JP3477208B2 - 産業用ロボットの駆動ユニット - Google Patents

産業用ロボットの駆動ユニット

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、好適には産業用ロボット用の、請求の範囲
第１項の前文に記述する種類の駆動ユニットに関する。
この駆動ユニットは、ロボットの腕の動きを駆動するモ
ータと減速歯車を備える。
背景技術 いわゆる擬人型（anthropomorphic type）の産業用ロ
ボットでは、スタンドが脚部の上に回転可能に装架さ
れ、そしてそのスタンドが、これに対して回転可能な第
１のロボット腕を支持している。この第１腕の外端に第
２のロボット腕が回転可能に軸支されている。この第２
腕はこれの外端にロボットハンドを支持する。このロボ
ットハンドは工具取付け器を備え、そして第２腕に対し
て２つの自由度を以って回転することができる。上記２
つのロボット腕とロボットハンドにそれぞれ駆動ユニッ
トが備えられている。第１ロボット腕と第２ロボット腕
の駆動ユニットはそれぞれ、モータと、非常に高い歯車
比の減速歯車、例えば、いわゆるRV歯車（ロータリ・ベ
クタ（rotary vector））またはいわゆるハーモニック
・ドライブ（harmonic drive）を備える。それら駆動ユ
ニットはしばしば、スタンドの中で第１腕の回転中心の
両側に設置され、そしてその各モータ軸が第１腕の回転
軸心と平行になるような向きに設定される（米国特許第
4,396,344号、第５図参照）。駆動ユニットがスタンド
から延出する場合に生じる短所として、物体が存在し得
ない範囲の半径を規定するロボットの「エルボウ・ルー
ム（elbow−room）」が大きくなり、従ってロボットの
操作範囲が小さくなる。この問題を解決する１つの方法
は、短かいロータと大きい直径を有するモータを使用す
ることである。しかしそれは高価になる。
産業用ロボットの駆動モータは、現在、ロータに永久
磁石を備えるインバータ・フェッド（inverter−fed）
同期モータで構成される。このモータの性能は主とし
て、ロータの体積およびロータの長さと直径との比によ
って決まる。大きな直径ではより大きなトルクが得ら
れ、そして小さな直径では慣性モーメントがより小さ
く、従って高い加速度が得られる。最も費用効果なモー
タは、ロータの長さと直径との間の商が１に近いときに
得られるが、この場合、ステータ巻線と軸受シールドが
延出することによって、モータは長くて狭い外観を与え
られる。そのようなモータで得られる低いトルクは、よ
り高い速度とより大きい歯車比とによって補償され得
る。
モータの回転数は、モータを駆動するインバータ内の
エレクトロニクスの速度によって大きく決定され、そし
て現在約4,000RPM（回転／分）までの速度が可能であ
る。4,000RPMの速度のモータを使用できるためには歯車
は240の率（factor）で減速することが可能でなければ
ならない。容認できる歯車直径で、２段の平行軸心歯車
ユニットによってそのことを行うのは不可能である。そ
のためには３段歯車ユニットに変えなければならない。
発明の要約 本発明の目的は、産業用ロボットのための費用効果な
駆動ユニットであって、モータと歯車ユニットを備え、
そして、最少の遊び、迅速な加速性、および最小の全体
的体積を以って高い減速歯車比を備えるという特性をも
った駆動ユニットを提供することである。この目的は本
発明によれば、モータ突出部が歯車ケース上に置かれる
横方向に向いた細長い形のモータと、２段の歯車ユニッ
トとを備える駆動ユニットによって達せられる。その歯
車ユニットの第１段はかさ歯車対で構成され、第２段は
円筒形歯車対で構成される。
図面の簡単な説明 本発明は、以下に添付図面を参照して行う実施形態の
記述からさらに詳細に理解されよう。
第１図は本発明による駆動ユニットの側面図である。
第２図は第１図の駆動ユニットの断面図である。
好適実施例の説明 図面に示される駆動ユニットは、前述した型式の産業
用ロボットのスタンドに固定され、そして例えば第１ロ
ボット腕を水平軸心周りで回転させる。この駆動ユニッ
トは、歯車ケース11に装架される長くて狭い形のモータ
10を備える。このモータは、その軸12が第１ロボット腕
の軸心に平行な水平ラインに対し直角になるような向き
に設定され、そしてその突出部が歯車ケース上に置かれ
る。歯車ケースは２段の歯車ユニットを収容する。その
第１段はかさ歯車対とされ、第２段は円筒形歯車対とさ
れる。
第２図は歯車ケース11を横断する断面図である。モー
タ軸12にかさ歯車ピニオン13が固定され、このピニオン
に、中間軸15の外端に固定のより大径のかさ歯車14がか
み合う。中間軸15は２つの軸受16によって心出しされ
る。これら軸受の間で小径の円筒形歯車17が中間軸15に
固定される。その小径歯車17に、２つの軸受19で心出し
された出力軸20に固定のより大径の円筒形歯車18がかみ
合う。
モータの速度が高いほど歯車ユニットのより高い歯車
比が必要になる。転がり接触だけをする歯車対の通常の
歯車切削では、10:1の最大歯車比が得られる。そのよう
な歯車の効率は各段について98％である。このことは、
歯車ユニットが数段の歯車対を備えた場合でも、その効
率損失は小さいということである。一方、体積と価格は
１段増すごとに増大する。240:1の歯車比を作る場合、
２段の平行軸心歯車ユニットでは大径歯車の直径は非現
実的なものになる。３段歯車ユニットにすれば歯車の直
径は妥当なものにできるが、しかしこの場合その全体的
な体積と製造価格が大きくなる。この第３段の価格の増
加は相当に大きく、従って３段歯車ユニットは経済的に
現実的でない。
通常、転がり接触だけをするかさ歯車対は10:1の最大
歯車比を作れる。トルクを転がりと滑りとの組合せで伝
達するハイポイド歯車の場合では15:1の歯車比を作るこ
とができよう。しかし効率は３％落ちて約95％になる。
スピロイド歯車や純ウォーム歯車によればより大きい歯
車比が得られるが、効率は著しく低くなる。滑り接触だ
けを行う純ウォーム歯車の場合効率は約50％である。後
者の歯車は自己制止的（self−inhibiting）であり、こ
れにより、ロボット軸からのインパルス・モーメント力
時に歯車はロックされ得る。このようなロックは産業用
ロボットでは受入れられない。
歯車の最少歯数は切削工具の寸法による。従って、通
常11以下の歯数の歯車は製作できない。アンダカットや
歯先修正のような違った方法を適用すれば歯数はもっと
少なくできる。しかしその第１の方法は歯元を弱くし、
第２の方法は歯先を弱くする。ジャーナル・オブ・メカ
ニカル・デザインの1990年９月号、第112巻、第430−43
6頁に記載の歯形によれば非常に少ない歯数の歯車を製
造することができ、これにより、歯車比が大きく、そし
て心ぶれで生じる遊びに対する感度が低い歯車装置（to
othed gearings）を作ることができる。従って、上記の
歯車切削による平行軸心歯車とハイポイド歯車対とを組
合せることによって、２段での240:1の歯車比を作るこ
とができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−279969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−34011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−83256（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−227776（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−54483（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−962（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275891（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−37061（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−93551（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−169683（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16H 37/04 F16H 1/00 - 1/26 H02K 7/00 - 7/20 B25J 1/00 - 21/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】モータ軸（12）が減速アングル歯車ユニッ
    ト（13,14,17,18）を介して出力軸（20）に結合されて
    いる電気モータ（10）を備える、産業用ロボットのため
    の駆動ユニットにおいて、該歯車ユニットが２段の歯車
    対のみを備え、第１段が高い減速歯車比のかさ歯車対
    （13,14）および第２段が高い減速歯車比の平行軸心歯
    車対（17,18）であり、該モータ（10）の長さがその横
    方向寸法より大きく、そして該出力軸方向のモータ突出
    部が歯車ケース（11）上に置かれることを特徴とする駆
    動ユニット。
  2. 【請求項２】前記モータ軸（12）が前記出力軸（20）に
    対しほぼ直角に向けられていることを特徴とする請求の
    範囲第１項の駆動ユニット。
  3. 【請求項３】前記モータ軸（12）と前記出力軸（20）と
    の間の歯車比が170:1より大きいことを特徴とする請求
    の範囲第１項または第２項の駆動ユニット。
  4. 【請求項４】歯車ケース（11）が前記モータ（10）を支
    持し、このモータの軸（12）は該歯車ケース内に延在
    し、該モータ軸にかさ歯車ピニオン（13）が固定され、
    回転可能な中間軸（15）が２つの軸受（16）によって心
    出しされ、該中間軸の一方の端に大径かさ歯車（14）が
    固定され、また該軸受の間に小径円筒形歯車（17）が固
    定され、前記出力軸（20）が前記中間軸（15）と平行に
    回転可能に軸支され、該出力軸に大径円筒形歯車（18）
    が固定され、そして前記かさ歯車ピニオン（13）が前記
    大径かさ歯車（14）とかみ合い、前記小径円筒形歯車
    （17）が前記大径円筒形歯車（18）とかみ合う構成を備
    えることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項まで
    のいずれか１項の駆動ユニット。
  5. 【請求項５】前記小径円筒形歯車（17）の歯数が10より
    少ないことを特徴とする請求の範囲第４項の駆動ユニッ
    ト。
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