WO2023188088A1 - ロボットの関節構造 - Google Patents

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WO2023188088A1
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gear
axis
joint structure
arm
holder
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PCT/JP2022/015908
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English (en)
French (fr)
Inventor
航 雨宮
Original Assignee
ファナック株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints

Definitions

  • the present disclosure relates to a robot joint structure.
  • a robot joint structure in which a motor is housed in an arm and the axis of the motor is arranged in a direction perpendicular to the rotational axis of the arm by using a bevel gear (for example, see Patent Document 1). It is difficult to adjust the engagement of the bevel gear while installing the motor inside the arm. For this reason, by providing a pair of spur gears that do not require meshing adjustment in the power transmission member between the motor and the reducer, and configuring them so that they can be separated at the position of the spur gear pair, the meshing of the bevel gear can be adjusted outside the arm. I have to.
  • the spur gear pair is configured to be separable, an additional part called the spur gear pair is required, and a geared shaft with a spur gear and a bevel gear at both ends is rotated around an axis parallel to the axis of the reducer. Space is required to support it so that it can rotate. That is, the cost is high and the mechanical part to be accommodated in the arm becomes large.
  • One aspect of the present disclosure includes a hollow first member, a second member, and an actuator that relatively rotates the first member and the second member about a first axis, and the actuator is configured to rotate the first member and the second member relative to each other about a first axis.
  • a motor that is housed in a member and rotates a shaft around a second axis that intersects the first axis; a speed reducer that reduces rotation of the shaft and transmits it to the second member; a first gear fixed to the shaft; a second gear coaxially attached to the reduction gear and meshing with the first gear;
  • the joint structure of the robot includes a holder for positionally adjusting the gear in the direction along the second axis and the second gear in the direction along the first axis.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a robot including a joint structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing the joint structure of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an exploded longitudinal sectional view showing an actuator included in the joint structure of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of a first shim provided in the actuator of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of a second shim provided in the actuator of FIG. 3.
  • FIG. FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing an assembled view of the actuator of FIG. 3;
  • FIG. 5 is an exploded longitudinal cross-sectional view illustrating the work of installing the actuator of FIG. 4 into the first arm.
  • FIG. 2 is an enlarged longitudinal cross-sectional view showing a modification of the joint structure of FIG. 1;
  • FIG. 9 is a vertical sectional view showing an assembled view of the actuator provided in FIG. 8;
  • a joint structure 1 of a robot 100 according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
  • the robot 100 equipped with the joint structure 1 according to the present embodiment is, for example, a vertical six-axis articulated robot, as shown in FIG.
  • the rotating body 120 is rotatably supported around the axis A with respect to the base 110.
  • the robot 100 also includes a first arm (first member) 130 that is rotatably supported with respect to the rotating body 120 around a horizontal axis B, and a first arm 130 that is supported around a horizontal first axis C.
  • a second arm (second member) 140 is rotatably supported.
  • the robot 100 includes a three-axis wrist unit 150 at the tip of the second arm 140.
  • the joint structure 1 of the robot 100 is, for example, a rotary joint structure configured between a first arm 130 and a second arm 140.
  • This joint structure 1 includes a first arm 130, a second arm 140, and an actuator 2 that rotates the second arm 140 about the first axis C with respect to the first arm 130.
  • the first arm 130 and the second arm 140 each have a hollow cylindrical shape with an internal space.
  • the first arm 130 and the second arm 140 include openings 131 and 141 that communicate between the inside and outside, and lid members 132 and 142 that removably open and close the openings 131 and 141.
  • the actuator 2 includes a motor 3 , a reduction gear 4 , and a gear box (power transmission mechanism) 5 that transmits the driving force of the motor 3 to the reduction gear 4 .
  • the motor 3 includes a motor housing 7 including a motor flange 7a that is removably fixed to a holder 6 of a gear box 5 with bolts (not shown), and a motor housing 7 that includes a motor flange 7a that is removably fixed to a holder 6 of a gear box 5.
  • the shaft 8 is rotatable around two axes D.
  • a spigot portion 9 having a cylindrical surface that protrudes one step from the motor flange 7a is provided radially inward of the motor flange 7a.
  • the motor flange 7a is provided with a plurality of through holes (not shown) extending in the direction of the second axis D of the shaft 8 radially outward of the spigot part 9.
  • the reducer 4 includes a cylindrical case 10 that is removably fixed to a holder 6 of a gear box 5 with bolts (not shown), and a cylindrical case 10 that is provided at one end in the axial direction of the case 10 to which the driving force of the motor 3 is input.
  • the input shaft member 11 has an annular end surface.
  • the reducer 4 is provided at the other end of the case 10 and includes an output shaft member 12 that outputs the reduced driving force.
  • a spigot portion 13 is provided on the end face of the case 10 on the input shaft member 11 side, and extends in the axial direction with the axis of the reducer 4 as the center.
  • the case 10 of the reducer 4 is provided with a plurality of through holes (not shown) extending in the axial direction of the reducer 4 radially outward of the spigot part 13 and arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the output shaft member 12 of the reducer 4 has a spigot part 14 that is fitted into a recess 143 provided on the mounting surface 140a of the second arm 140, and a through hole provided on the mounting surface 140a of the second arm 140.
  • a plurality of screw holes (not shown) are provided to which bolts (not shown) passing through the holes (not shown) are fastened.
  • a central hole 144 is provided at the center of the mounting surface 140a of the second arm 140 to open the internal space of the second arm 140 to the outside.
  • the reducer 4 is provided with a hollow hole 4a penetrating along the axis in a region including the central axis.
  • the gear box 5 houses a first gear 15 fixed to the shaft 8 of the motor 3, a second gear 16 fixed to the input shaft member 11 of the reducer 4, and the first gear 15 and the second gear 16. and a holder 6 defining a housing space for holding the storage space.
  • the first gear 15 and the second gear 16 are composed of bevel gears that mesh with each other.
  • the first gear 15 includes a central hole (not shown) through which the shaft 8 of the motor 3 passes, and as shown in FIG. is fixed to the shaft 8 of the motor 3.
  • a key 8a is attached to the shaft 8 of the motor 3, and a keyway (not shown) into which the key 8a is inserted is provided in the center hole of the first gear 15.
  • the first gear 15 is fixed to the shaft 8 of the motor 3 by inserting the key 8a into the keyway and fastening the nut 17 to the male thread 8b at the tip of the shaft 8 passing through the central hole.
  • the second gear 16 is a ring gear with a central hole 16a, and has a pitch circle radius that is sufficiently larger than the pitch circle radius of the first gear 15.
  • the second gear 16 has a plurality of through holes (not shown) formed around the center hole 16a at intervals in the circumferential direction and through which bolts (not shown) pass, and a tip of the input shaft member 11 of the reducer 4. It is provided with a spigot part 19 that fits into the recessed part 18 provided. By fitting the spigot part 19 into the recess 18 and tightening a bolt passed through the through hole into a screw hole (not shown) formed in the input shaft member 11, the second gear 16 is connected to the end surface of the input shaft member 11. is fixed in position.
  • the holder 6 is a hollow box-shaped member that defines a housing space inside, and has a first mounting surface 20 that fixes the motor flange 7a with a bolt (not shown), and a first mounting surface 20 that is perpendicular to the first mounting surface 20 and has a bolt. (not shown) is provided with a second mounting surface 21 for fixing the case 10 of the reducer 4. Further, the holder 6 includes a third mounting surface 22 for fixing the holder 6 to a seat surface provided on the inner surface of the first arm 130, as shown in FIG.
  • the first mounting surface 20 has a first fitting hole 23 that extends in a direction perpendicular to the first mounting surface 20 and communicates the inside and outside of the holder 6, and a first fitting hole 23 extending radially outward of the first fitting hole 23 in the circumferential direction.
  • a plurality of screw holes are provided at intervals.
  • the first fitting hole 23 is formed into a circular shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the first gear 15 attached to the shaft 8
  • the first fitting hole 23 is formed into a circular shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the first gear 15 attached to the shaft 8.
  • the second mounting surface 21 has a second fitting hole 24 that extends in a direction perpendicular to the second mounting surface 21 and communicates the inside and outside of the holder 6, and a second fitting hole 24 extending radially outward of the second fitting hole 24 in the circumferential direction.
  • a plurality of screw holes are provided at intervals.
  • the second fitting hole 24 is formed in a circular shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the second gear 16 attached to the input shaft member 11, and is provided on the end surface of the case 10 of the reducer 4 on the input shaft member 11 side.
  • the reduction gear 4 is positioned in the radial direction by fitting the spigot part 13 that has been fitted.
  • the position of the screw hole with respect to the center of the second fitting hole 24 matches the position of the through hole provided in the case 10 with respect to the axis, and a bolt (not shown) passed through the through hole is fastened to the screw hole. Thereby, the speed reducer 4 can be fixed to the holder 6.
  • the third mounting surface 22 is formed in an annular shape disposed radially outward of the second mounting surface 21.
  • the inner seating surface of the first arm 130 has a third fitting hole 133 that passes through the seating surface in a direction perpendicular to the seating surface, and a third fitting hole 133 that is arranged radially outward of the third fitting hole 133 at intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of through holes are provided.
  • the third mounting surface 22 is provided with a spigot portion 22 a that can be fitted into the third fitting hole 133 and protrudes in a direction perpendicular to the third mounting surface 22 .
  • a plurality of screw holes are provided in the third mounting surface 22 at intervals in the circumferential direction around the central axis of the second fitting hole 24.
  • the spigot part 22a of the third mounting surface 22 is fitted into the third fitting hole 133 of the first arm 130, and a bolt (not shown) passed through the through hole around the third fitting hole 133 is attached to the third fitting.
  • the holder 6 By fastening to the screw hole of the surface 22, the holder 6 can be fixed to the first arm 130 in a positioned state.
  • the holder 6 is provided with an opening 25 on the wall surface facing the second fitting hole 24 that opens the accommodation space to the outside on an extension of the first axis C.
  • a cylindrical body (cylindrical body) 26 is disposed passing through the hollow hole 4a, the central hole 16a, and the opening 25.
  • One end of the cylindrical body 26 is fixed to the second arm 140, and the other end of the cylindrical body 26 is rotatably sealed with respect to the holder 6 by an annular sealing member 27 disposed in the opening 25.
  • an annular sealing member 27 disposed in the opening 25.
  • the joint structure 1 includes a first shim 28 sandwiched between the motor flange 7a and the first mounting surface 20, and an input shaft of the reducer 4.
  • a second shim 29 is provided between the end surface of the member 11 and the second gear 16.
  • the first shim 28 has a central hole 28a having an outer diameter equivalent to the outer diameter of the motor flange 7a and an inner diameter dimension equivalent to the inner diameter of the first fitting hole 23, and a central hole 28a that extends through the motor flange 7a.
  • the through hole 28b is arranged at a position corresponding to the hole.
  • the first shims 28 may have various thicknesses, and the thickness may be adjusted by changing the number of stacked shims, as shown in FIG. As the thickness of the first shim 28 is increased, the position of the motor flange 7a moves away from the first mounting surface 20 along the second axis D perpendicular to the first axis C. The first gear 15 fixed to the shaft 8 can be attached to the holder 6 so that its position can be adjusted in the direction along the second axis D.
  • the second shim 29 has a central hole 29a having an outer shape equivalent to the end surface of the input shaft member 11 of the reducer 4 and an inner diameter equal to or larger than the outer diameter of the spigot part 19 of the second gear 16. and a through hole 29b arranged at a position corresponding to the through hole of the second gear 16.
  • the second shims 29 may have various thicknesses, or the thickness may be adjusted by changing the number of stacked shims, as shown in FIG.
  • the position of the second gear 16 relative to the end surface of the input shaft member 11 of the reducer 4 moves away from the end surface of the input shaft member 11 along the first axis C. Since it moves, the second gear 16 can be attached to the holder 6 so that its position can be adjusted in the direction along the first axis C.
  • a reduction gear assembly is manufactured in which the input shaft member 11 of the reduction gear 4 and the second gear 16 are fixed with the second shim 29 interposed therebetween.
  • the reducer assembly is manufactured by fitting the spigot part 19 of the second gear 16 into the recess 18 of the input shaft member 11 and fastening the bolt to the screw hole.
  • the thickness of the second shim 29 is set to an appropriate thickness dimension, for example, a design value.
  • the reducer assembly is attached to the holder 6 of the gear box 5.
  • the spigot part 13 provided on the input shaft member 11 side of the case 10 of the reducer 4 is fitted into the second fitting hole 24 of the holder 6, and the bolt is fastened to the screw hole to attach the reducer assembly to the holder. It can be fixed to the second mounting surface 21 of No. 6 in a positioned state.
  • the first shim 28 having an appropriate thickness dimension, for example, a design value, is sandwiched between the motor flange 7a and the first mounting surface 20 of the holder 6, and the first gear 15 of the motor assembly is fitted into the first shim 28. It is inserted into the internal space of the holder 6 through the mating hole 23 and meshed with the second gear 16. Thereafter, the motor 3 is fixed to the holder 6 by tightening bolts.
  • an appropriate thickness dimension for example, a design value
  • the actuator 2 configured in this manner is inserted into the internal space through the opening 131 of the first arm 130 with the lid member 132 removed, and is inserted into the internal space through the opening 131 of the first arm 130 with the lid member 132 removed.
  • the spigot part 22a is fitted into the third fitting hole 133 provided in the first arm 130.
  • the third mounting surface 22 is brought into close contact with the seating surface within the first arm 130, and the actuator 2 is fixed to the first arm 130 in a positioned state by tightening the bolt.
  • the spigot part 14 of the output shaft member 12 of the reducer 4 is fitted into the recess 143 of the mounting surface 140a of the second arm 140, and the end surface of the output shaft member 12 and the mounting surface 140a of the second arm 140 are brought into close contact. Then, secure both by tightening the bolts. Then, the cylindrical body 26 is inserted through the opening 141 with the lid member 142 removed, and passed through the central hole 144 of the second arm 140, the hollow hole 4a of the reducer 4, and the opening 25 of the holder 6, and the cylindrical body 26 is inserted into the cylindrical body 26. One end of the body 26 is fixed to the second arm 140, and the other end is fitted into the sealing member 27 attached to the opening 25.
  • a cylindrical space including the first axis C is hermetically divided from the internal space of the holder 6 and the internal space of the speed reducer 4 by the cylindrical body 26 .
  • a lubricant such as grease
  • the reducer 4, the first gear 15, and the second gear 16 are lubricated, while the inside of the cylindrical body 26 is Leakage of lubricant is prevented.
  • the first arm 130 is assembled. can be inserted inside.
  • meshing adjustment work between the first gear 15 and the second gear 16, which are made of bevel gears that are rotatable around the mutually intersecting axes C and D, can be carried out in a wide space outside the first arm 130. , has the advantage of good workability.
  • the first gear 15 fixed to the shaft 8 of the motor 3 and the second gear 16 coaxially attached to the reducer 4 are connected to each other. They mesh directly without intervening spur gears etc. This has the advantage of reducing the number of parts, reducing costs, improving transmission efficiency, and reducing the size of the gearbox 5.
  • the second gear 16 is configured as a ring gear with a larger pitch circle radius than the first gear 15, the rotation of the shaft 8 of the motor 3 can be decelerated even between the first gear 15 and the second gear 16. can. Therefore, the reduction ratio in the speed reducer 4 can be reduced, and the size and cost of the speed reducer 4 can be reduced.
  • a cylindrical body 26 is arranged to penetrate through the hollow hole 4a of the hollow reducer 4, the central hole 16a of the second gear 16 consisting of a ring gear, and the opening 25 of the holder 6, and surround the area including the first axis C. ing. Thereby, the internal space of the first arm 130 and the internal space of the second arm 140 can be communicated through the internal space of the cylindrical body 26.
  • the wiring of the linear body 160 such as a cable, from the first arm 130 to the second arm 140 can be carried out through the internal space of the cylindrical body 26, as shown by the chain line in FIG.
  • the filament body 160 can be made durable. It can be maintained in a healthy condition.
  • the meshing is adjusted by a second shim 29 between the input shaft member 11 of the reducer 4 and the second gear 16. It was to be.
  • the second shim 29 may be omitted. Since the adjustment work using the first shim 28 does not involve the work of removing the first gear 15 from the shaft 8, it can be performed in a shorter time than the adjustment work using the second shim 29.
  • the actuator 2 is installed inside the first arm 130, but it may be installed inside the second arm 140 instead.
  • the second gear 16 is fixed to the input shaft member 11 of the reducer 4. Such a structure is preferable when the input shaft member 11 of the reducer 4 has an end surface to which the second gear 16 can be fixed.
  • the input shaft member 11 is provided by a gear (not shown) that meshes with the input gear 31, such as a spur gear or a spline gear inserted into the center of the reducer 4, the input shaft member 11 is shown in FIG. It is preferable to configure it as shown. That is, a structure may be adopted in which a gear member 33 having a second gear 30 formed of a bevel gear at one end and an input gear 31 at the other end is rotatably supported by the holder 6 by a bearing 32.
  • reference numeral 34 denotes a presser plate that presses the bearing 32 to one end side, and is fixed to the second gear 30 with a bolt (not shown).
  • the gear in the reducer 4 and the input gear 31 become a shaft joint that allows relative movement in the direction along the first axis C and restricts relative rotation around the first axis C. Therefore, there is no need to move the reducer 4 when adjusting the position of the second gear 30 in the direction along the first axis C, and the reducer 4 connects the spigot part 13 provided in the case 10 to the first arm 130. It may be fixed to the first arm 130 by fitting into the provided third fitting hole 133 from the outside. In this case, a second mounting surface 21 is provided on the outside of the first arm 130, and the spigot portion 13 provided on the end surface of the case 10 of the reducer 4 on the input shaft member 11 side is connected to the third fitting hole 133. The reducer 4 is positioned in the radial direction by being fitted into the radial direction.
  • the actuator 2 can be constructed by meshing and adjusting a motor assembly and a holder 6 in which a gear member 33 is supported by a bearing 32 on the outside of the first arm 130. Then, after the actuator 2 whose meshing has been adjusted is fixed inside the first arm 130, the reducer 4 may be fixed from the outside of the first arm 130.
  • the bearing 32 and the presser plate 34 for rotatably supporting the gear member 33 on the holder 6 are separately required, but the above-mentioned advantages can be achieved in that the engagement adjustment can be performed outside the first arm 130. There are effects similar to those of the embodiment.
  • bevel gears are illustrated as the first gear 15 and the second gear 16 in which the axes C and D are orthogonal to each other, but they may be gears that intersect at an angle other than 90 degrees, or the meshing adjustment may be made. Other gears than bevel gears may also be used. Further, the shape, material, and thickness of the first shim 28 and the second shim 29 may be arbitrary.

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Abstract

中空の第１部材（１３０）と、第２部材（１４０）と、第１部材（１３０）と第２部材（１４０）とを第１軸線（Ｃ）回りに相対回転させるアクチュエータ（２）とを備え、アクチュエータ（２）が、第１部材（１３０）内に収容され第１軸線（Ｃ）に交差する第２軸線（Ｄ）回りにシャフト（８）を回転させるモータ（３）と、シャフト（８）の回転を減速して第２部材（１４０）に伝達する減速機（４）と、モータ（３）の動力を減速機（４）に伝達する動力伝達機構（５）とを備え、動力伝達機構（５）が、シャフト（８）に固定された第１ギヤ（１５）と、減速機（４）に同軸に取り付けられ第１ギヤ（１５）に噛み合う第２ギヤ（１６）と、第１ギヤ（１５）を第２軸線（Ｄ）に沿う方向に、第２ギヤ（１６）を第１軸線（Ｃ）に沿う方向に、それぞれ位置調整可能に取り付けるホルダ（６）とを備えるロボットの関節構造（１）である。

Description

ロボットの関節構造
　本開示は、ロボットの関節構造に関するものである。
　従来、モータをアーム内に収容し、ベベルギヤの使用によってアームの回転軸線に対して直交する方向にモータの軸線を配置したロボットの関節構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。モータのアーム内部への取付作業を行いながらベベルギヤの噛み合い調整を行うことが困難である。このため、モータと減速機との間の動力伝達部材に、噛み合い調整不要な平歯車対を設け、平歯車対の位置において分離可能に構成することにより、アームの外部においてベベルギヤの噛み合いを調整可能にしている。
特開２０２１－９４６１２号公報
　平歯車対において分離可能に構成する場合には、平歯車対という追加の部品が必要になるとともに、平歯車とベベルギヤとを両端に備えるギヤ付きシャフトを減速機の軸線とは平行な軸線回りに回転可能に支持するスペースが必要となる。すなわち、コストが高くつくとともに、アーム内に収容すべき機構部が大型化する。
　したがって、部品点数を少なくしてコストの低減を図り、ロボットのアーム等の内部に収容する機構部を小型化してアーム等の大型化を防止しつつ、歯車の噛み合わせ調整およびロボット内へのモータの取り付けを容易にすることが望まれている。
　本開示の一態様は、中空の第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを第１軸線回りに相対回転させるアクチュエータとを備え、該アクチュエータが、前記第１部材内に収容され前記第１軸線に交差する第２軸線回りにシャフトを回転させるモータと、前記シャフトの回転を減速して前記第２部材に伝達する減速機と、前記モータの動力を前記減速機に伝達する動力伝達機構とを備え、該動力伝達機構が、前記シャフトに固定された第１ギヤと、前記減速機に同軸に取り付けられ前記第１ギヤに噛み合う第２ギヤと、前記第１ギヤを前記第２軸線に沿う方向に、前記第２ギヤを前記第１軸線に沿う方向に、それぞれ位置調整可能に取り付けるホルダとを備えるロボットの関節構造である。
本開示の一実施形態に係る関節構造を備えるロボットの一例を示す模式図である。 図１の関節構造を示す拡大縦断面図である。 図１の関節構造に備えられるアクチュエータを示す分解縦断面図である。 図３のアクチュエータに備えられる第１シムの一例を示す斜視図である。 図３のアクチュエータに備えられる第２シムの一例を示す斜視図である。 図３のアクチュエータの組立図を示す縦断面図である。 図４のアクチュエータを第１アーム内に取り付ける作業を説明する分解縦断面図である。 図１の関節構造の変形例を示す拡大縦断面図である。 図８に備えられるアクチュエータの組立図を示す縦断面図である。
　本開示の一実施形態に係るロボット１００の関節構造１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る関節構造１を搭載するロボット１００は、例えば、図１に示されるように、垂直６軸多関節型のロボットであって、床面Ｆに設置されるベース１１０と、鉛直な軸線Ａ回りにベース１１０に対して回転可能に支持された旋回胴１２０とを備えている。
　また、ロボット１００は、水平な軸線Ｂ回りに旋回胴１２０に対して回転可能に支持された第１アーム（第１部材）１３０と、水平な第１軸線Ｃ回りに第１アーム１３０に対して回転可能に支持された第２アーム（第２部材）１４０とを備えている。さらに、ロボット１００は、第２アーム１４０の先端に、３軸の手首ユニット１５０を備えている。
　本実施形態に係るロボット１００の関節構造１は、図２に示されるように、例えば、第１アーム１３０と第２アーム１４０との間に構成される回転関節の構造である。この関節構造１は、第１アーム１３０と、第２アーム１４０と、第２アーム１４０を第１アーム１３０に対して第１軸線Ｃ回りに回転駆動するアクチュエータ２とを備えている。
　第１アーム１３０および第２アーム１４０は、それぞれ内部空間を有する中空の筒状に構成されている。第１アーム１３０および第２アーム１４０は、内外を連通する開口部１３１，１４１と、開口部１３１，１４１を着脱可能に開閉する蓋部材１３２，１４２とを備えている。
　アクチュエータ２は、モータ３と、減速機４と、モータ３の駆動力を減速機４に伝達するギヤボックス（動力伝達機構）５とを備えている。
　モータ３は、ギヤボックス５のホルダ６に、ボルト（図示略）によって着脱可能に固定されるモータフランジ７ａを備えるモータハウジング７と、モータフランジ７ａの中央からモータフランジ７ａに直交する方向に延びる第２軸線Ｄ回りに回転可能なシャフト８とを備えている。モータフランジ７ａの径方向内方には、モータフランジ７ａに対して一段突出する円筒面を備えるインロウ部９が設けられている。モータフランジ７ａにはインロウ部９の径方向外方にシャフト８の第２軸線Ｄ方向に延びる複数の貫通孔（図示略）が設けられている。
　減速機４は、ギヤボックス５のホルダ６に、ボルト（図示略）によって着脱可能に固定される円筒状のケース１０と、ケース１０の軸方向の一端に設けられモータ３の駆動力が入力される円環状の端面を有する入力軸部材１１とを備えている。また、減速機４は、ケース１０の他端に設けられ、減速された駆動力を出力する出力軸部材１２を備えている。
　ケース１０の入力軸部材１１側の端面には、減速機４の軸線を中心として軸線方向に延びるインロウ部１３が設けられている。減速機４のケース１０にはインロウ部１３の径方向外方に減速機４の軸線方向に延び、周方向に間隔をあけて配置される複数の貫通孔（図示略）が設けられている。
　また、減速機４の出力軸部材１２には、第２アーム１４０の取付面１４０ａに設けられた凹部１４３に嵌合させられるインロウ部１４と、第２アーム１４０の取付面１４０ａに設けられた貫通孔（図示略）を貫通したボルト（図示略）を締結させる複数のネジ孔（図示略）とが設けられている。第２アーム１４０の取付面１４０ａの中央には、第２アーム１４０の内部空間を外部に開放する中央孔１４４が設けられている。
　また、減速機４は、その中央の軸線を含む領域に、軸線に沿って貫通する中空孔４ａを備えている。
　ギヤボックス５は、モータ３のシャフト８に固定される第１ギヤ１５と、減速機４の入力軸部材１１に固定される第２ギヤ１６と、これら第１ギヤ１５および第２ギヤ１６を収容する収容空間を画定するホルダ６とを備えている。第１ギヤ１５および第２ギヤ１６は、相互に噛み合うベベルギヤにより構成されている。
　第１ギヤ１５は、モータ３のシャフト８を貫通させる中央孔（図示略）を備え、図３に示されるように、中央孔を貫通したシャフト８の先端の雄ねじ８ｂにナット１７を締結することによって、モータ３のシャフト８に固定される。モータ３のシャフト８には、キー８ａが取り付けられ、第１ギヤ１５の中央孔にはキー８ａを挿入させるキー溝（図示略）が設けられている。キー８ａをキー溝に挿入させつつ、中央孔を貫通したシャフト８の先端の雄ねじ８ｂにナット１７を締結することにより、第１ギヤ１５がモータ３のシャフト８に固定される。
　第２ギヤ１６は、中央孔１６ａを有するリングギヤであり、第１ギヤ１５のピッチ円半径よりも十分に大きなピッチ円半径を有している。第２ギヤ１６は、中央孔１６ａの周囲に周方向に間隔をあけて形成されボルト（図示略）を貫通させる複数の貫通孔（図示略）と、減速機４の入力軸部材１１の先端に設けられた凹部１８に嵌合するインロウ部１９とを備えている。インロウ部１９を凹部１８に嵌合させ、貫通孔を貫通させたボルトを入力軸部材１１に形成されたネジ孔（図示略）に締結することにより、第２ギヤ１６が入力軸部材１１の端面に位置決め状態に固定される。
　ホルダ６は、収容空間を内部に画定する中空の箱状の部材であって、ボルト（図示略）によってモータフランジ７ａを固定する第１取付面２０と、第１取付面２０に直交し、ボルト（図示略）によって減速機４のケース１０を固定する第２取付面２１とを備えている。また、ホルダ６は、ホルダ６を、図２に示されるように、第１アーム１３０の内面に設けられた座面に固定するための第３取付面２２を備えている。
　第１取付面２０には、第１取付面２０に直交する方向に延び、ホルダ６の内外を連通させる第１嵌合孔２３と、第１嵌合孔２３の径方向外方に周方向に間隔をあけて配置された複数のネジ孔（図示略）とが設けられている。第１嵌合孔２３は、シャフト８に取り付けられた第１ギヤ１５の外径よりも大きな内径を有する円形に形成され、モータフランジ７ａに設けられたインロウ部９を嵌合させることにより、モータ３のシャフト８を径方向に位置決めする。
　第１嵌合孔２３の中心に対するネジ孔の位置は、モータフランジ７ａに設けられた貫通孔のシャフト８の第２軸線Ｄに対する位置と一致しており、貫通孔を貫通させたボルト（図示略）をネジ孔に締結することにより、モータ３をホルダ６に固定することができる。
　第２取付面２１には、第２取付面２１に直交する方向に延び、ホルダ６の内外を連通させる第２嵌合孔２４と、第２嵌合孔２４の径方向外方に周方向に間隔をあけて配置された複数のネジ孔（図示略）とが設けられている。第２嵌合孔２４は、入力軸部材１１に取り付けられた第２ギヤ１６の外径よりも大きな内径を有する円形に形成され、減速機４のケース１０の入力軸部材１１側の端面に設けられたインロウ部１３を嵌合させることにより、減速機４を径方向に位置決めする。
　第２嵌合孔２４の中心に対するネジ孔の位置は、ケース１０に設けられた貫通孔の軸線に対する位置と一致しており、貫通孔を貫通させたボルト（図示略）をネジ孔に締結することにより、減速機４をホルダ６に固定することができる。
　第３取付面２２は、第２取付面２１の径方向外方に配置される円環状に形成されている。第１アーム１３０の内部の座面には座面に直交する方向に貫通する第３嵌合孔１３３と、第３嵌合孔１３３の径方向外方に周方向に間隔をあけて配置された複数の貫通孔（図示略）が設けられている。第３取付面２２には、第３嵌合孔１３３に嵌合可能なインロウ部２２ａが、第３取付面２２に直交する方向に突出して設けられている。
　第３取付面２２には、第２嵌合孔２４の中心軸周りに周方向に間隔をあけて複数のネジ孔（図示略）が設けられている。第３取付面２２のインロウ部２２ａを第１アーム１３０の第３嵌合孔１３３に嵌合させ、第３嵌合孔１３３の周囲の貫通孔に貫通させたボルト（図示略）を第３取付面２２のネジ孔に締結することにより、ホルダ６を第１アーム１３０に位置決め状態に固定することができる。
　また、ホルダ６には、第２嵌合孔２４に対向する壁面に、第１軸線Ｃの延長上において収容空間を外部に開口させる開口部２５が設けられている。第２ギヤ１６を取り付けた減速機４が、ホルダ６に取り付けられることにより、減速機４の中空孔４ａと、第２ギヤ１６の中央孔１６ａと、ホルダ６の開口部２５とが第１軸線Ｃ上に一列に配置される。
　そして、図２に示されるように、中空孔４ａ、中央孔１６ａおよび開口部２５を貫通して、円筒体（筒体）２６が配置される。円筒体２６の一端は、第２アーム１４０に固定され、円筒体２６の他端は、開口部２５に配置された円環状のシール部材２７によって、ホルダ６に対して回転可能に密封される。これにより、減速機４から開口部２５までの第１軸線Ｃの周囲の空間が、収容空間から密封された状態に区画される。そして、円筒体２６の内部空間によって、第１アーム１３０の内部空間と、第２アーム１４０の内部空間とが連通される。
　また、本実施形態に係る関節構造１は、図２および図３に示されるように、モータフランジ７ａと第１取付面２０との間に挟まれる第１シム２８と、減速機４の入力軸部材１１の端面と第２ギヤ１６との間に挟まれる第２シム２９とを備えている。第１シム２８は、図４に示されるように、モータフランジ７ａの外形と同等の外形と、第１嵌合孔２３の内径と同等の内径寸法を有する中央孔２８ａと、モータフランジ７ａの貫通孔に一致する位置に配置される貫通孔２８ｂとを備えている。
　第１シム２８としては、種々の厚さ寸法のものが用意されていてもよいし、図４に示されるように、重ねる枚数を変更することにより、厚さ寸法を調整してもよい。第１シム２８の厚さを厚くしていくと、モータフランジ７ａの位置が第１軸線Ｃに直交する第２軸線Ｄに沿って第１取付面２０から離れる方向に移動するので、モータ３とシャフト８に固定された第１ギヤ１５とを、ホルダ６に第２軸線Ｄに沿う方向に位置調整可能に取り付けることができる。
　第２シム２９は、図５に示されるように、減速機４の入力軸部材１１の端面と同等の外形と、第２ギヤ１６のインロウ部１９の外径と同等以上の内径の中央孔２９ａと、第２ギヤ１６の貫通孔に一致する位置に配置される貫通孔２９ｂとを備えている。第２シム２９としても、種々の厚さ寸法のものが用意されていてもよいし、図５に示されるように、重ねる枚数を変更することにより、厚さ寸法を調整してもよい。
　第２シム２９の厚さを厚くしていくと、減速機４の入力軸部材１１の端面に対する第２ギヤ１６の位置が、第１軸線Ｃに沿って入力軸部材１１の端面から離れる方向に移動するので、第２ギヤ１６を、ホルダ６に第１軸線Ｃに沿う方向に位置調整可能に取り付けることができる。
　このように構成された本実施形態に係るロボット１００の関節構造１の作用について、以下に説明する。
　本実施形態に係るロボット１００の関節構造１を組み立てるには、図３に示されるように、モータ３のシャフト８を第１ギヤ１５の中央孔に嵌合させ、ナット１７を雄ねじ８ｂに締結することにより、シャフト８に第１ギヤ１５を固定したモータ組立体を製造する。
　また、減速機４の入力軸部材１１と第２ギヤ１６とを、間に第２シム２９を挟んで固定した減速機組立体を製造する。第２ギヤ１６のインロウ部１９を入力軸部材１１の凹部１８に嵌合させ、ボルトをネジ孔に締結することにより、減速機組立体が製造される。このとき、第２シム２９の厚さは適当な厚さ寸法、例えば、設計値に設定しておく。
　次に、ギヤボックス５のホルダ６に減速機組立体を取り付ける。減速機４のケース１０の入力軸部材１１側に設けられたインロウ部１３をホルダ６の第２嵌合孔２４に嵌合させて、ボルトをネジ孔に締結することにより、減速機組立体をホルダ６の第２取付面２１に、位置決め状態に固定することができる。
　そして、適当な厚さ寸法、例えば、設計値の第１シム２８をモータフランジ７ａと、ホルダ６の第１取付面２０との間に挟んで、モータ組立体の第１ギヤ１５を第１嵌合孔２３からホルダ６の内部空間に挿入し、第２ギヤ１６に噛み合わせる。その後、ボルトを締結することによってモータ３をホルダ６に固定する。
　この状態で、第１ギヤ１５と第２ギヤ１６との噛み合いを確認し、適正な噛み合いが得られるまで、モータ組立体を着脱して第１シム２８の厚さを調整する。第１シム２８の厚さ調整のみでは適正な噛み合いが得られない場合には、減速機組立体を取り外し、減速機４から第２ギヤ１６を取り外して第２シム２９の厚さを調整する。このようにして、図６に示されるように、第１ギヤ１５と第２ギヤ１６との噛み合いが適正に調整された、モータ３、減速機４およびギヤボックス５を備えるアクチュエータ２が構成される。
　このように構成されたアクチュエータ２は、図７に示されるように、蓋部材１３２を取り外した状態の第１アーム１３０の開口部１３１から内部空間に挿入され、第３取付面２２に設けられたインロウ部２２ａが第１アーム１３０に設けられた第３嵌合孔１３３に嵌合させられる。そして、第３取付面２２が第１アーム１３０内の座面に密着させられ、ボルトの締結によって、アクチュエータ２が第１アーム１３０に位置決め状態に固定される。
　また、第２アーム１４０の取付面１４０ａの凹部１４３に、減速機４の出力軸部材１２のインロウ部１４を嵌合させ、出力軸部材１２の端面と第２アーム１４０の取付面１４０ａとを密着させて、ボルトの締結により両者を固定する。そして、蓋部材１４２を外した状態の開口部１４１から、円筒体２６を挿入し、第２アーム１４０の中央孔１４４、減速機４の中空孔４ａおよびホルダ６の開口部２５を貫通させ、円筒体２６の一端を第２アーム１４０に固定し、他端を開口部２５に取り付けたシール部材２７に嵌合させる。
　これにより、本実施形態に係るロボット１００の関節構造１が構成される。第１軸線Ｃを含む円柱状の空間が、円筒体２６によって、ホルダ６の内部空間および減速機４の内部空間から密封状態に区画される。ホルダ６の内部空間および減速機４の内部空間にグリス等の潤滑材を充填することにより、減速機４、第１ギヤ１５および第２ギヤ１６が潤滑される一方、円筒体２６の内側への潤滑材の漏洩が防止される。
　このように、本実施形態に係るロボット１００の関節構造１によれば、モータ３、減速機４およびギヤボックス５を備えるアクチュエータ２を、第１アーム１３０の外部において組み立てた後に、第１アーム１３０の内部に挿入することができる。これにより、相互に交差する軸線Ｃ，Ｄ回りに回転可能なベベルギヤからなる第１ギヤ１５と第２ギヤ１６との噛み合い調整作業を、第１アーム１３０の外部の広い空間において実施することができ、作業性がよいという利点がある。
　質量の比較的大きなモータ３の第１アーム１３０の内部空間への取り付け作業と、第１シム２８および第２シム２９による噛み合い調整作業とを第１アーム１３０の狭い内部空間において実施する必要がなく、作業性を大幅に改善することができる。
　また、本実施形態によれば、モータ３のシャフト８に固定された第１ギヤ１５と、減速機４に同軸に取り付けられた第２ギヤ１６とを、第１ギヤ１５と第２ギヤ１６との間に平歯車等を介在させずに、直接噛み合わせている。これにより、部品点数の低減、コスト低減、伝達効率の向上およびギヤボックス５の小型化を図ることができるという利点がある。
　また、第２ギヤ１６を第１ギヤ１５よりもピッチ円半径の大きなリングギヤによって構成したので、第１ギヤ１５と第２ギヤ１６との間においてもモータ３のシャフト８の回転を減速することができる。したがって、減速機４における減速比を低減することができ、減速機４の小型化、低コスト化を図ることができる。
　また、中空の減速機４の中空孔４ａ、リングギヤからなる第２ギヤ１６の中央孔１６ａおよびホルダ６の開口部２５を貫通して、第１軸線Ｃを含む領域を取り囲む円筒体２６を配置している。これにより、円筒体２６の内部空間を通して、第１アーム１３０の内部空間と第２アーム１４０の内部空間とを連通させることができる。
　すなわち、第１アーム１３０から第２アーム１４０への、ケーブル等の線条体１６０の配線を、図２に鎖線によって示されるように、円筒体２６の内部空間を通して実施できる。その結果、第１アーム１３０に対して第２アーム１４０が第１軸線Ｃ回りに回転しても、線条体１６０に大きな曲げや捩りを発生させずに済み、線条体１６０を耐久的に健全な状態に維持することができる。
　なお、本実施形態においては、モータフランジ７ａとホルダ６の間の第１シム２８に加え、減速機４の入力軸部材１１と第２ギヤ１６との間の第２シム２９によって噛み合いを調整することにした。これに代えて、減速機４の入力軸部材１１側の端面がホルダ６に対して精度よく配置できる場合には、第２シム２９はなくてもよい。第１シム２８による調整作業は、第１ギヤ１５のシャフト８からの取り外し作業を伴わないので、第２シム２９による調整作業よりも短時間で行うことができる。
　また、本実施形態においては、アクチュエータ２を第１アーム１３０内に取り付けることとしたが、これに代えて、第２アーム１４０内に取り付けてもよい。
　また、本実施形態においては、第２ギヤ１６を減速機４の入力軸部材１１に固定することとした。減速機４の入力軸部材１１が第２ギヤ１６を固定可能な端面を有する形態である場合に、このような構造が好ましい。
　これに代えて、減速機４が中央に挿入される平歯車あるいはスプラインギヤ等の入力歯車３１に噛み合う歯車（図示略）によって入力軸部材１１が提供される形態である場合には、図８に示されるように構成することが望ましい。すなわち、一端にベベルギヤからなる第２ギヤ３０、他端に入力歯車３１が設けられたギヤ部材３３がベアリング３２によってホルダ６に回転可能に支持される構造を採用すればよい。図中、符号３４は、ベアリング３２を一端側に押さえる押え板であり、図示しないボルトによって第２ギヤ３０に固定される。
　この場合には、減速機４内の歯車と入力歯車３１とは、第１軸線Ｃに沿う方向への相対移動を許容しかつ第１軸線Ｃ回りの相対回転を規制する軸継手となる。したがって、第２ギヤ３０の第１軸線Ｃに沿う方向への位置調整においては減速機４を移動させる必要がなく、減速機４は、ケース１０に設けられたインロウ部１３を第１アーム１３０に設けられた第３嵌合孔１３３に外側から嵌合させて、第１アーム１３０に固定されればよい。この場合、第１アーム１３０の外部には第２取付面２１が設けられており、減速機４のケース１０の入力軸部材１１側の端面に設けられたインロウ部１３を第３嵌合孔１３３に嵌合させることにより、減速機４を径方向に位置決めする。
　すなわち、アクチュエータ２としては、図９に示されるように、モータ組立体と、ギヤ部材３３がベアリング３２によって支持されたホルダ６とを第１アーム１３０の外部において噛み合い調整することにより構成できる。そして、噛み合い調整されたアクチュエータ２を第１アーム１３０の内部に固定した後に、第１アーム１３０の外部から減速機４を固定すればよい。
　この構成によれば、ギヤ部材３３をホルダ６に回転可能に支持するためのベアリング３２および押え板３４が別途必要となるが、第１アーム１３０の外部において噛み合い調整を実施できるという点において、上記実施形態と同様の効果がある。
　また、本実施形態においては、軸線Ｃ，Ｄが互いに直交する第１ギヤ１５および第２ギヤ１６としてベベルギヤを例示したが、９０°以外の角度によって交差するギヤであってもよいし、噛み合い調整を必要とするベベルギヤ以外の他のギヤであってもよい。
　また、第１シム２８および第２シム２９の形状、材質および厚さは任意でよい。
　１　関節構造
　２　アクチュエータ
　３　モータ
　４　減速機
　４ａ　中空孔
　５　ギヤボックス（動力伝達機構）
　６　ホルダ
　８　シャフト
　１５　第１ギヤ
　１６，３０　第２ギヤ
　１６ａ　中央孔
　２５　開口部
　２６　円筒体（筒体）
　１００　ロボット
　１３０　第１アーム（第１部材）
　１４０　第２アーム（第２部材）
　Ｃ　第１軸線
　Ｄ　第２軸線

Claims (6)

  1. 　中空の第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを第１軸線回りに相対回転させるアクチュエータとを備え、
    　該アクチュエータが、前記第１部材内に収容され前記第１軸線に交差する第２軸線回りにシャフトを回転させるモータと、前記シャフトの回転を減速して前記第２部材に伝達する減速機と、前記モータの動力を前記減速機に伝達する動力伝達機構とを備え、
    　該動力伝達機構が、前記シャフトに固定された第１ギヤと、前記減速機に同軸に取り付けられ前記第１ギヤに噛み合う第２ギヤと、前記第１ギヤを前記第２軸線に沿う方向に、前記第２ギヤを前記第１軸線に沿う方向に、それぞれ位置調整可能に取り付けるホルダとを備えるロボットの関節構造。
  2. 　前記モータが、前記ホルダに前記第２軸線に沿う方向に位置調整可能に取り付けられている請求項１に記載のロボットの関節構造。
  3. 　前記減速機が、前記ホルダに着脱可能に取り付けられ、
    　前記第２ギヤが、前記減速機に前記第１軸線に沿う方向に位置調整可能に固定されている請求項１または請求項２に記載のロボットの関節構造。
  4. 　前記減速機が、前記第１部材に取り付けられ、
    　前記第２ギヤと前記減速機とが、前記第１軸線に沿う方向への相対移動を許容しかつ該第１軸線回りの相対回転を規制する軸継手により接続されている請求項１または請求項２に記載のロボットの関節構造。
  5. 　前記ホルダが、前記第１ギヤおよび前記第２ギヤを収容する収容空間と、前記第１軸線の延長上において前記収容空間を外部に開口させる開口部とを備え、
    　前記第２ギヤが中央孔を有するリングギヤであり、
    　前記減速機が、前記第１軸線に沿って貫通する中空孔を備え、
    　該中空孔および前記中央孔を貫通して前記開口部まで挿入され、前記減速機から前記開口部までの前記第１軸線の周囲の空間を前記収容空間から密封状態に区画する筒体を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボットの関節構造。
  6. 　前記第２ギヤのピッチ円半径が前記第１ギヤのピッチ円半径よりも大きい請求項１から請求項５のいずれかに記載のロボットの関節構造。
     
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