JPS63229287A - 関節ユニツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ２組の調和駆動型減速機を用い、ロボットアームとの結
合部を備え、部品として独立して取り扱える高剛性、高
精度の関節ユニットである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えば、多関節ロボットに用いられ、関節部
のみを簡単に交換可能なようにユニット化した高精度、
高剛性でしかも小型な関節ユニットに関する。

今日の産業用ロボットの分野では精密部品の組立用ロボ
ットの要求が高まりロボット自身の精度が必要となって
来た。このようなロボットを実現するため、ロボットの
構成要素の一つである関節部の高性能化が必要とされる
。

〔従来の技術〕

本発明出願人は、多関節ロボットの関節部に関して既に
２件の発明を申請中である。

これらはいずれも、２組の調和駆動型減速機と駆動源の
モータとが関節部の内部に不可分に組み込まれた構造の
もので、１件は実願昭６Ｏ−２４０７１（昭和６０年２
月２１日出＠）により、関節部のバックラッシュを無く
し剛性を高めるために、２組の調和駆動型減速機の出力
内歯歯車を回転方向にずらして偏角を与えて組み込んだ
関節機構についてであり、他の１件は特願昭６ｌ−２０
８７２６（昭和６１年９月４日出１ｉｔ）により、線形
太刀に対して出力軸に現れる非線形性にもとずく周期的
位置ずれ誤差を解決するため、２組の調和駆動型減速機
の波動発生器の長軸方向を９０度ずらして組み込んだ動
力伝達装置についてである。

前者をもとに従来例を説明する。

第４図は多関節アーム型ロボットの側面図で、第５図は
第４図のＩＶ−ＩＶ’　断面を拡大して表した従来の関
節部の断面図、第６図は関節部に組込まれた調和駆動型
減速機Ａの左側面図で、当該減速機の動作原理の説明に
用いるものである。

第４図において２０は基台、２１〜２５はアームである
。アーム２１〜２５はその関節部３１〜３３・３１゛　
〜３３°で屈曲または回転可能に接続されている。第５
図は第１番目の屈曲関節部３１の拡大断面図であり、回
転軸４・を軸支している第１アーム２１は第２アーム２
２を回転可能に支持している。回転軸４にはモータＭの
ロータが固定されており、ロータの外側のステータは第
２アーム２２に固定されていて駆動源であるモータＭを
構成し、回転軸４は入力軸４゛となっている。モータＭ
を挟んで、入力軸４°には一対の調和駆動型減速機Ａ−
Ｂの波動発生器８ａ・８ｂが固定されている。第６図は
調和駆動型減速機Ａの左側面図であり、内側から順に楕
円形の波動発生器８ａ、ベアリング９ａ、可撓性材料よ
りなる外歯歯車１０ａ　、外歯歯車１０ａの円周上の２
点でそれぞれかみ合っており、且つ外歯歯車１０ａより
歯数の少ない固定内歯歯車１１ａ　、および固定内歯歯
車１１ａの裏側に配設され外歯歯車１０ａと歯数の等し
い出力内歯歯車１２ａとからなっている。

もう一方の調和駆動型減速機Ｂも同様に構成されている
。各調和駆動型減速機Ａ−Ｂの固定内歯歯車１１　ａ　
　・１１ｂは一次側部材となる第１アーム２１に直接固
定されており、出力内歯歯車１２ａ　　・１２ｂは二次
側部材となる第２アーム２２に直接固定されている。

この構成における関節部の動作を説明する。

第６図において入力軸４”がモータＭで駆動されて反時
計方向に回転すると、楕円形の波動発生器８ａ・８ｂが
同じ方向に回転する。これにより、外歯歯車１０ａ　　
・ｌＯｂは可撓性材料よりなるため、波動発生器８ａ・
８ｂの回転に従って変形し、固定内歯歯車１１ａ　　・
１１ｂとかみ合いながら、波動発生器８ａ・８ｂが１回
転する毎に歯数の差だけ時計方向へ回転し、出力内歯歯
車１２ａ　　・１２ｂを歯数の差だけ時計方向へ回転さ
せ、第２アーム２２を第１アームに対して屈曲させる。

また、反対方向へ駆動軸４゛が回転すると、外歯歯車８
ａ・８ｂが逆回転して第２アーム２２を伸長させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した従来の技術では、調和駆動型減速機の各構
成要素が、駆動源たるモータとともに、ロボットのアー
ムに直接固定されて組立られてアームの関節部分を構成
しており、関節部だけの独立した部品としてユニット化
されていなかった。

即ち、関節部分はロボット本体の組み立ての際にアーム
の一部として形成されるため、特に高精度が要求される
最近のロボット用の関節部を、ロボット本体組立工程と
は別の専用の組立ラインで組み立てることが不可能であ
り、関節部としての特性にバラツキが大きく均一性が得
られないという問題があった。

またモータが関節部に内蔵されているため、組立にくく
、減速機の注油やモータのメンテナンスが容易でないう
えに、動作時にモータから発生する熱がアームを通じて
放散され、アームの熱膨張による位置ずれが生じるとい
う問題もあった。

さらに関節部の故障修理の際などに、アームをロボット
本体から取り外す必要があり、例えば、第４図において
、第２アーム２２の関節部３１に組み込まれた調和駆動
型減速機の構成要素を交換する場合、アーム２２を取り
外す必要があり、正常な関節部３２をも分解することに
なり、分解、再組立の作業が煩雑であるなどの問題点も
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題は、ロボットアームのうちで関節部を構成する
要素だけ即ち、第１アームとの結合部を備えた第１部材
と、第２アームとの結合部を備えた第２部材を、ロボッ
トのアームから切り離して、他の構成要素即ち、入力軸
および２組の調和駆動型減速機とともにユニット化し、
さらに該２組の減速機は、その波動発生器の長軸方向が
９０度ずらした状態で入力軸に固定され、その固定内歯
歯車は第１部材に固定され、しかも出力内歯歯車が固定
内歯１車に対して互いに逆方向にねじられて偏角が与え
られて第２部材に固定されて組立てられており、モータ
を後付けすることが可能な本発明の関節ユニットで解決
される。

〔作用〕

２）Ｊｌの調和駆動型減速機が、関節ユニットとして独
立して、専用の組立ラインで上記のように組立てられて
いるので、出力内歯歯車に偏角を与えて剛性を向上させ
ることと、９０度ずらした波動発生器で周期的位置ずれ
を低減すること、とが同時に効果的に実現され、組立て
容易な高性能の関節ユニットが得られる。さらに、駆動
モータは関節ユニットの外部に後で組付けられるため、
関節ユニット内部やモータのメンテナンスが容易となり
、またモータの放熱が向上しアームの熱膨張による位置
ずれも低減する。

また関節部の修理などの際、正常な関節部に影響を及ぼ
すことなく故障関節ユニ７）だけを交換できる。

〔実施例〕

以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る関節ユニットの断面図で、第２図
は波動発生器の組込み状態を示す図で同図（ａ）は第１
図の１−１’断面図、同図（ｂ）は第１図のｎ−ｎ’断
面図、第３図は出力内歯歯車の偏角を示す図である。

第１図は、関節ユニットが屈曲していない状態、即ち、
ロボットの２組のアームが一直線上ににあることに相当
する状態を示している。

図において、４゛は関節ユニットに後付けされるモータ
Ｍ等の駆動源に直結される入力軸で、ベアリング５を介
して第１部材１と第２部材２とにより軸支されている。

ｌは第１部材で、一端にロボットの第１アーム２１と例
えば、いんろう聖域め合いで結合するための結合部１ａ
が形成されている。

２は第２部材で、同様に第２アーム２２への結合部２ａ
が形成されており、ベアリング６を介して第１部材１に
より回転可能に支持されているＡ−Ｂは調和駆動型減速
機で、入力軸４゛に固定された楕円形の波動発生器８ａ
・８ｂ、ベアリング９ａ・９ｂ、可撓性材料よりなる外
歯歯車１０ａ　　・１０ｂ、外歯歯車１０ａ　　−１０
ｂの円周上の２点でそれぞれかみ合っており、且つ外歯
歯車１０ａ　　・１０ｂより歯数の少ない固定内歯歯車
１１ａ　　・１１ｂ１同様にかみ合っており外歯歯車１
０ａ−１０ｂと歯数の等しい出力内歯歯車１２ａ　　・
１２ｂで構成されている。

各調和駆動型減速機Ａ−Ｂの固定内歯歯車１１ａ・Ｉｌ
ｂは第１部材１に固定されており、出力内歯歯車１２ａ
　　・１２ｂは第２部材２に固定されている。

固定内歯歯車１１ａ　・１１ｂと出力内歯歯車１２ａ　
　・１２ｂの少な（とも一方の内歯歯車例えば出力内歯
歯車１２ａと１２ｂとは第３図のように互いに異なる回
転方向へずらすことにより偏角αを与えて第２部材２２
に固定されている。

さらに、各調和駆動型減速機Ａ−Ｈの波動発生器８ａ・
８ｂは第２図のように互いにその長軸方向を回転方向に
９０度ずらして、入力軸４′に固定されている。

以上説明した構成の関節ユニットは、独立した一つの部
品として、ロボット本体の組立とは別の専用工程で組立
られるので、２組の調和駆動装置を、上述の状態に容易
に組込むことができるので、以下述べるように、関節部
の性能を向上させることが容易であり、さらに特性の均
一な関節部を能率良く生産できる。又ロボットの本体の
組立や故障修理の際に、アームへの結合が嵌め合い等に
より高精度に且つ簡単に実現できる。

次ぎに、本関節ユニットの動作を説明する。

モータ等の駆動源により入力軸４”が回転すると前述の
調和駆動型減速機の原理により、その回転は減速されて
調和駆動型減速機Ａ−Ｂの固定内歯歯車１１ａ　　・１
１ｂを介して第２部材２に伝達され、第２部材は第１部
材ｌに対して屈曲し両部材に結合されているロボットの
アーム２１．２２が屈曲する。

この動作時において、第３図に示すように、出力内歯歯
車１２ａと１２ｂとの間に偏角αが与えであるので、両
減速機の間で内歯と外歯の歯の接触面が逆になっており
、入力軸４′の回転方向が反転する際に生じる、歯の遊
びによるバックラッシュが防止され、剛性の高い関節ユ
ニットが得られる。

また、両減速機の波動発生器８ａ・８ｂは、第２図に示
すように、９０度ずらして入力軸４゛に固定されている
ので、関節ユニットの組立時に生ずる外歯歯車群と内歯
歯車との間の微少な偏心による歯のかみ合い深さの変動
を減少できるため、該深さ変動に起因する周期的非線形
位置ずれ誤差が低減される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、高剛性で非直線
性位置ずれ誤差が少なく、モータの発熱による悪影響を
低減することが可能なロボットの関節部を、取扱い容易
な独立したユニットとして提供でき、多関節型ロボット
等の高性能化に貢献することが顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る関節ユニットの断面図、第２図
は、波動発生器の組込み状態を示す図、第３図は、出力
内歯歯車の偏角を示す図、第４図は、多関節アーム型ロ
ボットの側面図、第５図は、従来の関節部の断面図、 第６図は、調和駆動型減速機Ａの左側面図、である。 図において、 １−第１部材、　　　　　１ａ・・−結合部、２−・第
２部材、　　　　　２ａ−結合部、４′−人力軸　　　
　　　５・−ベアリング、６−・・ベアリング、　　　
　Ｍ・−・（−−タ、Ａ　−Ｂ−調和駆動型減速機。 ８ａ・８ｂ・−・−波動発生機、　　９ａ・９ｂ−・ベ
アリング、１０ａ　　・１０ｂ　−・−外歯歯車、１１
ａ　　・１１ｂ−固定内歯歯車。 １２ａ　　・１２ｂ　−・−出力内歯歯車、２１−第１
アーム、　　　　２２−・−第２アーム、である。 ）も息明Ｆ係ろ関節に、斗の許ｉ図 第１区 Ｉ−１′欧五図 （α） ニー１′許面口 （Ｌン ン疋重カイ←生毫舌、の　躬１Ｌ−）＋状態　先カミ、
す　９己第２図 出力内歯＊車の偏角九ホマ図 第３図 ７７関即了−ムヤロホ′、７トの狽゛１勺国第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１アームとの結合部（１ａ）を備え、駆動モータに直
   結される入力軸（４’）を回転自在に軸支する第１部材
   （１）と、 第２アームとの結合部（２ａ）を備え、前記第１部材（
   １）に回転自在に支持される第２部材（２）と、 円周上に可撓性の外歯歯車（１０ａ、１０ｂ）が配設さ
   れた楕円形の波動発生器（８ａ、８ｂ）と、該外歯歯車
   （１０ａ、１０ｂ）とかみ合うリング状の、固定内歯歯
   車（１１ａ、１１ｂ）および出力内歯歯車（１２ａ、１
   ２ｂ）とよりなる調和駆動型減速機が少なくとも２組と
   、から構成され、 前記調和駆動型減速機は、前記波動発生器（８ａ、８ｂ
   ）の長軸方向が９０度ずらした状態で前記入力軸（４’
   ）に固定され、且つ前記固定内歯歯車（１１ａ、１１ｂ
   ）が前記第１部材（１）に固定され、しかも前記出力内
   歯歯車（１２ａ、１２ｂ）が前記固定内歯歯車（１１ａ
   、１１ｂ）に対して互いに逆方向にねじられ偏角が与え
   られて前記第２部材（２）に固定されていることを特徴
   とする関節ユニット。