JP2014159839A - 遊星歯車装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転駆動手段から入力される回転力により回転する太陽歯車31と、遊星キャリア34Aに回転自在に取り付けられた遊星軸34Bに固定され、太陽歯車31と噛み合いながら遊星軸34Bとともに自転、又は遊星キャリア34Aとともに太陽歯車31の周りを公転する遊星歯車32と、遊星歯車32と噛み合い遊星歯車32の自転又は公転により回転して太陽歯車31に入力された回転駆動力を出力する出力軸となる内歯車33と、遊星歯車32の自転及び公転に対する制動を制御して太陽歯車31の回転方向を変えずに、内歯車33の回転方向を反転させる反転手段4とを備えるようにした。
【選択図】図1
Description
しかしながら、モーターを逆回転させることによるアームの回避動作は、作業時のアームの慣性力などのため、人の反射動作のようにすばやく動作方向を切替えることができずに、接触相手を傷つけてしまう虞がある。
本構成によれば、反転手段が遊星歯車の自転及び公転に対する制動を制御することにより、出力軸である内歯車の回転方向を太陽歯車の回転方向と逆方向や同一方向に回転させることができる。
上記遊星歯車装置の他の構成として、反転手段が、遊星歯車の自転を停止させるとともに遊星歯車の公転を許容し、遊星歯車の公転を停止させるとともに遊星歯車の自転を許容するように遊星歯車への制動を制御して前記内歯車の回転方向を反転させる構成とした。
本構成によれば、反転手段が、遊星歯車の自転を停止させるとともに遊星歯車の公転を許容することで、出力軸である内歯車を太陽歯車の回転方向と同一方向に回転させることができる。また、反転手段が、遊星歯車の公転を停止させるとともに遊星歯車の自転を許容することで、出力軸である内歯車の回転方向を太陽歯車の回転方向と逆方向とすることができる。すなわち、反転手段が、遊星歯車の自転を停止させることで、太陽歯車と逆方向に回転する内歯車の回転方向を、太陽歯車と同一方向にすばやく切替えることができる。
また、遊星歯車装置の他の構成として、反転手段は、遊星軸に固定され、遊星歯車とともに回転する従動歯車と、従動歯車と噛み合う制動歯車と、制動歯車の回転に制動力を作用させ、制動歯車と噛み合う従動歯車を介して遊星歯車の自転に制動力を作用させる自転制動部と、遊星キャリアが取り付けられ、遊星キャリアの回転に制動力を付与して遊星歯車の公転に制動力を作用させる公転制動部と、自転制動部及び公転制動部による制動の動作を制御する制御手段とを備える構成とした。
本構成によれば、制動手段の自転制動部が遊星キャリアを介して制動歯車に制動力を作用させることにより、制動歯車に噛み合う従動歯車と遊星軸に固定される遊星歯車に制動力が作用し、遊星歯車の自転が停止されるとともに公転が開始するので、内歯車の回転方向を反転させることができる。また、公転制動部が、遊星キャリアの回転に制動力を付与して遊星歯車の公転に制動力を作用させることにより、太陽歯車の外周において遊星歯車を自転させることができるので、通常の遊星歯車機構の動作のように太陽歯車の回転方向に対して内歯車の回転方向に逆向きに回転させることができる。
また、遊星歯車装置の他の構成として、自転制動部は、電圧の印加により粘性が変化する電気粘性流体が封入されたケース部と、ケース部から突出し、電気粘性流体の粘性の変化によりケース部に対する回転が制御される軸部とを備えるERブレーキからなり、軸部に制動歯車が取り付けられ、ケース部に遊星軸が取り付けられる構成とした。
本構成によれば、ERブレーキの電気粘性流体の粘性を変化させることにより、ERブレーキのケース部に対する軸部の回転速度が変化するので、制動歯車の回転速度が変化し、この制動歯車に噛み合う従動歯車を介して遊星歯車の自転速度を制御することができる。
例えば、電気粘性流体の粘性が最も高くなるように電圧を印加することで、ERブレーキのケース部と軸部とを一体化して従動歯車の回転を停止させ、遊星歯車の自転をすばやく停止させることができる。
また、遊星歯車装置の他の構成として、公転制動部に上記ERブレーキを用い、当該公転制動部の軸部を前記自転制動部のケース部に取付け、公転制動部のケース部が遊星歯車装置内において不動に取り付けられる構成とした。
本構成によれば、公転制動部に電圧を印加することで、自転制動部に取り付けられた遊星キャリアの回転、すなわち遊星歯車の公転を停止させることができる。
モーター2は、遊星歯車装置1を駆動するための駆動源であって、後述の制御手段44から出力される電気的な信号に基づいて回転動作する。信号は、例えば所定値に制御された電圧、電流であり、所望の回転トルクや回転速度が得られるように制御される。
モーター2は、出力軸2Aに取り付けられた歯車8を介して遊星歯車機構3に回転駆動力を出力する。
太陽歯車31は、基台10上に回転自在に支持された軸7の一端側に固定される。この太陽歯車31が取り付けられる軸7の他端には、歯車8と噛み合い、上記モーター2からの回転駆動力が入力される歯車9が取り付けられる。なお、太陽歯車31は、モーター2の出力軸2Aに直接取り付けても良い。
本実施形態では、反転手段4は、複数の従動歯車41:41と、制動歯車42と、制動手段43と、制御手段44とを備える。
従動歯車41は、上述のように遊星軸34Bに固定され、遊星歯車32の自転とともに自転し、遊星キャリア34Aの回転により遊星歯車32とともに制動歯車42の周りを公転する。制動歯車42は、太陽歯車31と同軸に設けられ、制動手段43により回転が制御される。制動手段43は、上記遊星歯車32の自転に対して制動力を作用させる自転制動部45と、遊星歯車32の公転に対して制動力を作用させる公転制動部46とにより構成される。
本構成のERブレーキでは、軸側電極板52とケース側電極板53との間に電圧を印加することで、軸側電極板52とケース側電極板53との間に電界を生じさせて軸側電極板52とケース側電極板53との間に介在する電気粘性流体54の粘性を変化させることにより、ケース55を軸51と一体に回転させたり、ケース55に対して軸51のみを回転可能とする。なお、ERブレーキの構成は上記に限定されない。
また、電気粘性流体54は、印加される電圧が高くなるにつれて粘性が高くなる特性を有し、例えば、シリコンオイルなどの絶縁性の液体に金属や有機物などの分極しやすい物質の微粒子を分散させたものからなる。
自転制動部45を構成するERブレーキは、軸51Aが太陽歯車31の軸心と同軸となるように基台10上において図外の軸受を介して回転自在に支持される。この自転制動部45の軸51Aの一端側には、従動歯車41と噛み合う制動歯車42が固着される。また、自転制動部45のケース55Aには、軸51Aと同軸に遊星キャリア34Aが取り付けられる。
通常動作として図3(a)に示すように、モーター2が所定方向、ここでは左回転しているものとする。このモーター2の回転により、内歯車33は左向きに回転して、内歯車33の回転中心を関節の支点にして、アーム50が右から左へと移動する。
このとき制御手段44は、自転制動部45には電圧を印加せず、公転制動部46にのみ所定の電圧を印加して、公転制動部46の軸51Bをケース55Bに固定して自転制動部45のケース55Aに対して制動力を作用させる。これにより、自転制動部45の軸51Aが回転するときに、内部に封入された電気粘性流体54Aの粘性により自転制動部45のケース55Aとの共回りを防止して、自転制動部45の軸51Aの回転を自在にする。したがって、制動歯車42の回転が自由となり、従動歯車41を介した遊星歯車32への制動が解除されて太陽歯車31の外周上において遊星歯車32が公転することなく自転する。
例えば、上記自転制動部45及び公転制動部46のそれぞれにERブレーキを用いて、遊星歯車32の自転を停止させるとともに遊星歯車32の公転を許容し、遊星歯車32の公転を停止させるとともに遊星歯車32の自転を許容するように遊星歯車32を制御するとして説明したが、ERブレーキに印加する電圧を調整して遊星歯車32や遊星キャリア34Aへの滑りを調整するように制御手段44により制御するようにしても良い。
すなわち、遊星歯車32を停止させないように自転制動部45に所定の電圧よりも小さな電圧を印加することで遊星歯車32に制動を付与することで、モーター2の出力を一定に維持したまま内歯車33の回転を徐々に減速させることができる。つまり、無段変速機としての機能を果たさせることも可能である。
また、自転制御部45と公転制御部46とは、同一の手段である必要は無く、例えば一方をERブレーキとし、他方を電磁ブレーキ等としても良い。
31 太陽歯車、32 遊星歯車、33 内歯車、41 従動歯車、
42 制動歯車、43 制動手段、44 制御手段、45 自転制動部、
46 公転制動部。
Claims (5)
- 回転駆動手段から入力される回転力により回転する太陽歯車と、
遊星キャリアに回転自在に取り付けられた遊星軸に固定され、前記太陽歯車と噛み合いながら前記遊星軸とともに自転、又は前記遊星キャリアとともに太陽歯車の周りを公転する遊星歯車と、
前記遊星歯車と噛み合い遊星歯車の自転又は公転により回転して太陽歯車に入力された回転駆動力を出力する出力軸となる内歯車と、
前記遊星歯車の自転及び公転に対する制動を制御して、前記太陽歯車の回転方向を変えずに、前記内歯車の回転方向を反転させる反転手段と、
を備えた遊星歯車装置。 - 前記反転手段は、前記遊星歯車の自転を停止させるとともに遊星歯車の公転を許容し、遊星歯車の公転を停止させるとともに遊星歯車の自転を許容するように前記遊星歯車に対する制動を制御する請求項1記載の遊星歯車装置。
- 前記反転手段は、前記遊星軸に固定され、遊星歯車とともに回転する従動歯車と、
前記従動歯車と噛み合う制動歯車と、
前記制動歯車の回転に制動力を作用させて、制動歯車と噛み合う従動歯車を介して前記遊星歯車の自転に制動力を作用させる自転制動部と、
前記遊星キャリアが取り付けられ、遊星キャリアの回転に制動力を付与して前記遊星歯車の公転に制動力を作用させる公転制動部と、
前記自転制動部及び前記公転制動部による制動の動作を制御する制御手段と、
を備えた請求項1又は請求項2記載の遊星歯車装置。 - 前記自転制動部は、電圧の印加により粘性が変化する電気粘性流体が封入されたケース部と、ケース部から突出し、前記電気粘性流体の粘性の変化によりケース部に対する回転が制御される軸部とを備えるERブレーキからなり、
前記軸部に前記制動歯車が取り付けられ、前記ケース部に前記遊星軸が取り付けられた請求項3記載の遊星歯車装置。 - 前記公転制動部は、電圧の印加により粘性が変化する電気粘性流体が封入されたケース部と、ケース部から突出し、前記電気粘性流体の粘性の変化によりケース部に対する回転が制御される軸部とを備えるERブレーキからなり、
前記公転制動部の軸部が前記自転制動部のケース部に取り付けられ、公転制動部のケース部が遊星歯車装置内において不動に取り付けられた請求項3又は請求項4記載の遊星歯車装置。
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