JPH0822516B2

JPH0822516B2 - 産業用ロボットの関節装置

Info

Publication number: JPH0822516B2
Application number: JP61008760A
Authority: JP
Inventors: 和幸松本; 正孝橋本; 満善岩田
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: KR860005682A; DE3674419D1; JPH0429986Y2; JPS6211589U; EP0188233B1; CA1244855A; EP0188233A2; EP0188233A3; JPS624586A; US4690010A; KR930009377B1

Description

【発明の詳細な説明】（産業状の利用分野）本発明は産業ロボットの関節装置に関する。

（従来の技術とその問題点）産業ロボットにおいては、一般に、作業に適した出力
トルクを得るため、アーム等の関節部の駆動系には、高
速低トルクの電動サーボモータまたは電動パルスモータ
と、この出力を低速高トルクに変換する減速装置とを用
いている。

また、そのような減速装置は、例えば、減速比1/120
程度の大減速比を有していること、また、歯車間のガ
タ、すなわち、いわゆるバックラッシュが小さいこと、
さらに、慣性を小さくするため軽量であること等が要求
される。

このような要求を満たす従来の減速装置としては、例
えば、特開昭59−175986号公報に開示されているような
調和歯車装置（撓み噛合い式の遊星歯車装置）および特
開昭59−106744号公報に開示されているような偏心揺動
型の遊星歯車装置がある。前者の減速比は一般に1/80〜
1/320程度であり、後者の減速比は一般に1/6〜1/200程
度である。また、前者は後者に比し減速比当りの外径、
重量が小さく、かつ、ほとんどのロボットアームの関節
部の駆動用減速装置として必要な減速比および機械的強
度を満足している。したがって、ロボットアームの関節
部駆動用減速装置のほとんどは調和歯車装置単体が適用
され、まれに、調和歯車装置でも得られないほどの大減
速比を必要とするもの、すなわち、小容量高速回転（例
えば、出力が1000ワット以下で回転数が5000rpm）型の
モータをロボットアームの駆動に用いる場合のように1/
625程度の減速比を必要とするもの、については特開昭5
6−152594号公報に開示されているように調和歯車装置
に前段減速装置を結合したものが用いられている。

しかしながら、上述した各減速装置をロボットの関節
装置に用いた場合、減速装置に入力する電動モータ回転
数が低い領域で減速装置とロボットアーム等とがねじり
共振を起こすという問題点があった。共振現象として
は、ロボットアームの関節部近傍にねじり振動が現れる
ことが多く、その結果、ロボットアームの先端位置が定
まらなくなり、ロボットによる作業のうち溶接、シーリ
ング、組立等、一般に電動モータの低回転数領域で行わ
れる作業において、正確な作業軌跡を得られない等の問
題が生じる。

このような問題点に対し、特開昭58−211881号公報に
は、発生した振動を打ち消すように電動モータの速度指
令信号を変化させる電気的制御方式が提案されている。
しかしながら、このような方式においてはフィードバツ
クゲインを大きくすると系が不安定となり、特に剛性の
低いロボット駆動系においては、逆に発振し易くなると
いう問題を生じるため、ゲインを大きくできず、したが
って、充分な振動打ち消し効果を得られない。また、特
開昭59−175986号公報には高張力を与えたタイミングベ
ルトで減速機を駆動し、該ベルトで振動を吸収する方式
のものが提案されている。しかしながら、この方式にお
いてはタイミングベルトが破断するという危険がある。
また、特開昭59−115189号公報には減速機の主軸にばね
とおもりから成る吸振器を取り付ける方式が提案されて
いる。しかし、この方式においては遠心力により吸振器
が破損したり、ロボットの負荷荷重に対応しておもり等
を調整しなければならないという問題点がある。

（発明の目的）そこで、本発明は、最も大きな振動がロボットに生じ
る時のポイントを、ロボットによる作業のうち溶接作業
等のように正確な作業軌跡を要する作業の領域外にシフ
トできる産業ロボットの関節装置を提供することを目的
とする。

（発明の構成）特許請求の範囲第１項記載の発明は、ロボットの第１
部材と、第１部材に回動自在に支持されたロボットの第
２部材と、第１部材に一体的に取り付けられた電動モー
タの回転を減速して第２部材に伝達する減速装置と、を
備えた産業ロボットの関節装置において、前記減速装置
が、前記電動モータの回転数を減速する前段回転伝導手
段および前段回転伝導手段の出力の回転数を減速する後
段回転伝導手段を有し、前記電動モータが、該電動モー
タ、前記減速装置および前記第２部材を含んで構成され
る駆動系の固有振動数に対応する回転数を通常制御域内
に有し、前記後段回転伝導手段が、前記前段回転伝導手
段の出力が入力されるカム軸、カム軸の回転により駆動
される外歯歯車、および外歯歯車に噛み合う内歯歯車を
有し、前記カム軸の一回転当りに一定回数の実質トルク
変動を生じ前記駆動系を実質的に加振する特性を有する
遊星歯車装置によって構成され、前記前段回転伝導手段
が、前記遊星歯車装置とは型式の異なる所定減速比の歯
車装置によって構成され、該歯車装置の減速比が、該減
速比に前記電動モータの通常制御域における毎秒当たり
の最高回転数と前記カム軸の一回転当りにおける前記遊
星歯車装置の実質トルク変動回数とを乗じた値が前記駆
動系の固有振動数以下となるように、設定されているこ
とを特徴としている。

特許請求の範囲第２項記載の発明は、第１項記載の構
成に加え、前記カム軸の一回転当りにおける遊星歯車装
置の実質トルク変動回数が１であることを特徴としてい
る。

特許請求の範囲第３項記載の発明は、第１項記載の構
成に加え、前記カム軸の一回転当りにおける遊星歯車装
置の実質トルク変動回数が複数であることを特徴として
いる。

特許請求の範囲第４項記載の発明は、第１項記載の構
成に加え、前記前段回転伝導手段が、前記伝導モータの
出力軸に連結された太陽歯車、該太陽歯車に噛み合う遊
星歯車、該遊星歯車に噛み合う環状内歯歯車、および遊
星歯車の公転を前記カム軸に伝達する伝達部材を有する
平行軸型歯車装置であることを特徴としている。

（実施例）発明者らは、ロボットアームの関節装置に用いる減速
機のばね定数、固有ねじり振動数、トルク変動等と共振
現象との関係につき種々研究を行った。

先ず、回転ばね定数の高い減速機をロボットアームの
関節装置に用いることによりロボットの駆動系の固有ね
じり振動数f₀を格段に高めることが可能か否かについて
試算した。しかし、減速機の中立位置付近の回転ばね定
数は大きなものでもロボットアーム自体の回転ばね定数
の1/10〜1/5であるため、駆動系全体のばね定数を大し
て大きくできず、その結果、駆動系の固有ねじり振動数
を大して大きくできない。したがって、既存の減速機に
よっては、固有ねじり振動数f₀を格段に高めることは不
可能であるとの結論に達した。

そこで、発明者等は、振動発生の原因である減速機の
トルク変動を無くすことを試みた。具体的には偏心揺動
型の遊星歯車減速装置機を用い、トルク変動を阻止ない
し減ずるよう、この減速装置の内歯車と外歯歯車の歯に
高精度の仕上げ加工を施し、かつ、トルク変動が生じて
もこれを吸収するよう、偏心入力軸の軸受部やトルク取
出ピンの軸支部等に環状溝を設け、該溝にゴムリングを
装着した。

しかしながら、このような対策を施しても実用域での
共振を防ぐことはできず、しかも、共振が生じる時の電
動モータ回転数は、そのような対策を施さない場合とほ
とんど同じであることがわかった。

このような実験結果から、一定の機構の減速機であれ
ば、ほぼ一定のトルク変動特性、すなわちロボットの駆
動系に対する加振周波数特性を有するとの推論が導かれ
た。また、斯かる推論から、ロボット駆動系に組み込む
減速装置の機構を変更すれば、トルク変動特性が変わ
り、ロボットに共振が生じる時の電動モータ回転数を精
密作業領域の外に置くことができるとの仮説の下に種々
の実験を行った。

これらの実験の内容および結果については後述する
が、これらの実験結果から仮説は実証された。

以下、本発明に係る産業ロボットの関節装置を図面に
基づいて説明する。第１図ないし第３図は本発明の第１
実施例を示す図である。

まず、構成について説明する。第１図は本発明に係る
産業ロボットの関節装置を用いたロボットの関節部の全
体概略図である。１は電動モータであり、電動モータ１
のフランジ２は減速装置３の筒体４に固定されている。
筒体４は第１部材としての第１アーム５の先端部5aに固
定されている。電動モータ１の出力の回転軸７は減速装
置３の入力回転軸８に連結され、減速装置３の出力は軸
10に伝達され、軸10は円筒体11を貫通して第２部材とし
ての第２アーム12に固定されている。第２アーム12の端
部の筒状体13と第１アーム５の先端部5aの下面から下方
に突出する円筒型の突出体15との間には一対のベアリン
グ16が介装され、第２アーム12は第１アーム５に回動自
在に支持されている。突出体15の内周面と円筒体11の中
央部の外周面との間には一対のベアリング17が介装され
ている。円筒体11の上部および下部の内面と軸10との間
にはそれぞれ一対のベアリング18が介装されている。し
たがって、減速装置３は電動モータ１の回転数を減速し
てロボットの被駆動部すなわち第２アーム12を回動させ
る。また、電動モータ１、減速装置３、第２アーム12お
よび第２アームに接続された負荷は駆動系を構成する。

減速装置３は第２図および第３図に示すように、電動
モータ１の回転数を減速する前段回転伝導手段としての
前段減速機20と、前段減速機20に連結され、回転数をさ
らに減速する後段回転伝導手段としての後段減速機21
と、から構成されている。前段減速機20は平行軸型歯車
装置である。後段減速機21は固定している内歯歯車28と
内歯歯車28に噛み合う外歯歯車29と、外歯歯車29に係合
して外歯歯車29を揺動回転させるカム軸としての入力ク
ランク軸30と、を有する偏心揺動型の遊星歯車装置によ
って構成されている。また、内歯歯車28はピン歯31を用
いたピン歯車で構成され、かつ外歯歯車29の歯数より１
つだけ多い歯数を有している。また、前段減速機20は平
歯歯車により構成されている。

前段減速機20を減速比i₁と後段減速機21の減速比i₂と
は、電動モータ１の通常制御回転数（ロボットの通常作
業時、例えば溶接ロボットに主作業たる溶接作業を行わ
しめる時、のモータ回転数）の範囲内でロボットすなわ
ち、第１アーム５および第２アーム12と、後段減速機21
との共振が起きないように選択している。すなわち、電
動モータ１の通常制御回転数領域あるいはロボットによ
る正確な作業軌跡を要する領域（溶接作業等を行う作業
領域）では、前段減速機20の毎秒当たり最高回転数、す
なわち、電動モータ１の毎秒当たり最高回転数に前段減
速機20の減速比を乗じた値（その値に更に後述するクラ
ンク軸30の一回転当たりのトルク変動回数である１を乗
じた値に相当する）が、電動モータ１、減速装置３、第
２アーム12および第２アーム12に接続された負荷から構
成される駆動系のねじり発振周波数（固有ねじり振動数
f₀）以下になるよう、前段減速機20の減速比i₁を選択す
る。この実施例においては、電動モータ１の通常制御回
転数が０〜1000rpm、前段減速機20の減速比i₁が1/3およ
び後段減速機21の減速比i₂は1/40であり、減速装置３の
全体の減速比ｉは1/120になるよう選択されている。前
記駆動系の固有ねじり振動数f₀は、共振ピーク点におけ
る電動モータ１の回転数、前段減速機20の減速比i₁およ
び減速装置３に関して後述するトルク変動特性から逆算
でき、この実施例においては約8.4Hzである。

前段減速機20の減速比i₁が1/5未満（分母が大きくな
ることを意味する。以下同じ）または後段減速機21の減
速比成i₂が1/25を越える（分母が小さくなることを意味
する。以下同じ）と、前段減速機20に構造の簡単な平行
軸歯車装置を採用して1/120の総減速比ｉを得ることは
困難となるので、設計的に不利となる。また、後段減速
機21の減速比i₂が1/60未満または前段減速機20の減速比
i₁が1/2を越えて1/120の総減速比ｉを得る場合は、電動
モータ１の通常制御域において、前段減速機20の毎秒当
たり最高回転数が前記駆動系の固有ねじり振動数ｆ。
（8.4Hz）に近づきあるいはそれ以上となるので、共振
を防止できる範囲が狭くなる。

次に、作用について説明する。

電動モータ１を０〜1000rpmの通常回転数で回転させ
ると、減速比i₁が1/3の前段減速機20の出力回転数は０
〜333rpmとなり、減速比i₂が1/40の後段減速機21の出力
回転数は０〜8.3rpmとなり、この範囲では大きな振動は
生じない。電動モータ１の出力回転数が1500rpm近辺
（このときの前段減速機20の出力回転数は1500rpm×1/3
＝500rpm近辺、遊星歯車減速機21の出力回転数は1500rp
m×1/3×1/40＝12.5rpm近辺）で最大共振現象が生じ、
この時の振動が最も大きい。このような共振現象が電動
モータ１の通常制御回転数領域外で生じる理由は明らか
ではないが、実験結果から推定すると、そのような共振
現象の主因となるトルク変動が前段減速機20ではなく後
段減速機21に生じ、そのトルク変動が実施例のような偏
心揺動型の遊星歯車装置では入力軸（クランク軸30）１
回転当たりに１回（一定回数）を生じ、前記駆動系に対
する加振作用をなすためと考えられる。

調和歯車装置（撓み噛合い式遊星歯車装置）の場合
は、実験結果から推定すると、入力軸（ウェーブジェネ
レータ）の１回転当たりに２回（一定回数）のトルク変
動が生じる。したがって、これに減速比1/3の前段減速
機を取り付けると、電動モータの回転数が750rpm付近で
750×1/3×２＝500の毎分当りトルク変動が生じ、駆動
系の固有振動数f₀が上記実施例と同様8.4Hz（500振動／
毎分）であるならば電動モータの回転数が実用域内であ
る750rpm付近で共振が生じるもの考えられる。この場
合、毎分当たり加振数がおおよそ500のときに共振が生
じるのであるから、調和歯車減速機に減速比i₁＝1/6程
度の前段減速機を設けることにより共振時の電動モータ
の回転数を実用域外である1500rpmを中心とする付近に
まで上げることができる。

なお、電動モータ１および前段減速機20の振動が駆動
系の発振に影響をおよぼさないのは、これらの振動は小
さいこと、後段減速機21を介することにより吸収される
こと等によるものと考えられる。

（実験例）前述の実施例の減速装置のほかに次表の比較例１〜３
に示す減速装置について実施した振動測定試験について
説明する。前述の実施例および比較例１、２の偏心揺動
型の遊星歯車装置は、クランク軸および外歯歯車の揺動
によるアンバランスを防いで振動の振幅を小さくするた
め、後述する第２〜第３実施例同様に外歯歯車を２枚と
しこれらを180度の位相差をもって組み付けたもので、
かつ、内歯歯車が外歯歯車の歯数より１つ多い歯数を有
するものを用いた。また、調和歯車装置は内歯歯車が外
歯歯車の歯数より２つ多い歯数を有するものを用いた。
それぞれの減速装置の減速段数、減速比i₁、i₂、回転ば
ね定数K₁（第９図参照）および慣性モーメントＪは次表
に示してある。

実験は第５図に示す全体構成図によって実施した。す
なわち、電動サーボモータ51の出力軸51aに減速装置52
を取付け、減速装置52の主力軸52aにロボットの被駆動
部（第２アーム）の慣性モーメントＪに相当する慣性負
荷としてフライホイール53が取付けられた。フライホイ
ール側面53aの半径上の位置に、円周方向の加速度およ
び振幅を測定できる圧電素子を利用した加速度ピックア
ップ54を取り付けた。この加速度ピツクアップ54の出力
はイジケータ56に連結されている。モータ51、減速装置
52およびフライホイール53から成る駆動系の固有振動数
f₀は約8.4Hzになるよう調整してある。電動モータの回
転数を変化させて、その時のフライホイールの加速度の
大きさを測定した。測定結果は第４図に示す。横軸は電
動サーボモータ51の回転数であり、縦軸は加速度ピック
アップ54で検出された円周方向の加速度（単位:G）を示
す。

比較例１、比較例２および比較例３においては、共振
のピークはそれぞれ、電動モータ51の回転数が、略750r
pm、略500rpmおよび250rpmのときであり、電動モータ51
の通常制御回転数０〜1000rpmの範囲で最も大きな振動
が生じている。しかしながら、本発明に係る減速装置を
用いた実施例の場合には、電動モータの通常制御領域外
である1500rpmを中心とする近傍で共振ピークが生じ、
この時の振動が最も大きい。

また、実施例、比較例１、および比較例２の対比か
ら、共振時における電動モータ51の回転数は前段減速機
の減速比i₁に反比例していることが認められる。

次に本発明の第２実施例として、前述した第１実施例
の減速装置３を改良した場合について第６図、第７図に
基づいて説明する。なお、第１実施例と同一構成につい
ては、第１実施例と同一の符号を用いて説明する。

第６図、第７図において、40は第１図に示した電動モ
ータ１によって駆動される減速装置であり、減速装置40
は電動モータ１の回転軸７に連結された平行軸型の前段
減速機20と、この前段減速機20に連結された後段の遊星
歯車装置21と、から構成されている。

電動モータ１の回転軸７の先端部7aはテーパ軸であ
り、先端にねじ7bを有する。ねじ部7bにはモータ出力軸
の一部を構成する連絡軸7cが螺合されている。８は入力
回転軸であり、入力回転軸８は先端部8aに前段減速機20
のピニオン22を設けると共に、基部にモータ回転軸７を
貫通させる孔8bを有し、且つ孔8bに回転軸７のテーパ部
と係合するテーパ孔部を有している。入力回転軸８は電
動モータ１の回転軸７の先端部7aにナット23によりねじ
止めされる。回転軸７の先端部7aは入力回転軸８に半月
キー24により固定されている。このような構成により入
力回転軸８の先端部8aの軸径はモータ回転軸７の軸径よ
り小さくすることができ、したがって、ピニオン22の歯
数はモータ回転軸７に歯車を直接装着させる場合に比
べ、少なくすることができ、容量の割に回転軸径の大き
い市販電動モータ１を用いる場合であっても、所要の前
段減速比を得ることができる。ピニオン22に噛み合う３
個の平歯車25は、後述する３本の入力クランク軸30にそ
れぞれ結合している。

遊星歯車装置21は筒体４に固定して設けられた内歯歯
車28と、内歯歯車28に噛み合う一対の外歯歯車29と、外
歯歯車29に嵌合して外歯歯車29を揺動回転させるカム軸
としての３本の入力クランク軸30と、から構成されてい
る。また、内歯歯車28はピン歯31を用いたピン歯車で構
成され、かつ外歯歯車29の歯数より１つだけ多い歯数を
有している。33は円板部であり、円板部33は遊星歯車装
置21の前端部を構成し、かつ、入力クランク軸30を円周
上に等配してベアリング34を介して軸支している。35は
ブロック体であり、ブロック体35はその中心部に軸方向
の円筒状孔36を有し、入力回転軸８が遊嵌されている。
同様に外歯歯車29おぼい円板部33の中心部にも孔が設け
られている。ブロック体35はその後端部35aの凹み36を
有し、軸10のフランジ部39に対向している。凹み36とフ
ランジ部39とによって形成された空洞内には、前段減速
機20が収納されている。ブロック体35には入力クランク
軸30を円周上に等配しベアリング41を介して軸支してい
る。入力クランク軸30の延在部30aは凹み36内に突出
し、平歯車25に固定されている。

入力クランク軸30は円板部33とブロック体35の円周上
に軸支され、入力クランク軸30の中央には180゜の位相
差をもつ一対のクランク部42を有し、各クランク部42は
ベアリング43を介して外歯歯車29を偏心揺動させるよう
にしている。ここで、前述した円板部33と、ブロック体
35とは支持体44を構成する。円板部33、ブロック体35お
よびフランジ部39は複数のボルト46および固定ナット47
により互いに固定されている。

電動モータ１の回転は回転軸７および入力回転軸８を
介して前段減速機20をピニオン22に伝達され、前段減速
機20で減速される。前段減速機20の出力は平歯車25によ
り後段減速機21のクランク軸30に入力される。次いで、
クランク軸30の回転により偏心揺動させられる外歯歯車
29と、この外歯歯車29と噛み合う内歯歯車28とによりさ
らに減速され、外歯歯車29のゆっくりした自転運動はキ
ャリアとして作用する支持体44から軸10に伝達されアー
ム12が回動される。

本実施例においては、電動アーム１の通常制御回転数
０〜1000rpm、前段減速機20の減速比i₁は1/3、遊星歯車
装置21の減速比i₂は1/40、減速装置３の総減速比ｉは1/
120、電動モータ１、減速装置３および第２アーム12を
含んで構成される駆動系の固有ねじり振動数f₀は約8.4H
zである。したがって、電動モータ１は産業ロボットの
駆動径の固有ねじり振動数に対応する回転数（8.4Hzに
相当する500rpm）を通常制御域（０〜1000rpm）内に有
している。また、前段減速機20は電動モータ１の通常制
御域における毎秒最高回転数（1000rpmに相当する毎秒1
6.7回転）を、駆動系の固有ねじり振動数f₀以下に成る
よう（毎秒5.6回転）に減速する減速比i₁（1/3）を有し
ている。

減速装置40の回転ばね定数K₁は約37.5kg・m/分であ
る。この実施例の場合の作用および振動特性は、前述の
第１実施例と同様になる。

次に、本発明の第３実施例を図面に基づいて説明す
る。

第８図において、60は減速装置である。減速装置60は
電動モータ１、前段減速機20および遊星歯車装置21が軸
方向に順次配設され、電動モータ１の回転軸７には入力
軸８が取着されている。入力回転軸８のモータ１側端に
は前段減速機20の入力歯車22が一体に設けられ、その中
間には大歯車61aと小歯車61bを有する第１のアイドルギ
ヤ61が回転自在に支持されている。遊星歯車装置21のク
ランク軸30の一端はモータ１側に突出した延在部30aを
有する。延在部30aのモータ１側端には第２のアイドル
ギヤ62が回転自在に支持され、その中間には前段減速機
20の出力歯車25が固着されている。第２のアイドルギヤ
62は入力歯車22と噛み合いこれより歯数の多い大歯部62
aおよび第１アイドルギヤ61の大歯部61aと噛み合いこれ
により歯数の少ない小歯部62bを有する。出力歯車25は
第１アイドルギヤ61の小歯部61bと噛み合いこれより多
い歯数を有する。入力回転軸８、入力歯車22、出力歯車
25、延在部30a、および第１、第２のアイドルギヤ61、6
2は前段減速機20としての平行軸減速機を構成する。ア
イドルギヤ61、62を入れることにより、容量の割に回転
軸径の大きい市販電動モータ１を用いる場合であって
も、所定の減速比i₁を得ることができる。他の構成およ
び作用は前述した第１および第２の実施例と同じである
ので、該実施例の説明に用いた符号を第８図に付け、そ
の説明を省略する。

次に、第９図に示す産業ロボット65に用いた本発明に
係る産業ロボットに関節装置の実施例を図面を用いて説
明する。

第９図において、産業ロボット65は第１関節66と、第
１関節66に連結する第２関節67と、第２関節67に連結す
る第１アーム83および第２アーム68とから構成されてい
る。第１関節66は支柱71の上側の旋回盤73を矢印Ｐ方向
に回動し、第２関節67は旋回盤73に固定されたブラケッ
ト81の上側の第１アーム83を矢印Ｑ方向に回動し、第２
アーム68の先端部68aの３次元移動を可能にする。

第10図は本発明の第４実施例を示す図であり、前述の
第３実施例と同一構成については、同一符号を用いて説
明する。

第10図において、70は減速装置であり、減速装置70
は、第９図に示す産業ロボットの第１関節66において、
第１部材としての筒状の支柱71の内側に内装されてい
る。減速装置70は電動モータ１に連結された平行軸型の
前段減速機20と、この前段減速機20に連結された後段の
遊星歯車装置21とから構成されている。

電動モータ１のフランジ２は、筒体４を介して支柱71
にボルト4bを用いて固定されている。電動モータ１の上
側のほぼ垂直な回転軸７は前段減速機20のピニオン22に
固定され、ピニオン22に噛み合う３個の平歯車25は、後
述する３本の入力クランク軸30の延在部30aにそれぞれ
固定されている。遊星歯車装置21は前段減速機20の上側
に配置され、筒体４に固定して設けられた内歯歯車28
と、内歯歯車28に噛み合う一対の外歯歯車29a、29b（以
下、添字をつけない29で代表する）と、外歯歯車29に嵌
合して外歯歯車29を揺動回転させるカム軸として３本の
入力クランク軸30と、から構成されている。入力クラン
ク軸30は遊星歯車装置21の下端部を構成する円板部33に
ベアリング34を介して軸支され、遊星歯車装置21の上端
部および外歯歯車29の円周上に等配して設けられた貫通
孔を挿通したブロック体35にベアリング41を介して軸支
されている。ブロック体35と円板部33とは円周上に等配
された３つのボルト46により一体的となり、支持体（キ
ャリア）44を構成し、支柱71の上側に設けられた第２部
材としての円筒状体の旋回盤73の底部73aに固定されて
いる。底部73aと支柱71の上部71aとの間にはベアリング
74が設けられ、支持体（キャリア）44の自転に伴い、旋
回盤73は回転する。前述以外の構成、作用および振動特
性は第３実施例と同じであり省略する。

第11図は本発明の第５実施例を示す図であり、前述の
第３実施例と同一構成については、同一符号を用いて説
明する。

第11図において、80は減速装置であり、減速装置80は
は第９図に示す産業ロボットの第２関節67に用いたもの
である。第１部材としての箱型のブラット81は前述の第
１関節66の旋回盤73の上側に一体的に固定されている。
減速装置80は電動モータ１に連結された平行軸型の前段
減速機20とこの前段減速機20に連結された後段の遊星歯
車装置21とから構成されている。電動モータ１のフラン
ジ２はブラケット81にボルト4bを用いて固定され、電動
モータ１の回転軸７は前段減速機20のピニオン22に固定
され、ピニオン22に噛合う３個の平歯車25は後述する３
本の入力クランク軸30の延在部30aにそれぞれ固定され
ている。遊星歯車装置21の入力クランク軸30の前端部は
ベアリング41を介してブロック体35に軸支され、その後
端部はベアリング34を介して円板部33に軸支されてい
る。ブロック体35と円板部33はボルト46で一体的に固定
されて支持体44を構成し、さらにボルト82によりブラケ
ット81に固定されている。遊星歯車減速機21の内歯歯車
28は支持体44の外周部にベアリング84を介して回動自在
に支持されている。内歯歯車28は、第２部材としての第
１アーム83の端部83aに一体的に固定されている。

電動モータ１の回転は回転軸７を介して前段減速機20
のピニオン22に伝達され、前段減速機20で減速される。
前段減速機20の出力は平歯車25により遊星歯車装置21の
入力クランク軸30に入力される。次いで、入力クランク
軸30の回転により偏心揺動させられる一対の外歯歯車29
a、29b（以下、29で代表する。）と、この外歯歯車29と
噛み合う内歯歯車28とによりさらに減速され、内歯歯車
28のゆっくりした自転は第２アーム83を回動させる。前
述以外の構成、作用および振動特性は第３実施例と同じ
であり、同じ符号をつけて説明を省略する。

第12図は本発明の第６実施例を示す図であり、これ
は、前述の第５実施例の構成の一部を変更したものであ
り、第５実施例と同一の構成には同一の符号をつけて説
明する。

第12図において、90は減速装置であり、減速装置90
は、第５実施例と同様に、第９図に示す、産業ロボット
の第２関節67に用いたものである。

第６実施例では、減速装置90は電動モータ１に連結さ
れた前段減速機20と前段減速機20に連結された後段の遊
星歯車装置21とから構成されている。電動モータ１の出
力軸の回転軸７は前段減速機20の太陽歯車91に連結さ
れ、太陽歯車91に噛合い円周上に等配された３個の遊星
歯車92は、ブロック体35の前端部から前方に連結された
円筒部35aの内側に設けられた内歯歯車93とも噛合い遊
星運動する。遊星歯車減速機21の偏心入力軸としての入
力クランク軸30は回転軸７の軸線と同一軸線上でブロッ
ク体35の軸芯上に配置され、入力クランク軸30の延在部
30aはベアリング94を介してブロック体35に軸支されて
いる。延在部30aの前端部にはフランジ部95が設けら
れ、フランジ部95の周辺に設けられた孔96に前段減速機
20の遊星歯車92の軸92aが嵌合する。入力クランク軸30
の後端部は、円板部33にベアリング98を介して軸支され
ている。ブロック体35および円板部33はボルト82により
ブラケット81に一体的に固定されている。

電動モータ１の回転は回転軸７を介して太陽歯車91に
伝達され、太陽歯車91の自転運動に伴い、遊星歯車92
は、太陽歯車91と内歯歯車93との間を減速されて遊星運
動する。遊星歯車92の遊星運動の中公転運動はフランジ
部95を介して入力クランク軸30に伝達される。

前述以外の構成、作用および振動特性は第５実施例と
同じであり、同じ符号をつけて説明を省略する。

なお、後段回転伝導手段に偏心揺動型遊星歯車装置を
用いた場合においては、前段減速機の減速比は電動モー
タの毎秒当たり最高回転数を駆動系の固有振動数より若
干小さな値に減じる減速比であることが好ましい。例え
ば駆動系の固有ねじり振動数f₀が５〜9Hzの場合であっ
て、電動モータの最高回転数が1000rpm、総減速比ｉが1
/60〜1/320のときは前段の最小減速比i₁を約1/1.9〜約1
/6、後段の減速比i₂を1/25〜1/60とするのが好ましい。
また駆動系の固有ねじり振動数f₀が５〜9Hzの場合であ
って、電動モータの回転数が最高2000rpm、総減速比ｉ
が1/110〜１〜320のときは、前段の最小減速比i₁を約1/
3.7〜約1/6.7、後段減速比i₂を約1/25〜約1/60とするの
が好ましい。同様（f₀＝５〜9Hz）の場合であって電動
モータ回転数が最高4000rpm、総減速比ｉが1/210〜1/64
0のときは、前段が最小減速比i₁を約1/7.4〜約1/13.3、
後段減速比i₂を約1/30約1/60とするのが好ましい。ま
た、駆動系の固有ねじり振動数f₀が10〜15Hzの場合であ
って、電動モータの最高回転数が1000rpm、総減速比ｉ
が1/80〜1/300のときは前段の最小減速比i₁を1/1.5〜1/
4、後段の減速比i₂を1/25〜1/60とするのが好ましい。
同様（f₀＝10〜15Hz）の場合であって、電動モータの最
高回転数が4000rpm、総減速比が1/125〜1/600のとき
は、前段の減速比i₁を約1/4.5〜約1/10、後段の減速比i
₂を約1/30〜約1/100とするのが好ましい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、内歯歯車、内
歯歯車に噛み合う外歯歯車および該外歯歯車に係合して
これを駆動するカム軸を有する遊星歯車装置（後段回転
伝導手段）にこれとは異なる型式の前段回転伝導手段を
電動モータの通常制御域における毎秒当たりの最高回転
数と、前段回転伝導手段を構成する歯車装置の減速比
と、カム軸の一回転当りにおける遊星歯車装置の実質ト
ルク変動回数（遊星歯車装置の実質加振数に相当する）
とを乗じた値が、前記駆動系の固有振動数以下となるよ
うにしているので、最大共振現象を生じるポイント、若
しくは最も大きな振動の生じるポイントが電動モータの
通常制御回転数領域の外にシフトする。従って、ロボッ
トによる作業のうち溶接作業等のように電動モータの通
常制御回転数領域で行われる作業を正確な作業軌跡によ
り行うことができ、ロボットの作業効率が向上する。

また、駆動系の固有振動数、遊星歯車装置（後段回転
伝導手段）の実質加振数、および前段回転電動手段の減
速比から最大振動を生じる時の電動モータ回転数を予め
計算できるので、ロボットの動作プログラム等の設計が
容易となる。また、その逆に、最大振動のシフト点が決
まれば、前段回転伝導手段等に必要な減速比を簡単に求
めることができ、ロボットの関節装置を合理的に設計す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係る産業ロボットの関節装
置の第１実施例を説明する図であり、第１図はその全体
概略説明図、第２図はその減速装置の一部断面図、第３
図は第２図のIII−III矢視断面図、第４図は本発明に係
る産業ロボットの関節装置の実施例および比較例の性能
を説明する図、第５図は第４図に係る実施例の全体構成
図、第６図は本発明の第２実施例を示すその要部断面
図、第７図は第６図VII−VII矢視断面図、第８図は本発
明の第３実施例を示すその要部断面図である。第９図は
本発明に係る産業ロボットの関節装置を用いた産業ロボ
ットの全体概念図、第10図は第９図の第１関節に用いた
本発明の第４実施例の要部断面図、第11図は第９図の第
２関節に用いた本発明の第５実施例の要部断面図、第12
図は第９図の第２関節に用いた本発明の第６実施例の要
部断面図である。１……電動モータ、３、40、60、70、80、90……減速装置、５、71、81……第１アーム（第１部材）、 12、73、83……第２アーム（第２部材）、 20……前段減速機（前段回転伝導手段）、 21……後段減速機（後段回転伝導手段）、 28……内歯歯車、 29……外歯歯車、 30……入力クランク軸（カム軸）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−39341（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−121490（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−211881（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−16953（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの第１部材と、第１部材に回動自
在に支持されたロボットの第２部材と、第１部材に一体
的に取り付けられた電動モータの回転を減速して第２部
材に伝達する減速装置と、を備えた産業ロボットの関節
装置において、前記減速装置が、前記電動モータの回転を減速する前段
回転伝導手段および前段回転伝導手段の出力回転を減速
する後段回転伝導手段を有し、前記電動モータが、該電動モータ、前記減速装置および
前記第２部材を含んで構成される駆動系の固有振動数に
対応する回転数を通常制御域内に有し、前記後段回転伝導手段が、前記前段回転伝導手段の出力
が入力されるカム軸、カム軸の回転により駆動される外
歯歯車、および外歯歯車に噛み合う内歯歯車を有し、前
記カム軸の一回転当りに一定回数の実質トルク変動を生
じ前記駆動系を実質的に加振する特性を有する遊星歯車
装置によって構成され、前記前段回転伝導手段が、前記遊星歯車装置とは型式の
異なる所定減速比の歯車装置によって構成され、該歯車装置の減速比が、該減速比に前記電動モータの通
常制御域における毎秒当たりの最高回転数と前記カム軸
の一回転当りにおける前記遊星歯車装置の実質トルク変
動回数とを乗じた値が前記駆動系の固有振動数以下とな
るように、設定されていることを特徴とする産業ロボッ
トの関節装置。
【請求項２】前記カム軸の一回転当りにおける前記遊星
歯車装置の実質トルク変動回数が１であることを特徴と
する特許請求範囲第１項記載の産業ロボットの関節装
置。
【請求項３】前記カム軸の一回転当りにおける前記遊星
歯車装置の実質トルク変動回数が複数であることを特徴
とする特許請求範囲第１項記載の産業ロボットの関節装
置。
【請求項４】前記前段回転伝導手段が、前記電動モータ
の出力軸に連結された太陽歯車、該太陽歯車に噛み合う
遊星歯車、該遊星歯車に噛み合う環状内歯歯車、および
前記遊星歯車の交点を前記カム軸に伝達する伝達部材を
有する平行軸型歯車装置であることを特徴とする特許請
求範囲第１項記載の産業ロボットの関節装置。