JP2017137882A

JP2017137882A - ロボット及び変速機

Info

Publication number: JP2017137882A
Application number: JP2016016932A
Authority: JP
Inventors: 祐哉片岡; Yuya Kataoka
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-10

Abstract

【課題】スラスト力の向きを一方向にする。【解決手段】ロボットは、第１部材と、アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられた第２部材と、前記第１部材に対して回動する駆動力を前記第２部材に伝達する歯車装置と、を有する。前記歯車装置は、外歯を有する筒形状の筒部、前記筒部の一方の端部に配置されている底部、および前記筒部の他方の端部に開口している開口部を有する可撓性歯車と、前記可撓性歯車と噛み合う噛合い歯車と、前記筒部の内周に内接し、前記筒部の軸を中心として回転する楕円状カムを有する楕円形の回転伝達部と、を備え、前記底部の半径は、前記回転伝達部の前記楕円形の短半径よりも小さい。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボット及び変速機に関する。

変速機の一種として、ウェーブジェネレーター（回転伝達部）を挿入する前のフレクススプライン（可撓性歯車）の筒部が、フレクススプラインの取付部（底部）から外歯側に向けて、先細りの円錐状に形成されている噛み合い式歯車装置（波動歯車装置）が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１７６８５７号公報

特許文献１の噛み合い式歯車装置では、増速時と減速時では、ウェーブジェネレーターに掛かるスラスト力の向きが逆方向になるため、両方の向きのスラスト力に対抗するために、部品点数が増加するという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、第１部材と、アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられた第２部材と、前記第１部材に対して回動する駆動力を前記第２部材に伝達する歯車装置と、を有する。前記歯車装置は、外歯を有する筒形状の筒部、前記筒部の一方の端部に配置されている底部、および前記筒部の他方の端部に開口している開口部を有する可撓性歯車と、前記可撓性歯車と噛み合う噛合い歯車と、前記筒部の内周に内接し、前記筒部の軸を中心として回転する楕円状カムを有する楕円形の回転伝達部と、を備え、前記底部の半径は、前記回転伝達部の前記楕円形の短半径よりも小さい。
この形態によれば、回転伝達部は、一方向のスラスト力に対抗すればよいので、スラスト力対抗部材を回転伝達部の一方の側に配置すればよく、部品点数を少なく出来る。

（２）上記形態において、前記回転伝達部は、前記楕円状カムの外周に、前記筒部の内周に当接する軸受けを備えてもよい。
この形態によれば、可撓性歯車と、回転伝達部との摩擦を低減し、滑らかに動作させることができる。

（３）上記形態において、前記可撓性歯車の前記筒部と前記底部は、一体であってもよい。
この形態によれば、可撓性歯車の製造が容易となる。

（４）本発明の一形態によれば、変速機が提供される。この変速機は、外歯を有する筒形状の筒部、前記筒部の一方の端部に配置されている底部、および前記筒部の他方の端部に開口している開口部を有する可撓性歯車と、前記可撓性歯車と噛み合う噛合い歯車と、前記筒部の内周に内接し、前記筒部の軸を中心として回転する楕円状カムを有する楕円形の回転伝達部と、を備え、前記底部の半径は、前記回転伝達部の前記楕円形の短半径よりも小さい。
この形態によれば、底部の半径は、回転伝達部の楕円形の長半径と短半径の２つの外半径のうちの前記短半径よりも小さいので、可撓性歯車から回転数伝達部にかかるスラスト力の方向は一方向となる。その結果、回転伝達部は、一方向のスラスト力に対抗すればよいので、スラスト力対抗部材を回転伝達部の一方の側に配置すればよく、部品点数を少なく出来る。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ロボットの他、変速機等の様々な形態で実現することができる。

ロボットの一例を示す説明図。ロボットの第１部材と第２部材とその構成を示す説明図。第１の実施形態の変速機の構成を示す説明図。第１の実施形態の変速機に掛かるスラスト力を示す説明図。比較例の変速機に掛かるスラスト力を示す説明図。可撓性歯車の製造工程の一部を示す説明図。

・第１の実施形態：
図１は、ロボット１０の一例を示す説明図である。ロボット１０は、第１部材３０１と、第２部材３０２と、第３部材３０３と、第４部材３０４と、第５部材３０５と、第６部材３０６と、第７部材３０７と、第８部材３０８と、第９部材３０９と、第１０部材３１０と、把持部３１１と、を備える。第１部材３０１は、他の部材を支える基部である。第２部材３０２は、第１部材３０１の上に、鉛直方向の軸を回転軸として、回転可能に配置されている。第３部材３０３は、第２部材３０２と接続され、第２部材３０２を通る水平方向の軸を回転軸として、回転可能に配置されている。以下、同様に、第ｎ部材（ｎは、２〜１０のいずれかの自然数）は、第（ｎ−１）部材を通る所定の軸周りに回転可能に接続されている。なお、第ｎ部材（ｎは、２〜１０のいずれかの自然数）は、アームを備えていても良い。把持部３１１は、一対の指３１１ａ、３１１ｂを備えている。把持部３１１は、一対の指３１１ａ、３１１ｂの間隔を狭め、あるいは広げることにより、他の物を掴む動作や離す動作を実行することができる。

図２は、ロボット１０の第１部材３０１と第２部材３０２とその構成を示す説明図である。第１部材３０１は、駆動部２００と変速機１００と、を備える。駆動部２００と変速機１００とは、第１回転軸１５０により接続されている。変速機１００は、第２回転軸１６０と接続されており、第２回転軸１６０は、第２部材３０２と接続されている。駆動部２００としては、特に限定は無く、電動モーターや、超音波モーターが使用可能である。駆動部２００が第１回転軸１５０を回転させると、変速機１００が回転数を減速し、第２回転軸１６０を回転させる。第２回転軸１６０が回転すると、第２部材３０２が、回転する。すなわち、第１部材３０１に対して、第２部材３０２を回転させることができる。図２では、ロボット１０の第１部材３０１と第２部材３０２を用いて説明したが、ロボット１０は、第２部材３０２と第３部材３０３についても同様の関係を有する構成を有しており、第２部材３０２に対して、第３部材３０３を回転させることができる。すなわち、ロボット１０は、第（ｎ−１）部材（ｎは、２〜１０のいずれかの自然数）と第ｎ部材についても同様の関係を有する構成を有しており、第ｎ部材は、第（ｎ−１）部材に対して回転可能である。なお、変速機１００の入力と出力の接続を逆にすれば、変速機１００は、増速機として使用できる。

図３は、第１の実施形態の変速機１００の構成を示す説明図である。変速機１００は、可撓性歯車１１０と、回転伝達部１２０と、円筒形部材１３０と、スラスト力対抗部材１４０と、を備える波動歯車装置である。

可撓性歯車１１０は、外歯１１２を有する円筒形状の筒部１１４と、筒部１１４の一方の端部に配置されている円形の底部１１６と、筒部１１４の他方（底部１１６と反対側）の端部に開口している開口部１１８とを有する。可撓性歯車１１０の底部１１６は、第２回転軸１６０（出力軸）に接続されている。

回転伝達部１２０は、可撓性歯車１１０の内周に内接し、筒部１１４の軸Ｏを中心として回転する楕円状カム１２２を有する楕円形の部材である。楕円状カム１２２の外周には筒部１１４の内周に当接する軸受け１２４が設けられている。軸受け１２４は、回転伝達部１２０と可撓性歯車１１０との間の摩擦を低減し、滑らかに動作させることができる。なお、軸受け１２４は、省略しても良い。可撓性歯車１１０の底部１１６の半径をＲｒとし、回転伝達部１２０の外半径のうちの長半径をＲａ、短半径をＲｂとする。第１の実施形態では、これら３つの値の間には、Ｒｒ＜Ｒｂ＜Ｒａの関係がある。なお、可撓性歯車１１０の開口部１１８の内周と、回転伝達部１２０の外周とは、同じ長さであることが好ましい。可撓性歯車１１０と、回転伝達部１２０とが、隙間無く接触する。楕円状カム１２２は、第１回転軸１５０（入力軸）に接続されている。

円筒形部材１３０は、可撓性歯車１１０の外歯１１２と噛み合う内歯１３２を備える筒部１３４を備える部材である。筒部１３４は可撓性歯車１１０と噛み合うので、噛合い歯車と言える。なお、噛合い歯車は可撓性歯車よりも剛性が高いので、可撓性歯車に対して剛性歯車ということもできる。ここで「剛性」とは物体が曲げ・捻じれなどによる破壊に耐える能力のことを意味する。言い換えれば剛性歯車は可撓性歯車のように撓まない歯車である。筒部１３４は、円形である。回転伝達部１２０が可撓性歯車１１０の開口部１１８に挿入されると、可撓性歯車１１０の筒部１１４の開口部１１８は、楕円形に変形する。このとき、可撓性歯車１１０の開口部１１８の楕円の長径方向で、可撓性歯車１１０の外歯１１２と円筒形部材１３０の内歯１３２とが噛み合う。なお、可撓性歯車１１０の開口部１１８の楕円の短径方向では、可撓性歯車１１０の外歯１１２と円筒形部材１３０の内歯１３２とは、離間し、噛み合わない。可撓性歯車１１０の外歯１１２と円筒形部材１３０の内歯１３２とが噛み合う位置は、回転伝達部１２０の回転と同期して回転する。

可撓性歯車１１０の外歯１１２の歯数よりも、円筒形部材１３０の内歯１３２の歯数の方が多いため、可撓性歯車１１０は、回転伝達部１２０の回転数よりも小さい回転数で回転する。具体的には、可撓性歯車１１０の外歯１１２の歯数をｎ１、円筒形部材１３０の内歯１３２の歯数をｎ２とすると、この変速機１００の減速比は、ｎ１／（ｎ２−ｎ１）となる。また、この時のｎ１とｎ２の歯数差は２ｍ（ｍ：正の整数）枚とされ、一般には２枚とされている。例えばｎ１＝１００、ｎ２＝１０２とすれば、回転伝達部１２０が５０回回転すると、可撓性歯車１１０は１回回転する。すなわち、減速比として、非常に大きな減速比５０を得ることができる。

図４は、第１の実施形態の変速機１００に掛かるスラスト力を示す説明図である。図４及び後述する図５では、軸受け１２４及び円筒形部材１３０の図示を省略している。変速機１００を用いて減速する場合、回転伝達部１２０に連結された第１回転軸１５０を入力とし、可撓性歯車１１０に連結された第２回転軸１６０を出力とし、円筒形部材１３０（図３）を固定とする。本明細書では、変速機１００への入力回転数に対して、出力回転数が少ない場合を減速、多い場合を増速と呼ぶ。減速の場合には、回転伝達部１２０の２つの長径部分の２点Ｐ１、Ｐ２において、可撓性歯車１１０から回転伝達部１２０にそれぞれＦａの力が掛かる。この力Ｆａの向きは、可撓性歯車１１０の内面１１９の法線方向である。ここで、２つの力Ｆａのうち、軸Ｏと垂直なｙ方向の成分は方向が逆なので、打ち消し合う。一方、軸Ｏと平行なｘ方向の成分Ｆａｘは、同じ方向なので、加算され、２Ｆａｘとなる。このスラスト力２Ｆａｘの向きｘは、回転伝達部１２０を可撓性歯車１１０から離脱させる方向である。

変速機１００を用いて増速する場合、可撓性歯車１１０に連結された第２回転軸１６０を入力とし、回転伝達部１２０に連結された第１回転軸１５０を出力とし、円筒形部材１３０（図３）を固定とする。この場合には、回転伝達部１２０の２つの短径部分の２点Ｐ３、Ｐ４において、可撓性歯車１１０から回転伝達部１２０にそれぞれＦｂの力が掛かる。この力Ｆｂの向きは、可撓性歯車１１０の内面１１９の法線方向である。ここで、２つの力Ｆｂのうち、軸Ｏと垂直なｙ方向の成分は方向が逆なので、打ち消し合う。一方、軸Ｏと平行なｘ方向の成分Ｆｂｘは、同じ方向なので、加算され、２Ｆｂｘとなる。このスラスト力２Ｆｂｘの向きｘは、回転伝達部１２０を可撓性歯車１１０から離脱させる方向である。従って、変速機１００を、減速、増速のいずれで用いても、スラスト力の方向ｘは同じであり、スラスト力対抗部材１４０を、回転伝達部１２０の第１回転軸１５０（入力軸）側のみに配置すればよい。

図５は、比較例の変速機１００ａに掛かるスラスト力を示す説明図である。第１の実施形態の変速機１００では、回転伝達部１２０の長半径Ｒａ、短半径Ｒｂと、可撓性歯車１１０の底部１１６の半径Ｒｒの間で、Ｒｒ＜Ｒｂ＜Ｒａの関係を有していたが、比較例の変速機１００ａでは、Ｒｂ＜Ｒｒ＜Ｒａである。

比較例の変速機１００ａを用いて減速する場合にも、実施形態の減速時と同様に、スラスト力大きさ２Ｆｃｘの向きｘは、回転伝達部１２０を可撓性歯車１１０から離脱させる方向である。

これに対し、比較例の変速機１００ａを用いて増速する場合、スラスト力２Ｆｄｘの向き（−ｘ）は、回転伝達部１２０を可撓性歯車１１０の中に押し込めようとする方向である。従って、比較例の変速機１００ａでは、回転伝達部１２０の両側にスラスト力対抗部材１４０、１４５を配置する必要があり、スラスト力に対抗するために必要な部品点数が増加する。

図６は、可撓性歯車１１０の製造工程の一部を示す説明図である。先ず、円形の板１１０ａを準備する。これを、２つのプレス用の金型４００、４１０の間に挟んでプレスすることで、円形の板１１０ａを塑性変形させて、可撓性歯車１１０を形成する。すなわち、可撓性歯車１１０の筒部１１４と底部１１６は、同一の円形の板１１０ａから形成された一体の部材である。ここで、金型４００は、先端４０１が細くなっており、根元４０２が先端４０１よりも太くなっている。一方、金型４１０は、底４１１が狭くなっており、開口側４１２が底４１１よりも広くなっている。したがって、形成される可撓性歯車１１０は、開口部１１８側が広いため、プレスにより可撓性歯車１１０を形成した後、金型４００、４１０から可撓性歯車１１０を容易に取り外すことが可能となっている。

以上、第１の実施形態によれば、可撓性歯車１１０の底部１１６の半径Ｒｒは、回転伝達部１２０の楕円形の短半径Ｒｂよりも小さいので、回転伝達部１２０は、一方向のスラスト力に対抗すればよい。すなわち、スラスト力対抗部材１４０を回転伝達部１２０の一方の側に配置すればよく、部品点数を少なく出来る。

また、第１の実施形態によれば、可撓性歯車１１０の筒部１１４と底部１１６は、同一の円形の板１１０ａから形成されるので、プレスにより容易に形成できる。また、形成される可撓性歯車１１０は、開口部１１８側が広いため、プレスにより可撓性歯車１１０を形成した後、金型４００、４１０から可撓性歯車１１０を容易に取り外すことができる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…ロボット、１００…変速機、１００ａ…変速機、１１０…可撓性歯車、１１０ａ…板、１１２…外歯、１１４…筒部、１１６…底部、１１８…開口部、１１９…内面、１２０…回転伝達部、１２２…楕円状カム、１２４…軸受け、１３０…円筒形部材、１３２…内歯、１３４…筒部、１４０…スラスト力対抗部材、１４５…スラスト力対抗部材、１５０…第１回転軸、１６０…第２回転軸、２００…駆動部、３０１…第１部材、３０２…第２部材、３０３…第３部材、３０４…第４部材、３０５…第５部材、３０６…第６部材、３０７…第７部材、３０８…第８部材、３０９…第９部材、３１０…第１０部材、３１１…把持部、３１１ａ…指、３１１ｂ…指、４００…金型、４０１…先端、４０２…根元、４１０…金型、４１１…底、４１２…開口側、Ｆａ…力、Ｆｂ…力、Ｆｃ…力、Ｆｄ…力、Ｏ…軸、Ｐ１…点、Ｐ２…点、Ｐ３…点、Ｐ４…点、ａ…長半径、ｂ…短半径、ｒ…半径

Claims

第１部材と、
アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられた第２部材と、
前記第１部材に対して回動する駆動力を前記第２部材に伝達する歯車装置と、を有し、
前記歯車装置は、
外歯を有する筒形状の筒部、前記筒部の一方の端部に配置されている底部、および前記筒部の他方の端部に開口している開口部を有する可撓性歯車と、
前記可撓性歯車と噛み合う噛合い歯車と、
前記筒部の内周に内接し、前記筒部の軸を中心として回転する楕円状カムを有する楕円形の回転伝達部と、を備え、
前記底部の半径は、前記回転伝達部の前記楕円形の短半径よりも小さい、ロボット。
前記回転伝達部は、前記楕円状カムの外周に、前記筒部の内周に当接する軸受けを備える、請求項１に記載のロボット。
前記可撓性歯車の前記筒部と前記底部は、一体である、請求項１または２に記載のロボット。
外歯を有する筒形状の筒部、前記筒部の一方の端部に配置されている底部、および前記筒部の他方の端部に開口している開口部を有する可撓性歯車と、
前記可撓性歯車と噛み合う噛合い歯車と、
前記筒部の内周に内接し、前記筒部の軸を中心として回転する楕円状カムを有する楕円形の回転伝達部と、を備え、
前記底部の半径は、前記回転伝達部の前記楕円形の短半径よりも小さい、変速機。