JPH03287389A - 直線移動型産業用ロボットのバックラッシュ調整装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直線移動型産業用ロボツ）における直線走行
部のバックラッシュ調整装置に関し、特に、直線走行路
をラックで形成し、ロボット機体の下部に設けられた走
行台に取付けられたモータ駆動の歯車が同ラックと係合
することにより直線走行が作動される直線移動型産業用
ロボットのバックラッシュを除去してロボット制御装置
による直線走行制御を高精度化することが可能なバック
ラッシュ調整装置に関する。

〔従来技術〕

直線移動型産業用ロボットは、長尺のワークの溶接作業
等に利用されている。例えば、建設機材の溶接等にはロ
ボット腕の先端に手首を介して保持した溶接トーチを長
距離に渡って直線路に沿って走行させ、シーム溶接を行
う等の事例が近時、増加の傾向にある。このような直線
移動型産業用ロボットにおけ直線移動の制御、つまり、
走行始点、走行距離、走行終点等はロボット制御装置に
よる制御動作に従って遂行されるために、直線移動機構
の機械的精度が直接、上記制御動作の精度に影響を及ぼ
す。従って、直線移動の精度が高精度を要する場合には
、従来、−船釣にはバックラッシュを殆ど無視し得るボ
ールネジ機構とリニアガイド装置との組合せ機構が用い
られていた。然しなから、ボールネジ機構は、−本のボ
ールネジ軸の両端を回転軸受で支持して回転させ、ロボ
ットの走行台側に取付けたボールナツトとのねじ係合を
介して直線移動又は直線走行を得るようにしている。然
しなから、この種の直線走行型産業用ロボットにおいて
、走行速度を高めるために、ボールネジ軸の回転速度を
高速化する必要があるが、ネジ軸自体の危険速度から、
高速度化にも制限があり、特に、直線移動距離が長くな
ると、危険速度に基づく高速化の限界が一段と厳しくな
る。

上述から、直線移動機構に回転性のボールネジ軸を用い
ることなく、周知の非回転のラック・歯車機構を用いる
と、高速化を図り得るとともに長尺直線路の場合には複
数本のラックを結合して長尺化することも可能に成り、
危険速度の問題も解消する等の利点が有る反面で、ラッ
クと歯車との間のバックラッシュにより、直線走行の精
度が問題になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

すなわち、上述のバックラッシュの介在によって、ロボ
ット制御装置による走行指令内容と実際にロボット機体
が遂行する直線移動との間に誤差が発生して、所望の精
度を要するロボット作業、例えば、所定の長尺の金属素
材を確実、かつ、強硬に溶接する等のロボット溶接作業
を遂行し得ない結果も生ずると言う問題があり、故に、
用途が塗装作業等のように極端な高精度を要しないロボ
ット作業にのみ用い得る等の用途上の制限を受ける等の
問題があった。依って、本発明の目的は、ラック・歯車
機構を直線移動機構に用いた直線移動型産業用ロボット
のバックラッシュを除去するための装置を提供せんとす
るものである。

本発明の他の目的は、操作性が良好であると共にバック
ラッシュ調節量を目視的に認識可能な直線移動型産業用
ロボットのバックラッシュ調整装置を提供せんとするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、直線走行路を形成するラックに歯車を係合さ
せ、該歯車を駆動モータで回転駆動をさせて直線走行さ
せる直線移動型産業用ロボットのバックラッシュ調整装
置において、上記歯車を保持すると共にロボットの走行
台に遊動可能に取付けられて上記ラックの歯溝に対して
上記歯車を入出方向に可動にするハウジング部材と、上
記ロボット走行台に取付けられ上記ハウジング部材から
突出した腕部材を介して上記ラック歯溝に対する上記歯
車の入出量をバネ押圧力により加減調節可能なバネ圧調
節機構とを具備して構成され、上記歯車の入出量に応じ
てバックラッシュを除去可能にした直線移動型産業用ロ
ボットのバックラッシュ調整装置を提供せんとするもの
である。

〔作用〕

上述の構成によれば、バネ圧調節機構を手動により調節
することにより、上記ハウジング部材に作用するバネ押
圧力を調節し、ハウジング部材の遊動によって歯車をラ
ックの歯溝に対して出入動作させ、バックラッシュの調
整、即ち、実質的にはバックラッシュの除去を図ること
ができるのである。以下、本発明を添付図面に示す実施
例に基づいて、詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるバックラッシュ調整装置を備え
た直線移動型産業用ロボットの要部外観を示す正面図、
第２図は、第１図の■−■線による断面によって直線走
行路のラックとロボット走行台の歯車との噛合関係を示
す断面図、第３図はバックラッシュ調整装置の構成を拡
大図示した断面図である。

第１図、第２図を参照すると、直線移動型産業用ロボッ
トは、直線移動路１０に沿って走行可能に設けられてい
る。すなわち、直線走行路ＩＯはベース１２、梁材１４
、案内台１６を有し、叉案内台１６の下面には直線ガイ
ド１８と、直線移動機構を形成するラック・歯車機構に
おけるラック２０がラック歯を床面側に向けて取付けら
れている。

この直線走行路】０に搭載されて直線移動する産業用ロ
ボット３０は、上記直線走行路１０の直線ガイド１８と
協動して円滑な直線走行を遂行する走行足３２を具備し
た走行台３４、この走行台３４の上面に搭載され、かつ
、図示されていないロボット可動部、すなわち、俯仰動
作するロボット胴や上下動するロボット腕等の駆動モー
タＭ　ｗ　。

Ｍｕ等を備えたロボット固定胴３６等を備えて形成され
、走行台３４には駆動モータＭｙ、この駆動モータＭｙ
に結合した減速機３８、その減速機３８の出力軸に取付
けられ、かつ、上記の直線走行路１０におけるラック２
０と噛合するように走行台３４の側方から走行路１０の
案内台１６の下方に突出した歯車４０　（以下、単に、
ビニオンと言う）とが設けられ、また、後述のバックラ
ッシュ調整機構５０等が備えられている。

ここで、上記駆動モータＭｙの出力軸の後段に取付けら
れた減速機３８は、その外殻体を形成するハウジング部
材４２が、ロボット機体１０の走行台３４に対してピボ
ット軸４６を介して同走行台３４に対して第１図に矢印
Ａで示すように枢動可能に設けられている。従って、同
減速機３０の入力側に結合された駆動モータＭｙ及び同
減速機３８の出力側に接続されたピニオン４０も一体と
なってピボット軸４６の中心を枢動中心にして矢印Ａ、
つまり、上方と下方に適当量の遊動が可能に設けられて
いるのである。

ここで、第２図と共に第３図を参照すれば、明らかなよ
うに、減速機３８のハウジング部材４２の前縁の下部か
らビニオン４０の軸心方向に突出した腕部４４が形成さ
れ、また、ピニオン４０はハウジング部材４２の内部に
格納された減速機３８の出力端の回転軸受４６に同ピニ
オン４０の軸が支持された構造で同減速機３８に総合さ
れ、上記腕部４４の上側で直線走行路１０のラック２０
に噛み合い係合している。しかも、ロボット機体の走行
台３４から下垂した梁部３４ａの下端に形成された水平
器部３４ｂに、前述のバックラッシュ調整装置５０にお
ける筒状の有底バネハウジング５２がねじ係合により上
下に可動に装着されている。このバネハウジング５２は
、下端にスパナ工具等のバックラッシュ調整工具で掴み
可能な掴み側面５２ａが形成され、該掴み側面５２ａを
工具で掴んで回動させることにより、走行台３４の前記
水平器部３４ｂに対して上下に可動に形成されている。

そして、同バネハウジング５２は、緩み止めナツト５４
を水平＠１３４ｂに対して締め付けることにより、緩み
が発生しないように形成されている。同バネハウジング
５２の内部のハネ室にはコイルバネ５６が収納され、そ
のコイルバネ５６の一端側、つまり、下端側はバネハウ
ジング５２の底に定置され、他端は、同じくバネハウジ
ング５６の内部に収納された押圧桿５８の上方に形成さ
れた顎部５８ａに係合することにより、上記押圧桿５８
を上方へ押圧している。このとき、押圧桿５８の上端面
５８ｂは前述した減速機３８のハウジング部材４２にお
ける腕４４の外側下面に当接しており、同ハウジング部
材４２をバネ圧力で上方に押上げているのである。上記
押圧桿５８の下端はバネハウジング５２の底を貫通して
下方に突出し、該突出部分の下端にはねじ６２で止着さ
れたストッパ板６４が係止されている。このストッパ板
６４とバネハウジング５２の下端面との間のギャップＧ
は数ミリメートル程度の空隙に形成されている。

上述のように形成されたバックラッシュ調整装置５０の
作用を以下に説明する。

いま、緩み止めナツト５４を若干、緩めてからバネハウ
ジング５２をスパナ工具により回動させて走行台３４の
水平器部３４ｂに対して上方へ変位させると、同バネハ
ウジング５２の内部に収納されたバネ５６と押圧桿５８
とは、該押圧桿５８の上端面５８ｂがハウジング部材４
２の腕４４に下面側から当接しているため、バネ５６は
圧縮される。この結果、押圧桿５８に作用するバネ押圧
力が作用し、押圧桿５８は比較的大きな力Ｐで腕４４を
下方から上方へ押し上げる。この押圧力で減速機３８の
ハウジング部材４２は全体が上方に変位する。故に、同
ハウジング部材４２に保持されたピニオン４０の各歯は
、ラック２０の歯溝の内部に進入する方向に作用力を受
ける。然るに、ピニオン４０はインボリュート歯形を有
した歯車であるから、ラック２０との噛合歯間に残存す
るバックラッシュが低減する。また、上述と逆方向にバ
ネハウジング５２を下方へ変位させ、押圧桿５８による
押圧力を低減させれば、腕４４を介してピニオン４０を
保持したハウジング部材４２に作用する同押圧桿５８に
よる押圧力が低下してピニオン４０の歯はラック２０の
歯溝から後退するので、バックラッシュが発生すること
になる。つまり、バックラッシュの調整を行うことがで
きるのである。バックラッシュの調整後には常に、緩み
止めナツト５４により、バネハウジング５２と水平器部
３４ｂとの間のねじ係合部に緩みが発生することが無い
ように締め付けが行われる。

なお、ここで、直線走行中のロボット機体を考察スると
、同ピニオン４０の圧力角をθ、ピッチ円直径をＤ、ピ
ニオン４０が斜歯歯車の際のねじれ角をα（平歯車では
９０°）は、固定された歯車諸元の値である。

他方、駆動モータＭｙから減速機３８を介してピニオン
４０を回転駆動して走行している場合を考察すると、産
業用ロボット３０は一般的に加速時点に最大トルクを要
するから、このときに直線移動機構のピニオン４０に掛
かる反力も最大値になる。従って、産業用ロボット３０
は、直線走行路１０に沿って円滑、かつ、高精度下で走
行するには、この反力に打ち勝ってピニオン４０がラッ
ク２０の歯とバックラッシュ無く噛合を維持しながら、
動作する必要がある。つまり、このときの最大反力に基
づくピニオン４０の最大発生トルクをＴｍａｘとすると
、機械構造的な余裕率Ｓを見込むと、押圧力Ｐとの間で
次の式が成立していれば良い。

し 従って、このような押圧力が与え得るように、予め、コ
イルバネ５６のばね強度を設計、形成しておけば良いの
である。

上述した構成によれば、予め、バックラッシュ調整装置
５０のコイルハネ５６のばね強さを上述の式に従って設
計し、製造すると共に同ばねの押圧力とバネハウジング
５２の下端と押圧桿５８のストッパ板６４との間の空隙
量Ｇとの関係をグラフ図により作図化しておけば、産業
用ロボット３０の組立過程では空隙量Ｇをゲージで測定
することにより目視的に適正な押圧力を与えてバックラ
ッシュ除去を図ることができるのである。また、産業用
ロボット３０の使用過程では、時間の経過と共にピニオ
ン、ラック間の噛合部に磨耗が生じたときにも、使用積
算時間に応じて上記空隙Ｇを調整すれば、適正なバック
ラッシュ除去状態を実現できるのである。

なお、上記バックラッシュ調整装置５０は、ピボット軸
４６において、駆動モータＭｙ、減速機３８、ピニオン
４０が一体となってハウジング部材４２と共に枢動する
ことにより、バックラッシュを除去するようにしている
が、パックラッシュ調整量は高々１ｍｍ　　以下である
から、枢動半径を比較的、大きく取っておけば、ピニオ
ン４ｏがラック２０の歯溝に進入し、また後退する作用
は、略直線的変位と見なし得る程度であるとすることが
できる。しかも、このように、ピボット軸４６周りの枢
動により、ピニオン４ｏをラック歯溝に対して近似直線
変位で入出変位可能にした構造によって、ピニオン４０
を保持したハンチング部材４２を、例えば、直線案内溝
を設けて正確に直線変位で上下変位させる構造に比較し
て遥かに構造の簡単化を図ることができたのである。

なお、直線移動機構１０のラック２ｏとピニオン４０と
は平歯車系に限定されることなく、必要に応じて上記の
式に従うねじれ角を有した針歯歯車系を用いることも可
能である。

〔発明の効果〕

本発明による直線移動型産業用ロボットのバックラッシ
ュ調整装置によれば、作業者が目視的に直線走行路にお
けるラックとピニオンとの間のバックラッシュ除去を図
ることができ、しかも、定の式に基づいて設計されたバ
ックラッシュ除去のための押圧力を付与し得るように構
成したから、直線走行路におけるロボットの走行は加減
速走行の加速時点、減速時点でももバックラッシュが無
く、しかも円滑な走行が可能となり、高精度の直線走行
型産業用ロボットを得ることが可能になる。

この結果、直線移動型産業用ロボットを長尺のワーク素
材の溶接作業等に活用することが可能となり、従来は比
較的精度要求の低い塗装作業等に限られていた直線移動
型産業用ロボットの用途を高精度作業用途にまで拡大を
図ることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるバックラッシュ調整装置を備え
た直線移動型産業用ロボットの要部外観を示す正面図、
第２図は、第１図の■−■線による断面によって直線走
行路のラックとロボット走行台の歯車との噛合関係を示
す断面図、第３図はバックラッシュ調整装置の構成を拡
大図示した断面図。 １０・・・走行路、２０・・・ラック、３０・・・産業
用ロボット、４０・・・ピニオン、４２・・・ハンチン
グ部材、４４・・・腕、５０・・・バックラッシュ調整
装置、５２・・・ハンチング部材、５６・・・コイルバ
ネ、５８・・・押圧桿。 １←■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線走行路を形成するラックに歯車を係合させ、該
   歯車を駆動モータで回転駆動をさせて直線走行させる直
   線移動型産業用ロボットのバックラッシュ調整装置にお
   いて、前記歯車を保持すると共にロボットの走行台に遊
   動可能に取付けられて前記ラックの歯溝に対して前記歯
   車を入出方向に可動にするハウジング部材と、 前記ロボット走行台に取付けられ前記ハウジング部材か
   ら突出した腕部材を介して前記ラック歯溝に対する前記
   歯車の入出量をバネ押圧力により加減調節可能なバネ圧
   調節機構とを 具備して構成され、前記歯車の入出量に応じてバックラ
   ッシュを除去可能にしたことを特徴とする直線移動型産
   業用ロボットのバックラッシュ調整装置。 ２、前記バネ圧調節機構は、前記ハウジング側面に当接
   した押上げ桿と、前記ロボット走行台にねじ係合させた
   有底形バネハウジングと、前記バネハウジング内に収納
   され、前記押上桿に一端を係合させた押上バネとを具備
   して構成され、前記バネハウジングを作動して押上バネ
   圧を調節し、以て押上桿により前記ハウジング部材を変
   位させるようにした請求項１に記載の直線移動型産業用
   ロボットのバックラッシュ調整装置。 ３、前記ハウジング部材は、前記歯車と共に前記駆動モ
   ータの出力軸の後段に設けた減速機を内蔵、保持して前
   記ロボット走行台に遊動可能に取付けられている請求項
   １または２に記載の直線移動型産業用ロボットのバック
   ラッシュ調整装置。