TW202331125A - 旋轉機構及機器人 - Google Patents

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TW202331125A
TW202331125A TW111144143A TW111144143A TW202331125A TW 202331125 A TW202331125 A TW 202331125A TW 111144143 A TW111144143 A TW 111144143A TW 111144143 A TW111144143 A TW 111144143A TW 202331125 A TW202331125 A TW 202331125A
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Abstract

本發明之一態樣之減速機構1B包含：輸出軸9；各載架13、14，其等具有輸出軸孔13b、14b；及各擺動齒輪11、12，其等具有輸出軸插入孔25a、25b。輸出軸孔13b、14b及輸出軸插入孔25a、25b插入有輸出軸9且於內周面接觸輸出軸9。輸出軸孔13b、14b及輸出軸插入孔25a、25b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下，內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。

Description

旋轉機構及機器人
本發明係關於一種旋轉機構及機器人。
自先前以來，作為機器人，已知與作業者共有作業空間之協作機器人。在該種之協作機器人中之例如多關節協作機器人等中，在連結有2個臂之關節部作為旋轉機構而設置有減速機構。例如在多關節協作機器人等中，設置有對減速機構賦予旋轉力之電動馬達等。藉由將電動馬達之旋轉力減速且輸出，而可相對於2個臂之一者賦予另一臂較大之輸出轉矩。
作為減速機構，例如使用旋轉位置精度或耐荷重性高之偏心擺動型減速機構。該種之減速機構包含：殼體，其例如在內周面形成內齒齒輪；擺動齒輪(外齒齒輪)，其嚙合於內齒齒輪且擺動旋轉；輸入曲柄軸(第1旋轉部)，其具有旋轉自如地支持擺動齒輪之偏心部(偏心體)，且向擺動齒輪傳遞旋轉力；輸出軸(載架銷)，其被傳遞擺動齒輪之旋轉力；及支持部(載架)，其連結於輸出軸。支持部經由滑動軸承旋轉自如地支持於殼體。輸出軸壓入形成於支持部之孔(被壓入孔)，與支持部一體化。藉此，在輸出軸被傳遞擺動齒輪之旋轉力時，支持部相對於殼體而旋轉。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-17362號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，在上述之先前技術中，因輸出軸壓入支持部，故有減速機構之組合作業或分解作業繁雜之課題。因輸出軸相對於支持部不自由旋轉，故支持部或輸出軸之極限PV值變低，而有可能在支持部或輸出軸產生熔傷等不良狀況。因此，不易使減速機構穩定地動作，且有可能減速機構之產品壽命下降。
本發明提供一種可提高組合作業性或分解作業性、並且可穩定動作且產品壽命亦延長化之旋轉機構及機器人。 [解決課題之技術手段]
本發明之一態樣之旋轉機構包含：軸；及旋轉體，其具有插入有前述軸且於內周面接觸前述軸之軸插入孔；且前述旋轉體相對於前述軸旋轉自如，前述內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下，前述內周面相對於前述軸之靜摩擦係數為0.2以下。
藉由如此般構成，可提高旋轉體與軸之組合作業性或分解作業性。將旋轉體之內周面之面粗糙度Ra設為1.6 μm以下，且將軸相對於旋轉體之內周面之靜摩擦係數設為你0.2以下。因此，可降低軸相對於旋轉體之滑動阻力，而可提高旋轉體之極限PV值。因此，可使旋轉機構穩定動作，且可將產品壽命延長化。
在上述構成中，前述旋轉體中之至少包含前述內周面、且包圍前述軸之周圍之部分可藉由樹脂形成。前述軸藉由金屬形成。
在上述構成中，可行的是，包含：內齒齒輪，其具有內齒；擺動齒輪，其具有嚙合於前述內齒齒輪之前述內齒之外齒，擺動旋轉；輸入曲柄軸，其具有旋轉自如地支持前述擺動齒輪之偏心部；輸出軸，其傳遞前述擺動齒輪之旋轉力；及支持部，其旋轉自如地支持前述輸出軸之軸向兩端部；且前述輸入曲柄軸向前述擺動齒輪傳遞旋轉力，前述軸包含前述輸出軸，前述旋轉體包含前述擺動齒輪及前述支持部，前述軸插入孔包含形成於前述擺動齒輪之齒輪側軸孔及形成於前述支持部之支持部側軸孔。
在上述構成中，可具有設置於前述輸出軸之軸向兩端部中之至少任一者之墊片，前述墊片進行前述輸出軸之軸向之定位。
在上述構成中，前述墊片可具有彈性變形之彈性墊片。
在上述構成中，前述墊片可具有供前述輸出軸插入之環狀之間隔件。
在上述構成中，可行的是，前述內齒齒輪包含：筒狀之外殼；及複數個內齒銷，其等在前述外殼之內周面沿著周向排列；且前述外殼之熱傳導率高於前述擺動齒輪之熱傳導率。
在上述構成中，可行的是，前述內齒齒輪包含：筒狀之外殼；及複數個內齒銷，其等在前述外殼之內周面沿著周向排列；且前述外殼之熱傳導率高於前述內齒銷之熱傳導率。
本發明之又一態樣之旋轉機構包含：內齒齒輪，其具有內齒；擺動齒輪，其藉由樹脂形成，且擺動旋轉；輸入曲柄軸，其藉由金屬形成，且向前述擺動齒輪傳遞旋轉力；輸出軸，其藉由金屬形成，且被傳遞前述擺動齒輪之旋轉力；及支持部，其藉由樹脂形成，且旋轉自如地支持前述輸出軸之軸向兩端部；並且前述擺動齒輪具有嚙合於前述內齒齒輪之前述內齒之外齒，前述輸入曲柄軸具有旋轉自如地支持前述擺動齒輪之偏心部。
藉由如此般構成，在作為旋轉機構而採用偏心擺動型之減速機構之構成時，可將齒輪側軸孔或支持部側軸孔之內周面相對於輸出軸之靜摩擦係數容易地下降。可將擺動齒輪或支持部之極限PV值容易地提高。因此，可使旋轉機構穩定動作，且可將產品壽命延長化。藉由將輸出軸利用金屬形成，而可提高輸出軸之剛性，故可使旋轉機構進一步穩定動作，且可將產品壽命進一步延長化。
本發明之再一態樣之機器人包含：第1構件及第2構件；以及旋轉機構，其設置於前述第1構件與前述第2構件之間；且前述旋轉機構包含：內齒齒輪，其具有內齒；擺動齒輪，其藉由樹脂形成，且擺動旋轉；輸入曲柄軸，其藉由金屬形成，且向前述擺動齒輪傳遞旋轉力；輸出軸，其藉由金屬形成，且被傳遞前述擺動齒輪之旋轉力；及支持部，其藉由樹脂形成，且旋轉自如地支持前述輸出軸之軸向兩端部；並且前述擺動齒輪具有嚙合於前述內齒齒輪之前述內齒之外齒，前述輸入曲柄軸具有旋轉自如地支持前述擺動齒輪之偏心部。
藉由如此般構成，可提供一種可穩定動作且產品壽命亦延長化之機器人。 [發明之效果]
上述之旋轉機構及機器人可提高組合作業性或分解作業性、並且可穩定動作且產品壽命亦延長化。
接著，基於圖式對於本發明之實施形態進行說明。
＜協作機器人＞ 圖1係協作機器人100之概略構成圖。 在以下之說明中，協作機器人100之上下方向及水平方向設為在設置面F載置協作機器人100之狀態下之上下方向及水平方向。
如圖1所示般，協作機器人100包含：基座部(技術方案中之第1構件或第2構件之一例)101，其載置於設置面F；旋轉頭102 (技術方案中之第1構件或第2構件之一例)，其設置於基座部101上；臂單元(技術方案中之第1構件或第2構件之一例)103，其在旋轉頭(技術方案中之第1構件或第2構件之一例)102之上部旋轉自如地安裝；減速機構1A、1B、1C(第1減速機構1A、第2減速機構1B、第3減速機構1C)，其等安裝於基座部101、旋轉頭102、及臂單元103之關節部106a、106b、106c(第1關節部106a、第2關節部106b、第3關節部106c)；作為驅動源之伺服馬達107、108、109(第1伺服馬達107、第2伺服馬達108、第3伺服馬達109)；及末端效應器110，其安裝於臂單元103。
旋轉頭102相對於基座部101繞第1旋轉軸線L1旋轉自如地連結。該連結之部位係第1關節部106a。在第1關節部106a，安裝有第1減速機構1A及第1伺服馬達107。 第1旋轉軸線L1例如與上下方向一致。在旋轉頭102，經由第1減速機構1A傳遞第1伺服馬達107之旋轉。藉此，旋轉頭102相對於基座部101繞第1旋轉軸線L1旋轉驅動。
臂單元103例如藉由沿一方向較長之2個臂111、112(第1臂111、第2臂112)構成。2個臂111、112中之第1臂111之一端，繞第2旋轉軸線L2旋轉自如地連結於旋轉頭102之上部。該連結之部位係第2關節部106b，在第2關節部106b安裝有第2減速機構1B及第2伺服馬達108。
第2旋轉軸線L2例如與水平方向一致。在第1臂111，經由第2減速機構1B傳遞第2伺服馬達108之旋轉。藉此，第1臂111相對於旋轉頭102繞第2旋轉軸線L2旋轉驅動。例如第1臂111相對於基座部101沿前後方向擺動驅動。
在第1臂111之另一端，2個臂111、112中之第2臂112之一端繞第3旋轉軸線L3旋轉自如地連結。該連結之部位係第3關節部106c，在第3關節部106c安裝有第3減速機構1C及第3伺服馬達109。 第3旋轉軸線L3例如與水平方向一致。在第2臂112，經由第3減速機構1C傳遞第3伺服馬達109之旋轉。藉此，第2臂112相對於第1臂111繞第3旋轉軸線L3旋轉驅動。例如第2臂112相對於第1臂111沿上下方向擺動驅動。
末端效應器110安裝於第2臂112之另一端。藉由使旋轉頭102、第1臂111、及第2臂112驅動，而將末端效應器110三維地驅動。
構成如此之協作機器人100之基座部101、旋轉頭102、第1臂111、及第2臂112，例如藉由鋁合金形成。鋁合金之熱傳導率為201[W/m・K]左右。此外，各者例如可藉由鎂合金、碳纖維強化塑膠(CFRP)、含有氮化硼而提高熱傳導率之樹脂等形成。鎂合金之熱傳導率例如為51.2[W/m・K]左右。
[第1實施形態] ＜減速機構＞ 接著，基於圖2對於各減速機構1A～1C進行說明。 各減速機構1A～1C之基本構成為相同。因此，在以下之說明中，僅對於各減速機構1A～1C中之第2減速機構1B進行說明，且省略對於第1減速機構1A及第3減速機構1C之說明。
圖2係第2減速機構1B之概略構成圖。 如圖2所示般，第2減速機構1B係所謂偏心擺動型之減速機構。第2減速機構1B包含：圓筒狀之外殼(技術方案中之內齒齒輪之一例)2、受外殼2旋轉自如地支持之載架(技術方案中之支持部之一例)7、受載架7旋轉自如地支持之輸入曲柄軸8及複數個(例如3個)輸出軸9、及受輸入曲柄軸8旋轉自如地支持之擺動齒輪11、12(第1擺動齒輪11、第2擺動齒輪12)。
外殼2之中心軸線C1與第2旋轉軸線L2一致。在以下之說明中，有時將與第2旋轉軸線L2平行之方向稱為軸向，將繞第2旋轉軸線L2稱為周向，將與軸向及周向正交之方向稱為徑向。
外殼2例如藉由鋁合金形成。此外，外殼2例如可藉由鎂合金、碳纖維強化塑膠(CFRP)、含有氮化硼而提高熱傳導率之樹脂等形成。外殼2之熱傳導率理想的是高於後述之內齒銷6之熱傳導率。 在外殼2之外周面2a，在軸向中央，一體成形有向徑向外側伸出之外凸緣部4。外凸緣部4之沿著軸向之剖面形成為四角形狀。
在外凸緣部4，沿軸向貫通之複數個螺栓孔4a沿周向等間隔地形成。在外凸緣部4，例如自軸向外側重疊有旋轉頭102。自外凸緣部4之與旋轉頭102為相反側向螺栓孔4a插入螺栓5。藉由將螺栓5緊固於旋轉頭102之母螺紋部102a，而將外殼2固定於旋轉頭102。
在外殼2之內周面2b，在軸向兩側分別經由階差部3c、3d(第1階差部3c、第2階差部3d)形成擴徑部3a、3b(第1擴徑部3a、第2擴徑部3b)。各擴徑部3a、3b之內徑大於外殼2之內周面2b之內徑。在各擴徑部3a、3b設置有載架7。
在外殼2之內周面2b，在2個階差部3c、3d之間，設置有複數個內齒銷(技術方案中之內齒齒輪之一例)6。內齒銷6例如藉由金屬形成。此外，內齒銷6可藉由高熱傳導性之樹脂、非金屬等形成。內齒銷6可為調配碳奈米管(CNT)、氮化硼奈米管(BNNT)之樹脂。內齒銷6可由軸承鋼等之鐵系金屬形成。可藉由碳纖維強化塑膠(CFRP)形成內齒銷6。
內齒銷6形成為圓柱狀。然而，並不限於此，內齒銷6亦可為中空之構件。內齒銷6亦可為將芯材藉由表面材包住之多層構造之構件。例如，內齒銷6可為芯材與表面材之一者為鐵系金屬、另一者為銅系或鋁系之金屬。該情形下，可謀求機械特性與熱特性之兼顧。作為另外之一例，可行的是，內齒銷6之芯材與表面材之一者係由金屬構成，另一者係由樹脂構成。內齒銷6可由燒結金屬形成。
內齒銷6之軸向與外殼2之中心軸線C1一致。內齒銷6沿周向等間隔地配置。內齒銷6作為嚙合於擺動齒輪11、12之內齒發揮功能。
載架7構成為包含：第1載架(軸凸緣)13，其設置於形成在外殼2之2個擴徑部3a、3b中之旋轉頭102側之第1擴徑部3a；及第2載架(保持凸緣)14，其設置於與第1擴徑部3a在軸向為相反側之第2擴徑部3b。 各載架13、14形成為圓板狀。各載架13、14之外周面可滑動地嵌合於對應之擴徑部3a、3b。各載架13、14藉由抵接於對應之階差部3c、3d，而進行軸向之定位。
各載架13、14例如藉由樹脂形成。例如，各載架13、14可藉由POM(polyacetal：聚縮醛)形成。各載架13、14可藉由以PEEK(poly Ether Ether Ketone：聚醚醚酮)為代表之PAEK(Polyaryl Ether Ketones：聚芳基醚酮)類等與POM不同之樹脂形成。作為樹脂，可為調配PPS(Poly Phenylene Sulfide；聚苯硫醚)或PPS之樹脂。可藉由碳纖維強化塑膠(CFRP)形成各載架13、14。例如，PPS之熱傳導率為0.2[W/m・K]左右。含有氮化硼之PPS之熱傳導率例如為2.6[W/m・K]左右。各載架13、14之線膨脹係數例如理想的是鋁合金(23～24(×10 -6/℃))以上。
在各載架13、14之徑向中央，形成有沿軸向貫通之輸入軸孔13a、14a。在輸入軸孔13a、14a插入有輸入曲柄軸8。 在各輸入軸孔13a、14a，設置有軸承15a、15b(第1軸承15a、第2軸承15b)。作為軸承15a、15b，例如使用滾珠軸承。經由軸承15a、15b，受各載架13、14旋轉自如地支持輸入曲柄軸8。輸入曲柄軸8之旋轉軸線與外殼2之中心軸線C1(第2旋轉軸線L2)一致。
在各載架13、14，在輸入軸孔13a、14a之周圍，複數個(例如3個)輸出軸孔(技術方案中之軸插入孔、支持部側軸孔之一例)13b、14b沿周向等間隔地形成。在輸出軸孔13b、14b插入有輸出軸9。輸出軸孔13b、14b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下。輸出軸孔13b、14b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。
在2個載架13、14中之第1載架13之與第2載架14為相反側之一面13c，在與輸出軸孔13b為同軸上形成墊片收納凹部41。墊片收納凹部41之一面13c側開口，且與輸出軸孔13b相通。
在墊片收納凹部41，收納有圓環狀之彈性墊片(技術方案中之墊片之一例)42。彈性墊片42之內徑與輸出軸孔13b之內徑大致相同或為稍許大之程度。彈性墊片42藉由橡膠等形成，彈性變形。彈性墊片42可由橡膠以外形成，只要以彈性變形之材料形成即可。例如，可將波形墊圈取代橡膠用作彈性墊片42。
在彈性墊片42上，配置有圓環狀之間隔件(技術方案中之墊片之一例)43。間隔件43之內徑與輸出軸孔13b之內徑大致相同或為稍許大之程度。間隔件43例如藉由金屬形成。彈性墊片42及間隔件43係進行輸出軸9相對於載架13、14之定位者(詳情將於後述)。
在2個載架13、14中之第2載架14之與第1載架13為相反側之一面14c，在與輸出軸孔14b為同軸上形成凹部16。凹部16之一面14c側開口，且與輸出軸孔14b相通。 在凹部16，例如可填充未圖示之油膏。油膏係為了將傳遞至輸出軸9之熱散熱而使用。油膏之熱傳導率高於擺動齒輪11、12及第2載架14之熱傳導率。油膏之熱傳導率為5[W/m・K]以上。
插入輸出軸孔13b、14b之輸出軸9，例如藉由鋁合金形成。輸出軸9並不限於鋁合金，亦可藉由不銹鋼形成。不銹鋼之熱傳導率為16.7[W/m・K]左右。此外，作為輸出軸9例如可使用鐵系金屬。作為鐵系金屬，可根據所期望之特性使用碳鋼、軸承鋼等。例如作為鐵而言S45C之熱傳導率為45[W/m・K]左右。
輸出軸9之第1載架13側之第1端部9a，自第1載架13之與第2載架14為相反側之一面13c稍許突出。成為在輸出軸9之第1端部9a安裝有彈性墊片42及間隔件43之形態。在輸出軸9之第1端部9a，自間隔件43之上安裝有第1擋環18a。藉由在間隔件43抵接有第1擋環18a，而規制輸出軸9向第2載架14側之移動。
輸出軸9之第2載架14側之第2端部9b處於較第2載架14之一面14c稍許下降之位置。亦即，輸出軸9之第2端部9b成為落於第2載架14之凹部16內之狀態。在輸出軸9之第2端部9b，安裝有第2擋環18b。第2擋環18b亦成為落於凹部16內之形態。藉由在凹部16之底面16a抵接有第2擋環18b，而規制輸出軸9向第1載架13側之移動。
亦即，彈性墊片42、間隔件43、及各擋環18a、18b具有進行輸出軸9相對於各載架13、14之定位之功能。其中，彈性墊片42及間隔件43具有吸收外殼2、各載架13、14及輸出軸9之製造誤差，進行輸出軸9相對於各載架13、14之位置調整之功能。即，相應於輸出軸9相對於各載架13、14之軸向之鬆動之大小而調整彈性墊片42或間隔件43之軸向之厚度，抑制輸出軸9相對於各載架13、14之軸向之鬆動。該鬆動係因外殼2、各載架13、14及輸出軸9之製造誤差，因輸出軸9相對於各載架13、14會在軸向上移動之遊隙而產生之鬆動。
彈性墊片42之軸向之厚度以成為被稍許壓縮之狀態之方式決定。藉此，藉由在安裝之彈性墊片42產生之復原力，向第2載架14側彈推第1載架13。其結果，可確實地抑制各載架13、14或輸出軸9之鬆動。即便在因經年劣化等而輸出軸9相對於各載架13、14之軸向之鬆動變大時，亦可藉由彈性墊片42吸收該鬆動。藉由向第2載架14側彈推第1載架13，而亦對設置於各載架13、14之各輸入軸孔13a、14a之各軸承15a、15b賦予預壓。
因規制了輸出軸9相對於各載架13、14之軸向之移動，故換言之，可規制各載架13、14向軸向之移動。因此，各載架13、14維持嵌合於各自對應之外殼2之擴徑部3a、3b之狀態。各載架13、14與各輸出軸9一體化。因輸出軸9插入各載架13、14之輸出軸孔13b、14b，故成為配置於輸入曲柄軸8之周圍之狀態。 輸入曲柄軸8與輸出軸9同樣地，例如藉由鋁合金形成。此外，作為輸入曲柄軸8，亦可與輸出軸9同樣地例如使用不銹鋼或各種鐵系金屬。
輸入曲柄軸8之第1載架13側之第1端部8a經由設置於第1載架13之第1軸承15a向軸向外側突出。在第1端部8a，連結有第2伺服馬達108。在輸入曲柄軸8，被傳遞第2伺服馬達108之旋轉。
輸入曲柄軸8之第2載架14側之第2端部8b位於與設置於第2載架14之第2軸承15b之與第1載架13為相反側之端面大致同一面上。 在輸入曲柄軸8，在設置於各載架13、14之各軸承15a、15b之間，第1偏心部21a及第2偏心部21b在軸向上排列而形成。在輸入曲柄軸8，在各偏心部21a、21b之間，形成直徑較偏心部21a、21b大之擴徑部20。
第1偏心部21a配置於第1載架13側。第2偏心部21b配置於第2載架14側。各偏心部21a、21b自第2旋轉軸線L2偏心。各偏心部21a、21b之相位角相互偏移。例如，各偏心部21a、21b之相位角相互偏移180°。
在各偏心部21a、21b，分別設置有軸承15c、15d(第3軸承15c、第4軸承15d)。軸承15c、15d亦與第1軸承15a、第2軸承15b同樣地、例如使用滾珠軸承。軸承15c、15d之軸向之間隔藉由軸承15c、15d之軸向端面抵接於擴徑部20而規制。經由如此之各軸承15c、15d，在各偏心部21a、21b，分別旋轉自如地支持有擺動齒輪11、12(第1擺動齒輪11、第2擺動齒輪12)。
2個擺動齒輪11、12例如藉由樹脂形成。例如，擺動齒輪11、12可藉由POM(polyacetal ：聚縮醛)形成。此外，作為擺動齒輪11、12，與形成上述載架13、14之材料同樣地，可使用各種樹脂。因擺動齒輪11、12藉由樹脂形成，故與擺動齒輪11、12之熱傳導率相比，輸出軸9之熱傳導率及輸入曲柄軸8之熱傳導率高。與擺動齒輪11、12之熱傳導率相比，外殼2之熱傳導率高。與擺動齒輪11、12之熱傳導率相比，內齒銷6之熱傳導率高。
2個擺動齒輪11、12在2個載架13、14之間空開一定之間隔而配置。在2個擺動齒輪11、12之徑向中央，形成貫通厚度方向且嵌合有對應之軸承15c、15d之外周面之曲柄軸插入孔24a、24b(第1曲柄軸插入孔24a、第2曲柄軸插入孔24b)。藉此，經由各軸承15c、15d，於各偏心部21a、21b分別旋轉自如地支持有擺動齒輪11、12。藉由偏心部21a、21b而擺動齒輪11、12擺動旋轉。
在2個擺動齒輪11、12之外周部，形成有嚙合於設置在外殼2之內齒銷6之外齒23a、23b。各外齒23a、23b之齒數與內齒銷6之數目相比例如少1個。 在2個擺動齒輪11、12，在與輸出軸9對應之位置，形成有供輸出軸9插入之輸出軸插入孔25a、25b(第1輸出軸插入孔25a、第2輸出軸插入孔25b；技術方案中之軸插入孔、齒輪側軸孔之一例)。各輸出軸插入孔25a、25b之內徑為如下之大小：於在輸出軸插入孔25a、25b插入有輸出軸9之狀態下，可容許擺動齒輪11、12之擺動旋轉。 輸出軸插入孔25a、25b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下。輸出軸插入孔25a、25b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。
在如此般構成之第2減速機構1B之2個載架13、14中之第2載架14之與第1載架13為相反側之一面14c，例如重疊有第1臂111。在第1載架13，藉由未圖示之螺栓固定有第1臂111。 在第1臂111，形成有嵌合於第2載架14之輸入軸孔14a之凸部111a。藉此，進行第1臂111相對於第2載架14之徑向之定位。凸部111a突出為與第2軸承15b及輸入曲柄軸8之第2端部8b隔著微小間隙對向之程度。
＜第2減速機構之動作及作用＞ 接著，對於第2減速機構1B之動作及作用進行說明。 藉由使第2伺服馬達108驅動，而輸入曲柄軸8旋轉。藉此，受各偏心部21a、21b旋轉自如地支持之各擺動齒輪11、12擺動旋轉。如是，在外殼2之內齒銷6，嚙合有各擺動齒輪11、12之外齒23a、23b之一部分。
此時，因各外齒23a、23b之齒數與內齒銷6之數目相比例如少1個，故擺動齒輪11、12相對於內齒銷6(外殼2) 以各外齒23a、23b之嚙合部位沿周向依次偏移之方式自轉。該自轉相對於輸入曲柄軸8之旋轉而減速。
在擺動齒輪11、12之輸出軸插入孔25a、25b，插入有輸出軸9。因此，藉由擺動齒輪11、12自轉，在各輸出軸9被傳遞擺動齒輪11、12之自轉方向之旋轉力。各輸出軸9被各載架13、14旋轉自如地支持。因此，在各載架13、14被傳遞擺動齒輪11、12之旋轉力。
各載架13、14之外周面可滑動地嵌合於對應之外殼2之擴徑部3a、3b。因此，各載架13、14相對於外殼2而旋轉。亦即，第2伺服馬達108之旋轉減速且輸出至載架7(第1載架13、第2載架14)。 於外殼2，固定有旋轉頭102。另一方面，在各載架13、14中之第2載架14，固定有第1臂111。因此，第1臂111相對於旋轉頭102繞第2旋轉軸線L2旋轉。
例如在規制第1臂111(第2載架14)之旋轉之情形下，第2伺服馬達108之旋轉減速且輸出至外殼2。該情形下，旋轉頭102相對於第1臂111繞第2旋轉軸線L2旋轉。亦即，減速機構1A～1C藉由規制外殼2及載架7之任一者之旋轉，而成為另一者對於各伺服馬達107～109之輸出。關於如此之動作原理，第1減速機構1A、第3減速機構1C亦相同。
輸出軸9、與各載架13、14藉由在形成於各載架13、14之輸出軸孔13b、14b插入輸出軸9而一體化。藉此，輸出軸9相對於各載架13、14自由旋轉。而且，藉由將各載架13、14利用樹脂形成，而無需不同於各載架13、14而另外設置軸承，而實現使輸出軸9旋轉自如地支持於各載架13、14。
輸出軸孔13b、14b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下。輸出軸孔13b、14b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。其結果，可降低輸出軸9相對於各載架13、14之滑動阻力，而輸出軸9相對於各載架13、14順暢地旋轉。
此種情形在各擺動齒輪11、12與輸出軸9之間亦可謂相同。亦即，各擺動齒輪11、12藉由樹脂形成。形成於各擺動齒輪11、12之輸出軸插入孔25a、25b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下。輸出軸插入孔25a、25b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。因此，無需不同於各擺動齒輪11、12而另外設置軸承，而輸出軸9相對於各擺動齒輪11、12順暢地接觸。
因內齒銷6與擺動齒輪11、12之嚙合、外殼2與各載架13、14之滑動摩擦、各載架13、14與輸出軸9之滑動摩擦、軸承15a～15d之滑動摩擦等，而各個構件發熱。 輸入曲柄軸8或輸出軸9例如藉由鋁合金形成。輸入曲柄軸8或輸出軸9之熱傳導率高於擺動齒輪11、12之熱傳導率。
因此，滯留於第2減速機構1B之內部之熱，向輸入曲柄軸8或輸出軸9積極地傳遞。例如，各軸承15a～15d之熱或擺動齒輪11、12之熱積極地向輸入曲柄軸8傳遞。因內齒銷6或第3軸承15c、第4軸承15d向擺動齒輪11、12之熱之傳遞或擺動齒輪11、12本身之熱而滯留於擺動齒輪11、12之熱，積極地向輸出軸9傳遞。
向輸入曲柄軸8傳遞之熱遍及至軸向整體，傳遞至第1端部8a或第2端部8b。經由各端部8a、8b散熱。因第2端部8b與第1臂111之凸部111a隔著微小間隙而對向，故第2端部8b之熱亦傳遞至第1臂111。因第1臂111例如藉由鋁合金形成，故為輸入曲柄軸8或輸出軸9之熱傳導率以上。因此，自輸入曲柄軸8向第1臂111傳遞之熱被有效地散熱。
向輸出軸9傳遞之熱遍及軸向整體，傳遞至第1端部9a或第2端部9b。經由各端部9a、9b而散熱。 在第2載架14，在輸出軸9之第2端部9b之周圍形成有凹部16。在凹部16，填充有油膏。以閉塞填充有油膏之凹部16之開口之方式、即以與第2載架14之一面14c重疊之方式配置第1臂111。因此，經由油膏，輸出軸9之第2端部9b之熱向第1臂111高效率地傳遞。因此，自輸出軸9傳遞至第1臂111之熱被有效地散熱。
外殼2例如藉由鋁合金形成。內齒銷6可藉由金屬材料、高熱傳導性之樹脂、非金屬材料等形成。擺動齒輪11、12例如藉由樹脂形成。外殼2之熱傳導率高於擺動齒輪11、12之熱傳導率。內齒銷6之熱傳導率高於擺動齒輪11、12之熱傳導率。因此，可向外殼2或內齒銷6，積極地傳遞因內齒銷6與擺動齒輪11、12之嚙合而產生之熱。因此，抑制熱滯留於第2減速機構1B之內部。
關於如上述之散熱作用，第1減速機構1A、第3減速機構1C亦相同。滯留於第1減速機構1A或第3減速機構1C之內部之熱，藉由輸入曲柄軸8或輸出軸9而散熱。經由輸入曲柄軸8或輸出軸9向旋轉頭102或第2臂112等傳遞，而被有效地散熱。藉由外殼2或內齒銷6，抑制熱滯留於各減速機構1A、1C之內部。
如此般，在上述之減速機構1A、1B、1C中，形成於旋轉體即各載架13、14之輸出軸孔13b、14b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下。輸出軸孔13b、14b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。同樣地，形成於旋轉體即各擺動齒輪11、12之輸出軸插入孔25a、25b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下。輸出軸插入孔25a、25b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下。
因此，無需不同於各載架13、14而另外設置軸承，可將輸出軸9順暢地旋轉自如地支持於各載架13、14。無需不同於各擺動齒輪11、12而另外設置軸承，而可使輸出軸9順暢地接觸於各擺動齒輪11、12。可提高各載架13、14或各擺動齒輪11、12之極限PV值。因此，可使減速機構1A、1B、1C穩定動作，且可將產品壽命延長化。
與無需在各載架13、14或各擺動齒輪11、12與輸出軸9之接觸上設置軸承相應地，可將減速機構1A、1B、1C小型化。 除此以外，各載架13、14之線膨脹係數例如為鋁合金(23～24(×10 -6/℃))以上。另一方面，輸出軸9例如藉由鋁合金形成。因此，即便在因使減速機構1A、1B、1C驅動而各載架13、14之溫度上升之情形下，輸出軸9之外徑亦不會相對於輸出軸孔13b、14b之內徑過大。可使輸出軸9順暢地旋轉自如地支持於各載架13、14。
在各載架13、14之輸出軸孔13b、14b插入輸出軸9。因此，與在各載架13、14壓入輸出軸9並固定之情形相比，可提高各減速機構1A、1B、1C之組合作業性及分解作業性。
藉由將各載架13、14或各擺動齒輪11、12利用樹脂形成，而可將輸出軸孔13b、14b或輸出軸插入孔25a、25b之內周面之面粗糙度Ra容易地設為1.6 μm以下。可將輸出軸孔13b、14b或輸出軸插入孔25a、25b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數，容易地設為0.2以下。 藉由將輸出軸9利用金屬形成，而可提高輸出軸9之剛性。因此，可使減速機構1A、1B、1C進一步穩定動作，且可將產品壽命延長化。
在偏心擺動型之減速機構(減速機構1A、1B、1C)中，藉由如上述般使用具有輸出軸孔13b、14b之第1載架13或使用具有輸出軸插入孔25a、25b之第2載架14，而可謀求各減速機構1A、1B、1C之小型化，且可提高驅動效率。可容易地提高各載架13、14或各擺動齒輪11、12之極限PV值，且亦可提高輸出軸9之剛性。因此，可使各減速機構1A、1B、1C確實地穩定動作。可將各減速機構1A、1B、1C之產品壽命延長化。
在輸出軸9之第1端部9a側設置彈性墊片42及間隔件43。因此，可容易地進行輸出軸9相對於各載架13、14之定位，且可高精度地進行。藉由彈性墊片42及間隔件43，可吸收外殼2、各載架13、14及輸出軸9之製造誤差。藉由彈性墊片42及間隔件43，可進行輸出軸9相對於各載架13、14之位置調整。
因在輸出軸9之位置調整上使用2個構件(彈性墊片42、間隔件43)，故藉由該2個構件之組合而可增加位置調整之方法之變化。因此，可更容易、且高精度地進行輸出軸9相對於各載架13、14之定位，而可抑制輸出軸之鬆動。
特別是，彈性墊片42彈性變形。因此，藉由使彈性墊片42稍許向軸向壓縮變形地安裝，而可藉由在彈性墊片42產生之復原力，向第2載架14側彈推第1載架13。其結果，可確實地抑制各載架13、14或輸出軸9之鬆動。即便在因經年劣化等而輸出軸9相對於各載架13、14之軸向之鬆動變大時，亦可藉由彈性墊片42吸收該鬆動。藉由向第2載架14側彈推第1載架13，而亦可對設置於各載架13、14之各輸入軸孔13a、14a之各軸承15a、15b賦予預壓。
在減速機構1A、1B、1C中，外殼2之熱傳導率高於各擺動齒輪11、12之熱傳導率。因此，可將減速機構1A、1B、1C內之熱經由外殼2高效率地散熱。 藉由將外殼2之熱傳導率設為高於內齒銷6之熱傳導率，而可使滯留於內齒銷6之熱積極地向外殼2傳遞。藉此，可將減速機構1A、1B、1C內之熱經由外殼2高效率地散熱。
藉由將如上述之各減速機構1A、1B、1C使用於協作機器人100之各關節部106a、106b、106c，而可使協作機器人100之動作穩定。可將協作機器人100之產品壽命延長化。
在上述之第1實施形態中，對於在輸出軸9之第1端部9a側設置彈性墊片42及間隔件43之情形進行了說明。然而並不限於此，亦可在輸出軸9之第2端部9b側設置彈性墊片42及間隔件43。亦可在輸出軸9之兩端部9a、9b，設置彈性墊片42及間隔件43。亦可設置彈性墊片42或間隔件43之任一者。
[第2實施方式] ＜減速機構＞ 接著，援用圖1，基於圖3對於第2實施形態進行說明。 圖3係第2實施形態之減速機構201之概略構成圖。在與第1實施形態為同一態樣中，賦予同一符號進行說明。在第2實施形態之說明中，有使用與第1實施形態同一名稱且省略說明之情形。
如圖1所示般，在第2實施形態中，於在協作機器人100使用減速機構201之點，與前述之第1實施形態相同。 如圖2所示般，第2實施形態之減速機構201在為所謂之偏心擺動型之減速機構，且包含外殼2、載架7、輸入曲柄軸8、輸出軸9、及擺動齒輪11、12之點上，與前述之第1實施形態之各減速機構1A、1B、1C相同。
前述之第1實施形態與第2實施形態之相異點在於如下之點：在第1實施形態中，在輸出軸9之第1端部9a側設置有彈性墊片42，相對於此，在第2實施形態中，未設置彈性墊片42。 亦即，在第1載架13之一面13c，未形成墊片收納凹部41(參照圖2)，第1載架13之一面13c整體上為平坦。在輸出軸9之第1端部9a側，僅設置間隔件43。 在如此般構成之情形下，亦發揮與前述之第1實施形態相同之效果。
本發明並不限於上述之實施形態，亦包含在不脫離本發明之旨趣之範圍內，對上述之實施形態施加各種變更者。 例如，在上述之實施形態中，對於在作為機器人之協作機器人100，使用減速機構1A～1C、201之情形進行了說明。然而，並不限於此。亦可在具有2個構件(第1構件、第2構件)、在2個構件之間設置減速機構1A～1C、201、於2個構件中第2構件相對第1構件經旋轉之構成之各種機器人，採用上述之實施形態之構成。
在上述之實施形態中，作為齒輪機構之一例對於減速機構1A～1C、201進行了說明。然而，齒輪機構並不限於該等。亦可在取代減速機構1A～1C而嚙合有2個齒輪、且具有向2個齒輪中之一個齒輪傳遞旋轉力、或被傳遞該一個齒輪之旋轉力之軸之各種齒輪機構採用上述之實施形態之構成。
在上述之實施形態中，對於減速機構1A～1C、201係所謂偏心擺動型之減速機構，具有與外殼2之中心軸線C1為同軸之1個中心曲柄軸(輸入曲柄軸8)之情形進行了說明。然而，並不限於此，作為偏心擺動型之減速機構，亦可為藉由使複數個輸入曲柄軸8連動旋轉，而使擺動齒輪11、12擺動旋轉之構成。該情形下，輸入曲柄軸8本身一面繞中心軸線C1公轉一面自轉。
對於上述之協作機器人100作為驅動源而使用伺服馬達107、108、109之情形進行了說明。然而，並不限於此，作為驅動源，亦可取代伺服馬達而使用其他電動馬達、油壓馬達、引擎等各種驅動源。
在上述之實施形態中，對於各載架13、14例如藉由樹脂形成之情形進行了說明。然而，並不限定於此，只要輸出軸孔13b、14b之內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下，且輸出軸孔13b、14b之內周面相對於輸出軸9之靜摩擦係數為0.2以下即可。
例如可行的是，將各載架13、14藉由樹脂以外之材料形成，在輸出軸孔13b、14b之內周面施加氟樹脂加工。亦可將各載架13、14中之至少包含輸出軸孔13b、14b之內周面之僅輸出軸9之周圍藉由樹脂形成。此外，可將各載架由燒結金屬或鑄件形成。亦可將包含輸出軸孔13b、14b之內周面之僅輸出軸9之周圍，藉由燒結金屬或鑄件形成。
在上述之實施形態中，對於彈性墊片42或間隔件43為圓環狀之情形進行了說明。對於安裝於輸出軸9之第1端部9a之情形進行了說明。然而，並不限於此，只要為可藉由彈性墊片42或間隔件43吸收外殼2、各載架13、14及輸出軸9之製造誤差之形狀即可。只要為可藉由彈性墊片42及間隔件43，進行輸出軸9相對於各載架13、14之位置調整之形狀即可。例如，可將彈性墊片42或間隔件43形成為U字狀。該情形下，例如可構成為在形成於第1載架13之墊片收納凹部41，不僅收納彈性墊片42，亦收納間隔件43。藉由如此般構成，無論彈性墊片42或間隔件43之形狀如何，可防止彈性墊片42或間隔件43之脫落。
本說明書揭示之實施形態中之藉由複數個物體構成，可將該複數個物體一體化，亦可相反地將由一個物體構成者分成複數個物體。無論是否一體化，只要以可達成發明之目的之方式構成即可。
1A,1B,1C,201:減速機構(旋轉機構) 2:外殼(內齒齒輪) 2a:外周面 2b:內周面 3a:擴徑部(第1擴徑部) 3b:擴徑部(第2擴徑部) 3c:階差部(第1階差部) 3d:階差部(第2階差部) 4:外凸緣部 4a:螺栓孔 5:螺栓 6:內齒銷(內齒齒輪) 7:載架(旋轉體、支持部) 8:輸入曲柄軸 8a:第1端部(端部) 8b:第2端部(端部) 9:輸出軸(軸) 9a:第1端部(端部) 9b:第2端部(端部) 11:第1擺動齒輪(旋轉體、擺動齒輪) 12:第2擺動齒輪(旋轉體、擺動齒輪) 13:第1載架(載架、軸凸緣) 13a,14a:輸入軸孔 13b,14b:輸出軸孔(軸插入孔、支持部側軸孔) 13c,14c:一面 14:第2載架(載架、軸凸緣) 15a:第1軸承(軸承) 15b:第2軸承(軸承) 15c:第3軸承(軸承) 15d:第4軸承(軸承) 16:凹部 16a:底面 18a:第1擋環(擋環) 18b:第2擋環(擋環) 20:擴徑部 21a:第1偏心部(偏心部) 21b:第2偏心部(偏心部) 23a,23b:外齒 24a:第1曲柄軸插入孔(曲柄軸插入孔) 24b:第2曲柄軸插入孔(曲柄軸插入孔) 25a:第1輸出軸插入孔(軸插入孔、齒輪側軸孔) 25b:第2輸出軸插入孔(軸插入孔、齒輪側軸孔) 41:墊片收納凹部 42:彈性墊片(墊片) 43:間隔件(墊片) 100:協作機器人(機器人) 101:基座部(第1構件、第2構件) 102:旋轉頭(第1構件、第2構件) 102a:母螺紋部 103:臂單元(第1構件、第2構件) 106a:第1關節部(關節部) 106b:第2關節部(關節部) 106c:第3關節部(關節部) 107:第1伺服馬達(伺服馬達) 108:第2伺服馬達(伺服馬達) 109:第3伺服馬達(伺服馬達) 110:末端效應器 111:第1臂(第1構件、第2構件) 112:第2臂(第1構件、第2構件) 111a:凸部 C1:中心軸線 L1:第1旋轉軸線 L2:第2旋轉軸線 L3:第3旋轉軸線 F:設置面
圖1係本發明之實施形態之協作機器人之概略構成圖。 圖2係本發明之第1實施形態之第2減速機構之概略構成圖。 圖3係本發明之第2實施形態之減速機構之概略構成圖。
1B:減速機構(旋轉機構)
2:外殼(內齒齒輪)
2a:外周面
2b:內周面
3a:擴徑部(第1擴徑部)
3b:擴徑部(第2擴徑部)
3c:階差部(第1階差部)
3d:階差部(第2階差部)
4:外凸緣部
4a:螺栓孔
5:螺栓
6:內齒銷(內齒齒輪)
7:載架(旋轉體、支持部)
8:輸入曲柄軸
8a:第1端部(端部)
8b:第2端部(端部)
9:輸出軸(軸)
9a:第1端部(端部)
9b:第2端部(端部)
11:第1擺動齒輪(旋轉體、擺動齒輪)
12:第2擺動齒輪(旋轉體、擺動齒輪)
13:第1載架(載架、軸凸緣)
13a,14a:輸入軸孔
13b,14b:輸出軸孔(軸插入孔、支持部側軸孔)
13c,14c:一面
14:第2載架(載架、軸凸緣)
15a:第1軸承(軸承)
15b:第2軸承(軸承)
15c:第3軸承(軸承)
15d:第4軸承(軸承)
16:凹部
16a:底面
18a:第1擋環(擋環)
18b:第2擋環(擋環)
20:擴徑部
21a:第1偏心部(偏心部)
21b:第2偏心部(偏心部)
23a,23b:外齒
24a:第1曲柄軸插入孔(曲柄軸插入孔)
24b:第2曲柄軸插入孔(曲柄軸插入孔)
25a:第1輸出軸插入孔(軸插入孔、齒輪側軸孔)
25b:第2輸出軸插入孔(軸插入孔、齒輪側軸孔)
41:墊片收納凹部
42:彈性墊片(墊片)
43:間隔件(墊片)
102:旋轉頭(第1構件、第2構件)
102a:母螺紋部
111:第1臂(第1構件、第2構件)
111a:凸部
C1:中心軸線
L2:第2旋轉軸線

Claims (10)

  1. 一種旋轉機構，其包含： 軸；及 旋轉體，其具有插入有前述軸且於內周面接觸前述軸之軸插入孔；且 前述旋轉體相對於前述軸旋轉自如， 前述內周面之面粗糙度Ra為1.6 μm以下， 前述內周面相對於前述軸之靜摩擦係數為0.2以下。
  2. 如請求項1之旋轉機構，其中前述旋轉體中之至少包含前述內周面、且包圍前述軸之周圍之部分，係由樹脂形成， 前述軸係由金屬形成。
  3. 如請求項1或2之旋轉機構，其包含： 內齒齒輪，其具有內齒； 擺動齒輪，其具有嚙合於前述內齒齒輪之前述內齒之外齒，且作擺動旋轉； 輸入曲柄軸，其具有旋轉自如地支持前述擺動齒輪之偏心部； 輸出軸，其被傳遞前述擺動齒輪之旋轉力；及 支持部，其旋轉自如地支持前述輸出軸之軸向兩端部；且 前述輸入曲柄軸向前述擺動齒輪傳遞旋轉力， 前述軸包含前述輸出軸， 前述旋轉體包含前述擺動齒輪及前述支持部， 前述軸插入孔包含形成於前述擺動齒輪之齒輪側軸孔及形成於前述支持部之支持部側軸孔。
  4. 如請求項3之旋轉機構，其具有設置於前述輸出軸之軸向兩端部中之至少任一者之墊片， 前述墊片進行前述輸出軸之軸向之定位。
  5. 如請求項4之旋轉機構，其中前述墊片具有彈性變形之彈性墊片。
  6. 如請求項4或5之旋轉機構，其中前述墊片具有供前述輸出軸插入之環狀之間隔件。
  7. 如請求項3至6中任一項之旋轉機構，其中前述內齒齒輪包含： 筒狀之外殼；及 複數個內齒銷，其等在前述外殼之內周面沿著周向排列；且 前述外殼之熱傳導率高於前述擺動齒輪之熱傳導率。
  8. 如請求項3至7中任一項之旋轉機構，其中前述內齒齒輪包含： 筒狀之外殼；及 複數個內齒銷，其等在前述外殼之內周面沿著周向排列；且 前述外殼之熱傳導率高於前述內齒銷之熱傳導率。
  9. 一種旋轉機構，其包含： 內齒齒輪，其具有內齒； 擺動齒輪，其係由樹脂形成，且作擺動旋轉； 輸入曲柄軸，其係由金屬形成，且向前述擺動齒輪傳遞旋轉力； 輸出軸，其係由金屬形成，且被傳遞前述擺動齒輪之旋轉力；及 支持部，其係由樹脂形成，且旋轉自如地支持前述輸出軸之軸向兩端部；並且 前述擺動齒輪具有嚙合於前述內齒齒輪之前述內齒之外齒， 前述輸入曲柄軸具有旋轉自如地支持前述擺動齒輪之偏心部。
  10. 一種機器人，其包含：第1構件及第2構件；以及 旋轉機構，其設置於前述第1構件與前述第2構件之間；且 前述旋轉機構使前述第2構件相對於前述第1構件旋轉； 前述旋轉機構包含： 內齒齒輪，其具有內齒； 擺動齒輪，其係由樹脂形成，且被擺動旋轉； 輸入曲柄軸，其係由金屬形成，且向前述擺動齒輪傳遞旋轉力； 輸出軸，其係由金屬形成，且被傳遞前述擺動齒輪之旋轉力；及 支持部，其係由樹脂形成，且旋轉自如地支持前述輸出軸之軸向兩端部；並且 前述擺動齒輪具有嚙合於前述內齒齒輪之前述內齒之外齒， 前述輸入曲柄軸具有旋轉自如地支持前述擺動齒輪之偏心部。
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