特許 7587048 回転力を伝達するロボットの動力伝達機構およびロボットの駆動装置

(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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】回転力を伝達するロボットの動力伝達機構およびロボットの駆動装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/00 20060101AFI20241112BHJP

【ＦＩ】

B25J17/00 E

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023543577

(86)(22)【出願日】2021-08-26

(86)【国際出願番号】 JP2021031368

(87)【国際公開番号】W WO2023026432

(87)【国際公開日】2023-03-02

【審査請求日】2024-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(72)【発明者】

【氏名】中山 一隆

(72)【発明者】

【氏名】植松 秀俊

【審査官】岩▲崎▼ 優

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３０３５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４２５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０８６４５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００４／０７８４２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１８１３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０３６５６７８５（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８２５３０３０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の回転部材を挿通する穴部を有し、前記第１の回転部材の回転軸に沿って延びる窪み部を内面に有する基材と、
前記窪み部に配置され、周方向に垂直な平面で切断した時の断面形状が略くさび形のリング部材と、
前記第１の回転部材を挿通する穴部を有し、前記リング部材を押圧する先端部を有する押圧フランジと、
前記基材と前記押圧フランジとが互いに近づく向きに、前記基材および前記押圧フランジに力を加えるための締結部材とを備え、
前記基材は、第２の回転部材を固定する取付け部を有し、
前記リング部材は、前記先端部にて回転軸の方向に押圧されて縮径する力が生じて、前記第１の回転部材に固定され、
前記基材および前記押圧フランジは、前記リング部材に対して固定され、
前記第１の回転部材および前記第２の回転部材のうち、一方の回転部材の回転力が前記基材を介して他方の回転部材に伝達されており、
前記基材は、前記第２の回転部材に向かって突出して前記取付け部が形成されている突出部を含み、
前記基材は、前記突出部の頂面が前記第２の回転部材に接触して、前記第２の回転部材に固定されている、ロボットの動力伝達機構。

【請求項2】

前記リング部材は、円錐面を有する、請求項１に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項3】

前記締結部材は、ボルトである、請求項１または２に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項4】

前記第１の回転部材は、電動機の出力シャフトである、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項5】

前記第１の回転部材は、中空穴を有する円筒状のシャフトである、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項6】

前記第１の回転部材は、前記第１の回転部材の回転軸方向の移動を規制する移動規制部を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項7】

前記第１の回転部材または前記第２の回転部材は、減速機の一部分の部材である、請求項１に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項8】

前記第１の回転部材または前記第２の回転部材は、前記減速機の入力部である、請求項７に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項9】

前記減速機は、回転軸方向から見た形状が楕円形のカムを含む波動歯車装置であり、
前記第２の回転部材は、前記カムである、請求項８に記載のロボットの動力伝達機構。

【請求項10】

請求項１に記載のロボットの動力伝達機構と、
前記第１の回転部材を回転させる電動機と、を備える、ロボットの駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転力を伝達するロボットの動力伝達機構およびロボットの駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットは、アーム等の構成部材を駆動することにより、作業ツールの位置および姿勢を変更することができる。ロボットには、構成部材を動かすための電動機を含む駆動装置が配置される。例えば、ロボットが関節部を有する場合には、関節部において構成部材を動かすための駆動装置が配置される場合が有る。駆動装置は、１つの部材から他の部材に回転力を伝達するための動力伝達機構を含む。特に、電動機の出力シャフトから減速機の入力部に回転力を伝達する動力伝達機構が必要である。

【0003】

従来から電動機が出力する回転力を他の部材に伝達する装置が知られている。電動機の出力シャフトに、他の部材を所定の方法にて連結することにより、他の部材に回転力を伝達することができる（例えば、特開平９－５７６６７号公報）。

【0004】

シャフトの回転力を他の部材に伝達するための方法としては、例えば、シャフトの端面に雌ねじを形成して他の部材をボルトにて固定する方法がある。または、シャフトの端部において、他の部材を焼き嵌めにて固定する方法がある。この方法では、他の部材を加熱して膨張した時にシャフトの端部に配置する。そして他の部材を冷却して収縮させることにより、他の部材をシャフトに固定する。また、シャフトに他の部材を連結する場合に、シャフトの回転力を確実に伝達するために、スプライン結合したり、キー結合したりする場合がある。このように、シャフトに他の部材を連結する機構が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平９－５７６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

駆動装置の内部には、駆動装置の駆動に伴って性能が低下したり、経年劣化したりする部品が含まれる。このような部品は、劣化したときに交換出来る構造が好ましい。例えば、減速機は、所定の運転期間ごとに交換することが好ましい。

【0007】

駆動装置の動力伝達機構において、シャフトの端面にボルトにて他の部材を固定する場合には、雌ねじを形成するための領域を確保しなければならず、シャフトの径が大きくなる。特に、駆動装置に含まれるシール部材等を交換できるように設計する場合には、シャフトの端部よりも大きな径の部分にシール部材等を配置しなくてはならない。このために、駆動装置がシャフトの径方向に大きくなるという問題がある。または、シャフトの端部と他の部材とを焼き嵌めまたは接着の方法により固定すると、駆動装置を分解して部品を交換することが困難になるという問題がある。

【0008】

シャフトの端部と他の部材とをスプライン結合またはキー結合する機構では、シャフトの端面にボルトにて他の部材を固定する機構よりも、シャフトの径を小さくすることができる。この結果、装置の大型化を抑制することができる。しかしながら、シャフトが筒状の場合（中空シャフト）に、シャフトの厚さが薄いためにスプライン結合またはキー結合を行うことができない場合がある。

【0009】

また、スプライン結合では、回転方向にバックラッシ（がた）が生じる。キー結合においては、ボルトまたはイモネジによりシャフトと他の部材とを固定する方法が一般的である。しかしながら、キー結合においても、回転方向のバックラッシを完全に回避することが難しいという問題がある。

【0010】

更に、スプライン結合では、回転軸の延びる方向において他の部材が移動する。すなわち、スプライン結合では、他の部材の回転軸の延びる方向の移動を阻止することができない。例えば、波動歯車装置では、入力部が回転している期間中に回転軸の方向に荷重が発生する。スプライン結合では、この荷重を受けた際に、回転軸方向(回転軸に平行な一方の方向および一方の方向に反対側の方向)に動かないように規制するのが難しいという問題がある。

【0011】

スプライン結合の部分またはキー結合の部分に、接着剤を配置することにより、シャフトと他の部材とを互いに固定することができる。この結果、回転方向におけるバックラッシおよび回転軸の方向の移動を阻止することができる。しかしながら、結合部分に接着剤を塗布すると、分解して再組立する際に、接着剤を一旦完全に除去する必要があり、修理のために多くの工数を要することになる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示の一態様のロボットの動力伝達機構は、第１の回転部材を挿通する穴部を有し、第１の回転部材の回転軸に沿って延びる窪み部を内面に有する基材を備える。動力伝達機構は、窪み部に配置され、周方向に垂直な平面で切断した時の断面形状が略くさび形のリング部材を備える。動力伝達機構は、第１の回転部材を挿通する穴部を有し、リング部材を押圧する先端部を有する押圧フランジを備える。動力伝達機構は、基材と押圧フランジとが互いに近づく向きに、基材および押圧フランジに力を加えるための締結部材を備える。基材は、第２の回転部材を固定する取付け部を有する。リング部材は、先端部にて回転軸の方向に押圧されて縮径する力が生じて、第１の回転部材に固定されている。基材および押圧フランジは、リング部材に対して固定されている。第１の回転部材および第２の回転部材のうち、一方の回転部材の回転力が基材を介して他方の回転部材に伝達される。基材は、第２の回転部材に向かって突出して取付け部が形成されている突出部を含む。基材は、突出部の頂面が第２の回転部材に接触して、第２の回転部材に固定されている。

【発明の効果】

【0013】

本開示の一態様によれば、小型で分解が容易なロボットの動力伝達機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態におけるロボットの斜視図である。

【図2】実施の形態における第１の動力伝達機構を含む第１の駆動装置の断面図である。

【図3】第１の動力伝達機構の拡大断面図である。

【図4】第１の比較例の動力伝達機構の拡大断面図である。

【図5】第２の比較例の動力伝達機構の概略部分断面図である。

【図6】実施の形態における他の基材を含む第１の動力伝達機構の拡大断面図である。

【図7】実施の形態における他の基材の突出部の拡大斜視図である。

【図8】実施の形態における第２の動力伝達機構を含む第２の駆動装置の断面図である。

【図9】第２の動力伝達機構の拡大断面図である。

【図10】第３の動力伝達機構の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１から図１０を参照して、実施の形態におけるロボットの動力伝達機構および動力伝達機構を備えるロボットの駆動装置について説明する。動力伝達機構は、１つの回転部材から他の回転部材に回転力を伝達する。

【0016】

図１は、本実施の形態におけるロボットの斜視図である。本実施の形態のロボット１は、複数の関節部を含む多関節ロボットである。ロボット１は、回転可能な複数の構成部材を含む。それぞれの構成部材は、駆動軸Ｊ１～Ｊ６の周りに回転するように形成されている。本実施の形態の動力伝達機構は、ロボットの構成部材を駆動するためにロボットの関節部に配置されている。

【0017】

ロボット１は、設置面に固定されたベース部１４と、ベース部１４に支持された旋回ベース１３とを含む。旋回ベース１３は、ベース部１４に対して駆動軸Ｊ１の周りに回転する。ロボット１は、前腕アーム１１および上腕アーム１２を含む。上腕アーム１２は、旋回ベース１３に支持されている。上腕アーム１２は、旋回ベース１３に対して駆動軸Ｊ２の周りに回転する。前腕アーム１１は、上腕アーム１２に支持されている。前腕アーム１１は、上腕アーム１２に対して駆動軸Ｊ３の周りに回転する。更に、前腕アーム１１は、駆動軸Ｊ４の周りに回転する。ロボット１は、前腕アーム１１に支持されている手首１５を含む。手首１５は駆動軸Ｊ５の周りに回転する。また、手首１５は、駆動軸Ｊ６の周りに回転するフランジ１６を含む。フランジ１６には、ロボット１を備えるロボット装置が行う作業に応じて、作業ツールが固定される。

【0018】

本実施の形態のロボット１は、構成部材として、ベース部１４、旋回ベース１３、上腕アーム１２、前腕アーム１１、および手首１５を備える。本実施の形態のロボットは、６個の駆動軸を有するが、この形態に限られない。任意の機構にて位置および姿勢を変更するロボットを採用することができる。

【0019】

図２に、本実施の形態における第１の駆動装置の断面図を示す。図１および図２を参照して、第１の駆動装置２は、駆動軸Ｊ４の周りに前腕アーム１１を回転するための装置である。駆動装置２は、例えば、矢印１３１に示す方向が手首１５の配置されている方向になるように、前腕アーム１１の手首１５が配置されている側と反対側の端部に配置される。

【0020】

第１の駆動装置２は、ロータ４５ａおよびステータ４５ｂを含む電動機４５を備える。ロータ４５ａは、シャフト２１に固定されている。シャフト２１は、電動機４５の出力シャフトとして機能する。シャフト２１は細長く延びるように形成されている。本実施の形態のシャフト２１は、中空穴を有する円筒状の部材である。シャフト２１は、駆動軸Ｊ４を回転軸として回転する。

【0021】

シャフト２１の回転力は、減速機３１を介して、フランジ２５に伝達される。フランジ２５とフランジ２６とはボルト５６にて互いに固定されている。フランジ２６とフランジ２７とはボルト５７にて互いに固定されている。フランジ２５，２６，２７は、一体的に回転する。

【0022】

駆動装置２は、電動機４５が内部に配置された筐体２２を備える。シャフト２１は、軸受け５１，５２により回転するように支持されている。軸受け５１は、筐体２２にて固定されている。駆動装置２は、電磁ブレーキ４６が内部に配置された筐体２３と、回転位置検出器としてのエンコーダ４７が内部に配置された筐体２４とを備える。電磁ブレーキ４６は、シャフト２１を制動する。エンコーダ４７は、電動機４５の回転位置を検出する。

【0023】

筐体２２、筐体２３、および筐体２４は、ボルト等の締結部材にて互いに固定されている。また、筐体２２と筐体２３との間には、軸受け５２を固定するための軸受け固定部材２８が配置されている。軸受け固定部材２８は、ボルト等の締結部材により、筐体２３に固定されている。締結部材を取り外すことにより、矢印１３１と反対側から筐体２４，２３，２２および軸受け固定部材２８を取り外すことができる。

【0024】

シャフト２１の内側には樹脂にて形成された保護管６６が配置されている。保護管６６は、シャフト２１の内面に沿って円筒状に形成されている。保護管６６の内部には、電線、空気管、または光通信ケーブル等の線条体が挿通される。保護管６６は、挟持部６６ａがフランジ２６とフランジ２７とに挟まれることにより固定されている。保護管６６が配置されることにより、ロボット１の関節部の内部に線条体を配置することができる。

【0025】

図３に、本実施の形態における第１の駆動装置の第１の動力伝達機構の拡大断面図を示す。図２および図３を参照して、第１の動力伝達機構５は、固定装置３２を含む。第１の動力伝達機構５は、電動機４５にて出力されたシャフト２１の回転力を減速機３１に伝達する。

【0026】

第１の駆動装置２の減速機３１は、波動歯車装置である。減速機３１は、波動発生部３１ａを有する。波動発生部３１ａは、ウェーブジェネレータとも称される。波動発生部３１ａは、回転軸方向から見た形状が楕円形のカムとカムの外周面に配置されたボールベアリングとを含む。ボールベアリングの内輪は楕円形のカムに固定されている。ボールベアリングの外輪は、複数のボールを介して弾性変形するように形成されている。ここでは、波動発生部３１ａのカムが減速機３１の入力部として機能する。減速機３１は、弾性変形が可能な弾性筒状部材３１ｂを有する。弾性筒状部材３１ｂは、外歯歯車であり、フレックスプラインとも称される。弾性筒状部材３１ｂは、カムの回転に伴って変形するように形成されている。弾性筒状部材３１ｂは、外周面に形成された歯部３１ｂｂを有する。弾性筒状部材３１ｂは、ボルト５５により筐体２２に固定されている。波動発生部３１ａが回転するのに対して、弾性筒状部材３１ｂは回転しないように固定されている。

【0027】

減速機３１は、環状部材３１ｃを有する。環状部材３１ｃは、内歯歯車であり、サーキュラースプラインとも称される。環状部材３１ｃの内面には、弾性筒状部材３１ｂの歯部３１ｂｂに係合する歯部が形成されている。ここで、弾性筒状部材３１ｂの歯数は、環状部材３１ｃの歯数よりも少ない。このために、波動発生部３１ａが１回転すると、歯部の歯数の差に応じて、環状部材３１ｃが１回転未満の回転数にて回転する。本実施の形態では、環状部材３１ｃが減速機３１の出力部として機能する。減速機３１は、弾性筒状部材３１ｂの歯数と環状部材３１ｃの歯数の差に応じた減速比にて減速することができる。

【0028】

減速機３１の出力部としての環状部材３１ｃは、ボルト３９により、フランジ２５に固定されている。環状部材３１ｃの回転力は、フランジ２５，２６を介して、フランジ２７に伝達される。フランジ２７は、例えば前腕アーム１１の筐体に固定されている。フランジ２７が筐体２２，２３，２４に対して回転することにより、前腕アーム１１が駆動軸Ｊ４の周りに回転する。

【0029】

第１の動力伝達機構５は、シャフト２１の回転力を減速機３１の入力部としての波動発生部３１ａのカムに伝達する。第１の動力伝達機構５では、シャフト２１が第１の回転部材に相当し、減速機３１の波動発生部３１ａのカムが第２の回転部材に相当する。動力伝達機構５の固定装置３２は、シャフト２１に対して波動発生部３１ａを固定する。

【0030】

固定装置３２は、シャフト２１を挿通する穴部を有する基材３３を備える。基材３３は、シャフト２１を取り囲む形状を有する。本実施の形態における基材３３は、円筒状に形成されている。基材３３は、シャフト２１の回転軸に沿って延びる窪み部３３ａを有する。窪み部３３ａは、基材３３の内面に形成されている。

【0031】

固定装置３２は、基材３３の窪み部３３ａに配置されたリング部材３５，３６を有する。それぞれのリング部材３５，３６は、周方向に垂直な平面で切断した時の断面形状がくさび形になるように形成されている。ここでの例では、リング部材３５，３６は、断面形状が三角形になるように形成されている。それぞれのリング部材３５，３６は、周方向に延びる面が円錐面となるように形成されている。そして、リング部材３５の円錐面とリング部材３６の円錐面とが互いに接触するように配置されている。

【0032】

固定装置３２は、シャフト２１を挿通する穴部を有する押圧フランジ３４を備える。押圧フランジ３４は、シャフト２１を取り囲む形状を有する。押圧フランジ３４は、周方向に垂直な平面で切断した時の断面形状がＬ字形になるように形成されている。押圧フランジ３４は、リング部材３６を押圧する先端部３４ａを有する。本実施の形態においては、先端部３４ａは、窪み部３３ａに対応する形状を有する。先端部３４ａは、窪み部３３ａに嵌合するように形成されている。

【0033】

固定装置３２は、基材３３と押圧フランジ３４とが互いに近づく向きに、基材３３および押圧フランジ３４に力を加えるための締結部材としてのボルト３７を備える。ボルト３７を締め付けることにより、シャフト２１の回転軸に沿う方向に基材３３と押圧フランジ３４との距離が短くなるように形成されている。リング部材３５，３６が基材３３および先端部３４ａに接触した後には、ボルト３７は、基材３３と押圧フランジ３４とを互いに近づく向きに付勢する。

【0034】

断面形状において基材３３の立設する部分と押圧フランジ３４の立設する部分との間には、隙間が形成されている。ボルト３７を締め付けることにより、この隙間が小さくなるように基材３３と押圧フランジ３４とが近づく。押圧フランジ３４の先端部３４ａは、リング部材３６を押圧する。ボルト３７を締め付けることにより、リング部材３５，３６は回転軸の方向に沿って押圧される。

【0035】

リング部材３５，３６の円錐面の作用により、リング部材３５，３６には径方向に向かう力が作用する。リング部材３６には、径方向の内側に向かう力、すなわち縮径する力が作用する。リング部材３５には、径方向の外側に向かう力、すなわち拡径する力が作用する。リング部材３６はシャフト２１をかしめることとなり、このリング部材３６に対して、リング部材３５および基材３３と、押圧フランジ３４とが固定される。この結果、基材３３および押圧フランジ３４は、シャフト２１に固定される。

【0036】

図２を参照して、本実施の形態の基材３３は、波動発生部３１ａを固定するための取付け部としてねじ穴３３ｂを有する。波動発生部３１ａのカムは、締結部材としてのボルト３８により基材３３に固定されている。このため、波動発生部３１ａは、固定装置３２と共に一体的に回転する。このように、第１の回転部材の回転力は、固定装置３２の基材３３を介して第２の回転部材に伝達されている。

【0037】

減速された回転力は、環状部材３１ｃに出力される。環状部材３１ｃの側方には、主軸受け４１が配置されている。本実施の形態の主軸受け４１は、クロスローラ軸受けである。主軸受け４１は、内輪４１ａと外輪４１ｂとを有する。外輪４１ｂは、ボルト５５により、弾性筒状部材３１ｂと共に、筐体２２に固定されている。外輪４１ｂは、筐体２２に対して回転しない部材である。これに対して、内輪４１ａは、ボルト３９により、フランジ２５および環状部材３１ｃに固定されている。このために、内輪４１ａ、環状部材３１ｃ、フランジ２５，２６，２７、および保護管６６が一体的に回転する。

【0038】

シャフト２１の外周面には内部の潤滑油が外部に漏れ出ないように、また外部からの異物の侵入を防ぐために、オイルシールの６１，６２が配置されている。また、主軸受け４１の内部の潤滑油が外部に漏れ出ないように、また外部からの異物の侵入を防ぐために、オイルシール６３が配置されている。

【0039】

波動歯車装置である減速機３１には寿命がある。減速機３１を交換するためには、波動発生部３１ａを矢印１３１の方向に抜く必要がある。矢印１３１と反対方向に抜くと、波動発生部３１ａおよび弾性筒状部材３１ｂの破損に繋がる。

【0040】

駆動装置２を分解する場合には、ボルト５７を取り外すことにより、フランジ２６からフランジ２７を取り外すことができる。また、保護管６６の固定が解除されて、矢印１３１に示す方向に保護管６６を取り出すことができる。次に、ボルト５６を取り外すことにより、フランジ２５からフランジ２６を取り外すことができる。次に、ボルト３９を取り外すことにより、フランジ２５を取り外すことができる。そして、ボルト３８を取り外すことにより、波動発生部３１ａを取り外すことが出来る。

【0041】

次に、ボルト５５を取り外すことにより、減速機３１および主軸受け４１を取り外すことができる。ボルト３７を緩めることにより、固定装置３２をシャフト２１から取り外すことができる。

【0042】

一方で、図示しない締結部材を取り外すことにより、筐体２２から筐体２３，２４を取り外すことができる。そして、矢印１３１と反対側に向かって、エンコーダ４７および電磁ブレーキ４６を取り出すことができる。また、図示しない締結部材を取り外すことにより、軸受け固定部材２８および軸受け５２を取り外すことができる。次に、ロータ４５ａと共に、シャフト２１を矢印１３１と反対側に引き抜くことができる。そして、軸受け５１を取り出すことができる。

【0043】

このように、駆動装置２を分解して、減速機３１を交換することができる。更に、軸受け５１，５２およびオイルシール６１，６２，６３などの交換も可能である。駆動装置２を組み立てるときには、分解する手順と逆の手順にて組み立てることができる。このように、本実施の形態における駆動装置２は、締結部材を外すことにより、容易に分解することができて、部品を交換することができる。

【0044】

図４に、第１の比較例の動力伝達機構の拡大断面図を示す。第１の比較例において、減速機３１の波動発生部３１ａは、ボルト７２により、シャフト７１に固定されている。すなわち、本実施の形態における基材３３および押圧フランジ３４を含む固定装置３２を介さずに、減速機３１が直接的にシャフト７１に固定されている。ボルト７２は、シャフト７１の端面に固定されている。この構造の場合に、ボルト７２のねじ穴が必要になるために、シャフト７１の外径は大きくなる。このために、オイルシール６３および軸受け５１等の内径が大きくなってしまう。この結果、駆動装置が大きくなってしまうという問題がある。

【0045】

図５に、第２の比較例の動力伝達機構の概略断面図を示す。第２の比較例の動力伝達機構では、複数のシャフトが同軸状に配置されている。シャフト７３がシャフト７４に連結されている。シャフト７６がシャフト７７に連結されている。シャフト７３，７４は、中空穴を有しない棒状のシャフトである。シャフト７６，７７は、円筒状のシャフトである。シャフト７３のフランジ部にボルト７５を配置することにより、シャフト７３がシャフト７４に固定されている。また、シャフト７６のフランジ部に、ボルト７８を配置することにより、シャフト７６がシャフト７７に固定されている。

【0046】

このように、シャフト７４の端面またはシャフト７７の端面に、ボルト７５，７８にて他のシャフト７３，７６を固定する場合には、フランジ部を形成する必要がある。この結果、シャフトが径方向に大きくなってしまうという問題がある。第２の比較例においては、同軸状に複数のシャフトが配置されている。このために、それぞれのシャフトの結合部にフランジを形成すると、装置がかなり大きくなってしまうという問題がある。例えば、ロボットの手首構造として、前腕内に同軸状にシャフトが挿入される場合が有る。しかしながら、手首自体が大型になるために、ボルトにてシャフトの端面に他のシャフトを固定する構造を採用し難い。

【0047】

図２および図３を参照して、本実施の形態の駆動装置２では、第２の回転部材が固定装置３２を介してシャフト２１に連結されているために、シャフト２１の径を小さくすることができる。または、シャフト２１の厚さが大きくなることを抑制することができる。このために、軸受けおよびオイルシールの径が大きくなることを抑制することができる。この結果、駆動装置の大型化を抑制することができる。特に、複数のシャフトが同軸状に配置されている場合にも、径方向に装置が大型になることを抑制することができる。または、シャフトが円筒形状の場合には、シャフトの厚さを薄くすることができるために、内部の中空穴の径を大きくすることができる。

【0048】

このように、本実施の形態の動力伝達機構５は、小型であり、容易に分解することができる。また、動力伝達機構５では、周方向に垂直な平面で切断した時の断面形状が略くさび形のリング部材を含む固定装置にて固定するために、バックラッシなどのがたが生じない。更に、本実施の形態の減速機３１では軸方向の力が生じるが、この力を固定装置３２にて受けることができる。すなわち、軸方向に減速機３１の入力部が移動することを抑制できる。

【0049】

本実施の形態における固定装置３２のリング部材３５，３６は、それぞれが円錐面を有する。この構成を採用することにより、押圧フランジ３４の先端部３４ａにてリング部材３６を押圧した時に、円錐面同士が接触する。先端部３４ａによる回転軸の方向の押圧力を、効率よく径方向の縮径する力に変換することができる。なお、リング部材が接触する面は、円錐面に限られず、周方向に垂直な平面で切断したときの断面形状が曲線状に形成されていても構わない。

【0050】

本実施の形態では、基材３３と押圧フランジ３４とを互いに近づく向きに移動して、基材３３および押圧フランジ３４を付勢する締結部材として、ボルト３７を採用している。この構成を採用することにより、ボルト軸力の強い力で基材３３および押圧フランジ３４に対して、互いに近づく向きに力を加えることができる。また、ボルト３７を採用することにより、容易に取り外すことができる。

【0051】

本実施の形態における第１の回転部材は、電動機４５の出力シャフトである。第１の回転部材は、この形態に限られず、任意の回転する部材を採用することができる。例えば、第１の回転部材は、減速機の一部分であっても構わない。

【0052】

本実施の形態におけるシャフト２１は、中空穴を有する円筒状の部材である。このように、円筒状のシャフトの場合に本実施の形態の動力伝達機構を採用することにより、シャフトの厚さを薄くすることができる。または、シャフトの内部の中空穴の径を大きくすることができる。例えば、空気の配管または電線等の線条体を関節部の内部に通す場合がある。本実施の形態の動力伝達機構では、保護管の内部の空間を大きくすることができて、多くの線条体を通すことができる。

【0053】

図２を参照して、本実施の形態のシャフト２１は、シャフト２１の回転軸の方向の移動を規制する移動規制部としての段差部２１ａおよび段差部２１ｂを有する。段差部２１ａおよび段差部２１ｂに軸受け５１，５２が係合している。軸受け５１は、筐体２２により固定され、軸受け５２は、軸受け固定部材２８により固定されている。このように、シャフト２１の回転軸の方向の移動を規制する移動規制部を設けることにより、シャフト２１の軸方向の移動が抑制される。この結果、シャフト２１の周りに配置されている装置が安定して駆動する。例えば、減速機３１の波動発生部３１ａの軸方向の移動を抑制して、安定した減速を行うことができる。または、エンコーダ４７は光が通過するスリットを有する円板を備える場合が有る。この場合に、円板はシャフト２１に固定されている。移動規制部を形成することにより、エンコーダ４７の円板の軸方向の移動を抑制して、精度よく電動機４５の回転位置を検出することができる。

【0054】

本実施の形態の固定装置３２の基材３３と第２の回転部材とは、一体的に形成することができる。例えば、基材３３と波動発生部３１ａの枠体とを一体的に形成することができる。ところが、ボルト３７を締め付けることにより、基材３３が変形して波動発生部３１ａにも変形が伝播してしまい、減速機３１が正常に作動しなくなる虞が有る。このために、本実施の形態のように、固定装置の基材と第２の回転部材とは別の部材とし、変形が伝播し難い構造にするのが好ましい。

【0055】

図６に、本実施の形態の固定装置の基材の変形例を示す拡大断面図を示す。図７に、基材のねじ穴が形成されている部分の拡大斜視図を示す。変形例の基材４０は、前述の基材３３と同様に、窪み部４０ａおよびねじ穴４０ｂを有する。基材４０は、ねじ穴４０ｂが形成されている領域に形成された突出部４０ｃを有する。突出部４０ｃは、基材４０の表面から突出する部分である。突出部４０ｃは、ボルト３８のねじ穴４０ｂの周りに形成されている。ここでの例では、突出部４０ｃは円錐台の形状を有する。基材４０は、突出部４０ｃの頂面が減速機３１の波動発生部３１ａに接触している。

【0056】

基材４０と押圧フランジ３４とを近づける方向に付勢するボルト３７を締め付けると、基材４０に変形が生じる場合が有る。基材と波動発生部とが大きな面積にて接触していると、基材の変形量が多く伝播して、波動発生部３１ａも変形し易くなる虞がある。この結果、減速機の歯部の噛み合いに不良が生じる虞がある。また、異音が生じたり歯部が早期に摩耗したりする。変形例の基材４０のように、ボルト３８が配置されている周囲部分のみが波動発生部３１ａに接触して、その他の部分は波動発生部３１ａに接触しないように、突出部４０ｃを設けることにより、基材４０の変形が波動発生部３１ａに伝播する量を最小に抑制することができる。

【0057】

本実施の形態の第１の動力伝達機構を備える第１の駆動装置は、前腕アームを駆動軸Ｊ４の周りに回転する部分に配置されているが、この形態に限られない。他の関節部にも第１の駆動装置と同様の装置を適用することができる。

【0058】

図８に、本実施の形態における第２の動力伝達機構を備える第２の駆動装置の断面図を示す。図８は、図１に示すロボット１の手首１５の部分の断面図を示している。第２の駆動装置３は、手首１５を駆動する。手首１５には、駆動軸Ｊ５の周りに手首１５を回転する機構と、駆動軸Ｊ６の周りにフランジ１６を回転する機構とが配置されている。本実施の形態における第２の動力伝達機構は、駆動軸Ｊ６の周りにフランジ１６を回転する機構に適用されている。

【0059】

フランジ１６を回転するための電動機から出力される回転力は、ピニオン軸８４に伝達される。ピニオン軸８４は、回転軸ＲＡの周りに回転する。ここでは、電動機の回転力を伝達するために、例えばハイポイドギヤが採用されている。ピニオン軸８４の先端の歯部８４ａは、リンクギヤ８３の歯部８３ａと係合する。シャフト８１は、軸受け１０１，１０２により支持されている。シャフト８１は、リンクギヤ８３と共に駆動軸Ｊ５の周りに回転する。シャフト８１には、かさ歯車８２が一体的に形成されている。かさ歯車８２の先端の歯部８２ａは、フランジ１６に固定された歯車８９と係合する。かさ歯車８２が駆動軸Ｊ５の周りに回転することにより、フランジ１６は駆動軸Ｊ６の周りに回転する。

【0060】

図９に、本実施の形態における第２の動力伝達機構の拡大斜視図を示す。図８および図９を参照して、第２の動力伝達機構６は、シャフト８１にリンクギヤ８３を固定する固定装置９２を含む。第２の動力伝達機構６では、シャフト８１が第１の回転部材に相当し、リンクギヤ８３が第２の回転部材に相当する。第１の回転部材および第２の回転部材は、減速機の一部分の部材である。第２の動力伝達機構６では、第２の回転部材の回転力が第１の回転部材に伝達される。

【0061】

固定装置９２は、窪み部９３ａを有する基材９３と、先端部９４ａを有する押圧フランジ９４とを含む。先端部９４ａは、窪み部９３ａに嵌合するように形成されている。窪み部９３ａには、円錐面を有するリング部材９５，９６が配置されている。また、固定装置９２は、基材９３と押圧フランジ９４とを互いに近づける向きに力を加える締結部材としてボルト９７を有する。ボルト９７を締め付けることにより、リング部材９５，９６の作用により、基材９３とシャフト８１とが互いに固定される。固定装置９２の実施例において、基材９３の押圧フランジ９４側の表面には、押圧フランジ９４に向かって端部が突き出している。突き出した端部は、押圧フランジ９４に接触している。この構成により、ボルト９７の緩み又は疲労折損を回避しつつ、リング部材９５の縮径力を確保できる。また、基材９３の外径が比較的大きい場合に、外周部の変形を抑制することができる。

【0062】

基材９３は、第２の回転部材としてのリンクギヤ８３を固定する取付け部としてのねじ穴９３ｂを有する。リンクギヤ８３は、ボルト９８により基材９３に固定されている。リンクギヤ８３の回転力は、第２の動力伝達機構６を介してシャフト８１に伝達される。シャフト８１が回転することにより、かさ歯車８２を介してフランジ２６に回転力が伝達される。

【0063】

また、手首１５には、前腕アーム１１に対して手首１５を駆動軸Ｊ５の周りに回転する機構を有する。この機構では、図示しないピニオン軸により、リンクギヤ１０４が回転する。リンクギヤ１０４と介在部材１０５とは、ボルト１０６により互いに固定されている。また、介在部材１０５は、図示しない締結部材により筐体８８に固定されている。リンクギヤ１０４および介在部材１０５は、軸受け１０１，１０２に支持されている。また、リンクギヤ１０４は、主軸受け１０３の内輪１０３ａに固定されている。

【0064】

主軸受け１０３の外輪１０３ｂは、ボルト１０７により筐体８６に固定されている。筐体８６には、蓋部材として機能する筐体８７がボルト等の締結部材にて固定されている。筐体８６，８７および外輪１０３ｂは、前腕アーム１１に固定されている。筐体８６，８７および外輪１０３ｂは、駆動軸Ｊ５の周りに回転しない部分である。これに対して、リンクギヤ１０４が回転することにより、リンクギヤ１０４、介在部材１０５、および筐体８８は、駆動軸Ｊ５の周りに一体的に回転する。このように、手首１５は、駆動軸Ｊ５の周りに回転する。

【0065】

介在部材１０５と筐体８６とが対向する部分には、内部の潤滑油が外部に漏れ出ないように、また外部からの異物の侵入を防ぐために、オイルシール１０９が配置されている。また、フランジ１６と筐体８８とが対向する部分にも、同様の目的でオイルシール１１０が配置されている。

【0066】

第２の動力伝達機構６を含む第２の駆動装置３においても、容易に分解して、内部の部品を交換することができる。例えば、筐体８６と筐体８７とを固定する締結部材を外すことにより筐体８７を筐体８６から取り外すことができる。ピニオン軸８４およびリンクギヤ１０４に係合するピニオン軸を引き抜いた後にボルト９８を取り外すことにより、リンクギヤ８３を基材９３から取り外ことができる。また、ボルト９７を緩めることにより、固定装置９２をシャフト８１から取り外すことができる。

【0067】

さらに、ボルト１０６およびボルト１０７を取り外すことにより、リンクギヤ１０４を取り外すことができて、軸受け１０１および主軸受け１０３を取り出すことができる。更に、図示しない締結部材を取り外すことにより、介在部材１０５を筐体８８から取り外すことができる。そして、軸受け１０２を取出すことができる。このように、締結部材を外すことにより第２の駆動装置３を細部まで分解することができる。軸受け１０１，１０２およびオイルシール１０９等の部品を交換することも可能である。

【0068】

第３の比較例としては、固定装置９２にてシャフト８１とリンクギヤ８３とを固定する代わりに、インボリュートスプライン結合にて、シャフトとリンクギヤとを連結することができる。そして、結合部に接着剤を配置することにより、バックラッシ量を低減することができる。しかしながら、この方法では、駆動装置を分解する時に、硬化した接着剤を完全に除去しなくてはならない。このために、分解が困難であったり、分解に時間がかかったりする。これに対して、本実施の形態の第２の動力伝達機構６を採用することにより、容易に駆動装置を分解することができて、部品を取り替えることができる。

【0069】

第２の動力伝達機構のその他の構成、作用および効果については、第１の動力伝達機構と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。第１の動力伝達機構および第２の動力伝達機構を参照して、本実施の形態では、第１の回転部材および第２の回転部材のうち、一方の回転部材の回転力が基材を介して他方の回転部材に伝達される。

【0070】

図１０に、本実施の形態における第３の動力伝達機構の拡大図を示す。第３の動力伝達機構７は、第２の動力伝達機構６の変形例である。第３の動力伝達機構７は、基材１１３および押圧フランジ１１４を含む固定装置１１２を備える。基材１１３の窪み部１１３ａには、リング部材１１５が配置されている。このように、単一のリング部材が固定装置に配置されていても構わない。第３の動力伝達機構７は、第２の動力伝達機構６のリング部材９６が基材９３と一体になった構成を有する。第３の動力伝達機構７では、リング部材１１５に縮径する力が作用する。

【0071】

また、第３の動力伝達機構７においては、基材１１３と押圧フランジ１１４とが近づく向きに移動するように付勢する締結部材として、ナット１１７が配置されている。シャフト８１の端部の外周面には、ねじが形成されている。ナット１１７は、シャフト８１に形成されたねじに係合する。ナット１１７を締め付けることにより、押圧フランジ１１４と基材１１３とを互いに近づく向きに押圧することができる。このように、締結部材としてはボルトに限られず、押圧フランジと基材とを互いに近づける向きに力を加える任意の部材を採用することができる。

【0072】

第３の動力伝達機構のその他の構成、作用および効果については、第２の動力伝達機構と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

【0073】

本実施の形態の動力伝達機構を含む駆動装置は、ロボットの関節部に配置されているが、この形態に限られない。ロボットの任意の部分を駆動する機構に本実施の形態の動力伝達機構を適用することができる。

【0074】

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

【符号の説明】

【0075】

１ ロボット
２，３ 駆動装置
５，６，７ 動力伝達機構
１６ フランジ
２１ シャフト
２１ａ，２１ｂ 段差部
３１ 減速機
３１ａ 波動発生部
３１ｃ 環状部材
３２，９２，１１２ 固定装置
３３，４０，９３，１１３ 基材
３３ａ，４０ａ，９３ａ 窪み部
３３ｂ，４０ｂ ねじ穴
４０ｃ 突出部
３４，９４，１１４ 押圧フランジ
３４ａ，９４ａ，１１４ａ 先端部
３５，３６，９５，９６，１１５ リング部材
３７，３８，９７，９８ ボルト
１１７ ナット
４５ 電動機
８１ シャフト
８３ リンクギヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】