JPH0420753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ２組の調和駆動型減速機を用い、ロボツトアー
ムとの結合部を備え、部品として独立して取り扱
える高剛性、高精度の関節ユニツトである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えば、多関節ロボツトに用いら
れ、関節部のみを簡単に交換可能なようにユニツ
ト化した高精度、高剛度でしかも小型な関節ユニ
ツトに関する。

今日の産業用ロボツトの分野では精密部品の組
立用ロボツトの要求が高まりロボツト自身の精度
が必要となつて来た。このようなロボツトを実現
するため、ロボツトの構成要素の一つである関節
部の高性能化が必要とされる。

〔従来の技術〕

本発明出願人は、多関節ロボツトの関節部に関
して既に２件の発明を申請中である。

これらはいずれも、２組の調和駆動型減速機と
駆動源のモータとが関節部の内部に不可分に組み
込まれた構造のもので、１件の実願昭60−24071
（昭和60年２月21日出願）により、関節部のバツ
クラツシユを無くし剛性を高めるために、２組の
調和駆動型減速機の出力内歯歯車を回転方向にず
らして偏角を与えて組み込んだ関節機構について
であり、他の１件は特願昭61−208726（昭和61年
９月４日出願）により、線形入力に対して出力軸
に現れる非線形性にもとずく周期的位置ずれ誤差
を解決するため、２組の調和駆動型減速機の波動
発生器の長軸方向を90度ずらして組み込んだ動力
伝達装置についてである。

前者をもとに従来例を説明する。

第４図は多関節アーム型ロボツトの側面図で、
第５図は第４図の′−′断面を拡大して表した
従来の関節部の断面図、第６図は関節部に組込ま
れた調和駆動型減速機Ａの左側面図で、当該減速
機の動作原理の説明に用いるものである。

第４図において２０は基台、２１〜２５はアー
ムである。アーム２１〜２５はその関節部３１〜
３３・３１′〜３３′で屈曲または回転可能に接続
されている。第５図は第１番目の屈曲関節部３１
の拡大断面図であり、回転軸４を軸支している第
１アーム２１は第２アーム２２を回転可能に支持
している。回転軸４にはモータＭのロータが固定
されており、ロータの外側のステータは第２アー
ム２２に固定されていて駆動源であるモータＭを
構成し、回転軸４は入力軸４′となつている。モ
ータＭを挟んで、入力軸４′には一対の調和駆動
型減速機Ａ，Ｂの波動発生器８ａ，８ｂが固定さ
れている。第６図は調和駆動型減速機Ａの左側面
図であり、内側から順に楕円形の波動発生器８
ａ、ベアリング９ａ、可撓性材料よりなる外歯歯
車１０ａ、外歯歯車１０ａの円周上の２点でそれ
ぞれかみ合つており、且つ外歯歯車１０ａより歯
数の少ない固定内歯歯車１１ａ、および固定内歯
歯車１１ａの裏側に配設され外歯歯車１０ａと歯
数の等しい出力内歯歯車１２ａとからなつてい
る。もう一方の調和駆動型減速機Ｂも同様に構成
されている。各調和駆動型減速機Ａ，Ｂの固定内
歯歯車１１ａ，１１ｂは一次側部材となる第１ア
ーム２１に直接固定されており、出力内歯歯車１
２ａ，１２ｂは二次側部材となる第２アーム２２
に直接固定されている。

この構成における関節部の動作を説明する。

第６図において入力軸４′がモータＭで駆動さ
れて反時計方向に回転すると、楕円形の波動発生
器８ａ，８ｂが同じ方向に回転する。これによ
り、外歯歯車１０ａ，１０ｂは可撓性材料よりな
るため、波動発生器８ａ，８ｂの回転に従つて変
形し、固定内歯歯車１１ａ，１１ｂとかみ合いな
がら、波動発生器８ａ，８ｂが１回転する毎に歯
数の差だけ時計方向へ回転し、出力内歯歯車１２
ａ，１２ｂを歯数の差だけ時計方向へ回転させ、
第２アーム２２を第１アームに対して屈曲させ
る。また、反対方向へ駆動軸４′が回転すると、
外歯歯車８ａ，８ｂが逆回転して第２アーム２２
を伸長させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した従来の技術では、調和駆動型減速
機の各構成要素が、駆動源たるモータとともに、
ロボツトのアームに直接固定されて組立られてア
ームの関節部分を構成しており、関節部だけの独
立した部品としてユニツト化されていなかつた。

即ち、関節部分はロボツト本体の組み立ての際
にアームの一部として形成されるため、特に高精
度が要求される最近のロボツト用の関節部を、ロ
ボツト本体組立工程とは別の専用の組立ラインで
組み立てることが不可能であり、関節部としての
特性にバラツキが大きく均一性が得られないとい
う問題があつた。

またモータが関節部に内蔵されているため、組
立にくく、減速機の注油やモータのメンテナンス
が容易でないうえに、動作時にモータから発生す
る熱がアームを通じて放散され、アームの熱膨張
による位置ずれが生じるという問題もあつた。

さらに関節部の故障修理の際などに、アームを
ロボツト本体から取り外す必要があり、例えば、
第４図において、第２アーム２２の関節部３１に
組み込まれた調和駆動型減速機の構成要素を交換
する場合、アーム２２を取り外す必要があり、正
常な関節部３２を分解することになり、分解、再
組立の作業が煩雑であるなどの問題もあつた。

一方、入力軸と内歯歯車群との間に存在する偏
心等によつて、関節部の動作の際に、外歯歯車と
内歯歯車群との噛み合い深さが波動発生器の回転
により周期的に変動する。即ち、波動発生器の長
軸が偏心方向を向いた時に噛み合い深さは最大と
なり、偏心方向と直角方向を向いた時に最小とな
り、噛み合い深さの変動は入力軸の１回転の間に
最大→最小を２回繰り返す。この噛み合い深さの
変動により、入力回転角に対する出力回転角の関
係が直線関係からずれてしまい、このずれは入力
軸の回転に伴つて周期的に発生する位置ずれ誤差
となるので、関節部の精度を低下させるという問
題があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、第１アームとの結合部を備え、
駆動モータに直結される入力軸を回転自在に軸支
する第１部材と、第２アームとの結合部を備え、
前記第１部材に回転自在に支持される第２部材
と、円周上に可撓性の外歯歯車が配設された楕円
形の波動発生器と、該外歯歯車とかみ合うリング
状の、固定内歯歯車および出力内歯歯車とよりな
る調和駆動型減速機が少なくとも２組と、 から構成され、 前記２組の調和駆動型減速機は、前記それぞれ
の波動発生器の長軸方向が90度ずらした状態で前
記入力軸に固定され、且つ前記固定内歯歯車が前
記第１部材に固定され、しかも前記出力内歯歯車
がそれぞれの前記固定内歯歯車に対して互いに逆
方向にねじられ偏角が与えられて前記第２部材に
固定されていることを特徴とする本発明の関節ユ
ニツトよより解決される。

〔作用〕

２組の調和駆動型減速機が、関節ユニツトとし
て独立して、専用の組立ラインで上記のように組
立てられているので、２組の出力内歯歯車は偏角
を与えれているため剛性が向上する。また、両減
速機の波動発生器90度ずらして入力軸に固定され
ているので、関節ユニツトの組立時に生ずる外歯
歯車群と内歯歯車との間の微少な偏心による歯の
かみ合い深さの変動は、入力軸１回転あたり、最
大噛み合い深さが４回繰り返えされ、噛み合い深
さの変動幅が減少するので、該深さ変動に起因す
る周期的非線形位置ずれ誤差が低減される。さら
に、駆動モータは関節ユニツトの外部に後で組付
けられるため、関節ユニツト内部やモータのメン
テナンスが容易となり、またモータの放熱が向上
しアームの熱膨張による位置ずれも低減する。

また関節部の修理などの際、正常な関節部に影
響を及ぼすことなく故障関節ユニツトだけを交換
できる。

〔実施例〕

以下図面を参照しながら本発明の実施例を説明
する。

第１図は本発明に係る関節ユニツトの断面図
で、第２図は波動発生器の組込み状態を示す図で
同図ａは第１図の−′断面図、同図ｂは第１
図の−′断面図、第３図は出力内歯歯車の偏
角を示す図である。

第１図は、関節ユニツトが屈曲していない状
態、即ち、ロボツトの２組のアームが一直線上に
にあることに相当する状態を示している。

図において、４′は関節ユニツトに後付けされ
るモータＭ等の駆動源に直結される入力軸で、ベ
アリング５を介して第１部材１と第２部材２とに
より軸支されている。１は第１部材で、一端にロ
ボツトの第１アーム２１と例えば、いんろう型嵌
め合いで結合するための結合部１ａが形成されて
いる。２は第２部材で、同様に第２アーム２２へ
の結合部２ａが形成されており、ベアリング６を
介して第１部材１により回転可能に支持されてい
る。

Ａ，Ｂは調和駆動型減速機で、入力軸４′に固
定された楕円形の波動発生器８ａ，８ｂ、ベアリ
ング９ａ，９ｂ、可撓性材料よりなる外歯歯車１
０ａ，１０ｂ、外歯歯車１０ａ，１０ｂの円周上
の２点でそれぞれかみ合つており、且つ外歯歯車
１０ａ，１０ｂより歯数の少ない固定内歯歯車１
１ａ，１１ｂ、同様にかみ合つており外歯歯車１
０ａ，１０ｂと歯数の等しい出力内歯歯車１２
ａ，１２ｂで構成されている。

各調和駆動型減速機Ａ，Ｂの固定内歯歯車１１
ａ，１１ｂは第１部材に固定されており、出力内
歯歯車１２ａ，１２ｂは第２部材２に固定されて
いる。

固定内歯歯車１１ａ，１１ｂと出力内歯歯車１
２ａ，１２ｂの少なくとも一方の内歯歯車例えば
出力内歯歯車１２ａ，１２ｂとは第３図のように
互いに異なる回転方向へずらすことにより偏角α
を与えて第２部材２２に固定されている。

さらに、各調和駆動型減速機Ａ，Ｂの波動発生
器８ａ，８ｂは第２図のように互いにその長軸方
向を回転方向に90度ずらして、入力軸４′に固定
されている。

以上説明した構成の関節ユニツトは、独立した
一つの部品として、ロボツト本体の組立とは別の
専用工程で組立られるので、２組の調和駆動装置
を、上述の状態に容易に組込むことができるの
で、以下述べるように、関節部の性能を向上させ
ることが容易であり、さらに特性の均一な関節部
を能率良く生産できる。又ロボツトの本体の組立
や故障修理の際に、アームへの結合が嵌め合い等
により高精度に且つ簡単に実現できる。

次ぎに、本関節ユニツトの動作を説明する。

モータ等の駆動源により入力軸４′が回転する
と前述の調和駆動型減速機の原理により、その回
転は減速されて調和駆動型減速機Ａ，Ｂの固定内
歯歯車１１ａ，１１ｂを介して第２部材に伝達さ
れ、第２部材は第１部材１に対して屈曲し両部材
に結合されているロボツトのアーム２１，２２が
屈曲する。この動作時において、第３図に示すよ
うに、出力内歯歯車１２ａと１２ｂとの間に偏角
αが与えてあるので、両減速機の間で内歯と外歯
の歯の接触面が逆になつており、入力軸４′の回
転方向が反転する際に生じる、歯の遊びによるバ
ツクラツシユが防止され、剛性の高い関節ユニツ
トが得られる。また、両減速機の波動発生器８
ａ，８ｂは、第２図に示すように、90度ずらして
入力軸４′に固定されているので、関節ユニツト
の組立時に生ずる外歯歯車群と内歯歯車との間の
微少な偏心による歯のかみ合い深さの変動を減少
できるため、該深さ変動に起因する周期的非線形
位置ずれ誤差が低減される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、高剛性
で非直線性位置ずれ誤差が少なく、モータの発熱
による悪影響を低減することが可能なロボツトの
関節部を、取扱い容易な独立したユニツトとして
提供でき、多関節型ロボツト等の高性能化に貢献
することが顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る関節ユニツトの断面
図、第２図は、波動発生器の組込み状態を示す
図、第３図は、出力内歯歯車の偏角を示す図、第
４図は、多関節アーム型ロボツトの側面図、第５
図は、従来の関節部の断面図、第６図は、調和駆
動型減速機Ａの左側面図、である。 図において、１……第１部材、１ａ……結合
部、２……第２部材、２ａ……結合部、４′……
入力軸、５……ベアリング、６……ベアリング、
Ｍ……モータ、Ａ，Ｂ……調和駆動型減速機、８
ａ，８ｂ……波動発生機、９ａ，９ｂ……ベアリ
ング、１０ａ，１０ｂ……外歯歯車、１１ａ，１
１ｂ……固定内歯歯車、１２ａ，１２ｂ……出力
内歯歯車、２１……第１アーム、２……第２アー
ム、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１アームとの結合部１ａを備え、駆動モー
   タに直結される入力軸４′を回転自在に軸支する
   第１部材１と、 第２アームとの結合部２ａを備え、前記第１部
   材１に回転自在に支持される第２部材２と、 円周上に可撓性の外歯歯車１０ａ，１０ｂが配
   設された楕円形の波動発生器８ａ，８ｂと、該外
   歯歯車１０ａ，１０ｂとかみ合うリング状の、固
   定内歯歯車１１ａ，１１ｂおよび出力内歯歯車１
   ２ａ，１２ｂとよりなる調和駆動型減速機が少な
   くとも２組と、 から構成され、 前記２組の調和駆動型減速機は、前記それぞれ
   の波動発生器８ａ，８ｂの長軸方向が90度ずらし
   た状態で前記入力軸４′に固定され、且つ前記固
   定内歯歯車１１ａ，１１ｂが前記第１部材１に固
   定され、しかも前記出力内歯歯車１２ａ，１２ｂ
   がそれぞれの前記固定内歯歯車１１ａ，１１ｂに
   対して互いに逆方向にねじられ偏角が与えられて
   前記第２部材２に固定されていることを特徴とす
   る関節ユニツト。