JPH07308882A

JPH07308882A - 産業ロボットの関節装置

Info

Publication number: JPH07308882A
Application number: JP27972194A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Matsumoto; 和幸松本; Masataka Hashimoto; 正孝橋本; Mitsuyoshi Iwata; 満善岩田
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2590404B2

Abstract

(57)【要約】【目的】最も大きな振動がロボットに生じる時のポイ
ントをロボットによる作業のうち溶接作業等のように正
確な作業軌跡を要する作業の領域外にシフトできる産業
ロボットの関節装置を提供する。【構成】産業ロボットの関節装置の減速装置が前段回
転伝導手段と後段回転伝導手段から構成され、駆動モー
タが駆動系の固有振動数に対応する回転数を通常制御域
内に有し、後段回転伝達手段が１／２５乃至１／６０の
減速比を備え、偏心揺動型遊星歯車装置により構成され
る。前段回転伝導手段が平行軸型歯車装置により構成さ
れ、平行軸型歯車装置の減速比が駆動系の固有振動数以
下となるように一定の範囲に設定され、減速装置の総減
速比が後段回転伝導手段の減速比に基づいて一定の範囲
に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は産業ロボットの関節装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】産業ロボットにおいては、
一般に、作業に適した出力トルクを得るため、アーム等
の関節部の駆動系には、高速低トルクの電動サーボモー
タまたは電動パルスモータと、この出力を低速高トルク
に変換する減速装置とを用いている。また、そのような
減速装置は、例えば、減速比１／１２０程度の大減速比
を有していること、また、歯車間のガタ、すなわち、い
わゆるバックラッシュが小さいこと、さらに、慣性を小
さくするため軽量であること等が要求される。

【０００３】このような要求を満たす従来の減速装置と
しては、例えば、特開昭５９−１７５９８６号公報に開
示されているような調和歯車装置（撓み噛合い式の遊星
歯車装置）および特開昭５９−１０６７４４号公報に開
示されているような偏心揺動型の遊星歯車装置がある。
前者の減速比は一般に１／８０〜１／３２０程度であ
り、後者の減速比は一般に１／６〜１／２００程度であ
る。また、前者は後者に比し減速比当たりの外径、重量
が小さく、かつ、ほとんどのロボットアームの関節部の
駆動用減速装置として必要な減速比および機械的強度を
満足している。したがって、ロボットアームの関節部駆
動用減速装置のほとんどは調和歯車装置単体が適用さ
れ、まれに、調和歯車装置でも得られないほどの大減速
比を必要とするもの、すなわち、小容量高速回転（例え
ば、出力が１０００ワット以下で回転数が５０００ｒｐ
ｍ）型のモータをロボットアームの駆動に用いる場合の
ように１／６２５程度の減速比を必要とするもの、につ
いては特開昭５６−１５２５９４号公報に開示されてい
るように調和歯車装置に前段減速装置を結合したものが
用いられている。

【０００４】しかしながら、上述した各減速装置をロボ
ットの関節装置に用いた場合、減速装置に入力する電動
モータ回転数が低い領域で減速装置とロボットアーム等
とがねじり共振を起こすという問題点があった。共振現
象としては、ロボットアームの関節部近傍にねじり振動
が現われることが多く、その結果、ロボットアームの先
端位置が定まらなくなり、ロボットによる作業のうち溶
接、シーリング、組立等、、一般に電動モータの低回転
数領域で行われる作業において、正確な作業軌跡を得ら
れない等の問題が生じる。

【０００５】このような問題に対し、特開昭５８−２１
１８８１号公報には、発生した振動を打ち消すように電
動モータの速度指令信号を変化させる電気的制御方式が
提案されている。しかしながら、このような方式におい
てはフィードバックゲインを大きくすると系が不安定と
なり、特に剛性の低いロボット駆動系においては、逆に
発振し易くなるという問題を生じるため、ゲインを大き
くできず、したがって、充分な振動打ち消し効果を得ら
れない。また、特開昭５９−１７５９８６号公報には高
張力を与えたタイミングベルトで減速機を駆動し、該ベ
ルトで振動を吸収する方式のものが提案されている。し
かしながら、この方式においてはタイミングベルトが破
断するという危険がある。また、特開昭５９−１１５１
８９号公報には減速機の主軸にばねとおもりから成る吸
振器を取付ける方式が提案されている。しかし、この方
式においては遠心力により吸振器が破損したり、ロボッ
トの負荷荷重に対応しておもり等を調整しなければなら
ないという問題点がある。

【０００６】

【発明の目的】そこで、本発明は、最も大きな振動がロ
ボットに生じる時のポイントをロボットによる作業のう
ち溶接作業等のように正確な作業軌跡を要する作業の領
域外にシフトできる産業ロボットの関節装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【発明の構成】特許請求の範囲第１項記載の発明は、ロ
ボットの第１部材と、第１部材に回動自在に支持された
ロボットの第２部材と、第１部材に一体的に取り付けら
れた電動モータの回転を減速して第２部材に伝達する減
速装置と、を備えた産業ロボットの関節装置において、
前記減速装置が、前記電動モータの回転数を減速する前
段回転伝導手段および前段回転伝導手段の出力の回転数
を減速する後段回転伝導手段を有し、前記電動モータ
が、該電動モータ、前記減速装置および前記第２部材を
含んで構成される駆動系の固有振動数に対応する回転数
を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、前記
前段回転伝導手段の出力が入力されるカム軸、カム軸の
回転により駆動される外歯歯車、および外歯歯車に噛み
合う内歯歯車を有し、前記カム軸の一回転当たりに一定
回数の実質トルク変動を生じ前記駆動系を実質的に加振
する特性を有する遊星歯車装置によって構成され、前記
前段回転伝導手段が、前記遊星歯車装置とは型式の異な
る所定減速比の歯車装置によって構成され、該歯車装置
の減速比が、該減速比に前記電動モータの通常制御域に
おける毎秒当たりの最高回転数と前記カム軸の一回転当
たりにおける前記遊星歯車装置の実質トルク変動回数と
を乗じた値が前記駆動系の固有振動数以下となるよう
に、設定されていることを特徴としている。

【０００８】特許請求の範囲第２項記載の発明は、第１
項記載の構成に加え、前記カム軸の一回転当たりにおけ
る遊星歯車装置の実質トルク変動回数が１であることを
特徴としている。

【０００９】特許請求の範囲第３項記載の発明は、第１
項記載の構成に加え、前記カム軸の一回転当たりにおけ
る遊星歯車装置の実質トルク変動回数が複数であること
を特徴としている。

【００１０】特許請求の範囲第４項記載の発明は、第１
項記載の構成に加え、前記前段回転伝導手段が、前記電
動モータの出力軸に連結された太陽歯車、該太陽歯車に
噛み合う遊星歯車、該遊星歯車に噛み合う環状内歯歯
車、および遊星歯車の公転を前記カム軸に伝達する伝達
部材を有する平行軸型歯車装置であることを特徴として
いる。

【００１１】

【実施例】発明者らは、ロボットアームの関節装置に用
いる減速機のばね定数、固有ねじり振動数、トルク変動
等と共振現象との関係につき種々研究を行った。

【００１２】先ず、回転ばね定数の高い減速機をロボッ
トアームの関節装置に用いることによりロボットの駆動
系の固有ねじり振動数ｆ₀ を格段に高めることが可能か
否かについて試算した。しかし、減速機の中立位置付近
の回転ばね定数は大きなものでもロボットアーム自体の
回転ばね定数の１／１０〜１／５であるため、駆動系全
体のばね定数を大して大きくできず、その結果、駆動系
の固有ねじり振動数も大して大きくできない。したがっ
て、既存の減速機によっては固有ねじり振動数ｆ₀ を格
段に高めることが不可能であるとの結論に達した。

【００１３】そこで、発明者らは、振動発生の原因であ
る減速機のトルク変動を無くすことを試みた。具体的に
は偏心揺動型の遊星歯車減速装置機を用い、トルク変動
を阻止ないし減ずるよう、この減速装置の内歯車と外歯
歯車の歯に高精度の仕上げ加工を施し、かつ、トルク変
動が生じてもこれを吸収するよう、偏心入力軸の軸受部
やトルク取出ピンの軸支部等に環状溝を設け、該溝にゴ
ムリングを装着した。しかしながら、このような対策を
施しても、実用域での共振を防ぐことはできず、しか
も、共振が生じる時の電動モータ回転数は、そのような
対策を施さない場合とほとんど同じであることがわかっ
た。

【００１４】このような実験結果から、一定の機構の減
速機であれば、ほぼ一定のトルク変動特性、すなわちロ
ボットの駆動系に対する加振周波数特性を有するとの結
論が導かれた。また、斯かる推論から、ロボット駆動系
に組み込む減速装置の機構を変更すれば、トルク変動特
性が変わり、ロボットに共振が生じる時の電動モータ回
転数を精密作業領域の外に置くことができるとの仮設の
もとに種々の実験を行った。これらの実験の内容および
結果については後述するが、これらの実験結果から仮設
は実証された。

【００１５】以下、本発明に係る産業ロボットの関節装
置を図面に基づいて説明する。第１図ないし第３図は本
件発明の第１実施例を示す図である。

【００１６】まず、構成について説明する。第１図は本
発明に係る産業ロボットの関節装置を用いたロボットの
関節部の全体概略図である。１は電動モータであり、電
動モータ１のフランジ２は減速装置３の筒体４に固定さ
れている。筒体４は第１部材としての第１アーム５の先
端部５ａに固定されている。電動モータ１の出力の回転
軸７は減速装置３の入力回転軸８に連結され、減速装置
３の出力は軸１０に伝達され、軸１０は円筒体１１を貫
通して第２部材としての第２アーム１２に固定されてい
る。第２アーム１２の端部の筒状体１３と第１アーム５
の先端部５ａの下面から下方に突出する円筒型の突出体
１５との間には一対のベアリング１６が介装され第２ア
ーム１２は第１アーム５に回転自在に支持されている。
突出体１５の内周面と円筒体１１の中央部の外周面との
間には一対のベアリング１７が介装されている。円筒体
１１の上部および下部の内面と軸１０との間にはそれぞ
れ一対のベアリング１８が介装されている。したがっ
て、減速装置３は電動モータ１の回転数を減速してロボ
ットの被駆動部すなわち第２アーム１２を回動させる。
また、電動モータ１、減速装置３、第２アーム１２およ
び第２アームに接続された負荷は駆動系を構成する。

【００１７】減速装置３は第２図および第３図に示すよ
うに、電動モータ１の回転数を減速する前段回転伝導手
段としての前段減速機２０と、前段減速機２０に連結さ
れ、回転数をさらに減速する後段回転伝導手段としての
後段減速機２１と、から構成されている。前段減速機２
０は平行軸型歯車装置である。後段減速機２１は固定し
ている内歯歯車２８と内歯歯車２８に噛み合う外歯歯車
２９と、外歯歯車２９に係合して外歯歯車２９を揺動回
転させるカム軸としての入力クランク軸３０と、を有す
る偏心揺動型の遊星歯車装置によって構成されている。
また、内歯歯車２８はピン歯３１を用いたピン歯で構成
され、かつ外歯歯車２９の歯数より１つだけ多い歯数を
有している。また、前段減速機２０は平歯歯車により構
成されている。

【００１８】前段減速機２０の減速比ｉ₁ と後段減速機
２１の減速比ｉ₂ とは、電動モータ１の通常制御回転数
（ロボットの通常作業時、例えば溶接ロボットに主作業
たる溶接作業を行わしめる時、のモータ回転数）の範囲
内でロボットすなわち、第１アーム５および第２アーム
１２と、後段減速機２１との共振が起きないように選択
している。すなわち、電動モータ１の通常制御回転数領
域あるいはロボットによる正確な作業軌跡を要する領域
（溶接作業等を行う作業領域）では、前段減速機２０の
毎秒当たり最高回転数、すなわち、電動モータ１の毎秒
当たり最高回転数に前段減速機２０の減速比を乗じた値
（その値に更に後述するクランク軸３０の一回転当たり
のトルク変動回数である１を乗じた値に相当する）が、
電動モータ１、減速装置３、第２アーム１２に接続され
た負荷から構成される駆動系のねじり発振周波数（固有
ねじり振動数ｆ₀ ）以下になるよう、前段減速機２０の
減速比ｉ₁ を選択する。この実施例においては、電動モ
ータ１の通常制御回転数が０〜１０００ｒｐｍ、前段減
速機２０の減速比ｉ₁ が１／３および後段減速機２１の
減速比ｉ₂ は１／４０であり、減速装置３の全体の減速
比ｉは１／１２０になるように選択されている。前記駆
動系の固有ねじり振動数ｆ₀ は、共振ピーク点における
電動モータ１の回転数、前段減速機２０の減速比ｉ₁ お
よび減速装置３に関して後述するトルク変動特性から逆
算でき、この実施例においては約８．４Hzである。

【００１９】前段減速機２０の減速比ｉ₁ が１／５未満
（分母が大きくなることを意味する。以下同じ）または
後段減速機２１の減速比ｉ₂ が１／２５を超える（分母
が小さくなることを意味する。以下同じ）と、前段減速
機２０に構造の簡単な平行軸歯車装置を採用して１／１
２０の総減速比ｉを得ることは困難となるので、設計的
に不利となる。また、後段減速比２１の減速比ｉ₂ が１
／６０未満または前段減速機２０の減速比ｉ₁ が１／２
を越えて１／１２０の総減速比ｉを得る場合は、電動モ
ータ１の通常制御域において、前段減速機２０の毎秒当
たり最高回転数が、前記駆動系の固有ねじり振動数ｆ₀
（８．４Ｈz ）に近づきあるいはそれ以上となるので、
共振を防止できる範囲が狭くなる。

【００２０】次に、作用について説明する。電動モータ
１を０〜１０００ｒｐｍの通常回転数で回転させると、
減速比ｉ₁が１／３の前段減速機２０の出力回転数は０
〜３３３ｒｐｍとなり、減速比ｉ₂が１／４０の後段減
速機２１の出力回転数は０〜８．３ｒｐｍとなり、この
範囲では大きな振動は生じない。電動モータ１の出力回
転数が１５００ｒｐｍ近辺（この時の前段減速機２０の
出力回転数は１５００ｒｐｍ×１／３＝５００ｒｍｐ近
辺、遊星歯車減速機２１の出力回転数は１５００ｒｐｍ
×１／３×１／４０＝１２．５ｒｐｍ近辺）で最大共振
現象が生じ、この時の振動が最も大きい。このような共
振現象が電動モータ１の通常制御回転数領域外で生じる
理由は明らかではないが、実験結果から推定すると、そ
のような共振現象の主因となるトルク変動が前段減速機
２０ではなく後段減速機２１に生じ、そのトルク変動が
実施例のような偏心揺動型の遊星歯車装置では入力軸
（クランク軸３０）１回転当たり１回（一定回数）生
じ、前記駆動系に対する加振作用をなすためと考えられ
る。

【００２１】調和歯車装置（撓み噛み合い式遊星歯車装
置）の場合は、実験結果から推定すると、入力軸（ウェ
ーブジェネレータ）の１回転当たり２回（一定回数）の
トルク変動が生じる。したがって、これに減速比１／３
の前段減速機を取り付けると、電動モータの回転数が７
５０ｒｐｍ付近で７５０×１／３×２＝５００の毎分当
たりトルク変動が生じ、駆動系の固有振動数ｆ₀ が上記
実施例と同様８．４Ｈz（５００振動／毎分）であるな
らば電動モータの回転数が実用域内である７５０ｒｍｐ
付近で共振が生じるものと考えられる。この場合、毎分
当たり加振数がおおよそ５００のときに共振が生じるの
であるから、調和歯車減速機に減速比ｉ₁ ＝１／６程度
の前段減速機を設けることにより共振時の電動モータの
回転数を実用域外である１５００ｒｐｍを中心とする付
近にまで上げることができる。なお、電動モータ１およ
び前段減速機２０の振動が駆動系の発振に影響をおよぼ
さないのは、これらの振動は小さいこと、後段減速機２
１を介することにより吸収されること等によるものと考
えられる。

【００２２】

【実験例】前述の実施例の減速装置の他に次表の比較例
１〜３に示す減速装置について実施した振動測定試験に
ついて説明する。前述の実施例および比較例１、２の偏
心揺動型の遊星歯車装置は、クランク軸および外歯歯車
の揺動によるアンバランスを防いで振動の振幅を小さく
するため、後述する第２〜第３実施例同様に外歯歯車を
２枚とし、これらを１８０度の位相差をもって組み付け
たもので、かつ、内歯歯車が外歯歯車の歯数より１つ多
い歯数を有するものを用いた。また、調和歯車装置は内
歯歯車が外歯歯車の歯数より２つ多き歯数を有するもの
を用いた。それぞれ、減速装置の減速段数、減速比ｉ
₁ 、ｉ₂ 、回転ばね定数Ｋ₁ （第９図参照）および慣性
モーメントＪは次表に示してある。

【００２３】

【表１】（注１）：遊星歯車減速は偏心揺動型の遊星歯車装置
を、歯車減速は平行軸型の平歯歯車列装置を示す。

【００２４】実験は第５図に示す全体構成図によって実
施した。すなわち、電動サーボモータ５１の出力軸５１
ａに減速装置５２を取付け、減速装置５２に主力軸５２
ａにロボットの被駆動部（第２アーム）の慣性モーメン
トＪに相当する慣性負荷としてフライホイール５３が取
付けられた。フライホイール側面５３ａの半径上の位置
に、円周方向の加速度および振幅を測定できる圧電素子
を利用した加速度ピックアップ５４を取り付けた。この
加速度ピックアップ５４の出力はインジケータ５６に連
結されている。モータ５１、減速装置５２およびフライ
ホイール５３から成る駆動系の固有振動数ｆ₀ は約８．
４Hzになるよう調整してある。電動モータの回転数を変
化させて、その時のフライホイールの加速度の大きさを
測定した。測定結果は第４図に示す。横軸は電動サーボ
モータ５１の回転数であり、縦軸は加速度ピックアップ
５４で検出された円周方向の加速度（単位：Ｇ）を示
す。

【００２５】比較例１、比較例２および比較例３におい
ては、共振のピークはそれぞれ、電動モータ５１の回転
数が、略７５０ｒｐｍ、略５００ｒｐｍおよび２５０ｒ
ｐｍのときであり、電動モータ５１の通常制御回転数０
〜１０００ｒｐｍの範囲で最も大きな振動が生じてい
る。しかしながら、本発明に係る減速装置を用いた実施
例の場合には、電動モータの通常制御領域外である１５
００ｒｐｍを中心とする近傍で共振ピークが生じ、この
時の振動が最も大きい。また、実施例、比較例１、およ
び比較例２の対比から、共振時における電動モータ５１
の回転数が前段減速機の減速比ｉ₁ に比例していること
が認められる。

【００２６】次に本発明の第２実施例として、前述した
第１実施例の減速装置３を改良した場合について第６
図、第７図に基づいて説明する。なお、第１実施例と同
一構成については、第１実施例と同一の符号を用いて説
明する。第６図、第７図において、４０は第１図に示し
た電動モータによって駆動される減速装置であり、減速
装置４０は電動モータ１の回転軸７に連結された平行軸
型の前段減速機２０と、この前段減速機２０に連結され
た後段の遊星歯車装置２１と、から構成されている。

【００２７】電動モータ１の回転軸７の先端部７ａはテ
ーバ軸であり、先端にねじ７ｂを有する。ねじ部７ｂに
はモータ出力軸の一部を構成する連絡軸７ｃが螺合され
ている。８は入力回転軸であり、入力回転軸８は先端部
８ａに前段減速機２０のピニオン２２を設けると共に、
基部にモータ回転軸７を貫通させる孔８ｂを有し、且つ
孔８ｂに回転軸７のテーバ部と係合するテーバ孔部を有
している。入力回転軸８は電動モータ１の回転軸７の先
端部７ａにナット２３によりねじ止めされる。回転軸７
の先端部７ａは入力回転軸８に半月キー２４により固定
されている。このような構成により、入力回転軸８の先
端部８ａの軸径はモータ回転軸７の軸径より小さくする
ことができ、したがって、ピニオン２２の歯数はモータ
回転軸７に歯車を直接装着させる場合に比べ、少なくす
ることができ、容量の割に回転軸径の大きい市販電動モ
ータ１を用いる場合であっても、所定の前段減速比を得
ることができる。ピニオン２２に噛み合う３個の平歯車
２５は、後述する３本の入力クランク軸３０にそれぞれ
結合している。

【００２８】遊星歯車装置２１は筒体４に固定して設け
られた内歯歯車２８と、内歯歯車２８に噛み合う一対の
外歯歯車２９と、外歯歯車２９に嵌合して外歯歯車２９
を揺動回転させるカム軸としての３本の入力クランク軸
３０と、から構成されている。また、内歯歯車２８はピ
ン歯３１を用いたピン歯車で構成され、かつ外歯歯車２
９の歯数より１つだけ多い歯数を有している。３３は円
板部であり、円板部３３は遊星歯車装置２１の前端部を
構成し、かつ、入力クランク軸３０を円周上に等配して
ベアリング３４を介して軸支している。３５はブロック
体であり、ブロック体３５はその中心部に軸方向の円筒
状孔３６を有し、入力回転軸８が遊嵌されている。同様
に外歯歯車２９および円板部３３の中心部にも孔が設け
られている。ブロック体３５はその後端部３５ａに凹み
を有し、軸１０のフランジ部３９に対向している。凹み
３６とフランジ部３９とによって形成された空洞内に
は、前段減速機２０が収納されている。ブロック体３５
には入力クランク軸３０を円周上に等配しベアリング４
１を介して軸支している。入力クランク軸３０の延在部
３０ａは凹み３６内に突出し、平歯車２５の固定されて
いる。

【００２９】入力クランク軸３０は円板部３３とブロッ
ク体３５の円周上に軸支され、入力クランク軸３０の中
央には１８０°の位相差をもつ一対のクランク部４２を
有し、各クランク部４２はベアリング４３を介して外歯
歯車２９を偏心揺動させるようにしている。ここで、前
述した円板部３３と、ブロック体３５とは支持体４４を
構成する。円板部３３、ブロック体３５およびフランジ
部３９は複数のボルト４６および固定ナット４７により
互いに固定されている。

【００３０】電動モータ１の回転は回転軸７および入力
回転軸８を介して前段減速機２０のピニオン２２に伝達
され、前段減速機２０で減速される。前段減速機２０の
出力は平歯車２５により後段減速機２１のクランク軸３
０に入力される。次いで、クランク軸３０の回転により
偏心揺動させられる外歯歯車２９と、この外歯歯車２９
と噛み合う内歯歯車２８とによりさらに減速され、外歯
歯車２９のゆっくりした自転運動はキャリアとして作用
するし自体４４から軸１０に伝達されアーム１２が回動
される。

【００３１】本実施例においては、電動モータ１の通常
制御回転数は０〜１０００ｒｐｍ、前段減速機２０の減
速比ｉ₁ は１／３、遊星歯車装置２１の減速比ｉ₂ は１
／４０、減速装置３の総減速比ｉは１／１２０、電動モ
ータ１、減速装置３および第２アーム１２を含んで構成
される駆動系の固有ねじり振動数ｆ₀ は約８．４Ｈzで
ある。したがって、電動モータ１は産業ロボット駆動系
の固有ねじり振動数に対応する回転数（８．４Hzに相当
する５００ｒｐｍ）を通常制御域（０〜１０００ｒｐ
ｍ）内に有している。また、前段減速機２０は電動モー
タ１の通常制御域における毎秒最高回転数（１０００ｒ
ｐｍに相当する毎秒１６．７回転）を、駆動系の固有ね
じり振動数ｆ₀ 以下になるよう（毎秒５．６回転）に減
速する減速比ｉ₁ （１／３）を有している。減速装置４
０の回転ばね定数Ｋ₁ は約３７．５〓・m ／分である。
この実施例の場合の作用および振動特性は、前述の第１
実施例と同様になる。

【００３２】次に、本発明の第３実施例を図面に基づい
て説明する。第８図において、６０は減速装置である。
減速装置６０は電動モータ１、前段減速機２０および遊
星歯車装置２１が軸方向に順次配設され、電動モータ１
の回転軸７には入力回転軸８が取着されている。入力回
転軸８のモータ１側端には前段減速機２０の入力歯車２
２が一体に設けられ、その中間には大歯車６１ａと小歯
車６１ｂを有する第１のアイドルギヤ６１が回転自在に
支持されている。遊星歯車装置２１のクランク軸３０の
一端はモータ１側に突出した延在部３０ａを有する。延
在部３０ａのモータ１側端には第２のアイドルギヤ６２
が回転自在に支持され、その中間には前段減速機２０の
出力歯車２５が固着されている。第２のアイドルギヤ６
２は入力歯車２２と噛み合いこれより歯数の多い大歯部
６２ａおよび第１アイドルギヤ６１の大歯部６１ａと噛
み合いこれにより歯数の少ない小歯部６２ｂを有する。
出力歯車２５は第１アイドルギヤ６１の小歯部６１ｂと
噛み合いこれより多い歯数を有する。入力回転軸８、入
力歯車２２、出力歯車２５、延在部３０ａ、および第
１、第２のアイドルギヤ６１、６２は前段減速機２０と
しての平行軸減速機を構成する。アイドルギヤ６１、６
２を入れることにより、容量の割に回転軸径の大きい市
販電動モータ１を用いる場合であっても、所定の減速比
ｉ₁ を得ることができる。他の構成および作用は前述し
た第１および第２の実施例と同じであるので、該実施例
の説明に用いた符号を第８図に付け、その説明を省略す
る。

【００３３】次に、第９図に示す産業ロボット６５に用
いた本発明に係る産業ロボットに関節装置の実施例を図
面を用いて説明する。第９図において、産業ロボット６
５は第１関節６６と、第１関節６６に連結する第２関節
６７と、第２関節６７に連結する第１アーム８３および
第２アーム６８とから構成されている。第１関節６６は
支柱７１の上側の旋回盤７３を矢印Ｐ方向に回動し、第
２関節６７は旋回盤７３に固定されたブラケット８１の
上側の第１アーム８３を矢印Ｑ方向に回動し、第２アー
ム６８の先端部６８ａの３次元移動を可能にする。

【００３４】第１０図は本発明の第４実施例を示す図で
あり、前述の第３実施例と同一構成については、同一符
号を用いて説明する。第１０図において、７０は減速装
置であり、減速装置７０は、第９図に示す産業ロボット
の第１関節６６において、第１部材としての筒状の支柱
７１の内側に内装されている。減速装置７０は電動モー
タ１に連結された平行軸型の前段減速機２０と、この前
段減速機２０に連結された後段の遊星歯車装置２１とか
ら構成されている。

【００３５】電動モータ１のフランジ２は、筒体４を介
して支柱７１にボルト４ｂを用いて固定されている。電
動モータ１の上側のほぼ垂直な回転軸７は前段減速機２
０のピニオン２２に固定され、ピニオン２２に噛み合う
３個の平歯車２５は、後述する３本の入力クランク軸３
０の延在部３０ａにそれぞれ固定されている。遊星歯車
装置２１は前段減速機２０の上側に配置され、筒体４に
固定して設けられた内歯歯車２８と、内歯歯車２８に噛
み合う一対の外歯歯車２９ａ、２９ｂ（以下、添字をつ
けない２９で代表する）と、外歯歯車２９に嵌合して外
歯歯車２９を用導回転させるカム軸としての３本の入力
クランク軸３０と、から構成されている。入力クランク
軸３０は遊星歯車装置２１の下端部を構成する円板部３
３にベアリング３４を介して軸支され、遊星歯車装置２
１の上端部および外歯歯車２９の円周上に等配して設け
られた貫通孔を貫通したブロック体３５にベアリング４
１を介して軸支されている。ブロック体３５と円板部３
３とは円周上に等配された３つのボルト４６により一体
的となり、支持体（キャリア）４４を構成し、支柱７１
の上側に設けられた第２部材としての円筒状体の旋回盤
７３の底部７３ａに固定されている。底部７３ａと支柱
７１の上部７１ａとの間にはベアリング７４が設けら
れ、支持体（キャリア）４４の自転に伴い、旋回盤７３
は回転する。前述以外の構成、作用および振動特性は第
３実施例と同じであり省略する。

【００３６】第１１図は本発明の第５実施例を示す図で
あり、前述の第３実施例と同一構成については、同一符
号を用いて説明する。第１１図において、８０は減速装
置であり、減速装置８０は第９図に示す産業ロボットの
第２関節６７に用いたものである。第１部材としての箱
型のブラット８１は前述の第１関節６６の旋回盤７３の
上側に一体的に固定されている。減速装置８０は電動モ
ータ１に連結された平行軸型の前段減速機２０とこの前
段減速機２０に連結された後段の遊星歯車装置２１とか
ら構成されている。電動モータ１のフランジ２はブラケ
ット８１にボルト４ｂを用いて固定され、電動モータ１
の回転軸７は前段減速機２０のピニオン２２に固定さ
れ、ピニオン２２に噛み合う３個の平歯車２５は後述す
る３本の入力クランク軸３０の延在部３０ａにそれぞれ
固定されている。遊星歯車装置２１の入力クランク軸３
０の前端部はベアリング４１を介してブロック体３５に
軸支され、その後端部はベアリング３４を介して円板部
３３に軸支されている。ブロック体３５と円板部３３は
ボルト４６で一体的に固定されて支持体４４を構成し、
さらにボルト８２によりブラケット８１に固定されてい
る。遊星歯車減速機２１の内歯歯車２８は支持体４４の
外周部にベアリング８４を介して回動自在に支持されて
いる。内歯歯車２８は、第２部材としての第１アーム８
３の端部８３ａに一体的に固定されている。

【００３７】電動モータ１の回転は回転軸７を介して前
段減速機２０のピニオン２２に伝達され、前段減速機２
０で減速される。前段減速機２０の出力は平歯車２５に
より遊星歯車装置２１の入力クランク軸３０に入力され
る。次いで、入力クランク軸３０の回転により偏心揺動
させられる一対の外歯歯車２９ａ、２９ｂ（以下、２９
で代表する。）と、この外歯歯車２９と噛み合う内歯歯
車２８とによりさらに減速され、内歯歯車２８のゆっく
りした自転は第２アーム８３を回動させる。前述以外の
構成、作用および振動特性は第３実施例と同じであり、
同じ符号をつけて説明を省略する。

【００３８】第１２図は本発明の第６実施例を示す図で
あり、これは、前述の第５実施例の構成の一部を変更し
たものであり、第５実施例と同一の構成には同一の符号
をつけて説明する。第１２図において、９０は減速装置
であり、減速装置９０は、第５実施例と同様に、第９図
に示す、産業ロボットの第２関節６７に用いたものであ
る。

【００３９】第６実施例では、減速装置は９０は電動モ
ータ１に連結された前段減速機２０と前段減速機２０に
連結された後段の遊星歯車装置２１とから構成されてい
る。電動モータ１の出力軸の回転軸７は前段減速機２０
の太陽歯車９１に連結され、太陽歯車９１に噛み合い円
周上に等配された３個の遊星歯車９２は、ブロック体３
５の前端部から前方に連結された円筒部３５ａの内側に
設けられた内歯歯車９３とも噛み合い遊星運動する。遊
星歯車減速機２１の偏心入力軸としての入力クランク軸
３０は回転軸７の軸線と同一軸線上ブロック体３５の軸
芯上に配置され、入力クランク軸３０の延在部３０ａは
ベアリング９４を介してブロック体３５に軸支されてい
る。延在部３０ａの前端部にはフランジ部９５が設けら
れ、フランジ部９５の周辺に設けられた孔９６に前段前
段減速機２０の遊星歯車９２の軸９２ａが嵌合する。入
力クランク軸３０の後端部は、円板部３３にベアリング
９８を介して軸支されている。ブロック体３５および円
板部３３はボルト８２によりブラケット８１に一体的に
固定されている。

【００４０】電動モータ１の回転は回転軸７を介して太
陽歯車９１に伝達され、太陽歯車９１の自転運動に伴
い、遊星歯車９２は、太陽歯車９１と内歯歯車９３との
間を減速されて遊星運動する。遊星歯車９２の遊星運動
の中公転運動はフランジ部９５を介して入力クランク軸
３０に伝達される。前述以外の構成、作用および振動特
性は第５実施例と同じであり、同じ符号をつけて説明を
省略する。

【００４１】なお、後段回転伝導手段に偏心揺動型遊星
歯車装置を用いた場合においては、前段減速機の減速比
は電動モータの毎秒当たり最高回転数を駆動系の固有振
動数より若干小さな値に減じる減速比であるっことが好
ましい。例えば駆動系の固有ねじり振動数ｆ₀ が５〜９
ＨZ の場合であって、電動モータの最高回転数が１００
０ｒｐｍ、総減速比ｉが１／６０〜１／３２０のときは
前段の最小減速比ｉ₁を約１／１．９〜１／６、後段の
減速比ｉ₂ を１／２５〜１／６０とするのが好ましい。
また駆動系の固有ねじり振動数ｆ₀ が５〜９Ｈz の場合
であって、電動モータの回転数が最高２０００ｒｐｍ、
総減速比ｉが１／１１０〜１〜３２０のときは、前段の
最小減速比ｉ₁ を約１／３．７〜１／６．７、後段減速
比ｉ₂ を約１／２５〜約１／６０とするのが好ましい。
同様（ｆ₀ ＝５〜９Ｈz ）の場合であって電動モータ回
転数が最高４０００ｒｐｍ、総減速比ｉが１／２１０〜
１／６４０のときは、前段の最小減速比ｉを約１／７．
４〜約１／１３．３、後段減速比ｉ₁ を約１／３０約１
／６０とするのが好ましい。また、駆動系の固有ねじり
振動数ｆ₀ が１０〜１５Ｈz の場合であって、電動モー
タの最高回転数が１０００ｒｐｍ、総減速比ｉが１／８
０〜１／３００のときは前段の最小減速比ｉ₁ を１／
１．５〜１／４、後段の減速比ｉ₂ を１／２５〜１／６
０とするのが好ましい。同様（ｆ₀ ＝１０〜１５Ｈz ）
の場合であって、電動モータの最高回転数が４０００ｒ
ｐｍ、総減速比が１／１２５〜１／６００のときは、前
段の減速ｉ₁ を約１／４．５〜約１／１０、後段の減速
比ｉ₂ を約１／３０〜約１／１００とするのが好まし
い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内歯歯車、内歯歯車に噛み合う外歯歯車および該外歯歯
車に係合してこれを駆動するカム軸を有する遊星歯車装
置（後段回転伝導手段）にこれとは異なる形式の前段回
転伝導手段を電動モータの通常制御域における毎秒当た
りの最高回転数と、前段回転伝導手段を構成する歯車装
置の減速比と、カム軸の一回転当たりにおける遊星歯車
装置の実質トルク変動回数（遊星歯車装置の実質加振数
に相当する）とを乗じた値が、前記駆動系の固有振動数
以下となるようにしているので、最大共振現象を生じる
ポイント、若しくは最も大きな振動の生じるポイントが
電動モータの通常制御回転数領域の外にシフトする。従
って、ロボットによる作業のうち溶接作業等のように電
動モータの通常制御回転数領域で行われる作業を正確な
作業軌跡により行うことができ、ロボットの作業高率が
向上する。また、駆動系の固有振動数、遊星歯車装置
（後段回転伝導率）の実質加振数、および前段回転伝導
手段の減速比から最大振動を生じる時の電動モータ回転
数を予め計算できるので、ロボットの動作プログラム等
の設計が容易となる。また、その逆に、最大振動のシフ
ト点が決まれば、前段回転伝導手段等に必要な減速比を
簡単に求めることができ、ロボットの関節装置を合理的
に設計することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る産業ロボットの関節装置の第１実
施例の全体概略説明図

【図２】第１実施例の減速装置の一部断面図

【図３】図２の〓−〓矢視断面図

【図４】本発明に係る産業ロボットの関節装置の実施例
および比較例の性能の説明図

【図５】図４に係る実施例の全体構成図

【図６】本発明の第２実施例の要部断面図

【図７】図６の〓−〓矢視断面図

【図８】本発明の第３実施例を示すその要部断面図

【図９】本発明に係る産業ロボットの関節装置を用いた
産業ロボットの全体概念図

【図１０】図９の第１関節に用いた本発明の第４実施例
の要部断面図

【図１１】図９の第２関節に用いた本発明の第５実施例
の要部断面図

【図１２】図９の第２関節に用いた本発明の第６実施例
の要部断面図

【符号の説明】

１電動モータ３減速装置５第１アーム（第１部材）１２第２アーム（第２部材）２０前段減速機（前段回転伝導手段）２１後段減速機（後段回転伝導手段）２８内歯歯車２９外歯歯車３０入力クランク軸（カム軸）４０減速装置６０減速装置７０減速装置７１第１アーム（第１部材）７３第２アーム（第２部材）８０減速装置８１第１アーム（第１部材）８３第２アーム（第２部材）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】産業ロボットの関節装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は産業ロボットの関節装
置、詳しくはロボットの駆動系が所定範囲の固有振動数
を生じて駆動源としての電動モータが所定の最高回転数
で使用される産業ロボットの関節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業ロボットにおいては、ロボットの駆
動系が所定範囲の固有振動数を生じると共に、駆動源と
しての電動モータが所定の最高回転数で使用される場合
が多い。このような産業ロボットにおいては、一般に、
作業に適した出力トルクを得るため、アーム等の関節部
の駆動系には、高速低トルクの電動サーボモータまたは
電動パルスモータと、この出力を低速高トルクに変換す
る減速装置とを用いている。また、そのような減速装置
は、例えば、減速比１／１２０程度の大減速比を有して
いること、また、歯車間のガタ、すなわち、いわゆるバ
ックラッシュが小さいこと、さらに、慣性を小さくする
ため軽量であること等が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各減速装置をロボットの関節装置に用いた場合、減速
装置に入力する電動モータ回転数が低い領域で減速装置
とロボットアーム等とがねじり共振を起こすという問題
点があった。共振現象としては、ロボットアームの関節
部近傍にねじり振動が現われることが多く、その結果、
ロボットアームの先端位置が定まらなくなり、ロボット
による作業のうち溶接、シーリング、組立等、、一般に
電動モータの低回転数領域で行われる作業において、正
確な作業軌跡を得られない等の問題が生じる。

【０００６】そこで、本発明は、ロボットの駆動系が所
定範囲の固有振動数を生じて駆動源としての電動モータ
が所定の最高回転数で使用される産業ロボットの関節装
置におけるロボット作業効率を向上すること、詳しくは
最も大きな振動がロボットに生じる時のポイントをロボ
ットによる作業のうち溶接作業等のように正確な作業軌
跡を要する作業の領域外にシフトし実用域での過大な振
動を生じずに、ロボット作業効率が向上できる産業ロボ
ットの関節装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】特許請求の範囲第１項記
載の発明は、ロボットの第１部材と、第１部材に回動自
在に支持されたロボットの第２部材と、第１部材に一体
的に取り付けられた電動モータの回転を減速して第２部
材に伝達する減速装置とを備え、該電動モータ、該減速
装置および該第２部材を含んで構成される駆動系が所定
範囲の固有振動数を生じると共に、該電動モータが所定
の最高回転数で使用される産業ロボットの関節装置にお
いて、前記所定範囲の固有振動数が５ヘルツ乃至９ヘ
ルツであり、前記電動モータの所定の最高回転数が１０
００回転／分（ｒｐｍ）であって、前記減速装置が、前
記電動モータの回転を減速する前段回転伝導手段および
前段回転伝導手段の出力回転を減速する後段回転伝導手
段を有し、前記電動モータが、前記駆動系の固有振動数
に対応する回転数を通常制御域内に有し、前記後段回転
伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速比を備えて、
前記前段回転伝導手段の出力が入力されるカム軸、カム
軸の回転により駆動される外歯歯車、および外歯歯車に
噛み合う内歯歯車を有し、前記カム軸の一回転当たりに
一定回数の実質トルク変動を生じ前記駆動系を実質的に
加振する特性を有する偏心揺動型遊星歯車装置によって
構成され、前記前段回転伝導手段が、前記電動モータの
回転軸線上に位置して設けられたピニオンと、該ピニオ
ンに噛み合うと共に前記後段回転伝導手段のカム軸に結
合された歯車とからなる平行軸型歯車装置によって構成
され、該平行軸型歯車装置の減速比が、該減速比に前記
電動モータの通常制御域における毎秒当たりの最高回転
数と前記カムの軸の一回転当たりにおける前記遊星歯車
装置の実質トルク変動回数とを乗じた値が前記駆動系の
固有振動数以下となるように、１／１．９乃至１／６に
設定され、前記減速装置の総減速比が、前記前後段回転
伝導手段の減速比の選択に基づいて、１／６０乃至１／
３２０に設定されたことを特徴としている。

【０００８】特許請求の範囲第２項記載の発明は、ロボ
ットの第１部材と、第１部材に回動自在に支持されたロ
ボットの第２部材と、第１部材に一体的に取り付けられ
た電動モータの回転を減速して第２部材に伝達する減速
装置とを備え、該電動モータ、該減速装置および該第２
部材を含んで構成される駆動系が所定範囲の固有振動数
を生じると共に、該電動モータが所定の最高回転数で使
用される産業ロボットの関節装置において、前記所定の
範囲の固有振動数が５ヘルツ乃至９ヘルツであり、前記
電動モータの所定の最高回転数が２０００回転／分（ｒ
ｐｍ）であって、前記減速装置が、前記電動モータの回
転を減速する前段回転伝導手段および前段回転伝導手段
の出力回転を減速する後段回転伝導手段を有し、前記電
動モータが、前記駆動系の固有振動数に対応する回転数
を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、１／
２５乃至１／６０の減速比を備えて、前記前段回転伝導
手段の出力が入力されるカム軸、カム軸の回転により駆
動される外歯歯車、および外歯歯車に噛み合う内歯歯車
を有し、前記カム軸の一回転当たりに一定回数の実質ト
ルク変動を生じ前記駆動系を実質的に加振する特性を有
する偏心揺動型遊星歯車装置によって構成され、前記前
段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上に位置
して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合うと共
に前記後段回転伝導手段のカム軸に結合された歯車とか
らなる平行軸型歯車装置によって構成され、該平行軸型
歯車装置の減速比が、該減速比に前記電動モータの通常
制御域における毎秒当たりの最高回転数と前記カムの軸
の一回転当たりにおける前記遊星歯車装置の実質トルク
変動回数とを乗じた値が前記駆動系の固有振動数以下と
なるように、１／３．７乃至１／６．７に設定され、前
記減速装置の総減速比が、前記前後段回転伝導手段の減
速比の選択に基づいて、１／１１０乃至１／３２０に設
定されたことを特徴としている。

【０００９】特許請求の範囲第３項記載の発明は、ロボ
ットの第１部材と、第１部材に回動自在に支持されたロ
ボットの第２部材と、第１部材に一体的に取り付けられ
た電勤モータの回転を減速して第２部材に伝達する減速
装置とを備え、該電動モータ、該滅速装置および該第２
部材を含んで構成される駆動系が所定の範囲の固有振動
数を生じると共に、該電動モータが所定の最高回転数で
使用される産業ロボットの関節装置において、前記所定
範囲の固有振動数が１０ヘルツ乃至１５ヘルツであり、
前記電動モータの所定の最高回転数が１０００回転／分
（ｒｐｍ）であって、前記減速装置が、前記電動モータ
の回転を減速する前段回転伝導手段および前段回転伝導
手段の出力回転を減速する後段回転伝導手段を有し、前
記電動モータが、前記駆動系の固有振動数に対応する回
転数を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、
１／２５乃至１／６０の減速比を備えて、前記前段回転
伝導手段の出力が入力されるカム軸、カム軸の回転によ
り駆動される外歯歯車、および外歯歯車に噛み合う内歯
歯車を有し、前記カム軸の一回転当たりに一定回数の実
質トルク変動を生じ前記駆動系を実質的に加振する特性
を有する偏心揺動型遊星歯車装置によって構成され、前
記前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上に
位置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合う
と共に前記後段回転伝導手段のカム軸に結合された歯車
とからなる平行軸型歯車装置によって構成され、該平行
軸型歯車装置の減速比が、該減速比に前記電動モータの
通常制御域における毎秒当たりの最高回転数と前記カム
の軸の一回転当たりにおける前記遊星歯車装置の実質ト
ルク変動回数とを乗じた値が前記駆動系の固有振動数以
下となるように、１／１．５乃至１／４に設定され、前
記減速装置の総減速比が、前記前後段回転伝導手段の減
速比の選択に基づいて、１／８０乃至１／３００に設定
されたことを特徴と特徴としている。

【００１０】

【００１１】先ず、回転ばね定数の高い減速機をロボッ
トアームの関節装置に用いることによりロボットの駆動
系の固有ねじり振動数ｆ０を格段に高めることが可能か
否かについて試算した。しかし、減速機の中立位置付近
の回転ばね定数は大きなものでもロボットアーム自体の
回転ばね定数の１／１０〜１／５であるため、駆動系全
体のばね定数を大して大きくできず、その結果、駆動系
の固有ねじり振動数も大して大きくできない。したがっ
て、既存の減速機によっては固有ねじり振動数ｆ０を格
段に高めることが不可能であるとの結論に達した。

【００１２】そこで、発明者らは、振動発生の原因であ
る減速機のトルク変動を無くすことを試みた。具体的に
は偏心揺動型の遊星歯車減速装置機を用い、トルク変動
を阻止ないし減ずるよう、この減速装置の内歯車と外歯
歯車の歯に高精度の仕上げ加工を施し、かつ、トルク変
動が生じてもこれを吸収するよう、偏心入力軸の軸受部
やトルク取出ピンの軸支部等に環状溝を設け、該溝にゴ
ムリングを装着した。しかしながら、このような対策を
施しても、実用域での共振を防ぐことはできず、しか
も、共振が生じる時の電動モータ回転数は、そのような
対策を施さない場合とほとんど同じであることがわかっ
た。

【００１３】このような実験結果から、一定の機構の減
速機であれば、ほぼ一定のトルク変動特性、すなわちロ
ボットの駆動系に対する加振周波数特性を有するとの結
論が導かれた。また、斯かる推論から、ロボット駆動系
に組み込む減速装置の機構を変更すれば、トルク変動特
性が変わり、ロボットに共振が生じる時の電動モータ回
転数を精密作業領域の外に置くことができるとの仮設の
もとに種々の実験を行った。これらの実験の内容および
結果については後述するが、これらの実験結果から仮設
は実証された。

【００１４】以下、本発明に係る産業ロボットの関節装
置を図面に基づいて説明する。第１図ないし第３図は本
件発明の第１実施例を示す図である。

【００１５】まず、構成について説明する。第１図は本
発明に係る産業ロボットの関節装置を用いたロボットの
関節部の全体概略図である。１は電動モータであり、電
動モータ１のフランジ２は減速装置３の筒体４に固定さ
れている。筒体４は第１部材としての第１アーム５の先
端部５ａに固定されている。電動モータ１の出力の回転
軸７は減速装置３の入力回転軸８に連結され、減速装置
３の出力は軸１０に伝達され、軸１０は円筒体１１を貫
通して第２部材としての第２アーム１２に固定されてい
る。第２アーム１２の端部の筒状体１３と第１アーム５
の先端部５ａの下面から下方に突出する円筒型の突出体
１５との間には一対のベアリング１６が介装され第２ア
ーム１２は第１アーム５に回転自在に支持されている。
突出体１５の内周面と円筒体１１の中央部の外周面との
間には一対のベアリング１７が介装されている。円筒体
１１の上部および下部の内面と軸１０との間にはそれぞ
れ一対のベアリング１８が介装されている。したがっ
て、減速装置３は電動モータ１の回転数を減速してロボ
ットの被駆動部すなわち第２アーム１２を回動させる。
また、電動モータ１、減速装置３、第２アーム１２およ
び第２アームに接続された負荷は駆動系を構成する。

【００１６】減速装置３は第２図および第３図に示すよ
うに、電動モータ１の回転数を減速する前段回転伝導手
段としての前段減速機２０と、前段減速機２０に連結さ
れ、回転数をさらに減速する後段回転伝導手段としての
後段減速機２１と、から構成されている。前段減速機２
０は平行軸型歯車装置である。後段減速機２１は固定し
ている内歯歯車２８と内歯歯車２８に噛み合う外歯歯車
２９と、外歯歯車２９に係合して外歯歯車２９を揺動回
転させるカム軸としての入力クランク軸３０と、を有す
る偏心揺動型の遊星歯車装置によって構成されている。
また、内歯歯車２８はピン歯３１を用いたピン歯で構成
され、かつ外歯歯車２９の歯数より１つだけ多い歯数を
有している。また、前段減速機２０は平歯歯車により構
成されている。

【００１７】前段減速機２０の減速比ｉ１と後段減速機
２１の減速比ｉ２とは、電動モータ１の通常制御回転数
（ロボットの通常作業時、例えば溶接ロボットに主作業
たる溶接作業を行わしめる時、のモータ回転数）の範囲
内でロボットすなわち、第１アーム５および第２アーム
１２と、後段減速機２１との共振が起きないように選択
している。すなわち、電動モータ１の通常制御回転数領
域あるいはロボットによる正確な作業軌跡を要する領域
（溶接作業等を行う作業領域）では、前段減速機２０の
毎秒当たり最高回転数、すなわち、電動モータ１の毎秒
当たり最高回転数に前段減速機２０の減速比を乗じた値
（その値に更に後述するクランク軸３０の一回転当たり
のトルク変動回数である１を乗じた値に相当する）が、
電動モータ１、減速装置３、第２アーム１２に接続され
た負荷から構成される駆動系のねじり発振周波数（固有
ねじり振動数ｆ０）以下になるよう、前段減速機２０の
減速比ｉ１を選択する。この実施例においては、電動モ
ータ１の通常制御回転数が０〜１０００ｒｐｍ、前段減
速機２０の減速比ｉ１が１／３および後段減速機２１の
減速比ｉ２は１／４０であり、減速装置３の全体の減速
比ｉは１／１２０になるように選択されている。前記駆
動系の固有ねじり振動数ｆ０は、共振ピーク点における
電動モータ１の回転数、前段減速機２０の減速比ｉ１お
よび減速装置３に関して後述するトルク変動特性から逆
算でき、この実施例においては約８．４Ｈｚである。

【００１８】前段減速機２０の減速比ｉ１が１／５未満
（分母が大きくなることを意味する。以下同じ）または
後段減速機２１の減速比ｉ２が１／２５を超える（分母
が小さくなることを意味する。以下同じ）と、前段減速
機２０に構造の簡単な平行軸歯車装置を採用して１／１
２０の総減速比ｉを得ることは困難となるので、設計的
に不利となる。また、後段減速比２１の減速比ｉ２が１
／６０未満または前段減速機２０の減速比ｉ１が１／２
を越えて１／１２０の総減速比ｉを得る場合は、電動モ
ータ１の通常制御域において、前段減速機２０の毎秒当
たり最高回転数が、前記駆動系の固有ねじり振動数ｆ０
（８．４Ｈｚ）に近づきあるいはそれ以上となるので、
共振を防止できる範囲が狭くなる。

【００１９】次に、作用について説明する。電動モータ
１を０〜１０００ｒｐｍの通常回転数で回転させると、
減速比ｉ１が１／３の前段減速機２０の出力回転数は０
〜３３３ｒｐｍとなり、減速比ｉ２が１／４０の後段減
速機２１の出力回転数は０〜８．３ｒｐｍとなり、この
範囲では大きな振動は生じない。電動モータ１の出力回
転数が１５００ｒｐｍ近辺（この時の前段減速機２０の
出力回転数は１５００ｒｐｍ×１／３＝５００ｒｍｐ近
辺、遊星歯車減速機２１の出力回転数は１５００ｒｐｍ
×１／３×１／４０＝１２．５ｒｐｍ近辺）で最大共振
現象が生じ、この時の振動が最も大きい。このような共
振現象が電動モータ１の通常制御回転数領域外で生じる
理由は明らかではないが、実験結果から推定すると、そ
のような共振現象の主因となるトルク変動が前段減速機
２０ではなく後段減速機２１に生じ、そのトルク変動が
実施例のような偏心揺動型の遊星歯車装置では入力軸
（クランク軸３０）１回転当たり１回（一定回数）生
じ、前記駆動系に対する加振作用をなすためと考えられ
る。

【００２０】調和歯車装置（撓み噛み合い式遊星歯車装
置）の場合は、実験結果から推定すると、入力軸（ウェ
ーブジェネレータ）の１回転当たり２回（一定回数）の
トルク変動が生じる。したがって、これに減速比１／３
の前段減速機を取り付けると、電動モータの回転数が７
５０ｒｐｍ付近で７５０×１／３×２＝５００の毎分当
たりトルク変動が生じ、駆動系の固有振動数ｆ０が上記
実施例と同様８．４Ｈｚ（５００振動／毎分）であるな
らば電動モータの回転数が実用域内である７５０ｒｍｐ
付近で共振が生じるものと考えられる。この場合、毎分
当たり加振数がおおよそ５００のときに共振が生じるの
であるから、調和歯車減速機に減速比ｉ１＝１／６程度
の前段減速機を設けることにより共振時の電動モータの
回転数を実用域外である１５００ｒｐｍを中心とする付
近にまで上げることができる。なお、電動モータ１およ
び前段減速機２０の振動が駆動系の発振に影響をおよぼ
さないのは、これらの振動は小さいこと、後段減速機２
１を介することにより吸収されること等によるものと考
えられる。

【００２１】前述の実施例の減速装置の他に次表の比較
例１〜３に示す減速装置について実施した振動測定試験
について説明する。前述の実施例および比較例１、２の
偏心揺動型の遊星歯車装置は、クランク軸および外歯歯
車の揺動によるアンバランスを防いで振動の振幅を小さ
くするため、後述する第２〜第３実施例同様に外歯歯車
を２枚とし、これらを１８０度の位相差をもって組み付
けたもので、かつ、内歯歯車が外歯歯車の歯数より１つ
多い歯数を有するものを用いた。また、調和歯車装置は
内歯歯車が外歯歯車の歯数より２つ多き歯数を有するも
のを用いた。それぞれ、減速装置の減速段数、減速比ｉ
１、ｉ２、回転ばね定数Ｋ１（第９図参照）および慣性
モーメントＪは次表に示してある。

【００２２】

【表１】

【００２３】実験は第５図に示す全体構成図によって実
施した。すなわち、電動サーボモータ５１の出力軸５１
ａに減速装置５２を取付け、減速装置５２に主力軸５２
ａにロボットの被駆動部（第２アーム）の慣性モーメン
トＪに相当する慣性負荷としてフライホイール５３が取
付けられた。フライホイール側面５３ａの半径上の位置
に、円周方向の加速度および振幅を測定できる圧電素子
を利用した加速度ピックアップ５４を取り付けた。この
加速度ピックアップ５４の出力はインジケータ５６に連
結されている。モータ５１、減速装置５２およびフライ
ホイール５３から成る駆動系の固有振動数ｆ０は約８．
４Ｈｚになるよう調整してある。電動モータの回転数を
変化させて、その時のフライホイールの加速度の大きさ
を測定した。測定結果は第４図に示す。横軸は電動サー
ボモータ５１の回転数であり、縦軸は加速度ピックアッ
プ５４で検出された円周方向の加速度（単位：Ｇ）を示
す。

【００２４】比較例１、比較例２および比較例３におい
ては、共振のピークはそれぞれ、電動モータ５１の回転
数が、略７５０ｒｐｍ、略５００ｒｐｍおよび２５０ｒ
ｐｍのときであり、電動モータ５１の通常制御回転数０
〜１０００ｒｐｍの範囲で最も大きな振動が生じてい
る。しかしながら、本発明に係る減速装置を用いた実施
例の場合には、電動モータの通常制御領域外である１５
００ｒｐｍを中心とする近傍で共振ピークが生じ、この
時の振動が最も大きい。また、実施例、比較例１、およ
び比較例２の対比から、共振時における電動モータ５１
の回転数が前段減速機の減速比ｉ１に反比例しているこ
とが認められる。

【００２５】次に本発明の第２実施例として、前述した
第１実施例の減速装置３を改良した場合について第６
図、第７図に基づいて説明する。なお、第１実施例と同
一構成については、第１実施例と同一の符号を用いて説
明する。第６図、第７図において、４０は第１図に示し
た電動モータによって駆動される減速装置であり、減速
装置４０は電動モータ１の回転軸７に連結された平行軸
型の前段減速機２０と、この前段減速機２０に連結され
た後段の遊星歯車装置２１と、から構成されている。

【００２６】電動モータ１の回転軸７の先端部７ａはテ
ーバ軸であり、先端にねじ７ｂを有する。ねじ部７ｂに
はモータ出力軸の一部を構成する連絡軸７０が螺合され
ている。８は入力回転軸であり、入力回転軸８は先端部
８ａに前段減速機２０のピニオン２２を設けると共に、
基部にモータ回転軸７を貫通させる孔８ｂを有し、且つ
孔８ｂに回転軸７のテーバ部と係合するテーバ孔部を有
している。入力回転軸８は電動モータ１の回転軸７の先
端部７ａにナット２３によりねじ止めされる。回転軸７
の先端部７ａは入力回転軸８に半月キー２４により固定
されている。このような構成により、入力回転軸８の先
端部８ａの軸径はモータ回転軸７の軸径より小さくする
ことができ、したがって、ピニオン２２の歯数はモータ
回転軸７に歯車を直接装着させる場合に比べ、少なくす
ることができ、容量の割に回転軸径の大きい市販電動モ
ータ１を用いる場合であっても、所定の前段減速比を得
ることができる。ピニオン２２に噛み合う３個の平歯車
２５は、後述する３本の入力クランク軸３０にそれぞれ
結合している。

【００２７】遊星歯車装置２１は筒体４に固定して設け
られた内歯歯車２８と、内歯歯車２８に噛み合う一対の
外歯歯車２９と、外歯歯車２９に嵌合して外歯歯車２９
を揺動回転させるカム軸としての３本の入力クランク軸
３０と、から構成されている。また、内歯歯車２８はピ
ン歯３１を用いたピン歯車で構成され、かつ外歯歯車２
９の歯数より１つだけ多い歯数を有している。３３は円
板部であり、円板部３３は遊星歯車装置２１の前端部を
構成し、かつ、入力クランク軸３０を円周上に等配して
ベアリング３４を介して軸支している。３５はブロック
体であり、ブロック体３５はその中心部に軸方向の円筒
状孔３６を有し、入力回転軸８が遊嵌されている。同様
に外歯歯車２９および円板部３３の中心部にも孔が設け
られている。ブロック体３５はその後端部３５ａに凹み
を有し、軸１０のフランジ部３９に対向している。凹み
３６とフランジ部３９とによって形成された空洞内に
は、前段減速機２０が収納されている。ブロック体３５
には入力クランク軸３０を円周上に等配しベアリング４
１を介して軸支している。入力クランク軸３０の延在部
３０ａは凹み３６内に突出し、平歯車２５の固定されて
いる。

【００２８】入力クランク軸３０は円板部３３とブロッ
ク体３５の円周上に軸支され、入力クランク軸３０の中
央には１８０°の位相差をもつ一対のクランク部４２を
有し、各クランク部４２はベアリング４３を介して外歯
歯車２９を偏心揺動させるようにしている。ここで、前
述した円板部３３と、ブロック体３５とは支持体４４を
構成する。円板部３３、ブロック体３５およびフランジ
部３９は複数のボルト４６および固定ナット４７により
互いに固定されている。

【００２９】電動モータ１の回転は回転軸７および入力
回転軸８を介して前段減速機２０のピニオン２２に伝達
され、前段減速機２０で減速される。前段減速機２０の
出力は平歯車２５により後段減速機２１のクランク軸３
０に入力される。次いで、クランク軸３０の回転により
偏心揺動させられる外歯歯車２９と、この外歯歯車２９
と噛み合う内歯歯車２８とによりさらに減速され、外歯
歯車２９のゆっくりした自転運動はキャリアとして作用
するし自体４４から軸１０に伝達されアーム１２が回動
される。

【００３０】本実施例においては、電動モータ１の通常
制御回転数は０〜１０００ｒｐｍ、前段減速機２０の減
速比ｉ１は１／３、遊星歯車装置２１の減速比ｉ２は１
／４０、減速装置３の総減速比ｉは１／１２０、電動モ
ータ１、減速装置３および第２アーム１２を含んで構成
される駆動系の固有ねじり振動数ｆ０は約８．４Ｈｚで
ある。したがって、電動モータ１は産業ロボット駆動系
の固有ねじり振動数に対応する回転数（８．４Ｈｚに相
当する５００ｒｐｍ）を通常制御域（０〜１０００ｒｐ
ｍ）内に有している。また、前段減速機２０は電動モー
タ１の通常制御域における毎秒最高回転数（１０００ｒ
ｐｍに相当する毎秒１６．７回転）を、駆動系の固有ね
じり振動数ｆ０以下になるよう（毎秒５．６回転）に減
速する減速比ｉ１（１／３）を有している。減速装置４
０の回転ばね定数Ｋ１は約３７．５ｋｇ・ｍ／分であ
る。この実施例の場合の作用および振動特性は、前述の
第１実施例と同様になる。

【００３１】次に、本発明の第３実施例を図面に基づい
て説明する。第８図において、６０は減速装置である。
減速装置６０は電動モータ１、前段減速機２０および遊
星歯車装置２１が軸方向に順次配設され、電動モータ１
の回転軸７には入力回転軸８が取着されている。入力回
転軸８のモータ１側端には前段減速機２０の入力歯車２
２が一体に設けられ、その中間には大歯車６１ａと小歯
車６１ｂを有する第１のアイドルギヤ６１が回転自在に
支持されている。遊星歯車装置２１のクランク軸３０の
一端はモータ１側に突出した延在部３０ａを有する。延
在部３０ａのモータ１側端には第２のアイドルギヤ６２
が回転自在に支持され、その中間には前段減速機２０の
出力歯車２５が固着されている。第２のアイドルギャ６
２は入力歯車２２と噛み合いこれより歯数の多い大歯部
６２ａおよび第１アイドルギヤ６１の大歯部６１ａと噛
み合いこれにより歯数の少ない小歯部６２ｂを有する。
出力歯車２５は第１アイドルギヤ６１の小歯部６１ｂと
噛み合いこれより多い歯数を有する。入力回転軸８、入
力歯車２２、出力歯車２５、延在部３０ａ、および第
１、第２のアイドルギヤ６１、６２は前段減速機２０と
しての平行軸減速機を構成する。アイドルギヤ６１、６
２を入れることにより、容量の割に回転軸径の大きい市
販電動モータ１を用いる場合であっても、所定の減速比
ｉ１を得ることができる。他の構成および作用は前述し
た第１および第２の実施例と同じであるので、該実施例
の説明に用いた符号を第８図に付け、その説明を省略す
る。

【００３２】次に、第９図に示す産業ロボット６５に用
いた本発明に係る産業ロボットに関節装置の実施例を図
面を用いて説明する。第９図において、産業ロボット６
５は第１関節６６と、第１関節６６に連結する第２関節
６７と、第２関節６７に連結する第１アーム８３および
第２アーム６８とから構成されている。第１関節６６は
支柱７１の上側の旋回盤７３を矢印Ｐ方向に回動し、第
２関節６７は旋回盤７３に固定されたブラケット８１の
上側の第１アーム８３を矢印Ｑ方向に回動し、第２アー
ム６８の先端部６８ａの３次元移動を可能にする。

【００３３】第１０図は本発明の第４実施例を示す図で
あり、前述の第３実施例と同一構成については、同一符
号を用いて説明する。第１０図において、７０は減速装
置であり、減速装置７０は、第９図に示す産業ロボット
の第１関節６６において、第１部材としての筒状の支柱
７１の内側に内装されている。減速装置７０は電動モー
タ１に連結された平行軸型の前段減速機２０と、この前
段減速機２０に連結された後段の遊星歯車装置２１とか
ら構成されている。

【００３４】電動モータ１のフランジ２は、筒体４を介
して支柱７１にボルト４ｂを用いて固定されている。電
動モータ１の上側のほぼ垂直な回転軸７は前段減速機２
０のピニオン２２に固定され、ピニオン２２に噛み合う
３個の平歯車２５は、後述する３本の入力クランク軸３
０の延在部３０ａにそれぞれ固定されている。遊星歯車
装置２１は前段減速機２０の上側に配置され、筒体４に
固定して設けられた内歯歯車２８と、内歯歯車２８に噛
み合う一対の外歯歯車２９ａ、２９ｂ（以下、添字をつ
けない２９で代表する）と、外歯歯車２９に嵌合して外
歯歯車２９を用導回転させるカム軸としての３本の入力
クランク軸３０と、から構成されている。入力クランク
軸３０は遊星歯車装置２１の下端部を構成する円板部３
３にベアリング３４を介して軸支され、遊星歯車装置２
１の上端部および外歯歯車２９の円周上に等配して設け
られた貫通孔を貫通したブロック体３５にベアリング４
１を介して軸支されている。ブロック体３５と円板部３
３とは円周上に等配された３つのボルト４６により一体
的となり、支持体（キャリア）４４を構成し、支柱７１
の上側に設けられた第２部材としての円筒状体の旋回盤
７３の底部７３ａに固定されている。底部７３ａと支柱
７１の上部７１ａとの間にはベアリング７４が設けら
れ、支持体（キャリア）４４の自転に伴い、旋回盤７３
は回転する。前述以外の構成、作用および振動特性は第
３実施例と同じであり省略する。

【００３５】第１１図は本発明の第５実施例を示す図で
あり、前述の第３実施例と同一構成については、同一符
号を用いて説明する。第１１図において、８０は減速装
置であり、減速装置８０は第９図に示す産業ロボットの
第２関節６７に用いたものである。第１部材としての箱
型のブラット８１は前述の第１関節６６の旋回盤７３の
上側に一体的に固定されている。減速装置８０は電動モ
ータ１に連結された平行軸型の前段減速機２０とこの前
段減速機２０に連結された後段の遊星歯車装置２１とか
ら構成されている。電動モータ１のフランジ２はブラケ
ット８１にボルト４ｂを用いて固定され、電動モータ１
の回転軸７は前段減速機２０のピニオン２２に固定さ
れ、ピニオン２２に噛み合う３個の平歯車２５は後述す
る３本の入力クランク軸３０の延在部３０ａにそれぞれ
固定されている。遊星歯車装置２１の入力クランク軸３
０の前端部はベアリング４１を介してブロック体３５に
軸支され、その後端部はベアリング３４を介して円板部
３３に軸支されている。ブロック体３５と円板部３３は
ボルト４６で一体的に固定されて支持体４４を構成し、
さらにボルト８２によりブラケット８１に固定されてい
る。遊星歯車減速機２１の内歯歯車２８は支持体４４の
外周部にベアリング８４を介して回動自在に支持されて
いる。内歯歯車２８は、第２部材としての第１アーム８
３の端部８３ａに一体的に固定されている。

【００３６】電動モータ１の回転は回転軸７を介して前
段減速機２０のピニオン２２に伝達され、前段減速機２
０で減速される。前段減速機２０の出力は平歯車２５に
より遊星歯車装置２１の入力クランク軸３０に入力され
る。次いで、入力クランク軸３０の回転により偏心揺動
させられる一対の外歯歯車２９ａ、２９ｂ（以下、２９
で代表する。）と、この外歯歯車２９と噛み合う内歯歯
車２８とによりさらに減速され、内歯歯車２８のゆっく
りした自転は第２アーム８３を回動させる。前述以外の
構成、作用および振動特性は第３実施例と同じであり、
同じ符号をつけて説明を省略する。

【００３７】第１２図は本発明の第６実施例を示す図で
あり、これは、前述の第５実施例の構成の一部を変更し
たものであり、第５実施例と同一の構成には同一の符号
をつけて説明する。第１２図において、９０は減速装置
であり、減速装置９０は、第５実施例と同様に、第９図
に示す、産業ロボットの第２関節６７に用いたものであ
る。

【００３８】第６実施例では、減速装置は９０は電動モ
ータ１に連結された前段減速機２０と前段減速機２０に
連結された後段の遊星歯車装置２１とから構成されてい
る。電動モータ１の出力軸の回転軸７は前段減速機２０
の太陽歯車９１に連結され、太陽歯車９１に噛み合い円
周上に等配された３個の遊星歯車９２は、ブロック体３
５の前端部から前方に連結された円筒部３５ａの内側に
設けられた内歯歯車９３とも噛み合い遊星運動する。遊
星歯車減速機２１の偏心入力軸としての入力クランク軸
３０は回転軸７の軸線と同一軸線上ブロック体３５の軸
芯上に記置され、入力クランク軸３０の延在部３０ａは
ベアリング９４を介してブロック体３５に軸支されてい
る。延在部３０ａの前端部にはフランジ部９５が設けら
れ、フランジ部９５の周辺に設けられた孔９６に前段前
段減速機２０の遊星歯車９２の軸９２ａが嵌合する。入
力クランク軸３０の後端部は、円板部３３にベアリング
９８を介して軸支されている。ブロック体３５および円
板部３３はボルト８２によりブラケット８１に一体的に
固定されている。

【００３９】電動モータ１の回転は回転軸７を介して太
陽歯車９１に伝達され、太陽歯車９１の自転運動に伴
い、遊星歯車９２は、太陽歯車９１と内歯歯車９３との
間を減速されて遊星運動する。遊星歯車９２の遊星運動
の中公転運動はフランジ部９５を介して入力クランク軸
３０に伝達される。前述以外の構成、作用および振動特
性は第５実施例と同じであり、同じ符号をつけて説明を
省略する。

【００４０】なお、後段回転伝導手段に偏心揺動型遊星
歯車装置を用いた場合においては、前段減速機の減速比
は電動モータの毎秒当たり最高回転数を駆動系の固有振
動数より若干小さな値に減じる減速比であるつことが好
ましい。例えば駆動系の固有ねじり振動数ｆ０が５〜９
Ｈｚの場合であって、電動モータの最高回転数が１００
０ｒｐｍ、総減速比ｉが１／６０〜１／３２０のときは
前段の最小減速比ｉ１を約１／１．９〜１／６、後段の
減速比ｉ２を１／２５〜１／６０とするのが好ましい。
また駆動系の固有ねじり振動数ｆ０が５〜９Ｈｚの場合
であって、電動モータの回転数が最高２０００ｒｐｍ、
総減速比ｉが１／１１０〜１〜３２０のときは、前段の
最小減速比ｉ１を約１／３．７〜１／６．７、後段減速
比ｉ２を約１／２５〜約１／６０とするのが好ましい。
同様（ｆ０＝５〜９Ｈｚ）の場合であって電動モータ回
転数が最高４０００ｒｐｍ、総減速比ｉが１／２１０〜
１／６４０のときは、前段の最小減速比ｉを約１／７．
４〜約１／１３．３、後段減速比ｉ１を約１／３０約１
／６０とするのが好ましい。また、駆動系の固有ねじり
振動数ｆ０が１０〜１５Ｈｚの場合であって、電動モー
タの最高回転数が１０００ｒｐｍ、総減速比ｉが１／８
０〜１／３００のときは前段の最小減速比ｉ１を１／
１．５〜１／４、後段の減速比ｉ２を１／２５〜１／６
０とするのが好ましい。同様（ｆ０＝１０〜１５Ｈｚ）
の場合であって、電動モータの最高回転数が４０００ｒ
ｐｍ、総減速比が１／１２５〜１／６００のときは、前
段の減速ｉ１を約１／４．５〜約１／１０、後段の減速
比ｉ２を約１／３０〜約１／１００とするのが好まし
い。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、後段回転
伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速比を備えて、
前段回転伝導手段の出力が入力されるカム軸、外歯歯
車、内歯歯車を有し、カム軸の一回転当たりに一定回転
数の実質トルク変動を生じ駆動系を実質的に加振する特
性を有する偏心揺動型遊星歯車装置によって構成され、
前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上に位
置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合うと
共に前記カム軸に結合された歯車とからなる平行軸型歯
車装置によって構成され、該平行軸型歯車装置の減速比
が、該減速比に電動モータの通常制御域における毎秒当
たりの最高回転数と前記カムの軸の一回転当たりにおけ
る前記遊星歯車装置の実質トルク変動回数とを乗じた値
が前記駆動系の固有振動数以下となるように、１／１．
９乃至１／６に設定され、減速装置の総減速比が、前後
段回転伝導手段の減速比の選択に基づいて、１／６０乃
至１／３２０に設定されているので、ロボットの駆動系
が５ヘルツ乃至９ヘルツの固有振動数を生じると共に、
駆動源としての電動モータが最高１０００ｒｐｍで使用
される産業ロボットの関節装置の場合に、最大共振現象
を生じるポイント、若しくは最も大きな振動の生じるポ
イントが電動モータの通常制御回転数領域（０〜１００
０ｒｐｍ）の外にシフトし、実用域での過大な振動を生
じることが無い。従って、電動モータの通常制御回転数
領域で行われるロボット作業を正確な作業軌跡により行
うことができ、ロボットの作業効率が向上する。

【００４１】また、請求項２記載の発明によれば、後段
回転伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速比を備え
て、前段回転伝導手段の出力が入力されるカム軸、外歯
歯車、内歯歯車を有し、カム軸の一回転当たりに一定回
転数の実質トルク変動を生じ駆動系を実質的に加振する
特性を有する偏心揺動型遊星歯車装置によって構成さ
れ、前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上
に位置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合
うと共に前記カム軸に結合された歯車とからなる平行軸
型歯車装置によって構成され、該平行軸型歯車装置の減
速比が、該減速比に電動モータの通常制御域における毎
秒当たりの最高回転数と前記カムの軸の一回転当たりに
おける前記遊星歯車装置の実質トルク変動回数とを乗じ
た値が前記駆動系の固有振動数以下となるように、１／
３．７乃至１／６．７に設定され、減速装置の総減速比
が、前後段回転伝導手段の減速比の選択に基づいて、１
／１１０乃至１／３２０に設定されているので、ロボッ
トの駆動系が５ヘルツ乃至９ヘルツの固有振動数を生じ
ると共に、駆動源としての電動モータが最高２０００ｒ
ｐｍで使用される産業ロボットの関節装置の場合に、最
大共振現象を生じるポイント、若しくは最も大きな振動
の生じるポイントが電動モータの通常制御回転数領域
（０〜２０００ｒｐｍ）の外にシフトし、実用域での過
大な振動を生じることが無い。従って、電動モータの通
常制御回転数領域で行われるロボット作業を正確な作業
軌跡により行うことができ、ロボットの作業効率が向上
する。

【００４３】さらに、請求項３記載の発明によれば、後
段回転伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速比を備
えて、前段回転伝導手段の出力が入力されるカム軸、外
歯歯車、内歯歯車を有し、カム軸の一回転当たりに一定
回転数の実質トルク変動を生じ駆動系を実質的に加振す
る特性を有する偏心揺動型遊星歯車装置によって構成さ
れ、前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上
に位置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合
うと共に前記カム軸に結合された歯車とからなる平行軸
型歯車装置によって構成され、該平行軸型歯車装置の減
速比が、該減速比に電動モータの通常制御域における毎
秒当たりの最高回転数と前記カムの軸の一回転当たりに
おける前記遊星歯車装置の実質トルク変動回数とを乗じ
た値が前記駆動系の固有振動数以下となるように、１／
１．５乃至１／４に設定され、減速装置の総減速比が、
前後段回転伝導手段の減速比の選択に基づいて、１／８
０乃至１／３００に設定されているので、ロボットの駆
動系が１０ヘルツ乃至１５ヘルツの固有振動数を生じる
と共に、駆動源としての電動モータが最高１０００ｒｐ
ｍで使用される産業ロボットの関節装置の場合に、最大
共振現象を生じるポイント、若しくは最も大きな振動の
生じるポイントが電動モータの通常制御回転数領域（０
〜１０００ｒｐｍ）の外にシフトし、実用域での過大な
振動を生じることが無い。従って、電動モータの通常制
御回転数領域で行われるロボット作業を正確な作業軌跡
により行うことができ、ロボットの作業効率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図２】第１実施例の減速装置の一部断面図

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図

【図５】図４に係る実施例の全体構成図

【図６】本発明の第２実施例の要部断面図

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図

【図８】本発明の第３実施例を示すその要部断面図

【符号の説明】１電動モータ３減速装置５第１アーム（第１部材）１２第２アーム（第２部材）２０前段減速機（前段回転伝導手段）２１後段減速機（後段回転伝導手段）２８内歯歯車２９外歯歯車３０入力クランク軸（カム軸）４０減速装置６０減速装置７０減速装置７１第１アーム（第１部材）７３第２アーム（第２部材）８０減速装置８１第１アーム（第１部材）８３第２アーム（第２部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの第１部材と、第１部材に回動
自在に支持されたロボットの第２部材と、第１部材に一
体的に取り付けられた電動モータの回転を減速して第２
部材に伝達する減速装置とを備え、該電動モータ、該減
速装置および該第２部材を含んで構成される駆動系が５
ヘルツ乃至９ヘルツの固有振動数を生じると共に、該電
動モータが最高１０００回転／分（ｒｐｍ）で使用され
る産業ロボットの関節装置において、前記減速装置が、前記電動モータの回転を減速する前段
回転伝導手段および前段回転伝導手段の出力回転を減速
する後段回転伝導手段を有し、前記電動モータが、前記駆動系の固有振動数に対応する
回転数を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速
比を備えて、前記前段回転伝導手段の出力が入力される
カム軸、カム軸の回転により駆動される外歯歯車、およ
び外歯歯車に噛み合う内歯歯車を有し、前記カム軸の一
回転当たりに一定回数の実質トルク変動を生じ前記駆動
系を実質的に加振する特性を有する偏心揺動型遊星歯車
装置によって構成され、前記前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上
に位置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合
うと共に前記後段回転電動手段のカム軸に結合された歯
車とからなる平行軸型歯車装置によって構成され、該平行軸型歯車装置の減速比が、該減速比に前記電動モ
ータの通常制御域における毎秒当たりの最高回転数と前
記カムの軸の一回転当たりにおける前記遊星歯車装置の
実質トルク変動回数とを乗じた値が前記駆動系の固有振
動数以下となるように、１／１．９乃至１／６に設定さ
れ、前記減速装置の総減速比が、前記前後段回転伝導手
段の減速比の選択に基づいて、１／６０乃至１／３２０
に設定されたことを特徴とする産業ロボットの関節装
置。
【請求項２】ロボットの第１部材と、第１部材に回動
自在に支持されたロボットの第２部材と、第１部材に一
体的に取り付けられた電動モータの回転を減速して第２
部材に伝達する減速装置とを備え、該電動モータ、該減
速装置および該第２部材を含んで構成される駆動系が５
ヘルツ乃至９ヘルツの固有振動数を生じると共に、該電
動モータが最高２０００回転／分（ｒｐｍ）で使用され
る産業ロボットの関節装置において、前記減速装置が、前記電動モータの回転を減速する前段
回転伝導手段および前段回転伝導手段の出力回転を減速
する後段回転伝導手段を有し、前記電動モータが、前記駆動系の固有振動数に対応する
回転数を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速
比を備えて、前記前段回転伝導手段の出力が入力される
カム軸、カム軸の回転により駆動される外歯歯車、およ
び外歯歯車に噛み合う内歯歯車を有し、前記カム軸の一
回転当たりに一定回数の実質トルク変動を生じ前記駆動
系を実質的に加振する特性を有する偏心揺動型遊星歯車
装置によって構成され、前記前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上
に位置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合
うと共に前記後段回転電動手段のカム軸に結合された歯
車とからなる平行軸型歯車装置によって構成され、該平行軸型歯車装置の減速比が、該減速比に前記電動モ
ータの通常制御域における毎秒当たりの最高回転数と前
記カムの軸の一回転当たりにおける前記遊星歯車装置の
実質トルク変動回数とを乗じた値が前記駆動系の固有振
動数以下となるように、１／３．７乃至１／６．７に設
定され、前記減速装置の総減速比が、前記前後段回転伝
導手段の減速比の選択に基づいて、１／１１０乃至１／
３２０に設定されたことを特徴とする産業ロボットの関
節装置。
【請求項３】ロボットの第１部材と、第１部材に回動
自在に支持されたロボットの第２部材と、第１部材に一
体的に取り付けられた電動モータの回転を減速して第２
部材に伝達する減速装置とを備え、該電動モータ、該減
速装置および該第２部材を含んで構成される駆動系が１
０ヘルツ乃至１５ヘルツの固有振動数を生じると共に、
該電動モータが最高１０００回転／分（ｒｐｍ）で使用
される産業ロボットの関節装置において、前記減速装置が、前記電動モータの回転を減速する前段
回転伝導手段および前段回転伝導手段の出力回転を減速
する後段回転伝導手段を有し、前記電動モータが、前記駆動系の固有振動数に対応する
回転数を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、１／２５乃至１／６０の減速
比を備えて、前記前段回転伝導手段の出力が入力される
カム軸、カム軸の回転により駆動される外歯歯車、およ
び外歯歯車に噛み合う内歯歯車を有し、前記カム軸の一
回転当たりに一定回数の実質トルク変動を生じ前記駆動
系を実質的に加振する特性を有する偏心揺動型遊星歯車
装置によって構成され、前記前段回転伝導手段が、前記電動モータの回転軸線上
に位置して設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合
うと共に前記後段回転電動手段のカム軸に結合された歯
車とからなる平行軸型歯車装置によって構成され、該平行軸型歯車装置の減速比が、該減速比に前記電動モ
ータの通常制御域における毎秒当たりの最高回転数と前
記カムの軸の一回転当たりにおける前記遊星歯車装置の
実質トルク変動回数とを乗じた値が前記駆動系の固有振
動数以下となるように、１／１．５乃至１／４に設定さ
れ、前記減速装置の総減速比が、前記前後段回転伝導手
段の減速比の選択に基づいて、１／８０乃至１／３００
に設定されたことを特徴とする産業ロボットの関節装
置。