JPS62113941A - ハ−モニツクドライブ減速機の組立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 共通する軸が挿通された２組のハーモニックドライブの
内歯歯車同士の間にねじり方向の予圧を与えることで、
バックラッシュを防止する際に、ロードセルで予圧を測
定し、所定の予圧に達したところで、予圧調整を停止し
、両内歯歯車の相対位置を固定することにより、常時一
定の予圧が与えられるようにする。

〔産業上の利用分野〕

ロボットの関節機構などでは、ハーモニックドライブ機
構を利用した減速機が多用されている。

本発明は、ハーモニックドライブを２組組み合わせてそ
れぞれに逆方向の予圧を与えることで、スプライン部に
おけるバックラッシュを防止する際に、バックラッシュ
を確実に防止できるように最適の予圧を与える方法に関
する。

〔従来の技術〕

ハーモニックドライブ機構は、内歯歯車の歯数と、これ
に噛み合う外歯歯車の歯数の差を利用して、比較的大き
な減速比が得られるが、第５図に示すような回転角−ト
ルク特性を有している。ａ−ｂは歯車の噛み合い間隙に
起因するバックラッシュで、最小角の場合でも、３分程
度は生ずる。

これは、全長１ｍのアームを想定すると、先端では０．
９ｍｍものずれとなる。ｂ−ｅ部、ａ−ｅ部は歯の噛み
合いが不均一なために生ずる剛性の低い部分で生じるバ
ックラッシュであり、駆動側歯車が０→Ｃまで、または
Ｏ→ｅまで回転して始めてｃ−ｄ部、ｅ−ｆ部の均一な
剛性が得られる。

ハーモニックドライブ減速機は、軽量・小型でしかも大
減速比を得られることから、ロボット用減速機として適
している。しかしながら、高精度の位置決め精度を要す
るロボットにおいては、前記のようなハーモニックドラ
イブのもつバックラッシュやヒステリシスが、位置決め
精度を低下させる要因となっている。ハーモニックドラ
イブ型の減速機を利用した大減速比の機構におけるこの
ような問題を解決するために、本発明の出願人は、特願
昭５５−１８９１２２号として、次のようなバンクラッ
シュ除去機構を提案した。

第６図はこのバックラッシュ除去機構で目指している回
転角−トルク特性である。すなわち入力軸に回転が発生
すると同時に出力側にトルクが発生するようにする。し
かも回転方向が逆転しても、ヒステリシスを生じること
なく、一定の回転角−トルク特性で駆動可能とする。

第７図はバックラッシュ防止を要する多数関節アーム型
ロボットの側面図で、第８図は第７図の■−■拡大断面
図である。図において、１は基台、２１〜２５はアーム
である。アーム２１〜２５は関節３・３゛で屈曲または
回転可能に接続されている。第８図は第１番目の屈曲関
節３の拡大断面図であり、第１アーム２１に軸支された
回転軸４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５が固定されており、ロ
ータ５の外側のステータ６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”　となっている。ロータ５を挟んで、入力軸４
”には１対のハーモニックドライブ型減速機Ａ・Ｂのウ
ェーブジェネレータ８ａ・８ｂが固定されている。第９
図はハーモニックドライブ型減速機Ａの左側面図であり
、内側から順に、楕円形のウェーブジェネレータ８ａ、
ベアリング９ａ・・・、可撓性材料よりなる外歯歯車Ｌ
Ｏａ、外歯歯車１０ａの円周上の２点でそれぞれ噛み合
うており、かつ外歯歯車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
された出力内歯歯車１２ａとからなっている。もう一方
のハーモニックドライブ型減速機Ｂも同様にウェーブジ
ェネレータ８ｂ、ベアリング９ｂ、外歯歯車１０ｂおよ
び、固定内歯歯車１１ｂ、出力内歯歯車１２ｂで構成さ
れている。各ハーモニックドライブ型減速機Ａ−Ｂの固
定内歯歯車１１’ａ　　４１ｂは一次側部材となる第１
アーム２１に画定されており、出力内歯歯車１２ａ　　
・１２ｂは二次側部材となる第２アーム２２に固定さて
いる。固定内歯歯車１１ａ　　・　ｌｌｂと出力内歯歯
車１２ａ　　・１２ｂの少なくとも一方の内歯歯車例え
ば出力内歯歯車１２ａと１２ｂは、第１０図のように互
いに異なる回転方向へずらすことにより予圧角αを与え
て、第２アーム２２に固定されている。

この構成における関節機構の動作を説明する。

第９図において、入力軸４″がロータ５で駆動されて反
時計方向に回転すると、楕円形のウェーブジェネレータ
８ａ・８ｂが同じ方向に回転する。ウェーブジェネレー
タ８ａ・８ｂが反時計方向に回転すると、外歯歯車１０
ａ　　・１０ｂは、可撓性材料よりなるため、ウェーブ
ジェネレータ８ａ・８ｂの回転に従って変形し、固定内
歯歯車１１ａ　　・ｌｌｂと噛み合いながら、ウェーブ
ジェネレータ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１２ａ　　・１２ｂを
歯数の差だけ時計方向へ回転させ、第２アーム２２を屈
曲させる。次に停止後、反対方向へ入力軸４”が回転す
ると、外歯歯車１０ａ　　・１０ｂが逆回転して第２ア
ーム２２を伸長させる。このとき、出力内歯歯車１２ａ
　　・１２ｂは予圧角αを与えられているため、第１１
図のように外歯歯車１０ａと外歯歯車１０ｂとは、出力
内歯歯車１２ａ　　・１２ｂとの歯の接触面が逆になっ
ている。即ち、（イ）図のように外歯歯車１０ａの歯面
１３ａと出力内歯歯車１２ａの歯面１４ａは、反時計方
向にその歯面同士を接触させ、同図（ロ）のように外歯
歯車１０ｂの歯面１３ｂと出力内歯歯車１２ｂの歯面１
４ｂは時計方向にその歯面同士を接触させている。この
ため入力軸４′が回転すると、外歯歯車の反時計方向回
転には左のハーモニックドライブ型減速機Ａでバックラ
ッシュが防止され、外歯歯車の時計方向回転には右のハ
ーモニックドライブ型減速機Ｂでバックラッシュが防止
されることになり、結局入力軸４゛がどの方向に回転し
ても常にバックラッシュは発生せず、第６図のような特
性が得られる。

このように入力軸にハーモニックドライブ型減速機をＡ
−８２組装備し、しかもハーモニックドライブ型減速機
Ａの外歯歯車とハーモニックドライブ型減速機Ｂの外歯
歯車とでは、内歯歯車との接触面の方向が逆になるよう
に、ハーモニックドライブ型減速機Ａの出力内歯歯車と
ハーモニックドライブ型減速機Ｂの出力内歯歯車を回転
方向にずらして予圧角が与えられていることにより、バ
ックラッシュの発生を防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこのように２組のハーモニックドライブ減速機
をねじることで予圧を与えても、両方のハーモニックド
ライブに付与される予圧が常に一定の強さとなっておれ
ばよいが、予圧値は手加減で決めているため、一定の予
圧を加えることは困難である。そのため、予圧が少なす
ぎると使用しているうちにバンクラッシュやヒステリシ
スが発生し、逆に予圧を与えすぎると、無理な力が作用
して摩擦、摩耗を引き起こし、効率が低下したりすると
いった問題が生じる。

本発明の技術的課題は、従来のハーモニックドライブ減
速機におけるこのような問題を解消し、常に予圧を最適
値に設定しうるようにすることにある・ Ｃ問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明によるノ＼−モニ・ツクドライブ減速機
の組立て方法の基本原理を説明する側面図である。ａは
ハーモニックドライブＡ側の内歯歯車、ｂはハーモニッ
クドライブＢ側の内歯歯車であり、第４図における出力
内歯歯車１２ａ　、　１２ｂであってもよく、固定内歯
歯車１１ａ　、Ｉｌｂであってもよい。

片方の内歯歯車ａには、ロードセル２６が取付けられ、
他方の内歯歯車すには、ボルト等の螺合手段のように、
ロードセル２６に負荷を与える予圧手段２７が取付けら
れている。２８は、ロードセル２６を内歯歯車ａに取付
ける手段、２９は予圧手段２７を内歯歯車すに取付ける
手段である。なお本発明は、ロードセル２６および予圧
手段２７が、ケーシングなどを介して間接的に内歯歯車
に取付けられる場合も含まれるものとする。

いま予圧手段２７を操作して、ロードセル２６に矢印ａ
１方向の負荷を加えると、ロードセル２６が取付けられ
た内歯歯車ａが矢印ａ、力方向力を受け、予圧手段２７
側が取付けられた内歯歯車すは、矢印ａ２で示すように
反対方向の力を受ける。すなわち互いにねじり方向の力
を受ける。このとき、ロードセル２６の値を測定しなが
ら、予圧手段２７で予圧力を増やし、所定の予圧値に達
したところで、予圧増加を停止し、内歯歯車ａ、ｂの相
対位置を固定する。

〔作用〕

予圧手段２７で与えられる予圧力は、ロードセル２６に
よって測定できるため、手加減で予圧を与える場合と違
って、予圧力の値を確認できる。そのため、予め設計さ
れた所定の予圧値に達したところで、両ハーモニックド
ライブＡ、Ｂの内歯歯車ａ、ｂを固定すると、ハーモニ
ックドライブＡに対しハーモニックドライブＢ側をねじ
る方向の予圧が、正確に与えられる。しかも常に一定の
予圧力を与えることができる。

予圧設定が終了すると、予圧手段２７およびコードセル
２６は、両ハーモニックドライブＡ、Ｂから取外し、別
のハーモニックドライブＡ、Ｂ間の予圧設定に使用され
る。

〔実施例〕

次に本発明によるハーモニックドライブ減速機の組立て
方法が実際上どのように具体化されるかを実施例で説明
する。第２図は本発明による／’ｔ　−モニックドライ
ブ減速機の組立て方法の実施例を示すもので、分解斜視
図で示されている。

２つの同型のハーモニックドライブＡ、Ｂのウェーブジ
ェネレータ８ａ、８ｂに、共通する入力軸４”が挿入さ
れ、かつキー３０で、一体回転するように結合されてい
る。またハーモニックドライブＡの固定内歯歯車（サー
キュラスプライン）１１ａがケーシング３１ａに、ハー
モニックドライブＢの固定内歯歯車（サーキュラスプラ
イン）　ｌｌｂがケーシング３１ｂにそれぞれ固定され
ている。ケーシング３１ａと３１ｂは、回転方向のみに
自由度をもち、軸方向には移動しないように、第７図の
ロボットアーム２１などに仮止めされている。

固定内歯歯車１１ａ　、ｌｌｂに隣接して出力内歯歯車
（サーキュラスプライン）１２ａ、１２ｂが配設されて
いる。そしてハーモニックドライブＡにおいては、内歯
歯車１１ａと１２ａの内側に共通する外歯歯車１０ａが
噛み合っており、核外両歯車１０ａ中にヘアリング９ａ
を介してウェーブジェネレータ８ａが内蔵され、該ウェ
ーブジェネレータ８ａに共通の入力軸４°が押通されて
いる。もう一方のハーモニックドライブＢ側も同様に、
内歯歯車１１ｂと１２ｂの内側に共通する外歯歯車１０
ｂが噛み合っており、核外両歯車１０ｂ中にベアリング
９ｂを介してウェーブジェネレータ８ｂが内蔵され、該
ウェーブジェネレータ８ｂに共通の入力軸４°が押通さ
れている。

そして固定内歯歯車１１ａが固定されたケーシング３１
ａに対し、固定内歯歯車１１ｂが固定されたケーシング
３１ｂを矢印ａｌｓａｚで示すようにねじることで、予
圧が与えられる。その結果、入力軸４”が左右どの方向
に回転しても、出力用の内歯歯車１２ａ　、１２ｂから
はバックラッシュを伴うことなしに、回転力を取り出せ
る。

２つのケーシング３１ａ　、　３１ｂに矢印ａ３、ａ２
方向の予圧を与えるために、この実施例では、ケーシン
グ３１ａ　、３１ｂに平坦な取付は座３２ａ　、３２ｂ
が形成されている。そして取付は座３２ａに、ノックピ
ン３３とボルト３４で、ロードセル２６を支持している
取付は台２８が取付は固定される。一方ケーシング３１
ｂの取付は座３２ｂには、ノックピン３３とボルト３４
で、取付は用の支持台２９が取付は固定される。

支持台２９には、ロードセル２６の荷重受は凸部３７に
向けて締めつけボルト２７が螺合されており、該ボルト
２７の先端には、当て板３５が配設され、支持台２９に
取付けられた複数のガイド棒３６で回転防止されている
。

いまケーシング３１ａ　、３１ｂにロードセル２６およ
び支持台２９が取付けられた状態で、ボルト２７を締め
つけていくと、当て板３５を介して、ロードセル２６の
凸部３７が押圧される。この締めつけ力は・ロードセル
２６を介して、ケーシング３１ａに伝達して矢印ａ、力
方向トルクが発生し、その反作用とじてケーシングａＬ
ｂ側に矢印ａ２方向のトルクが作用し、相対的なねじり
力となる。

この予圧設定のためのトルクは、ロードセル２６で予圧
荷重を測定しながら、ボルト２７を徐々に締めつけてい
き、所定値に達したら、締めつけを停止することで行な
われる。なおボルト２７を締めつける際に、入力軸４゛
を左右に回転させると、バ。

クラッシュをより確実に除去でき、かつ予圧設定も正確
に行なうことができる。そして設定予圧値のところで、
ケーシング３１ａ　、　３１ｂをロボットアームなどに
固定した後、ロードセル２６およびボルト支持台２９を
ケーシング３１ａ　、３１ｂから取外して、別のハーモ
ニックドライブ減速機の予圧設定に使用する。

第３図に示すように、ケーシング３１ａ　、　３１ｂに
一体に取付は台２８．３８を一体に形成しておき、取付
は台２８にロードセル２６を載置し、取付は台３８の内
側にボルト支持台２９を配設することもできる。

第４図は、予圧設定後のケーシング３１ａ　、３１ｂの
固定部を示す要部断面図である。ハーモニックドライブ
へ〇ケーシング３１ａとハーモニックドライブＢのケー
シング３１ｂとの間は、スプリングピン３９で結合され
、入力軸４°と平行方向には移動できないが、回転方向
には予圧調整の範囲で回転できるようになっている。４
０はロボットアームなどのように、固定内歯歯車を取付
ける部分であり、固定孔４１ａ　、　４１ｂの少なくと
も片方は、回転方向の長孔になっている。両固定孔４１
ａ　、４１ｂからケーシング３１ａ　、　３１ｂにボル
ト４２ａ　、　４２ｂを挿通して螺合させ、第２図の方
法で予圧設定した後、ボルト４２ａ　、４２ｂを締めつ
けることで、ケーシング３１ａ　、３１ｂが予圧設定状
態に固定される。

２つのケーシング３１ａ　、３１ｂを、予圧設定状態に
固定するには、第３図のようにケーシング３１ａ、３１
ｂに鍔４３ａ　、　４３ｂを一体に形成しておき、少な
くとも片方のボルト挿通孔は、回転方向の長孔としてお
くことも可能である。予圧設定後、ボルト・ナンド４４
を締めつけ固定することで、ケーシング３１ａ　、３１
ｂ同士が直接固定される。

なおケーシング３１ａ　、３１ｂを介在させずに、固定
内歯歯車１１ａ　、　Ｉｌｂを直接ロボットアームなど
に取付は固定してもよい。また出力内歯歯車１２ａ、１
２ｂに、ロードセル２６および予圧付与用のボルト２７
などを取付けて、予圧設定することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ロードセル２６で２つの
ハーモニックドライブＡ、Ｂ間のねじり方向の予圧を測
定しながら、予圧を加えていき、所定の予圧値に達した
ら、両ハーモニックドライブの内歯歯車を固定し、予圧
測定装置を取外す方法を採っている。そのため、２つの
ハーモニックドライブＡ、Ｂ間に常に一定のかつ最適な
予圧を与えることができ、バックラッシュやヒステリシ
スを確実に防止できると共に、必要以上に大きな予圧が
作用して、トルクの伝達効率が低下するようなことも解
消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるハーモニックドライブ減速機の組
立て方法の基本原理を説明する側面図、第２図は本発明
の組立て方法の実施例を示す分解斜視図、第４図はケー
シングの固定部を例示する断面図、第３図は予圧測定手
段取付は部の別の実施例を示す側面図、第５図は従来の
ハーモニックドライブ単体の回転角−トルク特性図、第
６図はバンクラッシュを除去した回転角−トルク特性図
、第７図は本発明方法で組立てられるハーモニックドラ
イブ減速機の適用例を示す側面図、第８図は２つのハー
モニックドライブによるバックラッシュ除去機構の断面
図、第９図は片方のハーモニックドライブの内部側面図
、第１０図は予圧角を示す側面図、第１１図は２つのハ
ーモニックドライブ間に予圧を与えた場合の外歯歯車と
内歯歯車間の歯の噛み合いを示す側面図である。 図において、Ａ、Ｂはハーモニックドライブ、ａ、ｂは
内歯歯車、４′は入力軸、８ａ、　８ｂはウェーブジェ
ネレータ、１０ａ　、　１０ｂは外歯歯車、ｌｌａ、１
２ａ　、　ｌｌｂ　、　１２ｂは内歯歯車、２６はロー
ドセル、２７は予圧付与手段（ポル））、２Ｂ、２９は
取付は手段、３１ａ　、３／Ｌｂはケーシングをそれぞ
わ示す。 不、発明方店Ｊ万納本激震 第１図 第５図　　　　　　第６図 ２つのバー七ニックドライ１にＸろバヅクラ、、シュ刃
会込力賃ｊ島。 第８図 第９図 ■ 予圧角を示す側面旧 第１ＩＯ図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２つのハーモニックドライブ（Ａ）、（Ｂ）のウェーブ
   ジェネレータを共通する軸に取付け、片方のハーモニッ
   クドライブ（Ａ）のウェーブジェネレータの外歯歯車と
   噛み合う片方の内歯歯車（ａ）と、他方のハーモニック
   ドライブ（Ｂ）のウェーブジェネレータの外歯歯車と噛
   み合う片方の内歯歯車（ｂ）との間に、ねじり力を加え
   ることで、バックラッシュ防止のための予圧を与える際
   に、 片方のハーモニックドライブの前記片方の内歯歯車（ａ
   ）に対して、ロードセル（２６）を取付け、他方のハー
   モニックドライブの前記片方の内歯歯車（ｂ）に対して
   は、予圧付与手段（２７）を取付け、該予圧付与手段（
   ２７）を操作して、ロードセル（２６）を介して両内歯
   歯車（ａ）、（ｂ）間にねじり力を与え、所定の予圧力
   に達したことをロードセル（２６）で検出し、所定の予
   圧値において、両内歯歯車（ａ）、（ｂ）間の相対位置
   を固定することを特徴とするハーモニックドライブ減速
   機の組立て方法。