JPH03294192A - バックラッシュ除去装置 - 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、駆動歯車と中間歯車の間のバックラッシュお
よび被動歯車と中間歯車の間のバックラッシュを除去す
るバックラッシュ除去装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、バックラッシュ除去装置としては、実開昭５８−
１６９２５０に示されるように互いに噛合する一対の歯
車のうち、一方を同形同大の２つの歯車を重ね合わせ、
この２つの歯車に設けられた弾性体の反発力により、２
つの歯車に互いに反対方向のトルクを与え、他方の歯車
の歯面をはさみ込むか、押し広げることによって、バッ
クラッシュを除去するものがある。

また、実開昭５９−５４２５１に示されるように互いに
噛合する一対の歯車のうち、一方の歯車の回転軸を軸承
するハウジング部材を直線摺動案内部に案内させて２つ
の軸間距離を調整するもがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、上述のような２つの歯車を重ね合ゎ−た構造の
ものは、歯幅が約２倍となり、コンパニド化が難しく、
弾性部材の調整も困難である。ｌた、ハウジング部材を
直線摺動案内部に案内さ→て２つの軸間距離を調整する
ものは、案内部を引動させる際の円滑性を確保すること
が難しく、Ｊ整に時間を要すること。案内される方向が
一方［のため、完全にバックラッシュを取り除くこと力
困難であることに加え、回転軸を両端で支持すｚことが
難しく、装置全体の剛性が低くなるという問題点があっ
た。

本発明は以上のような問題を解決するために４されたも
のであり、多方向にハシクラッシュの調整が可能であり
、容易にバックラッシュの除去か可能なバックラッシュ
除去装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明の多関節ロボットは、上述したような問題を解決
するためになされたものであり、フレームに支持された
駆動歯車、被動歯車および、この２つの歯車の両方に噛
み合う中間歯車からなる歯車機構の前記駆動歯車と前記
中間歯車の間のバックラッシュおよび前記被動歯車と前
記中間歯車の間のバックラッシュを除去する装置であっ
て、前記中間歯車の支持軸はベアリングを介して前記中
間歯車の歯部を回転可能に支持する中間支持部と、前記
中間支持部の中心軸から偏心した軸回りにこの中間支持
部を移動可能に支持する支持部からなり、前記駆動歯車
の回転中心軸と前記被動歯車の回転中心軸を結んだ直線
上に前記中間支持部の中心軸が存在しないように前記中
間歯車を配置し、前記フレームまたは前記中間支持部の
少なくともどちらか一方に前記駆動歯車の回転中心軸と
前記被動歯車の回転中心軸を結んだ直線と平行な方向に
長い長穴を形成し、この長穴に対して前記支持部が長穴
の長手方向に移動可能に取付けられたものである。

く作用〉 上記の構成により、中間歯車の歯部は、支持部の回転中
心軸を中心として、支持部と中間支持部の偏心量を半径
とする円弧上を移動可能となる。

この移動によって駆動歯車の回転中心軸と被動歯車の回
転中心軸を結んだ直線と直交する方向に中間歯車を移動
させることができる。またフレームに長穴を形成した場
合は、支持部は長穴の長手方向に移動可能となり、中間
支持部に長穴を形成した場合は、中間支持部は支持部に
対して長穴の長手方向に移動可能となる。よって中間歯
車の歯部を駆動歯車の回転中心軸と被動歯車の回転中心
軸を結んだ直線と平行な方向に中間歯車を移動させるこ
とができる。この駆動歯車の回転中心軸と被動歯車の回
転中心軸を結んだ直線と直交する方向と平行な方向の２
つの方向の移動を組み合わせ、中間歯車の歯部を自由に
移動させることによって、中間歯車を駆動歯車と被動歯
車の両方に押しつけることができ、バックラッシュは除
去される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図および第２図に示すごとく、支持ベース１０には旋回
台１２が鉛直な第１軸線１００を中心として回転可能に
支持され、この旋回台１２は旋回台１２自身に取付けら
れた１軸サーボモータ１３により旋回駆動されるように
なっている。

旋回台１２には、第１アーム１４の基端部が水平な第２
軸線１０１を中心とする第１旋回軸５によって回動可能
に支持されて、回路の減速機構を介して旋回金工２に取
付けられた２軸サーボモータ１６により揺動駆動される
ようになっている。また旋回台１２には、第１旋回軸５
を中心として回動可能な第１歯車８２が支持されている
。第１アーム１４の先端部には、第２軸線」０１と平行
な第３軸線１０２を中心とする第２旋回軸６が支持され
ている。第２旋回軸６には第３軸線１０２を中心として
揺動可能に第２アーム１５が固定されている。また、第
２旋回軸６には第１アーム１４に対して回動可能な第２
歯車８３が固定されている。第１歯車８２と第２歯車８
３の間には、第２軸！１０１および第３軸線１０２と平
行な軸線を回転中心軸とする３つの遊び歯車６０ａ、６
０ｂ。

６０ｃが噛合し、これらの遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６
０ｃの回転中心軸は、第２軸線１０１および第３軸線１
０２を結ぶ直線から、遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０ｃ
の順で交互に逆の方向にオフセットされて、第１アーム
エ４に支持されている。

旋回台１２には、数個の補助歯車による減速機構３６を
介して第１歯車８２を回動させることによって、第２ア
ーム１５を揺動駆動する３軸サーボモータ１７が固定さ
れている。第２アーム１５先端部には、ツイストリスト
６３が第２アーヘム１５中心の第４軸線１０３を中心に
回転自在に支持され、回路の４軸す・−ボモータにより
旋回駆動されるようになっている。ツイストリスト６３
上には、ベニ′トリストロ・１およびスイベルリスト６
５が順次回転可能に支持されて、それぞれ５軸サーボモ
ータ５０および６軸サーボモータ６６により旋回駆動さ
れるようになっている。

旋回台１２と第２アーム１５の間には、バランス用シリ
ンダ３７が設けられている。

第３図（ａ）、（ロ）に示すように、遊び歯車６０ａ。

６０ｂ、６０ｃの支持軸６７ａ、６７ｂ、６７ｃは第１
アーム１５の内側フレーム６８と外側フレーム６９０間
に支持されている。

支持軸６７ａの内側フレーム６８における取付部は、遊
び歯車６０ａが隣接する第２歯車８３と遊び歯車６０ｂ
とのバックラッシュを除去すべく移動できるように長穴
７０が形成され、支持軸６７ａに形成された長方形の突
設部７Ｘが長穴７０の長手方向に摺動可能に嵌め合わさ
れている。また支持軸６７ａを内側フし・−五６８と外
側フレーム６９の間に支持するためのボルト７２を挿入
するために、支持軸６７ａには長穴７０と同じ方向に長
い遊嵌穴７３が形成されている。支持軸６７ａの外側に
はベアリング７４を介して遊び歯車６０ａの歯部２０ａ
が取付けられている。

支持軸６７ｂは、ベアリング７５を介して歯部２０ｂを
支持する中間支持部１５１）と、中間支持部１５０をこ
の中間支持部１５０の中心軸１０７から偏心した位置に
設けられた回転中心軸１０６回りに回転可能に支持する
支持部２１がらなっててる。支持部２１の内側フレーム
６８および外側フレーム６９の取付部は、隣接する遊び
歯車６゜ａ、６０ｃの回転中心軸を結んだ直線と平行な
方向の長穴７８が形成されている。また支持軸６７ｂは
内側フレーム６８と外側フレーム６９の間に４つのボル
ト７９によって支持されている。このボルト７９を緩め
ることによって、支持軸６７ｂが回転中心軸１０６回り
の偏心回転と長穴７８の長手方向の移動ができるように
、支持軸６７ｂには、遊嵌穴８１が形成されている。

支持軸６７ｃの内側フレーム６８における取付部は、遊
び歯車６０ｃが隣接する第１歯車８２と遊び歯車６０ｂ
とのバックラッシュを除去すべく移動できるように長穴
８４が形成され、支持軸６７ｃに形成された長方形の突
設部８５が長穴８４の長手方向に摺動可能に嵌め合わさ
れている。また支持軸６７ｃを内側フレーム６８と外側
フレーム６９０間に支持するためのボルト８７を挿入す
るために、支持軸６７ｃには長穴８４と同じ方向に長い
遊嵌穴８６が形成されている。支持軸６７Ｃの外側には
ベアリング８８を介して遊び歯車６０Ｃの歯部２０ｃが
取付けられている。

次に本実施例の多関節ロボットの動作を説明するために
、第４図（ａ）、（ロ）のモデルを用いて説明する。第
４図のモデルでは、実施例の遊び歯車は３つであるのに
対し、遊び歯車は１つとなっている。

実施例における遊び歯車の数は、駆動側である第１歯車
８２と被動側である第２歯車８３の回動方向を一致させ
ることと、細長い形状をした第１アーム１４内に歯車を
コンパクトに配置することを考えて３つとしており、ロ
ボットの動作のみを考慮した場合、第１歯車８２と第２
歯車８３の回動力向を一致させればよいので、遊び歯車
は奇数個であれば幾つでもよく、モデルでは簡単に１つ
とした。３軸サーボモータ１７を駆動させず、第１歯車
８２を固定したままで、２軸サーボモータ１６を駆動し
、第１アーム１４を揺動させると、この歯車機構は、第
１歯車８２を太陽歯車として遊星連鎖をなした遊星歯車
装置となる。第１歯車８２と第２歯車８３は同じ歯車で
あり、かつ同じ方向に回転するから、第１歯車８２に対
する第２歯車８３の回転比ｅは１である。ここで第１歯
車８２０回転をｎｌ、第２歯車８３の回転をｎ２、第１
アームの回転をＮとして、回転比ｅを表すと以下の式に
なる。

ｅ＝　（ｎ２−Ｎ）／　（ｎｌ−Ｎ） 上式においてｅ＝１かつ第１歯車８２は固定され、列車
であるからｎ１＝ｏである。よって上式となる。つまり
、第１歯車８２を固定した状態で第１アームＪ４を揺動
させると、第４図（ｂ）に示すように第２歯車８３は、
第１歯車８２の周囲を公転するが、第２歯車８３自身は
回転せず、第２歯車８３に描かれた矢印Ａの方向は不変
である。従って、第２歯車８３が固定された第２アーム
１５のロボット外部から見た姿勢は不変である。この性
質は第８図（ａ）、（ロ）で示した平行リンク機構の性
質と等価なものである。

上述の性質に加え、本実施例の多関節ロボットは、３軸
サーボモータ１７を駆動させて第１歯車８２を回動させ
、遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０Ｃを介して第２歯車８
３を第１歯車８２と同じ方向に回動させることができ、
これによって第２アーム１５を第３軸線１０２を中心と
して約３３０゜あまり揺動させることができる。従って
、第１アーム１４および第２アーム】５の両方を駆動さ
せると第５図に示すような多関節ロボットの前後両方お
よび上方の広い作業領域を有する。

以上述べたように、本実施例の多関節ロボットは３軸サ
ーボモータ１７を駆動させず、２軸サーボモータ１６を
駆動して第１アーム１４を揺動させると、第２アーム］
５のロボット外部から見た姿勢は不変であるためにアー
ムの制御が容易であり、第２アームエ５を揺動させる３
軸サーボモータ１７を旋回台１２に設置することができ
、２軸サーボモータ１６にかかる負荷を軽減することが
できるという平行リンク式垂直多関節ロボットと同じ利
点を有するだけでなく、多関節ロボットの前後両方およ
び上方の広い作業領域を有する。また本実施例の多関節
ロボットは、歯車という剛性の高い要素によって構成さ
れているため可搬重量が大きいという特徴を有する。

次に第３図（ａ）、　（ｔ））に示したパックランシュ
除去装置について説明する。支持軸６７ａ、６７ｂ。

６７ｃを固定するボルト７２，７９．８７を緩めると、
各ボルトが嵌め込まれている遊嵌穴７３゜８１．８６の
ため、支持軸６７ａ、６７ｂ、６７Ｃは移動可能となる
。すなわち支持軸６７ａに固定された遊び歯車６０ａは
長穴７０に沿って、移動可能となる。同様に、支持軸６
７ｃに固定された遊び歯車６０ｃは長穴８４に沿って、
移動可能となる。第６図（ａ）にモデル化して示すよう
に、中間支持部５０の中心軸１０７と、支持部２１の回
転中心軸１０６が偏心している。このため遊び歯車６０
　ｂｍ歯部２０ｂの回転中心である中心軸１０７は、支
持部２１０回転中心軸１０６を中心として、偏心量を半
径とする円弧上を移動可能となる。この移動は主に遊び
歯車６０ｂを遊び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心軸１０
８，１０９を結ぶ直線と直交する方向に動かすもので、
この移動を第１の移動３５とする。また支持軸６７ｂは
長穴７８によって内側フレーム６８と外側フレーム６９
の間に支持されているため、支持軸６７ｂは長穴７８の
長手方向、すなわち遊び歯車６０ａ、６０Ｃの回転中心
軸１０８，１０９を結ぶ直線と平行な方向に移動可能で
ある。よって歯部２０ｂも同方向に移動可能であり、こ
の移動を第２の移動３６とする。よって遊び歯車６０ｂ
の歯部２０ｂは、第１の移動３５と第２の移動３６を組
み合わせて自由に移動できる。この移動を利用して、遊
び歯車６０ｂを遊び歯車６０ａ、６０ｃとの間にバック
ラッシュがないように押し付けると、この力によって、
遊び歯車６０ａ、６０ｃは長穴７０゜８４に沿って移動
する。その結果、遊び歯車６０ａは、第２歯車８３とバ
ックラッシュ無く噛合する。また、遊び歯車６０ｃは、
第１歯車８２とバックラッシュ無く噛合する。よって、
本実施例のバックラッシュ除去装置は、遊び歯車６０ｂ
を遊び歯車６０ａ、６０ｃに押し付け、遊び歯車６０ｂ
と６０ａの間および遊び歯車６０ｂと６０ｃの間のバッ
クラッシュを除去することによって、同時に遊び歯車６
０ａと第２歯車８３の間および遊び歯車６０ｃと第１歯
車８２の間のバックラッシュも除去することできる。

なお、本実施例の多関節ロボットの動作を実現させるた
めには、遊び歯車の数は、奇数ならば幾つでもよいこと
は先に述べた。これに加えて本実施例ではバックラッシ
ュ除去のために、３つの遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０
ｃの回転中心軸は、第１歯車８２と第２歯車８３の回転
中心軸を結ぶ直線から、遊び歯車６０ａ、６０ｂ、６０
Ｃの順で交互に逆方向にオフセットされて、バンクラッ
シュ除去装置を遊び歯車６０ｂに取付けた構成としたが
、バックラッシュ除去装置を取付けた歯車の回転中心軸
が、隣合う２つの歯車の回転中心軸を結ぶ直線からオフ
セットされていれば、本実施例のバックラッシュ除去装
置は、有効に作用する。

二のため、第７図（ａ）のように遊び歯車を１つとして
、この遊び歯車６０の回転中心軸を第１歯車８２と第２
歯車８３の回転中心軸を結ぶ直線からオフセットし、遊
び歯車６０にバックラッシュ除去装置を取付けたものや
、第７図Φ）、　（Ｃ）のように、３つの遊び歯車６０
ａ、６０ｂ、６０ｃにおいて、遊び歯車６０ｂの回転中
心軸を第１歯車８２と第２歯車８３の回転中心軸を結ぶ
直線上に配置し、遊び歯車６０ａ、６０ｃの回転中心軸
をこの直線からオフセットし、遊び歯車６０ａ、６０ｃ
にバックラッシュ除去装置を取付けたものでもよい。

ここで、第７図（ｂ）、　（Ｃ）では、（ｂ）は遊び歯
車６０ａ。

６０ｃを逆方向にオフセットし、（Ｃ）は遊び歯車６Ｑ
ａ、６０ｃを同一方向にオフセットしている。

また本実施例のバックラッシュ除去装置では、支持部２
１の内側フレーム６８および外側フレーム６９の取付部
に、隣接する遊び歯車６０ａ、５０ｃの回転中心軸を結
んだ直線と平行な方向の長穴７８が形成された構成とな
っているが、第６図［有］）にモデル化して示すように
、中間支持部１５０に長穴７８と同様の長穴１６０を設
け、この長穴１６０の内部に支持部２１を通した構成に
しても同様の効果が得られる。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明のバックラッシュ除去装置は、
中間歯車の支持軸はベアリングを介して前記中間歯車の
歯部を回転可能に支持する中間支持部ど、前記中間支持
部を前記中間支持部の中心軸から偏心した軸回りに移動
可能に支持する支持部からなり、前記駆動歯車の回転中
心軸と前記被動１車の回転中心軸を結んだ直線上に前記
中間支持部の中心軸が存在しないように前記中間歯車を
配置し、前記フレームまたは前記中間支持部の少なくと
もどちらか一方に前記駆動歯車の回転中心軸と前記被動
歯車の回転中心軸を結んだ直線と平行な方向に長い長穴
を形成し、この長穴に対して前記支持部が長穴の長手方
向に移動可能に取付けられたことにより７．中間歯車の
歯部を多方向に自由に移動させることによって、容易か
つ確実にバックラッシュを除去することができるという
利点第１図から第７図は本発明の実施例を示した図であ
り、第１図は実施例の多関節ロボットの構造を説明する
ための側面図、第２図は同多関節ロボットの構造を説明
するための背面図、第３図は遊び歯車の拡大図、第４図
は本実施例の多関節ロボットをモデル化した図、第５図
は本実施例の多関節ロボットの作業領域を示した図、第
６図は本実施例のバックラッシュ除去装置をモデル化し
た図およびその応用変形例を示した図、第７図は本実施
例の応用変形例を説明するための図である。第８図は平
行リンク式垂直多関節ロボットをモデル化した図である
。

２０ｂ・・・歯部、２１・・・支持部、６０゜６０ａ、
６０ｂ、６０ｃｍ−−遊び歯車、６７ａ。

６７ｂ、６７ｃ・・・支持軸、６８・・・内側フレーム
、６９・・・外側フレーム、７５・・・ベアリング、７
８．１６０・・・長穴、１０６・・・支持部２１の回転
中心軸、１０７・・・中間支枠部１５０の中心軸、１０
８・・・遊び歯車６ａの回転中心軸、］、　０９・・・
遊び歯車６０ｃ回転中心軸、１５０・・・中間支持部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フレームに支持された駆動歯車、被動歯車および、この
   ２つの歯車の両方に噛み合う中間歯車からなる歯車機構
   の前記駆動歯車と前記中間歯車の間のバックラッシュお
   よび前記被動歯車と前記中間歯車の間のバックラッシュ
   を除去する装置であって、前記中間歯車の支持軸はベア
   リングを介して前記中間歯車の歯部を回転可能に支持す
   る中間支持部と、前記中間支持部の中心軸から偏心した
   軸回りにこの中間支持部を移動可能に支持する支持部か
   らなり、前記駆動歯車の回転中心軸と前記被動歯車の回
   転中心軸を結んだ直線上に前記中間支持部の中心軸が存
   在しないように前記中間歯車を配置し、前記フレームま
   たは前記中間支持部の少なくともどちらか一方に前記駆
   動歯車の回転中心軸と前記被動歯車の回転中心軸を結ん
   だ直線と平行な方向に長い長穴を形成し、この長穴に対
   して前記支持部が長穴の長手方向に移動可能に取付けら
   れたバックラッシュ除去装置。