JPS624586A

JPS624586A - 産業ロボツトの関節装置

Info

Publication number: JPS624586A
Application number: JP61008760A
Authority: JP
Inventors: 和幸松本; 橋本　正孝; 岩田　満善
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1987-01-10
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: EP0188233A3; JPS6211589U; EP0188233B1; JPH0429986Y2; CA1244855A; JPH0822516B2; DE3674419D1; KR860005682A; KR930009377B1; US4690010A; EP0188233A2

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】（産業上の利用分野）本発明は産業ロボットの関節装置、特にロボットアーム
の共振振動の発生を防止するものに関する。

（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１／１２
０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、いわゆるバソクラ．７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。

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（商品名：ハーモニックドライブ）
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減速機がある。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
機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１
０００ワツト以下で回転数が５００Ｏｒｐｍ）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１／６
２５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。

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
なくなる。共振が生じる理由は、電動モータのトルク伝
達機構である上記各減速装置の剛性が低いため、そのよ
うな減速装置を含む駆動系（電動モータ、減速装置およ
びロボットアームから構成される系）の固有ねじり振動
数ｒ０が低くなり、したがって、歯切の加工誤差等に起
因して振動する減速装置の振動周波数が、電動モータの
低回転数域で上記固有ねじり振動数ｒ０と一敗するため
と考えられていた。

このような問題点に対し、特開昭５８−２１１８８１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
ドバルクゲインを太き（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５９−１１５１８９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り付ける方式が提
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
。

（発明の目的）そこで、本発明は、共振現象を実用域から外すことによ
り振動を防止するロボットアームの関節装置を提供する
ことを目的とする。

（発明の構成）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、固をねじり振動数、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。

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を実用域から外すことが可能か否かについ
て試算した。しかし、減速機の回転ばね定数に、　　（
第９図参照）は、大きなものでもロボットアーム自体の
１回転ばね定数に２の１／１０〜１１５であるため、駆
動系全体のばね定数Ｋ　＝　Ｋ　＋　　・Ｋｇ　／　（
Ｋ＋　＋Ｋｔ　）は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ｆ６＝１／２π・３７丁（ここ
に、Ｊは駆動系の慣性モーメント）も大して大きくでき
ない、したがって、減速機のばね定数に、を高めること
、すなわち剛性を高めることによっては、駆動系の固有
ねじり振動数ｆ０を実用域から外すことは不可能である
との結論に達した。

そこで、発明者等は、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
の遊星歯車減速機を用い、トルク変動を阻止ないし減す
るよう、この減速機の内歯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、教導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。

このような実験結果から、一定の機構の減速機であれば
、は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、斯かる結論から、ロボット駆動系に組み込む減
速装置の機構を変更することによりトルク変動特性を実
用域外に置くことができるとの仮説の下に種々の実験を
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説は実証され、下記の結論に到
達した。

従来の常識では全く考えられなかった構成、すなわち、
偏心揺動型の遊星歯車減速機は、内歯歯車と外歯歯車の
歯数差が１であって、単独でも１／２００程度の減速比
にできるが、この減速比を数十分の一程度とし、これに
所定範囲の減速比を有する前段減速比をわざわさ設けて
歯車装置を構成し、これをロボットアームの駆動系に組
み込むという構成により°共振現象の生じる範囲を電動
モータの実用域から外すことができる。

なお、偏心揺動型の遊星歯車減速機に前段減速機を設け
た減速装置は、米国特許第４．３４８．９１８号明細書
に開示されているようにクローラ車両の走行装置等に採
用されている。しかしながら、そのような走行装置等は
採用する減速機の重量、バックラソシ等の問題をほとん
ど考慮しなくともよい。

したがって、単に減速機の総減速比の変更を容易にする
ため、あるいは単に低速大トルクを出力するため、前段
減速機を設けているのである。これに対し、高速性、位
置精度等を要求され、且つ、全体構造の剛性が低いロボ
ットにおいては、減速機の重量、バックラッシュを小さ
くすることが重要であるため、関節部に、減速比光たり
の重量が調和歯車装置より大きい偏心揺動型の遊星歯車
減速機を用い、さらに重量、バフクラッシュを増大させ
る要素となる前段減速機をわざわざ設けることは従来者
えられなかったのである。

発明者らはさらに種々研究を重ねた結果、下記の構成を
有する本発明に到達した。

本発明に係る産業ロボットの関節装置は、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部材に伝達する歯車減速装置
と、を備えた産業ロボットの関節装置において、前記歯
車減速装置が、前記電動モータの回転数を減速する前段
減速機と、前段減速機の出力の回転数を更に減速する後
段の遊星歯車減速機と、から構成され、前記電動モータ
が前記電動モータ、歯車減速装置および第２部材を含ん
で構成される駆動系のねじり発振周波数に対応する回転
数を通常制御域内に有し、前記前段減速機が、前記電動
モータの通常制御域における毎秒最高回転数を前記ねじ
り発振周波数以下になるように減速する、減速比を有し
、前記遊星歯車減速機が、前記前段減速機の出力が入力
される偏心入力軸、偏心入力軸の回転により偏心揺動さ
せられる外歯歯車、外歯歯車と噛み合い外歯歯車の歯数
より１つ多い歯数を有する内歯歯車および外歯歯車に係
合するキャリアを有することを特徴としている。

（実施例）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図は本発明の第１実
施例を示す図である。

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ｌ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
回動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１
７が介装されている０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
ｌ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。

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減速機
２１と、から構成されている。前段減速機２０は平行軸
型減速機である。後段減速１１２１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を揺動回転させる偏
心入力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を用いたピン歯車で構成され
、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は通常の平行軸型減速機
であり平歯歯車により構成されている。

前段減速機２０の減速比１１と後段減速機２１の減速比
１２とは電動モータｌの通常制御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の実用域では、前段減速機２
ｏの毎秒光たり回転数が電動モータ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付近の周波数をいう。以下同じ）以下になるよ
う、前段減速機２０の減速比ｉ、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０〜１
０００ｒｐＷ、前段減速機２ｏの減速比１１がｌ／３お
よび後段減速機２１の減速比ｉｚはｌ　／４０であり、
減導装置３の全体の減速比ｉは１／１２０になるよう選
択されている。前記駆動系の固有ねしり振動数ｒ０は、
共振ピーク点における電動モータｌの回転数、前段減速
機２０の減速比ｉ、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　、４　［１ｚである。

前段減速機２０の減速比１１が１１５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８２
１の減速比ｉ、がｌ／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８１２０に構
造の簡単な平行軸減速機を採用して１／１２０の総減速
比ｉを得ることは困難となるので、設計的経済的に不利
となる。また、後段減速機２１の減速比ｉｚが１／６０
未満または前段減速機２０の減速比１１が１／２を超え
て１／１２０の総減速比ｉを得る場合は、電動モータ１
の実用域において、前段減速機２０の毎秒光たり回転数
が前記駆動系の固有ねじり振動数ｆ　ｏ　（８，４Ｈｚ
）近辺あるいはそれ以上となるので、共振を防ぐ効果が
少ない。

次に、作用について説明する。

電動モータ１をθ〜１１０００ｒｐの通常回転数で回転
させると、減速比ｉ、が１／３の前段減速機２０の出力
回転数は０〜３３３ｒｐｔａとな・す、減速比１２が１
／４０の後段減速［２１の出力回転数は０〜８．３ｒｐ
＋ｗとなり、この範囲では共振現象が生じない。共振は
実用域外、すなわち電動モータ１の出力回転数が１５０
Ｏｒｐｍ近辺（このときの前段減速機２０の出ツノ回転
数は１５００ｒｐｍ　Ｘ　１　／　３　＝５００ｒｐｅ
ｍ近辺、遊星歯車減速機２１の出力回転数は１５００ｒ
ｐｍ　Ｘ　１　／　３　Ｘ　１／４０−１２．５ｒｐｍ
近辺）で生じる。このように共振現象が電動モータｌの
実用域外で生じる理由は明らかではないが、実験結果か
ら推定すると上記実施例のように内歯歯車と外歯歯車の
歯数差が１の遊星差動歯車装置は入力軸（クランク軸３
０）の１回転当たりｌのトルク変動が生じ、したがって
、これに減速比ｉ、が１／３の前段減速機２０を取り付
けると電動モータｌの回転数が実用域外である１５００
ｒｐ−を中心とした付近で１５００Ｘ　（１／３）　Ｘ
ｌ　−５００程度の毎分当たりトルク変動が生じ、この
トルク変動数が駆動系の固有振動数８．４ヘルツ（５０
０振動／分）にほぼ−敗して共振を起こすものと考えら
れる。

これに対し、内歯と外歯の歯数差が２の調和歯車装置の
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のトルク変動が生じ、し
たがって、これに減速比ｌ／３の前段減速機を取り付け
ると、電動モータの回転数が７５０ｒｐｍ付近で７５０
ｘ　１／３Ｘ２＝　５００の毎分当たりトルク変動が生
じ、駆動系、の固有振動数ｆ、が上記実施例と同様８．
４ヘルツ（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７５０ｒｐｍ付近で共振が生
じるものと考えられる。この場合、毎分光たり加振数が
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ｔ、−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
ことも考えられる。しかし、調和歯車減速機の減速比１
２は最小でも１／８０程であるから、総減速比ｉは最小
でも１／４８０となり、ｌ〜ｉｏｏ。

ｒｐｍを実用域とする電動モータが一般に必要とする減
速比ｉ（１／１２０程度）を満足できないため、実用で
きないことになる。

なお、電動モータ１および前段減速機２ｏの振動は駆動
系の発振に影響を及ぼさない。これは、これらの振動は
小さいこと、後段部２１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。

（実験例）前述の実施例の減速装置のほかに次表の比較例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
の遊星歯車減速機は、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、調和歯車減速機は内歯歯車
が外歯歯車の歯数より２つ多い歯数を有するものを用い
た。それぞれの減速装置の減速段数、減速比ｉｌ、ｉｚ
、回転ばね定数に、（第９図参照）および慣性モーメン
トＪは次表に示しである。

（本頁、以下余白）（注１）　：遊星歯車減速は偏心揺動型の遊星歯車減速
機を、平歯歯車減速は平行軸型の平歯歯車列減速機を示
す。

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５１ａに減速装置
５２を取付け、減速装置５２の出力軸５２ａ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ｆ、は約８．４ヘルツにな
るよう調整しである。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５
１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。

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７５
０ｒｐｍ、略５００ｒｐａ＋および略２５０ｒｐａ＋の
ときで　　　′あり、電動モータ５１の通常制御回転数
０〜１０００ｒｐ−の範囲で共振が起こっている。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、電動モータの実用域外である１５００ｒｐｍを中
心とする近傍で共振現象が生じる。

比較例２と比較例３の対比から、共振時における電動モ
ータ５１の回転数は内歯歯車と外歯歯車の歯数差が１の
遊星歯車減速機が歯数差２の調和歯車装置の２倍となる
ことが認められる。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
数は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。

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１によって駆動される減速装置であり、減速装置４
０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
の遊星歯車減速機２１と、から構成されている。

電動モータ１の回転軸７の先端部７ａはテーパ軸であり
、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、先端部８ａに前段減速機２０のビニ
オン２２が設けられると共にモータ回転軸７を貫通させ
る孔８ｂを有し、且つ孔８ｂは回転軸７のテーパ部と係
合するテーバ孔部を有する。入力回転軸８は電動モータ
１の回転軸７の先端部７ａにナツト２３によりねじ止め
される０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、ビニオン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ｌ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、後述す秦３本の入力クランク軸
３０にそれぞれ結合している。

遊星歯車減速機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２
９と、外歯歯車２９に嵌合して外歯歯車２９を揺動回転
させる偏心入力軸としての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はビン歯３
１を用いたピン歯車で構成され、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。３３は円板部で
あり、円板部３３は遊星歯車減速機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３
６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３６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４１を介して
軸支している。入力クランク軸３ｏの延在部３０ａは凹
み３６内に突出し、平歯車２５に固定されている。

入力クランク軸３０は円板部３３とブロック体３５の中
央部に軸支され、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および固定ナツト４７により互いに固定さ
れている。

電動モータｌの回転は回転軸７および入力軸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
により遊星歯車減速機２１のクランク軸３０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と噛み合い外
歯歯車２９より１つ多い歯数を有する内歯歯車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支持体４４から軸１０に
伝達されアーム１２が回動される。

本実施例においては、電動モータ１の通常制御回転数は
（０〜１１０００ｒｐ　、前段減速機２ｏの減速比１１
は１／３、遊星歯車減速機２１の減速比１２は１／４０
、減速装置３の総減速比ｉはｌ／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ｒ０は約８．４ヘルツである
。したがって、電動モータ１は産業ロボットの駆動系の
固有ねじり振動数に対応する回転数（８，４ヘルツに相
当する５００ｒｐｍ）を通常制御域（０〜１０１００４
）ｒｐ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（１０００
ｒｐｍ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ｉ。

（１／３）を有している。

減速機４０の回転ばね定数に１は約３７．５ｋｇ−ｍ／
分欠ある。この実施例の場合の作用および振動時第８麺
において、６０は減速装置である。減速装置の出力軸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２２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。遊星歯車減速機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６２は入力歯車２２と噛み合いこれより歯数の多
い大歯車６２ａおよび第１アイドルギヤ６１の大歯車６
１ａと噛み合いこれにより歯数の少ない小歯車６２ｂを
有する。出力歯車２５は第１アイドルギヤ６１の小歯車
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６
１．６２を入れることにより、容量の割に回転軸径の大
きし一市販電動モータｌを用いる場合であっても、所定
の前段減速比１１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。

次に、第１０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の関節装置の実施例を図面を用いて
説明する。

第１０図において、産業ロボット６５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６
７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８
３を矢印Ｑ方向に回動し、第２アーム６８の先端部６８
ａの３次元的移動を可能にする。

第１１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１１図において、７０は減速装置であり、減速装置７
０は、第１０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減速機２１とから構成されている
。

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２０のビニオン
２２に固定され、ビニオン２２に噛み合う３個の小歯車
２５は、後述する３本の入力クランク軸３０の延在部３
０ａにそれぞれ固定されている。遊星歯車減速機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
を揺動回転させる偏心入力軸としての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
は遊星歯車減速機２１の下端部を構成する円板部３３に
ベアリング３４を介して軸支され、遊星歯車減速機２１
の上端部および外歯歯車２９の円周上に等配して設けら
れた貫通孔内を挿通したブロック体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。

第１２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１２図において、８０は減速装置であり、減速装置８
０は第１０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ケット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ｌ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減速機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
星歯車減速機２１の入力クランク軸３０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Ｈ１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８３の端
部８３ａに一体的に固定されている。

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２０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
減速機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と噛み合い外歯歯車２９より一
つ多い歯数を有する内歯歯車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。

第１３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１３図において、９０は減速装置であり、減速装置９
０は、第５実施例と同様に、第１０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６実施例では、減速装置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
の遊星歯車減速機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９
１に連結され、太陽歯車９１に噛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３５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
軸線と同一軸線上でブロック体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３０
ａ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８
２によりブラケット８１に一体的に固定されている。

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９
２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。

なお、本発明においては、前段減速機の減速比は電動モ
ータの毎秒光たり最高回転数を、共振現象の生じ始める
ときの振動数相当（前述した「ねじり発振周波数」付近
）、すなわち駆動系の固有振動数より若干小さな振動数
相当、に減速する値であればよい。例えば駆動系の固有
ねじり振動数ｆ０が５〜９１１ｚの場合であって、電動
モータの最高回転数が１０ＱＯｒｐｍ、総減速比ｉが１
／６０〜１／３２０のときは前段の最小減速比ｉ、を約
１／１゜９〜約１／６、後段の減速比１２を１／２５〜
１／６０とすることにより共振現象を実用域から外すこ
とができる。また駆動系の固有ねじり振動数ｆ０が５〜
９ヘルツの場合であって、電動モータの回転数が―高２
００Ｏｒｐｍ　、総減速比ｉが１／１１０〜１／３２０
のときは、前段の最小減速比ｉ、を約１／３．７〜約１
　／６．７　、後段減速比１２を約１／２５〜約ｌ／６
０とすることにより共振現象の起きないロボットの関節
装置を得る。同様（ｆｏ＝５〜９１（ｚ）の場合であっ
て電動モータ回転数が最高４００゜ｒｐｍ　、総減速比
ｉが１　／２１０〜１　／６４０のときは、前段の最小
減速比１１を約１　／７．４〜約１　／１３．３、後段
減速比１２を約１／３０〜約１／６０とすればよい。ま
た、駆動系の固有ねじり振動数ｆ０が１０〜１５１１ｚ
の場合であって、電動モータの最高回転数が１０００ｒ
ｐｎ＋　、総減速比ｉが１　／８０〜ｌ　／３００のと
きは前段の最小減速比ｉ、を１　／１．５〜１／４、後
段の減速比１２をｌ／２５〜１／６０とすることにより
共振現象を実用域から外すことができる。同様（ｆ　ｏ
　＝１０〜１５Ｈｚ）の場合であって、電動モータの最
高回転数が４０００ｒｐａ＋　、総減速比が１／１２５
〜１　／６００のときは、前段の減速比ｉＩを約１／４
゜５〜約１／１０、後段の減速比１２を約ｌ／３０〜約
１　／１００とすればよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、ロボットの駆動
系の共振現象を実用域から外すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係る産業ロボットの関節装
置の第１実施例を説明する図であり、第１図はその全体
概略説明図、第２図はその減速装置の一部断面図、第３
図は第２図のｍ−ｍ矢視断面図、第４図は本発明に係る
産業ロボットの関節装置の実施例および比較例の性能を
説明する図、第５図は第４図に係る実験例の全体構成図
、第６図は本発明の第２実施例を示すその要部断面図、
第７図は第６図の■−■矢視断面図、第８図は本発明の
第３実施例を示すその要部断面図、第９図は減速装置一
般の回転ばね定数を示す特性図である。第１０図は本発
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、第１１図は第１０図の第１関節に用いた
本発明の第４実施例の要部断面図、第１２図は第１０図
の第２関節に用いた本発明の第５実施例の要部断面図、
第１３図は第１０図の第２関節に用いた本発明の第６実
施例あ要部断面図である。１・・・・・・電動モータ、３．４０．６０．７０．８０．９０・・・・・・減速装
置、５．７１．８１・・・・・・第１部材、１２．７３
．８３・・・・・・第２部材、２０・・・・・・前段減
速機、２１・・・・・・後段減速機、２８・・・・・・内歯歯車、２９・・・・・・外歯歯車、３０・・・・・・入力クランク軸。

Claims

【特許請求の範囲】

（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
達する歯車減速装置と、を備えた産業ロボットの関節装
置において、前記歯車減速装置が、前記電動モータの回
転数を減速する前段減速機と、前段減速機の出力の回転
数を更に減速する後段の遊星歯車減速機と、から構成さ
れ、前記電動モータが前記電動モータ、歯車減速装置お
よび第２部材を含んで構成される駆動系のねじり発振周
波数に対応する回転数を通常制御域内に有し、前記前段
減速機が、前記電動モータの通常制御域における毎秒最
高回転数を前記ねじり発振周波数以下になるように減速
する、減速比を有し、前記遊星歯車減速機が、前記前段
減速機の出力が入力される偏心入力軸、偏心入力軸の回
転により偏心揺動させられる外歯歯車、外歯歯車と噛み
合い外歯歯車の歯数より１つ多い歯数を有する内歯歯車
および外歯歯車に係合するキャリアを有することを特徴
とする産業ロボットの関節装置。
（２）前記偏心入力軸が前記キャリアの円周上に複数個
等配支持され、前記前段減速機が前記電動モータの出力
軸に連結された入力歯車および各偏心入力軸に連結され
ると共に入力歯車に噛み合う出力歯車を有する平行軸減
速機であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の産業ロボットの関節装置。
（３）前記電動モータ、遊星歯車減速機および前段減速
機が軸方向に順次配設され、電動モータの出力軸を前記
外歯歯車およびキャリアの中央にそれぞれ穿った孔に貫
通させ前段減速機の入力軸に連結したことを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載の産業ロボットの関節装置。
（４）前記電動モータ、前段減速機および遊星歯車減速
機が軸方向に順次配設され、前段減速機の入力歯車と出
力歯車の間でこれらに噛み合うアイドルギヤを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の産業ロボッ
トの関節装置。
（５）前記偏心入力軸が前記キャリアの軸芯上で支持さ
れ、前記前段減速機が前記電動モータの出力軸に連結さ
れた太陽歯車、太陽歯車に噛合う遊星歯車および遊星歯
車の公転を取り出して前記偏心入力軸に出力する出力ア
ームを有することを特徴とする前記特許請求の範囲第１
項記載の産業ロボットの関節装置。
（６）前記内歯歯車を前記第１部材に連結し、前記キャ
リアを前記第２部材に連結したことを特徴とする前記特
許請求の範囲第１項記載の産業ロボットの関節装置。
（７）前記内歯歯車を前記第２部材に連結し、前記キャ
リアを前記第１部材に連結したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の産業ロボットの関節装置。
（８）前記前段減速機の減速比が前記駆動系の固有ねじ
り振動数と前記電動モータの前記最高回転数との比より
大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の産
業ロボットの関節装置。
（９）前記駆動系の固有ねじり振動数が５〜９ヘルツ、
前記電動モータの通常制御域が０〜１０００ｒｐｍ、前
記前段減速機の最小減速比が１／１．９〜１／６、前記
遊星歯車減速機の減速比が１／２５〜１／６０および総
減速比が１／６０〜１／３２０であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の産業ロボットの関節装置。
（１０）前記駆動系の固有ねじり振動数が５〜９ヘルツ
、前記電動モータの通常制御域が０〜２０００ｒｐｍ、
前記前段減速機の最小減速比が１／３．７〜１／６．７
、前記遊星歯車減速機の減速比が１／２５〜１／６０お
よび総減速比が１／１１０〜１／３２０であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の産業ロボットの関
節装置。
（１１）前記駆動系の固有ねじり振動数が５〜９ヘルツ
、前記電動モータの通常制御域が０〜４０００ｒｐｍ前
記前段減速機の最小減速比が１／７．４〜１／１３．３
、前記遊星歯車減速機の減速比が１／３０〜１／６０お
よび総減速比が１／２１０〜１／６４０であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の産業ロボットの関
節装置。