(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体に上下動駆動されるＺ方向機台に水平面上を揺動可能に支持された第１アーム２と、該第１アームの先端で揺動可能に支持された第２アームとを備えた水平多関節ロボットにおいて、
前記第１アームを駆動させるモータと前記第２アームを駆動させるモータとを前記Ｚ方向機台にそれぞれ設け、
前記第１アームの基部側に前記第２アームを駆動させるモータに連結された基部側プーリを設けると共に、先端側に前記第２アームに連結された先端側プーリとをそれぞれ設け、
一端が自由端である複数のスチールベルトの他端を前記基部側プーリと前記先端側プーリとに夫々固着し、自由端同士を単一の中間固定体により挟持させて平面で結合して、前記スチールベルトが中間固定体により緊張するように連結させ、
前記第２アームを駆動させるモータによる可逆回転に対して常に緊張した状態で回転を伝達するようにしたこと
を特徴とする水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造。
【請求項２】
請求項１において、前記単一の中間固定体は、前記スチールベルトの夫々の自由端に中間溶接板片が固着され、該中間溶接板片には前記スチールベルトを緊張させる緊張具の先端の引っ張り力が与えられる係止孔を備え、緊張状態で前記中間溶接板片を中間連結用包持板片に固定させることで、前記スチールベルトの自由端を緊張させて連結させて、中間固定体により前記スチールベルトが平面で結合して中間の箇所で緊張するようにして連結させてなること
を特徴とする水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、第２アームの駆動モータをベース座標系に固定したタイプの水平多関節ロボットにおいて、第２アームを駆動させる動力伝達ベルトなるスチールベルトのズレ等がないように強固に固定して第２アームを高精度に揺動できる水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水平多関節型ロボット（スカラー型ロボットとも称される）において、第２アームの駆動モータをベース座標系に固定したものでは、前記第２アームを駆動させるには、プーリを介して動力伝達ベルト（タイミングベルト等）にて行っている。このような従来技術としては、特公昭６１−５７１５８号による発明が存在している。この発明によれば、第２アームの両端のプーリ間には、動力伝達ベルトとして、高張力材である高恒弾性材（商品名スプロン等）を使用し、回転運動を確実にするためにネジ止めしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのような高恒弾性材（商品名スプロン等）を使用し、プーリ間にネジ止めして回転運動を確実にしても、その第２アームを揺動させ、急に停止する際には、慣性荷重も加わり、第２アームの回転基部には、大きな負荷荷重が掛かるため、ゴムベルトや従来公知の高恒弾性材（商品名スプロン等）に張力を持たせて緊張させていたとしても、ズレが生じて、高精度な位置決めが極めて難しかったり、或いはできない重大な欠点があった。このため、動力伝達ベルトとしては、スチールベルトを用いることが望ましい。
【０００４】
このようなスチールベルトを使用する方式としては次の２つがある。一つは、２組の開いたスチールベルトの端部をプーリに固定して力を伝達するものであり、他の一つは、１本の閉じたスチールベルトを用いて、プーリとの摩擦力により力を伝達するものである。後者のものは、大きな力が加わった場合には、これでもズレが生ずる恐れがある。このため、２組の開いたスチールベルトの端部をプーリに固定して力を伝達させる構造にすることが好適であるが、固着箇所の破損防止，スチールベルトに緊張力を与えての固定手段，スチールベルトの破損防止を図ることが望まれている。
【０００５】
特に、スチールベルトには第２アームの揺動によって非常に大きな負荷が加わるものである。これを単純にネジ締め固定を行うと、ネジ孔部に切欠き破壊が生じてスチールベルトが破損する危険がある。この対策として、ベルトの端部に補強板をつける方法があり、ベルトと補強板との接合には溶接を用いるのが一般的であるが、該溶接部に全ての荷重が掛かることになる。すると、今度は溶接部に応力集中が生じやすいものである。これを防止することも望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ロボット本体に上下動駆動されるＺ方向機台に水平面上を揺動可能に支持された第１アーム２と、該第１アームの先端で揺動可能に支持された第２アームとを備えた水平多関節ロボットにおいて、前記第１アームを駆動させるモータと前記第２アームを駆動させるモータとを前記Ｚ方向機台にそれぞれ設け、前記第１アームの基部側に前記第２アームを駆動させるモータに連結された基部側プーリを設けると共に、先端側に前記第２アームに連結された先端側プーリとをそれぞれ設け、一端が自由端である複数のスチールベルトの他端を前記基部側プーリと前記先端側プーリとに夫々固着し、自由端同士を単一の中間固定体により挟持させて平面で結合して、前記スチールベルトが中間固定体により緊張するように連結させ、前記第２アームを駆動させるモータによる可逆回転に対して常に緊張した状態で回転を伝達するようにしたことを特徴とする水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造とすることで課題を解決した。  また本発明は、前記単一の中間固定体は、前記スチールベルトの夫々の自由端に中間溶接板片が固着され、該中間溶接板片には前記スチールベルトを緊張させる緊張具の先端の引っ張り力が与えられる係止孔を備え、緊張状態で前記中間溶接板片を中間連結用包持板片に固定させることで、前記スチールベルトの自由端を緊張させて連結させて、中間固定体により前記スチールベルトが平面で結合して中間の箇所で緊張するようにして連結させてなることを特徴とする水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造とすることで課題を解決した。
【０００７】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。１はロボット本体であって、該ロボット本体１の前面に設けた上下方向の中間箇所又はその前面に昇降可能に設けたＺ方向機台３０の上下方向の中間箇所より、水平面上を揺動可能に第１アーム２が設けられている。具体的には、前記ロボット本体１の前面上部箇所に設けた第１アーム用モータ３による駆動をベルトを介して、減速機４に伝達させ、該減速機４の駆動軸４ａに前記第１アーム２の基部が固着され、前記第１アーム用モータ３の駆動にて第１アーム２が該基部を中心（減速機４の駆動軸４ａ）に水平面上を揺動可能に構成されている。
【０００８】
前記第１アーム２の両端、即ち、第１アーム２の基部側（軸支側）と、先端側（自由端側）とには、軸方向が垂直方向を向く，基部側プーリ５と先端側プーリ６とが水平面上を回転可能にそれぞれ設けられている。これによって、基部側プーリ５は不動位置で回転可能に構成され、先端側プーリ６は第１アーム２の先端側（自由端側）で、位置が可動し、且つ回転もするように構成され、それぞれは直径が同一に形成されている。前記先端側プーリ６箇所の下側に第２アーム７の基部が固着されている。
【０００９】
前記基部側プーリ５と先端側プーリ６との間は、スチールベルトＡが巻き掛けされている。該スチールベルトＡはステンレス薄板が好適である。該スチールベルトＡを両端付きベルト本体８を２本とし、この２本を基部側プーリ５と先端側プーリ６とが平面的にみてそれぞれ逆方向となるように設置され、前記両端付きベルト本体８の両端及び中間は板片部材で挟持させて固定し、且つその中間の板片部材箇所でスチールベルトＡが緊張するようにして連結されている。
【００１０】
該スチールベルトＡは、両端付きベルト本体８が２本として構成され、前記基部側プーリ５と先端側プーリ６とを平面的にみてそれぞれ逆方向となるようにして両端部固定体９，９と中間固定体１３とで連結固定されている。実施の形態では、両端付きベルト本体８の両端は、板片部材としての端部溶接板片１０と端部包持板片１１とで挟持しつつ前記基部側プーリ５と先端側プーリ６の外表面に固定されている。さらに、具体的には、図５に示すように、前記両端付きベルト本体８の端部に、長手方向に直交する方向に前記端部溶接板片１０にシーム溶接１０ａ〔図５（Ｃ）参照〕され、このように構成された該端部溶接板片１０が前記基部側プーリ５及び先端側プーリ６の切込み部５ａ，６ａに挿入設置され、両端付きベルト本体８が表面側となり、且つ該両端付きベルト本体８の端部固定体９の長手方向が前記基部側プーリ５及び先端側プーリ６のそれぞれの外周円の接線方向となるようにされ、その両端付きベルト本体８の端部の表面側に端部包持板片１１を当て、両端付きベルト本体８の端部を端部溶接板片１０と端部包持板片１１とで挟持するようにして端部包持板片１１の表面側よりビス等の固着具１２にてそれぞれのプーリ外周部に固定されている。
【００１１】
前記両端付きベルト本体８の中間も板片部材としての中間溶接板片１４と中間連結用包持板片１５にて、前記両端付きベルト本体８が挟持されつつ、緊張するようにして連結されている。さらに、具体的には、前記両端付きベルト本体８の中間箇所の両端部が、長手方向に直交する方向に前記中間溶接板片１４，１４にシーム溶接１４ａ〔図４（Ａ）及び（Ｂ）参照〕され、このように構成された該中間溶接板片１４，１４が、前記中間連結用包持板片１５とで前記両端付きベルト本体８を挟持するようにしてビス等の固着具１７にて固定されている。
【００１２】
前記中間連結用包持板片１５の主板部１５ａの上下には、溝１５ｂ，１５ｂが形成されるように鉤状片１５ｃ，１５ｃが屈曲形成されている。前記主板部１５ａの高さ（幅）は、前記両端付きベルト本体８の幅に相当し、前記中間溶接板片１４付き両端付きベルト本体８の端部が、中間連結用包持板片１５の両側より挿入され、前記中間連結用包持板片１５の主板部１５ａに設けたネジ孔１５ｄに、ビス等の固着具１７にて螺合され、これによって前記中間溶接板片１４付き両端付きベルト本体８の端部が、中間連結用包持板片１５に固定されている。この固定する際には、左右側の中間溶接板片１４付き両端付きベルト本体８，８を，相互に引っ張り力（緊張力）を与えるような緊張具１９の両先端が、前記中間溶接板片１４に設けられた係止孔１４ｂ，１４ｂに係止されて、その引っ張り力が与えられつつ固着具１７にて固定される。さらに、前記板片部材としての押圧板片１６が、前記中間連結用包持板片１５の溝１５ｂ，１５ｂに挿入されて、その押圧板片１６が前記溝１５ｂ，１５ｂの鉤状片１５ｃ，１５ｃに係止されていることを条件に、前記押圧板片１６に設けた押えネジ等の押え具１８にて前記中間溶接板片１４が両端付きベルト本体８を、さらに挟持するように中間連結用包持板片１５に押圧されて固定されている。前記説明において、端部溶接板片１０，端部包持板片１１，中間溶接板片１４，中間連結用包持板片１５，押圧板片１６等を総称して板片部材と称するものである。また、前記スチールベルトＡは、両端付きベルト本体８と端部固定体９，９と中間固定体１３との総称である。
【００１３】
また、前記スチールベルトＡを構成する両端付きベルト本体８では、前記第２アーム７が約１５０度内外の水平面上の揺動を得るには、図６（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、両端付きベルト本体８の端部固定体９，９が、より多く巻き掛けするようにして固定されている。これによって、第２アーム７が適宜の角度揺動しても両端付きベルト本体８端が外れるようになることを防止できる。２０は第２アーム用モータであって、前記基部側プーリ５を適宜回転駆動させることで、前記前記第２アーム７を揺動させることができる。
【００１４】
２１は第２アーム７の先端に設けた回転可能なＲ軸、２２はＲ軸用モータである。また、前記Ｚ方向機台３０は、前記ロボット本体１内に設けた垂直方向ガイドを介して昇降可能に設けられている。即ち、ロボット本体１内には、垂直状のネジ杆としての動作軸２３が回転可能に設けられ、該動作軸２３の中間には昇降部材２４の一部が螺合され、該昇降部材２４の他端部が前記Ｚ方向機台３０に固定されている。また、前記ロボット本体１内にはＺモータ３１が内蔵され、該Ｚモータ３１の駆動によって、プーリ，ベルト等を介して前記動作軸２３を適宜の方向に回転させ、該動作軸２３の回転にて昇降部材２４及びＺ方向機台３０が適宜昇降するように構成されている。前述のモータ、即ち、第１アーム用モータ３，第２アーム用モータ２０及びＺモータ３１は全て前記Ｚ方向機台３０の内部に収納され、且つパルスモータとして構成されている。また、ロボット本体１は前記動作軸２３，バランス用の引張りコイルスプリング２５を収納して取り付けた部分と、図示しない制御部とが収納されるケーシング２６とが分割されている。さらに、前記ロボット本体１の上方箇所とＺ方向機台３０との間には、適宜屈曲自在の屈曲自在型ケーシング２７が設けられ、モータ等の制御の配線が収納され絡まないように構成されている。また、前記ロボット本体１の下端には、ベース２８が設けられている。該ベース２８も含めてロボット本体１とすることもある。
【００１５】
図７に示したものは、スチールベルトＡの別の実施の形態であって、端部形状を変更したものである。即ち、一方の端部を２股状とした８ａ，８ａを形成したものであり、プーリ取付では、固着箇所が互いに食い込むように取り付けられるものである。この場合は、スチールベルトＡが上下に２本ではなく、スチールベルトＡが同一高さ位置に２本設けられる。
【００１６】
【実施例】
前述のスチールベルトＡなる両端付きベルト本体８をステンレス薄板とし、板厚は０．１mm程度とし、且つプーリ（基部側プーリ５，先端側プーリ６）の直径の１／５００となるように構成すると、スチールベルトＡを緊張させても強度面でも充分に対応できる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、水平多関節ロボットにおいて、第１アーム２を駆動させるモータと第２アーム７を駆動させるモータとをロボット本体１に上下動駆動されるＺ方向機台３０にそれぞれ設け、前記第１アーム２の基部側に基部側プーリ５を設けると共に、先端側に先端側プーリ６とをそれぞれ設け、前記基部側プーリ５と前記先端側プーリ６とに複数のスチールベルトＡを一方の側に巻掛けすると共に、対向する側にも巻掛けし、緊張させつつ連結させ、前記第２アーム７を駆動させるモータにより前記基部側プーリ５を適宜回転駆動させることで、前記第２アーム７を揺動可能に構成してなる水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造としたことにより、第１にズレが生ずることなく高精度に第２アーム７を揺動させることができるし、第２に第１アーム２及び第２アーム７を軽量化できる等の効果を奏する。
【００１８】
これらの効果を詳述すると、第２アーム７を揺動させるのに、基部側プーリ５と先端側プーリ６とにスチールベルトＡにて巻掛けし、緊張させつつ連結させたので、そのスチールベルトＡは緊張させても曲がりはするが決して伸びたりしないため、第２アーム７を揺動させて平面的にみた所定角度で停止しても、位置ズレがない。このことは、従来技術の特公昭６１−５７１５８号による発明では、第２アームの両端のプーリ間には、動力伝達ベルトとして、高張力材である高恒弾性材（商品名スプロン等）を使用し、回転運動を確実にするためにネジ止めしているが、その高張力材である高恒弾性材では、ある程度の回転運動に対して確実性はあるが、停止したときに、弾性材ゆえに第２アームの先端位置がズレが生ずることがあったが、本発明では、これをスチールベルトＡとしたことでズレを解消したものである。また、第２アーム７の駆動は、前述したように第１アーム２を介してのスチールベルトＡによる伝達であるために、前記第１アーム２の先端に第２アーム駆動用モータを取り付けないために、該第１アーム２を軽量化できる利点がある。
【００１９】
また、請求項２の発明においては、請求項１において、前記スチールベルトＡは両端に端部溶接板片１０と中間溶接板片１４が溶接された一対の両端付きベルト本体８とすると共に、該一対の前記両端付きベルト本体８にそれぞれ設けられた中間溶接板片１４を中間固定体１３により挟持させて前記一対の両端付きベルト本体８が一体化されて前記基部側プーリ５と前記先端側プーリ６とに夫々対向するように配置して前記基部側プーリ５と前記先端側プーリ６に複数設けた切込み部５ａ，６ａに夫々の前記端部溶接板片１０を挿入設置して固定して、前記スチールベルトＡに設けた中間固定体１３により前記スチールベルトＡが緊張するようにして連結させてなることを特徴とする水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造としたことにより、そのスチールベルトＡの両端は板片部材を挟持させたゆえに、そのスチールベルトＡを緊張させていても切断しにくく、強固なる取付ができ、且つスチールベルトＡを中間を板片部材を挟持させたので特に、ベルトに緊張度を与えることができ、緊張度のあるスチールベルトＡによる巻き掛けによって、第２アーム７の揺動をより正確にできる利点がある。特に、スチールベルトＡを板片部材にて挟持した構成であり、挟持した摩擦力により通常掛かる荷重を受けることでベルト保持ができ、極めて強固に取り付けることができる。請求項１の発明と同等の効果を奏する。
【００２０】
請求項３の発明においては、請求項２において、前記中間固定体１３は、中間連結用包持板片１５に屈曲形成された溝の両側から前記両端付きベルト本体８に設けられた前記中間溶接板片１５を挿入すると共に、双方の前記両端付きベルト本体８に設けられた前記中間溶接板片１４を前記両端付きベルト本体８が緊張する方向に引っ張り力を与えつつ固着具１７にて前記中間溶接板片１５を前記中間連結用包持板片１５に固定させることで、前記両端付きベルト本体８を緊張するようにして連結させてなることを特徴とする水平多関節ロボットにおけるスチールベルトの取付構造としたことにより、両端及び中間の固定箇所を、ベルト本体を包むようにし、且つ溶接もしたことで、スチールベルトＡは一層引っ張りに対しても切断しにくく強固にでき、この緊張度にて基部側プーリ５及び先端側プーリ６が回転する回転角の僅かなるズレもなくし、第２アーム７を揺動後に急に停止させても全くズレの生じない極めて高精度の水平多関節ロボットを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の斜視図
【図２】第１アーム内の両プーリ及びスチールベルト箇所の斜視図
【図３】（Ａ）はスチールベルトの中間箇所の接続した状態の斜視図
（Ｂ）はスチールベルトの中間箇所の部材の分解斜視図
【図４】（Ａ）はスチールベルトの中間箇所の接続した状態の断面図
（Ｂ）は中間箇所でスチールベルト相互に緊張を与えながら取付固定している状態図
（Ｃ）は（Ａ）のＰ−Ｐ矢視断面図
【図５】（Ａ）はプーリにスチールベルトの端部を固定した斜視図
（Ｂ）はプーリにスチールベルトの端部を固定している状態を示す斜視図
（Ｃ）はスチールベルトの端部の斜視図
【図６】（Ａ）はプーリにスチールベルトを巻き掛けした状態の横断平面図
（Ｂ）はプーリにスチールベルトを巻き掛けした状態の横断平面図
（Ｃ）はプーリにスチールベルトを巻き掛けした状態の横断平面図
【図７】（Ａ）は別の実施態様の第１アーム内の両プーリ及びスチールベルト箇所の斜視図
（Ｂ）は（Ａ）の取付構造の展開図
【符号の説明】
Ａ…スチールベルト
１…ロボット本体
２…第１アーム
５…基部側プーリ
６…先端側プーリ
７…第２アーム
８…両端付きベルト本体
１０…端部溶接板片
１１…端部包持板片
１４…中間溶接板片
１５…中間連結用包持板片
１７…固着具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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