JP6875364B2 - ギヤ機構、ギヤ調整方法およびロボット - Google Patents

ギヤ機構、ギヤ調整方法およびロボット Download PDF

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Description

本発明は、ギヤ機構、ギヤ調整方法およびロボットに関するものである。
１つのケーシングに２つのモータを平行に設け、コンパクトで軽量な構造となるとともに、平歯車を採用して各部品の組み込みを一方向から行えることとして、調整作業を容易にして組立作業の効率化が図れるとともに低コストの業用ロボットの手首構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６３−１２３６８５号公報
特許文献１では、平歯車を採用することにより、傘歯車で必要なスペーサ等によるバックラッシュ調整が不要となっている。しかし、駆動ギヤと従動ギヤとの軸間距離は、各部品の公差によってばらつきが生ずるため、軸間距離が調整可能であることが望ましい。
本発明の一態様は、第１軸線を中心とする円筒内面と円筒外面との嵌合によって、位置決め状態に組み付けられる一対のハウジングと、一方の該ハウジングに、前記第１軸線および該第１軸線に平行な第２軸線回りに回転可能に取り付けられる２つの第１ギヤと、他方の前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、一対の前記ハウジングが組み付けられた状態で２つの前記第１ギヤにそれぞれ噛み合う２つの第２ギヤとを備え、前記第２軸線回りに回転可能に取り付けられた前記第１ギヤと、該第１ギヤに噛み合う前記第２ギヤとが、前記第１軸線回りの前記ハウジング間の相対回転によって、軸間距離が変化する位置に配置されているギヤ機構である。
本発明の一実施形態に係るロボットの手首ユニットを示す部分的な縦断面図である。 図１の手首ユニットに備えられた本実施形態に係るギヤ機構を分離した状態を示す部分的な縦断面図である。 図２のギヤ機構を組み付けた状態を示す部分的な縦断面図である。 図２の第１駆動ギヤと第１従動ギヤとを噛み合わせた状態を示す模式図である。 図３の第１ハウジングと第２ハウジングとを相対回転させて第２駆動ギヤと第２従動ギヤとを噛み合わせた状態を示す模式図である。 図２のギヤ機構の変形例を示す縦断面図である。 図２のギヤ機構の他の変形例を示す縦断面図である。
本発明の一実施形態に係るギヤ機構１、ギヤ調整方法およびロボットについて、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットは、例えば、直立多関節型ロボットであって、図１に示すように、手首ユニット１１０を備えている。
手首ユニット１１０は、アーム１２０に対して第１手首軸Ａ回りに回転可能な第１手首要素１１１と、第１手首要素１１１の先端に第１手首軸Ａに直交する第２手首軸Ｂ回りに回転可能な第２手首要素１１２と、第２手首軸Ｂに直交し第１手首軸Ａおよび第２手首軸Ｂの交点を通過する第３手首軸Ｃ回りに回転可能な第３手首要素１１３とを備えている。
第１手首要素１１１は、第１手首軸Ａに直交する接合平面１１１ａによって分割可能に組み付けられ、図示しないボルトの締結により相互に固定される基端側の第１ハウジング（ハウジング）２および先端側の第２ハウジング（ハウジング）３を備えている。
第１ハウジング２は、第２手首要素１１２および第３手首要素１１３を駆動するための２つのモータ（図示略）を内蔵している。
一方のモータは、図２に示されるように、第１ハウジング２に、軸受（円環状部材）４によって、第１軸線Ｄ回りに回転可能に支持されたシャフト５を備えている。シャフト５の先端に、平歯車からなる第１駆動ギヤ（第１ギヤ）６が設けられている。
他方のモータも、図２に示されるように、第１ハウジング２に、軸受４によって、第１軸線Ｄに間隔をあけて平行に配置された第２軸線Ｅ回りに回転可能に支持されたシャフト７を備え、シャフト７の先端に、平歯車からなる第２駆動ギヤ（第１ギヤ）８が設けられている。
各モータのシャフト５，７に設けられた第１駆動ギヤ６および第２駆動ギヤ８は、第１ハウジング２の接合平面１１１ａから突出させられた状態に配置されている。
第１ハウジング２には、接合平面１１１ａに開口する２つの嵌合孔９が設けられている。これらの嵌合孔９の内面（円筒内面）９ａは、軸受４の外輪を嵌合可能な内径寸法を有しており、第１駆動ギヤ６および第２駆動ギヤ８を支持する軸受４の外周面（円筒外面）４ａが嵌合している。
第１駆動ギヤ６を回転可能に支持する軸受４は、その外周面４ａを接合平面１１１ａから部分的に突出させて嵌合孔９の内面９ａに嵌合している。
第２ハウジング３には、第２手首要素１１２が回転可能に取り付けられ、第２手首要素１１２には第３手首要素１１３が回転可能に取り付けられている。
また、第２ハウジング３には、接合平面１１１ａを密着させて第１ハウジング２に組み付けたときに、第１駆動ギヤ６に噛み合う第１従動ギヤ（第２ギヤ）１０および第２駆動ギヤ８に噛み合う第２従動ギヤ（第２ギヤ）１１が、軸受１２によって、平行な軸線Ｆ，Ｇ回りに回転可能に取り付けられている。各従動ギヤ１０，１１は、各駆動ギヤ６，８から入力されてくるモータの動力を図示しない減速機構にそれぞれ入力し、第２手首要素１１２および第３手首要素１１３を駆動する。
第２ハウジング３には、第１ハウジング２に組み付けたときに、第１軸線Ｄを中心とする第１ハウジング２の嵌合孔９と同径の嵌合孔１３が接合平面１１１ａに開口して設けられている。これにより、図３に示されるように、接合平面１１１ａを密着させる状態まで第１ハウジング２と第２ハウジング３とを組み付けると、第１ハウジング２の接合平面１１１ａから突出している軸受４の外周面４ａが第２ハウジング３の嵌合孔１３の内面（円筒内面）１３ａにも嵌合する。
すなわち、第１軸線Ｄ回りに第１駆動ギヤ６を回転可能に支持する軸受４の外周面４ａが、第１ハウジング２および第２ハウジング３の両方に設けられた嵌合孔９の内面９ａに同時に嵌合することにより、第１ハウジング２と第２ハウジング３とは第１軸線Ｄ回りに相対回転可能に組み付けられる。
また、第２駆動ギヤ８と第２従動ギヤ１１とは、図４および図５に示されるように、第１軸線Ｄ回りに第１ハウジング２と第２ハウジング３とを相対回転させたときに、軸間距離が変化する位置関係に配置されている。この場合、第２ハウジング３には、接合平面１１１ａに開口する一方の嵌合孔１３よりも径寸法が大きい嵌合孔１４が設けられている。
また、第１駆動ギヤ６と第１従動ギヤ１０とは、第１ハウジング２と第２ハウジング３とが精度よく位置決めされた状態で組み付けられたときに、適正なバックラッシュとなる状態に構成されている。
本実施形態に係るギヤ機構１は、第１ハウジング２、第２ハウジング３、第１駆動ギヤ６、第２駆動ギヤ８、第１従動ギヤ１０および第２従動ギヤ１１を備えている。
このように構成された本実施形態に係るギヤ機構１を用いたギヤ調整方法について以下に説明する。
本実施形態に係るギヤ調整方法は、まず、図３に示されるように、第１ハウジング２に設けられた嵌合孔９に部分的に嵌合している軸受４を、第２ハウジング３に設けられた嵌合孔１３にも部分的に嵌合させて、第１ハウジング２の接合平面１１１ａと第２ハウジング３の接合平面１１１ａとを密着させる位置まで近接させる。
これにより、第１ハウジング２と第２ハウジング３とは、軸受４をピンの代わりにして、精度よく位置決めされた状態に組み付けられる。したがって、この状態で、図４に示されるように、第１駆動ギヤ６と第１従動ギヤ１０とが、適正なバックラッシュとなる状態に噛み合わせられる。
次いで、図４に矢印で示すように、第１ハウジング２と第２ハウジング３とを第１軸線Ｄ回りに相対回転させる。これにより、第２駆動ギヤ８と第２従動ギヤ１１との軸間距離が変化するので、図５に示されるように、適正な軸間距離となるまで第１ハウジング２と第２ハウジング３とを相対回転させる。そして、回転後の位置で、第１ハウジング２と第２ハウジング３とをボルトの締結によって固定することにより、第２駆動ギヤ８と第２従動ギヤ１１とが適正なバックラッシュを有する状態に調整される。
このように、本実施形態に係るギヤ構造１、ギヤ調整方法およびロボットによれば、２つの駆動ギヤ６，８を支持する第１ハウジング２と２つの従動ギヤ１０，１１を支持する第２ハウジング３とを、軸受４をピンの代わりにして精度よく位置決めすることができる。したがって、ピンが不要となって部品点数および加工工数を削減しつつ、第１駆動ギヤ６と第１従動ギヤ１０とを適正に噛み合わせることができるという利点がある。
また、第１ハウジング２と第２ハウジング３とを第１軸線Ｄ回りに相対回転させるだけで、第１駆動ギヤ６と第１従動ギヤ１０との適正な噛み合い状態を維持しつつ、第２駆動ギヤ８と第２従動ギヤ１１との噛み合いを適正に調整することができる。第２駆動ギヤ８と第２従動ギヤ１１との噛み合いの調整作業中に第１駆動ギヤ６と第１従動ギヤ１０との噛み合い状態が変化しないので、調整作業を容易に行うことができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、第１駆動ギヤ６を回転可能に支持する軸受４の外周面４ａを第１ハウジング２および第２ハウジング３に設けた嵌合孔９，１３の内面９ａ，１３ａに同時に嵌合させることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、軸受４の第１軸線Ｄに沿う方向に隣接する位置に、軸受４を第１軸線Ｄに沿う方向に位置決めする円筒状のスペーサ（円環状部材）１５を配置し、スペーサ１５の外周面（円筒外面）１５ａを第１ハウジング２および第２ハウジング３の嵌合孔９，１３の内面９ａ，１３ａに同時に嵌合させることにしてもよい。
これにより、軸受４と同様にして、スペーサ１５をピンの代わりに用いて、第１ハウジング２と第２ハウジング３とを第１軸線Ｄ回りに相対回転させることができる。スペーサ１５の外径寸法を軸受４の外径寸法と同一とすることにより、嵌合孔９の内面９ａに段差を形成せずに済み、内面９ａを精度よく加工することができる。また、同径にすることにより、スペーサ１５を軸受４のズレ止めのためのＣリング等の代用とすることができる。
ここで、スペーサ１５の外径寸法は軸受４の外径寸法と異なっていてもよい。すなわち、スペーサ１５の外径寸法が軸受４の外径寸法よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
また、スペーサ１５を用いる場合に、第１駆動ギヤ６を回転可能に支持する軸受４はなくてもよい。
また、図７に示されるように、第１ハウジング２に、第１軸線Ｄを中心とする円筒状の突起１６を設け、該突起１６の外周面（円筒外面）１６ａを、第２ハウジング３に設けられた嵌合孔１７の円筒内面１７ａに嵌合させることにしてもよい。この場合にも、第１駆動ギヤ６を回転可能に支持する軸受４は、あってもよいし、なくてもよい。また、第２ハウジング３に突起１６を設け、第１ハウジング２に嵌合孔１７を設けてもよい。
また、本実施形態においては、２つの軸受４が同一の仕様であるものを例示したが、これに代えて、形状等がそれぞれ異なる仕様のものを採用してもよい。また、軸受１２も同様に、それぞれ仕様が異なるものを採用してもよい。
なお、以下の態様を導くことができる。
本発明の一態様は、第１軸線を中心とする円筒内面と円筒外面との嵌合によって、位置決め状態に組み付けられる一対のハウジングと、一方の該ハウジングに、前記第１軸線および該第１軸線に平行な第２軸線回りに回転可能に取り付けられる２つの第１ギヤと、他方の前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、一対の前記ハウジングが組み付けられた状態で２つの前記第１ギヤにそれぞれ噛み合う２つの第２ギヤとを備え、前記第２軸線回りに回転可能に取り付けられた前記第１ギヤと、該第１ギヤに噛み合う前記第２ギヤとが、前記第１軸線回りの前記ハウジング間の相対回転によって、軸間距離が変化する位置に配置されているギヤ機構である。
本態様によれば、第１軸線を中心とする円筒内面と円筒外面とを嵌合させることによって、一対のハウジングが精度よく位置決めされた状態に組み付けられる。これにより、第１軸線回りに回転可能に一方のハウジングに取り付けられている第１ギヤに、他方のハウジングに回転可能に取り付けられている第２ギヤを適正に噛み合わせることができる
この状態で、一対のハウジングを第１軸線回りに相対回転させると、第１軸線回りの第１ギヤと第２ギヤとの適正な噛み合い状態が維持されたまま、第１軸線に平行な第２軸線回りに回転可能に取り付けられた第１ギヤと、これに噛み合う第２ギヤとの軸間距離を変化させることができる。したがって、これらの第１ギヤと第２ギヤとが適正に噛み合う軸間距離に調整して、バックラッシュを適正に調整することができる。
上記態様においては、前記円筒内面が、両方の前記ハウジングに設けられ、前記円筒外面が、両方の前記ハウジングの前記円筒内面に同時に嵌合する円環状部材に備えられていてもよい。
この構成により、両方のハウジングに設けられた円筒内面に、共通の円環状部材に備えられた円筒外面を同時に嵌合させることにより、２つのハウジングを第１軸線回りに回転可能に組み付けることができる。
１ ギヤ機構
２ 第１ハウジング（ハウジング）
３ 第２ハウジング（ハウジング）
４ 軸受（円環状部材）
４ａ，１５ａ，１６ａ 外周面（円筒外面）
６ 第１駆動ギヤ（第１ギヤ）
８ 第２駆動ギヤ（第１ギヤ）
９ａ，１３ａ 内面（円筒内面）
１０ 第１従動ギヤ（第２ギヤ）
１１ 第２従動ギヤ（第２ギヤ）
１５ スペーサ（円環状部材）
１６ 突起
１７ａ 円筒内面
Ｄ 第１軸線
Ｅ 第２軸線

Claims (8)

  1. 第１軸線を中心とする円筒内面と円筒外面との嵌合によって、位置決め状態に組み付けられる一対のハウジングと、
    一方の該ハウジングに、前記第１軸線および該第１軸線に平行な第２軸線回りに回転可能に取り付けられる２つの第１ギヤと、
    他方の前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、一対の前記ハウジングが組み付けられた状態で２つの前記第１ギヤにそれぞれ噛み合う２つの第２ギヤとを備え、
    前記第２軸線回りに回転可能に取り付けられた前記第１ギヤと、該第１ギヤに噛み合う前記第２ギヤとが、前記第１軸線回りの前記ハウジング間の相対回転によって、軸間距離が変化する位置に配置されているギヤ機構。
  2. 前記円筒内面が、両方の前記ハウジングに設けられ、
    前記円筒外面が、両方の前記ハウジングの円筒内面に同時に嵌合する円環状部材に備えられている請求項１に記載のギヤ機構。
  3. 前記円環状部材が、前記第１ギヤを前記ハウジングに前記第１軸線回りに回転可能に支持する軸受である請求項２に記載のギヤ機構。
  4. 前記円環状部材が、前記第１ギヤを前記ハウジングに前記第１軸線回りに回転可能に支持する軸受に前記第１軸線に沿う方向に隣接して配置されるスペーサである請求項２に記載のギヤ機構。
  5. 前記円筒内面が、前記軸受の外輪を嵌合可能な内径寸法を有する請求項４に記載のギヤ機構。
  6. 前記円筒内面が、一方の前記ハウジングに設けられ、
    前記円筒外面が、他方の前記ハウジングに設けられた突起に備えられている請求項１に記載のギヤ機構。
  7. 相互に平行な第１軸線および第２軸線回りに２つの第１ギヤを第１ハウジングに回転可能に取り付け、
    ２つの前記第１ギヤにそれぞれ噛み合う２つの第２ギヤを第２ハウジングに回転可能に取り付け、
    前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとを前記第１軸線回りに回転させることにより、前記第２軸線回りに回転可能な前記第１ギヤと該第１ギヤに噛み合う前記第２ギヤとの軸間距離を調整するギヤ調整方法。
  8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のギヤ機構を備えるロボット。
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