JPH0740112Y2 - 工業用ロボットのバックラッシュ除去機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、工業用ロボットの関節部やアーム駆動部など
の傘歯車を有する回転力伝達系においてバックラッシュ
を除去するためのバックラッシュ除去機構に関するもの
である。

［従来の技術］ 一般に、工業用ロボットの関節部（手首部等）やアーム
駆動部などの回転力伝達系において、減速機としてバッ
クラッシュを極めて小さく抑えたロボット用減速機を使
用できない場合や、減速機以外に方向を変える目的で傘
歯車を使用する場合などには、バックラッシュの発生が
問題となる。特に、一般の傘歯車はバックラッシュが大
きく、そのバックラッシュの除去に工夫が必要である。

そこで、傘歯車からなる回転機構部においては、従来、
バックラッシュ除去機構として第５図に示すようなもの
が提案されている。

つまり、回転軸41は、その一端に図示しないモータ等の
回転駆動手段を接続され、他端に傘歯車42を取り付けら
れて、軸受43により軸支されている。また、回転軸41と
直交して配置される出力軸44は、軸受45により軸支さ
れ、一端に傘歯車42と噛み合う傘歯車46を取り付けられ
ている。そして、傘歯車46は、出力軸44にバックラッシ
ュ調整用のライナ47を介し複数のボルト48にて締め付け
固定されている。

従って、図示しない回転駆動手段からの駆動力は、回転
軸41,傘歯車42および傘歯車46を介して直交方向の出力
軸44へ伝達される。

このような機構において、傘歯車42,46間のバックラッ
シュを除去する際には、ボルト48を緩めた状態で、傘歯
車46を傘歯車42に対して第５図の上下方向に移動させ、
適当な位置となるように傘歯車46と出力軸44との間のラ
イナ47の板厚もしくは枚数を調整してから、ボルト48を
締め付けて傘歯車46を固定している。

一般に、ロボットの出力軸44の配置されるべき位置は所
定の箇所に決まっており変更することはできないため、
出力軸44自体をその軸方向（第５図の上下方向）に移動
させることはできない。このため、出力軸44と傘歯車46
との位置を相対的に変化させて、傘歯車42との間のバッ
クラッシュを調整する必要がある。また、このとき、出
力軸44と傘歯車46とを相対的に軸方向への移動を可能と
しながら回転方向に固定するには、スプラインや滑りキ
ー等を用いることが考えられるが、その機構が複雑であ
るとともに、これらの機構により新たに発生するガタが
問題になる。

これらの理由から、従来は上述したように、ライナ47に
よるバックラッシュの調整を行なっている。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の産業用ロボットのバック
ラッシュ除去機構では、ライナ47の板厚もしくは枚数の
調整にはかなりの手間がかかるほか、傘歯車42,46の摩
耗に伴う再調整（メンテナンス）上でも不利であるため
に改善が望まれていた。

また、産業用ロボットの手首においては、傘歯車が２組
以上ある場合が多く、いずれの傘歯車のバックラッシュ
を除去する機構が必要である。

本考案は、上述の課題の解決をはかろうとするもので、
簡素な構造でガタを招くことなく容易に調整を行なえる
ようにした工業用ロボットのバックラッシュ除去機構を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本考案の工業用ロボット
のバックラッシュ除去機構は、ロボットのケーシング内
に配設される減速機と出力軸との間に、２組の傘歯車機
構を持つ工業用ロボットのバックラッシュ除去機構にお
いて、上記減速機に直結され該減速機を介して回転駆動
手段に接続されるとともにそれぞれ一端に傘歯車を持ち
互いに平行する回転軸と、一端に傘歯車をもつ出力軸
と、上記回転軸と上記出力軸間に設けられ上記回転軸の
軸方向に直交して延びる伝達軸と、該伝達軸に軸支され
上記回転軸の傘歯車および上記出力軸の傘歯車のそれぞ
れに噛み合う２つの傘歯車を有する一対の歯車部材とを
備え、上記歯車部材が、当該伝達軸に螺合されるねじの
回動により当該伝達軸の軸方向に移動可能に設けられて
いるとともに、上記回転軸が、当該回転軸のそれぞれの
軸受ケースと上記ケーシングとの間に、上記回転軸を所
定の軸方向位置に保持しうる位置保持機構が設けられ、
上記軸受ケースが当該位置保持機構に軸方向移動可能に
内嵌螺合し、当該位置保持機構は上記軸受ケースの回り
止め部材を有し、上記回転軸の移動が上記減速機内の軸
方向移動可能な余裕範囲内にてなされることを特徴とす
る。

［作用］ 上述した本考案の工業用ロボットのバックラッシュ除去
機構では、回転軸を、減速機内の軸方向移動可能な裕度
範囲内で移動させて位置保持機構により所定の軸方向位
置に保持することで、出力軸の傘歯車に対する回転軸の
傘歯車の位置が調整され、出力軸の傘歯車と回転軸の傘
歯車との間のバックラッシュが調整・除去される。

また、本考案の工業用ロボットのバックラッシュ除去機
構では、回転軸と出力軸とにそれぞれ噛み合う２つの傘
歯車を一体構造としてガタを発生させないようにした上
で、この２個の傘歯車を有する歯車体をねじの回動によ
り伝達軸の軸方向に移動され、出力軸の傘歯車と歯車体
の傘歯車との間のバックラッシュを除去した上で、この
除去のために出力軸の傘歯車に噛み合う傘歯車が、本来
の位置より移動したため発生するバックラッシュの増加
と、回転軸および出力軸の２個の傘歯車が持つバックラ
ッシュを減速機の余裕範囲内で、減速機に直結した回転
軸および当該回転軸の傘歯車を移動させて同時に除去で
きる。

［考案の実施例］ 以下、図面により本考案の一実施例としての工業用ロボ
ットのバックラッシュ除去機構について説明すると、第
１図は本実施例の機構を適用されたロボットの関節部の
断面図（第２図のＩ−Ｉ矢視断面図）、第２図は第１図
のII−II矢視断面図、第３図はそのリミットスイッチの
配置状態を示す平面図、第４図は第３図のIV−IV矢視断
面図である。

まず、第1,2図により、本実施例の装置を適用される工
業用ロボット（アーク溶接ロボット等のマニピュレー
タ）の関節部とその駆動機構とについて説明する。この
関節部は、S1軸まわりの曲げ自由度α（動作角度範囲36
0°以内）とS2軸まわりのひねり自由度β（動作角度範
囲360°以上）とをもった２軸のロボット手首部20であ
る。

これらの２軸をそれぞれ回転駆動すべく、ロボットアー
ムのケーシング１内には、２つの駆動モータ（回転駆動
手段）2,3が設けられ、各駆動モータ2,3には、それぞれ
減速機（ハーモニック減速機もしくはサイクロン減速
機）4,5を介し回転軸6,7が接続され、これらの回転軸6,
7の一端は、それぞれ減速機4,5にねじ止めにて直結され
ている。ここで用いられている減速機4,5は、軸心方向
に移動可能なもので、これらに直結された回転軸6,7
も、減速機4,5の機構上必要なスプライン（ハーモニッ
ク減速機であれば、サーキュラスプラインおよびフレッ
クススプライン）としての機能を活用し、減速機4,5内
の軸方向移動可能な裕度範囲内で、その裕度を利用して
軸方向に移動可能となっている。

各回転軸6,7へ伝達された駆動モータ2,3からの回転力
は、それぞれ、傘歯車機構8,9を介し回転軸（出力軸）2
9,30へ伝達され、回転軸29の回転は、手首部20のS1軸ま
わりの回転として伝達される一方、回転軸30の回転は、
手首部20のS2軸の回転として傘歯車機構39を介し減速さ
れて伝えられるようになっている。

また、傘歯車機構8,9は、それぞれ、回転軸6,7の他端に
形成された傘歯車8a,9aと、傘歯車8a,9aにそれぞれ噛み
合い回転軸29,30の一端にボルト31,32により取り付けら
れた傘歯車8b,9bとから構成されている。

101は、噛み合いS1軸まわりの出力軸107と回転軸７との
間に設けられ、当該回転軸７の軸方向に直交する方向に
延びる伝達軸101であって、軸受104とエンドプレート10
5により軸方向に移動が規制され、かつ傘歯車8bに対し
て回転自在にされている。この伝達軸101には、軸方向
および回転自在に、傘歯車9bおよび伝達軸101に外嵌さ
れた回転軸30とからなる歯車体108がボルト106により一
体的に軸支されている。

また、傘歯車機構39は、歯車体108の回転軸30の傘歯車8
b側端に形成された傘歯車39aと、この傘歯車39aに噛み
合い出力軸107の一端に形成された傘歯車39bとから構成
されている。

歯車体108は、部材110を貫通して伝達軸101に螺合され
るボルト102を回動して締め付けることにより、伝達軸
と一体に回転可能にされているとともに、このボルト10
2の締め付け力により歯車体108の両傘歯車9b,39aがそれ
ぞれ回転軸の傘歯車9a,39bに押圧されている。103は部
材100と歯車体108との間にあるセットビスである。

そして、回転軸6,7は、それぞれその両端を軸受23,24;2
5,26により軸支されて、ケーシング１に対して回転自在
になっている。

軸受24,26の内輪は、それぞれ回転軸6,7に対して止め輪
27,28にて固定されているが、外輪は、ケーシング１に
対して軸方向（第1,2図の左右方向）に規制されておら
ず、軸受24,26自体は、回転軸6,7とともにその軸方向に
移動できるようになっている。

軸受23,25は、それぞれ、回転軸6,7に遊嵌された軸受ケ
ース33,34の内周面と回転軸6,7の外周面との間に介装さ
れており、軸受23,25の内輪は、回転軸6,7の外周面に形
成された段付き部6a,7aによりバックラッシュをつめる
方向に規制される一方、軸受23,25の外輪は、軸受ケー
ス33,34の内周面に形成された段付き部33a,34aによりバ
ックラッシュをつめる方向に規制されている。

また、軸受ケース33,34には、ケーシング１に固定され
た調整ケース35,36がそれぞれ外嵌され、調整ケース35,
36の内周面に形成されたねじ部35a,36aと、軸受ケース3
3,34の外周面に形成されたねじ部33b,34bとがそれぞれ
螺合していて、軸受ケース33,34は、それぞれ調整ケー
ス35,36に対して回転可能に且つ軸方向に移動可能に設
けられている。

さらに、調整ケース35,36には、それぞれ、軸受ケース3
3,34の外周面に押圧・当接して軸受23,25および回転軸
6,7を所定の軸方向位置に保持するセットビス37,38が螺
着されている。

これらの軸受ケース33,34,調整ケース35,36およびセッ
トビス37,38から、それぞれ回転軸6,7用の位置保持機構
が構成されるとともに、各位置保持機構および軸受24,2
6により、本実施例としてのバックラッシュ除去機構
（作用は後述する）が構成されている。

なお、ケーシング１内の回転軸6,7には、それぞれ、滑
りキー10,11が軸方向に沿い突設されるとともに、雄ね
じ部材12,13が軸方向へ摺動可能に外嵌されている。各
雄ねじ部材12,13は、滑りキー10,11に係合して各回転軸
6,7と一体に（相対回転せずに）回動し、軸方向へのみ
移動するようになっている。

また、雄ねじ部材12,13の外周部におけるケーシング１
には、各雄ねじ部材12,13を案内する固定ガイド14,15が
取り付けられている。各固定ガイド14,15は、雄ねじ部
材12,13外周のねじ山12a,13aに螺合しうるナットの一部
分（ラック状）に相当するもので、各雄ねじ部材12,13
は、それぞれ固定ガイド14,15に螺合して案内されるこ
とにより、回転軸6,7と一体に回動しながら軸方向へ滑
りキー10,11に沿って移動するようになる。そして、第
２〜４図に示すように、雄ねじ部材12,13が所定の位置
まで移動すると、これらの各雄ねじ部材12,13により作
動されて回転軸6,7の回動位置をそれぞれ検出するリミ
ットスイッチ16a,16b;17a,17bが設けられている。リミ
ットスイッチ16a,16bは、雄ねじ部材12のねじ山12aの各
端面12b,12cにそれぞれ当接して作動するものであり、
同様に、リミットスイッチ17a,17bは、雄ねじ部材13の
ねじ山13aの各端面13b,13cにそれぞれ当接して作動する
ものである。

さらに、本実施例では、第１図に示すように、リミット
スイッチ17a,17bよりも外側の位置（所定の幅方向位置
で雄ねじ部材13の移動限界位置）に、ゴム製ストッパ部
材18,19がそれぞれ回転軸７の端部に外嵌されて、手首
部20のS2軸まわりのためのメカストッパ機構が構成され
ている。各ストッパ部材18,19は、雄ねじ部材13の軸方
向端面13d,13eにそれぞれ当接して、雄ねじ部材13の移
動および回転軸７の回転を移動限界位置にて機械的に規
制するものである。また、回転軸６側には、上述のよう
なストッパ部材は設けられていないが、この回転軸６
は、ケーシング１に取り付けたゴム製ストッパ21,22
に、手首部20が当接することで、機械的に規制されるよ
うになっている。

本考案の一実施例としての工業用ロボットのバックラッ
シュ除去機構は上述のごとく構成されているので、傘歯
車39a,39b間のバックラッシュを除去する際には、第１
図に示す傘歯車機構8,9側方におけるケーシング１のカ
バーを取り外し、ボルト102を回動して緩めることによ
り、上記ボルト102の締め付け力で歯車体108を伝達軸10
1の軸方向（第１図の上方向）に移動させて除去する。

そして、歯車体108の移動により傘歯車9bに発生するバ
ックラッシュと、傘歯車8a,8bもしくは傘歯車9a,9b間の
バックラッシュと除去する際には、セットビス37,38を
緩めた状態で、軸受ケース33,34に形成された外部から
の回転可能な回転治具用孔等を用いて、軸受ケース33,3
4との螺合状態を緩め軸方向（第1,2図の左方向）に移動
させる。

軸受ケース33,34が軸方向に移動すると、軸受ケース33,
34と回転軸6,7とにより位置規制された軸受23,25を介し
て、回転軸6,7が、同方向へ駆動されることになる。こ
のとき、減速機4,5としては前述の通り軸心方向に移動
可能なものが用いられるとともに、軸受24,26がケーシ
ング１に対して軸方向に移動可能に設けられているの
で、回転軸6,7全体は、減速機4,5の裕度を利用してその
範囲内で支障なく、軸受23,24;25,26および軸受ケース3
3,34とともに軸方向に移動する。

このようにして、回転軸6,7を、その軸方向に移動さ
せ、バックラッシュを除去できる所定の軸方向位置に配
置した後、セットビス37,38を締め付ける。これによ
り、調整ケース35,36に対する軸受ケース33,34の相対的
回転、つまりは、回転軸6,7の移動が規制され、回転軸
6,7が所定の位置に保持され、回転軸29,30の傘歯車8b,9
bに対する回転軸6,7の傘歯車8a,9aの位置がそれぞれ調
整され、傘歯車8a,8bもしくは9a,9b間のバックラッシュ
が調整・除去されるのである。

なお、回転軸6,7が駆動モータ2,3により回転駆動される
と、その回転に伴い雄ねじ部材12,13が、それぞれ回転
軸6,7と一体に回動しながら軸方向に沿って移動する。
そして、各雄ねじ部材12,13のねじ山12a,13aがそれぞれ
所定の回数だけ回転して所定の軸方向位置まで移動する
と、雄ねじ部材12については、そのねじ山12aの各端面1
2b,12cがそれぞれリミットスイッチ16a,16bに当接し各
リミットスイッチ16a,16bが作動して、回転軸６の動作
限位置が検出されることになる。同様に、雄ねじ部材13
についても、リミットスイッチ17a,17bが作動して、回
転軸７の動作限位置が検出される。このようにして、各
リミットスイッチ16a,16b;17a,17bが作動すると、通常
は、モータ２もしくは３の動作が停止されて、回転軸6,
7の回転も停止し、手首部20のS1軸もしくはS2軸まわり
の回転は所定の位置で止まることになる。

また、万一、電気的故障などによりリミットスイッチ16
a,16b;17a,17bが作動しなかった場合、回転軸７につい
ては、雄ねじ部材13の端面13dもしくは13eがストッパ部
材18もしくは19に当接することで、衝撃力が吸収されな
がら、雄ねじ部材13の移動が規制されると同時に、この
雄ねじ部材13と一体的な回転軸７の回転も規制される一
方、回転軸６については、手首部20の端面が適当な位置
に設けられたストッパ21もしくは22に当接することで、
回転軸６の回転が規制され、手首部20のS1軸まわりの回
転が、所定の限界位置にて機械的に規制される。

このように、本実施例によれば、減速機4,5のもつ軸心
方向の裕度を利用し、軸受ケース33,34や調整ケース35,
36によって、減速機4,5に直結された回転軸6,7をその軸
方向に移動させてから、セットビス37,38を用いて所定
の軸方向位置に保持することで、傘歯車8a,8bもしくは9
a,9b間のバックラッシュが、従来のライナ式のものに比
べてはるかに容易に調整（メンテナンス時の再調整も含
む）・除去される。また、滑りキーやスプライン等のガ
タ発生を招く部品を別途設ける必要がなく、構造が簡素
であるので、部品の節約と同時に、余分な部品の使用に
よる新たなガタの要因が生じるのを防止できる。

さらに、傘歯車機構8,9側方におけるケーシング１のカ
バーを取り外し、軸受ケース33,34に形成された回転治
具係合用穴等を用い、軸受ケース33,34を回転させるだ
けで、バックラッシュを調整できるので、ロボット手首
部組立後に、すべて外部からバックラッシュ調整（再調
整も含む）・除去を行なえる利点もある。

なお、上記実施例では、本考案の機構をロボットの手首
部20に適用した場合を説明したが、本考案は、これに限
定されるものでなく、同様に構成される他の関節部など
にも同様に適用される。

［考案の効果］ 以上詳述したように、本考案の工業用ロボットのバック
ラッシュ除去機構によれば、減速機の裕度を利用して回
転軸をその軸方向に移動させ位置保持機構により所定の
軸方向位置に保持することで、出力軸の傘歯車と回転軸
の傘歯車との間のバックラッシュを調整できるように構
成したので、傘歯車間のバックラッシュを、極めて容易
に調整・除去できるほか、その構造が簡素であるので、
部品の節約と同時に、余分な部品の使用による新たなガ
タの要因が生じるのを防止できる効果が得られる。

また、回転軸と出力軸とにそれぞれ噛み合う２つの傘歯
車を一体構造としてガタを発生させないようにした上
で、この２個の傘歯車を有する歯車体をねじの回動によ
り伝達軸の軸方向に移動され、出力軸の傘歯車と歯車体
の傘歯車との間のバックラッシュを除去した上で、この
除去のために出力軸の傘歯車に噛み合う傘歯車が、本来
の位置より移動したため発生するバックラッシュの増加
と、回転軸および出力軸の２個の傘歯車が持つバックラ
ッシュを減速機の余裕範囲内で、減速機に直結した回転
軸および当該回転軸の傘歯車を移動させて同時に除去で
きるので、２組の傘歯車のバックラッシュが簡単にと
れ、また、バックラッシュ除去機構を付加するためにス
プラインやキーなどを用いた場合に比べて、新たなガタ
を全く発生させないメリットがあり、さらに後段の出力
側傘歯車を軸方向に固定しているので、手首に用いた場
合には溶接トーチなどのエンドエフェクタの位置関係に
影響を与えないで済む。

【図面の簡単な説明】 第１〜４図は本考案の一実施例としての工業用ロボット
のバックラッシュ除去機構を示すもので、第１図は本実
施例の機構を適用されたロボットの関節部の断面図（第
２図のＩ−Ｉ矢視断面図）、第２図は第１図のII−II矢
視断面図、第３図はそのリミットスイッチの配置状態を
示す平面図、第４図は第３図のIV−IV矢視断面図であ
り、第５図は従来の工業用ロボットのバックラッシュ除
去機構を示す模式図である。 図において、１…ケーシング、2,3…駆動モータ（回転
駆動手段）、4,5…減速機、6,7…回転軸、6a,7a…段付
き部、8,9…傘歯車機構、8a,8b;9a,9b…傘歯車、10,11
…滑りキー、12,13…雄ねじ部材、12a,13a…ねじ山、12
b,12c;13b,13c…ねじ山の端面、13d,13e…雄ねじ部材の
端面、14,15…固定ガイド、16a,16b;17a,17b…リミット
スイッチ、18,19…ゴム製ストッパ部材、20…ロボット
手首部、21,22…ゴム製ストッパ、23〜26…軸受、27,28
…止め輪、29,30…回転軸（出力軸）、31,32…ボルト、
33,34…軸受ケース、33a,34a…段付き部、33b,34b…ね
じ部、35,36…調整ケース、35a,36a…ねじ部、37,38…
セットビス、39…傘歯車機構。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットのケーシング内に配設される減速
   機と出力軸との間に、２組の傘歯車機構を持つ工業用ロ
   ボットのバックラッシュ除去機構において、上記減速機
   に直結され該減速機を介して回転駆動手段に接続される
   とともにそれぞれ一端に傘歯車を持ち互いに平行する回
   転軸と、一端に傘歯車をもつ出力軸と、上記回転軸と上
   記出力軸間に設けられ上記回転軸の軸方向に直交して延
   びる伝達軸と、該伝達軸に軸支され上記回転軸の傘歯車
   および上記出力軸の傘歯車のそれぞれに噛み合う２つの
   傘歯車を有する一対の歯車部材とを備え、上記歯車部材
   が、当該伝達軸に螺合されるねじの回動により当該伝達
   軸の軸方向に移動可能に設けられているとともに、上記
   回転軸が、当該回転軸のそれぞれの軸受ケースと上記ケ
   ーシングとの間に、上記回転軸を所定の軸方向位置に保
   持しうる位置保持機構が設けられ、上記軸受ケースが当
   該位置保持機構に軸方向移動可能に内嵌螺合し、当該位
   置保持機構は上記軸受ケースの回り止め部材を有し、上
   記回転軸の移動が上記減速機内の軸方向移動可能な余裕
   範囲内にてなされることを特徴とする工業用ロボットの
   バックラッシュ除去機構。