CN102667244A - 非平行轴传动机构及机器人 - Google Patents

Abstract

实现了能够向不平行的轴传递动力、轻量而没有齿隙且耐久性高的机构。而且，实现了具备轻量而没有齿隙且耐久性高的正交轴差动机构的机器人。具备圆锥形的带轮和扇形的带。多个圆锥带轮以假想圆锥面的顶点一致而假想圆锥面相切的方式进行配置。使用该结构作为正交轴差动机构，构成机器人。

Description

非平行轴传动机构及机器人

技术领域

本发明涉及使用带向正交轴等不平行的轴传递动力的非平行轴带传动机构及使用该非平行轴带传动机构的机器人。

背景技术

向不平行的轴传递动力的非平行轴传动机构使用于以机器人的关节为代表的大量的设备中。

在非平行轴传动机构中，正交轴传动机构尤其常用，有形成差动机构的例子。

最常用的非平行轴传动机构包括锥齿轮，但锥齿轮存在下述等一般性的技术课题：为了抑制摩擦而需要一定程度的间隙因而齿隙大；为了避免引起缺齿而需要使用高刚性的材料，因而重量变重。

为了解决所述一般性的技术课题，设计出采用金属线的非平行轴传动机构（例如参照专利文献1）。

由于金属线仅能传递牵拉方向的力，因此在本现有技术中，将设有阶梯差的2个带轮以旋转轴线正交的方式进行配置，将2条金属线反向卷绕，从而能够传递双方向的旋转。而且，以往也有使用带的非平行轴传动机构（例如参照非专利文献1）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平03―505067号公报（第12页、图6）

非专利文献1：伊藤茂著“メカニズムの事典”理工学社，1983年5月10日，p.108-112

发明内容

发明要解决的课题

但是，现有的使用金属线的非平行轴传动机构，与一般的使用金属线的机构相同，由于对金属线的负荷较大而存在金属线的可靠性的问题，因而妨碍了向工业用设备的应用。而且，在现有的机构中需要将金属线的端部分别固定于带轮，在旋转1周后金属线重叠，因此存在可动范围限制于旋转1周的问题。

本发明正是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供一种非平行轴带传动机构，其耐久性高，能够没有可动范围的限制地向正交的轴传递动力，也能够作为差动机构使用。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明如下构成。

权利要求1所记载的非平行轴传动机构，其特征在于，所述非平行轴传动机构具有：多个带轮；支承轴，所述支承轴将所述带轮分别支承成能够旋转；和传动媒介物，所述传动媒介物将输入到多个所述带轮中的任一个带轮的动力传递到旋转轴线与该任一个带轮的旋转轴线不平行的其他任一个所述带轮的传动媒介物，所述传动媒介物是扇带，该扇带展开成平面后的形状为扇形，所述带轮为圆锥带轮，所述圆锥带轮的形状为在与所述扇带接触的接触面设定假想圆锥面并从所述假想圆锥面减去所述扇带的表面形状而成的形状，所述圆锥带轮的旋转轴线为由所述假想圆锥面构成的圆锥的中心线，多个所述圆锥带轮中的至少2个以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置。

而且，权利要求2所记载的非平行轴传动机构，多个所述圆锥带轮中的至少2个以各自的所述假想圆锥面相切的方式进行配置，所述扇带利用以相邻的2个所述圆锥带轮的所述假想圆锥面的切线为边界而表里相反的面与2个所述圆锥带轮相切。

而且，权利要求3所记载的非平行轴传动机构，所述扇带是至少具备1个截面为V形或梯形的突起的V带，所述圆锥带轮具备与所述突起对应的槽。

而且，权利要求4所记载的非平行轴传动机构，所述扇带的V形或梯形的突起的形状为非对称形状，该非对称形状形成为，靠扇形的中心侧的面与带面构成的角比靠扇形的外侧的面与带面构成的角小。

而且，权利要求5所记载的非平行轴传动机构，所述扇带为在带的行进方向具备多个齿状突起的同步带，所述圆锥带轮为具备与所述齿状突起对应的槽的同步带轮。

而且，权利要求6所记载的非平行轴传动机构，所述扇带的同步带的齿形状为越靠扇形的外侧越宽的楔形突起，所述圆锥带轮具备与所述楔形突起对应的槽。

而且，权利要求7所记载的非平行轴传动机构，多个所述圆锥带轮中的任意2个分别为圆锥带轮1及圆锥带轮2，所述扇带为两端均被固定的扇带，该两端均被固定的扇带的一端固定于所述圆锥带轮1且另一端固定于所述圆锥带轮2。

而且，权利要求8所记载的非平行轴传动机构，设相邻的2个所述圆锥带轮分别为圆锥带轮A及圆锥带轮B，设所述圆锥带轮A的所述假想圆锥面与所述圆锥带轮B的所述假想圆锥面的切线为假想圆锥切线，该非平行轴传动机构具备2条所述两端均被固定的扇带，一条所述两端均被固定的扇带从所述假想圆锥面的顶点方向看顺时针卷绕于所述圆锥带轮A，并且以所述假想圆锥切线为边界，从所述假想圆锥面的顶点方向看逆时针卷绕于所述圆锥带轮B，另一条所述两端均被固定的扇带从所述假想圆锥面的顶点方向看逆时针卷绕于所述圆锥带轮A，并且以所述假想圆锥切线为边界，从所述假想圆锥面的顶点方向看顺时针卷绕于所述圆锥带轮B。

而且，权利要求9所记载的非平行轴传动机构，所述扇带为将扇形的两端连接为环状而成的扇环状带。

而且，权利要求10所记载的非平行轴传动机构在多个所述圆锥带轮中具备2以上的整数n个主圆锥带轮以及2（n-1）个引导圆锥带轮，所述主圆锥带轮及所述引导圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置，所述引导圆锥带轮在连珠式地连接起来的所述主圆锥带轮之间两个两个地配置成分别与2个所述主圆锥带轮相邻，所述扇环状带以内侧的面与所述主圆锥带轮相切并以外侧的面与所述引导圆锥带轮相切。

而且，权利要求11所记载的非平行轴传动机构在多个所述圆锥带轮中具备2以上的整数n个主圆锥带轮以及2n个引导圆锥带轮，所述主圆锥带轮及所述引导圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置，所述引导圆锥带轮在环状地连接起来的所述主圆锥带轮之间两个两个地配置成分别与2个所述主圆锥带轮相邻，所述扇环状带以内侧的面与所述主圆锥带轮相切并且以外侧的面与所述引导圆锥带轮相切。

而且，权利要求12所记载的非平行轴传动机构在多个所述圆锥带轮中具备2个输入圆锥带轮、1以上的整数n个主圆锥带轮以及4n个引导圆锥带轮，所述输入圆锥带轮、所述主圆锥带轮和所述引导圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置，2个所述输入圆锥带轮的旋转轴线配置在同一直线上，所述主圆锥带轮的旋转轴线以与所述输入圆锥带轮的旋转轴线垂直的方式进行配置，所述引导圆锥带轮以下述方式进行配置：每个所述主圆锥带轮分别与4个所述引导圆锥带轮相切，且4个所述引导圆锥带轮中的2个所述引导圆锥带轮与所述输入圆锥带轮中的一个所述输入圆锥带轮相切，而另外2个所述引导圆锥带轮与另一个所述输入圆锥带轮相切。

而且，权利要求13所记载的非平行轴传动机构，所述主圆锥带轮为同步带轮，以使所述扇带的展开中心角为主圆锥带轮的齿槽齿距的整数倍的方式设定所述引导圆锥带轮的假想圆锥面的圆锥台底面半径。

而且，权利要求14所记载的非平行轴传动机构具备支承框架，所述支承框架对分别支承所述引导圆锥带轮的所述支承轴及支承所述输出带轮的所述支承轴进行固定，所述支承框架被支承为能够绕2个所述输入圆锥带轮的旋转轴线旋转。

而且，权利要求15所记载的非平行轴传动机构，具备至少1个对所述扇带进行滑动接触支承的支承构件，所述支承构件为圆锥形支承构件，所述圆锥形支承构件具有在与所述扇带接触的接触面设定假想圆锥面并从所述假想圆锥面减去所述扇带的表面形状而成的形状，所述圆锥形支承构件和多个所述圆锥带轮中的任意一个所述圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致且所述假想圆锥面相切的方式进行配置，所述扇带利用以所述假想圆锥面的切线为边界而表里相反的面与所述圆锥带轮及所述圆锥形支承构件相切。

而且，权利要求16所记载的机器人，其特征在于，所述机器人具有：多个臂构件；和关节部，所述关节部将所述臂构件连接成能够旋转或回转，所述关节部具有权利要求1～15记载的非平行轴传动机构。

发明效果

根据权利要求1、16所记载的发明，能够向不平行的轴传递动力而不必扭转带。由于使用的是带，因此与使用锥齿轮的情况相比，能够使用轻的材料，因此机构轻，能够以小的齿隙进行传动。而且，由于使用带，因此与使用了金属线的情况相比，能够提高耐久性。

而且，根据权利要求2所记载的发明，能够配置带轮并使带轮不分离，能够使机构小型化。

而且，根据权利要求3所记载的发明，能够传递动力而带不会向圆锥的末端方向打滑。

而且，根据权利要求4所记载的发明，能够以接近垂直的面承受朝向圆锥的末端方向的力，因此能够使带不易脱离，能够使带的突起部不易变形，因此能够减小突起，能够使带容易弯曲，能够提高带的耐久性。

而且，根据权利要求5所记载的发明，即使在强力下也能够不打滑地传动。

而且，根据权利要求6所记载的发明，能够传递动力而带不会向圆锥的末端方向打滑。

而且，根据权利要求7所记载的发明，能够利用简单的机构向旋转轴线不平行的带轮传递动力而不使用引导带轮等。

而且，根据权利要求8所记载的发明，能够利用简单的机构向旋转轴线不平行的相邻的带轮传递动力而不使用引导带轮等。

而且，根据权利要求9所记载的发明，能够向旋转轴线不平行的带轮连续地传递两方向的旋转的动力。

而且，根据权利要求10所记载的发明，能够向旋转轴线不平行的连珠式地相邻的多个带轮连续地传递两方向的旋转的动力。

而且，根据权利要求11所记载的发明，能够向旋转轴线不平行且环状地相邻的多个带轮连续地传递两方向的旋转的动力。

而且，根据权利要求12所记载的发明，能够向旋转轴线位于同一直线上的2个带轮和具有与所述2个带轮的旋转轴线垂直的旋转轴线并环状地相邻的多个带轮连续地传递两方向的旋转的动力。

而且，根据权利要求13所记载的发明，即使在扇环状带为同步带的情况下，也能够使齿和槽正确地啮合而没有带的松弛等，能够向旋转轴线不平行的相邻的多个带轮连续地传递两方向的旋转的动力。

而且，根据权利要求14所记载的发明，能够使用带实现轻量而没有齿隙且耐久性高的正交轴差动机构。在使用金属线的情况下为了形成差动机构，需要在带轮设置4级的阶梯差，而在本发明中能够形成为1级的阶梯差，因此能够小型轻量化，能够使用带实现没有齿隙而耐久性高的正交轴差动机构。

而且，根据权利要求15所记载的发明，能够使用金属板、塑料等，能够小型轻量化，能够降低成本。

而且，根据权利要求16所记载的发明，能够传递动力而带不会向圆锥的末端方向和传动方向打滑。

而且，根据权利要求17所记载的发明，能够容易地制造刚性高的扇带。

而且，根据权利要求18所记载的发明，能够传递动力而带不会向圆锥的末端方向和传动方向打滑。

而且，根据权利要求19所记载的发明，能够进行传动而带轮彼此不干涉。

而且，根据权利要求20所记载的发明，能够传递动力而带不会向圆锥的末端方向和传动方向打滑。

而且，根据权利要求21所记载的发明，能够容易地制造同步扇带。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的非平行轴带传动机构的三视图。

图2是对表示本发明的第2实施方式的非平行轴带传动机构的扇带进行表示的展开图及剖视图。

图3是表示本发明的第3实施方式的非平行轴带传动机构的俯视图及主视图。

图4是用于说明本发明的第3实施方式的尺寸计算方法的剖视图。

图5是用于说明本发明的第3实施方式的尺寸计算方法的剖视图。

图6是对表示本发明的第4实施方式的非平行轴带传动机构的扇环状带进行表示的展开图。

图7是对表示本发明的第5实施方式的正交轴差动带传动机构的主要部分进行表示的三视图及立体图。

图8是对表示本发明的第5实施方式的正交轴差动带传动机构的整体形象进行表示的立体图。

图9是对表示本发明的第5实施方式的正交轴差动带传动机构的内部结构进行表示的分解图。

图10是对表示本发明的第6实施方式的正交轴差动带传动机构的主要部分进行表示的主视图、右侧视图及立体图。

图11是表示本发明的第6实施方式的展开中心角的计算例的曲线图。

图12是表示本发明的第8实施方式的扇带的一部分的展开图。

图13是表示本发明的第9实施方式的构成的主要部分的图。

图14是表示本发明的第10实施方式的正交轴差动关节单元的外观图。

图15是表示本发明的第10实施方式的使用正交轴差动关节单元的机器人臂的外观图。

图16是对表示本发明的第11实施方式的圆锥带轮和扇带的形状进行表示的立体图。

图17是表示本发明的第11实施方式的圆锥带轮的啮合部分的剖视图。

图18是对表示本发明的第12实施方式的圆锥带轮和扇带的形状进行表示的立体图。

图19是表示本发明的第12实施方式的将圆锥带轮和扇带分离后的部件图。

具体实施方式

［第1实施方式］

图1是表示本发明的非平行轴带传动机构的最简单的构成例之一的三视图，图1的（a）是主视图，图1的（b）是右侧视图，图1的（c）是仰视图。为了容易理解，仅简略示出主要部分，但实际上支承机构等是必需的。图中，标号1、2为圆锥带轮，标号3、4为扇带。圆锥带轮是指在与扇带的接触部分以假想地设定的圆锥面为基准并减去带厚度而成的形状的带轮。将该假想地设定的圆锥面记述为“假想圆锥面”。圆锥带轮1固定成能够绕旋转轴线5旋转，圆锥带轮2固定成能够绕旋转轴线6旋转。旋转轴线5及6作为各个假想圆锥面的中心线。

此处，为了方便，记述为“圆锥”，但圆锥带轮1及2的假想圆锥面当然在实际上不需要是形成到末端为止的圆锥形，仅与扇带的接触部分为圆锥形即可。圆锥带轮1及2以使假想圆锥面的顶点一致地相邻的方式进行配置。即，旋转轴线5和旋转轴线6在各个假想圆锥面的顶点相交。

扇带是指展开成平面的形状为扇形的带。此处，虽然记述为“扇形”，但扇带当然在实际上不需要是形成到末端为止的扇形，“扇形”包括如图2所示地呈圆弧形的带状的形状。如上所述配置圆锥带轮的话，能够将固定的半径的扇形的带不松弛地卷绕于2个带轮，即使带轮旋转，接触部也能够不打滑地连续传递动力。由此，即使在带轮的旋转轴不平行的情况下，也能够利用带进行动力传递。设定扇带为平带，将带的厚度的中央构成的圆锥面设定为假想圆锥面7。

因此，圆锥带轮1及2的圆锥形状是这样的形状：其半径比假想圆锥面7的半径小带厚的一半。由于圆锥带轮1及2以假想圆锥面相切的方式进行配置，因此结果是空出扇带3及4的厚度的量的间隙地进行配置。下面，如图2所示，将展开时的扇带外侧的半径记述为“展开半径”。而且，将展开后的中心角记述为“展开中心角”。展开中心角与带的长度相当。在本实施方式中，扇带3及4的两端分别固定于圆锥带轮1及2。在本实施方式中，为了防止扇带3和扇带4的干涉，将扇带3和扇带4的位置错开配置。因此，使得扇带3的展开半径大于扇带4的展开半径。

可以将圆锥带轮的假想圆锥面与扇带接触的接触面看作是圆锥台的侧面的一部分。若如此，则对于圆锥带轮，也能够考虑将其与扇带的接触面展开成平面时的展开半径和展开中心角。圆锥带轮1及2和扇带3及4的接触部分形成为展开半径分别一致的形状。下面，将该圆锥台的底面的半径记述为“圆锥台底面半径”。而且，将圆锥的母线和旋转轴线构成的角记述为“圆锥角”。在本实施方式的带传动机构的几何学的尺寸的设计中，首先，确定圆锥带轮1和扇带3构成的圆锥台底面半径r1、圆锥带轮2和扇带3构成的圆锥台底面半径r2以及旋转轴5和旋转轴6构成的角ψ。根据这些值，以满足下述的关系的方式确定扇带3的展开半径R、圆锥带轮1的圆锥角θ1、圆锥带轮2的圆锥角θ2。

【算式1】

$\left\{\begin{array}{c}{r}_1=R\sin {\mathrm{\θ}}_1\\ r_2=R\sin {\mathrm{\θ}}_2\\ \mathrm{\ψ}={\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right.$

即，求解该式，确定R、θ1、θ2如下。

【算式2】

$R=\frac{\sqrt{r_1^2+r_2^2+2r_1{r}_2\cos \mathrm{\ψ}}}{\sin \mathrm{\ψ}}$

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\frac{r_1}{R}$

${\mathrm{\θ}}_2={\sin }^{-1}\frac{r_2}{R}$

扇带4的展开半径R’根据圆锥带轮1和扇带4构成的圆锥台底面半径r1’、圆锥带轮2和扇带4构成的圆锥台底面半径r2’并与扇带3的情况同样地求得即可。其中，以与r1和r2之比相等的方式确定圆锥台底面半径r1’和r2’之比。或者，也可以先以不与扇带3重叠的方式确定扇带4的展开半径R’，根据下式确定圆锥台底面半径r1’和r2’。

【算式3】

r′₁=R′sinθ₁

r′₂=R′sinθ₂

在本实施方式中，将带轮形成为圆锥形，将带形成为扇形，并且以圆锥带轮的顶点一致的方式进行配置，由此能够进行非正交轴的传动而不会使带扭转。

下面说明本实施方式的机构的动作。当圆锥带轮1绕旋转轴线5从上表面看顺时针地旋转时，扇带3被卷绕起来，圆锥带轮2绕旋转轴线6从上表面看逆时针地旋转。此时，由于扇带4卷绕到圆锥带轮2，因此不会产生松弛等。当圆锥带轮1绕旋转轴线5从上表面看逆时针地旋转时，扇带4被卷绕起来，圆锥带轮2绕旋转轴线6从上表面看顺时针地旋转。这样能够将旋转轴线5的旋转传递到不平行的旋转轴线6。此时，利用r1和r2之比进行减速或增速。

但是，在本实施方式中，由于将扇带3及4的两端固定了，因此充其量只能旋转1周地传动。若设r1≤r2，并如下设定扇带3及4的展开中心角α的话，则能够在较小一方的带轮即圆锥带轮1旋转大约1周的范围内传动。

【算式4】

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}{r}_1}{R}=2\mathrm{\π}\sin {\mathrm{\θ}}_1$

当r1＝r2时，θ1＝π/4，因此如以下所示。

【算式5】

$\mathrm{\α}=\sqrt{2}\mathrm{\π}$

若扇带3及4充分薄，则能够通过增大带的展开中心角并卷绕多次来近似地进行多周的传动，但实际上当带重叠时半径变化带的厚度的量，因此难以进行精度高的传动。

［第2实施方式］

在本实施方式中，对扇带为多楔带（V ribbed belt）的情况的例子进行说明。图2示出将本实施方式的扇带展开成平面的形状。在第1实施方式中，对于带的表面形状是假想成平带并进行说明的，但实际上由于扇带3及4承受朝向圆锥带轮1及2的末端方向的力，因此需要防止带的横移的对策。对此，例如将扇带3及4形成为V带或多楔带即可。标号10是扇带，与第1实施方式同样地与圆锥带轮组合使用。

图2示出扇带10的截面形状。由于靠扇的中心侧的面受到较大的力，因此可以不使V形状对称，而如图2所示地将靠中心侧的面形成为更接近垂直的截面形状。在扇带为同步带或V带等的情况下，圆锥带轮在表面设有以假想圆锥面为基准地与扇带的接触面形状对应的凹凸。如图2所示，圆锥带轮9形成为从假想圆锥面8减去图2所示的扇带10的接触面形状而成的形状。

［第3实施方式］

图3是对于本实施方式的非平行轴带传动机构的第3实施方式的构成仅简略示出主要部分的图，图3的（a）是俯视图，图3的（b）是主视图。图中，标号11、12是主圆锥带轮，标号17、18是引导圆锥带轮，标号13是扇环状带。在本实施方式中，扇带仅为1条，为环状。与第1实施方式同样，主圆锥带轮11、12及引导圆锥带轮17、18能够绕各自的假想圆锥面的中心线旋转，并且以使顶点一致地相邻的方式进行配置。

即，旋转轴线在各个假想圆锥面的顶点相交。这样配置圆锥带轮的话，由于能够将扇带形成为相同半径的环状，因此能够进行连续多周的传动。但是，在主圆锥带轮11及12的圆锥角较大的情况下，存在扇环状带13的展开中心角超过2π的情况。即使在这种情况下，也能够通过将扇带分成多条制造，然后连接在一起形成为环状来实现。

在本实施方式中，也首先确定主圆锥带轮11和扇环状带13构成的圆锥台底面半径r1、主圆锥带轮12和扇环状带13构成的圆锥台底面半径r2以及旋转轴线15和旋转轴线16构成的角ψ。通过这些值，能够根据与第1实施方式同样的算式确定扇环状带13的展开半径R、主圆锥带轮11的圆锥角θ1、主圆锥带轮12的圆锥角θ2。而且，确定引导圆锥带轮17及18和扇环状带13构成的圆锥台底面半径。引导圆锥带轮17及18的圆锥台底面半径也可以不同，但在本实施方式中，为了简单起见，将引导圆锥带轮17及18的圆锥台底面半径均设为r3。此时，引导圆锥带轮17及18的圆锥角θ3通过下式求得。

【算式6】

${\mathrm{\θ}}_3={\sin }^{-1}\frac{r_3}{R}$

下面，说明本实施方式中引导圆锥带轮17及18的旋转轴线的角度以及扇环状带的展开中心角的确定方法。在将引导圆锥带轮17和18形成为相同形状的情况下，旋转轴线的角度成为对称的位置，因此仅对引导圆锥带轮17的计算方法进行叙述。将主圆锥带轮11、12及17的圆锥台底面与旋转轴线的交点分别设为N1、N2、N3。而且，在本实施例中，设主圆锥带轮11的圆锥台底面和主圆锥带轮12的圆锥台底面的切点为R1，设主圆锥带轮11的圆锥台底面和引导圆锥带轮17的圆锥台底面相切，并设其切点为R2，设主圆锥带轮12的圆锥台底面和引导圆锥带轮17的圆锥台底面的切点为R3。下面，将从点A到点B的向量记述为“向量A→B”。设圆锥带轮的顶点为原点O，以向量O→N1的方向为Z轴。

而且，以位于向量O→N1和向量O→N2构成的平面上且与Z轴垂直的直线的方向为Y轴。以向量O→N2和向量O→N1的外积向量的方向为X轴。设向量N1→R1和向量N1→R2构成的角为向量N2→R1和向量N2→R3构成的角为

向量N3→R1和向量N3→R2构成的角为

点N3位于平面O-N1-R2上，且位于平面O-N2-R3上，因此若能够确定

及则能够确定引导圆锥带轮17的旋转轴线方向。而且，若能够确定

及

则能够由下式确定扇环状带13的展开中心角α。

【算式7】

$\mathrm{\α}=\frac{2(\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_1)r_1+2(\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_2)r_2+2{\mathrm{\φ}}_3{r}_3}{R}$

$=2(\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_1)\sin {\mathrm{\θ}}_1+2(\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_2)\sin {\mathrm{\θ}}_2+2{\mathrm{\φ}}_3\sin {\mathrm{\θ}}_3$

图4示出截面O-N3-R2-N1。由图可知，点N3的Z坐标n3z以及点N3与Z轴的距离L1分别如以下求出。

【算式8】

n_3z=Rcosθ₃cos(θ₁+θ₃)...（1）

【算式9】

L₁=Rcosθ₃sin(θ₁+θ₃)

图5示出截面O-N2-R3-N3。设从点N3下垂到主圆锥带轮12的旋转轴线的垂线的垂足为点M。由图可知，向量O→M的大小h2及向量M→N3的大小L2分别如以下求出。

【算式10】

h₂=Rcosθ₃cos(θ₂+θ₃)

L₂=Rcosθ₃sin(θ₂+θ₃)...（2）

图3的（b）示出将向量M→N3投影到平面YZ的图。由图可知，点N3的Y坐标n3y及Z坐标n3z如以下求出。

【算式11】

n_3y=h₂sinψ-L₂cosφ₂cosψ

【算式12】

n_3z=h₂cosψ+L₂cosφ₂sinψ...（3）

利用算式（1）及算式（3）消去n3z，并将算式（2）代入，则如以下求出

【算式13】

${\mathrm{\φ}}_2={\cos }^{-1}\frac{\cos ({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_3)-\cos \mathrm{\ψ}\cos ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}{\sin \mathrm{\ψ}\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}$

根据图3的（a），如以下求出

【算式14】

${\mathrm{\φ}}_1={\cos }^{-1}\frac{n_{3y}}{L_1}$

$={\cos }^{-1}\frac{\cos \mathrm{\ψ}\cos ({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_3)-\cos \left(2\mathrm{\ψ}\right)\cos ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}{\sin \mathrm{\ψ}\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}$

而且，根据图3的（a），如以下求出n3x。

【算式15】

n_3x=L₁sinφ₁

通过上文，得到点N3的坐标。根据图3，点R2及点R3的坐标如以下求出。

【算式16】

$\stackrel{\→}{{\mathrm{OR}}_2}=(r_1\sin {\mathrm{\φ}}_1,r_1\cos {\mathrm{\φ}}_1,R\cos {\mathrm{\θ}}_1)$

$\stackrel{\→}{{\mathrm{OR}}_3}=(r_2\sin {\mathrm{\φ}}_2,R\cos {\mathrm{\θ}}_2\sin \mathrm{\ψ}-r_2\cos \mathrm{\ψ},R\cos {\mathrm{\θ}}_2\cos \mathrm{\ψ}+r_2\sin \mathrm{\ψ})$

由于得到了点N3、点R2、点R3的坐标，因此如以下确定

【算式17】

${\mathrm{\φ}}_3={\cos }^{-1}\frac{\stackrel{\→}{N_3{R}_2}\·\stackrel{\→}{N_3{R}_3}}{\left|\stackrel{\→}{N_3{R}_2|}\right|\stackrel{\→}{N_3{R}_3}|}$

通过上文，得到引导圆锥带轮的旋转轴线方向及扇环状带13的展开中心角，能够实现非平行轴的带传动机构。通过这种非平行轴带传动机构，能够实现与锥齿轮相比轻且没有齿隙、与金属线传动机构相比刚性及耐久性高的非平行轴的传动。

［第4实施方式］

在本实施方式中，对于扇环状带为同步带的情况的例子进行说明。图6示出将本实施方式的扇环状带展开成平面后的形状。标号20为扇环状带，是仅在单面具备齿的同步带。使具备齿的面位于主圆锥带轮侧，主圆锥带轮为具备与所述扇环状带的形状匹配的槽的同步带轮。通过采用同步带，能够传递两方向的旋转而圆锥带轮和扇环状带的接触面不打滑。将2张扇带以线段PP′和线段QQ′相连而成为扇环状带20。这种形状当然是由于带具有挠性而能够实现的形状。该情况下的扇环状带20的展开中心角为α1＋α2。通过将同步带的齿形状如图6所示设定为越靠扇的外侧越宽的形状，扇带的齿像楔一样夹于圆锥带轮的槽，起到承受朝向圆锥带轮的末端方向的力的作用，不会发生横移。引导带轮侧不具备齿而以圆锥面接触即可。

在第3实施方式中，先确定引导圆锥带轮的圆锥台底面半径r3，求出与其对应的扇环状带13的展开中心角α。但是，大多情况下，只要r3大到能够充分确保扇环状带的耐久性的程度以上，且小到不与其他部件在机构方面干涉的程度以下，则无论是何种大小都没有问题。另一方面，扇环状带为同步带的情况下，需要以使带的齿数为整数的方式确定α。因此，虽然先确定α并求出与其对应的r3较好，但以解析方式求解该计算式是困难的。在该情况下，使用计算机，将上述的根据r3求出α的计算反复求解至收敛于足够的精度即可。

［第5实施方式］

图7是示出第5实施方式的构成的主要部分的图，图7的（a）是主视图，图7的（b）是右侧视图，图7的（c）是仰视图，图7的（d）是立体图。图中，标号21、22是输入圆锥带轮，标号23是主圆锥带轮，标号24、25、26、27是引导圆锥带轮，标号28是扇环状带。在本实施方式中，仅由1条扇环状带28传递动力。扇环状带28是中心角超过2π的扇形，并且扇环状带28形成为环状。输入圆锥带轮21、22、主圆锥带轮23及引导圆锥带轮24、25、26、27与第2实施方式同样，能够绕各自的中心线旋转，并且以使顶点一致地相邻的方式进行配置。即，旋转轴线在各个圆锥的顶点相交。但是，空出扇环状带28的厚度的量的间隙。在本实施方式中，使输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22的圆锥台底面半径一致，使输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22的旋转轴线在同一直线上相对配置。

主圆锥带轮23的旋转轴线以与输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22的旋转轴线正交的方式进行配置。扇环状带28围着输入圆锥带轮21、22、主圆锥带轮23及引导圆锥带轮24、25、26、27如图所示地卷绕。扇环状带28通过由4个引导圆锥带轮夹紧而得到张力。若这样配置圆锥带轮，则能够使带为相同半径的环状，因此能够进行连续多周的传动。在本实施方式中，扇环状带28例如为在与输入圆锥带轮21、22及主圆锥带轮23的接触面刻有齿的同步带。通过采用同步带，能够传递两方向的旋转而主圆锥带轮和扇环状带的接触面不打滑。当然，圆锥带轮和扇带也可以如平带和V带那样通过摩擦进行传动。或者也可以与第1实施方式同样，将扇带的一部分固定于圆锥带轮，但该情况下，可动范围被限制为不足1周。

输入圆锥带轮21和22为对称的形状即可，因此若设输入圆锥带轮21、22的圆锥台底面半径为r1、主圆锥带轮23的圆锥台底面半径为r2、引导圆锥带轮24、25、26、27的圆锥台底面半径为r3，则能够与第2实施方式同样地计算但是，本实施方式中输入圆锥带轮21和23的旋转轴线构成的角及输入圆锥带轮22和23的旋转轴线构成的角分别为直角，因此若ψ＝π/2的话，则

n3y、向量O→R2、向量O→R3的计算式如以下所示变得简单。

【算式18】

${\mathrm{\φ}}_1={\cos }^{-1}\frac{\cos ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}{\sin ({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_3)}$

${\mathrm{\φ}}_2={\cos }^{-1}\frac{\cos ({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_3)}{\sin ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)}$

n_3y=Rcosθ₃cos(θ₂+θ₃)

$\stackrel{\→}{{\mathrm{OR}}_2}=(r_1\sin {\mathrm{\φ}}_1,r_1\cos {\mathrm{\φ}}_1,r_2)$

$\stackrel{\→}{{\mathrm{OR}}_3}=(r_2\sin {\mathrm{\φ}}_2,r_1,r_2\cos {\mathrm{\φ}}_2)$

扇环状带28的展开中心角α能够根据

及

由下式确定。

【算式19】

$\mathrm{\α}=\frac{4(\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_1)r_1+2(\mathrm{\π}-2{\mathrm{\φ}}_2)r_2+4{\mathrm{\φ}}_3{r}_3}{R}$

$=4(\mathrm{\π}-{\mathrm{\φ}}_1)\sin {\mathrm{\θ}}_1+2(\mathrm{\π}-{2\mathrm{\φ}}_2)\sin {\mathrm{\θ}}_2+4{\mathrm{\φ}}_3\sin {\mathrm{\θ}}_3$

在此处，主圆锥带轮23在2个部位与扇环状带28相切，但需要使它们彼此没有矛盾地啮合。例如若输入圆锥带轮21和23为同一形状且齿槽数为奇数，则需要使扇环状带28的齿数也为奇数，若输入圆锥带轮21和23为同一形状且齿槽数为偶数，则需要使扇环状带28的齿数也为偶数。

通过这种正交轴差动带传动机构，能够实现与锥齿轮相比轻且没有齿隙、与金属线传动机构相比刚性及耐久性高的正交轴差动传动。该传动机构分别向输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22独立地输入动力，将主圆锥带轮23固定于输出轴使用。

图8是包括有本实施方式的机构的支承机构及致动器的整体的结构图，图9是其分解结构图。根据图的情况，也存在仅示出单侧的部件，但未图示的部分也前后及左右对称地具备相同部件。下面，仅说明单侧。而且，下面，将输入圆锥带轮21及输入圆锥带轮22的旋转轴线记述为俯仰轴线，将主圆锥带轮23的旋转轴线记述为侧倾轴线。图中，标号51为固定支承圆盘，该固定支承圆盘51固定支承中空固定支承轴63及谐波齿轮67的刚性齿轮（circular spline）。

在本实施方式中，假定减速器为具备2枚刚性齿轮的类型的谐波齿轮67，但也可以使用其他类型的谐波齿轮或其他减速器。在中空固定支承轴63固定有外转子马达定子66。外转子马达转子64隔着轴承被支承为能够绕俯仰轴线旋转。作为谐波齿轮67的输入的波发生器固定于外转子马达转子64。在作为谐波齿轮67的输出的另一个刚性齿轮固定输入圆锥带轮21。输入圆锥带轮21隔着主带轮支承圆盘65及交叉滚子轴承68被支承为能够绕俯仰轴线旋转。在本实施方式中，为了使机构整体的尺寸小型化，利用外转子马达转子64的外侧支承输入圆锥带轮21，但当然也可以利用中空固定支承轴63等固定部分支承输入圆锥带轮21。

标号61是引导带轮支承轴，该引导带轮支承轴61隔着轴承70将引导圆锥带轮24支承为能够绕引导带轮支承轴61的中心轴线旋转。引导带轮支承轴61被固定于小支承框架56。在前后左右对称的位置配置有4个与小支承框架56同样的部件。所述小支承框架56和横支承框架52及53以及上支承框架55一体地固定，所述部件整体被隔着分别设于横支承框架52及53的轴承支承为能够绕俯仰轴线旋转。标号60为输出轴，所述输出轴60被隔着轴承70以能够绕侧倾轴线旋转的方式支承在上支承框架55。主圆锥带轮23固定于输出轴60并输出由扇环状带28传递的绕侧倾轴线的动力。

下面说明本实施方式的动作。在使输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22向相同方向旋转的情况下，它们的转矩的和作为使输出轴60绕俯仰轴线旋转的力传递。例如，使输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22从图的右方看逆时针地旋转的情况。经由扇环状带28、引导圆锥带轮24及25、轴承69、引导带轮支承轴61及62向小支承框架56及57传递，输出轴60与横支承框架51及52、上支承框架55、轴承70一起与上述部件成为一体，绕俯仰轴线旋转。另一方面，在输入圆锥带轮21和输入圆锥带轮22的旋转转矩存在差的情况下，通过扇环状带28传递与该差相当的转矩，成为使输出轴60绕侧倾轴线旋转的转矩。但是，该机构的旋转方向与基于锥齿轮的差动机构相反。

在专利文献1的现有技术中，为了形成差动机构，带轮需要4级的阶梯差，但在本实施方式中1级即可，因此能够小型轻量化。而且，由于使用带，因此与使用金属线的情况相比耐久性高。而且，在专利文献1的现有技术中，充其量只能旋转1周地传动，但在本实施方式中能够进行连续多周的传动。将本机构作为机器人的干涉驱动关节机构应用，能够实现小型轻量的机器人。

［第6实施方式］

图10是表示第6实施方式的构成的图，图10的（a）是主视图，图10的（b）是右侧视图，图10的（c）是立体图。图中，标号33、34为输入圆锥带轮，标号35、36为主圆锥带轮，标号37、38、40、41、42、44为引导圆锥带轮，标号31及32为扇环状带。虽然图中也有被遮挡的引导圆锥带轮，但引导圆锥带轮有8个，并且配置于前后左右对称的位置。在本实施方式中，使用扇环状带31和32这2条扇环状带传递动力。对于扇环状带，即使仅使用任意一方也能够作为差动机构工作，但通过使用2条，能够分散施加于带的负荷，从而能够耐受更大的负荷。或者在希望产生相同的负荷转矩的情况下，能够使各个带更细。扇环状带31及32为中心角超过2π的扇形，并且扇环状带31及32为环状。

输入圆锥带轮33、34、主圆锥带轮35、36及引导圆锥带轮37、38、40、41、42、44与第2及第3实施方式同样，能够绕各自的假想圆锥面的中心线旋转，并且以使顶点一致地相邻的方式进行配置。即，旋转轴线在各个假想圆锥面的顶点相交。在本实施方式中，使输入圆锥带轮33和主圆锥带轮34的圆锥台底面半径一致，使它们的旋转轴线在同一直线上相对配置。并且，使主圆锥带轮35和主圆锥带轮36的圆锥台底面半径一致，使它们的旋转轴线在同一直线上相对配置。主圆锥带轮35及主圆锥带轮36的旋转轴线以与输入圆锥带轮33及主圆锥带轮34的旋转轴线正交的方式进行配置。扇环状带31围着输入圆锥带轮33、34、主圆锥带轮35、36及引导圆锥带轮37、38、41、42如图7（a）所示卷绕。

扇环状带31利用4个引导圆锥带轮压住从而得到张力。扇环状带32配置成在与所述扇环状带31前后对称的位置同样地利用4个引导圆锥带轮压住。这样配置圆锥带轮的话，能够使带形成为相同半径的环状，因此能够实现连续多周的传动。扇环状带31及32与第2或第3实施方式同样，例如为同步带即可。

输入圆锥带轮33和34、主圆锥带轮35、36为对称的形状即可，因此若设输入圆锥带轮33、34的圆锥台底面半径为r1，主圆锥带轮35、36的圆锥台底面半径为r2，8个引导圆锥带轮的圆锥台底面半径为r3，则能够与第2及第3实施方式同样地计算

圆锥带轮扇环状带31及32的展开中心角α能够根据及

由下式确定。

【算式20】

$\mathrm{\α}=\frac{2(\mathrm{\π}-{2\mathrm{\φ}}_1)r_1+2(\mathrm{\π}-2{\mathrm{\φ}}_2)r_2+4{\mathrm{\φ}}_3{r}_3}{R}$

$=2(\mathrm{\π}-{2\mathrm{\φ}}_1)\sin {\mathrm{\θ}}_1+2(\mathrm{\π}-{2\mathrm{\φ}}_2)\sin {\mathrm{\θ}}_2+4{\mathrm{\φ}}_3\sin {\mathrm{\θ}}_3...\left(4\right)$

通过这种正交轴差动带传动机构，能够实现与锥齿轮相比轻且没有齿隙、与金属线传动机构相比刚性及耐久性高的正交轴差动传动。该传动机构分别向输入圆锥带轮33和主圆锥带轮34独立地输入动力，将主圆锥带轮35（或主圆锥带轮36）固定于输出轴使用。

若形成为这种结构，设仅通过从单侧拆下4个引导圆锥带轮就能够拆下扇环状带，维护容易。

图11示出使用算式（4）计算得到的展开中心角的数值例。4个主圆锥带轮和8个引导圆锥带轮分别为相同形状。该情况下的展开中心角由主圆锥带轮的圆锥台底面半径r1和引导圆锥带轮的圆锥台底面半径r3之比确定。由图可知，扇环状带的展开中心角为462°至474°左右是适当的。若设主圆锥带轮的齿数为T，则展开后的扇带中由展开中心角表示齿的齿距p的话，成为以下所示。

【算式21】

$p=\frac{2\mathrm{\π}{r}_1}{\mathrm{RT}}$

扇带的长度需要为p的整数倍。若设齿数T为50，则p＝5.09，扇带的长度在齿数是91时为463.3°，在齿数是92时为468.4°，在齿数是93时为473.5°，除此以外不是适当的长度。将扇环状带的长度（中心展开角α）形成为这些中的任一个，由图11求出成为该长度的r1和r3之比，确定r3即可。

［第7实施方式］

在第6实施方式中，使主圆锥带轮35和36的旋转轴线一致，但不特别需要使其一致，也可以以与输入圆锥带轮33及34正交的方式配置3枚以上的圆锥带轮。由此，能够减轻施加于每1条扇环状带的负荷，但存在机构重量变重的问题，因此大多情况下增多圆锥带轮并不是好的办法。而且，通过设置3枚以上圆锥带轮，根据尺寸的条件，能够使扇环状带为单纯的圆，容易进行带的制造。

［第8实施方式］

在本实施方式中对带进行了记述，但使用链也能够实现同样的传动机构。图12示出作为本实施方式的扇带使用的链。一般的链可看作是将小的链节以能够绕平行的轴线旋转的方式连接而成的结构，不过通过使所述轴不平行而带有少许角度，则能够作为扇带使用。在该情况下，圆锥带轮也可以是形成为突起的方向与圆锥面垂直的链轮。当将带卷绕于圆锥带轮而产生张力时，带受到朝向圆锥变细的方向的力，因此在使用了橡胶材料等的带中，需要如V带那样利用槽以避免偏移，但在利用链构成扇带的情况下，链自身具有阻止这种产生偏移的力的优点。

［第9实施方式］

图13是示出第9实施方式的构成的主要部分的图。本实施方式是取代第3实施方式的引导圆锥带轮24至27而使用滑动支承构件的情况的例子。其他的构成与第3实施方式相同。标号80及81为滑动支承构件，图中后方的2个滑动支承构件被遮挡而未图示，但在前后左右对称的位置具备4个同样的形状的滑动支承构件。滑动支承构件80及81固定于与第3实施方式的小支承框架56至59相当的构件，并且滑动支承构件80及81对扇环状带28进行滑动接触支承。滑动支承构件80及81与扇环状带28的接触面的形状为假想圆锥面。

与使用引导圆锥带轮的情况相比，由于在滑动接触部产生摩擦，因此存在传递效率差、扇环状带28容易发生磨损、发热等缺点，但由于滑动支承构件不旋转，因此仅具备单侧的接触面即可，能够使用金属板、塑料等，具有能够小型轻量化、能够减少成本等优点。

［第10实施方式］

对于使用第5～第9实施方式的正交轴差动带传动机构构成机器人臂的情况的例子进行说明。图14是本实施方式的关节单元136的外观图。标号110是带罩支承结构，该带罩支承结构110是在横支承框架53及54、上支承框架55、小支承框架56至59固定罩而成的结构。标号101是支承圆盘，该支承圆盘101是在图5的固定支承圆盘52固定用于保护线缆类的罩而成的结构。

标号109是输出体，该输出体109固定于图5的输出轴60。支承圆盘101经由中空支承臂102与支承基体103连接。从中空固定支承轴63到支承基体103的支承结构中空地连接，形成为能够在内部通过配线。配线包括向外转子马达定子66的线圈供给电力的马达电力线、用于将来自未图示的编码器的信号传递向控制器的编码器信号线等。而且，配线还包括来自与输出体109的顶端连接的其他差动关节单元等设备的配线即其他设备配线。其他设备配线通过输出体109的中空部分并通过中空固定支承轴63中。由于能够使配线通过纵横的旋转轴线的附近，因此在使关节动作时不易发生配线的松弛或张紧，能够提高重复动作时的耐久性。

带罩支承结构110以支承圆盘101为中心绕横轴旋转，输出体109绕纵轴旋转。通过这种结构的差动关节单元，能够使安装于输出体109的顶端的搬运物绕横轴及纵轴旋转。这2个输出轴构成为干涉驱动机构，因此能够在各个轴产生最大达到马达单体的输出的2倍的输出。

使用本关节单元136而如图10所示地构成7自由度机器人臂。机器人臂150通过带旋转轴马达的机器人基体134、关节单元131、132、133至133及手130构成。带旋转轴线马达的机器人基体134是将机器人臂150固定在固定面（例如工厂等的地板）151并且具备用于使机器人臂150整体绕铅直方向轴线旋转的马达的基体（基座）。关节单元131、132、133分别将输出体109和支承基体103结合，从而串联连接。标号130是手，该手130是通过本机器人臂控制位置及姿势而进行搬运、组装、焊接、涂装等工作的作业部。本实施方式成为这种构成，因此能够构成使机器人臂150小型化（特别是细长化）并提高最大输出的7自由度的垂直多关节机器人。

［第11实施方式］

图16是表示第11实施例的圆锥带轮和扇带的形状的立体图。标号161是在圆锥带轮具备突起161a的扣齿圆锥带轮。突起161a等间隔配置。标号163是带孔扇带，该带孔扇带具备与突起161a对应的孔。通过突起与孔啮合，能够防止带的打滑。在图16中，孔的形状为圆，突起的形状为在顶端部具备半球的圆柱，但这些形状是任意的，例如可以使突起为圆锥形状，或者使孔为长方形或将2个圆连接而成的长孔等而突起的形状也为与之啮合的形状。带孔扇带163也可以为钢带。标号162为带槽圆锥带轮，该带槽圆锥带轮162具备槽162a。图17示出啮合部分的剖视图。通过槽162a，能够避免从带孔扇带163伸出的突起161a和带槽带轮162的干涉。

在实施例3、5、6、9中，形成为主圆锥带轮和输入圆锥带轮的假想圆锥面彼此相切的结构。将本实施例的扣齿圆锥带轮用作主圆锥带轮、输入圆锥带轮并这样配置的话，突起161a会发生干涉。在该情况下，将主圆锥带轮和输入圆锥带轮的假想圆锥面分离配置即可。主圆锥带轮和输入圆锥带轮的假想圆锥面不需要彼此相切，分别与引导圆锥带轮的假想圆锥面相切即可。在使主圆锥带轮和输入圆锥带轮的假想圆锥面以角度Δψ分离配置的情况下，尺寸的计算如下式：

【算式22】

ψ=θ₁+θ₂+Δψ

，与先前说明了的实施例同样地计算即可。

与先前说明的实施例中的、扇带和圆锥带轮啮合而传动的结构同样，扇带的展开中心角必须成为啮合的齿距的整数倍。在实施例6中，以扇环状带的展开中心角为主圆锥带轮的齿的齿距p的整数倍的方式确定引导圆锥带轮的圆锥台底面半径，但如本实施例那样将主圆锥带轮和输入圆锥带轮的假想圆锥面以角度Δψ分离配置的情况下，也可以先适当确定引导圆锥带轮的圆锥台底面半径，以扇带的展开中心角成为啮合的齿距的整数倍的方式确定Δψ。

［第12实施方式］

图18是示出第12实施例的圆锥带轮和扇带的形状的立体图。标号181是在圆锥带轮具备V槽181a及突起181b的同步圆锥带轮。突起181b等间隔配置。标号183是同步扇带，该同步扇带183具备与V槽181a对应的V突起183a及与突起181b对应的凹坑183b。图19示出将带和带轮的接触部分以容易理解的方式分离了的图。通过使突起与凹坑啮合，能够如一般的同步带那样防止传动方向的带的打滑。而且，通过V槽181a和V突起183a啮合，能够如一般的V带那样，防止横方向的带的打滑。同步扇带183的带部分可以为钢带，V槽181a和V突起183a的部分可以为聚氨酯、橡胶等弹性材料并与钢带接合而制造出来。在本实施例中，同步扇带183和圆锥带轮182的接触面是平坦的，标号182为通常的圆锥带轮。当然，也可以为在两面具备V槽181a和V突起183a的形状，或与其他实施例中说明的形状组合而形成为表里不同的形状。

工业上的可用性

由于能够通过向正交轴进行带传动而实现没有齿隙而耐久性高的小型轻量的差动机构，因此不仅能够作为机器人的肩、肘、腕、股关节、膝、踝、头、腰、指等关节机构应用，还能够应用于由2个致动器实现车辆的转向和轮胎的旋转的动力传动机构、摄像机的摇摄/俯仰/侧倾机构之类的用途。

标号说明

1：圆锥带轮；

2：圆锥带轮；

3：扇带；

4：扇带；

5：旋转轴线；

6：旋转轴线；

7：假想圆锥面；

10：扇带；

11：圆锥带轮；

12：圆锥带轮；

13：扇环状带；

17：引导圆锥带轮；

18：引导圆锥带轮；

20：扇环状带；

21：输入圆锥带轮；

22：输入圆锥带轮；

23：主圆锥带轮；

24：引导圆锥带轮；

25：引导圆锥带轮；

26：引导圆锥带轮；

27：引导圆锥带轮；

28：扇环状带；

51：固定支承圆盘；

52：固定支承圆盘；

53：横支承框架；

54：横支承框架；

55：上支承框架；

56：小支承框架；

57：小支承框架；

58：小支承框架；

59：小支承框架；

60：输出轴；

61：引导带轮支承轴；

62：引导带轮支承轴；

63：中空固定支承轴；

64：外转子马达转子；

65：主带轮支承圆盘；

66：外转子马达定子；

67：谐波齿轮；

68：交叉滚子轴承；

69：轴承；

70：轴承；

31：扇环状带；

32：扇环状带；

33：输入圆锥带轮；

34：输入圆锥带轮；

35：主圆锥带轮；

36：主圆锥带轮；

37：引导圆锥带轮；

38：引导圆锥带轮；

40：引导圆锥带轮；

41：引导圆锥带轮；

44：引导圆锥带轮；

80：滑动支承构件；

81：滑动支承构件；

100：扇带链；

101：支承圆盘；

102：中空支承臂；

103：支承基体；

109：输出体；

110：带罩支承结构；

136：关节单元；

131：关节单元；

132：关节单元；

133：关节单元；

134：带旋转轴马达的机器人基体；

150：机器人臂；

151：固定面；

161：扣齿圆锥带轮；

161a：突起；

162：带槽圆锥带轮；

162a：槽；

163：带孔扇带；

181：同步圆锥带轮；

181a：V槽；

181b：齿状突起；

182：圆锥带轮；

183：同步扇带；

183a：V突起；

183b：凹坑。

Claims (22)

1.一种非平行轴传动机构，其特征在于，

该非平行轴传动机构具有：

多个带轮；

支承轴，所述支承轴将所述带轮分别支承成能够旋转；和

传动媒介物，所述传动媒介物将输入到多个所述带轮中的任一个带轮的动力向旋转轴线与该任一个带轮的旋转轴线不平行的其他任一个所述带轮传递，

所述传动媒介物是扇带，该扇带展开成平面后的形状为扇形，

所述带轮为圆锥带轮，所述圆锥带轮的形状为在与所述扇带接触的接触面设定假想圆锥面并从所述假想圆锥面减去所述扇带的表面形状而成的形状，

所述圆锥带轮的旋转轴线为由所述假想圆锥面构成的圆锥的中心线，

多个所述圆锥带轮中的至少2个以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置。

2.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

多个所述圆锥带轮中的至少2个以各自的所述假想圆锥面相切的方式进行配置，所述扇带利用以相邻的2个所述圆锥带轮的所述假想圆锥面的切线为边界而表里相反的面与2个所述圆锥带轮相切。

3.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带是至少具备1个截面为V形或梯形的突起的V带，所述圆锥带轮具备与所述突起对应的槽。

4.根据权利要求3所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带的V形或梯形的突起的形状为非对称形状，该非对称形状形成为，靠扇形的中心侧的面与带面构成的角比靠扇形的外侧的面与带面构成的角小。

5.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带为在带的行进方向具备多个齿状突起的同步带，所述圆锥带轮为具备与所述齿状突起对应的槽的同步带轮。

6.根据权利要求5所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带的同步带的齿形状为越靠扇形的外侧越宽的楔形突起，所述圆锥带轮具备与所述楔形突起对应的槽。

7.根据权利要求1或2所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

设多个所述圆锥带轮中的任意2个分别为圆锥带轮1及圆锥带轮2，所述扇带为两端均被固定的扇带，该两端均被固定的扇带的一端固定于所述圆锥带轮1且另一端固定于所述圆锥带轮2。

8.根据权利要求7所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

设相邻的2个所述圆锥带轮分别为圆锥带轮A及圆锥带轮B，

设所述圆锥带轮A的所述假想圆锥面与所述圆锥带轮B的所述假想圆锥面的切线为假想圆锥切线，

该非平行轴传动机构具备2条所述两端均被固定的扇带，

一条所述两端均被固定的扇带从所述假想圆锥面的顶点方向看顺时针卷绕于所述圆锥带轮A，并且以所述假想圆锥切线为边界，从所述假想圆锥面的顶点方向看逆时针卷绕于所述圆锥带轮B，

另一条所述两端均被固定的扇带从所述假想圆锥面的顶点方向看逆时针卷绕于所述圆锥带轮A，并且以所述假想圆锥切线为边界，从所述假想圆锥面的顶点方向看顺时针卷绕于所述圆锥带轮B。

9.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带为将扇形的两端连接为环状而成的扇环状带。

10.根据权利要求1或2所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

在多个所述圆锥带轮中具备2以上的整数n个主圆锥带轮以及2（n-1）个引导圆锥带轮，

所述主圆锥带轮及所述引导圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置，

所述引导圆锥带轮在连珠式地连接起来的所述主圆锥带轮之间两个两个地配置成分别与2个所述主圆锥带轮相邻，

所述扇环状带以内侧的面与所述主圆锥带轮相切，并以外侧的面与所述引导圆锥带轮相切。

11.根据权利要求1或2所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

在多个所述圆锥带轮中具备2以上的整数n个主圆锥带轮和2n个引导圆锥带轮，

所述主圆锥带轮及所述引导圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置，

所述引导圆锥带轮在环状地连接起来的所述主圆锥带轮之间两个两个地配置成分别与2个所述主圆锥带轮相邻，

所述扇环状带以内侧的面与所述主圆锥带轮相切，并且以外侧的面与所述引导圆锥带轮相切。

12.根据权利要求10所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

在多个所述圆锥带轮中具备：

2个输入圆锥带轮；

1以上的整数n个主圆锥带轮；和

4n个引导圆锥带轮，

所述输入圆锥带轮、所述主圆锥带轮和所述引导圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致的方式进行配置，

2个所述输入圆锥带轮的旋转轴线配置在同一直线上，

所述主圆锥带轮的旋转轴线以与所述输入圆锥带轮的旋转轴线垂直的方式进行配置，

所述引导圆锥带轮以下述方式进行配置：每个所述主圆锥带轮分别与4个所述引导圆锥带轮相切，且4个所述引导圆锥带轮中的2个所述引导圆锥带轮与所述输入圆锥带轮中的一个所述输入圆锥带轮相切，而另外2个所述引导圆锥带轮与另一个所述输入圆锥带轮相切。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述主圆锥带轮为同步带轮，

以使所述扇带的展开中心角为主圆锥带轮的齿槽齿距的整数倍的方式设定所述引导圆锥带轮的假想圆锥面的圆锥台底面半径。

14.根据权利要求12所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述非平行轴传动机构具备支承框架，所述支承框架对分别支承所述引导圆锥带轮的所述支承轴及支承所述输出带轮的所述支承轴进行固定，所述支承框架被支承为能够绕2个所述输入圆锥带轮的旋转轴线旋转。

15.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述非平行轴传动机构具备至少1个对所述扇带进行滑动接触支承的支承构件，

所述支承构件为圆锥形支承构件，所述圆锥形支承构件具有在与所述扇带接触的接触面设定假想圆锥面并从所述假想圆锥面减去所述扇带的表面形状而成的形状，

所述圆锥形支承构件和多个所述圆锥带轮中的任意一个所述圆锥带轮以各自的所述假想圆锥面的顶点的位置一致且所述假想圆锥面相切的方式进行配置，

所述扇带利用以所述假想圆锥面的切线为边界而表里相反的面与所述圆锥带轮及所述圆锥形支承构件相切。

16.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带为将链的链节以能够绕不平行的旋转轴线转动的方式连接而成的扇带链。

17.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带使用了钢带。

18.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带为具备孔的带孔扇带，

所述圆锥带轮为具备与所述孔啮合的突起的扣齿圆锥带轮。

19.根据权利要求18所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

与所述扣齿圆锥带轮相邻的所述圆锥带轮中的至少1个是带槽圆锥带轮，该带槽圆锥带轮在所述突起从所述带孔的扇带突出的部分具备槽。

20.根据权利要求1所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述扇带是同步扇带，所述同步扇带具备截面为V形或梯形的至少1个V突起且所述V突起具备多个凹坑，所述圆锥带轮具备与所述V突起啮合的V槽和与所述凹坑啮合的齿状突起。

21.根据权利要求20所述的非平行轴传动机构，其特征在于，

所述同步扇带通过将弹性材料贴附于钢带而成。

22.一种机器人，其特征在于，

所述机器人具有：

多个臂构件；和

关节部，所述关节部以能够旋转或回转的方式与所述臂构件连接，

所述关节部具有权利要求1～21中任一项所述的非平行轴传动机构。

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