JPS63256389A

JPS63256389A - 油膜ダンパ

Info

Publication number: JPS63256389A
Application number: JP63030717A
Authority: JP
Inventors: マーク・ディー・コーリング; エドワード・ジェイ・ベイリー
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1987-02-11
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1988-10-24
Also published as: DE279590T1; EP0279590A1; US4764033A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】１帆圀！本発明は、ロボット・マニピュレータの可動部分用防衝
ダンパ、さらにとくにはロボット・マニピュレータのベ
ース内の主軸受用回転体軸受防衝ダンパに関する。

ＬＬｆｉ菫大抵のロボット・マニピュレータ構造は、床または同種
構造内の取付部にしばしば固定装着されたある種のベー
ス部材と、ロボット・マニピュレータの負荷または作業
部分の位置を変えるためにベース部材に対し相対回転を
なすタレットまたは回転台部分と、を含む１回転を行な
うこのような回転台を急起動および急停止したり伸長可
能なロボット腕などの有効負荷が急変したりすると、こ
のような運動は急なショックの形の衝撃とロッキング振
動の形の振動とが、しばしば前記回転台さらにとくには
ベースの主軸受に伝達される。さらに、付近で運転する
他の機器などによりロボット・マニピュレータに外部か
ら振動および衝撃が加ちれることがある０回転台とベー
スとの境界部における相互作用部品（とくにその中の主
軸受）内に固有のコンプライアンス（弾性係数の逆数、
柔軟性）と間隙とがあるために、このような種々の衝撃
、振動およびガタつきによって系内の変位量がしばしば
制限されることになることがある。当面の作業を良好に
実行するためには正確かつ一定の運動がしばしば重要で
あるロボット・マニピュレータのような適用例において
は、比較的小さいバックラッシュ策または緩み東でさえ
きわめて危険となることがある。もし系内のコンプライ
アンス厳か比較的大きいと、ロボット・マニピュレータ
はその機能の信頼性および正確度はかなり低下し、おそ
らく微妙な作業には不適切であろう、Ｎ度の高い運動を
必要とする作業に主として依存する最近の適用例におい
ては、このような綬みおよびバックラッシュはますます
許容されなくなる。

軸受支持を有する比較的簡単なロボット腕の実施例が１
９８５年１０月８日付でＨ，ＹａＳｔｌＯｋａに交付さ
れた米国特許第４，５４６，２３３号に示されている。

この特許はとくに、床に固定された定置台を含みその上
に一対の軸受により回転可能に装着された回転台を有す
るアーク溶接ロボットを記載する。

図面に示すように、軸受は縦方向に間隔をなして配置さ
れ、回転台を定置台上に回転可能に支持する。　Ｙａｓ
ｕｏｋａの構造は腕傾斜モータにかかる負荷を軽減する
ために張力ばねを含むけれども、通常使用中に回転台が
定置台に与える固有の衝撃およびガタつきを軽減する目
的のｉｔ造は何も含んでいない。

同様に、１９８３年７月１２日付でＥ、■、５ｈｕｌに
交付された米国特許第４，３９２，７７６号は、第１の
スイングアームを相対的に回転可能に支持するベースを
含むロボット・マニピュレータ構造を記載する。第１の
スイングアームは、間隔をなす一対の軸受によりベース
に対し相対的に回転可能に支持された中空軸によりその
近接端部で支持される。

ｙａｓｕｏｋａの構造と同様に５ｈｔｌｌのマニピュレ
ータ構造は回転式マニピュレータ構造を支持するために
主回転体軸受を使用するが、ロボットの可動腕および回
転機構がそれらの定置ベース上に本来負荷するであろう
固有の衝撃およびガタつきを減衰するための手段は何も
有しない。

したがって、精度の必要性が増加するにしたがってロボ
ットの可動部分における好ましくない変位またはコンプ
ライアンスがますます許容されなくなる当産業における
一般常識にもかかわらず、このようなロボット・マニピ
ュレータのベース内の回転体軸受が通常経験する衝撃、
ガタつきおよび振動から生ずるこのような固有な変位ま
たはコンプライアンスを有効かつ効率的に除去すること
にはまだ問題がある。

及ユｎ皿ｊ・上記の問題を除去することが本発明の目的である。

比較的簡単な、安価なかつ信頼的な方法によるロボット
・マニピュレータの回転体軸受用＊＊装置を提供するこ
とが本発明の他の目的である。

このようなマニピュレータの動的剛性を有効に増大させ
るために油膜ＩＩ衝機構を使用するロボット・マニピュ
レータのベース内主軸受用回転体軸受防衝防振ダンパを
提供することが本発明のさらに他の目的である。

本発明の一形態により、内部に形成された軸受軌道輪と
、ベース内において前記軸受軌道輪に隣接して形成され
る表面積に対し相対的に簿い所定深さを有するダンパ油
溜め空間と、を有するロボット・マニピュレータ・ベー
スを含むような防衝防振ダンパを有するロボット・マニ
ピュレータのベース内主軸受用回転体軸受防衝防振ダン
パが提供される。防衝ダンパはさらに、軸受軌道輪内に
装着されたロボット・マニピュレータ用主軸受と、ベー
スに対し相対回転をなすように装着されかつ主軸受によ
り支持されたロボット・マニピュレータ回転台と、を含
む、所定容積のダンパ油がベース内の主軸受を包囲しか
つダンパ油溜め空間を充満し、ダンパ油は常時前記油溜
め空間内にあり、油溜め空間は油が圧縮および移動に抵
抗する傾向を有するように比較的絞られたダンパ油用入
口および出口を有して形成され、これにより使用中のロ
ボット・マニピュレータが経験する振動、機械的衝撃お
よびガタつきを減衰し、ベースに対する回転台の有効動
的削性を増大させる。

本発明をとくに定義し明確に範囲を請求する特許請求の
範囲が本明細書に記載されているが、添付図面による以
下の説明により本発明はよりよく理解されるものと思う
。

１１匡五里」図を詳細にみると全図面を通じて同一番号は同一要素を
示すが、第１図の部分断面図内にはロボット・マニピュ
レータ１０の下部部分の平面図が示されている。とくに
、ロボット・マニピュレータ１０の上部タレットまたは
回転台１４をベース１２に対し相対的に回転させる出力
被駆動歯車５０に回転入力を与える駆動歯車組立体４０
を含むロボット・マニピュレータ・ベース１２が示され
る。とくに駆動歯車組立体４０は、回転入力手段６０（
たとえばサーボモータ）から回転入力伝達手段６５を介
して受取る主駆動手段４１を含む。

このような回転入力を主駆動手段４１に伝達するための
、駆動ベルトまたはチェーン６６と、ＩＱ！動軸６７と
、駆動伝達手段６８とおよび傘歯車６９とを含む同転入
力伝達手段６５が示されているが、この構造はこのよう
な回転が加えられる方法としては要素数の多すぎる例と
してのみ示されている。

このような回転入力が主駆動手段４１に加えられる方法
は重要ではない。

第２図からよくわかるように、回転入力手段６０から主
駆動手段４１に伝達される回転運動は次に、主駆動手段
４１の下部末端部に一体に装着された第１の駆動歯車４
２と第２の駆動歯車４３とに伝達される。第２図に示す
ように第１の駆動歯車４２の外歯は（減速歯車となりう
る）伝達歯車４４の対応する歯と噛み合う、伝達歯車４
４はこのような回転入力を駆動歯車４２から（伝達歯車
４４が装着されている）軸４５と、軸４５の上部端部に
おける一体の回転体歯車４６と、に伝達する役をなす６
回転体歯車４６は出力被駆動歯車５０の対応する歯車歯
と噛み合い、これにより、タレットまたは回転台１４に
ベース１２に対する相対回転運動を与える。同様に、主
駆動手段４１上で第１の駆動歯車４２の上方に配置され
た第２の駆動歯車４３は、第２の軸４８とおよび第２の
軸４８の上部端部に一体樟結合された第２の回転体歯車
４９とに回転入力を伝達する第２の伝達歯車４７（第１
図参照）と噛み合い、第２の回転体歯車４９もまた出力
被駆動歯車５０と噛み合いをなして出力被駆動歯車５０
に対し二重駆動系を形成する。これに関しては、主駆動
手段４１は、第１の駆動歯車４２と第２の駆動歯車４３
とのそれぞれに結合されかつ相互にはその間に配置され
たねじり弾性ばね手段を介して結合される２つの同心配
置軸部分を含むように設計される。ねじり弾性ばね手段
には、第１の駆動歯車４２と第２の駆動歯車４３とがそ
れぞれの伝達歯車、回転体歯車および出力被駆動歯車５
０のそれぞれの噛み合い歯間のトルク力を一定に維持す
るように所定のトルク力が予ｍ荷重として与えられるよ
うに設計される。この予備荷重機構においては、前記の
ように、第１の駆動歯車４２と第２の駆動歯車４３とは
単一の回転入力手段６０とその回転入力伝達手段６５と
により同時に回転される。この二重駆動歯車組立体は、
ロボット・マニピュレータ適用例が通常経験するような
バックラッシュを除去するために、全系を通して各歯車
噛み合い面においてこのような所定トルク力を維持する
のに使用される。この独特なバックラッシュ防止歯車組
立体は、本発明の出願と同日にＥｄｗａｒｄ　Ｊ、Ｂａ
１ｌｅｙの名で出願された「予備荷重負荷バックラッシ
ュ防止歯車組立体」という名称の共有の同時出願の中に
より詳細に記載されており、前記出願はこの場合参考と
して本明細書内に含まれる。このような二ｔ［動歯車組
立体が好ましいけれども、本発明の原理は単一駆動歯車
系または多重ＮＡ動動歯系系も同等に適用可能であるこ
とに注意すべきである。

第２図からよくわかるように、ロボット・マニピュレー
タ１０のベース１２は、回転台１４をベース１２に回転
可能に装着するための主回転体軸受２０用の適当な支持
体を形成するように設計されたベースの上部部分に隣接
して軸受軌道輪２５を有するように形成されるべきであ
る０回転台１４の下部外側部分には出力被駆動歯車５０
が装着されるようにも設計されている。第２図に示すよ
うに主回転体軸受２０は、軸受軌道輪２５の外周と回転
台１４に装着された出力被駆動歯車５０の内周との間で
軸受軌道輪２５内に装着される。

出力被駆動歯車５０は、入力手段６０から駆動歯車組立
体４０を介して伝達される回転入力に応答して回転台１
４にベースに１２に対する相対回転運動を与えるために
、回転体歯車４６．４９のそれぞれに対応してそれと噛
み合うように設計された外歯をその外周上に含む。

第２図の軸受軌道輪２５、軸受２０および出力被駆動歯
車５０からなる組立体をよくみると、このような組立体
に隣接して下部ダンパ油溜め空間３０と上部ダンパ油溜
め空間３１とが形成されているのがさらにわかる。とく
にダンパ油溜め空間３０．３１は、それらの表面積に対
して比較的浅い深さが特徴であり、ロボット・マニピュ
レータ１０内に組込まれた主回転体軸受２０と出力被駆
動歯車５０の上側と下側とに配置される。下部ダンパ油
溜め空間３０はベース１２内に形成され、一方上部ダン
バ油溜め空間３１は回転台１４内に形成される。これら
のダンパ油溜めの深さは適用例ごとは異なるが、このよ
うな間隙または空間が伸張する表面積に比較して比較的
薄くなければならない、とくにこれらのダンパ油溜め空
間は、使用中に軸受２０と出力被駆動歯車５０との上側
および下側における薄い油膜の維持を可能にする。

形成される比較的広くてしかも薄い油膜は、通常のロボ
ット作業中のこの回転台／ベース境界部における固有の
衝撃、ガタつきおよび振動をきわめて効果的に減衰可能
な油膜ダンパを提供する。

たとえばダンパ油溜め空間３０．３１は深さの約１８０
倍であるような表面積（すなわち約１８ｉｎ２あるいは
１１７０ａｆ）に対し約、００３ｉｎないし０．１５ｉ
ｎ（すなわち約、０７６■ないし約、３８■）の範囲の
深さすなわち厚さを有するように設計される。

これらの数値は単にダンパ油溜め空間３０．３１の相対
寸法の一例として記載したけれども、正確な数値は、個
々の適用例ごとに、油の粘度、油溜め空間の深さ、およ
び表面積に応じて変ってくる。

しかしながら、軸受および出力被駆動歯車の頂部と底部
との両側に油膜を形成するように、油溜め空間３０．３
１内に形成維持される油膜はこのような間隙の表面積と
比較して比較的に薄いことが重要である。ダンパ油溜め
空間３０．３１内に保持された油はきわめて絞られた入
口および出口通路を有するので、ロボット・マニピュレ
ータによる急激な運動または負荷変動などおよびそれに
負荷される外部からの振動および衝撃により使用中に軸
受２０および出力被駆動歯車５０になとえ衝撃、ガタつ
き、および／または振動が加わっても、このようなダン
パ油溜め空間内の油はこのような空間から急には移動で
きずに本質的に圧縮に抵抗しようとし、これによりこの
ようなエネルギ入力を有効に吸収しベース１２に対する
回転台１４の相対的な動的剛性をさらに提供する。ダン
パ油溜め空間３０．３１の中へおよび中からの油の移動
は、油の粘度と、およびこのような油溜め空間とロボッ
トのベース内の大型油溜め（図示なし）との間の絞られ
た流体連絡通路と、により制限されるので、これらの衝
撃、ガタつき、および振動に基づく力は比較的遅く移動
する油により減衰されよう。

ダンパ油溜め空間３０．３１の中へおよび中からの絞ら
れた油の移動通路は、軸受軌道輪２５上に装着された主
回転体軸受２０内の固有の間隙と、回転台１４の出力被
駆動歯車５０の歯と歯の間の空間を含むように設計され
る。さらに、このような油溜め空間の中へおよび中から
流れる油の確実な供給源を提供するなめに、ベース１２
の少なくとも一部分は、少なくとも上部ダンパ油溜め空
間３１の上側部分と同じ高さレベルまで歯車油で充満さ
れるように設計されている。これらの歯車油はまた、駆
動歯車組立体４０を所定どうりに潤滑するのに利用可能
である。この点に関しては、ベース１２内の回転台／ベ
ース境界部に油をシール保持するためのＯリング形のシ
ール３３の例を第２図に示す。

上記のように、油溜め空間３０．３１内の油の粘度は部
分的に、当該油膜ダンパがロボット・マニピュレータに
提供する有効剛性の増大量を決定する。とくに粘度の高
い油を使うほど所定の適用例における有効剛性の増加分
は大きくなろう、また、ダンパー油溜め空間の深さは変
更可能であり、このような油溜め空間に対し使用される
油の出入通路もまた所定どおりに調節可能であるように
設計されている。油溜め空間がより狭く、および／まな
はこのような油溜め空間との出入通路がより絞られるほ
ど得られる剛性を効果的に増加するであろうことは明ら
かである。−例として出力駆動歯車５０が約（１２ｉｎ
すなわち約３０５＋＋ｍ）の直径を有しかつ使用された
油が通常の５ＡＥ９０級歯車油のときに、前記の範囲の
厚さと表面積とを有するダンパ油溜め空間は使用して成
功しかつベース１２に対する回転台１４の剛性を実質的
に増加させた。

使用中、回転台１４がベース１２のまわりに回転された
り種々の他のロボット・マニピュレータ部分が移動して
種々の作業を行なうときに、通常回転台１４からベース
１２に種々の衝撃、ガタつき、および振動が伝達される
。ここに図示し記載されたような油膜ダンパ手段を有す
るロボット・マニピュレータ１０においては、これらの
好ましくない力はダンパ油溜め空間３０．３１のそれぞ
れの中の油を圧縮しようとする。油は実質的に非圧縮性
であるので、このような圧縮力は油をこのような油溜め
空間へ押込んだり中から押出したり交互に働らく、前記
のようにこのような油溜めとの連絡通路は絞られている
ので、油はこれらの圧縮力を逃がすほど十分には迅速に
移動できない。

したがって遅く移動する油がそれぞれの油溜め空間への
絞られた出入通路内を強制的に流されるとき、遅く移動
する油はこめよう６振動および力を減衰または吸収する
ように働ろく、この結果、ダンパ油溜め空間はロボット
・マニピュレータの軸受と出力被駆動歯車の上側および
下側に動的減衰リングを形成するように働らき、これに
よりベース１２に対する回転台１４の有効動的剛性を改
善し、このような振動などによりしばしば発生される好
ましくない変位またはコンプライアンスをきわめて減少
させる０本発明により製作される油膜ダンパは通常の適
用例に対しきわめて容易に設計可能であり、このとき油
膜ダンパ油溜め空間の被制御面積はこのような空間の深
さに対して調節可能であり、同様に使用される油の粘度
およびこのような油のこのような油溜め空間への出入通
路との観点からも調節可能であることに注目すべきであ
る。このような油膜ダンパは、比較的簡単かつ経済的な
方法でそのベースに対するロボット回転台の有効動的剛
性を実質的に増加するので、きわめて有効である。

本発明の好ましい実施例を図示し記載したけれども、通
常の当業者のいずれかにより、本発明の範囲から逸脱、
することなくこのような楕遣を適当に修正することによ
って油膜ダンパ構造の他の適用方法の実施が可能である
。たとえば、この油膜構造は、内部に形成された軸受軌
道輪を有するベース部分と、このようなベースに対し相
対的回転をなすように装着された回転台部分と、を有す
るロボット・マニピュレータにおいて、常時発生する衝
撃および振動がそのベースに対する回転部分の有効剛性
に負の影響を与えるようなロボット・マニピュレータ内
に配置されたいずれの回転体軸受にも使用可能である０
図示の例ではベース部分はロボット・マニピュレータの
真のベース部材であるけれども、用語ｒベース」はこの
場合可動部分くたとえば回転台部分）をベースに対し回
転可能にする回転体軸受取付部を提供するところのロボ
ット・マニピュレータのすべての部分を意味するのに使
用されることに注意すべきである。したがって、本発明
の範囲は特許請求の範囲によるべきであって、明細書本
文および図面に図示および記載の詳細構造および運転に
限定されるものではないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ベース内主軸受とおよび回転体軸受防衝ダン
パとを含むロボット・マニピュレータの下部部分の部分
破断平面図；および第２図は、第１図に示すロボット・マニピュレータの下
部部分の線２−２による断面図である。１０・・・ロボット・マニピュレータ、１２・・・ベー
ス、　　　１４・・・回転台、２０・・・主軸受、　　
　２５・・・軸受軌道軸、３０．３１・・・ダンパ油溜
め空間、１面の浄書（内容に変更なし）手続補正書昭和６３年　４月を日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）内部に形成された軸受軌道輪と、ベース内
において前記軸受軌道輪に隣接して形成される表面積に
対し相対的に薄い所定深さを有するダンパ油溜め空間と
、を有するロボット・マニピュレータ・ベースと；（ｂ）前記軸受軌道輪内に装着された軸受と；（ｃ）前
記ベースに対し相対回転をなすように前記主軸受上に装
着されたロボット・マニピュレータ回転台と；および（ｄ）前記ベース内の前記軸受に隣接しかつ前記ダンパ
油溜め空間を充満するダンパ油であって、前記ダンパ油
は常時前記油溜め空間内にあり、前記油溜め空間は前記
油が圧縮および移動に抵抗する傾向を有するように比較
的絞られた前記ダンパ油用入口および出口を有して形成
され、これにより使用中の前記ロボット・マニピュレー
タが経験する振動、機械的衝撃およびガタつきを減衰し
、前記ベースに対する前記回転台の有効動的剛性を増大
させるようなものである所定容積のダンパ油と；からなることを特徴とするロボット・マニピュレータの
回転体軸受用回転体軸受防衝防振ダンパ。
（２）前記ダンパ油溜め空間はダンパ油が常時前記軸受
の上部および下部に存在するように前記軸受軌道輪の上
部および下部のそれぞれに配置された上側部分と下側部
分とを有し、前記油溜め空間は前記軸受の上部および下
部の表面積に対し相対的に薄い所定深さを有しかつ前記
上側部分および下側部分を流体結合させる比較的絞られ
た油入口および油出口を有することを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の防衝ダンパ。
（３）前記絞られた油入口および油出口は前記軸受内に
形成された固有間隙と前記回転台の回転体歯車の歯と歯
との間の空間とを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第２項に記載の防衝ダンパ。
（４）前記ベースに対する前記回転台の所定の有効剛性
を得るために、前記油入口および油出口の有効な諸元は
前記油溜め空間内の前記ダンパ油の粘度に合わされるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の防衝ダン
パ。
（５）前記油溜めの前記所定の深さは、約１１７０ｃｍ
＾２の表面積に対し約　．０７６ｍｍないし約　．３８
ｍｍの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第
４項に記載の防衝ダンパ。
（６）（ａ）内部に形成された主軸受軌道輪と、ベース
内において前記軸受軌道輪に隣接して形成されるダンパ
油溜め空間であって、前記軸受軌道輪の上部および下部
のそれぞれに配置された上側部分と下側部分とを有し、
各部分はその表面積に対し相対的に薄い所定深さを有し
かつ前記上側部分および下側部分を流体結合させる比較
的絞られた油入口および油出口を有するダンパ油溜め空
間と、を有するロボット・マニピュレータ・ベースと、
（ｂ）前記軸受軌道輪内に装着された主軸受と；（ｃ）
前記ベースに対し相対回転をなすように前記主軸受上に
装着されたロボット・マニピュレータ回転台と；および（ｄ）前記主軸受に隣接しかつ前記ダンパ油溜め空間を
充満するダンパ油であって、前記油は常時前記油溜め空
間内にあり、前記油溜め空間は前記油が圧縮および移動
に抵抗するように前記上側部分および下側部分を流体結
合させる前記油用の比較的絞られた入口および出口を有
し、これにより使用中の前記ロボット・マニピュレータ
が経験する振動およびガタつきを減衰し、前記ベースに
対する前記回転台の有効動的剛性を増大させるようなも
のである所定容積のダンパ油と；からなることを特徴とするロボット・マニピュレータの
ベース内で使用される軸受防衝ダンパ。
（７）前記絞られた油入口および油出口は前記軸受内に
形成された固有間隙と前記回転台の回転体歯車の歯と歯
との間の空間とを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第６項に記載の防衝ダンパ。
（８）前記ベースに対する前記回転台の所定の有効剛性
を得るために、前記油入口および油出口の有効な諸元は
前記油溜め空間内の前記ダンパ油の粘度に合わされるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の防衝ダン
パ。
（９）前記油溜めの前記所定の深さは、約１１７０ｃｍ
＾２の表面積に対し約　．０７６ｍｍないし約　．３８
ｍｍの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第
８項に記載の防衝ダンパ。
（１０）（ａ）内部に形成された軸受軌道輪と、ベース
内において前記軸受軌道輪に隣接して形成されるダンパ
油溜め空間であって、前記軸受軌道輪の上部および下部
のそれぞれに配置された上側部分と下側部分とを有し、
各部分はその表面積に対し相対的に薄い所定深さを有し
かつ前記上側部分および下側部分を流体結合させる比較
的絞られた油入口および油出口を有するダンパ油溜め空
間と、を有するロボット・マニピュレータ・ベースと、
（ｂ）前記軸受軌道輪内に装着された軸受と；（ｃ）前
記ベースに対し相対回転をなすように前記主軸受上に装
着されたロボット・マニピュレータ回転台と；および（ｄ）前記ベース内の前記軸受に隣接しかつ前記ダンパ
油溜め空間を充満するダンパ油であって、前記ダンパ油
は常時前記油溜め空間内にあり、前記油が圧縮および移
動に抵抗するような所定の減衰系を得るために、前記ダ
ンパ油用の前記入口および出口の数、寸法および位置は
前記油の粘度に合わされ、これにより使用中の前記ロボ
ット・マニピュレータが経験する振動、機械的衝撃およ
びガタつきを減衰し、前記ベースに対する前記回転台の
有効動的剛性を増大させるようなものである所定容積の
ダンパ油と；からなることを特徴とする回転体軸受用回転体軸受防衝
防振ダンパ。