JPH08318490A - ロボット関節の調和減速機構 - Google Patents

ロボット関節の調和減速機構

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JPH08318490A
JPH08318490A JP17094896A JP17094896A JPH08318490A JP H08318490 A JPH08318490 A JP H08318490A JP 17094896 A JP17094896 A JP 17094896A JP 17094896 A JP17094896 A JP 17094896A JP H08318490 A JPH08318490 A JP H08318490A
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JP
Japan
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side internal
gears
pair
internal gear
input shaft
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JP17094896A
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English (en)
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Koichi Shimamura
公一 嶋村
Sadao Fujii
貞雄 藤井
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力軸と出力軸との間に介在するロボット関
節の調和減速機構に関し、出力軸に速度むらがなく、且
つ振動が抑制された調和減速機構を提供する。 【解決手段】 ロボット筐体に形成した一対の固定側内
歯歯車と、一対の固定側内歯歯車の軸心を貫通する入力
軸と、長軸が直交するよう一対の楕円状カムが入力軸に
嵌着され、それぞれの楕円状カムの外周にボールベアリ
ングを配列してなる一対の波動発生器と、薄肉の弾性体
からなりそれぞれの波動発生器に外嵌されそれぞれの外
側の半体が選択した固定側内歯歯車に噛合する一対の可
撓性歯車と、それぞれの該可撓性歯車の内側の半体に噛
合するよう、出力軸に形成した従動側内歯歯車とを備
え、一対の可撓性歯車は歯数が等しく且つ固定側内歯歯
車の歯数よりも少なくとも一歯少ないものであり、出力
軸は、入力軸に直交する平面内で回動運動をするものと
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力軸と出力軸と
の間に介在するロボット関節の調和減速機構に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来例の断面図であり、図5は従
来の要所を示す断面図で、(A) は図4の直線AーA部分
の断面図、(B) は図4の直線BーB部分の断面図であ
る。
【0003】従来のロボット関節の調和減速機構は、図
4,5に図示したように、モータ10に直結した入力軸4
に、長軸が互いに直交するように一対の波動発生器3-1,
3-2が嵌着されている。
【0004】ロボット筐体20の相対向する内壁に、それ
ぞれ固定側内歯歯車45-1,45-2 を固着している。また出
力軸13の中間壁の左右の両側に、それぞれ従動側内歯歯
車41-1,41-2 を固着している。
【0005】一方の波動発生器3-1 の断面を図5の(A)
に、他方の波動発生器3-2 の断面を図5の(B) に示す。
両者の波動発生器3-1,3-2 は構造が同じであるので、以
下一方の波動発生器3-1 について説明する。
【0006】波動発生器3-1 は、図5の(A) のように軸
心孔を入力軸4が貫通することで、入力軸4に嵌着され
た楕円状カム30-1と、楕円状カム30-1の周辺に配列した
ボールベアリング8とで構成されている。
【0007】そして波動発生器3-1 に、薄肉の弾性体か
らなる可撓性歯車2-1 を(一点鎖線で示す楕円)を外嵌
(ボールベアリング8の外側に外嵌)している。可撓性
歯車2-1 の内側の半体は、出力軸13に取り付けられた従
動側内歯歯車41-1に噛合しており、可撓性歯車2-1 の外
側の半体は、ロボット筐体20に取り付けた固定側内歯歯
車45-1に噛合している。
【0008】固定側内歯歯車45-1と従動側内歯歯車41-1
は歯数が等しい。また可撓性歯車2-1 の歯数は、固定側
内歯歯車45-1の歯数より例えば2歯少ない。他方の波動
発生器3-2 は、長軸が一方の波動発生器3-1 の長軸に直
交するように入力軸4に嵌着されている。
【0009】次に、このような構成の減速機構の動作を
説明する。可撓性歯車2-1(2-2)は、楕円状カム30-1(30-
2)の対向する長軸端部12の2箇所で、固定側内歯歯車45
-1(45-2)に噛合するように構成されているので、入力軸
4を回転すると、可撓性歯車2-1(2-2)は、 (固定側内歯歯車の歯数−可撓性歯車の歯数)/可撓性
歯車の歯数 の高比率の減速比で、入力軸とは逆方向に回転する。
【0010】可撓性歯車2-1(2-2)が回転すると、従動側
内歯歯車41-1(41-2)は、 可撓性歯車の歯数/従動側内歯歯車の歯数 の減速比で回転する。
【0011】即ち、入力軸4を回動することで、入力軸
4に直交する平面内で入力軸4を中心にして、高比率の
減速比で回転する出力軸13を取り出すことができる。と
ころで、上述のロボット関節の調和減速機構は、市販の
可撓性歯車を外嵌した波動発生器、固定側内歯歯車及び
従動側内歯歯車を準備し、これらの部品を入力軸とロボ
ット関節軸に嵌め込んで組立ている。
【0012】この際ロボット組立上で、ロボット筐体の
軸と出力軸の軸との嵌合部に、高度の心出し加工が要求
される。高精度の嵌め合いが必要する箇所は、図4に○
印で示しているように、例えば出力軸とロボット筐体間
のベアリング9を嵌装する嵌入面、即ち出力軸13の内周
面26とロボット筐体20の外周面27であり、また、出力軸
13の従動側内歯歯車の嵌め込み面28であり、またロボッ
ト筐体20の固定側内歯歯車の嵌め込み面29等であって、
いずれの面も入力軸4に対する嵌合による心ずれ誤差が
発生し易い。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ロボット関節の調和減速機構は、可撓性歯車を外嵌した
波動発生器、固定側内歯歯車及び従動側内歯歯車を準備
し、これらの部品を入力軸とロボット関節軸に嵌め込ん
で組立ているので、ロボット筐体の軸と出力軸の軸との
嵌合部に高度の心出し加工が要求されるが、多数の箇所
に散在している嵌合部を、高精度に心出しをすることが
困難であった。
【0014】このために、出力軸側に速度むらが発生す
るという問題点があった、また速度むらの発生に起因し
てロボット関節に振動が発生するという問題点があっ
た。本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、
出力軸に速度むらがなく、且つ振動が抑制されたロボッ
ト関節の調和減速機構を提供することを目的としてい
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は図1に例示したように、ロボット筐体20に
対向して形成した一対の固定側内歯歯車15-1,15-2 と、
一対の固定側内歯歯車15-1,15-2 の軸心を貫通する入力
軸4と、長軸が直交するよう一対の楕円状カム30-1,30-
2 が入力軸4に嵌着され、それぞれの楕円状カム30-1,3
0-2 の外周にボールベアリング8を配列してなる一対の
波動発生器3-1,3-2 と、薄肉の弾性体からなりそれぞれ
の波動発生器3-1,3-2 に外嵌され、それぞれの外側の半
体が選択した固定側内歯歯車に噛合する一対の可撓性歯
車2-1,2-2 を備える。
【0016】さらに、それぞれの可撓性歯車2-1,2-2 の
内側の半体に噛合するよう、出力軸13に形成した従動側
内歯歯車1を備える。一対の可撓性歯車2-1,2-2 は歯数
が等しく、且つ固定側内歯歯車15-1,15-2 よりも少なく
とも一歯少ないものとする。
【0017】ロボット筐体20は、出力軸13が入力軸4に
直交する平面内で回動運動をし得るように、両側壁の選
択した一方の側面のみが連結されている。上述のように
入力軸と出力軸とを組合せているので、モータで入力軸
を回動すると、出力軸は、固定側内歯歯車, 可撓性歯
車, 従動側内歯歯車の歯数により設定される所定に大き
い減速比で、入力軸4に直交する平面内で入力軸を中心
にして回動する。
【0018】上述のように本発明は、一対の可撓性歯車
のそれぞれに噛合する固定側内歯歯車が、ロボット筐体
に一体に形成され、また従動側内歯歯車がロボット関節
の出力軸に一体に形成されている。したがって、高精度
に心出しを必要とする箇所が、出力軸の内周面とロボッ
ト筐体の外周面間の1箇所のみとなるので、ロボット関
節組立時の心出しが容易となる。このことにより、ロボ
ット関節の速度のむら及び振動が減少する。
【0019】また、本発明は、長軸が直交する一対の波
動発生器のそれぞれに可撓性歯車を外嵌し、それぞれの
可撓性歯車の内側の半体を従動側内歯歯車に、外側の半
体を固定側内歯歯車に噛合させている。
【0020】このことにより、一方の固定側内歯歯車は
円周上の2等分された2箇所で噛合して対応する一方の
可撓性歯車に回転力を付与し、他方の固定側内歯歯車は
一方の固定側内歯歯車に直交する円周上の2等分された
2箇所で噛合して、対応する他方の可撓性歯車に回転力
を付与している。
【0021】また、一方の可撓性歯車は円周上の2等分
された2箇所で噛合して従動側内歯歯車に回転力を付与
し、他方の可撓性歯車は一方の可撓性歯車に直交する円
周上の2等分された2箇所で噛合して従動側内歯歯車に
回転力を付与している。
【0022】このように、噛合部が十字状に配置されて
いるので、歯車のバックラッシュが除去されるとととも
に、相手側の歯車に駆動力を付与する箇所のバランスが
とれることになり、入力軸と従動側内歯歯車の回転の軸
心が一致し、ロボット関節の速度のむらや振動が減少す
る。
【0023】請求項2は、一対の波動発生器3-1,3-2
は、入力軸4に対し直線運動軸受機構6を介して結合さ
れてなる構成とする。上述のように構成されているの
で、入力軸と固定側内歯歯車間、及び入力軸と従動側内
歯歯車間に残存する心ずれ誤差を、直線運動軸受機構が
吸収する。
【0024】
【発明の実施の形態】以下図を参照しながら、本発明を
具体的に説明する。なお、全図を通じて同一符号は同一
対象物を示す。
【0025】図1は本発明の実施形態(1)の断面図で
あり、図2は本発明の要所を示す断面図で、(A) は図1
の直線AーA部分の断面図、(B) は図1の直線BーB部
分の断面図である。図3は本発明の実施形態(2)の断
面図である。
【0026】図示したように、ロボット筐体20の相対向
する内壁の内周面に、それぞれ固定側内歯歯車15-1,15-
2 を一体形成している。モータ10に直結した入力軸4
は、この一対の固定側内歯歯車15-1,15-2 の軸心をベア
リング19を介して貫通している。
【0027】また出力軸13の一方の端の関節部に出力軸
の軸心に直交する軸孔を設け、この軸孔の内周面に、従
動側内歯歯車1を一体形成している。この一対の固定側
内歯歯車15-1,15-2 と従動側内歯歯車1の歯数は等し
い。
【0028】ロボット筐体20は、出力軸13が入力軸4に
直交する平面内で回動運動をし得るように、両側壁の選
択した一方の側面のみが連結されている。入力軸4に、
長軸が互い直交するように一対の波動発生器3-1,3-2 を
嵌着している。
【0029】一方の波動発生器3-1 の断面を図2の(A)
に、他方の波動発生器3-2 の断面を図2の(B) に示す。
波動発生器3-1 は、図2の(A) のように軸心孔を入力軸
4が貫通することで、入力軸4に嵌着した楕円状カム30
-1と、楕円状カム30-1の周辺に配列したボールベアリン
グ8とで構成されている。なお、キー7を入力軸4に設
けて楕円状カム30-1を確実に入力軸4に固着している。
【0030】この波動発生器3-1 に、薄肉の弾性体から
なる可撓性歯車2-1 を(一点鎖線で示す楕円)を外嵌
(ボールベアリング8の外側に外嵌)している。可撓性
歯車2-1 の内側の半体は、出力軸13に設けた従動側内歯
歯車1の半体に噛合している。また、可撓性歯車2-1 の
外側の半体は、ロボット筐体20に設けた固定側内歯歯車
15-1に噛合している。
【0031】詳述すると、可撓性歯車2-1 の半体は、楕
円状カム30-1の対向する長軸端部12の2箇所で、固定側
内歯歯車15-1に噛合し、可撓性歯車2-1 の他方の半体
は、楕円状カム30-1の対向する長軸端部12の2箇所で、
従動側内歯歯車1に噛合している。
【0032】この可撓性歯車2-1 の歯数は、固定側内歯
歯車15-1の歯数より、少なくとも1歯少ない。他方の波
動発生器3-2 は、図2の(B) のように、長軸が波動発生
器3-1 の長軸に直交するような角度位置で入力軸4に嵌
着した楕円状カム30-2と、楕円状カム30-2の周辺に配列
したボールベアリング8とで構成されている。なお、キ
ー7を入力軸4に設けて楕円状カム30-2を、前述の楕円
状カム30-1とは角度が90度ずれるように確実に入力軸4
に固着している。
【0033】この波動発生器3-2 に、薄肉の弾性体から
なる可撓性歯車2-2 を(一点鎖線で示す楕円)を外嵌
(ボールベアリング8の外側に外嵌)している。可撓性
歯車2-2 の内側の半体は、出力軸13に設けた従動側内歯
歯車1の可撓性歯車2-1 が噛合する半体とは反対側の半
体に噛合している。
【0034】また、可撓性歯車2-2 の外側の半体は、ロ
ボット筐体20に設けた固定側内歯歯車15-2に噛合してい
る。詳述すると、可撓性歯車2-2 の半体は、楕円状カム
30-2の対向する長軸端部12の2箇所で、固定側内歯歯車
15-2に噛合し、可撓性歯車2-2 の他方の半体は、楕円状
カム30-2の対向する長軸端部12の2箇所で、従動側内歯
歯車1に噛合している。
【0035】この可撓性歯車2-2 の歯数は、前述の可撓
性歯車2-1 の歯数に等しいものである。そして、出力軸
13の関節部の軸心孔の左右の両側にそれぞれ、従動側内
歯歯車1の軸心に一致する内周面を設け、この内周面に
ベアリング9を嵌入し、ベアリング9を介してロボット
筐体20に出力軸13を、回動自在に装着している。
【0036】なお、図1に示す16は、入力軸4の回転量
を検出するエンコーダである。上述のように入力軸4と
出力軸13とを組合せているので、出力軸13は、固定側内
歯歯車, 可撓性歯車, 従動側内歯歯車の歯数により設定
される所定に大きい減速比で、入力軸4に直交する平面
内で入力軸4を中心にして回動する。
【0037】図3に図示したように、入力軸4の波動発
生器を嵌着する部分を断面角形にしている。そして、入
力軸4に嵌着する波動発生器3-1 の楕円状カム30-1の軸
心部に、1辺が長軸に平行する角孔を設け、この角孔の
長軸に平行する面のそれぞれにボール5を配列して、直
線運動軸受機構6設け、この直線運動軸受機構6を介し
て波動発生器3-1 を入力軸4に嵌着している。
【0038】また、他方の波動発生器3-2 も同様に、直
線運動軸受機構6を介して入力軸4に嵌着している。上
述のように構成されているので、入力軸と固定側内歯歯
車間、及び入力軸と従動側内歯歯車間に残存する心ずれ
誤差を直線運動軸受機構が吸収するので、ロボット関節
組立時の心出しが容易となり、ロボット関節の速度のむ
ら及び振動が激減する。
【0039】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0040】ロボット関節の調和減速機の組立時に、従
動側内歯歯車と可撓性歯車間、及び可撓性歯車と固定側
内歯歯車間に生ずる嵌め合い誤差による心ずれを極めて
小さく抑制・吸収することができ、ロボット関節の速度
のむら及び速度むらに基づく振動の発生が激減する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)の断面図である。
【図2】本発明の要所を示す断面図で、(A) は図1の直
線AーA部分の断面図、(B) は図1の直線BーB部分の
断面図である。
【図3】本発明の実施形態(2)の断面図である。
【図4】従来例の断面図である。
【図5】従来の要所を示す断面図で、(A) は図4の直線
AーA部分の断面図、(B) は図4の直線BーB部分の断
面図である。
【符号の説明】
1 従動側内歯歯車 2-1,2-2 可撓性歯車 3-1,3-2 波動発生器 4 入力軸 8 ボールベアリング 10 モータ 12 長軸端部 15-1,15-2 固定側内歯歯車 20 ロボット筐体 30-1,30-2 楕円状カム 41-1,41-2 従動側内歯歯車 45-1,45-2 固定側内歯歯車

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロボット筐体に対向して形成した一対の固
    定側内歯歯車と、一対の該固定側内歯歯車の軸心を貫通
    する入力軸と、長軸が直交するよう一対の楕円状カムが
    該入力軸に嵌着され、それぞれの該楕円状カムの外周に
    ボールベアリングを配列してなる一対の波動発生器と、
    薄肉の弾性体からなり、それぞれの該波動発生器に外嵌
    され、それぞれの外側の半体が選択した該固定側内歯歯
    車に噛合する一対の可撓性歯車と、それぞれの該可撓性
    歯車の内側の半体に噛合するよう、出力軸に形成した従
    動側内歯歯車とを備え、該一対の可撓性歯車は、歯数が
    等しく、且つ該固定側内歯歯車の歯数よりも少なくとも
    一歯少ないものであり、該出力軸は、該入力軸に直交す
    る平面内で回動運動をするものであることを特徴とする
    ロボット関節の調和減速機構。
  2. 【請求項2】一対の前記波動発生器は、入力軸に対し直
    線運動軸受機構を介して嵌着されたものであることを特
    徴とする請求項1記載のロボット関節の調和減速機構。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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