JPH06170760A - 直線走行型ロボットのバックラッシュ除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線走行型ロボットの駆動ピニオンと直線走
路に沿う静止ラック歯要素との間の噛み合い部における
バックラッシュの完全除去と一定した噛合状態を維持す
ることが可能なバックラッシュ除去手段を得ることを目
的とする。 【構成】 直線走行型ロボット１０に、直線走行方向に
対して略交差した方向に相対変位可能な遊動鞍台３０を
設け、同鞍台３０に駆動ピニオン４２を設けると共に同
ピニオン４２を静止ラック歯要素２２に噛合させ、か
つ、鞍台３０を介して所定の押し付け力でラック歯要素
２２に駆動ピニオン４２を噛合させる噛合圧設定手段４
４を設けた構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の直線走路に沿っ
て左右に所望の位置に向けて走行移動し、当該所望の位
置で所定の無人作業等を遂行する直線走行ロボットに関
し、特に、直線走路に沿って延設した静止ラック歯に噛
合する駆動ピニオンと、その駆動ピニオンを回転駆動す
る駆動モータとを直線走行型ロボットの機体に設け、か
つ、静止ラック歯、駆動ピニオン間のバックラッシュを
除去し、常時、安定した直線走行を維持できるようにし
た直線走行型ロボットのバックラッシュ除去装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットにおいて、直線走行ロボ
ットが用いられる場合があり、例えば直線走路に沿う複
数のワークステーション位置でロボット機体の先端に装
着された工具や作業具等のエンドエフェクタにより所定
の作業をワークに施す直線走行型ロボットがある。この
ような直線走行型ロボットを直線路に沿って走行させる
走行機構は、例えば、リニアガイド機構から成る直線走
路に沿ってラック歯を固定し、このラック歯に噛合する
ピニオンを直線走行ロボットの機体の下部に保持させ、
このピニオンを同機体上に搭載した駆動モータで回転駆
動することにより、ピニオンとラックとの噛合を介して
ロボット機体を直線路に沿う左右両方向へ走行移動さ
せ、停止させる構成が取られる。

【０００３】ここで、従来の直線走行型ロボットにおい
ては、ピニオンと、このピニオンの軸に結合したサーボ
モータから成る駆動モータとを１つの駆動ユニットの構
造に形成してロボットのベース部上に変位可能に設け、
この駆動ユニットのピニオンと直線走路に沿って延設し
た静止ラック歯とを噛合させると共にバックラッシュを
除去してガタのない最適噛合状態に設定し、その設定状
態で駆動ユニットをロボットのベース部に、例えば、ね
じ止め等により固定するバックラッシュ除去手段が用い
られていた。そして、このようなバックラッシュ除去手
段は、特に、直線走行距離が比較的短い場合には、構成
が比較的に簡便であることから、多用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、直線走行
型ロボットの上述のバックラッシュ除去手段によると、
バックラッシュ除去の設定が、静止ラック歯の何れかの
特定な歯と駆動ピニオンの歯とを噛合させて行われるた
めに、静止ラック歯の全長に渡る何れの歯位置でも均等
なバックラッシュ除去効果を得られると言う保証がな
い。つまり、駆動ピニオン側がロボットベースに対して
固定されているため、静止ラック歯側を直線走路に沿っ
て取り付ける際の取付け誤差を吸収することが不可能で
あり、直線走行型ロボットの直線走行域の全長に渡って
上記に設定した適正噛み合い状態を維持することが困難
であると同時にバックラッシュの除去がラック歯の何れ
の位置でも均一に除去されていると言う保証を得ること
が困難である。すなわち、一般的にラック歯要素の加工
には加工機械側の制約から、いたずらに長尺のラック歯
要素を高精度で加工することは困難であり、またコスト
高の原因となるため、直線走路長さが長尺となるとき
は、必然的に複数本数のラック歯要素を順次に結合する
構造がとられる。従って、このような結合構造で形成さ
れた長尺な静止ラック歯に対して上述のように、該ラッ
ク歯の特定位置で駆動ピニオンとのバックラッシュ除去
の設定をおこなって、駆動ユニットを固定した場合に
は、静止ラック歯の全長に渡って常に一定したバックラ
ッシュ除去状態による安定した噛合状態を維持すること
が困難となるのである。上述したラック歯の結合構造を
採る場合、直線走路が長尺化する程、最適な噛合状態に
維持することは困難となる。

【０００５】依って、本発明の目的は、上述の従来の直
線走行型ロボットにおけるバックラッシュ除去手段によ
る問題点を解決せんとすること、つまり、直線走路の全
長に渡って完全なバックラッシュ除去を可能にせんとす
ることにある。本発明の他の目的は、静止ラック歯や駆
動ピニオン等の歯車要素の加工精度をいたずらに高精度
化することなく、しかも所定の最適な噛合状態を走行距
離の全長に渡って確保することが可能なラック・ピニオ
ン機構から成る直線走行機構を備えた直線走行型ロボッ
トを提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の発明目的に鑑み、
本発明は、直線走行型ロボットの機体に直線摺動台と鞍
台とから成る、少なくとも直線走行方向に対して交差し
た方向に相対変位可能な遊動機構を設け、直線摺動台を
直線走路に沿って直線走行可能に設け、かつ、鞍台に駆
動ピニオンを設けると共に同ピニオンの回転駆動モータ
を搭載し、駆動ピニオンを静止ラック歯に噛合させたと
き、該駆動ピニオンを鞍台を介して所定の押し付け力で
ラック歯に噛合させる、例えば、ばね手段から成る噛合
圧設定手段を設け、駆動ピニオンを変位可能に、かつ、
一定の押圧力下でラック歯にバックラッシュ除去状態で
噛合させる構成としたものである。

【０００７】すなわち、本発明によれば、直線走路を走
行可能なロボット機体側に駆動モータで回転駆動される
駆動ピニオンを備え、該駆動ピニオンを前記直線走路に
沿って延設した静止ラック歯要素に噛合させて直線走行
するようにした直線走行型ロボットにおいて、前記ロボ
ット機体は、直線摺動台と、該直線摺動台に対して少な
くとも直線走行方向と交差する方向に相対変位可能に支
持されると共に上記駆動ピニオンを保持した鞍台と、上
記鞍台を介して上記駆動ピニオンを上記静止ラック歯に
所定の押し付け力で押圧、係合させるように設けられた
噛合圧設定手段とを備え、駆動ピニオンと静止ラック歯
間のバックラッシュを除去した直線走行型ロボットのバ
ックラッシュ除去装置を提供するものである。

【０００８】

【作用】上述の構成によれば、噛合圧設定手段が、浮動
機構構造を有した鞍台を介して駆動ピニオンを静止ラッ
ク歯に対して所定の押圧力下でバックラッシュを除去し
た噛合状態に設定し、しかも、駆動ピニオンは、該鞍台
と一体となって摺動台に対して相対変位が可能であるた
め、直線走路長に応じて結合型の静止ラック歯要素が用
いられても、該静止ラック歯の何れの位置でも常に、噛
合圧設定手段の押圧力で、バックラッシュのない設定さ
れた噛合状態を維持することができる。そして、好まし
くは、上記噛合圧設定手段は、摺動台と鞍台との相対変
位部間に介挿されたばね手段によって形成され、ばね力
によって、駆動ピニオンをラック歯に一定の押し付け力
下で噛合させるものである。 以下、本発明を添付図面
に示す実施例に基づいて、更に、詳細に説明する。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る直線走行型
ロボットのバックラッシュ除去装置の構成を示す側面
図、図２は、同バックラッシュ除去装置を図１の上方か
ら見た平面図である。

【００１０】図１、図２において、直線走行型ロボット
１０は、摺動体構造を有したベース１２を備え、このベ
ース１２の下部に突出したブラケット１４に取着された
走行足１６は、直線走路１８に係合し、直線走行型ロボ
ット１０を、同直線走路１８に沿って円滑に摺動走行可
能に形成している。なお、上記のロボット１０の走行足
１６と直線走路１８とは、周知のリニアガイド機構から
形成することが可能であり、リニアガイド機構の走路部
材側をロボット使用現場に適宜の取付け台２０を介して
基板２１上に取着、固定することにより構成されてい
る。また、上記直線走路１８の略全長に沿って平行に静
止要素としてラック歯２２が延設され、同じく上記の取
付け台２０にねじ手段等で固定されている。

【００１１】他方、ロボット１０のベース１２の上面に
固定保持された２つのサポート部材２５、２６は、上記
直線走路１８と平行配置で、かつ、相互に所定の離間距
離を隔てて設けられた棒状部材で形成され、この棒状部
材製のサポート部材２５、２６の間に直線走路１８に対
して略垂直に交差する方向に配設された２本のレール軸
２７、２８が取着されている。なお、これらのレール軸
２７、２８は両端にねじ部を有することにより、サポー
ト部材２５、２６にナット２５ａ、２６ａを用いてねじ
係合によって固定されている。

【００１２】そして、この２本のレール軸２７、２８に
は摺動可能に形成された鞍台３０が取付けられ、同鞍台
３０はサポート部材２５、２６の間でベース１２に対し
て上記摺動方向に遊動自在な独立部材の構造を有してい
る。この鞍台３０は、基板部材３２と係合ブラケット３
４、３６とを有してなり、同係合ブラケット３４、３６
がレール軸２７、２８に滑り係合をすることにより、鞍
台３０の遊動機構を形成しているものである。

【００１３】なお、鞍台３０が２つのサポート部材２
５、２６の間で許容される遊動距離は鞍台３０の基板部
３２の長さＬ１に対する両サポート部材２５、２６間の
距離ないしは２本のレール軸２７、２８の長さＬ２を適
宜量に設計、設定することにより決定されている。

【００１４】そして、鞍台３０にはサーボモータから成
る駆動モータＭ、その駆動モータＭの出力軸に直結した
減速機３８の出力軸４０には駆動ピニオン４２が取着、
固定され、駆動モータＭの出力に応じて減速機３８の出
力軸４０を介して回転駆動されるように設けられ、この
駆動ピニオン４２が既述の静止ラック歯要素２２に噛合
されている。

【００１５】上述の構成によれば、鞍台３０上に搭載さ
れた駆動モータＭ、減速機３８、駆動ピニオン４２は、
鞍台３０と一体にベース１２に対してロボット１０の直
線走行方向に対して垂直な方向に遊動可能に形成され、
従って、駆動ピニオン４２は静止ラック歯要素２２の歯
に接離自在に形成されている。このとき、駆動ピニオン
４２を備えた鞍台３０の一端にはサポート部材２５を貫
通、突出した軸体３５が設けられており、この軸体３５
のサポート部材２５から外方へ突出した軸部に形成され
たフランジ３５ａとサポート部材２５との間に、コイル
ばね４４が介挿されている。

【００１６】即ち、同コイルばね４４はサポート部材２
５に対して軸体３５を介して鞍台３０を同サポート部材
２５側へ引き寄せるバネ力を付与し、この結果、鞍台３
０を介して駆動ピニオン４２が、静止ラック歯要素２２
に押し付けられて所定の噛合圧による噛み合い状態に設
定されるのである。つまり、駆動ピニオン４２と静止ラ
ック歯要素２２との噛合位置におけるバックラッシュの
除去が成されているのである。そして、既述のように、
鞍台３０はサポート部材２５、２６を介してロボット１
０のベース１２に対してラック歯との接離方向、即ち、
ロボット１０の直線走行方向に対して略垂直な交差方向
に摺動自在に形成されていることから、静止ラック歯要
素２２の取付け誤差等により駆動ピニオン４２との間に
噛み合い部における噛み合い点が、噛み合いピッチ線上
から不可視的なずれ誤差を発生している場合や静止ラッ
ク歯２２の接合構造部に接合誤差が有った場合にも、コ
イルばね４４のバネ力によって駆動ピッチ４２がラック
歯に追従して初期設定されたバックラッシュの除去され
た噛み合い状態を、ばね４４の変位によって回復する。

【００１７】従って、駆動ピッチ４２と静止ラック歯要
素２２との間の噛合状態は、バックラッシュ除去状態を
保持しながら直線走路の全長に渡り、常に、一定の噛合
状態に維持される。つまり、上述のコイルばね４４は、
本発明に係る噛合圧設定手段を成しているのである。

【００１８】なお、上述の噛合圧設定手段をなすコイル
ばね４４のバネ圧で駆動ピニオン４２が静止ラック歯要
素２２の歯に噛合し、同駆動ピニオン４２が回転駆動さ
れることに応じてロボット１０が直線走路１８に沿って
直線走行をしている間に、例えば、緊急停止等が行われ
ると、駆動ピニオン４２と静止ラック歯要素２２との噛
合部で作用する噛合圧の反力が鞍台３０に作用し、遊動
自在に保持された鞍台３０は直線走路と垂直な方向に跳
動するが、予め、鞍台３０の遊動量は、ベース１２上に
植設された２つのサポート部材２５、２６の間で所定の
遊動量（Ｌ２−Ｌ１）に設定されているので、噛合部で
の異常な噛合解離を生ずることは回避できる。

【００１９】以上の説明から明らかなように、本発明に
よれば、直線走行型ロボットの直線走行機構が、直線走
路と平行に配設された静止ラック歯要素と、ロボットの
ベース上に遊動自在に保持された鞍台に保持された駆動
ピニオンとを有する構成の場合に、駆動ピニオンは常
に、静止ラック歯要素のラック歯に噛合圧設定手段によ
り、所定の噛合圧を受けてバックラッシュを除去された
状態で噛合し、しかもラック歯との噛合部にラック歯要
素の取付け誤差等に起因したズレ誤差が発生した場合に
も、遊動構造を有した鞍台に駆動ピニオンが保持されて
いるから、そのズレ誤差を噛合圧設定手段で吸収するこ
とが可能であり、従って、直線走路の全長に渡って一定
した噛合状態を維持することができる。

【００２０】なお、上述した実施例では、コイルばね４
４により構成された噛合圧設定手段の例としたが、軸体
３５のフランジ部３５ａとサポート部材２５との間に複
数の皿バネ要素を重設した構造としてもコイルばね４４
と等価な作用、効果を得ることは可能である。また、ば
ね要素に代えて、流体シリンダ等で構成するようにして
も良い。

【００２１】更に、上述した実施例では、コイルばね４
４が鞍台３０をばね力でベース１２のサポート部材２５
に引き寄せる構成としたが、ばね要素をサポート要素２
６と鞍台３０との間に配設したばね押圧力で鞍台３０を
介して駆動ピニオン４２をラック歯要素２２のラック歯
に押圧するように構成した例としても上述の実施例と同
様な作用、効果を期待することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により、従来の直線走行型ロボットの駆動ピニオンと静
止ラック歯要素との間で発生したバックラッシュ除去に
伴う問題点を解消することが可能となり、しかも、直線
走路に沿う直線走行型ロボットの走行距離の全長に渡っ
てバックラッシュの除去を可能にし、かつ、所定の噛合
状態を常に維持することが可能となったので、直線走行
型ロボットの走行精度を著しく向上させることが可能と
なったのである。また、本発明によれば、直線走行型ロ
ボットが直線走行動作中に、急停止をした場合等の異常
時にも、ロボット機体が跳動して駆動ピニオンと静止ラ
ック歯との間で噛合解離が発生する等の異常事態が発生
することも確実に回避することが可能となったのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る直線走行型ロボットの
バックラッシュ除去装置の構成を示す側面図である。

【図２】同バックラッシュ除去装置を図１の上方から見
た平面図である。

【符号の説明】

１０…直線走行型ロボット １２…ベース １６…走行足 １８…直線走路 ２２…静止ラック歯要素 ２５…サポート部材 ２６…サポート部材 ２７…レール軸 ２８…レール軸 ３０…鞍台 ３５…軸体 ３８…減速機 ４２…駆動ピニオン ４４…コイルばね Ｍ…駆動モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線走路を走行可能なロボット機体側に
   駆動モータで回転駆動される駆動ピニオンを備え、該駆
   動ピニオンを前記直線走路に沿って延設した静止ラック
   歯要素に噛合させて直線走行するようにした直線走行型
   ロボットにおいて、前記ロボット機体は、 直線摺動台と、 該直線摺動台に対して少なくとも直線走行方向と交差す
   る方向に相対変位可能に支持されると共に前記駆動ピニ
   オンを保持した鞍台と、 前記鞍台を介して前記駆動ピニオンを前記静止ラック歯
   に所定の押し付け力で押圧、係合させるように設けられ
   た噛合圧設定手段とを備え、駆動ピニオンと静止ラック
   歯間のバックラッシュを除去したことを特徴とする直線
   走行型ロボットのバックラッシュ除去装置。