JP4614879B2 - 密閉型のウォームギヤ式指関節ユニット - Google Patents

Description

本発明はロボットハンドの指関節ユニットに関し、特に、ウォームギヤを用いて関節部分が構成されている密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットに関するものである。

ロボットハンドの指関節ユニットとしてはウォームギヤを用いたものが知られている。ウォームギヤ式指関節ユニットは、回転アクチュエータと、これによって回転駆動されるウォーム軸に同軸状に固着されたウォームと、このウォームに噛み合っているウォームホィールと、ウォームホィールが同軸状に固着されている関節軸とを有している。関節軸の軸端部には、これに直交する状態で旋回アーム（指本体部あるいは指先部）が取り付けられ、関節軸の回転に伴って旋回アームが旋回するようになっている。

この構成のウォームギヤ式指関節ユニットでは、ウォームとウォームホィールの噛み合い部分、関節軸の軸受け部分に異物が侵入すると、円滑な回転が阻害され、これらの部分の寿命も低下してしまう。また、クリーンルーム内で使用する場合には、これらの部分に塗布あるいは供給されている潤滑剤が外部に飛散して清浄度を悪化させる可能性がある。このような弊害を回避するために、ウォーム、ウォームホィール、関節軸などをギヤボックスケース内に密閉した構成とすることが望ましい。

ここで、ウォームギヤ式指関節ユニットの場合には、ウォームホィールからウォームを逆転できないというセルフロック機能が備わっている。これは逆転防止機構として有用ではあるが、回転アクチュエータが故障した場合などのような非常時には、出力側から旋回アームを動かすことができず不便である。特に、密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットの場合には、ギヤボックスケース内にウォームが収納されているので、ウォームを手動により回すためにはギヤボックスケースを分解する必要があり、極めて不便である。

また、ウォームギヤの噛み合いにガタツキがあると、それが関節軸に直交する状態で取り付けられている旋回アームによって増幅され、旋回アームの動きに大きなガタツキが生じてしまう。密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットの場合には、密閉型のギヤボックスケース内にウォームギヤを組み込む必要がある。このため、ウォームギヤの組み込みをガタツキ無く、またはガタツキの量を最小限にするなど、精度良く行うことが一般に困難である。

本発明の課題は、このような問題点に鑑みて、関節軸を手動操作によって簡単に回すことのできる密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットを提案することにある。

また、本発明の課題は、ウォームギヤの組み込みをガタツキなく簡単に行うことのできる密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットは、
ウォームと、
このウォームのウォーム軸を回転駆動する回転アクチュエータと、
前記ウォームに噛み合っているウォームホィールと、
前記ウォームホィールから同軸状態で突出している関節軸と、
前記ウォーム、前記ウォーム軸、前記ウォームホィールおよび前記関節軸が収納されているギヤボックスケースとを有し、
前記関節軸の少なくとも一方の軸端部は前記ギヤボックスケースから外側に突出しており、
前記ウォーム軸の軸端部には、当該ウォーム軸を回すための工具を係合させるための工具係合部が形成されており、
前記ギヤボックスケースには前記工具係合部に外側からアクセス可能な開口部が形成されており、
この開口部は、取り外し可能な蓋部材によって封鎖されており、
前記ウォーム軸は、前記回転アクチュエータの回転軸を延長させて前記ウォームの軸穴を貫通して延びているウォーム軸部分であり、
当該回転軸の軸端部に前記工具係合部が形成されており、
前記工具係合部は、前記軸端部の端面に形成した所定深さの溝または多角形凹部であり、
前記ギヤボックスケースにおける前記開口部とは反対側の部位に、前記回転アクチュエータの先端部を装着することによって封鎖されている装着用開口部が形成されており、
前記回転軸の先端側の軸端部は、前記開口部の内周面部分に装着した軸受けによって回転自在の状態で支持されていることを特徴としている。

本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットでは、そのギヤボックスケースに開口部が形成されており、ここを封鎖している蓋部材を取り外すと、ウォーム軸の軸端部に形成されている工具係合部に外側からアクセスできる。したがって、ウォーム軸を回すための工具を、外側から開口部を介して工具係合部に係合し、当該工具を操作してウォーム軸を回すことができる。このため、回転アクチュエータが故障した場合などにおいても、出力側の関節軸を回すことができるので、そこに取り付けられている旋回アームを簡単に所定の位置まで移動させることができる。

次に、本発明は、ウォームと、前記ウォームを回転駆動する回転アクチュエータと、前記ウォームに噛み合っているウォームホィールと、前記ウォームホィールから同軸状態で突出している関節軸と、前記ウォーム、前記ウォーム軸部分、前記ウォームホィールおよび前記関節軸が収納されているギヤボックスケースとを有し、前記関節軸の少なくとも一方の軸端部は前記ギヤボックスケースを貫通して外側に突出している密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットにおいて、前記ウォーム軸部分の軸端部には工具係合部が形成されており、前記ギヤボックスケースには前記工具係合部に外側からアクセス可能な開口部が形成されており、この開口部は、取り外し可能な蓋部材によって封鎖されていることを特徴としている。これに加えて、前記ウォームが取り付けられている第１ケース部分と、前記ウォームホィールおよび前記関節軸が取り付けられている第２ケース部分とを備えており、前記第１ケース部分における前記ウォームの外周面が露出している露出面と、前記第２ケース部分における前記ウォームホィールの外周面が露出している露出面とが、シム板を挟み、相互に接合されて、前記ギヤボックスケースが組み立てられており、前記ウォーム軸部分と前記関節軸の軸間距離が前記シム板によって調整されていることを特徴としている。

本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットでは、ギヤボックスケースを二分割構成とし、一方のケース部分にウォーム軸部分を組み込み、他方のケース部分に関節軸を組み込み、これらの間にシム板を挟むことにより、ウォーム軸部分と関節軸の軸間距離を調整している。適切なシム板を挟むという簡単な作業により、ウォームとウォームホィールがバックラッシの無い噛み合い状態、またはバックラッシの量を最小限に抑えるように調整した噛み合い状態となるように、これらを精度良くギヤボックスケース内に組み込むことができる。

ここで、前記第１ケース部分および前記２ケース部分の組み付け作業を簡単に行うことができるように、本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットは、それぞれの露出面に、相補的な形状をしている位置決め部が形成されていることを特徴としている。

また、本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節指ユニットは、前記第１ケース部分における前記開口部とは反対側の部位に、前記回転アクチュエータの先端部を装着することによって封鎖されている装着用開口部が形成されており、前記回転アクチュエータの回転軸の前記ウォーム軸部分の先端側の軸端部は、前記開口部の内周面部分に装着した軸受けによって回転自在の状態で支持されており、前記第１ケース部分における前記ウォーム軸部分に直交する方向の一方の側が前記露出面となっていることを特徴としている。

本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットでは、ウォーム軸を回すための工具を、外側から開口部を介して工具係合部に係合し、当該工具を操作してウォーム軸を回すことができる。このため、回転アクチュエータが故障した場合などにおいても、出力側の関節軸を回すことができるので、そこに取り付けられている旋回アームを簡単に所定の位置まで移動させることができる。

また、本発明の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットでは、ギヤボックスケースを二分割構成とし、一方のケース部分にウォーム軸部分を組み込み、他方のケース部分に関節軸を組み込み、これらの間にシム板を挟むことにより、ウォーム軸部分と関節軸の軸間距離を調整している。適切なシム板を挟むという簡単な作業により、ウォームとウォームホィールがバックラッシの無い噛み合い状態、またはバックラッシの量を最小限に抑えるように調整した噛み合い状態となるように、これらを精度良くギヤボックスケース内に組み込むことができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したロボットハンドの密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットの一例を説明する。

図１は本例の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットを示す外観斜視図であり、図２はその主要部分を分解して示す分解斜視図である。これらの図を参照して、ウォームギヤ式指関節ユニット１の主要構成を説明する。ウォームギヤ式指関節ユニット１は、ウォーム２およびウォームホィール３が収納されているギヤボックスケース４と、このギヤボックスケース４に２本の締結ねじ５によって締結固定されている回転アクチュエータ６とを備えている。ギヤボックスケース４は、上下に二分割された上側ケース部分７と下側ケース部分８から構成されている。

下側ケース部分８には、回転アクチュエータ６の回転軸１１に一体形成されたウォーム軸部分１１Ａおよび、このウォーム軸部分１１Ａに同軸状態で固着されているウォーム２が収納されている。

上側ケース部分７には、ウォーム２に噛み合っているウォームホィール３、および当該ウォームホィール３が同軸状態で固着されている関節軸１２が収納されている。関節軸１２の両側の軸端部１２ａ、１２ｂは、上側ケース部分７の両側から外方に突出している。これら軸端部１２ａ、１２ｂには、関節軸１２に直交する方向に延びる指本体部、指先部などとして機能する不図示の旋回アームが取り付けられる。

下側ケース部分８の前板部分８１には円形開口部８２が形成されており、この円形開口部８２は、取り外し可能な状態で当該円形開口部８２に取り付けた円盤状のゴムブッシュ１３によって封鎖されている。ゴムブッシュ１３を取り外すと、当該円形開口部８２から回転軸１１のウォーム軸部分１１Ａの軸端面１１ａが露出する。この軸端面１１ａには、回転軸１１を回すための工具（図示せず）を係合できる工具係合部１１ｂが形成されている。本例では、所定深さの六角穴からなる工具差し込み溝が形成されている。六角穴の代わりに、すり割り、十字溝などを形成してもよい。また、工具係合部１１ｂとしては、軸端面１１ａに形成した突起であってもよい。軸端面１１ａの工具係合部１１ｂに工具を差し込むことにより、回転軸１１を簡単に回すことができる。

また、下側ケース部分８と上側ケース部分７は、矩形枠状のシム板１４を挟み、４本の締結ボルト１５によって相互に締結固定されている。このシム板１４によって、下側ケース部分８に収納されている回転軸１１のウォーム軸部分１１Ａと、上側ケース部分７に収納されている関節軸１２（ウォームホィール軸）との間の軸間距離が調整されている。したがって、下側ケース部分８と上側ケース部分７を組み立てた状態においては、下側のウォーム２と上側のウォームホィール３とがガタツキ無く噛み合った状態を形成できる。

図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、ウォームギヤ式指関節ユニット１の平面図、側面図および底面図である。図４（ａ）および（ｂ）はウォームギヤ式指関節ユニット１の縦断面図および横断面図である。これらの図も参照して、ウォームギヤ式指関節ユニット１の各部の構造を詳細に説明する。

まず、ギヤボックスケース４の下側ケース部分８は、前後に長い直方体形状をしており、その後端部分は開口部８３となっている。ここには、後側から回転アクチュエータ６の先端部６ａが挿入されている。回転アクチュエータ６は、筒状ハウジング６１と、この内部に収納されているモータ６２および減速機６３とを備えている。減速機出力軸である回転軸１１の先端部分はウォーム２の軸穴を貫通して延びており、当該部分がウォーム軸部分１１Ａとなっている。ウォーム２は、回転軸１１のウォーム軸部分１１Ａの軸端部にネジ加工を施し、ナット１１ｄとキー１１ｅによって当該ウォーム軸部分に固定されている。

ウォーム軸部分１１Ａの先端側の軸端部１１ｃは、下側ケース部分８の前板部分８１に形成されている円形開口部８２に同心状態で差し込まれ、当該円形開口部８２の内側に装着した軸受け１６によって回転自在の状態で支持されている。また、工具係合部１１ｂが形成されているウォーム軸部分１１Ａの軸端面１１ａは、ほぼ前板部分８１の表面と同一位置にあり、円形開口部８２に取り付けたゴムブッシュ１３によって覆い隠されている。

ウォーム軸部分１１Ａに固着されているウォーム２の外周面部分は、下側ケース部分８の天板部分８４に形成した前後方向に延びる長方形の開口部８５から上方に露出している。この開口部８５を取り囲む状態に位置決め用の矩形枠状段面８６が形成されている。シム板１４は、この矩形枠状段面８６の内側に納まる大きさの矩形枠形状をしている。

一方、上側ケース部分７は、左右の側板部分７１、７２に関節軸１２が架け渡されており、側板部分７１、７２に形成した軸穴７３、７４に装着した軸受け１７、１８によって、関節軸１２の両端部分が回転自在の状態で支持されている。軸受け１８は外側から円環状のウォームホィール１８ａによって固定されている。また、関節軸１２の両方の軸端部１２ａ、１２ｂは、側板部分７１、７２から外側に突出している。これらの軸端部１２ａ、１２ｂと軸穴７３、７４の隙間は外側からオイルシール１９、２０によって封鎖されている。

ここで、上側ケース部分７の底板部分７５には長方形の開口部７６が形成され、ここから、関節軸１２に同軸状態で固着されているウォームホィール３の下側部分が露出している。本例では、ウォームホィール３の下側部分が開口部７６および、下側ケース部分８の開口部８５を介して、下側のウォーム２に噛み合っている。

上側ケース部分７の底板部分７５の底面には、下側ケース部分８の位置決め用の矩形枠状段面８６と相補的な形状の矩形枠状段面７７が開口部７６を取り囲む状態に形成されている。したがって、下側ケース部分８の天板部分８４に形成した矩形枠状段面８６に上側から上側ケース部分７の底面に形成されている矩形枠状段面７７を嵌め込むことにより、双方の位置決め状態が形成される。

これらの矩形枠状段面８６、７７の間には、先に述べたように、矩形枠形状のシム板１４が挟み込まれた状態となっている。シム板１４によって、図４（ａ）に示すように、ウォーム軸部分１１Ａと関節軸１２（ウォームホィール軸）の軸間距離Ｌが調整されている。

このように構成した密閉型のウォームギヤ式指関節ユニット１においては、入力側の回転アクチュエータ６を駆動制御することなく、関節軸１２の軸端部１２ａ、１２ｂに連結されている旋回アーム（図示せず）を所定の旋回位置に位置決めする作業を簡単に行うことができる。

すなわち、下側ケース部分８の前板部分８１に取り付けられているゴムブッシュ１３を取り外すと、円形開口部８２からウォーム軸部分１１Ａの軸端面１１ａが露出する。したがって、ここに形成した工具係合部１１ｂに外側からアクセス可能になる。回転軸１１を回すための工具（図示せず）の先を工具係合部１１ｂに差し込み、当該工具によって回転軸１１を回すと、出力側のウォームホィール３を回すことができる。この結果、そこに同軸状に固着されている関節軸１２が回り、そこに連結されている旋回アームを旋回させて位置決めすることができる。

また、本例では、ギヤボックスケース４が上下に二分割されており、その下側ケース部分８には入力側のウォーム２と回転軸１１の先端側のウォーム軸部分１１Ａが組み込まれており、上側ケース部分７には出力側のウォームホィール３および関節軸１２（ウォームホィール軸）が組み付けられている。したがって、これらの下側ケース部分８および上側ケース部分７を組み付ける際には、これらの間にシム板１４を挟むことによって、ウォーム軸部分１１Ａと関節軸１２の軸間距離を簡単に調整できる。よって、ウォーム２およびウォームホィール３を、バックラッシなく噛み合った状態、またはバックラッシの量を最小限に抑えるように調整した噛み合い状態でギヤボックスケース４の内部に組み込む作業を簡単に行うことができる。

さらに、本例では、上側ケース部分７および下側ケース部分８の組み付け面には、それぞれ相補的な形状をした位置決め用の矩形枠状段面７７、８６を形成してある。これらを組み付ける際には、双方の矩形枠状段面７７、８６を嵌め合わせることにより、相対的な位置決め状態が自動的に形成される。よって、これらの組み付け作業を簡単に行うことができる。

また、本例では、回転アクチュエータ６の回転軸１１の先端側の軸部分をウォーム軸部分１１Ａとして用いている。一般的なウォームギヤは、その端面に円筒状のボスが一体形成されており、回転アクチュエータの回転軸の先端部を当該ボスに止めネジで固定する構成となっている。また、大きなラジアル力が作用する場合には、ウォームギヤの先端部に軸を取り付け、あるいは、先端部軸付きタイプのウォームギヤを使用し、ウォームギヤの両端を支持するようにしている。本例では、回転軸１１を延長させて形成したウォーム軸部分１１Ａにウォーム２を固定すると共に、ウォーム２から突出している軸端部を軸受け１６によって支持している。したがって、回転軸に固定するためのボス部分を省略できるので、軸方向の長さを短くでき、また、大きなラジアル力を受けることができる。さらに、ウォーム２の組付け作業も簡単にできる。

本発明を適用したウォームギヤ式指関節ユニットの外観斜視図である。 図１のウォームギヤ式指関節ユニットの主要部分を分解して示す分解斜視図である。 図１のウォームギヤ式指関節ユニットの平面図、側面図および底面図である。 図１のウォームギヤ式指関節ユニットの縦断面図および横断面図である。

符号の説明

１ ウォームギヤ式指関節ユニット、２ ウォーム、３ ウォームホィール、４ ギヤボックスケース、５ 締結ねじ、６ 回転アクチュエータ、７ 上側ケース部分、８ 下側ケース部分、１１ 回転軸、１１ａ 軸端面、１１ｂ 工具係合部、１１ｃ 軸端部、１１Ａ ウォーム軸部分、１２ 関節軸、１３ ゴムブッシュ、１４ シム板、１７，１８ 軸受け、６１ 筒状ハウジング、６２ モータ、６３ 減速機、７１，７２ 側板部分、７３，７４ 軸穴、７５ 底板部分、７６ 開口部、７７ 矩形枠状段面、８１ 前板部分、８２ 円形開口部、８４ 天板部分、８５ 開口部、８６ 矩形枠状段面

Claims (4)

1. ウォームと、
   このウォームのウォーム軸を回転駆動する回転アクチュエータと、
   前記ウォームに噛み合っているウォームホィールと、
   前記ウォームホィールから同軸状態で突出している関節軸と、
   前記ウォーム、前記ウォーム軸、前記ウォームホィールおよび前記関節軸が収納されているギヤボックスケースとを有し、
   前記関節軸の少なくとも一方の軸端部は前記ギヤボックスケースから外側に突出しており、
   前記ウォーム軸の軸端部には、当該ウォーム軸を回すための工具を係合させるための工具係合部が形成されており、
   前記ギヤボックスケースには前記工具係合部に外側からアクセス可能な開口部が形成されており、
   この開口部は、取り外し可能な蓋部材によって封鎖されており、
   前記ウォーム軸は、前記回転アクチュエータの回転軸を延長させて前記ウォームの軸穴を貫通して延びているウォーム軸部分であり、
   当該回転軸の軸端部に前記工具係合部が形成されており、
   前記工具係合部は、前記軸端部の端面に形成した所定深さの溝または多角形凹部であり、
   前記ギヤボックスケースにおける前記開口部とは反対側の部位に、前記回転アクチュエータの先端部を装着することによって封鎖されている装着用開口部が形成されており、
   前記回転軸の先端側の軸端部は、前記開口部の内周面部分に装着した軸受けによって回転自在の状態で支持されていることを特徴とする密閉型のウォームギヤ式指関節ユニット。
2. 請求項１に記載の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットにおいて、
   前記ウォームおよび前記ウォーム軸部分が取り付けられている第１ケース部分と、前記ウォームホィールおよび前記関節軸が取り付けられている第２ケース部分とを備えており、
   前記第１ケース部分における前記ウォームの外周面が露出している露出面と、前記第２ケース部分における前記ウォームホィールの外周面が露出している露出面とを、シム板を挟み、相互に接合することにより、前記ギヤボックスケースが組み立てられており、
   前記ウォーム軸部分と前記関節軸の軸間距離が前記シム板によって調整されていることを特徴とする密閉型のウォームギヤ式指関節ユニット。
3. 請求項２に記載の密閉型のウォームギヤ式指関節ユニットにおいて、
   前記第１ケース部分および前記第２ケース部分の前記露出面には、相補的な形状をしている位置決め部が形成されていることを特徴とする密閉型のウォームギヤ式指関節ユニット。
4. 請求項２または３に記載のウォームギヤ式指関節ユニットにおいて、
   前記第１ケース部分における前記開口部とは反対側の部位に、前記回転アクチュエータの先端部を装着することによって封鎖されている装着用開口部が形成されており、
   前記回転軸の先端側の軸端部は、前記開口部の内周面部分に装着した軸受けによって回転自在の状態で支持されており、
   前記第１ケース部分における前記ウォーム軸部分に直交する方向の一方の側が前記露出面となっていることを特徴とする密閉型のウォームギヤ式指関節ユニット。

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