JP2006297558A - 産業用ロボットの旋回部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランクピン40における亀裂発生を効果的に防止する。
【解決手段】 入力歯車48をクランクピン40の軸方向他端部40ｂにスプライン結合する一方、アイドル歯車54を、入力歯車48が結合された軸方向他端部40ｂではなく、クランクピン40の軸方向一端部40ａに回転可能に支持させるようにしたので、一側の軸受41から突出し、アイドル歯車54を支持しているクランクピン40の軸方向一端部40ａに組み立ての都合から要求される段差を無くすることができ、この結果、該軸方向一端部40ａには曲げに基づく応力集中が生じることはない。
【選択図】 図１

Description

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に関する。

従来の産業用ロボットの旋回部構造としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
特開昭６２−４５８６号公報

このものは、産業用ロボットの固定部および回転部と、前記固定部と回転部との間に設けられ、駆動モータからの回転を順次減速して回転部に出力する前段減速機および偏心揺動型減速機を備え、前記偏心揺動型減速機を、内周に多数の内歯を有するケースと、ケース内に収納され、内歯と噛み合う外歯を有するピニオンと、前記ケース内に挿入されるとともに、該ケースに対し相対回転可能なキャリアと、該キャリアに軸方向に離れた一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ピニオンに偏心部がそれぞれ挿入された複数のクランクピンとから構成する一方、前記前段減速機を、前記一側の軸受から突出した全てのクランクピンの軸方向一端側の軸方向一端部にそれぞれスプライン結合された入力歯車と、駆動モータの出力軸に取付けられた出力歯車と、前記駆動モータの出力軸に回転可能に支持され、前記入力歯車に噛み合う小径歯車部および大径歯車部を有する第１アイドル歯車と、前記入力歯車より軸方向一端側の全てのクランクピンに回転可能に支持され、前記出力歯車より大径で該出力歯車に噛み合う大径歯車部、および、第１アイドル歯車の大径歯車部より小径で該大径歯車部に噛み合う小径歯車部を有する第２アイドル歯車とを備えたものである。

しかしながら、このような従来の産業用ロボットの旋回部構造にあっては、前述のようにクランクピンの軸方向一端部にスプライン結合された入力歯車より軸方向一端側において第２アイドル歯車を回転可能に支持させるようにしているため、これらクランクピン、入力歯車、第２アイドル歯車の組み立ての都合上、前記第２アイドル歯車を支持している部位のクランクピンと、入力歯車がスプライン結合されている部位のクランクピンとの間に外径が急激に変化する段差を設ける必要がある。この結果、駆動モータからクランクピンに回転駆動力を伝達する際、前記段差に曲げに基づく大きな応力集中が発生して該段差に亀裂が発生するおそれがあるという課題があった。

この発明は、クランクピンにおける亀裂発生を効果的に防止することができる産業用ロボットの旋回部構造を提供することを目的とする。

このような目的は、産業用ロボットの固定部および回転部と、前記固定部と回転部との間に設けられ、駆動モータからの回転を順次減速して回転部に出力する前段減速機および偏心揺動型減速機を備えた産業用ロボットの旋回部構造において、前記偏心揺動型減速機を、内周に多数の内歯を有するケースと、ケース内に収納され、内歯と噛み合う外歯を有するピニオンと、前記ケース内に挿入されるとともに、該ケースに対し相対回転可能なキャリアと、該キャリアに軸方向に離れた一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ピニオンに偏心部がそれぞれ挿入された複数本のクランクピンとから構成する一方、前記前段減速機を、全てのクランクピンの軸方向他端部にそれぞれスプライン結合された入力歯車と、少なくともいずれか１本のクランクピンの軸方向一端部に回転可能に支持され、駆動モータからの回転を受けて回転するアイドル歯車と、前記偏心揺動型減速機の中心孔内に挿入されるとともに、軸方向他端部に入力歯車より小径で全ての入力歯車に噛み合う第１外歯車が、軸方向一端部にアイドル歯車に噛み合う第２外歯車が設けられ、アイドル歯車からの回転を全ての入力歯車に伝達する回転伝達軸とから構成することにより、達成することができる。

この発明においては、入力歯車をクランクピンの軸方向他端部にスプライン結合する一方、アイドル歯車を、入力歯車が結合された軸方向他端部ではなく、クランクピンの軸方向一端部に回転可能に支持させるようにしたので、一側の軸受から突出したクランクピンの軸方向一端部、即ちアイドル歯車を支持している部位のクランクピンに組み立ての都合から要求される段差を無くすることができ、この結果、駆動モータからクランクピンに回転駆動力が伝達される際、クランクピンの軸方向一端部には曲げに基づく応力集中が生じることはなく、これにより、亀裂の発生が効果的に防止される。

また、請求項２に記載のように構成すれば、簡単な構造で安価に製作できるにも拘わらず、大きな減速比を得ることができる。

以下、この発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１、２、３において、11は産業用ロボット12の固定部としての基端側アームであり、この基端側アーム11は基端部を中心に揺動可能である。この基端側アーム11の先端部には偏心揺動型減速機13の固定部、ここではキャリア14が複数のボルト15によって固定され、また、この偏心揺動型減速機13の回転部、ここではケース16には産業用ロボット12の回転部としての先端側アーム17の基端部が複数のボルト18によって固定されている。この結果、前記先端側アーム17は基端部を中心に基端側アーム11に対して回転（揺動）することができる。

ここで、前記ケース16は円筒状を呈するとともに、その軸方向中央部内周には周方向に等距離離れた多数の内歯としてのピン歯21が設けられている。前記ケース16内には複数（２個）のピニオン22が軸方向に並べられて収納され、これらピニオン22の外周には多数のトロコイド歯形からなる外歯23がそれぞれ形成されている。ここで、前記ピニオン22の外歯23の歯数は前記ピン歯21の歯数より若干、ここでは１個だけ少なく、また、これらピニオン22とケース16とは内接した状態で外歯23とピン歯21とが噛み合っているが、２つのピニオン22の最大噛み合い部（噛み合いの最も深い部位）は 180度だけ位相がずれている。

そして、これらピニオン22の中心軸上には貫通した中心孔24が、また、内、外周間の中間部には軸方向に貫通した貫通孔25が周方向に等距離離れて複数（３個）だけ形成されている。また、前記ケース16内には前記キャリア14が挿入されているが、このキャリア14はピニオン22の軸方向両外側に配置された一対の端板部28、29と、一端が端板部28に一体形成され、他端に端板部29がボルト30により固定された複数（貫通孔25と同数）の柱部31とから構成され、これら柱部31は前記貫通孔25内にそれぞれ遊嵌されている。また、前記キャリア14、詳しくは端板部28、29の中心軸上には前記中心孔24とほぼ同径の中心孔32、33がそれぞれ形成されている。

36は前記キャリア14、詳しくは端板部28、29の外周とケース16の軸方向両端部内周との間に介装された一対の軸受であり、これらの軸受36によりキャリア14はケース16に対し相対回転可能に支持される。37は各ピニオン22に成形された軸方向に延びる複数（３個）のクランクピン孔であり、これらのクランクピン孔37は周方向に等距離離れるとともに、前記貫通孔25と交互に配置されている。

40は複数本（クランクピン孔37と同数）のクランクピンであり、これらのクランクピン40は周方向に等角度離れて配置されている。これらクランクピン40とキャリア14、詳しくは端板部28、29との間には軸方向に離れた一対の軸受41がそれぞれ介装され、これにより、前記クランクピン40はこれら一対の軸受41を介してキャリア14に回転可能に支持される。

ここで、前記クランクピン40は一側の軸受41から軸方向一側に向かって突出した軸方向一端部40ａを有するが、これらの軸方向一端部40ａは、少なくとも１本、ここでは全てのクランクピン40で、いずれの軸方向位置においても軸受41に挿入されている部位と同一径の一定径である。このように全てのクランクピン40の軸方向一端部40ａを一定径とすれば、１種類のクランクピン40を製作するだけでよいため、製作コストを低減することができる。

また、前記クランクピン40は軸方向中央部にクランクピン40の中心軸から等距離だけ偏心したピニオン22と同数（２個）の偏心部44を有し、これら偏心部44は軸方向に若干距離だけ離れるとともに、互いに 180度だけ位相がずれている。そして、前記クランクピン40の偏心部44はピニオン22のクランクピン孔37内にそれぞれ針状ころ軸受45を介して挿入されており、この結果、前記ピニオン22とクランクピン40とは相対回転が許容されている。

前述したキャリア14、ケース16、ピニオン22、クランクピン40は全体として、クランクピン40に入力された回転を減速してキャリア14またはケース16、ここではケース16に出力する前記偏心揺動型減速機13を構成する。そして、このような偏心揺動型減速機13において減速比を40以下とすることでクランクピン40の回転速度を低減させるようにすれば、回転中の発熱を容易に抑えることができる。

さらに、前記クランクピン40は他側の軸受41から軸方向他側に向かって突出する軸方向他端部40ｂを有するが、全てのクランクピン40の軸方向他端部40ｂには入力歯車48がスプライン結合によりそれぞれ連結されている。49は前記基端側アーム11の先端部でその一側面に複数のボルト50によって取付けられた駆動モータであり、この駆動モータ49は先端部外周に、後述する大径歯車部56より小径の出力歯車52が設けられた出力軸51を有し、この出力軸51は前記偏心揺動型減速機13の出力部（ケース16）と同軸である。

54は少なくともいずれか１本、ここでは部品点数を減少させて製造コストを低減させるため、特定の１本のクランクピン40の一定径である軸方向一端部40ａにラジアル軸受（ここでは針状ころ軸受）55を介して回転可能に支持された単一のアイドル歯車であり、このアイドル歯車54には大径歯車部56と、大径歯車部56より小径である小径歯車部57との２つの一体形成された歯車部が設けられ、これら大径歯車部56、小径歯車部57は軸方向に離れて、詳しくは、前記大径歯車部56が軸方向一側に、小径歯車部57が軸方向他側にそれぞれ配置されている。

ここで、全てのクランクピン40の軸方向一端部40ａにアイドル歯車を設けてもよく、この場合には、出力歯車52、第２外歯車63をこれらアイドル歯車によって自動調心することができる。そして、前記大径歯車部56には駆動モータ49の出力歯車52が噛み合っており、これにより、アイドル歯車54は駆動モータ49からの回転を受けて回転することができる。

60は偏心揺動型減速機13の中心部に設けられた軸方向に貫通する中心孔、即ち、中心孔24、32、33内に挿入された軸方向に延びる回転伝達軸であり、この回転伝達軸60は一対の軸受軸受61を介してキャリア14、詳しくは端板部28、29に回転可能に支持されている。この回転伝達軸60の軸方向他端部には入力歯車48より小径で全ての入力歯車48に噛み合う第１外歯車62が設けられ、一方、その軸方向一端部には前記アイドル歯車54、詳しくは小径歯車部57に噛み合う第２外歯車63がスプライン結合されて設けられている。このように回転伝達軸60の軸方向一端、他端部にそれぞれ第２、第１外歯車63、62を設けるようにすれば、入力側である第２外歯車63を容易に大径に、出力側である第１外歯車62を容易に小径とすることができ、これにより、容易に大減速比を得ることができる。

ここで、前記小径歯車部57と第２外歯車63を同歯形、同歯数と、出力歯車52と第１外歯車62を同歯形、同歯数と、大径歯車部56と入力歯車48を同歯形、同歯数としている。このように複数の歯車を同歯形、同歯数とすれば、歯形を成形する加工工具を共通化することができ、例えば、前述のように６つの歯車に対して３種類の加工工具で成形作業を行うことができ、製作費を安価とすることができる。また、出力歯車52、小径歯車部57、第１外歯車62を同歯形、同歯数とし、大径歯車部56、第２外歯車63、入力歯車48を同歯形、同歯数とすれば、２種類の加工工具で歯車を成形することも可能である。

この結果、アイドル歯車54に伝達された駆動モータ49の回転は、回転伝達軸60を通じて全ての入力歯車48に伝達され、クランクピン40を同期して同一方向に同一回転速度で回転させる。前述した入力歯車48、出力歯車52、アイドル歯車54、回転伝達軸60は全体として、駆動モータ49の回転を減速して偏心揺動型減速機13のクランクピン40に出力する前段減速機65を構成する。

ここで、前述のようにアイドル歯車54に大径歯車部56と小径歯車部57との２つの歯車部を設け、前記小径歯車部57を第２外歯車63に、大径歯車部56を出力歯車52にそれぞれ噛み合わせるようにすれば、簡単な構造で安価に製作できるにも拘わらず、大きな減速比を得ることができる。このように基端側アーム11と先端側アーム17との間には、駆動モータ49の回転を順次減速して先端側アーム17に出力し該先端側アーム17を回転（揺動）させる前段側減速機65、偏心揺動型減速機13が設けられている。ここで、この実施例では出力歯車52と大径歯車部56との減速比を 3.5、第１外歯車62と入力歯車48との減速比を 3.5、偏心揺動型減速機13の減速比を40としたので、総減速比は 490となる。

次に、前記実施例１の作用について説明する。
前述のような産業用ロボット12において先端側アーム17を基端側アーム11に対して回転（揺動）させる場合には、駆動モータ49を作動して出力軸51を回転させる。この出力軸51の回転は、アイドル歯車54、回転伝達軸60、入力歯車48により減速されながら全てのクランクピン40に伝達され、これらクランクピン40を自身の中心軸回りに同一方向に同一回転速度で回転させる。このとき、クランクピン40の偏心部44がピニオン22のクランクピン孔37内において偏心回転してピニオン22を偏心揺動回転させるが、前記ピニオン22の外歯23の歯数がケース16のピン歯21の数より１個だけ少ないので、ケース16はピニオン22の偏心揺動回転により大幅に減速されて低速回転し、先端側アーム17を基端部を中心として回転（揺動）させる。

このとき、前述のように入力歯車48をクランクピン40の軸方向他端部40ｂにスプライン結合する一方、アイドル歯車54を、入力歯車48が結合された軸方向他端部40ｂではなく、クランクピン40の軸方向一端部40ａに回転可能に支持させるようにしたので、一側の軸受41から突出したクランクピン40の軸方向一端部40ａ、即ちアイドル歯車54を支持している部位のクランクピン40に組み立ての都合から要求される段差を無くする、ここでは一定径とすることができ、この結果、駆動モータ49からクランクピン40に回転駆動力が伝達される際、クランクピン40の軸方向一端部40ａには曲げの基づく応力集中が生じることはなく、これにより、亀裂の発生が効果的に防止される。

なお、前述の実施例においては、偏心揺動型減速機13のピン歯21の歯数とピニオン22の外歯23との歯数差が１であったが、この発明においては２以上であってもよい。また、前述の実施例においては、産業用ロボット12の固定部である基端側アーム11に偏心揺動型減速機13のキャリア14を取付け、産業用ロボット12の回転部である先端側アーム17にケース16を取付けるようにしたが、この発明においては、産業用ロボットの固定部に偏心揺動型減速機のケースを、回転部にキャリアを取付けるようにしてもよい。

さらに、前述の実施例においては、アイドル歯車54を大径歯車部56と小径歯車部57とから構成するようにしたが、この発明においては、アイドル歯車のピッチ円径をいずれの軸方向位置においても一定の小径とするとともに、駆動モータを偏心揺動型減速機の中心軸から偏心して配置し、この駆動モータの出力軸に設けられ前記アイドル歯車より小径である出力歯車を該アイドル歯車に噛み合わせるようにしてもよい。

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に適用できる。

この発明の実施例１を示す正面断面図である。 図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。 図１のII−II矢視断面図である。

符号の説明

11…固定部 12…産業用ロボット
13…偏心揺動型減速機 14…キャリア
16…ケース 17…回転部
21…内歯 22…ピニオン
23…外歯 40…クランクピン
40ａ…軸方向一端部 40ｂ…軸方向他端部
41…軸受 44…偏心部
48…入力歯車 49…駆動モータ
51…出力軸 52…出力歯車
54…アイドル歯車 56…大径歯車部
57…小径歯車部 60…回転伝達軸
62…第１外歯車 63…第２外歯車
65…前段減速機

Claims (2)

1. 産業用ロボットの固定部および回転部と、前記固定部と回転部との間に設けられ、駆動モータからの回転を順次減速して回転部に出力する前段減速機および偏心揺動型減速機を備えた産業用ロボットの旋回部構造において、前記偏心揺動型減速機を、内周に多数の内歯を有するケースと、ケース内に収納され、内歯と噛み合う外歯を有するピニオンと、前記ケース内に挿入されるとともに、該ケースに対し相対回転可能なキャリアと、該キャリアに軸方向に離れた一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ピニオンに偏心部がそれぞれ挿入された複数本のクランクピンとから構成する一方、前記前段減速機を、全てのクランクピンの軸方向他端部にそれぞれスプライン結合された入力歯車と、少なくともいずれか１本のクランクピンの軸方向一端部に回転可能に支持され、駆動モータからの回転を受けて回転するアイドル歯車と、前記偏心揺動型減速機の中心孔内に挿入されるとともに、軸方向他端部に入力歯車より小径で全ての入力歯車に噛み合う第１外歯車が、軸方向一端部にアイドル歯車に噛み合う第２外歯車が設けられ、アイドル歯車からの回転を全ての入力歯車に伝達する回転伝達軸とから構成したことを特徴とする産業用ロボットの旋回部構造。
2. 前記アイドル歯車に軸方向に離れた小径歯車部と大径歯車部との２つの歯車部を設け、前記小径歯車部を回転伝達軸の第２外歯車に、大径歯車部を駆動モータの出力軸に設けられ該大径歯車部より小径である出力歯車にそれぞれ噛み合わせるようにした請求項１記載の産業用ロボットの旋回部構造。

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