JP6556375B2 - 減速装置及びロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに適用される減速装置及び該減速装置を搭載するロボットに関する。

電動機は高速回転に適している一方で、ロボットの関節軸は電動機に比べると低速回転でよいが高トルクを要する。そこで、ロボットの関節軸には電動機と減速装置とが組み合わせられて適用されていることが多い。

ロボット用の減速装置は、回転方向の精度を保つために、コンパクトすなわち小型であること、剛性が大きいこと及びバックラッシが小さいことを要する。従来技術の一例である特許文献１には、これらを満たす歯車を用いた減速装置の一例である不思議遊星歯車を用いた高減速比の減速装置が開示されている。また、他の従来例として、波動歯車を用いる場合には、減速装置は電動機と同軸に配置することを要する。

特開昭６０−２３６５４号公報

しかしながら、上記の従来技術によれば、不思議遊星歯車を用いた場合にはロボットの関節軸に要求される減速比を得るためには大型化してしまい、波動歯車を用いた場合には減速装置は電動機と同軸に配置することを要するため電動機の関節軸の軸方向分だけ減速装置を含む装置が大型化してしまう。そのため、減速装置を含む装置の小型化を維持しつつロボットの関節軸に要求される減速比を得ることは困難である、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロボットの関節軸に適用可能な減速比である減速装置を含む装置を従来よりも小型化することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の太陽歯車と、前記第１の太陽歯車と同軸に設置されて歯数が前記第１の太陽歯車とは異なる第２の太陽歯車と、前記第１の太陽歯車と嵌合した第１の遊星歯車と、前記第２の太陽歯車及び前記第１の遊星歯車の双方に嵌合して歯数が前記第１の遊星歯車と同一の第２の遊星歯車と、前記第１の太陽歯車、前記第１の遊星歯車及び前記第２の遊星歯車の軸の相対位置を回転自由に固定して前記第１の太陽歯車よりも低い回転速度で回転するキャリア部とを備え、前記第１の太陽歯車と前記第２の太陽歯車とを互いに逆方向に同一の回転速度で回転させることを特徴とする。

本発明によれば、ロボットの関節軸に適用可能な減速比である減速装置を含む装置を従来よりも小型化することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る減速装置の一例を示す概要図 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面を示す図 実施の形態２における減速装置を用いた装置の一例を示す側面図 図３のＩＶ−ＩＶにおける断面を示す図 図３に示す装置のキャリア部が回転した状態を示す側面図 実施の形態３に係るロボットである単軸ロボットの一例を示す斜視図

以下に、本発明の実施の形態に係る減速装置及びロボットを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る減速装置の一例を示す概要図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面を示す図である。

図１に示す減速装置１００は、第１の太陽歯車１ａと、第１の太陽歯車１ａと同軸に設置されて歯数が異なる第２の太陽歯車１ｂと、第１の太陽歯車１ａと嵌合している第１の遊星歯車２ａと、第２の太陽歯車１ｂ及び第１の遊星歯車２ａの双方に嵌合して第１の遊星歯車２ａと歯数が同一の第２の遊星歯車２ｂと、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの回転軸４ｄ、第１の遊星歯車２ａの回転軸４ａ及び第２の遊星歯車２ｂの回転軸４ｂの相対位置を回転自由に固定して第１の太陽歯車１ａよりも低い回転速度で回転するキャリア部５とを備え、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとは、互いに逆方向に同一の回転速度で回転する。

また、減速装置１００は、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとを互いに逆方向に同一の回転速度で回転させる構成を含む。このような構成には、図２に示すように、第１の傘歯車３ｃと、第２の傘歯車３ａと、第３の傘歯車３ｂとを備える構成を例示することができる。なお、図２では、図１の紙面手前側のキャリア部５をキャリア部５ａと表し、図１の紙面奥側のキャリア部５をキャリア部５ｂと表している。

第１の傘歯車３ｃは、第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂの双方に垂直に設置され、且つ双方と嵌合している。第２の傘歯車３ａは、第１の太陽歯車１ａと同軸に設置され、第１の太陽歯車１ａと同一の回転方向に同一の回転速度で回転する。第３の傘歯車３ｂは、第２の太陽歯車１ｂと同軸に設置され、第２の太陽歯車１ｂと同一の回転方向に同一の回転速度で回転する。

なお、実施の形態１においては、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとを互いに逆方向に同一の回転速度で回転させる構成には傘歯車を備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとを互いに逆方向に同一の回転速度で回転させることができる構成であれば特定の構成に限定されるものではない。

第１の遊星歯車２ａの回転軸４ａと、第２の遊星歯車２ｂの回転軸４ｂと、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの回転軸４ｄとは、キャリア部５に回転自由に取り付けられており、回転軸４ａ，４ｂ，４ｄの相対位置は、キャリア部５によって固定されている。

実施の形態１の構成では、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとは、歯数が異なり、この歯数の差を利用して減速が行われる。実施の形態１の構成によれば、第１の傘歯車３ｃが回転すると、第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂを介して、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとが互いに逆回転する。このとき、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの各々に嵌合する第１の遊星歯車２ａ及び第２の遊星歯車２ｂが、互いに嵌合したまま回転軸４ｄを中心として第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの周りを公転することで、第１の遊星歯車２ａと第２の遊星歯車２ｂの回転軸４ａ，４ｂを固定しているキャリア部５は、回転軸４ｄを中心に回動する。このように、第１の傘歯車３ｃの回転軸を入力として、キャリア部５を出力とする減速装置１００を実現することができる。

図１において、第１の太陽歯車１ａが時計回りに回転すると、他の歯車は図１に示す矢印の向きに回転する。すなわち、第１の遊星歯車２ａは反時計回りに回転し、第２の遊星歯車２ｂは時計回りに回転し、第２の太陽歯車１ｂは反時計回りに回転する。

また、出力であるキャリア部５から取り出される回転速度は、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂの歯数の差により第１の太陽歯車１ａの回転速度が減速されたものとなる。ここで、第１の太陽歯車１ａの歯数Ｚａ及び第２の太陽歯車１ｂの歯数Ｚｂを用いると、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの回転数に対するキャリア部５の回転数は、第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとの歯数の差|Ｚａ−Ｚｂ|を第１の太陽歯車１ａと第２の太陽歯車１ｂとの歯数の和（Ｚａ＋Ｚｂ）で割った値|Ｚａ−Ｚｂ|／（Ｚａ＋Ｚｂ）である。一例として、Ｚａ＝１０１、Ｚｂ＝１００とすると、キャリア部５の回転数は、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの回転数の１／２０１である。

実施の形態１で説明したように、差動機構により、第１の傘歯車３ｃの回転軸を入力とし、キャリア部５を出力とした高い減速比を持つ小型の減速装置を実現することができる。また、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの組立時に回転方向の隙間を調整し、又は遊星歯車の軸間を弾性的に寄せると、減速装置のバックラッシを小さくすることができる。

以上、実施の形態１にて説明したように、小型化可能な高減速比の減速装置を実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、上記の実施の形態１で説明した減速装置に電動機が接続された構成例について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における減速装置を用いた装置の一例を示す側面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶにおける断面を示す図である。なお、図３，４において、図１，２と同一の構成には同一の符号を付している。

図３には、第１の太陽歯車１ａと、第２の太陽歯車１ｂと、回転軸４ａ，４ｂ，４ｄと、キャリア部５ａ，５ｃと、電動機６と、シャフトホルダ７ａと、軸受保持部１０ａ，１０ｂと、静止部筐体１１ａ，１１ｃ，１１ｄと、装置保持部１２ａ，１２ｃとが示されている。なお、キャリア部５ｃは、キャリア部５の上部である。

図３のＩＶ−ＩＶにおける断面を示す図４には、第１の太陽歯車１ａと、第２の太陽歯車１ｂと、第１の遊星歯車２ａと、遊星歯車２ｍと、第１の傘歯車３ｃと、第２の傘歯車３ａと、第３の傘歯車３ｂと、回転軸４ａ，４ｃ，４ｄと、キャリア部５ａ，５ｂ，５ｃと、電動機６と、シャフトホルダ７ａ，７ｂと、電動機軸８と、軸継手９と、軸受保持部１０ａ，１０ｂと、静止部筐体１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、装置保持部１２ａ，１２ｂとが示されている。なお、遊星歯車２ｍは、第１の遊星歯車２ａが軸方向に延長された部分であり、回転軸４ｃは、電動機軸８と同軸の回転軸である。また、シャフトホルダ７ｂは、図３においてシャフトホルダ７ａの紙面奥側に配置された部分であり、静止部筐体１１ｂは、図３において静止部筐体１１ａの紙面奥側に配置された部分であり、装置保持部１２ｂは、図３において装置保持部１２ａの紙面奥側に配置された部分である。

なお、静止部筐体１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをまとめて静止部筐体１１と称する。なお、図３において装置保持部１２ｃの紙面奥側には図示しない装置保持部１２ｄが配置されており、装置保持部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをまとめて装置保持部１２と称する。

静止部筐体１１は、装置保持部１２によって平面に設置されて保持されている。静止部筐体１１には、電動機６の静止部と、電動機６の電動機軸８と同軸の回転軸４ｃを支える軸受と、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの回転軸４ｄとが固定されている。

電動機軸８は、軸継手９を介して回転軸４ｃと第１の傘歯車３ｃを回転させる。第１の傘歯車３ｃは、第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂの双方に回転を伝える。第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂは、回転軸４ｄを回転軸として回転する。

また、第２の傘歯車３ａと第１の太陽歯車１ａとは固定されており、これらは同一の回転方向及び同一の回転速度で回転し、同軸に設置されている。同様に、第３の傘歯車３ｂと第２の太陽歯車１ｂとは固定されており、これらは同一の回転方向及び同一の回転速度で回転し、同軸に設置されている。

また、第１の太陽歯車１ａは第１の遊星歯車２ａと嵌合されており、第１の遊星歯車２ａは回転軸４ａを軸とする。

なお、図４には示されていないが、第２の太陽歯車１ｂは第２の遊星歯車２ｂと嵌合しており、第２の遊星歯車２ｂは回転軸４ｂを軸とする。ここで、第１の遊星歯車２ａは、図４に示す遊星歯車２ｍのように中央付近まで軸方向に延長されており、同様に中央付近まで延長された第２の遊星歯車２ｂと嵌合している。ここで、キャリア部５は、第１の太陽歯車１ａ、第２の太陽歯車１ｂ、第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂの回転軸４ｄと、第１の遊星歯車２ａの回転軸４ａと、第２の遊星歯車２ｂの回転軸４ｂとを回転自由に固定している。

図３，４に示す構成によれば、電動機６の入力に対してキャリア部５が出力となり、電動機６を減速した回転が出力であるキャリア部５から得られる。これは、第１の傘歯車３ｃと、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの差動との２カ所で減速されるためである。一例として、第１の傘歯車３ｃの歯数を２０とし、第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂの歯数を４０とし、第１の太陽歯車１ａの歯数を５０とし、第２の太陽歯車１ｂの歯数を４８とする。第１の傘歯車３ｃ、第２の傘歯車３ａ及び第３の傘歯車３ｂによる減速比は２であり、第１の太陽歯車１ａ及び第２の太陽歯車１ｂの差動による減速比は４９である。従って、この例においては、キャリア部５の回転速度は、電動機６の回転速度に対して、１／９８である。

図５は、図３に示す装置のキャリア部５が回転した状態を示す側面図である。なお、第１の遊星歯車２ａの歯数と第２の遊星歯車２ｂの歯数とは同一であることを要するが、歯数は減速装置の減速比には影響しないため、これらの歯数は特定の数に限定されるものではない。

以上、実施の形態２にて説明したように、電動機６を入力とし、キャリア部５を出力とした小型化可能な高減速比の減速装置を実現することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、上記の実施の形態２で説明した装置を適用したロボットについて説明する。

図６は、実施の形態３に係るロボットである単軸ロボットの一例を示す斜視図である。なお、図６において、図１から図４と同一の構成には同一の符号を付している。図６に示すロボットは、実施の形態２の装置を備える。図６に示すロボットでは、静止部筐体１１に固定された電動機軸の長手方向に次のリンクが配置されており、静止部筐体１１は土台に固定され、静止部筐体１１には電動機６の静止部と減速装置の回転軸４ｄとが固定されている。

キャリア部５は、静止部筐体１１に対して回転又は直動移動し、電動機６の回転に対して減速比を持つ関節軸を構成しており、回転軸４ｄを中心とし、電動機６の回転速度が減速された回転速度で回転する。

実施の形態３によれば、図６に示すようにロボットの次のリンクが電動機６の出力軸の長手方向になるように設置することができる。そのため、電動機６をアームの長手方向に配置することができ、アームを小型化することが可能である。

このように、実施の形態３に係るロボットは、低コストで小型化することが可能である。

ところで、精度が要求される産業ロボットでは、波動歯車を用いた減速装置が用いられることが多い。実施の形態３に係るロボットは、波動歯車を用いることなく平歯車と傘歯車とで構成されている。そのため、実施の形態３に係るロボットは、波動歯車を用いた減速装置よりも低コストで実現することができる。

また、不思議遊星歯車を用いると、減速比を高くするためには減速装置を含む装置が大型化してしまう。また、波動歯車を用いる場合には、電動機６と減速装置とを同軸に設けることを要し、減速装置を含む装置が大型化し、減速装置を含む装置がロボットである場合にはロボットのアームの幅を大きくすることを要する。実施の形態３に係るロボットでは、不思議遊星歯車を用いることなく図６に示すように電動機６をアームの長手方向に配置することができる。そのため、実施の形態３に係るロボットは、アームの幅を小さくすることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ａ 第１の太陽歯車、１ｂ 第２の太陽歯車、２ａ 第１の遊星歯車、２ｂ 第２の遊星歯車、２ｍ 遊星歯車、３ａ 第２の傘歯車、３ｂ 第３の傘歯車、３ｃ 第１の傘歯車、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 回転軸、５，５ａ，５ｂ，５ｃ キャリア部、６ 電動機、７ａ，７ｂ シャフトホルダ、８ 電動機軸、９ 軸継手、１０ａ，１０ｂ 軸受保持部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 静止部筐体、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 装置保持部、１００ 減速装置。

Claims (3)

1. 第１の太陽歯車と、
   前記第１の太陽歯車と同軸に設置されて歯数が前記第１の太陽歯車とは異なる第２の太陽歯車と、
   前記第１の太陽歯車と嵌合した第１の遊星歯車と、
   前記第２の太陽歯車及び前記第１の遊星歯車の双方に嵌合して歯数が前記第１の遊星歯車と同一の第２の遊星歯車と、
   前記第１の太陽歯車、前記第１の遊星歯車及び前記第２の遊星歯車の軸の相対位置を回転自由に固定して前記第１の太陽歯車よりも低い回転速度で回転するキャリア部とを備え、
   前記第１の太陽歯車と前記第２の太陽歯車とを互いに逆方向に同一の回転速度で回転させることを特徴とする減速装置。
2. 電動機によって回転する第１の傘歯車と、
   前記第１の傘歯車によって前記電動機の回転軸と垂直な軸で回転する第２の傘歯車と、
   前記第１の傘歯車に嵌合して前記第２の傘歯車と同軸で前記第２の傘歯車とは逆回転する第３の傘歯車とを有し、
   前記第１の太陽歯車は、前記第２の傘歯車に固定されて前記第２の傘歯車と同軸で回転し、
   前記第２の太陽歯車は、前記第３の傘歯車に固定されて前記第３の傘歯車と同軸で回転することを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
3. 請求項２に記載の減速装置と、
   前記電動機を固定する静止部筐体とを備え、
   前記キャリア部が、前記静止部筐体に対して回転又は直動移動し、前記電動機の回転に対して減速比を持つ関節軸を構成していることを特徴とするロボット。

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