JP2020049616A - ロボットの駆動機構およびロボット - Google Patents

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Abstract

【課題】鉛直な軸線回りに駆動される駆動機構において発生する回転角度差を低減し、ロボットの動作軌跡の精度を向上する。【解決手段】第１部材１１０と、鉛直な軸線Ａ回りに第１部材１１０に対して回転可能に支持された第２部材１２０と、第１部材１１０または第２部材１２０の一方に固定される主駆動モータ２と、主駆動モータ２の回転を減速して第１部材１１０または第２部材１２０の他方に伝達する主駆動減速機３と、第１部材１１０に対して第２部材１２０に、軸線Ａ回りの一方向のトルクを常時付与する補助トルク発生装置４とを備えるロボット１００の駆動機構１である。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットの駆動機構およびロボットに関するものである。
従来、水平な軸線回りに駆動されるアームの駆動機構においては、当該アームを支持する部材に対してアームを水平な軸線回りに回転駆動するために、モータおよび減速機に加え、アームに常に作用する重力による負荷を軽減するためのバランサを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このように重力が作用するアームの駆動機構においては、重力もしくはバランサ等によって、減速機内の歯車の噛み合いが、動作範囲のほぼ全域においていずれかの方向に偏らされるので、歯車のバックラッシュが解消され、モータの回転軸と減速機の出力軸との間の回転角度差は発生し難い。
特開２００５−３１９５５０号公報
しかしながら、鉛直な軸線回りに駆動される旋回胴等の駆動機構においては、重力が作用しないので、重力による負荷を軽減するバランサは不要である一方で、減速機内の歯車のバックラッシュにより、モータの回転軸と減速機の出力軸との間の回転角度差が発生する。旋回胴の軸線に対してロボットの先端が離れれば離れるほど、旋回胴の駆動機構において発生する回転角度差は、ロボットの動作軌跡の精度を悪化させるという不都合がある。
本発明は、鉛直な軸線回りに駆動される駆動機構において発生する回転角度差を低減し、ロボットの動作軌跡の精度を向上することができるロボットの駆動機構およびロボットを提供することを目的としている。
本発明の一態様は、第１部材と、鉛直な軸線回りに前記第１部材に対して回転可能に支持された第２部材と、前記第１部材または前記第２部材の一方に固定される主駆動モータと、該主駆動モータの回転を減速して前記第１部材または前記第２部材の他方に伝達する主駆動減速機と、前記第１部材に対して前記第２部材に、前記軸線回りの一方向のトルクを常時付与する補助トルク発生装置とを備えるロボットの駆動機構である。
本態様によれば、第１部材または第２部材の一方に固定された主駆動モータの回転が主駆動減速機により減速されて第１部材または第２部材の他方に伝達されることにより、主駆動モータのトルクが増幅されて、第１部材に対して第２部材が鉛直な軸線回りに回転駆動される。また、補助トルク発生装置の作動により、第１部材に対して第２部材に鉛直な軸線回りの一方向のトルクが常時付与される。これにより、主駆動減速機内の歯車にバックラッシュが存在していても、補助トルク発生装置により発生したトルクによって歯車の噛み合いがいずれかの方向に偏らされるので、主駆動減速機のバックラッシュが解消され、主駆動モータと、主駆動減速機の出力軸との間の回転角度差を低減し、ロボットの動作軌跡の精度を向上することができる。
上記態様においては、前記補助トルク発生装置が、前記第１部材または前記第２部材の一方に固定される副駆動モータと、該副駆動モータの回転を減速して前記第１部材または前記第２部材の他方に伝達する副駆動減速機とを備えていてもよい。
この構成により、副駆動モータを一方向に駆動して、副駆動モータの回転を副駆動減速機により減速することによって、第１部材に対して第２部材に、簡易に一方向のトルクを常時付与することができる。
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの駆動機構を備えるロボットである。
本発明によれば、鉛直な軸線回りに駆動される駆動機構において発生する回転角度差を低減し、ロボットの動作軌跡の精度を向上することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るロボットの一例を示す全体構成図である。 図２のロボットに備えられる本発明の一実施形態に係る駆動機構の一例を示す縦断面図である。
本発明の一実施形態に係るロボット１００の駆動機構１およびロボット１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１００は、図１に示されるように、６軸多関節ロボットであって、床面に設置されるベース１１０と、鉛直方向に延びる第１軸線Ａ回りにベース１１０に対して回転可能に支持された旋回胴１２０と、水平方向に延びる第２軸線Ｂ回りに旋回胴１２０に対して回転可能に支持された第１アーム１３０と、第２軸線Ｂに平行な第３軸線Ｃ回りに第１アーム１３０に対して回転可能に支持された第２アーム１４０と、該第２アーム１４０の先端に支持された３軸手首ユニット１５０とを備えている。
本実施形態に係るロボット１００の駆動機構１は、ベース１１０に対して旋回胴１２０を回転させる第１軸の駆動機構である。この駆動機構１は、ベース（第１部材）１１０と、ベース１１０に対して第１軸線（軸線）Ａ回りに回転可能に支持された旋回胴（第２部材）１２０と、旋回胴１２０に固定された第１軸モータ（主駆動モータ）２と、第１軸モータ２の回転を減速する第１軸減速機（主駆動減速機）３と、補助トルク発生装置４とを備えている。
第１軸減速機３は、図２に示されるように、ベース１１０に固定された固定ケーシング５と、固定ケーシング５に対して第１軸線Ａ回りに回転可能に支持され、旋回胴１２０に固定された出力軸シャフト６とを備えている。第１軸減速機３は、内部に図示しない複数の歯車を備えている。第１軸モータ２の回転は歯車を経由して第１軸減速機３内部に伝達され、複数の歯車のギヤ比に応じた減速比で減速されて出力軸シャフト６に伝達される。これにより、第１軸モータ２のトルクが減速比に応じて増幅されて出力軸シャフト６から旋回胴１２０に入力され、旋回胴１２０が第１軸線Ａ回りに回転させられる。
補助トルク発生装置４は、図２に示されるように、ベース１１０に固定された補助モータ（副駆動モータ）７と、補助モータ７の回転を減速する補助減速機（副駆動減速機）８とを備えている。補助減速機８も固定ケーシング９と出力軸シャフト１０とを備え、固定ケーシング９はベース１１０に固定されている。
出力軸シャフト１０は、第１軸減速機３の中央に第１軸線Ａに沿って貫通する中央孔１１を貫通する連結シャフト１２を経由して旋回胴１２０に固定されている。補助モータ７は、第１軸線Ａ回りの一方向のトルクを常時発生する。
このように構成された本実施形態に係るロボット１００の駆動機構１およびロボット１００の作用に付いて以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１００の駆動機構１によれば、補助トルク発生装置４の作動により第１軸線Ａ回りの一方向に発生したトルクが旋回胴１２０に付与されることにより、旋回胴１２０は、常に重力によるトルクを受ける第１アーム１３０と同様の状況で動作させられる。
すなわち、第１軸モータ２および第１軸減速機３により発生するトルクの方向が、補助トルク発生装置４により発生するトルクの方向と一致している場合には、第１軸モータ２により発生するトルクは少なくて済むが、補助トルク発生装置４により発生するトルクの方向とは逆方向である場合には、より大きなトルクを発生させる必要がある。そして、旋回胴１２０を所定位置に停止させておくには、第１軸モータ２によって補助トルク発生装置４によるトルクとは逆方向に同一の大きさのトルクを発生させておくか、ブレーキによって停止させておく必要がある。
このように補助トルク発生装置４によって常時同一方向にトルクを発生させておくことにより、第１軸減速機３内の複数の歯車の噛み合いにバックラッシュが存在していたとしても、歯車の噛み合いがいずれかの方向に偏らされるので、第１軸減速機３のバックラッシュが解消され、第１軸モータ２と、第１軸減速機３の出力軸との間の回転角度差を低減することができるという利点がある。
特に、本実施形態に係るロボット１００によれば、第１軸減速機３のバックラッシュが解消されることにより、第１アーム１３０および第２アーム１４０を最も延ばした状態で３軸手首ユニット１５０の先端が第１軸線Ａから最も離れた状態においても、ロボット１００の先端の動作軌跡の精度を向上することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、第１軸モータ２を旋回胴１２０に固定する場合を例示したが、ベース１１０に固定することにしてもよい。
また、補助トルク発生装置４により付与するトルクの方向は逆方向でもよい。また、補助トルク発生装置４が常に一定のトルクを発生する場合の他、第１軸モータ２の発生トルクに合わせて補助トルク発生装置４が発生するトルクの大きさを変化させてもよい。
すなわち、補助トルク発生装置４により付与するトルクの方向と、第１軸モータ２により発生するトルクの方向とが逆方向である場合には、第１軸モータ２にとって補助トルク発生装置４により付与されるトルクが負荷となるため、負荷を減らすためにトルクの大きさを低下させてもよい。
また、本実施形態においては、補助トルク発生装置４として補助モータ７および補助減速機８を有するものを例示したが、これに代えて、渦巻きバネ、圧縮コイルバネ等のバネの弾発力を利用して旋回胴１２０に第１軸線Ａ回りの一方向のトルクを常時付与するものを採用してもよい。
また、６軸多関節型ロボットを例示したが、鉛直方向に延びる軸線回りに回転駆動される軸を有する任意の形式のロボットに適用することができる。
１ 駆動機構
２ 第１軸モータ（主駆動モータ）
３ 第１軸減速機（主駆動減速機）
４ 補助トルク発生装置
７ 補助モータ（副駆動モータ）
８ 補助減速機（副駆動減速機）
１００ ロボット
１１０ ベース（第１部材）
１２０ 旋回胴（第２部材）
Ａ 第１軸線（軸線）

Claims (3)

  1. 第１部材と、
    鉛直な軸線回りに前記第１部材に対して回転可能に支持された第２部材と、
    前記第１部材または前記第２部材の一方に固定される主駆動モータと、
    該主駆動モータの回転を減速して前記第１部材または前記第２部材の他方に伝達する主駆動減速機と、
    前記第１部材に対して前記第２部材に、前記軸線回りの一方向のトルクを常時付与する補助トルク発生装置とを備えるロボットの駆動機構。
  2. 前記補助トルク発生装置が、前記第１部材または前記第２部材の一方に固定される副駆動モータと、
    該副駆動モータの回転を減速して前記第１部材または前記第２部材の他方に伝達する副駆動減速機とを備える請求項１に記載のロボットの駆動機構。
  3. 請求項１または請求項２に記載の駆動機構を備えるロボット。
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