DE102009004472A1 - Robotergelenkantriebssystem - Google Patents

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Abstract

Das Robotergelenkantriebssystem weist einen Motor und ein Reduktionsgetriebe auf, um die Drehung eines ersten Gliedes und eines zweiten Gliedes eines Roboters relativ zueinander anzutreiben. Eine Ausgangswelle des Reduktionsgetriebes ist an dem ersten Glied befestigt, während ein Gehäuse des Reduktionsgetriebes an dem zweiten Glied über ein Gehäuse des Motors befestigt ist. Eine Eingangswelle des Reduktionsgetriebes weist einen hebelartig vorstehenden Teil auf, der von dem Gehäuse des Reduktionsgetriebes in hebelartiger Weise vorsteht, und ein Rotor des Motors ist an diesem hebelartig vorstehenden Teil befestigt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Robotergelenkantriebssystem mit einem Motor und einem Reduktionsgetriebe zum Antrieb eines ersten Gliedes und eines zweiten Gliedes eines Roboters relativ zueinander.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • In der heutigen Produktionsindustrie sind Roboter aktiv entwickelt worden, welche sich fast wie ein Mensch bewegen, wenn sie Arbeit ausführen, wie beispielsweise ein ”Zwei-Arm-Roboter”. Ein Roboter benötigt ein Gelenk für jede Drehachse.
  • Um daher Menschen durch Roboter zu ersetzen und sie mit menschenartigen Bewegungen arbeiten zu lassen, muss der Roboter mit viel mehr Gelenken konfiguriert sein, als jene eines Menschen. Somit muss jedes Gelenk so kompakt wie möglich gemacht werden, sonst wird der Gelenkteil zu viel Volumen im Verhältnis zu einer effektiven Länge (Bewegungsbereich eines Arms) einnehmen und der Roboterarm wird schließlich ganz anders ausschauen als ein menschlicher Arm. Es wird folglich schwieriger sein, ihn sich wie einen Menschen bewegen zu lassen.
  • Ein herkömmlicher Zwei-Arm-Roboter hatte eine Antriebseinheit, die aus einem Motor, einem Reduktionsgetriebe und einem Leistungsübertragungssystem dazwischen aufgebaut war. Die Anzahl der Bestandteile war groß, und eine Verkleinerung erschien undurchführbar. In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-118177 wird ein Zwei-Arm-Roboter 16 vorgeschlagen, der in 7 und 8 gezeigt ist, bei dem der Motor und das Reduktionsgetriebe integriert sind und als eine einzige Betätigungsvorrichtung R1A bis R6A und L1A bis L6A ausgeformt sind (wobei nur die Bezugszeichen R1A und R3A bis R6A tatsächlich in den Zeichnungen gezeigt sind). Diese Betätigungsvorrichtungen R1A bis R6A und L1A bis L6A sind so angeordnet, dass sie mit jeweiligen Drehachsen R1J bis R6J und L1J bis L6J der Arme 12 und 14 zusammenfallen (wobei nur die Bezugszeichen R1J bis R6J tatsächlich in den Zeichnungen gezeigt sind).
  • Da die Betätigungsvorrichtungen R1A bis R6A und L1A bis L6A einen direkten Antrieb um die Drehachsen R1J bis R6J und L1J bis L6J der Arme 12 und 14 vorsehen, kann bei dieser Konfiguration die Anzahl der Bestandteile der Arme 12 und 14 auf ein Minimum verringert werden, wodurch eine Verkleinerung der Arme 12 und 14 möglich gemacht wird. Dieser Roboterarm sieht daher eher wie ein menschlicher Arm aus als der von herkömmlichen Robotern.
  • Wie sofort aus 7 und aus 8 offensichtlich ist, hat jeder Arm 12 oder 14 jedoch immer noch eine seltsame Form, und zwar stark verzerrt in verschiedenen unterschiedlichen Richtungen entlang des Weges und entsprechend ist seine projizierte Breite d unproportional größer als die effektive Länge L des Arms 12 oder 14. Seine Erscheinung ist auf keinen Fall gleich jener eines menschlichen Arms, der sich gerade erstreckt. Es wird angenommen, dass dies aufgrund der Tatsache ist, dass unter den gegenwärtigen Umständen eine vollständig neue Durchsicht der Konstruktionen des Motors und des Reduktionsgetriebes in den Verbindungsteilen noch nicht ausgeführt worden ist. Tatsächlich offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung 2007-118177 nicht speziell irgendwelche speziellen Technologien, um beispielsweise den Motor und das Reduktionsgetriebe kompakter zu machen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In Hinsicht auf die vorangegangenen Probleme sehen verschiedene beispielhafte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung ein Robotergelenkantriebssystem vor, welches eine Verringerung der Größe von solchen herkömmlichen Robotergelenkantriebssystemen ermöglicht, insbesondere eine Verringerung der Größe, die es möglich macht, ein Robotergelenk zu realisieren ”welches so aussieht wie ein menschliches Gelenk und sich vielmehr wie ein menschliches Gelenk bewegt”.
  • Die vorliegende Erfindung erreicht das obige Ziel durch Einsatz der folgenden Konfiguration in einem Robotergelenkantriebssystem mit einem Motor und einem Reduktionsgetriebe, um ein erstes Glied und ein zweites Glied eines Roboters relativ zueinander anzutreiben: Eine Ausgangswelle des Reduktionsgetriebes ist an dem ersten Glied befestigt, während ein Gehäuse des Reduktionsgetriebes an dem zweiten Glied befestigt ist; eine Eingangswelle des Reduktionsgetriebes weist einen cantileverartigen bzw. fliegend gelagerten vorstehenden Teil auf, der von dem Gehäuse des Reduktionsgetriebes in einer vorstehenden bzw. hebelartigen Weise vorsteht, und der Rotor des Motors ist an diesem hebelartig vorstehenden Teil befestigt.
  • Als eine Folge einer vergleichenden Besprechung der Konfigurationen von verschiedenen Gelenken haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass, um eine äußere Erscheinung zu erreichen, die möglichst nahe an jener eines menschlichen Arms liegt, es effektiv bzw. wünschenswert ist, die ”gesamte axiale Länge des Motors und des Reduktionsgetriebes” soweit wie möglich zu verringern. Anders gesagt, eine kürzere gesamte axiale Länge des Motors und des Reduktionsgetriebes verringert folglich das Volumen, welches von dem Gelenk eingenommen wird, und kann eine äußere Erscheinung verwirklichen, die sehr nahe an jener eines menschlichen Arms ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung steht eine Eingangswelle des Reduktionsgetriebes aus dem Gehäuse des Reduktionsgetriebes in einer cantileverartigen bzw. fliegend gelagerten Weise vor, und der Rotor des Motors ist an diesem hebelartigen vorstehenden Teil befestigt. Dies vermeidet die Notwendigkeit, ein Lager und Öldichtungen auf der Motorseite vorzusehen, was eine Verringerung der gesamten axialen Länge des Motors und des Reduktionsgetriebes ermöglicht. Darüber hinaus kann zumindest das Reduktionsgetriebe als ein ”alleinstehendes Reduktionsgetriebe” vorgesehen werden, was die Lagerhaltung und die Ersatzteilhandhabung erleichtert.
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein Robotergelenkantriebssystem mit einem Motor und einem Reduktionsgetriebe mit einer verringerten gesamten axialen Länge da von vor. Bei diesem System nehmen die Verbindungs- bzw. Gelenkteile viel weniger Volumen ein, und der Roboter kann ausgelegt sein, um einen Arm zu haben, der viel mehr wie ein menschlicher Arm aussieht und sich viel mehr wie ein solcher bewegt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Robotergelenkantriebssystems gemäß einem Beispiel eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die Hauptteile der 1 zeigt;
  • 3A ist eine (verkleinerte) Querschnittsansicht, die entlang der Linie III-III aufgenommen wurde, die durch die Pfeile in 1 angezeigt ist, und 3B ist eine teilweise Vergrößerung der 3A;
  • 4A ist eine schematische Ansicht, und 4B ist eine Seitenansicht, die das obige Gelenkantriebssystem veranschaulichen, wie es bei einem Roboterarm angewendet wird;
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Reduktionsgetriebeteils, welche ein Beispiel eines weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein modifiziertes Beispiel des in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Gelenkantriebssystems für einen Roboter veranschaulicht; und
  • 8 ist eine Querschnittsansicht des rechten Arms eines Roboters.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Die gesamte schematische Konfiguration wird zuerst mit Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben. 4A ist eine schematische Ansicht, und 4B ist eine Seitenansicht, die ein Robotergelenkantriebssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, wie es bei einem Roboterarm eingesetzt wird.
  • Das Robotergelenkantriebssystem 30 weist ein Reduktionsgetriebe 38 und einen flachen Motor 40 auf, um ein erstes Glied 34 und ein zweites Glied 36 des Arms 32 des (nicht in seiner Gesamtheit gezeigten) Roboters relativ zu einander anzutreiben. Das erste Glied 34 ist an einem Ausgangsflansch (Ausgangswelle) 44 des Reduktionsgetriebes 38 befestigt. Ein Reduktionsgetriebegehäuse 42 ist an dem zweiten Glied 36 über ein Motorgehäuse 43 befestigt. Der Ausgangsflansch 44 des Reduktionsgetriebes 38 ist um eine Drehachse R1 relativ zum Reduktionsgetriebegehäuse 42 drehbar. Folglich ist das erste Glied 34, welches an dem Ausgangsflansch 44 des Reduktionsgetriebes 38 befestigt ist, um die Drehachse R1 relativ zum zweiten Glied 36 drehbar, an dem das Reduktionsgetriebegehäuse 42 befestigt ist.
  • Dieses Robotergelenkantriebssystem 30 kann ein Gelenk um irgendeine Drehachse antreiben, und zwar unter Verwendung der relativen Drehung zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied. Bezüglich des Beispiels der 4A und der 4B kann beispielsweise ein anderes Robotergelenkantriebssystem 46, welches genauso konfiguriert ist, wie das Robotergelenkantriebssystem 30, an einer Position angeordnet sein, wo das oben erwähnte zweite Glied 36 als das erste Glied 48 angesehen wird, während der Teil, der mit 50 bezeichnet ist, als das zweite Glied angesehen wird. Das Robotergelenkantriebssystem kann dann als ein System zum Antreiben des ersten Gliedes 48 und des zweiten Gliedes 50 relativ zueinander um eine Drehachse R2 angewendet werden.
  • Als nächstes wird die Konfiguration des Robotergelenkantriebssystems 30 genauer mit Bezugnahme auf 1 bis 3A und 3B beschrieben.
  • 1 ist eine Gesamtquerschnittsansicht des Robotergelenkantriebssystems 30, 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die Hauptteile der 1 zeigt, 3A ist eine (verkleinerte) Querschnittsansicht, die entlang der Linie III-III in 1 aufgezeichnet ist, und 3B ist eine teilweise Vergrößerung der 3A. Wie oben erwähnt, ist das Robotergelenkantriebssystem 46 genau gleich konfiguriert.
  • Das Reduktionsgetriebe 38 ist in dem Reduktionsgetriebegehäuse 42 aufgenommen. Das Reduktionsgetriebegehäuse 42 ist aus ersten und zweiten Reduktionsgetriebegehäusekörpern 42A und 42B aufgebaut. Das Reduktionsgetriebe 38 ist in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ein exzentrisch oszillierendes Reduktionsgetriebe mit einer Eingangswelle 52 und ersten und zweiten Exzenterkörpern 54A und 54B. Eine detailliertere Beschreibung folgt.
  • Die Eingangswelle 52 wird durch ein Paar von ersten und zweiten Schub- bzw. Axiallagern 56A und 56B in dem Reduktionsgetriebegehäuse 42 getragen. Die Eingangswelle 52 weist einen cantileverartig bzw. fliegend gelagert vorstehenden Teil 52A auf, der aus dem Reduktionsgetriebegehäuse 42 in cantileverartiger bzw. hebelartiger Weise vorsteht (insbesondere aus dem zweiten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B). Ein Rotor 80 des oben erwähnten flachen Motors 40 ist an diesem fliegend gelagert vorstehenden Teil 52A befestigt.
  • Die ersten und zweiten Exzenterkörper 54A und 54B sind integral am Außenumfang der Eingangswelle 52 ausgeformt. Die ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B sind über die ersten und zweiten Wälzkörper 55A und 55B auf der radial äußeren Seite der ersten und zweiten Exzenterkörper 54A und 54B eingestellt bzw. gelagert, so dass sie jeweils oszillierend drehbar sind. Die ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B stehen jeweils von innen in Eingriff mit den Zähnen eines innen verzahnten Zahnrades 60.
  • Die inneren Zähne des innen verzahnten Zahnrades 60 bestehen aus äußeren Stiften 60A. Obwohl dies in 3A nicht gezeigt ist, ist der Hauptkörper 60B des innen verzahnten Zahnrades 60 mit äußeren Stiftnuten 60C ausgeformt, wie dies in der teilweise vergrößerten Ansicht der 3B gezeigt ist, so dass jeder äußere Stift 60A in jeden zweiten dieser äußeren Stiftnuten 60C passt. Die Anzahl der äußeren Zähne 58A1 und 58B1 (wobei nur die äußeren Zähne 58A1 des ersten außen verzahnten Zahnrades 58A in 2 gezeigt sind) der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B ist geringfügig geringer (in dem veranschaulichten Beispiel um Eins geringer) als die Anzahl der äußeren Stiftnuten 60C (entsprechend der wesentlichen Anzahl der inneren Zähne). Die äußeren Stifte 60A sind vorzugsweise in alle der äußeren Stiftnuten 60C eingepasst, jedoch sind in dem Beispiel hier nur die Hälfte von ihnen eingepasst, und zwar mit dem Ziel, die Kosten und die Anzahl der Montageschritte zu verringern.
  • Die ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B sind in Umfangsrichtung voneinander um 180° mittels der ersten und zweiten Exzenterkörper 54A und 54B versetzt. Daher können die ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B exzentrisch mit der Drehung der Eingangswelle 52 oszillieren, während die Phasendifferenz von 180° dazwischen gehalten wird.
  • In diesem Reduktionsgetriebe 38 sind Öldichtungen 64 und Kreuzrollen bzw. Schrägwälzlager 66 zwischen dem ersten Reduktionsgetriebegehäuse 42A und dem innen verzahnten Zahnrad 60 angeordnet. Innere Stifte bzw. Bolzen 68 sind integral ausgeformt, um von dem zweiten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B vorzustehen, welcher benachbart zum ersten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42A angeordnet ist. Die inneren Bolzen 68 erstrecken sich axial durch die ersten und zweiten inneren Bolzenlöcher 58A2 und 58B2 der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B, um die Drehung der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B um ihre Achsen zu begrenzen. Die inneren Walzen 70 sind um die inneren Bolzen 68 gepasst. Die inneren Walzen 70 verringern den Gleitwiderstand zwischen den inneren Bolzen 68 und den ersten und zweiten inneren Bolzenlöchern 58A2 und 58B2 der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B.
  • Der oben erwähnte Ausgangsflansch (Ausgangswelle) 44 ist auf einer Seite des innen verzahnten Zahnrades 60 gegenüberliegend von dem flachen Motor angeordnet. Der Ausgangsflansch 44 ist mit dem innen verzahnten Zahnrad 60 zusammen mit dem ersten Glied 34 des Roboters durch Bolzen bzw. Schrauben 62 integriert oder durch (nicht gezeigte) Schrauben, die in Schraubenlöcher 65 ge schraubt sind. Es ist nämlich das erste Glied 34 mit dem Ausgangsflansch 44 integriert und kann sich damit drehen.
  • In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, haben die äußeren Stifte 60A des innen verzahnten Zahnrades 60, das erste außen verzahnte Zahnrad 58A und die inneren Walzen 70 Endstirnseiten 60Aa, 58Aa und 70a, die im Wesentlichen bündig miteinander auf der Seite gegenüberliegend vom flachen Motor sind. Weiterhin ist eine ebene Gleitplatte 73 entfernbar zwischen diesen drei Endstirnseiten 60Aa, 58Aa und 70a und dem Ausgangsflansch 44 angeordnet. Die Gleitplatte 73 begrenzt die axiale Bewegung der äußeren Stifte 60A, der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B und der inneren Walzen 70.
  • Das Reduktionsgetriebegehäuse 42 und das Motorgehäuse 43 sind miteinander zusammen mit dem zweiten Glied 36 des Roboterarms 32 durch Bolzen bzw. Schrauben 72 (1) integriert bzw. verbunden, wodurch das Reduktionsgetriebe 38 und der flache Motor 40 miteinander gekoppelt sind. Mit dieser Konfiguration wird folglich das Reduktionsgetriebegehäuse 42 an dem zweiten Glied 36 befestigt, so dass das erste Glied 34, welches an dem Ausgangsflansch 44 befestigt ist, sich um die Drehachse R1 relativ zum zweiten Glied 36 drehen kann.
  • Das Reduktionsgetriebe 38 und der flache Motor 40 sind miteinander gekoppelt und sind in ihren jeweiligen Gehäusen aufgenommen, wie unten detailliert beschrieben wird.
  • Die Ausgangswelle 52 des Reduktionsgetriebes 38 hat einen cantileverartigen bzw. fliegend gelagerten vorstehenden Teil 52A, der aus dem zweiten Reduktiongsgetriebegehäusekörper 42B des Reduktionsgetriebegehäuses 42 in cantileverartiger bzw. hebelartiger Weise vorsteht. Der Rotor 80 des flachen Motors 40 ist direkt mit diesem fliegend gelagerten vorstehenden Teil 52A über ein Passfeder 76 verbunden. Die Eingangswelle 52 dient nämlich auch als die Motorwelle des flachen Motors 40.
  • Die Eingangswelle 52 wird auf beiden Seiten auf der Seite des Reduktionsgetriebes 38 durch das Paar von ersten und zweiten Schub- bzw. Axiallagern 56A und 56B getragen. Eines der charakteristischen Merkmale dieses beispielhaften Ausführungsbeispiels ist, dass die Eingangswelle 52, die sich um die Drehachse R1 dreht, durch ”Schublager” bzw. ”Axiallager” getragen wird.
  • Insbesondere ist das erste Axiallager 56A an der radialen Mitte des Ausgangsflansches 44 angeordnet. Der äußere Ring 56A1 des ersten Axiallagers 56A ist am Ausgangsflansch 44 befestigt, während sein innerer Ring 56A2 an der Eingangswelle 52 befestigt ist. Die Rollbewegung der Wälzkörper bzw. Kugeln 56A3, die zwischen dem äußeren Ring 56A1 und dem inneren Ring 56A2 eingesetzt sind, gestattet eine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 52 und dem Ausgangsflansch 44 beim ersten Axiallager 56A. Der äußere Ring 56A1 des ersten Axiallagers 56A hat keinen Kontakt mit der Eingangswelle 52, und der innere Ring 56A2 hat keinen Kontakt mit dem Ausgangflansch 44.
  • Andererseits ist das zweite Axiallager 56B in der radialen Mitte des zweiten Reduktionsgetriebegehäuses 42B angeordnet. Der äußere Ring 56B1 des zweiten Axiallagers 56B ist an dem zweiten Reduktionsgetriebegehäuse 42B befestigt, während sein innerer Ring 52B2 an der Eingangswelle 52 befestigt ist. Eine Wälzbewegung der Wälzkörper bzw. Kugeln 56B3, die zwischen den äußeren Ring 56B1 und den inneren Ring 56B2 eingesetzt sind, gestattet eine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 52 und dem zweiten Reduktionsgetriebegehäuse 42B beim zweiten Axiallager 56B. Der äußere Ring 56B1 des zweiten Axiallagers 56B hat keinen Kontakt mit der Eingangswelle 52 und der innere Ring 56B2 hat keinen Kontakt mit dem zweiten Reduktionsgetriebegehäuse 42B.
  • Der flache Motor 40 ist innerhalb des Motorgehäuses 43 aufgenommen. Das Motorgehäuse 43 ist aus ersten und zweiten Motorgehäusekörpern 43A und 43B aufgebaut. Dieser flache Motor 40 weist zusätzlich zu dem oben erwähnten Rotor 80, der an der Eingangswelle 52 befestigt ist, und einem Magneten 81, einen Stator 82 auf, der an dem ersten Motorgehäusekörper 43A befestigt ist und ein Spulenende 84. Wie oben erwähnt, sind die ersten und zweiten Reduktionsgetriebege häusekörper 42A und 42B, die das Reduktionsgetriebegehäuse 42 bilden, die ersten und zweiten Motorgehäusekörper 43A und 43B, die das Motorgehäuse 43 bilden, und das zweite Glied 36 des Rotorarms 32 alle durch die Schrauben 72 integriert bzw. zusammengeschraubt.
  • Von diesen Teilen dient der zweite Reduktiongsgetriebegehäusekörper 42B sowohl als eine Reduktionsgetriebevorderabdeckung als auch als eine Motorendabdeckung. Das Spulenende 84 des flachen Motors 40 nimmt viel Raum in axialer Richtung ein und entsprechend ist dieser zweite Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B mit einer Ausnehmung 42B1 in einer Seitenstirnseite auf der Seite ausgeformt, auf der der flache Motor 40 angeschlossen ist, so dass dieses Spulenende 84 darin aufgenommen werden kann, wenn der flache Motor 40 angeschlossen ist.
  • Das Bezugszeichen 63 in 1 bezeichnet eine Schraube, die verwendet wird, wenn das Reduktionsgetriebe als alleinstehendes Reduktionsgetriebe aufgebaut wird. Die Bezugszeichen 88A und 88B bezeichnen Öldichtungen, um eine Leckage von Schmiermittel zu verhindern, welches in dem Reduktionsgetriebe 38 enthalten ist, das Bezugszeichen 90 bezeichnet ein Durchgangsloch zum Einführen der Schraube 72, und das Bezugszeichen 92 stellt einen Encoder bzw. Winkelmesser dar, um die Drehposition des flachen Motors 40 zu detektieren.
  • Als nächstes wird der Betrieb dieses Robotergelenkantriebssystems 30 beschrieben.
  • Wenn der Rotor 80 sich durch das Aufbringen von Leistung auf den flachen Motor 40 dreht, dreht sich die Eingangswelle 52 des Reduktionsgetriebes 38, die auch die Motorwelle ist, durch die Feder 76. Mit der Drehung der Eingangswelle 52 beginnen die ersten und zweiten Exzenterkörper 54A und 54B, die integral an der Eingangswelle 52 ausgeformt sind, sich zu drehen, wobei die Phasendifferenz von 180° beibehalten wird. Die Drehung der ersten und zweiten Exzenterkörper 54A und 54B bewirkt eine exzentrische Drehung der ersten und zweiten außen ver zahnten Zahnräder 58A und 58B, wobei die Phasendifferenz von 180° in Umfangsrichtung beibehalten wird.
  • Die Existenz dieser Phasendifferenz löscht radiale Drehmomente aus, die auf die Eingangswelle 52 aufgebracht werden, wodurch die Bewegung alleine, welche durch eine axiale Verschiebung zwischen den Punkten erzeugt wird, wo Drehmomente aufgebracht werden, auf die ersten und zweiten Axiallager 56A und 56B übertragen wird. Trotzdem sie Axiallager sind, können sie daher die Drehung der Eingangswelle 52 in zufriedenstellender Weise tragen.
  • Die inneren Bolzen 68, die integral mit dem zweiten Reduktionsgetriebegehäuse 42B sind, erstrecken sich durch die ersten und zweiten inneren Bolzenlöcher 58A2 und 58B2 der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B. Die inneren Bolzen 68 begrenzen somit die Drehung der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B um ihre Achsen, was bewirkt, dass sie sich nicht drehen sondern nur oszillieren. Diese oszillierende Bewegung bewirkt, dass die Position des Eingriffs zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 60 und den ersten und zweiten außen verzahnten Zahnrädern 58A und 58B sich sequentiell weiter bewegt. Da die Anzahl der Zähne des innen verzahnten Zahnrades 60 (oder die Anzahl der äußeren Stiftnuten 40D) anders ist als jene der Zähne der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B, und zwar um Eins unterschiedlich, hat jede Drehung, mit der sich die Position des Eingriffs zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 60 und den ersten und zweiten außen verzahnten Zahnrädern 58A und 58B sequentiell weiter bewegt (bei jeder vollständigen Drehung der Eingangswelle 52) zur Folge, dass das innen verzahnte Zahnrad 60 sich um seine Achse um einen Winkel dreht, der der Differenz der Anzahl der Zähne des innen verzahnten Zahnrades 60 und der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B entspricht. Folglich dreht sich das innen verzahnte Zahnrad 60 um 1/(Anzahl der Zähne des innen verzahnten Zahnrades 60) im Verhältnis zu einer Drehung der Eingangswelle 52.
  • Diese Drehung des innen verzahnten Zahnrades 60 wird durch die Kreuzrollen bzw. Kreuzwälzkörper 66 des Reduktionsgetriebegehäuses 42 getragen. Die Dre hung des innen verzahnten Zahnrades 60 wird auf den Ausgangsflansch 44 übertragen, der mit dem innen verzahnten Zahnrad 60 durch die Schrauben 62 oder durch Ähnliches integriert bzw. verbunden ist, und wird als die Drehung des ersten Gliedes 34 des Roboterarms 32 ausgegeben, welches an dem Ausgangsflansch 44 befestigt ist.
  • Das Gelenkantriebssystem 30 gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist bezüglich der axialen Länge X verringert, da es kein Lager oder Öldichtungen auf der Seite des flachen Motors 40 aufweist. Weil der zweite Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B sowohl als das dient, was als Reduktionsgetriebeabdeckung bezeichnet wird, als auch als Motorabdeckung, wird die axiale Länge des Systems in dieser Hinsicht ebenfalls kürzer gemacht.
  • Eine detaillierte Beschreibung wird nun bezüglich der Tragstruktur der verschiedenen Glieder dargelegt. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist auf einer Seite der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B axial gegenüberliegend vom flachen Motor ein erstes starres Tragsystem ausgeformt, welches aus starren Komponenten besteht, wie beispielsweise dem ersten Axiallager 56A, dem Ausgangsflansch 44, dem innen verzahnten Zahnrad 60, den Kreuzrollen 66 und dem ersten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42A, und zwar zwischen der Eingangswelle 52, die an der radialen Mitte gelegen ist, und einem Außenumfang des ersten Reduktionsgetriebegehäusekörpers 42A.
  • Auf der anderen axialen Seite oder auf der Seite des flachen Motors der ersten und zweiten außen verzahnten Zahnräder 58A und 58B wird ein zweites starres Tragsystem gebildet, welches aus starren Komponenten besteht, wie beispielsweise dem zweiten Axiallager 56B und dem zweiten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B zwischen der Eingangswelle 52, die an der radialen Mitte gelegen ist, und einem Außenumfang des zweiten Reduktionsgetriebegehäusekörpers 42B.
  • Auf einer Seite des flachen Motors 40 gegenüberliegend vom Reduktionsgetriebe ist weiterhin der zweite Motorgehäusekörper 43B angeordnet, der ein drittes starres Tragsystem bildet.
  • Zwischenzeitlich sind die ersten und zweiten Reduktionsgetriebekörper 42A und 42B und die ersten und zweiten Motorgehäusekörper 43A und 43B durch die Schrauben 72 fest gesichert. Dies bedeutet, dass der äußere Teil durch starre Komponenten geformt wird, die vollständig integriert sind, und darüber hinaus wird eine Gesamtzahl von drei starren Tragsystemen in radialer Richtung gebildet, wodurch die Steifigkeit des gesamten Systems sehr hoch gehalten werden kann. Entsprechend haben die ersten und zweiten Axiallager 56A und 56B eine hohe Tragsteifigkeit und ermöglichen eine stabile Drehung der Eingangswelle 52 trotz ihrer kurzen Tragspanne. Die hohe Drehstabilität wird ebenfalls auf der Seite des fliegend gelagerten vorstehenden Teils der Eingangswelle 52 (Rotorseite des flachen Motors 40) aufrecht erhalten.
  • Die flachen Motoren 40, die für den Gelenkantrieb der Roboter verwendet werden, weisen gewöhnlicherweise einen Encoder bzw. Winkelmesser 92 oder eine Bremse (in dem veranschaulichten Beispiel nicht gezeigt) zur Steuerung der Drehung auf. Da eine Schmierung nicht für einen solchen Encoder 92 oder für eine Bremse geeignet ist, müssen eine oder mehr als zwei Öldichtungen benachbart zum Lager vorgesehen werden, wenn ein Lager nahe dem zweiten Motorgehäusekörper 43B angeordnet ist, was ein Problem dahingehend hinzufügt, dass die axiale Länge des Systems vergrößert wird. In einer Konfiguration, in der der flache Motor 40 in dem cantileverartig vorstehenden bzw. fliegend gelagerten Teil 52A integriert ist, wie in dem oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiel, kann andererseits das Reduktionsgetriebe 38 unabhängig vorgesehen werden, was seine Konstruktion, seine Herstellung und seine Lagerhaltung erleichtert. Darüber hinaus wird das Innere des flachen Motors 40 ölfrei gehalten, wobei als eine Folge davon keine Öldichtungen nötig sind und offensichtlich kein Risiko einer Ölleckage besteht.
  • Das Robotergelenkantriebssystem 30 gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel setzt einen flachen Motor 40 als den Motor ein, was eine Verringerung der axialen Länge des Systems ermöglicht. Darüber hinaus ist der zweite Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B mit einer Ausnehmung 42B1 in einer Seitenfläche auf der Seite ausgeformt, auf der der flache Motor 40 angeschlossen ist, um das Spulenende 84 des flachen Motors 40 aufzunehmen. Während eine Verringerung der axialen Länge erreicht wird, wird daher eine Gegenwirkung zwischen dem Spulenende 84 und dem zweiten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B verhindert. Darüber hinaus wird dieser zweite Reduktionsgetriebegehäusekörper 42B fest zwischen dem ersten Reduktionsgetriebegehäusekörper 42A und dem ersten Motorgehäusekörper 43A gehalten, genauso wie er sich über das zweite Axiallager 56B erstreckt, und zwar so weit bis zur Eingangswelle 52 in der radialen Mitte, wodurch das oben erwähnte zweite starre Tragsystem gebildet wird. Somit wird eine hohe Steifigkeit beibehalten, und zwar trotz der Anwesenheit der Ausnehmung 42B1 oder der inneren Bolzen 68 oder Ähnlichem.
  • Die Konfiguration mit den Axiallagern, die auf der Eingangswelle 52 angeordnet sind, ist tatsächlich hervorragend bezüglich der Langlebigkeit und Kosteneinsparungen. Der Grund wird kurz unten beschrieben. Während die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Lager nicht auf irgendwelche speziellen Arten eingeschränkt sein sollten, können, um eine lange Lebensdauer beizubehalten, wie in einem weiteren später beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiel, ein Schrägkugellager oder ein Kegelrollenlager verwendet werden, wobei eine gewisse Vorspannung aufgebracht wird. Axiallager haben weniger Spiel (als nicht vorgespannte Kugellager), wodurch ihre Tragsteifigkeit hoch ist, und sie bezüglich der langen Lebensdauer und der Kosteneinsparungen Leistungsvorteile bieten. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden insbesondere radiale Drehmomente durch die Exzenterphasendifferenz von 180° ausgelöscht, und entsprechend wird nur eine radiale Komponente des Momentes, die durch die axiale Verschiebung zwischen den Punkten erzeugt wird, wo die Drehmomente aufgebracht werden, auf die Eingangswelle 52 übertragen, so dass die ersten und zweiten Axiallager 56A und 56B eine ausreichende Unterstützung bzw. Lagerung vorsehen. Dies ist tatsächlich durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bestätigt worden.
  • Wenn diese Konstruktionen und Konfigurationen kombiniert werden, wird das Robotergelenkantriebssystem 30 gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel in axialer Richtung kompakt gemacht. Wie in 4A gezeigt, kann somit der Roboterarm 32, in dem das System zusammengebaut wird, eine kleinere projizierte Breite d1 haben. Dies führt wiederum zu höherer Flexibilität bei der Konstruktion der ersten und zweiten Glieder 34 und 36, so dass man einen Roboterarm 32 viel mehr wie einen menschlichen Arm erscheinen lassen kann.
  • Als nächstes wird ein Beispiel eines weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind anstelle der ersten und zweiten Axiallager 56A und 56B des vorherigen beispielhaften Ausführungsbeispiels erste und zweite Schrägkugellager 96A und 96B axial vorgespannt und in einer ”Front-Front-Anordnung” bzw. ”X-Anordnung” montiert. Im Vergleich zu einfachen Kugellagern sind Schrägkugellager 96A und 96B so ausgelegt, dass sie in erster Linie Axiallasten tragen können. Daher können sie eine hohe Haltbarkeit aufrecht erhalten, auch wenn sie in einem vorgespannten Zustand montiert sind. Da Schrägkugellager auch große radiale Lasten tragen können, können sie bei einem System mit einem Reduktionsgetriebe angewendet werden, welches strukturell nicht radiale Drehmomente ausgleichen kann, die auf die Eingangswelle aufgebracht werden. Ein solches Reduktionsgetriebe hat nur ein außen verzahntes Zahnrad.
  • Andere Elemente und Strukturen sind die gleichen wie jene des vorherigen beispielhaften Ausführungsbeispiels, und daher werden gleichen oder im Wesentlichen gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen gegeben, und diese werden nicht wieder beschrieben.
  • Wenn man die ersten und zweiten Schrägkugellager 96A und 96B verwendet, um die Eingangswelle 52 zu tragen, können sie in einer ”Rücken-Rücken-Anordnung” bzw. ”O-Anordnung” vorgespannt und montiert sein, wie in 6 gezeigt. Bei der O-Anordnung ist die Distanz zwischen den Punkten der Kraftaufbringung bzw. Kraftmittelpunkten größer als bei der X-Anordnung, wodurch das Lager größere Momentenlasten bzw. Biegelasten tragen kann. Oder das Lager kann eine längere Lebensdauer haben, wenn die Momentenbelastung die Gleiche ist. Kegelrollenla ger können einer noch höheren Kapazität Widerstand bieten bzw. haben eine noch höhere Tragfähigkeit als Schrägkugellager.
  • Während die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele beide einen flachen Motor als den Motor einsetzen, um die axiale Länge des Systems zu minimieren, sollte der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Motor nicht auf eine spezielle Bauart eingeschränkt sein, und es wird klar sein, dass die gleichen Effekte gleichfalls mit verschiedenen anderen Arten von Motoren erreicht werden können.
  • Während die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele ein exzentrisch oszillierendes Reduktionsgetriebe als das Reduktionsgetriebe einsetzen, sollten das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Reduktionsgetriebe oder seine Struktur nicht speziell auf die Bauart mit exzentrischer Oszillation eingeschränkt sein. Es sei jedoch bemerkt, dass das Reduktionsgetriebe mit exzentrischer Oszillation besonders vorzuziehen ist, und zwar weil die folgenden Effekte a) und b) ”zur gleichen Zeit” erreicht werden, wie zuvor beschrieben wurde:
    • a) Verwendung einer Vielzahl von Exzenterkörpern und außen verzahnten Zahnrädern und Auslöschung der Drehmomente, indem man ihre jeweiligen Exzenterphasen voneinander unterschiedlich macht, wodurch ermöglicht wird, dass ”Axiallager” verwendet werden; und
    • b) ein hohes Übersetzungsverhältnis (von beispielsweise mehr als 1/200), welches für den Antrieb eines Robotergelenks nötig ist, wird mit einer einzigen Reduktion bzw. Reduktionsstufe erreicht, und ohne die Notwendigkeit einer Anordnung mit mehreren Reduktionsstufen, wobei die axiale Länge des Systems minimiert werden kann.
  • Die obigen Effekte a) und b) können getrennt erreicht werden:
    beispielsweise kann bezüglich des Effektes a) dies auch mit einem einfachen Planetenreduktionsgetriebe erreicht werden, mit Bezug auf den Effekt b) kann dies beispielsweise mit einem sogenannten flexibel eingreifenden Reduktionsgetriebe erreicht werden, bei dem ein außen verzahntes Zahnrad flexibel in einem innen verzahnten Zahnrad dreht.
  • Entsprechend ist die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise als ein Robotergelenkantriebssystem anwendbar.
  • Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-006111 , die am 15. Januar 2008 eingereicht wurde, einschließlich der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ist hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - JP 2008-006111 [0065]

Claims (6)

  1. Robotergelenkantriebssystem (30), welches einen Motor (40) und ein Reduktionsgetriebe (38) aufweist, um ein erstes Glied (34) und ein zweites Glied (36) eines Roboters relativ zueinander anzutreiben, wobei das Robotergelenkantriebssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Ausgangswelle (44) des Reduktionsgetriebes (38) an dem ersten Glied (34) befestigt ist; dass ein Gehäuse (42) des Reduktionsgetriebes (38) an dem zweiten Glied (36) befestigt ist; dass eine Eingangswelle (52) des Reduktionsgetriebes (38) einen cantileverartig bzw. hebelartig vorstehenden Teil (52A) aufweist, der aus dem Gehäuse (42) des Reduktionsgetriebes (38) in hebelartiger bzw. fliegend gelagerter Weise vorsteht; und dass ein Rotor (80) des Motors (40) an dem hebelartig vorstehenden Teil (52A) befestigt ist.
  2. Robotergelenkantriebssystem (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgetriebe (38) ein Reduktionsgetriebe der exzentrisch oszillierenden Bauart ist, welches Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Exzenterkörpern (52A, 52B), die an einer Vielzahl von Stellen in axialer Richtung der Eingangswelle (52) vorgesehen sind, und zwar mit unterschiedlichen Phasenpositionen an einem Außenumfang der Eingangswelle (52); außen verzahnte Zahnräder (58A, 58B), die an radial äußeren Seiten der Exzenterkörper (52A, 52B) eingesetzt sind, um jeweils oszillierend drehbar zu sein; und ein innen verzahntes Zahnrad (60), mit dem die außen verzahnten Zahnräder (58A, 58B) von innen in Eingriff stehen, und welches an einer radial äußeren Seite der außen verzahnten Zahnräder (58A, 58B) angeordnet ist.
  3. Robotergelenkantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (52) durch ein Paar von Lagern (96A, 96B) getragen wird, die in einer Front-Front-Anordnung bzw. X-Anordnung innerhalb des Gehäuses (42) des Reduktionsgetriebes (38) vorgespannt sind.
  4. Robotergelenkantriebssystem (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (52) durch ein Paar von Lagern (96A, 96B) getragen wird, die in einer Rücken-Rücken-Anordnung bzw. O-Anordnung in dem Gehäuse (42) des Reduktionsgetriebes (38) vorgespannt sind.
  5. Robotergelenkantriebssystem (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (52) durch ein Paar von Axiallagern (56A, 56B) innerhalb des Gehäuses (42) des Reduktionsgetriebes (38) getragen wird, wobei die Axiallager (56A, 56B) einen inneren Ring (56A2, 56B2) haben, der an der Eingangswelle (52) befestigt ist und einen äußeren Ring (56A1, 56B1), der an dem Gehäuse (42) des Reduktionsgetriebes (38) befestigt ist.
  6. Robotergelenkantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (42B), der einen Teil des Gehäuses (42) des Reduktionsgetriebes (38) bildet, auch als ein Gehäusekörper dient, der einen Teil eines Gehäuses (43) des Motors (40) bildet und dass der Gehäusekörper (42B), der als zwei Gehäusekörper dient, mit einer Ausnehmung (42B1) auf einer Seite, auf der der Motor (40) gelegen ist, ausgeformt ist, um ein Spulenende (84) des Motors (40) aufzunehmen.
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