JPWO2008136405A1 - Rotation drive device, robot joint structure and robot arm - Google Patents

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正樹 永塚
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Abstract

環状を有する太陽歯車と、太陽歯車に噛み合うとともに太陽歯車の中心軸Oを中心として公転する遊星歯車と、太陽歯車と同軸状に固定配置されるとともに遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、固定内歯歯車と異なる歯数とされ、太陽歯車と同軸状に回転可能に配置されるとともに遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、太陽歯車を前記中心軸周りに回転させる駆動モータと、を備える。可動内歯歯車には、筒状の出力軸が設けられ、この出力軸は環状回転支持部材によって保持される。駆動モータは、その駆動軸が太陽歯車の中心軸Oに対して偏倚するように配置される。太陽歯車の内周側には、中心軸Oに沿って延びる貫通孔が設けられる。A sun gear having an annular shape, a planet gear that meshes with the sun gear and revolves around the center axis O of the sun gear, a fixed internal gear that is fixedly arranged coaxially with the sun gear and meshes with the planet gear, And a movable internal gear that has a different number of teeth from that of the toothed gear, is rotatably arranged coaxially with the sun gear, and meshes with the planetary gear, and a drive motor that rotates the sun gear around the central axis. The movable internal gear is provided with a cylindrical output shaft, and this output shaft is held by an annular rotation support member. The drive motor is arranged such that its drive shaft is deviated from the central axis O of the sun gear. A through hole extending along the central axis O is provided on the inner peripheral side of the sun gear.

Description

本発明は、回転駆動装置、ロボットの関節構造、及び、ロボットアームに関する。   The present invention relates to a rotary drive device, a joint structure of a robot, and a robot arm.

いわゆる不思議遊星歯車を利用した減速機と前記太陽ギアを回転駆動させる駆動モータとで構成された回転駆動装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
不思議遊星歯車は、太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合うとともに前記太陽歯車の中心軸を中心として公転する遊星歯車と、この遊星歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車と同軸に固定配置された固定内歯歯車と、この固定内歯歯車と歯数が異なり、前記遊星歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車と同軸に回転可能に配置された可動内歯歯車とを有し、この可動内歯歯車の中心部分に出力軸が設けられている。
There has been proposed a rotary drive device composed of a speed reducer using a so-called mysterious planetary gear and a drive motor that rotationally drives the sun gear (see, for example, Patent Document 1).
The mysterious planetary gear includes a sun gear, a planetary gear that meshes with the sun gear and revolves around the central axis of the sun gear, and a fixed internal gear that meshes with the planetary gear and is fixedly arranged coaxially with the sun gear. And a movable internal gear that has a different number of teeth from the fixed internal gear, meshes with the planetary gear, and is rotatably arranged coaxially with the sun gear, and outputs to the central portion of the movable internal gear A shaft is provided.

太陽歯車が回転すると、遊星歯車は、自転及び太陽歯車の中心軸周りに公転する。遊星歯車と噛み合う固定内歯歯車と可動内歯歯車とが歯数が異なるように構成されているので、遊星歯車の公転及び自転によって固定内歯歯車と可動内歯歯車との回転方向の相対位置がずれていき、可動内歯歯車が中心軸周りに回転することになる。
不思議遊星歯車における減速比Uは、太陽歯車の歯数をZ1、固定内歯歯車の歯数をZ2、可動内歯歯車の歯数をZ3とすると、次の式で表現される。
U=((1+Z2/Z1)/(1−Z2/Z3))
固定内歯歯車の歯数Z2と可動内歯歯車の歯数Z3と差を小さくすることで、大きな減速比を得ることが可能となる。
特開2000−274495号公報
When the sun gear rotates, the planetary gear rotates and revolves around the central axis of the sun gear. Since the fixed internal gear and the movable internal gear that mesh with the planetary gear are configured so that the number of teeth is different, the relative position in the rotational direction of the fixed internal gear and the movable internal gear is determined by the revolution and rotation of the planetary gear. As a result, the movable internal gear rotates around the central axis.
The reduction gear ratio U in the mysterious planetary gear is expressed by the following equation, where the number of teeth of the sun gear is Z1, the number of teeth of the fixed internal gear is Z2, and the number of teeth of the movable internal gear is Z3.
U = ((1 + Z2 / Z1) / (1-Z2 / Z3))
A large reduction ratio can be obtained by reducing the difference between the number of teeth Z2 of the fixed internal gear and the number of teeth Z3 of the movable internal gear.
JP 2000-274495 A

特許文献1に開示された回転駆動装置においては、駆動モータの駆動軸と、この回転駆動装置の出力軸とが、太陽歯車の中心軸上に配置されているので、出力軸を強固に保持する回転支持部材を配することができず、高剛性の回転駆動装置を構成することができなかった。   In the rotary drive device disclosed in Patent Document 1, the drive shaft of the drive motor and the output shaft of the rotary drive device are disposed on the central axis of the sun gear, so that the output shaft is firmly held. A rotation support member could not be arranged, and a highly rigid rotation drive device could not be constructed.

例えば、ロボットアーム等の関節構造として、不思議遊星歯車を有する回転駆動装置を使用した場合、小型の駆動モータでも大きなトルクを得ることができ、関節構造の小型化及び省エネルギー化を図ることができる。
しかしながら、特許文献1に記載された回転駆動装置においては、回転駆動装置の出力軸が太陽歯車の中心軸上に配置されているので、電源ケーブルや信号ケーブル等を出力軸の外周側に配置する必要がある。
したがって、出力軸を回転させた際にこれらの電源ケーブルや信号ケーブルも合わせて移動してしまうため、配線が非常に困難であった。
For example, when a rotational drive device having a mysterious planetary gear is used as a joint structure such as a robot arm, a large torque can be obtained even with a small drive motor, and the joint structure can be reduced in size and energy saving.
However, in the rotary drive device described in Patent Document 1, since the output shaft of the rotary drive device is arranged on the central axis of the sun gear, the power cable, the signal cable, etc. are arranged on the outer peripheral side of the output shaft. There is a need.
Therefore, when the output shaft is rotated, the power cable and the signal cable are also moved together, so that wiring is very difficult.

ロボットの関節構造においては、中心軸が直交する2つの回転駆動装置によって直交2軸の関節構造を構成することにより、複雑な動作を行わせることができる。
しかしながら、特許文献1に記載の回転駆動装置においては駆動モータが中心軸上に配置されており、2つの回転駆動装置を近接させると駆動モータ同士が干渉してしまうので、直交2軸の関節構造を小型に構成することができなかった。
In the joint structure of the robot, a complex operation can be performed by forming an orthogonal two-axis joint structure with two rotational drive devices having orthogonal center axes.
However, in the rotary drive device described in Patent Document 1, the drive motor is disposed on the central axis, and when the two rotary drive devices are brought close to each other, the drive motors interfere with each other. Could not be made compact.

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、高剛性、かつ、電源ケーブルや信号ケーブル等の配線が容易な回転駆動装置と、この回転駆動装置を用いたロボットの関節構造及びこのロボットの関節構造を備えたロボットアームを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a high-rigidity rotary drive device that can be easily wired such as a power cable and a signal cable, and a joint structure of a robot using the rotary drive device, and An object of the present invention is to provide a robot arm having the joint structure of the robot.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様(aspect)は、回転駆動装置であって、環状をなす太陽歯車と、前記太陽歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車の中心軸を中心として公転する遊星歯車と、前記太陽歯車と同軸状に固定配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、前記固定内歯歯車と異なる歯数とされ、前記太陽歯車と同軸状に回転可能に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、前記太陽歯車を前記中心軸周りに回転させる駆動モータと、を含み、前記可動内歯歯車には、筒状の出力軸が設けられ、この出力軸は環状回転支持部材によって保持されており、前記駆動モータは、その駆動軸が前記太陽歯車の前記中心軸に対して偏倚するように配置され、前記太陽歯車の内周側に、前記中心軸に沿って延びる貫通孔が設けられていることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a rotary drive device, which is an annular sun gear, and meshes with the sun gear and revolves around a center axis of the sun gear. A planetary gear, a fixed internal gear fixedly arranged coaxially with the sun gear, and having a different number of teeth from the fixed internal gear, and rotatable coaxially with the sun gear. A movable internal gear that is disposed and meshes with the planetary gear, and a drive motor that rotates the sun gear around the central axis, and the movable internal gear is provided with a cylindrical output shaft, The output shaft is held by an annular rotation support member, and the drive motor is disposed such that the drive shaft is biased with respect to the central axis of the sun gear, and on the inner peripheral side of the sun gear, center It is characterized in that through-holes extending along the is provided.

この構成の回転駆動装置においては、駆動モータが、その駆動軸が太陽歯車の中心軸に対して偏倚するように配置されているので、可動内歯歯車に設けられた出力軸を大径の環状回転支持部材によって強固に保持することができる。これにより、出力軸(可動内歯歯車)の回転がふらつくことがなく、高剛性の回転駆動装置を構成することができる。また、駆動モータ同士が干渉しないので、2つの回転駆動装置をそれぞれの中心軸が交差するように近接させて組み付けることができ、2軸の関節構造を小型に構成することができる。   In the rotary drive device having this configuration, the drive motor is disposed so that the drive shaft is biased with respect to the central axis of the sun gear, so that the output shaft provided on the movable internal gear has a large-diameter annular shape. It can be firmly held by the rotation support member. Thereby, rotation of an output shaft (movable internal gear) does not fluctuate, and a highly rigid rotation drive device can be configured. Further, since the drive motors do not interfere with each other, the two rotary drive devices can be assembled close to each other so that their central axes intersect, and the two-axis joint structure can be configured in a small size.

さらに、太陽歯車の内周側に、前記中心軸に沿って延びる貫通孔が設けられているので、電源ケーブルや信号ケーブル等を太陽歯車の中心軸に沿って配線することができる。よって、可動内歯歯車や太陽歯車が回転しても電源ケーブルや信号ケーブル等が大きく移動することがなく、配線を容易に行うことができる。   Furthermore, since a through hole extending along the central axis is provided on the inner peripheral side of the sun gear, a power cable, a signal cable, and the like can be wired along the central axis of the sun gear. Therefore, even if the movable internal gear or the sun gear rotates, the power cable and the signal cable do not move greatly, and wiring can be easily performed.

本発明の第2の態様は、第1態様において、前記太陽歯車が、環状の回転支持部材によって支持されていることを特徴とする。
この場合、環状の太陽歯車が回転支持部材によって支持されるので、太陽歯車の中心軸がふらつくことがなくなり、高剛性の回転駆動装置を提供することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the sun gear is supported by an annular rotation support member.
In this case, since the annular sun gear is supported by the rotation support member, the central axis of the sun gear does not fluctuate, and a highly rigid rotation drive device can be provided.

本発明の第3の態様は、第1態様において、前記駆動モータを複数有することを特徴とする。これにより、回転駆動装置の出力が増大する。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a plurality of the drive motors are provided. This increases the output of the rotary drive device.

本発明の第4の態様は、ロボット関節構造であって、第1態様の回転駆動装置を2つ含み、一方の回転駆動装置の駆動モータと他方の回転駆動装置の駆動モータとが互いに交差し、かつ、両回転駆動装置の中心軸同士が交差することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a robot joint structure including the two rotational drive devices of the first aspect, wherein the drive motor of one rotational drive device and the drive motor of the other rotational drive device intersect each other. In addition, the center axes of both rotary drive devices intersect each other.

この構成のロボットの関節構造においては、2つの回転駆動装置によって2軸の関節構造が構成されているので、複雑な動作を行うことが可能となる。また、2つの回転駆動装置の駆動モータが互いに交差するように配置されているので、両回転駆動装置を近接させ得、この関節構造の小型化を図ることができる。
また、回転駆動装置に設けられた貫通孔を通じて電源ケーブルや信号ケーブルを配線することにより、複雑な動作をした場合でもこれらケーブル等が大きく移動せず、断線等のトラブルを未然に防止できる。
In the joint structure of the robot having this configuration, since the two-axis joint structure is configured by the two rotational drive devices, it is possible to perform a complicated operation. Further, since the drive motors of the two rotary drive devices are arranged so as to cross each other, both rotary drive devices can be brought close to each other, and the joint structure can be downsized.
In addition, by wiring the power cable and the signal cable through the through hole provided in the rotary drive device, even when a complicated operation is performed, these cables do not move greatly, and troubles such as disconnection can be prevented.

本発明の第5の態様は、ロボットアームであって、第4態様のロボット関節構造を含むことを特徴とする。
この場合、回転駆動装置が減速比の大きな不思議遊星歯車を備えているので、小型の駆動モータであっても大きなトルクを出力することができ、小型、かつ、高出力のロボットアームを構成することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a robot arm including the robot joint structure according to the fourth aspect.
In this case, since the rotary drive device has a mysterious planetary gear with a large reduction ratio, even a small drive motor can output a large torque, and a small and high output robot arm can be constructed. Can do.

本発明によれば、高剛性、かつ、電源ケーブルや信号ケーブル等の配線が容易な回転駆動装置と、この回転駆動装置を用いたロボットの関節構造及びこのロボットの関節構造を備えたロボットアームを提供することができる。
本発明の上記及び他の目的、作用・効果等については、添付図面及び本発明の実施形態の記載から、当業者に明らかになろう。
According to the present invention, a rotary drive device having high rigidity and easy wiring such as a power cable and a signal cable, a robot joint structure using the rotary drive device, and a robot arm equipped with the robot joint structure are provided. Can be provided.
The above and other objects, operations and effects of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the accompanying drawings and description of the embodiments of the present invention.

本発明の第1実施形態の回転駆動装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rotational drive apparatus of 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態の回転駆動装置を示す正面図である。It is a front view which shows the rotational drive apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の回転駆動装置を示す側面図である。It is a side view which shows the rotational drive apparatus of 1st Embodiment. 図3のX−X線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the XX line of FIG. 図3のY−Y線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the YY line of FIG. 本発明の第2実施形態のロボットアームを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the robot arm of 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態のロボットアームの関節構造を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the joint structure of the robot arm of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 回転駆動装置
11 取付けプレート
15 駆動モータ
16 駆動軸
20 減速機
21 太陽歯車
22 ボールベアリング(回転支持部材)
23 遊星歯車
24 固定内歯歯車
25 可動内歯歯車
27 出力軸
28 ボールベアリング(環状回転支持部材)
30 ロボットアーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotation drive apparatus 11 Mounting plate 15 Drive motor 16 Drive shaft 20 Reduction gear 21 Sun gear 22 Ball bearing (rotation support member)
23 planetary gear 24 fixed internal gear 25 movable internal gear 27 output shaft 28 ball bearing (annular rotation support member)
30 Robot arm

以下、本発明の複数の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。
図1〜図5を参照して、本発明の第1の実施の形態の回転駆動装置10について説明する。
回転駆動装置10は、取付けプレート11と、駆動モータ15と、いわゆる不思議遊星歯車機構を有する減速機20と、を備えている。
Hereinafter, although a plurality of embodiments of the present invention are described, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments.
With reference to FIGS. 1-5, the rotational drive apparatus 10 of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
The rotary drive device 10 includes a mounting plate 11, a drive motor 15, and a speed reducer 20 having a so-called wonder planetary gear mechanism.

取付けプレート11は、図1に示すように概略矩形平板状を有し、4つのコーナ部には、取付け用のボルト孔12が設けられている。
この取付けプレート11の一方面側(図1及び図3において右側)には、減速機20が配置され、他方面側(図1及び図3において左側)は、駆動モータ15が配置されている。
As shown in FIG. 1, the mounting plate 11 has a substantially rectangular flat plate shape, and four corner portions are provided with bolt holes 12 for mounting.
A reduction gear 20 is disposed on one side (right side in FIGS. 1 and 3) of the mounting plate 11, and a drive motor 15 is disposed on the other side (left side in FIGS. 1 and 3).

駆動モータ15は、その駆動軸16の回転中心が太陽歯車21(後述)の中心軸Oに対して偏倚して配置されている。
駆動軸16の先端には、所定歯数(Z0)を有するピニオン17が設けられ、このピニオン17は、太陽歯車21と噛み合う。
The drive motor 15 is disposed such that the rotation center of the drive shaft 16 is deviated from the center axis O of the sun gear 21 (described later).
A pinion 17 having a predetermined number of teeth (Z0) is provided at the tip of the drive shaft 16, and the pinion 17 meshes with the sun gear 21.

次に、減速機20について図4及び図5に示す断面図を用いて説明する。
減速機20は、中心軸Oを中心にして回転可能に配置された太陽歯車21を備えている。この太陽歯車21は、環状を有し、その外周面に所定歯数(Z1)の歯形が形成されている。太陽歯車21は、その内周側に配設された環状のボールベアリング22によって支持されている。
Next, the speed reducer 20 will be described with reference to cross-sectional views shown in FIGS.
The reduction gear 20 includes a sun gear 21 that is arranged to be rotatable about a central axis O. The sun gear 21 has an annular shape, and a tooth profile with a predetermined number of teeth (Z1) is formed on the outer peripheral surface thereof. The sun gear 21 is supported by an annular ball bearing 22 disposed on the inner peripheral side thereof.

この太陽歯車21の外周側には、外周面に太陽歯車21に噛み合う歯形を備える遊星歯車23が配設されている。この遊星歯車23は、太陽歯車21の回転に伴って太陽歯車21の外周面に沿って中心軸Oを中心として公転するように構成されている。なお、本実施形態においては、図5に示すように、3つの遊星歯車23が、周方向に等間隔(120°間隔)に配設されている。   On the outer peripheral side of the sun gear 21, a planetary gear 23 having a tooth shape that meshes with the sun gear 21 on the outer peripheral surface is disposed. The planetary gear 23 is configured to revolve around the central axis O along the outer peripheral surface of the sun gear 21 as the sun gear 21 rotates. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the three planetary gears 23 are arranged at equal intervals (120 ° intervals) in the circumferential direction.

これら遊星歯車23の外周側には、遊星歯車23に噛み合う歯形を内周面にそれぞれ備えた固定内歯歯車24及び可動内歯歯車25が、中心軸O方向に積み重なるように配置されている。
固定内歯歯車24は、前記取付けプレート11に接合されており、中心軸Oを同じく中心として固定されている。この固定内歯歯車24には、図4に示すように、遊星歯車23の他方側部分が噛み合わされている。なお、この固定内歯歯車24の歯数はZ2とされている。
On the outer peripheral side of these planetary gears 23, a fixed internal gear 24 and a movable internal gear 25 each having a tooth shape meshing with the planetary gear 23 on the inner peripheral surface are arranged so as to be stacked in the direction of the central axis O.
The fixed internal gear 24 is joined to the mounting plate 11 and is fixed around the central axis O as well. As shown in FIG. 4, the other internal portion of the planetary gear 23 is meshed with the fixed internal gear 24. The number of teeth of the fixed internal gear 24 is Z2.

可動内歯歯車25は、中心軸Oを同じく中心として回転可能に配置されている。この可動内歯歯車25には、図4に示すように、遊星歯車23の一方側部分が噛み合わされている。この可動内歯歯車25の歯数Z3は、前述の固定内歯歯車24の歯数Z2と異なるように構成されており、本実施形態では、その歯数差は3とされている。この可動内歯歯車25の一方側(図4において右側)端部には、中心軸Oに直交する円板部26が形成されている。   The movable internal gear 25 is disposed so as to be rotatable about the central axis O as well. As shown in FIG. 4, one side portion of the planetary gear 23 is meshed with the movable internal gear 25. The number of teeth Z3 of the movable internal gear 25 is configured to be different from the number of teeth Z2 of the fixed internal gear 24 described above. In this embodiment, the difference in the number of teeth is three. A disk portion 26 orthogonal to the central axis O is formed at one end (right side in FIG. 4) of the movable internal gear 25.

この円板部26の中心には、中心軸Oを同じく中心とする円筒状の出力軸27が設けられている。この出力軸27は、環状のボールベアリング28によって保持されている。
そして、このように構成された回転駆動装置10には、中心軸Oに沿って延びる貫通孔が設けられている。
A cylindrical output shaft 27 having a central axis O as the center is provided at the center of the disk portion 26. The output shaft 27 is held by an annular ball bearing 28.
The rotational drive device 10 configured as described above is provided with a through hole extending along the central axis O.

次に、この回転駆動装置10の動作について説明する。駆動モータ15の駆動軸16の回転にともなって太陽歯車21が中心軸O周りに回転させられる。
ここで、駆動軸16のピニオン17の歯数がZ0とされ、太陽歯車21の歯数がZ1とされていることから、この部分における減速比U1は、次の式で表される。
U1=Z1/Z0
Next, the operation of the rotary drive device 10 will be described. As the drive shaft 16 of the drive motor 15 rotates, the sun gear 21 is rotated around the central axis O.
Here, since the number of teeth of the pinion 17 of the drive shaft 16 is Z0 and the number of teeth of the sun gear 21 is Z1, the reduction ratio U1 in this portion is expressed by the following equation.
U1 = Z1 / Z0

太陽歯車21の回転にともなって遊星歯車23が自転を始める。ここで、遊星歯車23と噛み合う固定内歯歯車24が回転しないように取付けプレート11に固定されているので、遊星歯車23は中心軸Oを中心にして公転することになる。
遊星歯車23に噛み合う固定内歯歯車24及び可動内歯歯車25において、固定内歯歯車24の歯数Z2と可動内歯歯車25の歯数Z3とが互いに異なっているので、遊星歯車23が中心軸O周りに1回公転した際に、可動内歯歯車25は固定内歯歯車24に対してこれらの歯数差の分だけ回転することになる。
As the sun gear 21 rotates, the planetary gear 23 starts to rotate. Here, since the fixed internal gear 24 meshing with the planetary gear 23 is fixed to the mounting plate 11 so as not to rotate, the planetary gear 23 revolves around the central axis O.
In the fixed internal gear 24 and the movable internal gear 25 meshed with the planetary gear 23, the number of teeth Z2 of the fixed internal gear 24 and the number of teeth Z3 of the movable internal gear 25 are different from each other. When revolving once around the axis O, the movable internal gear 25 rotates with respect to the fixed internal gear 24 by the difference in the number of teeth.

この部分における減速比U2は、次の式で表される。
U2=((1+Z2/Z1)/(1−Z2/Z3))
したがって、この減速機20全体の減速比Uは、次の式で表される。
U=U1×U2=(Z1/Z0)×((1+Z2/Z1)/(1−Z2/Z3))
The reduction ratio U2 in this portion is expressed by the following equation.
U2 = ((1 + Z2 / Z1) / (1-Z2 / Z3))
Therefore, the reduction ratio U of the entire reduction gear 20 is expressed by the following equation.
U = U1 × U2 = (Z1 / Z0) × ((1 + Z2 / Z1) / (1-Z2 / Z3))

このような構成を有する回転駆動装置10においては、減速比Uが前述のように非常に大きくなるので、小型の駆動モータ15を使用しても非常に高いトルクを得ることが可能となる。したがって、高出力、且つ、小型の回転駆動装置10を提供することができる。
また、駆動モータ15が、その駆動軸16が太陽歯車21の中心軸Oに対して偏倚するように配置されているので、可動内歯歯車25に設けられた筒状の出力軸27を大径の環状のボールベアリング28によって強固に保持することができ、出力軸27がふらつくことがなく、高剛性の回転駆動装置10を構成することができる。また、駆動モータ15同士が干渉しないので、2つの回転駆動装置10をそれぞれの中心軸Oが直交するように近接させて組み付けることができ、直交2軸の関節構造を小型に構成することができる。
In the rotary drive device 10 having such a configuration, the reduction ratio U becomes very large as described above, so that a very high torque can be obtained even when the small drive motor 15 is used. Therefore, it is possible to provide a high-power and small-sized rotary drive device 10.
Further, since the drive motor 15 is arranged so that the drive shaft 16 is biased with respect to the center axis O of the sun gear 21, the cylindrical output shaft 27 provided on the movable internal gear 25 has a large diameter. The annular ball bearing 28 can be firmly held, and the output shaft 27 does not fluctuate, so that the highly rigid rotary drive device 10 can be configured. Further, since the drive motors 15 do not interfere with each other, the two rotary drive devices 10 can be assembled in close proximity so that the central axes O are orthogonal to each other, and the orthogonal two-axis joint structure can be configured in a small size. .

さらに、回転駆動装置10に中心軸Oに沿って延びる貫通孔が設けられているので、電源ケーブルや信号ケーブル等を太陽歯車21の中心軸Oに沿って配線することができる。
よって、可動内歯歯車25や太陽歯車21が回転しても電源ケーブルや信号ケーブル等が大きく移動することがなく、配線を容易に行うことができる。
Further, since the rotation drive device 10 is provided with a through hole extending along the central axis O, a power cable, a signal cable, and the like can be wired along the central axis O of the sun gear 21.
Therefore, even if the movable internal gear 25 and the sun gear 21 are rotated, the power cable and the signal cable do not move greatly, and wiring can be easily performed.

また、本第1実施形態においては、太陽歯車21の外周側に3つの遊星歯車23が周方向に等間隔(120°間隔)に配設されているので、遊星歯車23に噛み合う太陽歯車21及び可動内歯歯車25を3点支持することになり、これら太陽歯車21及び可動内歯歯車25の回転軸(中心軸O)のふらつきを防止できる。
さらに、太陽歯車21が内周側から環状のボールベアリング22で保持されているので、太陽歯車21の中心軸Oのふらつきがなくなり、高剛性の回転駆動装置10を提供することができる。
なお、上述した回転駆動装置10においては、太陽歯車21と可動内歯歯車25とが互いに同一軸上に設けられているので、相互の軸のずれが生じ難い。
また、上記の回転駆動装置10では、駆動モータ15が1つだけ設けられているが、複数の駆動モータを設けてもよい。この場合、回転駆動装置10の出力が増大することになる。
In the first embodiment, since the three planetary gears 23 are arranged on the outer peripheral side of the sun gear 21 at equal intervals (120 ° intervals) in the circumferential direction, the sun gear 21 meshing with the planetary gear 23 and Since the movable internal gear 25 is supported at three points, it is possible to prevent the sun gear 21 and the rotation shaft (center axis O) of the movable internal gear 25 from wobbling.
Further, since the sun gear 21 is held by the annular ball bearing 22 from the inner peripheral side, the wobbling of the center axis O of the sun gear 21 is eliminated, and the highly rigid rotary drive device 10 can be provided.
In the rotary drive device 10 described above, since the sun gear 21 and the movable internal gear 25 are provided on the same axis, misalignment between the axes is unlikely to occur.
In the rotary drive device 10 described above, only one drive motor 15 is provided, but a plurality of drive motors may be provided. In this case, the output of the rotary drive device 10 increases.

次に、図6および図7を参照して、本発明の第2の実施形態のロボットアームについて説明する。
このロボットアーム30は、第1実施形態の回転駆動装置を組み込んだロボット関節構造を備えている。
図6は、ロボットアーム30の概略斜視図であり、図7は、ロボットアーム30の関節構造の概略斜視図である。
Next, a robot arm according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The robot arm 30 includes a robot joint structure incorporating the rotation drive device of the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic perspective view of the robot arm 30, and FIG. 7 is a schematic perspective view of the joint structure of the robot arm 30.

ロボットアーム30は、第1構成部材31と第2構成部材32とを接続する第1関節部41と、第2構成部材32と第3構成部材33とを接続する第2関節部42と、第3構成部材33の先端に配設された第3関節部43と、を有しており、第1関節部41が肩関節、第2関節部42が肘関節、第3関節部43が手首関節に相当するものである。   The robot arm 30 includes a first joint portion 41 that connects the first component member 31 and the second component member 32, a second joint portion 42 that connects the second component member 32 and the third component member 33, A third joint portion 43 disposed at the tip of the three component members 33, the first joint portion 41 is a shoulder joint, the second joint portion 42 is an elbow joint, and the third joint portion 43 is a wrist joint. It is equivalent to.

図7に示すように、第1関節部41、第2関節部42及び第3関節部43は、第1実施形態の回転駆動装置10を2つ組み合わせることで構成されている。
詳述すると、一の回転駆動装置10aと他の回転駆動装置10bの駆動モータ15a、15bがそれぞれの中心軸Oa、Obに対して偏倚するように配置されており、これらの駆動モータ15a、15b同士がそれぞれの取付けプレート11a、11bの他方側で交差するように配置されている。そして、一の回転駆動装置10aの中心軸Oaは、他の回転駆動装置の10bの中心軸Obに対して直交するように配置されている。
As shown in FIG. 7, the 1st joint part 41, the 2nd joint part 42, and the 3rd joint part 43 are comprised by combining the two rotational drive apparatuses 10 of 1st Embodiment.
More specifically, the drive motors 15a and 15b of one rotary drive device 10a and the other rotary drive device 10b are arranged so as to be biased with respect to the respective central axes Oa and Ob, and these drive motors 15a and 15b. It arrange | positions so that each may cross | intersect on the other side of each attachment plate 11a, 11b. The central axis Oa of one rotational drive device 10a is arranged so as to be orthogonal to the central axis Ob of 10b of the other rotational drive device.

第1関節部41においては、第1構成部材31の先端から上方に向けて突出された取付け軸34が一の回転駆動装置10aの円筒状をなす出力軸に接続され、第2構成部材32の基端側から突出された取付け軸35が他の回転駆動装置10bの円筒状をなす出力軸に接続されている。   In the first joint portion 41, the mounting shaft 34 that protrudes upward from the tip of the first component member 31 is connected to the cylindrical output shaft of one rotation drive device 10 a, and the second component member 32 A mounting shaft 35 protruding from the base end side is connected to a cylindrical output shaft of another rotary drive device 10b.

第2関節部42においては、一の回転駆動装置10aの出力軸の内周側にヒンジ軸36が挿通されて接続されている。第2構成部材32の先端にはコの字状をなす接続部材37が設けられており、この接続部材37によって前記ヒンジ軸36の両端が軸支されている。また、他の回転駆動装置10bの出力軸には、第3構成部材33の基端部が接続されている。   In the 2nd joint part 42, the hinge axis | shaft 36 is penetrated and connected to the inner peripheral side of the output shaft of the one rotation drive device 10a. A connection member 37 having a U-shape is provided at the tip of the second component member 32, and both ends of the hinge shaft 36 are pivotally supported by the connection member 37. Moreover, the base end part of the 3rd structural member 33 is connected to the output shaft of the other rotational drive apparatus 10b.

第3関節部43においては、一の回転駆動装置10aの出力軸の内周側にヒンジ軸38が挿通されている。第3構成部材33の先端にはコの字状をなす接続部材39が設けられており、この接続部材39によってヒンジ軸38の両端が軸支されている。   In the third joint portion 43, the hinge shaft 38 is inserted on the inner peripheral side of the output shaft of the one rotary drive device 10a. A connection member 39 having a U-shape is provided at the tip of the third component member 33, and both ends of the hinge shaft 38 are pivotally supported by the connection member 39.

このような構成とされたロボットアーム30においては、2つの回転駆動装置10a、10bが、それぞれの中心軸が互いに直交するように配置されているので、直交2軸の関節構造が構成され、複雑な動作を行うことができる。
また、これらの回転駆動装置10a、10bが減速比Uの大きな不思議遊星歯車を備えているので、小型の駆動モータであっても大きなトルクを出力することができ、小型、かつ、高出力のロボットアーム30を構成することができる。
In the robot arm 30 having such a configuration, the two rotation driving devices 10a and 10b are arranged so that the central axes thereof are orthogonal to each other, so that an orthogonal two-axis joint structure is configured and complicated. Operation can be performed.
Further, since these rotary drive devices 10a and 10b are provided with a wonder planetary gear having a large reduction ratio U, a small drive motor can output a large torque, and a small and high output robot. The arm 30 can be configured.

さらに、2つの回転駆動装置10a、10bの駆動モータが互いに交差するように配置されているので、この関節構造のさらなる小型化を図ることができる。
また、回転駆動装置10a、10bの貫通孔を通じて電源ケーブルや信号ケーブルを配線することにより、複雑な動作をした場合でもこれらケーブル等が大きく移動せず、断線等のトラブルを未然に防止できる。
ところで、本第2実施形態においては、遊星歯車を3つ備えたものとして説明したが、遊星歯車の数や配置に制限はなく、1つの遊星歯車であってもよい。複数の遊星歯車を周方向に等間隔に配置することにより、太陽歯車や可動内歯歯車の回転を安定させることができる。
Furthermore, since the drive motors of the two rotary drive devices 10a and 10b are arranged so as to cross each other, the joint structure can be further reduced in size.
In addition, by wiring the power supply cable and the signal cable through the through holes of the rotary drive devices 10a and 10b, even when a complicated operation is performed, these cables do not move greatly, and troubles such as disconnection can be prevented.
By the way, in this 2nd Embodiment, although demonstrated as what provided three planetary gears, there is no restriction | limiting in the number and arrangement | positioning of a planetary gear, One planetary gear may be sufficient. By arranging the plurality of planetary gears at equal intervals in the circumferential direction, the rotation of the sun gear and the movable internal gear can be stabilized.

以上、特定の実施形態を参照して本発明を詳細に記載及び図示したが、其の記載は限定的な意味で解釈されることを意味しておらず、本発明の他の実施形態は、本願明細書を参照することにより、当業者にとって明らかになろう。すなわち、開示した実施形態の様々な変更が可能であり、従って、本願の請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱せずに、其のような変更を行うことができる。   While the invention has been described and illustrated in detail with reference to specific embodiments, the description is not meant to be construed in a limiting sense, and other embodiments of the invention It will be apparent to those skilled in the art by reference to the present specification. That is, various modifications of the disclosed embodiments are possible, and thus such modifications can be made without departing from the scope of the invention as set forth in the claims of this application.

本発明によれば、高い剛性を有し、小型・コンパクトで高出力の回転駆動装置、ロボット関節構造、及びロボットアームを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a rotary drive device, a robot joint structure, and a robot arm that have high rigidity and are small, compact, and high output.

Claims (5)

回転駆動装置であって、
環状を有する太陽歯車と、
前記太陽歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車の中心軸を中心として公転する遊星歯車と、
前記太陽歯車と同軸状に固定配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、
前記固定内歯歯車と異なる歯数とされ、前記太陽歯車と同軸状に回転可能に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、
前記太陽歯車を前記中心軸周りに回転させる駆動モータと、を含み、
前記可動内歯歯車には、筒状の出力軸が設けられ、この出力軸は環状回転支持部材によって保持され、
前記駆動モータは、その駆動軸が前記太陽歯車の前記中心軸に対して偏倚するように配置され、
前記太陽歯車の内周側に、前記中心軸に沿って延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする回転駆動装置。
A rotary drive device,
A sun gear having an annular shape;
A planetary gear that meshes with the sun gear and revolves around a central axis of the sun gear;
A fixed internal gear fixedly arranged coaxially with the sun gear and meshing with the planetary gear;
The number of teeth different from that of the fixed internal gear, a movable internal gear that is rotatably arranged coaxially with the sun gear and meshes with the planetary gear,
A drive motor for rotating the sun gear around the central axis,
The movable internal gear is provided with a cylindrical output shaft, and this output shaft is held by an annular rotation support member,
The drive motor is arranged such that the drive shaft is deviated from the central axis of the sun gear,
A rotation driving device, wherein a through hole extending along the central axis is provided on an inner peripheral side of the sun gear.
請求項1に記載の回転駆動装置において、
前記太陽歯車が、環状の回転支持部材によって支持されていることを特徴とする回転駆動装置。
The rotary drive device according to claim 1,
The rotary drive device, wherein the sun gear is supported by an annular rotation support member.
請求項1に記載の回転駆動装置において、
前記駆動モータを複数有することを特徴とする回転駆動装置。
The rotary drive device according to claim 1,
A rotational drive device comprising a plurality of the drive motors.
ロボット関節構造であって、
請求項1に記載の回転駆動装置を2つ含み、
一方の回転駆動装置の駆動モータと他方の回転駆動装置の駆動モータとが互いに交差し、かつ、両回転駆動装置の中心軸同士が交差することを特徴とするロボット関節構造。
A robot joint structure,
Including two rotary drive devices according to claim 1;
A robot joint structure characterized in that a drive motor of one rotary drive unit and a drive motor of the other rotary drive unit cross each other, and center axes of both rotary drive units cross each other.
ロボットアームであって、
請求項4に記載のロボットの関節構造を含むことを特徴とするロボットアーム。
A robot arm,
A robot arm comprising the joint structure of the robot according to claim 4.
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