JP2024055007A - 減速機を含む回転駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被駆動部の可動範囲を制限しない回転駆動装置を提供する。【解決手段】回転駆動装置１０は、第１回転軸Ｃ１周りに回転する出力軸２３を含むモータ２０と、出力軸２３が回転すると第２回転軸Ｃ２周りに回転する出力部３３を有する減速機３０と、出力部３３が回転すると被駆動部１０３ｂとともに第２回転軸Ｃ２周りに回転する回転伝達体４０と、回転伝達体４０に直接的に係合し、回転伝達体４０が回転すると第２回転軸Ｃ２に平行または垂直な第３回転軸Ｃ３周りに回転する回転被伝達体５０と、回転被伝達体５０の回転を検出する回転検出部６０とを備えている。回転伝達体４０は、減速機本体部３１を取り囲む環状を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、ロボットアームの関節等として使用可能な回転駆動装置に関し、特に、モータの出力軸の回転を減速するための減速機を含む回転駆動装置に関する。

従来、ロボットアームの関節等として使用可能な種々の回転駆動装置が提案されている。そのひとつに、図７に示す回転駆動装置１１０がある（特許文献１参照）。

回転駆動装置１１０は、被駆動部としてのアーム１２０を回転軸Ｃ周りに回転（可動）させるためのもので、ケース１１１に収容された不図示のモータと、モータとアーム１２０の間に位置する減速機１１２と、回転軸Ｃ上でアーム１２０とともに回転する軸部１１３と、軸部１１３の回転、すなわちアーム１２０の回転を検出するエンコーダ１１４と、エンコーダ１１４を支持する支持部１１５とを備えている。この回転駆動装置１１０によれば、エンコーダ１１４から出力される電気信号を参照することにより、意図した通りにアーム１２０が可動したかどうかを確認することができる。なお、このような確認は、モータの回転が減速機を介して被駆動部に伝達される場合に特に意義がある。

特許第５８４０９９５号公報

しかしながら、上記回転駆動装置１１０は、支持部１１５が存在するためにアーム１２０の可動範囲を広くとることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被駆動部の可動範囲を制限しない回転駆動装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る回転駆動装置は、第１回転軸周りに回転する出力軸を含むモータと、モータの出力軸が回転すると第１回転軸に平行な第２回転軸周りに回転する出力部を有する減速機と、減速機の出力部が回転すると該出力部に取り付けられた被駆動部とともに第２回転軸周りに回転する回転伝達体と、回転伝達体に直接的または間接的に係合し、回転伝達体が回転すると第２回転軸に平行または垂直な第３回転軸周りに回転する回転被伝達体と、回転被伝達体の回転を検出する回転検出部と、を備え、モータは、出力軸が設けられた上面を有する円柱状のモータ本体部を含み、減速機は、出力部が設けられた上面と該上面に対向する底面とを有する円柱状の減速機本体部を含み、底面がモータ本体部の上面に接するように該モータに取り付けられ、回転伝達体は、減速機本体部を取り囲む環状を有し、回転被伝達体および回転検出部は、モータおよび減速機の少なくとも一方の側方に位置する、との構成を有している。

上記回転駆動装置の回転伝達体および回転被伝達体は、直接的に係合し合う歯車であってもよい。

上記回転駆動装置の回転伝達体および回転被伝達体は、タイミングベルトを介して間接的に係合し合う平歯車であってもよい。

上記回転駆動装置の回転被伝達体は、減速機本体部および外歯車である回転被伝達体を取り囲む、回転被伝達体に直接的に係合する内歯車であってもよい。

上記回転駆動装置の第２回転軸は、第１回転軸上にあってもよい。

なお、本明細書で使用する用語「円柱」には、理想的な円柱だけでなく、上面、底面および側面の一部または全部に凹凸があるものも含まれることとする。

本発明によれば、被駆動部の可動範囲を制限しない回転駆動装置を提供することができる。

本発明に係る回転駆動装置を関節として使用したロボットアームの斜視図である。 本発明の実施例に係る回転駆動装置の側面図である。 本発明の実施例に係る回転駆動装置の簡略化された断面図である。 本発明の実施例に係る回転駆動装置の分解斜視図である。 本発明の実施例に係る回転駆動装置における、回転伝達体および回転被伝達体の関係を示す図である。 本発明の変形例に係る回転駆動装置における、回転伝達体および回転被伝達体の関係を示す図である。 従来の回転駆動装置の斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る回転駆動装置および該装置を関節として使用したロボットアームについて説明する。

［ロボットアーム］
まず、図１を参照しながら、本発明に係る回転駆動装置を関節として使用したロボットアーム１００について説明する。同図に示すように、ロボットアーム１００は、基部１０１と、第１アーム１０２と、第２アーム１０３とを備えている。

第１アーム１０２は、長尺円筒状のアーム本体部１０２ａと、アーム本体部１０２ａの一端に接続された基端部１０２ｂと、アーム本体部１０２ａの他端に接続された先端部１０２ｃとを含んでいる。基端部１０２ｂは、基部１０１および回転駆動装置１０’とともに第１関節１０４を構成している。

第２アーム１０３は、長尺円筒状のアーム本体部１０３ａと、アーム本体部１０３ａの一端に接続された基端部１０３ｂと、アーム本体部１０３ａの他端である先端部１０３ｃとを含んでいる。基端部１０３ｂは、第１アーム１０２の先端部１０２ｃおよび回転駆動装置１０とともに第２関節１０５を構成している。先端端１０３ｃには、ワークを掴むためのハンド機構等を取り付けることができる。

第１アーム１０２の先端部１０２ｃに対する第２アーム１０３の回転、すなわち第２関節１０５の可動は、回転駆動装置１０によって実現されている。また、基部１０１に対する第１アーム１０２の回転、すなわち第１関節１０４の可動は、本発明に係る回転駆動装置１０’によって実現されている。

［回転駆動装置（実施例）］
続いて、本発明の実施例として、上記回転駆動装置１０について説明する。図２－図４に示すように、実施例に係る回転駆動装置１０は、第１回転軸Ｃ１周りに回転する出力軸２３を含むモータ２０と、モータ２０の出力軸２３が回転すると第１回転軸Ｃ１上にある第２回転軸Ｃ２周りに回転する出力部３３を有する減速機３０と、減速機３０の出力部３３が回転すると該出力部３３に取り付けられた被駆動部としての基端部１０３ｂとともに第２回転軸Ｃ２周りに回転する回転伝達体４０と、回転伝達体４０に係合し、回転伝達体４０が回転すると第２回転軸Ｃ２に平行な第３回転軸Ｃ３周りに回転する回転被伝達体５０と、回転被伝達体５０の回転を検出する回転検出部６０と、回転被伝達体５０を支持するとともに保護するカバー７０とを備えている。

モータ２０は、出力軸２３が設けられた上面を有する略円柱状のモータ本体部２１と、上面を拡張してなるフランジ部２２とを含んでいる。モータ２０は、外部から入力された指令信号に従って出力軸２３が回転するよう構成されている。なお、出力軸２３の回転は、モータ本体部２１の内部に設けられた回転検出部によって検出されることが好ましい。

減速機３０は、出力部３３が設けられた上面と該上面に対向する底面とを有する略円柱状の減速機本体部３１と、底面を拡張してなるフランジ部３２とを含んでいる。図３に示すように、減速機３０の底面には、モータ２０の出力軸２３を受け入れる挿入口（入力部）が開口している。減速機３０は、入力部に挿入された出力軸２３が第１回転軸Ｃ１周りに回転すると、予め設定された減速比に従って出力部３３が第２回転軸Ｃ２周りに回転するよう構成されている。前述した通り、本実施例では、第２回転軸Ｃ２は第１回転軸Ｃ１上にある。

減速機３０のフランジ部３２は、不図示のボルト等によってモータ２０のフランジ部２２に固定されている。これにより、減速機本体部３１の挿入口にモータ２０の出力軸２３が挿入され、かつ減速機本体部３１の底面とモータ本体部２１の上面とが接した状態となっている。

減速機３０のフランジ部３２は、不図示のボルト等によって第１アーム１０２の先端部１０２ｃにも固定されている。これにより、減速機本体部３１が先端部１０２ｃの取付穴１０２ｄを貫通した状態となっている。なお、図４における先端部１０２ｃ、モータ２０および減速機３０の並びは、実際の並びとは異なっている。

減速機３０の出力部３３は、被駆動部としての第２アーム１０３の基端部１０３ｂに不図示のボルト等によって固定されている。図３に示すように、出力部３３を基端部１０３ｂに固定したとき、減速機本体部３１の上面と基端部１０３ｂとの間にはわずかな隙間が存在する。このため、出力部３３の回転に伴って基端部１０３ｂが回転しても、減速機本体部３１の上面と基端部１０３ｂとが擦れ合うことはない。

回転伝達体４０は、減速機本体部３１を取り囲む環状の回転伝達体本体部４１と、回転伝達体本体部４１の外周に等間隔に配置された複数の歯からなる第１係合部４２とを含んでいる。回転伝達体４０は、平歯車（外歯車）であると言える。

回転伝達体４０は、不図示のボルト等によって第２アーム１０３の基端部１０３ｂに固定されている。このため、減速機３０の出力部３３が第２回転軸Ｃ２周りに回転すると、第２アーム１０３の基端部１０３ｂだけでなく回転伝達体４０（平歯車，外歯車）も第２回転軸Ｃ２周りに回転する。

回転被伝達体５０は、カバー７０によって第３回転軸Ｃ３上に位置するように支持された軸部５２と、軸部５２の先端寄りの外周に等間隔に配置された複数の歯からなる第２係合部５１とを含んでいる。回転被伝達体５０は、回転伝達体４０よりも小径な平歯車（外歯車）であると言える。

図５に示すように、回転伝達体４０の第１係合部４２および回転被伝達体５０の第２係合部５１は、直接的に係合し合っている。このため、回転伝達体４０が第２回転軸Ｃ２周りに回転すると、回転被伝達体５０は第３回転軸Ｃ３周りに回転する。

回転検出部６０は、軸部５２の回転を磁気的に検出する磁気センサで構成されている。回転検出部６０は、検出した軸部５２の回転、すなわち回転被伝達体５０の回転に対応した電気信号を出力するよう構成されている。モータ本体部２１の内部に設けられた回転検出部を入力エンコーダとすると、回転検出部６０は出力エンコーダであると言える。ユーザは、入力エンコーダが出力した出力軸２３の回転に関する電気信号と出力エンコーダ（回転検出部６０）が出力した回転被伝達体５０の回転に関する電気信号とを参照することにより、被駆動部としての基端部１０３ｂ（第２アーム１０３）が意図した通りに可動したかどうかをリアルタイムに確認することができる。

回転被伝達体５０は、モータ２０および減速機３０からなるべく離れないように該モータ２０および減速機３０の側方に位置している。回転検出部６０も、モータ２０からなるべく離れないように該モータ２０の側方に位置している。このため、回転被伝達体５０および回転検出部６０によって、被駆動部としての基端部１０３ｂ（第２アーム１０３）の可動が制限されることはない。

［回転駆動装置（変形例）］
以上、本発明の実施例に係る回転駆動装置１０について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されない。

例えば、回転伝達体４０の第１係合部４２および回転被伝達体５０の第２係合部５１は、平歯車に限定されず、はすば歯車、かさ歯車、ウォーム歯車等の他の歯車であってもよい。また、回転伝達体４０の第１係合部４２および回転被伝達体５０の第２係合部５１は、図６（Ａ）に示すように、タイミングベルト８０を介して間接的に係合し合っていてもよい。あるいは、回転伝達体４０は、図６（Ｂ）に示すように、減速機本体部３１および回転被伝達体５０を取り囲む内歯車であってもよい。この場合は、回転伝達体本体部４１の内周に等間隔に配置された複数の歯からなる第１係合部４２と回転被伝達体５０の第２係合部５１（外歯車）とが直接的に係合し合うように、第３回転軸Ｃ３の位置を決定すればよい。なお、第１係合部４２および第２係合部５１を平歯車やはすば歯車とした態様、および図６（Ａ），（Ｂ）に示した態様では、第３回転軸Ｃ３は第２回転軸Ｃ２に対して平行であり、第１係合部４２および第２係合部５１をかさ歯車やウォーム歯車とした態様では、第３回転軸Ｃ３は第２回転軸Ｃ２に対して垂直である。

また、第２回転軸Ｃ２は、第１回転軸Ｃ１上になくてもよい。ただし、第２回転軸Ｃ２は、第１回転軸Ｃ１に平行であることが好ましい。

また、回転検出部６０は、軸部５２の回転を磁気的に検出するタイプに限定されない。

また、回転被伝達体５０および回転検出部６０は、減速機３０の側方に位置していてもよいし、モータ２０の側方に位置していてもよい。

また、本発明に係る回転駆動装置の適用先は、ロボットアームの関節に限定されない。つまり、本発明に係る回転駆動装置は、ロボットアームのアーム以外の任意の被駆動部を回転駆動させるために使用されてもよい。

１０ 回転駆動装置
２０ モータ
２１ モータ本体部
２２ フランジ部
２３ 出力軸
３０ 減速機
３１ 減速機本体部
３２ フランジ部
３３ 出力部
４０ 回転伝達体
４１ 回転伝達体本体部
４２ 第１係合部
５０ 回転被伝達体
５１ 第２係合部
５２ 軸部
６０ 回転検出部
７０ カバー
８０ タイミングベルト
１００ ロボットアーム
１０１ 基部
１０２ 第１アーム
１０２ａ アーム本体部
１０２ｂ 基端部
１０２ｃ 先端部
１０３ 第２アーム
１０３ａ アーム本体部
１０３ｂ 基端部
１０３ｃ 先端部
１０４ 第１関節
１０５ 第２関節
Ｃ１ 第１回転軸
Ｃ２ 第２回転軸
Ｃ３ 第３回転軸

Claims (5)

1. 第１回転軸周りに回転する出力軸を含むモータと、
   前記モータの前記出力軸が回転すると前記第１回転軸に平行な第２回転軸周りに回転する出力部を有する減速機と、
   前記減速機の前記出力部が回転すると該出力部に取り付けられた被駆動部とともに前記第２回転軸周りに回転する回転伝達体と、
   前記回転伝達体に直接的または間接的に係合し、前記回転伝達体が回転すると前記第２回転軸に平行または垂直な第３回転軸周りに回転する回転被伝達体と、
   前記回転被伝達体の回転を検出する回転検出部と、
   を備え、
   前記モータは、前記出力軸が設けられた上面を有する円柱状のモータ本体部を含み、
   前記減速機は、前記出力部が設けられた上面と該上面に対向する底面とを有する円柱状の減速機本体部を含み、前記底面が前記モータ本体部の前記上面に接するように該モータに取り付けられ、
   前記回転伝達体は、前記減速機本体部を取り囲む環状を有し、
   前記回転被伝達体および前記回転検出部は、前記モータおよび前記減速機の少なくとも一方の側方に位置する
   ことを特徴とする回転駆動装置。
2. 前記回転伝達体および前記回転被伝達体は、直接的に係合し合う歯車である
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。
3. 前記回転伝達体および前記回転被伝達体は、タイミングベルトを介して間接的に係合し合う平歯車である
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。
4. 前記回転被伝達体は、外歯車であり、
   前記回転伝達体は、前記減速機本体部および前記回転被伝達体を取り囲む内歯車であり、前記回転被伝達体に直接的に係合する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。
5. 前記第１回転軸上に前記第２回転軸がある
   ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の回転駆動装置。

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