JP2010084842A - 回転駆動装置、ロボットの関節構造及びロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】高い減速比が得られるとともに、装置の外形を省スペース化することができる回転駆動装置、この回転駆動装置を用いたロボットの関節構造及びこのロボットの関節構造を備えたロボットアームを提供する。
【解決手段】太陽歯車４と、太陽歯車４の軸Ｏ周りに公転する遊星歯車５と、駆動モータ２に配設され、太陽歯車４に連結されるとともに太陽歯車４を軸Ｏ周りに回転させるピニオン２ａと、太陽歯車４の同軸上に固定配置されるとともに遊星歯車５に噛み合う固定内歯歯車６と、固定内歯歯車６とは異なる歯数に設定され、太陽歯車４の同軸上に回転可能に配置されるとともに遊星歯車５に噛み合う可動内歯歯車７と、を備え、太陽歯車４は、ピニオン２ａに連結される第１歯車部４１と、第１歯車部４１とは異なる歯数に設定され、第１歯車部４１の同軸上に配置されるとともに遊星歯車５に噛み合う第２歯車部４２と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転駆動装置、この回転駆動装置によって構成されるロボットの関節構造及びロボットアームに関するものである。

回転駆動装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、所謂不思議遊星歯車を利用した減速機と太陽歯車を回転駆動させる駆動モータとを備えて構成されたものが知られている。
不思議遊星歯車は、太陽歯車と、この太陽歯車に噛み合うとともに太陽歯車の軸周りに公転する遊星歯車と、遊星歯車の外側に噛み合うとともに太陽歯車と同軸上に固定配置された固定内歯歯車と、この固定内歯歯車と歯数が異なり遊星歯車に噛み合うとともに太陽歯車と同軸上に回転可能に配置された可動内歯歯車とを有しており、この可動内歯歯車の同軸上に、出力軸が設けられている。

太陽歯車が回転すると、遊星歯車は自転しつつこの太陽歯車の軸周りに公転する。ここで、遊星歯車に夫々噛み合う固定内歯歯車と可動内歯歯車とは、互いに歯数が異なる設定とされているので、遊星歯車の自転及び公転によって固定内歯歯車と可動内歯歯車との周方向（回転方向）の相対位置がずらされていき、可動内歯歯車が前記軸周りに回転するようになっている。そして、このように構成される不思議遊星歯車を用いた減速機を駆動モータで駆動させ、可動内歯歯車の出力軸若しくは該出力軸に連結される部材を回転駆動させるようにしている。

このような不思議遊星歯車を用いた回転駆動装置においては、少ない段数で非常に高い減速比が得られるとともに大きなトルクが伝達できることから、例えば、比較的緩やかな動作を要するロボットの関節構造やロボットアームに用いられている。
特開２０００−２７４４９５号公報

ところで、このような回転駆動装置においては、種々の要望に対応して、より高い減速比を実現することが望まれている。またその一方で、回転駆動装置を配設するロボットの関節構造やロボットアームに対しては、さらなる省スペース化が望まれている。
しかしながら、より高い減速比を実現するためには、例えば、固定内歯歯車と可動内歯歯車との歯数差を最小に抑えるとともに、これらの固定内歯歯車の歯数及び可動内歯歯車の歯数を増大させることが考えられるが、このように固定内歯歯車の歯数及び可動内歯歯車の歯数を増大させると、これに伴って回転駆動装置の外形が大きくなってしまうことから、省スペース化が難しくなるという課題が生じる。

本発明は、前述のような事情を鑑みてなされたもので、高い減速比が得られるとともに、装置の外形を省スペース化することができる回転駆動装置、この回転駆動装置を用いたロボットの関節構造及びこのロボットの関節構造を備えたロボットアームを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る回転駆動装置は、太陽歯車と、前記太陽歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車の軸周りに公転する遊星歯車と、前記太陽歯車を駆動する駆動モータに配設され、前記太陽歯車に連結されるとともに前記太陽歯車を前記軸周りに回転させるピニオンと、前記太陽歯車の同軸上に固定配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、前記固定内歯歯車とは異なる歯数に設定され、前記太陽歯車の同軸上に回転可能に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、を備え、前記太陽歯車は、前記ピニオンに連結される第１歯車部と、前記第１歯車部とは異なる歯数に設定され、前記第１歯車部の同軸上に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う第２歯車部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る回転駆動装置によれば、太陽歯車が、ピニオンに連結される第１歯車部と、第１歯車部とは異なる歯数に設定され、第１歯車部の同軸上に配置されるとともに遊星歯車に噛み合う第２歯車部とを有するので、ピニオンと可動内歯歯車との間の減速比を大幅に高めることができる。すなわち、第１歯車部の歯数を第２歯車部の歯数に対し増大させて設定した場合に、ピニオン及び第１歯車部の間の減速比と、第１歯車部及び第２歯車部の間の減速比と、第２歯車部及び遊星歯車の間の減速比と、遊星歯車及び可動内歯歯車の間の減速比との積により装置の減速比が求められることから、従来のように、一つの歯車部のみからなる太陽歯車を用いた回転駆動装置の構成に対比して、減速比を大幅に高めて出力させることができ、よって種々様々な要望、用途に対応することが可能となる。

また、太陽歯車において、第１歯車部を第２歯車部よりも大径に形成した場合には、第１歯車部の歯数を容易に増大させることができることから、ピニオン及び第１歯車部の間の減速比と、第１歯車部及び第２歯車部の間の減速比とをより簡便に高めることができる。また、第１歯車部に噛み合うピニオン及び該ピニオンを回転させる駆動モータを太陽歯車の軸中心から径方向外側により離間させて配設できることから、装置の前記軸中心近傍のスペースを有効に利用することができる。

また、本発明に係る回転駆動装置において、前記第１歯車部の歯数が、前記第２歯車部の歯数よりも多く設定されていることとしてもよい。

また、本発明に係る回転駆動装置において、前記太陽歯車は、その軸方向に沿って中空に形成されていることとしてもよい。

本発明に係る回転駆動装置によれば、太陽歯車が中空に形成されていることから、太陽歯車の内部に電源ケーブルや信号ケーブル等の配線部材などを挿通させることができる。従って、太陽歯車や可動内歯歯車が回転しても前記配線部材が大きく移動させられることがなく、該配線部材の取り回しが容易であるとともに破損等が防止される。

また、本発明に係る回転駆動装置において、前記ピニオンと前記第１歯車部との間には、中間歯車が配設されていることとしてもよい。

本発明に係る回転駆動装置によれば、ピニオン及び中間歯車の間の減速比と、中間歯車及び第１歯車部の間の減速比とが夫々得られることから、減速比をさらに高めることが可能となる。また、ピニオンと第１歯車部との間の距離を比較的大きくとれることから、駆動モータを太陽歯車の軸中心から径方向外側により大きく離間させて配設でき、前記軸中心近傍のスペースがさらに有効に利用できる。

また、本発明に係る回転駆動装置において、前記固定内歯歯車と前記可動内歯歯車とが、クロスローラベアリングで連結されていることとしてもよい。

本発明に係る回転駆動装置によれば、固定内歯歯車と可動内歯歯車とが、クロスローラベアリングで連結されていることから、装置の外形をより省スペース化できるとともに剛性が確保される。

また、本発明に係る回転駆動装置において、前記クロスローラベアリングは、前記固定内歯歯車の内周面と、前記可動内歯歯車の外周面とを連結していることとしてもよい。

本発明に係る回転駆動装置によれば、固定内歯歯車の内周面と可動内歯歯車の外周面とが対向配置された状態でクロスローラベアリングにより連結されていることから、装置に注入された潤滑油等が、太陽歯車の径方向外側へ向けて飛散することが防止されている。また、クロスローラベアリングに連結された構成であることから、このように固定内歯歯車と可動内歯歯車とが径方向に対向して配置されていても、装置の軸方向及び径方向の剛性が充分に確保されている。

また、本発明に係るロボットの関節構造は、前述の回転駆動装置を２つ備え、これら２つの回転駆動装置が、一の回転駆動装置の前記駆動モータと他の回転駆動装置の前記駆動モータとを互いに交差させるように、かつ、一の回転駆動装置の軸と他の回転駆動装置の軸とを互いに交差させるように配設され、２軸方向に回転可能に構成されていることを特徴とする。

本発明に係るロボットの関節構造によれば、２つの回転駆動装置により２軸の関節構造が構成されていることから、複雑な動作を行わせることができる。また、２つの回転駆動装置の駆動モータを互いに交差させるように配設しているので、回転駆動装置同士をより近接させることができ、ロボットの関節構造の小型化を図ることができる。

また、本発明に係るロボットアームは、前述のロボットの関節構造を備えることを特徴としている。

本発明に係るロボットアームによれば、ロボットの関節構造が減速比の高い回転駆動装置を備えていることから、例えば、小型の駆動モータであっても比較的大きなトルクを出力することができ、小型で高トルクのロボットアームを提供することができる。

本発明に係る回転駆動装置によれば、高い減速比が得られるとともに、装置の外形を省スペース化することができる。
また、本発明に係るロボットの関節構造によれば、回転駆動装置同士をより近接させることができ、ロボットの関節構造の小型化を図ることができる。
また、本発明に係るロボットアームによれば、小型で高トルクのロボットアームを提供することができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の外観を示す概略斜視図、図２は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の概略構成を示す側断面図、図３は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の太陽歯車、遊星歯車及びピニオンを示す概略斜視図、図４は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の太陽歯車、遊星歯車及びピニオンを示す概略正面図、図５は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置における太陽歯車の分解斜視図、図６は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置におけるクロスローラベアリングのローラの配置を説明する図である。

図１、図２に示すように、本実施形態の回転駆動装置１０は、取付プレート１と、駆動モータ２と、所謂不思議遊星歯車機構からなる減速機３と、を備えている。取付プレート１は略正方形板状をなしており、その四隅のコーナー部にはボルト孔１ａが形成され、中央部には配線挿通孔１ｂが形成されている。この回転駆動装置１０は、取付プレート１の一方側（図１、図２における上側）の面に減速機３を配設し、他方側（図１、図２における下側）の面に駆動モータ２を配設している。

また、駆動モータ２は、その軸Ｃが後述する略多段円筒状の太陽歯車４の中心軸（軸）Ｏから平行に離間して配設されている。また、駆動モータ２には、その軸Ｃ方向に沿う前記一方側の先端にピニオン２ａが設けられており、ピニオン２ａは、取付プレート１から前記一方側に向け突出している。

また、減速機３は、太陽歯車４と、太陽歯車４に噛み合うとともに太陽歯車４の軸Ｏ周りに公転する複数の遊星歯車５と、太陽歯車４の同軸上に配置され、取付プレート１に固定されているとともに遊星歯車５に噛み合う固定内歯歯車６と、固定内歯歯車６とは異なる歯数に設定され、太陽歯車４の同軸上に回転可能に配置されるとともに遊星歯車５に噛み合う可動内歯歯車７と、を備えている。

また、取付プレート１における前記一方側の面には、略円筒状の中空軸８が配設されている。中空軸８は、太陽歯車４の径方向内側に挿入されており、軸Ｏと同軸に配設されている。また、中空軸８の外周面と太陽歯車４の内周面との間には、周方向に沿ったリング状をなす軸受９が複数配設されており、これらの軸受９が軸Ｏ方向に互いに離間して配置されているとともに、中空軸８と太陽歯車４とを軸Ｏ周りに相対的に回転移動自在としている。詳しくは、本実施形態においては、軸受９は軸Ｏ方向に沿って前記一方側と前記他方側とに２つが配設されている。

また、中空軸８は、その前記他方側の端部が取付プレート１に固定されている。また、中空軸８の内径と取付プレート１の配線挿通孔１ｂの内径とは同一に設定されており、中空軸８の内周面８ａは、配線挿通孔１ｂの内周面に軸Ｏ方向に滑らかに連なっている。また、中空軸８の前記一方側の端部における外周面には、ネジ部８ｂが形成されている。

また、図３乃至図５に示すように、太陽歯車４において、軸Ｏ方向の前記他方側（図３、図５における下側）の端部は大径に形成されており、この大径部分が第１歯車部４１とされている。また、太陽歯車４における軸Ｏ方向の前記一方側（図３、図５における上側）の部分及び中央部分（すなわち前記大径部分以外の部分）は、小径に形成されており、この小径部分が第２歯車部４２とされている。すなわち、太陽歯車４は、第１歯車部４１と第２歯車部４２とを後述するように一体に有しており、これらの第１歯車部４１と第２歯車部４２とは、軸Ｏ上に同軸に配置されている。また、第１歯車部４１と第２歯車部４２とは、互いに異なる歯数に設定されている。詳しくは、第１歯車部４１の歯数が、第２歯車部４２の歯数よりも多く設定されている。

また、太陽歯車４において、第１歯車部４１は、駆動モータ２のピニオン２ａに噛み合わされている。また、第２歯車部４２は、複数の遊星歯車５に噛み合わされている。本実施形態では、遊星歯車５が３つ配設されており、これらの遊星歯車５が軸Ｏを中心として周方向に等間隔に配置されている。

また、図５に示すように、第１歯車部４１は、略多段円筒状に形成されており、その大径部分の外周面には歯形が形成され、その小径部分の外周面には軸Ｏ方向に沿って延びるキー溝４１ａが形成されている。また、第２歯車部４２の内周面において、前記他方側の端部には、軸Ｏ方向に沿って延びるキー溝（不図示）が形成されている。そして、第１歯車部４１の小径部分における外周面と第２歯車部４２における前記他方側の端部の内周面とが嵌め合わされるとともに、第１歯車部４１のキー溝４１ａ及び第２歯車部４２のキー溝に角棒状のキー部材４３が嵌合されることで、これらの第１、第２歯車部４１，４２は互いの軸Ｏ周りの相対的な回転移動が規制され一体に連結されている。

また、図２に示すように、これらの遊星歯車５は、その前記一方側の端部をリング状のキャリア１１に回転可能に軸支させている。キャリア１１は、軸Ｏと同軸にされており、太陽歯車４の前記一方側に配設されている。また、キャリア１１の内周面と中空軸８の外周面との間には、周方向に沿ったリング状の軸受１２が配設されており、キャリア１１と中空軸８とを軸Ｏ周りに相対的に回転移動自在としている。

また、キャリア１１の前記一方側には、リング状のスペーサ１３を介してロックナット１４が配設されている。ロックナット１４は、中空軸８のネジ部８ｂに螺合されて、中空軸８に一体とされている。また、キャリア１１の前記他方側を向く端面と、２つの軸受９のうち前記一方側に配置される軸受９における前記一方側を向く端面との間には、リング状のスペーサ１５が配設されている。

また、遊星歯車５の径方向外側には、該遊星歯車５の歯形に噛み合う歯形を内周面に夫々備えた固定内歯歯車６及び可動内歯歯車７が、軸Ｏと同軸に配設されている。詳しくは、固定内歯歯車６は、遊星歯車５における軸Ｏ方向の前記他方側の部分に噛み合わされており、可動内歯歯車７は、遊星歯車５における軸Ｏ方向の前記一方側の部分に噛み合わされている。また、固定内歯歯車６の歯数と可動内歯歯車７の歯数とは互いに異なるように設定されており、本実施形態ではその歯数差が３に設定されている。

固定内歯歯車６は、略円筒状に形成されており、その内周面が多段状とされている。詳しくは、固定内歯歯車６の内周面において、軸Ｏ方向の前記他方側の部分が小径とされているとともに歯形が形成され、この小径部分が遊星歯車５に対向している。また、固定内歯歯車６の内周面において、軸Ｏ方向の前記一方側の部分は大径とされ、この大径部分が可動内歯歯車７の外周面との間に僅かに隙間を設けて前記外周面に対向配置されている。また、固定内歯歯車６の内周面における前記小径部分と前記大径部分との間には、前記一方側を向くリング状の面からなる段部６ａが形成されている。

また、固定内歯歯車６において、軸Ｏ方向の前記他方側の端部は、取付プレート１に固定されている。また、固定内歯歯車６の軸Ｏ方向の前記一方側の端部における内周面には、軸Ｏ方向の前記他方側から前記一方側に向かうに従い漸次径方向内側から径方向外側へ向けて傾斜する第１テーパ面６ｂが形成されている。

また、可動内歯歯車７は、略円筒状に形成されており、その内周面が多段状とされている。詳しくは、可動内歯歯車７の内周面において、軸Ｏ方向の前記他方側の部分が小径とされているとともに歯形が形成され、この小径部分が遊星歯車５に対向している。また、可動内歯歯車７の内周面において、軸Ｏ方向の前記一方側の部分は大径とされ、この大径部分がキャリア１１の外周面との間に若干の隙間を設けて前記外周面に対向配置されている。また、可動内歯歯車７における軸Ｏ方向の前記他方側を向く端面は、固定内歯歯車６の段部６ａとの間に僅かに隙間を設けて該段部６ａに対向配置されている。

また、可動内歯歯車７における軸Ｏ方向の前記一方側を向く端面には、略リング状の出力プレート１６が、軸Ｏと同軸に配設されている。出力プレート１６は、可動内歯歯車７に螺合により固定されているとともに、該可動内歯歯車７に対する軸Ｏ周りの回転移動が規制されている。

また、可動内歯歯車７の外周面において、軸Ｏ方向の前記一方側の端部には、第２テーパ面７ａ及び該第２テーパ面７ａの前記一方側に連なる第３テーパ面７ｂが形成されている。詳しくは、第２テーパ面７ａは、軸Ｏ方向の前記他方側から前記一方側に向かうに従い漸次径方向外側から径方向内側へ向けて傾斜して形成されているとともに、固定内歯歯車６における第１テーパ面６ｂの径方向内側に配置されている。また、第３テーパ面７ｂは、軸Ｏ方向の前記他方側から前記一方側に向かうに従い漸次径方向内側から径方向外側へ向けて傾斜して形成されているとともに、第１テーパ面６ｂに対向配置されている。

また、固定内歯歯車６における軸Ｏ方向の前記一方側を向く端面には、略リング状の外輪１７が、軸Ｏと同軸に配設されている。外輪１７は、固定内歯歯車６に螺合により固定されているとともに、該固定内歯歯車６に対する軸Ｏ周りの回転移動が規制されている。

また、外輪１７の内周面において、軸Ｏ方向の前記他方側の端部には、第４テーパ面１７ａが形成されている。詳しくは、第４テーパ面１７ａは、固定内歯歯車６における第１テーパ面６ｂの前記一方側に連なり、軸Ｏ方向の前記他方側から前記一方側に向かうに従い漸次径方向外側から径方向内側へ向けて傾斜して形成されている。また、第４テーパ面１７ａは、可動内歯歯車７における第３テーパ面７ｂの径方向外側に配置されているとともに、第２テーパ面７ａに対向配置されている。また、外輪１７の内周面において、軸Ｏ方向の前記一方側の端部は、可動内歯歯車７の外周面との間に僅かに隙間を設けて前記外周面に対向配置されている。

また、固定内歯歯車６の第１テーパ面６ｂと可動内歯歯車７の第３テーパ面７ｂとの間には、円柱状をなし、これらの第１テーパ面６ｂ及び第３テーパ面７ｂにその外周面を当接させるとともに中心軸が第１テーパ面６ｂ及び第３テーパ面７ｂに平行な軸Ａ１とされたローラ１８が、複数配設されている。また、可動内歯歯車７の第２テーパ面７ａと外輪１７の第４テーパ面１７ａとの間には、円柱状をなし、これらの第２テーパ面７ａ及び第４テーパ面１７ａにその外周面を当接させるとともに中心軸が第２テーパ面７ａ及び第４テーパ面１７ａに平行な軸Ａ２とされたローラ１９が、複数配設されている。図６に示すように、これらのローラ１８，１９は、互いに同一形状とされているとともに、周方向に交互に配列されている。

このように、第１、第２、第３及び第４テーパ面６ｂ，７ａ，７ｂ，１７ａと、ローラ１８，１９とを備えたクロスローラベアリング２１が構成されているとともに、該クロスローラベアリング２１により連結された固定内歯歯車６及び外輪１７と可動内歯歯車７とが、周方向に沿って相対的に回転移動可能とされている。

次に、この回転駆動装置１０の動作について説明する。
まず、駆動モータ２がピニオン２ａを軸Ｃ周りに回転させると、ピニオン２ａが、太陽歯車４の第１歯車部４１を軸Ｏ周りに回転させる。ここで、第１歯車部４１の歯数は、ピニオン２ａの歯数よりも多く設定されているため、ピニオン２ａの回転が減速されて第１歯車部４１に伝達される。

第１歯車部４１が軸Ｏ周りに回転されると、該第１歯車部４１に一体とされた第２歯車部４２が軸Ｏ周りに回転するとともに、遊星歯車５が自転する。ここで、第１歯車部４１の歯数は第２歯車部４２の歯数よりも多く設定されていることから、ピニオン２ａの回転が、さらに減速されて遊星歯車５に伝達される。

遊星歯車５が自転すると、該遊星歯車５に噛み合う固定内歯歯車６が取付プレート１に固定されていることから、遊星歯車５は、第２歯車部４２の外周に沿って軸Ｏ周りに公転する。

ここで、遊星歯車５に噛み合う固定内歯歯車６と可動内歯歯車７とは、夫々の内周面に形成される歯形の数が異なって設定されていることから、遊星歯車５が軸Ｏ周りに１周公転すると、可動内歯歯車７は固定内歯歯車６に対し互いの歯数差分だけ軸Ｏ周りに回転させられるようになっている。このように、可動内歯歯車７が軸Ｏ周りに回転すると、この可動内歯歯車７に一体とされた出力プレート１６が回転する。

以上説明したように、本実施形態に係る回転駆動装置１０によれば、太陽歯車４が、ピニオン２ａに噛合される第１歯車部４１と、第１歯車部４１よりも少ない歯数に設定され、遊星歯車５に噛み合う第２歯車部４２とを一体に連結しているので、ピニオン２ａと可動内歯歯車７との間の減速比を大幅に高めることができる。

すなわち、ピニオン２ａ及び第１歯車部４１の間の減速比と、第１歯車部４１及び第２歯車部４２の間の減速比と、第２歯車部４２及び遊星歯車５の間の減速比と、遊星歯車５及び可動内歯歯車７の間の減速比との積により装置の減速比が求められることから、図９に示す従来の回転駆動装置１００のように、一つの歯車部１４１のみからなる太陽歯車１０４を用いた構成に対比して、減速比を大幅に高めて出力させることができ、よって種々様々な要望、用途に対応することが可能となる。
詳しくは、従来の回転駆動装置１００における減速比が２００程度に設定されていたのに対比して、本実施形態の回転駆動装置１０における減速比は、４３０程度に設定される。

また、太陽歯車４において、第１歯車部４１が第２歯車部４２よりも大径に形成されているので、第１歯車部４１の歯数を容易に増大させることができ、ピニオン２ａ及び第１歯車部４１の間の減速比と、第１歯車部４１及び第２歯車部４２の間の減速比とをより簡便に高めることができる。また、第１歯車部４１に噛み合うピニオン２ａ及び該ピニオン２ａを回転させる駆動モータ２を太陽歯車４の軸Ｏから径方向外側により離間させて配設できることから、装置における軸Ｏ近傍のスペースを有効に利用することができる。

また、太陽歯車４が中空に形成されていることから、太陽歯車４の径方向内側に配設された中空軸８の内部に電源ケーブルや信号ケーブル等の配線部材などを挿通させることができる。従って、太陽歯車４や可動内歯歯車７が回転しても前記配線部材が大きく移動させられることがなく、該配線部材の取り回しが容易であるとともに破損等が防止される。

また、固定内歯歯車６と可動内歯歯車７とが、クロスローラベアリング２１で連結されていることから、装置の外形をより省スペース化できるとともに剛性が充分に確保されている。さらに、固定内歯歯車６の内周面と可動内歯歯車７の外周面とが対向配置された状態でクロスローラベアリング２１により連結されていることから、装置に注入された潤滑油等が、太陽歯車４の径方向外側へ向けて、装置の外部へ飛散することが確実に防止されている。また、クロスローラベアリング２１に連結された構成であることから、このように固定内歯歯車６と可動内歯歯車７とが径方向に対向して配置されていても、装置の軸Ｏ方向及び径方向の剛性が充分に確保されている。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態では、駆動モータ２のピニオン２ａと太陽歯車４の第１歯車部４１とが噛合していることとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、ピニオン２ａと第１歯車部４１とを離間して配置するとともに、これらの間に、ピニオン２ａと第１歯車部４１とに噛合する中間歯車を配設することとしても構わない。

このような構成によれば、ピニオン２ａ及び中間歯車の間の減速比と、中間歯車及び第１歯車部４１の間の減速比とが夫々得られることから、減速比をさらに高めることが可能となる。また、ピニオン２ａと第１歯車部４１との間の距離を比較的大きくとれることから、駆動モータ２を太陽歯車４の軸Ｏから径方向外側により大きく離間させて配設でき、軸Ｏ近傍のスペースがさらに有効に利用できる。
また、中間歯車は、複数配設されていても構わない。

また、本実施形態では、太陽歯車４において、第１歯車部４１が第２歯車部４２よりも大径に形成されていることとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１歯車部４１と第２歯車部４２とが略同一の外径に形成されているとともに、第１歯車部４１の歯数が、第２歯車部４２の歯数よりも多く設定されていることとしてもよい。さらに、第１歯車部４１が、第２歯車部４２よりも小径に形成されていても構わない。

また、太陽歯車４において、第１歯車部４１の歯数が第２歯車部４２の歯数よりも多く設定されていることとしたが、第１歯車部４１の歯数と第２歯車部４２の歯数とは、互いに異なる歯数に設定されていればよく、第１歯車部４１の歯数が第２歯車部の歯数よりも少なく設定されていても構わない。

また、太陽歯車４において、第１歯車部４１と第２歯車部４２との周方向の相対的な回転移動が、第１歯車部４１のキー溝４１ａ、第２歯車部４２のキー溝及びキー部材４３の嵌合によって規制されていることとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１歯車部４１と第２歯車部４２とが、ネジ等の螺合や接着によって固定されているとともに、周方向の相対的な回転移動が規制されていることとしても構わない。

また、太陽歯車４において、第１歯車部４１と第２歯車部４２とが別体に形成されており、これらの第１、第２歯車部４１，４２を一体に連結することとして説明したが、これに限定されるものではなく、第１、第２歯車部４１，４２が元より一体に形成されていても構わない。

また、本実施形態では、固定内歯歯車６と可動内歯歯車７とが、クロスローラベアリング２１で連結されていることとしたが、これに限定されるものではなく、それ以外の玉軸受、コロ軸受又はドライベアリング等で連結されていても構わない。

また、クロスローラベアリング２１が、固定内歯歯車６の内周面と可動内歯歯車７の外周面とを連結していることとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、固定内歯歯車６において軸Ｏ方向の前記一方側を向く端面と、可動内歯歯車７において軸Ｏ方向の前記他方側を向く端面との間にクロスローラベアリング２１を配設しても構わない。

また、本実施形態では、遊星歯車５を第２歯車部４２の外周に沿って周方向等間隔に３つ備えることとして説明したが、遊星歯車５の数や配置はこれに限定されるものではなく、遊星歯車５は１つだけ配設されていても構わない。ただし、遊星歯車５を前述のように周方向等間隔に３つ以上配設することにより、該遊星歯車５に噛み合う太陽歯車４や可動内歯歯車７の回転をより安定させることができるので好ましい。

次に、前述の回転駆動装置１０を用いたロボットの関節構造３０と、これを備えたロボットアーム５０とについて説明する。
図７は本発明の一実施形態に係る回転駆動装置を用いたロボットの関節構造を示す概略斜視図、図８は図７のロボットの関節構造を用いたロボットアームを示す概略斜視図である。
尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、ロボットの関節構造３０は、前述の回転駆動装置１０を２つ用いて構成されている。ロボットの関節構造３０は、２つの回転駆動装置１０のうち、一の回転駆動装置１０ａ（図７における左側）の駆動モータ２と、他の回転駆動装置１０ｂ（図７における右側）の駆動モータ２とを互いに交差させるように、かつ、一の回転駆動装置１０ａの軸Ｏと他の回転駆動装置１０ｂの軸Ｏとを互いに交差させるように配設されており、夫々の出力プレート１６を２軸方向に回転可能に構成されている。詳しくは、これらの回転駆動装置１０ａ，１０ｂは、軸Ｏ同士を互いに直交させており、夫々の取付プレート１の外周面において互いに対向する辺部同士を当接させている。

このように構成されたロボットの関節構造３０によれば、２つの回転駆動装置１０ａ,１０ｂにより２軸の関節構造が構成されていることから、複雑な動作を行わせることができる。また、２つの回転駆動装置１０ａ，１０ｂの駆動モータ２を互いに交差させるように配設しているので、回転駆動装置１０ａ，１０ｂ同士をより近接させることができ、ロボットの関節構造３０の小型化を図ることができる。

また、図８に示すように、ロボットアーム５０は、第１構成部材５１と第２構成部材５２とを接続する第１関節部３０ａと、第２構成部材５２と第３構成部材５３とを接続する第２関節部３０ｂと、第３構成部材５３の先端に配設された第３関節部３０ｃと、を有している。またこのロボットアーム５０は、第１関節部３０ａが肩関節、第２関節部３０ｂが肘関節、第３関節部３０ｃが手首関節に相当するものとされており、これらの第１、第２及び第３関節部３０ａ，３０ｂ，３０ｃが前述のロボットの関節構造３０によって夫々形成されている。

第１関節部３０ａにおいては、第１構成部材５１の端部から上方に向け突出する取付軸５１ａが、一の回転駆動装置１０ａの出力プレート１６に連結されている。また、第２構成部材５２の基端から第１構成部材５１側へ向け突出する取付軸５２ａが、他の回転駆動装置１０ｂの出力プレート１６に連結されている。

第２関節部３０ｂにおいては、一の回転駆動装置１０ａの出力プレート１６の径方向内側にヒンジ軸５４が挿通されて、該出力プレート１６に連結されている。また第２構成部材５２の先端には断面略コ字状又は断面略Ｃ字状をなす接続部材５５が設けられており、この接続部材５５によりヒンジ軸５４の両端部分が軸支されている。また、他の回転駆動装置１０ｂの出力プレート１６には、第３構成部材５３の基端部分が接続されている。

第３関節部３０ｃにおいては、一の回転駆動装置１０ａの出力プレート１６の径方向内側にヒンジ軸５６が挿通されて、該出力プレート１６に連結されている。また第３構成部材５３の先端には断面略コ字状又は断面略Ｃ字状をなす接続部材５７が設けられており、この接続部材５７によりヒンジ軸５６の両端部分が軸支されている。

このように構成されたロボットアーム５０は、第１、第２及び第３関節部３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいて、２つの回転駆動装置１０ａ，１０ｂが互いの軸Ｏ同士を直交させるように夫々配設されているので、直交２軸の関節構造が構成され、複雑な動作を行わせることができる。

また、これらの回転駆動装置１０ａ，１０ｂが減速比の大きな不思議遊星歯車機構からなる構成とされているので、小型の駆動モータ２を用いても比較的大きなトルクを出力することができ、従って、小型かつ高トルクのロボットアーム５０を構成することができる。

さらに、２つの回転駆動装置１０ａ，１０ｂの駆動モータ２同士が互いに交差するように配置されているので、この関節構造のさらなる小型化を図ることができる。
また、回転駆動装置１０ａ，１０ｂは、各出力プレート１６における径方向内側の中空軸８の内部に電源ケーブルや信号ケーブル等の配線部材を挿通することができるので、装置が複雑な動作を行う場合でもこれらの配線部材が大きく移動することがなく、従って、該配線部材の取り回しが容易であるとともに破損等が防止される。

本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の外観を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の概略構成を示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の太陽歯車、遊星歯車及びピニオンを示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の太陽歯車、遊星歯車及びピニオンを示す概略正面図である。 本発明の一実施形態に係る回転駆動装置における太陽歯車の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転駆動装置におけるクロスローラベアリングのローラの配置を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る回転駆動装置を用いたロボットの関節構造を示す概略斜視図である。 図７のロボットの関節構造を用いたロボットアームを示す概略斜視図である。 従来の回転駆動装置の太陽歯車、遊星歯車及びピニオンを示す概略斜視図である。

符号の説明

２…駆動モータ、 ２ａ…ピニオン、 ４…太陽歯車、 ５…遊星歯車、 ６…固定内歯歯車、 ７…可動内歯歯車、 １０，１０ａ，１０ｂ…回転駆動装置、 ２１…クロスローラベアリング、 ３０…ロボットの関節構造、 ３０ａ…第１関節部（ロボットの関節構造）、 ３０ｂ…第２関節部（ロボットの関節構造）、 ３０ｃ…第３関節部（ロボットの関節構造）、 ４１…第１歯車部、 ４２…第２歯車部、 ５０…ロボットアーム、 Ｏ…太陽歯車の軸

Claims (8)

1. 太陽歯車と、
   前記太陽歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車の軸周りに公転する遊星歯車と、
   前記太陽歯車を駆動する駆動モータに配設され、前記太陽歯車に連結されるとともに前記太陽歯車を前記軸周りに回転させるピニオンと、
   前記太陽歯車の同軸上に固定配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、
   前記固定内歯歯車とは異なる歯数に設定され、前記太陽歯車の同軸上に回転可能に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、を備え、
   前記太陽歯車は、前記ピニオンに連結される第１歯車部と、前記第１歯車部とは異なる歯数に設定され、前記第１歯車部の同軸上に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う第２歯車部と、を有することを特徴とする回転駆動装置。
2. 請求項１に記載の回転駆動装置であって、
   前記第１歯車部の歯数が、前記第２歯車部の歯数よりも多く設定されていることを特徴とする回転駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の回転駆動装置であって、
   前記太陽歯車は、その軸方向に沿って中空に形成されていることを特徴とする回転駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転駆動装置であって、
   前記ピニオンと前記第１歯車部との間には、中間歯車が配設されていることを特徴とする回転駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転駆動装置であって、
   前記固定内歯歯車と前記可動内歯歯車とが、クロスローラベアリングで連結されていることを特徴とする回転駆動装置。
6. 請求項５に記載の回転駆動装置であって、
   前記クロスローラベアリングは、前記固定内歯歯車の内周面と、前記可動内歯歯車の外周面とを連結していることを特徴とする回転駆動装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転駆動装置を２つ備え、これら２つの回転駆動装置が、一の回転駆動装置の前記駆動モータと他の回転駆動装置の前記駆動モータとを互いに交差させるように、かつ、一の回転駆動装置の軸と他の回転駆動装置の軸とを互いに交差させるように配設され、２軸方向に回転可能に構成されていることを特徴とするロボットの関節構造。
8. 請求項７に記載のロボットの関節構造を備えることを特徴とするロボットアーム。

Images