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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Handgelenkeinheit eines Industrieroboters, der drei Handgelenkelemente aufweist.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In einer konventionellen, bekannten Vorrichtung ist an einem Gelenk eines Handgelenkelements einer vorderen Endseite eines Roboterarms ein exzentrisch schwingendes Untersetzungsgetriebe vorgesehen und ein Drehmoment eines Motors wird durch das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe an das Handgelenkelement der vorderen Endseite übertragen. Dieser Vorrichtungstyp ist zum Beispiel in der internationalen Veröffentlichung mit der Nummer 2009/098945 (
WO2009-098945A1 ) beschrieben. In der in
WO2009-098945A1 beschriebenen Vorrichtung verläuft an der Innenseite des exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebes eine Welle zum Ansteuern eines Gelenks an einer vorderen Endseite von dem exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebe (im Folgenden der Einfachheit halber als eine „durchgehende Welle“ bezeichnet) hindurch. Eine Antriebskraft von dem Motor wird mittels eines Zahnrades der durchgehenden Welle zugeführt. Das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe weist Kurbelwellen an Positionen auf, die von der axialen Mittellinie in der radialen Richtung versetzt sind. Eine der Kurbelwellen weist ein Eingabezahnrad an ihrem Ende auf. Das Eingabezahnrad der Kurbelwelle greift an einem Motorgetriebe an, das an einer Position angeordnet ist, die von der Kurbelwelle in der radialen Richtung versetzt ist. Die Antriebskraft des Motors wird durch das Motorgetriebe und das Eingabezahnrad der Kurbelwelle zugeführt.
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In der in
WO2009-098945A1 beschriebenen Vorrichtung kann die axiale Mittellinie des Gegenseitengetriebes (Motorgetriebe), das an dem Eingabezahnrad des Untersetzungsgetriebes an dem Ende der Kurbelwelle angreift, nicht an derselben axialen Linie wie der axialen Mittellinie des Untersetzungsgetriebes angeordnet werden. Aus diesem Grund ist lediglich eine der Mehrzahl von Kurbelwellen an ihrem Ende mit einem Eingabezahnrad zur Verwendung als eine Eingabewelle versehen. In dieser Konfiguration konzentriert sich die Last an der Kurbelwelle, die das Eingabezahnrad aufweist, so dass die Kurbelwelle und die Lager, die diese tragen, derart ausgebildet sein müssen, dass sie dazu in der Lage sind, der Last standzuhalten. Aus diesem Grund werden die Kurbelwelle und die Lager, die diese tragen, größer und das Untersetzungsgetriebe wird insgesamt größer. Darüber hinaus ist es notwendig, die axiale Mittellinie des Untersetzungsgetriebes so zu positionieren und dann die Phase des Untersetzungsgetriebes derart anzupassen, dass das Eingabezahnrad des Untersetzungsgetriebes und des Gegenseitengetriebes ineinander eingreifen, da beim Positionieren der Endseite der Basis des Untersetzungsgetriebes das Gegenseitengetriebe, das an dem Eingabezahnrad des Untersetzungsgetriebes angreift, nicht mit dessen axialer Mittellinie koaxial mit der axialen Mittellinie des Untersetzungsgetriebes angeordnet werden kann. Aus diesem Grund werden separate Teile notwendig, die verwendet werden, um die Phase anzupassen, und die Montage und Demontage des Untersetzungsgetriebes werden kompliziert.
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Aus der
EP 1 985 891 B1 ist ein zur Anbringung an einem Handgelenk eines Industrieroboters vorgesehenes Untersetzungsgetriebe mit einem ersten und zweiten Untersetzungsmechanismus bekannt. Der erste Untersetzungsmechanismus weist ein erstes Stirnrad, das sich mit einer Eingangswelle integral dreht, und ein mit dem ersten Stirnrad kämmendes zweites Stirnrad auf. Der zweite Untersetzungsmechanismus weist eine Kurbelwelle, die sich mit dem zweiten Stirnrad integral dreht und durch diese Drehbewegung eine exzentrische Drehbewegung einer Exzenterscheibe verursacht, ein Außenzahnrad, das sich exzentrisch dreht, während es mit der Exzenterscheibe in Eingriff steht, und ein Innenzahnrad auf, in dem das Außenzahnrad aufgenommen ist und das mit dem Außenzahnrad kämmt und die exzentrische Drehbewegung des Außenzahnrades ermöglicht. Die Anzahl der Zähne des Innenzahnrades unterscheidet sich von der Anzahl der Zähne des Außenzahnrades. Ferner ist das Innenzahnrad oder das Außenzahnrad an einem basisteilseitigen Bauteil des Roboterarms befestigt ist, während das jeweils andere Zahnrad, also das Außenzahnrad oder das Innenzahnrad, an einem Bauteil an einer vorderen Endseite des Roboterarms befestigt ist. Zur Lagerung der drehbaren Bauteile ist der
EP 1 985 891 B1 nichts zu entnehmen.
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Die
DE 34 28 748 A1 befasst sich mit der Ausbildung der Getriebeköpfe von Manipulatoren mit drei sich in einem Punkt schneidenden Achsen. Alle drei Achsen des Getriebekopfes sind hierbei zueinander schräg gestellt. Damit wird erreicht, dass die Schwenkachse für den hinteren Kopfteil niemals koaxial zur Achse der konzentrischen Antriebswellen zu liegen kommt, wodurch Zweideutigkeiten in der rechnerischen Steuerung des Getriebekopfes und damit die Gefahr, dass sich der Getriebekopf in seiner Streckstellung nicht mehr steuern lässt, ausgeschlossen sind. Gemäß der
DE 34 28 748 A1 weist eine sich durch einen Hohlkörper erstreckende und relativ zu diesem Hohlkör per drehbare Welle lediglich ein Lager zwischen sich und dem Hohlkörper auf, während ein zweites Lager zur Drehlagerung der Welle zwischen der Welle und einem Gehäuse des Getriebekopfes vorgesehen ist.
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Ferner zeigen die
JP S62- 48490 A und die
JP S62- 48489 A verschiedene Industrieroboterhandgelenksantriebe mit Untersetzungsgetrieben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Handgelenkeinheit eines Industrieroboters mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Handgelenkseinheit weist auf: ein erstes Handgelenkelement, das um eine erste axiale Linie drehbar an einem ersten Gelenk einer vorderen Endseite eines Roboterarms gelagert ist, ein zweites Handgelenkelement, das um eine zweite axiale Linie drehbar an einem zweiten Gelenk einer vorderen Endseite des ersten Handgelenkelements gelagert ist, wobei die zweite axiale Linie nicht auf einer Verlängerung der ersten axialen Linie liegt und nicht parallel zu der ersten axialen Linie verläuft, ein drittes Handgelenkelement, das um eine dritte axiale Linie drehbar an einem dritten Gelenk einer vorderen Endseite des zweiten Handgelenkelements gelagert ist, wobei die dritte axiale Linie nicht auf einer Verlängerung der zweiten axialen Linie liegt und nicht parallel zu der zweiten axialen Linie verläuft, einen Antriebsmotor für das zweite Handgelenk, der an dem ersten Handgelenkelement oder dem Roboterarm vorgesehen ist, um das zweite Handgelenkelement anzusteuern, einen Antriebsmotor für das dritte Handgelenk, der an dem ersten Handgelenkelement oder dem Roboterarm vorgesehen ist, um das dritte Handgelenkelement anzusteuern, sowie ein exzentrisch schwingendes Untersetzungsgetriebe, das an dem zweiten Gelenk derart vorgesehen ist, dass eine axiale Drehmittellinie mit der zweiten axialen Linie übereinstimmt, um die Geschwindigkeit zu verlangsamen und eine Drehung von dem Antriebsmotor des zweiten Handgelenks auf das zweite Handgelenkelement zu übertragen. Das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe weist auf: einen Träger, der einen Hohlkörper entlang der axialen Drehmittellinie bildet, eine durchgehende Welle, die drehbar an dem Träger über ein Paar von ersten Lagern gelagert ist, das an dem Hohlkörper angeordnet ist, und sich durch den Hohlkörper hindurch erstreckt, um eine Drehung von dem Antriebsmotor des dritten Handgelenks von einer Seite des ersten Handgelenkelements auf eine Seite des zweiten Handgelenkelements zu übertragen, wobei an einem Ende der durchgehenden Welle ein Kegelrad angebracht ist, das mit einem Kegelrad an dem anderen Ende des ersten henden Welle ein Stirnzahnrad angeordnet ist, das mit dem Stirnzahnrad an dem Ende des zweiten Handgelenkelements in Eingriff steht, eine Mehrzahl von Kurbelwellen, die um die durchgehende Welle herum angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Kurbelwellen Stirnzahnräder an Enden der Seite des ersten Handge lenkelements aufweist, sowie ein Getriebeteil, das mittig um die axiale Drehmittellinie drehbar angeordnet ist, wobei das Getriebeteil das Kegelrad aufweist, dem Drehkraft von dem Antriebsmotor des zweiten Handgelenks zugeführt wird, sowie ein Stirnzahnrad aufweist, mit dem die Stirnzahnräder der Mehrzahl von Kurbelwellen in Eingriff sind, wobei das Getriebeteil drehbar durch ein Paar von zweiten Lagern gelagert ist, das an einer Außenumfangsfläche der durchgehenden Welle an der Außenseite des Hohlkörpers in der axialen Richtung angeordnet ist.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine alternative Handgelenkeinheit eines Industrieroboters mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
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Figurenliste
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Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, in denen:
- 1 eine Ansicht ist, die die allgemeine Konfiguration einer Handgelenkeinheit eines Industrieroboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 2 eine Querschnittsansicht ist, die die Konfiguration eines exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebes zeigt, das in einer Handgelenkeinheit der 1 vorgesehen ist,
- 3A eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIA-IIIA der 2 ist,
- 3B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIB-IIIB der 2 ist,
- 3C eine vergrößerte Querschnittsansicht ist, die schematisch die Konfiguration einer Kurbelwelle der 2 zeigt,
- 4 eine Ansicht ist, die ein Vergleichsbeispiel der 2 zeigt,
- 5 eine Ansicht ist, die eine Modifikation der 1 zeigt, und
- 6 eine Ansicht ist, die eine weitere Modifikation der 1 zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erläutert werden. 1 ist eine Ansicht, die die allgemeine Konfiguration einer Handgelenkeinheit eines Industrieroboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 1 gezeigte Handgelenkeinheit 100 wird zum Beispiel bei einem Multigelenk-Industrieroboter angewandt, der einen drehbar an einer Basis gelagerten Roboterarm aufweist. Im Folgenden wird auf die Basisseite als „Basisendseite“ Bezug genommen werden, während die Richtung, die sich von der Basis weg bewegt (Gegenseite zu der Basisendseite) als die „vordere Endseite“ bezeichnet wird. Die Handgelenkeinheit 100 der vorliegenden Ausführungsform ist zum Beispiel an dem Vorderende des Roboterarms vorgesehen und hält oder bearbeitet ein Werkstück.
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Wie in 1 gezeigt, weist die Handgelenkeinheit 100 ein erstes Handgelenkelement 11 auf, das um eine erste axiale Linie L1 drehbar an einem ersten Gelenk 10 eines Vorderendes eines Roboterarms 101 gelagert ist, ein zweites Handgelenkelement 21, das um eine zweite axiale Linie L2 drehbar an einem zweiten Gelenk 20 eines Vorderendes des ersten Handgelenkelements 11 gelagert ist, sowie ein drittes Handgelenkelement 31, das um eine dritte axiale Linie L3 drehbar an einem dritten Gelenk 30 eines Vorderendes des zweiten Handgelenkelements 21 gelagert ist.
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Die erste axiale Linie L1 erstreckt sich durch das Zentrum des Roboterarms 101, die zweite axiale Linie L2 schneidet die erste axiale Linie L1 in einem vorgegebenen Winkel (90°) und die dritte axiale Linie L3 schneidet die zweite axiale Linie L2 in einem vorgegebenen Winkel (90°). Obwohl in 1 die erste axiale Linie L1 und die dritte axiale Linie L3 auf derselben Linie positioniert sind, müssen sie nicht auf derselben Linie liegen. Die zweite axiale Linie L2 muss die erste axiale Linie L1 nicht schneiden, solange sie nicht auf einer Verlängerung der ersten axialen Linie L1 liegt und sich nicht parallel zu der ersten axialen Linie L1 erstreckt. Die dritte axiale Linie L3 muss die zweite axiale Linie L2 nicht schneiden, solange sie nicht auf einer Verlängerung der zweiten axialen Linie L2 liegt und sich nicht parallel zu der zweiten axialen Linie L2 erstreckt.
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An dem Basisende des Roboterarms 101 sind ein erster Motor 12 zum Ansteuern des ersten Handgelenkelements 11, ein zweiter Motor 22 zum Ansteuern des zweiten Handgelenkelements 21 sowie ein dritter Motor 32 zum Ansteuern des dritten Handgelenkelements 31 angebracht. An dem ersten Gelenk 10, dem zweiten Gelenk 20 und dem dritten Gelenk 30 ist jeweils ein erstes Untersetzungsgetriebe 1, ein zweites Untersetzungsgetriebe 2 und ein drittes Untersetzungsgetriebe 3 vorgesehen. Unter diesen sind insbesondere das erste Untersetzungsgetriebe 1 und das zweite Untersetzungsgetriebe 2 als exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe ausgebildet. Die detaillierte Struktur des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 wird später erläutert werden. Die Drehungen des ersten Motors 12, des zweiten Motors 22 und des dritten Motors 32 werden von dem ersten Untersetzungsgetriebe 1, dem zweiten Untersetzungsgetriebe 2 und dem dritten Untersetzungsgetriebe 3 jeweils verlangsamt.
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Innerhalb des Roboterarms 101 erstreckt sich entlang der ersten axialen Linie L1 eine zylindrisch geformte Welle 13. Die Welle 13 ist mittig um die erste axiale Linie L1 drehbar an Lagerteilen (nicht gezeigt) innerhalb des Roboterarms 101 gelagert. Innerhalb der Welle 13 erstreckt sich entlang der ersten axialen Linie L1 eine zylindrisch geformte Welle 23. Die Welle 23 ist mittig um die erste axiale Linie L1 drehbar an der Innenumfangsfläche der Welle 13 gelagert. Innerhalb der Welle 23 erstreckt sich eine säulenförmige Welle 33 entlang der ersten axialen Linie L1. Die Welle 33 ist mittig um die erste axiale Linie L1 drehbar an der Innenumfangsfläche der Welle 23 gelagert.
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Innerhalb des ersten Handgelenkelements 11 erstreckt sich eine zylindrisch geformte Welle 24 entlang der ersten axialen Linie L1. Die Welle 24 ist mittig um die erste axiale Linie L1 drehbar an Lagerteilen (nicht gezeigt) innerhalb des ersten Handgelenkelements 11 gelagert. Innerhalb der Welle 24 erstreckt sich entlang der ersten axialen Linie L1 eine säulenförmige Welle 34. Die Welle 34 ist mittig um die erste axiale Linie L1 drehbar an der Innenumfangsfläche der Welle 24 gelagert. Darüber hinaus erstreckt sich innerhalb des ersten Handgelenkelements 11 eine zylindrisch geformte Welle 25 entlang der zweiten axialen Linie L2. Innerhalb der Welle 25 erstreckt sich eine säulenförmige Welle 35. Die Welle 35 ist mittig um die zweite axiale Linie L2 mittels des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 drehbar gelagert. Die Welle 25 ist mittig um die zweite axiale Linie L2 drehbar an der Außenumfangsfläche der Welle 35 gelagert.
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Innerhalb des zweiten Handgelenkelements 21 erstreckt sich an der Seite des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 eine Welle 36 parallel zu der zweiten axialen Linie L2.
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Die Welle 36 ist an Lagerteilen (nicht gezeigt) innerhalb des zweiten Handgelenkelements 21 drehbar gelagert. Darüber hinaus erstreckt sich innerhalb des zweiten Handgelenkelements 21 eine Eingabewelle 37 entlang der dritten axialen Linie L3. Die Eingabewelle 37 ist mittig um die dritte axiale Linie L3 mittels des dritten Untersetzungsgetriebes 3 drehbar gelagert.
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An einem Vorderende einer Ausgabewelle 14 des ersten Motors 12 ist ein Stirnzahnrad 141 angebracht. Das Stirnzahnrad 141 ist mit einem Stirnzahnrad 131 in Eingriff, das an einem Basisende der Welle 13 angebracht ist. An dem Vorderende der Welle 13 ist ein Stirnzahnrad 132 angebracht. Das Stirnzahnrad 132 ist mit einem Stirnzahnrad 151 in Eingriff, das an einem Ende einer Eingabewelle 15 des ersten Untersetzungsgetriebes 1 angebracht ist.
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Aufgrund dieser Konfiguration wird die Drehung des ersten Motors 12 durch einen ersten Übertragungsweg dem ersten Untersetzungsgetriebe 1 zugeführt, der die Ausgabewelle 14, das Stirnzahnrad 141, das Stirnzahnrad 131, die Welle 13, das Stirnzahnrad 132, das Stirnzahnrad 151 sowie die Eingabewelle 15 umfasst, und durch das erste Untersetzungsgetriebe verlangsamt. Diese verlangsamte Drehkraft wird verwendet, um das erste Handgelenkelement 11 anzusteuern. Die Drehung des ersten Motors 12 kann ebenso in dem ersten Übertragungsweg verlangsamt werden.
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An einem Vorderende einer Ausgabewelle 26 des zweiten Motors 22 ist ein Stirnzahnrad 261 angebracht. Das Stirnzahnrad 261 ist mit einem Stirnzahnrad 231 in Eingriff, das an einem Basisende der Welle 23 angebracht ist. Das Vorderende der Welle 23 ist mit einer Kerbverzahnung 232 versehen. Die Welle 23 ist durch die Kerbverzahnung 232 mit der Welle 24 verbunden. An dem Vorderende der Welle 24 ist ein Kegelrad 241 angebracht. Das Kegelrad 241 ist mit einem Kegelrad 251 in Eingriff, das an einem Basisende der Welle 25 angebracht ist. An dem Vorderende der Welle 25 ist ein Stirnzahnrad 252 angebracht. Das Stirnzahnrad 252 ist mit Stirnzahnrädern 271 in Eingriff, die an Enden der Eingabewellen 27 des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 angebracht sind.
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Aufgrund dieser Konfiguration wird die Drehung des zweiten Motors 22 über einen zweiten Übertragungsweg dem zweiten Untersetzungsgetriebe 2 zugeführt, der die Ausgabewelle 26, das Stirnzahnrad 261, das Stirnzahnrad 231, die Welle 23, die Kerbverzahnung 232, die Welle 24, das Kegelrad 241, das Kegelrad 251, die Welle 25, das Stirnzahnrad 252, die Stirnzahnräder 271 und die Eingabewellen 27 umfasst, und an dem zweiten Untersetzungsgetriebe 2 verlangsamt. Diese verlangsamte Drehkraft wird verwendet, um das zweite Handgelenkelement 21 anzusteuern. Die Drehung des zweiten Motors 22 kann ebenfalls in dem zweiten Übertragungsweg verlangsamt werden.
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An dem Vorderende einer Ausgabewelle des dritten Motors 32 ist eine Kerbverzahnung 381 vorgesehen. Die Ausgabewelle 38 ist durch die Kerbverzahnung 381 mit dem Basisende der Welle 33 verbunden. An dem Vorderende der Welle 33 ist eine Kerbverzahnung 331 vorgesehen. Die Welle 33 ist durch die Kerbverzahnung 331 mit der Welle 34 verbunden. An dem Vorderende der Welle 34 ist ein Kegelrad 341 angebracht. Das Kegelrad 341 ist mit einem Kegelrad 351 in Eingriff, das an einem Basisende der Welle 35 angebracht ist. An einem Vorderende der Welle 35 ist ein Stirnzahnrad 352 angebracht. Das Stirnzahnrad 352 ist mit einem Stirnzahnrad 361 in Eingriff, das an einem Basisende der Welle 36 angebracht ist. An einem Vorderende der Welle 36 ist ein Kegelrad 362 angebracht. Das Kegelrad 362 ist mit einem Kegelrad 371 in Eingriff, das an einem Ende der Eingabewelle 37 angebracht ist.
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Aufgrund dieser Konfiguration wird die Drehung des dritten Motors 32 durch einen dritten Übertragungsweg dem dritten Untersetzungsgetriebe 3 zugeführt, der die Ausgabewelle 38, die Kerbverzahnung 381, die Welle 33, die Kerbverzahnung 331, die Welle 34, das Kegelrad 341, das Kegelrad 351, die Welle 35, das Stirnzahnrad 352, das Stirnzahnrad 361, die Welle 36, das Kegelrad 362, das Kegelrad 371 sowie die Eingabewelle 37 umfasst, und durch das dritte Untersetzungsgetriebe 3 verlangsamt. Diese verlangsamte Drehkraft wird verwendet, um das dritte Handgelenkelement 31 anzusteuern. Die Drehung des dritten Motors 32 kann ebenso in dem dritten Übertragungsweg verlangsamt werden.
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Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt in dem zweiten Untersetzungsgetriebe 2 (exzentrisch schwingendes Untersetzungsgetriebe). 2 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 zeigt. 3A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIA-IIIA der 2 und 3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIB-IIIB der 2. Im Folgenden wird die zu der zweiten axialen Linie L2 parallele Richtung als die „Axialrichtung“ bzw. „axiale Richtung“ definiert, die sich von der zweiten axialen Linie L2 weg bewegende Richtung (Radialrichtung eines Kreises mittig um die axiale Linie L2) als die „Diametralrichtung“ bzw. „diametrale Richtung“ und die Umfangsrichtung des Kreises mittig um die zweite axiale Linie L2 als die „Umfangsrichtung“.
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Wie in den 2 und 3A gezeigt, weist das zweite Untersetzungsgetriebe 2 ein zylinderförmiges oder im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 4 und einen Träger 5 auf, der innerhalb des Gehäuses 4 mittels eines Paares von Hauptlagern 4 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 4 weist ein Passteil 41 auf, das an dessen Außenumfangsfläche in das Gehäuse der Seite des ersten Handgelenkelements 11 passt. Der Träger 5 weist ein erstes Plattenteil 51 und ein zweites Plattenteil 52 auf, das in der axialen Richtung von dem ersten Plattenteil 51 separiert und dem ersten Plattenteil 51 zugewandt angeordnet ist. An der Oberfläche des ersten Plattenteils 51, das dem zweiten Plattenteil 52 zugewandt ist, sind in gleichen Intervallen säulenförmige Teile 53 vorgesehen, die an drei Stellen in der Umfangsrichtung in Richtung des zweiten Plattenteils 52 hervorstehen. Bolzen 54, die sich durch das zweite Plattenteil 52 hindurch erstrecken, sind in die säulenförmigen Teile 53 eingeschraubt, wobei das erste Plattenteil 51 und das zweite Plattenteils 52 integral befestigt sind. Der Träger 5 weist ein Passteil 42 auf, das in das Gehäuse der Seite des zweiten Handgelenkelements 21 an dem Ende des ersten Plattenteils 51 passt.
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In den mittleren Bereichen des ersten Plattenteils 51 und des zweiten Plattenteils 52 sind Durchgangslöcher 511, 521 gebildet. An der Innenseite des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 ist ein Hohlkörper 55 entlang der zweiten axialen Linie (axiale Mittellinie des Untersetzungsgetriebes 2) L2 gebildet. An den Innenumfangsflächen der Durchgangslöcher 511, 521 sind Lager 56 vorgesehen. Die Welle 35 zum Ansteuern des dritten Handgelenkelements erstreckt sich durch den Hohlkörper 55 und ist in Bezug auf den Träger 5 mittels des Paares von Lagern 56 drehbar gelagert. Das bedeutet, dass die Welle 35 eine durchgehende Welle bildet.
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An der Außenumfangsfläche der durchgehenden Welle 35 ist ein Paar von Lagern 57 an der Außenseite des Paares von Lagern 56 in der axialen Richtung (Basisendseite des zweiten Plattenteils 52) angebracht. Aufgrund der Lager 57 ist die Welle 25 zum Ansteuern des zweiten Untersetzungsgetriebes in Bezug auf die Welle 35 drehbar gelagert. An der Seite des zweiten Plattenteils 52 der Welle 25 (vordere Endseite) ist ein Stirnzahnrad 252 angebracht, während an der gegenüberliegenden Seite des zweiten Plattenteils 52 der Welle 25 (Basisendseite) ein Kegelrad 251 (in 2 der Einfachheit halber als ein Stirnzahnrad dargestellt) mit einem Durchmesser angebracht ist, der größer ist als der des Stirnzahnrads 252. Das bedeutet, dass die Welle 25 eine zylindrische Welle ist, die die durch das Kegelrad 251 zugeführte Antriebskraft durch das Stirnzahnrad 252 an die Eingabewellen 27 überträgt. Zwischen dem Paar von Lagern 57 ist ein zylinderförmiger Abstandshalter 253 eingefügt. Die Zylinderwelle 25 ist um den Abstandshalter 253 herum angeordnet.
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Zwischen dem ersten Plattenteil 51 und dem zweiten Plattenteil 52 ist ein Paar plattenförmiger Zahnräder 6, 7 in der axialen Richtung parallel angeordnet, um mit dem ersten Plattenteil 51 und dem zweiten Plattenteil 52 parallel zu verlaufen. An den Außenumfangsflächen der Zahnradplatten 6, 7 sind externe Zahnräder 61, 71 gebildet. Den externen Zahnrädern 61, 71 zugewandt ist an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 4 eine Mehrzahl von inneren Zahnstiften 43 in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung vorgesehen (siehe 3B), deren Zahl lediglich um einen Stift größer ist als die Zahl der Zähne der externen Zahnräder 61, 71. Die inneren Zahnstifte 43 erstrecken sich zwischen dem Paar von Spindellagern 40 in den axialen Richtungen. Während von einer Darstellung abgesehen wird, sind die Zahnradplatten 6, 7 mit den inneren Zahnstiften 43 in dem Zustand in Eingriff, in dem diese zueinander um 180° in Phase versetzt sind. Dies bedeutet, dass die Zahnradplatte 7 mit den inneren Zahnstiften 43 des Teils B, das von dem Teil A um 180° in Phase versetzt ist, sprich, an der gegenüberliegenden Seite des Teils A, in Eingriff ist, wenn die Zahnradplatte 6 mit den inneren Zahnstiften 43 des Teils A in Eingriff ist, wie in 3B gezeigt.
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Wie in 2 gezeigt, sind in den mittleren Bereichen der Zahnradplatten 6, 7 Durchgangslöcher 60, 70 gebildet. Die Welle 35 erstreckt sich durch die Durchgangslöcher 60, 70. An einem Ende der durchgehenden Welle 35 (Basisende) ist das Kegelrad 351 (in 2 der Einfachheit halber als ein Stirnzahnrad dargestellt) in der axialen Richtung an der Außenseite des Kegelrades 251 (gegenüberliegende Seite des zweiten Plattenteils 52) angebracht, während an dem anderen Ende (Vorderende) das Stirnzahnrad 352 angebracht ist. Das Kegelrad 251 und das Kegelrad 351 sind parallel zueinander angeordnet.
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Die Zahnradplatten 6, 7 sind in der Umfangsrichtung an drei Positionen mit Durchgangslöchern 63, 73 ausgebildet, die den säulenförmigen Teilen 53 des ersten Plattenteils 51 entsprechen. Innerhalb der Durchgangslöcher 63, 73 sind die säulenförmigen Teile 53 mit Spielraum, sprich, lose, eingesetzt. Darüber hinaus sind die Zahnradplatten 6, 7 zwischen in der Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Durchgangslöchern 63, 73 in gleichen Intervallen an drei Positionen in der Umfangsrichtung mit Durchgangslöchern 62, 72 versehen. In den Durchgangslöchern 62, 72 sind jeweils Eingabewellen 27 eingesetzt. Die Eingabewellen 27 sind Kurbelwellen. Entsprechend den Kurbelwellen 27 sind das erste Plattenteil 51 und das zweite Plattenteil 52 an drei Positionen in der Umfangsrichtung mit Durchgangslöchern 512, 522 ausgebildet.
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Enden der Kurbelwellen 27 an den Seiten des ersten Handgelenkelements verlaufen durch die Durchgangslöcher 522 des zweiten Plattenteils 52 hindurch. An den Enden der drei Kurbelwellen 27, die aus dem zweiten Plattenteil 52 heraus ragen, sind jeweils Stirnzahnräder 271 angebracht. Diese drei Stirnzahnräder 271 sind mit dem mittleren Stirnzahnrad 252 in Eingriff. Die anderen Enden der Kurbelwellen 27 an den Seiten des zweiten Handgelenkelements sind in Durchgangslöcher 512 des ersten Plattenteils 51 eingesetzt. Die Durchgangslöcher 512, 522 sind mit Lagern 59 versehen. Die Kurbelwellen 27 sind durch die Lager 59 an dem Träger 5 (erstes Plattenteil 51, zweites Plattenteil 52) drehbar gelagert. An den Durchgangslöchern 512 sind von den Außenseiten her Abdeckungen 513 angebracht. Die Durchgangslöcher 512 sind mit den Abdeckungen 513 verschlossen.
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Jede der Kurbelwellen 27 hat mittig in der axialen Richtung zwei exzentrische Teile 272, 272. 3C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Kurbelwelle 27 im Allgemeinen zeigt. Wie in 3C gezeigt, sind die exzentrischen Teile 272, 273 von der axialen Mittellinie L27 der Kurbelwelle 27 um gleiche Beträge zueinander versetzt und in der Umfangsrichtung zueinander um 180° in Phase versetzt. Dies bedeutet, dass die axialen Mittellinien L272, L273 der exzentrischen Teile 272, 273 von der axialen Mittellinie L27 der Kurbelwelle 27 in der diametralen Richtung um vorgegebene Beträge versetzt sind, während die Phasen zueinander um die axiale Mittellinie L27 um 180° versetzt sind. Wie in 2 gezeigt, sind die exzentrischen Teile 272, 273 durch Rollenlager 274 innerhalb der Durchgangslöcher 62, 72 der Zahnradplatten 6, 7 drehbar gelagert.
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In dem derart konfigurierten, exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebe 2 wird, wenn das Kegelrad 251 der zylindrischen Welle 25 als Eingabe die Antriebskraft des zweiten Motors 22 empfängt (1), diese Antriebskraft durch die Stirnzahnräder 252, 271 an die drei Kurbelwellen 27 übertragen, wobei sich diese Kurbelwellen 27 mittig um ihre axialen Mittellinien L27 drehen. Daher drehen sich die exzentrischen Teile 272, 273 exzentrisch innerhalb der Durchgangslöcher 62, 72 und die Zahnradplatten 6, 7 drehen sich exzentrisch (kreisen) mittig um die axiale Linie L2 in dem in Phase um 180° versetzten Zustand. Hier ist die Zahl der inneren Zahnstifte 43 um eins größer als die Zahl der Zähne der externen Zahnräder 61, 71, so dass die exzentrischen Drehungen der Zahnradplatten 6, 7 bewirken, dass sich der Träger 5 dreht und das zweite Handgelenkelement 21 angesteuert wird.
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Andererseits wird, wenn das Kegelrad 351 der durchgehenden Welle 35 die Antriebskraft des dritten Motors 32 als Eingabe empfängt (1), diese Antriebskraft durch die durchgehende Welle 35 an das Stirnzahnrad 352 übertragen, wobei das Stirnzahnrad 352 rotiert. Daher kann die Antriebskraft von dem dritten Motor 32 an die Seite des zweiten Handgelenkelements 21 durch den Hohlkörper 55 des exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebes 2 platzeffizient übertragen werden. Diese Antriebskraft kann dazu verwendet werden, das dritte Handgelenkelement 31 anzusteuern.
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Das obige zweite Untersetzungsgetriebe 2 wird vorab in dem Zustand der 2 zusammengebaut und dann an dem Gehäuse des ersten Handgelenkelements 11 angebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist das zweite Untersetzungsgetriebe 2 mittels des Passteils 41 des Gehäuses 4 bezüglich des ersten Handgelenkelements 11 positioniert. Aus diesem Grund können die Kegelräder 251, 351, die von der Basisendseite des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 hervorstehen, präzise mit den Kegelrädern 241, 341 an dem Vorderende des ersten Handgelenkelements 11 in Eingriff gebracht werden. Danach wird das zweite Handgelenkelement 21 an dem zweiten Untersetzungsgetriebe 2 angebracht. In diesem Fall ist das zweite Untersetzungsgetriebe 2 mittels des Passteils 42 des Trägers 5 in Bezug auf das zweite Handgelenkelement 21 positioniert. Aus diesem Grund kann das Stirnzahnrad 352, das von der vorderen Endseite des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 hervorsteht, präzise mit dem Stirnzahnrad 361 des Basisendes des zweiten Handgelenkelements 21 in Eingriff gebracht werden. Daher wird die Montage und Demontage der Handgelenkeinheit 100 einfach und die Handgelenkeinheit 100 kann auf einfache Weise gewartet und inspiziert etc. werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Funktionseffekte gezeigt werden:
- (1) Die Durchgangslöcher 511, 521, 60 und 70 werden verwendet, um den Hohlkörper 55 entlang der axialen Mittellinie L2 des exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebes 2 zu bilden. Die sich durch diesen Hohlkörper 55 an der Innenseite des Untersetzungsgetriebes 2 hindurch erstreckende durchgehende Welle 35 ist drehbar gelagert und die Drehkraft des dritten Motors 32 wird von der Seite des ersten Handgelenkelements 11 an die Seite des zweiten Handgelenkelements 21 übertragen. Darüber hinaus ist das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe 2 mit der Mehrzahl von Kurbelwellen 27 versehen, die Stirnzahnräder 271 an ersten Enden um die durchgehende Welle 35 herum in der diametralen Richtung von der axialen Linie L2 versetzt aufweisen, sowie mit der zylindrischen Welle 25, die mittig um die axiale Linie L2 rotieren kann. Die Zylinderwelle 25 ist an einem Ende davon mit dem Kegelrad 251 versehen, dem Antriebskraft von dem zweiten Motor 22 zugeführt wird, sowie an dem anderen Ende mit dem Stirnzahnrad 252, das mit den Stirnzahnrädern 271 der Mehrzahl von Kurbelwellen 27 in Eingriff ist.
Daher ist es möglich, der Mehrzahl von Kurbelwellen 27 Antriebskraft von dem zweiten Motor 22 zuzuführen sowie Antriebskraft von dem dritten Motor 32 durch das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe 2 an das Stirnzahnrad 352 des zweiten Handgelenkelements 21 zu übertragen. Darüber hinaus ist es möglich, das zweite Untersetzungsgetriebe 2, das Kegelrad 251 und das Kegelrad 351, die in Bezug auf das erste Handgelenkelement 11 positioniert werden müssen und deren Drehmittelachsen alle auf derselben Linie (L2) liegen, derart anzuordnen, dass es beim Positionieren der Basisendseite des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 an dem ersten Handgelenkelement 11 nicht notwendig ist, das Untersetzungsgetriebe 2 in Phase anzupassen. Dies bedeutet, dass es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, zu verhindern, dass das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe 2, das die durchgehende Welle 35 zum Ansteuern des dritten Handgelenkelements aufweist, größer wird, und die Struktur hinsichtlich der Montage und Demontage einfach auszubilden.
- (2) An der Außenumfangsfläche der durchgehenden Welle 35 sind an der Außenseite von dem Hohlkörper 55 des exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebes 2 in der axialen Richtung Lager 57 angebracht, die die Zylinderwelle 25 drehbar lagern. Daher sind die einzigen Teile, die innerhalb des Hohlkörpers 55 angeordnet sind, die Welle 35 und die Lager 56, so dass das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe 2 in der Größe reduziert werden kann. Im Gegensatz dazu ist in dem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, an der Außenseite der durchgehenden Welle 35 in der diametralen Richtung eine zylinderförmige Welle 254 integral mit der Zylinderwelle 25 vorgesehen. Wird zwischen dieser Welle 254 und der durchgehenden Welle 35 ein Paar von Lagern 57 vorgesehen, um die Zylinderwelle 25 drehbar zu lagern, so wird der Hohlkörper 55 vergrößert und das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe 2 wird größer, da in dem Hohlkörper 55 die Welle 35, die Lager 57, die Welle 254 sowie die Lager 56 angeordnet sind.
- (3) An einem Ende der durchgehenden Welle 35 ist das Kegelrad 351 angeordnet, das sich in der diametralen Richtung erstreckt. Zwischen diesem Kegelrad 351 und den Stirnzahnrädern 271 der Enden der Kurbelwellen 27 ist das Kegelrad 251, das an der Zylinderwelle 25 vorgesehen ist, derart angeordnet, dass es sich in der diametralen Richtung parallel zu den Zahnrädern 351, 271 erstreckt. Daher kann die Länge des exzentrisch schwingenden Untersetzungsgetriebes 2 in der axialen Richtung in dem notwendigen Minimalumfang gehalten und das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe 2 kompakt konfiguriert werden.
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(Modifikationen)
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In der obigen Ausführungsform kann der zweite Motor 22 und/oder der dritte Motor 23 ebenso an dem ersten Handgelenkelement 11 vorgesehen sein, obwohl der erste Motor 12 (Antriebsmotor des ersten Handgelenks), der zweite Motor 22 (Antriebsmotor des zweiten Handgelenks) und der dritte Motor 32 (Antriebsmotor des dritten Handgelenks) jeweils an dem Roboterarm 101 vorgesehen sind. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem der dritte Motor 32 an dem ersten Handgelenkelement 11 vorgesehen ist. In 5 erstreckt sich die Ausgabewelle 38 des dritten Motors 32 auf der zweiten axialen Linie L2 und die Ausgabewelle 38 ist durch eine Kerbverzahnung etc. mit der Welle 35 verbunden, die sich durch das zweite Untersetzungsgetriebe 2 (exzentrisch schwingendes Untersetzungsgetriebe) hindurch erstreckt. Indem der dritte Motor 32 an dem ersten Handgelenkelement 11 auf diese Weise angebracht wird, besteht keine Notwendigkeit, einen dritten Übertragungsweg innerhalb des Roboterarms 101 auszubilden und daher kann die Konfiguration des Roboterarms 101 vereinfacht werden.
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6 zeigt ein Beispiel, bei dem der zweite Motor 22 und der dritte Motor 32 innerhalb des ersten Handgelenkelements 11 vorgesehen sind. In 6 erstreckt sich die Ausgabewelle 26 des zweiten Motors 22 parallel zu der zweiten axialen Linie L2. An dem Basisende der Zylinderwelle 25 des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 ist kein Kegelrad 251 sondern ein Stirnzahnrad 255 angebracht. Zwischen dem Stirnzahnrad 261 des Endes der Ausgabewelle 26 und dem Stirnzahnrad 255 des Endes der Zylinderwelle 25 ist ein Stirnzahnrad 256 angeordnet. Durch das Stirnzahnrad 256 wird Antriebskraft von dem zweiten Motor 22 an das zweite Untersetzungsgetriebe 2 übertragen.
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Innerhalb des ersten Handgelenkelements 11 erstreckt sich die Ausgabewelle 38 des dritten Motors 32 parallel zu der zweiten axialen Linie L2. An dem Basisende der durchgehenden Welle 35 ist kein Kegelrad 351, sondern ein Stirnzahnrad 353 angebracht. Zwischen dem Stirnzahnrad 382 des Endes der Ausgabewelle 38 und dem Stirnzahnrad 353 des Endes der durchgehenden Welle 35 ist ein Stirnzahnrad 383 angeordnet. Durch das Stirnzahnrad 383 wird Antriebskraft des dritten Motors 32 an die durchgehende Welle 35 übertragen. In dem zweiten Handgelenkelement 21 ist an dem Ende der durchgehenden Welle 35 kein Stirnzahnrad 352, sondern ein Kegelrad 354 angeordnet. Innerhalb des zweiten Handgelenkelements 21 erstreckt sich eine Welle 39 parallel zu der dritten axialen Linie L3. An dem Basisende der Welle 39 ist ein Kegelrad 391 angebracht, während an dem Vorderende ein Stirnzahnrad 392 angebracht ist. An der Eingabewelle 37 ist kein Kegelrad 371, sondern ein Stirnzahnrad 372 angebracht. Die Drehung der durchgehenden Welle 35 wird durch die Kegelräder 354, 391, die Welle 39 und die Stirnzahnräder 392, 372 der Eingabewelle 37 zugeführt.
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In der obigen Ausführungsform (1) ist es ebenso möglich, dass lediglich das zweite Untersetzungsgetriebe 2 als ein exzentrisch schwingendes Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist, obwohl das erste Untersetzungsgetriebe 1 und das zweite Untersetzungsgetriebe 2, wie in 6 gezeigt, als exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe ausgebildet sind. Obwohl die Durchgangslöcher 511, 512 des ersten Plattenteils 51 und des zweiten Plattenteils 52 dazu verwendet werden, den Hohlkörper 55 innerhalb des zweiten Untersetzungsgetriebes 2 entlang der axialen Drehmittellinie L2 zu bilden, ist die Konfiguration eines hohlen Formungsteils nicht darauf beschränkt. Die durchgehende Welle 35 kann in beliebiger Weise konfiguriert sein, solange sie an dem Hohlkörper 55 drehbar gelagert und solange sie Drehkraft des dritten Motors 32 von der Seite des ersten Handgelenkelements 11 zu der Seite des zweiten Handgelenkelements 21 überträgt.
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Obwohl drei Kurbelwellen 27 um die durchgehende Welle 35 herum angeordnet sind, ist die Zahl der Mehrzahl von Kurbelwellen 27 nicht darauf begrenzt. Die Kurbelwellen 27 können in beliebiger Weise konfiguriert sein, solange sie Zahnräder 271 zum Zuführen von Rotationskraft an das Ende der Seiten des ersten Handgelenkelements 11 (Eingabezahnräder) aufweisen. Obwohl eine Zylinderwelle 25 mittels Lagern 57 an der Außenumfangsfläche der durchgehenden Welle 35 drehbar vorgesehen ist, kann die Welle 25 als ein Getriebeteil in beliebiger Weise konfiguriert sein, solange sie ein Zahnrad 251 aufweist, dem Rotationskraft von dem zweiten Motor 22 zugeführt wird (erstes Zahnrad), sowie ein Zahnrad 252, mit dem die Zahnräder 271 der Mehrzahl von Kurbelwellen 27 in Eingriff sind (zweites Zahnrad), und das mittig um die zweite axiale Linie L2 drehbar vorgesehen ist. Die Anordnung der Welle 25 ist ebenfalls nicht auf das oben Erläuterte beschränkt.
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Eine oder mehrere der obigen Ausführungsformen sowie die Modifikationen sind frei kombinierbar.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Antriebskraft von dem Motor der durchgehenden Welle zuzuführen, die sich durch das exzentrisch schwingende Untersetzungsgetriebe hindurch erstreckt, während Antriebskraft eines weiteren Motors der Mehrzahl von Kurbelwellen durch ein Getriebeteil zugeführt wird. Ferner ist es möglich, lediglich das Untersetzungsgetriebe in dessen axialer Mittellinie zu positionieren, um die Basisendseite des Untersetzungsgetriebes zu montieren.
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Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, wird von den Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen daran durchgeführt werden können, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
