KR101249928B1

KR101249928B1 - 산업용 로봇의 선회부 구조

Info

Publication number: KR101249928B1
Application number: KR1020077022144A
Authority: KR
Inventors: 토시하루 히비노; 마사카즈 쿠리타
Original assignee: 나부테스코 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2013-04-03
Also published as: EP1864765B1; JPWO2006104216A1; US20080287240A1; DE602006012294D1; JP4970250B2; WO2006104216A1; EP1864765A4; KR20070116031A; US7909722B2; EP1864765A1

Abstract

산업용 로봇의 선회부에 편심 요동형 감속기를 설치한다.

Description

산업용 로봇의 선회부 구조{SWING PART STRUCTURE OF INDUSTRIAL ROBOT}

본 발명은 편심 요동형 감속기를 이용한 산업용 로봇의 선회부 구조에 관한 것이다.

종래의 산업용 로봇의 선회부 구조로는 예를 들면, 이하의 일본 특허공개 소62-4586호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 것이 알려져 있다.

이것은 산업용 로봇의 고정부 및 회전부와, 구동 모터로부터 입력된 회전을 감속하여 출력하는 전단(前段) 감속기와, 전단 감속기로부터의 출력 회전을 감속하여 회전부에 출력하는 주(主)감속기를 구비하고, 상기 주감속기로서, 내주에 다수의 핀톱니를 갖는 케이스와, 케이스 내에 수납되며 핀톱니와 맞물리는 외톱니를 갖는 피니언과, 상기 케이스 내에 삽입됨과 동시에 이 케이스에 대하여 상대 회전 가능한 캐리어와, 이 캐리어에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 피니언에 편심부가 각각 삽입되어, 상기 전단 감속기로부터의 입력 회전에 의해 동기 회전함으로써 피니언을 편심 회전시키는 복수의 크랭크핀으로 구성함과 동시에, 상기 케이스 또는 캐리어 중 어느 한 쪽을 상기 고정부에 고정하는 한편, 케이스 또는 캐리어의 나머지 다른 쪽으로부터 감속된 회전을 회전부에 출력하는 편심 요동형 감속기를 이용하고, 또한, 전단 감속기로서, 상술한 모든 크랭크핀의 입력측 단부에 설치된 제 1 외기어와, 모든 제 1 외기어에 맞물림과 동시에, 상기 케이스 또는 캐리어와 동축이며 구동 모터로부터의 회전이 입력되는 제 2 외기어를 갖는 외기어 감속기를 이용한 것이다.

여기에서, 최근 산업용 로봇의 소형화 및 작업 속도의 고속화에 대한 요구가 강해졌기 때문에, 구동 모터로서 소형이며 고속 회전의 모터를 이용하는 한편, 상기 전단, 주감속기의 합계 감속비를 높게 함으로써, 필요한 출력 회전 속도, 출력 토크를 얻고자 해 왔다. 그러나, 이와 같이 하면, 장시간의 사용에 의해 주감속기(편심 요동형 감속기)의 크랭크핀의 편심부에 표면 박리가 발생하고, 최종적으로 크랭크핀이 파손하게 될 우려가 있다는 것을 발견하였다.

이 때문에, 본 발명자는 상술한 바와 같은 크랭크핀의 파손에 이르는 메카니즘을 해명하기 위하여 예의 연구를 수행하여, 상술한 파손은 주감속기(편심 요동형 감속기) 내에 충전되어 있는 윤활제(오일, 그리스)가 크랭크핀의 편심부와 바늘 형상 롤러 베어링과의 마찰에 의해 윤활 기능이 크게 저하되는 온도(일반적으로 60℃ 정도) 이상으로 가열되고, 이 결과, 편심부와 바늘 형상 롤러 베어링 사이를 윤활하는 윤활제의 윤활막이 부분적으로 없어져, 이들이 금속 접촉함으로써 발생하는 것을 발견하였다.

그런 점에서, 본 발명자는 더욱 연구를 반복하여, 산업용 로봇의 손목 관절 등에 이용됨과 동시에, 핀톱니의 중심을 지나는 원의 직경(D)이 150~200㎜의 범위 내인 중형의 주감속기(편심 요동형 감속기)에 대하여, 후술하는 바와 같은 윤활제의 온도가 60℃로 포화할 때의 출력 토크와 출력 회전 속도의 관계를 구하는 시험을 수행하였다. 그리고, 공장의 택트 타임 등 때문에 주감속기(편심 요동형 감속기)에는 정격 토크에서 28rpm 이상의 출력 회전 속도가 요구되는 경우가 많은데, 이러한 회전 속도라도 윤활제의 온도가 60℃를 상회하지 않도록 하기 위해서는, 후술한 시험 결과로부터 주감속기(편심 요동형 감속기)에서의 감속비(M)를 상기 직경(D)로 나눈 값(N)을 0.20 미만으로 하면 좋다는 것을 알아내었다.

본 발명은 상술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 산업용 로봇의 고정부 및 회전부와, 상기 고정부와 회전부 사이에 배치되며, 구동 모터로부터 입력된 회전을 감속하여 출력하는 전단 감속기와, 전단 감속기로부터의 출력 회전을 감속하여 회전부에 출력하는 주감속기를 구비하고, 상기 주감속기로서, 내주에 다수의 핀톱니를 가짐과 동시에 이들 핀톱니의 중심을 지나는 원의 직경(D)이 150~200㎜의 범위 내인 케이스와, 케이스 내에 수납되며 핀톱니와 맞물리는 외톱니를 갖는 피니언과, 상기 케이스 내에 삽입됨과 동시에 이 케이스에 회전 가능하게 지지된 캐리어와, 이 캐리어에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 피니언에 편심부가 각각 삽입되어, 상기 전단 감속기로부터의 입력 회전에 의해 동기 회전함으로써 피니언을 편심 회전시키는 복수의 크랭크핀으로 구성함과 동시에, 상기 케이스 또는 캐리어 중 어느 한 쪽을 상기 고정부에 고정하는 한편, 케이스 또는 캐리어의 나머지 다른 쪽으로부터 감속된 회전을 회전부에 출력하는 편심 요동형 감속기를 이용하고, 또한, 전단 감속기로서, 상술한 모든 크랭크핀의 입력측 단부에 설치된 제 1 외기어와, 모든 제 1 외기어에 맞물림과 동시에, 상기 케이스 또는 캐리어와 동축이며 구동 모터로부터의 회전이 입력되는 제 2 외기어를 갖는 외기어 감속기를 이용하며, 이들 외기어 감속기 및 편심 요동형 감속기의 합계 감속비를 80~200 사이로 한 산업용 로봇의 선회부 구조에 있어서, 상기 편심 요동형 감속기에서의 감속비(M)를 상기 직경(D)으로 나눈 값(N)을 0.20 미만으로 한 것이다.

이 발명에서는 편심 요동형 감속기에서의 감속비(M)를 상기 직경(D)으로 나눈 값(N)을 0.20 미만으로 하였기 때문에, 편심 요동형 감속기의 정격 토크에서의 출력 회전 속도가 공장의 택트 타임 등으로부터 요구되는 28rpm 이상이 되어도, 편심 요동형 감속기 내에 충전되어 있는 윤활제의 온도를 60℃ 미만으로 억제할 수 있다. 이로 인해, 상기 윤활제의 윤활 기능이 크게 저하하는 일은 없어지고, 크랭크핀의 편심부와 바늘 형상 롤러 베어링 사이는 규정의 윤활 기능을 발휘하는 윤활제에 의해 항상 윤활되어, 이 크랭크핀의 편심부에서의 표면 박리나 크랭크핀의 파손이 효과적으로 방지된다.

또한, 상기 값(N)을 0.17 미만으로 하면, 편심 요동형 감속기의 출력 회전 속도가 30rpm 정도가 되어도 윤활제의 온도를 60℃ 미만으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 감속된 회전을 출력하는 케이스 또는 캐리어의 출력단에 이 케이스 또는 캐리어와 동축의 소기어를 설치하는 한편, 상기 회전부에 상기 소기어에 맞물리는 대기어를 설치하고, 이들 소, 대기어로 구성된 후단 감속기에 의해 회전을 더욱 감속하도록 구성하면, 케이블 등을 통과시키는 큰 지름의 관통공을 용이하게 형성할 수 있음과 동시에, 편심 요동형 감속기를 소형화할 수 있다.

도 1은 이 발명의 실시예 1을 나타내는 일부 파단 개략 정면도.

도 2는 핸드 근방의 개략 정면 단면도.

도 3은 주감속기, 전단 감속기 근방의 일부 파단 정면도.

도 4는 도 3의 I-I 화살표 방향에서 본 단면도.

도 5는 윤활 온도가 60℃에서 포화할 때의 출력 토크와 출력 회전 속도의 관계를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 실시예 1을 도면에 기초하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1, 2에 있어서, 도면부호 11은 산업용 로봇이고, 이 산업용 로봇(11)은 바닥면(12) 상에 설치된 제 1 관절부(13)의 감속기(14)를 가지고, 이 감속기(14)는 구동 모터(15)로부터 입력된 회전을 감속하여 기단(基端) 아암(16; 선회 헤드)에 출력하여, 이 기단 아암(16)을 수직인 제 1 축 둘레로 회전시킨다. 이 기단 아암(16)의 상단부에는 거의 상하 방향으로 연장되는 제 1 아암(18)의 하단부가 수평인 제 2 축 둘레로 회동 가능하게 연결되고, 이 제 1 아암(18)은 상기 감속기(14), 구동 모터(15)로 이루어지는 제 1 관절부(13)와 거의 동일한 구성을 한 제 2 관절부(17)로부터 감속된 구동력을 받아 상기 제 2 축을 중심으로 횡방향으로 요동한다.

이 제 1 아암(18)의 상단부에는 거의 수평으로 연장하는 고정부로서의 제 2 아암(22)의 기단부가 수평인 제 3 축 둘레로 회동 가능하게 연결되고, 이 제 2 아암(22)은 상기 제 2 관절부(17)와 동일한 구성을 한 제 3 관절부(21)로부터 감속된 구동력을 받아 제 3 축을 중심으로 하여 상하 방향으로 요동할 수 있다. 그리고, 이 제 2 아암(22)의 선단부에는 제 2 아암(22)과 동축인 회전부로서의 핸드(24)가 제 2 아암(22)의 중심축을 따라 연장하는 제 4 축 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다.

도 1, 2, 3, 4에 있어서, 도면부호 27은 제 2 아암(22)의 선단부 외측에 설치된 주감속기로서의 편심 요동형 감속기이고, 이 편심 요동형 감속기(27)는 대략 원통 형상을 한 케이스(28)를 가지고, 이 케이스(28)의 축방향 중앙부 내주에는 둘레 방향으로 등거리 떨어진 다수의 핀톱니(29)가 설치되어 있다. 여기에서, 이 편심 요동형 감속기(27)는 상술한 바와 같이 산업용 로봇(11)의 핸드(24)의 구동에 이용되고 있는 중형의 감속기이기 때문에, 상기 핀톱니(29)의 중심을 지나는 원의 직경(D)은 통상 150~200㎜ 범위 내이다.

상기 케이스(28) 내에는 링 형상을 한 피니언(33)이 여러 개(여기에서는 2개만) 축방향으로 나란히 늘어서 수납되고, 이들 피니언(33)의 외주에는 다수의 트로코이드 톱니형으로 이루어지는 외톱니(34)가 각각 형성되어 있다. 여기에서, 상기 피니언(33)의 외톱니(34)의 톱니수는 상기 핀톱니(29)의 톱니수보다 약간, 여기에서는 1개가 적고, 또한, 이들 피니언(33)과 케이스(28)는 내접한 상태에서 외톱니(34)와 핀톱니(29)가 맞물려 있는데, 두 개의 피니언(33)의 최대 맞물림부(맞물 림이 가장 깊은 부위)는 180도만큼 위상이 어긋나 있다. 각 피니언(33)에는 복수(3개)의 축방향으로 관통한 관통공(35)이 형성되고, 이들 관통공(35)은 둘레 방향으로 등거리 떨어져 배치되어 있다.

도면부호 38은 케이스(28) 내에 삽입된 캐리어이고, 이 캐리어(38)는 피니언(33)의 축방향 양 외측에 배치된 대략 링 형상을 띤 한 쌍의 단판부(end plate; 39)와, 이들 단판부(39)끼리를 연결함과 동시에, 관통공(35) 내에 끼워진 복수(관통공(35)과 동수(同數))의 기둥부(40)로 구성되어 있다. 도면부호 41은 상기 캐리어(38), 상세하게는 양 단판부(39)의 외주와 케이스(28)의 축방향 양단부 내주 사이에 장착된 한 쌍의 베어링이고, 이들 베어링(41)에 의해 캐리어(38)는 케이스(28)에 대하여 상대 회전 가능하게 지지된다. 도면부호 42는 각 피니언(33)에 형성된 축 방향으로 연장하는 복수(3개)의 크랭크축공이고, 이들 크랭크축공(42)은 둘레 방향으로 등거리 떨어짐과 동시에, 관통공(35)과 번갈아 배치되어 있다.

도면부호 45는 복수개(크랭크축공(42)과 동수)의 크랭크핀이고, 이들 크랭크핀(45)은 둘레 방향으로 등각도 떨어져 배치되어 있다. 이들 크랭크핀(45)의 축방향 양단부와 캐리어(38), 상세하게는 양 단판부(39) 사이에는 베어링(46)이 각각 장착되고, 이로 인해, 상기 크랭크핀(45)의 축 방향 양단부는 캐리어(38)에 회전 가능하게 지지된다. 상기 크랭크핀(45)은 축 방향 중앙부에 크랭크핀(45)의 중심축으로부터 등거리만큼 편심한 피니언(33)과 동수(2개)의 편심부(47)를 가지고, 이들 편심부(47)는 축방향으로 약간 거리 떨어짐과 동시에, 서로 180도만큼 위상이 어긋나 있다. 그리고, 상기 크랭크핀(45)의 편심부(47)는 피니언(33)의 크랭크축공(42) 내에 각각 바늘 형상 롤러 베어링(48)을 통하여 삽입되어 있으며, 이 결과, 상기 피니언(33)과 크랭크핀(45)은 상대 회전이 허용되고 있다.

상술한 케이스(28), 피니언(33), 캐리어(38), 크랭크핀(45)은 전체로서, 크랭크핀(45)에 입력된 회전을 감속하여 케이스(28) 또는 캐리어(38), 여기에서는 캐리어(38)에 출력하는 상술한 주감속기로서의 편심 요동형 감속기(27)를 구성한다. 여기에서, 이 편심 요동형 감속기(27)의 감속비는 케이스(28)의 핀톱니(29)의 톱니수를 이 핀톱니(29)의 톱니수와 피니언(33)의 외톱니(34)의 톱니수 차로 나눈 값이고, 이 실시예에서는 핀톱니(29)의 톱니수가 30, 외톱니(34)의 톱니수가 29, 톱니수 차가 1이기 때문에, 감속비는 30이 된다.

여기에서, 핀톱니(29)와 외톱니(34)의 톱니수 차가 2 이상인 피니언(33)이, 예를 들면 일본 특허공개 평 3-181641호 공보에 제안되어 있는데, 이러한 피니언(33)을 이용한 경우에도 감속비는 상술한 바와 마찬가지로 하여 구한다. 또한, 톱니수 차가 2 이상인 피니언(33)이라 함은, 피니언(33)의 외형 윤곽을, 외톱니(34) 간 피치를 톱니수 차로 나눈 각도만큼 둘레 방향으로 어긋나게 함과 동시에, 이들 둘레 방향으로 어긋난 톱니수 차의 외형 윤곽이 겹쳐진 부분을 톱니형으로서 끄집어낸 외치기어를 말한다.

도면부호 51은 상기 케이스(28)에 브라켓(52)을 통하여 장착된 구동 모터이고, 이 구동 모터(51)의 출력축(53)은 상기 편심 요동형 감속기(27)의 출력부(캐리어(38))와 동축이다. 도면부호 54는 상기 구동 모터(51)(출력축(53))로부터 입력된 회전을 감속하여 상기 주감속기로서의 편심 요동형 감속기(27)에 출력하는 전단 감 속기이고, 이 전단 감속기(54)는 상술한 모든 크랭크핀(45)의 입력측 단부에 고정된 큰 지름의 복수(크랭크핀(45)과 동수)의 제 1 외기어(55)를 갖는다. 58은 상기 출력축(53)에 결합 고정되며 제 1 외기어(55)보다 작은 지름을 갖는 단일의 제 2 외기어이고, 이 제 2 외기어(58)는 상기 감속된 회전을 출력하는 케이스(28) 또는 캐리어(38), 여기에서는 캐리어(38)와 동축이며, 모든 제 1 외기어(55)에 맞물려 있다.

상술한 제 1, 제 2 외기어(55, 58)는 전체로서 외기어 감속기로 이루어지는 상기 전단 감속기(54)를 구성하는데, 이 전단 감속기(54)는 이 실시예와 같은 제 1, 제 2 외기어(55, 58)로 구성된 것에 한정되지 않고, 평기어열을 2단 설치한 것 등일 수도 있다. 이와 같이 평기어열을 2단 설치한 경우에는 크랭크핀(45)에 고정된 외기어와 이 외기어에 맞물리는 외기어로 이루어지는 2단째의 기어열은 등비(等比)일 수도 있다. 여기에서, 상기 전단 감속기(54), 편심 요동형 감속기(27)의 합계 감속비를 후술한 바와 같이 80~200 사이로 하기 위해서는, 전단 감속기(54)의 감속비를 2.5~6.5, 편심 요동형 감속기(27)의 감속비를 25~36의 범위 내로 하고, 감속기(54)의 감속비를 편심 요동형 감속기(27)의 감속비의 0.15~0.25배의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 구동 모터(51)의 회전이 전단 감속기(54)에 의해 감속되어 모든 크랭크핀(45)에 동시에 전달되면, 이들 크랭크핀(45)은 자신의 중심축 둘레로 회전하고, 이로 인해, 크랭크핀(45)의 편심부(47)가 피니언(33)의 크랭크축공(42) 내에서 편심 회전하여 피니언(33)이 편심 요동 회전을 한다. 이 때, 상기 피니 언(33)의 외톱니(34)의 톱니수가 핀톱니(29)의 핀수보다 약간 적기 때문에, 캐리어(38)는 대폭으로 감속되어 저속으로 회전한다.

여기에서, 최근, 상술한 바와 같이 산업용 로봇(11)의 소형화 및 작업 속도의 고속화에 대한 요구가 강해졌기 때문에, 구동 모터(51)로서 소형이며 고속 회전의 모터를 이용하는 한편, 상기 전단 감속기(54), 편심 요동형 감속기(27)의 합계 감속비를 80~200 사이까지 높게 함으로써, 필요한 출력 회전 속도, 출력 토크를 얻고자 해 왔지만, 이와 같이 하면, 장시간의 사용에 의해 편심 요동형 감속기(27)의 크랭크핀(45)의 편심부(47)에 표면 박리가 발생하고, 최종적으로는 크랭크핀(45)이 파손하게 될 우려가 있다는 것을 본 발명자는 발견하였다.

이러한 현상은 상술한 바와 같이 편심 요동형 감속기(27) 내에 충전되어 있는 윤활제가 마찰에 의해 윤활 기능이 크게 저하하는 온도(일반적으로 60℃ 정도) 이상으로 가열되는 것이 원인임을 알았기 때문에, 전단 감속기(54), 편심 요동형 감속기(27)로 이루어짐과 동시에 합계 감속비가 서로 다른 시험 감속 장치를 2대 준비하고, 각 시험 감속 장치에 있어서 출력 토크를 어느 일정한 값으로 유지하면서 출력 회전 속도를 서서히 증대시키고, JIS K 2220에 규정된 조도가 00호인 윤활제(그리스)의 온도가 60℃에서 포화할 때의 출력 토크와 출력 회전 속도와의 관계를 구하는 시험을 수행하였다. 또한, 이 시험은 한 방향으로 연속 회전시킨 가장 사용 조건이 엄격한 조건 하에서 수행하였다.

여기에서, 양 시험 감속 장치는 모두, 전단 감속기(54)의 감속비가 3, 크랭크핀(45)의 개수가 3, 환경 온도가 20℃였다. 또한, 제 1 시험 감속 장치에서는 편 심 요동형 감속기(27)의 직경(D)을 174㎜, 정격 출력 토크를 1078N·m, 핀톱니(29)의 수를 60으로 함으로써, 편심 요동형 감속기(27)의 감속비(M)를 60으로 하고, 제 2 시험 감속 장치에서는 편심 요동형 감속기(27)의 직경(D)을 179㎜, 정격 출력 토크를 1323N·m, 핀톱니(29)의 수를 30으로 함으로써 편심 요동형 감속기(27)의 감속비(M)를 30으로 하였다. 여기에서, 상술한 바와 같이 제 1 시험 감속 장치에서는 직경(D)이 174㎜이기 때문에, 감속비(M)를 직경(D)으로 나눈 값(N)은 0.34, 제 2 시험 감속 장치에서는 직경(D)이 179㎜이기 때문에, 감속비(M)를 직경(D)으로 나눈 값(N)은 0.17이 된다.

상술한 시험 결과를 도 5에 나타내는데, 이들 제 1 시험 감속 장치(값(N)이 0.34)의 곡선과 제 2 시험 감속 장치(값(N)이 0.17)의 곡선 사이에는, 상술한 바와 동일한 조건 하에서 이들 곡선에 거의 평행하고, 출력 회전 속도와 마찰에 의한 발열량이 정비례 관계에 있기 때문에, 제 1 시험 감속 장치의 곡선으로부터 제 2 시험 감속 장치의 곡선을 향해, 이들 양 곡선간의 간격의 1/10만큼 어긋남에 따라, 값(N)이 0.017만큼 감소한 값(N)의 곡선이 존재하고 있다고 추론할 수 있다.

여기에서, 상술한 바와 같이 편심 요동형 감속기(27)에서는 공장의 택트 타임 등 때문에 정격 토크에서의 출력 회전수(캐리어(38)의 출력 회전수)가 28rpm 이상인 것이 요구되고 있는데, 이 정격 토크에서의 출력 회전수가 28rpm이고 윤활제의 포화 온도가 60℃가 되는 것은 상기 값(N)이 0.20일 때이다. 이 때문에 편심 요동형 감속기(27)에서의 값(N)을 0.20 미만으로 하면, 편심 요동형 감속기(27)의 정격 토크에서의 출력 회전 속도가 공장의 택트 타임 등에서 요구되는 28rpm 이상이 되어도, 편심 요동형 감속기(27) 내에 충전되어 있는 윤활제의 온도를 60℃ 미만으로 억제할 수 있다.

이로 인해, 상기 윤활제의 윤활 기능이 크게 저하하는 일은 없어지고, 크랭크핀(45)의 편심부(47)와 바늘 형상 롤러 베어링(48) 사이는 규정의 윤활 기능을 발휘하는 윤활제에 의해 항상 윤활되어, 이 크랭크핀(45)의 편심부(47)에서의 표면 박리나 크랭크핀(45)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, N의 값을 0.17 미만으로 하면, 편심 요동형 감속기(27)의 출력 회전 속도가 30rpm 정도가 되어도 윤활제의 온도를 60℃ 미만으로 억제할 수 있다. 단, 상기 N의 값이 0.07 이하가 되면, 핀톱니(29)의 수가 너무 적어져 편심 요동형 감속기(27)의 제조가 곤란해지기 때문에, 상기 N의 값은 0.07을 넘는 것이 바람직하다.

다시 도 1, 2, 3, 4에 있어서, 편심 요동형 감속기(27)의 출력단, 여기에서는 캐리어(38)에는 편심 요동형 감속기(27)의 출력단(캐리어(38))과 동축인 소기어(61)가 고정되고, 한편, 핸드(24)의 기단에는 편심 요동형 감속기(27)의 출력단(캐리어(38))으로부터 소정 거리만큼 오프셋함과 동시에, 상기 소기어(61)에 맞물리는 대기어(62)가 고정되어 있다. 상술한 소기어(61), 대기어(62)는 전체로서 후단 감속기(63)를 구성하는데, 이와 같이 편심 요동형 감속기(27)의 후단측에 후단 감속기(63)를 설치한 것은, 이 실시예에서는 28rpm 이상의 출력 회전 속도가 필요하지 않고, 큰 출력 토크가 필요한 산업용 로봇(11)에 사용하기 때문이며, 28rpm 이상의 출력 회전 속도가 필요한 경우에는 후단 감속기(63)를 생략하여 편심 요동형 감속기(27)의 출력을 직접 회전부에 전달하도록 하면 된다.

그리고, 이와 같이 편심 요동형 감속기(27)의 후단측에 소기어(61), 대기어(62)로 이루어지는 후단 감속기(63)를 설치하면, 산업용 로봇(11)의 핸드(24)를 저속, 큰 토크로 회전시킬 수 있음과 동시에, 대기어(62)를 편심 요동형 감속기(27), 구동 모터(51), 전단 감속기(54)로부터 오프셋하여 설치할 수 있기 때문에, 대기어(62)의 중앙부 및 핸드(24)의 기단에 구동용, 제어용의 케이블, 배관 등을 통과시키는 큰 지름의 관통공(65)을 용이하게 형성할 수 있으며, 또한, 편심 요동형 감속기(27)에서의 전달 토크가 작은 값으로 되기 때문에, 편심 요동형 감속기(27)를 소형화하는 것도 가능하게 된다. 상술한 편심 요동형 감속기(27), 구동 모터(51), 전단 감속기(54), 후단 감속기(63)는 전체로서 제 4 관절부(64)를 구성하고, 이 제 4 관절부(64)로부터 출력된 구동력에 의해 상기 핸드(24)는 제 2 아암(22)에 거의 수평한 제 4축을 중심으로 하여 회전한다.

도면부호 67은 핸드(24)의 선단부에 회동 가능하게 지지된 대략 원통 형상의 핸드축이고, 이 핸드축(67)은 핸드(24)의 회전축에 직교하는 제 5축 둘레로 회동할 수 있다. 도면부호 68은 상기 핸드축(67)에 감속된 구동력을 부여하여 이 핸드축(67)을 제 5축 둘레로 회동시키는 제 5 관절부이고, 이 제 5 관절부(68)는 구동 모터(69)와, 구동 모터(69)로부터의 출력 회전을 감속하여 출력하는 상기 편심 요동형 감속기(27), 전단 감속기(54)와 동등한 감속기(70)와, 감속기(70)의 출력단에 연결된 소기어(71)와, 상기 핸드축(67)에 연결됨과 동시에 소기어(71)에 맞물리는 대기어(72)로 구성되어 있다.

도면부호 75는 상기 핸드축(67)에 연결된 구동 모터이고, 이 구동 모터(75) 는 상기 핸드축(67)의 회동축과 직교하는 방향으로 연장하고 있다. 이 구동 모터(75)에는 상기 감속기(70)와 동일한 감속기(76)가 장착되고, 이 감속기(76)는 구동 모터(75)로부터 입력된 회전 구동력을 감속하여 툴 장착구(77)에 전달하고, 이 툴 장착구(77)를 핸드축(67)의 회동축과 직교하는 제 6축 둘레로 회전시킨다.

그리고, 이 툴 장착구(77)에는 상기 핸드축(67) 내를 통과한 구동용, 제어용의 케이블, 배관을 통하여 구동 제어되는 용접 장치, 도장 장치 등이 장착되어 있다. 이와 같이 이 실시예의 산업용 로봇(11)은 자동차의 제조 라인 등에서 사용되는 핸들링 로봇이나 스폿 용접 로봇에 특히 적합하다. 상술한 구동 모터(75), 감속기(76)는 전체로서, 툴 장착구(77)에 감속된 구동력을 부여하고 이 툴 장착구(77)를 제 6축 둘레로 회전시키는 제 6 관절부(78)를 구성한다. 이와 같이 산업용 로봇(11)의 툴 장착구(77)는 6개의 자유도를 가지고, 용접 장치 등을 3차원 방향으로 자유롭게 이동시켜 임의의 위치, 자세로 위치 결정할 수 있다.

다음으로, 상기 실시예 1의 작용에 대하여 설명한다.

상술한 바와 같은 산업용 로봇(11)을 이용하여, 예를 들면 용접 작업을 수행하는 경우에는 제 1 관절부(13), 제 2 관절부(17), 제 3 관절부(21), 제 4 관절부(64), 제 5 관절부(68), 제 6 관절부(78)를 작동하여 기단 아암(16), 제 1 아암(18), 제 2 아암(22), 핸드(24), 핸드축(67), 툴 장착구(77)를 제 1, 2, 3, 4, 5, 6축 둘레로 회동(회전)시켜, 툴 장착구(77)에 장착되어 있는 용접 장치를 워크의 용접 개소까지 이동시킨다. 이 때의 제 1 관절부(13), 제 2 관절부(17), 제 3 관절부(21), 제 4 관절부(64), 제 5 관절부(68), 제 6 관절부(78)의 작동을 대표하 여 제 4 관절부(64)로 설명한다.

상술한 제 4 관절부(64)에 있어서 구동 모터(51)가 작동하여 출력축(53)이 회전하면, 이 출력축(53)의 회전은 제 2 외기어(58), 제 1 외기어(55)를 통하여 모든 크랭크핀(45)에 전달되고, 이들 크랭크핀(45)을 자신의 중심축 둘레로 동일 방향으로 동일 속도로 회전시킨다. 이 때, 크랭크핀(45)의 편심부(47)가 피니언(33)의 크랭크축공(42) 내에서 편심 회전하여 피니언(33)을 편심 요동 회전시키는데, 상기 피니언(33)의 외톱니(34)의 톱니수가 케이스(28)의 핀톱니(29) 수보다 1개 적기 때문에, 캐리어(38) 및 소기어(61)는 피니언(33)의 편심 요동 회전에 의해 감속되어 저속 회전한다. 그 후, 상기 소기어(61)의 회전은 대기어(62)에 의해 감속되고 회전부로서의 핸드(24)에 전달되어, 이 핸드(24)를 회전시킨다.

이 때, 상기 제 4 관절부(64)의 편심 요동형 감속기(27)에서의 값(N)을 0.20 미만으로 하였기 때문에, 이 편심 요동형 감속기(27)의 정격 토크에서의 출력 회전 속도가 28rmp 이상으로 되어도, 편심 요동형 감속기(27) 내에 충전되어 있는 윤활제의 온도를 60℃ 미만으로 억제할 수 있고, 이로 인해 상기 윤활제의 윤활 기능이 크게 저하하는 일은 없어져, 크랭크핀(45)의 편심부(47)에서의 표면 박리나 크랭크핀(45)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는 케이스(28)를 고정부인 제 2 아암(22)에 고정하는 한편, 캐리어(38)로부터 감속된 회전을 회전부인 핸드(24)에 출력하도록 하였지만, 본 발명에서는 캐리어를 고정부에 고정하는 한편, 케이스로부터 감속된 회전을 회전부에 출력하도록 할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 편심 요동형 감속 기(27), 구동 모터(51), 전단 감속기(54)를 제 2 아암(22)의 외측에 설치하였으나, 이들은 제 2 아암(22) 내에 수납하도록 할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 전단 감속기(54), 편심 요동형 감속기(27), 후단 감속기(63)를 제 2 아암(22)의 선단부에 설치하였으나, 제 3 관절부(21) 근방의 제 2 아암(22)의 기단부에 설치하도록 할 수도 있다.

이 발명은 편심 요동형 감속기를 이용한 산업용 로봇의 산업 분야에 적용할 수 있다.

Claims

고정부와 회전부를 구비한 산업용 로봇의 선회부 구조로서,

구동 모터로부터 입력된 회전을 감속하여 출력하는 전단(前段) 감속기와,

전단 감속기로부터의 출력 회전을 감속하여 회전부에 출력하는 주(主)감속기를 구비하고,

상기 주감속기는, 내주에 다수의 핀톱니를 가짐과 동시에 이들 핀톱니의 중심을 지나는 원의 직경(D)이 150~200㎜의 범위 내인 케이스와, 케이스 내에 수납되며 핀톱니와 맞물리는 외톱니를 갖는 피니언과, 상기 케이스 내에 삽입됨과 동시에 이 케이스에 대하여 상대 회전 가능한 캐리어와, 이 캐리어에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 피니언에 편심부가 각각 삽입되어, 상기 전단 감속기로부터의 입력 회전에 의해 동기 회전함으로써 피니언을 편심 회전시키는 복수의 크랭크핀으로 구성함과 동시에, 상기 케이스 또는 캐리어 중 어느 한 쪽을 상기 고정부에 고정하는 한편, 상기 케이스 또는 캐리어의 나머지 다른 쪽으로부터 감속된 회전을 회전부에 출력하는 편심 요동형 감속기이며,

전단 감속기는, 상술한 모든 크랭크핀의 입력측 단부에 설치된 제 1 외기어와, 모든 제 1 외기어에 맞물림과 동시에, 상기 케이스 또는 캐리어와 동축이며 구동 모터로부터의 회전이 입력되는 제 2 외기어를 갖는 외기어 감속기를 구비하고,

이들 외기어 감속기 및 편심 요동형 감속기의 합계 감속비를 80~200 사이로 하고, 상기 편심 요동형 감속기에서의 감속비(M)를 상기 직경(D)으로 나눈 값(N)은 0.07 < N < 0.20의 범위로 한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회부 구조.
제 1항에 있어서,

상기 값(N)은 0.07 < N < 0.17의 범위로 한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회부 구조.
제 1항에 있어서,

상기 감속된 회전을 출력하는 케이스 또는 캐리어의 출력단에 이 케이스 또는 캐리어와 동축의 소기어를 설치하는 한편, 상기 회전부에 상기 소기어에 맞물리는 대기어를 설치하고, 이들 소, 대기어로 구성된 후단 감속기에 의해 회전을 감속하도록 한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회부 구조.