JPH06106487A - ロボット等直線走行機体の直線走行機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ロボット等の直線走行機体を直線
走行させる機構が具備したラック歯要素と２つの主副ピ
ニオンとの間のバックラッシュを除去する機構を提供す
るものである。 【構成】 本発明は、直線走路（１６，１６）に沿って
設けられた静止ラック歯（２０）の２位置に噛合した
主、副の両ピニオン要素（２４ａ，２４ｂ）をベルト・
プーリ機構の無端歯付きベルト（３０）結合し、主ピニ
オン要素（２４ａ）を駆動モータ（ＭＬ）で回転駆動
し、同無端歯付きベルト（３０）の片側のベルト面にベ
ルト張力設定手段（３２，３４）で所定量の張力を予め
付与し、該ベルト（３０）を介して主副ピニオン要素
（２４ａ，２４ｂ）を相互に近寄り向きに押圧し、以て
バックラッシュを除去するようにしたロボット等直線走
行機体の直線走行機構を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直線走行機体、特に、
所定の直線案内路に沿って左右に所望の位置に向けて走
行移動し、当該所望の位置で所定の作業等を遂行する直
線走行ロボットを直線案内路に沿って設けた静止ラック
歯と、同ラック歯に噛合する主副２つのピニオン要素と
を有したラック・ピニオン歯車機構を備えた直線走行機
構における改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットにおいて、直線走行ロボ
ットが用いられる場合があり、例えば直線路に沿う複数
のワークステーション位置でロボット機体の先端に装着
された工具や作業具等のエンドエフェクタにより所定の
作業をワークに施す直線走行型ロボットがある。このよ
うな直線走行型ロボットを直線路に沿って走行させる走
行機構は、直線路に沿ってラック歯を固定し、このラッ
ク歯に噛合するピニオンを直線走行ロボットの機体のベ
ース部に保持させ、このピニオンを同ベース部上に搭載
した駆動モータで回転駆動することにより、ピニオンと
ラックとの噛合を介してロボット機体を直線路に沿う左
右両方向へ走行移動させ、停止させる構成が取られてい
る。

【０００３】ここで、従来の直線走行機構においては、
ピニオンと、このピニオンの軸に結合したサーボモータ
から成る駆動モータとを１つの駆動ユニットの構造に形
成してロボットのベース部上の一点に枢着し、この駆動
ユニットのピニオンとラック歯との噛合部にバネ手段に
よるばね押圧力を作用させてバックラッシュを除去し、
ガタのない直線走行を遂行させる方式、又は、直線路に
沿って固定される直線ラック歯要素とピニオンとをはす
歯要素又はやま歯要素で形成することによりバックラッ
シュを除去し、ガタのない直線走行機構を形成する等の
構成がとられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、直線走行
型ロボットの上記前者の直線走行機構においては、駆動
ユニット全体を直線路に沿って張設した直線ラック歯に
押圧、噛合させる構成をとるため、バネ手段からなる押
圧手段や駆動ユニット自体が大掛かりになり、また、ラ
ック歯とピニオンとの噛合部におけるバックラッシュ量
の大小に応じて駆動ユニット自体の位置が変動し、故
に、バネ手段からなる押圧手段のばね押圧力を不安定に
なる結果、直線走行の安定性が欠如する。

【０００５】他方、上記後者の直線走行機構において
も、直線路に沿って固定される長尺のラック歯要素の精
密加工は極めて困難であり、ラック歯のピッチ線が真の
直線から変位していると、はす歯やねじれ歯噛み合い機
構を用いても十分にはバックラッシュ除去が不可能であ
ると言う問題点がある。

【０００６】ここで、本出願人に係る特開昭６３−２３
０６４号公報や特願平１−４８４７４号は、回転駆動機
構に内蔵された歯車機構のバックラッシュ除去手段とし
て大歯車要素に、２つのピニオン要素を噛合させ、１つ
の駆動源から回転駆動力を夫々のピニオン要素にベルト
・プーリ機構を介して供給するようにした構成を開示し
ている。

【０００７】依って、本発明の主たる目的は、直線ラッ
ク歯要素と、同直線ラック歯要素に噛合する２つのピニ
オン要素とを具備し、かつ、ラック歯とピニオン要素と
の噛合部における確実なバックラッシュ除去を左右走行
移動の間に遂行し得るバックラッシュ手段を備えた直線
走行型ロボット等直線走行体の直線走行機構を提供せん
とするものである。本発明の他の目的は、可及的にコン
パク化が可能なバックラッシュ除去手段を備えた直線走
行機構を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の発明目
的に鑑み、直線走路に沿って設けられた静止ラック歯の
２位置に噛合した主、副の両ピニオン要素と、該両ピニ
オン要素間を結合して主ピニオンと副ピニオンとを同期
回転させるベルト・プーリ機構と、該主副両ピニオン要
素を保持すると共に該主ピニオン要素を回転駆動する駆
動モータを搭載して前記直線走行路に沿って直線走行す
る走行台座部とを備えたロボット等直線走行機体の直線
走行機構において、前記ベルト・プーリ機構は、前記主
副ピニオン要素の夫々の軸に同軸に取着した１対のプー
リと、該プーリに掛け渡した無端歯付きベルトとを備
え、また、前記ベルト・プーリ機構の前記無端歯付きベ
ルトの片側のベルト面に当接され、該片側のベルトに所
定量の張力を予め付与し、前記無端歯付きベルトの両側
に作用する張力の差に従って該ベルトを介して前記２位
置で噛合する主副ピニオン要素を相互に近寄り向きに押
圧するベルト張力設定手段を設け、以てバックラッシュ
を除去するようにしたロボット等直線走行機体の直線走
行機構を提供するものである。

【０００９】なお、本発明は、上述のベルト張力設定手
段は、前記無端歯付きベルトの片側のベルト面に弾性押
圧力を付与するバネ手段を具備した構成のロボット等直
線走行機体の直線走行機構とすることが可能である。以
下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて、更に、
詳細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係るロボット等
直線走行機体の直線走行機構における構成を示す機構
図、図２は、図１に示した直線走行機構のバックラッシ
ュ除去手段の作用を説明する部分平面図、図３は、図
１、図２に示す直線走行機構が直線路に沿う一方向へ走
行機体を走行させる過程における同走行機構の作用を説
明する平面図、図４は、図３とは反対の方向へ走行させ
る過程における同直線走行機構の作用を説明する平面
図、図５は、図１に示した直線走行機構の変形例を示し
た部分斜視図、図６は、本発明の他の実施例に係るロボ
ット等直線走行機体の直線走行機構のバックラッシュ除
去手段の作用を説明する部分平面図、図７は、図６に示
す直線走行機構が直線路に沿う一方向へ走行機体を走行
させる過程における同走行機構の作用を説明する平面
図、図８は、図７とは反対の方向へ走行させる過程にお
ける同直線走行機構の作用を説明する平面図、図９は、
本発明に係る直線走行機構を備えた直線走行型ロボット
の全体的構成を示した立体図である。

【００１１】図１において、直線走行型ロボット等直線
走行機体１０を搭載したベース１２は、板状機台１４上
に敷設され、直線路を形成する直線案内軸受１６、１６
に係合した走行脚１８、１８を備えて左右方向に走行移
動自在に形成されている。

【００１２】他方、板状機台１４上には上記直線路に沿
って静止ラック歯要素２０が固定されている。すなわ
ち、このラック歯要素２０は、一側面にラック歯２２が
刻設されており、上記直線路と平行に固定されている。
このラック歯要素２０のラック歯２２には２つのピニオ
ン要素２４ａ、２４ｂが噛合されており、両ピニオン要
素２４ａ、２４ｂはラック歯２２の異なる２位置に噛合
せしめられている。これらの２つのピニオン要素２４
ａ、２４ｂは、上記ベース１２に対して回転可能に支承
された軸２６ａ、２６ｂを介して当該ベース１２に保持
され、一方のピニオン要素２４ａは主ピニオンを成し、
ピニオン要素２４ｂは副ピニオン要素を成している。主
ピニオン要素２４ａの軸２６ｂ上には歯付きプーリ２８
ａが取着されており、かつ、サーボモータから成る駆動
モータＭＬに結合されることにより、同モータＭＬから
回転駆動力を得る構成を有している。

【００１３】他方の副ピニオン要素２４ｂの軸２６ｂ上
にも同様に歯付きプーリ２８ｂが取着されており、か
つ、この歯付きプーリ２８ｂと主ピニオン要素２４ａ側
の歯付きプーリ２８ａとの間には周知の無端歯付きベル
ト３０が掛け渡されており、依って、ベルト３０、プー
リ２８ａ、２８ｂから成るベルト・プーリ機構により、
主ピニオン要素２４ａと副ピニオン要素２４ｂとが相互
に結合され、主ピニオン２４ａ、軸２６ａの回転が副ピ
ニオン２４ｂ、軸２６ｂ側へ伝達される構成となってい
る。

【００１４】更に、上記ベルト・プーリ機構のベルト３
０の片側のベルトを弓状に変形させるように１つのプー
リ要素３２（テンションプーリ）が同片側ベルトの面に
押圧され、同片側ベルトに張力を設定、付与する構成が
設けられている。この張力の設定、付与手段を形成して
いるプーリ要素３２は、図１には明示されていないが、
ベルト３０の片側の面に対する設定張力を調節可能に、
例えば、ベース１２の面に形成された溝孔中でベルト面
に対して垂直な方向に変位、調節が可能に設けられてい
る。

【００１５】ここで、図２を参照すると、上記のプーリ
要素３２が、ベルト・プーリ機構の歯付きベルト３０の
片側（図２では仮にベルト部分３０ａと図示し、反対側
のベルト部分を３０ｂと示す）に初期設定で押圧される
ことにより、同歯付きベルト３０においては、片側のベ
ルト部分３０ａには大きな初期張力が付与され、同ベル
ト部分３０ａとは反対側のベルト部分３０ｂに掛けられ
た掛け渡し張力との間に所定量の張力差が存在してい
る。従って、この張力差は、プーリ３２とベルト部分３
０ａとの接触点に両側から指向する力として付与される
ため、歯付きプーリ２８ａ、２８ｂには図２に矢印Ｔ
１，Ｔ２で示すトルクとして作用する。この結果、これ
らの２つの歯付きプーリ２８ａ、２８ｂから軸２６ａ、
２６ｂを介して主、副ピニオン要素２４ａ、２４ｂにも
上記のトルクＴ１，Ｔ２が作用し、両ピニオン要素２４
ａ、２４ｂは互いにラック歯を挟んで近寄り方向に引き
寄せられるので、ラック歯要素２０のラック歯２２との
間に有るバックラッシュが除去された噛合状態となる。

【００１６】更に、図３を参照すると、図２に示す初期
張力の設定下で主ピニオン２４ａに駆動モータＭＬによ
る駆動が行われると、同主ピニオン２４ａとラック歯２
２との噛合点Ｐ１で作用する駆動力により、ベース１２
は矢印Ａで示す方向の走行力が作用し、かつ、このと
き、歯付きベース３０を介して副ピニオン要素２４ｂは
ラック歯２２にバックラッシュ除去状態で噛合しながら
も、点Ｐ２で示す伝動点でラック歯２２に対する噛合か
ら解離しているので、同副ピニオン要素２４ｂはラック
歯２２との間のバックラッシュを除去する作用に主とし
て寄与し、以て、ベース１２の矢印Ａで示す方向の走行
をバックラッシュの無い安定走行状態に維持する作用を
行っている。故に、ベース１２及び同ベース１２上に搭
載された走行機体１０は、直線案内軸受１６に沿って駆
動モータＭＬの駆動に応じた高精度の走行移動を遂行す
る。

【００１７】又、図４に示すように、駆動モータＭＬの
駆動による主ピニオン２４ａの回転方向が図３の場合と
は逆方向の場合には、主副ピニオン要素２４ａ、２４ｂ
がラック歯要素２０のラック歯２２に初期張力の設定、
付与によりバックラッシュ除去状態の噛合いを行ってい
る点では同様であるが、そのために、主ピニオン要素２
４ａの駆動歯面は点Ｐ３で示す噛合点がラック歯２２か
ら解離状態にある。そして、歯付きベルト３０を介して
伝動されたモータの駆動により、副ピニオン要素２４ｂ
の駆動歯面が点Ｐ４でラック歯２２との間に駆動力を作
用させ、ベース１２および直線走行機体１０を矢印Ｂ方
向へ走行移動させる。

【００１８】上述の説明から明らかなように、本実施例
は、プーリ要素３２から成るテンションプーリを張力設
定、付与手段としてベルト・プーリ機構の歯付きベース
３０に張力を予め初期設定し、ラック歯要素２０のラッ
ク歯２２と２つのピニオン要素２４ａ、２４ｂとの噛合
部におけるバックラッシュを除去する構成としたことに
より、直線走行機構を保持したベース１２及び当該ベー
ス１２に搭載された直線走行型ロボット等直線走行機体
１０は、ラック歯要素２０のラック歯２２と噛合した２
つの主副ピニオン要素２４ａ、２４ｂの何れか一方のピ
ニオン要素が走行方向に対応して直線駆動作用を遂行
し、それに応じてベース１２が直線案内軸受１６、１６
に沿って左右に高精度の直線走行移動を行う。

【００１９】従って、２つのピニオン要素２４ａ、２４
ｂが走行方向の切替りに応じて交互に駆動作用を受け持
つことになる。故に、駆動作用に伴う各ピニオン要素２
４ａまたは２４ｂの夫々の歯に掛かる曲げ応力を考察す
ると、常に、ピニオン各歯には片側の曲げ応力のみが作
用することになる。従って、各歯が両側に繰り返し曲げ
応力を受けて作動する酷使状態は回避することができ、
ピニオン要素２４ａ、２４ｂの耐久性の増強を図ること
が可能となるのである。

【００２０】なお、ベルト・プーリ機構のベルト３０に
予め張力を設定、付与する場合に、張力設定手段を形成
するプーリ要素３２が押圧される歯付きベルト３０のベ
ルト部分を上述の実施例とは、反対側のベルト部分にプ
ーリ要素３２を押圧する構成としても良く、図５は、そ
のような変形例を示したものである。

【００２１】図６〜図８は、本発明の他の実施例に係る
ロボット等直線走行体の直線走行機構を示している。図
６は、前実施例の図２と同様に、直線走行機構における
ベルト・プーリ機構のベルトに予め、張力設定手段で初
期のベルト張力を設定した状態を示した図である。同図
６から明らかなように、本実施例では、バネ３４による
弾性力を回転ローラないしプーリ要素３２を介して歯付
きベルト３０の片側に付与、設定する構成を備えてい
る。つまり、本例と前実施例との違いは、ベルト張力の
設定手段を弾性力付与手段によって構成した点である。
このように、バネ３４による弾性力付与手段を構成した
ことにより、ベルト３０に作用する張力はバネの変位に
応じて可変となる。

【００２２】ここで、図７を参照すると、同図７は、前
述の実施例における図３の状態と同様に、主ピニオン要
素２４ａを駆動モータＭＬによって回転駆動することに
よって同ピニオン要素２４ａの駆動歯面は点Ｑ１におい
て駆動作用を遂行し、ベース１２を矢印Ａ方向に走行す
る。そして、このとき、副ピニオン要素２４ｂの各歯
は、ベルト・プーリ機構のベルト３０における片側のベ
ルト部分３０ａにプーリ要素３２を介してバネ３４によ
り付与される初期張力によるバックラッシュ除去作用を
受けて点Ｑ２においてラック歯要素２０のラック歯２２
に噛合しているが、直接、駆動作用には寄与することは
ない。つまり、この場合には、主ピニオン要素２４ａだ
けが、ベース１２及び該ベース１２に搭載されたロボッ
ト等直線走行機体１０を矢印Ａ方向へ直線走行させる駆
動作用を遂行し、バネ３から成る張力設定、付与手段に
よるバックラッシュ除去作用により、ベース１２は直線
案内軸受１６（図１参照）における摩擦抵抗を克服して
常に高精度の直線走行を遂行可能にしているのである。
この結果、ベース１２及びロボット等直線走行機体１０
を高精度で所望の位置に位置決め停止させることも可能
となる。

【００２３】他方、駆動モータＭＬの駆動による主ピニ
オン要素２４ａの回転方向が図７の場合とは逆のの場合
には、バネ３４から成るベルト張力設定、付与手段は、
変位可能であることから、主ピニオン要素２４ａに回転
駆動力が作用して時点で図８に示すように歯付きベルト
３０のベルト部分３０から遠去かる方向へ微少量の変位
を行う。つまり、ベルト部分３０ａに付与、設定される
張力は初期張力より低下する。この結果、主ピニオン要
素２４ａはラック歯要素２０のラック歯２２と相変わら
ず噛合状態を維持し、駆動点Ｑ３，Ｑ４で直線駆動作用
を遂行し、ベース１２及びロボット等直線走行機体１０
を矢印Ｂ方向に走行させる。

【００２４】一方、このとき、副ピニオン要素２４ｂ
は、歯付きベルト３０のベルト部分３０ａと３０ｂとの
間の張力差でバックラッシュが除去された状態でラック
歯要素２０のラック歯２２と噛合している。然しなが
ら、この場合には、前述した実施例の図４の場合と異な
り、副ピニオン要素２４ｂはベルト・プーリ機構により
伝動されたモータ駆動力によって駆動作用を行うことは
なく、単に、バックラッシュ除去作用を行ってベース１
２等の直線走行時に、直線案内軸受１６（図１参照）の
摩擦抵抗を受けて走行量に誤差が発生するのを阻止する
バックラッシュ除去機能だけを遂行しているのである。

【００２５】上述の説明から明らかなように、本実施例
の直線走行機構においては、主ピニオン要素２４ａだけ
で左右両走行方向の駆動作用が遂行され、副ピニオン要
素２４ｂは、バネ３４から成る張力設定、付与手段によ
って片側ベルト部分３０ａに張力を付与されたベルト・
プーリ機構の歯付きベルト３０を介してバックラッシュ
除去作用だけを遂行するのである。この結果、ベルト・
プーリ機構の歯付きベルト３０は駆動力を主ピニオン要
素２４ａ側から副ピニオン要素２４ｂ側へ伝達する機能
より、むしろ、副ピニオン２４ｂによるバックラッシュ
除去機能を生起させるために用いられていることが理解
できる。つまり、歯付きベルト３０は、ロボット等直線
走行機体１０の直線走行に伴う摩擦抵抗（主として図１
に図示した直線案内軸受１６と脚１８との間で作用す
る）を克服するためのバックラッシュ除去機能を助勢す
るだけのベルト強度を保有していれば良く、故に、許容
されるベルト強度の範囲で可及的にベルト・プーリ機構
の規模をコンパクト化することも可能となるのである。

【００２６】なお、図９は、上述した本発明による直線
走行機構を備えた直線走行型ロボットの例を図示してお
り、ベース１２上にロボットベース４１、旋回胴４２、
第１アーム４３、第２アーム４４、ロボット手首４５、
エンドエフェクタ４６等を備えた多関節型直線走行ロボ
ット４０が搭載されている。そして、駆動モータＭＬを
備えた直線走行機構により、直線路４７、４７に沿って
直線移動可能に設けられている。

【００２７】

【発明の効果】上述した本発明の実施例の記載を介して
理解できるように、本発明によれば、直線走路に沿って
設けられた静止ラック歯の２位置に噛合した主、副の両
ピニオン要素と、該両ピニオン要素間を結合して主ピニ
オン要素から副ピニオン要素へ回転力を伝達するベルト
・プーリ機構と、該主副両ピニオン要素を保持すると共
に該主ピニオン要素を回転駆動する駆動モータを搭載し
て上記直線走行路に沿って直線走行する走行台座部とを
備えたロボット等直線走行機体の直線走行機構におい
て、上記ベルト・プーリ機構は、主副ピニオン要素の夫
々の軸に同軸に取着した１対のプーリと、同プーリに掛
け渡した無端歯付きベルトとを備え、また、ベルト・プ
ーリ機構の無端歯付きベルトの片側のベルト面に当接し
て、該片側のベルトに所定量の張力を予め付与し、無端
歯付きベルトの両側に作用する張力の差に従って該ベル
トを介して上記２位置で噛合する主副ピニオン要素を相
互に近寄り向きに押圧するベルト張力設定手段を設け、
以てバックラッシュを除去するようにしたロボット等直
線走行機体の直線走行機構を構成したので、バックラッ
シュ除去に伴い直線路に沿う直線走行を高精度化するこ
とが可能となり、また、上記ベルト張力設定手段を、無
端歯付きベルトの片側のベルト面に弾性押圧力を付与す
るバネ手段で構成すれば、ベルト・プーリ機構をバック
ラッシュ除去用にのみ機能させることが可能であり、故
に、コンパクトなベルト・プーリ機構を搭載したコンパ
クトな直線走行機構を得ることも可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るロボット等直線走行機
体の直線走行機構における構成を示す機構図である。

【図２】図１に示した直線走行機構のバックラッシュ除
去手段の作用を説明する部分平面図である。

【図３】図１、図２に示す直線走行機構が直線路に沿う
一方向へ走行機体を走行させる過程における同走行機構
の作用を説明する平面図である。

【図４】図４は、図３とは反対の方向へ走行させる過程
における同直線走行機構の作用を説明する平面図であ
る。

【図５】図１に示した直線走行機構の変形例を示した部
分斜視図である。

【図６】本発明の他の実施例に係るロボット等直線走行
機体の直線走行機構のバックラッシュ除去手段の作用を
説明する部分平面図である。

【図７】図６に示す直線走行機構が直線路に沿う一方向
へ走行機体を走行させる過程における同走行機構の作用
を説明する平面図である。

【図８】図７とは反対の方向へ走行させる過程における
同直線走行機構の作用を説明する平面図である。

【図９】本発明に係る直線走行機構を備えた直線走行型
ロボットの全体的構成を示した立体図である。

【符号の説明】

１０…ロボット等直線走行機体 １２…ベース １４…機台 １６…直線案内軸受 １８…脚 ２０…ラック歯要素 ２２…ラック歯 ２４ａ…主ピニオン要素 ２４ｂ…副ピニオン要素 ２８ａ…歯付きプーリ ２８ｂ…歯付きプーリ ３０…歯付きベルト ３２…プーリ要素 ３４…バネ ＭＬ…駆動モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線走路に沿って設けられた静止ラック
   歯の２位置に噛合した主、副の両ピニオン要素と、該両
   ピニオン要素間を結合して主ピニオン要素と副ピニオン
   要素とを略同期回転させるベルト・プーリ機構と、該主
   副両ピニオン要素を保持すると共に該主ピニオン要素を
   回転駆動する駆動モータを搭載して前記直線走行路に沿
   って直線走行する走行台座部とを備えたロボット等直線
   走行機体の直線走行機構において、 前記ベルト・プーリ機構は、前記主副ピニオン要素の夫
   々の軸に同軸に取着した１対のプーリと、該プーリに掛
   け渡した無端歯付きベルトとを備え、 また、前記ベルト・プーリ機構の前記無端歯付きベルト
   の片側のベルト面に当接され、該片側のベルトに所定量
   の張力を予め付与し、前記無端歯付きベルトの両側に作
   用する張力の差に従って該ベルトを介して前記２位置で
   噛合する主副ピニオン要素を相互に近寄り向きに押圧す
   るベルト張力設定手段を設け、以てバックラッシュを除
   去するようにしたことを特徴とするロボット等直線走行
   機体の直線走行機構。
2. 【請求項２】 前記ベルト張力設定手段は、前記無端歯
   付きベルトの片側のベルト面に弾性押圧力を付与するバ
   ネ手段を具備した請求項１に記載のロボット等直線走行
   機体の直線走行機構。