JP2018044592A - Robot deceleration transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットに内蔵することにより、入力する回転運動を減速して出力するロボットの減速伝達装置に関する。 The present invention relates to a deceleration transmission device for a robot that decelerates and outputs an input rotational motion by being incorporated in the robot.
一般に、量産性が要求される生産工場の生産ラインでは、複数のアーム部を関節機構により連結して構成した産業用ロボットが設置される。関節機構は、任意のアーム部の端部と他のアーム部の端部を回動可能に連結するとともに、任意のアーム部に内蔵する駆動モータの回転を、1/100〜1/200程度に減速し、減速した回転出力により他のアーム部を回転駆動可能な減速伝達装置を備えている。したがって、この種の減速伝達装置には、高精度の、位置決め制御,角度制御,速度制御等が要求される。 In general, in a production line of a production factory where mass productivity is required, an industrial robot configured by connecting a plurality of arm portions by a joint mechanism is installed. The joint mechanism rotatably connects the end of an arbitrary arm and the end of another arm, and the rotation of the drive motor built in the optional arm is reduced to about 1/100 to 1/200. A deceleration transmission device is provided that can decelerate and rotationally drive other arm portions by the decelerated rotational output. Therefore, this type of deceleration transmission device requires high-precision positioning control, angle control, speed control, and the like.
従来、このような要求に応える減速伝達装置としては、通称、ハーモニックドライブ(登録商標)と呼ばれる波動歯車機構による減速機が広く用いられており、この波動歯車機構を備えるロボット或いはロボット関連装置としては、例えば、特許文献1で開示される原動装置、特許文献2で開示される産業用ロボットの手首機構、特許文献3で開示される多関節ロボットなどが知られている。
Conventionally, as a speed reduction transmission device that meets such demands, a reduction gear using a wave gear mechanism, commonly called a harmonic drive (registered trademark), has been widely used. As a robot or a robot-related device provided with this wave gear mechanism, For example, a prime mover disclosed in
この場合、特許文献1で開示される原動装置は、カップ状のハウジングと、このハウジングの内周にリング状のサーキュラ・スプラインを回転可能に支承させるとともに、このサーキュラ・スプラインの内側に配設され、ウェーブジェネレータに付勢されて、サーキュラ・スプラインに噛合するカップ状のフレクスプラインをハウジングに固定してなるハーモニック減速機と、ハウジングに支軸の一端を固着するとともに、この支軸回りに回転するケーシングをフレクスプラインの内部に配設し、このケーシングにウェーブジェネレータを設けてなる液圧モータとを具備し、回転出力をサーキュラ・スプラインから取り出し得るように構成されたものである。
In this case, the prime mover disclosed in
また、特許文献2で開示される産業用ロボットの手首機構は、アームに支持されたアーム軸を中心として回転自在に支承された手首全体を回転させる第3軸と、この第3軸に支持され、第3軸に直角な軸を中心として回転自在に支承された手首先端部を傾動させる第2軸と、第2軸に支持され、第2軸に直角な軸を中心として回軸自在に支承された手首先端部の加工具把持部を回転させる第1軸を設け、第1軸および第2軸は、同一中心軸に重ね合わせて配置された減速機にて手首内において減速させ、第3軸は、手首外においてあらかじめ減速させるように構成されたものである。
In addition, the wrist mechanism of the industrial robot disclosed in
さらに、特許文献3で開示される多関節ロボットは、少くとも2つの制御アームと、両制御アームの関節部に設けられた同一軸上で相対する2つの減速機とを有する多関節ロボットにおいて、2つの減速機が一方の制御アームの関節部に固定された共通のサーキュラスプラインと、該共通のサーキュラスプラインの一端に該サーキュラスプラインと相対的に回動するように取付けられ、かつ他方の制御アームの関節部に連結されたブラケットとを備えた第1および第2のハーモニックドライブ減速磯から構成されたものである。
Furthermore, the articulated robot disclosed in
しかし、上述した従来における波動歯車機構を備えるロボットの減速伝達装置は、次のような問題点があった。 However, the conventional robot speed reduction transmission device having the wave gear mechanism described above has the following problems.
第一に、主要構成部品として、フレクスプライン、ウェーブジェネレータ、サーキュラスプラインを備えており、フレクスプラインは、薄肉の金属弾性プレートにより全体をカップ状に形成するとともに、楕円状に変形する開口部の外周に形成した歯車部を、位置を固定したサーキュラスプラインの内周に形成した歯車部に噛合させている。したがって、カップ状に一体形成するフレクスプラインは、高度の精密部品として製造する必要があるため、その製造が容易でなく、高コスト化が避けられない。しかも、フレクスプラインは、使用による金属疲労や動作不良を生じ易く、耐久性にも難がある。結局、従来の波動歯車機構は、イニシャルコスト及びランニングコストの双方において大幅なコストアップを招いてしまう。 First, it has a flex spline, wave generator, and circular spline as its main components. The flex spline is formed into a cup shape by a thin metal elastic plate, and the outer periphery of the opening that deforms into an elliptical shape. The gear part formed in the above is meshed with the gear part formed on the inner periphery of the circular spline whose position is fixed. Therefore, since the flexspline integrally formed in a cup shape needs to be manufactured as a highly precise part, its manufacture is not easy and cost increase is inevitable. In addition, the flexspline is liable to cause metal fatigue and malfunction due to use, and has a difficulty in durability. As a result, the conventional wave gear mechanism causes a significant increase in both initial cost and running cost.
第二に、カップ状に形成するフレクスプラインにおける開口部の外周に歯車部を形成し、この歯車部を、楕円状のウェーブジェネレータにより波動変形させるとともに、底部の中心に、減速回転を出力する出力軸を結合するため、フレクスプラインを機能させるためには、当該フレクスプラインの軸方向長さをある程度確保する必要があり、減速伝達装置における全体構造の薄型化(小型化)を図るには限界があった Second, the gear part is formed on the outer periphery of the opening in the flex spline formed in a cup shape, and this gear part is wave-deformed by an elliptical wave generator, and at the center of the bottom, an output that outputs reduced speed rotation In order for the flexspline to function in order to connect the shafts, it is necessary to secure a certain length in the axial direction of the flexspline, and there is a limit to reducing the overall structure of the speed reduction transmission device (downsizing). there were
第三に、フレクスプラインの全体形状をカップ状に形成し、一端を閉塞する底部の中心に出力軸を結合するため、接続ケーブルを引き回すための空間確保が容易でない。特に、ロボットの場合、多数の関節機構を備え、多彩な動きを実現するための多数の駆動モータを内蔵するため、この駆動モータとロボットコントローラを接続する接続ケーブルの本数は少なくとも駆動モータの数だけ必要になるとともに、この本数を備える接続ケーブルを引き回す必要がある。したがって、多数の接続ケーブルを引き回すことができる空間を確保する観点からも更なる改善の余地があった。 Thirdly, since the entire shape of the flexspline is formed in a cup shape and the output shaft is coupled to the center of the bottom portion that closes one end, it is not easy to secure a space for routing the connection cable. In particular, in the case of a robot, since it has a large number of joint mechanisms and incorporates a large number of drive motors for realizing various movements, the number of connection cables connecting this drive motor and the robot controller is at least the number of drive motors. At the same time, it is necessary to route connection cables having this number. Therefore, there is room for further improvement from the viewpoint of securing a space in which a large number of connection cables can be routed.
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したロボットの減速伝達装置の提供を目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a robot speed reduction transmission device that solves the problems existing in the background art.
本発明に係るロボットの減速伝達装置1は、上述した課題を解決するため、ロボットRに内蔵することにより、入力する回転運動を減速して出力するロボットの減速伝達装置を構成するに際して、回転運動が入力する回転入力部2と、この回転入力部2と一体に回転するカム本体部3c,及びこのカム本体部3cの外周面に沿って設けた内輪3biとフレキシブルな外輪3bo間に複数の転動体3bm…を介在させたオーバルシャフト部3と、インナギア5gを内周面に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部5と、リング形状体6mの外周面の周方向Ffに沿って形成し、かつインナギア5gに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部3の外周面に付設した際に、周方向Ffにおける複数の噛合位置T…でインナギア5gに噛合するアウタギア6gを有するとともに、リング形状体6mの側面から突出し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部7…及び各伝達ピン部7…間におけるリング形状体6mの内周面から放射方向Fd外方に切欠状に設けた薄肉形成凹部8…を有するフレックスギア部6と、伝達ピン部7…が係合し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに形成するとともに、回転時における伝達ピン部7…の変位を許容する複数のガイド孔9s…を放射方向Fdに設けたリング形の出力プレート部9を有する回転出力機構10とを備えてなることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the robot speed
この場合、発明の好適な態様により、伝達ピン部7は、リング形状体6mに取付けた伝達ピン本体7mと、この伝達ピン本体7mを軸にして偏心位置が支持され、かつガイド孔9s…に係合する偏心ローラ7rとを具備して構成できる。なお、薄肉形成凹部8は、各伝達ピン部7…間に、少なくとも1以上設けることができる。他方、回転入力部2は、内周面11iの内方を、ケーブル類Ka,Kb…の配線空間Sに形成するとともに、外周面11oに、少なくともオーバルシャフト部3のカム本体部3cを設けてなる筒形の入力回転体11により構成することができる。また、フレックスギア部6は、インターナルギア部5のインナギア5gに対して180〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置T,Tで噛合させることができる。さらに、回転出力機構10には、回動自在に支持され、かつ端面12sに、出力プレート部9を保持するリング凹部12hを形成したリング形の出力プレート保持体12を設けることができる。なお、減速伝達装置1は、ロボットRを構成する任意のアーム部15と他のアーム部16を連結する関節機構Mjに用いることができるとともに、ロボットRには、少なくとも、生産ラインに設置する、垂直多関節ロボットRv,水平多関節ロボット,デルタ型ロボットの一又は二以上を含ませることができる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the
このような構成を有する本発明に係るロボットの減速伝達装置1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
The robot
(1) 薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になるため、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。 (1) The conventional flex spline that forms a cup shape using a thin metal elastic plate material is no longer necessary, which makes it easy to manufacture and significantly reduces manufacturing costs as well as metal fatigue and operation. Since defects and the like can be greatly reduced, it is possible to achieve a significant cost reduction in both initial cost and running cost, such as improvement in durability.
(2) 従来のフレクスプラインが不要になるため、軸方向における配設スペースのサイズダウンを図ることができる。したがって、減速伝達装置1の全体構造における薄型化が可能になり、小型化に限界のあった、特に産業用ロボットの更なる小型化を容易に実現できる。
(2) Since the conventional flex spline is not necessary, the arrangement space in the axial direction can be reduced. Therefore, the overall structure of the
(3) フレックスギア部6に、リング形状体6mの外周面の周方向Ffに沿って形成し、かつインナギア5gに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部3の外周面に付設した際に、周方向Ffにおける複数の噛合位置T…でインナギア5gに噛合するアウタギア6gを設けるとともに、リング形状体6mの側面から突出し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部7…及び各伝達ピン部7…間におけるリング形状体6mの内周面から放射方向Fd外方に切欠状に設けた薄肉形成凹部8…を設けてなるため、リング形状体6mの全体のフレキシブル性をより高めることができる。この結果、オーバルシャフト部3に基づく径方向の変位(変形)に安定かつ円滑に追従でき、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができるとともに、リング形状体6mの形成素材に対する選定自由度を高めることができる。
(3) When the
(4) 好適な態様により、伝達ピン部7を構成するに際し、リング形状体6mに取付けた伝達ピン本体7mと、この伝達ピン本体7mを軸にして偏心位置が支持され、かつガイド孔9s…に係合する偏心ローラ7rとを用いて構成すれば、周方向Ffの異なる位置で生じるガイド孔9s…に対する伝達ピン本体7m…の周方向Ffの位置ズレを、偏心ローラ7r…により吸収することができる。したがって、ガイド孔9s…と伝達ピン本体7m…を直接係合させた場合に生じる無用な応力を排除でき、伝達ピン本体7m…から回転出力機構10への回転伝達を安定かつ円滑に行うことができるとともに、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができる。
(4) When the
(5) 好適な態様により、薄肉形成凹部8は、各伝達ピン部7…間に、少なくとも1以上設けることができるため、薄肉形成凹部8の数量を任意に選択できるなど、設計自由度を高めることができるとともに、リング形状体6mの形成素材や形状等に対応した薄肉形成凹部8の最適化を図ることができる。
(5) According to a preferred embodiment, at least one or more thin-walled
(6) 好適な態様により、回転入力部2を構成するに際し、内周面11iの内方を、ケーブル類Ka,Kb…の配線空間Sに形成するとともに、外周面11oに、少なくともオーバルシャフト部3のカム本体部3cを設けてなる筒形の入力回転体11を用いれば、減速伝達装置1におけるケーブル類Ka,Kb…の配線空間を確保できるため、ケーブル類Ka…の本数が多くなった場合であっても、他の周辺構造と併せてロボット全体の煩雑化を回避できる。
(6) According to a preferred embodiment, when the
(7) 好適な態様により、フレックスギア部6を、インターナルギア部5のインナギア5gに対して180〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置T,Tで噛合させれば、フレックスギア部6を、最も、単純な形状となる楕円形状とすることができるため、例えば、三個所以上の噛合位置T…で噛合させる場合に要求される精度に対してより低く抑えることが可能となり、製造容易性及び加工容易性を高めることができるとともに、耐久性,静音性及び信頼性の向上にも寄与できる。
(7) According to a preferred embodiment, if the
(8) 好適な態様により、回転出力機構10に、回動自在に支持され、かつ端面12sに、出力プレート部9を保持するリング凹部12hを形成したリング形の出力プレート保持体12を設ければ、出力プレート部9の実質的な剛性を高めることができるため、フレックスギア部6の伝達ピン部7…から出力プレート部9に対する回転伝達の安定性をより高めることができる。
(8) According to a preferred embodiment, the
(9) 好適な態様により、減速伝達装置1を、ロボットRを構成する任意のアーム部15と他のアーム部16を連結する関節機構Mjに用いれば、関節機構Mjの薄型化(小型化)、耐久性及び信頼性の向上に寄与できるため、特に、生産ラインに設置するための最適な産業用ロボット(垂直多関節ロボットRv,水平多関節ロボット,デルタ型ロボット等)を構築できる。
(9) If the
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, preferred embodiments according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る減速伝達装置1の構成について、図1〜図11を参照して説明する。
First, the configuration of the
減速伝達装置1は、図11に示すような産業用ロボットRの関節機構Mjに用いることができる。例示の産業用ロボットRは、垂直多関節ロボットRvであり、機台21の上面に設置したロボット本体部22と、この機台21の下方スペースに収容することによりロボット本体部22を駆動制御するロボットコントローラ23を備える。ロボット本体部22は、第1アーム部(任意のアーム部)15と第2アーム部(他のアーム部)16を備えており、この第1アーム部15と第2アーム部16が関節機構Mjを介して連結される。即ち、第1アーム部15の先端部15sに、本実施形態に係る減速伝達装置1を内蔵し、この減速伝達装置1により第2アーム部16の後端部16rを回転駆動する。これにより、第2アーム部16の位置決め制御,角度制御及び速度制御等を行うことができる。
The
図1及び図2に、減速伝達装置1の全体構造を示す。なお、図2において、図11に示した産業用ロボットRにおける第1アーム部15の先端部15s及び第2アーム部16の後端部16rを、それぞれ仮想線で示している。図1及び図2に示すように、減速伝達装置1は、大別して、回転の伝達方向上流側から、回転入力部2,オーバルシャフト部3,フレックスギア部6,インターナルギア部5及び回転出力機構10を備える。これにより、回転入力部2に入力する回転運動は、予め設定した1/100〜1/200レベルで減速され、減速された回転運動は、回転出力機構10から出力する。
1 and 2 show the overall structure of the speed
以下、各部の構成について具体的に説明する。回転入力部2は、全体を筒形に形成した入力回転体11により構成する。この入力回転体11はベアリング(ボールベアリング等)31により回動自在に支持される。この場合、ベアリング31は、外輪を第1アーム部15の内面に取付けた支持筒32に固定するとともに、内輪を入力回転体11の外周面に固定する。入力回転体11は、図2に示すように、内周面11iの内方がケーブル類Ka,Kb…の配線空間Sとなる。このため、確保する配線空間Sの広さを考慮して内径等を選定することができる。また、入力回転体11の外周面11oにおける軸方向Fsの中間部位には、オーバルシャフト部3を構成するカム本体部3cを一体形成する。
Hereinafter, the structure of each part is demonstrated concretely. The
したがって、このような筒形の入力回転体11を用いれば、減速伝達装置1におけるケーブル類Ka,Kb…の配線空間Sを確保できるため、ケーブル類Ka…の本数が多くなった場合であっても、他の周辺構造と併せてロボット全体の煩雑化を回避できる利点がある。なお、符号33は、入力回転体11の端面に固定した入力ギアリングである。
Therefore, if such a cylindrical
オーバルシャフト部3は、図6に示すように、入力回転体11に一体形成したカム本体部3cと、このカム本体部3cの外周面に沿って設けた内輪3biと、フレキシブルな外輪3boと、この内輪3biと外輪3bo間に介在させた複数の転動体3bm…を備える。例示の転動体3bm…はボールである。なお、内輪3biは、カム本体部3cの外周面に兼用させることも可能である。これにより、カム本体部3cにおける内周面11iの軸直角方向の断面形状は円形状になるとともに、カム本体部3cにおける外周面11oの軸直角方向の断面形状は楕円形状(オーバル形状)になる(図6参照)。
As shown in FIG. 6, the
一方、第1アーム部15の内面には、サーボモータ等の駆動モータ34を固定し、この駆動モータ34の回転シャフトに取付けた駆動ギア34gを入力ギアリング33に噛合させる。これにより、回動自在に支持される入力回転体11に、駆動モータ34からの回転運動が入力する。このように、回転入力部2(入力回転体11)に、駆動モータ34の回転運動を入力させるようにすれば、減速伝達装置1は、駆動モータ34を含めた駆動部として構成できるため、例えば、産業用ロボットのアーム部に内蔵する駆動部の小型化、更には耐久性向上及び信頼性向上に寄与できる利点がある。なお、駆動モータ34から回転入力部2に対する回転伝達方式として、ギア伝達機構を例示したが、タイミングベルトとプーリを利用したベルト伝達機構等の他の回転伝達方式を用いてもよい。
On the other hand, a
フレックスギア部6は、図6に示すように、オーバルシャフト部3の外輪3boの外周面に沿って付設する。図4に、フレックスギア部6の全体形状を示すとともに、図5に、フレックスギア部6の一部の拡大形状を示す。フレックスギア部6は、全体を金属素材(特殊鋼等)により形成したフレキシブル性を有するリング形状体6mを備える。また、このリング形状体6mの外周面には、周方向Ffに沿ったアウタギア6gを形成するとともに、アウタギア6gを構成する各歯部(山部)6gs…の一つ置きに伝達ピン本体7m…を埋設(穴に圧入)する。この場合、各歯部(山部)6gs…は、各伝達ピン本体7m…を支持する機能を有するため、支持強度を確保できる厚さ及び形状を選定する。
As shown in FIG. 6, the
各伝達ピン本体7m…は、剛性の高い耐摩耗性を有する金属素材を使用し、図3〜図5に示すように、断面が円形となる丸棒状に形成する。また、図10に示すように、一端側を、各歯部(山部)6gs…に埋設するとともに、他端側を、リング形状体6mの側面から横側方(図10では上方)に突出させる。これにより、各伝達ピン本体7m…は、リング形状体6mの周方向Ffに沿って一定間隔置きに配される。
Each of the
さらに、各伝達ピン本体7m…間におけるリング形状体6mの内周面には、放射方向Fd外方に窪む切欠状の薄肉形成凹部8…を設ける。例示する薄肉形成凹部8…は、形状がU形形状となり、アウタギア6gを構成する各歯部(山部)6gs…間の谷部6gd…の位置に対応して設けている。このような薄肉形成凹部8を設ければ、リング形状体6mにおける内周面と外周面間の厚さ、例示の場合、薄肉形成凹部8と谷部6gd間の厚さを薄くできるため、リング形状体6mの全体を特殊鋼等の金属素材により形成した場合であっても、リング形状体6mのフレキシブル性(弾性)をより高めることができる。
Further, on the inner peripheral surface of the ring-shaped
図5における実線部分が、図4において、フレックスギア部6がインターナルギア部5から最離間したときの形状を示すとともに、図5における仮想線部分が、図4において、フレックスギア部6がインターナルギア部5に最接近したときの形状を示している。フレックスギア部6は、このような変形を繰り返すため、リング形状体6mに良好なフレキシブル性(弾性)が要求されるが、薄肉形成凹部8…を設けたため、オーバルシャフト部3に基づく径方向の変位(変形)に安定かつ円滑に追従でき、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができるとともに、リング形状体6mの形成素材に対する選定自由度を高めることができる。
The solid line portion in FIG. 5 shows the shape when the
なお、薄肉形成凹部8…の形状や位置(間隔)、及び伝達ピン本体7m…の位置(間隔)は、図5に示した形態に限定されるものではなく、各種形態により実施可能である。図7(a)〜(c)は、薄肉形成凹部8…及び伝達ピン本体7m…を含むリング形状体6mの変更例を示す。
Note that the shape and position (interval) of the thin-
図7(a)は、伝達ピン本体7m…の間隔及び薄肉形成凹部8…の間隔を変更した例を示す。図5の実施形態では、伝達ピン本体7m…を配するに際し、各歯部(山部)6gs…の一つ置きに配した例を示したが、図7(a)は、各歯部(山部)6gs…の三つ置きに配した例を示す。このように、伝達ピン本体7m…を配する間隔は任意に選定可能である。また、図5の実施形態では、薄肉形成凹部8…を設けるに際し、谷部6gd…の位置に対応して設けたが、図7(a)は、谷部6gd…の位置を考慮することなく設けたものである。具体的には、山部6gs…の位置に対応して設けるとともに、伝達ピン本体7m…の間隔と同じ三つ置きに設けた例を示す。このように、薄肉形成凹部8…を配する間隔も任意に選定可能である。
Fig.7 (a) shows the example which changed the space | interval of the transmission pin
図7(b)及び(c)は、図7(a)を基本として、薄肉形成凹部8…の形状(幅)を変更したものであり、具体的には、薄肉形成凹部8における周方向Ffの幅をより広げ、概ね三倍程度広幅形成したものである。また、図7(c)は、図7(b)を基本として、薄肉形成凹部8…の全体形状を変更したものであり、具体的には、長孔部を形成し、かつ内周面側の一部を切欠いた特異形状により形成した。このように、薄肉形成凹部8…の形状も、特定の形状に限定されるものではなく、任意に実施可能である。
FIGS. 7B and 7C are diagrams in which the shape (width) of the thin-
他方、インターナルギア部5は、全体を金属素材により剛性を有するリング状に形成し、図3に示すように、内周面には、周方向Ffに沿ったインナギア5gを形成する。そして、図2に示すように、インターナルギア部5の外周面を第1アーム部15の内面に取付けて固定するとともに、インナギア5gに、上述したフレックスギア部6のアウタギア6gを噛合させる。この際、インターナルギア部5に形成するインナギア5gの一周の歯数は、フレックスギア部6に形成するアウタギア6gの一周の歯数に対して、多くなるように設定する。例示の場合、アウタギア6gの歯数を「N」に設定し、インナギア5gの歯数は「N+2」に設定した。
On the other hand, the entire
この場合、フレックスギア部6の全体の外周形状は楕円形となるため、フレックスギア部6は、インナギア5gに対して180〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置T,Tで噛合する。このように、フレックスギア部6を、インナギア5gに対して180〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置T,Tで噛合させるようにすれば、フレックスギア部6を、最も、単純な形状となる楕円形状を選定できるため、例えば、三個所以上の噛合位置T…で噛合させる場合に要求される精度に対してより低く抑えることが可能となり、製造容易性及び加工容易性を高めることができるとともに、耐久性,静音性及び信頼性の向上にも寄与できる利点がある。
In this case, since the entire outer peripheral shape of the
一方、回転出力機構10は、リング状に形成した出力プレート保持体12を備え、この出力プレート保持体12は、この内周面と入力回転体11の外周面間に配したベアリング(ローラベアリング)36により内周面側が支持されるとともに、この出力プレート保持体12の外周面と第1アーム部15の内面間に配したクロスローラベアリング37により外周面側が支持される。出力プレート保持体12におけるフレックスギア部6に対向する端面12sには、出力プレート部9を嵌合させるリング凹部12hを形成し、このリング凹部12hに、図9に示す出力プレート部9を嵌合させる。一方、出力プレート保持体12におけるリング凹部12hを有する端面12sに対して反対側の端面12tには、出力接続プレート38を固定する。
On the other hand, the
このように、回転出力機構10に、回動自在に支持され、かつ端面12sに、出力プレート部9を保持するリング凹部12hを形成したリング形の出力プレート保持体12を設ければ、出力プレート部9の実質的な剛性を高めることができるため、フレックスギア部6の伝達ピン本体7m…から出力プレート部9に対する回転伝達の安定性をより高めることができる利点がある。
As described above, when the
出力プレート部9は全体をリング板状に形成するとともに、周方向Ffに沿って所定間隔置きに形成した複数のガイド孔9s…を有する。そして、ガイド孔9s…には、図9及び図10に示すように、前述した伝達ピン本体7m…を軸にして偏心位置が支持される偏心ローラ7r…を係合させる。この場合、各ガイド孔9s…は、出力プレート部9が回転したときの偏心ローラ7r…の変位を許容できるように、放射方向Fdに沿ったスリット状の長孔として形成する。また、伝達ピン本体7m…は一端側をフレックスギア部6のリング形状体6mに埋設し、他端側を横側方に突出させるため、この突出させた伝達ピン本体7m…を、偏心ローラ7r…の偏心位置に設けた支持孔7rs…(図10)に挿入する。この支持孔7rs…は伝達ピン本体7m…に対して軸受孔として機能させるため、支持孔7rs…の内径は、伝達ピン本体7m…がガタつくことなく、かつ回動自在となるように選定する。
The
したがって、伝達ピン本体7mと偏心ローラ7rの組合わせにより伝達ピン部7が構成される。このように、伝達ピン部7を構成するに際し、リング形状体6mに取付けた伝達ピン本体7mと、この伝達ピン本体7mを軸にして偏心位置が支持され、かつガイド孔9s…に係合する偏心ローラ7rとを具備して構成すれば、周方向Ffの異なる位置で生じるガイド孔9s…に対する伝達ピン本体7m…の周方向Ffの位置ズレを、偏心ローラ7r…により吸収することができる。したがって、ガイド孔9s…と伝達ピン本体7m…を直接係合させた場合に生じる無用な応力を排除でき、伝達ピン本体7m…から回転出力機構10への回転伝達を安定かつ円滑に行うことができるとともに、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができる利点がある。
Therefore, the
なお、図8には、伝達ピン部7の変更例を示す。図9は、伝達ピン本体7mと偏心ローラ7rを組合わせて伝達ピン部7を構成した例を示したが、伝達ピン部7の構成は、伝達ピン本体7mと偏心ローラ7rの組合わせに限定されものではない。即ち、設計形態によっては、図8に示すように、伝達ピン本体7m…をガイド孔9s…に直接係合させる場合を排除するものではない。この場合、偏心ローラ7r…を介在させないため、伝達ピン本体7m…が直接伝達ピン部7を構成する。その他、図1及び図2において、符号40…は、シールリングを示す。
In addition, in FIG. 8, the example of a change of the
よって、本実施形態に係る減速伝達装置1によれば、基本構成として、回転運動が入力する回転入力部2と、この回転入力部2と一体に回転するカム本体部3c,及びこのカム本体部3cの外周面に沿って設けた内輪3biとフレキシブルな外輪3bo間に複数の転動体3bm…を介在させたオーバルシャフト部3と、インナギア5gを内周面に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部5と、リング形状体6mの外周面の周方向Ffに沿って形成し、かつインナギア5gに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部3の外周面に付設した際に、周方向Ffにおける二個所(一般的には複数個所)の噛合位置T…でインナギア5gに噛合するアウタギア6gを有するとともに、リング形状体6mの側面から突出し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部7…及び各伝達ピン部7…間におけるリング形状体6mの内周面から放射方向Fd外方に切欠状に設けた薄肉形成凹部8…を有するフレックスギア部6と、伝達ピン部7…が係合し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに形成するとともに、回転時における伝達ピン部7…の変位を許容する複数のガイド孔9s…を放射方向Fdに設けたリング形の出力プレート部9を有する回転出力機構10とを備えてなるため、薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になるため、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。しかも、従来のフレクスプラインが不要になるため、軸方向Fsにおける配設スペースのサイズダウンを図ることができる。したがって、減速伝達装置1の全体構造における薄型化が可能になり、小型化に限界のあった、特に産業用ロボットの更なる小型化を容易に実現することができる。
Therefore, according to the speed
特に、本実施形態に係る減速伝達装置1では、フレックスギア部6を構成するに際し、リング形状体6mの外周面の周方向Ffに沿って形成し、かつインナギア5gに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部3の外周面に付設した際に、周方向Ffにおける複数の噛合位置T…でインナギア5gに噛合するアウタギア6gを設けるとともに、リング形状体6mの側面から突出し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部7…及び各伝達ピン部7…間におけるリング形状体6mの内周面から放射方向Fd外方に切欠状に設けた薄肉形成凹部8…を設けたため、リング形状体6mのフレキシブル性をより高めることができる。この結果、オーバルシャフト部3に基づく径方向の変位(変形)にも安定かつ円滑に追従でき、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができるとともに、リング形状体6mの形成素材に対する選定自由度を高めることができる。
In particular, in the speed
したがって、本実施形態に係る減速伝達装置1を、ロボットRを構成する任意のアーム部15と他のアーム部16を連結する関節機構Mjに用いれば、関節機構Mjの薄型化(小型化)、耐久性及び信頼性の向上に寄与できるため、特に、生産ラインに設置するための最適な産業用ロボット(垂直多関節ロボットRv,水平多関節ロボット,デルタ型ロボット等)を構築できる利点がある。
Therefore, if the
次に、本実施形態に係る減速伝達装置1の動作について、各図を参照し、主に図12(a)〜(d)に従って説明する。なお、図12(a)〜(d)は原理図のため、カム本体部3cの楕円形状は誇張した細長形状で描いている。
Next, the operation of the speed
まず、ロボットコントローラ23により駆動モータ34をON制御すれば、駆動モータ34が作動し、駆動ギア34gが回転する。この回転運動は入力ギアリング33に伝達されるとともに、さらに、カム本体部3cを含む入力回転体11に伝達される。これにより、カム本体部3cは比較的高速で回転する。
First, if the
図12(a)は、カム本体部3cの回転が開始する前の状態を示している。この状態では、カム本体部3cが位置Psで停止し、カム本体部3cの長手方向(楕円直径の最大方向)は上下方向となる。したがって、フレックスギア部6における始点は符号Xsの位置にありインターナルギア部5の基準点Xoに一致する。図12(a)の状態では、フレックスギア部6のアウタギア6gがインターナルギア部5のインナギア5gに対して上下二個所の噛合位置T,Tで噛合する。
FIG. 12A shows a state before the rotation of the
次いで、カム本体部3cが、図12(a)の位置Psから矢印Dr方向に90°回転した状態を想定する。この状態を図12(b)に示す。この場合、カム本体部3cは、位置Psから時計方向へ90°回転した位置P1まで変位する。これにより、カム本体部3cの長手方向は、図12(b)に示すように左右方向となる。したがって、カム本体部3cの回転時には、アウタギア6gがインナギア5gに噛合する上側の噛合位置T(下側の噛合位置Tも同じ)が時計方向に噛み合いつつ90°移動することになる。この際、アウタギア6gの歯数はN、インナギア5gの歯数はN+2のため、フレックスギア部6の始点は、基準点Xoに対して、角度Q1=(360°/N)×2)/4だけ、反時計方向となる位置X1へ変位する。
Next, it is assumed that the
さらに、カム本体部3cが図12(b)の位置P1から矢印Dr方向に90°回転した状態を想定する。この状態を図12(c)に示す。この場合、カム本体部3cは位置P1から時計方向へ90°回転した位置P2まで変位する。これにより、カム本体部3cの長手方向は、図12(c)に示すように上下方向となる。したがって、フレックスギア部6の始点は、基準点Xoに対して、角度Q2=(360°/N)×2)/2だけ反時計方向となる位置X2へ変位する。
Furthermore, it is assumed that the
次いで、カム本体部3cが図12(c)の状態から矢印Dr方向に180°回転した状態を想定する。この状態を図12(d)に示す。この場合、カム本体部3cは位置P2から180°回転した位置P3まで変位する。これにより、カム本体部3cの長手方向は、上下方向となり、図12(c)の位置に対して上下反転する。したがって、フレックスギア部6の始点は、基準点Xoに対して、角度Q3=(360°/N)×2)だけ反時計方向となる位置X3へ変位する。以上により、カム本体部3cは、時計方向へ1回転するとともに、フレックスギア部6は、歯数「2」だけ反時計方向へ移動する減速処理が行われる。
Next, it is assumed that the
さらに、減速されたフレックスギア部6の回転運動は、回転出力機構10に伝達される。即ち、フレックスギア部6から突出する伝達ピン本体7m…は、出力プレート部9のガイド孔9s…に係合した偏心ローラ7rの偏心位置に挿入しているため、出力プレート部9はフレックスギア部6の回転運動に完全に同調して回転する。この場合、伝達ピン本体7m、即ち、偏心ローラ7rは、カム本体部3cの外周面の軌跡に従って放射方向Ddに反復変位するが、この変位は、長孔により形成したガイド孔9sにより吸収されるとともに、周方向Ffの異なる位置で生じるガイド孔9s…に対する伝達ピン本体7m…の周方向Ffの位置ズレは、偏心ローラ7r…により吸収される。
Further, the rotational motion of the
そして、図2に示すように、出力プレート部9の回転運動は、減速伝達装置1により大きく減速され、出力プレート保持体12,出力接続プレート38を含む出力プレート部9以外の回転出力機構10を介して第2アーム部16に伝達され、第2アーム部16が回転変位する。即ち、第1アーム部15を支点にして高精度で回転制御される。
As shown in FIG. 2, the rotational movement of the
以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。 As mentioned above, although preferred embodiment was described in detail, this invention is not limited to such embodiment, It does not deviate from the summary of this invention in a detailed structure, a shape, a raw material, quantity, a numerical value, etc. It can be changed, added, or deleted arbitrarily.
例えば、回転入力部2は、内周面11iの内方を、ケーブル類Ka,Kb…の配線空間Sに形成するとともに、外周面11oに、少なくともオーバルシャフト部3のカム本体部3cを一体形成した筒形の入力回転体11を用いて構成した形態を例示したが、別体のカム本体部3cを所定の取付手段により取付けてもよい。また、フレックスギア部6は、インターナルギア部5のインナギア5gに対して180〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置T,Tで噛合させる場合を例示したが、カム本体部3cの形状を三角状,四角状又は五角状に形成し、三個所の噛合位置T…,四個所の噛合位置T…又は五個所の噛合位置T…で噛合させることも可能である。さらに、回転出力機構10には、回動自在に支持され、かつ端面12sに、出力プレート部9を保持するリング凹部12hを形成したリング形の出力プレート保持体12を設けた形態を例示したが、同一の機能を発揮できる他の構成により置換する場合を排除するものではない。一方、入力する回転運動として駆動モータ34の回転運動を例示したが、他の各種の回転運動源を適用できる。また、各部の形成素材として金属素材を例示したが合成樹脂素材や繊維強化複合素材等であってもよいし、弾性が不要となる部品についてはセラミックス素材等であってもよく、素材の種類は限定されない。
For example, the
本発明に係る減速伝達装置は産業用ロボットのアーム部を連結する関節機構をはじめ、入力する回転運動を減速して出力する機能を必要とする人型ロボット等を含む各種ロボットに内蔵する減速伝達装置として利用できる。 The speed reduction transmission device according to the present invention includes a speed reduction transmission built in various robots including a joint mechanism that connects arm portions of industrial robots, and a humanoid robot that requires a function of decelerating and outputting an input rotational motion. Can be used as a device.
1:減速伝達装置,2:回転入力部,3:オーバルシャフト部,3c:カム本体部,3bi:内輪,3bo:外輪,3bm…転動体,5:インターナルギア部,5g:インナギア,6:フレックスギア部,6m:リング形状体,6g:アウタギア,7…:伝達ピン部,7m…:伝達ピン本体,7r…:偏心ローラ,8…:薄肉形成凹部,9:出力プレート部,9s…:ガイド孔,10:回転出力機構,11:入力回転体,11i:入力回転体の内周面,11o:入力回転体の外周面,12:出力プレート保持体,12s:リング凹部の端面,12h:リング凹部,15:アーム部,16:アーム部,T…:噛合位置,R:ロボット,Rv:垂直多関節ロボット,Fd:放射方向,Ff:周方向,Ka:ケーブル類,Kb:ケーブル類,S:配線空間,Mj:関節機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Deceleration transmission apparatus, 2: Rotation input part, 3: Oval shaft part, 3c: Cam main-body part, 3bi: Inner ring, 3bo: Outer ring, 3bm ... Rolling body, 5: Internal gear part, 5g: Inner gear, 6: Flex Gear part, 6m: Ring-shaped body, 6g: Outer gear, 7 ...: Transmission pin part, 7m ...: Transmission pin body, 7r ...: Eccentric roller, 8 ...: Thin-walled concave part, 9: Output plate part, 9s ...: Guide Hole, 10: Rotation output mechanism, 11: Input rotator, 11i: Inner peripheral surface of input rotator, 11o: Outer peripheral surface of input rotator, 12: Output plate holder, 12s: End surface of ring recess, 12h: Ring Recessed part, 15: arm part, 16: arm part, T ...: meshing position, R: robot, Rv: vertical articulated robot, Fd: radial direction, Ff: circumferential direction, Ka: cables, Kb: cables, S : Allocation Space, Mj: joint mechanism
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