JP2017007000A - 搬送アーム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の２関節以上のロボットの搬送アームは高速動作に向いておらず、あるいはアームの回転および停止位置を高精度で制御できない。
【解決手段】 互いに連結された第１アームと第２アームは、第１動力源と第２動力源によりそれぞれ独立に駆動される。第１動力源により駆動される第１回転軸と、前記第２動力源により駆動される第２回転軸は同軸であり、第１アームは第１回転軸に直接結合されて駆動され、第２回転軸に結合された第１駆動軸の回転は、第１アームと第２アームの関節部の第２駆動軸にコンロッドにより伝達され、第２アームは、伝達された第２駆動軸の回転によって駆動される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば２関節以上のロボットで使用される搬送用アーム機構に関する。

部品の搬送や組み立て等において、多関節ロボットが多く使用される。例えば２関節のロボットの搬送アームでは、連結された２つのアームを連動して回転させ、先端の第２アームを所定の位置へすばやく移動させ、そこで上記作業を行わせる。そのための駆動機構としては、従来、例えば特許文献１に開示されている搬送アームのように、連結された第１アームと第２アームの関節ごとに駆動機構（モータ、減速機等）を設けているものが一般的である。また、例えば特許文献２に開示されているように、第１アームは基端部のモータにより直接駆動されるのに対して、第２アームはこのモータの動力を減速機、プーリーを介してタイミングベルトに伝達し、これによって第２アームの基端部の回転軸を駆動する形式も一般的である。

特開２０１０−４６７３３号公報 特開２０１１−５６８４４号公報 特開平１１−２０７６８４号公報

しかしながら、２つのアームの関節ごとに駆動機構を設ける形式の搬送アームは、第１アームの回転軸から離れた第２アームの基端部に重量の大きい第２の駆動機構を備えているため、第１アームを回転させる際に第２アームの慣性イナーシャが大きく、高速動作に向いていないという欠点があった。

一方、タイミングベルトによって第２アームを駆動する形式の搬送アームは、動力源が１つで済むという利点はあるものの、動力源の回転力が第１アームには直接伝達されても、第２アームの回転軸への伝達はタイミングベルトを介しての伝達となるため、タイミングベルトの伝達剛性が小さいことにより回転および停止位置の位置決め精度が低くなるとともに、回転軸でのバックラッシュも生じやすいという欠点があった。

本発明は、このような課題を解決するためのものであり、その目的は、連結された第１アームおよび第２アームの回転を高精度で制御でき、かつ、両アームの個々の回転軸でのバックラッシュを抑えることが可能な搬送アーム機構を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決する搬送アームに関するものであり、以下のように構成されている。
互いに連結された第１アームと第２アーム、前記第１アームを駆動するための第１動力源と前記第２アームを駆動するための第２動力源、およびこれらを支持するためのベースを含む搬送用アーム機構であって、
前記第１動力源により駆動される第１回転軸と、前記第２動力源により駆動される第２回転軸をさらに備え、
前記第１回転軸と前記第２回転軸は同軸であり、かつ前記第１アームの回転中心に一致して前記第１アームの基端部まで延在し、
前記第１アームは、前記第１回転軸に結合されて前記第１回転軸と連動して回転し、
前記第２回転軸の先端に結合された第１駆動軸と、前記第１アームと前記第２アームの関節部で前記第２アームに結合された第２駆動軸と、前記第１駆動軸と前記第２駆動軸を連結して動力を伝達するための伝達要素とをさらに備え、
前記第１駆動軸は前記第２回転軸の回転運動を前記伝達要素の往復運動へ変換し、前記第２駆動軸は前記伝達要素の前記往復運動を回転運動へ再変換し、
前記第２アームは、前記第２駆動軸の前記回転運動と連動して回転するように構成されている。

本発明の搬送用アーム機構は、好ましくは前記伝達要素が剛性の高い部材で構成されている。

本発明の搬送用アーム機構は、さらに好ましくは前記伝達要素がコンロッド、あるいは高剛性タイミングベルトで構成されている。

このような構成にすることにより、第２動力源が第２アームに付属していないので、第１アーム回転時の慣性イナーシャを低減できる。また第１アームは第１動力源に直結した第１回転軸により直接駆動され、第２アームは、第２動力源に直結した第２回転軸に結合された第１駆動軸から、コンロッド、あるいは高剛性タイミングベルトのような高剛性の部材を用いて駆動力が伝達された第２駆動軸によって駆動される。そのため、それぞれの動力源によってそれぞれのアームの回転および停止を高速に高精度で制御でき、かつ、それぞれのアームの回転軸でのバックラッシュを低減することができる。

さらに、第１アームと第２アームをそれぞれ第１動力源と第２動力源により独立に回転させることができるので、第１アームと第２アームの相互の動きを連動させて駆動するための複雑な機構を付加する必要がなく、また駆動の制御装置を簡略化することができるので、搬送アーム機構の小型化を図ることができる。

さらに本発明では、第１動力源、第２動力源の回転中心軸が、同一軸上に配置された第１回転軸と第２回転軸とは同軸ではないため、２つの動力源の回転中心軸と第１、第２の回転軸を一致させた機構の場合のように（例えば特許文献３）、２つの動力源への供給配線を特別に工夫する必要がなく、第１、第２動力源の設計自由度が大きいという利点もある。

本発明の第１の実施例による搬送用アーム機構の断面図である。 本発明の第２の実施例による搬送用アーム機構の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施例による搬送用アーム機構の断面図を示す。搬送用アーム機構１００は、ベース１０１上に第１動力源（サーボモータ）１１１が減速機構（ローラドライブ機構）を介して駆動する第１回転軸１１２が横方向に設置され、さらに第２動力源（サーボモータ）１２１が減速機構（ローラドライブ機構）を介して駆動する第２回転軸１２２が第１回転軸１１２の内側に同軸に配置されている。第１回転軸１１２の先端部には第１アーム１１０の基端部が固定されており、第１アーム１１０は第１回転軸１１２の回転と連動して回転する。なお、本実施例では減速機構としてローラドライブ機構を用いているが、ウォームギア等の他の機構でもよく、あるいは第２回転軸は減速機構を介さず動力源と直結としてもよい。

一方、第１アーム１１０の基端部まで延びた第２回転軸１２２の先端部には、第１駆動軸１３１が取付けられており、その外周には動力の伝達要素として高剛性タイミングベルト１３２が装着され、第２回転軸１２２の回転が高剛性タイミングベルト１３２に伝達される。第１アーム１１０と第２アーム１２０を結合する関節部１３６には第２駆動軸１３３が設けられており、高剛性タイミングベルト１３２がその外周に装着され、第２回転軸１２２の回転が第２駆動軸１３３に伝達される。第２駆動軸１３３には第２アーム１２０が固定されており、第２アーム１２０は第２回転軸１２２の回転に連動して回転する。

図２は本発明の第２の実施例による搬送用アーム機構の断面図を示す。搬送用アーム機構２００は、第１動力源（サーボモータ）２１１が減速機構（ローラドライブ機構）を介して駆動する第１回転軸２１２が縦方向に設置され、さらに第２動力源（サーボモータ）２２１がギアを介して駆動する第２回転軸２２２が第１回転軸２１２の内側に同軸に配置されている。第１回転軸２１２の先端部には第１アーム２１０が固定されており、第１アーム２１０は第１回転軸２１２の回転に連動して回転する。なお、本実施例でも第１動力源の減速機構としてローラドライブ機構を用いているが、ウォームギア等の他の機構でもよい。また、第２動力源と第２回転軸はギアを介して結合されているが、直結としてもよい。

一方、第２回転軸２２２の先端部には第１駆動軸２３１が固定されており、その外周のクランク２３３には動力の伝達要素としてコンロッド２３２が連結され、第２回転軸２２２の回転がコンロッドの回転・往復運動に変換される。第１アーム２１０と第２アーム２２０を結合する関節部２３６には第２駆動軸２３７が取付けられ、コンロッド２３２の先端部が第２駆動軸２３７の外周のクランク２３５に結合され、コンロッド２３２の回転・往復運動が第２駆動軸２３７の回転運動へ再び変換される。なお、中間部のクランク２３４は、第１駆動軸２３１と第２駆動軸２３７を同位相で回転させるためのものである。本実施例では第２アーム２２０は第２の駆動軸２３７と同軸の回転運動を行い、図示していないが、第２アーム２２０には種々のアタッチメントを装着することが可能となっている。

なお、上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限定されず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更、及び修正をすることができることは当業者に明らかである。

１００、２００ 搬送アーム機構
１０１ ベース
１１０、２１０ 第１アーム
１１１、２１１ 第１動力源
１１２、２１２ 第１回転軸
１２０、２２０ 第２アーム
１２１、２２１ 第２動力源
１２２、２２２ 第２回転軸
１３１、２３１ 第１駆動軸
１３２ 高剛性タイミングベルト
１３３、２３７ 第２駆動軸
１３６、２３６ 関節部
２３２ コンロッド
２３３、２３４、２３５ クランク

Claims (4)

1. 互いに連結された第１アームと第２アーム、前記第１アームを駆動するための第１動力源と前記第２アームを駆動するための第２動力源、およびこれらを支持するためのベースを含む搬送用アーム機構であって、
   前記第１動力源により駆動される第１回転軸と、前記第２動力源により駆動される第２回転軸をさらに備え、
   前記第１回転軸と前記第２回転軸は同軸であり、かつ前記第１アームの回転中心に一致して前記第１アームの基端部まで延在し、
   前記第１アームは、前記第１回転軸に結合されて前記第１回転軸と連動して回転し、
   前記第２回転軸の先端に結合された第１駆動軸と、前記第１アームと前記第２アームの関節部で前記第２アームに結合された第２駆動軸と、前記第１駆動軸と前記第２駆動軸を連結して動力を伝達するための伝達要素とをさらに備え、
   前記第１駆動軸は前記第２回転軸の回転運動を前記伝達要素の往復運動へ変換し、前記第２駆動軸は前記伝達要素の前記往復運動を回転運動へ再変換し、
   前記第２アームは、前記第２駆動軸の前記回転運動と連動して回転するように
   構成されている搬送用アーム機構。
2. 前記伝達要素が剛性の高い部材である請求項１に記載の搬送用アーム機構。
3. 前記剛性の高い部材がコンロッドである請求項２に記載の搬送用アーム機構。
4. 前記剛性の高い部材が高剛性タイミングベルトである請求項２に記載の搬送用アーム機構。