JP6137623B2 - 歯車装置、及びマニピュレータ - Google Patents
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Description
例えば、射出成形やダイカスト成形等の成形分野においても、成形後の製品を金型から取り出す際に使用されて、成形の自動化を図るための重要なツールとなっている。
用途によっては、旋回タイプのアームを備えたマニピュレータを求められることもあるが、構造が複雑でありコストがかかる等の理由から、一定角度内のみ回転する回動タイプのマニピュレータが求められるケースも多い。
なお、前述した回動タイプのマニピュレータに備えられたアームは、振り子のように限られた角度範囲を運動するので、搖動アームと称されることもある。
特許文献1又特許文献2に開示される減速装置は、内公転歯車を使った歯車装置を備えている。
マニピュレータの駆動源として、小さなサーボモータを使用すれば、マニピュレータの小型化と軽量化に有利である。
しかし、小さなサーボモータを使用すれば、サーボモータの回転トルクが小さくなるので、アームに大きな力を与えることが難しくなり、結果、高い可搬力を有するマニピュレータを設計することが難しくなる。
しかし、サーボモータの回転運動をアームの搖動運動に変換させるマニピュレータ等に使用される減速装置は、装置の内部で運動の方向を転換して伝達する必要等もあって、小型化が容易ではない。
(1) 円環状に並べられて外周側と内周側で同心状に配置された2列の歯車部を有する第1の歯車盤と第2の歯車盤を備えて、第1の歯車盤と第2の歯車盤を同一の中心軸により回転自在に軸支し、2つの歯車盤に形成された歯車部が互いに対向するように配することにより、外周側に形成された歯車部を対向させて外周歯車部とし、内周側に形成された歯車部を対向させて内周歯車部とし、外周歯車部と内周歯車部のいずれか一方に駆動用歯車を噛合させて駆動歯車機構を形成し、他方の歯車部に出力用歯車を噛合させて出力歯車機構を形成するとともに、駆動用歯車を駆動軸に配し、駆動軸の一端を回転駆動装置に連結して駆動軸の周方向に回転自在とし、出力用歯車を出力軸に配し、出力軸の一端を歯車盤と同一の中心軸で回転自在に軸支して出力軸の他端を搖動自在とした、歯車装置であって、第1の歯車盤と第2の歯車盤において、外周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を異ならせ内周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を同一とする、又は、外周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を同一とし内周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を異ならせる、構成とした。
(3)(1)に記載の歯車装置を備えて、回転駆動装置をサーボモータとし、出力軸の他端に搖動アームを配した。
また、本発明の歯車装置を使用すれば、高い可搬力を有するアームを備えたマニピュレータの小型化が容易である。
図1から図6は本発明の実施形態に係わり好ましい例を示したものであって、図1はマニピュレータの構成を説明する要部断面図であり、図2は歯車装置の構成を説明する要部断面図である。図3及び図4は歯車装置の構成を説明する概念図であり、図5及び図6は搖動アームの動作の挙動を説明する概念図である。
また、図7は、本発明による他の実施形態に係わり歯車装置の構成を説明する要部断面図である。
図1に第1実施形態によるマニピュレータの構成を示す。モータ側ケース22とアーム側ケース23の中に、サーボモータ2、並びに、後述する歯車装置15等を備えて、歯車装置15の出力軸8の先端に搖動アーム9を配している。
歯車装置15は、円盤状の第1歯車盤5及び第2歯車盤6を有しており、第1歯車盤5及び第2歯車盤6は、後述する2列の歯車部が外周側と内周側で互いに対向するように向かい合わされた状態で配されて、同一の中心軸20により回転自在に軸支されている。
第1歯車盤5の外周側には、歯車部を形成するための歯列が、前述した中心軸20の位置を中心として、円環状に並べられて形成されており、第1外周側歯車部5Aを形成している。また、第1外周側歯車部5Aの内周側には、円環状に並べられて第1外周側歯車部5Aと同心状(同心円状と称することもある)に配置された第1内周側歯車部5Bが形成されている。
第2歯車盤6の外周側には、歯車部を形成するための歯列が、前述した中心軸20の位置を中心として、第1外周側歯車部5Aと対向する方向に円環状に並べられて形成されており、第2外周側歯車部6Aを形成している。
そして、第2外周側歯車部6Aの内周側には、第1内周側歯車部5Bと対向する方向に円環状に並べられて、第2外周側歯車部6Aと同心状に配置された、第2内周側歯車部6Bが形成されている。
また、第1内周側歯車部5Bと第2内周側歯車部6Bの間に、出力用歯車7を配して、第1内周側歯車部5Bと第2内周側歯車部6Bの両方に噛合させて、出力歯車機構12を形成する。
第1実施形態においては、サーボモータ2を図示しない電源及び制御装置に接続することにより回転自在に制御し、サーボモータ2に接続された駆動軸3の回転を自在に制御することによって、駆動軸3に取り付けられた駆動用歯車4の回転を自在に制御する。
ここで、出力軸8は出力用歯車7を貫通するよう伸びて、その一端が内周側に向かい中心軸20において回転リング21により回転自在に軸支されており、他端が外周側に向かいその先端に搖動アーム9が取り付けられている。
第1歯車盤5と第2歯車盤6が回転すると、第1内周側歯車部5B及び第2内周側歯車部6Bが回転するので、第1内周側歯車部5B及び第2内周側歯車部6Bに噛合している出力用歯車7が回転する。
図示しない制御盤からサーボモータ2に指令信号を送信して、サーボモータ2を回転させると駆動軸3が回転し、駆動軸3に取り付けられた駆動用歯車4が回転する。
駆動用歯車4が回転すると、駆動歯車機構11において駆動用歯車4に噛合する第1外周側歯車部5Aと第2外周側歯車部6Aが回転し、それぞれ第1歯車盤5と第2歯車盤6を回転させる。
この場合、駆動用歯車4の歯数が10山で、サーボモータ2が1分間に100回転したと仮定すると、第1の歯車盤5は、1分間に25回転(1000/40回転)し、第2歯車盤6は、第1歯車盤5と反対方向に、1分間に約25.64回転(1000/39回転)する。
即ち、第1実施形態においては、第1歯車盤5と第2歯車盤6が逆方向に回転する状態となっており、駆動用歯車4が1分間で100回転した際において、第1歯車盤5と第2歯車盤6に、約0.64回転の回転速度差が生じている状態となる。
つまり、出力用歯車7は、第1内周側歯車部5Bと第2内周側歯車部6Bで、歯数にして1分間で19.2山程度の回転速度差を受けることになる。
しかし、第1歯車盤5と第2歯車盤6が逆方向に回転し、且つ、その回転速度に差があった場合には、図5或いは図6に示すように、中心軸20を中心とする回転運動することになり、歯車盤の周方向に回転(公転と称することもある)し、歯数の差の1/2に相当する分だけ、出力軸8が公転して回動し、揺動アーム9が移動する。
なお、出力軸8の公転範囲は、駆動用歯車4によって限定されるため、角度として300度程度までの範囲である。
そのため、中心軸20を中心とする回転運動することになり、歯数の差の1/2に相当する分だけ、出力軸8が公転して回動し、揺動アーム9が移動する。
第1実施形態の場合、出力歯車機構12を形成する内周側歯車部の歯数が30山であるので、公転方向に約0.32回転(19.2山/2×1/30山)したことになる。
これを角度にすると、1分間で約115.2度(19.2山/2×180度/15山)程度、出力軸8が回転し、搖動アーム9が回動することになる。
しかし、本発明に適応できる歯数についてはこれに限るものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において、歯数の変更は可能であることは言うまでもない。
したがって、サーボモータ2の回転数を減速できるから、極めて簡単な構成で、大減速比の歯車装置を構成できるという優れた作用効果を奏する。
また、本発明の第1実施形態では、中心軸20を中心とする公転の回転角度として300度程度に制限されるが、製品取り出し装置等、多くの装置に使用される一般的なマニピュレータの回転角度として十分なものである。
2 サーボモータ
3 駆動軸
4 駆動用歯車
5 第1歯車盤
5A 第1外周側歯車部
5B 第1内周側歯車部
6 第2歯車盤
6A 第2外周側歯車部
6B 第2内周側歯車部
7 出力用歯車
8 出力軸
9 揺動アーム
15 歯車装置
11 駆動歯車機構
12 出力歯車機構
20 中心軸
21 回転リング
22 モータ側ケース
23 アーム側ケース
Claims (3)
- 円環状に並べられて外周側と内周側で同心状に配置された2列の歯車部を有する第1の歯車盤と第2の歯車盤を備えて、
第1の歯車盤と第2の歯車盤を同一の中心軸により回転自在に軸支し、2つの歯車盤に形成された歯車部が互いに対向するように配することにより、
外周側に形成された歯車部を対向させて外周歯車部とし、内周側に形成された歯車部を対向させて内周歯車部とし、
外周歯車部と内周歯車部のいずれか一方に駆動用歯車を噛合させて駆動歯車機構を形成し、他方の歯車部に出力用歯車を噛合させて出力歯車機構を形成するとともに、
駆動用歯車を駆動軸に配し、駆動軸の一端を回転駆動装置に連結して駆動軸の周方向に回転自在とし、
出力用歯車を出力軸に配し、出力軸の一端を歯車盤と同一の中心軸で回転自在に軸支して出力軸の他端を搖動自在とした、歯車装置であって、
第1の歯車盤と第2の歯車盤において、外周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を異ならせ内周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を同一とする、
又は、外周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を同一とし内周歯車部で向かい合う歯車部の歯数を異ならせる、
ことを特徴とした歯車装置。 - 前記駆動用歯車を外周歯車部に噛合させる請求項1記載の歯車装置。
- 請求項1に記載の歯車装置を備えて、回転駆動装置をサーボモータとし、出力軸の他端に搖動アームを配したマニピュレータ。
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