JP2021169862A - Rotation deceleration transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボット等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回転減速伝達装置に関する。 The present invention relates to a rotation deceleration transmission device that decelerates and outputs a rotational movement to be input by incorporating it into a robot or the like.
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回転減速伝達装置を備えている。したがって、この種の回転減速伝達装置には、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。 Generally, 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 reduces the rotation of the drive motor built into the arbitrary arm to about 1/100 to 1/200. It is equipped with a rotation deceleration transmission device that can decelerate and drive other arms to rotate by the decelerated rotation output. Therefore, this type of rotation deceleration transmission device is required to have high-precision positioning control, angle control, speed control, and the like.
従来、このような要求に応える回転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 rotation deceleration transmission device that meets such a demand, a speed reducer using a wave gear mechanism commonly known as a harmonic drive (registered trademark) has been widely used, and as a robot or a robot-related device equipped with this wave gear mechanism. For example, a prime mover disclosed in Patent Document 1, a wrist mechanism of an industrial robot 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 Patent Document 1 has a cup-shaped housing and a ring-shaped circular spline rotatably supported on the inner circumference of the housing, and is arranged inside the circular spline. , A harmonic speed reducer that is urged by a wave generator and fixes a cup-shaped flex spline that meshes with a circular spline to the housing, and one end of the support shaft is fixed to the housing and rotates around this support shaft. The casing is arranged inside the flexspline, and the casing is provided with a hydraulic motor provided with a wave generator so that the rotational output can be taken out from the circular spline.
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。
Further, 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。
Further, 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回転減速伝達装置は、次のような問題点があった。 However, the conventional rotary deceleration transmission device provided with 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, the main components are a flexspline, a wave generator, and a circular spline. The flexspline is formed entirely by a thin metal elastic plate into a cup shape, and the outer circumference of the opening that deforms into an ellipse. The gear portion formed in 1 is meshed with the gear portion formed on the inner circumference 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, it is not easy to manufacture and cost increase is unavoidable. Moreover, the flexspline is liable to cause metal fatigue and malfunction due to use, and has difficulty in durability. After all, 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 Secondly, a gear part is formed on the outer circumference of the opening in the flexspline formed in a cup shape, and this gear part is wave-deformed by an elliptical wave generator, and a deceleration rotation is output to the center of the bottom part. In order to connect the shafts, in order for the flexspline to function, it is necessary to secure a certain amount of axial length of the flexspline, and there is a limit to reducing the overall structure (miniaturization) of the deceleration transmission device. 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 connected to the center of the bottom 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 as many as the number of drive motors. As it becomes necessary, it is necessary to route a connection cable 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回転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 rotation deceleration transmission device that solves the problems existing in such a background technique.
本発明に係る回転減速伝達装置1は、上述した課題を解決するため、入力する回転運動を減速して出力する回転減速伝達装置であって、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を内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部5と、外周の周方向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4gを有するとともに、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4p…を有するフレックスギア部4と、各伝達ピン部4p…が係合し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に伝達ピン部4p…の周方向Ff及び/又は放射方向Fdへの変位を許容する係合孔7sh…を形成した係合部7s…を設けた出力プレート部7を有する回転出力機構6とを備え、係合部7s…を、出力プレート部7に形成することにより、伝達ピン部4p…の周面が常時当接し、かつ当該出力プレート部7の周方向Ff及び放射方向Fdへの当該伝達ピン部4p…の変位を許容する複方向係合孔7sm…により構成したことを特徴とする。
The rotation deceleration transmission device 1 according to the present invention is a rotation deceleration transmission device that decelerates and outputs the input rotational movement in order to solve the above-mentioned problems, and the
この場合、発明の好適な態様により、伝達ピン部4p…は、フレックスギア部4から突出した伝達ピン本体4pm…と、この伝達ピン本体4pm…を軸にして中心位置が回動自在に支持された伝達ローラ4pr…により構成することができるとともに、出力プレート部7は、リング形に形成することができる。また、回転入力部2は、内周面11iの内方にケーブル類Ka,Kb…の配線空間Sに形成し、かつ外周面11oに少なくともオーバルシャフト部3のカム本体部3cを設けた筒形の入力回転体11により構成することができる。さらに、フレックスギア部4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。
In this case, according to a preferred embodiment of the invention, the center position of the
このような構成を有する本発明に係る回転減速伝達装置1によれば、次のような顕著な効果を奏する。 According to the rotation deceleration transmission device 1 according to the present invention having such a configuration, the following remarkable effects are obtained.
(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、耐久性及び信頼性の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) Since the conventional flexspline that forms the entire shape into a cup shape using a thin metal elastic plate material becomes unnecessary, it can be easily manufactured, the manufacturing cost can be significantly reduced, and metal fatigue and operation can be achieved. Since defects and the like can be significantly reduced, durability and reliability can be improved, and a significant cost reduction in both initial cost and running cost can be realized.
(2) 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、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等の更なる小型化を容易に実現できる。 (2) Since the conventional flexspline is not required, the size of the arrangement space in the axial direction Fs can be reduced. Therefore, the overall structure can be made thinner, and further miniaturization of industrial robots and the like, which has a limit in miniaturization, can be easily realized.
(3) 係合部7s…を構成するに際し、出力プレート部7に形成し、伝達ピン部4p…の周面が常時当接するとともに、当該出力プレート部7の周方向Ff及び放射方向Fdへの当該伝達ピン部4p…の変位を許容する複方向係合孔7sm…により構成したため、周方向Ffの異なる位置で生じる係合孔7sh…に対する伝達ピン部4p…の周方向Ff及び放射方向Fdの変位を、いわばカム方式により吸収できる。この結果、係合孔7sh…と伝達ピン部4p…を係合させた際に生じる無用な応力を排除し、伝達ピン部4p…から出力プレート部7に対する安定かつ円滑な回転伝達を行うことができるとともに、特に、剛性が高まることによる精度の高い回転伝達を行うことができる。
(3) When the engaging portion 7s ... Is formed, it is formed on the
(4) 好適な態様により、伝達ピン部4p…を構成するに際し、フレックスギア部4から突出した伝達ピン本体4pm…と、この伝達ピン本体4pm…を軸にして中心位置が回動自在に支持された伝達ローラ4pr…により構成すれば、伝達ピン部4p…が係合孔7sh…に係合する際における伝達ピン部4p…と係合孔7sh…間の接触摩擦を低減できるため、フレックスギア部4から出力プレート部7への回転伝達を効率的かつ安定に行うことができるとともに、無用な発熱や減耗を排除して長期使用における信頼性を高めることができる。
(4) According to a preferred embodiment, when the
(5) 好適な態様により、出力プレート部7をリング形に形成すれば、ケーブル類Ka,Kb…の配線空間を確保可能になるとともに、特に、筒形に形成する入力回転体11と組合わせることにより、全体構造のシンプル化及び高剛性化に寄与できる。
(5) If the
(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を用いて構成すれば、ケーブル類Ka,Kb…の配線空間を確保できる。この結果、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4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4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
次に、本発明の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 of the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
最初に、同好適実施形態に係る回転減速伝達装置1の理解を容易にするため、基本形態に係る回転減速伝達装置100の構成及び動作について、図1〜図10を参照して説明する。
First, in order to facilitate understanding of the rotation deceleration transmission device 1 according to the preferred embodiment, the configuration and operation of the rotation
この種の回転減速伝達装置100,1は、図9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、回転減速伝達装置100,1を内蔵し、この回転減速伝達装置100,1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。
This type of rotation
図1及び図2に、回転減速伝達装置100の全体構造を示す。なお、図2において、図9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、回転減速伝達装置100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4,インターナルギア部5及び回転出力機構6(出力プレート部7)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6から出力する。
1 and 2 show the overall structure of the rotation
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 configuration of each part will be specifically described. 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、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,Kb…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 tubular
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、回転減速伝達装置100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4は、全体を金属素材(特殊鋼等)によりフレキシブル性を有する無端ベルト状に構成し、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4の全体形状を示すとともに、図5に、フレックスギア部4の一部の拡大形状を示す。フレックスギア部4は、外周面に、周方向Ffに沿ったアウタギア4gを形成する。
The
また、アウタギア4gを構成する各歯部(山部)4gs…の一つ置きに伝達ピン本体4pm…を埋設(穴に圧入)する。この場合、各歯部(山部)4gs…は、各伝達ピン本体4pm…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。なお、伝達ピン本体4pm…は、各歯部(山部)4gs…の一つ置きに配した例を示したが、各伝達ピン本体4pm…の間隔は任意に設定できる。各伝達ピン本体4pm…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し、図8に示すように、一端側を、各歯部(山部)4gs…に埋設するとともに、他端側を、フレックスギア部4の側面から横側方(図8では上方)に突出させる。これにより、各伝達ピン本体4pm…は、フレックスギア部4の周方向Ffに沿って一定間隔置きに配される。
Further, the transmission pin main body 4pm ... Is embedded (press-fitted into the hole) every other tooth portion (mountain portion) 4gs ... constituting the
さらに、フレックスギア部4の横側方から突出する各伝達ピン本体4pm…の他端側には伝達ローラ4pr…の偏心位置を回動自在に取付ける。これにより、各伝達ローラ4pr…の偏心位置が各伝達ピン本体4pm…により回動自在に支持される。このように、フレックスギア部4から突出した伝達ピン本体4pm…と、この伝達ピン本体4pm…を軸にして偏心位置が回動自在に支持される伝達ローラ4pr…により伝達ピン部4p…が構成される。なお、伝達ピン部4p…はこのような伝達ピン本体4pm…と伝達ローラ4pr…により構成することが望ましいが、伝達ローラ4pr…を使用することなく伝達ピン本体4pm…の形状を選定した一体化した伝達ピン部4p…であってもよい。
Further, the eccentric position of the transmission roller 4pr ... Is rotatably attached to the other end side of each transmission pin body 4pm ... Protruding from the lateral side of the
他方、フレックスギア部4の内周面であって、各歯部(山部)4gs…間の谷部4gd…に対応するそれぞれの位置には、図5に示すように、U形形状となる切込部4c…を放射方向Fdに形成する。これにより、各谷部4gd…と各切込部4c…間の厚さは、オーバルシャフト部3の回転に対して円滑かつ安定に追従可能なフレキシブル性(弾性)が確保される。図5における実線部分が、図4に示すフレックスギア部4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に示すフレックスギア部4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。
On the other hand, on the inner peripheral surface of the
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4のアウタギア4g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4に形成するアウタギア4g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4g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。
The entire
この場合、フレックスギア部4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4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4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4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 outer peripheral shape of the
回転出力機構6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4に対向する端面12sには、出力プレート部7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2に示す出力プレート部7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。
The
また、出力プレート部7はリング形(リング板状)に形成するとともに、伝達ローラ4pr…が係合可能な複数の係合孔7sh…を形成する。係合孔7sh…は、出力プレート部7の周方向Ffに沿って所定間隔置きに形成するとともに、出力プレート部7が回転したときの伝達ローラ4pr…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。なお、出力プレート部7をリング形に形成すれば、ケーブル類Ka,Kb…の配線空間を確保可能になるとともに、特に、筒形に形成する入力回転体11と組合わせることにより、全体構造のシンプル化及び高剛性化に寄与できる利点がある。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。
Further, the
このように、回転出力機構6を構成するに際し、伝達ピン本体4pm…を軸にして偏心位置が支持される伝達ローラ4pr…,及びこの伝達ローラ4pr…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、回転伝達時に伝達ローラ4pr…の変位を許容する複数の係合孔7sh…を放射方向Fdに設けたリング形の出力プレート部7を用いて構成すれば、周方向Ffの異なる位置で生じる係合孔7sh…に対する伝達ピン部4p…の変位を有効に吸収することができる。したがって、係合孔7sh…と伝達ピン本体4pm…を直接係合させた際に生じる無用な応力を排除し、伝達ピン部4p…から回転出力機構6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。
In this way, when the
よって、このような基本形態に係る回転減速伝達装置100によれば、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を内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部5と、外周の周方向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4gを有するとともに、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本体4pm…及びこの伝達ピン本体4pm…を軸にして偏心位置が回動自在に支持される伝達ローラ4pr…により構成した伝達ピン部4p…を有するフレックスギア部4と、この伝達ピン部4p…が係合し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に伝達ピン部4p…の変位を許容する複数の係合孔7sh…を放射方向Fdに設けた出力プレート部7を有する回転出力機構6とを備えるため、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。
Therefore, according to the rotation
この結果、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、耐久性及び信頼性の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ことから、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、全体構造における薄型化が可能になる。したがって、小型化に限界のあった、特に産業用ロボット等の更なる小型化を容易に実現することができる。 As a result, it can be easily manufactured, the manufacturing cost can be significantly reduced, and metal fatigue and malfunctions can be significantly reduced. Therefore, durability and reliability can be improved, and initial cost and running can be improved. It is possible to realize a significant cost reduction in terms of both costs. Moreover, since the conventional flexspline is not required, the size of the arrangement space in the axial direction Fs can be reduced, and the overall structure can be made thinner. Therefore, further miniaturization of industrial robots and the like, which has a limit in miniaturization, can be easily realized.
また、回転減速伝達装置100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。
Further, if the rotation
次に、このような基本形態を有する回転減速伝達装置100の動作について、図1〜図9を参照し、主に図10(a)〜(d)に従って説明する。なお、図10(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 rotation
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10(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4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10(a)の状態では、フレックスギア部4のアウタギア4g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. 10A shows a state before the rotation of the cam
次いで、カム本体部3cが、図10(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10(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10(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4g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4g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4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 cam
さらに、カム本体部3cが図10(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10(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10(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4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。
Further, it is assumed that the cam
次いで、カム本体部3cが図10(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10(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10(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4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4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 cam
さらに、減速されたフレックスギア部4の回転運動は、回転出力機構6に伝達される。即ち、フレックスギア部4から突出する伝達ピン部4p…は、出力プレート部7の係合孔7sh…に係合する偏心位置が支持される伝達ローラ4pr…を備えるため、出力プレート部7はフレックスギア部4の回転運動に完全に同調して回転する。この場合、伝達ピン部4p…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係合孔7sh…により吸収される。
Further, the decelerated rotational motion of the
そして、図2に示すように、出力プレート部7の回転運動は、入力した回転運動に対して大きく減速されるとともに、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7以外の回転出力機構6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を支点に高精度で回転制御される。
Then, as shown in FIG. 2, the rotational movement of the
次に、このような基本形態を踏まえ、本発明の好適実施形態に係る回転減速伝達装置1について、図11〜図14を参照して詳細に説明する。 Next, based on such a basic embodiment, the rotation deceleration transmission device 1 according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 14.
本実施形態は、前述した基本形態における、特に、伝達ピン部4p…と出力プレート部7を変更した点が異なる。即ち、本実施形態は、図11〜図14に示すように、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4p…を有するフレックスギア部4を備えるとともに、各伝達ピン部4p…が係合し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に、伝達ピン部4p…の変位を許容する係合孔7sh…を形成した係合部7s…を設けた出力プレート部7を有する基本構成は基本形態と同じであるが次の点が異なる。
This embodiment is different from the above-mentioned basic embodiment in that the
第一に、伝達ピン部4pを構成するに際し、基本形態では、伝達ピン本体4pmにより伝達ローラ4prの偏心位置を支持する構成を採用したが、第一実施形態では、伝達ピン部4pを構成するに際し、フレックスギア部4から突出した伝達ピン本体4pmと、この伝達ピン本体4pmを軸にして中心位置が回動自在に支持される伝達ローラ4prにより構成した。したがって、伝達ピン部4p…が係合孔7sh…に係合する際における伝達ピン部4p…と係合孔7sh…間の接触摩擦を低減できるため、フレックスギア部4から出力プレート部7への回転伝達を効率的かつ安定に行えるとともに、無用な発熱や減耗を排除して長期使用における信頼性を高めることができる点は基本形態と同様である。
First, when configuring the
第二に、リング板状に形成した出力プレート部7の周方向Ffに沿って所定間隔置きに形成する複数の係合孔7sh…を設けるに際し、基本形態では、出力プレート部7が回転したときの伝達ローラ4pr…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により形成したが、第一実施形態では、図11〜図13に示すように、伝達ピン部4p…の周面(伝達ローラ4pr…の周面)が常時当接し、かつ出力プレート部7の周方向Ff及び放射方向Fdへの当該伝達ピン部4p…の変位を許容する複方向係合孔7sm…により形成した。
Secondly, when a plurality of engaging holes 7sh ... Formed at predetermined intervals along the circumferential direction Ff of the
即ち、図13に示すように、各複方向係合孔7sm…は、出力プレート部7の周方向Ffに沿って、Qs〔°〕(例示は、14.4〔°〕)間隔毎に形成するため、例えば、約1/4周の範囲Zsでは、七つの複方向係合孔7sm…が形成される。したがって、今、図13に示すように、最上部に位置する複方向係合孔7smにおいて、伝達ローラ4prの上端位置が当該複方向係合孔7smの内面上端となる当接位置X1で当接しているものとする。そして、出力プレート部7の回転方向が時計回りであるとすれば、カム本体部3cがQs〔°〕だけ回転することにより、伝達ローラ4prと複方向係合孔7smの当接位置X2は、伝達ローラ4prから見て反時計方向へQs〔°〕だけ角度変位する。同様に、カム本体部3cが、Qs〔°〕×2だけ回転することにより、伝達ローラ4prと複方向係合孔7smの当接位置X3は、伝達ローラ4prから見て反時計方向へQs〔°〕×2だけ変位するとともに、さらに、カム本体部3cが、Qs〔°〕×3だけ回転することにより、伝達ローラ4prと複方向係合孔7smの当接位置X4は、伝達ローラ4prから見て反時計方向へQs〔°〕×3だけ変位する。そして、カム本体部3cが、Qs〔°〕×6だけ回転すれば、伝達ローラ4prと複方向係合孔7smの当接位置X7は、伝達ローラ4prから見て反時計方向へQs〔°〕×6だけ変位し、約1/4周する。なお、X5,X6も途中の当接位置を示している。
That is, as shown in FIG. 13, each bidirectional engaging hole 7sm ... Is formed at intervals of Qs [°] (in the example, 14.4 [°]) along the circumferential direction Ff of the
したがって、複方向係合孔7smの形状は、カム本体部3cが回転する360〔°〕のいずれの角度位置においても、伝達ローラ4prの外周面が複方向係合孔7smの内周面に当接、特に、均一な圧力により常時当接するように形成すればよい。このため、複方向係合孔7smを形成するに際しては、高い加工精度(形状精度)が要求されるが、周方向Ffの異なる位置で生じる係合孔7sh…に対する伝達ピン部4p…の周方向Ff及び放射方向Fdの変位を、いわばカム方式により吸収できるため、係合孔7sh…と伝達ピン部4p…を係合させた際に生じる無用な応力を排除し、伝達ピン部4p…から出力プレート部7に対する安定かつ円滑な回転伝達を行うことができるとともに、特に、剛性が高まることによる精度の高い回転伝達を行うことができる利点がある。
Therefore, in the shape of the bidirectional engaging hole 7sm, the outer peripheral surface of the transmission roller 4pr hits the inner peripheral surface of the bidirectional engaging hole 7sm at any angle position of 360 [°] where the
また、図14は、本実施形態において使用するフレックスギア部4を示しているが、基本形態に対して、各切込部4c…を、より広く形成するとともに、各切込部4c…間に、各伝達ピン本体4pm…を配した点を異ならせた変更例として示している。その他、図11〜図14において、図1〜図10と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
Further, FIG. 14 shows the
よって、このような本実施形態に係る回転減速伝達装置1によれば、特に、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を内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部5と、外周の周方向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4gを有するとともに、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4p…を有するフレックスギア部4と、各伝達ピン部4p…が係合し、かつ周方向Ffに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に伝達ピン部4p…の周方向Ff及び/又は放射方向Fdの変位を許容する係合孔7sh…を形成した係合部7s…を設けた出力プレート部7を有する回転出力機構6とを備えてなるため、前述した基本形態に係る回転減速伝達装置100と同様の作用効果を享受することができる。
Therefore, according to the rotation deceleration transmission device 1 according to the present embodiment, in particular, as a basic configuration, a
即ち、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、耐久性及び信頼性の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。また、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、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等の更なる小型化を容易に実現できる。 That is, since the conventional flexspline that forms the entire shape into a cup shape using a thin metal elastic plate material becomes unnecessary, it can be easily manufactured, the manufacturing cost can be significantly reduced, and metal fatigue and malfunction can be achieved. Etc. can be significantly reduced, so that durability and reliability can be improved, and a significant cost reduction in both initial cost and running cost can be realized. Further, since the conventional flexspline is not required, the size of the arrangement space in the axial direction Fs can be reduced. Therefore, the overall structure can be made thinner, and further miniaturization of industrial robots and the like, which has a limit in miniaturization, can be easily realized.
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。 Although the preferred embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and the present invention does not deviate from the gist of the present invention in terms of detailed configuration, shape, material, quantity, numerical value, and the like. It can be changed, added, or deleted as desired within the range.
例えば、伝達ピン部4p…は、フレックスギア部4から突出した伝達ピン本体4pm…と、この伝達ピン本体4pm…を軸にして中心位置が回動自在に支持された伝達ローラ4pr…により構成した場合を示したが、伝達ローラ4pr…を使用することなく伝達ピン本体4pm…の形状を選定することにより、一体化した伝達ピン部4p…として構成してもよい。また、フレックスギア部4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6には、回動自在に支持され、かつ端面12sに、出力プレート部7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。また、各伝達ピン4p…は、アウタギア4gにおける各歯部(山部)4gsの位置に対応して設けた場合を例示したが、必ずしも位置を対応させる必要はないとともに、各伝達ピン4p…の数量及び間隔は、各歯部(山部)4gs…の数量と間隔に一致させる必要はない。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。さらに、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。なお、フレックスギア部4の内周面であって、各歯部(山部)4gs…間の谷部4gd…に対応するそれぞれの位置に、U形形状となる切込部4c…を放射方向Fdに形成した場合を例示したが、切込部4c…の形状や位置(間隔)は任意であり、また、必ずしも設けることを要しない。
For example, the
本発明に係る回転減速伝達装置は、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各種回転減速伝達装置として利用できる。 The rotation deceleration transmission device according to the present invention can be used as various rotation deceleration transmission devices that require a function of decelerating and outputting an input rotational movement, including a joint mechanism for connecting an arm portion of an industrial robot.
1:回転減速伝達装置,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,4:フレックスギア部,4g:アウタギア,4p…:伝達ピン部,4pm…:伝達ピン本体,4pr…:伝達ローラ,5:インターナルギア部,5g:インナギア,6:回転出力機構,7:出力プレート部,7s…:係合部,7sh…:係合孔,7sm…:複方向係合孔,11:入力回転体,11i:内周面,11o:外周面,Ff:周方向,Fd:放射方向,Fs:軸方向,T…:噛合位置,Ka:ケーブル類,Kb:ケーブル類,S:配線空間 1: Rotational deceleration transmission device, 2: Rotational input section, 3: Oval shaft section, 3c: Cam body section, 3bi: Inner ring, 3bo: Outer ring, 3bm ...: Rolling element, 4: Flex gear section, 4g: Outer gear, 4p ...: Transmission pin part, 4pm ...: Transmission pin body, 4pr ...: Transmission roller, 5: Internal gear part, 5g: Inner gear, 6: Rotational output mechanism, 7: Output plate part, 7s ...: Engagement part, 7sh ... : Engagement hole, 7sm ...: Multi-directional engagement hole, 11: Input rotating body, 11i: Inner peripheral surface, 11o: Outer peripheral surface, Ff: Circumferential direction, Fd: Radiation direction, Fs: Axial direction, T ...: Engagement Position, Ka: Cables, Kb: Cables, S: Wiring space
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