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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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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.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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”.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Robotergelenkantriebssystems gemäß einem
Beispiel eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht, die Hauptteile der 1 zeigt;
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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;
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4A ist eine schematische Ansicht, und 4B ist eine Seitenansicht, die das obige
Gelenkantriebssystem veranschaulichen, wie es bei einem Roboterarm
angewendet wird;
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Reduktionsgetriebeteils, welche ein
Beispiel eines weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die ein modifiziertes Beispiel des in 5 gezeigten
beispielhaften Ausführungsbeispiels veranschaulicht;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen
Gelenkantriebssystems für einen Roboter veranschaulicht;
und
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8 ist
eine Querschnittsansicht des rechten Arms eines Roboters.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Eine
beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Als
nächstes wird die Konfiguration des Robotergelenkantriebssystems 30 genauer
mit Bezugnahme auf 1 bis 3A und 3B beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Reduktionsgetriebe 38 und der flache Motor 40 sind
miteinander gekoppelt und sind in ihren jeweiligen Gehäusen
aufgenommen, wie unten detailliert beschrieben wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
nächstes wird der Betrieb dieses Robotergelenkantriebssystems 30 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf
einer Seite des flachen Motors 40 gegenüberliegend
vom Reduktionsgetriebe ist weiterhin der zweite Motorgehäusekörper 43B angeordnet,
der ein drittes starres Tragsystem bildet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
nächstes wird ein Beispiel eines weiteren beispielhaften
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme
auf 5 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Entsprechend
ist die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise als ein Robotergelenkantriebssystem
anwendbar.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-118177 [0004, 0006]
- - JP 2008-006111 [0065]