JP2018020422A - 回転軸モジュールおよび多関節ロボット - Google Patents

回転軸モジュールおよび多関節ロボット Download PDF

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Abstract

【課題】回転軸モジュールを小型化する。【解決手段】回転軸モジュール(10)は、駆動モータ(90)が連結される入力軸(11)と、出力軸(12)と、出力軸に連結される出力軸フランジ(15)と、該出力軸フランジに結合された平行軸歯車(17、19)と、少なくとも二つの二段歯車(21〜24)と、駆動モータの動力を二段歯車に伝達する伝達歯車(91)とを含む。少なくとも二つの二段歯車および伝達歯車は、出力軸を取囲むように配置されている。【選択図】図2

Description

本発明は、回転軸モジュールおよびそのような回転軸モジュールを備えた多関節ロボットに関する。
電動モータから、例えば産業用ロボットのロボットアームに回転動力を伝達するために、複数の歯車より成る歯車減速機構が従来より利用されている。特許文献1に開示される歯車減速機構は、回転動力源、例えば電動モータに連結された入力歯車と、被回転駆動体、例えばロボットアームに連結された出力歯車と、入力歯車および出力歯車に係合する中間歯車集成体とを含んでいる。そして、特許文献1の中間歯車集成体は、回転動力源および被回転駆動体の取付面と同一の取付面に取付けられている。
さらに、特許文献2には、複数の二段平歯車を用いた減速機構が開示されている。複数の二段平歯車が入力歯車と出力歯車との間で一直線上に互いに並置されている。このため、このような減速機構をロボットの手首先端部に配置した場合には、手首先端部を厚み(高さ)方向及び幅方向に対し、小型化できる。
特開平9−119486号公報 特開2014−612号公報
しかしながら、特許文献2では、複数の二段平歯車が入力歯車と出力歯車との間で一直線上に互いに並置されているので、並置された方向(アーム長手方向)における減速機構の寸法は大きくなる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型化可能な回転軸モジュールを提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために1番目の発明によれば、駆動モータが連結される入力軸と、出力軸と、該出力軸に連結される出力軸フランジと、該出力軸フランジに結合された平行軸歯車と、前記出力軸フランジに回転可能に支持される減速機外周ケースと、該減速機外周ケース内に配置された少なくとも二つの二段歯車を含む二段歯車列と、前記駆動モータの動力を前記二段歯車列に伝達する伝達歯車と、を具備し、前記平行軸歯車と前記少なくとも二つの二段歯車のうちの一つの二段歯車の小歯車とが係合すると共に、前記少なくとも二つの二段歯車のうちの他の二段歯車の大歯車と前記伝達歯車とが係合しており、前記少なくとも二つの二段歯車および前記伝達歯車は、前記出力軸を取囲むように前記減速機外周ケースの内面と前記出力軸との間の空間に配置されている、回転軸モジュールが提供される。
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれは支持用軸受および支持用部材に支持されており、前記支持用部材は前記駆動モータが取付けられる取付フランジに固定される。
3番目の発明によれば、1番目または2番目の発明において、前記出力軸には、線条体が挿入されるべき中空穴が形成されている。
4番目の発明によれば、1番目から3番目のいずれかの発明において、前記平行軸歯車は内歯車である。
5番目の発明によれば、1番目から4番目のいずれかの発明において、さらに、内輪側が前記出力軸フランジに結合される軸受を具備し、該軸受はアンギュラ背面組合せ軸受である。
6番目の発明によれば、2番目から5番目のいずれかの発明において、前記二段歯車の前記支持用部材の少なくとも一つは、小歯車側と大歯車側の両方で支持されるようにした。
7番目の発明によれば、2番目から6番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれの支持用部材は補強部材により互いに連結されている。
8番目の発明によれば、2番目から7番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は針状ころ軸受を含む。
9番目の発明によれば、2番目から8番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は玉軸受を含む。
10番目の発明によれば、1番目から9番目のいずれかの発明において、前記平行軸歯車と前記一方の二段歯車の小歯車との間の減速比は、前記一方の二段歯車の大歯車と前記他方の二段歯車の小歯車との間の減速比よりも大きいようにした。
11番目の発明によれば、1番目から10番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車は、大歯車の端面から延びるシャフト部分を含んでおり、前記二段歯車を片持ちで支持するように、該シャフト部分が支持される。
12番目の発明によれば、1番目から11番目のいずれかの発明において、前記回転軸モジュールにおいて使用されるオイルシールの少なくとも一つのリップは、シール機能を損なわない範囲で、必要最小限の緊迫力を有する。
13番目の発明によれば、1番目から12番目のいずれかの発明において、前記駆動モータの回転軸線が前記出力軸フランジの取付面に対し平行になるように、前記駆動モータが前記取付面に取付けられる。
14番目の発明によれば、1番目から13番目のいずれかに記載の少なくとも一つの回転軸モジュールを含む多関節ロボットが提供される。
1番目の発明においては、少なくとも二つの二段歯車および伝達歯車が出力軸を取り囲むように出力軸回りに配置されているので、回転軸モジュールを小型化することができる。さらに、回転軸モジュールは逆効率が高い平行軸歯車のみで構成されているので、出力アーム側から入力モータ側への外力の伝達効率を向上させられる。
2番目の発明においては、二段歯車を安定して取付フランジ固定することができる。
3番目の発明においては、線条体、例えば駆動用ケーブル類やエアチューブを中空穴に挿入できる。このため、回転軸モジュールがロボットアームに搭載される場合には、線条体をロボットアーム内に収納し易くなり、線条体が露出するのを防ぐことができる。
4番目の発明においては、平行軸歯車が内歯車である場合には、平行軸歯車が外歯車である場合に比べ、減速比を大きくできる。
5番目の発明においては、軸受をアンギュラ背面組合せ軸受にした場合には、出力軸に作用するモーメントと平行軸平歯車に作用するラジアル荷重を同時に受けることが可能となる。
6番目の発明においては、二段歯車を両持ち支持しているので、大きな倒れモーメントが作用したとしても、支持用部材により二段歯車を安定して支持できる。このため、二段歯車の減速比を大きくすることもできる。
7番目の発明においては、隣接する二段歯車の支持用部材を補強部材、例えば梁部材で連結して補強しているので、更に倒れに強い構造にできる。
8番目の発明においては、二段歯車の小歯車の支持用軸受を針状ころ軸受とすることで、小歯車の径を小さくすることが可能となる。従って、二段歯車の減速比を大きくすることができる。
9番目の発明においては、玉軸受、例えば深溝玉軸受を使用した場合には、小さなスラスト荷重、例えば二段歯車に作用する自重によるスラスト荷重を支持することができる。
10番目の発明においては、全体の総減速比が同じであると仮定した場合は、一方の二段歯車の大歯車の直径を比較的小さくし、それにより、結果として、減速機外周ケースを小型にできる。
11番目の発明においては、二段歯車の端面から延びるシャフト部分を軸受で片持ち支持することにより、二段歯車の小歯車を更に小さくできる。その結果、噛み合い箇所一つあたりの減速比を更に大きくすることができる。
オイルシールの回転摩擦が出力軸側から入力軸側への外部からの力の伝達効率を低下させうる。12番目の発明においては、シール機能を損なわない範囲で必要最小限の緊迫力を有するリップを用いているので、最小の回転摩擦、従って、最小の摩擦損失にできる。このため、更に伝達効率を高めることができる。
13番目の発明においては、駆動モータの回転軸線が出力軸フランジの取付面に対し平行になるように駆動モータを配置することで、回転軸モジュールの出力軸方向の長さを短くできる。
14番目の発明においては、回転軸モジュールとリンク部材とを組み合わせて、様々な形態の多関節ロボットを容易に形成できる。
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
本発明の回転軸モジュールの側面図である。 図1Aの線A−Aに沿ってみた断面図である。 図1Aに示される回転軸モジュールの端面図である。 本発明の第一の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。 図1Bの線B−Bに沿ってみた断面図である。 図1Bの線C−Cに沿ってみた断面図である。 図1Aに示される回転軸モジュールの部分透過端面図である。 遊星歯車減速機を含む回転軸モジュールの断面図である。 本発明の第二の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。 一つの二段歯車の正面図である。 一つの二段歯車の断面図である。 回転軸モジュールの第一の部分斜視図である。 回転軸モジュールの第二の部分斜視図である。 回転軸モジュールの第三の部分斜視図である。 回転軸モジュールの部分透過端面図である。 回転軸モジュールの他の部分透過端面図である。 二段歯車の断面図である。 回転軸モジュールの部分断面図である。 図11Aの一部分を示す部分拡大図である。 本発明の他の実施形態に基づく回転軸モジュールの断面図である。 本発明の回転軸モジュールが使用されるロボットを示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1Aは本発明の回転軸モジュールの側面図である。さらに、図1Bは図1Aの線A−Aに沿ってみた断面図であり、図1Cは図1Aに示される回転軸モジュールの端面図である。
これら図面に示されるように、回転軸モジュール10は減速機外周ケース13により被覆された略円筒形である。ただし、回転軸モジュール10が円筒形以外の形状であってもよい。回転軸モジュール10の、一方の端面に入力軸11が配置され、他方の端面に出力軸12が配置されている。
さらに、入力軸11側の端面は取付フランジ16であり、入力軸11に回転力を伝達する駆動モータ90が取付フランジ16に取付けられている。また、出力軸12側の端面は、出力軸12に連結された出力軸フランジ15として構成されている。
図2は本発明の第一の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。図3Aは図1Bの線B−Bに沿ってみた断面図であり、図3Bは図1Bの線C−Cに沿ってみた断面図である。図2および図3Aに示されるように、出力軸フランジ15には、平行軸歯車としての外歯車17が結合されている。この外歯車17は、例えば平歯車や斜歯歯車などである。
さらに、外歯車17には、第一の二段歯車21の小歯車21aが係合している。図2および図3Bから分かるように、第一の二段歯車21の大歯車21bには、第二の二段歯車22の小歯車22aが係合している。さらに、第二の二段歯車22の大歯車22bには、第三の二段歯車23の小歯車23aが係合している。
さらに、第三の二段歯車23の大歯車23bには、第四の二段歯車24の小歯車24aが係合している。最終的に、第四の二段歯車24の大歯車24bには、駆動モータ90の動力を伝達する伝達歯車91が係合している。図2においては、第一から第四の二段歯車21〜24および伝達歯車91の五箇所において歯車が互いに係合しており、従って、図2には五段減速機構が示されている。
図4は図1Aに示される回転軸モジュールの部分透過端面図である。図1Bおよび図4を参照して分かるように、複数の二段歯車21〜24および伝達歯車91は出力軸12を取囲むように減速機外周ケース13の内面と出力軸12との間の空間に配置されている。つまり、本発明においては、複数の二段歯車21〜24および伝達歯車91が一直線上に並置されていない。本発明では複数の二段歯車21〜24および伝達歯車91が出力軸12を取り囲んでいるので、回転軸モジュール10を小型化できるのが分かるであろう。なお、二段歯車の数は、2以上の整数であればよい。
さらに、本発明の回転軸モジュール10は回転軸モジュール10は二段歯車21〜24および外歯車17のみで構成されている。これら歯車は平行軸歯車であり、逆効率が高い。このため、後述するように回転軸モジュール10をロボット、特に人間協調型ロボットに適用した場合には、ロボットの出力アーム側から入力モータ側に外力が伝達する伝達効率を向上させられる。
つまり、例えば人間がロボットに衝突した場合には、その力が入力モータ側に高感度で伝わることになる。そして、そのような力を利用して、人間協調型ロボットにおいて高感度な接触停止機能を実現できる。同様な理由により、ロボットに対する教示位置を作業者が手動で教示するリードスルー機能も実現しやすくなる。
さらに、外部からの力を回転軸モジュール10の入力部に伝えやすいことから、接触停止機能やリードスルー機能に必要とされている各種センサを削減したり、分解能の低い安価なセンサに置き換えられる可能性がある。このため、従来よりも、回転軸モジュール10を低コストで作成できるのが分かるであろう。
なお、図1Bから分かるように、減速機外周ケース13内の右方の空間には、複数の二段歯車21〜24は配置されていない。この右方の余剰空間が排除されるように、更に複数の二段歯車を配置してもよく、その場合には、回転軸モジュール10の総減速比を高めることができる。また、余剰空間が無くなるように、減速機外周ケース13を一部凹ませたような形状としてもよく、この場合、減速機外周ケース13の更なる軽量化と、減速機内部に封入する潤滑油の量を減らし、回転軸モジュール全体として、軽量化を図ることも可能である。
再び図2を参照すると、出力軸フランジ15の外周部は大軸受18a、18bの内輪側に結合され、減速機外周ケース13は大軸受18a、18bの外輪側に結合されている。また、前述したように、出力軸フランジ15の中心付近に、外歯車17が結合されている。このため、大軸受18a、18bは出力軸12に外部より作用する力と、第一の二段歯車21の小歯車21aからの力とを受けることになる。
大軸受18a、18bは、回転摩擦が小さい、比較的大きいサイズのアンギュラ背面組合せ軸受であるのが好ましい。アンギュラ背面組合せ軸受にとしての大軸受18a、18bを使用した場合には、出力軸12に作用するモーメントと平行軸平歯車17に作用するラジアル荷重を同時に受けることができる。さらに、出力軸側から入力軸側への外部からの力の伝達効率が低下するのを最小限にすることができる。さらに、アンギュラ背面組合せ軸受をそのまま回転軸モジュール10に組込むので、回転軸モジュール10を製造する際に、予圧調整作業が不要となる利点もある。
図5は遊星歯車減速機を含む回転軸モジュールの断面図である。図5に示される回転軸モジュールは第一遊星歯車減速機構30aおよび第二遊星歯車減速機構30bを含んでいる。それぞれの遊星歯車減速機構30a、30bは太陽ギア31a、31b、内歯車33a、33b、および太陽ギア31a、31bと内歯車33a、33bとに係合する複数の遊星ギア32a、32bを含んでいる。
図5においては、遊星歯車減速機構30aの太陽ギア31aが入力軸11と一体的であり、遊星歯車減速機構30aの出力はキャリア34を通じて第二遊星歯車減速機構30bの太陽ギア31bに伝達される。さらに、インタナルギア33bと出力軸フランジ15との間にはクロスローラ軸受35が配置されている。
一般に、一段の遊星歯車減速機構は大きな力を伝達できるものの、大きな減速比を得ることはできない。このため、図2に示される構成の回転軸モジュール10と同等な減速比を得るためには、三段以上の遊星歯車減速機構が必要となる。その結果、遊星歯車減速機構を用いた回転軸モジュールは軸方向に長くなる。これに対し、図2に示される回転軸モジュール10はその軸方向長さを、遊星歯車減速機構を用いた回転軸モジュールの軸方向長さよりも短くすることが可能となる。
さらに、遊星歯車減速機構は太陽歯車の周りを複数の遊星歯車が回動しているので、バックラッシ調整が極めて困難である。これに対し、図2に示される回転軸モジュール10においては、特定の二段歯車の配置位置を調整するだけでバックラッシを調整することができる。
例えば、図4における第一の二段歯車21、第三の二段歯車23、第四の二段歯車24の配置位置のみを調整すればよい。また、第四の二段歯車24は駆動モータ90に隣接しており、第三の二段歯車23〜第一の二段歯車21の間の累計減速比によってバックラッシの影響を低減できる。このため、第四の二段歯車24の調整作業を省略してもよい。このように、図2に示される回転軸モジュール10はバックラッシの調整を極めて容易に行えるのが分かるであろう。
図6は本発明の第二の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。図6に示されるように、出力軸フランジ15には、平行軸歯車としての内歯車19が結合されている。この内歯車19は、例えば平歯車や斜歯歯車などである。図6においては、出力軸フランジ15に結合される内歯車19に第一の二段歯車21の小歯車21aが係合している。その他の構成は図2を参照して説明したのと概ね同様であるので、再度の説明を省略する。
図2に示される外歯車17を用いた回転軸モジュール10と比較すると、図6に示される回転軸モジュール10は、内歯車19と第一の二段歯車21の小歯車21aとの間の減速比を更に大きくすることができる。
また、図2および図6においては、出力軸12の中心には、線条体、例えば駆動用ケーブル類やエアチューブを通すための中空穴12aが形成されている。このため、回転軸モジュール10がロボットアームに搭載される場合には、線条体をロボットアーム内に収納し易くなり、線条体が露出するのを防ぐことができる。
中空穴12aは回転軸モジュール10を貫通するパイプ部材から構成されるのが好ましい。この場合、パイプ部材と出力軸フランジ15との間にOリングが配置されると共に、パイプ部材と取付フランジ16との間にオイルシールと玉軸受とが設けられるのが好ましい。これにより、パイプ部材をシールしつつ支持することができる。
図7Aは一つの二段歯車の正面図であり、図7Bは二段歯車の断面図である。これら図面においては、一例として、第一の二段歯車21が示されている。しかしながら、他の二段歯車22〜24を概ね同様な構成にしてもよい。
図7Aおよび図7Bに示されるように、歯車支持部51は、ベース51aと、ベース51aから垂直に延びる支持用部材51bと、ベース51aから延びていて支持用部材51bの先端に係合するアーム部材51cとを主に含んでいる。そして、第一の二段歯車21が支持用部材51bに回転可能に挿入されている。
一般に二段歯車の支持用部材には倒れモーメントが作用する。特に出力軸12の平行軸歯車17に係合する第一の二段歯車21の支持用部材51bには大きな倒れモーメントが作用する。しかしながら、図7Aおよび図7Bに示される構成では、二段歯車21を両持ち支持しているので、大きな倒れモーメントが作用したとしても、支持用部材51bが二段歯車21を安定して支持できる。このため、二段歯車21の減速比を大きくすることもできる。
このように、支持用部材51bはベース51aとアーム部材51cとによって両持ち式に支持されている。このため、支持用部材51bは倒れにくいようになっている。図2等から分かるように、歯車支持部51は、出力軸フランジ15および該出力軸フランジ15に結合される外歯車17または内歯車19に干渉しないように減速機外周ケース13内に格納されている。さらに、図2等から分かるように、ベース51aは回転軸モジュール10の取付フランジ16に取付けられている。
図7Bに示されるように、第一の二段歯車21と支持用部材51bとの間には、針状ころ軸受56が配置されている。針状ころ軸受56はラジアル方向における荷重を負担できるので、小歯車21aの径を小さくすることができ、噛み合い部一か所における減速比を大きくすることが可能となる。このため、二段歯車の減速比を大きくすることが可能である。
回転軸モジュール10自体が振られると、二段歯車21等を軸方向に移動させる力が作用する。しかしながら、このような力を負担しきれず、歯車支持部51が破損する可能性がある。
本発明では、図7Bに示されるように、第一の二段歯車21の小歯車21aの上部には、玉軸受55、例えば深溝玉軸受が配置されている。玉軸受55は例えば二段歯車に作用する自重によるスラスト荷重を負担でき、従って、二段歯車21を軸方向に移動させる力を負担できる。このため、回転軸モジュール10が振られた場合であっても、歯車支持部51が破損するのを防止できる。この場合、玉軸受55の外輪外周円筒面と小歯車21の内面嵌め合い部円筒面の間には、必ず隙間が空くような構造とすることで、玉軸受55は小歯車21aに作用するラジアル荷重を直接受けずに、スラスト荷重のみを受ける構造とすることができる。
図8A〜図8Cは、回転軸モジュール10の部分斜視図である。これら図面においては、理解を容易にする目的で、減速機外周ケース13、出力軸フランジ15、大軸受18a、18b、平行軸歯車17、19等の図示を省略している。
図8Aは図2に示される回転軸モジュール10の一部分に対応する。図8Bにおいては、第一の二段歯車21の支持用部材51bと第二の二段歯車22の支持用部材51bとが補強部材61a、例えば梁部材により互いに連結されている。さらに、図8Cにおいては、第一の二段歯車21のアーム部材51cと第二の二段歯車22の支持用部材51bとが補強部材61bにより互いに連結されている。
このように互いに隣接する二つの二段歯車の支持用部材51bを補強部材61aにより互いに連結している。これにより、第一の二段歯車21の支持用部材51bと第二の二段歯車22の支持用部材51bをさらに倒れ難いようにできる。なお、補強部材61aは二段歯車21、22のバックラッシを調整した後で取付るようにするのが好ましい。
また、図面には示さないものの、他の二つの二段歯車を補強部材で互いに連結したり、三つ以上の二段歯車を単一の補強部材で連結してもよい。さらに、互いに隣接しない二つの二段歯車、例えば第二の二段歯車22と第四の二段歯車24とを補強部材で連結することも本発明の範囲に含まれる。
図9Aおよび図9Bは回転軸モジュールの部分透過端面図である。図9Aにおいては、平行軸歯車17の歯数が比較的少なくて、第一の二段歯車21の小歯車21aの歯数が比較的多い。これに対し、図9Bにおいては、平行軸歯車17’の歯数が比較的多く、第一の二段歯車21の小歯車21aの歯数が比較的少ない。
ここで、図9Aに示される構成の総減速比と、図9Bに示される構成の総減速比とが同じであると仮定する。図9Aにおいては、5段目、つまり第一の二段歯車21における減速比は小さいので、図9Aに示される構成においては、第二の二段歯車22〜第四の二段歯車24の間において減速比を多く確保する必要がある。
この点に関し、連続した複数の二段歯車群においては、最終段の二段歯車における小歯車と大歯車との間の直径差を大きくする必要がある。その理由は、最終段よりも一つ前の段の二段歯車においても減速比を確保できないためである。このため、図9Aに示される第一の二段歯車21の大歯車21bと第二の二段歯車22の小歯車22aとの間で減速比を確保する必要がある。それゆえ、図9Aに示される構成においては減速機外周ケース13を大きくする必要があり、回転軸モジュール10が大型化する。
これに対し、図9Bに示される構成においては、平行軸歯車17’の歯数は平行軸歯車17の歯数よりも多い。そして、平行軸歯車17’と第一の二段歯車21の小歯車21aとの間の減速比は、第一の二段歯車21の大歯車21bと第二の二段歯車22の小歯車22aとの間の減速比よりも大きい。つまり、図9Bに示される構成においては、第一の二段歯車21の大歯車21bの直径を比較的小さくし、それにより、結果として、減速機外周ケース13を小型にできる。
図10は二段歯車の断面図である。図10においては、一例として、第二の二段歯車22が示されている。しかしながら、他の二段歯車21、23、24を概ね同様な構成にしてもよい。
図10においては、大歯車22bの外側端面の中心からシャフト部分25が外側端面に対して垂直に延びている。さらに、取付フランジ16には、上面に凹部41が形成された支持台40が取付けられている。図示されるように、第二の二段歯車22のシャフト部分25は軸受45を介して上面に凹部41に回転可能に挿入されている。従って、図10に示される構成においては、第二の二段歯車22は片持ちで支持されている。
このような構成においては、小歯車22a側の軸受を排除できるので、針状ころ軸受56を配置した図7Bに示される構成よりも、小歯車22aの径をさらに小さくすることが可能となる。噛み合い部一か所当たりの減速比を更に大きく取ることが可能となる。また、シャフト部分25を支持する軸受45は、モーメントを受けられる容量が比較的大きい軸受、例えばアンギュラ背面組合せ軸受であるのが好ましい。
図11Aは回転軸モジュールの部分断面図であり、図11Bは図11Aの一部分を示す部分拡大図である。図11Bに示されるように、減速機外周ケース13と出力軸フランジ15との間にはシール部材が配置されている。シール部材はオイルシール71であり、少なくとも一つのメインリップ72を含みうる。図11Bから分かるように、メインリップ72はわずかな接触面積で出力軸フランジ15に接触している。
一般に、オイルシールの回転摩擦が出力軸側から入力軸側への外部からの力の伝達効率を低下させる原因になりうる。このため、本発明においては、シール機能を損なわない範囲で必要最小限の緊迫力を有するメインリップ72を用いている。このため、最小の回転摩擦を実現でき、従って、最小の摩擦損失にできる。このため、更に伝達効率を高めるられるのが分かるであろう。このような低緊迫力オイルシールは、回転軸モジュール内に使用される全てのオイルシールに適用するのが望ましい。
図12は本発明の他の実施形態に基づく回転軸モジュールの断面図である。図12においては、駆動モータ90の軸線は回転軸モジュール10の中心軸線(出力軸線)に対して垂直である。そして、駆動モータ90の出力軸には第一傘歯車91aが取付けられており、第一傘歯車91aは第二傘歯車91bに係合する。そして、第二傘歯車91bは、第四の二段歯車24の大歯車24bに係合する。つまり、図12に示される構成では、第一傘歯車91aおよび第二傘歯車91bが伝達歯車91を形成している。
このような場合には、駆動モータ90の回転軸線が出力軸フランジ15に対し平行になるように駆動モータ90を配置することで、回転軸モジュール10の出力軸方向の長さを短くできる。なお、図12においては、中空穴12aの端部近傍に駆動モータ90は配置されているが、駆動モータ90が中空穴12aの開口部を閉鎖しないようにする必要がある。
ところで、図13は本発明の回転軸モジュールが使用されるロボットを示す図である。図13に示されるロボット1は六軸垂直多関接ロボットであり、六つの関節軸J1〜J6を含んでいる。それぞれの関節軸は前述した回転軸モジュール10または回転軸モジュール10’により駆動される。
ロボット1のアームは複数のアーム部分から構成されており、回転軸モジュール10、10’は隣接する二つのアーム部分の間に配置されている。図13に示されるロボット1は三つの回転軸モジュール10、および回転軸モジュール10よりも小さい三つの回転軸モジュール10’を含んでいる。
このロボット1は回転軸モジュール10、10’と複数のアーム部分とから構成されているので、ユーザの用途変更に応じて、ロボット1を組み替えることが容易となる。また、ロボット1の製造業者も、製造の自動化を行いやすくなるという利点がある。
ロボットの全軸が同じ回転軸モジュールで構成されても良いが、一般にロボット1の末端の軸になるほど、その軸より末端側のアーム重量は軽くなるので、ロボット1全体で同一の回転軸モジュール10を使用する必要はない。本発明では、ロボット1の基端側には三つの回転軸モジュール10が配置されており、ロボット1の末端側には三つの回転軸モジュール10’が配置されている。言い換えれば、ロボット1の末端側で小型の回転軸モジュール10’を使用するようにしている。
従って、全軸同じ回転軸モジュールを使う場合に比べ、アーム全体重量やコストを低減できる。また、回転軸モジュールの取付インターフェースが全軸で共通である場合は、ロボット1の末端側の軸になるほど、その軸より末端側のアーム重量は軽くなり、可動部材に作用する負荷が軽減するので、回転軸モジュール10、10’を固定するのに必要なボルトの数を減らすようにしてもよい。
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
1 ロボット
10、10’ 回転軸モジュール
11 入力軸
12 出力軸
12a 中空穴
13 減速機外周ケース
15 出力軸フランジ
16 取付フランジ
17、17’ 外歯車、平行軸歯車
18a、18b 大軸受
19 内歯車、平行軸歯車
21〜24 二段歯車
21a〜24a 小歯車
21b〜24b 大歯車
30a、30b 遊星歯車減速機構
31a、31b 太陽ギア
32a、32b 遊星ギア
33a、33b 内歯車
34 キャリア
40 支持台
41 凹部
45 軸受
51〜54 歯車支持部
51a ベース
51b 支持用部材
51c アーム部材
55 玉軸受(支持用軸受)
56 針状ころ軸受(支持用軸受)
61a 補強部材
71 オイルシール
72 メインリップ
90 駆動モータ
91 伝達歯車
91a 第一傘歯車
91b 第二傘歯車

Claims (14)

  1. 駆動モータ(90)が連結される入力軸(11)と、
    出力軸(12)と、
    該出力軸に連結される出力軸フランジ(15)と、
    該出力軸フランジに結合された平行軸歯車(17、19)と、
    前記出力軸フランジに回転可能に支持される減速機外周ケース(13)と、
    該減速機外周ケース内に配置された少なくとも二つの二段歯車(21〜24)を含む二段歯車列と、
    前記駆動モータの動力を前記二段歯車列に伝達する伝達歯車(91)と、を具備し、
    前記平行軸歯車と前記少なくとも二つの二段歯車のうちの一つの二段歯車の小歯車とが係合すると共に、前記少なくとも二つの二段歯車のうちの他の二段歯車の大歯車と前記伝達歯車とが係合しており、
    前記少なくとも二つの二段歯車および前記伝達歯車は、前記出力軸を取囲むように前記減速機外周ケースの内面と前記出力軸との間の空間に配置されている、回転軸モジュール。
  2. 前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれは支持用軸受(55、56)および支持用部材(51b)に支持されており、前記支持用部材は前記駆動モータが取付けられる取付フランジ(16)に固定される、請求項1に記載の回転軸モジュール。
  3. 前記出力軸には、線条体が挿入されるべき中空穴(12a)が形成されている、請求項1または2に記載の回転軸モジュール。
  4. 前記平行軸歯車は内歯車である、請求項1から3のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  5. さらに、内輪側が前記出力軸フランジに結合される軸受(18a、18b)を具備し、 該軸受はアンギュラ背面組合せ軸受である、請求項1から4のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  6. 前記二段歯車の前記支持用部材の少なくとも一つは、小歯車側と大歯車側の両方で支持されるようにした、請求項2から5のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  7. 前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれの支持用部材は補強部材(61a)により互いに連結されている、請求項2から6のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  8. 前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は針状ころ軸受を含む、請求項2から7のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  9. 前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は玉軸受を含む、請求項2から8のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  10. 前記平行軸歯車と前記一方の二段歯車の小歯車との間の減速比は、前記一方の二段歯車の大歯車と前記他方の二段歯車の小歯車との間の減速比よりも大きいようにした、請求項1から9のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  11. 前記少なくとも二つの二段歯車は、大歯車の端面から延びるシャフト部分(25)を含んでおり、
    前記二段歯車を片持ちで支持するように、該シャフト部分が支持される請求項1から10のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  12. 前記回転軸モジュールにおいて使用されるオイルシール(71)の少なくとも一つのリップ(72)は、シール機能を損なわない範囲で、必要最小限の緊迫力を有する請求項1から11のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  13. 前記駆動モータの回転軸線が前記出力軸フランジの取付面に対し平行になるように、前記駆動モータが前記取付面に取付けられる、請求項1から12のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載の少なくとも一つの回転軸モジュールを含む多関節ロボット。
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