JP5332932B2

JP5332932B2 - ダブルハンドロボットの減速機構

Info

Publication number: JP5332932B2
Application number: JP2009144210A
Authority: JP
Inventors: 亨佐伯; 靖理三重野; 雄士占部; 浩一橋本
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP2011000659A

Description

本発明は、中空状のアーム内に２つのハンドの歯付ベルト伝動機構が上下二段に配置され、しかも１つのハンドに対して複数の歯付ベルトが使用されて減速されるダブルハンドロボットの減速機構であって、更に詳しくは、下側に配置される歯付ベルト伝動機構の組み立て、及び下側の歯付ベルトの張力調整をアームの下側から行えるようにしたダブルハンドロボットの減速機構に関するものである。

ダブルハンドロボットでは、２つのハンドを個別に駆動させるためにアーム内に２つの駆動モータが配置されて、中空状のアーム内に２つのハンドに対応した歯付プーリ、歯付ベルトから成る歯付ベルト伝動機構が上下二段に配置されて、各駆動モータの動力は、各歯付ベルト伝動機構を介して各ハンドの旋回軸に伝達される。特許文献１に示されるダブルハンドロボットは、１つのハンドに対して使用される歯付ベルトは１つであるために、減速比を大きくするために、歯付ベルトが掛装される各プーリの径の比を大きくするには、ハンド旋回軸と駆動モータの距離を大きくするか、或いは駆動モータの出力軸側に歯車減速機構を組み込む必要がある。前者では水平方面内におけるスペースが、一方後者では垂直面内におけるスペースが増す問題がある。また、歯付ベルトの数は、１つのハンドに対して１つであるために、トルクを増大させるには、容量の大きな駆動モータを使用せざるを得ないという問題がある。

また、特許文献２にも、ダブルハンドロボットの減速機構が開示されているが、本件に関しても、１つのハンドに対して１つの歯付ベルトが使用されているために、天井（上面）側から歯付ベルトの張力を調整する場合には、上面側にある歯付ベルト伝動機構が取付けられた状態では、床面（下面）側の歯付ベルト伝動機構の部品交換等ができないと共に、歯付ベルトの張力調整もできないという問題がある。

特開２００７−１５２４９０号公報特開２００８−３６７６２号公報

本発明は、２つの駆動モータの回転を上下２段に配した各歯付ベルト伝動機構を介して２つのハンドに減速させて伝達する構成のダブルハンドロボットにおいて、下側に配された歯付ベルト伝動機構の組み立てと歯付ベルトの張力の調整を容易に行えるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するための請求項１の発明は、上面が開口した中空状をなしていて当該開口が上蓋体により閉塞されて、先端部に２つの各ハンドが上下二段に配置されて、ハンド旋回軸を介してそれぞれ連結されるアームと、駆動軸に取付けられた歯付プーリが上下方向に沿ってずれて前記アーム内に配置され、前記各ハンドを駆動する各駆動モータと、上下二段に配置された各プーリ支持体が前記アームに、その長手方向に沿った固定位置を独立して調整可能にして前記アーム内に固定され、各プーリ支持体に大小の各歯付プーリが上下にずれて取付けられた上下２段の各減速プーリユニットとを備え、前記各駆動モータの各駆動軸に取付けられた各歯付プーリと、前記各減速プーリユニットの大きな各歯付プーリとの間に歯付ベルトがそれぞれ掛装されると共に、前記各減速プーリユニットの小さな各歯付プーリと、内外二重構造の前記ハンド旋回軸に取付けられた各歯付プーリとの間に歯付ベルトがそれぞれ掛装されて、各駆動モータの回転を減速させて前記各ハンドをそれぞれ独立して旋回させるダブルハンドロボットの減速機構であって、前記アームの床板部における下側の減速プーリユニットが配置される部分は部分的に開口されて、当該部分開口は下蓋体により閉塞される構成にして、下側に配置される前記減速プーリユニットのアームの長手方向に沿った固定位置を当該アームの下側から前記部分開口を通して調整可能にすることにより、下側の前記減速プーリユニットと前記ハンド旋回軸の軸心間距離を調整して、下側の歯付ベルトの張力を調整可能にしたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、上蓋体を取り外してアームの上面を開口させて、上下二段に配置された上側の歯付ベルト伝動機構の組み付け、及び歯付ベルトの張力の調整を行う。歯付ベルトの張力の調整は、アームの長手方向に沿った上側の減速プーリユニットの固定位置を調整することにより、当該上側の減速プーリユニットの軸心とハンド旋回軸の軸心との軸心間距離を調整して行う。

一方、下側の歯付ベルト伝動機構を構成する歯付プーリ、或いは歯付ベルトの交換等を行う際には、上側の歯付ベルト伝動機構を構成する歯付プーリ、或いは歯付ベルト等の各要素が障害となるために、上側の歯付ベルト伝動機構を構成する各要素を取り外した状態で、下側の歯付ベルト伝動機構を構成する各要素の交換等を行った後に、再度、上側の歯付ベルト伝動機構を構成する各要素の再組み付けを行っていたため、下側の歯付ベルト伝動機構の各要素の交換等の作業は大変に面倒であった。全く同様に、下側の減速プーリユニットとハンド旋回軸との間に掛装された歯付ベルトの張力の調整を行う場合にも、上記と同様にして上側の歯付ベルト伝動機構を構成する各要素を取り外して、下側の減速プーリユニットを構成する歯付ベルトの張力の調整後に、上側の減速プーリユニットの再組み付けを行っていた。

しかし、請求項１の発明では、アームの下蓋体を取り外して、下側の減速プーリユニットが配置された部分のみを開口させられるので、上蓋体を取り外すことなくそのまま覆蓋させたままの状態で、当該部分開口を利用して、アームの下側から、下側の減速プーリユニットを構成する各要素の交換等を行うことができると共に、下側の減速プーリユニットとハンド旋回軸との間に掛装された歯付ベルトの張力の調整を行えるので、当該交換作業等、及び張力調整の各作業が容易となる。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、各駆動モータの各駆動軸に取付けられた各歯付プーリと、各減速プーリユニットの大きな各歯付プーリとの間にそれぞれ掛装される上下二段の各歯付ベルトの張力を調整するための各アイドラーが、前記アームの幅方向に沿った固定位置を調整可能にして設けられていることを特徴としている。

各駆動モータからの動力伝達方向に沿って当該各駆動モータに近い側の歯付ベルトの張力調整は、アームの幅方向に沿った固定位置を調整可能にして配置された各アイドラーにより行う構成であるので、上下のいずれの歯付ベルトの張力の調整を行う場合でも、上蓋体を取り外して行える。

本発明によれば、２つの駆動モータの回転を上下２段に配した各歯付ベルト伝動機構を介して２つのハンドにそれぞれ減速させて伝達する構成のダブルハンドロボットにおいて、アームの床板部における下側の歯付ベルト伝動機構を構成する減速プーリユニットの部分を開口させて、当該部分開口が下蓋体により閉塞された構造の採用により、上側の歯付ベルト伝動機構を取り外すことなく、アームの下側の部分開口を開口させることにより、アームの下側から、下側に配置された歯付ベルト伝動機構の組み立てと歯付ベルトの張力の調整を容易に行える。

（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明を実施したダブルハンドロボットの第１及び第２の各アームＡ₁，Ａ₂が伸長した状態、及び収縮した状態の各斜視図である。第２アームＡ₂の上蓋体８及び下蓋体２１をそれぞれ取り外して上面開口１及び下面部分開口３を開口させた状態の斜視図である。同じく下面部分開口３のみを開口させた状態を斜下方から見た斜視図である。上蓋体８を取り外した状態の第２アームＡ₂の平面図である。第２アームＡ₂の縦断面図である。第２アームＡ₂の中央を縦断面した斜視図である。図４のＸ₁−Ｘ₁線断面図である。図４のＸ₂−Ｘ₂線断面図である。図４のＸ₃−Ｘ₃線断面図である。

以下、最良の実施例を挙げて、本発明について更に詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明を実施したダブルハンドロボットの第１及び第２の各アームＡ₁，Ａ₂が伸長した状態、及び縮小した状態の各斜視図である。図１に示されるように、ダブルハンドロボットは、ベースＫに第１アームＡ₁が第１旋回軸心Ｃ₁を中心にして旋回可能に連結されていると共に、当該第１アームＡ₁の先端部に第２旋回軸心Ｃ₂を中心にして第２アームＡ₂が旋回可能に連結され、更に、第２アームＡ₂の先端部に、上側及び下側の各ハンドＨ₂，Ｈ₁がハンド旋回軸心Ｃ₃を中心にして独立して旋回可能に連結されている。第１及び第２の各アームＡ₁，Ａ₂は、いずれも上面が開口した中空構造をなしていて、ベースＫの内部には、第１アームＡ₁を旋回させるための歯付ベルト伝動機構（図示せず）が配置され、第１アームＡ₁の内部には、第２アームＡ₂を旋回させるための歯付ベルト伝動機構（図示せず）が配置され、更に、第２アームＡ₂の内部には、各ハンドＨ₂，Ｈ₁を独立して駆動させるための上側及び下側の各歯付ベルト伝動機構Ｔ₁，Ｔ₂（図５参照）が上下二段となって配置されている。

次に、図２〜図９を参照して、本発明に係る上側及び下側の各歯付ベルト伝動機構Ｔ₁，Ｔ₂の部分について説明する。図２は、第２アームＡ₂の上蓋体８及び下蓋体２１をそれぞれ取り外して上面開口１及び下面部分開口３を開口させた状態の斜視図であり、図３は、同じく下面部分開口３のみを開口させた状態を斜下方から見た斜視図であり、図４は、上蓋体８を取り外した状態の第２アームＡ₂の平面図であり、図５は、第２アームＡ₂の縦断面図であり、図６は、第２アームＡ₂の中央を縦断面した斜視図であり、図７〜図９は、それぞれ図４のＸ₁−Ｘ₁線、Ｘ₂−Ｘ₂線及びＸ₃−Ｘ₃線の各断面図である。第２アームＡ₂は、上面の全体が開口されて上面開口１となっていて、床板部２における上側及び下側の各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂が配置される部分は、部分的に方形状に開口して下面部分開口３となっている。第２アームＡ₂の対向する周壁部４における各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂が配置される部分には、大歯付プーリＰ₂₁a(Ｐ₂₂a)及び小歯付プーリＰ₂₁b(Ｐ₂₂b)を軸心を同一にして相上下して支持するためのプーリ支持体５を当該第２アームＡ₂の長手方向Ｑに沿って固定位置を調整可能にして固定するためのプーリ支持体固定部６が対向して突設されている。プーリ支持体５は、第２アームＡ₂の内幅よりも僅かに小さな寸法を一辺とする方形状をした固定板部５ａを備えていて、プーリ支持体固定部６の上下の各端面は、前記固定板部５ａの固定面６ａとなっている。プーリ支持体固定部６における上下の各固定面６ａには、各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂を構成する大歯付プーリＰ₂₁a(Ｐ₂₂a)との干渉を回避して配置可能とするための切欠き部６ｂが形成されている。また、プーリ支持体固定部６の固定面６ａには、前記切欠き部６ｂを挟んでプーリ支持体５の固定板部５ａを固定するボルト７と螺合する雌螺子孔６ｃが形成されている。また、第２アームＡ₂の上面開口１は、上蓋体８によって閉塞される。上蓋体８の周縁部には、多数のボルト挿通孔８ａが形成され、当該各ボルト挿通孔８ａに挿通されたボルト９は、第２アームＡ₂の周壁部４の上端面に形成された雌螺子孔１１に螺合される。

また、図２、図４、図５及び図７に示されるように、第２アームＡ₂の内部には、上側及び下側の各駆動モータＭ₁，Ｍ₂が当該第２アームＡ₂の長手方向Ｑに沿って同一の位置に、幅方向Ｓに沿って並べられて配置されている。各駆動モータＭ₁，Ｍ₂は、各ハンドＨ₂，Ｈ₁の旋回角度を制御して駆動するモータであって、各駆動軸１０が互いに反対側を向き、しかも歯付ベルト伝動機構Ｔ₁，Ｔ₂を構成する上側及び下側の歯付ベルトＶ₁₁，Ｖ₁₂（Ｖ₂₁，Ｖ₂₂）の配置位置に対応する位置に配置されるように、第２アームＡ₂に固定されている。各駆動モータＭ₁，Ｍ₂の駆動軸１０には、小歯付プーリＰ₁₁，Ｐ₁₂がそれぞれ取付けられている。

また、図９に示されるように、上側及び下側の各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂は、同一構成であって、プーリ支持体５に大歯付プーリＰ₂₁a(Ｐ₂₂a)と小歯付プーリＰ₂₁b(Ｐ₂₂b)とが同一の回転軸１２に支持されていて、プーリ支持体５を構成する固定板部５ａの幅方向Ｓの両端部に第２アームＡ₂の長手方向Ｑに沿って形成された長孔１３に挿通されたボルト１４を前記雌螺子孔６ｃに螺合させることにより、当該第２アームＡ₂の長手方向Ｑに沿った固定位置を調整可能にしてプーリ支持体固定部６に固定される。この構造により、上側及び下側の各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂の回転軸心Ｃ₄₁，Ｃ₄₂とハンド旋回軸心Ｃ₃との各軸心間距離Ｌ₁，Ｌ₂を微調整して、各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂を構成する小歯付プーリＰ₂₁b,Ｐ₂₂b と、ハンド旋回軸心Ｃ₃を中心に回転する後述の各歯付プーリＰ₃₁，Ｐ₃₂との間に掛装される各歯付ベルトＶ₂₁，Ｖ₂₂の張力調整を可能にしている。なお、プーリ支持体５は、軸支持板部を兼用した固定板部５ａと軸支持板部５ｂとが連結板部５ｃで連結されており、前記回転軸１２は、固定板部５ａ及び軸支持板部５ｂに嵌合された各軸受１５で支持されている。なお、固定板部５ａ及び軸支持板部５ｂと連結板部５ｃとは、いずれもボルトを介して連結されているが、当該ボルトは図示していない。また、図３〜図５に示されるように、プーリ支持体固定部６に対してプーリ支持体５が複数本のボルト１４により固定された状態において、固定板部５ａと、第２アームＡ₂の内部に形成された壁体１７との間には、当該固定板部５ａの前記壁体１７と対向する面に螺合された当ボルト１８が配置されて、当該壁体１７に当接することにより、歯付ベルトＶ₂₁，Ｖ₂₂の張力により各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂がハンドＨ₂，Ｈ₁の側に移動させられるのを防止している。

また、図２、図４、図５及び図８に示されるように、第２アームＡ₂の幅方向Ｓに沿って並んで配置された各駆動モータＭ₁，Ｍ₂と、各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂の間には、各駆動モータＭ₁，Ｍ₂の各駆動軸１０に取付けられた小歯付プーリＰ₁₁，Ｐ₁₂と、各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂を構成する大歯付プーリＰ₂₁a,Ｐ₂₂a との間に掛装された歯付ベルトＶ₁₁，Ｖ₁₂に張力を付与させるためのアイドラーＲ₁，Ｒ₂が当該第２アームＡ₂の幅方向Ｓの固定位置を調整可能にして固定されている。即ち、図８において、アイドラーＲ₁，Ｒ₂を取付けているアイドラー取付体３１，３１’には、それぞれ第１アームＡ₁の幅方向Ｓに沿った長孔３２，３２’が形成されて、当該各長孔３２，３２’に挿入されたボルト３３，３３’により、各アイドラー取付体３１，３１’は、それぞれ高さ確保台３４及び第１アームＡ₁の床板部２に固定される。なお、歯付ベルトＶ₁₁，Ｖ₁₂の張力により各アイドラー取付体３１，３１’が第１アームＡ₁の幅方向Ｓの外側に移動されるのを防止するための移動規制ボルト３５，３５’が周壁部４に螺合されている。

また、ハンド旋回軸心Ｃ₃の部分は、当該ハンド旋回軸心Ｃ₃を共通にした二重構造軸になっていて、各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂を構成する小歯付プーリＰ₂₁b,Ｐ₂₂b と、ハンド旋回軸心Ｃ₃を中心に回転する大歯付プーリＰ₃₁，Ｐ₃₂との間には、上下二段となって歯付ベルトＶ₂₁，Ｖ₂₂が掛装されている。駆動モータＭ₁の動力が上側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₁を介して伝達されて旋回する外側ハンド旋回軸３６に下側のハンドＨ₁の基端部が連結されていると共に、駆動モータＭ₂の動力が下側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₂を介して伝達されて旋回される内側ハンド旋回軸３７に上側のハンドＨ₂の基端部が連結されている。

上記したように、第２アームＡ₂の床板部２に形成された下面部分開口３は、方形状の下蓋体２１により閉塞される構成になっている。下面部分開口３の部分は、第２アームＡ₂の底面に対して段差状に形成されて、当該段差部に下蓋体２１が嵌め込まれた状態で、全体が同一平面となる。下面部分開口３の両側の段差面には、下蓋体２１の各コーナー部の各ボルト挿通孔２２に挿通されるボルト２３を螺合させる雌螺子孔２４が形成されている。

上記構成により、各駆動モータＭ₁，Ｍ₂の回転は、上下二段に配置された各歯付ベルト伝動機構Ｔ₁，Ｔ₂を介して独立してハンドＨ₂，Ｈ₁に伝達されることにより、各ハンドＨ₂，Ｈ₁は、各駆動モータＭ₁，Ｍ₂により定められた角度だけ設定方向に旋回する。

このため、各歯付ベルト伝動機構Ｔ₁，Ｔ₂を新規に組み立てる際には、上蓋体８を取り外して、下側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₂を組付けた後に、上側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₁を組付ける。下側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₂の動力が伝達される内側ハンド旋回軸３７は、後に組付けられる上側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₁の動力が伝達されて旋回される外側ハンド旋回軸３６の内側に、先に配置されるので組付け可能である。

また、一旦、組付けた後に、上側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₁の部品交換、或いは歯付ベルトＶ₁₁，Ｖ₁₂の張力調整を行う場合には、上蓋体８を取り外して、第１アームＡ₁の上面を全面開口して行う。一方、下側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₂の歯付ベルトＶ₂₂の張力調整を行う場合には、下蓋体２１を取り外すことにより、減速プーリユニットＵ₂をプーリ支持体固定部６に固定しているボルト１４が下面部分開口３に露出して、第１アームＡ₁の下面から回転操作可能となる。よって、減速プーリユニットＵ₂を第１アームＡ₁の長手方向Ｑに微動させることにより、減速プーリユニットＵ₂の軸心Ｃ₄₂とハンド旋回軸心Ｃ₃との軸心間距離Ｌ₂が微調整されて、歯付ベルトＶ₂₂の張力が調整される。このように、歯付ベルトＶ₂₂の張力調整のために、上側の歯付ベルト伝動機構Ｔ₁を取り外す必要がないので、歯付ベルトＶ₂₂の張力の調整が容易となる。

なお、各歯付ベルトＶ₂₁，Ｖ₂₂の張力の調整のために、各減速プーリユニットＵ₁，Ｕ₂の第１アームＡ₁の長手方向Ｑに沿った固定位置を変化させると、各歯付ベルトＶ₁₁，Ｖ₁₂ の張力が変化するが、当該各歯付ベルトＶ₁₁，Ｖ₁₂ の張力の調整は、上蓋体８を取り外して、第１アームＡ₁の上面開口１を全面開口させた状態で、いずれも当該上面開口１の側からアイドラーＲ₁，Ｒ₂の第１アームＡ₁の幅方向Ｓに沿った固定位置を変化させることにより行う。

Ａ₁：第１アーム
Ａ₂：第２アーム
Ｃ₃：ハンド旋回軸心
Ｈ₁，Ｈ₂：ハンド
Ｌ₁，Ｌ₂：ハンド旋回軸心と減速プーリユニットの軸心との軸心間距離
Ｍ₁，Ｍ₂：駆動モータ
P₁₁,P₁₂,P₂₁a,P₂₂a,P₂₁b,P₂₂b,P₃₁,P₃₂：歯付プーリ
Ｑ：第２アームの長手方向
Ｓ：第２アームの幅方向
Ｖ₁₁，Ｖ₁₂，Ｖ₂₁，Ｖ₂₂：歯付ベルト
１：上面開口
２：床板部
３：下面部分開口
５：プーリ支持体
８：上蓋体
２１：下蓋体
３６：外側ハンド旋回軸（ハンド旋回軸）
３７：内側ハンド旋回軸（ハンド旋回軸）

Claims

上面が開口した中空状をなしていて当該開口が上蓋体により閉塞されて、先端部に２つの各ハンドが上下二段に配置されて、ハンド旋回軸を介してそれぞれ連結されるアームと、
駆動軸に取付けられた歯付プーリが上下方向に沿ってずれて前記アーム内に配置され、前記各ハンドを駆動する各駆動モータと、
上下二段に配置された各プーリ支持体が前記アームに、その長手方向に沿った固定位置を独立して調整可能にして前記アーム内に固定され、各プーリ支持体に大小の各歯付プーリが上下にずれて取付けられた上下２段の各減速プーリユニットとを備え、
前記各駆動モータの各駆動軸に取付けられた各歯付プーリと、前記各減速プーリユニットの大きな各歯付プーリとの間に歯付ベルトがそれぞれ掛装されると共に、前記各減速プーリユニットの小さな各歯付プーリと、内外二重構造の前記ハンド旋回軸に取付けられた各歯付プーリとの間に歯付ベルトがそれぞれ掛装されて、各駆動モータの回転を減速させて前記各ハンドをそれぞれ独立して旋回させるダブルハンドロボットの減速機構であって、
前記アームの床板部における下側の減速プーリユニットが配置される部分は部分的に開口されて、当該部分開口は下蓋体により閉塞される構成にして、下側に配置される前記減速プーリユニットのアームの長手方向に沿った固定位置を当該アームの下側から前記部分開口を通して調整可能にすることにより、下側の前記減速プーリユニットと前記ハンド旋回軸の軸心間距離を調整して、下側の歯付ベルトの張力を調整可能にしたことを特徴とするダブルハンドロボットの減速機構。
各駆動モータの各駆動軸に取付けられた各歯付プーリと、各減速プーリユニットの大きな各歯付プーリとの間にそれぞれ掛装される上下二段の各歯付ベルトの張力を調整するための各アイドラーが、前記アームの幅方向に沿った固定位置を調整可能にして設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダブルハンドロボットの減速機構。