JP2022114554A - Joint driving mechanism, joint driving mechanism module, and robot arm - Google Patents

Abstract

To provide a technology of a joint driving mechanism capable of reducing torque change with respect to a joint rotation position.SOLUTION: A joint driving mechanism 10 comprises a drive pulley 12 for outputting rotary torque, a driving belt 16 for being looped over the drive pulley 12, and an air cylinder 30 for applying a force, which makes the drive belt 16 go around, to the drive belt 16.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、関節駆動機構、関節駆動機構モジュールおよびロボットアームに関する。 The present invention relates to a joint drive mechanism, a joint drive mechanism module and a robot arm.

関節機構に接続されたアームを有するロボットアームが知られている。例えば、特許文献１には、基台上に回転可能に載置された多軸ロボットアームと、アームの先端部に取付けられた２枚のサイドプレートを駆動する駆動手段とを備えたグラビア製版用ロボットが記載されている。このロボットでは、多軸ロボットアームの関節は、モータによって駆動され、サイドプレートは、エアシリンダ、油圧シリンダ、高圧ガスシリンダなどによって駆動される。 Robotic arms are known that have an arm connected to an articulation mechanism. For example, Patent Literature 1 discloses a gravure platemaking robot equipped with a multi-axis robot arm rotatably mounted on a base and drive means for driving two side plates attached to the tip of the arm. A robot is described. In this robot, the joints of the multi-axis robot arm are driven by motors, and the side plates are driven by air cylinders, hydraulic cylinders, high-pressure gas cylinders, and the like.

特開２００８－２２１５８９号公報JP 2008-221589 A

加えられた外力や衝突時の負荷を軽減する観点から、ロボット機構の関節に、柔軟性を有する空気圧駆動を用いることが考えられる。空気圧駆動の関節として、ベーンアクチュエータを採用することが考えられるが、この場合、出力トルクが不足する。また、エアシリンダの直動力をリンク機構により回転力に変換することも考えられるが、この場合、リンクの性質上、関節の回動位置によって出力トルクが大きく変化するという問題がある。
これらから、従来のロボットの関節機構には、関節の回動位置に対するトルク変化を低減する観点から、改善の余地があることが認識されている。 From the viewpoint of reducing the external force applied and the load at the time of collision, it is conceivable to use flexible pneumatic drive for the joints of the robot mechanism. A vane actuator may be used as the pneumatically driven joint, but in this case, the output torque is insufficient. It is also conceivable to convert the linear force of the air cylinder into a rotational force by a link mechanism, but in this case, due to the nature of the link, there is a problem that the output torque varies greatly depending on the rotational position of the joint.
From these, it is recognized that there is room for improvement in the conventional robot joint mechanism from the viewpoint of reducing the torque change with respect to the rotational position of the joint.

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、関節の回動位置に対するトルク変化を低減可能な関節駆動機構の技術を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technology of a joint driving mechanism capable of reducing torque change with respect to the rotational position of the joint.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の関節駆動機構は、回動トルクを出力するための駆動プーリと、駆動プーリに掛けられる駆動ベルトと、駆動ベルトを周回させる力を駆動ベルトに加えるエアシリンダと、を備える。 In order to solve the above-described problems, a joint drive mechanism according to one aspect of the present invention includes a drive pulley for outputting rotational torque, a drive belt applied to the drive pulley, and a force for rotating the drive belt applied to the drive belt. and an air cylinder to apply.

本発明の別の態様は、関節駆動機構モジュールである。この関節駆動機構モジュールは、上記の関節駆動機構を複数備える。 Another aspect of the invention is a joint drive module. This joint drive mechanism module includes a plurality of the joint drive mechanisms described above.

本発明のさらに別の態様は、ロボットアームである。このロボットアームは、回動トルクを出力するための駆動プーリと、駆動プーリに掛けられる駆動ベルトと、駆動ベルトを周回させる力を駆動ベルトに加えるエアシリンダと、を有する関節駆動機構を備える。 Yet another aspect of the invention is a robotic arm. This robot arm includes a joint drive mechanism having a drive pulley for outputting rotational torque, a drive belt that is hung around the drive pulley, and an air cylinder that applies force to the drive belt to rotate the drive belt.

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 In addition, any combination of the above, and the mutual replacement of the components and expressions of the present invention between methods, devices, programs, temporary or non-temporary storage media recording programs, systems, etc. It is effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、関節の回動位置に対するトルク変化を低減可能な関節駆動機構の技術を提供できる。 According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a technique of a joint drive mechanism capable of reducing torque changes with respect to the rotational position of the joint.

第１実施形態に係る関節駆動機構を備えたロボットアームを示す側面図である。1 is a side view showing a robot arm having a joint drive mechanism according to a first embodiment; FIG. 図１の関節駆動機構を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the joint drive mechanism of FIG. 1; 図１の関節駆動機構のモーメント付与部の機能を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the function of a moment applying section of the joint drive mechanism of FIG. 1; 第２実施形態に係る関節駆動機構を示す正面図である。It is a front view which shows the joint drive mechanism which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る関節駆動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the joint drive mechanism which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. In the embodiment and modified examples, the same or equivalent constituent elements and members are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted as appropriate. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. Also, in each drawing, some of the members that are not important for explaining the embodiments are omitted.

また、共通点のある別々の構成要素には、符号の末尾に「－Ａ、－Ｂ」等と大文字のアルファベットを付して区別し、総称するときはこれらを省略する。第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。 In addition, separate constituent elements having common points are distinguished by adding uppercase letters such as "-A, -B" at the end of the reference numerals, and these are omitted when generically referred to. Although terms including ordinal numbers such as first, second, etc. are used to describe various components, these terms are only used to distinguish one component from another and are used only to distinguish one component from another. Elements are not limited.

［第１実施形態］
図面を参照して、本開示の第１実施形態に係る関節駆動機構１０を備えたロボットアーム１００を説明する。図１は、ロボットアーム１００を示す側面図である。図２は、関節駆動機構１０を示す正面図であり、関節駆動機構１０を図１の矢視Ｇから視た図である。本実施形態のロボットアーム１００は、基台５８と、関節駆動機構１０と、駆動部６０と、被駆動体８０と、外装部８４とを含む。図１では、外装部８４および後述するシャーシ５６の一部を透視して示している。 [First embodiment]
A robot arm 100 including a joint drive mechanism 10 according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing the robot arm 100. FIG. FIG. 2 is a front view showing the joint drive mechanism 10, and is a view of the joint drive mechanism 10 as viewed from arrow G in FIG. The robot arm 100 of this embodiment includes a base 58 , a joint driving mechanism 10 , a driving section 60 , a driven body 80 and an exterior section 84 . In FIG. 1, the exterior part 84 and a part of the chassis 56, which will be described later, are seen through.

基台５８は、ロボットアーム１００のベースであり、関節駆動機構１０を支持する。以下、便宜的に関節駆動機構１０の基台５８に支持される側を基端側といい、その反対側を反基端側という。関節駆動機構１０は、反基端側が基端側の鉛直上方に位置するように、基端側が基台５８に固定される。このような方向の表記は、関節駆動機構１０の仕様姿勢を限定するものではなく、関節駆動機構１０は任意の姿勢で使用されうる。 The base 58 is the base of the robot arm 100 and supports the joint drive mechanism 10 . Hereinafter, for the sake of convenience, the side supported by the base 58 of the joint drive mechanism 10 will be referred to as the base end side, and the opposite side will be referred to as the non-base end side. The proximal side of the joint drive mechanism 10 is fixed to the base 58 so that the opposite proximal side is positioned vertically above the proximal side. Such directional notation does not limit the specified posture of the joint drive mechanism 10, and the joint drive mechanism 10 can be used in any posture.

被駆動体８０は、関節駆動機構１０の反基端側に支持される。被駆動体８０は、例えば次節のアームであり、被駆動体８０の先端に所定の機能を有するエンドエフェクタ８２を備える。一例として、エンドエフェクタ８２は、物を掴むハンドであってもよい。関節駆動機構１０は、被駆動体８０に回動トルクを出力する。関節駆動機構１０が回動トルクを出力することにより、例えば、被駆動体８０の先端は矢印Ｃ、Ｄで示すように上下に回動する。 The driven body 80 is supported on the side opposite to the proximal end of the joint driving mechanism 10 . The driven body 80 is, for example, an arm described in the next section, and has an end effector 82 having a predetermined function at the tip of the driven body 80 . As an example, the end effector 82 may be a hand that grabs an object. The joint drive mechanism 10 outputs rotational torque to the driven body 80 . When the joint drive mechanism 10 outputs rotational torque, for example, the tip of the driven body 80 rotates up and down as indicated by arrows C and D. As shown in FIG.

駆動部６０は、上位の制御システム（不図示）からの作動指令に基づいて関節駆動機構１０を駆動する。本実施形態の駆動部６０は、供給部６６と、電磁弁６４と、制御部６２とを有する。供給部６６は、圧縮空気を電磁弁６４に供給する。供給部６６は、例えばエアーポンプや圧縮空気のサージタンクを含んで構成できる。電磁弁６４は、制御部６２の制御に基づいて作動する電磁弁を有し、供給部６６から供給された圧縮空気をエアシリンダ３０に送出する。制御部６２は、上位の制御システムからの作動指令に基づいて電磁弁６４を制御する。 The drive unit 60 drives the joint drive mechanism 10 based on an actuation command from a higher control system (not shown). The drive section 60 of this embodiment has a supply section 66 , an electromagnetic valve 64 and a control section 62 . The supply unit 66 supplies compressed air to the solenoid valve 64 . The supply unit 66 can be configured to include, for example, an air pump or a compressed air surge tank. The solenoid valve 64 has a solenoid valve that operates under the control of the control section 62 and sends the compressed air supplied from the supply section 66 to the air cylinder 30 . The control unit 62 controls the solenoid valve 64 based on an operation command from a higher control system.

関節駆動機構１０は、ロボットアームの関節を駆動する機構であり、一のロボットアームに一つまたは複数備えられる。複数の関節駆動機構１０は、カスケードに連結可能で、一の関節駆動機構の被駆動体が次節の関節駆動機構であってもよい。 The joint drive mechanism 10 is a mechanism for driving the joints of the robot arm, and one robot arm is provided with one or a plurality of the joint drive mechanisms 10 . A plurality of joint drive mechanisms 10 can be connected in a cascade, and the driven body of one joint drive mechanism may be the next joint drive mechanism.

本実施形態の関節駆動機構１０は、駆動プーリ１２と、駆動ベルト１６と、従動プーリ２２と、エアシリンダ３０と、ガイド部３７と、モーメント付与部４０と、位置検出部４８と、弛み低減部５０と、シャーシ５６とを備える。図２に示すように、シャーシ５６は、ロボットアーム１００の基台５８に固定され、関節駆動機構１０の各要素を支持するフレームとして機能する。具体的には、シャーシ５６は、駆動プーリ１２、従動プーリ２２、エアシリンダ３０、ガイド部３７、位置検出部４８および弛み低減部５０を支持する。 The joint driving mechanism 10 of this embodiment includes a driving pulley 12, a driving belt 16, a driven pulley 22, an air cylinder 30, a guide portion 37, a moment applying portion 40, a position detecting portion 48, and a slack reducing portion. 50 and a chassis 56 . As shown in FIG. 2 , the chassis 56 is fixed to the base 58 of the robot arm 100 and functions as a frame that supports each element of the joint drive mechanism 10 . Specifically, the chassis 56 supports the drive pulley 12 , the driven pulley 22 , the air cylinder 30 , the guide portion 37 , the position detection portion 48 and the slack reduction portion 50 .

駆動プーリ１２は、被駆動体８０に回動トルクを出力する。駆動プーリ１２の構成に限定はないが、この例の駆動プーリ１２は、中央に１本の駆動軸１４が固定され、駆動軸１４周りにシャーシ５６に回転可能に支持される滑車として機能する。この例の駆動プーリ１２は、円盤状で、外周に索輪を有する。駆動プーリ１２の索輪は、駆動ベルト１６の形状に応じた、Ｖ溝、平溝、歯車付き等の公知の形状を有する。この例では、駆動プーリ１２の索輪には、２つのフランジの間に平歯車が形成されている。駆動軸１４は図示しない軸受手段によりシャーシ５６に回転可能に支持される。後述する従動軸２４についても同様である。 The drive pulley 12 outputs rotational torque to the driven body 80 . Although the configuration of the drive pulley 12 is not limited, the drive pulley 12 of this example has one drive shaft 14 fixed in the center and functions as a pulley rotatably supported by the chassis 56 around the drive shaft 14 . The drive pulley 12 in this example is disc-shaped and has a rope loop on its outer periphery. The raceway of the drive pulley 12 has a known shape such as V-groove, flat groove, geared, etc. according to the shape of the drive belt 16 . In this example, the raceway of drive pulley 12 is formed with a spur gear between two flanges. The drive shaft 14 is rotatably supported on the chassis 56 by bearing means (not shown). The same applies to the driven shaft 24, which will be described later.

駆動ベルト１６は、エアシリンダ３０から入力された直線運動を駆動プーリ１２に伝達して回転運動に変換する運動変換機能を有する。駆動ベルト１６は、駆動プーリ１２に掛けられて周回するループ状の索条物である。駆動ベルト１６は、上記運動変換機能を生じうる公知の機械要素であればよく、狭義のベルトに限定されず、ロープ、ケーブル、チェーンなどであってもよい。この例の駆動ベルト１６は、歯付きベルト（コグベルトともいう）である。 The drive belt 16 has a motion conversion function of transmitting linear motion input from the air cylinder 30 to the drive pulley 12 and converting it into rotary motion. The drive belt 16 is a loop-shaped cord that is looped around the drive pulley 12 . The drive belt 16 may be any known mechanical element capable of producing the motion converting function, and is not limited to a narrowly defined belt, and may be a rope, cable, chain, or the like. The drive belt 16 in this example is a toothed belt (also called a cog belt).

エアシリンダ３０は、駆動ベルト１６を周回させる力（推力）を駆動ベルト１６に加える機械要素である。エアシリンダ３０は、圧縮空気のエネルギーを直動運動に変換するエネルギー変換機能を有する。エアシリンダ３０は、上記エネルギー変換機能を生じうる公知の機械要素であればよく、狭義のエアシリンダに限定されない。この例のエアシリンダ３０は、筒状のシリンダ３２と、シリンダ３２の端部から進退する棒状のピストンロッド３４とを有する。エアシリンダ３０は、１つのポートから空気を出し入れし、内部のバネによって位置を制御する単動シリンダであってもよいし、２つ以上のポートを有し、各ポートへの圧縮空気の供給を調整してストローク方向を制御する複動シリンダであってもよい。この例のエアシリンダ３０は、複動シリンダである。 The air cylinder 30 is a mechanical element that applies a force (thrust force) to the drive belt 16 to rotate the drive belt 16 . The air cylinder 30 has an energy conversion function of converting the energy of compressed air into linear motion. The air cylinder 30 is not limited to an air cylinder in a narrow sense as long as it is a known mechanical element capable of producing the energy conversion function. The air cylinder 30 of this example has a cylindrical cylinder 32 and a rod-like piston rod 34 that advances and retreats from the end of the cylinder 32 . The air cylinder 30 may be a single-acting cylinder in which air is taken in and out from one port and the position is controlled by an internal spring, or it has two or more ports and each port is supplied with compressed air. It may be a double-acting cylinder that is adjusted to control the stroke direction. The air cylinder 30 in this example is a double acting cylinder.

エアシリンダ３０は、シリンダ３２の基端側がシャーシ５６に固定され、ピストンロッド３４の先端が連結具３５によって駆動ベルト１６に接続されている。具体的には、駆動ベルト１６のエアシリンダ３０が接続される部分（以下、「クランプ部１６２」という）にクランプ機構３６が固定されており、連結具３５は、クランプ機構３６に連結される。ピストンロッド３４の進退方向は、駆動ベルト１６のクランプ部１６２における張り方向にほぼ平行に延びている。このため、エアシリンダ３０は、ピストンロッド３４が進退することにより、連結具３５とクランプ機構３６とを介して駆動ベルト１６のクランプ部１６２に張り方向に沿った方向の推力を加え、駆動ベルト１６を周回させる。 The base end of the cylinder 32 of the air cylinder 30 is fixed to the chassis 56 , and the tip of the piston rod 34 is connected to the drive belt 16 by a connector 35 . Specifically, the clamp mechanism 36 is fixed to a portion of the drive belt 16 to which the air cylinder 30 is connected (hereinafter referred to as “clamp portion 162 ”), and the connector 35 is connected to the clamp mechanism 36 . The advancing/retreating direction of the piston rod 34 extends substantially parallel to the tensioning direction of the drive belt 16 at the clamp portion 162 . For this reason, the air cylinder 30 applies thrust in the tension direction to the clamp portion 162 of the drive belt 16 via the connector 35 and the clamp mechanism 36 by moving the piston rod 34 back and forth. circulate.

以下、矢印Ａ－Ｄで示す方向を「Ａ－Ｄ方向」という。図１に示すように、エアシリンダ３０は、ピストンロッド３４が進出するときＡ方向に駆動ベルト１６を周回させ、ピストンロッド３４が後退するときＢ方向に駆動ベルト１６を周回させる。 Hereinafter, the direction indicated by arrows AD will be referred to as "AD direction". As shown in FIG. 1, the air cylinder 30 rotates the drive belt 16 in the A direction when the piston rod 34 advances, and rotates the drive belt 16 in the B direction when the piston rod 34 retreats.

駆動ベルト１６が、Ａ方向に周回すると駆動プーリ１２および駆動軸１４は、図２において反時計回りに回転し、駆動軸１４に固定された被駆動体８０はＤ方向に回動する。駆動ベルト１６が、Ｂ方向に周回すると駆動プーリ１２および駆動軸１４は、図２において時計回りに回転し、駆動軸１４に固定された被駆動体８０はＣ方向に回動する。 When the drive belt 16 rotates in the A direction, the drive pulley 12 and the drive shaft 14 rotate counterclockwise in FIG. 2, and the driven body 80 fixed to the drive shaft 14 rotates in the D direction. When the drive belt 16 rotates in the B direction, the drive pulley 12 and the drive shaft 14 rotate clockwise in FIG. 2, and the driven body 80 fixed to the drive shaft 14 rotates in the C direction.

駆動プーリ１２の出力トルクは、クランプ部１６２の有効ストロークの範囲で、概ね、ピストンロッド３４がクランプ部１６２に加える推力と駆動プーリ１２のベルト周回部の半径との積である。したがって、駆動プーリ１２の出力トルクは、駆動プーリ１２の回転位置（回転角度）の影響を殆ど受けず略一定にできる。 The output torque of the driving pulley 12 is approximately the product of the thrust applied to the clamping portion 162 by the piston rod 34 and the radius of the belt circumference of the driving pulley 12 within the effective stroke of the clamping portion 162 . Therefore, the output torque of the drive pulley 12 can be kept substantially constant without being affected by the rotational position (rotational angle) of the drive pulley 12 .

本実施形態は、駆動ベルト１６が掛けられる従動プーリ２２を備える。従動プーリ２２は、駆動ベルト１６のエアシリンダ３０が接続される部分（クランプ部１６２）を挟んで駆動プーリ１２と対向配置される。この場合、２つのプーリが対向配置されるので、駆動ベルト１６の周回経路は長円形になり、余分な負荷損失が発生しにくい。この例では、従動プーリ２２は、駆動ベルト１６の張り方向が鉛直方向になるように、駆動プーリ１２よりも基端側に配置される。従動プーリ２２の構成に限定はないが、この例の従動プーリ２２は、中央に１本の従動軸２４が固定され、従動軸２４周りにシャーシ５６に回転可能に支持される滑車として機能する。この例の従動プーリ２２は、駆動プーリ１２と同直径で同形状を有する。 This embodiment comprises a driven pulley 22 around which the drive belt 16 is entrained. The driven pulley 22 is arranged to face the drive pulley 12 across a portion (clamp portion 162) of the drive belt 16 to which the air cylinder 30 is connected. In this case, since the two pulleys are arranged to face each other, the winding path of the drive belt 16 becomes oval, and excessive load loss is less likely to occur. In this example, the driven pulley 22 is arranged closer to the proximal side than the drive pulley 12 so that the direction of tension of the drive belt 16 is vertical. Although the configuration of the driven pulley 22 is not limited, the driven pulley 22 of this example has one driven shaft 24 fixed in the center and functions as a pulley rotatably supported by the chassis 56 around the driven shaft 24 . The driven pulley 22 in this example has the same diameter and shape as the driving pulley 12 .

ピストンロッド３４が傾斜状態で進退するとスライド抵抗が増えて制御精度が低下する。そこで、本実施形態は、ピストンロッド３４を所定の直線に沿ってガイドするガイド部３７を備える。この例のガイド部３７は、レール３９と、レール３９上を滑走するスライダ３８とを有するリニアガイドである。リニアガイドとしては、例えば、ＴＨＫ株式会社製のＬＭガイド（登録商標）を採用できる。この場合、ころがり機構を用いるのでピストンロッド３４の直線運動を円滑にガイドできる。 When the piston rod 34 advances and retreats in an inclined state, the slide resistance increases and the control accuracy decreases. Therefore, this embodiment includes a guide portion 37 that guides the piston rod 34 along a predetermined straight line. The guide portion 37 in this example is a linear guide having a rail 39 and a slider 38 that slides on the rail 39 . As the linear guide, for example, LM Guide (registered trademark) manufactured by THK Corporation can be used. In this case, since a rolling mechanism is used, the linear motion of the piston rod 34 can be smoothly guided.

本実施形態では、連結具３５の一端はピストンロッド３４の先端部に固定され、連結具３５の他端はピストンロッド３４の先端部から駆動ベルト１６を越えてスライダ３８まで延び、ボルト等によりスライダ３８に固定される。連結具３５は、ピストンロッド３４の先端部とスライダ３８との間で駆動ベルト１６のクランプ機構３６に、ボルト等により固定される。この構成により、少ない部品点数で、ピストンロッド３４の先端部と、クランプ機構３６と、スライダ３８とを連結できる。 In this embodiment, one end of the connector 35 is fixed to the tip of the piston rod 34, the other end of the connector 35 extends from the tip of the piston rod 34 over the drive belt 16 to the slider 38, and the slider is secured by bolts or the like. 38. The connector 35 is fixed to the clamp mechanism 36 of the drive belt 16 between the tip of the piston rod 34 and the slider 38 by bolts or the like. With this configuration, the tip portion of the piston rod 34, the clamp mechanism 36, and the slider 38 can be connected with a small number of parts.

図２、図３を参照して、モーメント付与部４０を説明する。図３は、モーメント付与部４０の機能を説明する説明図である。図３（Ａ）は、被駆動体８０が駆動プーリ１２から水平方向に延びる状態を示し、図３（Ａ）は、被駆動体８０が駆動プーリ１２から鉛直上向に延びる状態を示している。 The moment applying unit 40 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the function of the moment applying section 40. As shown in FIG. 3A shows a state in which the driven body 80 extends horizontally from the driving pulley 12, and FIG. 3A shows a state in which the driven body 80 extends vertically upward from the driving pulley 12. FIG. .

被駆動体８０は、被駆動体８０に作用する重力により駆動プーリ１２に重力モーメントＭｇを付与する。このため、関節駆動機構１０の実質的な出力トルクは、重力モーメントＭｇの分だけ減少する。そこで、本実施形態は、被駆動体８０に作用する重力により駆動プーリ１２に加えられる重力モーメントＭｇとは逆方向の補正モーメントＭｃを駆動プーリ１２に生じさせるモーメント付与部４０を備える。この場合、補正モーメントＭｃにより重力モーメントＭｇの影響を低減し、関節駆動機構１０の実質的な出力トルクを高められる。 The driven body 80 imparts a gravitational moment Mg to the drive pulley 12 due to gravity acting on the driven body 80 . Therefore, the substantial output torque of the joint drive mechanism 10 is reduced by the gravitational moment Mg. Therefore, this embodiment includes the moment applying section 40 that causes the drive pulley 12 to generate a correction moment Mc in the direction opposite to the gravitational moment Mg applied to the drive pulley 12 by the gravity acting on the driven body 80 . In this case, the correction moment Mc reduces the influence of the gravitational moment Mg, and the substantial output torque of the joint drive mechanism 10 can be increased.

モーメント付与部４０の構成に限定はないが、この例のモーメント付与部４０は、伸長方向に付勢力を出力する圧縮された付勢部材である。モーメント付与部４０は、一例として、シリンダ４２と、シリンダ４２から進退するピストンロッド４３を有するガススプリングである。図２の例では、モーメント付与部４０の反基端部４５（ピストンロッド４３の先端部）は、駆動軸１４に固定された円盤４７上で駆動プーリ１２の回転中心からオフセットした位置に接続されており、駆動プーリ１２に付勢力に基づいた補正モーメントＭｃを与える。 Although the configuration of the moment applying portion 40 is not limited, the moment applying portion 40 in this example is a compressed biasing member that outputs a biasing force in the extension direction. The moment applying unit 40 is, for example, a gas spring having a cylinder 42 and a piston rod 43 that advances and retreats from the cylinder 42 . In the example of FIG. 2, the anti-base end portion 45 (the tip portion of the piston rod 43) of the moment applying portion 40 is connected to a position offset from the rotation center of the drive pulley 12 on a disk 47 fixed to the drive shaft 14. and gives a correction moment Mc to the driving pulley 12 based on the biasing force.

モーメント付与部４０の基端部４４（シリンダ４２の基端部）は、シャーシ５６に接続されてもよい。図２の例では、基端部４４は、従動軸２４に固定された円盤４６上で従動プーリ２２の回転中心からオフセットした位置に接続されており、従動プーリ２２駆動プーリ１２に付勢力に基づいた補正モーメントＭｃを与える。この構成により、モーメント付与部４０は、駆動プーリ１２と従動プーリ２２とに補正モーメントＭｃを生じさせる。具体的には、基端部４４（シリンダ４２の基端部）は、従動プーリ２２の回転中心からオフセットした位置に接続されている。この場合、同じ付勢力のガススプリングにより、約２倍の補正モーメントＭｃを付与可能になる。 A proximal end portion 44 of the moment applying portion 40 (the proximal end portion of the cylinder 42 ) may be connected to the chassis 56 . In the example of FIG. 2, the base end portion 44 is connected to a disk 46 fixed to the driven shaft 24 at a position offset from the center of rotation of the driven pulley 22 , and the driven pulley 22 is biased by the driving pulley 12 . gives a corrective moment Mc. With this configuration, the moment applying section 40 causes the drive pulley 12 and the driven pulley 22 to generate a correction moment Mc. Specifically, the base end portion 44 (the base end portion of the cylinder 42 ) is connected to a position offset from the rotation center of the driven pulley 22 . In this case, a gas spring with the same urging force can apply about twice the correction moment Mc.

図３（Ａ）は、被駆動体８０の延伸方向の水平方向に対する傾斜角θが０°である状態を示し、図３（Ｂ）は、傾斜角θが９０°である状態を示す。図３（Ａ）に示すように、重力モーメントＭｇは、被駆動体８０の重心の回動中心からの距離Ｌｇと、被駆動体８０の質量Ｗｇと、被駆動体８０の延伸方向の水平方向に対する傾斜角θによって、概ね式１で与えられる。
Ｍｇ＝９．８・Ｗｇ・Ｌｇ・ｃｏｓθ ・・・（式１）
従って、重力モーメントＭｇは、図３（Ａ）に示すように、θ＝０°の場合に最大になり、図３（Ｂ）に示すように、θ＝９０°の場合に最小（ゼロ）になる。 3A shows a state in which the tilt angle θ of the extending direction of the driven body 80 with respect to the horizontal direction is 0°, and FIG. 3B shows a state in which the tilt angle θ is 90°. As shown in FIG. 3A, the gravitational moment Mg is determined by the distance Lg from the center of gravity of the driven body 80 from the rotation center, the mass Wg of the driven body 80, and the horizontal direction of the extension direction of the driven body 80. is approximately given by Eq.
Mg=9.8WgLgcos θ (Formula 1)
Therefore, the gravitational moment Mg becomes maximum when θ=0° as shown in FIG. 3(A), and becomes minimum (zero) when θ=90° as shown in FIG. 3(B). Become.

式１に示すように、重力モーメントＭｇは、駆動プーリ１２の回動位置（傾斜角θ）に応じて変化する。過補正を避ける観点で、補正モーメントＭｃは、重力モーメントＭｇの変化に応じて変化することが望ましい。そこで、本実施形態のモーメント付与部４０は、駆動プーリ１２の回動位置に応じて補正モーメントＭｃが変化するように構成されている。つまり、補正モーメントＭｃは、重力モーメントＭｇの増減に連動して増減する。この場合、補正モーメントＭｃによる過補正が発生しにくくなる。図３（Ｂ）に示すように、モーメント付与部４０は、重力モーメントＭｇが最小（ゼロ）になるとき（θ＝９０°）に、補正モーメントＭｃが最小（ゼロ）になるように構成されている。 As shown in Equation 1, the gravitational moment Mg changes according to the rotational position (tilt angle θ) of the drive pulley 12 . From the viewpoint of avoiding overcorrection, it is desirable that the correction moment Mc changes according to changes in the gravitational moment Mg. Therefore, the moment applying portion 40 of the present embodiment is configured so that the correction moment Mc changes according to the rotational position of the drive pulley 12 . That is, the correction moment Mc increases or decreases in conjunction with the increase or decrease of the gravitational moment Mg. In this case, overcorrection due to correction moment Mc is less likely to occur. As shown in FIG. 3B, the moment applying unit 40 is configured so that the correction moment Mc becomes minimum (zero) when the gravitational moment Mg becomes minimum (zero) (θ=90°). there is

駆動ベルト１６のエアシリンダ３０が接続される部分（クランプ部１６２）のベルトの弛みが過度に大きいと、エアシリンダ３０の推力が十分に伝達されない。また、進退方向の切り替わりの際の伝達特性が非線形になり、制御に悪影響を与える。逆に、駆動ベルト１６の張力が過度に大きいと、ロストルクが増大する。このため、本実施形態は、駆動ベルト１６のエアシリンダ３０が接続される部分（クランプ部１６２）のベルトの弛みを減らすための弛み低減部５０を備える。この場合、推力伝達に対する弛みの影響を低減できる。 If the portion (clamp portion 162) of the drive belt 16 to which the air cylinder 30 is connected is excessively slack, the thrust of the air cylinder 30 will not be sufficiently transmitted. In addition, the transfer characteristic becomes non-linear when the forward/backward direction is switched, which adversely affects the control. Conversely, if the tension of the drive belt 16 is excessively high, torque loss increases. For this reason, this embodiment includes a slack reducing portion 50 for reducing belt slack at a portion (clamp portion 162) of the drive belt 16 to which the air cylinder 30 is connected. In this case, the influence of slack on thrust transmission can be reduced.

弛み低減部５０の構成に限定はないが、この例の弛み低減部５０は、駆動ベルト１６にテンションを印加するテンションローラである。弛み低減部５０は、駆動ベルト１６に接触し、弛みが大きいときにベルトへの押し込み量を増やしてテンションを高め、テンションが大きいときに押し込み量を減らしてテンションを下げる。 Although the configuration of the slackness reducing section 50 is not limited, the slackness reducing section 50 in this example is a tension roller that applies tension to the drive belt 16 . The slack reducing part 50 contacts the drive belt 16, increases the amount of pushing into the belt to increase the tension when the slack is large, and reduces the amount of pushing to lower the tension when the tension is large.

被駆動体８０の動きを高精度に制御する観点で、関節駆動機構１０は、駆動プーリ１２の回動位置（傾斜角θ）をフィードバックして制御されることが望ましい。そこで、本実施形態は、駆動プーリ１２の回動位置（傾斜角θ）を検出するための位置検出部４８を備える。この場合、被駆動体８０を高精度に制御できる。位置検出部４８の構成に限定はないが、この例の位置検出部４８は駆動ベルト１６の周回位置を検出可能なエンコーダ（不図示）である。位置検出部４８は、駆動ベルト１６の周回位置をデジタル信号として出力するアブソリュートエンコーダであってもよいし、パルスを計数するカウンタと組み合わせたインクリメンタルエンコーダであってもよい。このエンコーダは、ロータリーエンコーダであってもよいし、リニアエンコーダであってもよい。位置検出部４８は、検出結果を制御部６２に提供する。 From the viewpoint of controlling the movement of the driven body 80 with high precision, it is desirable that the joint drive mechanism 10 is controlled by feeding back the rotation position (tilt angle θ) of the drive pulley 12 . Therefore, this embodiment includes a position detector 48 for detecting the rotational position (inclination angle θ) of the drive pulley 12 . In this case, the driven body 80 can be controlled with high accuracy. Although the configuration of the position detection section 48 is not limited, the position detection section 48 in this example is an encoder (not shown) capable of detecting the rotation position of the drive belt 16 . The position detector 48 may be an absolute encoder that outputs the rotational position of the drive belt 16 as a digital signal, or an incremental encoder combined with a counter that counts pulses. This encoder may be a rotary encoder or a linear encoder. The position detection section 48 provides the detection result to the control section 62 .

以上のように構成された関節駆動機構１０の動作を説明する。例えば、上位の制御システムから制御部６２に被駆動体８０を上向に回動させる作動指令が入力されると、制御部６２は、電磁弁６４を制御して、ピストンロッド３４に進出方向の推力を出力するようにエアシリンダ３０に圧縮空気を送出する。ピストンロッド３４の推力は、連結具３５とクランプ機構３６とを介して駆動ベルト１６のクランプ部１６２に伝達され、Ａ方向に駆動ベルト１６を周回させる。駆動ベルト１６が、Ａ方向に周回すると駆動プーリ１２および駆動軸１４は、図２において反時計回りに回転し、駆動軸１４に固定された被駆動体８０はＤ方向（上向）に回動する。下向の回動指令が入力されると、ピストンロッド３４は後退し、ベルト１６はＢ方向に周回し、駆動プーリ１２は時計回りに回転して被駆動体８０はＣ方向（下向）に回動する。 The operation of the joint driving mechanism 10 configured as above will be described. For example, when an actuation command for rotating the driven body 80 upward is input to the control unit 62 from a host control system, the control unit 62 controls the solenoid valve 64 to move the piston rod 34 in the advancing direction. Compressed air is delivered to the air cylinder 30 to output thrust. The thrust of the piston rod 34 is transmitted to the clamp portion 162 of the drive belt 16 via the connector 35 and the clamp mechanism 36, causing the drive belt 16 to rotate in the A direction. When the drive belt 16 rotates in the direction A, the drive pulley 12 and the drive shaft 14 rotate counterclockwise in FIG. 2, and the driven body 80 fixed to the drive shaft 14 rotates in the direction D (upward). do. When a downward rotation command is input, the piston rod 34 retreats, the belt 16 rotates in the B direction, the driving pulley 12 rotates clockwise, and the driven body 80 moves in the C direction (downward). Rotate.

制御部６２は、位置検出部４８の検出結果のフィードバックを受けて、ピストンロッド３４の推力を制御する。この結果、関節駆動機構１０は、作動指令に応じた駆動プーリ１２の回動位置（傾斜角θ）を実現できる。 The control unit 62 receives feedback of the detection result of the position detection unit 48 and controls the thrust of the piston rod 34 . As a result, the joint drive mechanism 10 can realize the rotation position (inclination angle θ) of the drive pulley 12 according to the operation command.

以上のように構成された関節駆動機構１０の特徴を説明する。本実施形態の関節駆動機構１０は、被駆動体８０に回動トルクを出力する関節駆動機構であって、回動トルクを出力するための駆動プーリ１２と、駆動プーリ１２に掛けられた駆動ベルト１６と、駆動ベルト１６を周回させる力を駆動ベルト１６に加えるエアシリンダ３０と、を備える。 Features of the joint drive mechanism 10 configured as described above will be described. The joint drive mechanism 10 of the present embodiment is a joint drive mechanism that outputs rotational torque to a driven body 80, and includes a drive pulley 12 for outputting the rotational torque and a drive belt that is wound around the drive pulley 12. 16, and an air cylinder 30 that applies a force to the drive belt 16 to rotate the drive belt 16. - 特許庁

この構成によれば、駆動プーリ１２の出力トルクは、エアシリンダ３０の推力と駆動プーリ１２の半径の積に概ね比例するから、関節（駆動プーリ１２）の回動位置に対するトルク変化を小さくできる。エアシリンダ３０の推力で関節を駆動するから、衝突時の負荷を軽減可能な柔軟性を有する。 According to this configuration, since the output torque of the drive pulley 12 is approximately proportional to the product of the thrust of the air cylinder 30 and the radius of the drive pulley 12, the torque change with respect to the rotational position of the joint (drive pulley 12) can be reduced. Since the joints are driven by the thrust of the air cylinder 30, the joints are flexible enough to reduce the load at the time of collision.

モータ駆動の関節を有するロボットアームは、モータに油を使用してメンテナンスされているため、ロボットアームの作業環境に高い清浄度が求められる場所（例えば、食品工場など）には適さない場合がある。これに対して本実施形態の関節駆動機構１０は、エアシリンダ３０で駆動されるため、高い清浄度が求められる作業環境での使用に適用できる。 A robot arm with motor-driven joints is maintained using oil in the motor, so it may not be suitable for places where a high degree of cleanliness is required for the working environment of the robot arm (e.g. food factories). . On the other hand, the joint driving mechanism 10 of the present embodiment is driven by the air cylinder 30, so it can be used in a work environment that requires a high degree of cleanliness.

［第２実施形態］
図４を参照して、本開示の第２実施形態に係る関節駆動機構１０の構成を説明する。図４は、第２実施形態に係る関節駆動機構１０を示す正面図であり、図２に対応する。本実施形態は、複数のベルトを備える点で第１実施形態と相違し他の構成は同様である。重複する説明を省き、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。 [Second embodiment]
A configuration of a joint drive mechanism 10 according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a front view showing the joint drive mechanism 10 according to the second embodiment, and corresponds to FIG. This embodiment differs from the first embodiment in that a plurality of belts are provided, and the rest of the configuration is the same. Duplicate description will be omitted, and the configuration different from the first embodiment will be mainly described.

駆動プーリ１２は、単独のプーリに複数のベルトが掛けられてもよいし、複数のプーリに複数のベルトが掛けられてもよい。複数のベルトを掛ける場合、プーリは単溝であってもよいし、複溝であってもよい。従動プーリ２２についても同様である。 The driving pulley 12 may be a single pulley on which a plurality of belts are hung, or a plurality of pulleys on which a plurality of belts are hung. When a plurality of belts are hung, the pulley may have a single groove or a double groove. The driven pulley 22 is also the same.

図４の例では、駆動プーリ１２は、複数のプーリ１２－Ａ、１２－Ｂを有する。従動プーリ２２は、複数のプーリ２２－Ａ、２２－Ｂを有する。プーリ１２－Ａ、１２－Ｂは、駆動軸１４の軸方向（関節駆動機構１０の幅方向）に並べて配置され、互いに一体的に回転する。プーリ２２－Ａ、２２－Ｂは、従動軸２４の軸方向（関節駆動機構１０の幅方向）に並べて配置され、互いに一体的に回転する。 In the example of FIG. 4, the drive pulley 12 has a plurality of pulleys 12-A, 12-B. The driven pulley 22 has a plurality of pulleys 22-A, 22-B. The pulleys 12-A and 12-B are arranged side by side in the axial direction of the drive shaft 14 (the width direction of the joint drive mechanism 10) and rotate integrally with each other. The pulleys 22-A and 22-B are arranged side by side in the axial direction of the driven shaft 24 (the width direction of the joint drive mechanism 10) and rotate integrally with each other.

図４の例では、駆動ベルト１６は、プーリ１２－Ａおよびプーリ２２－Ａに掛けられるベルト１６－Ａと、プーリ１２－Ｂおよびプーリ２２－Ｂに掛けられるベルト１６－Ｂとを含む。ベルト１６－Ａ、１６－Ｂは、互いに平行に関節駆動機構１０の延伸方向に延びる。 In the example of FIG. 4, the drive belt 16 includes a belt 16-A entrained over pulleys 12-A and 22-A, and a belt 16-B entrained over pulleys 12-B and 22-B. The belts 16-A, 16-B extend parallel to each other in the extension direction of the joint drive mechanism 10. As shown in FIG.

エアシリンダ３０は、複数のベルト１６－Ａ、１６－Ｂそれぞれに周回させる力を付与する。具体的には、連結具３５は、複数のベルト１６－Ａ、１６－Ｂのクランプ部１６２－Ａ、１６２－Ｂに一体的に連結される。 The air cylinder 30 applies force to each of the plurality of belts 16-A and 16-B to rotate them. Specifically, the connector 35 is integrally connected to the clamp portions 162-A and 162-B of the belts 16-A and 16-B.

本実施形態は、第１実施形態と同様の作用と効果を奏する。加えて、本実施形態は、ベルトを複数有するため、伝達容量が増え、関節駆動機構１０の最大出力トルクを増やすことが可能になる。また、一方のベルトが劣化等しても、他方のベルトで補うことができるため、信頼性が向上する。 This embodiment has the same actions and effects as those of the first embodiment. In addition, since this embodiment has a plurality of belts, the transmission capacity increases, and the maximum output torque of the joint drive mechanism 10 can be increased. Further, even if one belt deteriorates, the other belt can compensate for the deterioration, thereby improving reliability.

［第３実施形態］
図５を参照して、本開示の第３実施形態に係る関節駆動機構モジュール２０の構成を説明する。図５は、第３実施形態に係る関節駆動機構モジュール２０を示す側面図である。本実施形態は、モジュール化された複数の関節駆動機構を備える点で第１実施形態と相違し他の構成は同様である。第１実施形態と重複する説明を省き、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。 [Third embodiment]
The configuration of the joint drive mechanism module 20 according to the third embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a side view showing the joint drive mechanism module 20 according to the third embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that it includes a plurality of modularized joint drive mechanisms, and the other configurations are the same. The description overlapping with the first embodiment will be omitted, and the configuration different from the first embodiment will be mainly described.

関節駆動機構モジュール２０は、複数の関節駆動機構を備える。この例では、関節駆動機構モジュール２０は、第１関節駆動機構１０－Ａと、第１関節駆動機構１０－Ａに駆動される第２関節駆動機構１０－Ｂとを備える。第２関節駆動機構１０－Ｂは、第１関節駆動機構１０－Ａの被駆動体であり、第１関節駆動機構１０－Ａにカスケード連結された次節の関節駆動機構である。 The joint drive mechanism module 20 comprises a plurality of joint drive mechanisms. In this example, the joint drive mechanism module 20 comprises a first joint drive mechanism 10-A and a second joint drive mechanism 10-B driven by the first joint drive mechanism 10-A. The second joint drive mechanism 10-B is a driven body of the first joint drive mechanism 10-A, and is the next joint drive mechanism cascade-connected to the first joint drive mechanism 10-A.

第１関節駆動機構１０－Ａは、主に、第１駆動プーリ１２－Ａと、第１駆動ベルト１６－Ａと、第１従動プーリ２２－Ａと、第１エアシリンダ３０－Ａと、第１シャーシ５６－Ａとを備える。第２関節駆動機構１０－Ｂは、主に、第２駆動プーリ１２－Ｂと、第２駆動ベルト１６－Ｂと、第２従動プーリ２２－Ｂと、第２エアシリンダ３０－Ｂと、第２シャーシ５６－Ｂとを備える。第１関節駆動機構１０－Ａおよび第２関節駆動機構１０－Ｂは、第１実施形態と同様のガイド部３７、モーメント付与部４０、位置検出部４８および弛み低減部５０の１つまたは複数を備えてもよい。 The first joint drive mechanism 10-A mainly includes a first drive pulley 12-A, a first drive belt 16-A, a first driven pulley 22-A, a first air cylinder 30-A, a first 1 chassis 56-A. The second joint drive mechanism 10-B mainly includes a second drive pulley 12-B, a second drive belt 16-B, a second driven pulley 22-B, a second air cylinder 30-B, a second 2 chassis 56-B. The first joint drive mechanism 10-A and the second joint drive mechanism 10-B include one or more of the guide portion 37, the moment applying portion 40, the position detecting portion 48 and the slack reducing portion 50 similar to those of the first embodiment. You may prepare.

第１駆動プーリ１２－Ａおよび第２駆動プーリ１２－Ｂは、第１実施形態の駆動プーリ１２と同様の構成と特徴を有する。第１駆動ベルト１６－Ａおよび第２駆動ベルト１６－Ｂは、第１実施形態の駆動ベルト１６と同様の構成と特徴を有する。第１従動プーリ２２－Ａおよび第２従動プーリ２２－Ｂは、第１実施形態の従動プーリ２２と同様の構成と特徴を有する。第１エアシリンダ３０－Ａおよび第２エアシリンダ３０－Ｂは、第１実施形態のエアシリンダ３０と同様の構成と特徴を有する。第１シャーシ５６－Ａおよび第２シャーシ５６－Ｂは、第１実施形態のシャーシ５６と同様の構成と特徴を有する。 The first drive pulley 12-A and the second drive pulley 12-B have the same configuration and features as the drive pulley 12 of the first embodiment. The first drive belt 16-A and the second drive belt 16-B have the same configuration and features as the drive belt 16 of the first embodiment. The first driven pulley 22-A and the second driven pulley 22-B have the same configuration and features as the driven pulley 22 of the first embodiment. The first air cylinder 30-A and the second air cylinder 30-B have the same configuration and features as the air cylinder 30 of the first embodiment. The first chassis 56-A and the second chassis 56-B have the same configuration and features as the chassis 56 of the first embodiment.

第２シャーシ５６－Ｂは、第１駆動プーリ１２－Ａの第１駆動軸１４－Ａに接続されており、互いに直交する方向に突出する２つの延在部５６２、５６４を有する。延在部５６２は、第２関節駆動機構１０－Ｂの延伸方向に沿って延び、第２駆動プーリ１２－Ｂおよび第２従動プーリ２２－Ｂを支持する。延在部５６４は、第２エアシリンダ３０－Ｂの基端側を支持する。 The second chassis 56-B is connected to the first drive shaft 14-A of the first drive pulley 12-A and has two extensions 562, 564 protruding in directions perpendicular to each other. The extending portion 562 extends along the extending direction of the second joint driving mechanism 10-B and supports the second driving pulley 12-B and the second driven pulley 22-B. The extending portion 564 supports the base end side of the second air cylinder 30-B.

第１駆動プーリ１２－Ａは、第２シャーシ５６－Ｂを介して第２関節駆動機構１０－Ｂに回動トルクを出力する。第２駆動プーリ１２－Ｂは、被駆動体８０に回動トルクを出力する。被駆動体８０の先端にはエンドエフェクタが連結されてもよい。 The first drive pulley 12-A outputs rotational torque to the second joint drive mechanism 10-B via the second chassis 56-B. The second drive pulley 12-B outputs rotational torque to the driven body 80. As shown in FIG. An end effector may be connected to the tip of the driven body 80 .

以上のように構成された関節駆動機構モジュール２０の動作の一例を説明する。第１エアシリンダ３０－Ａおよび第２エアシリンダ３０－Ｂでは、シリンダ３２への圧縮空気の供給が上位の制御システムの制御に基づいて調整され、ピストンロッド３４が進退する。圧縮空気により第１エアシリンダ３０－Ａが進退して第１駆動ベルト１６－Ａが周回すると、第１駆動プーリ１２－Ａが回動し、第１駆動プーリ１２－Ａと一体的に第２関節駆動機構１０－Ｂが回動する。このとき、第２関節駆動機構１０－Ｂの先端は、例えば、上下に回動する。また、圧縮空気により第２エアシリンダ３０－Ｂが進退して第２駆動ベルト１６－Ｂが周回すると、第２駆動プーリ１２－Ｂが回動し、第２駆動プーリ１２－Ｂと一体的に被駆動体８０が回動する。このとき、被駆動体８０の先端は、例えば、上下に回動する。 An example of the operation of the joint drive mechanism module 20 configured as above will be described. In the first air cylinder 30-A and the second air cylinder 30-B, the supply of compressed air to the cylinders 32 is adjusted based on the control of the host control system, and the piston rods 34 advance and retreat. When the first air cylinder 30-A advances and retreats by compressed air and the first drive belt 16-A rotates, the first drive pulley 12-A rotates, and the second drive pulley 12-A and the first drive pulley 12-A rotate integrally. The joint drive mechanism 10-B rotates. At this time, the distal end of the second joint driving mechanism 10-B, for example, rotates up and down. Further, when the second air cylinder 30-B advances and retreats by the compressed air and the second drive belt 16-B rotates, the second drive pulley 12-B rotates and is integrated with the second drive pulley 12-B. The driven body 80 rotates. At this time, the tip of the driven body 80 rotates up and down, for example.

本実施形態の各関節駆動機構１０は、第１実施形態と同様の作用と効果を奏する。加えて、本実施形態の関節駆動機構モジュール２０は、複数の関節駆動機構がモジュール化されているため、多関節のロボットアームを容易に構成できる。また、複数の関節駆動機構それぞれがエアシリンダで駆動されるため、衝突時の負荷を一層軽減できる。 Each joint drive mechanism 10 of this embodiment has the same actions and effects as those of the first embodiment. In addition, since the joint driving mechanism module 20 of the present embodiment has a plurality of modularized joint driving mechanisms, a multi-joint robot arm can be easily configured. Moreover, since each of the plurality of joint drive mechanisms is driven by an air cylinder, the load at the time of collision can be further reduced.

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。 Exemplary embodiments of the present invention have been described above in detail. All of the above-described embodiments merely show specific examples for carrying out the present invention. The contents of the embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and many design changes such as changes, additions, and deletions of constituent elements can be made without departing from the spirit of the invention defined in the claims. It is possible. In the above-described embodiment, descriptions such as "of the embodiment", "in the embodiment", etc. are added to the contents that allow such design changes. Changes are not unacceptable.

以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。 Modifications will be described below. In the drawings and description of the modified example, the same reference numerals are given to the same or equivalent components and members as the embodiment. Explanations that overlap with the embodiment will be omitted as appropriate, and the explanation will focus on the configuration that is different from the embodiment.

実施形態の説明では、モーメント付与部４０がガススプリングである例を示したが、これに限定されず、モーメント付与部は、例えば、コイルスプリング等の付勢部材であってもよい。 In the description of the embodiment, an example in which the moment applying section 40 is a gas spring is shown, but the present invention is not limited to this, and the moment applying section may be, for example, a biasing member such as a coil spring.

実施形態の説明では、１つまたは２つの駆動ベルト１６を備える例を示したが、これに限定されず、３つ以上の駆動ベルトを備えてもよい。 In the description of the embodiment, an example with one or two drive belts 16 was shown, but the present invention is not limited to this, and three or more drive belts may be provided.

実施形態の説明では、１つのエアシリンダ３０を備える例を示したが、これに限定されず、２以上のエアシリンダを備えてもよい。例えば、複数のベルトそれぞれに別々のエアシリンダが接続されてもよい。 In the description of the embodiment, an example provided with one air cylinder 30 was shown, but the invention is not limited to this, and two or more air cylinders may be provided. For example, separate air cylinders may be connected to each of the plurality of belts.

実施形態の説明では、位置検出部４８が駆動ベルト１６の回転を検出する例を示したが、これに限定されず、位置検出部は、例えば、駆動プーリまたは従動プーリに対して同軸に設けられてもよい。 In the description of the embodiment, an example in which the position detection section 48 detects the rotation of the drive belt 16 was shown, but the position detection section is not limited to this, and the position detection section is provided coaxially with respect to the drive pulley or the driven pulley, for example. may

実施形態の説明では、従動プーリ２２が駆動プーリ１２と同形状である例を示したが、これに限定されず、従動プーリは、駆動プーリに対して異形状であってもよいし、直径が異なっていてもよい。 In the description of the embodiment, an example in which the driven pulley 22 has the same shape as the driving pulley 12 is shown, but the invention is not limited to this. can be different.

実施形態の説明では、関節駆動機構１０のシャーシ５６が静止する基台５８に接続される例を示したが、これに限定されない。関節駆動機構の基端側は、別の関節に支持される非静止な機械要素に接続されてもよい。 In the description of the embodiment, an example in which the chassis 56 of the joint drive mechanism 10 is connected to the stationary base 58 was shown, but the present invention is not limited to this. The proximal side of the joint drive may be connected to a non-stationary mechanical element supported by another joint.

実施形態の説明では、ピストンロッド３４の進出方向側に位置する駆動プーリ１２から回動トルクを出力する例を示したが、これに限定されない。ピストンロッド３４の反進出方向（後退方向）側に位置する従動プーリ２２から回動トルクを出力するようにしてもよいし、駆動プーリ１２と従動プーリ２２の両方から回動トルクを出力するようにしてもよい。 In the description of the embodiment, an example of outputting the rotation torque from the driving pulley 12 located on the advance direction side of the piston rod 34 was shown, but the present invention is not limited to this. The rotational torque may be output from the driven pulley 22 located on the opposite advance direction (backward direction) side of the piston rod 34, or the rotational torque may be output from both the drive pulley 12 and the driven pulley 22. may

上述の各変形例は実施形態と同様の作用と効果を奏する。 Each of the modifications described above has the same actions and effects as the embodiment.

上述した実施形態の構成要素と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the components and variations of the above-described embodiments are also useful as embodiments of the present invention. A new embodiment resulting from the combination has the effects of each of the combined embodiments and modifications.

１０ 関節駆動機構、 １２ 駆動プーリ、 １６ 駆動ベルト、 ２２ 従動プーリ、 ３０ エアシリンダ、 ４０ モーメント付与部、 ４２ シリンダ、 ４８ 位置検出部、 ５０ 弛み低減部、 ８０ 被駆動体、 １００ ロボットアーム。 REFERENCE SIGNS LIST 10 joint drive mechanism 12 drive pulley 16 drive belt 22 driven pulley 30 air cylinder 40 moment applying section 42 cylinder 48 position detection section 50 slack reduction section 80 driven body 100 robot arm.

Claims (8)

回動トルクを出力するための駆動プーリと、
前記駆動プーリに掛けられる駆動ベルトと、
前記駆動ベルトを周回させる力を前記駆動ベルトに加えるエアシリンダと、
を備える関節駆動機構。 a drive pulley for outputting rotational torque;
a drive belt that is hung over the drive pulley;
an air cylinder that applies a force to the drive belt to rotate the drive belt;
A joint drive mechanism comprising: 前記駆動ベルトが掛けられる従動プーリを備え、
前記従動プーリは、前記駆動ベルトの前記エアシリンダが接続される部分を挟んで前記駆動プーリと対向配置される請求項１に記載の関節駆動機構。 A driven pulley on which the drive belt is hung,
2. The joint drive mechanism according to claim 1, wherein the driven pulley is arranged to face the drive pulley across a portion of the drive belt to which the air cylinder is connected. 被駆動体に作用する重力により前記駆動プーリに加えられる重力モーメントとは逆方向の補正モーメントを前記駆動プーリに生じさせるモーメント付与部を備える請求項１または２に記載の関節駆動機構。 3. The joint driving mechanism according to claim 1, further comprising a moment applying section that causes the driving pulley to generate a correction moment in a direction opposite to the gravitational moment applied to the driving pulley due to gravity acting on the driven body. 前記駆動ベルトの前記エアシリンダが接続される部分の位置を検出する位置検出部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の関節駆動機構。 The joint drive mechanism according to any one of claims 1 to 3, further comprising a position detection section that detects a position of a portion of the drive belt to which the air cylinder is connected. 前記駆動ベルトは、前記駆動プーリに掛けられる複数のベルトを含み、
前記エアシリンダは、前記複数のベルトそれぞれに周回させる力を付与する請求項１から４のいずれか１項に記載の関節駆動機構。 The drive belt includes a plurality of belts hung on the drive pulley,
The joint drive mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the air cylinder imparts a force to rotate each of the plurality of belts. 請求項１から５のいずれか１項に記載の関節駆動機構を複数備える関節駆動機構モジュール。 A joint drive mechanism module comprising a plurality of joint drive mechanisms according to any one of claims 1 to 5. 回動トルクを出力するための駆動プーリと、前記駆動プーリに掛けられる駆動ベルトと、前記駆動ベルトを周回させる力を前記駆動ベルトに加えるエアシリンダと、を有する関節駆動機構を備えるロボットアーム。 A robot arm comprising a joint drive mechanism having a drive pulley for outputting rotational torque, a drive belt hung around the drive pulley, and an air cylinder applying force to the drive belt to rotate the drive belt. 前記関節駆動機構を複数備える請求項７に記載のロボットアーム。 The robot arm according to claim 7, comprising a plurality of said joint driving mechanisms.

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