ロボットの関節駆動装置
【課題】ロボットの関節を駆動するのに最適な、特に軸方向長を短縮できる装置を得る。
【解決手段】扁平モータ４０と減速機３８とを備え、ロボットの第１部材３４と第２部材３６とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置３０であって、減速機３８の出力フランジ（出力軸）４４が、前記第１部材３４に固定され、減速機ケーシング４２が、（モータケーシング４３を介して）第２部材３６に固定され、減速機３８の入力軸５２が、片持ち状態で減速機ケーシング４２から突出された片持突出部５２Ａを有し、この片持ち突出部５２Ａに扁平モータ４０のロータ８０が固定される。
【解決手段】扁平モータ４０と減速機３８とを備え、ロボットの第１部材３４と第２部材３６とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置３０であって、減速機３８の出力フランジ（出力軸）４４が、前記第１部材３４に固定され、減速機ケーシング４２が、（モータケーシング４３を介して）第２部材３６に固定され、減速機３８の入力軸５２が、片持ち状態で減速機ケーシング４２から突出された片持突出部５２Ａを有し、この片持ち突出部５２Ａに扁平モータ４０のロータ８０が固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータと減速機とを備え、ロボットの第１部材と第２部材とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造業においては、例えば「双腕ロボット」のように、人の作業に限りなく近い動きをするロボットの開発が活発になってきている。ロボットの場合、１軸廻りの回転を実現するには、当該軸毎に１個の関節が必要になる。したがって、人の作業をロボットに置き換えて人と同様の動きをさせるには、人の関節よりも多くの関節を構成してやらなければならない。そのため、１つ１つの関節をできるだけコンパクトに収めないと、腕の有効長さ（可動範囲）に対して相対的に関節部分の占有容積が大きくなって、外観が人の腕とはほど遠いものとなり、当然に人に近い動きをするのがそれだけ困難になる。
【０００３】
従来の双腕ロボットは、駆動部をモータと減速機とその間の動力伝達装置で構成していたため、構成部品が多くなる上に、小型化するのが極めて困難であった。そこで、特許文献１においては、図７、図８に示されるような、モータと減速機とを一体化して１個のアクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ６Ａ、Ｌ１Ａ〜Ｌ６Ａ（このうちＲ１Ａ、及びＲ３Ａ〜Ｒ６Ａのみ符号付きで図示）として構成し、該アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ６Ａ、Ｌ１Ａ〜Ｌ１６Ａを腕１２、１４の回転軸Ｒ１Ｊ〜Ｒ６Ｊ、Ｌ１Ｊ〜Ｌ６Ｊ（このうちＲ１Ｊ〜Ｒ６Ｊのみ符号付きで図示）に一致するように配置した双腕ロボット１６を提案している。
【０００４】
この構成は、アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ６Ａ、Ｌ１Ａ〜Ｌ１６Ａが腕１２、１４の回転軸Ｒ１Ｊ〜Ｒ６Ｊ、Ｌ１Ｊ〜Ｌ６Ｊを直接駆動できるので腕１２、１４の構成部品を最小限に抑えることができ、該腕１２、１４を小型化できるという効果がある。そのため、従来のロボットに比べると人の腕の外観により近づけることができている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１８１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７、図８を一見して明らかなように、それぞれの腕１２、１４は、未だ、途中でさまざまな方向に大きく湾曲した形状となっており、腕１２、１４の有効長さＬと比較してその投影太さｄが極めて太くなっている。また、人の腕のようなまっすぐに伸びた外観からも大きく外れている。これは、現状では、関節部でのモータと減速機の具体的な設計が未だ詰められていないからであると推察される。現に、特許文献１では、例えば、モータと減速機とをよりコンパクトに収めるための具体的技術については、特に開示していない。
【０００７】
本発明は、このような従来のロボットの関節駆動装置における小型化、特に、できる限り「人の関節に近い外観と動きを実現可能とする小型化」が可能なロボットの関節駆動装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、モータと減速機とを備え、ロボットの第１部材と第２部材とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置であって、前記減速機のケーシングが、前記第１部材に固定され、前記減速機の出力軸が、前記第２部材に固定され、前記減速機の入力軸が、前記減速機のケーシングから片持ち状態で突出された片持ち突出部を有し、この片持ち突出部に前記モータのロータが固定される構成を採用することにより、上記課題を解決したものである。
【０００９】
発明者らは、さまざまな関節部の構成を比較検討した結果、人の腕にできるだけ近い外観を実現するには、「モータ及び減速機のトータルの軸方向長さ」を極力短縮するのが有効である、という知見を得た。逆に言うならば、モータ及び減速機のトータルの軸方向長さを短縮することができれば、結果としてそれだけ関節の占有容積が小さく、且つ人の腕に極めて近い外観を形成することができる。
【００１０】
本発明によれば、減速機のケーシングから該減速機の入力軸が片持ち状態で突出され、この片持ち突出部にモータのロータが固定される。この結果、モータ側に軸受やオイルシールが不要となる分、モータ及び減速機のトータルの軸方向長さを短縮することができる。また、少なくとも減速機の側は、「単体の減速機」として存在できるため、在庫や取り扱いの管理が容易である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モータ及び減速機のトータルの軸方向長さの短縮されたロボットの関節駆動装置を得ることができるようになり、それだけ関節部の占有容積が小さく、人の腕により近い外観を有し、且つ人の腕により近い動きをすることのできるロボットを設計することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１３】
先ず、図４を参照して、全体の概略構成から説明する。図４は、本発明の実施形態の一例に係るロボット関節駆動装置がロボットの腕に適用されている様子を示す概略平面図及び側面図である。
【００１４】
このロボット関節駆動装置３０は、減速機３８及び扁平モータ４０を備え、ロボット（全体は図示略）の腕３２の第１部材３４と、第２部材３６とを相対的に回転駆動させる。第１部材３４は減速機３８の出力フランジ（出力軸）４４に固定されている。減速機ケーシング４２はモータケーシング４３を介して第２部材３６に固定されている。減速機３８の出力フランジ４４は、減速機ケーシング４２に対して回転軸Ｒ１の周りで相対回転可能である。したがって、結局、減速機３８の出力フランジ４４に固定された第１部材３４は、減速機ケーシング４２が固定された第２部材３６に対して回転軸Ｒ１の周りで相対回転可能である。
【００１５】
このロボット関節駆動装置３０は、第１部材及び第２部材の相対回転を利用してさまざまな回転軸に対する関節駆動を行うことができる。例えば、図４の例で言うならば、当該ロボット関節駆動装置３０と全く同様の構成に係るロボット関節駆動装置４６を、先の第２部材３６を第１部材４８、符号５０に係る部材を第２部材と捉えた位置に配置することにより、第１部材４８、第２部材５０を回転軸Ｒ２の周りで相対的に回転駆動させるためのロボット関節駆動装置として適用することができる。
【００１６】
次に、図１〜図３を参照して、ロボット関節駆動装置３０の具体的な構成を説明する。
【００１７】
図１は、該ロボット関節駆動装置３０の全体断面図、図２は、図１の主要部を示す拡大断面図、図３は、図１のIII−III線に沿う（縮小）断面図である。なお、前述したように、ロボット関節駆動装置４６も、全く同様の構成である。
【００１８】
前記減速機３８は、減速機ケーシング４２内に収容されている。減速機ケーシング４２は、第１、第２減速機ケーシング体４２Ａ、４２Ｂからなる。この実施形態に係る減速機３８は、入力軸５２及び第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂを備えた偏心揺動型の減速機である。以下詳述する。
【００１９】
入力軸５２は、減速機ケーシング４２内において、一対の第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂによって支持されている。入力軸５２は、片持ち状態で減速機ケーシング４２（具体的にはその第２減速機ケーシング体４２Ｂ）から突出された片持ち突出部５２Ａを有し、この片持ち突出部５２Ａに前記扁平モータ４０のロータ８０が固定されている。
【００２０】
入力軸５２の外周には、前記第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂが一体的に形成されている。第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂの半径方向外側には、第１、第２ころ５５Ａ、５５Ｂを介して第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂが揺動回転自在に組み込まれている。第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂはそれぞれ内歯歯車６０に内接噛合している。
【００２１】
内歯歯車６０の内歯は外ピン６０Ａで構成されている。図３（Ａ）では略示表記されているが、図３（Ｂ）で部分拡大図示されているように、内歯歯車６０の本体６０Ｂ側には外ピン溝６０Ｃが形成されており、外ピン６０Ａは、この外ピン溝６０Ｃに１個おきに組み込まれている。第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの外歯５８Ａ１、５８Ｂ１（図２では第１外歯歯車５８Ａの外歯５８Ａ１のみが図示されている）の歯数は、外ピン溝６０Ｃの数（の実質的な内歯の数に相当）に対して僅かだけ（図示の例では１だけ）少ない。外ピン６０Ａは、全ての外ピン溝６０Ｃに組み込むのが好ましいが、この例では、コストと組付け工数の低減を意図して、半数のみ組み込むようにしている。
【００２２】
第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂは、第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂにより、偏心方向が互いに円周方向に１８０°ずらされている。これにより、入力軸５２の回転に伴って第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂはそれぞれ１８０°の位相差を保ちながら偏心揺動可能である。
【００２３】
この減速機３８においては、第１減速機ケーシング体４２Ａと内歯歯車６０との間に、オイルシール６４とクロスローラ６６が配置されている。また、第１減速機ケーシング体４２Ａと隣接して配置されている第２減速機ケーシング体４２Ｂには、内ピン６８が一体的に突出形成されている。内ピン６８は、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの第１、第２内ピン孔５８Ａ２、５８Ｂ２を軸方向に貫通し、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの自転を拘束している。内ピン６８の外周には、内ローラ７０が装着されている。内ローラ７０は、該内ピン６８と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの内ピン孔５８Ａ２、５８Ｂ２との間の摺動抵抗を軽減する。
【００２４】
内歯歯車６０の反扁平モータ側には、前記出力フランジ（出力軸）４４が配置されている。出力フランジ４４は、ボルト６２、或いは、ボルト孔６５に螺合されるボルト（図示略）によって、前記ロボットの第１部材３４と共に該内歯歯車６０と一体化されている。即ち、第１部材３４は出力フランジ４４と一体化されており、該出力フランジ４４と共に回転可能である。
【００２５】
また、この実施形態においては、図２に示されるように、内歯歯車６０の外ピン６０Ａの反扁平モータ側端面６０Ａａ、第１外歯歯車５８Ａの反扁平モータ側端面５８Ａａ、及び内ローラ７０の反扁平モータ側端面７０ａがほぼ同一平面上に配置されている。また、これら３つの端面６０Ａａ、５８Ａａ、７０ａと出力フランジ４４との間に平面状の滑りプレート７３が着脱可能に配置されている。滑りプレート７３は、前記外ピン６０Ａ、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂ、及び内ローラ７０の軸方向の移動を規制している。
【００２６】
減速機３８と扁平モータ４０は、減速機ケーシング４２及びモータケーシング４３が前記ロボットの腕３２の第２部材３６ごとボルト７２（図１）によって連結されることによって連結されている。この構成により、結局、減速機ケーシング４２は、第２部材３６と固定されることになり、出力フランジ４４側に固定されている第１部材３４が第２部材３６に対して回転軸Ｒ１周りで相対回転が可能となる。
【００２７】
ここで、減速機３８と扁平モータ４０との連結・収まりについて詳細に説明する。
【００２８】
減速機３８の入力軸５２は、前記減速機ケーシング４２の第２減速機ケーシング体４２Ｂから片持ち状態で突出された片持ち突出部５２Ａを有する。そして、この片持ち突出部５２Ａにおいて、キー７６を介して扁平モータ４０のロータ８０が直接連結されている。すなわち、入力軸５２は扁平モータ４０のモータ軸を兼用している。
【００２９】
入力軸５２は、減速機３８側で一対の第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂにて両持ち支持されている。回転軸Ｒ１の周りで回転する入力軸５２を「スラスト軸受」にて支持しているというのが、この実施形態での大きな特徴の一つである。
【００３０】
具体的には、第１スラスト軸受５６Ａは、出力フランジ４４の半径方向中央部に配置されている。第１スラスト軸受５６Ａの外輪５６Ａ１は該出力フランジ４４に固定されており、内輪５６Ａ２は入力軸５２に固定されている。第１スラスト軸受５６Ａにおける入力軸５２と出力フランジ４４との相対回転は、外輪５６Ａ１と内輪５６Ａ２との間に配置されたボール５６Ａ３の転動によって許容される。なお、第１スラスト軸受５６Ａの外輪５６Ａ１は、入力軸５２とは接触しておらず、また、内輪５６Ａ２は、出力フランジ４４とは接触していない。
【００３１】
一方、第２スラスト軸受５６Ｂは、第２減速機ケーシング４２Ｂの半径方向中央部に配置されている。第２スラスト軸受５６Ｂの外輪５６Ｂ１は該第２減速機ケーシング４２Ｂに固定されており、内輪５６Ｂ２は入力軸５２にそれぞれ固定されている。第２スラスト軸受５６Ｂにおける入力軸５２と第２減速機ケーシング４２Ｂとの相対回転は、外輪５６Ｂ１と内輪５６Ｂ２との間に配置されたボール５６Ｂ３の転動によって許容される。なお、第２スラスト軸受５６Ｂの外輪５６Ｂ１は、入力軸５２とは接触しておらず、また、内輪５６Ｂ２は、第２減速機ケーシング４２Ｂとは接触していない。
【００３２】
扁平モータ４０は、モータケーシング４３内に収容されている。モータケーシング４３は第１、第２モータケーシング体４３Ａ、４３Ｂからなる。この扁平モータ４０は、入力軸５２に固定された前記ロータ８０及び磁石８１のほか、第１モータケーシング体４３Ａに固定されたステータ８２及びコイルエンド８４を備える。前述したように、減速機ケーシング４２を構成する第１、第２減速機ケーシング体４２Ａ、４２Ｂ、モータケーシング４３を構成する第１、第２モータケーシング体４３Ａ、４３Ｂ及びロボットの腕３２の第２部材３６は、ボルト７２により一体化されている。
【００３３】
このうち第２減速機ケーシング体４２Ｂは、減速機フロントカバーとモータエンドカバーの機能を兼ねる。扁平モータ４０のコイルエンド８４は軸方向にスペースを多く占有するため、この第２減速機ケーシング体４２Ｂの扁平モータ４０が接続される側の側面には、扁平モータ４０が接続されたときに該コイルエンド８４を収容可能な凹部４２Ｂ１が形成されている。
【００３４】
なお、図１の符号６３は、減速機を単体で構成するときに使用するボルト、符号８８Ａ、８８Ｂは、減速機３８の内部に収容された潤滑剤の漏れを防止するオイルシール、符号９０は、ボルト７２を挿通するための貫通孔、符号９２は、扁平モータ４０の回転を検出するためのエンコーダである。
【００３５】
次に、このロボットの関節駆動装置３０の作用を説明する。
【００３６】
扁平モータ４０の通電によってロータ８０が回転すると、キー７６を介して（モータ軸でもある）減速機３８の入力軸５２が回転する。入力軸５２が回転すると該入力軸５２と一体的に形成されている第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂがそれぞれ１８０度の位相差を持って回転する。第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂが回転すると、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂが円周方向に当該１８０度の位相差を維持しながら偏心回転する。
【００３７】
この位相差の存在のために入力軸５２に掛かるラジアル方向のトルクが相殺され、トルクの作用点の軸方向位置のずれによって発生するモーメントのみが第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂに掛かることになる。そのため、スラスト軸受でありながら、入力軸５２の回転を支障なく支持することができる。
【００３８】
第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの第１、第２内ピン孔５８Ａ１、５８Ｂ１には、内ピン６８が貫通されており、且つこの内ピン６８は、第２減速機ケーシング体４２Ｂと一体である。そのため、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂは、該内ピン６８によってその自転が拘束されるため、（回転することなく）揺動のみを行う。この揺動によって内歯歯車６０と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂとの噛合位置が順次ずれる現象が起こる。内歯歯車６０の歯数（外ピン溝４０Ｃの数に相当）と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの歯数は「１」だけ異なっているため、内歯歯車６０と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの噛合位置が順次ずれて１周するごとに（入力軸５２が１回転するごとに）内歯歯車６０は第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂとの歯数差に相当する角度だけ自転することになる。この結果、結局、入力軸５２の１回転に対して、内歯歯車６０は１／（内歯歯車６０の歯数）だけ回転する。
【００３９】
このときの内歯歯車６０の回転は、クロスローラ６６を介して減速機ケーシング４２によって支持される。内歯歯車６０の回転は、該内歯歯車６０とボルト６２等を介して一体化されている出力フランジ４４に伝達され、該出力フランジ４４に固定されているロボットの腕３２の第１部材３４の回転として出力される。
【００４０】
この実施形態に係る関節駆動装置３０は、扁平モータ４０側に軸受やオイルシールがない分、軸方向長Ｘを短くすることができ、第２減速機ケーシング体４２Ｂがいわゆる減速機カバー及びモータカバーの機能を兼用するため、この点でも軸方向長が短くすることができる。
【００４１】
ここで、各部材の支持構造について着目すると、この実施形態においては、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの軸方向反扁平モータ側において、半径方向中央に存在する入力軸５２から第１減速機ケーシング体４２Ａの最外周に至るまでの間に、第１スラスト軸受５６Ａ、出力フランジ４４、内歯歯車６０、クロスローラ６６、及び第１減速機ケーシング体４２Ａから構成される剛部材が配置され、第１の剛支持系統が形成されている。
【００４２】
また、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの軸方向偏平モータ側において、半径方向中央に存在する入力軸５２から第２減速機ケーシング体４２Ｂの最外周に至るまでの間に、第２スラスト軸受５６Ｂ及び当該第２減速機ケーシング体４２Ｂから構成される剛部材が配置され、第２の剛支持系統が形成されている。
【００４３】
更に、扁平モータ４０の反減速機側には、第２モータケーシング体４３Ｂが配置され、第３の剛支持系統が形成されている。
【００４４】
一方、第１、第２減速機ケーシング体４２Ａ、４２Ｂ、第１、第２モータケーシング体４３Ａ、４３Ｂは、ボルト７２によって強固に固定されている。
【００４５】
このため、結局、最外周部が完全連結された剛体で形成され、且つ、半径方向に合計３系統の剛支持系統が形成されることになるため、全体の剛性を非常に高く維持することができる。したがって、第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂの支持剛性が高く、入力軸５２は、軸受スパンが短いにも拘わらず、安定回転することができる。また、入力軸５２の片持ち突出部側（即ち扁平モータ４０のロータ側）でも、高い回転安定性を維持することができる。
【００４６】
なお、ロボットの関節駆動に用いられる扁平モータ４０には、回転制御用にエンコーダ９２やブレーキ（上記例では図示略）が付設されることが多いが、このエンコーダ９２やブレーキは、グリースを嫌うため、第２モータケーシング体４３Ｂ付近に軸受を配置する場合には隣接して１または２以上のオイルシールが必要になり、これが軸方向長を長くしてしまうという付加的不具合を誘引する。しかし、上記実施形態のように片持ち突出部５２Ａに扁平モータ４０を組み込む構造は、減速機３８が独立して存在できるため、設計、製造、在庫管理が容易であり、また、扁平モータ４０内はオイルレスに維持できるため、オイルシールを付設する必要がなく、当然にオイル漏れの心配もない。
【００４７】
この実施形態に係るロボットの関節駆動装置３０は、モータとして扁平モータ４０が採用され、元々軸方向長を短縮できるような構成とされている。更に、第２減速機ケーシング体４２Ｂの扁平モータ４０が接続される側の側面に、該扁平モータ４０のコイルエンド８４を収容するための凹部４２Ｂ１が形成されている。そのため、軸方向の短縮を図っていながら、コイルエンド８４と第２減速機ケーシング体４２Ｂとの干渉が防止されている。しかも、この第２減速機ケーシング体４２Ｂは、第１減速機ケーシング体４２Ａと第１モータケーシング体４３Ａとによって強固に挟持され、且つ第２スラスト軸受５６Ｂを介して半径方向中央の入力軸５２の位置にまで延在されることによって前記第２の剛支持系統を形成しているため、凹部４２Ｂ１、或いは内ピン６８等が形成されていても高い剛性が維持できている。
【００４８】
ここで、入力軸５２にスラスト軸受を配置する構成が、寿命及びコスト面で優れる点について少し説明する。本発明では、軸受の種類が特に特定されるものではないが、例えば寿命を維持するには、後述する実施形態のように、アンギュラ玉軸受やテーパローラ軸受を用いた上で予圧を掛ければよい。また、スラスト軸受を用いれば、（予圧無しの玉軸受に比べて）がたをより小さくでき、支持剛性を高められる上に、寿命、コスト面でも有利である。特に、本実施形態の場合、ラジアル方向のトルクは、偏心位相の１８０度ずらしによって相殺できるため、入力軸５２には、トルクの作用点の軸方向位置のずれによるモーメントのラジアル成分しか掛からないため、第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂでも対応できるようになっている。この点は発明者らによって実際に確認されている。
【００４９】
こうした工夫が相乗された結果、この実施形態に係るロボットの関節駆動装置３０は、その軸方向のコンパクト性から、図４に示されるように、ロボットの腕３２に組み込んだときに、当該腕３２の投影太さｄ１を細くすることができる。この結果、第１、第２部材３４、３６の形状の任意性が高まって、人の腕により近い腕３２を形成することができるようになる。
【００５０】
次に、図５を用いて本発明の他の実施形態の一例について説明する。
【００５１】
この実施形態では、先の実施形態の第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂに代え、第１、第２アンギュラ玉軸受９６Ａ、９６Ｂを「正面合わせ」で軸方向に予圧して組み込んでいる。アンギュラ玉軸受９６Ａ、９６Ｂは、単純な玉軸受と比較して、もともとスラスト方向の力を受け得るように設計されているため、予圧を掛けて組み込んでも高い耐久性を維持できる。また、大きなラジアル方向の力も受けられるので、例えば外歯歯車を一枚しか持たないような減速機のように、入力軸に掛かるラジアル方向のトルクが機構上相殺できないような減速機を採用した場合でも適用可能である。
【００５２】
その他の構成については、先の実施形態と共通であるため、図中で同一または実質的に同一の部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００５３】
なお、入力軸５２を支持する軸受として、このように第１、第２アンギュラ玉軸受９６Ａ、９６Ｂを用いる場合には、図６に示されるように、「背面合わせ」で予圧を掛けて組み込むようにしてもよい。背面合わせで組み込んだ場合、正面合わせで組み込む場合に較べて、作用点距離を大きく取れるため、強いモーメント荷重にも十分対応できるというメリットが得られる。又、同じモーメント荷重ならばより長寿命となる。なお、アンギュラ玉軸受の代わりにテーパローラ軸受を用いれば更なる高容量にも耐えることができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では軸方向長を極力短縮するため、いずれもモータとして扁平モータが採用されていたが、本発明は、モータの種類を特に限定するものではなく、それぞれのモータで同様の効果を等しく得ることができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、減速機として、偏心揺動型の減速機が採用されていたが、本発明では減速機の構成も、特に偏心揺動型に限定されるものではない。ただ、偏心揺動型の減速機は、上述したように、以下のａ）、ｂ）の効果が「同時に得られる」ため最適である。
【００５６】
ａ）偏心体及び外歯歯車を複数用いてそれぞれの偏心位相を変えることによってトルクの相殺ができるので、「スラスト軸受」を使用できるようになる。
ｂ）一段でロボットの関節駆動に必要な（例えば１／２００を越えるような）高減速比が得られるため、（多段にする必要がないことから）軸方向長を最短にできる。
【００５７】
なお、上記ａ）の利点のみに着目するならば、例えば、単純遊星減速機でも実現できるし、上記ｂ）の利点のみに着目するならば、例えば、外歯歯車が撓みながら内歯歯車の内側で回転する所謂撓み噛み合い式の減速機でも実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ロボットの関節駆動装置として有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態の一例に係るロボットの関節駆動装置の断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】図１の矢示III−III線に沿う（縮小）断面図
【図４】上記関節駆動装置がロボットの腕に適用されている様子を示す概略平面図
【図５】本発明の他の実施形態の一例を示す減速機部分の断面図
【図６】図５の実施形態の変形例を示す断面図
【図７】従来のロボットの関節駆動装置の一例を示す斜視図
【図８】同部分の右腕平断面図
【符号の説明】
【００６０】
３０、４６…ロボット関節駆動装置
３２…腕
３４…第１部材
３６…第２部材
３８…減速機
４０…扁平モータ
４２…減速機ケーシング
４２Ａ…第１減速機ケーシング体
４２Ｂ…第２減速機ケーシング体
４４…出力フランジ（出力軸）
４８…第１部材
５０…第２部材
Ｒ１、Ｒ２…回転軸
５２…入力軸
５２Ａ…片持ち突出部
５４Ａ、５４Ｂ…第１、第２偏心体
５６Ａ、５６Ｂ…第１、第２スラスト軸受
５８Ａ，５８Ｂ…第１、第２外歯歯車
６０…内歯歯車
６２…ボルト
６４…オイルシール
６６…クロスローラ
６８…内ピン
７０…内ローラ
７２…ボルト
７６…キー
８０…ロータ
８１…磁石
８２…ステータ
８４…コイルエンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータと減速機とを備え、ロボットの第１部材と第２部材とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造業においては、例えば「双腕ロボット」のように、人の作業に限りなく近い動きをするロボットの開発が活発になってきている。ロボットの場合、１軸廻りの回転を実現するには、当該軸毎に１個の関節が必要になる。したがって、人の作業をロボットに置き換えて人と同様の動きをさせるには、人の関節よりも多くの関節を構成してやらなければならない。そのため、１つ１つの関節をできるだけコンパクトに収めないと、腕の有効長さ（可動範囲）に対して相対的に関節部分の占有容積が大きくなって、外観が人の腕とはほど遠いものとなり、当然に人に近い動きをするのがそれだけ困難になる。
【０００３】
従来の双腕ロボットは、駆動部をモータと減速機とその間の動力伝達装置で構成していたため、構成部品が多くなる上に、小型化するのが極めて困難であった。そこで、特許文献１においては、図７、図８に示されるような、モータと減速機とを一体化して１個のアクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ６Ａ、Ｌ１Ａ〜Ｌ６Ａ（このうちＲ１Ａ、及びＲ３Ａ〜Ｒ６Ａのみ符号付きで図示）として構成し、該アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ６Ａ、Ｌ１Ａ〜Ｌ１６Ａを腕１２、１４の回転軸Ｒ１Ｊ〜Ｒ６Ｊ、Ｌ１Ｊ〜Ｌ６Ｊ（このうちＲ１Ｊ〜Ｒ６Ｊのみ符号付きで図示）に一致するように配置した双腕ロボット１６を提案している。
【０００４】
この構成は、アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ６Ａ、Ｌ１Ａ〜Ｌ１６Ａが腕１２、１４の回転軸Ｒ１Ｊ〜Ｒ６Ｊ、Ｌ１Ｊ〜Ｌ６Ｊを直接駆動できるので腕１２、１４の構成部品を最小限に抑えることができ、該腕１２、１４を小型化できるという効果がある。そのため、従来のロボットに比べると人の腕の外観により近づけることができている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１８１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７、図８を一見して明らかなように、それぞれの腕１２、１４は、未だ、途中でさまざまな方向に大きく湾曲した形状となっており、腕１２、１４の有効長さＬと比較してその投影太さｄが極めて太くなっている。また、人の腕のようなまっすぐに伸びた外観からも大きく外れている。これは、現状では、関節部でのモータと減速機の具体的な設計が未だ詰められていないからであると推察される。現に、特許文献１では、例えば、モータと減速機とをよりコンパクトに収めるための具体的技術については、特に開示していない。
【０００７】
本発明は、このような従来のロボットの関節駆動装置における小型化、特に、できる限り「人の関節に近い外観と動きを実現可能とする小型化」が可能なロボットの関節駆動装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、モータと減速機とを備え、ロボットの第１部材と第２部材とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置であって、前記減速機のケーシングが、前記第１部材に固定され、前記減速機の出力軸が、前記第２部材に固定され、前記減速機の入力軸が、前記減速機のケーシングから片持ち状態で突出された片持ち突出部を有し、この片持ち突出部に前記モータのロータが固定される構成を採用することにより、上記課題を解決したものである。
【０００９】
発明者らは、さまざまな関節部の構成を比較検討した結果、人の腕にできるだけ近い外観を実現するには、「モータ及び減速機のトータルの軸方向長さ」を極力短縮するのが有効である、という知見を得た。逆に言うならば、モータ及び減速機のトータルの軸方向長さを短縮することができれば、結果としてそれだけ関節の占有容積が小さく、且つ人の腕に極めて近い外観を形成することができる。
【００１０】
本発明によれば、減速機のケーシングから該減速機の入力軸が片持ち状態で突出され、この片持ち突出部にモータのロータが固定される。この結果、モータ側に軸受やオイルシールが不要となる分、モータ及び減速機のトータルの軸方向長さを短縮することができる。また、少なくとも減速機の側は、「単体の減速機」として存在できるため、在庫や取り扱いの管理が容易である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モータ及び減速機のトータルの軸方向長さの短縮されたロボットの関節駆動装置を得ることができるようになり、それだけ関節部の占有容積が小さく、人の腕により近い外観を有し、且つ人の腕により近い動きをすることのできるロボットを設計することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１３】
先ず、図４を参照して、全体の概略構成から説明する。図４は、本発明の実施形態の一例に係るロボット関節駆動装置がロボットの腕に適用されている様子を示す概略平面図及び側面図である。
【００１４】
このロボット関節駆動装置３０は、減速機３８及び扁平モータ４０を備え、ロボット（全体は図示略）の腕３２の第１部材３４と、第２部材３６とを相対的に回転駆動させる。第１部材３４は減速機３８の出力フランジ（出力軸）４４に固定されている。減速機ケーシング４２はモータケーシング４３を介して第２部材３６に固定されている。減速機３８の出力フランジ４４は、減速機ケーシング４２に対して回転軸Ｒ１の周りで相対回転可能である。したがって、結局、減速機３８の出力フランジ４４に固定された第１部材３４は、減速機ケーシング４２が固定された第２部材３６に対して回転軸Ｒ１の周りで相対回転可能である。
【００１５】
このロボット関節駆動装置３０は、第１部材及び第２部材の相対回転を利用してさまざまな回転軸に対する関節駆動を行うことができる。例えば、図４の例で言うならば、当該ロボット関節駆動装置３０と全く同様の構成に係るロボット関節駆動装置４６を、先の第２部材３６を第１部材４８、符号５０に係る部材を第２部材と捉えた位置に配置することにより、第１部材４８、第２部材５０を回転軸Ｒ２の周りで相対的に回転駆動させるためのロボット関節駆動装置として適用することができる。
【００１６】
次に、図１〜図３を参照して、ロボット関節駆動装置３０の具体的な構成を説明する。
【００１７】
図１は、該ロボット関節駆動装置３０の全体断面図、図２は、図１の主要部を示す拡大断面図、図３は、図１のIII−III線に沿う（縮小）断面図である。なお、前述したように、ロボット関節駆動装置４６も、全く同様の構成である。
【００１８】
前記減速機３８は、減速機ケーシング４２内に収容されている。減速機ケーシング４２は、第１、第２減速機ケーシング体４２Ａ、４２Ｂからなる。この実施形態に係る減速機３８は、入力軸５２及び第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂを備えた偏心揺動型の減速機である。以下詳述する。
【００１９】
入力軸５２は、減速機ケーシング４２内において、一対の第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂによって支持されている。入力軸５２は、片持ち状態で減速機ケーシング４２（具体的にはその第２減速機ケーシング体４２Ｂ）から突出された片持ち突出部５２Ａを有し、この片持ち突出部５２Ａに前記扁平モータ４０のロータ８０が固定されている。
【００２０】
入力軸５２の外周には、前記第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂが一体的に形成されている。第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂの半径方向外側には、第１、第２ころ５５Ａ、５５Ｂを介して第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂが揺動回転自在に組み込まれている。第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂはそれぞれ内歯歯車６０に内接噛合している。
【００２１】
内歯歯車６０の内歯は外ピン６０Ａで構成されている。図３（Ａ）では略示表記されているが、図３（Ｂ）で部分拡大図示されているように、内歯歯車６０の本体６０Ｂ側には外ピン溝６０Ｃが形成されており、外ピン６０Ａは、この外ピン溝６０Ｃに１個おきに組み込まれている。第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの外歯５８Ａ１、５８Ｂ１（図２では第１外歯歯車５８Ａの外歯５８Ａ１のみが図示されている）の歯数は、外ピン溝６０Ｃの数（の実質的な内歯の数に相当）に対して僅かだけ（図示の例では１だけ）少ない。外ピン６０Ａは、全ての外ピン溝６０Ｃに組み込むのが好ましいが、この例では、コストと組付け工数の低減を意図して、半数のみ組み込むようにしている。
【００２２】
第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂは、第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂにより、偏心方向が互いに円周方向に１８０°ずらされている。これにより、入力軸５２の回転に伴って第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂはそれぞれ１８０°の位相差を保ちながら偏心揺動可能である。
【００２３】
この減速機３８においては、第１減速機ケーシング体４２Ａと内歯歯車６０との間に、オイルシール６４とクロスローラ６６が配置されている。また、第１減速機ケーシング体４２Ａと隣接して配置されている第２減速機ケーシング体４２Ｂには、内ピン６８が一体的に突出形成されている。内ピン６８は、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの第１、第２内ピン孔５８Ａ２、５８Ｂ２を軸方向に貫通し、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの自転を拘束している。内ピン６８の外周には、内ローラ７０が装着されている。内ローラ７０は、該内ピン６８と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの内ピン孔５８Ａ２、５８Ｂ２との間の摺動抵抗を軽減する。
【００２４】
内歯歯車６０の反扁平モータ側には、前記出力フランジ（出力軸）４４が配置されている。出力フランジ４４は、ボルト６２、或いは、ボルト孔６５に螺合されるボルト（図示略）によって、前記ロボットの第１部材３４と共に該内歯歯車６０と一体化されている。即ち、第１部材３４は出力フランジ４４と一体化されており、該出力フランジ４４と共に回転可能である。
【００２５】
また、この実施形態においては、図２に示されるように、内歯歯車６０の外ピン６０Ａの反扁平モータ側端面６０Ａａ、第１外歯歯車５８Ａの反扁平モータ側端面５８Ａａ、及び内ローラ７０の反扁平モータ側端面７０ａがほぼ同一平面上に配置されている。また、これら３つの端面６０Ａａ、５８Ａａ、７０ａと出力フランジ４４との間に平面状の滑りプレート７３が着脱可能に配置されている。滑りプレート７３は、前記外ピン６０Ａ、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂ、及び内ローラ７０の軸方向の移動を規制している。
【００２６】
減速機３８と扁平モータ４０は、減速機ケーシング４２及びモータケーシング４３が前記ロボットの腕３２の第２部材３６ごとボルト７２（図１）によって連結されることによって連結されている。この構成により、結局、減速機ケーシング４２は、第２部材３６と固定されることになり、出力フランジ４４側に固定されている第１部材３４が第２部材３６に対して回転軸Ｒ１周りで相対回転が可能となる。
【００２７】
ここで、減速機３８と扁平モータ４０との連結・収まりについて詳細に説明する。
【００２８】
減速機３８の入力軸５２は、前記減速機ケーシング４２の第２減速機ケーシング体４２Ｂから片持ち状態で突出された片持ち突出部５２Ａを有する。そして、この片持ち突出部５２Ａにおいて、キー７６を介して扁平モータ４０のロータ８０が直接連結されている。すなわち、入力軸５２は扁平モータ４０のモータ軸を兼用している。
【００２９】
入力軸５２は、減速機３８側で一対の第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂにて両持ち支持されている。回転軸Ｒ１の周りで回転する入力軸５２を「スラスト軸受」にて支持しているというのが、この実施形態での大きな特徴の一つである。
【００３０】
具体的には、第１スラスト軸受５６Ａは、出力フランジ４４の半径方向中央部に配置されている。第１スラスト軸受５６Ａの外輪５６Ａ１は該出力フランジ４４に固定されており、内輪５６Ａ２は入力軸５２に固定されている。第１スラスト軸受５６Ａにおける入力軸５２と出力フランジ４４との相対回転は、外輪５６Ａ１と内輪５６Ａ２との間に配置されたボール５６Ａ３の転動によって許容される。なお、第１スラスト軸受５６Ａの外輪５６Ａ１は、入力軸５２とは接触しておらず、また、内輪５６Ａ２は、出力フランジ４４とは接触していない。
【００３１】
一方、第２スラスト軸受５６Ｂは、第２減速機ケーシング４２Ｂの半径方向中央部に配置されている。第２スラスト軸受５６Ｂの外輪５６Ｂ１は該第２減速機ケーシング４２Ｂに固定されており、内輪５６Ｂ２は入力軸５２にそれぞれ固定されている。第２スラスト軸受５６Ｂにおける入力軸５２と第２減速機ケーシング４２Ｂとの相対回転は、外輪５６Ｂ１と内輪５６Ｂ２との間に配置されたボール５６Ｂ３の転動によって許容される。なお、第２スラスト軸受５６Ｂの外輪５６Ｂ１は、入力軸５２とは接触しておらず、また、内輪５６Ｂ２は、第２減速機ケーシング４２Ｂとは接触していない。
【００３２】
扁平モータ４０は、モータケーシング４３内に収容されている。モータケーシング４３は第１、第２モータケーシング体４３Ａ、４３Ｂからなる。この扁平モータ４０は、入力軸５２に固定された前記ロータ８０及び磁石８１のほか、第１モータケーシング体４３Ａに固定されたステータ８２及びコイルエンド８４を備える。前述したように、減速機ケーシング４２を構成する第１、第２減速機ケーシング体４２Ａ、４２Ｂ、モータケーシング４３を構成する第１、第２モータケーシング体４３Ａ、４３Ｂ及びロボットの腕３２の第２部材３６は、ボルト７２により一体化されている。
【００３３】
このうち第２減速機ケーシング体４２Ｂは、減速機フロントカバーとモータエンドカバーの機能を兼ねる。扁平モータ４０のコイルエンド８４は軸方向にスペースを多く占有するため、この第２減速機ケーシング体４２Ｂの扁平モータ４０が接続される側の側面には、扁平モータ４０が接続されたときに該コイルエンド８４を収容可能な凹部４２Ｂ１が形成されている。
【００３４】
なお、図１の符号６３は、減速機を単体で構成するときに使用するボルト、符号８８Ａ、８８Ｂは、減速機３８の内部に収容された潤滑剤の漏れを防止するオイルシール、符号９０は、ボルト７２を挿通するための貫通孔、符号９２は、扁平モータ４０の回転を検出するためのエンコーダである。
【００３５】
次に、このロボットの関節駆動装置３０の作用を説明する。
【００３６】
扁平モータ４０の通電によってロータ８０が回転すると、キー７６を介して（モータ軸でもある）減速機３８の入力軸５２が回転する。入力軸５２が回転すると該入力軸５２と一体的に形成されている第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂがそれぞれ１８０度の位相差を持って回転する。第１、第２偏心体５４Ａ、５４Ｂが回転すると、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂが円周方向に当該１８０度の位相差を維持しながら偏心回転する。
【００３７】
この位相差の存在のために入力軸５２に掛かるラジアル方向のトルクが相殺され、トルクの作用点の軸方向位置のずれによって発生するモーメントのみが第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂに掛かることになる。そのため、スラスト軸受でありながら、入力軸５２の回転を支障なく支持することができる。
【００３８】
第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの第１、第２内ピン孔５８Ａ１、５８Ｂ１には、内ピン６８が貫通されており、且つこの内ピン６８は、第２減速機ケーシング体４２Ｂと一体である。そのため、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂは、該内ピン６８によってその自転が拘束されるため、（回転することなく）揺動のみを行う。この揺動によって内歯歯車６０と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂとの噛合位置が順次ずれる現象が起こる。内歯歯車６０の歯数（外ピン溝４０Ｃの数に相当）と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの歯数は「１」だけ異なっているため、内歯歯車６０と第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの噛合位置が順次ずれて１周するごとに（入力軸５２が１回転するごとに）内歯歯車６０は第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂとの歯数差に相当する角度だけ自転することになる。この結果、結局、入力軸５２の１回転に対して、内歯歯車６０は１／（内歯歯車６０の歯数）だけ回転する。
【００３９】
このときの内歯歯車６０の回転は、クロスローラ６６を介して減速機ケーシング４２によって支持される。内歯歯車６０の回転は、該内歯歯車６０とボルト６２等を介して一体化されている出力フランジ４４に伝達され、該出力フランジ４４に固定されているロボットの腕３２の第１部材３４の回転として出力される。
【００４０】
この実施形態に係る関節駆動装置３０は、扁平モータ４０側に軸受やオイルシールがない分、軸方向長Ｘを短くすることができ、第２減速機ケーシング体４２Ｂがいわゆる減速機カバー及びモータカバーの機能を兼用するため、この点でも軸方向長が短くすることができる。
【００４１】
ここで、各部材の支持構造について着目すると、この実施形態においては、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの軸方向反扁平モータ側において、半径方向中央に存在する入力軸５２から第１減速機ケーシング体４２Ａの最外周に至るまでの間に、第１スラスト軸受５６Ａ、出力フランジ４４、内歯歯車６０、クロスローラ６６、及び第１減速機ケーシング体４２Ａから構成される剛部材が配置され、第１の剛支持系統が形成されている。
【００４２】
また、第１、第２外歯歯車５８Ａ、５８Ｂの軸方向偏平モータ側において、半径方向中央に存在する入力軸５２から第２減速機ケーシング体４２Ｂの最外周に至るまでの間に、第２スラスト軸受５６Ｂ及び当該第２減速機ケーシング体４２Ｂから構成される剛部材が配置され、第２の剛支持系統が形成されている。
【００４３】
更に、扁平モータ４０の反減速機側には、第２モータケーシング体４３Ｂが配置され、第３の剛支持系統が形成されている。
【００４４】
一方、第１、第２減速機ケーシング体４２Ａ、４２Ｂ、第１、第２モータケーシング体４３Ａ、４３Ｂは、ボルト７２によって強固に固定されている。
【００４５】
このため、結局、最外周部が完全連結された剛体で形成され、且つ、半径方向に合計３系統の剛支持系統が形成されることになるため、全体の剛性を非常に高く維持することができる。したがって、第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂの支持剛性が高く、入力軸５２は、軸受スパンが短いにも拘わらず、安定回転することができる。また、入力軸５２の片持ち突出部側（即ち扁平モータ４０のロータ側）でも、高い回転安定性を維持することができる。
【００４６】
なお、ロボットの関節駆動に用いられる扁平モータ４０には、回転制御用にエンコーダ９２やブレーキ（上記例では図示略）が付設されることが多いが、このエンコーダ９２やブレーキは、グリースを嫌うため、第２モータケーシング体４３Ｂ付近に軸受を配置する場合には隣接して１または２以上のオイルシールが必要になり、これが軸方向長を長くしてしまうという付加的不具合を誘引する。しかし、上記実施形態のように片持ち突出部５２Ａに扁平モータ４０を組み込む構造は、減速機３８が独立して存在できるため、設計、製造、在庫管理が容易であり、また、扁平モータ４０内はオイルレスに維持できるため、オイルシールを付設する必要がなく、当然にオイル漏れの心配もない。
【００４７】
この実施形態に係るロボットの関節駆動装置３０は、モータとして扁平モータ４０が採用され、元々軸方向長を短縮できるような構成とされている。更に、第２減速機ケーシング体４２Ｂの扁平モータ４０が接続される側の側面に、該扁平モータ４０のコイルエンド８４を収容するための凹部４２Ｂ１が形成されている。そのため、軸方向の短縮を図っていながら、コイルエンド８４と第２減速機ケーシング体４２Ｂとの干渉が防止されている。しかも、この第２減速機ケーシング体４２Ｂは、第１減速機ケーシング体４２Ａと第１モータケーシング体４３Ａとによって強固に挟持され、且つ第２スラスト軸受５６Ｂを介して半径方向中央の入力軸５２の位置にまで延在されることによって前記第２の剛支持系統を形成しているため、凹部４２Ｂ１、或いは内ピン６８等が形成されていても高い剛性が維持できている。
【００４８】
ここで、入力軸５２にスラスト軸受を配置する構成が、寿命及びコスト面で優れる点について少し説明する。本発明では、軸受の種類が特に特定されるものではないが、例えば寿命を維持するには、後述する実施形態のように、アンギュラ玉軸受やテーパローラ軸受を用いた上で予圧を掛ければよい。また、スラスト軸受を用いれば、（予圧無しの玉軸受に比べて）がたをより小さくでき、支持剛性を高められる上に、寿命、コスト面でも有利である。特に、本実施形態の場合、ラジアル方向のトルクは、偏心位相の１８０度ずらしによって相殺できるため、入力軸５２には、トルクの作用点の軸方向位置のずれによるモーメントのラジアル成分しか掛からないため、第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂでも対応できるようになっている。この点は発明者らによって実際に確認されている。
【００４９】
こうした工夫が相乗された結果、この実施形態に係るロボットの関節駆動装置３０は、その軸方向のコンパクト性から、図４に示されるように、ロボットの腕３２に組み込んだときに、当該腕３２の投影太さｄ１を細くすることができる。この結果、第１、第２部材３４、３６の形状の任意性が高まって、人の腕により近い腕３２を形成することができるようになる。
【００５０】
次に、図５を用いて本発明の他の実施形態の一例について説明する。
【００５１】
この実施形態では、先の実施形態の第１、第２スラスト軸受５６Ａ、５６Ｂに代え、第１、第２アンギュラ玉軸受９６Ａ、９６Ｂを「正面合わせ」で軸方向に予圧して組み込んでいる。アンギュラ玉軸受９６Ａ、９６Ｂは、単純な玉軸受と比較して、もともとスラスト方向の力を受け得るように設計されているため、予圧を掛けて組み込んでも高い耐久性を維持できる。また、大きなラジアル方向の力も受けられるので、例えば外歯歯車を一枚しか持たないような減速機のように、入力軸に掛かるラジアル方向のトルクが機構上相殺できないような減速機を採用した場合でも適用可能である。
【００５２】
その他の構成については、先の実施形態と共通であるため、図中で同一または実質的に同一の部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【００５３】
なお、入力軸５２を支持する軸受として、このように第１、第２アンギュラ玉軸受９６Ａ、９６Ｂを用いる場合には、図６に示されるように、「背面合わせ」で予圧を掛けて組み込むようにしてもよい。背面合わせで組み込んだ場合、正面合わせで組み込む場合に較べて、作用点距離を大きく取れるため、強いモーメント荷重にも十分対応できるというメリットが得られる。又、同じモーメント荷重ならばより長寿命となる。なお、アンギュラ玉軸受の代わりにテーパローラ軸受を用いれば更なる高容量にも耐えることができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では軸方向長を極力短縮するため、いずれもモータとして扁平モータが採用されていたが、本発明は、モータの種類を特に限定するものではなく、それぞれのモータで同様の効果を等しく得ることができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、減速機として、偏心揺動型の減速機が採用されていたが、本発明では減速機の構成も、特に偏心揺動型に限定されるものではない。ただ、偏心揺動型の減速機は、上述したように、以下のａ）、ｂ）の効果が「同時に得られる」ため最適である。
【００５６】
ａ）偏心体及び外歯歯車を複数用いてそれぞれの偏心位相を変えることによってトルクの相殺ができるので、「スラスト軸受」を使用できるようになる。
ｂ）一段でロボットの関節駆動に必要な（例えば１／２００を越えるような）高減速比が得られるため、（多段にする必要がないことから）軸方向長を最短にできる。
【００５７】
なお、上記ａ）の利点のみに着目するならば、例えば、単純遊星減速機でも実現できるし、上記ｂ）の利点のみに着目するならば、例えば、外歯歯車が撓みながら内歯歯車の内側で回転する所謂撓み噛み合い式の減速機でも実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ロボットの関節駆動装置として有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態の一例に係るロボットの関節駆動装置の断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】図１の矢示III−III線に沿う（縮小）断面図
【図４】上記関節駆動装置がロボットの腕に適用されている様子を示す概略平面図
【図５】本発明の他の実施形態の一例を示す減速機部分の断面図
【図６】図５の実施形態の変形例を示す断面図
【図７】従来のロボットの関節駆動装置の一例を示す斜視図
【図８】同部分の右腕平断面図
【符号の説明】
【００６０】
３０、４６…ロボット関節駆動装置
３２…腕
３４…第１部材
３６…第２部材
３８…減速機
４０…扁平モータ
４２…減速機ケーシング
４２Ａ…第１減速機ケーシング体
４２Ｂ…第２減速機ケーシング体
４４…出力フランジ（出力軸）
４８…第１部材
５０…第２部材
Ｒ１、Ｒ２…回転軸
５２…入力軸
５２Ａ…片持ち突出部
５４Ａ、５４Ｂ…第１、第２偏心体
５６Ａ、５６Ｂ…第１、第２スラスト軸受
５８Ａ，５８Ｂ…第１、第２外歯歯車
６０…内歯歯車
６２…ボルト
６４…オイルシール
６６…クロスローラ
６８…内ピン
７０…内ローラ
７２…ボルト
７６…キー
８０…ロータ
８１…磁石
８２…ステータ
８４…コイルエンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと減速機とを備え、ロボットの第１部材と第２部材とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置であって、
前記減速機の出力軸が、前記第１部材に固定され、
前記減速機のケーシングが、前記第２部材に固定され、
前記減速機の入力軸が、前記減速機のケーシングから片持ち状態で突出された片持ち突出部を有し、
この片持ち突出部に前記モータのロータが固定される
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記減速機が、前記入力軸の外周に偏心体を備え、その半径方向外側に外歯歯車が揺動回転自在に組み込まれ、該外歯歯車が更にその半径方向外側に配置された内歯歯車に内接噛合する構成の偏心揺動型の減速機であって、且つ
前記偏心体が、入力軸の軸方向に位相を変えて複数備えられている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記入力軸が、前記減速機のケーシング内において、正面合わせで予圧を掛けた一対の軸受にて支持されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記入力軸が、前記減速機のケーシング内において、背面合わせで予圧を掛けた一対のアンギュラ軸受にて支持されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記入力軸が、前記減速機のケーシング内において、スラスト軸受の内輪を前記入力軸に、外輪を前記減速機のケースに固定した一対のスラスト軸受にて支持されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記減速機のケーシングの一部を構成するケーシング体が、前記モータのケーシングの一部を構成するケーシング体を兼ね、かつこの兼ねられたケーシング体のモータ側に、該モータのコイルエンドを収容するための凹部が形成されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項１】
モータと減速機とを備え、ロボットの第１部材と第２部材とを相対的に回転駆動するロボットの関節駆動装置であって、
前記減速機の出力軸が、前記第１部材に固定され、
前記減速機のケーシングが、前記第２部材に固定され、
前記減速機の入力軸が、前記減速機のケーシングから片持ち状態で突出された片持ち突出部を有し、
この片持ち突出部に前記モータのロータが固定される
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記減速機が、前記入力軸の外周に偏心体を備え、その半径方向外側に外歯歯車が揺動回転自在に組み込まれ、該外歯歯車が更にその半径方向外側に配置された内歯歯車に内接噛合する構成の偏心揺動型の減速機であって、且つ
前記偏心体が、入力軸の軸方向に位相を変えて複数備えられている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記入力軸が、前記減速機のケーシング内において、正面合わせで予圧を掛けた一対の軸受にて支持されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記入力軸が、前記減速機のケーシング内において、背面合わせで予圧を掛けた一対のアンギュラ軸受にて支持されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記入力軸が、前記減速機のケーシング内において、スラスト軸受の内輪を前記入力軸に、外輪を前記減速機のケースに固定した一対のスラスト軸受にて支持されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記減速機のケーシングの一部を構成するケーシング体が、前記モータのケーシングの一部を構成するケーシング体を兼ね、かつこの兼ねられたケーシング体のモータ側に、該モータのコイルエンドを収容するための凹部が形成されている
ことを特徴とするロボットの関節駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１６６１６８（Ｐ２００９−１６６１６８Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６１１１（Ｐ２００８−６１１１）
【出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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