JP2022114554A - Joint driving mechanism, joint driving mechanism module, and robot arm - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (8)
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.
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.
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JP2021010856A JP2022114554A (en) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | Joint driving mechanism, joint driving mechanism module, and robot arm |
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