JPH02232192A - 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

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JPH02232192A
JPH02232192A JP1048474A JP4847489A JPH02232192A JP H02232192 A JPH02232192 A JP H02232192A JP 1048474 A JP1048474 A JP 1048474A JP 4847489 A JP4847489 A JP 4847489A JP H02232192 A JPH02232192 A JP H02232192A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔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
フエクタにより所望のロボット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右いて、
ロボット胴体又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パックラッシュ除
去装置を提供している（特開昭６　３−２　３　０　６
　４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
。
〔発明が解決しようとする課題〕
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到る危惧がある。
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。
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一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。
〔課題を解決するための手段〕
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パックラッ
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！ＩＩ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
うにした産業用ロボットの関節構造が提供される。
〔作用〕
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。
〔実施例〕
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。
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１
２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１
２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２
２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１
２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。
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、３
０、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，頁歯付
きプーリ２８ａ１３０ａ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！Ｊ２
８ａ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、係合されたべルトテンション調節用のテンシ
ョナ−３６等の要素が配設されている。テンショナ−３
６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、該摺勤操作により、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２
６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と歯付きペルト３２はベ
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、上記被駆動歯車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３
４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−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
ニ才ン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パ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。
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２
６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役階では、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１＜
ツタ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
、駆勤ピニオン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ＴＪ２８ａ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、
ピニ才ン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から延長したペアリング４０により
回転支持された軸４４の上方部分にテーバ部分４６を形
成し、プーリ３０ａのテーバ孔において係合、固定する
構造にして、ワッシャ４８と結合ボル｝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｝５０
を締めて軸４４のテーバ部分４６にプー！Ｊ３０ａ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−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−３
６が圧接された側のベルト部に作用するテンションは、
矢印八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−３
６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に対しては夫々のブーｌＪ２８ａ，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
噛合耶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−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−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。
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
のパ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。
〔発明の効果〕
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。
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才
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
放されてしますような危惧が無く、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。
【図面の簡単な説明】
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ＴＶ−ＴＶ線による断面図。 １２・・・ロボット基部、 ２６・・・被駆動歯車、２ ピニオン、２８ａ，３ ３２・・・歯付きベルト、 ３６・・・テンショナ一 部分。 １４・・・ロボット胴、 ８、３０・・・第１、第２の Ｏａ・・・歯付きプーリ、 ３４・・・サーボモー夕、 ４４・・・軸、４６・・・テーバ 第１図 第２図 第 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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
    。 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。 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。
JP1048474A 1989-03-02 1989-03-02 産業用ロボットの関節構造 Expired - Lifetime JP2567082B2 (ja)

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CA (1) CA2028109C (ja)
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