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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Roboter.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität auf der Grundlage der am 21. August 2019 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-151531 . Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung wird hier unter Bezugnahme aufgenommen.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Roboter mit mehreren Gelenken ist bekannt. Das
Japanische Patent Nr. 6034895 offenbart einen Roboter, der sich als Reaktion auf eine externe Kraft zurückzieht. Der im
japanischen Patent Nr. 6034895 beschriebene Roboter detektiert die auf den Roboter wirkende externe Kraft, was den Roboter veranlasst, einen Rückzugsvorgang durchzuführen, wenn die detektierte externe Kraft größer als ein erster Schwellenwert ist, und den Rückzugsvorgang zu stoppen, wenn eine Schwankung der detektierten externen Kraft nach dem Rückzugsvorgang kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wenn ein Sensor für externe Kraft auf der Abtriebsseite eines Drehzahlminderers vorgesehen ist, wie im
japanischen Patent Nr. 6034895 , ist der Sensor für externe Kraft teuer und nachteilig hinsichtlich der Kosten.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf ein solches Problem entwickelt, und eine Aufgabe davon ist es, einen Roboter vorzusehen, der eine externe Kraft unabhängig von einem Sensor für externe Kraft auf einer Abtriebsseite eines Drehzahlminderers beherrschen kann.
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Um das Problem zu lösen, ist ein Roboter nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Roboter mit einem Gelenk, in das ein Motor und ein Drehzahlminderer aufgenommen sind.Der Roboter enthält Erfassungsmittel zum Erfassen von Informationen über eine Drehung des Motors und Steuermittel zum Detektieren, dass eine externe Kraft auf der Grundlage der durch die Erfassungsmittel erfassten Informationen wirkt, und zum Durchführen eines Rückzugsvorgangs. Der Drehzahlminderer enthält einen Parallelwellen-Getriebemechanismus und einen exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus, in den eine Abtriebsdrehung des Parallelwellen-Getriebemechanismus eingeleitet wird. Der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus ist von einem Mittelkurbeltyp, bei dem eine Exzenterkörperwelle in der axialen Mitte eines Innenzahnrads angeordnet ist, und weist ein Untersetzungsverhältnis von 35 oder niedriger auf.
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Jede Kombination der oben beschriebenen Komponenten und eine Kombination, die durch Austauschen der Komponenten und Ausdrücke der vorliegenden Erfindung zwischen Verfahren, Vorrichtungen, und Systemen erhalten wird, sind auch als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wirksam.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Roboter vorgesehen sein, der eine externe Kraft unabhängig von einem Sensor für externe Kraft auf einer Abtriebsseite des Drehzahlminderers beherrschen kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht, die einen Roboter gemäß einer Ausführungsform schematisch zeigt.
- 2 ist ein Seitenschnittansicht, die ein Drehzahlminderer des Roboters von 1 zeigt.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das den Roboter von 1 schematisch zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Untersetzungsverhältnis und dem Wirkungsgrad eines exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegenden Erfinder haben einen Roboter mit einem Gelenk untersucht, in dem ein Motor und ein Drehzahlminderer aufgenommen sind, und haben die folgenden Erkenntnisse erhalten.
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In dem Gelenk des Roboters, wenn eine drehende Antriebskraft eines Motors in eine Antriebswelle des Drehzahlminderers eingeleitet wird, verlangsamt sich ein Abtriebselement des Drehzahlminderers und dreht sich mit einem vorbestimmten Untersetzungsverhältnis, und ein mit dem Abtriebselement verbundener Arm dreht sich um eine axiale Mitte des Gelenks. Wenn von dem Arm durch direktes Anlernen oder dergleichen eine externe Kraft auf das Gelenk ausgeübt wird, wird der Drehzahlminderer des Gelenks rückwärts angetrieben. Wenn der Drehzahlminderer rückwärts angetrieben wird, wird ein Rückwärtsantriebsdrehmoment von einer Abtriebsseite des Drehzahlminderers auf eine Antriebsseite übertragen. Dieses Rückwärtsantriebsdrehmoment kann eine übermäßige Belastung (Last) auf einen internen Mechanismus des Drehzahlminderers ausüben, wodurch der interne Mechanismus beschädigt werden kann. Als Ergebnis einer Studie wurde festgestellt, dass bei hohem Übertragungswirkungsgrad des Drehzahlminderers die auf den internen Mechanismus des Drehzahlminderers ausgeübte Belastung (Last) gering ist und Schäden aufgrund des Rückwärtsantreibens mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftreten.
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Als Ergebnis der Betrachtung von Drehzahlminderern verschiedener Konfigurationen unter dem Gesichtspunkt des Erhöhens von Übertragungswirkungsgrades wurde festgestellt, dass der Übertragungswirkungsgrad insbesondere dadurch erhöht werden kann, dass ein Parallelwellen-Getriebemechanismus und ein exzentrisch oszillierender Getriebemechanismus des Mittelkurbeltyps (nachstehend kann er als „oszillierender Getriebemechanismus“ bezeichnet werden) in dieser Reihenfolge und durch richtiges Auswählen des Untersetzungsverhältnisses des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus angeordnet werden. 4 zeigt ein Diagramm g1, in dem eine Beziehung zwischen einem Untersetzungsverhältnis Rg (einem Verhältnis einer Drehzahl, die durch Teilen einer Antriebsdrehzahl durch eine Abtriebsdrehzahl erhalten wird) des oszillierenden Getriebemechanismus und dem Übertragungswirkungsgrad Eg dargestellt ist. Aus den Daten wurde festgestellt, dass der Übertragungswirkungsgrad hoch ist, wenn das Untersetzungsverhältnis Rg 35 oder niedriger beträgt, und dass der Übertragungswirkungsgrad deutlich abnimmt, wenn das Untersetzungsverhältnis Rg 35 überschreitet. Es wurde auch festgestellt, dass der Übertragungswirkungsgrad weiter erhöht wird, wenn das Untersetzungsverhältnis Rg 17 oder niedriger beträgt. Bei dem Drehzahlminderer war ein Einfluss des Untersetzungsverhältnisses des Parallelwellen-Getriebemechanismus auf den Übertragungswirkungsgrad gering. Hier ist der Übertragungswirkungsgrad ein Verhältnis eines Abtriebsdrehmoments zu einem Antriebsdrehmoment und wird durch (Abtriebsdrehmoment)/(Antriebsdrehmoment x Untersetzungsverhältnis) x 100% erhalten.
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Ferner wurde beim Roboter unter dem Gesichtspunkt des Verhinderns von Schäden aufgrund von Rückwärtsantreibens eine Konfiguration, in der sich ein Motor als Reaktion auf die externe Kraft zurückzieht, in Betracht gezogen. Es ist beispielsweise denkbar, einen Drehmomentsensor auf der Abtriebsseite des Drehzahlminderers vorzusehen und den Motor dazu zu veranlassen, sich als Reaktion auf das Detektionsergebnis zurückzuziehen. In der Konfiguration kann der Drehmomentsensor jedoch durch die externe Kraft beschädigt werden, so dass ein zusätzlicher Raum erforderlich ist, um den Drehmomentsensor und seine Verkabelung vorzusehen, was auch hinsichtlich der Kosten nachteilig ist. Aus diesem Grund wurde die Konfiguration, in der der Zustand der externen Kraft auf der Grundlage von Informationen über die Drehung des Motors wie beispielsweise dem Motorstrom ohne Verwendung des Drehmomentsensors identifiziert wird, in Betracht gezogen. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass der Rückzugsvorgang ohne Verwendung des oben beschriebenen Drehmomentsensors durchgeführt werden kann.
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Aus dem oben Gesagten kann gesagt werden, dass der Roboter, der die äußere Kraft (Rückwärtsantreiben) mit geringen Kosten dadurch beherrschen kann, dass er den Motor veranlasst, sich auf der Grundlage von Informationen über die Drehung des Motors zurückzuziehen, unter Verwendung des Drehzahlminderers, der eine Kombination aus dem Parallelwellen-Getriebemechanismus und dem exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus des Mittelkurbeltyps ist und ein Untersetzungsverhältnis Rg des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus von 35 oder niedriger aufweist, vorgesehen werden kann. Nachstehend wird ein auf diesen Erkenntnissen basierender Roboter unter Verwendung einer Ausführungsform als ein Beispiel beschrieben.
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf jede der Zeichnungen basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. In der Ausführungsform und einem Modifikationsbeispiel werden denselben oder äquivalenten Komponenten und Elementen dieselben Bezugszeichen zugewiesen, und redundante Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen. Die Abmessungen eines Elements in jeder Zeichnung sind gegebenenfalls vergrößert oder verkleinert, um das Verständnis zu erleichtern. Darüber hinaus werden einige Elemente, die für die Beschreibung der Ausführungsform nicht wichtig sind, in jeder der Zeichnungen weggelassen.
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Darüber hinaus werden zwar Begriffe mit Ordinalzahlen, wie erste und zweite, verwendet, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, die Begriffe werden nur zum Unterscheiden einer Komponente von anderen Komponenten verwendet, und die Begriffe beschränken die Komponenten nicht.
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[Ausführungsform]
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Nachstehend wird eine Konfiguration eines Roboters 100 gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Seitenansicht, die den Roboter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. Der Roboter 100 ist ein Gelenkarmroboter mit mehreren Armen, die via mehrere Gelenke zwischen der Spitzenendseite und der Basisendseite verbunden sind. Der Roboter 100 der vorliegenden Ausführungsform weist ein Gelenk 40 und einen Arm 42 auf. Um einen Rückzugsvorgang als Reaktion auf eine externe Kraft durchzuführen, enthält der Roboter 100 darüber hinaus eine Erfassungseinheit 52, die Informationen über eine Drehung eines Motors erfasst, und eine Steuereinheit 54, die auf der Grundlage der Informationen detektiert, dass die externe Kraft wirkt, und den Rückzugsvorgang durchführt. Zuerst werden das Gelenk 40 und der Arm 42 beschrieben, die Erfassungseinheit 52 und die Steuereinheit 54 werden später beschrieben.
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Das Gelenk 40 enthält ein erstes Gelenk 40a, ein zweites Gelenk 40b, ein drittes Gelenk 40c, ein viertes Gelenk 40d, ein fünftes Gelenk 40e und ein sechstes Gelenk 40f in der Reihenfolge von der Spitzenendseite aus. Der Arm 42 enthält einen ersten Arm 42a, einen zweiten Arm 42b, einen dritten Arm 42c, einen vierten Arm 42d, einen fünften Arm 42e und einen sechsten Arm 42f. Der erste Arm 42a ist mit der Spitzenendseite (Abtriebsseite) des ersten Gelenks 40a verbunden. Der zweite Arm 42b bis zu dem sechsten Arm 42f sind mit dem ersten Gelenk 40a bis zu dem sechsten Gelenk 40f verbunden. Die Basisendseite des sechsten Gelenks 40f ist mit einer Basisplattform 42g verbunden, und die Basisplattform 42g ist fest mit einer Befestigungsfläche Gf verbunden.
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Der Motor 38 und der Drehzahlminderer 6 sind in dem Gelenk 40 aufgenommen. Wenn eine drehende Antriebskraft von dem Motor 38 auf den Drehzahlminderer 6 übertragen wird, verlangsamt sich ein Abtriebselement des Drehzahlminderers 6 und dreht sich, und der Arm 42 dreht sich um eine axiale Mitte des Gelenks 40. In dem Roboter 100 wird die Drehung jedes Motors 38 so gesteuert, dass ein Werkzeug 42h, das an der Ausgabeseite des ersten Arms 42a angebracht ist, sich entlang einer vorbestimmten Trajektorie bewegt. Wenn der Roboter 100 mehrere Gelenke 40, wie in der vorliegenden Ausführungsform aufweist, ist der Drehzahlminderer, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, nicht in allen Gelenken aufgenommmen und kann in mindestens einem Gelenk aufgenommen sein. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Drehzahlminderer, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, in dem Gelenk an der Spitzenendseite aufgenommen ist.
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Der Motor 38 kann in der Lage sein, die drehende Antriebskraft in den Drehzahlminderer 6 einzuleiten, und der Motor kann auf der Grundlage verschiedener Prinzipien ausgeführt sein. Der Motor 38 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Servomotor. In diesem Fall ist der Servomotor dadurch zu bevorzugen, dass der Servomotor eine kleine Größe, eine große Ausgabe und eine relativ lange Lebensdauer aufweist und fast keine Wartung erfordert.
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Der Drehzahlminderer 6 wird beschrieben. 2 ist ein Seitenschnittansicht, der den Drehzahlminderer 6 zeigt. Der Drehzahlminderer 6 enthält einen Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 und einen exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10, in den eine Abtriebsdrehung des Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 eingeleitet wird. Der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus 10 ist von einem Mittelkurbeltyp, bei dem eine später beschriebene Exzenterkörperwelle 12 in der axialen Mitte eines Innenzahnrads angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 und der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus 10 in einem später beschriebenen Gehäuse 20 untergebracht.
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Nachstehend wird eine Richtung entlang einer Mittelachse La eines Innenzahnrads 16 (später beschrieben) des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 als „Axialrichtung“ bezeichnet, und eine Umfangsrichtung und eine Radialrichtung eines Kreises, der zu der Mittelachse La zentriert ist, werden jeweils als „Umfangsrichtung“ und „Radialrichtung“ bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Seite in der Axialrichtung als eine Antriebsseite (rechte Seite in der Zeichnung) und die andere Seite (linke Seite in der Zeichnung) als eine gegenüberliegende Antriebsseite bezeichnet.
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Der Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 weist eine Antriebswelle 8a, ein Antriebszahnrad 8b und ein angetriebenes Zahnrad 8c auf. In dem Beispiel ist die Antriebswelle 8a eine Abtriebswelle des Motors 38. Die Antriebswelle 8a erstreckt sich parallel zu der Mittelachse La an einer von der Mittelachse La versetzten Position. Die Antriebswelle 8a tritt zusammen mit dem Motor 38 durch ein Motormontageloch 20h, das in einem antriebsseitigen Oberflächenabschnitt 20c des Gehäuses 20 vorgesehen ist, in die gegenüberliegende Antriebsseite des Gehäuses 20 ein. Das Antriebszahnrad 8b ist an dem Außenumfang der Antriebswelle 8a befestigt. Das angetriebene Zahnrad 8c ist am Außenumfang der Exzenterkörperwelle 12 befestigt, die sich parallel zur Antriebswelle 8a erstreckt und in das Antriebszahnrad 8b eingreift. Das Antriebszahnrad 8b und das angetriebene Zahnrad 8c können Stirnräder oder Zahnräder von anderen Typen wie zum Beispiel Schrägzahnräder sein.
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Der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus 10 ist eine exzentrisch oszillierende Zahnradvorrichtung, die das Innenzahnrad oder ein Außenzahnrad dazu veranlasst, sich zu drehen, indem es das in das Innenzahnrad eingreifende Außenzahnrad zum Oszillieren bringt, und gibt die erzeugte Bewegungskomponente von dem Abtriebselement an ein angetriebenes Element ab. Der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus 10 des Beispiels hemmt die Drehung des Außenzahnrads, um das Innenzahnrad zu veranlassen sich zu drehen, und gibt die Drehung von dem Innenzahnrad aus.
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Der exzentrische oszillierende Getriebemechanismus 10 der vorliegenden Ausführungsform enthält die Exzenterkörperwelle 12, ein Außenzahnrad 14, das Innenzahnrad 16, ein Übertragungselement 18, das Gehäuse 20, einen Lagerstützabschnitt 22, ein Exzenterkörperwellenlager 24, ein Zentrallager 26, ein Exzenterlager 28, einen Innenstift 30, ein Kragenelement 32, ein Abtriebselement 34 und ein Hauptlager 36.
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(Gehäuse)
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Das Gehäuse 20 weist einen rohrförmigen Abschnitt 20b auf, der das Innenzahnrad 16 umgibt, und einen antriebsseitigen Oberflächenabschnitt 20c, der an einem Seitenabschnitt des Innenzahnrads 16 auf der Antriebsseite vorgesehen ist. Der Lagerstützabschnitt 22 ist ein Abschnitt, der sich von dem Mittelabschnitt des antriebsseitigen Oberflächenabschnitts 20c zur gegenüberliegenden Antriebsseite erstreckt. In dem Beispiel sind der Lagerstützabschnitt 22 und der antriebsseitige Oberflächenabschnitt 20c integral aus einem einzigen Material gebildet. Der Lagerstützabschnitt 22 weist eine hohlzylindrische Form auf, die die Mittelachse La umgibt. Das Kragenelement 32 ist ein hohles kreisförmiges Element und wird mit einer Schraube B4 an dem Endabschnitt des rohrförmigen Abschnitts 20b des Gehäuses 20 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite befestigt. Die Innenumfangsseite des Kragenelements 32 erstreckt sich radial einwärts des rohrförmigen Abschnitts 20b und deckt einen Teil des Hauptlagers 36 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite ab. Das Kragenelement 32 erstreckt sich von dem rohrförmigen Abschnitt 20b radial auswärts. Das Kragenelement 32 ist an einem Gehäuse (nicht gezeigt) oder dergleichen des Gelenks 40 befestigt.
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Das Innenzahnrad 16 und das Außenzahnrad 14 greifen ineinander. Das Abtriebselement 34 synchronisiert sich mit der Drehung des Innenzahnrades 16. Das Gehäuse 20 synchronisiert sich mit der Drehung des Außenzahnrads 14. Das Hauptlager 36 ist zwischen dem Abtriebselement 34 und dem rohrförmigen Abschnitt 20b angeordnet. Das Exzenterkörperwellenlager 24, das die Exzenterkörperwelle 12 stützt, ist an dem Außenumfang des Lagerstützabschnitts 22 angeordnet.
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(Exzenterkörperwelle)
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Die Exzenterkörperwelle 12 wird durch eine Drehkraft, die vom angetriebenen Zahnrad 8c des Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 eingeleitet wird, um eine Drehmittellinie gedreht. Die Exzenterkörperwelle 12 wird von dem Lagerstützabschnitt 22 des Gehäuses 20 via das Exzenterkörperwellenlager 24 gestützt und ist in Bezug auf das Gehäuse 20 drehbar gestützt.
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Wie in 2 gezeigt, ist der Endabschnitt der Exzenterkörperwelle 12 auf der Antriebsseite näher an der Antriebsseite als der Endabschnitt der Antriebswelle 8a auf der gegenüberliegenden Antriebsseite. Das heißt, in der Radialrichtung gesehen, überlappen sich die Exzenterkörperwelle 12 und die Antriebswelle 8a teilweise. Der Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 ist in dem axialen Richtungsbereich des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 enthalten. Darüber hinaus überlappt die Antriebswelle 8a in der Axialrichtung gesehen mit dem Außenzahnrad 14. Ferner ist der Endabschnitt der Antriebswelle 8a auf der gegenüberliegenden Antriebsseite dem Außenzahnrad 14 in der Axialrichtung zugewandt.
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Der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus 10 ist eine exzentrisch oszillierende Zahnradvorrichtung des Mittelkurbeltyps, bei dem die Exzenterkörperwelle 12 in der Mittelachse La des Innenzahnrads 16 angeordnet ist. Die Exzenterkörperwelle 12 weist mehrere Exzenterabschnitte 12a auf, um das Außenzahnrad 14 zum Oszillieren zu bringen. Die Wellenmitte des Exzenterabschnitts 12a ist exzentrisch in Bezug auf die Drehmittellinie der Exzenterkörperwelle 12. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei exzentrische Abschnitte 12a vorgesehen, und die Exzenterphasen der benachbarten Exzenterabschnitte 12a sind um 180° verschoben.
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(Außenzahnrad)
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Das Außenzahnrad 14 ist entsprechend jedem der mehreren Exzenterabschnitte 12a individuell vorgesehen und dreht sich oszillierbar auf der Grundlage der Drehung der Exzenterkörperwelle 12. Das Außenzahnrad 14 wird durch den entsprechenden Exzenterabschnitt 12a via das Exzenterlager 28 drehbar gestützt. Auf dem Außenumfang des Außenzahnrads 14 wird ein Außenzahn 14a gebildet. Das Außenzahnrad 14 oszilliert durch Bewegen während des Eingriffs in einen Innenzahn des Innenzahnrads 16.
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Das Außenzahnrad 14 ist mit mehreren Innenstiftlöchern 14h an Positionen versehen, die von dessen axialer Mitte versetzt sind. Der Innenstift 30 dringt durch jedes der Innenstiftlöcher 14h. Zwischen dem Innenstift 30 und dem Innenstiftloch 14h ist ein Abstand als Spiel zum Absorbieren der Oszillationskomponente des Außenzahnrads 14 vorgesehen. Der Innenstift 30 kommt teilweise mit der Innenwandfläche des Innenstiftlochs 14h in Kontakt.
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(Innenzahnrad)
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Das Innenzahnrad 16 ist ein hohlzylindrisches Element mit einem Innenzahn 16a, der in das Außenzahnrad 14 an dem Innenumfangsabschnitt davon eingreift. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der Innenzähne 16a des Innenzahnrads 16 um eins größer als die Anzahl der Außenzähne des Außenzahnrads 14. Das Innenzahnrad 16 dreht sich relativ zu dem Außenzahnrad 14 basierend auf der oszillierenden Drehung des Außenzahnrads 14.
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(Übertragungselement)
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Das Übertragungselement 18 ist ein hohles kreisförmiges Element, das zwischen dem Innenzahnrad 16 und dem Abtriebselement 34 vorgesehen ist. Das Übertragungselement 18 ist an einem Seitenabschnitt des Außenzahnrads 14 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite angeordnet. Das Übertragungselement 18 überträgt die Kraft von dem Innenzahnrad 16 auf das Abtriebselement 34. Das Übertragungselement 18 ist mit einer Schraube B1 an einem Seitenabschnitt des Innenzahnrads 16 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite befestigt. Ein Zentrallager 26 ist zwischen der Innenumfangsfläche des Übertragungselements 18 und der Außenumfangsfläche des Lagerstützabschnitts 22 vorgesehen. Das Übertragungselement 18 wird durch den Lagerstützabschnitt 22 via das Zentrallager 26 drehbar gestützt.
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Das Exzenterkörperwellenlager 24 ist zwischen der Exzenterkörperwelle 12 und dem Lagerstützabschnitt 22 angeordnet und stützt die Exzenterkörperwelle 12. Das Exzenterlager 28 ist zwischen dem Exzenterabschnitt 12a und dem Außenzahnrad 14 angeordnet und überträgt die exzentrische Bewegung auf das Außenzahnrad 14. Das Zentrallager 26 ist zwischen dem Übertragungselement 18 und dem Lagerstützabschnitt 22 angeordnet und stützt das Übertragungselement 18. Das Zentrallager 26 ist benachbart zu einem Seitenabschnitt des Exzenterkörperwellenlagers 24 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite angeordnet.
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Das Hauptlager 36 ist zwischen dem Abtriebselement 34 und dem rohrförmigen Abschnitt 20b des Gehäuses 20 angeordnet und stützt das Abtriebselement 34. In der vorliegenden Ausführungsform sind das Exzenterkörperwellenlager 24, das Zentrallager 26 und das Exzenterlager 28 Kugellager mit kugelförmigen Wälzkörpern, und das Hauptlager 36 ist ein Kreuzrollenlager mit einer zylindrischen Walze als Wälzkörper. Die Lager können Lager von anderen Typen sein.
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(Innenstift)
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Der Innenstift 30 ist ein stabförmiges Element, das die Kraft zwischen dem Außenzahnrad 14 und dem Abtriebselement 34 überträgt, und mehrere Innenstifte 30 sind in der Umfangsrichtung voneinander getrennt vorgesehen. Der Innenstift 30 des Beispiels ist eingepresst und an dem antriebsseitigen Oberflächenabschnitt 20c befestigt und erstreckt sich von dem antriebsseitigen Oberflächenabschnitt 20c zu der gegenüberliegenden Antriebsseite durch das Innenstiftloch 14h des Außenzahnrads 14. Der Innenstift 30 ist in Kontakt mit einem Teil des Innenstiftlochs 14h, hemmt die Drehung des Außenzahnrads 14 und erlaubt nur die Oszillation davon.
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(Abtriebselement)
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Das Abtriebselement 34 ist ein kreisförmiges Element, auf das die Kraft von dem Innenzahnrad 16 via das Übertragungselement 18 übertragen wird. Das Abtriebselement 34 dreht sich integral mit dem Innenzahnrad 16 und dem Übertragungselement 18. Das Abtriebselement 34 ist auf dem Seitenabschnitt des Außenzahnrads 14 auf der in der Axialrichtung gegenüberliegenden Antriebsseite angeordnet und ist in der Radialrichtung innerhalb des Hauptlagers 36 vorgesehen. Das Abtriebselement 34 ist mit einer Schraube B2 an einem Seitenabschnitt des Übertragungselements 18 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite befestigt. Das Abtriebselement 34 ist via ein Hauptlager 36 drehbar von dem rohrförmigen Abschnitt 20b des Gehäuses 20 gestützt. Ein angetriebenes Element 46 ist mit einer Schraube B5 an einem Seitenabschnitt des Abtriebselements 34 auf der gegenüberliegenden Antriebsseite befestigt. Das Abtriebselement 34 gibt die drehende Antriebskraft an das angetriebene Element 46 ab. Das angetriebene Element 46 ist mit dem durch das Gelenk 40 gestützten Arm 42 verbunden.
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Ein Betrieb des Drehzahlminderers 6, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird beschrieben. Wenn sich der Motor 38 dreht, drehen sich das Antriebszahnrad 8b, das angetriebene Zahnrad 8c, das in das Antriebszahnrad 8b eingreift, und die Exzenterkörperwelle 12 integral. Wenn sich die Exzenterkörperwelle 12 dreht, dreht sich der Exzenterabschnitt 12a der Exzenterkörperwelle 12 exzentrisch. Wenn sich der Exzenterabschnitt 12a exzentrisch dreht, oszilliert das Außenzahnrad 14 via das Exzenterlager 28. In diesem Fall oszilliert das Außenzahnrad 14 so, dass sich die Wellenmitte des Außenzahnrads 14 um die Drehmittellinie der Exzenterkörperwelle 12 dreht.
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Wenn das Außenzahnrad 14 oszilliert, werden die Eingriffspositionen des Außenzahnrads 14 und des Innenzahnrads 16 sequentiell verschoben. Infolgedessen wird für jede Drehung der Exzenterkörperwelle 12 das Außenzahnrad 14 oder das Innenzahnrad 16 um einen Betrag gedreht, der dem Unterschied in der Anzahl der Zähne zwischen dem Außenzahnrad 14 und dem Innenzahnrad 16 entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform dreht sich das Innenzahnrad 16, und das Abtriebselement 34 gibt via das Übertragungselement 18 eine verlangsamte Drehung ab. Wenn sich das Abtriebselement 34 dreht, dreht sich das am Abtriebselement 34 befestigte angetriebene Element 46. Wenn sich das angetriebene Element 46 dreht, dreht sich der mit dem angetriebenen Element 46 verbundene Arm 42.
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Als nächstes werden die Erfassungseinheit 52 und die Steuereinheit 54 beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, das den Roboter 100 schematisch zeigt. Jeder in 3 gezeigte Funktionsblock kann in Bezug auf Hardware durch ein Element wie beispielsweise eine Zentraleinheit (Central Processing Unit, CPU) eines Computers oder eine mechanische Vorrichtung realisiert werden und in Bezug auf Software durch ein Computerprogramm oder dergleichen realisiert werden. Hier werden die Funktionsblöcke gezeigt, die durch Zusammenarbeit davon realisiert werden. Daher wird von Fachleuten, die diese Beschreibung vorgelegt bekommen, verstanden, dass die Funktionsblöcke auf verschiedene Weise durch eine Kombination von Hardware und Software realisiert werden können.
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Die Erfassungseinheit 52 und die Steuereinheit 54 steuern den Motor 38 zum Durchführen des Rückzugsvorgangs als Reaktion auf die externe Kraft, um Beschädigung des Drehzahlminderers 6 aufgrund von Rückwärtsantreibens zu verhindern (nachstehend als „Rückzugssteuerung“ bezeichnet). Wie oben beschrieben, fungiert die Erfassungseinheit 52 als Erfassungsmittel zum Erfassen von Informationen über die Drehung des Motors 38. Die Steuereinheit 54 fungiert als Steuermittel zum Detektieren der externen Kraft, auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Erfassungseinheit 52, und zum Durchführen des Rückzugsvorgangs.
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Die Informationen über die Drehung des Motors 38 enthalten die Torsion der Abtriebswelle des Motors, die Drehzahl des Motors, die Antriebsspannung des Motors (das Tastverhältnis des PWM-Antriebssignals), den Strom des Motors und dergleichen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Information über die Drehung des Motors 38 der Antriebsstrom Im des Motors 38. Die Erfassungseinheit 52 enthält einen Stromsensor 52s, der den Antriebsstrom Im detektiert. Der Stromsensor 52s der vorliegenden Ausführungsform ist ein Reihenwiderstand mit einem kleinen Widerstandswert, der in Reihe zum Motor 38 geschaltet ist. Die Erfassungseinheit 52 kann den Antriebsstrom Im als ein Spannungsabfall des Reihenwiderstandes detektieren.
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Die Steuereinheit 54 der vorliegenden Ausführungsform enthält hauptsächlich eine erste Empfangseinheit 54a, eine zweite Empfangseinheit 54b, eine Detektionseinheit 54c für externe Kraft, eine Motorantriebseinheit 54d und eine Rückzugssteuereinheit 54e. Die erste Empfangseinheit 54a empfängt Informationen über den Unterschied zwischen Positionsbefehlsinformationen von einem übergeordneten Steuersystem 4 und Positionsinformationen jedes Arms 42 von einem Positionssensor 4s. Das übergeordnete Steuersystem 4 kann beispielsweise ein Mastersystem sein, das den Betrieb jedes Gelenks 40 des Roboters 100 steuert. Die erste Empfangseinheit 54a erzeugt auf der Grundlage des Empfangsergebnisses das Positionsbefehlssignal Ps.
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Die zweite Empfangseinheit 54b empfängt den Antriebsstrom Im von dem Stromsensor 52s der Erfassungseinheit 52. Zum Beispiel kann die zweite Empfangseinheit 54b so konfiguriert werden, dass sie einen DA-Wandler enthält, der den Antriebsstrom Im in ein digitales Signal umwandelt.
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Die Detektionseinheit 54c für externe Kraft detektiert die externe Kraft, die auf das Gelenk 40 wirkt, auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Erfassungseinheit 52. Zum Beispiel kann die Detektionseinheit 54c für externe Kraft die externe Kraft auf der Grundlage der Antriebsspannung Vd, die den Motor 38 antreibt, und des Antriebsstroms Im detektieren. Als ein Beispiel speichert die Detektionseinheit 54c für externe Kraft im Voraus Informationen über die Beziehung zwischen der Antriebsspannung Vd und dem Antriebsstrom Im, wenn keine externe Kraft vorhanden ist. Die Detektionseinheit 54c für externe Kraft kann die externe Kraft in Abhängigkeit von der Antriebsspannung Vd und dem Antriebsstrom Im, die neu detektiert werden, und den gespeicherten Informationen schätzen. Zum Beispiel wird eine Regressionslinie (einschließlich linearer Regression und polynomialer Regression) aus den gespeicherten Informationen erhalten, und die externe Kraft kann aus der Größe der Abweichung von der Regressionslinie geschätzt werden.
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Die Rückzugssteuereinheit 54e bestimmt den Rückzugsvorgang auf der Grundlage der von der Detektionseinheit 54c für externe Kraft geschätzten externen Kraft. Als ein Beispiel kann die Rückzugssteuereinheit 54e Rückzugsinformationen Pc wie zum Beispiel Nicht-Rückzug, Verlangsamen, Stopp und Rückwärtsdrehung in Abhängigkeit von der Klassifizierung der Größe der externen Kraft erzeugen.
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Die Motorantriebseinheit 54d führt dem Motor 38 die Antriebsspannung Vd mit einer Größe zu, die auf der Grundlage des Positionsbefehlssignals Ps und der Rückzugsinformationen Pc bestimmt wird. Die Motorantriebseinheit 54d kann so konfiguriert werden, dass sie einen PWM-Umrichter enthält. Die Größe der Antriebsspannung Vd wird durch das Tastverhältnis des PWM-Antriebssignals bestimmt. Wenn die Rückzugsinformation Pc „Nicht-Rückzug“ ist, führt die Motorantriebseinheit 54d die Antriebsspannung Vd gemäß dem Positionsbefehlssignal Ps zu. Wenn die Rückzugsinformation Pc „Verlangsamen“ ist, führt die Motorantriebseinheit 54d die Antriebsspannung Vd mit einem reduzierten Tastverhältnis zu. Wenn die Rückzugsinformation Pc „Stopp“ ist, stellt die Motorantriebseinheit 54d das Tastverhältnis der Antriebsspannung Vd auf 0% ein. Wenn die Rückzugsinformation Pc „Rückwärtsdrehung“ ist, führt die Motorantriebseinheit 54d die Antriebsspannung Vd für eine Rückwärtsdrehung zu.
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Wenn die Erfassungseinheit 52 und die Steuereinheit 54 wie oben beschrieben konfiguriert sind, kann die Rückzugssteuerung an dem Motor 38 als Reaktion auf die externe Kraft durchgeführt werden. Daher ist es möglich, Beschädigung des Drehzahlminderers 6 aufgrund von Rückwärtsantreibens zu verhindern und auch den Aufprall zu reduzieren, wenn eine Person den Roboter berührt. Ferner kann im Vergleich zu der Konfiguration, bei der der Drehmomentsensor auf der Abtriebsseite des Drehzahlminderers vorgesehen ist, die Möglichkeit reduziert werden, dass der Drehmomentsensor durch eine externe Kraft beschädigt wird, was in Bezug auf Raum und Kosten zur Bereitstellung des Drehmomentsensors vorteilhaft ist.
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Als nächstes wird das Untersetzungsverhältnis Rs des Drehzahlminderers 6 beschrieben. Das Untersetzungsverhältnis Rs ist das Produkt aus dem Untersetzungsverhältnis Rg des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 und dem Untersetzungsverhältnis Rp des Parallelwellen-Getriebemechanismus 8. Eine Kurve g1 in 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Untersetzungsverhältnis Rg und dem Übertragungswirkungsgrad Eg des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10. Wie der Kurve g1 gezeigt wird, ist der Übertragungswirkungsgrad Eg hoch, wenn das Untersetzungsverhältnis Rg 35 oder niedriger beträgt, und dass der Übertragungswirkungsgrad Eg nimmt ohne Unterbrechung ab, wenn das Untersetzungsverhältnis Rg 35 überschreitet. Weiter ist der Übertragungswirkungsgrad Eg noch höher, wenn das Untersetzungsverhältnis Rg 17 oder niedriger beträgt. Unter dem Gesichtspunkt des Erhöhens des Übertragungswirkungsgrades Eg kann das Untersetzungsverhältnis Rg auf 35 oder niedriger eingestellt werden.
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Beim Herstellen des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 sind Herstellungsfehler bei den Zahnformen des Innenzahnes 16a und des Außenzahnes 14a unvermeidlich enthalten. Der Herstellungsfehler verursacht Schwankungen in dem Spiel und Schwankungen in dem Zeitpunkt der Anlage zwischen den Zähnen, und kann den Übertragungswirkungsgrad des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 negativ beeinflussen. Um einen Spielraum für den Herstellungsfehler sicherzustellen, ist es bevorzugt, dass das Untersetzungsverhältnis Rg 17 oder niedriger beträgt. Es wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Bereichs der Einfluss von Herstellungsfehlern auf den Übertragungswirkungsgrad auf einem Niveau ohne praktische Probleme sichergestellt werden kann. Das Untersetzungsverhältnis Rg der vorliegenden Ausführungsform ist auf 15 eingestellt, und der Übertragungswirkungsgrad des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 beträgt 95%.
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Das Untersetzungsverhältnis Rp des Parallelwellen-Getriebemechanismus 8 kann auf das Ergebnis des Teilens des gewünschten Untersetzungsverhältnisses Rs des Drehzahlminderers 6 durch das Untersetzungsverhältnis Rg des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 eingestellt werden. Wenn das Untersetzungsverhältnis Rp zu hoch ist, wird ein Durchmesserverhältnis zwischen dem Antriebszahnrad 8b und dem angetriebenen Zahnrad 8c groß, und eine Übertragungsgenauigkeit nimmt aufgrund eines zunehmenden Spiels und dergleichen ab. Um die Übertragungsgenauigkeit sicherzustellen, beträgt das Untersetzungsverhältnis Rp bevorzugt 5 oder niedriger. Es wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Bereichs die Übertragungsgenauigkeit auf einem Niveau ohne praktische Probleme sichergestellt werden kann. Das Untersetzungsverhältnis Rp der vorliegenden Ausführungsform wird auf 5 eingestellt.
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Um geeignete Rückzugssteuerung sicherzustellen, beträgt das Untersetzungsverhältnis Rs des Drehzahlminderers 6 bevorzugt 175 oder niedriger, und noch bevorzugter 85 oder niedriger. Wenn das Untersetzungsverhältnis Rs des Drehzahlminderers 6 zu niedrig ist, wird die Antriebskraft des Arms 42 klein. Um die Antriebskraft des Arms 42 sicherzustellen, ist das Untersetzungsverhältnis Rs des Drehzahlminderers 6 bevorzugt 50 oder höher. Wenn das Untersetzungsverhältnis Rs des Drehzahlminderers 6 innerhalb des Bereichs von 50 bis 175 und noch bevorzugter innerhalb des Bereichs von 50 bis 85 liegt, wird vorgeschlagen, dass die Genauigkeit der Rückzugssteuerung und die Antriebskraft des Arms 42 ohne praktische Probleme auf einem Niveau sichergestellt werden kann. Das Untersetzungsverhältnis Rs der vorliegenden Ausführungsform wird auf 75 eingestellt.
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Wenn der Wirkungsgrad des Drehzahlminderers 6 zu niedrig ist, wird die Zeitverzögerung bis zur Übertragung der externen Kraft von der Abtriebsseite des Drehzahlminderers auf die Motorseite groß. Daher kann der Drehzahlminderer 6 in der Zeit zwischen dem Detektieren der externen Kraft und dem Durchführen der Rückzugssteuerung beschädigt werden. Um die externe Kraft auf der Motorseite zu detektieren und die Rückzugssteuerung durchzuführen, bevor der Drehzahlminderer 6 beschädigt wird, beträgt der Wirkungsgrad des Drehzahlminderers 6 bevorzugt 80% oder höher. Es wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Bereichs die Rückzugssteuerung auf einem Niveau ohne praktische Probleme durchgeführt werden kann. Der Übertragungswirkungsgrad des Drehzahlminderers 6 der vorliegenden Ausführungsform beträgt 90%.
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Wenn der Roboter 100 wie oben beschrieben konfiguriert wird, ist es möglich, einen Roboter vorzusehen, der die externe Kraft beherrschen kann, ohne einen Drehmomentsensor auf der Abtriebsseite des Drehzahlminderers 6 vorzusehen.
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Ein Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde detailliert beschrieben. Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein spezifisches Beispiel für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung. Der Inhalt der Ausführungsform beschränkt den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht, und es ist möglich, viele Konstruktionsänderungen wie beispielsweise Komponentenänderungen, Hinzufügungen und Weglassungen vorzunehmen, ohne von dem in den Ansprüchen definierten Kern der Erfindung abzuweichen. Obwohl Inhalte, die solchen Konstruktionsänderungen erlauben, in der oben beschriebenen Ausführungsform mit Ausdrücken wie „der Ausführungsform“ und „in der Ausführungsform“ beschrieben werden, bedeutet dies nicht, dass Konstruktionsänderungen für Inhalte ohne solche Ausdrücke nicht zulässig sind. Darüber hinaus beschränkt die Schraffur, die an der Zeichnung angebracht ist, ein Material eines schraffierten Objekts nicht.
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[Modifikationsbeispiel]
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Nachstehend wird ein Modifikationsbeispiel beschrieben. In den Zeichnungen und Beschreibung des Modifikationsbeispiels werden Komponenten und Elementen, die mit der Ausführungsform gleich oder äquivalent sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen. Die Beschreibung, die mit der Ausführungsform redundant ist, wird gegebenenfalls weggelassen, und es werden hauptsächlich Konfigurationen beschrieben, die sich von der Ausführungsform unterscheiden.
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In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, bei dem der Rückzugsvorgang Verlangsamung, Stopp und Rückwärtsdrehung des Motors enthält, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt. Der Rückzugsvorgang kann beispielsweise eines von Verlangsamung, Stopp oder Rückwärtsdrehung des Motors sein, oder er kann andere Vorgänge sein.
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In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, in dem die externe Kraft durch Regressionsanalyse aus der Antriebsspannung Vd und dem Antriebsstrom Im geschätzt wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die externe Kraft unter Verwendung eines Schätzmodells für die externe Kraft geschätzt werden, das durch bekanntes maschinelles Lernen (einschließlich überwachtes Lernen) auf der Grundlage von Daten über die Informationen über die Drehung des Motors, wie beispielsweise die Antriebsspannung Vd und den Antriebsstrom Im, und die Daten über die externe Kraft erzeugt wird. In diesem Fall kann die Steuereinheit 54 eine Speichereinheit enthalten, die das Schätzmodell für externe Kraft speichert. Ferner kann die Steuereinheit 54 eine Modellerzeugungseinheit enthalten, die das Schätzmodell für externe Kraft durch maschinelles Lernen erzeugt.
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In der Beschreibung der Ausführungsform ist ein Beispiel gezeigt, in dem die Drehung des exzentrisch oszillierenden Getriebemechanismus 10 von dem Innenzahnrad 16 abgegeben wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt. Der exzentrisch oszillierende Getriebemechanismus kann eine Konfiguration aufweisen, bei der ein Innenzahnrad befestigt ist und die Drehung von einem Außenzahnrad abgegeben wird.
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In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, in dem der Roboter der Gelenkarmroboter mit sechs Gelenken ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt. Beispielsweise ist der Roboter ein horizontaler Roboter des Mehrachsentyps (Roboter des SCARA-Typs). Ferner ist die Anzahl der Gelenke nicht beschränkt. Der Roboter der vorliegenden Erfindung wird in geeigneter Weise als kooperativer Roboter, Serviceroboter, Roboterfahrwerk oder dergleichen verwendet, die in der Nähe einer Person betrieben werden, ohne von der Person isoliert zu sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
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In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, bei dem der rohrförmige Abschnitt 20b, der antriebsseitige Oberflächenabschnitt 20c und der Lagerstützabschnitt 22 integral aus einem einzigen Material gebildet sind. Der rohrförmige Abschnitt 20b, der antriebsseitige Oberflächenabschnitt 20c und der Lagerstützabschnitt 22 können jedoch einzeln gebildet und kombiniert werden.
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In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, in dem zwei Außenzahnräder 14 vorgesehen sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt. Ein oder drei oder mehr Außenzahnräder 14 können vorgesehen werden.
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In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, bei dem nur die Antriebsseite des Innenstiftes 30 gestützt wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt. Ein Träger kann auf der gegenüberliegenden Antriebsseite des Außenzahnrads vorgesehen werden, und die gegenüberliegende Antriebsseite des Innenstifts kann an dem Träger befestigt werden.
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Jedes oben beschriebene Modifikationsbeispiel erhält die gleiche Bedienung und Effekt wie die Ausführungsform.
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Jede Kombination der oben beschriebenen Ausführungsform und jedes Modifikationsbeispiels ist auch als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützlich. Eine neue Ausführungsform, die durch Kombination erzeugt wird, weist Effekte jeder Ausführungsform und jedes Modifikationsbeispiels auf, die kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 6
- Drehzahlminderer
- 8
- Parallelwellen-Getriebemechanismus
- 10
- exzentrisch oszillierender Getriebemechanismus
- 12
- Exzenterkörperwelle
- 14
- Außenzahnrad
- 14a
- Außenzahn
- 16
- Innenzahnrad
- 16a
- Innenzahn
- 38
- Motor
- 40
- Gelenk
- 42
- Arm
- 52
- Erfassungseinheit
- 54
- Steuereinheit
- 54c
- Detektionseinheit für externe Kraft
- 100
- Roboter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2019151531 [0002]
- JP 6034895 [0003, 0004]
