TWI273009B - Speed reducer for industrial robot - Google Patents

Description

1273009 (1) 玖、發明說明 【發明所屬的技術領域】 本發明是關於產業用機器人的減速裝置。 【先前技術】 以往，產業用機器人（以下稱作「機器人」）的關節 部，一般都安裝有減速裝置。該減速裝置所要求的其中一 個性能是關於齒隙。所謂的齒隙，就是附在馬達的軸上的 小齒輪與正齒輪的間隔，該間隔不適當的話，就會產生雜 音、或是產生摩擦。齒隙太大的話，會是使機器人的動作 軌跡精度或定位精度惡化的主要原因，相反的，如果完全 沒有齒隙的話，在沒有齒隙的狀態下運轉的齒輪，會受到 設定預定値以上的彎曲應力，而會在本來的使用期限之前 就發生故障。如何將其作得最適當則是最重要的課題。 因此，爲了要保持適當的齒隙量而使齒輪對正常地旋 轉，作爲要求低齒隙的機器人減速機，在最終的減速段很 少使用齒輪列。爲了算出適當的齒隙量，當然需要針對： 齒輪箱的加工精度、軸承的旋轉精度、熱膨脹導致的齒隙 量的減少等等來加以硏究，而另外也需要針對在機器人作 動時的反作用力導致主軸承彈性變形而讓齒隙量減少來進 行考慮。 以下’根據第5圖，針對作用於機器人的力矩來進行 說明。 在圖中，2是上腕部AM，3是負載，84是減速機構 (2) 1273009 內設的主軸承，1 〇 〇是大軸承，1 〇 3是小齒輪。S是迴旋 軸（第一軸）’迴旋頭R Η是以垂直的軸S爲中心水平地迴 旋。L是前後軸（第二軸），第一臂部am是以水平的軸L 爲中心擺動，前後振動。U是上下軸（第三軸），第二臂部 AM2是以水平的軸u爲中心擺動，上下振動。 當機器人靜止時，各減速機構內設的主軸承84，要 負何因應上如部AM2或負荷3等的位置或質量的重力力 矩。 而當機器人作動時，會產生慣性力、離心力，因應於 質量或加速度、速度等的動態力矩會作用於主軸承84。 並且’在與周邊夾具產生干渉的情況，使轉矩產生的 力量會作用於干涉點，該轉矩是將馬達最大扭矩與減速比 相乘而得。相當於該作用力的不正常力矩也會作用於主軸 承84。主軸承84是使用了一對軸向負荷能力高的圓錐滾 子軸承或方軸承。作用於主軸承84的上述力矩是作用爲 徑向荷重及軸向荷重。結果，在主軸承84會產生彈性變 形，藉由讓大齒輪1 〇 0與小齒輪1 〇 3的軸移動，則半徑方 向的齒隙會產生變化。 而藉由讓大齒輪100與小齒輪103的軸扭轉，則在圓 周方向的齒隙會產生變化。 雖然機器人可作出任意的姿勢，而上述力矩所作用的 方向可以是特定的。作用於迴旋軸的主軸承84的重力力 矩經常作用於前後軸的旋轉平面內。在前後軸、上下軸作 動時，動態力矩、不正常力矩也是經常作用於前後軸的旋 -5- 1273009 (3) 轉平面內。而在迴旋軸及手腕軸作動的情況，雖然也有其 動態力矩沒有作用於上述前後軸的旋轉平面內的情況，而 其絕對値很小’與前後軸、上下軸作動時的動態力矩比較 的話可以忽略。

第6圖，是顯示機器人的主要作業區域的側面圖。 從圖面來判斷，機器人的作業，通常是在第6圖所示 的區域來進行，從其作業姿勢上，前後軸的主軸承並不會 負荷平常的重力力矩。在前後軸及上下軸作動時，也不會 負荷動態力矩、及不正常力矩。只有在進行迴旋動作時， 會在包含上述作業區域的迴旋平面內產生力矩。 第7圖，是關於本發明的小齒輪配置的剖面圖（a)與 其立體圖（b)。

如第7圖（b)所示，是將小齒輪配置在大齒輪的外周 的位置a，當力矩作用在：連結大齒輪與小齒輪的各中心 的方向與直角的方向時，如果齒輪的軸方向寬度爲B (第7 圖（a))，齒輪的傾倒角爲0的話，圓周方向的齒隙“爲： jt=Bsin0 . . .(1) 圓周方向的齒隙會減少。代表該齒輪需要附加圓周方 向齒隙jt以上的圓周方向齒隙。 接下來，作爲該減速裝置所要求的機能，列舉出記載 於專利文獻1的如第8圖的中空構造（專利文獻1 :曰本 特開平1 0 — 1 7 5 1 8 8號公報）。第8圖是先前例的主要部分 -6- 1273009 (4) 剖面圖，是提出了 ：藉此，在第一軸、第三軸的減速裝置 的中心部設置貫穿孔，在其內部配設線狀體，大幅度地緩 和針對機器人各軸的動作範圍的限制的方法。第一軸減速 機構1 2，是以一起被軸支承在迴旋體部的大齒輪、小齒 輪、以及旋轉型減速機所構成。 作爲旋轉型減速機的先前例子，是如記載於專利文獻 2的第9圖（專利文獻2 :日本特公平8 - 22 5 1 6號公報）。 該內設有主軸承84的實施例，主軸承，需要配置在 曲軸3 0或滾針軸承4 2的外周，所以其外徑需要作大。而 在設置有中空部的情況，需要採用更大尺寸的主軸承，而 會導致重量、成本的增加。在該例子中，如果考慮到力矩 作用於主軸承的情況的話，齒輪2 9，在曲軸3 0每旋轉一 次，會進行偏心擺動旋轉。如果將該齒輪2 9的減速比設 爲1/60的話，迴旋軸每移動6度，齒輪29就會反覆進行 公轉運動。於是，由於一定會通過上述力矩所作用的方 向，在齒輪2 9則需要附加相當於j t的圓周方向的齒隙 量。 因此，本發明要提供一種低成本的減速裝置，要讓由 於作用於主軸承的力矩導致齒隙量的減少的情形降到最 低，而讓預留的齒隙量保持得最小，藉由解決這種課題， 則雖然使用最適當的負荷容量的主軸承，而針對在中心部 設置貫穿孔且在其內部配置線狀體的機器人各軸的動作範 圍，也可大幅度地緩和其限制。 1273009 (5) 【發明內容】 爲了達成上述目的，本發明1是產業用機器人的減速 裝置，是具備有：機器人基台、迴旋體部、迴旋軸、與前 後軸的產業用機器人的減速裝置，其特徵爲：在具有：相 對於上述機器人基台被固定位置的大齒輪、與上述大齒輪 嚙合且被軸支承在上述迴旋體部內的小齒輪、以及藉由使 上述小齒輪旋轉，經由上述小齒輪，使上述大齒輪周圍與 上述小齒輪一起移動的馬達之迴旋軸的減速裝置，上述小 齒輪是配置於上述大齒輪與上述馬達之間，將上述大齒輪 與上述小齒輪，配置在上述前後軸的旋轉平面的附近。 本發明2是產業用機器人的減速裝置，是具備有··機 器人基台、迴旋體部、迴旋軸、與前後軸的產業用機器人 的減速裝置，其特徵爲：在具有：相對於上述機器人的下 腕部被固定位置的大齒輪、以及與上述大齒輪嚙合且被軸 支承在上述迴旋體部內的小齒輪、藉由使上述小齒輪旋 轉’經由上述小齒輪使上述大齒輪轉動的馬達、以及相對 於上述下腕部可擺動地被軸支承著的上下軸之前後軸減速 裝置’上述小齒輪是配置於上述大齒輪與上述馬達之間， 將上述大齒輪與上述小齒輪，配置在：通過上述上下軸的 旋轉中心軸且平行於上述迴旋軸的迴旋平面的平面的附 近。 本發明3’是本發明的方式〗或2所記載的產業用機 器人的減速裝置，其特徵爲：是在上述大齒輪的中心部具 有貫穿孔。 -8- (6) 1273009 在上述方式1〜2的減速裝置的情況，如同第7圖所 示，將小齒輪配置在位置b，力矩會作用在與連結大齒輪 與小齒輪的個別中心的方向相同的方向。 於是，如果齒輪的寬度爲B，齒輪的傾倒角爲0的 話，則半徑方向的齒隙j r爲： j r = Bsin Θ ...(2) 如果與圓周方向齒隙jt’的關係，其齒輪壓力角（所謂 的齒輪壓力角，兩齒輪接觸點，半徑線與·齒型切線所構成 的角度。)爲α的話， j tf = 2tan a xjr · · .(3) 雖然齒隙其份量減少，而將壓力角定爲1 4 . 5度的 話， jt，= 2tanl4 · 5xBsin θ =0 . 52Bsin^ · · .(4) 則了解要在該齒輪預留先行例（1)的大約1/2程度的圓 周方向齒隙。 接著，在將小齒輪配置在從位置b旋轉角度0的情 況，圓周方向齒隙jt”爲： -9- .（5) 1273009 (7) jt 丨’二 BsinS xcoSyS +2tana xBsin0 si =Bsin0 (coSyS + 2tana xBsin^ ) Y 二 coSy5 + 2tana xBsin/3 a二1 4 · 5度時的Y與A的關係如第 因此，在yS從 〇〜〇.61rad (從 0〜3 爲Y S 1，則判斷j t ”小於j t。 本計算例子雖然是平齒輪，而即使 樣。 接下來，藉由（3)所記載的產.業用： ®，其輸出段是使用齒輪列，藉由作成可 與旋轉型的減速機構比較起來，由於中心 所以可以選定最適當的負荷容量的主軸承 【實施方式】 接著，針對本發明的實施方式參照圖 第1圖及第2圖是本發明的產業用機 明圖，第1圖是其側剖面圖，第2圖是正 來顯示發明1及發明4。這裡由於迴旋 作，會將迴旋軸馬達1 3的旋轉經由馬達 齒輪22與輸入大齒輪25來進行減速。小 到輸入大齒輪25。該輸入大齒輪25是藉 支承在迴旋體部構件102、104。

並且，而也可以藉由被支承在機器J η β 10圖。 5度）的範圍，成 是斜齒輪也是一 幾器人的減速裝 以縮小齒隙，則 部只有貫穿孔’ 面來加以說明。 器人的全體的說 面圖。以該兩圖 軸可進行驅動動 軸7，以輸入小 齒輪1 0 3是連結 由軸承105被軸 、基台10，與連 -10 - (8) 1273009 結於輸出軸3 3的大國輪1 〇 〇物合’藉由一段減速方式來 構成。輸出軸33與大齒輪1〇〇也可以是一體的。 第3圖是實施例1的顯示圖，是第1圖的A — A剖面 圖。該圖面是顯示發明2與發明4。如圖所示’是將上述 大齒輪100與上述小齒輪1〇3，相對於第二軸（前後軸）的 旋轉中心軸（以一點虛線圖示）配置成直角狀。主軸承 8 4(第1圖）的外輪是安裝在迴旋體部構件1〇2、104 ’內輪 是安裝於固定在機器人基台1〇的輸出軸33。主軸承84 通常是以具有相對向的作用角的兩個組合所構成’在力矩 負載的作用下，主軸承內部會產生彈性變形’內輪中心與 外輪中心會產生錯位。從上下軸及前後軸所產生的力矩， 相對於輸出軸33，會使迴旋體部構件1〇2、104的相對位 置變化。這是與以一個軸承來支承力矩荷重的捲布輥軸承 相同。藉此，小齒輪1 〇 3會被軸支承在迴旋體部構件 102、104，大齒輪100與小齒輪103的軸間距離會產生變 化。 由於上述力矩僅作用在包含小齒輪與大齒輪100 的中心線的面，所以大齒輪1〇〇與小齒輪1〇3的圓周方向 齒隙的變化量比其他配置位置更小，小齒輪1 03的旋轉中 心，爲了獲得本發明的效果，是在包含上述小齒輪1〇3與 大齒輪100的平面，將大齒輪1〇〇爲中心配置在左右35 度的任何位置。減速裝置的齒輪列雖然是以兩段（輸入段 與輸出段）所構成，而即使以三段構成也一樣。 在大齒輪1 00的中心部是開設有用來配置線狀體的貫 -11 - (9) 1273009 牙孔1 0 1 °在這種情況’所謂的線狀體雖然是要對方軸驅 動馬達進行供電的纜線CB，而也包含其他目的的纜線或 配管’而是一支線狀體或是兩支以上的線狀體都沒關係。 追種線狀體的配置，完全排除了伴隨迴旋所造成的干涉。 並且’中空部的外周只要根據用來固定主軸承用外輪的輸 出軸3 3的配置即可，不受內輪的尺寸的限制，可以選定 需要最小限度的軸承，而可降低成本。 第4圖是實施例2的顯示圖，是第1圖的b— B剖面 圖。該圖面是顯示本發明3及發明4。由於前後軸可進行 驅動動作，而可將前後軸馬達2 3的旋轉，經由馬達軸 7a’以輸入小齒輪22a與輸入大齒輪25a進行減速。小齒 輪l〇3a是被連結在輸入大齒輪25a。該輸入大齒輪25a， 是藉由軸承105a被軸支承在迴旋體部構件115、116。並 且，也可以用被支承在下腕部AM 1，與連結於輸出軸33a 的大齒輪l〇〇a嚙合，利用二段減速構造來構成。輸出軸 33a與大齒輪100a也可以一體化。 如第4圖所示，是將上述大齒輪l〇〇a與上述小齒輪 25a，配置在與包含第二軸（前後軸）的旋轉中心軸的迴旋 軸迴旋平面平行的平面內。主軸承84a的外輪是被安裝在 迴旋體部構件115、116，內輪是被安裝在固定於下腕部 AM1的輸出軸33a。主軸承84a通常是以具有相對向的作 用角的兩個組合所構成，在力矩負載的作用下，主軸承內 部會產生彈性變形，內輪中心與外輪中心會產生錯位。從 迴旋軸動作所產生的力矩’相對於輸出軸33a，會使迴旋 -12- 1273009 (10) 體部構件丨丨5、丨丨6的相對位置變化。藉此，由於小齒輪 1 03 a是被軸支承在迴旋體部構件i丨5、；[丨6，所以大齒輪 100a與小齒輪i〇3a的軸間距離會變化。在上下軸及前後 軸作動時、並且在前後軸及上下軸靜止時所產生的力，在 主軸承84a幾乎不會產生力矩，是可以忽略的値。機器人 的前後軸及上下軸的負荷分布通常是在主軸承84a的作用 線內或附近。 由於上述力矩僅作用在包含小齒輪1 〇 3 a與大齒輪 1 〇 0 a的中心的面的附近，所以大齒輪1 〇 〇 a與小齒輪1 〇 3 a 的圓周方向齒隙的變化量是較其他配置位置更小，小齒輪 1 0 3 a，爲了得到本發明的效果，配置在左右3 5度的任何 位置都可以。雖然減速裝置的齒輪列是以兩段（輸入段與 輸出段）所構成，而以三段以上構成也是一樣。 在大齒輪l〇〇a的中心部是開設有用來配置線狀體的 貫穿孔lOOal。這種線狀體的配置，完全排除了伴隨迴旋 所造成的干涉。並且，中空部的外周只要根據用來固定主 軸承用外輪的輸出軸33a的配置即可，不受內輪的尺寸的 限制，可以選定需要最小限度的軸承，而可降低成本。 〔產業上的可利用性〕 藉由本發明的發明1〜3’可以將作用於主軸承的力 矩所導致的齒隙的減少情形降到最低’可以將預留的齒隙 量減到最少。藉由這種構造’即使在最終段採用齒輪列成 爲低齒隙。藉由以齒輪列來構成’藉由本發明的發明4， -13- 1273009 (11) 在主軸承中心部只有貫穿孔，雖然使用最適當的負荷容量 的主軸承，而可在貫穿孔配設線狀體，而可大幅度地緩和 針對機器人的各軸的動作範圍的限制。並且，由於選定最 適當容量的主軸承，所以可提供低成本的減速裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖是本發明的產業用機器人的側剖面圖。 第2圖是第1圖所示的產業用機器人的正面圖。 第3圖是本發明的實施例1的顯示圖，第1圖的A — A剖面圖。 第4圖是本發明的實施例2的顯示圖，第1圖的B — B剖面圖。 第5圖是針對齒隙減少的說明圖。 第6圖是顯示機器人的主要作業區域的側面圖。 第7圖是關於本發明作爲對象的小齒輪配置的剖面圖 (a)與其立體圖（b)。 第8圖是以往的減速裝置1的剖面圖。 第9圖是以往的減速裝置2的主要部分剖面圖。 第1 〇圖是關於本發明的問題的齒隙的減低效果的圖 面。 〔圖號說明〕 3 :負荷 7、7a :馬達軸 -14- (12) 1273009 1 0 :機器人基台 1 3 :迴旋軸馬達 2 2、2 2 a :輸入小齒輪 2 3 :前後軸馬達 25、25a:輸入大齒輪 2 9 :齒輪 3 0 :曲軸

33、33a :輸出軸 42 :滾針軸承 84、84a:主軸承 100、100a：大齒輪 102 :迴旋體部構件 10 3、103a:小齒輪 104 :迴旋體部構件 105、105a：軸承 1 1 5 :迴旋體部構件 1 1 6 :迴旋體部構件 AM1 :下腕部 AM2 :上腕部 CB :纜線（線狀體） -15-

Claims (1)

1273009 (1) 拾、申請專利範圍 1. 一種產業用機器人的減速裝置，是具備有：機器人 基台、迴旋體部、迴旋軸、與前後軸的產業用機器人的減 速裝置，其特徵爲： 在具有：相對於上述機器人基台被固定位置的大齒 輪、與上述大齒輪嚙合且被軸支承在上述迴旋體部內的小 齒輪、以及藉由使上述小齒輪旋轉，經由上述小齒輪，使 上述大齒輪周圍與上述小齒輪一起移動的馬達之迴旋軸的 減速裝置， 上述小齒輪是配置於上述大齒輪與上述馬達之間，將 上述大齒輪與上述小齒輪，配置在上述前後軸的旋轉平面 的附近。 2. —種產業用機器人的減速裝置，是具備有：機器人 基台、迴旋體部、迴旋軸、與前後軸的產業用機器人的減 速裝置，其特徵爲： 在具有：相對於上述機器人的下腕部被固定位置的大 齒輪、以及與上述大齒輪嚙合且被軸支承在上述迴旋體部 內的小齒輪、藉由使上述小齒輪旋轉，經由上述小齒輪使 上述大齒輪轉動的馬達、以及相對於上述下腕部可擺動地 被軸支承著的上下軸之前後軸減速裝置， 上述小齒輪是配置於上述大齒輪與上述馬達之間，將 上述大齒輪與上述小齒輪，配置在：通過上述上下軸的旋 轉中心軸且平行於上述迴旋軸的迴旋平面的平面的附近。 3 ·如申請專利範圍第1或2項的產業用機器人的減速 -16- (2)1273009 裝置，其中是在上述大齒輪的中心部具有貫穿孔。

-17- 1273009 柒、（一）、本案指定代表圖為：第1圖 (二）、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 7 ： 馬達軸 10 機器人基台 13 迴旋軸馬達 22 輸入小齒輪 25 輸入大齒輪 33 輸出軸 84 主軸承 100 、：1 0 0 a :大齒 輪 10 1 :貫穿孔 102 :迴旋體部構 件 103 、103a·小齒 輪 104 :迴旋體部構 件 105 :軸承 115 :迴旋體部構 件 AM 1 :下腕部 AM2 :上腕部 CB :續線（線狀體 ) 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：