JP4219320B2

JP4219320B2 - ロボットの旋回部構造

Info

Publication number: JP4219320B2
Application number: JP2004309489A
Authority: JP
Inventors: 昌兆栗田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2015-08-24
Also published as: JP2005047006A

Description

この発明は、産業用ロボットの旋回胴、腕関節における旋回部構造、即ちロボットの旋回部構造に関する。

従来のロボットの旋回部構造としては、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているようなものが知られている。ここで、前者のものは、固定部と回転部との間に配置され、中心部に中空孔が形成されるとともに、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駆動力を減速して回転部に伝達し該回転部を回転させる偏心差動型減速機と、回転部に取り付けられた駆動モータと、駆動モータの出力軸に固定された第１外歯車と、前記中空孔と同軸関係を保った状態で減速機に回転可能に支持されるとともに、前記第１外歯車に直接噛み合う第２外歯車および該第２外歯車から軸方向に離れて配置された第３外歯車を有し、前記第１外歯車からの回転駆動力を受けて回転する円筒体と、前記第３外歯車に直接噛み合った状態で各クランクピンに固定され、前記円筒体の回転駆動力をクランクピンにそれぞれ伝達する第４外歯車と、を備えたものである。

また、後者のものは、固定部と回転部との間に配置され、中心部に中空孔が形成されるとともに、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駆動力を減速して回転部に伝達し該回転部を回転させる偏心差動型減速機と、回転部に取り付けられた駆動モータと、駆動モータの出力軸に固定された第１外歯車と、前記中空孔と同軸関係を保った状態で減速機に回転可能に支持されるとともに、軸方向に離れて配置された第２外歯車および第３外歯車を有する円筒体と、前記第１外歯車および第２外歯車の双方に直接噛み合い、第１外歯車の回転駆動力を円筒体に伝達する第４外歯車と、前記第３外歯車に直接噛み合った状態で各クランクピンに固定され、前記円筒体の回転駆動力をクランクピンにそれぞれ伝達する第５外歯車と、を備えたものである。
特開平７ー１０８４８５号公報特開平７ー１２４８８３号公報

しかしながら、前者のようなロボットの旋回部構造にあっては、第２外歯車が大径となるため、旋回時に大きな騒音が発生するという問題点がある。その理由は、駆動モータの出力軸と減速機の中心軸との間の距離は、駆動モータと中空孔を通す配線、配管等との干渉を避ける等の理由から一定値以上としなければならないが、駆動モータの出力軸に固定されている第１外歯車は装置全体を小型化するという要請によって小径としなければならないため、必然的に第２外歯車が大径となってしまうからである。このような第２外歯車を小径とするため、後者のように第１外歯車と第２外歯車との間にアイドルギアとしての第４外歯車を介装することも提案されているが、このようにすると、２本のクランクピンを同期回転させるためには、第１、第２、第３、第４外歯車およびクランクピン２本に対応する２個の第５外歯車、合計６個の外歯車が必要となり、この結果、構造が複雑でかつ製作費も高価となるという問題点がある。

この発明は、構造が簡単でかつ安価でありながら旋回時における騒音を効果的に低減することができる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、第１に、固定部と回転部との間に配置された減速機および該減速機に回転駆動力を伝達する駆動モータを備えたロボットの旋回部構造において、前記減速機は伝達部材と、中心部に中空孔が形成された偏心差動型減速機を有し、前記偏心差動型減速機は、内周に多数のピン歯を有するとともに、前記固定部に固定されたケースと、ケース内に収納され、ピン歯と噛み合うとともに、該ピン歯より歯数が少ない外歯を有する円板状の２個のピニオンと、ケース内に配置された状態で該ケースに回転可能に支持され、前記回転部に固定されたキャリアと、軸方向両端部が前記キャリアに回転可能に支持されるとともに、中央部の偏心した２個のクランク部がピニオンに形成された貫通孔にそれぞれ挿入され、その回転によってピニオンを偏心回転させることにより、減速された回転をキャリアに伝達するようにした複数のクランクピンとを備え、前記駆動モータを前記回転部にその出力軸を減速機の中心から半径方向に所定距離離して取付け、また、前記伝達部材を、駆動モータの出力軸に固定された第１伝達部材としての第１外歯車と、前記第１外歯車に噛み合うとともに、複数のクランクピンのうちの特定の１つのクランクピンに固定され、前記第１外歯車から回転駆動力が伝達されたとき、前記特定の１つのクランクピンを回転させる第２伝達部材としての第２外歯車と、前記中空孔と同軸で第２外歯車に噛み合う外歯を有し、前記第２外歯車からの回転駆動力を受けて回転する第１円筒状歯車と、前記特定の１つのクランクピン以外の他のクランクピンに固定され、前記第１円筒状歯車の外歯に噛み合う第３外歯車から構成し、該第３外歯車により第１円筒状歯車からの回転駆動力を他のクランクピンに伝達して、該他のクランクピンを特定の１つのクランクピンと共に回転させるようにしたロボットの旋回部構造により、達成することができる。また、第２に、固定部と回転部との間に配置された減速機および該減速機に回転駆動力を伝達する駆動モータを備えたロボットの旋回部構造において、前記減速機は伝達部材と、中心部に中空孔が形成された偏心差動型減速機を有し、前記偏心差動型減速機は、内周に多数のピン歯を有するとともに、前記固定部に固定されたケースと、ケース内に収納され、ピン歯と噛み合うとともに、該ピン歯より歯数が少ない外歯を有する円板状の２個のピニオンと、ケース内に配置された状態で該ケースに回転可能に支持され、前記回転部に固定されたキャリアと、軸方向両端部が前記キャリアに回転可能に支持されるとともに、中央部の偏心した２個のクランク部がピニオンに形成された貫通孔にそれぞれ挿入され、その回転によってピニオンを偏心回転させることにより、減速された回転をキャリアに伝達するようにした複数のクランクピンとを備え、前記駆動モータを前記回転部にその出力軸を減速機の中心から半径方向に所定距離離して取付け、また、前記伝達部材を、駆動モータの出力軸に固定された第１伝達部材と、複数のクランクピンのうちの特定の１つのクランクピンに固定され、前記第１伝達部材から回転駆動力が伝達されたとき、前記特定の１つのクランクピンを回転させる第２伝達部材と、前記特定の１つのクランクピンのクランク部間に設けられた中間歯車と、前記中空孔と同軸で中間歯車に噛み合う外歯を有し、前記中間歯車からの回転駆動力を受けて回転する第２円筒状歯車と、前記特定の１つのクランクピン以外の他のクランクピンに設けられ、前記第２円筒状歯車の外歯に噛み合う第４外歯車から構成し、該第４外歯車により第２円筒状歯車からの回転駆動力を他のクランクピンに伝達して、該他のクランクピンを特定の１つのクランクピンと共に回転させるようにしたロボットの旋回部構造により、達成することができる。

回転部を固定部に対して旋回させる場合には、駆動モータを作動して出力軸、第１伝達部材を一体的に回転させる。このとき、特定の１つのクランクピンに固定されている第２伝達部材は前記第１伝達部材から回転駆動力を受け、該特定のクランクピンを回転させる。この結果、偏心差動型減速機は前記特定のクランクピンに付与された回転駆動力を減速して回転部に伝達し、該回転部を回転させる。このとき、特定のクランクピン以外のクランクピンにも第２伝達部材から回転駆動力を伝達し、該クランクピンも前記特定のクランクピンと同様に回転させる。ここで、クランクピンを回転させるためには、第１、第２伝達部材だけでよく、構造が簡単となるとともに、製作費も安価となり、旋回時における騒音を効果的に低減させることもできる。

前記第１、第２伝達部材としては、外歯車あるいはベルトが掛け渡されたプーリを用いることができる。

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において、11は固定部としての産業用ロボットの本体部（基台）であり、この本体部11内には配線、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の上方には垂直な軸線回りに回転する回転部としての旋回体13が設置され、この旋回体13の回転軸上には上下に延びる孔14が形成されている。

17は本体部11と旋回体13との間に配置された偏心差動型減速機であり、この減速機17は本体部11の上端に固定された略円筒状のケース19を有し、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ピン歯20がほぼ半分だけ埋設された状態で設けられている。そして、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内に収納された円板状の２個のピニオンであり、これらのピニオン21の中心部には大径の貫通孔22がそれぞれ形成されている。また、これらピニオン21の外周にはケース19のピン歯20より歯数が少ない外歯23が形成され、これらの外歯23は前記ピン歯20に噛み合っている。26はケース19内に配置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）に配置された一側フランジ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に固定された他側フランジ28と、下端が一側フランジ27に一体的に連結されるとともに上端が他側フランジ28に着脱可能に連結された軸方向に延びる複数本の連結ロッド29と、から構成され、これらの連結ロッド29はいずれも前記ピニオン21に形成された遊嵌孔30内に遊嵌されている。32は一側、他側フランジ27、28とケース19との間に介装された一対の軸受であり、これらの軸受32によりキャリア26はケース19に回転可能に支持される。また、前記一側、他側フランジ27、28とケース19の軸方向両端部との間にはシール部材33が介装されている。37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、ここでは２本のクランクピンであり、各クランクピン37はその軸方向一端（下端）が軸受38を介して一側フランジ27に、他端部が軸受39を介して他側フランジ28に回転可能に支持されている。また、各クランクピン37は中央部に偏心した２個のクランク部40を有し、これらクランク部40はそれぞれピニオン21に形成された貫通孔41にニードル軸受42を介装した状態で挿入されている。43は円筒体であり、この円筒体43は、その軸方向一端部（下端部）が一側フランジ27内に挿入されて固定され、また、その軸方向中央部が前記貫通孔22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の孔14内に遊嵌されている。なお、44は円筒体43の軸方向他端と旋回体13との間に介装されたシール部材である。前述したケース19、ピニオン21、キャリア26、クランクピン37、円筒体43は全体として、クランクピン37に付与された回転駆動力を減速して旋回体13に伝達することにより該旋回体13を垂直な軸線回りに回転させる前記減速機17を構成し、この減速機17は前述のような円筒体43が設けられることで、中心部に旋回体13の内部と空間12とを連通する中空孔45が形成されている。そして、この中空孔45は配線、配管等、ここではケーブル類46を通すために用いられている。

50は旋回体13に取り付けられた駆動モータ（サーボモータ）であり、この駆動モータ50の出力軸51は、前記ケーブル類46との干渉を避ける等の理由から、中空孔45の中心から半径方向に所定距離だけ離れて配置されており、この所定距離は中空孔45の中心からクランクピン37の回転軸までの距離より大きい。この結果、駆動モータ50の出力軸51と円筒体43との間にクランクピン37が位置することになる。前記出力軸51の先端には第１伝達部材としての第１外歯車52が固定され、また、前記クランクピン37のうち特定の１つのクランクピン37ａのキャリア26から突出した軸方向他端（上端）には第２伝達部材としての第２外歯車53が固定され、この外歯車53と前記外歯車52とは直接噛み合っている。この結果、外歯車52の回転駆動力は外歯車53に直接伝達されて前記特定のクランクピン37ａをまず回転させる。そして、このように外歯車52、53同士を直接噛み合わせるようにすれば、駆動モータ50をクランクピン37ａの周囲の広い範囲に配置することができる。前記減速機17内、詳しくは外歯車53と円筒体43との間には前記中空孔45と同軸で外歯を有する第１円筒状歯車としての円筒状歯車55が配置され、この円筒状歯車55の軸方向一端部（下端部）は軸受56を介して減速機17の他側フランジ28に回転可能に支持されている。なお、この円筒状歯車55の軸方向他端部（上端部）は軸受57を介して旋回体13に回転可能に支持されている。そして、この円筒状歯車55の外歯は前記外歯車53に直接噛み合っており、この結果、該円筒状歯車55は前記外歯車53からの回転駆動力を直接受けて回転する。前記特定のクランクピン37ａ以外のクランクピン37ｂのキャリア26から突出した軸方向他端（上端）には前記円筒状歯車55の外歯に直接噛み合う第３外歯車としての外歯車58が固定され、この外歯車58は前記円筒状歯車55から回転駆動力を直接受けてクランクピン37ｂを回転させ、回転トルクを２本のクランクピン37に分配している。

次に、この発明の実施例１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50を作動して出力軸51、外歯車52を一体的に回転させる。このとき、外歯車53は前記外歯車52に直接噛み合っているため、該外歯車52から回転駆動力を直接受け、特定のクランクピン37ａをまず回転させる。これにより、ピニオン21がクランクピン37ａと同一回転数で偏心回転（公転）する。このとき、ピニオン21の外歯23は歯数がケース19のピン歯20より少なく、かつ、ケース19のピン歯20に噛み合っており、しかも、ケース19が回転できないよう本体部11に固定されているため、前記特定のクランクピン37ａに付与された回転駆動力はケース19、ピニオン20によって高比で減速されてキャリア26に取り出され旋回体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。このとき、特定のクランクピン37ａ以外のクランクピン37ｂには外歯車53からの回転駆動力が、互いに直接噛み合っている円筒状歯車55、外歯車58を介して伝達され、これにより、該クランクピン37ｂも前記特定のクランクピン37ａと同様に回転する。ここで、外歯車52（駆動モータ50の出力軸51）と円筒状歯車55との間にはクランクピン37ａに固定された外歯車53が位置しているので、これら外歯車52、53および円筒状歯車55をいずれも小径とすることができ、これにより、旋回時における騒音を効果的に低減させることができる。しかも、前述した２本のクランクピン37ａ、ｂを回転させるためには、外歯車52、53、58および円筒状歯車55の４個の歯車でよく、この結果、構造が簡単となるとともに、製作費も安価となる。

図３、４はこの発明の実施例２示す図である。この実施例においては、駆動モータ50の出力軸51に固定された第１伝達部材としてプーリ60を、また、特定のクランクピン37ａに固定された第２伝達部材としてもプーリ61を用い、これらプーリ60、61にタイミングベルト62を掛け渡して回転駆動力をプーリ60から61へ伝達するようにしている。また、この実施例においては、特定のクランクピン37ａの軸方向中央部、詳しくは２つのクランク部40間に中間歯車63を設けるとともに、前記ピニオン21および中間歯車63と円筒体43との間に両端部が軸受64を介してキャリア26に回転可能に支持され、外歯を有する第２円筒状歯車としての円筒状歯車65を設けている。そして、前記中間歯車63と円筒状歯車65の外歯とを直接噛み合わせることにより、プーリ61の回転駆動力を特定のクランクピン37ａ、中間歯車63を介して円筒状歯車65に伝達するようにしている。なお、この円筒状歯車65の外歯には他のクランクピン37ｂの軸方向中央部に設けられた第４外歯車としての外歯車66が直接噛み合っており、この結果、クランクピン37ｂはクランクピン37ａと同一方向に同一回転速度で回転する。そして、前述の中間歯車63は、両端支持されたクランクピン37ａの軸方向中央部に設けられているので、円筒状歯車65との噛み合いによる騒音が小さくなり、また、クランクピン37ａの回転力を円筒状歯車65、外歯車66を介して単にクランクピン37ｂに伝達するだけであるため、その幅は狭いもので十分である。また、この実施例では前述した２本のクランクピン37ａ、ｂを回転させるために、プーリ60、61、中間歯車63、円筒状歯車65、外歯車66の５個のプーリ、歯車でよく、この結果、構造が簡単となるとともに、製作費も安価となる。さらに、前述のように円筒状歯車65を減速機17内に収納するとともに、クランクピン37と他側フランジ28との間にシール部材67を設けたので、減速機17内の油・グリースを密封することができ、これにより、第１、第２伝達部材としてプーリ60、61を使用することができる。なお、他の構成、作用は前記実施例１と同様である。

この発明は、ロボットの旋回部構造の産業分野に適用できる。

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。この発明の実施例２を示す正面断面図である。図２のII−II矢視断面図である。

符号の説明

11…固定部 13…回転部
17…偏心差動型減速機 37…クランクピン
37ａ…特定のクランクピン 45…中空孔
50…駆動モータ 51…出力軸
52…第１伝達部材 53…第２伝達部材
55…円筒状歯車 58…外歯車

Claims

固定部と回転部との間に配置された減速機および該減速機に回転駆動力を伝達する駆動モータを備えたロボットの旋回部構造において、前記減速機は伝達部材と、中心部に中空孔が形成された偏心差動型減速機を有し、前記偏心差動型減速機は、内周に多数のピン歯を有するとともに、前記固定部に固定されたケースと、ケース内に収納され、ピン歯と噛み合うとともに、該ピン歯より歯数が少ない外歯を有する円板状の２個のピニオンと、ケース内に配置された状態で該ケースに回転可能に支持され、前記回転部に固定されたキャリアと、軸方向両端部が前記キャリアに回転可能に支持されるとともに、中央部の偏心した２個のクランク部がピニオンに形成された貫通孔にそれぞれ挿入され、その回転によってピニオンを偏心回転させることにより、減速された回転をキャリアに伝達するようにした複数のクランクピンとを備え、前記駆動モータを前記回転部にその出力軸を減速機の中心から半径方向に所定距離離して取付け、また、前記伝達部材を、駆動モータの出力軸に固定された第１伝達部材としての第１外歯車と、前記第１外歯車に噛み合うとともに、複数のクランクピンのうちの特定の１つのクランクピンに固定され、前記第１外歯車から回転駆動力が伝達されたとき、前記特定の１つのクランクピンを回転させる第２伝達部材としての第２外歯車と、前記中空孔と同軸で第２外歯車に噛み合う外歯を有し、前記第２外歯車からの回転駆動力を受けて回転する第１円筒状歯車と、前記特定の１つのクランクピン以外の他のクランクピンに固定され、前記第１円筒状歯車の外歯に噛み合う第３外歯車から構成し、該第３外歯車により第１円筒状歯車からの回転駆動力を他のクランクピンに伝達して、該他のクランクピンを特定の１つのクランクピンと共に回転させるようにしたことを特徴とするロボットの旋回部構造。
固定部と回転部との間に配置された減速機および該減速機に回転駆動力を伝達する駆動モータを備えたロボットの旋回部構造において、前記減速機は伝達部材と、中心部に中空孔が形成された偏心差動型減速機を有し、前記偏心差動型減速機は、内周に多数のピン歯を有するとともに、前記固定部に固定されたケースと、ケース内に収納され、ピン歯と噛み合うとともに、該ピン歯より歯数が少ない外歯を有する円板状の２個のピニオンと、ケース内に配置された状態で該ケースに回転可能に支持され、前記回転部に固定されたキャリアと、軸方向両端部が前記キャリアに回転可能に支持されるとともに、中央部の偏心した２個のクランク部がピニオンに形成された貫通孔にそれぞれ挿入され、その回転によってピニオンを偏心回転させることにより、減速された回転をキャリアに伝達するようにした複数のクランクピンとを備え、前記駆動モータを前記回転部にその出力軸を減速機の中心から半径方向に所定距離離して取付け、また、前記伝達部材を、駆動モータの出力軸に固定された第１伝達部材と、複数のクランクピンのうちの特定の１つのクランクピンに固定され、前記第１伝達部材から回転駆動力が伝達されたとき、前記特定の１つのクランクピンを回転させる第２伝達部材と、前記特定の１つのクランクピンのクランク部間に設けられた中間歯車と、前記中空孔と同軸で中間歯車に噛み合う外歯を有し、前記中間歯車からの回転駆動力を受けて回転する第２円筒状歯車と、前記特定の１つのクランクピン以外の他のクランクピンに設けられ、前記第２円筒状歯車の外歯に噛み合う第４外歯車から構成し、該第４外歯車により第２円筒状歯車からの回転駆動力を他のクランクピンに伝達して、該他のクランクピンを特定の１つのクランクピンと共に回転させるようにしたことを特徴とするロボットの旋回部構造。