JPH09317846A - 直線運動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の円筒座標系ロボット等に用いる回転運動
を複数のアームを用いて直線運動に変換する機構におい
ては、アームを駆動させる力を歯付ベルトとプーリー等
で直接伝達しているために、歯付ベルトの伸び等によっ
てハンドの直線運動方向に対してハンドが横方向に振れ
たり横方向からの力に対して移動しやすい問題点があ
る。 【解決手段】固定部と、固定部に対して回転可能な入力
軸と、入力軸の回転が減速されて出力され入力軸と同軸
の出力軸とを備えた減速機を複数用い、前位の減速機の
出力軸と後位の減速機の固定部との間にアームを架設
し、前位の減速機の入力軸と後位の減速機の入力軸とを
同時に回転させる伝動機構で連結したことを特徴とする
直線運動機構。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒座標系ロボッ
ト等に用いる事のできる直線運動機構において、回転運
動を複数のアームを用いて直線運動に変換する機構に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の円筒座標系ロボット等に用いてい
る回転運動を複数のアームを用いて直線運動に変換する
機構の概略図を図２、３に示す。図３のように第１アー
ム３２と第１伝達軸４１は直結されている。第１プーリ
ー５１は第１伝達軸４１と同軸上でベース３１に固定さ
れていて、第１プーリー５１と第２プーリー５２は歯付
ベルト３５によって連結されている。第２アーム３３と
第２伝達軸４２は直結されている。第３プーリー５３は
第２プーリー５２と同軸上で第１アーム３２に固定され
ていて第３プーリー５３と第４プーリー５４は歯付ベル
ト３６によって連結されている。第４プーリー５４とハ
ンド３４は第３伝達軸４３を介して直結されている。こ
こで第１プーリー５１と第２プーリー５２の歯数の比は
２：１であり、第３プーリー５３と第４プーリー５４の
歯数の比は１：２である。また、アーム上の各伝達軸の
軸間距離Ｌ１＝Ｌ２である。図２のように第１アーム３
２がθ１反時計回りに回転すると、第１プーリー５１が
固定されているために歯付ベルト３５によって第２プー
リー５２がθ２＝２＊θ１時計回りに回転する。すると
第２プーリー５２は第２アーム３３に直結されているの
で第２アーム３３もθ２＝２＊θ１時計回りに回転す
る。すると第３プーリー５３が第１アーム３３に固定さ
れているために歯付ベルト３６によって第４プーリー５
４がθ３＝θ１反時計回りに回転する。第４プーリー５
４と直結されているハンド３４もθ３＝θ１反時計回り
に回転する。このように運動するときハンド３４はその
姿勢を保持したままで、第１アーム３２の回転中心Ｐ方
向に移動する直線運動機構となる。この機構ではアーム
を駆動させる力を歯付ベルトとプーリー等で直接伝達し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の円筒座標系ロボ
ット等に用いる直線運動機構においては、アームやハン
ドを駆動させる力を歯付ベルトとプーリー等で直接伝達
しているために、歯付ベルトの伸び等によってハンドの
直線運動方向に対してハンドが横方向に振れたり（特に
始動時、停止時に顕著に起こる）、ハンドが横方向から
の力に対して移動しやすいという問題点があった。上記
の円筒座標系ロボットは、主にシリコンウェーハやガラ
ス基板を石英ボート等に移載する為に利用されるので、
直線運動方向に対してハンドが横方向に振れたりすると
シリコンウエーハやガラス基板を石英ボート等に接触さ
せて傷つけることになる。特にアームが長くなるとベル
トも長くなり、アームを駆動させる力も指数関数的に増
加するのでベルトの伸びはさらに大きくなる。結果とし
て、横方向の振れ幅も指数関数的に増加することになり
使用可能な搬送距離には限界がある。

【０００４】本発明は円筒座標系ロボット等に用いる直
線運動機構において、ハンドの直線運動方向に対してハ
ンドが横方向に振れたり、横方向からの力に対して移動
しやすいという問題点を従来の方法よりも小さくする方
法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の直線運動機構では固定部と、固定部に対し
て回転可能な入力軸と、入力軸の回転が減速されて出力
され入力軸と同軸の出力軸とを備えた減速機を複数用
い、前位の減速機の出力軸と後位の減速機の固定部との
間にアームを架設し、前位の減速機の入力軸と後位の減
速機の入力軸とを同時に回転させる伝動機構で連結して
いる。（図１参照）

【０００６】上記の機構を用いて直線運動とするため
に、各減速機の減速比と回転方向、各減速機の入力軸を
連結し同時に回転させる伝動機構の速度比、各減速機の
軸中心の距離等の関係は適宜決定される。

【０００７】上記の機構はアームを３個以上、減速機を
４個以上用いる場合でも直線運動をするようになる。そ
の場合も各減速機の減速比と回転方向、各減速機の入力
軸を連結し同時に回転させる伝動機構の速度比、各減速
機の軸中心の距離等の関係は適宜決定される。（図６参
照）

【０００８】上記の機構はアームを２個以上、減速機を
２個以上用いる場合でも、従来の技術を併用し直線運動
機構とすることができる。その場合も各減速機の減速比
と回転方向、各減速機の入力軸を連結し同時に回転させ
る伝動機構の速度比、各減速機の軸中心の距離等の関係
は適宜決定される。（図７参照）

【０００９】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
づき図面を参照して説明する。基本的構成は、図１に示
すように複数の第１、第２、及び第３減速機（１１、１
２、１３）と、第１、第２アーム（２、３）と、第１、
第２伝動機構（２１、２２）とを備えてなる。図１の詳
細な構造は図４に示す。

【００１０】図４に示される実施例について説明する。
第１固定部１１ａに対して回転可能な第１入力軸１１ｂ
と、入力軸の回転が減速されて出力され入力軸と同軸上
で回転可能な第１出力軸１１ｃとを備えた第１減速機１
１を用いる。尚、第２、第３減速機は第１減速機と同じ
構成である。減速機にはハーモニックドライブを使用し
ている。

【００１１】第１減速機１１の出力軸１１Ｃと第２減速
機１２の固定部１２ａとの間に第１アーム２を架設し、
同様に第２減速機１２の出力軸１２Ｃと第３減速機１３
の固定部１３ａとの間に第２アーム３を架設する。第１
アーム２は図５のように箱型で内部に第１伝動機構２１
を備えている。そして第１減速機１１の出力軸１１Ｃを
前位の下側に有し、第２減速機１２の固定部１２ａを後
位の上側に有している。尚、第２アーム３は第１アーム
２と同じ構成である。

【００１２】第１入力軸１１ｂに第１プーリー２１ａ
を、第２入力軸１２ｂに第２、第３プーリー（２１ｂ、
２２ａ）を、第３入力軸１３ｂに第４プーリー２２ｂを
固着する。そして、第１、第２プーリー（２１ａ、２１
ｂ）を歯付ベルト２１ｃで連結して第１伝動機構２１を
構成し、第３、第４ブーリー（２２ａ、２２ｂ）を歯付
ベルト２２ｃで連結して第２伝動機構２２を構成する。

【００１３】第１伝動機構２１と第２伝動機構２２は第
２入力軸１２ｂで連結されているので、第１、第２、第
３入力軸（１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ）は同時に同方向に
回転が可能である。

【００１４】第１固定部１１ａはベース１にねじで固定
され、第１出力軸１１ｃは第１アーム２にねじで固定さ
れベース１に対して（クロスローラーベアリング２３の
作用により）回転可能である。同様にして第２、第３出
力軸（１２ｃ、１３ｃ）は第２アーム３及びハンド４に
ねじで固定され第１、第２アーム（２、３）に対して回
転可能である。ゆえに、ハンド４と第１、第２アーム
（２、３）とベース１は互いに回転可能である。

【００１５】第１減速機１１（入力軸と出力軸が同回転
方向）の減速比を１／１０１、第２減速機１２（入力軸
と出力軸が逆方向に回転）の減速比を１／５０、第３減
速機１３（入力軸と出力軸が同回転方向）の減速比を１
／１０１とする。

【００１６】第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）の
歯数を同じとして、第３プーリー２２ａの歯数を１０１
歯、第４プーリー２２ｂの歯数を１０２歯とする。

【００１７】第１減速機１１の軸中心と第２減速機１２
の軸中心との距離は、第２減速機１２の軸中心と第３減
速機１３の軸中心との距離に等しい。

【００１８】第１入力軸１１ｂをベース１に対して反時
計回りに１０１回転させると、第１アーム２はベース１
に対して反時計回りに１回転する。このとき第１アーム
２に対して第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）は１
０１−１＝１００回転することになる。第２プーリー２
１ｂが回転することにより、第２アーム３は時計回りに
第１アーム２に対して２回転する。このとき第２アーム
３に対して第２、第３プーリー（２１ｂ、２２ａ）は反
時計回りに１００＋２＝１０２回転することになる。第
２アーム３に対して第３プーリー２２ａが１０２回転す
るとき、第４プーリー２２ｂは１０１回転するので、ハ
ンド４は第２アーム３に対して反時計回りに１回転する
ことになる。そうすると、第１アーム２がベース１に対
して反時計回りに１回転するとき、第２アーム３は第１
アーム２に対して時計回りに２回転し、ハンド４は第２
アーム３に対して反時計回りに１回転することになる。
つまり、第１アーム２が反時計回りにθ１回転すると、
第２アーム３は第１アーム２に対して時計回りにθ２＝
２＊θ１回転し、ハンド４は第２アーム３に対して反時
計回りにθ３＝θ１回転する。このように運動すると
き、ハンド４はその姿勢を保持したままで、第１アーム
２の回転中心方向に移動する直線運動をするようにな
る。（図２参照）

【００１９】この場合は、第１、第２アーム（２、３）
やハンド４を第２、第３減速機（１２、１３）を用いて
駆動させるので、歯付ベルト（２１ｃ、２２ｃ）に作用
する張力は、アームやハンドを歯付ベルトで直接駆動す
る従来の技術と比較して小さくすることができる。つま
り、歯付ベルト（２１ｃ、２２ｃ）の伸びを小さくする
ことができる。さらに、歯付ベルト（２１ｃ、２２ｃ）
の伸びにより生じる第２アーム３やハンド４の回転角度
は、第２、第３減速機（１２、１３）の減速比（１／５
０、１／１０１）に比例するので、従来の技術より歯付
ベルトの伸びの影響を小さくすることができる。

【００２０】図７の実施例ではアームを２個、減速機を
２個用いて、本発明と従来の技術を併用した場合の直線
運動機構を示している。

【００２１】ベース１と、第１、第２減速機（１１、１
２）と、第１アーム２と、第１伝動機構２１は前述の実
施例と同様である。ただし、第２入力軸１２ｂは中空と
なっている。また、第２減速機１２の出力軸１２Ｃには
第２アーム７１を固定する。第３プーリー７５は、第２
プーリー２１ｂと同軸上で固定軸７３と固着していて、
固定軸７３は第１アーム２と固定されている。また、第
４プーリー７６は伝達軸７４と固着していて、伝達軸７
４はハンド７２と固着している。第３プーリー７５と第
４プーリー７６は歯付ベルト７７によって連結されてい
る。

【００２２】第１減速機１１（入力軸と出力軸が同回転
方向）の減速比を１／１０１、第２減速機１２（入力軸
と出力軸が逆方向に回転）の減速比を１／５０とする。

【００２３】第１、第２ブーリー（２１ａ、２１ｂ）の
歯数を同じとして、第３プーリー７５と第４プーリー７
６の歯数の比は１：２とする。

【００２４】第１減速機１１の軸中心と第２減速機１２
の軸中心との距離は、固定軸７３の軸中心と伝達軸７４
の軸中心との距離に等しい。

【００２５】第１入力軸１１ｂをベース１に対して反時
計回りに１０１回転させると、第１アーム２はベース１
に対して反時計回りに１回転する。このとき第１アーム
２に対して第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）は１
０１−１＝１００回転することになる。第２プーリー２
１ｂが回転することにより、第２アーム７１は、第１ア
ーム２に対して時計回りに２回転する。すると、第３プ
ーリー７５が第１アーム７１に固定されているために、
歯付ベルト７７によって第４プーリー７６が反時計回り
に１回転する。すると、第４プーリー７７と直結されて
いるハンド７２も反時計回りに１回転する。つまり、第
１アーム２が反時計回りにθ１回転すると、第２アーム
７１は第１アーム２に対して時計回りにθ２＝２＊θ１
回転し、ハンド７２は第２アーム７１に対して反時計回
りにθ３＝θ１回転する。このように運動するとき、ハ
ンド７２はその姿勢を保持したままで、第１アーム２の
回転中心方向に移動する直線運動をするようになる。
（図２参照）

【００２６】この場合は、第１、第２アーム（２、７
１）を第１、第２減速機（１１、１２）を用いて駆動し
ている。また、歯付ベルト７７と第３、第４プーリー
（７５、７６）はハンド７２の姿勢の制御のみに用いて
いる為、歯付ベルト７７に加わる力は第１、第２アーム
（２、７１）を駆動させる力に比べて非常に小さく、歯
付ベルト７７の伸び等も非常に小さい。従って、従来の
技術より歯付ベルトの伸び等の影響を小さくすることが
できる。

【００２７】図６の実施例ではアームを３個用いた場合
の直線運動機構を示している。この図においてＬ４＝２
＊Ｌ３、Ｌ３＝Ｌ５である。また、θ４＝θ７、２＊θ
４＝θ５＝θ６である。つまり、第１アーム６１が反時
計回りにθ４回転すると、第２アーム６２は第１アーム
６１に対して時計回りにθ５＝２＊θ４回転する。ま
た、第３アーム６３は第２アーム６２に対して反時計回
りにθ６＝２＊θ４回転し、ハンド６４は第３アーム６
３に対して時計回りにθ７＝θ４回転する。このように
運動するとき、ハンド６４はその姿勢を保持したまま
で、第１アーム６１の回転中心Ｑ方向に移動する直線運
動をするようになる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２９】図１、４、５、６、７の実施例では、アー
ムやハンドを減速機を用いて駆動させるので、歯付ベル
トの伸び等の影響が小さくなり、ハンドの直線運動方向
に対してハンドが横方向に振れたり、横方向からの力に
対して移動しやすいという問題点を、従来の技術よりも
小さくすることができる。特に歯付ベルトの伸びの影響
が小さくなるので、アームを長くして搬送距離を長くす
るときに有効である。

【００３０】また、今迄は軽量物の搬送に主に利用され
ていたが、減速機に十分な強度を持たせることにより、
重量物の搬送やハンドに作用力が働く作業等にも使用す
ることができるようになる。

【００３１】尚、上記実施例において、アームを３個以
上用いることにより、アームが２個の機構よりも長い搬
送距離で利用することができる。（図６参照）

【図面の簡単な説明】

【図１】発明した直線運動機構の基本的構成の縦断面図
である。

【図２】図３の直線運動機構を上から見た図であり、図
３の機構が直線運動になることを示す平面図である。
尚、図１、図７を上から見た図も同様の図になる。

【図３】従来の円筒座標系ロボットの直線運動機構部分
の縦断面図である。

【図４】発明した直線運動機構の詳細な構成を表わした
縦断面図である。

【図５】発明した直線運動機構の立面図である。

【図６】発明した直線運動機構においてアームを３個用
いた構成を上から見た平面図であり、直線運動になるこ
とを示す図である。

【図７】発明した直線運動機構においてアームを２個、
減速機を２個用いた構成でも、従来の技術を併用するこ
とによってハンドは直線運動をするようになる。その基
本的構成の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ 第１アーム ３ 第２アーム ４ ハンド １１ 第１減速機 １１ａ 第１固定部 １１ｂ 第１入力軸 １１ｃ 第１出力軸 １２ 第２減速機 １２ａ 第２固定部 １２ｂ 第２入力軸 １２ｃ 第２出力軸 １３ 第３減速機 １３ａ 第３固定部 １３ｂ 第３入力軸 １３ｃ 第３出力軸 ２１ 第１伝動機構 ２１ａ 第１プーリー ２１ｂ 第２プーリー ２１ｃ 歯付ベルト ２２ 第２伝動機構 ２２ａ 第３プーリー ２２ｂ 第４プーリー ２２ｃ 歯付ベルト ２３ クロスローラーベアリング ２４、２５ クロスローラーベアリング押さえ ２６ ベアリング ３１ ベース ３２ 第１アーム ３３ 第２アーム ３４ ハンド ３５、３６ 歯付ベルト ４１ 第１伝達軸 ４２ 第２伝達軸 ４３ 第３伝達軸 ５１ 第１プーリー ５２ 第２プーリー ５３ 第３プーリー ５４ 第４プーリー ６１ 第１アーム ６２ 第２アーム ６３ 第３アーム ６４ ハンド ７１ 第２アーム ７２ ハンド ７３ 固定軸 ７４ 伝達軸 ７５ 第３プーリー ７６ 第４プーリー ７７ 歯付ベルト θ１ 第１アーム３２の回転角度 θ２ 第２アーム３３の回転角度 θ３ ハンド３４の回転角度 θ４ 第１アーム６１の回転角度 θ５ 第２アーム６２の回転角度 θ６ 第３アーム６３の回転角度 θ７ ハンド６４の回転角度 Ｌ１ 第１アーム３２上の伝達軸（４１、４２）の軸中
心の距離 Ｌ２ 第２アーム３３上の伝達軸（４２、４３）の軸中
心の距離 Ｌ３ 第１アーム６１上の回転軸中心の距離 Ｌ４ 第２アーム６２上の回転軸中心の距離 Ｌ５ 第３アーム６３上の回転軸中心の距離 Ｐ 第１アーム３２の回転中心 Ｑ 第１アーム６１の回転中心

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部と、固定部に対して回転可能な入力
   軸と、入力軸の回転が減速されて出力され入力軸と同軸
   の出力軸とを備えた減速機を複数用い、前位の減速機の
   出力軸と後位の減速機の固定部との間にアームを架設
   し、前位の減速機の入力軸と後位の減速機の入力軸とを
   同時に回転させる伝動機構で連結したことを特徴とする
   直線運動機構。