KR20090078743A - 로봇 관절구동장치 - Google Patents

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KR20090078743A
KR20090078743A KR1020090001682A KR20090001682A KR20090078743A KR 20090078743 A KR20090078743 A KR 20090078743A KR 1020090001682 A KR1020090001682 A KR 1020090001682A KR 20090001682 A KR20090001682 A KR 20090001682A KR 20090078743 A KR20090078743 A KR 20090078743A
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아키라 야마모토
미츠히로 다무라
요시타카 시즈
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 로봇의 관절을 구동하는데에 최적인, 특히 축 방향 길이를 단축할 수 있는 장치를 얻는다.
[해결수단] 편평(扁平)모터(40)와 감속기(38)를 구비하여, 로봇의 제1 부재(34)와 제2 부재(36)를 상대적으로 회전 구동하는 로봇 관절구동장치(30)로서, 감속기(38)의 출력플랜지(출력축)(44)가, 상기 제1 부재(34)에 고정되고, 감속기 케이싱(42)이, (모터 케이싱(43)을 통하여) 제2 부재(36)에 고정되며, 감속기(38)의 입력축(52)이, 편측 지지 상태에서 감속기 케이싱(42)으로부터 돌출된 편측 지지 돌출부(52A)를 가지고, 이 편측 지지 돌출부(52A)에 편평모터(40)의 로터(80)가 고정된다.
편평모터, 감속기, 로봇 관절구동장치, 출력플랜지, 감속기 케이싱, 편측 지지 돌출부

Description

로봇 관절구동장치{Robot joint drive device}
본 발명은, 모터와 감속기를 구비하여, 로봇의 제1 부재와 제2 부재를 상대적으로 회전 구동하는 로봇 관절구동장치에 관한 것이다.
최근, 제조업에 있어서는, 예컨대 「양팔 로봇」과 같이, 사람의 작업에 한없이 가까운 움직임을 하는 로봇의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 로봇의 경우, 1축 둘레의 회전을 실현하기 위하여서는, 그 축마다 1개의 관절이 필요하게 된다. 따라서, 사람의 작업을 로봇으로 치환하여 사람과 마찬가지의 움직임을 시키기 위하여서는, 사람의 관절보다도 많은 관절을 구성하지 않으면 안 된다. 그 때문에, 하나하나의 관절을 가능한 한 콤팩트하게 수납하지 않으면, 팔의 유효길이(가동범위)에 대하여 상대적으로 관절 부분의 점유용적이 커져서, 외관이 사람의 팔과는 거리가 먼 것이 되어, 당연히 사람에 가까운 움직임을 하는 것이 그만큼 곤란하게 된다.
종래의 양팔 로봇은, 구동부를 모터와 감속기와 그 사이의 동력전달장치로 구성하고 있었기 때문에, 구성부품이 많아지게 되어, 소형화하는 것이 극히 곤란하였다. 그래서, 특허문헌 1에 있어서는, 도 7, 도 8에 나타내는 바와 같은, 모터와 감속기를 일체화하여 1개의 액츄에이터(R1A∼R6A, L1A∼L6A)(이 중 R1A, 및 R3A∼R6A만 부호 첨부로 도시)로서 구성하여, 이 액츄에이터(R1A∼R6A, L1A∼L6A)를 팔(12, 14)의 회전축(R1J∼R6J, L1J∼L6J)(이 중 R1J∼R6J만 부호 첨부로 도시)에 일치하도록 배치한 양팔 로봇(16)을 제안하고 있다.
이 구성은, 액츄에이터(R1A∼R6A, L1A∼L6A)가 팔(12, 14)의 회전축(R1J∼R6J, L1J∼L6J)을 직접 구동할 수 있으므로 팔(12, 14)의 구성부품을 최소한으로 억제할 수 있어, 이 팔(12, 14)을 소형화할 수 있다는 효과가 있다. 그 때문에, 종래의 로봇에 비하면 사람의 팔의 외관에 보다 근접할 수 있게 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제2007-118177호 공보
그러나, 도 7, 도 8을 일견하여 명백한 바와 같이, 각각의 팔(12, 14)은, 아직, 도중에 다양한 방향으로 크게 만곡(灣曲)한 형상으로 되어 있으며, 팔(12, 14)의 유효길이(L)와 비교하여 그 투영 굵기(d)가 극히 굵어져 있다. 또한, 사람의 팔과 같은 곧게 뻗은 외관으로부터도 크게 벗어나 있다. 이는, 현상(現狀)에서는, 관절부에서의 모터와 감속기의 구체적인 설계가 아직 매듭지어 있지 않기 때문이라고 추찰된다. 실제로, 특허문헌 1에서는, 예컨대, 모터와 감속기를 보다 콤팩트하게 수납하기 위한 구체적 기술에 대하여서는, 특별히 개시하고 있지 않다.
본 발명은, 이와 같은 종래의 로봇 관절구동장치에 있어서의 소형화, 특히, 가능한 한 「사람의 관절에 가까운 외관과 움직임을 실현 가능하게 하는 소형화」가 가능한 로봇 관절구동장치를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.
본 발명은, 모터와 감속기를 구비하여, 로봇의 제1 부재와 제2 부재를 상대적으로 회전 구동하는 로봇 관절구동장치로서, 상기 감속기의 케이싱이, 상기 제1 부재에 고정되고, 상기 감속기의 출력축이, 상기 제2 부재에 고정되며, 상기 감속기의 입력축이, 상기 감속기의 케이싱으로부터 편측 지지 상태에서 돌출된 편측 지지 돌출부를 가지고, 이 편측 지지 돌출부에 상기 모터의 로터가 고정되는 구성을 채용함으로써, 상기 과제를 해결한 것이다.
발명자들은, 다양한 관절부의 구성을 비교 검토한 결과, 사람의 팔에 가능한 한 가까운 외관을 실현하기 위하여서는, 「모터 및 감속기의 토털 축 방향 길이」를 극력 단축하는 것이 유효하다는 지견을 얻었다. 반대로 말하자면, 모터 및 감속기의 토털 축 방향 길이를 단축할 수 있다면, 결과로서 그만큼 관절의 점유용적이 작고, 또한 사람의 팔에 극히 가까운 외관을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 감속기의 케이싱으로부터 이 감속기의 입력축이 편측 지지 상태에서 돌출되며, 이 편측 지지 돌출부에 모터의 로터가 고정된다. 이 결과, 모터 측에 베어링이나 오일시일(oil seal)이 불필요하게 되는 만큼, 모터 및 감속기의 토털 축 방향 길이를 단축할 수 있다. 또한, 적어도 감속기 측은, 「단체(單體)의 감속기」로서 존재할 수 있기 때문에, 재고나 취급의 관리가 용이하다.
본 발명에 의하면, 모터 및 감속기의 토털 축 방향 길이가 단축된 로봇 관절구동장치를 얻을 수 있게 되어, 그만큼 관절부의 점유용적이 작고, 사람의 팔에 의하여 가까운 외관을 가지며, 또한 사람의 팔에 보다 가까운 움직임을 할 수 있는 로봇을 설계할 수 있게 된다.
이하 도면에 근거하여, 본 발명의 실시예의 일례를 상세히 설명한다.
먼저, 도 4를 참조하여, 전체의 개략 구성부터 설명한다. 도 4는, 본 발명의 실시예의 일례에 관한 로봇 관절구동장치가 로봇 팔에 적용되어 있는 모습을 나타내는 개략 평면도 및 측면도이다.
이 로봇 관절구동장치(30)는, 감속기(38) 및 편평(扁平)모터(40)를 구비하여, 로봇(전체는 도시 생략)의 팔(32)의 제1 부재(34)와, 제2 부재(36)를 상대적으로 회전 구동시킨다. 제1 부재(34)는 감속기(38)의 출력플랜지(출력축)(44)에 고정되어 있다. 감속기 케이싱(42)은 모터 케이싱(43)을 통하여 제2 부재(36)에 고정되어 있다. 감속기(38)의 출력플랜지(44)는, 감속기 케이싱(42)에 대하여 회전축(R1)의 둘레에서 상대회전 가능하다. 따라서, 결국, 감속기(38)의 출력플랜지(44)에 고정된 제1 부재(34)는, 감속기 케이싱(42)이 고정된 제2 부재(36)에 대하여 회전축(R1)의 둘레에서 상대회전 가능하다.
이 로봇 관절구동장치(30)는, 제1 부재 및 제2 부재의 상대회전을 이용하여 다양한 회전축에 대한 관절구동을 행할 수 있다. 예컨대, 도 4의 예로 말하자면, 이 로봇 관절구동장치(30)와 전부 동일한 구성에 관한 로봇 관절구동장치(46)를, 앞의 제2 부재(36)를 제1 부재(48), 부호 50에 관한 부재를 제2 부재로 잡은 위치에 배치함으로써, 제1 부재(48), 제2 부재(50)를 회전축(R2)의 둘레에서 상대적으로 회전 구동시키기 위한 로봇 관절구동장치로서 적용할 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 로봇 관절구동장치(30)의 구체적인 구성을 설명한다.
도 1은, 이 로봇 관절구동장치(30)의 전체 단면도, 도 2는, 도 1의 주요부를 나타내는 확대 단면도, 도 3은, 도 1의 III-III선을 따르는 (축소) 단면도이다. 다 만, 상술한 바와 같이, 로봇 관절구동장치(46)도, 전부 동일한 구성이다.
상기 감속기(38)는, 감속기 케이싱(42) 내에 수용되어 있다. 감속기 케이싱(42)은, 제1, 제2 감속기 케이싱체(42A, 42B)로 이루어진다. 이 실시예에 관한 감속기(38)는, 입력축(52) 및 제1, 제2 편심체(54A, 54B)를 구비한 편심요동형 감속기이다. 이하 상술(詳述)한다.
입력축(52)은, 감속기 케이싱(42) 내에 있어서, 한 쌍의 제1, 제2 스러스트 베어링(56A, 56B)에 의하여 지지되어 있다. 입력축(52)은, 편측 지지 상태에서 감속기 케이싱(42)(구체적으로는 그 제2 감속기 케이싱체(42B))으로부터 돌출된 편측 지지 돌출부(52A)를 가지며, 이 편측 지지 돌출부(52A)에 상기 편평모터(40)의 로터(80)가 고정되어 있다.
입력축(52)의 외주(外周)에는, 상기 제1, 제2 편심체(54A, 54B)가 일체적으로 형성되어 있다. 제1, 제2 편심체(54A, 54B)의 반경방향 외측에는, 제1, 제2 롤러(55A, 55B)를 통하여 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)가 요동회전 가능하게 끼워 넣어져 있다. 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)는 각각 내치기어(60)에 내접 맞물림하고 있다.
내치기어(60)의 내치는 외측 핀(60A)으로 구성되어 있다. 도 3(A)에서는 대략적으로 표기되어 있지만, 도 3(B)에서 부분확대 도시되어 있는 바와 같이, 내치기어(60)의 본체(60B) 측에는 외측 핀 홈(60C)이 형성되어 있으며, 외측 핀(60A)은, 이 외측 핀 홈(60C)에 1개 걸러서 끼워 넣어져 있다. 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 외치(58A1, 58B1)(도 2에서는 제1 외치기어(58A)의 외치(58A1)만이 도시되 어 있음)의 잇수(齒數)는, 외측 핀 홈(60C)의 수(의 실질적인 내치의 수에 상당)에 대하여 근소하게 (도시의 예에서는 1만큼) 적다. 외측 핀(60A)은, 모든 외측 핀 홈(60C)에 끼워 넣는 것이 바람직하지만, 이 예에서는, 비용과 조립 공정수의 저감을 의도하여, 반수만 끼워 넣도록 하고 있다.
제1, 제2 외치기어(58A, 58B)는, 제1, 제2 편심체(54A, 54B)에 의하여, 편심방향이 서로 원주방향으로 180° 옮겨져 있다. 이에 의하여, 입력축(52)의 회전에 수반하여 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)는 각각 180°의 위상차를 유지하면서 편심요동 가능하다.
이 감속기(38)에 있어서는, 제1 감속기 케이싱체(42A)와 내치기어(60) 사이에, 오일시일(64)과 크로스롤러(66)가 배치되어 있다. 또한, 제1 감속기 케이싱체(42A)와 인접하여 배치되어 있는 제2 감속기 케이싱체(42B)에는, 내측 핀(68)이 일체적으로 돌출 형성되어 있다. 내측 핀(68)은, 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 제1, 제2 내측 핀 구멍(58A2, 58B2)을 축 방향으로 관통하여, 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 자전을 구속하고 있다. 내측 핀(68)의 외주에는, 내측 롤러(70)가 장착되어 있다. 내측 롤러(70)는, 이 내측 핀(68)과 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 내측 핀 구멍(58A2, 58B2) 사이의 슬라이드 저항을 경감한다.
내치기어(60)의 편평모터 반대 측에는, 상기 출력플랜지(출력축)(44)가 배치되어 있다. 출력플랜지(44)는, 볼트(62), 혹은, 볼트 구멍(65)에 나사 결합 되는 볼트(도시 생략)에 의하여, 상기 로봇의 제1 부재(34)와 함께 이 내치기어(60)와 일체화되어 있다. 즉, 제1 부재(34)는 출력플랜지(44)와 일체화되어 있어, 이 출력 플랜지(44)와 함께 회전 가능하다.
또한, 이 실시예에 있어서는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 내치기어(60)의 외측 핀(60A)의 편평모터 반대 측 단면(端面)(60Aa), 제1 외치기어(58A)의 편평모터 반대 측 단면(58Aa), 및 내측 롤러(70)의 편평모터 반대 측 단면(70a)이 거의 동일 평면상에 배치되어 있다. 또한, 이들 3개의 단면(60Aa, 58Aa, 70a)과 출력플랜지(44) 사이에 평면 형상의 슬라이딩 플레이트(73)가 탈착 가능하게 배치되어 있다. 슬라이딩 플레이트(73)는, 상기 외측 핀(60A), 제1, 제2 외치기어(58A, 58B), 및 내측 롤러(70)의 축 방향의 이동을 규제하고 있다.
감속기(38)와 편평모터(40)는, 감속기 케이싱(42) 및 모터 케이싱(43)이 상기 로봇 팔(32)의 제2 부재(36)와 함께 볼트(72)(도 1)에 의하여 연결됨으로써 연결되어 있다. 이 구성에 의하여, 결국, 감속기 케이싱(42)은, 제2 부재(36)와 고정되게 되어, 출력플랜지(44) 측에 고정되어 있는 제1 부재(34)가 제2 부재(36)에 대하여 회전축(R1) 둘레에서 상대회전이 가능하게 된다.
여기서, 감속기(38)와 편평모터(40)의 연결·수납에 대하여 상세히 설명한다.
감속기(38)의 입력축(52)은, 상기 감속기 케이싱(42)의 제2 감속기 케이싱체(42B)로부터 편측 지지 상태에서 돌출된 편측 지지 돌출부(52A)를 가진다. 그리고, 이 편측 지지 돌출부(52A)에 있어서, 키(76)를 통하여 편평모터(40)의 로터(80)가 직접 연결되어 있다. 즉, 입력축(52)은 편평모터(40)의 모터축을 겸용하고 있다.
입력축(52)은, 감속기(38) 측에서 한 쌍의 제1, 제2 스러스트 베어링(56A, 56B)으로 양측 지지되어 있다. 회전축(R1)의 둘레에서 회전하는 입력축(52)을 「스러스트 베어링」으로 지지하고 있다는 것이, 이 실시예에서의 큰 특징 중의 하나이다.
구체적으로는, 제1 스러스트 베어링(56A)은, 출력플랜지(44)의 반경방향 중앙부에 배치되어 있다. 제1 스러스트 베어링(56A)의 외륜(56A1)은 이 출력플랜지(44)에 고정되어 있으며, 내륜(56A2)은 입력축(52)에 고정되어 있다. 제1 스러스트 베어링(56A)에 있어서의 입력축(52)과 출력플랜지(44)의 상대회전은, 외륜(56A1)과 내륜(56A2) 사이에 배치된 볼(56A3)의 전동(轉動)에 의하여 허용된다. 여기서, 제1 스러스트 베어링(56A)의 외륜(56A1)은, 입력축(52)과는 접촉하고 있지 않고, 또한, 내륜(56A2)은, 출력플랜지(44)와는 접촉하고 있지 않다.
한편, 제2 스러스트 베어링(56B)은, 제2 감속기 케이싱체(42B)의 반경방향 중앙부에 배치되어 있다. 제2 스러스트 베어링(56B)의 외륜(56B1)은 이 제2 감속기 케이싱체(42B)에 고정되어 있으며, 내륜(56B2)은 입력축(52)에 각각 고정되어 있다. 제2 스러스트 베어링(56B)에 있어서의 입력축(52)과 제2 감속기 케이싱체(42B)의 상대회전은, 외륜(56B1)과 내륜(56B2) 사이에 배치된 볼(56B3)의 전동에 의하여 허용된다. 여기서, 제2 스러스트 베어링(56B)의 외륜(56B1)은, 입력축(52)과는 접촉하고 있지 않고, 또한, 내륜(56B2)은, 제2 감속기 케이싱체(42B)와는 접촉하고 있지 않다.
편평모터(40)는, 모터 케이싱(43) 내에 수용되어 있다. 모터 케이싱(43)은 제1, 제2 모터 케이싱체(43A, 43B)로 이루어진다. 이 편평모터(40)는, 입력축(52)에 고정된 상기 로터(80) 및 자석(81) 외에, 제1 모터 케이싱체(43A)에 고정된 스테이터(82) 및 코일엔드(84)를 구비한다. 상술한 바와 같이, 감속기 케이싱(42)을 구성하는 제1, 제2 감속기 케이싱체(42A, 42B), 모터 케이싱(43)을 구성하는 제1, 제2 모터 케이싱체(43A, 43B) 및 로봇 팔(32)의 제2 부재(36)는, 볼트(72)에 의하여 일체화되어 있다.
이 중 제2 감속기 케이싱체(42B)는, 감속기 프론트 커버와 모터 엔드 커버의 기능을 겸한다. 편평모터(40)의 코일엔드(84)는 축 방향으로 스페이스를 많이 점유하기 때문에, 이 제2 감속기 케이싱체(42B)의 편평모터(40)가 접속되는 측의 측면에는, 편평모터(40)가 접속되었을 때에 이 코일엔드(84)를 수용 가능한 오목부(42B1)가 형성되어 있다.
여기서, 도 1의 부호 63은, 감속기를 단체(單體)로 구성할 때에 사용하는 볼트, 부호 88A, 88B는, 감속기(38)의 내부에 수용된 윤활제의 누출을 방지하는 오일시일, 부호 90은, 볼트(72)를 삽통(揷通)하기 위한 관통 구멍, 부호 92는, 편평모터(40)의 회전을 검출하기 위한 인코더이다.
다음으로, 이 로봇 관절구동장치(30)의 작용을 설명한다.
편평모터(40)의 통전(通電)에 의하여 로터(80)가 회전하면, 키(76)를 통하여(모터축이기도 함) 감속기(38)의 입력축(52)이 회전한다. 입력축(52)이 회전하면 이 입력축(52)과 일체적으로 형성되어 있는 제1, 제2 편심체(54A, 54B)가 각각 180도의 위상차를 가지고 회전한다. 제1, 제2 편심체(54A, 54B)가 회전하면, 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)가 원주방향으로 이 180도의 위상차를 유지하면서 편심회전한다.
이 위상차의 존재 때문에 입력축(52)에 걸리는 레이디얼 방향의 토크가 상쇄되어, 토크 작용점의 축 방향위치의 어긋남에 의하여 발생하는 모멘트만이 제1, 제2 스러스트 베어링(56A, 56B)에 걸리게 된다. 그 때문에, 스러스트 베어링이면서, 입력축(52)의 회전을 지장없이 지지할 수 있다.
제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 제1, 제2 내측 핀 구멍(58A2, 58B2)에는, 내측 핀(68)이 관통되어 있으며, 또한 이 내측 핀(68)은, 제2 감속기 케이싱체(42B)와 일체이다. 그 때문에, 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)는, 이 내측 핀(68)에 의하여 그 자전이 구속되기 때문에, (회전하지 않고) 요동만을 행한다. 이 요동에 의하여 내치기어(60)와 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 맞물림 위치가 순차로 어긋나는 현상이 일어난다. 내치기어(60)의 잇수(외측 핀 홈(60C)의 수에 상당)와 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 잇수는 「1」만큼 다르기 때문에, 내치기어(60)와 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 맞물림 위치가 순차로 어긋나서 1주(周)할 때마다(입력축(52)이 1회전할 때마다) 내치기어(60)는 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)와의 잇수차에 상당하는 각도만큼 자전하게 된다. 이 결과, 결국, 입력축(52)의 1회전에 대하여, 내치기어(60)는 1/(내치기어(60)의 잇수)만큼 회전한다.
이때의 내치기어(60)의 회전은, 크로스롤러(66)를 통하여 감속기 케이싱(42)에 의하여 지지된다. 내치기어(60)의 회전은, 이 내치기어(60)와 볼트(62) 등을 통하여 일체화되어 있는 출력플랜지(44)에 전달되며, 이 출력플랜지(44)에 고정되어 있는 로봇 팔(32)의 제1 부재(34)의 회전으로서 출력된다.
이 실시예에 관한 관절구동장치(30)는, 편평모터(40) 측에 베어링이나 오일시일이 없는 만큼, 축 방향 길이(X)를 짧게 할 수 있으며, 제2 감속기 케이싱체(42B)가 소위 감속기 커버 및 모터 커버의 기능을 겸용하기 때문에, 이 점에서도 축 방향 길이를 짧게 할 수 있다.
여기서, 각 부재의 지지구조에 대하여 주목하면, 이 실시예에 있어서는, 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 축 방향 편평모터 반대 측에 있어서, 반경방향 중앙에 존재하는 입력축(52)으로부터 제1 감속기 케이싱체(42A)의 최외주에 이르기까지의 사이에, 제1 스러스트 베어링(56A), 출력플랜지(44), 내치기어(60), 크로스롤러(66), 및 제1 감속기 케이싱체(42A)로 구성되는 강(剛)부재가 배치되어, 제1 강 지지계통이 형성되어 있다.
또한, 제1, 제2 외치기어(58A, 58B)의 축 방향 편평모터 측에 있어서, 반경방향 중앙에 존재하는 입력축(52)으로부터 제2 감속기 케이싱체(42B)의 최외주에 이르기까지의 사이에, 제2 스러스트 베어링(56B) 및 이 제2 감속기 케이싱체(42B)로 구성되는 강부재가 배치되어, 제2 강 지지계통이 형성되어 있다.
또한, 편평모터(40)의 감속기 반대 측에는, 제2 모터 케이싱체(43B)가 배치되어, 제3 강 지지계통이 형성되어 있다.
한편, 제1, 제2 감속기 케이싱체(42A, 42B), 제1, 제2 모터 케이싱체(43A, 43B)는, 볼트(72)에 의하여 강고히 고정되어 있다.
이 때문에, 결국, 최외주부가 완전히 연결된 강체(剛體)로 형성되고, 또한, 반경방향으로 합계 3계통의 강 지지계통이 형성되는 것이 되기 때문에, 전체의 강성을 매우 높게 유지할 수 있다. 따라서, 제1, 제2 스러스트 베어링(56A, 56B)의 지지 강성이 높아서, 입력축(52)은, 베어링 스팬이 짧음에도 불구하고, 안정 회전할 수 있다. 또한, 입력축(52)의 편측 지지 돌출부 측(즉 편평모터(40)의 로터 측)에서도, 높은 회전 안정성을 유지할 수 있다.
여기서, 로봇의 관절구동으로 이용되는 편평모터(40)에는, 회전 제어용으로 인코더(92)나 브레이크(상기 예에서는 도시 생략)가 부설되는 것이 많지만, 이 인코더(92)나 브레이크는, 그리스를 꺼리기 때문에, 제2 모터 케이싱체(43B) 부근에 베어링을 배치하는 경우에는 인접하여 1 또는 2 이상의 오일시일이 필요하게 되어, 이것이 축 방향 길이를 길게 해 버린다는 부가적 문제점을 유인한다. 그러나, 상기 실시예와 같이 편측 지지 돌출부(52A)에 편평모터(40)를 끼워 넣는 구조는, 감속기(38)가 독립하여 존재할 수 있기 때문에, 설계, 제조, 재고관리가 용이하며, 또한, 편평모터(40) 속은 오일레스로 유지할 수 있기 때문에, 오일시일을 부설할 필요가 없어, 당연히 오일 누설의 걱정도 없다.
이 실시예에 관한 로봇 관절구동장치(30)는, 모터로서 편평모터(40)가 채용되어, 원래 축 방향 길이를 단축할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또한, 제2 감속기 케이싱체(42B)의 편평모터(40)가 접속되는 측의 측면에, 이 편평모터(40)의 코일엔드(84)를 수용하기 위한 오목부(42B1)가 형성되어 있다. 그 때문에, 축 방향의 단축을 도모하고 있으면서, 코일엔드(84)와 제2 감속기 케이싱체(42B)의 간섭이 방지되어 있다. 더욱이, 이 제2 감속기 케이싱체(42B)는, 제1 감속기 케이싱체(42A)와 제1 모터 케이싱체(43A)에 의하여 강고히 사이에 끼워지고, 또한 제2 스러스트 베어링(56B)을 통하여 반경방향 중앙의 입력축(52)의 위치까지 뻗어 있음으로써 상기 제2 강 지지계통을 형성하고 있기 때문에, 오목부(42B1), 혹은 내측 핀(68) 등이 형성되어 있어도 높은 강성을 유지할 수 있다.
여기서, 입력축(52)에 스러스트 베어링을 배치하는 구성이, 수명 및 비용면에서 뛰어난 점에 대하여 조금 설명한다. 본 발명에서는, 베어링의 종류가 특별히 특정되는 것은 아니지만, 예컨대 수명을 유지하기 위하여서는, 후술하는 실시예와 같이, 앵귤러 볼 베어링이나 테이퍼 롤러 베어링을 이용한 다음에 예압(豫壓)을 걸면 좋다. 또한, 스러스트 베어링을 이용하면, (예압 없는 볼 베어링에 비하여) 덜거덕거림을 보다 작게 할 수 있고, 지지 강성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 수명, 비용면에서도 유리하다. 특히, 본 실시예의 경우, 레이디얼 방향의 토크는, 편심 위상의 180도 옮김에 의하여 상쇄될 수 있기 때문에, 입력축(52)에는, 토크 작용점의 축 방향위치의 어긋남에 의한 모멘트의 레이디얼 성분밖에 걸리지 않기 때문에, 제1, 제2 스러스트 베어링(56A, 56B)으로도 대응할 수 있도록 되어 있다. 이 점은 발명자들에 의하여 실제로 확인되어 있다.
이러한 연구가 상승(相乘)된 결과, 이 실시예에 관한 로봇 관절구동장치(30)는, 그 축 방향의 콤팩트성으로부터, 도 4에 나타내는 바와 같이, 로봇 팔(32)에 끼워 넣었을 때에, 그 팔(32)의 투영 굵기(d1)를 가늘게 할 수 있다. 이 결과, 제1, 제2 부재(34, 36)의 형상의 임의성이 높아져, 사람의 팔에 보다 가까운 팔(32)을 형성할 수 있게 된다.
다음으로, 도 5를 이용하여 본 발명의 다른 실시예의 일례에 대하여 설명한다.
이 실시예에서는, 앞의 실시예의 제1, 제2 스러스트 베어링(56A, 56B) 대신에, 제1, 제2 앵귤러 볼 베어링(96A, 96B)을 「정면 맞춤」으로 축 방향으로 예압하여 끼워 넣고 있다. 앵귤러 볼 베어링(96A, 96B)은, 단순한 볼 베어링과 비교하여, 원래 스러스트 방향의 힘을 받을 수 있도록 설계되어 있기 때문에, 예압을 걸어서 끼워 넣어도 높은 내구성을 유지할 수 있다. 또한, 큰 레이디얼 방향의 힘도 받을 수 있으므로, 예컨대 외치기어를 1개밖에 가지지 않는 감속기와 같이, 입력축에 걸리는 레이디얼 방향의 토크가 기구상 상쇄할 수 없는 감속기를 채용한 경우이더라도 적용 가능하다.
그 외의 구성에 대하여서는, 앞의 실시예와 공통이기 때문에, 도면 중에서 동일 또는 실질적으로 동일한 부분에 동일한 부호를 붙임에 그치고, 중복설명을 생략한다.
여기서, 입력축(52)을 지지하는 베어링으로서, 이와 같이 제1, 제2 앵귤러 볼 베어링(96A, 96B)을 이용하는 경우에는, 도 6에 나타나는 바와 같이, 「배면 맞춤」으로 예압을 걸어서 끼워 넣도록 하여도 좋다. 배면 맞춤으로 끼워 넣은 경우, 정면 맞춤으로 끼워 넣는 경우에 비하여, 작용점 거리를 크게 취할 수 있기 때문에, 강한 모멘트 하중(荷重)에도 충분히 대응할 수 있다는 메리트가 얻어진다. 또한, 같은 모멘트 하중이라면 보다 긴 수명이 된다. 또한, 앵귤러 볼 베어링 대신에 테이퍼 롤러 베어링을 이용하면 한층 더 고용량에도 견뎌낼 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는 축 방향 길이를 극력 단축하기 위하여, 모터로서 모두 편평모터가 채용되어 있었지만, 본 발명은, 모터의 종류를 특별히 한정하는 것이 아니고, 각각의 모터에서 마찬가지의 효과를 동등하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 감속기로서, 편심요동형 감속기가 채용되어 있었지만, 본 발명에서는 감속기의 구성도, 특별히 편심요동형에 한정되는 것은 아니다. 다만, 편심요동형 감속기는, 상술한 바와 같이, 이하의 a）, b）의 효과가 「동시에 얻어지기」 때문에 최적이다.
a）편심체 및 외치기어를 복수 이용하여 각각의 편심 위상을 바꿈으로써 토크를 상쇄할 수 있으므로, 「스러스트 베어링」을 사용할 수 있게 된다.
b）일단(一段)에서 로봇의 관절구동에 필요한(예컨대 1/200을 넘는) 고감속비가 얻어지기 때문에, (다단으로 할 필요가 없으므로) 축 방향 길이를 최단으로 할 수 있다.
여기서, 상기 a）의 이점에만 주목한다면, 예컨대, 단순유성 감속기이더라도 실현할 수 있고, 상기 b）의 이점에만 주목한다면, 예컨대, 외치기어가 휘면서 내치기어의 내측에서 회전하는 소위 휨 맞물림식 감속기이더라도 실현할 수 있다.
본 발명은, 로봇 관절구동장치로서 유효하게 이용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예의 일례에 관한 로봇 관절구동장치의 단면도
도 2는, 도 1의 요부 확대도
도 3은, 도 1의 화살표 III-III선을 따르는 (축소) 단면도
도 4는, 상기 관절구동장치가 로봇의 팔에 적용되어 있는 모습을 나타내는 개략 평면도
도 5는, 본 발명의 다른 실시예의 일례를 나타내는 감속기 부분의 단면도
도 6은, 도 5의 실시예의 변형예를 나타내는 단면도
도 7은, 종래의 로봇 관절구동장치의 일례를 나타내는 사시도
도 8은, 동(同) 부분의 오른팔 평단면도
*부호의 설명*
30, 46 : 로봇 관절구동장치
32 : 팔
34 : 제1 부재
36 : 제2 부재
38 : 감속기
40 : 편평모터
42 : 감속기 케이싱
42A : 제1 감속기 케이싱체
42B : 제2 감속기 케이싱체
44 : 출력플랜지(출력축)
48 : 제1 부재
50 : 제2 부재
R1, R2 : 회전축
52 : 입력축
52A : 편측 지지 돌출부
54A, 54B : 제1, 제2 편심체
56A, 56B : 제1, 제2 스러스트 베어링
58A, 58B : 제1, 제2 외치기어
60 : 내치기어
62 : 볼트
64 : 오일시일
66 : 크로스롤러
68 : 내측 핀
70 : 내측 롤러
72 : 볼트
76 : 키
80 : 로터
81 : 자석
82 : 스테이터
84 : 코일엔드

Claims (6)

  1. 모터와 감속기를 구비하여, 로봇의 제1 부재와 제2 부재를 상대적으로 회전 구동하는 로봇 관절구동장치로서,
    상기 감속기의 출력축이, 상기 제1 부재에 고정되고,
    상기 감속기의 케이싱이, 상기 제2 부재에 고정되며,
    상기 감속기의 입력축이, 상기 감속기의 케이싱으로부터 편측 지지 상태에서 돌출된 편측 지지 돌출부를 가지고,
    이 편측 지지 돌출부에 상기 모터의 로터가 고정되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감속기가, 상기 입력축의 외주(外周)에 편심체를 구비하고, 그 반경방향 외측에 외치기어가 요동회전 가능하게 끼워 넣어져, 상기 외치기어가 더욱 그 반경방향 외측에 배치된 내치기어에 내접 맞물림하는 구성의 편심요동형 감속기이며, 또한
    상기 편심체가, 입력축의 축 방향으로 위상을 바꾸어 복수 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절구동장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 입력축이, 상기 감속기의 케이싱 내에 있어서, 정면 맞춤으로 예압(豫壓)을 건 한 쌍의 베어링으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절구동장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 입력축이, 상기 감속기의 케이싱 내에 있어서, 배면 맞춤으로 예압을 건 한 쌍의 베어링으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절구동장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 입력축이, 상기 감속기의 케이싱 내에 있어서, 스러스트 베어링의 내륜을 상기 입력축에, 외륜을 상기 감속기의 케이스에 고정한 한 쌍의 스러스트 베어링으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절구동장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감속기의 케이싱의 일부를 구성하는 케이싱체가, 상기 모터의 케이싱의 일부를 구성하는 케이싱체를 겸하고, 또한 이 겸해진 케이싱체의 모터 측에, 상기 모터의 코일엔드를 수용하기 위한 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절구동장치.
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