JP2011212839A - 偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て作業が容易でかつ安価に製作できる偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造を提供する。
【解決手段】駆動モータ５４の出力歯車５６の回転を円筒状歯車６１に伝達するアイドル歯車７０を、特定の１つのクランクピン４０ａの入力側端部に回転可能に支持させるようにしたので、該アイドル歯車７０を単に前記クランプピン４０ａに支持させるだけでよく、しかも、アイドル歯車７０、入力歯車６０の双方に噛み合う円筒状歯車６１の軸方向長はこれら両歯車７０、６０の離隔側端距離より若干長い程度で充分である。
【選択図】図１

Description

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に関する。

従来の産業用ロボットの旋回部構造としては、例えば特許文献１に記載されているようなものが知られている。

このものは、産業用ロボットのベースである第１部材および旋回部である第２部材と、前記第１部材と第２部材との間に配置されるとともに、２本以上のクランクピンを有し、該クランクピンに付与された回転を減速して第２部材に伝達し該第２部材を第１部材に対して低速回転させる偏心揺動型減速機と、全てのクランクピンの入力側端部にそれぞれ固定された入力歯車と、偏心揺動型減速機の中心軸と同軸で、該偏心揺動型減速機内を貫通し、一端に全ての入力歯車に噛み合う第１外歯車が設けられ、他端に第２外歯車が設けられた回転円筒体と、前記第２部材に一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、前記第２外歯車に噛み合うアイドル歯車と、出力軸に前記アイドル歯車に噛み合う出力歯車が設けられるとともに、偏心揺動型減速機の中心軸から半径方向に所定距離離れて配置された駆動モータとを備えたものである。

そして、このものにおいては、駆動モータからの回転を出力歯車、アイドル歯車、第２外歯車を介して単一の回転円筒体に伝達した後、該回転円筒体の第１外歯車、入力歯車を介して全てのクランクピンに回転トルクを実質上等分配しながら伝達するようにしている。

特開平７−１２４８８３号公報

しかしながら、このような従来の産業用ロボットの旋回部構造にあっては、アイドル歯車を第２部材に回転可能に支持するために、アイドル歯車を一対の軸受に支持させるとともに、これら一対の軸受を第２部材に組み付ける必要があり、また、入力歯車とアイドル歯車との干渉を避けるために、入力歯車に噛み合う第１外歯車が一端に、アイドル歯車に噛み合う第２外歯車が他端に設けられた回転円筒体を偏心揺動型減速機内において貫通させる必要があり、この結果、組み立て作業が面倒になるとともに、回転円筒体が大型化して（軸方向長が長くなって）製作費が高価になるという課題があった。

この発明は、組み立て作業が容易でかつ安価に製作できる偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造を提供することを目的とする。

このような目的は、産業用ロボットの第１部材および第２部材と、前記第１部材と第２部材との間に配置されるとともに、２本以上のクランクピンを有し、該クランクピンに付与された回転を減速して第２部材に伝達し該第２部材を第１部材に対して低速回転させる偏心揺動型減速機と、全てのクランクピンの入力側端部にそれぞれ取付けられた入力歯車と、偏心揺動型減速機の中心軸と同軸で、前記全ての入力歯車に噛み合う円筒状歯車と、前記クランクピンのうち特定の１つのクランクピンの入力側端部に前記入力歯車から軸方向に離れて回転可能に支持されるとともに、前記円筒状歯車に噛み合うアイドル歯車と、出力軸に前記アイドル歯車に噛み合う出力歯車が設けられるとともに、偏心揺動型減速機の中心軸から半径方向に所定距離離れて配置された駆動モータと、を備えることにより、達成することができる。

この発明においては、駆動モータの出力軸（出力歯車）の回転を円筒状歯車に伝達するアイドル歯車を、クランクピンのうち特定の１つのクランクピンの入力側端部に回転可能に支持させるようにしたので、アイドル歯車を単に特定のクランクピンに支持させるだけでよく、しかも、特定の１つのクランクピンの入力側端部にはアイドル歯車および入力歯車が軸方向に離れて配置されているため、これらアイドル歯車、入力歯車の双方に噛み合う円筒状歯車の軸方向長はこれら両歯車の離隔側端距離より若干長い程度で充分であり、この結果、組み立て作業が容易となるとともに、製作費を安価とすることもできる。

また、前記アイドル歯車に軸方向に離れた小径歯車部と、歯先円が円筒状歯車の内周面近傍を通過する大径歯車部との２つの歯車部を設け、大径歯車部に駆動モータの出力歯車を、小径歯車部に円筒状歯車をそれぞれ噛み合わせるように構成すれば、円筒状歯車の内径を現状の値に維持しながら、出力歯車と円筒状歯車との間の減速比を大きくすることができる。
さらに、前記円筒状歯車に軸方向に離れた小径歯車部と大径歯車部との２つの歯車部を設け、小径歯車部に全ての入力歯車を、大径歯車部にアイドル歯車をそれぞれ噛み合わせるように構成すれば、円筒状歯車がいずれの軸方向位置でも一定径である場合に比較し、出力歯車と円筒状歯車との間の減速比を大きくすることができる。
また、前記駆動モータを第２部材に取付けるとともに、特定の１つのクランクピンの入力側端を第２部材に回転可能に支持させるように構成すれば、偏心揺動型減速機と第２部材との間に位置決めピンを打ち込むことなく、出力歯車とアイドル歯車との噛み合いを規定状態とすることができる。

この発明の実施例１を示す正面断面図である。 図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施例２を示すアイドル歯車近傍の正面断面図である。 この発明の実施例３を示すアイドル歯車近傍の正面断面図である。

(実施例１)
以下、この発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１、２、３、４において、１１は第１部材としての産業用ロボット１０の本体部（基台）であり、この本体部１１は中心軸が垂直に延びる円筒状を呈し、その内部に配線、配管が収納される空間１２が形成されている。この本体部１１の上方には前記本体部１１の中心軸と同軸の軸線回りに回転する第２部材としての旋回体１３が設置され、この旋回体１３内には上下に延びる空間１４が形成されるとともに、その一端部（下端部）には回転軸上に位置する貫通孔１５が形成されている。

１７は前記本体部１１と旋回体１３との間に配置された偏心揺動型減速機であり、この減速機１７は本体部１１の上端に複数のボルト１８によって固定され、該本体部１１と同軸である略円筒状のケース１９を有する。このケース１９の内周でその軸方向中央部には円柱状をした多数の内歯としてのピン歯２０がほぼ半分だけ埋設された状態で設けられ、これらのピン歯２０は軸方向に延びるとともに、周方向に等距離離れて配置されている。

２１はケース１９内に軸方向に並べられて収納された円板状を呈する複数（２個）のピニオンであり、これらのピニオン２１の中心部には中心孔２２がそれぞれ形成されている。また、これらピニオン２１の外周には多数のトロコイド歯形からなる外歯２３が形成され、これらの外歯２３はケース１９のピン歯２０より若干、ここでは１個だけ歯数が少ない。そして、これらピニオン２１とケース１９とは内接した状態で外歯２３とピン歯２０とが噛み合っているが、２つのピニオン２１の最大噛み合い部（噛み合いが最も深い部位）は１８０度だけ位相がずれている。そして、これらピニオン２１の内、外周間の中間部には軸方向に貫通した貫通孔２５が周方向に等距離離れて複数（３個）形成されている。

２６はケース１９内に挿入されたキャリアであり、このキャリア２６は、ピニオン２１の軸方向一側（下側）に配置された一側端板部２７と、ピニオン２１の軸方向他側（上側）に配置されるとともに前記旋回体１３に複数のボルト３０によって連結された他側端板部２８と、上端が他側端板部２８に一体形成され、下端が一側端板部２７に複数のボルト３１によって着脱可能に連結された軸方向に延びる複数本（貫通孔２５と同数）の柱部２９とから構成され、これらの柱部２９は前記貫通孔２５内にそれぞれ遊嵌されている。また、前記キャリア２６、詳しくは一側、他側端板部２７、２８の中心軸上には前記中心孔２２とほぼ同径の中心孔３２、３３がそれぞれ形成されている。

３６は前記キャリア２６、詳しくは一側、他側端板部２７、２８の外周とケース１９の軸方向両端部内周との間に介装された一対の軸受であり、これらの軸受３６によりキャリア２６はケース１９に対し相対回転可能に支持される。また、前記一側、他側端板部２７、２８とケース１９の軸方向両端部との間にはシール部材３７が介装されている。

３９は各ピニオン２１に形成された軸方向に延びる複数（３個）のクランクピン孔であり、これらのクランクピン孔３９は周方向に等距離離れるとともに、前記貫通孔２５と交互に配置されている。４０は周方向に等距離離れて配置された軸方向に延びる２本以上（クランクピン孔３９と同数）のクランクピンであり、各クランクピン４０とキャリア２６、詳しくは一側、他側端板部２７、２８との間には軸方向に離れた一対の軸受４１が介装され、これにより、前記クランクピン４０はこれら一対の軸受４１を介してキャリア２６に回転可能に支持される。

また、各クランクピン４０は軸方向中央部にクランクピン４０の中心軸から等距離だけ偏心し、ピニオン２１と同数（２個）の偏心部４３を有し、これら偏心部４３は軸方向に若干距離だけ離れるとともに、互いに１８０度だけ位相がずれている。そして、前記クランクピン４０の偏心部４３はピニオン２１のクランクピン孔３９にそれぞれ針状ころ軸受４４を介して挿入されており、この結果、前記ピニオン２１とクランクピン４０とは相対回転が許容されている。

４６はキャリア２６内に挿入されたケース１９と同軸の円筒体であり、この円筒体４６は、その軸方向一端部（下端部）が一側端板部２７の中心孔３２に密封状態で挿入されるとともに、複数のボルト４７によって該一側端板部２７に固定されている。また、前記円筒体４６はその軸方向中央部が前記貫通孔２２、中心孔３３内に遊嵌され、さらに、その軸方向他端部（上端部）が旋回体１３の貫通孔１５内に遊嵌されている。そして、前記円筒体４６の軸方向他端と旋回体１３の貫通孔１５との間にはシール部材４８が介装されている。

これにより、前記本体部１１内の空間１２と旋回体１３内の空間１４とは減速機１７の中心軸上に設けられた円筒体４６内の中空孔４９を通じて連通するが、この中空孔４９は配線、配管等、ここではケーブル類５０を通すために用いられている。前述したケース１９、ピニオン２１、キャリア２６、クランクピン４０、円筒体４６は全体として、クランクピン４０に付与された回転を減速してキャリア２６またはケース１９、ここではキャリア２６から旋回体１３に伝達し、該旋回体１３を本体部１１に対して低速で回転させる前記減速機１７を構成し、この減速機１７の内部の潤滑油等は円筒体４６によって前記中空孔４９、空間１２、１４から遮断される。

５３は旋回体１３の一端部（下端部）に設けられたモータ支持部であり、このモータ支持部５３には駆動モータ５４がいんろう嵌め合いにより位置決めされボルト（図示なし）で固定されている。ここで、この駆動モータ５４（出力軸５５）は前記ケーブル類５０との干渉を避ける等の理由から、減速機１７の中心軸から半径方向に所定距離離れて配置されており、この所定距離は中空孔４９の中心からクランクピン４０の回転軸までの距離より大きい。この結果、駆動モータ５４の出力軸５５と円筒体４６との間にクランクピン４０が位置することになる。そして、この駆動モータ５４の出力軸５５には出力歯車としてのインプットギア５６がキー５７によって固定されている。

６０は全てのクランクピン４０の入力側端部、ここではキャリア２６から突出した軸方向他端部（上端部）にスプライン結合により取付けられた外歯車からなる複数（クランクピン４０と同数）の入力歯車であり、これらの入力歯車６０は同一径で正三角形の頂点にそれぞれ配置されている。６１は円筒体４６の他側部外側に僅かの間隙を設けながら嵌合された１個の円筒状歯車であり、この円筒状歯車６１は減速機１７の中心軸と同軸であるとともに、いずれの軸方向位置においてもピッチ円が同径である。

また、この円筒状歯車６１の軸方向一端部（下端部）は軸受６２を介して減速機１７の他側端板部２８に回転可能に支持され、一方、その軸方向他端部（上端部）は軸受６３を介して旋回体１３の一端部に回転可能に支持されている。そして、この円筒状歯車６１の軸方向中央部外側に形成された外歯６４は全ての入力歯車６０に噛み合っており、この結果、該円筒状歯車６１から入力歯車６０に回転駆動力が直接等分配される。

ここで、前記クランクピン４０のうち、駆動モータ５４から離隔した位置に配置されているクランクピン４０は、その他側端が入力歯車６０から若干他側に離れた位置で終了しているが、駆動モータ５４に近接した位置に配置されている特定の１つのクランクピン４０ａはその入力側端部に他側端からさらに他側に延長した延長部４０ｂを有する。そして、このクランクピン４０ａの延長部４０ｂは前記モータ支持部５３に形成された受け６７に軸受６８を介して回転可能に支持されている。

このように駆動モータ５４を旋回体１３の一部であるモータ支持部５３に取付けるとともに、特定の１つのクランクピン４０ａの入力側端を旋回体１３の一部である受け６７に回転可能に支持させるようにすれば、クランクピン４０ａの延長部４０ｂの端部を支持できるとともに、駆動モータ５４を取付ける際、減速機１７（キャリア２６）と旋回体１３との間に位置決めピンを打ち込むことなく、インプットギア５６と後述のアイドル歯車７０との間の軸間距離を設定値とし、これらの噛み合いを容易に規定状態とすることができる。

また、前記クランクピン４０ａの延長部４０ｂには前記入力歯車６０と同一歯形、同一歯数である１個のアイドル歯車７０が回転可能に支持されており、この結果、このアイドル歯車７０はクランクピン４０ａの入力側端部に前記入力歯車６０から軸方向、ここでは軸方向他側に若干離れて回転可能に支持されることになる。このように入力歯車６０、アイドル歯車７０を同一歯形、同一歯数とすれば、歯形を成形する加工工具を共通化することができ、製作費を安価とすることができる。

さらに、前述のように駆動モータ５４の出力軸５５（インプットギア５６）の回転を円筒状歯車６１に伝達するアイドル歯車７０を、クランクピン４０のうち特定の１つのクランクピン４０ａの入力側端部に回転可能に支持させるようにしたので、アイドル歯車７０を、従来技術のように軸受に装着したり、該軸受を第２部材に組み付けることなく、単に特定の１つのクランクピン４０ａに支持させるだけでよく、しかも、特定の１つのクランクピン４０ａの入力側端部にはアイドル歯車７０および入力歯車６０が軸方向に離れて配置されているため、これらアイドル歯車７０、入力歯車６０の双方に噛み合う円筒状歯車６１の軸方向長はこれら両歯車７０、６０の離隔側端距離より若干長い程度で充分であって該円筒状歯車６１を小型化することができ、この結果、組み立て作業が容易となるとともに、製作費を安価とすることができる。

そして、このアイドル歯車７０は前記インプットギア５６および円筒状歯車６１の外歯６４の双方に噛み合っており、この結果、前記駆動モータ５４からの回転トルクはインプットギア５６、アイドル歯車７０を通じて円筒状歯車６１に伝達された後、該円筒状歯車６１から全ての入力歯車６０に等分配されながら伝達され、全てのクランクピン４０を同一方向に同一回転速度で回転させることができる。

また、前述のように駆動モータ５４を中空孔４９の中心から半径方向に所定距離離して配置するとともに、インプットギア５６を特定の１つのクランクピン４０ａに回転可能に支持されたアイドル歯車７０にのみ噛み合わせるようにすれば、駆動モータ５４を前記アイドル歯車７０の周囲の広い範囲に配置することができる。前述したインプットギア５６、入力歯車６０、円筒状歯車６１、アイドル歯車７０は全体として、駆動モータ５４の回転を減速して減速機１７の全てのクランクピン４０に出力する前段減速機７２を構成する。

また、産業用ロボット１０の本体部１１及び旋回体１３を備え、本体部１１と旋回体１３との間に偏心揺動型減速機１７が配置され、偏心揺動型減速機１７のケース１９は本体部１１に固定され、偏心揺動型減速機１７のキャリア２６は旋回体１３に連結され、駆動モータ５４が、偏心揺動型減速機１７の中心軸から半径方向に所定距離離れて配置されるとともに、旋回体１３に取り付けられるため、上記従来の産業用ロボットの旋回部構造と比較して、旋回体１３を低速回転にすることができる。また、偏心揺動型減速機１７の各中心孔２２、３２、３３に通すケーブル類５０を多く又は太くすることができる。

次に、この発明の一実施例の作用について説明する。
旋回体１３を本体部１１に対して旋回させる場合には、駆動モータ５４を作動して出力軸５５、インプットギア５６を一体的に回転させる。このとき、特定の１つのクランクピン４０ａに回転可能に支持されたアイドル歯車７０には前記インプットギア５６および円筒状歯車６１の外歯６４の双方が噛み合っているため、前記駆動モータ５４の回転トルクは、インプットギア５６、アイドル歯車７０を通じて円筒状歯車６１に伝達された後、該円筒状歯車６１から全ての入力歯車６０に等配分されながら伝達され、全てのクランクピン４０を同一方向に同一回転速度で回転させる。

これにより、ピニオン２１がクランクピン４０と同一回転速度で偏心回転（公転）するが、このとき、ピン歯２０に噛み合っているピニオン２１の外歯２３は歯数が該ピン歯２０より１個だけ少なく、しかも、ケース１９は回転できないよう本体部１１に固定されているため、前記クランクピン４０に付与された回転駆動力はケース１９、ピニオン２１によって高比で減速され、キャリア２６から旋回体１３に伝達される。これにより、旋回体１３は垂直軸線回りに低速大トルクで回転する。

(実施例２)
図５はこの発明の実施例２を示す図である。この実施例においては、アイドル歯車７６に、軸方向に離れた小径歯車部７７と、該小径歯車部７７より大径の大径歯車部７８を設けるとともに、前記小径歯車部７７を入力歯車６０と同径とし、一方、大径歯車部７８をその歯先円が円筒状歯車６１の内周面近傍を通過する径としている。また、この実施例においては、前記アイドル歯車７６をクランクピン４０の入力側端部に軸受７９を介して回転可能に支持させている。なお、このようなアイドル歯車７６とクランクピン４０の入力側端部との間の軸受７９は、この実施例のように設けてもよいが、実施例１のように無くともよい。

そして、前記大径歯車部７８を、円筒状歯車６１の他端面（上端面）より他側（上側）に位置させて大径歯車部７８と円筒状歯車６１との干渉を避けながら、駆動モータ５４のインプットギア５６に噛み合わせ、一方、前記小径歯車部７７を円筒状歯車６１の外歯６４にそれぞれ噛み合わせるようにしている。このようにすれば、円筒状歯車６１の内径を現状の値に維持して減速機１７の中心軸上にケーブル類５０を通すための大径の中空孔４９を確保しながら、前段減速機７２、即ち、インプットギア５６と円筒状歯車６１との間の減速比を容易に大きくすることができる。

また、偏心揺動型減速機１７は、駆動モータ５４の出力軸５５に設けられたインプットギア５６と噛み合って、インプットギア５６から駆動力を受ける大径歯車部７８と、大径歯車部７８から軸方向に離れて配置され、大径歯車部７８と一体回転する小径歯車部７７と、ピニオン２１を揺動させるための偏心部４３を備えた複数のクランクピン４０と、複数のクランクピン４０の全てに形成され、クランクピン４０が動力を受け取るための入力歯車６０と、小径歯車部７７及び入力歯車６０に噛み合い、小径歯車部７７の回転を複数の入力歯車６０に等分配して伝達する円筒状歯車６１と、を備えるため、上記従来の産業用ロボットの旋回部構造の偏心揺動型減速機（減速１段）と比較して、径方向を大きくすることなく、減速比を大きくとれる（減速２段）回転駆動装置にすることができる。また、偏心揺動型減速機１７の出力回転数を従来と同じするならば、高出力回転が得られる小型でコンパクトな駆動モータ５４を用いることができる。
なお、他の構成、作用は前記実施例１と同様である。

(実施例３)
図６はこの発明の実施例３を示す図である。この実施例においては、円筒状歯車８１に軸方向に離れた小径歯車部８２と、該小径歯車部８２より若干大径の大径歯車部８３との２つの歯車部を設け、小径歯車部８２に全ての入力歯車６０を、大径歯車部８３にアイドル歯車７０をそれぞれ噛み合わせるようにしている。このようにすれば、前段減速機７２、即ち、インプットギア５６と円筒状歯車８１との間の減速比を容易に若干大きくすることができる。
なお、他の構成、作用は前記実施例１と同様である。

なお、前述の実施例においては、アイドル歯車７０を入力歯車６０よりクランクピン４０ａの入力端側（軸方向外端側）に配置したが、この発明においては、逆に入力歯車をアイドル歯車よりクランクピンの入力端側に配置するようにしてもよい。また、前述の実施例においては、駆動モータ５４を回転側である第２部材（旋回体１３）に設けたが、この発明においては、固定側である第１部材（本体部１１）に設けるようにしてもよい。

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に適用できる。

１０ 産業用ロボット
１１ 第１部材
１３ 第２部材
１７ 偏心揺動型減速機
４０ クランクピン
５４ 駆動モータ
５５ 出力軸
５６ 出力歯車
６０ 入力歯車
６１ 円筒状歯車
７０ アイドル歯車
７６ アイドル歯車
７７ 小径歯車部
７８ 大径歯車部
８１ 円筒状歯車
８２ 小径歯車部
８３ 大径歯車部

Claims (4)

1. 産業用ロボットの第１部材および第２部材と、
   前記第１部材と第２部材との間に配置されるとともに、２本以上のクランクピンを有し、該クランクピンに付与された回転を減速して第２部材に伝達し該第２部材を第１部材に対して低速回転させる偏心揺動型減速機と、
   全てのクランクピンの入力側端部にそれぞれ取付けられた入力歯車と、
   偏心揺動型減速機の中心軸と同軸で、前記全ての入力歯車に噛み合う円筒状歯車と、
   前記クランクピンのうち特定の１つのクランクピンの入力側端部に前記入力歯車から軸方向に離れて回転可能に支持されるとともに、前記円筒状歯車に噛み合うアイドル歯車と、
   出力軸に前記アイドル歯車に噛み合う出力歯車が設けられるとともに、偏心揺動型減速機の中心軸から半径方向に所定距離離れて配置された駆動モータと、を備えたことを特徴とする偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造。
2. 前記アイドル歯車に軸方向に離れた小径歯車部と、歯先円が前記円筒状歯車の内周面近傍を通過する大径歯車部との２つの歯車部を設け、
   前記大径歯車部に前記駆動モータの前記出力歯車を、前記小径歯車部に前記円筒状歯車をそれぞれ噛み合わせるようにしたことを特徴とする請求項１記載の偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造。
3. 前記円筒状歯車に軸方向に離れた小径歯車部と大径歯車部との２つの歯車部を設け、
   前記小径歯車部に前記全ての入力歯車を、前記大径歯車部に前記アイドル歯車をそれぞれ噛み合わせるようにしたことを特徴とする請求項１記載の偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造。
4. 前記駆動モータを前記第２部材に取付けるとともに、特定の１つのクランクピンの入力側端を前記第２部材に回転可能に支持させたことを特徴とする請求項１記載の偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造。

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