JP6755571B1 - 駆動力伝達装置およびロボットハンド - Google Patents
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Abstract
Description
このような現状に対し、近年、ロボットハンド等を用いる各種の工程では、動作の高精度化が要求されており、駆動力伝達装置に関してもバックラッシの改善が求められている。
そして、第1回転部または第2回転部の一方に外部から駆動力が入力されて回転駆動されると、凹面と凸面とが接触せずに、複数の球体が、それぞれ、穴に収容されつつ、第1回転部の回転軸の周囲を公転して溝内を移動する。
これにより、本開示の駆動力伝達装置は、潜在的に、バックラッシを改善する、という効果を奏する。
実施例1の駆動力伝達装置1を図1〜図12等を用いて説明する。
駆動力伝達装置1は、例えば、ロボットハンドに用いられ、モータ等の駆動力発生部で発生する駆動力を、アーム等の被駆動部に伝達するものである。
駆動力伝達装置1は、以下に説明する第1回転部2、第2回転部3、支持部4および3つの球体5A、5B、5Cを備える。
第1伝達部2aは、第2回転部3との間で駆動力の入出力を行う部分であり、駆動力の伝達に関わる部位として、球面形の凹面7を有する。凹面7により形成される空間は、第1回転部2の回転軸αの方向に関して一方側に開口している(以下の説明では、回転軸αの方向を第1軸方向と呼ぶことがある。)
第2伝達部3aは、第1回転部2との間で駆動力の入出力を行う部分であり、駆動力の伝達に関わる部位として、球面形の凸面13を有する。さらに、第2回転部3は、自身の回転軸βが回転軸αと直交するように、かつ、凹面7に凸面13が嵌るように組み付けられている(以下の説明では、回転軸βの方向を第2軸方向と呼ぶことがある。)。
なお、回転軸部3b1、3b2は、互いに径が等しく、回転軸部3b1、3b2それぞれにおいて、被軸受部15b1、15b2をなす部分、および、回転軸部3b2の内、被軸受部15b2よりも第2軸方向の他方側の部分がごくわずかに他の部分よりも径小である。
ベース部17は、第1回転部2を回転自在に支持する部分である。また、ベース部17は、例えば、厚めの1枚の矩形状の板からなり、矩形の中央を厚さ方向に貫通するように孔19が設けられている。また、矩形の4角にサイド部18A、18Bとのネジ締結に用いられるネジ穴20が設けられている。
なお、第1伝達部2aは、ベース部17の第1軸方向の一方側に配置され、回転軸部2bは、小径の部分が孔19からベース部17の第1軸方向の他方側に突き出ている。
締結部22は、サイド部18A、18Bそれぞれにおいて、ネジ穴24が2か所離れて設けられ、これらのネジ穴24が第1、第2軸方向の2方向に垂直な第3軸方向に平行に並ぶように組み付けられる(図2参照。)。
ここで、凸面13には、2本の溝29、30が設けられ、凹面7には、3つの穴32A、32B、32Cが設けられている。そして、球体5A、5B、5Cは、それぞれ穴32A、32B、32Cに部分的に収容されている。また、球体5A、5Bは、それぞれ穴32A、32Bから突き出た部分が溝29に収容され、球体5Cは、穴32Cから突き出た部分が溝30に収容されている。
また、溝29、30は、例えば、第2軸方向の一方側と他方側とに離れており、回転軸β、および、凸面13において最も突き出ている位置を含む面を対称面として鏡像対称性を有する。
すなわち、第1回転部2を第1軸方向に関して一方側から視たときに、第1回転部2が時計回りに見える方向に回転する側をプラス側、反時計回りに見える方向に回転する側をマイナス側と定義する(図6等参照。)。
すなわち、第2回転部3を第2軸方向に関して他方側から視たときに、第2回転部3が時計回りに見える方向に回転する側をプラス側、反時計回りに視える方向に回転する側をマイナス側と定義する(図4等参照。)。
すなわち、基準状態では、図4〜図6に示すように、穴32A、32B、および、球体5A、5Bが第2軸方向に関して同じ位置、かつ、回転軸βを含んで第3軸方向に垂直な面を対称面として鏡像対称性を有する位置に存在している。また、穴32Cおよび球体5Cは、第2軸方向に関して穴32A、32B、および、球体5A、5Bよりも第2軸方向の他方側、かつ、第3軸方向に関して回転軸βと同じ位置に存在している。
すなわち、第1回転部2の回転範囲は、回転軸αの周囲に、−45°から+45°に設定されている。また、第2回転部3の回転範囲は、回転軸βの周囲に、+45°から−45°に設定されている。
実施例1の駆動力伝達装置1の動作特性を図13〜図15等を用いて説明する。ここで、取り上げる動作特性は、以下に説明する圧力角である。
圧力角は、球体5A、5B、5Cごとに定義されるものであり、具体的には、次のように定義される。
なお、溝30における外側の開口縁30eoに関しても同様である。
つまり、駆動力伝達装置1に関し、第2回転部3が入力側、第1回転部2が出力側である場合、第1、第2回転部2、3がどの回転角に存在しても、圧力角θA、θB、θCの中に60°以下となるものが存在している。
実施例1の駆動力伝達装置1は、次の第1、第2回転部2、3および、球体5A、5B、5Cを備える。まず、第1回転部2は、駆動力の入出力の一方を担うとともに凹面7を有し、第2回転部3は、駆動力の入出力の他方を担うとともに凹面7に嵌まる凸面13を有する。また、球体5A、5B、5Cは、凹面7と凸面13との間に保持される。
さらに、穴32A、32B、32Cおよび溝29、30は、第1回転部2および第2回転部3の全回転範囲において加圧状態となるように設けられている。
また、穴32A、32B、32Cおよび溝29、30は、第1、第2回転部2、3の全回転範囲において加圧状態となるように設けられている。すなわち、第1、第2回転部2、3の全回転範囲において、球体5A、5B、5Cそれぞれの圧力角θA、θB、θCの中に60°以下となるものが存在する。これにより、第1、第2回転部2、3はそれぞれ第1、第2周方向に確実に駆動力が作用して回転することができる。
これにより、第1、第2回転部2、3は、互いに3点で支持し合うことができる。このため、第1、第2回転部2、3の回転を安定させることができる。
実施例2の駆動力伝達装置1を図16〜図26等を用いて説明する。
実施例2の駆動力伝達装置1は、第1、第2回転部2、3間で、6つの球体5E、5F、5G、5H、5I、5Jを介して、駆動力を伝達する(図19参照。)。
すなわち、実施例2の溝35は、実施例1と同様の略V字形状の屈折部が第2周方向に、6個、連続する形状であり、6個の屈折部は、回転軸βを包囲する周を形成する(図22等参照。)。
また、凸面13の内、第2軸方向に関して所定の位置よりも一方側の領域は、溝35の深さだけ縮小する縮小面36を形成しており、溝35は、第2軸方向に関して所定の位置よりも他方側に設けられている。なお、縮小面36は球面である(図17および図18等参照。)
また、屈折部35F、35G、35H、35I、35Jも、屈折部35Eと同じ形状であり、それぞれ、頂部35T、一方部35A、他方部35B、および、一方端35AE、他方端35BEを有する。さらに、屈折部35E、35F、35G、35H、35I、35Jは、それぞれ、実施例1の溝29、30と同様の外側の開口縁35eoを有する(図19および図22等参照)。
ここで、実施例2の駆動力伝達装置1の回転角0°の基準状態、つまり、第1、第2回転部2、3の回転角が両方とも0°の位置を次のように定義する。
すなわち、第1回転部2がプラス側またはマイナス側に所定の回転角の範囲だけ回転すると、第2回転部も、第1回転部2と同じ側に同じ回転角の範囲だけ回転する。また、第1、第2回転部2、3は、プラス側、マイナス側いずれの側にも360°以上回転可能である。さらに、球体5E、5F、5G、5H、5I、5Jと屈折部35E、35F、35G、35H、35I、35Jとは、60°回転するごとに、同様の動作を繰り返す。
なお、この動作は、第1、第2回転部2、3の60°の回転ごとに同様に繰り返されるので、第1、第2回転部2、3が回転角0°から+60°まで回転する場合を取り上げて説明する。
実施例2の駆動力伝達装置1の動作特性を、図27等を用いて説明する。ここで、取り上げる動作特性は、実施例1と同様の圧力角であり、球体5E、5F、5G、5H、5I、5Jごとに、次のように圧力角θE、θF、θG、θH、θI、θJを定義する。
また、圧力角θJは、回転角が0°から、屈折部35Jにおいて球体5Jが他方端35BEから離脱する+10°に到達するまでの間に、例えば、34°から38°まで上昇する。
つまり、実施例2の駆動力伝達装置1では、第2回転部3が入力側、第1回転部2が出力側である場合、第1、第2回転部2、3がどの回転角に存在しても、圧力角θE、θF、θG、θH、θI、θJの中に45°以下となるものが存在している。
実施例2の駆動力伝達装置1によれば、第1回転部2の穴32E、32F、32G、32H、32I、32J、および、第2回転部3の溝35は、第1、第2回転部2、3の全回転範囲において、強加圧状態となるように設けられている。すなわち、第1、第2回転部2、3の全回転範囲において、球体5E、5F、5G、5H、5I、5Jそれぞれの圧力角θE、θF、θG、θH、θI、θJの中に45°以下となるものが存在する。これにより、第1、第2回転部2、3はそれぞれ第1、第2周方向に確実に駆動力が作用して回転することができる。
このため、第1回転部2を、出力側として第1周方向に確実に回転させることができる。
このため、より効率的に、駆動力を第1、第2回転部2、3の回転に利用することができる。
これにより、第1、第2回転部2、3を、回転角360°を超えて同じ方向に回転させ続けることができる。
これにより、溝35に関し、球体5E、5F、5G、5H、5I、5Jと第2回転部3との間の駆動力の伝達に関わらない部分を設ける必要がなくなるので、製造コストを下げることができる。
本願発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例1の駆動力伝達装置1によれば、3つの穴32A、32B、32Cおよび2本の溝29、30が設けられており、実施例2の駆動力伝達装置1によれば、6つの穴32E、32F、32G、32H、32I、32Jおよび1本の溝35が設けられていたが、穴や溝の数は、このような態様に限定されない。すなわち、穴を4つまたは5つ設けてもよく、6つよりも多く設けてもよい。また、溝を3本以上設けてもよい。
Claims (7)
- 駆動力を伝達する駆動力伝達装置において、
駆動力の入出力の一方を担うとともに凹面を有する第1回転部と、
駆動力の入出力の他方を担うとともに前記凹面に嵌まる凸面を有する第2回転部と、
前記凹面と前記凸面との間に保持される複数の球体とを備え、
前記凹面には、前記複数の球体それぞれが個別に収容される複数の穴が設けられ、前記凸面には、前記複数の球体それぞれの前記穴から突き出た部分が収容される溝が設けられ、
前記溝は、1つの頂部、および、前記第2回転部の回転軸の方向に関して一方側に伸びる2つの辺部からなる屈折部を有し、
前記第1回転部または前記第2回転部の一方に外部から駆動力が入力されて回転駆動されると、前記凹面と前記凸面とが接触せずに、前記複数の球体が、それぞれ、前記穴に収容されつつ、前記第1回転部の回転軸の周囲を公転して前記溝内を移動し、
前記屈折部の開口縁の内、外側の開口縁と前記球体との間で駆動力の伝達が行われているときに、前記外側の開口縁の法線の方向と前記球体の進行方向とのなす角度を圧力角と定義し、
さらに、前記複数の球体の中に前記圧力角が60°以下となる球体が存在する状態を加圧状態と定義すると、
前記複数の穴および前記溝は、前記第1回転部および前記第2回転部の全回転範囲において、前記加圧状態となるように設けられていることを特徴とする駆動力伝達装置。 - 請求項1に記載の駆動力伝達装置において、
前記複数の球体の中に前記圧力角が45°以下となる球体が存在する状態を強加圧状態と定義すると、
前記複数の穴および前記溝は、前記第1回転部および前記第2回転部の全回転範囲において、前記強加圧状態となるように設けられていることを特徴とする駆動力伝達装置。 - 請求項1または請求項2に記載の駆動力伝達装置において、
前記屈折部が前記第2回転部の周方向に、複数、連続して前記第2回転部の回転軸を包囲する周を形成することを特徴とする駆動力伝達装置。 - 請求項3に記載の駆動力伝達装置において、
前記凸面の内、前記第2回転部の軸方向に関して所定の位置よりも一方側の領域は、前記溝の深さだけ縮小する縮小面を形成しており、
前記屈折部は、前記第2回転部の軸方向に関して所定の位置よりも他方側に設けられ、
前記辺部は、前記第2回転部の軸方向の一方端が前記縮小面に接続していることを特徴とする駆動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項4の内のいずれか1つに記載の駆動力伝達装置において、
前記凹面と前記凸面との間には、前記球体が、3個以上、保持されていることを特徴とする駆動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項5の内のいずれか1つに記載の駆動力伝達装置において、
前記凹面および前記凸面は球面であることを特徴とする駆動力伝達装置。 - 請求項1ないし請求項6の内のいずれか1つに記載の駆動力伝達装置と、
前記第1回転部または前記第2回転部のいずれか一方に一体化されて前記駆動力伝達装置から伝達された駆動力により回転駆動されるアームとを備えるロボットハンド。
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