DE102018205154A1

DE102018205154A1 - Drehzahlreduzierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018205154A1
Application number: DE102018205154.2A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hayashibara; Kazuyoshi MAKISUMI; Fumihiro Kawasaki; Hideshi Shimada; John VERZEMNIEKS
Original assignee: Chiba Institute of Technology; Nabtesco Corp
Current assignee: Chiba Institute of Technology; Nabtesco Corp
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: DE102018205154B4; US10724604B2; CN108691989A; US20180291995A1; CN108691989B; JP6989817B2; JP2018179043A

Abstract

Es ist eine Aufgabe, einen Drehzahlreduzierer bereitzustellen, der mit einem Puffermechanismus zum Reduzieren einer äußeren Kraft bereitgestellt wird und ein Belastungsdrehmoment während eines Betriebs zuverlässig messen kann. Eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung weist einen Drehzahlreduzierungsmechanismus zum Reduzieren einer Rotationsgeschwindigkeit einer Ausgangsgröße mit Bezug auf eine Eingangsgröße zwischen einer Eingangsrotationswelle und einer Ausgangsrotationswelle, ein Gehäuse, das den Drehzahlreduzierungsmechanismus aufnimmt, und eine Puffereinheit auf, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist und eine Dämpfungskraft hat, die hauptsächlich in einer im Wesentlichen rotierenden tangentialen Richtung wirkt. Eine durch die Puffereinheit erzeugte Verschiebungsgröße des Gehäuses wird durch eine Messvorrichtung gemessen.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf dem und beansprucht den Nutzen der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017 - 075 333 (eingereicht am 5. April 2017), deren gesamten Inhalte hier durch Bezug berücksichtigt sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung, die eine Funktion zum Absorbieren einer Einwirkung hat und ein Belastungsdrehmoment zuverlässig messen kann.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren wurden Industrieroboter zur Anwendung in einer kooperativen Arbeit mit Menschen untersucht, wobei eine Anzahl von Industrierobotern, die zu einer derartigen kooperativen Arbeit fähig sind, von verschiedenen Herstellern entwickelt und vermarktet wurden. Eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung ist als ein wichtiges technisches Bauteil zum Erreichen eines Betriebs eines derartigen Industrieroboters bekannt. Die Drehzahlreduzierungsvorrichtung wird mit einem Servomotor kombiniert, um so ein Gelenk des Industrieroboters zu bilden. Eine Bedingung, die für die in dem Industrieroboter verwendete Drehzahlreduzierungsvorrichtung erforderlich ist, ist ein reduziertes Spiel.
Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren humanoide Roboter aktiv untersucht, wobei erwartet wurde, dass sie eine hervorragende Leistung auf verschiedenen Gebieten liefern. Eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung ist als ein wichtiges technisches Bauteil zum Erreichen eines Betriebs eines derartigen humanoiden Roboters bekannt. Die Drehzahlreduzierungsvorrichtung wird mit einem Servomotor kombiniert, um so ein Gelenk des Industrieroboters zu bilden. Eine Bedingung, die für die in dem humanoiden Roboter verwendete Drehzahlreduzierungsvorrichtung erforderlich ist, ist ein reduziertes Spiel.
Beispiele einer Drehzahlreduzierungsvorrichtung, die ein reduziertes Spiel haben, weisen einen Planetengetriebe-Drehzahlreduzierer, einen exzentrisch oszillierenden Drehzahlreduzierer und einen Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer auf. Insbesondere der Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer hat nicht nur ein reduziertes Spiel, sondern ein hohes Drehzahlreduzierungsverhältnis, ist leicht und kompakt und wurde damit in einer umfassenden Nutzung in Gelenken von kompakten Industrierobotern und humanoiden Robotern gesehen ( japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2014 - 849 89 ).
Der Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer ist jedoch in der folgenden Hinsicht nachteilig. Das heißt, der Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer hat eine einzigartige Konfiguration, in der eine flexible Keilwelle durch einen Wellengenerator in eine elliptische Form gebogen wird, wobei Zähne davon an ihrem langen Achsenteil mit inneren Zähnen eines Außenrings in Eingriff kommen und damit der Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer eine Eigenschaft hat, die leicht zu einem Phänomen führt, in dem, wenn sie einer äußeren Einwirkung ausgesetzt sind, die Zähne der flexiblen Keilwelle und die inneren Zähne des Außenrings voneinander gelöst werden (Verlust der Synchronität).
Bei einem humanoiden Roboter, der auf zwei Beinen gehen soll, wird außerdem zusätzlich zu einer Einwirkung, die mit Kippen oder dergleichen einherging, eine übermäßige Last auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung, die zu einem Zeitpunkt der Durchführung eines beabsichtigten Betriebs unerwartet erzeugt wird, ebenfalls als eine Einwirkung auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung ausgeübt. Wenn der Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer mit einer flexiblen Konfiguration einer derartigen äußeren Kraft unterzogen wird, wird leicht ein Verlust der Synchronität verursacht, wobei daher auch eine Beschädigung der Zahnräder darin auftritt, was zu einem Fehler bei der Ausführung des beabsichtigten Betriebs führt.
Bei der Drehzahlreduzierungsvorrichtung, die verwendet wird, um ein Gelenk eines derartigen humanoiden Roboters zu bilden, ist es extrem wichtig, das Auftreten eines Verlustes der Synchronität und einer Beschädigung der Zahnräder vom Gesichtspunkt der Stabilisierung eines Betriebs des humanoiden Roboters und schließlich der Verbesserung der Kommerzialisierung des humanoiden Roboters zu verhindern.
Aus diesem Grund wurde geplant, eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung mit einer Einwirkungseinheit bereitzustellen, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist.
Andererseits ist es außerdem gewünscht, dass ein Belastungsdrehmoment im Betrieb zum Zweck einer sicheren und stabilen Anwendung der Drehzahlreduzierungsvorrichtung gemessen wird.
ABRISS
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorangegangenen angefertigt, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung bereitzustellen, die ein Belastungsdrehmoment zuverlässig messen kann.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, werden Erfindungen bereitgestellt, die folgendes aufweisen. Das heißt, es wird eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Drehzahlreduzierungsteil zum Reduzieren einer Rotationsgeschwindigkeit einer Ausgangsgröße mit Bezug auf eine Eingangsgröße zwischen einer Eingangsrotationswelle und einer Ausgangsrotationswelle, ein Gehäuse, das das Drehzahlreduzierungsteil aufnimmt, eine Puffereinheit, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist und eine Dämpfungskraft hat, die hauptsächlich in einer im Wesentlichen rotierenden tangentialen Richtung zwischen dem Gehäuse und dem Drehzahlreduzierungsteil wirkt, und eine Messeinheit zum Messen einer Verschiebungsgröße aufweist, die in dem Gehäuse durch die Puffereinheit erzeugt wird.
VORTEILE
Die vorliegende Erfindung kann eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung bereitstellen, die ein Belastungsdrehmoment zuverlässig messen kann.
Figurenliste

1a ist eine Konzeptansicht, die ein Beispiel einer Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
1b ist eine Konzeptansicht, die ein Beispiel der Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
2a ist eine Schnittansicht der Drehzahlreduzierungsvorrichtung gemäß 1a.
2b ist eine vergrößerte Konzeptansicht eines Teils der Drehzahlreduzierungsvorrichtung gemäß 1a.
3 ist eine Konzeptansicht zum Erläutern der Form eines elastischen Elements.
4 ist eine Konzeptansicht, die ein Beispiel einer Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 zeigt.
5 ist eine Konzeptansicht, die ein Beispiel eines Industrieroboters zeigt, dessen Gelenk die Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 verwendet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das folgende beschreibt Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung soll in keiner Weise auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein und kann in verschiedenen Formen implementiert werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
<Ausführungsbeispiel 1 ><Überblick> Eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend diesem Ausführungsbeispiel weist ein Drehzahlreduzierungsteil zum Reduzieren einer Rotationsgeschwindigkeit einer Ausgangsgröße mit Bezug auf eine Eingangsgröße zwischen einer Eingangsrotationswelle und einer Ausgangsrotationswelle, ein Gehäuse, das das Drehzahlreduzierungsteil aufnimmt, eine Puffereinheit, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist und eine Dämpfungskraft hat, die hauptsächlich in einer im Wesentlichen rotierenden tangentialen Richtung zwischen dem Gehäuse und dem Drehzahlreduzierungsteil wirkt, und eine Messeinheit zum Messen einer Verschiebungsgröße auf, die in dem Gehäuse durch die Puffereinheit erzeugt wird. Die Puffereinheit absorbiert eine übermäßige Last auf die Rotationswellen des Drehzahlreduzierungsteils, wobei damit die Beschädigung von verschiedenen Bauteilen wie Zahnrädern verhindert wird, die verwendet werden, um das Drehzahlreduzierungsteil zu bilden. Darüber hinaus misst die Messeinheit ein Belastungsdrehmoment, das auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung aufgebracht wird.
<Konfiguration> Die Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend diesem Ausführungsbeispiel besteht aus einem Drehzahlreduzierungsmechanismus (auch als das Drehzahlreduzierungsteil bezeichnet), dem Gehäuse und der Puffereinheit. 1a und 1b sind Konzeptansichten, die ein Beispiel dieser Drehzahlreduzierungsvorrichtung zeigen. 1a ist eine Konzeptansicht, die das Gehäuse in einer derartigen Weise zeigt, dass das Innere davon teilweise zu sehen ist. Darüber hinaus ist 1b eine Konzeptansicht, die einen Querschnitt in einer Richtung „A-A“ in 1a zeigt.
Gemäß den Figuren besteht eine „Drehzahlreduzierungsvorrichtung“ 0100 aus einem „Drehzahlreduzierungsmechanismus“ (auch als „Drehzahlreduzierungsteil“ bezeichnet) 0101 zum Reduzieren einer Ausgangsgröße mit Bezug auf eine Eingangsgröße zwischen einer „Eingangsrotationswelle“ 0102 und einer „Ausgangsrotationswelle“ 0103, einem metallischen „Gehäusekörper“ 0104, der den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 aufnimmt, und einer Puffereinheit, die durch mehrere „elastische Elemente“ 0105 konfiguriert wird, die auf einem äußeren Umriss des Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 angeordnet sind.
Jedes der elastischen Elemente 0105 hat eine Säulenform und ist in so einem Zustand angeordnet, dass es zwischen einer Nut 0108a und einer Nut 0104a eingepasst ist, um so durch jede von ihnen gesichert zu sein. Die Nut 0108a wird an einer äußeren Umfangsfläche eines inneren Zahnrads 0108 bereitgestellt, wobei die Nut 0104a an einer inneren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0104 bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist jedes der elastischen Elemente 0105 so angeordnet, dass eine Längsrichtung davon im Wesentlichen zu einer axialen Richtung der Eingangsrotationswelle 0102 oder der Ausgangsrotationswelle 0103 parallel ist. Weiterhin kann jedes der elastischen Elemente 0105 so angeordnet sein, dass die Längsrichtung davon in einem vorgegebenen Winkel mit Bezug auf die axiale Richtung der Eingangsrotationswelle 0102 oder der Ausgangsrotationswelle 0103 geneigt ist. In diesem Fall kann eine Gesamtfläche zum Anordnen der elastischen Elemente 0104 im Vergleich mit einem Fall der früher beschriebenen Anordnung erhöht werden.
1b zeigt einen exzentrischen oszillierenden Drehzahlreduzierungsmechanismus als den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101. Gemäß der Figur ist die „Eingangsrotationswelle“ 0102 mit einer „Kurbel“ 0106 verbunden, wobei die Kurbel 0106 mit einem „Planetengetriebe“ 0107 verbunden ist. Wenn die Eingangsrotationswelle 0102 rotiert, dreht sich (rotiert) das Planetengetriebe 0107, wobei seine wellenförmigen Zähne mit dem „Innenzahnrad“ 0108 in Kontakt sind, das aus Metall besteht und eine wellenförmige Kontaktfläche hat. Des Weiteren kreist das Planetengetriebe 0107, während es sich auf diese Weise dreht (rotiert), in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Rotationsrichtung. Die Rotation wird durch sechs „innere Stifte“ 0109 ausgeführt. Die sechs inneren Stifte 0109 sind konzentrisch mit einer Mitte der Eingangsrotationswelle 0102 angeordnet, wobei damit die Eingangsrotationswelle 0102 und die Ausgangsrotationswelle 0103 konzentrisch miteinander ausgerichtet werden können. Darüber hinaus besteht, wie später erwähnt wird, der Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 aus diesen verschiedenen Bauteilen, außer für das Innenzahnrad 108. Der so konfigurierte Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 wird durch den „Gehäusekörper“ 0104 aufgenommen.
Der Gehäusekörper 0104 ist an einer Basisseite oder einer Armseite eines Gelenks eines nachfolgend erwähnten Industrieroboters 1 (siehe 5) oder eines nicht dargestellten humanoiden Roboters befestigt und nimmt den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 auf. Die Eingangsrotationswelle 0102 ist eine Rotationswelle, die durch einen Motor oder dergleichen übertragene Kraft aufnimmt, wobei die Ausgangsrotationswelle 0103 eine Rotationswelle ist, die eine Rotationsbewegung ausgibt, die mit Bezug auf eine Rotationsgeschwindigkeit der Eingangsrotationswelle 0102 reduziert ist. Hier hat gemäß 5 der Industrieroboter 1 mehrere Drehzahlreduzierungsvorrichtungen 0100 und einen Arm 2ap, 2bp und 2cp und einen Arm 2ad, 2bd und 2cd als ein Paar, das über die mehreren Drehzahlreduzierungsvorrichtungen 0100 verbunden ist. Darüber hinaus rotieren die mehreren Drehzahlreduzierungsvorrichtungen 0100 relativ zueinander in eine Richtung dax, dbx und dcx oder die andere Richtung day, dby und dcy.
Der Gehäusekörper 0104 ist an einer Basisseite oder einer Armseite eines Gelenks befestigt, wobei damit das Gelenk relativ zu der anderen der Basisseite oder der Armseite beweglich ist. Zum Beispiel ist in einem Fall, in dem die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel in einem Gelenk des Industrieroboters 1 verwendet wird, der Gehäusekörper 0104 an einer Armseite davon an einer oberen Seite befestigt, die eine Eingangsrotationswellenseite ist, wobei damit das Gelenk mit Bezug auf die obere Seite an einer Basisseite davon an einer unteren Seite beweglich gemacht wird, die eine Ausgangsrotationswellenseite ist.
Die Puffereinheit 0105 ist aus einem elastischen Element ausgebildet und so konfiguriert, dass sie eine Dämpfungskraft hat, die hauptsächlich in einer im Wesentlichen rotierenden tangentialen Richtung zwischen dem Gehäusekörper 0104 und dem Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 wirkt. In 1b bilden der Gehäusekörper 0104 und das Innenzahnrad 0108 ein Gehäuse 0104A.
Darüber hinaus ist gemäß 1b in dem Innenzahnrad 0108 und dem Gehäusekörper 0104, die das Gehäuse 0104A bilden, ein Magnet 0111 in einer inneren Umfangsfläche des Innenzahnrads 0108 eingebettet, wobei ein Magnetsensor 0112 in einer äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0104 eingebettet ist.
Des Weiteren sind eine Mitte des Gehäuses 0104A, der Magnet 0111 und der Magnetsensor 0112 in einer geraden Linie aufgereiht (siehe 1b). Darüber hinaus kann während eines Betriebs eine übermäßige Last zwischen der Eingangsrotationswellenseite und der Ausgangsrotationswellenseite der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebracht werden. In einem derartigen Fall wird die aus einem elastischen Element ausgebildete Puffereinheit 0105 verformt, um ein auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebrachtes Belastungsdrehmoment zu absorbieren, wobei damit eine Beschädigung des Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 verhindert werden kann.
Da zu dieser Zeit die Puffereinheit 0105 verformt ist, wird der Magnetsensor 0112 entlang einer Rotationsrichtung mit Bezug auf den Magneten 0111 verschoben. Des Weiteren wird auf der Basis einer Verschiebungsgröße des Magnetsensors 0112 in der Rotationsrichtung ein Ausgangssignal vom Magnetsensor 0112 an ein Steuerteil 0120 gesendet.
Als nächstes kann auf der Basis des Ausgangssignals vom Magnetsensor 0112 das Steuerteil 0120 die Verschiebungsgröße des Magnetsensors 0112 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf den Magneten 0111 bestimmen. Auf der Basis der so bestimmten Verschiebungsgröße kann das Steuerteil 0120 einen Wert eines Belastungsdrehmoments zuverlässig messen, der auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebracht wird.
Wie oben beschrieben ist es durch die Verwendung des Magneten 0111 und des Magnetsensors 0112 möglich, eine Verschiebungsgröße des Magnetsensors 0112 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf den Magneten 0111, nämlich eine Verschiebungsgröße des Gehäusekörpers 0104 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf das Innenzahnrad 0108 zu bestimmen. In diesem Fall bilden der Magnet 0111 und der Magnetsensor 0112 eine Messeinheit zum Bestimmen einer Größe der relativen Verschiebung, die zwischen dem Innenzahnrad 0108 und dem Gehäusekörper 0104 erzeugt wird.
Die oben erwähnte Verschiebungsgröße des Gehäusekörpers 0104 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf das Innenzahnrad 0108 stimmt mit einer Verformungsgröße der Puffereinheit 0105 überein.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 eine weitere Beschreibung der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel gegeben.
2a ist eine Schnittansicht der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 gemäß 1a, wobei 2b eine vergrößerte Konzeptansicht eines Teils der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 gemäß 1a ist. Ein „elastisches Element“ 0201, das verwendet wird, um die Puffereinheit 0105 zu bilden, ist in so einem Zustand angeordnet, dass er zwischen einem „Innenzahnrad“ 0202 und einem „Gehäusekörper“ 0203 eingepasst ist, um durch beide davon gesichert zu werden. Das Innenzahnrad 0202 bildet einen äußeren Umriss des Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101, wobei der Gehäusekörper 0203 den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 aufnimmt.
Hier findet ein Fall Berücksichtigung, in dem der Gehäusekörper 0203 an der Eingangsrotationswellenseite befestigt ist. In diesem Fall wird die Rotationsrichtung der Ausgangsrotationswelle 0103 als gegen die Uhrzeigerrichtung angenommen, wie über die sechs inneren Stifte 0109 dargestellt ist. Wenn in diesem Fall eine übermäßige Last auf die Arme 2ap, 2bp und 2cp und 2ad, 2bd und 2cd des Industrieroboters 1, die mit der Ausgangsrotationswelle 0103 verbunden sind, und -einen Arm oder ein Bein eines humanoiden Roboters (wenn zum Beispiel die Bewegung eines Arms oder eines Beins aufgrund einer unerwarteten Kollision mit einem Menschen oder aufgrund eines Hindernisses oder dergleichen beeinträchtigt wird) auf das eine „elastische Element“ 0201 aufgebracht wird, wird eine Kraft in einer im Wesentlichen rotierenden tangentialen Richtung (eine unterbrochene Linie 0204 in der Figur) an einer Position des elastischen Elements 0201 an einem Umfang eines Kreises ausgeübt, der an der Eingangsrotationswelle 0102 oder der Ausgangsrotationswelle 0103 zentriert ist und einen Radius gleich einem Abstand von der Eingangsrotationswelle 0102 oder der Ausgangsrotationswelle 103 zu dem elastischen Element 0201 hat.
Wenn gemäß der vergrößerten Ansicht eine übermäßige Last auf einen mit der Ausgangsrotationswelle 0103 verbunden Arm oder ein Bein aufgebracht wird, wird eine Kraft in einer Rotationsrichtung entgegengesetzt zu einer Rotationsrichtung der Ausgangsrotationswelle 0103 (ein Pfeil 0205 in der Figur) von der Ausgangsrotationswelle 0103 auf das Innenzahnrad 0202, das den äußeren Umriss des Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 bildet, über die inneren Stifte 0109 und das Planetengetriebe 0107 ausgeübt. Andererseits ist der Gehäusekörper 0203 an der Eingangsrotationswellenseite befestigt, wobei damit in der oben beschriebenen rotierenden tangentialen Richtung eine entgegengesetzt gerichtete Kraft (ein Pfeil 0206 in der Figur) als eine Reaktion auf eine Kraft ausgeübt wird, der die Ausgangsrotationswelle 0103 unterliegt. Das elastische Element 0201 wird gebogen (verformt), so dass diese darauf ausgeübten Kräfte absorbiert werden. Zusätzlich zu dem elastischen Element 0201 sind mehrere derartige elastische Elemente in der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 angeordnet. Jedes der mehreren elastischen Elemente wird ähnlich gebogen, um so jegliche auf die Ausgangsrotationswelle 0103 ausgeübte Kraft zu absorbieren. Ein Vorgang, so gebogen zu werden, dass eine Kraft auf diese Weise absorbiert wird, wird als Dämpfungsvorgang bezeichnet, wobei eine Richtung der so absorbierten Kraft als eine Dämpfungskraft-Wirkrichtung bezeichnet wird.
Da eine Pufferaktion durch das Biegen des elastischen Elements 0201 erreicht wird, ist es nicht vorzuziehen, dass in einem Bereich, in dem eine äußere Umfangsfläche des Innenzahnrads 0202 und eine innere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0203 ohne das dazwischen eingeschobene elastische Element 0201 miteinander in Kontakt kommen, die äußere Umfangsfläche des Innenzahnrads 0202 und die innere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0203 miteinander verbunden oder mit Gelenken verbunden sind. Darüber hinaus kann ein Schmiermittel auf eine Kontaktfläche zwischen der äußeren Umfangsfläche des Innenzahnrads 0202 und der inneren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0203 bereitgestellt werden. In diesem Fall kann eine Kraft, die auf den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 aufgrund einer übermäßigen Last oder dergleichen ausgeübt wird, durch das elastische Element 0201 konzentriert werden, wobei damit eine Beschädigung des Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 und des Gehäusekörpers 0203 weiter verhindert werden kann. In 2a bilden der Gehäusekörper 0203 und das Innenzahnrad 0202 ein Gehäuse 0203A.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine weitere Beschreibung der Form des elastischen Elements gegeben. Gemäß 3 ist in einem Fall, in dem ein „elastisches Element“ 0301 eine im Wesentlichen perfekte Kreisform im Querschnitt hat, die Querschnittsform mit Bezug auf eine normale Richtung (eine Kettenlinie 0302 in der Fig.) liniensymmetrisch. Mit einer derartigen Querschnittsform, egal, ob das elastische Element 0301 einer Kraft in einer Vorwärtsrichtung oder einer entgegengesetzten Richtung unterliegt (ein dicker Doppelpfeil 0303 in der Figur), wird eine Dämpfungskraft gleichermaßen in beide Richtungen ausgeübt.
Eine äußere Kraft wie eine übermäßige Last auf den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 wirkt in der rotierenden tangentialen Richtung, in der die Eingangsrotationswelle 0102 oder die Ausgangsrotationswelle 0103 rotiert, und kann damit sowohl in der Vorwärtsrichtung als auch in der entgegengesetzten Richtung wirken. Es ist daher nicht vorzuziehen, dass eine Dämpfungskraft mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung größer ist als eine Dämpfungskraft mit Bezug auf die entgegengesetzte Richtung oder umgekehrt. Damit hat gemäß 3 das elastische Element 0301 vorzugsweise eine Querschnittsform, die mit Bezug auf die normale Richtung symmetrisch ist.
Als nächstes wird eine Beschreibung einer Anordnung des elastischen Elements gegeben, das verwendet wird, um die Puffereinheit 0105 zu bilden. Wie oben erwähnt soll die Puffereinheit 0105 eine Dämpfungskraft hauptsächlich in der rotierenden tangentialen Richtung ausüben, in der die Eingangsrotationswelle 0102 oder die Ausgangsrotationswelle 0103 rotiert. Darüber hinaus wird eine Dämpfungskraft vorzugsweise gleichermaßen mit Bezug auf jeweils die Vorwärtsrichtung und die entgegengesetzte Richtung ausgeübt. Aus diesem Grund sind die elastischen Elemente vorzugsweise so angeordnet, dass sie im Wesentlichen punktsymmetrisch um eine Mitte der Eingangsrotationswelle 0102 oder/und der Ausgangsrotationswelle 0103 sind.
Darüber hinaus kann als ein Material der elastischen Elemente 0105, 0201 und 0301 ein Gummi verwendet werden, dass aus einem synthetischen Harz besteht, wie ein Urethangummi oder ein Silikongummi, oder das Material kann ein Naturgummi oder dergleichen sein. Darüber hinaus kann eine Feder wie eine Spiralfeder oder eine Blattfeder als das elastische Element angeordnet sein. In diesem Fall ist die Feder so eingestellt, dass sie sich in einer Richtung ausdehnt/zusammenzieht, die mit der rotierenden tangentialen Richtung ausgerichtet ist. In einer Umgebung mit hoher Temperatur, in der ein Gummi aus Harz schmelzen könnte, ist es vorzuziehen, eine Feder aus einem Metall mit einer Wärmebeständigkeit als das elastische Element zu verwenden.
Darüber hinaus kann Öl als die elastischen Elemente 0105, 0201 und 0301 verwendet werden. Zum Beispiel wird ein Strömungsweg für Öl zwischen der äußeren Umfangsfläche des Innenzahnrads 0108 und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 0104A oder zwischen der äußeren Umfangsfläche des Innenzahnrads 0202 und einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 0203A bereitgestellt, wobei eine Strömungsrate des Öls, das durch den Strömungsweg strömen soll, angepasst wird. Auf diese Weise kann ein elastisches Element auch durch einen einstellbaren Öldruck konfiguriert werden. In einem Fall, in dem es schwierig ist, einen abgedichteten Strömungsweg durch Verwendung des Innenzahnrads 0108 und des Gehäuses 0104A allein oder des Innenzahnrads 0202 und des Gehäuses 0203A allein zu bilden, kann ein elastisches Element durch Bereitstellung einer Nut zum Anordnen eines dehnbaren/zusammenziehbaren Rohres oder dergleichen darin und durch Bewirken gebildet werden, dass das Öl durch das Rohr oder dergleichen strömt.
<Vorteilhafte Effekte> Die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel absorbiert eine übermäßige Last auf die Eingangsrotationswelle 0102 oder die Ausgangsrotationswelle 0103 des Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101, wobei sie damit in der Lage ist, eine Beschädigung an verschiedenen Bauteilen wie Zahnrädern zu verhindern, die verwendet werden, um den Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 zu bilden.
Darüber hinaus ist es entsprechend diesem Ausführungsbeispiel durch die Verwendung des Magneten 0111 und des Magnetsensors 0112 möglich, eine Größe der relativen Verschiebung zu bestimmen, die zwischen dem Innenzahnrad 0108 und dem Gehäusekörper 0104 erzeugt wird, wobei es auf der Basis dieser Verschiebungsgröße möglich ist, einen Wert eines auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebrachten Belastungsdrehmoments zuverlässig zu messen.
Typischerweise bestehen in einem Fall zum Bestimmen eines auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebrachten Belastungsdrehmoments der Gehäusekörper 0104 und das Innenzahnrad 0108 aus Metall und haben damit eine kleine Verformungsgröße. Deshalb ist es notwendig, um einen Wert eines Belastungsdrehmoments auf der Basis einer derartig kleinen Verformungsgröße zu bestimmen, einen Sensor mit hoher Auflösung und hoher Leistung zu verwenden.
Im Gegensatz dazu wird entsprechend diesem Ausführungsbeispiel die Puffereinheit 0105, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist, in einem hohen Grad verformt, wobei damit die Größe der relativen Verschiebung zwischen dem Gehäusekörper 0104 und dem Innenzahnrad 0108 erhöht werden kann, so dass es möglich ist, ein auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebrachtes Belastungsdrehmoment ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines Sensors mit hoher Auflösung und hoher Leistung zuverlässig zu messen.
Darüber hinaus kann, ohne die Notwendigkeit, mehrere Dehnungsmesser in der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 bereitzustellen, lediglich durch die Bereitstellung einer Kombination aus dem Magneten 0111 und dem Magnetsensor 0112 ein Wert des auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 aufgebrachten Belastungsdrehmoments leicht gemessen werden.
Bei dem Industrieroboter 1 zur Durchführung einer kooperativen Arbeit mit einem Menschen wirkt ein unerwarteter Kontakt mit dem Menschen als eine Einwirkung auf den Menschen und die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 des Industrieroboters 1. Eine derartige Einwirkung könnte eine Verletzung beim Menschen und einen Verlust der Synchronität in dem Spannungswellengetriebe-Drehzahlreduzierer mit einer flexiblen Konfiguration im Drehzahlreduzierungsmechanismus 0101 des Industrieroboters 1 verursachen. Außerdem könnte eine derartige Einwirkung eine Beschädigung an Zahnrädern verursachen, was zu einem Fehler beim Durchführen eines Betriebs führt.
Um bei dem Industrieroboter 1 zum Durchführen kooperativer Arbeit mit einem Menschen eine Beschädigung des Menschen zu verhindern, ist es extrem wichtig, Sicherheitsmaßnahmen hinsichtlich nicht nur der Software, sondern auch der Hardware zu ergreifen. Außerdem ist es bei der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 durch Verhindern des Auftretens eines Verlustes der Synchronität und der Beschädigung der Zahnräder möglich, den Betrieb des Industrieroboters 1 zu stabilisieren.
<Ausführungsbeispiel 2><Überblick> Auf der Basis der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0100 entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 stellt dieses Ausführungsbeispiel eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung bereit, die einen exzentrisch oszillierenden Drehzahlreduzierungsmechanismus als einen Drehzahlreduzierungsmechanismus aufweist. Bei dieser Drehzahlreduzierungsvorrichtung bestehen ein Innenzahnrad und ein Planetengetriebe aus Kunststoff, wobei ein Metallring zur Sicherung des Innenzahnrads bereitgestellt wird und ein elastisches Element zwischen dem Metallring und einem Gehäuse angeordnet ist.
Mit einer derartigen Konfiguration kann das Gewicht der Drehzahlreduzierungsvorrichtung reduziert werden. Des Weiteren sind das Innenzahnrad und das Planetengetriebe durch den Metallring eingekapselt, wobei damit, selbst wenn zum Beispiel ein humanoider Roboter, der diese Drehzahlreduzierungsvorrichtung in seinem Gelenk verwendet, einer Einwirkung aufgrund von Kippen oder dergleichen unterzogen wird, das Innenzahnrad und das Planetengetriebe vor einer Schädigung geschützt werden können. Da darüber hinaus das Innenzahnrad aus Kunststoff mit einer Flexibilität besteht, wenn das Innenzahnrad von dem Metallring mit einer ausgezeichneten Festigkeit umschlossen wird, werden Spannungen verteilt, die in dem Innenzahnrad erzeugt werden, wobei damit eine Beschädigung des Innenzahnrads verhindert werden kann.
<Konfiguration> 4 ist eine Konzeptansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts einer Drehzahlreduzierungsvorrichtung entsprechend diesem Ausführungsbeispiel zeigt. In einer „Drehzahlreduzierungsvorrichtung“ 0600 wird eine exzentrisch oszillierende Drehzahlreduzierungsfunktion durch ein „Innenzahnrad“ 0606, das ein „Planetengetriebe“ 0602 einkapselt, einen „inneren Stift“ 0603, eine „Eingangsrotationswelle“ 0604, eine „Kurbel“ 0605 usw. erreicht. Darüber hinaus wird ein „Innenzahnrad-Sicherungsring“ 0607 zum weiteren Sichern des Innenzahnrads 0606 an einem äußeren Umfang des Innenzahnrads 0606 bereitgestellt. Des Weiteren werden mehrere „elastische Elemente“ 0609, die eine Puffereinheit bilden, zwischen einem „Gehäusekörper“ 0608, der den Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 umgibt, und dem Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 angeordnet.
Hier weist die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 einen Drehzahlreduzierungsmechanismus (ein Drehzahlreduzierungsteil) 0601 mit dem Planetengetriebe 0602, dem inneren Stift 0603, der Eingangsrotationswelle 0604 und der Kurbel 0605 auf.
Des Weiteren bestehen unter diesen einzelnen Bestandteilen wenigstens das Innenzahnrad 0606 und das Planetengetriebe 0602 aus Kunststoff. Die Kurbel 0605 und der innere Stift 0603 können ebenfalls aus Kunststoff bestehen. Diese Bauteile bestehen aus Kunststoff, wobei damit das Gewicht der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 reduziert werden kann.
Darüber hinaus bestehen der Gehäusekörper 0608 und der Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 aus Metall. Es gibt keine besondere Begrenzung einer spezifischen Art von Metall, das verwendet werden kann, wobei Beispiele davon Eisen, Stahl, rostfreien Stahl, Aluminium und eine Aluminiumlegierung aufweisen.
Gemäß der Figur wird eine V-förmige Nut 0606b an einem äußeren Umfang des Innenzahnrads 0606 bereitgestellt, wobei ein in die Nut 0606b des Innenzahnrads 0606 einzupassender Vorsprung 0607b an einem inneren Umfang des Innenzahnrad-Sicherungsrings 0607 bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird das Innenzahnrad 0606 durch den Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 gesichert. Ähnlich zu den Innenzahnrädern 0108 und 0202 im Ausführungsbeispiel 1 wird eine Nut 0607a zum Einpassen von jedem der elastischen Elemente 0609 darin an einer äußeren Umfangsfläche des Innenzahnrad-Sicherungsrings 0607 bereitgestellt, wobei eine Nut 0608a zum Einpassen von jedem der elastischen Elemente 0609 darin ebenfalls an einer inneren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0608 ähnlich bereitgestellt wird.
Wie oben erwähnt ist jedes der elastischen Elemente 0609 so angeordnet, dass es sowohl in die Nut 0607a, die am Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 bereitgestellt wird, als auch die Nut 0608a eingepasst wird, die in dem Gehäusekörper 0608 bereitgestellt wird. Des Weiteren werden die äußere Umfangsfläche des Innenzahnrad-Sicherungsrings 0607 und die innere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0608 so angeordnet, dass sie miteinander in Kontakt sind, außer für einen Bereich, in dem jedes der elastischen Elemente 0609 zwischen der Nut 0607a und der Nut 0608a angeordnet ist. Vorzugsweise sind von einem Gesichtspunkt zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 diese Oberflächen so angeordnet, dass sie keinen Spalt dazwischen erzeugen.
Darüber hinaus kann ein Heizelement (zum Beispiel ein Nichromdraht) innerhalb eines Metalls, das den Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 bildet, oder an einer inneren Umfangsfläche des Innenzahnrad-Sicherungsrings 0607 in einer Nähe einer Stelle angeordnet werden, an der jedes der elastischen Elemente 0609 angeordnet ist. Die Elastizität von Gummi kann abhängig von der Temperatur variieren. Darauf basierend kann eine Konfiguration übernommen werden, in der ein Heizelement in einer Nähe von jedem der elastischen Elemente 0609 angeordnet ist, so dass durch das Erwärmen durch das Heizelement die Elastizität von jedem der elastischen Elemente 0609 ordnungsgemäß angepasst werden kann.
In 4 bilden der Gehäusekörper 0608, der Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 und das Innenzahnrad 0606 ein Gehäuse 0608A. Darüber hinaus bildet der Gehäusekörper 0608 eine äußere Hülle des Gehäuses 0608A, wobei der Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 eine innere Hülle des Gehäuses 0608A bildet.
Weiterhin hat, wie oben erwähnt, der Drehzahlreduzierungsmechanismus 0601 das Planetengetriebe 0602, den inneren Stift 0603, die Eingangsrotationswelle 0604 und die Kurbel 0605.
Darüber hinaus ist gemäß 4 in dem Gehäuse 0608A ein Magnet 0111 in der inneren Umfangsfläche des Innenzahnrad-Sicherungsrings 0607 eingebettet, während ein Magnetsensor 0112 in der äußeren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 0608 eingebettet ist.
Des Weiteren sind eine Mitte des Gehäuses 0608A, der Magnet 0111 und der Magnetsensor 0112 auf einer geraden Linie aufgereiht (siehe 4). Darüber hinaus kann während eines Betriebs eine übermäßige Last zwischen einer Eingangsrotationswellenseite und einer Ausgangsrotationswellenseite der Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 aufgebracht werden. In einem derartigen Fall wird die aus einem elastischen Element gebildete Puffereinheit 0609 verformt, um ein Belastungsdrehmoment zu absorbieren, das auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 aufgebracht wird, wobei damit eine Beschädigung am Drehzahlreduzierungsmechanismus 0601 verhindert werden kann.
Wenn zu dieser Zeit die Puffereinheit 0609 verformt wird, wird der Magnetsensor 0112 entlang einer Rotationsrichtung mit Bezug auf den Magneten 0111 verschoben. Des Weiteren wird auf der Basis einer Verschiebungsgröße des Magnetsensors 0112 in der Rotationsrichtung ein Ausgangssignal vom Magnetsensor 0112 an ein Steuerteil 0120 gesendet.
Als nächstes kann auf der Basis des Ausgangssignals vom Magnetsensor 0112 das Steuerteil 0120 die Verschiebungsgröße des Magnetsensors 0112 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf den Magneten 0111 bestimmen. Auf der Basis der Verschiebungsgröße kann ein auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 aufgebrachtes Belastungsdrehmoment zuverlässig gemessen werden.
Wie oben beschrieben ist es durch Anwendung des Magneten 0111 und des Magnetsensors 0112 möglich, eine Verschiebungsgröße des Magnetsensors 0112 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf den Magneten 0111, nämlich eine Verschiebungsgröße des Gehäusekörpers 0104 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf den Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 zu bestimmen. In diesem Fall bilden der Magnet 0111 und der Magnetsensor 0112 eine Messeinheit zum Bestimmen einer Größe der relativen Verschiebung, die zwischen dem Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 und dem Gehäusekörper 0608 erzeugt wird.
Die oben erwähnte Verschiebungsgröße des Gehäusekörpers 0608 in der Rotationsrichtung mit Bezug auf den Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 stimmt mit der Verformungsgröße der Puffereinheit 0609 überein.
<Modifikationsbeispiel> Als nächstes wird eine Beschreibung eines Modifikationsbeispiels der vorliegenden Erfindung gegeben. Während Ausführungsbeispiel 2 gemäß 4 ein Beispiel beschrieben hat, in dem der Gehäusekörper 0608 und der Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 aus Metall bestehen und das Innenzahnrad 0606 aus Kunststoff besteht, gibt es darauf keine Begrenzung. Es kann auch eine Konfiguration übernommen werden, in der der Gehäusekörper 0608 und der Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 aus Metall bestehen und das Innenzahnrad 0606 aus einem elastischen Element ausgebildet ist, das aus einem Urethangummi oder einem Silikongummi besteht und damit eine Elastizität hat, die höher ist als in dem Fall, in dem das Innenzahnrad 0606 aus Kunststoff besteht.
In einem Fall, in dem das Innenzahnrad 0606 aus einem elastischen Element wie oben beschrieben ausgebildet ist, kann die Puffereinheit 0609, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist, das zwischen dem Gehäusekörper 0608 und dem Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 bereitgestellt wird, weggelassen werden, wobei in diesem Fall anstelle der Puffereinheit 0609 das aus einem elastischen Element ausgebildete Innenzahnrad 0606 ein auf die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 0600 aufgebrachtes Belastungsdrehmoment absorbieren kann.
In einem Fall, in dem die aus einem elastischen Element ausgebildete Puffereinheit 0609 zwischen dem Gehäusekörper 0608 und dem Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 weggelassen wird, stehen der Gehäusekörper 0608 und der Innenzahnrad-Sicherungsring 0607 gegebenenfalls fest miteinander entlang einer Umfangsrichtung durch eine Eingriffseinheit (nicht dargestellt) in Eingriff.
In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Magnet 0111 anstatt in der inneren Umfangsfläche des Innenzahnrad-Sicherungsrings 0607 eingebettet zu sein, im Innenzahnrad 0606 an einer inneren Umfangsflächenseite davon eingebaut ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017075333 [0001]
JP 201484989 [0005]

Claims

Drehzahlreduzierungsvorrichtung, die umfasst: ein Drehzahlreduzierungsteil zum Reduzieren einer Rotationsgeschwindigkeit einer Ausgangsgröße mit Bezug auf eine Eingangsgröße zwischen einer Eingangsrotationswelle und einer Ausgangsrotationswelle; ein Gehäuse, das das Drehzahlreduzierungsteil aufnimmt; eine Puffereinheit, die aus einem elastischen Element ausgebildet ist und eine Dämpfungskraft hat, die hauptsächlich in einer im Wesentlichen rotierenden tangentialen Richtung zwischen dem Gehäuse und dem Drehzahlreduzierungsteil wirkt; und eine Messeinheit zum Messen einer Verschiebungsgröße, die im Gehäuse durch die Puffereinheit erzeugt wird.
Drehzahlreduzierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse in eine äußere Hülle und eine innere Hülle unterteilt ist und die Puffereinheit zwischen der äußeren Hülle und der inneren Hülle angeordnet ist.
Drehzahlreduzierungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Messeinheit eine Verschiebungsgröße zwischen der äußeren Hülle und der inneren Hülle misst.
Drehzahlreduzierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messeinheit eine Verformungsgröße der Puffereinheit misst.
Drehzahlreduzierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Innenzahnrad in einer inneren Hülle des Gehäuses ausgebildet ist, wobei das Innenzahnrad das Drehzahlreduzierungsteil bildet.