有し、
前記第1軸可動部及び前記第2軸可動部は、中空構造であり、
前記挟持部における前記薄肉部よりも前記第1軸方向の厚みが厚い前記他の領域の中空径と、前記第1軸可動部及び前記第2軸可動部の中空径とが、略同一であり、
前記アームフレームは、
前記第1軸に直交し、且つ前記第1軸可動部及び前記第2軸可動部の中空部の中心を通る面を対称面とする面対称構造である
ことを特徴とするロボットアーム。 - 前記薄肉部は、
前記挟持部における前記第1軸可動部の可動範囲に対応する領域に形成される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロボットアーム。 - 前記第1軸可動部及び前記第2軸可動部は、
中空構造である
ことを特徴とする請求項1に記載のロボットアーム。 - 前記アームフレームは、
前記アームフレームの延設方向において前記第1軸可動部とは反対側に位置し、前記モータが収容されるモータ収容部を有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のロボットアーム。 - 前記動力伝達機構は、
前記アームフレームの延設方向に沿った回転軸周りに回転可能に支持されたハイポイドピニオンと、
前記第1軸周りに回転可能に支持され、前記ハイポイドピニオンと噛合するハイポイドギヤと、を有し、
前記ハイポイドピニオンの少なくとも一部が、前記薄肉部に配置される
ことを特徴とする請求項2に記載のロボットアーム。 - 前記動力伝達機構は、
前記ハイポイドピニオンを支持する複数の軸受を有し、
前記複数の軸受の少なくとも1つが、前記薄肉部に配置される
ことを特徴とする請求項6に記載のロボットアーム。 - 前記動力伝達機構は、
各々が前記第1軸に沿った回転軸周りに回転可能に支持され、互いに噛合した複数の歯車を有し、
前記複数の歯車の少なくとも一部が、前記薄肉部に配置される
ことを特徴とする請求項2,6,7のいずれか1項に記載のロボットアーム。 - 前記薄肉部に前記第1軸周りに回転可能に支持され、一端が前記第1軸可動部に連結され、他端が前記薄肉部の外側面を押さえるように構成されたフレーム押さえ部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のロボットアーム。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載のロボットアームと、
前記ロボットアームを制御するように構成されたコントローラと、
を有することを特徴とするロボットシステム。
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