(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、前記固定部に対して回転可能な入力軸と、前記入力軸の回転が減速されて出力され前記入力軸と同軸の出力軸と、を備えた減速機を複数用い、前位の減速機の出力軸と後位の減速機の固定部との間に各減速機間の軸中心距離を固定するアームを架設し、更に前位の減速機の入力軸と後位の減速機の入力軸とを同時に回転させる伝動機構で連結したことで、減速機の入力軸の１つを回転させると、前記伝動機構で各減速機の入力軸が連結されている為に各減速機の出力軸が同時に回転することで前記アームが回転し、最後位の減速機の出力軸は、最前位の減速機の軸中心と最後位の減速機の軸中心とを結んだ直線上を移動することを特徴とする直線運動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒座標系ロボット等に用いる事のできる直線運動機構において、回転運動を複数のアームを用いて直線運動に変換する機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒座標系ロボット等に用いている回転運動を複数のアームを用いて直線運動に変換する機構の概略図を図２、３に示す。図３のように第１アーム３２と第１伝達軸４１は直結されている。第１プーリー５１は第１伝達軸４１と同軸上でベース３１に固定されていて、第１プーリー５１と第２プーリー５２は歯付ベルト３５によって連結されている。第２アーム３３と第２伝達軸４２は直結されている。第３プーリー５３は第２プーリー５２と同軸上で第１アーム３２に固定されていて第３プーリー５３と第４プーリー５４は歯付ベルト３６によって連結されている。第４プーリー５４とハンド３４は第３伝達軸４３を介して直結されている。
ここで第１プーリー５１と第２プーリー５２の歯数の比は２：１であり、第３プーリー５３と第４プーリー５４の歯数の比は１：２である。また、アーム上の各伝達軸の軸間距離Ｌ１＝Ｌ２である。
図２のように第１アーム３２がθ１反時計回りに回転すると、第１プーリー５１が固定されているために歯付ベルト３５によって第２プーリー５２がθ２＝２＊θ１時計回りに回転する。すると第２プーリー５２は第２アーム３３に直結されているので第２アーム３３もθ２＝２＊θ１時計回りに回転する。すると第３プーリー５３が第１アーム３３に固定されているために歯付ベルト３６によって第４プーリー５４がθ３＝θ１反時計回りに回転する。第４プーリー５４と直結されているハンド３４もθ３＝θ１反時計回りに回転する。このように運動するときハンド３４はその姿勢を保持したままで、第１アーム３２の回転中心Ｐ方向に移動する直線運動機構となる。この機構ではアームを駆動させる力を歯付ベルトとプーリー等で直接伝達している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の円筒座標系ロボット等に用いる直線運動機構においては、アームやハンドを駆動させる力を歯付ベルトとプーリー等で直接伝達しているために、歯付ベルトの伸び等によってハンドの直線運動方向に対してハンドが横方向に振れたり（特に始動時、停止時に顕著に起こる）、ハンドが横方向からの力に対して移動しやすいという問題点があった。上記の円筒座標系ロボットは、主にシリコンウェーハやガラス基板を石英ボート等に移載する為に利用されるので、直線運動方向に対してハンドが横方向に振れたりするとシリコンウエーハやガラス基板を石英ボート等に接触させて傷つけることになる。特にアームが長くなるとベルトも長くなり、アームを駆動させる力も指数関数的に増加するのでベルトの伸びはさらに大きくなる。結果として、横方向の振れ幅も指数関数的に増加することになり使用可能な搬送距離には限界がある。
【０００４】
本発明は円筒座標系ロボット等に用いる直線運動機構において、ハンドの直線運動方向に対してハンドが横方向に振れたり、横方向からの力に対して移動しやすいという問題点を従来の方法よりも小さくする方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直線運動機構では固定部と、固定部に対して回転可能な入力軸と、入力軸の回転が減速されて出力され入力軸と同軸の出力軸と、を備えた減速機を複数用い、前位の減速機の出力軸と後位の減速機の固定部との間に各減速機間の軸中心距離を固定するアームを架設し、更に前位の減速機の入力軸と後位の減速機の入力軸とを同時に回転させる伝動機構で連結している。（図１参照）このような機構により、減速機の入力軸の１つを回転させると、伝動機構で各減速機の入力軸が連結されている為に各減速機の出力軸が同時に回転することで前記アームが回転する。さらに最後位の減速機の出力軸は、最前位の減速機の軸中心と最後位の減速機の軸中心とを結んだ直線上を移動する。
【０００６】
上記の機構を用いて直線運動とするために、各減速機の減速比と回転方向、各減速機の入力軸を連結し同時に回転させる伝動機構の速度比、各減速機の軸中心の距離等の関係は適宜決定される。
【０００７】
上記の機構はアームを３個以上、減速機を４個以上用いる場合でも直線運動をするようになる。その場合も各減速機の減速比と回転方向、各減速機の入力軸を連結し同時に回転させる伝動機構の速度比、各減速機の軸中心の距離等の関係は適宜決定される。（図６参照）
【０００８】
上記の機構はアームを２個以上、減速機を２個以上用いる場合でも、従来の技術を併用し直線運動機構とすることができる。その場合も各減速機の減速比と回転方向、各減速機の入力軸を連結し同時に回転させる伝動機構の速度比、各減速機の軸中心の距離等の関係は適宜決定される。（図７参照）
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
基本的構成は、図１に示すように複数の第１、第２、及び第３減速機（１１、１２、１３）と、第１、第２アーム（２、３）と、第１、第２伝動機構（２１、２２）とを備えてなる。図１の詳細な構造は図４に示す。
【００１０】
図４に示される実施例について説明する。第１固定部１１ａに対して回転可能な第１入力軸１１ｂと、入力軸の回転が減速されて出力され入力軸と同軸上で回転可能な第１出力軸１１ｃとを備えた第１減速機１１を用いる。尚、第２、第３減速機は第１減速機と同じ構成である。減速機にはハーモニックドライブを使用している。
【００１１】
第１減速機１１の出力軸１１Ｃと第２減速機１２の固定部１２ａとの間に第１アーム２を架設し、同様に第２減速機１２の出力軸１２Ｃと第３減速機１３の固定部１３ａとの間に第２アーム３を架設する。第１アーム２は図５のように箱型で内部に第１伝動機構２１を備えている。そして第１減速機１１の出力軸１１Ｃを前位の下側に有し、第２減速機１２の固定部１２ａを後位の上側に有している。尚、第２アーム３は第１アーム２と同じ構成である。
【００１２】
第１入力軸１１ｂに第１プーリー２１ａを、第２入力軸１２ｂに第２、第３プーリー（２１ｂ、２２ａ）を、第３入力軸１３ｂに第４プーリー２２ｂを固着する。そして、第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）を歯付ベルト２１ｃで連結して第１伝動機構２１を構成し、第３、第４ブーリー（２２ａ、２２ｂ）を歯付ベルト２２ｃで連結して第２伝動機構２２を構成する。
【００１３】
第１伝動機構２１と第２伝動機構２２は第２入力軸１２ｂで連結されているので、第１、第２、第３入力軸（１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ）は同時に同方向に回転が可能である。
【００１４】
第１固定部１１ａはベース１にねじで固定され、第１出力軸１１ｃは第１アーム２にねじで固定されベース１に対して（クロスローラーベアリング２３の作用により）回転可能である。同様にして第２、第３出力軸（１２ｃ、１３ｃ）は第２アーム３及びハンド４にねじで固定され第１、第２アーム（２、３）に対して回転可能である。ゆえに、ハンド４と第１、第２アーム（２、３）とベース１は互いに回転可能である。
【００１５】
第１減速機１１（入力軸と出力軸が同回転方向）の減速比を１／１０１、第２減速機１２（入力軸と出力軸が逆方向に回転）の減速比を１／５０、第３減速機１３（入力軸と出力軸が同回転方向）の減速比を１／１０１とする。
【００１６】
第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）の歯数を同じとして、第３プーリー２２ａの歯数を１０１歯、第４プーリー２２ｂの歯数を１０２歯とする。
【００１７】
第１減速機１１の軸中心と第２減速機１２の軸中心との距離は、第２減速機１２の軸中心と第３減速機１３の軸中心との距離に等しい。
【００１８】
第１入力軸１１ｂをベース１に対して反時計回りに１０１回転させると、第１アーム２はベース１に対して反時計回りに１回転する。このとき第１アーム２に対して第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）は１０１−１＝１００回転することになる。第２プーリー２１ｂが回転することにより、第２アーム３は時計回りに第１アーム２に対して２回転する。このとき第２アーム３に対して第２、第３プーリー（２１ｂ、２２ａ）は反時計回りに１００＋２＝１０２回転することになる。第２アーム３に対して第３プーリー２２ａが１０２回転するとき、第４プーリー２２ｂは１０１回転するので、ハンド４は第２アーム３に対して反時計回りに１回転することになる。そうすると、第１アーム２がベース１に対して反時計回りに１回転するとき、第２アーム３は第１アーム２に対して時計回りに２回転し、ハンド４は第２アーム３に対して反時計回りに１回転することになる。つまり、第１アーム２が反時計回りにθ１回転すると、第２アーム３は第１アーム２に対して時計回りにθ２＝２＊θ１回転し、ハンド４は第２アーム３に対して反時計回りにθ３＝θ１回転する。このように運動するとき、ハンド４はその姿勢を保持したままで、第１アーム２の回転中心方向に移動する直線運動をするようになる。（図２参照）
【００１９】
この場合は、第１、第２アーム（２、３）やハンド４を第２、第３減速機（１２、１３）を用いて駆動させるので、歯付ベルト（２１ｃ、２２ｃ）に作用する張力は、アームやハンドを歯付ベルトで直接駆動する従来の技術と比較して小さくすることができる。つまり、歯付ベルト（２１ｃ、２２ｃ）の伸びを小さくすることができる。さらに、歯付ベルト（２１ｃ、２２ｃ）の伸びにより生じる第２アーム３やハンド４の回転角度は、第２、第３減速機（１２、１３）の減速比（１／５０、１／１０１）に比例するので、従来の技術より歯付ベルトの伸びの影響を小さくすることができる。
【００２０】
図７の実施例ではアームを２個、減速機を２個用いて、本発明と従来の技術を併用した場合の直線運動機構を示している。
【００２１】
ベース１と、第１、第２減速機（１１、１２）と、第１アーム２と、第１伝動機構２１は前述の実施例と同様である。ただし、第２入力軸１２ｂは中空となっている。また、第２減速機１２の出力軸１２Ｃには第２アーム７１を固定する。第３プーリー７５は、第２プーリー２１ｂと同軸上で固定軸７３と固着していて、固定軸７３は第１アーム２と固定されている。また、第４プーリー７６は伝達軸７４と固着していて、伝達軸７４はハンド７２と固着している。第３プーリー７５と第４プーリー７６は歯付ベルト７７によって連結されている。
【００２２】
第１減速機１１（入力軸と出力軸が同回転方向）の減速比を１／１０１、第２減速機１２（入力軸と出力軸が逆方向に回転）の減速比を１／５０とする。
【００２３】
第１、第２ブーリー（２１ａ、２１ｂ）の歯数を同じとして、第３プーリー７５と第４プーリー７６の歯数の比は１：２とする。
【００２４】
第１減速機１１の軸中心と第２減速機１２の軸中心との距離は、固定軸７３の軸中心と伝達軸７４の軸中心との距離に等しい。
【００２５】
第１入力軸１１ｂをベース１に対して反時計回りに１０１回転させると、第１アーム２はベース１に対して反時計回りに１回転する。このとき第１アーム２に対して第１、第２プーリー（２１ａ、２１ｂ）は１０１−１＝１００回転することになる。第２プーリー２１ｂが回転することにより、第２アーム７１は、第１アーム２に対して時計回りに２回転する。すると、第３プーリー７５が第１アーム７１に固定されているために、歯付ベルト７７によって第４プーリー７６が反時計回りに１回転する。すると、第４プーリー７７と直結されているハンド７２も反時計回りに１回転する。つまり、第１アーム２が反時計回りにθ１回転すると、第２アーム７１は第１アーム２に対して時計回りにθ２＝２＊θ１回転し、ハンド７２は第２アーム７１に対して反時計回りにθ３＝θ１回転する。このように運動するとき、ハンド７２はその姿勢を保持したままで、第１アーム２の回転中心方向に移動する直線運動をするようになる。（図２参照）
【００２６】
この場合は、第１、第２アーム（２、７１）を第１、第２減速機（１１、１２）を用いて駆動している。また、歯付ベルト７７と第３、第４プーリー（７５、７６）はハンド７２の姿勢の制御のみに用いている為、歯付ベルト７７に加わる力は第１、第２アーム（２、７１）を駆動させる力に比べて非常に小さく、歯付ベルト７７の伸び等も非常に小さい。従って、従来の技術より歯付ベルトの伸び等の影響を小さくすることができる。
【００２７】
図６の実施例ではアームを３個用いた場合の直線運動機構を示している。この図においてＬ４＝２＊Ｌ３、Ｌ３＝Ｌ５である。また、θ４＝θ７、２＊θ４＝θ５＝θ６である。つまり、第１アーム６１が反時計回りにθ４回転すると、第２アーム６２は第１アーム６１に対して時計回りにθ５＝２＊θ４回転する。また、第３アーム６３は第２アーム６２に対して反時計回りにθ６＝２＊θ４回転し、ハンド６４は第３アーム６３に対して時計回りにθ７＝θ４回転する。このように運動するとき、ハンド６４はその姿勢を保持したままで、第１アーム６１の回転中心Ｑ方向に移動する直線運動をするようになる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２９】
図１、４、５、６、７の実施例では、アームやハンドを減速機を用いて駆動させるので、歯付ベルトの伸び等の影響が小さくなり、ハンドの直線運動方向に対してハンドが横方向に振れたり、横方向からの力に対して移動しやすいという問題点を、従来の技術よりも小さくすることができる。特に歯付ベルトの伸びの影響が小さくなるので、アームを長くして搬送距離を長くするときに有効である。
【００３０】
また、今迄は軽量物の搬送に主に利用されていたが、減速機に十分な強度を持たせることにより、重量物の搬送やハンドに作用力が働く作業等にも使用することができるようになる。
【００３１】
尚、上記実施例において、アームを３個以上用いることにより、アームが２個の機構よりも長い搬送距離で利用することができる。（図６参照）
【図面の簡単な説明】
【図１】発明した直線運動機構の基本的構成の縦断面図である。
【図２】図３の直線運動機構を上から見た図であり、図３の機構が直線運動になることを示す平面図である。尚、図１、図７を上から見た図も同様の図になる。
【図３】従来の円筒座標系ロボットの直線運動機構部分の縦断面図である。
【図４】発明した直線運動機構の詳細な構成を表わした縦断面図である。
【図５】発明した直線運動機構の立面図である。
【図６】発明した直線運動機構においてアームを３個用いた構成を上から見た平面図であり、直線運動になることを示す図である。
【図７】発明した直線運動機構においてアームを２個、減速機を２個用いた構成でも、従来の技術を併用することによってハンドは直線運動をするようになる。その基本的構成の縦断面図である。
【符号の説明】
１    ベース
２    第１アーム
３    第２アーム
４    ハンド
１１    第１減速機
１１ａ  第１固定部
１１ｂ  第１入力軸
１１ｃ  第１出力軸
１２    第２減速機
１２ａ  第２固定部
１２ｂ  第２入力軸
１２ｃ  第２出力軸
１３    第３減速機
１３ａ  第３固定部
１３ｂ  第３入力軸
１３ｃ  第３出力軸
２１    第１伝動機構
２１ａ  第１プーリー
２１ｂ  第２プーリー
２１ｃ  歯付ベルト
２２  第２伝動機構
２２ａ  第３プーリー
２２ｂ  第４プーリー
２２ｃ  歯付ベルト
２３  クロスローラーベアリング
２４、２５  クロスローラーベアリング押さえ
２６  ベアリング
３１  ベース
３２  第１アーム
３３  第２アーム
３４  ハンド
３５、３６  歯付ベルト
４１  第１伝達軸
４２  第２伝達軸
４３  第３伝達軸
５１  第１プーリー
５２  第２プーリー
５３  第３プーリー
５４  第４プーリー
６１  第１アーム
６２  第２アーム
６３  第３アーム
６４  ハンド
７１  第２アーム
７２  ハンド
７３  固定軸
７４  伝達軸
７５  第３プーリー
７６  第４プーリー
７７  歯付ベルト
θ１  第１アーム３２の回転角度
θ２  第２アーム３３の回転角度
θ３  ハンド３４の回転角度
θ４  第１アーム６１の回転角度
θ５  第２アーム６２の回転角度
θ６  第３アーム６３の回転角度
θ７  ハンド６４の回転角度
Ｌ１  第１アーム３２上の伝達軸（４１、４２）の軸中心の距離
Ｌ２  第２アーム３３上の伝達軸（４２、４３）の軸中心の距離
Ｌ３  第１アーム６１上の回転軸中心の距離
Ｌ４  第２アーム６２上の回転軸中心の距離
Ｌ５  第３アーム６３上の回転軸中心の距離
Ｐ  第１アーム３２の回転中心
Ｑ  第１アーム６１の回転中心
【図１】
0003932305.tif 000002
【図２】
0003932305.tif 000003
【図３】
0003932305.tif 000004
【図４】
0003932305.tif 000005
【図５】
0003932305.tif 000006
【図６】
0003932305.tif 000007
【図７】
0003932305.tif 000008