JPH0429986Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本考案は、産業ロボツトの関節駆動装置に関す
る。 （従来の技術とその問題点） 産業ロボツトにおいては、一般に、作業に適し
た出力トルクを得るため、アーム等の関節部の駆
動系には、高速低トルクの電動サーボモータまた
は電動パルスモータと、この出力を低速高トルク
に変換する減速装置とを用いている。 また、そのような減速装置は、例えば、減速比
１／120程度の大減速比を有していること、また、
歯車間のガタ、すなわち、いわゆるバツクラツシ
ユが小さいこと、さらに、慣性を小さくするため
軽量であること等が要求される。 このような要求を満たす従来の減速装置として
は、例えば、特開昭59−175986号公報に開示され
ているような調和歯車装置（商品名：ハーモニツ
クドライブ）および特開昭59−106744号公報に開
示されているような偏心揺動型の遊星歯車減速機
がある。前者の減速比は一般に１／80〜１／320
程度であり、後者の減速比は一般に１／６〜１／
200程度である。また、前者は後者に比し減速比
当たりの外径、重量が小さく、かつ、ほとんどの
ロボツトアームの関節部の駆動用減速装置として
必要な減速比および機械的強度を満足している。
したがつて、ロボツトアームの関節部駆動用減速
機のほとんどは調和歯車装置単体が適用され、ま
れに、調和歯車装置でも得られないほどの大減速
比を必要とするもの、すなわち、小容量高速回転
（例えば、出力が1000ワツト以下で回転数が
5000rpm）型のモータをロボツトアームの駆動に
用いる場合のように１／625程度の減速比を必要
とするもの、については特開昭56−152594号公報
に開示されているように調和歯車装置に前段減速
装置を結合したものが用いられている。 しかしながら、上述した各減速装置をロボツト
の関節装置に用いた場合、減速装置に入力する電
動モータ回転数が低い領域で減速装置とロボツト
アーム等とがねじり共振を起こすという問題点が
あつた。共振現象としては、ロボツトアームの関
節部近傍にねじり振動が現れることが多く、その
結果、ロボツトアームの先端位置が定まらなくな
る。共振が生じる理由は、電動モータのトルク伝
達機構である上記各減速装置の剛性が低いため、
そのような減速装置を含む駆動系（電動モータ、
減速装置およびロボツトアームから構成される
系）の固有ねじり振動数f₀が低くなり、したがつ
て、歯切の加工誤差等に起因して振動する減速装
置の振動周波数が、電動モータの低回転数域で上
記固有ねじり振動数f₀と一致するためと考えられ
ていた。 このような問題点に対し、特開昭58−211881号
公報には、発生した振動を打ち消すように電動モ
ータの速度指令信号を変化させる電気的制御方式
が提案されている。しかしながら、このような方
式においてはフイードバツクゲインを大きくする
と系が不安定となり、特に剛性の低いロボツト駆
動系においては、逆に発振し易くなるという問題
を生じるため、ゲインを大きくできず、したがつ
て、充分な振動打ち消し効果を得られない。ま
た、特開昭59−175986号公報には高張力を与えた
タイミングベルトで減速機を駆動し、該ベルト振
動を吸収する方式のものが提案されている。しか
しながら、この方式においてはタイミングベルト
が破断するという危険がある。また、特開昭59−
115189号公報には減速機の主軸にばねとおもりか
ら成る吸振器を取り付ける方式が提案されてい
る。しかし、この方式においては遠心力により吸
振器が破損したり、ロボツトの負荷荷重に対応し
ておもり等を調整しなければならないという問題
点がある。 そして、これらのいずれにしても、その個々の
問題点を解決するには装置の構造が複雑になり、
部品数も多くならざるを得なかつた。 （考案の目的） そこで、本考案は、一般に共振防止が考慮され
るであろう産業ロボツトの関節駆動装置におい
て、その構造を簡単にしたロボツトの関節駆動装
置を提供することを目的とする。 （考案の構成） 考案者らは、ロボツトアームの関節駆動装置に
用いる減速機のばね定数、固有ねじり振動数、ト
ルク変動等と共振現象との関係につき種々研究を
行つた。 先ず、回転ばね定数の高い減速機をロボツトア
ームの関節駆動装置に用いることによりロボツト
の駆動系の固有ねじり振動数f₀を実用域から外す
ことが可能か否かについて試算した。しかし、減
速機の回転ばね定数K₁（第８図参照）は、大きな
ものでもロボツトアーム自体の回転ばね定数K₂
の1/10〜1/5であるため、駆動系全体のばね定数
Ｋ＝K₁・K₂／（K₁＋K₂）は大して大きくでき
ず、その結果、駆動系の固有ねじり振動数f₀＝
１／2π・Ｋ／Ｊ（ここに、Ｊは駆動系の慣性モー
メント）も大して大のくできない。したがつて、
減速機のばね定数K₁を高めること、すなわち剛
性を高めることによつては、駆動系の固有ねじり
振動数f₀を実用域から外すことは不可能であると
の結論に達した。 そこで、考案者等は、振動発生の原因である減
速機のトルク変動を無くすことを試みた。具体的
には偏心揺動型の遊星歯車減速機を用い、トルク
変動を阻止ないし減ずるよう、この減速機の内歯
歯車と外歯歯車の歯に高精度の仕上げ加工を施
し、かつ、トルク変動が生じてもこれを吸収する
よう、偏心入力軸の軸受部やトルク取出ピンの軸
支部等に環状溝を設け、設備にゴムリングを装着
した。しかしながら、このような対策を施しても
実用域での共振を防ぐことはできず、しかも、共
振が生じる電動モータ回転数は、そのような対策
を施さない場合とほとんど同じであることがわか
つた。 このような実験結果から、一定の機構の減速機
であれば、ほぼ一定のトルク変動特性、すなわち
ロボツトの駆動系に対する加振周波数特性を有す
るとの結論が導かれた。また、かかる結論から、
ロボツト駆動系に組み込む減速装置の機構を変更
することによりトルク変動特性を実用域外に置く
ことができるとの仮説の下に種々の実験を行つ
た。 これらの実験の内容および結果については後述
するが、これらの実験結果から仮説は実証され、
下記の結論に到達した。 従来の常識では全く考えられなかつた機構、す
なわち、偏心揺動型の遊星歯車減速機は、内歯歯
車と外歯歯車の歯数差がわずかにあつて、この歯
数差を最小の１に設定すれば単独でも１／200程
度の減速比にできるが、この減速比を数十分の一
程度とし、これに所定範囲の減速比を有する前段
減速比をわざわざ設けて歯車装置を構成し、これ
をロボツトアームの駆動系に組み込むという構成
により共振現象の生じる範囲を電動モータの実用
域から外すことできる。 なお、偏心揺動型の遊星歯車減速機に前段減速
機を設けた減速装置は、米国特許第4348918号明
細書に開示されているようにクローラ車両の走行
装置等に採用されている。しかしながら、そのよ
うな走行装置等は採用する減速機の重量、バツク
ラツシユ等の問題をほとんど考慮しなくともよ
い。したがつて、単に減速機の総減速比の変更を
容易にするため、あるいは単に低速大トルクを出
力するため、前段減速機を設けているので、これ
に対し、高速性、位置精度等を要求され、且つ、
全体構造の剛性が低いロボツトにおいては、減速
機の重量、バツクラツシユを小さくすることが重
要であるため、関節部に、減速比当たりの重量が
調和歯車装置より大きい偏心揺動型の遊星歯車減
速機を用い、さらに重量、バツクラツシユを増大
させる要素となる前段減速機をわざわざ設けるこ
とは従来考えられなかつたのである。 考案者らはさらに種々研究を重ねた結果、前記
の目的を達成するため、下記の構成を有する本考
案に到達した。 本考案に係る産業ロボツトの関節駆動装置は、
ロボツトの第１部材と、第１部材に回動自在に支
持されたロボツトの第２部材と、第１部材に一体
的に取り付けられた電動モータの回転を減速して
第２部材に伝達する歯車減速装置と、を備え、前
記歯車減速装置が、前記電動モータの回転数を減
速する前段減速機と、前記減速機の出力の回転数
を更に減速する後段の遊星歯車減速機と、から構
成され、前記遊星歯車減速機が、前記前段減速機
の出力が入力される偏心入力軸と、偏心入力軸と
係合しその回転により偏心揺動させられる外歯歯
車、外歯歯車と噛み合う内歯歯車および外歯歯車
の両側に設けられ前記偏心入力軸を支持する一対
のフランジを有する産業ロボツトの関節駆動装置
において、前記第２部材と前記一対のフランジの
うち第２部材に近接する一方のフランジとを、第
２部材から離隔した他方のフランジに形成された
挿通孔および前記外歯歯車に形成された孔から通
したピンによつて回転方向一体に結合し、第２部
材と一対のフランジとを、前記孔を通り一対のフ
ランジを貫通するボルトによつて締め付け結合し
たことを特徴としている。 （実施例） 以下、本考案に係る産業ロボツトの関節駆動装
置を図面に基づいて説明する。第１図ないし第３
図は本考案の第１実施例を示す図である。 まず、構成について説明する。第１図は本考案
に係る産業ロボツトの関節駆動装置を用いたロボ
ツトの関節部の全体概略図である。１は電動モー
タであり、電動モータ１のフランジ２は減速装置
３の筒体４に固定されている。筒体４は第１部材
としての第１アーム５の先端部５ａに固定されて
いる。電動モータ１の出力の回転軸７は減速装置
３の入力回転軸８に連結され、減速装置３の出力
は軸１０に伝達され、軸１０は円筒体１１を貫通
して第２部材としての第２アーム１２に固定され
ている。第２アーム１２の端部の筒状体１３と第
１アーム５の先端部５ａの下面から下方に突出す
る円筒型の突出体１５との間に一対のベアリング
１６が介装され、第２アーム１２は第１アーム５
に回動自在に支持されている。突出体１５の内周
面と円筒体１１の中央部の外周面との間には一対
のベアリング１７が介装されている。円筒体１１
の上部および下部の内面と軸１０との間にはそれ
ぞれ一対のベアリング１８が介装されている。し
たがつて、減速装置３は電動モータ１の回転数を
減速してロボツトの被駆動部すなわち第２アーム
１２を回動させる。また、電動モータ１、減速装
置３、第２アーム１２および第２アームに接続さ
れた負荷は駆動系を構成する。 減速装置３は第２図および第３図に示すよう
に、電動モータ１の回転数を減速する前段減速機
２０と、前段減速機２０に連結され、回転数をさ
らに減速する後段減速機２１と、から構成されて
いる。前段減速機２０は通常の平行軸型減速機で
あり、平歯車により構成されている。後段減速機
２１は固定している内歯歯車２８と、内歯歯車２
８に噛み合う外歯歯車２９と、外歯歯車２９に係
合して外歯歯車２９を揺動回転させる偏心入力軸
としての入力クランク軸３０と、を有する偏心揺
動型の遊星歯車装置によつて構成されている。ま
た、内歯歯車２８はピン歯３１を用いたピン歯車
で構成され、かつ外歯歯車２９の歯数よりわずか
に例えば１つだけ多い歯数を有している。なお、
このように内歯歯車と外歯歯車の歯数差（歯数
比）を適宜設定して減速比を設定することは、歯
車減速機の基本原理に基づく周知の技術である。
外歯歯車２９の軸方向両側には入力クランク軸３
０を支持する一対のフランジ３２が設けられてい
る。すなわち、一対のフランジ３２は後段減速機
２１の前端部を形成する円板部３３と、その後端
部を形成するフランジ部３５ａとから構成されて
いる。フランジ部３５ａは外歯歯車２９の円周上
に等配して設けた貫通孔２９ｅを遊挿して設けら
れたブロツク体３５の後端部を形成し、かつ軸１
０のフランジ部１０ａに接している。一対のフラ
ンジ３２は、その円周上に入力クランク軸３０を
複数個（この実施例では３個）等配支持してい
る。また、外歯歯車２９は、第３図ａに示すよう
に、複数（この実施例では３個）の入力クランク
軸３０との係合部２９ｄを有し、かつこれらの係
合部２９ｄ間に貫通孔２９ｅを設けている。 ロボツトの第２アーム１２に固定された軸１０
のフランジ部１０ａと一対のフランジ３２とは、
第３図ａ〜ｃに示すように、外歯歯車２９に設け
た貫通孔２９ｅから通す少なくとも２本（この実
施例では貫通孔２９ｅのそれぞれについて２本の
ボルトと２本のピンの４本を通している）の棒状
体６０で結合しいる。すなわち、棒状体６０はブ
ロツク体３５の中に円周方向に並び、そのうち一
つはボルト４６であり、ボルト４６は外歯歯車２
９の貫通孔２９ｅを通つて一対のフランジ３２を
貫通し、第２アーム１２に固定されたフランジ部
１０ａと一対のフランジ３２とを締め付け結合し
ている。 このボルト４６の締め付けによる摩擦力は減速
装置３の定格トルクの150〜200％の過負荷に耐え
るようなされている。他の１つの小ボルト４８
は、円板部３３とブロツク体３５を固定するため
の組立固定用のものである。 また、第１テーパーピン６１は円板部３３から
ブロツク体３５の前端部３５ｂまで設けたピン孔
６２に嵌合し、円板部３３と前端部３５ｂとの位
置決めをしている。また、第２テーパーピン６３
は、円板部３３からブロツク体３５まで設けた加
工、組立の時の工具通しのための遊嵌孔６４ａに
連続し、ブロツク体３５からフランジ部１０ａま
で設けられたピン孔６４ｂに嵌合してブロツク体
３５とフランジ部１０ａとの位置決めをしてい
る。すなわち、テーパーピン６３は第２アーム１
２に近接したフランジ部３５ａ（一方のフランジ）
と第２アーム１２に固定された軸１０のフランジ
部１０ａと回転方向一体に結合しており、このテ
ーパーピン６３は第２アーム１２から離隔した円
板部３３（他方のフランジ）に形成された遊嵌孔
６４ａ（挿通孔）および外歯歯車２９に形成され
た貫通孔２９ｅから挿通されている。これらテー
パーピン６１および６３のせん断応力は、減速装
置３の定格トルクの300〜400％の過負荷に耐える
ようになされている。 前段減速機２０の減速比i₁と後段減速機２１の
減速比i₂とは電動モータ１の通常制御回転数の範
囲内でロボツトすなわち、第１アーム５および第
２アーム１２と、後段減速機２１との共振が起き
ないように選択している。すなわち、電動モータ
１の実用域では、前段減速機２０の毎秒当たりの
回転数が電動モータ１、減速装置３、第２アーム
１２および第２アーム１２に接続された負荷から
構成される駆動系のねじり発振周波数（固有ねじ
り振動数f₀付近の周波数をいう。以下同じ）以下
になるよう、前段減速機２０の減速比i₁を選択す
る。この実施例においては、電動モータ１の通常
制御回転数が０〜1000rpm、前段減速機２０の減
速比i₁が１／３および後段減速機２１の減速比i₂
は１／40であり、減速装置３の全体の減速比は
１／120になるよう選択されている。前記駆動系
の固有ねじり振動数f₀は共振ピーク点における電
動モータ１の回転数、前段減速機２０の減速比i₁
および減速装置３に関して後述するトルク変動特
性から逆算でき、この実施例においては約8.4Hz
である。 前段減速機２０の減速比i₁が１／５未満（分母
が大きくなることを意味する。以下同じ）または
後段減速機２１の減速比i₂が１／25を超える（分
母が小さくなることを意味する。以下同じ）と、
前段減速機２０に構造の簡単な平行軸減速機を採
用して１／120の総減速比ｉを得ることは困難と
なるので、設計的経済的に不利となる。また、後
段減速機２１の減速比i₂が１／60未満または前段
減速機２０の減速比i₁が１／２を超えて１／120
の総減速比ｉを得る場合は、電動モータ１の実用
域において、前段減速機２０の毎秒当たり回転す
数が前記駆動系の固有ねじり振動数f₀（8.4Hz）近
辺あるいはそれ以上となるので、共振を防ぐ効果
が少ない。 次に、作用について説明する。 電動モータ１を０〜1000rpmの通常回転数で回
転させると、減速比i₁が１／３の前段減速機２０
の出力回転数は０〜333rpmとなり、減速比i₂が
１／40の後段減速機２１の出力回転数は０〜
8.3rpmとなり、この範囲では共振現象が生じな
い。共振は実用域外、すなわち電動モータ１の出
力回転数が1500rpm近辺（このときの前段減速機
２０の出力回転数は1500rpm×１／３＝500rpm
近辺、遊星差動歯車減速機２１の出力回転数は
1500rpm×１／３×１／40＝12.5rpm近辺）で生
じる。このように共振現象が電動モータ１の実用
域外で生じる理由は明らかではないが、実験結果
から推定すると上記実施例のように内歯歯車と外
歯歯車の歯数差が１の遊星差動歯車装置は入力軸
（クランク軸３０）の１回転当たり１のトルク変
動が生じ、したがつて、これに減速比i₁が１／３
の前段減速機２０を取り付けると電動モータ１の
回転数が実用域外である1500rpmを中心とした付
近で1500×（１／３）×１＝500程度の毎分当たり
トルク変動が生じ、このトルク変動数が駆動系の
固有振動数8.4ヘルツ（500振動／分）にほぼ一致
して共振を起こすものと考えられる。 これに対し、内歯と外歯の歯数差が２の調和歯
車装置の場合は、実験結果から推定すると、入力
軸（ウエーブジエネレータ）の１回転当たり２の
トルク変動が生じ、したがつて、これに減速比
１／３の前段減速機を取り付けると、電動モータ
の回転数が750rpm付近で750×１／３×２＝500
の毎分当たりトルク変動が生じ、駆動系の固有振
動数f₀が上記実施例と同様8.4ヘルツ（500振動／
毎分）であるならば電動モータの回転数が実用域
内である750rpm付近で共振が生じるものと考え
られる。この場合、毎分当たり加振数がおよそ
500のときに共振が生じるのであるから、調和歯
車減速機に減速比i₁＝１／６程度の前段減速機を
設けることにより共振時の電動モータの回転数を
実用域外である1500rpmを中心とする付近にまで
上げることも考えらえる。しかし、調和歯車減速
機の減速比i₂は最小でも１／80程であるから、総
減速比ｉは最小でも１／480となり、１〜
1000rpmを実用域とする電動モータが一般に必要
とする減速比ｉ（１／120程度）を満足できないた
め、実用できないことになる。 このように、本実施例においては、必要な場合
に前段減速機２０，２１の減速比等を適宜設定し
て共振現象が電動モータ１の実用回転域内で生じ
るのを防止することができる。 また、本考案の減速装置３においては、テーパ
ーピン６１および６３によつて一対のフランジ３
２と第２アーム１２に固定されたフランジ部１０
ａとの相対的配置を位置決めし、かつ、第２アー
ム１２側と一対のフランジ３２とはボルト４６に
よつて同時に一体的に結合している。したがつ
て、構造が簡単となり、組立、分解が容易とな
る。また、外歯歯車２９の貫通孔２９ｅの径は充
分大きく取れるので、貫通孔２９ｅ内を遊嵌する
ブロツク体３５内のボルト孔の内径が大きくで
き、ボルト４６の本数を少なくできる。また、減
速装置３とロボツト側との連結が減速装置３の内
部のスペースを有効に活用したボルト４６によつ
ているので、減速装置３の外側にフランジ等を設
けて連結する必要がなく、小型軽量化ができる。
また、テーパーピン６１，６３はボルトヘツド等
のような拡径部が形成されないから太くすること
ができ、特にテーパーピン６３が減速装置３の駆
動時に生ずるねじり方向の荷重を支持するので、
大きなねじり負荷にも耐えられる。 なお、電動モータ１および前段減速機２０の振
動は駆動系の発振に影響を及ぼさない。これは、
これらの振動は小さいこと、後段減速機２１を介
することにより吸収されること等によるものと考
えられる。 （実施例） 前述の実施例の減速装置のほかに次表の比較例
１〜３に示す減速装置について実施した振動測定
試験について説明する。前述の実施例および比較
例１，２の偏心振動型の遊星歯車減速機は、クラ
ンク軸および外歯歯車の揺動によるアンバランス
を防いで振動の振幅を小さくするため、後述する
第２〜第３実施例同様に外歯歯車を２枚としこれ
らを180度の位相差をもつて組み付けたもので、
かつ、内歯歯車が外歯歯車の歯数より１つ多い歯
数を有するものを用いた。また、調和歯車減速機
は内歯歯車が外歯歯車の歯数より２つ多い歯数を
有するものを用いた。それぞれの減速装置の減速
段数、減速比i₁，i₂、回転ばね定数K₁（第８図参
照）および慣性モーメントＪは次表に示してあ
る。

【表】 速は平方軸型の平歯歯車列減速
機を示す。
実験は第５図に示す全体構成図によつて実施し
た。すなわち、電動サーボモータ５１の出力軸５
１ａに減速装置５２を取り付け、減速装置５２の
出力軸５２ａにロボツトの被駆動部（第２アー
ム）の慣性モーメントＪに相当する慣性負荷とし
てフライホイール５３が取り付けられた。フライ
ホイール側面５３ａの半径上の位置に、円周方向
の加速度および振幅を測定できる圧電素子を利用
した加速度ピツクアツプ５４を取り付けた。この
加速度ピツクアツプ５４の出力はインジケータ５
６に連結されている。モータ５１、減速装置５２
およびフライホイール５３から成る駆動系の固有
振動数f₀は約8.4ヘルツになるよう調整してある。
電動モータの回転数を変化させて、その時のフラ
イホイールの加速度の大きさを測定した。測定結
果は第４図に示す。横軸は電動サーボモータ５１
の回転数であり、縦軸は加速度ピツクアツプ５４
で検出された円周方向の加速度（単位：Ｇ）を示
す。 比較例１、比較例２および比較例３において
は、共振のピークはそれぞれ、電動モータ５１の
回転数が、略750rpm、略500rpmおよび略
250rpmのときであり、電動モータ５１の通常制
御回転数０〜1000rpmの範囲で共振が起こつてい
る。しかしながら、本考案に係る減速装置を用い
た実施例の場合には、電動モータの実用域外であ
る1500rpmを中心とする近傍で共振現象が生じ
る。 比較例２と比較例３の対比から、共振時におけ
る電動モータ５１の回転数は内歯歯車と外歯歯車
の歯数差が１の遊星歯車減速機が歯数差２の調和
歯車装置の２倍となることが認められる。また、
実施例、比較例１および比較例２の対比から共振
時における電動モータ５１の回転数は前段減速機
の減速比i₁に比例していることが認められる。 次に本考案の第２実施例として、前述した第１
実施例の減速装置３を改良した場合について第６
図、第７図に基づいて説明する。なお、第１実施
例と同一構成については、第１実施例と同一の符
号を用いて説明する。 第６図、第７図において、４０は第１図に示し
た電動モータ１によつて駆動される減速装置であ
り、減速装置４０は電動モータ１の回転軸７に連
結された平行軸型の前段減速機２０と、この前段
減速機２０に連結された後段の遊星歯車減速機２
１と、から構成されている。 電動モータ１の回転軸７の先端部７ａはテーパ
ー軸であり、先端にねじ部７ｂを有する。ねじ部
７ｂにはモータ出力軸の一部を構成する連結軸７
ｃが螺合されている。８は入力回転軸であり、先
端部８ａに前段減速機２０のピニオン２２が設け
られると共にモータ回転軸７を貫通させる孔８ｂ
を有し、且つ孔８ｂは回転軸７のテーパ部と係合
するテーパ孔部を有する。入力回転軸８は電動モ
ータ１の回転軸７の先端部７ａにナツト２３によ
りねじり止めされる。回転軸７の先端部７ａは入
力回転軸８に半月キー２４により固定されてい
る。このような構成により入力回転軸８の先端部
８ａの軸径はモータ回転軸７の軸径より小さくす
ることができ、したがつて、ピニオン２２の歯数
はモータ回転軸７に歯車を直接装着させる場合に
比べ、少なくすることができ、容量の割に回転軸
径の大きい市販電動モータ１を用いる場合であつ
ても、所定の前段減速比を得ることができる。ピ
ニオン２２に噛み合う３個の平歯車２５は、後述
する３本の入力クランク軸３０にそれぞれ結合し
ている。 後段減速機２１は筒体４に固定して設けられた
内歯歯車２８と、内歯歯車２８に噛み合う一対の
外歯歯車２９と、外歯歯車２９に係合して外歯歯
車２９を揺動回転させる偏心入力軸としての３本
の入力クランク軸３０と、から構成されている。
また、内歯歯車２８はピン歯３１を用いたピン歯
車で構成され、かつ外歯歯車２９の歯数よりわず
かに例えば１つだけ多い歯数を有している。３３
は円板部であり、円板部３３は遊星歯車減速機２
１の前端部を構成し、かつ、入力クランク軸３０
を円周上に等配しベアリング３４を介して軸支し
ている。３５はブロツク体であり、ブロツク体３
５はその中心部に軸方向の円筒状孔３６を有し、
入力回転軸８が遊嵌されている。同様に外歯歯車
２９および円板部３３の中心部にも孔が設けられ
ている。ブロツク体３５はその後端部３５ｃが凹
状に形成されており、軸１０のフランジ部１０ａ
とこの後端部３５ｃとによつて形成された空洞内
には、前端減速機２０が収納されている。ブロツ
ク体３５には入力クランク軸３０を円周上に等配
しベアリング４１を介して軸支している。入力ク
ランク軸３０の延在部３０ａはブロツク体３５の
後端部３５ｃから突出し、平歯車２５に固定され
ている。 入力クランク軸３０は円板部３３とブロツク体
３５の中央部に軸支され、入力クランク軸３０の
中央には180°の位相差をもつ一対のクランク部４
２を有し、各クランク部４２はベアリング４３を
介して外歯歯車２９を偏心揺動させるようにして
いる。ここで、前述した円板部３３と、ブロツク
体３５とは支持体４４を構成しており、支持体４
４はピン６３によりフランジ部１０ａと回転方向
一体に結合されるとともに、ボルト４６によつて
フランジ部１０ａに締め付け結合されている。な
お、４７は、弛み止めのための固定ナツトであ
る。前述以外の構成は第１実施例と同じである。 電動モータ１の回転は回転軸７および入力回転
軸８を介して前段減速機２０のピニオン２２に伝
達され、前段減速機２０で減速される。前段減速
機２０の出力は平歯車２５により遊星歯車減速機
２１のクランク軸３０に入力される。次いで、ク
ランク軸３０の回転により偏心揺動させられる外
歯歯車２９と、この外歯歯車２９と噛み合い外歯
歯車２９より１つ多い歯数を有する内歯歯車２８
とによりさらに減速され、外歯歯車２９のゆつく
りした自転運動はキヤリアとして作用する支持体
４４から軸１０に伝達され第２アーム１２が回動
される。 本実施例においては、電動モータ１の通常制御
回転数は１〜1000rpm、前段減速機２０の減速比
i₁は１／３、遊星歯車減速機２１の減速比i₂は
１／40、減速装置３の総減速比ｉは１／120、電
動モータ１、減速装置３および第２アーム１２を
含んで構成される駆動系の固有ねじり振動数f₀は
約8.4ヘルツである。したがつて、電動モータ１
は産業ロボツトの駆動系の固有ねじり振動数に対
応する回転数（8.4ヘルツに相当する500rpm）を
通常制御域（１〜1000rpm）内に有している。ま
た、前段減速機２０は電動モータ１の通常制御域
における毎秒最高回転数（1000rpmに相当する毎
秒16.7回転）を、駆動系の固有ねじり振動数f₀以
下になるよう（毎秒5.6回転）に減速する減速比i₁
（１／３）を有している。 減速装置４０の回転ばね定数K₁は約37.5Kg・
ｍ／分である。この実施例の場合の作用および振
動特性は、前述の第１実施例と同様になる。 次に、第９図に示す産業ロボツト６５に用いた
本考案に係る産業ロボツトの関節駆動装置の第３
実施例を図面を用いて説明する。 第９図において、産業ロボツト６５は第１関節
６６と、第１関節６６に連結する第２関節６７
と、第２関節６７に連結する第１アーム８３およ
び第２アーム６８とから構成されている。第１関
節６６は支柱７１の上側の旋回盤７３を矢印Ｐ方
向に回動し、第２関節６７は旋回盤７３を固定さ
れたブラケツト８１の上側の第１アーム８３を矢
印Ｑ方向に回動し、第２アーム６８の先端部６８
ａの３次元的移動を可能にする。 第１０図は本考案の第３実施例を示す図であ
り、前述の第１実施例と同一構成については、同
一符号を用いて説明する。 第１０図において、７０は減速装置であり、減
速装置７０は、第９図に示す産業ロボツトの第１
関節６６において、第１部材としての筒状の支柱
７１の内側に内装されている。減速装置７０は電
動モータ１に連結された平行軸型の前段減速機２
０と、この前段減速機２０に連結された後段の遊
星歯車減速機２１とから構成され、遊星歯車減速
機２１に回転の位相を180度ずらした２つの外歯
歯車（２９ａおよび２９ｂ）を設けている。 電動モータ１のフランジ２は、筒体４を介して
支柱７１にボルト４ｂを用いて固定されている。
電動モータ１の上側のほぼ垂直な回転軸７は前段
減速機２０のピニオン２２に固定され、ピニオン
２２に噛み合う３個の平歯車２５は、後述する３
本の入力クランク軸３０の延在部３０ａにそれぞ
れ固定されている。遊星歯車減速機２１は前段減
速機２０の上側に配置され、筒体４に固定して設
けられた内歯歯車２８と、内歯歯車２８に噛み合
う一対の外歯歯車２９ａ，２９ｂ（以下、添字を
つけない２９で代表する）と、外歯歯車２９に嵌
合して外歯歯車２９を揺動回転させる偏心入力軸
としての３本の入力クランク軸３０と、から構成
されている。入力クランク軸３０は遊星歯車減速
機２１の下端部を構成する円板部３３にベアリン
グ３４を介して軸支され、遊星歯車減速機２１の
上端部および外歯歯車２９の円周上に等配して設
けられた貫通孔内を挿通したブロツク体３５にベ
アリング４１を介して軸支されている。ブロツク
体３５と円板部３３とは支持体（キヤリア）４４
を構成し、ブロツク体３５のフランジ部３５ａお
よび円板部３３とからなる一対のフランジ３２
と、支柱７１の上側に設けられた第２部材として
の円筒状体の旋回盤７３の底部７３ａとはボルト
４６および図示しないテーパーピンにより同時に
一体的に結合固定されている。底部７３ａと支柱
７１の上部７１ａとの間にはベアリング７４が設
けられ、支持体（キヤリア）４４の自転に伴い、
旋回盤７３は回転する。前述以外の構成、作用お
よび振動特性は第１実施例と同じであり省略す
る。 第１１図は本考案の第４実施例を示す図であ
り、前述の第１実施例と同一構成については、同
一符号を用いて説明する。 第１１図において、８０は減速装置であり、減
速装置８０は第９図に示す産業ロボツトの第２関
節６７に用いたものである。第１部材としての箱
型のブラケツト８１は前述の第１関節６６の旋回
盤７３の上側に一体的に固定されている。減速装
置８０は電動モータ１に連結された平行軸型の前
段減速機２０とこの前段減速機２０に連結された
後段の遊星歯車減速機２１とから構成されてい
る。電動モータ１のフランジ２はブラケツト８１
にボルト４６を用いて固定され、電動モータ１の
回転軸７は前段減速機２０のピニオン２２に固定
され、ピニオン２２に噛み合う３個の平歯車２５
は後述する３本の入力クランク軸３０の延在部３
０ａにそれぞれ固定されている。遊星歯車減速機
２１の入力クランク軸３０の前端部はベアリング
４１を介して板状のブロツク体３５に軸支され、
その後端部はベアリング３４を介して円板部３３
に軸支されている。板状のブロツク体３５および
円板部３３は一対のフランジ３２を構成してい
る。これらのフランジ３２の対向する内側部にお
いて、それぞれの円周上等配に設けられた凹部３
５および３３ａの間にはスリーブ８５が貫通孔２
９ｅに遊挿して設けられている。スリーブ８５は
一対のフランジ３２の軸方向および円周方向の位
置決め作用をなすとともに、ピンの作用もなして
いる。ブロツク体３５スリーブ８５および円板部
３３は支持体４４を構成し、これらはボルト４６
およびスリーブ８５によりブラケツト８１に結合
固定されている。ブロツク体３５の円周上の孔８
６は円板部３３の円周上のピン孔８７の加工およ
び組立を行うための工具通し孔である。ピン８８
はピン孔８７に嵌合し、円板部３３とブラケツト
８１との配置を位置決めする。遊星歯車減速機２
１の内歯歯車２８は支持体４４の外周にベアリン
グ８４を介して回動自在に支持されている。内歯
歯車２８は、第２部材としての第１アーム８３の
端部８３ａに一体的に固定されている。 電動モータ１の回転は回転軸７を介して前段減
速機２０のピニオン２２に伝達され、前段減速機
２０で減速される。前段減速機２０の出力は平歯
車２５により遊星歯車減速機２１の入力クランク
軸３０に入力される。次いで、入力クランク軸３
０の回転により偏心揺動させられる一対の外歯歯
車２９ａ，２９ｂ（以下、２９で代表する）と、
この外歯歯車２９と噛み合い外歯歯車２９より一
つ多い歯数を有する内歯歯車２８とによりさらに
減速され、内歯歯車２８のゆつくりした自転は第
１アーム８３を回動させる。前述以外の構成、作
用および振動特性は第１実施例と同じであり、同
じ符号をつけて説明を省略する。 第１２図は本考案の第５実施例を示す図であ
り、これは、前述の第１実施例の構成の一部を変
更したものであり、第１実施例と同一の構成には
同一の符号をつけて説明する。 第５実施例においては、後段の遊星歯車減速機
２１に２本の入力クランク軸３０を用い、図に示
されていない一対のフランジ３２およにフランジ
部１０ａが外歯歯車２９の円周上に設けた長繭形
状の貫通孔２９ｅを通る５本の棒状体６０によつ
て、同時に一体的に結合固定した場合である。２
本の第１ボルト４６ａおよび４６ｂは一対のフラ
ンジ３２をフランジ部１０ａにねじり止め固定
し、小ボルト４８は図示してない円板部３３とブ
ロツク体３５を固定するための組立固定用のもの
である。第１テーパーピン６１は、円板部３３と
前端部３５ｂとの位置決めをし、第２テーパーピ
ン６３はブロツク体３５とフランジ部１０ａとの
位置決めをする。前述以外は第１実施例と同じで
ある。 なお、本考案においては、前段減速機の減速比
は電動モータの毎秒当たり最高回転数を、共振現
象の生じ始めるときの振動数相当（前述した「ね
じり発振周波数」付近）、すなわち駆動系の固有
振動数より若干小さな振動数相当、に減速する値
であればよい。例えば駆動系の固有ねじり振動数
f₀が５〜９Hzの場合であつて、電動モータの最高
回転数が1000rpm、総減速比ｉが１／60〜１／
320のときは前段の最小減速比i₁を約１／1.9〜約
１／６、後段の減速比i₂を１／25〜１／60とする
ことにより共振現象を実用域から外すことができ
る。また駆動系の固有ねじり振動数f₀が５〜９Hz
の場合であつて、電動モータの回転数が最高
2000rpm、総減速比ｉが１／110〜１／320のとき
は、前段の最小減速比i₁を約１／3.7〜約１／6.7、
後段減速比i₂を約１／25〜約１／60とすることに
より共振現象の起きないロボツトの関節装置を得
る。同様（f₀＝５〜９Hz）の場合であつて電動モ
ータ回転数が最高4000rpm、総減速比ｉが１／
210〜１／640のときは、前段の最小減速比i₁を約
１／7.4〜約１／13.3、後段減速比i₂を約１／30〜
約１／60とすればよい。また、駆動系の固有ねじ
り振動数f₀が10〜15Hzの場合であつて、電動モー
タの最高回転数が1000rpm、総減速比ｉが１／80
〜１／300のときは前段の最小減速比i₁を１／1.5
〜１／４、後段の減速比i₂を１／25〜１／60とす
ることにより共振現象を実用域から外すことがで
きる。同様（f₀＝10〜15Hz）の場合であつて、電
動モータの最高回転数が4000rpm、総減速比が
１／125〜１／600のときは、前段の減速比i₁を約
１／4.5〜約１／10、後段の減速比i₂を約１／30〜
約１／100とすればよい。 また、上述のような共振防止対策が特に要求さ
れない場合でも、本考案の適用によつて小型、軽
量でねじり剛性が大きく、耐荷重性能に優れた産
業ロボツトの関節駆動装置を提供することができ
る。 （考案の効果） 以上説明したように、本考案によれば、外歯歯
車に設けた孔からボルトおよびピンを通して減速
装置内の一対のフランジとロボツトの第２部材と
を一体的に結合するようにしているので、構造が
簡単で組立および分解が容易な産業ロボツトの関
節駆動装置を提供することができる。 また、減速装置内の空間を有効に活用できるの
で、小型、軽量化を図ることができ、ボルトおよ
びピンの径を大きくして関節駆動装置のねじり剛
性を高め、大きな負荷にたえさせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本考案に係る産業ロボツト
の関節駆動装置の第１実施例を説明する図であ
り、第１図はその全体概略説明図、第２図はその
減速装置の一部断面図、第３図ａは第２図のａ
−ａ矢視断面図、第３図ｂは第３図ａのｂ−
ｂ矢視断面図、第３図ｃは第３図ａのｃ−
ｃ矢視断面図、第４図は本考案に係る産業ロボツ
トの関節駆動装置の実施例および比較例の性能を
説明する図、第５図は第４図に係る実験例の全体
構成図、第６図は本考案の第２実施例を示すその
要部断面図、第７図は第６図の−矢視断面
図、第８図は減速装置一般の回転ばね定数を示す
特性図である。第９図は本考案に係る産業ロボツ
トの関節駆動装置を用いた産業ロボツトの全体概
念図、第１０図は第９図の第１関節に用いた本考
案の第３実施例の要部断面図、第１１図は第９図
の第２関節に用いた本考案の第４実施例の要部断
面図、第１２図は本考案の第５実施例の要部断面
図である。 １……電動モータ、３，４０，７０，８０，９
０……減速装置、５，７１，８１……第１アーム
（第１部材）、１２，７３，８３……第２アーム
（第２部材）、２０……前段減速機、２１……後段
減速機、２８……内歯歯車、２９……外歯歯車、
２９ｅ……孔（貫通孔）、３０……入力クランク
軸（偏心入力軸）、３２……一対のフランジ、３
３……円板部（他方のフランジ）、３５……ブロ
ツク体、３５ａ……フランジ部（一方のフラン
ジ）、４６……ボルト、４８……小ボルト、６０
……棒状体、６１……第１テーパーピン、６３…
…第２テーパーピン。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ロボツトの第１部材と、第１部材に回動自在
   に支持されたロボツトの第２部材と、第１部材
   に一体的に取り付けられた電動モータの回転を
   減速して第２部材に伝達する歯車減速装置と、
   を備え、前記歯車減速装置が、前記電動モータ
   の回転数を減速する前段減速機と、前段減速機
   の出力の回転数を更に減速する後段の遊星歯車
   減速機と、から構成され、前記遊星歯車減速機
   が、前記前段減速機の出力が入力される偏心入
   力軸、偏心入力軸と係合しその回転により偏心
   揺動させられる外歯歯車、外歯歯車と噛み合う
   内歯歯車および外歯歯車の両側に設けられ前記
   偏心入力軸を支持する一対のフランジを有する
   産業ロボツトの関節駆動装置において、前記第
   ２部材と前記一対のフランジのうち第２部材に
   近接する一方のフランジとを、第２部材から離
   隔した他方のフランジに形成された挿通孔およ
   び前記外歯歯車に形成された孔から通したピン
   によつて回転方向一体に結合し、第２部材と一
   対のフランジとを、前記孔を通り一対のフラン
   ジを貫通するボルトによつて締め付け結合した
   ことを特徴とする産業ロボツトの関節駆動装
   置。 (2) 前記偏心入力軸を前記一対のフランジの円周
   上に複数個等配支持し、前記孔を前記外歯歯車
   における前記複数の偏心入力軸との係合部間の
   それぞれに設けたことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の産業ロボツトの関節
   駆動装置。