特許 7465586 ロボット用小型アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-03

(45)【発行日】2024-04-11

(54)【発明の名称】ロボット用小型アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/00 20060101AFI20240404BHJP

   F16H 57/023 20120101ALI20240404BHJP

【ＦＩ】

B25J17/00 E

F16H57/023

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022569613

(86)(22)【出願日】2021-05-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-19

(86)【国際出願番号】 US2021033279

(87)【国際公開番号】W WO2021236858

(87)【国際公開日】2021-11-25

【審査請求日】2022-11-14

(31)【優先権主張番号】10-2020-0060253

(32)【優先日】2020-05-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】522445527

【氏名又は名称】ロボティズ インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＯＴＩＳ， ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】２６２２８ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｃｔ． Ｌａｋｅ Ｆｏｒｅｓｔ，ＣＡ ９２６３０，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】キム、ビョン ス

(72)【発明者】

【氏名】チャン、ウク

(72)【発明者】

【氏名】ユン、ウン グォン

【審査官】仁木 学

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０１６１６６０７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０８４９２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

Ｆ１６Ｈ ５７／０２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動モータと、前記駆動モータの回転を連続的に減速してトルクを増加させる複数の減速ギヤと、を含む、中間ケースと；
貫通孔を有し、前記減速ギヤのうち終減速ギヤの一部が前記貫通孔を通過して外側に突出する、フロントケースと；
前記中間ケースに結合され、隅領域に形成された少なくとも１つのタッピング孔を有するリアケースを含む、ハウジングと；
タッピング孔を有し、背面に形成された円形状のガイド壁により囲まれた内部空間に前記突出した終減速ギヤを挿入することで前記突出した終減速ギヤに接続され、最終減速比で回転する、回転部と；
前記回転部の前記タッピング孔を貫通し、前記突出した減速ギヤの回転軸に締結される、第１タッピングねじと；
前記フロントケース及び前記中間ケースの一側を貫通し、前記リアケースの前記タッピング孔に締結される、少なくとも１つの第２タッピングねじと；を備え、
前記減速ギヤは、
前記駆動モータのギヤと噛み合う第１減速ギヤと、
前記第１減速ギヤと噛み合う第２減速ギヤと、
前記第２減速ギヤと噛み合う第３減速ギヤと、
前記第３減速ギヤと噛み合う第４減速ギヤと、を含み、
前記第１減速ギヤの半径は、前記駆動モータの半径以上であり、前記第２減速ギヤの半径は、前記第１減速ギヤの半径以上であり、前記第３減速ギヤの半径は、前記第２減速ギヤの半径以上であり、前記第４減速ギヤの半径は、前記第３減速ギヤの半径以上であり、
前記第１及び第２の減速ギヤ回転軸間の第２軸間距離は、前記駆動モータの回転軸と前記第１減速ギヤの回転軸との間の第１軸間距離以上であり、前記第２及び第３の減速ギヤの回転軸間の第３軸間距離は、前記第２軸間距離以上であり、前記第３及び第４の減速ギヤの回転軸間の第４軸間距離は、前記第３軸間距離以上であり、
前記駆動モータのギヤと前記第１減速ギヤとの間の第１減速比は２．５～３．５であり、前記第１減速ギヤと前記第２減速ギヤとの間の第２減速比は１～２であり、前記第２減速ギヤと前記第３減速ギヤとの間の第３減速比は３．５～４．５であり、前記第３減速ギヤと前記第４減速ギヤとの間の第４減速比は４～５であり、
前記駆動モータのギヤと前記第４減速ギヤとの間の総減速比は、５０～１５０であり、
前記ハウジングの幅が１５～２０ｍｍであり、前記ハウジングの長さが２０～２５ｍｍであり、前記ハウジングの高さが３０～３５ｍｍであり、
前記ハウジングの幅、長さ及び高さの中で最長値と最短値との比が１．５～２．５である
ことを特徴とするロボット用小型アクチュエータ。

【請求項2】

前記第１～第４の減速ギヤは、駆動ギヤと被駆動ギヤとが一体に製造されたデュアルギヤである
請求項１に記載のロボット用小型アクチュエータ。

【請求項3】

前記突出した終減速ギヤは、前記ガイド壁により囲まれた前記内部空間に着座し、前記ガイド壁の内周に形成されたギヤと噛み合う
請求項１に記載のロボット用小型アクチュエータ。

【請求項4】

前記突出した終減速ギヤの回転軸に挿通され、前記フロントケースの背面の前記貫通孔内に挿入され、前記貫通孔の内周に沿って形成された係止段部と、前記突出した終減速ギヤとの間で密着する、軸受をさらに備える
請求項１に記載のロボット用小型アクチュエータ。

【請求項5】

前記突出した終減速ギヤの回転軸の一側に形成された固定突起は、前記回転部の前記タッピング孔の一側に延びる固定孔に挿入される
請求項１に記載のロボット用小型アクチュエータ。

【請求項6】

前記フロントケース及び前記中間ケースはアルミニウム製であり、前記リアケースはエンジニアリングプラスチック製である
請求項１に記載のロボット用小型アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年５月２０日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００６０２５３号に基づく優先権を主張し、その開示は、参照によりその全体が本出願に組み込まれる。

【0002】

本発明は、ロボット用小型アクチュエータに関し、より詳細には、駆動モータの動力伝達過程における動力損失を低減し、小型化及び軽量化できるロボット用小型アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0003】

ロボットは、産業用ロボットからヒューマノイドロボットに至るまで様々な用途に使用されており、動力を与えるアクチュエータを用いて様々な関節動作を行う。

【0004】

ロボット技術の急速な発展により、これまで産業用途に限られていたロボットの利用範囲が他の分野へと拡大し、近年のロボット技術と人工知能技術の融合により、ロボットの利用範囲は産業分野だけでなく、家庭用や教育用にも拡大しつつある。

【0005】

ロボットを駆動するためのキーモジュールは、関節に動力を供給するアクチュエータである。アクチュエータは、ギヤなどの様々な動力伝達部材を介して、ロボットの関節の直線運動と回転運動を引き起こす。ロボットは、アクチュエータに搭載されたモータのトルクを使用して関節を動かすため、モータによる駆動力を増やし、関節を動かすのに十分な力を与える減速機（ｒｅｄｕｃｅｒ）を必要とする。減速機には、ギヤ式減速機、電動ボール式減速機、サイクロイド減速機が使用されている。

【0006】

アクチュエータは、適用対象に応じて様々なサイズで製造でき、ロボットの構造に応じて、機械的な接続と組み立てを通じて所望の位置に設置する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、狭いハウジング空間内で減速ギヤを使用して小型モータの回転からロボットアームを動作させるのに必要なトルクを生成できるロボット用小型アクチュエータを提供することを目的とする。

【0008】

また、本発明は、小型化及び軽量化できるロボット用小型アクチュエータを提供することを目的とする。

【0009】

さらに、本発明は、適用対象、ロボット構造などに応じて様々な減速比を生成できるロボット用小型アクチュエータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によるロボット用小型アクチュエータは、駆動モータと、前記駆動モータの回転を連続的に減速してトルクを増加させる複数の減速ギヤと、を含む、中間ケースと；貫通孔を有し、前記減速ギヤのうち終減速ギヤの一部が前記貫通孔を通過して外側に突出する、フロントケースと；前記中間ケースに結合され、隅領域に形成された少なくとも１つのタッピング孔を有するリアケースを含む、ハウジングと；タッピング孔を有し、背面に形成された円形状のガイド壁により囲まれた内部空間に前記突出した終減速ギヤを挿入することで前記突出した終減速ギヤに接続され、最終減速比で回転する、回転部と；前記回転部の前記タッピング孔を貫通し、前記突出した減速ギヤの回転軸に締結される、第１タッピングねじと；前記フロントケース及び前記中間ケースの一側を貫通し、前記リアケースの前記タッピング孔に締結される、少なくとも１つの第２タッピングねじと；を含む。

【0011】

本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照してその例示的な実施形態を詳細に説明することにより、当業者にはより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態による小型アクチュエータを示す図である。

【図2】本発明の一実施形態によるアクチュエータを示す分解斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態によるアクチュエータのケース間の締結関係を示す分解斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態によるアクチュエータの減速ギヤと減速ギヤとの噛み合い関係を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態によるアクチュエータのフロントケースと中間ケースとの締結関係を示す図である。と

【図6】本発明の一実施形態によるフロントケースと回転部との締結関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかし、本発明は、様々な別の実施形態で実施されてもよく、本明細書で説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面においては、本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通して、同様の部分には同様の参照符号を付している。

【0014】

明細書の全般に亘って、第１部分が第２部分と「接続（アクセス、接触、結合）」されているとしたとき、これは、第１部分が第２部分に「直接的に接続」されている場合のみならず、第１部分が第３部分を間に挟んで第２部分に「間接的に接続」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでいてもよいということを意味する。

【0015】

本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われるものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除するものではない。

【0016】

以下、添付図面を参照して、本発明によるロボット用小型アクチュエータについて詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態による小型アクチュエータを示す図である。

【0018】

図１Ａは、アクチュエータ１００の右側面図であり、図１Ｂは、アクチュエータ１００の平面図である。図１Ｂは、アクチュエータ１００の平面図である。図１Ｃは、アクチュエータ１００の前面を示す斜視図であり、図１Ｄは、アクチュエータ１００の背面を示す斜視図である。

【0019】

図示のように、アクチュエータ１００のハウジングは、フロントケース１２０、中間ケース１４０、及びリアケース１６０を含む。

【0020】

フロントケース１２０の外側には、ハウジングの内側から伝達されるトルクによって作動する回転部１７０が接続される。

【0021】

図示していないが、中間ケース１４０の内部には、駆動モータと、駆動モータの回転を連続的に減速してトルクを増加させる複数の減速ギヤとが装着される。最後に、一部の減速ギヤは、フロントケース１２０を介して外部に露出し、露出した部分は回転部１７０に接続される。

【0022】

回転部１７０は、アクチュエータ１００内部で発生したトルクを最終的に受けて、そのトルクを他の外部ロボットモジュールに伝達するモジュールである。回転部１７０は、回転部１７０の中心を貫通し、最終出力軸である終減速ギヤの回転軸に締結される第１タッピングねじ１８０を介して終減速ギヤに接続される。これにより、回転部１７０は、終減速ギヤと同じ速度で回転する。

【0023】

リアケース１６０は、フロントケース１２０の四隅に設けられた接続孔（図示せず）を介して、フロントケース１２０及び中間ケース１４０に挿通された第２タッピングねじ１８２に締結される。つまり、フロントケース１２０、中間ケース１４０、及びリアケース１６０は、第２タッピングねじ１８２によって結合される。

【0024】

このように、タッピングねじ１８０、１８２を用いてアクチュエータハウジングを組み立てるタッピング構造を適用することにより、ナットが別途必要なフランジ構造を適用する場合に比べて、アクチュエータ１００を軽量化することができる。

【0025】

第１動力源である駆動モータは、回転により継続的に発熱し、フロントケース１２０と中間ケース１４０との間に設けられた複数の減速ギヤが噛み合いながら回転することで、摩擦により発熱する。したがって、フロントケース１２０及び中間ケース１４０は、高い熱伝導率と高い放熱性を有するアルミニウムから形成されてもよい。

【0026】

一方、互いに結合された中間ケース１４０とリアケース１６０との間にはオープンエリア１９０が提供され、駆動モータの熱がオープンエリア１９０を通じて直接的に放出されるため、リアケース１６０は、エンジニアリングプラスチックで製造されて製品の重量を減らすことができる。エンジニアリングプラスチックは、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性が高く、製品の軽量化に有利な材料である。エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド（ＰＲＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などがある。

【0027】

ここで、提示したケース１２０、１４０、１６０の材質は一例に過ぎず、異なる種類の材質でできていてもよいし、同じ材質でできていてもよい。

【0028】

中間ケース１４０とリアケース１６０との間のオープンエリア１９０は、内部熱の放熱に加えて、電源信号と制御信号を送受信するための駆動モータの端子と電線とを接続する空間として使用される。

【0029】

小型アクチュエータ１００は、小型ロボットなどの小型装置に適用されるため、小型アクチュエータ１００は、より少ない空間を占めるように最小サイズを有する必要がある。しかし、駆動モータと、駆動モータの回転を減速してトルクを増加させる減速ギヤとを装着する必要があるため、駆動モータと減速ギヤを考慮して３次元寸法（ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｉｚｅ）が決定される。

【0030】

本発明の一実施形態による小型アクチュエータ１００は、駆動モータと減速ギヤの半径と配置を考慮して、幅Ｌ１が１５～２０ｍｍ、長さＬ２が２０～２５ｍｍ、高さＨ１が３０～３５ｍｍを有するように製造されることが望ましい。この数値範囲は、アクチュエータハウジング内に装着された減速ギヤの半径と、減速ギヤの回転軸間の軸間距離とを考慮して得られる。

【0031】

本発明の一実施形態において、アクチュエータハウジングは、幅Ｌ１２０ｍｍ、長さＬ２２３ｍｍ、及び高さＨ１３４ｍｍを有するように製造され得る。

【0032】

一方、アクチュエータ１００は、幅、長さ、高さを含む３次元構造を有するモジュールであるため、体積が増えたり、ハウジングの面間の面積不均衡が増えたりすると、他のモジュールとの組み付け性が低下するおそれがある。

【0033】

例えば、幅／長さ、幅／高さ、長さ／高さなどの３つの要素の比率が減少すると、ハウジングの６つの面間の面積不均衡は減少するが、体積は増加し、また、３つの要素の比率が増加すると、ハウジングの体積は減少するが、６つの面間の面積不均衡は増加する。したがって、ハウジングの体積を減らし、同時に面積不均衡を減らすためには、幅、長さ、高さの３つの要素の比率を効率的に設定する必要がある。

【0034】

本発明の一実施形態では、アクチュエータハウジングの幅、長さ、及び高さの中で最長値／最短値の比を１．５～２．５に設定することで、ハウジングの体積を減らしながら面間の面積不均衡を減らし、これにより他のモジュールとの組み付け性を向上させることができる。

【0035】

アクチュエータハウジングの幅、長さ及び高さの数値範囲及びそれらの間の比率の範囲が上記に示されているが、これは一つの例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

【0036】

図２は、本発明の一実施形態によるアクチュエータの分解斜視図である。

【0037】

図２Ａは、フロントケース２２０、中間ケース２４０、リアケース２６０の間の結合関係を示す正面斜視図であり、図２Ｂは、フロントケース２２０、中間ケース２４０、リアケース２６０の間の結合関係を示す背面斜視図である。

【0038】

図において、フロントケース２２０には貫通孔２２２が設けられ、中間ケース２４０には駆動モータ２４１と第１～第４の減速ギヤ２４５～２４８が装着されている。

【0039】

回転部２７０には、タッピング孔２７２と接続孔２７４とが形成されている。タッピング孔２７２は、第１タッピングねじが挿入されて締結される空間であり、接続孔２７４は、ロボットの他のモジュールに結合されて回転部２７０のトルクを他のモジュールに伝達する部分である。

【0040】

中間ケース２４０には、動力源として機能する駆動モータ２４１と複数の減速ギヤ２４５～２４８とが装着されている。中間ケース２４０の一方の内側に装着された駆動モータ２４１が回転すると、駆動モータ２４１の回転軸に固定された固定ギヤ２４３と噛み合う第１減速ギヤ２４５の被駆動ギヤ２４５ａが、駆動モータ２４１の回転とは逆方向に回転し、被駆動ギヤ２４５ａと一体の駆動ギヤ２４５ｂが一緒に回転する。第２減速ギヤ２４６の被駆動ギヤ２４６ａは、第１減速ギヤ２４５の駆動ギヤ２４５ｂと噛み合って第１減速ギヤ２４５の回転とは逆方向に回転し、被駆動ギヤ２４６ａと一体の駆動ギヤ（図示せず）が一緒に回転する。このようにして、駆動モータ２４１の動力は、第３減速ギヤ２４７を介して第４減速ギヤ２４８に伝達される。

【0041】

アクチュエータ１００の駆動モータ２４１に減速ギヤ２４５～２４８を接続するのは、小型駆動モータ２４１の回転速度を減速させてロボットアームを駆動するのに十分なトルクを得るためである。

【0042】

駆動モータ２４１及び減速ギヤ２４５～２４８が装着された中間ケース２４０と、フロントケース２２０とが結合されると、第４減速ギヤ２４８がフロントケース２２０の貫通孔２２２を通過して外側に突出する。突出した第４減速ギヤ２４８は、回転部２７０に接続して、一定の減速ギヤ比で増加したトルクを伝達する。

【0043】

一方、第４減速ギヤ２４８の回転軸にはプラスチック製の軸受２３０が挿入されており、フロントケース２２０と中間ケース２４０とが結合されると、フロントケース２２０の貫通孔２２２と第４減速ギヤ２４８とが互いに密着する。したがって、第４減速ギヤ２４８が回転すると、軸受２３０は、第４減速ギヤ２４８が円滑に回転するように、摩擦を低減する。

【0044】

図３は、本発明の一実施形態によるアクチュエータのケース間の締結関係を示す分解斜視図である。

【0045】

図３において、図２と重複する説明は省略する。

【0046】

図示のように、フロントケース３２０と中間ケース３４０とが結合されると、中間ケース２４０に装着された第４減速ギヤ３４８は、フロントケース３２０の貫通孔を通過して外側に突出し、第４減速ギヤ３４０の外側突出部は、回転部３７０に接続される。ここで、第１タッピングねじ３８０は、回転部３７０のタッピング孔３７２を通過して第４減速ギヤ３４８のタッピング孔３４８ｄに締結され、これにより第４減速ギヤ３４８と回転部３７０とが接続される。したがって、第１～第４の減速ギヤによって増加したトルクが回転部３７０に伝達される。

【0047】

一方、フロントケース３２０の四隅領域にはそれぞれ接続孔３２４が形成され、中間ケース３４０の四隅領域にはそれぞれ接続孔３４９が形成されている。第２タッピングねじ３８２は、接続孔３２４、３４９を介してフロントケース３２０、中間ケース３４０及びリアケース３６０を通過し、リアケース３６０に形成されたタッピング孔３６２に締結される。つまり、フロントケース３２０、中間ケース３４０及びリアケース３６０は、第２タッピングねじ３８２により結合されてアクチュエータハウジングを構成する。

【0048】

図４は、本発明の一実施形態によるアクチュエータの減速ギヤと減速ギヤとの噛み合い関係を示す図である。

【0049】

図４Ａは、駆動モータの回転を一定の減速比で減速させて所望のトルクを得るための減速ギヤ間の噛み合い関係を示す図であり、図４Ｂは、それぞれの減速ギヤを示す図である。

【0050】

図示のように、固定ギヤ４４３は、アクチュエータ１００に動力を供給する駆動モータ４４１の回転軸４４２に接続されている。固定ギヤ４４３は第１減速ギヤ４４５と噛み合い、第１減速ギヤ４４５は第２減速ギヤ４４６と噛み合う。また、第２減速ギヤ４４６は第３減速ギヤ４４７と噛み合い、第３減速ギヤ４４７は終減速ギヤである第４減速ギヤ４４８と噛み合う。第１～第４の減速ギヤ４４５～４４８は、それぞれ、動力を伝達する駆動ギヤと、動力を受ける被駆動ギヤとが１組に一体化されたデュアルギヤである。これは、小型アクチュエータの狭い空間内でトルクを効率的に増加させるための構成である。

【0051】

第１～第４の減速ギヤ４４５～４４８を構成する駆動ギヤ及び被駆動ギヤは、スパーギヤ（ｓｐｕｒ ｇｅａｒ：平歯車）として構成してもよいが、これに限定されるものではない。

【0052】

第４減速ギヤ４４８は、フロントケースを介して接続された回転部と、２つのコンポーネント間で回転を同期させる２つの構造とを有する。まず、第４減速ギヤ４４８の第４駆動ギヤ４４８ｂが回転部に形成されたギヤと噛み合い、これにより２つのコンポーネント間の回転が同期する。また、第４駆動ギヤ４４８ｂの回転軸の一方の側には、回転部の孔構造に挿入されて第４減速ギヤ４４８及び回転部の回転を同期させる固定突起４４８ｃが形成される。さらに、第４駆動ギヤ４４８ｂの回転軸には、回転部と締結するタッピング孔４８８ｄが形成される。

【0053】

回転部の詳細な構造については、図３を参照して後述する。

【0054】

一方、回転摩擦を低減するための軸受４３０は、第４駆動ギヤ４４８ｂの回転軸に挿通される。

【0055】

図１に示すように、フロントケース、中間ケース及びリアケースを含む本発明のアクチュエータハウジングは、幅１５～２０ｍｍ、長さ２０～２５ｍｍ及び高さ３０～３５ｍｍを有するように製造されることが望ましい。このようにして、駆動モータ及び複数の減速ギヤを小型のハウジングに装着するためには、減速ギヤの回転軸間の距離を短くし、各減速ギヤの半径を小さくしなければならない。

【0056】

本発明の一実施形態によるアクチュエータハウジングには、５つの回転軸が形成されている。１つの回転軸は駆動モータの回転軸４４２であり、残りの４つの回転軸は減速ギヤ４４５～４４８の回転軸である。回転軸間の軸間距離は、第１～第４の減速ギヤ４４５～４４８～４４８の半径を考慮して決定される。

【0057】

第１～第４の減速ギヤ４４５～４４８は、被駆動ギヤと駆動ギヤの両方を一体的に有するデュアルギヤである。減速比を大きくするために、デュアルギヤ構造では、被駆動ギヤの半径が駆動ギヤの半径よりも大きくなっている。したがって、各被駆動ギヤの半径は、減速ギヤ４４５～４４８の半径となる。

【0058】

第１減速ギヤ４４５の半径Ｒ２は、駆動モータ４４１の固定ギヤの半径Ｒ１以上であり、第２減速ギヤ４４６の半径Ｒ３は、第１減速ギヤ４４５の半径Ｒ２以上であることが望ましい。また、第３減速ギヤ４４７の半径Ｒ４は、第２減速ギヤ４４６の半径Ｒ３以上であり、第４減速ギヤ４４８の半径Ｒ５は、第３減速ギヤ４４７の半径Ｒ４以上であることが望ましい。

【0059】

この構成により、駆動モータ４４１の回転軸４４２と、最終出力軸である第４減速ギヤ４４８の回転軸との間で一定の減速比を得ることができる。

【0060】

本発明の一実施形態において、減速ギヤ４４５～４４８の間の上述の半径関係を適用することにより、駆動モータ４４１の固定ギヤ４４３の半径Ｒ１を１ｍｍとして製造し、第１減速ギヤ４４５と第２減速ギヤ４４６の半径Ｒ２と半径Ｒ３を３ｍｍとして製造してもよい。また、第３減速ギヤ４４７の半径Ｒ４を４．５ｍｍとして製造し、第４減速ギヤ４４８の半径Ｒ５を７ｍｍとして製造してもよい。もちろん、これは一例に過ぎず、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。

【0061】

一方、回転軸間の軸間距離を、固定ギヤ４４３の半径と第１～第４の減速ギヤ４４５～４４８の半径とを考慮して設定する必要がある。ギヤ４４３、４４５～４４８の半径を、噛み合う前段ギヤの半径以上に形成することが好ましいので、軸間距離もこれを反映し、これにより第Ｎ＋１回目の軸間距離を、第Ｎ回目の軸間距離以上に形成することが好ましい。

【0062】

例えば、第１及び第２の減速ギヤ４４５、４４６の回転軸間の第２軸間距離ｄ２を、駆動モータ４４１の回転軸４４２と第１減速ギヤ４４５の回転軸との間の第１軸間距離ｄ１以上に形成する。また、第２及び第３の減速ギヤ４４６、４４７の回転軸間の第３軸間距離ｄ３を、第２軸間距離以上に形成することが好ましい。さらに、第３及び第４の減速ギヤ４４７、４４８の回転軸間の第４軸間距離ｄ４を、第３軸間距離ｄ３以上に形成することが好ましい。

【0063】

本発明の一実施形態では、駆動モータ４４１の回転軸４４２と第１減速ギヤ４４５の回転軸との間の距離ｄ１を５ｍｍに設定し、第１減速ギヤ４４５の回転軸と第２減速ギヤ４４６の回転軸との間の距離ｄ２を６．５ｍｍに設定してもよい。また、第２減速ギヤ４４６の回転軸と第３減速ギヤ４４７の回転軸との間の距離ｄ３を６．５ｍｍに設定し、第３減速ギヤ４４７の回転軸と第４減速ギヤ４４８の回転軸との間の距離ｄ４を９．７ｍｍに設定してもよい。これらの数値は、本発明のアクチュエータに適用可能な一例に過ぎず、したがって、本発明はこれに限定されるものではない。

【0064】

以上のように構成された駆動モータ４４１と減速ギヤ４４５～４４８との間の動作について詳細に説明する。

【0065】

固定ギヤ４４３は、駆動モータ４４１の回転軸４４２に結合され、回転軸４４２が回転すると、固定ギヤ４４３と噛み合う第１減速ギヤ４４５の第１被駆動ギヤ４４５ａは、固定ギヤ４４３の回転とは逆方向に回転する。この場合、第１被駆動ギヤ４４５ａと一体の第１駆動ギヤ４４５ｂが同時に回転する。

【0066】

噛み合う２つのギヤの歯の大きさは同じであるため、２つのギヤの半径比または２つのギヤの歯数比から２つのギヤ間の減速比を求めることができる。第１減速ギヤ４４５の第１被駆動ギヤ４４５ａの半径Ｒ１と固定ギヤ４４３の半径との比である第１減速比は、２．５～３．５に設定されることが望ましい。第１被駆動ギヤ４４５ａは、固定ギヤ４４３と噛み合い、第１減速比だけ増加したトルクで回転する。

【0067】

第１被駆動ギヤ４４５ａと一体の第１駆動ギヤ４４５ｂが回転すると、第１駆動ギヤ４４５ｂと噛み合う第２減速ギヤ４４６の第２被駆動ギヤ４４６ａも回転する。この場合、第２減速ギヤ４４６の第２被駆動ギヤ４４６ａの半径Ｒ２と第１減速ギヤ４４５の第１駆動ギヤ４４５ｂの半径との比である第２減速比は、１～２に設定されることが望ましい。第２被駆動ギヤ４４６ａは、第１駆動ギヤ４４５ｂと噛み合い、第２減速比だけ増加したトルクで回転する。

【0068】

次に、第２被駆動ギヤ４４６ａと一体の第２駆動ギヤ４４６ｂが回転すると、第２駆動ギヤ４４６ｂと噛み合う第３減速ギヤ４４７の第３被駆動ギヤ４４７ａも回転する。この場合、第３減速ギヤ４４７の第３被駆動ギヤ４４７ａの半径Ｒ３と第２減速ギヤ４４６の第２駆動ギヤ４４６ｂの半径との比である第３減速比は、３．５～４．５に設定されることが望ましい。第３被駆動ギヤ４４７ａは、第２駆動ギヤ４４６ｂと噛み合い、第３減速比だけ増加したトルクで回転する。

【0069】

最後に、第３被駆動ギヤ４４７ａと一体の第３駆動ギヤ４４７ｂが回転すると、第３駆動ギヤ４４７ｂと噛み合う第４減速ギヤ４４８の第４被駆動ギヤ４４８ａも回転する。この場合、第４減速ギヤ４４８の第４被駆動ギヤ４４８ａの半径Ｒ４と第３減速ギヤ４４７の第３駆動ギヤ４４７ｂの半径との比である第４減速比は、４～５に設定されることが望ましい。第４被駆動ギヤ４４８ａは、第３駆動ギヤ４４７ｂと噛み合い、第４減速比だけ増加したトルクで回転する。第４減速ギヤ４４８は終減速ギヤであり、その回転軸が最終出力軸である。最終減速比に応じたトルクは、同一の回転軸を介して回転部（図示せず）に伝達される。

【0070】

[式１]
総減速比＝第１減速比×第２減速比×第３減速比×第４減速比

【0071】

図４に示す本発明の一実施形態を参照して、駆動モータ４４１の回転軸４４２と終減速ギヤである第４減速ギヤ４４８の回転軸との間の４つの減速ギヤ４４５～４４８を用いて得られる総減速比は、式１で表されるように、第１～第４の減速比のすべてを乗じて得られる。

【0072】

ただし、減速比が大きすぎると、トルクは大きくなるが、反応速度が遅くなるため、即座の姿勢制御が困難になる場合があり、減速比が小さすぎると、最初からトルクの大きな駆動モータを使用する必要があり、駆動モータのサイズが大きくなり、ハウジングの小型化を阻害するおそれがある。したがって、本発明の一実施形態では、第１～第４の減速比を調整することにより、総減速比を５０～１５０に設定することが望ましい。

【0073】

一方、４つの減速ギヤ４４５～４４８のうち、フロントケースを介して回転部に締結された第４減速ギヤ４４８を除いた残りの３つのギヤを交換して、より強いトルクを得ることができる。３つの減速ギヤ４４５～４４７のそれぞれの、駆動ギヤの歯数と被駆動ギヤの歯数との差をより大きく設定することにより、噛み合う駆動ギヤと噛み合う被駆動ギヤとの減速比を小さくすることができる。例えば、３つの減速ギヤ４４５～４４７を交換する前の場合に比べて、８０／２９０減少した減速比を得ることができる。もちろん、減速比はこの数値に限定されるものではなく、種々の減速比を適用することができる。

【0074】

図５は、本発明の一実施形態によるアクチュエータのフロントケースと中間ケースとの締結関係を示す図である。

【0075】

図５Ａは、フロントケースと中間ケースとを締結する前のケースを示す図であり、図５Ｂは、フロントケースと中間ケースとを締結した後のケースを示す図である。

【0076】

図５Ａに示すように、第２タッピングねじが挿通される接続孔５２４がフロントケース５２０の四隅領域に形成され、第４減速ギヤ５４８の第４駆動ギヤ５４８ｂと回転部とを接続するための通路である貫通孔５２２が形成される。貫通孔５２２の内周には係止段部（ｌｏｃｋｉｎｇ ｓｔｅｐ）５２５が形成される。

【0077】

中間ケース５４０にはデュアルギヤで製造された減速ギヤが装着され、減速ギヤのうち第４減速ギヤの回転軸には軸受５３０が挿通される。フロントケース５２０と中間ケース５４０とが組み立てられると、軸受５３０が貫通孔５２２に挿入されて密着する。より正確には、軸受５３０は、第４減速ギヤと、貫通孔５２２の内周に沿って形成された係止段部５２５との間に密着する。これにより、第４減速ギヤの回転軸の位置が固定され、軸受５３０により滑らかな回転が行われる。この場合、軸受５３０の直径Ｄ２０と、フロントケース５２０の背面のガイド壁５２３の内周の直径Ｄ１０とを、８ｍｍと等しく製造することが望ましい。

【0078】

図５Ｂに示すように、フロントケース５２０と中間ケース５４０とを組み立てた後、第４減速ギヤの第４駆動ギヤ５４８ｂを、フロントケース５２０の貫通孔５２２を通じて外部に露出させる。軸受５３０は、貫通孔５２２の内周に形成された係止段部５２５に引っ掛かるため、第４減速ギヤ５４８の第４駆動ギヤ４４８ｂのみが外部に露出する。

【0079】

フロントケース５２０は、フロントケース５２０の四隅領域を貫通してリアケースに接続された第２タッピングねじ５８２に介して、中間ケース及びリアケースと組み付けられる。

【0080】

図６は、本発明の一実施形態によるフロントケースと回転部との締結関係を示す図である。

【0081】

図６Ａは、回転部の正面を示す図であり、図６Ｂは、回転部の背面を示す図である。また、図６Ｃは、フロントケースと中間ケースとを組み立てた後、終駆動ギヤがフロントケースの外側に突出した状態を示す図であり、図６Ｄは、フロントケースの外側に突出した内側駆動ギヤと回転部とが接続された状態を示す図である。

【0082】

まず、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、回転部６７０には中央溝６７２が形成され、中央溝６７２の中央には、第１タッピングねじが挿通されるタッピング孔６７２ａと、タッピング孔６７２ａの一側に延びる固定孔６７２ｂとが設けられる。また、回転部６７０の周囲には複数の接続孔６７４が形成される。

【0083】

回転部６７０の背面には円形のガイド壁６７６が形成され、ガイド壁６７６の内周には内側ギヤが形成される。

【0084】

回転部６７０に形成されたタッピング孔６７２ａは、中間ケースに装着された第４減速ギヤ６４８と回転部６７０とを締結する構造を有し、固定孔６７２ｂ及びガイド壁６７６の内側ギヤは、フロントケース６２０の外側に突出する回転部６７０及び減速ギヤの回転を同期させる構造を有する。。

【0085】

一方、接続孔６７４は、本発明のアクチュエータモジュールをロボットの他の構成モジュールに接続するために提供される構造を有する。

【0086】

図６Ｃに示すように、中間ケースに装着される、終減速ギヤである第４減速ギヤ６４８の第４駆動ギヤ６４８ｂは、フロントケース６２０の貫通孔６２２を介して外部に露出する。

【0087】

図６Ｄに示すように、フロントケース６２０の外側に突出する第４駆動ギヤ６４８ｂと回転部６７０とが接続される。

【0088】

図示されていないが、第１タッピングねじは、回転部６７０の中心に形成されたタッピング孔６７２ａと、第４減速ギヤ６４８の回転軸に形成されたタッピング孔６４８ｄとを通じて締結される。したがって、回転部６７０はアクチュエータハウジングに結合される。さらに、各第２タッピングねじ６８２は、リアケースのタッピング孔に締結され、フロントケース６２０と中間ケースの四隅領域とを貫通している。すなわち、フロントケース、中間ケース及びリアケースを含むアクチュエータハウジングは、第１タッピングねじ及び第２タッピングねじ６８２のみで組み立てられる。

【0089】

回転部６７０の円形状ガイド壁６７６は、突出した第４駆動ギヤ６４８ｂと貫通孔６２２との間に挿入され、ガイド壁６７６の内周に形成されたギヤは、第４駆動ギヤ６４８ｂと噛み合う。また、第４駆動ギヤ６４８ｂの一側に形成された固定突起６４８ｄは、回転部６７０の固定孔６７２ｂに挿入される。

【0090】

このようにして、回転部６７０の背面に形成された内側ギヤとフロントケース６２０から突出した第４減速ギヤ６４８とを噛み合わせ、固定突起６４８ｄと固定孔６７２ｂとを結合する二重構造（ｄｕａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）により、回転部６７０及び第４減速ギヤ６４８の回転が同期される。

【0091】

第４減速ギヤ６４８の回転速度が変化するにつれて、第４減速ギヤ６４８と回転部６７０との噛み合い状態がずれ、これにより第４減速ギヤ６４８と回転部６７０とがアイドル状態になると、不要な動力損失が発生することがある。したがって、第４減速ギヤ６４８と回転部６７０との間の回転は、それらの間の二重固定構造を通じて同期化されるので、回転伝達過程で発生する可能性のある動力損失を最小限に抑えることができる。

【0092】

前述したように、本発明の一実施形態による小型アクチュエータには、デュアルギヤ構造を有する複数の減速ギヤが適用される。これにより、アクチュエータハウジングを小型化することができ、トルクの増大と動作反応速度（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ）の低下とを適切な減速比の範囲でバランスさせることができる。また、３つの減速ギヤを交換することで、適用対象やロボット構造などに応じて様々な減速比を実現することができる。

【0093】

さらに、一般的に使用されるフランジ構造の代わりにセルフタッピング構造を採用することで、フロントケース、中間ケース及びリアケースを含むアクチュエータハウジングをタッピングねじのみで組み立てることができる。したがって、構造を簡素化して製品を小型化することができ、ナットが不要であるため軽量化を図ることができる。

【0094】

さらにまた、本発明の一実施形態による小型アクチュエータでは、内部減速ギヤと外部回転部とが二重構造により互いに同期しているので、アクチュエータ内で伝達される動力の損失を確実に低減することができる。

【0095】

本発明の一実施形態によれば、デュアルギヤ構造を有する減速ギヤを装着することにより、狭いハウジング内で小型モータの回転からロボットアームを動作させるのに必要なトルクを得ることができる。

【0096】

本発明の一実施形態によれば、フロントケース、中間ケース及びリアケースを含むアクチュエータのハウジングは、複数のタッピングねじだけで組み立てられる。したがって、一般的に使用されるフランジ構造に比べて構造が簡素化され、ナットが不要となり、これによりアクチュエータの小型化及び軽量化を図ることができる。

【0097】

本発明の一実施形態によれば、アクチュエータハウジングの幅、長さ及び高さの比率を調整することにより、体積を効率的に減らすとともに、ハウジングの６つの面間の面積不均衡を減らすことができる。

【0098】

これにより、ロボットを製造する際に、他のモジュールとの組み付け性を向上させることができる。

【0099】

本発明の一実施形態によれば、アクチュエータ内部の減速ギヤを交換することにより、適用対象やロボット構造などに応じて様々な減速比を得ることができる。

【0100】

本発明の一実施形態によれば、アクチュエータ内部の減速ギヤとそれに固定された外部回転部とが、２つの構成要素間の回転を同期させるために、二重構造で固定され、これにより回転伝達過程で発生する可能性のある動力損失を低減することができる。

【0101】

本発明の効果は、上記した効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または請求範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】