JPH06123337A - 複入力・複出力減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、複数の回転入力から複数の
減速された回転出力を得ることができる単一のユニット
化され、かつ、構造部品数の少ない減速装置を提供せん
とすることにある。 【構成】 本発明の複入力・複出力減速装置は、回転入
力を導入する複数の入力軸１０、１２と、その複数の回
転入力を夫々を所定の減速比で減速する複数の減速歯車
機構１４、１６ａ〜１６ｃ：２８、３０ａ〜３０ｃと、
同複数の減速歯車機構の相互間を差動連結する差動歯車
要素１８、１８ａ、１８ｂと、複数の減速回転出力を取
り出す出力軸３２、３４と、それらを収納するハウジン
グ手段５０、５２とを備えた構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の回転入力を減速
して個別の複数の回転出力を得るためのコンパクトな構
造を有し、かつ、構造要素を低減させた減速装置に関
し、サーボモータを駆動源とした減速出力装置に適用可
能であり、産業用ロボットの関節部、殊に、手首関節部
の駆動手段等としての産業上の利用性を有する複入力、
複出力減速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々のモータを回転駆動源にして、その
モータからの回転入力を所望の減速比で減速して回転出
力を得る減速装置は多種のものが有る。例えば、多段ギ
アによる減速装置、ベルト・プーリ式減速装置、チェー
ン・スプロケット式減速装置等が従来からの典型的な減
速装置であり、他方、最近は、産業用ロボットの関節部
における駆動手段としてサーボモータの回転入力から各
関節の動作速度や所要トルクに応じた回転出力に減速し
て入、出力を同軸上で得るようにし、その減速された回
転出力によって関節部を駆動するコンパクトにユニット
化された減速装置も汎用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来の減
速装置は、１つの回転入力から１つの減速された回転出
力を得るものであり、故に、この種の従来の減速装置を
例えば産業用ロボットの関節部における駆動手段として
使用する場合には、関節部が複数の動作軸を有すると
き、各軸毎にサーボモータと減速装置とを対にして配設
する必要がある。

【０００４】産業用ロボットの手首関節部のように、ロ
ボット動作上から外形を小さく設計する必要があるとこ
ろでは、各軸毎の駆動源を全てその手首関節部分に集約
して設けることは不可能であり、故に、結局は手首の各
出力軸付近ではなく、同手首を先端に備えたアームの後
端領域のような外形寸法上で制約の少ない所にサーボモ
ータ等の回転駆動源を搭載し、同回転駆動源からアーム
中に延設されたドライブ軸を介して手首部分の領域に組
み込んだ減速装置まで回転入力を伝達する構成を採らな
ければならなかった。その結果、２軸または３軸と動作
軸数が多い手首関節部に対しては、ドライブ軸や減速装
置を中空同軸構造にすることで一つの軸系内部に他の軸
系を貫通、配置する等の構造の集約化を図り、コンパク
トな駆動機構を実現しなけれはならず、極めて複雑かつ
設計の困難な構造になると言う問題点があった。

【０００５】依って、本発明の目的は、減速装置の構造
を一変させ、１つのユニット化された減速装置が複数の
回転入力から同複数の回転出力を得られると共に単に従
来の複数の減速装置を結合、集約することではなく、複
数の入力系と出力系との間で共用される減速要素を導入
して回転入力の駆動源を含めた全体構造のコンパクト化
を果たした複入力、複出力減速装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、同軸に入力さ
れる複数の回転入力を複数の減速歯車機構で減速して複
数の回転出力を得るようにし、かつ、複数の減速歯車機
構には相互に共用される歯車要素を組み込むことによ
り、装置内の作動構造要素数の低減を図り、かつ１つの
ハウジング内に上記の複数の減速歯車機構を集約的に組
み込むことによりユニット化を図った構成としたもので
ある。

【０００７】すなわち、本発明によれば、複数の回転入
力を導入する入力軸手段と、該複数の入力軸手段から導
入された複数の回転入力の夫々を所定の減速比で減速す
る複数の減速歯車手段と、該複数の減速歯車手段の相互
間を差動連結する差動歯車要素と、前記複数の減速歯車
手段と前記差動歯車要素とを介して前記回転入力と同複
数の減速回転出力を取り出す出力軸手段と、前記入力軸
手段、前記複数の減速歯車手段、前記差動歯車要素、前
記出力軸手段を一体にして収納するケース手段とを具備
して構成された複入力・複出力減速装置が提供される。

【０００８】

【作用】上記の構成の複入力・複出力減速装置による
と、複数の減速歯車手段が相互に１つの差動歯車要素を
共用することにより、コンパクトな複入力・複出力減速
装置が得られる。従って、産業用ロボットの関節軸等に
適用してコンパクトな減速装置として用いることができ
る。以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて、
更に、詳細に説明する。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の１実施例による複入力、複
出力減速装置の構成を示す斜視図であり、図２は同装置
の組立状態を図示した透視立体図、図３は、本発明に係
る複入力、複出力減速装置を産業用ロボットの手首関節
に組み込んだ状態を示す略示機構図、図４は図１の減速
装置の変形例を示す略示断面図である。

【００１０】図１および図２を参照すると、本実施例に
よる複入力、複出力減速装置は、２つの回転入力を夫々
減速して２つの回転出力を得る減速装置として構成され
た実施例であり、第１回転入力軸１０と第２回転入力軸
１２とを有している。前者の第１回転入力軸１０は後者
の第２回転入力軸１２の中心部を軸方向に貫通して延設
され、先端に平歯又は斜歯を有した円筒形ピニオン１４
を入力側の太陽歯車として有している。他方、第２回転
入力軸１２は、先端に同じく入力側の太陽歯車として小
ベベルギア２８を有している。

【００１１】第１回転入力軸１０の上記円筒形ピニオン
１４は、その歯数より多い歯数を有した円周上に等間隔
で配置された３つの同一歯車緒元を有した被動歯車１６
ａ、１６ｂ、１６ｃに噛合して設けられ、これらの３つ
の被動歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、どれも円環状の
内歯太陽歯車として形成されたリングギア１８の内歯１
８ａに３点位置で遊星歯車式に配置されている。

【００１２】然しながら、上記の３つの被動歯車１６
ａ、１６ｂ、１６ｃは、外部要素、即ち、装置機枠等に
結合されて固定要素を形成する固定円板部材２０に設け
られた３つの軸２２に対して軸受を介して自転は可能に
取付けられているが、リングギア１８に対しては遊星動
作を阻止された構成に設けられている。従って、円筒形
ピニオン１４の回転入力は、３つの被動歯車１６ａ〜１
６ｃの各被動歯車の自転を生起し、このとき、３つの被
動歯車１６ａ〜１６ｃは円筒形ピニオン１４の歯数との
歯数比に応じた減速比に従って回転せしめられ、更に、
同被動歯車１６ａ〜１６ｃの各歯車の歯数と太陽歯車で
あるリングギア１８の歯数との減速比に応じた減速回転
がリングギア１８に伝動されて同リングギア１８の減速
回転を発生させる。つまり、円筒形ピニオン１４、被動
歯車１６ａ〜１６ｃ、リングギア１８により第１の減速
歯車系を形成している。ここで、上記リングギア１８に
は内歯１８ａと共に内奥側に同心に、かつ、山歯状に削
設された他の内歯１８ｂを有している。

【００１３】さて、第２回転入力軸１２の先端に取着さ
れた前記の小ベベルギヤ２８は、太陽歯車を形成し、同
じく外側の太陽歯車を形成するリングギア１８の傘歯状
の内歯１８ｂに斜交状態で噛合した同一歯車緒元を有し
た３つの遊星歯車であるベベルギア３０ａ、３０ｂ、３
０ｃに噛合している。このとき、太陽歯車である小ベベ
ルギヤ２８の歯数より３つの遊星ベベルギア３０ａ、３
０ｂ、３０ｃの夫々の歯数は大きく形成され、従ってこ
れらの３つのベベルギア３０ａ〜３０ｃは夫々、小ベベ
ルギヤ２８の回転入力から歯数比に応じて減速された回
転速度で自転を行う。

【００１４】さて、上述のように各々が自転する３つの
遊星ベベルギア３０ａ〜３０ｃは、上述のように太陽歯
車であるリングギア１８の内歯１８ｂに斜交状態に噛合
するように設けられているが、このような斜交配置か
ら、第２回転入力軸１２の中心線上に頂点を有した円錐
の１つの母線を各自転中心にして単一の結合部材３２上
の等間隔位置に夫々、回転軸受を介して上記の自転が自
在に取付けられ、かつ同結合部材３２で一体化されたこ
れらの３つのベベルギア３０ａ〜３０ｃは、太陽歯車を
成すリングギア１８の内歯１８ｂとの噛合により、当該
リングギア１８に対して一体となって相対的に遊星運動
ないし公転が自在に設けられている。つまり、小ベベル
ギヤ２８、３つの遊星ベベルギヤ３０ａ〜３０ｃ、内歯
１８ｂを有した太陽リングギア１８で、第２の減速歯車
系を形成しているのである。そして、太陽リングギア１
８は上記の第１、第２の減速歯車系における共通の減速
歯車要素として機能する特殊な構成を有し、故に、この
太陽リングギア１８が２つの減速歯車系の共通機能要素
として設けられていることにより、コンパクトな複入
力、複出力減速装置を形成しており、逆に、この太陽リ
ングギア１８を取り除くと、第１、第２の減速歯車手段
は何れも夫々の回転入力を減速する能力を喪失してしま
う構成となっている。

【００１５】さて、上述した第１、第２の回転入力は、
減速されて第２の減速歯車系における３つのベベルギア
３０ａ〜３０ｃを結合する結合部材３２の公転回転を第
１の減速回転出力として取出し、また、これら３つのベ
ベルギヤ３０ａ〜３０ｃにおける何れか１つのベベルギ
ヤ（図示例ではベベルギヤ３０ａ）の自転回転を第２の
減速回転出力として取出し得ることが理解できる。

【００１６】ここで、第１、第２の回転入力をＩｐ−
１、Ｉｐ−２、第１、第２の減速回転出力をＯｐ−１、
Ｏｐ−２、ピニオン１４の歯数をＺ１ｓ、小ベベルギヤ
２８の歯数をＺ２ｓ、被動歯車１６ａ〜１６ｃの各々の
歯数をＺ１ｐ、リングギア１８の内歯１８ａの歯数をＺ
１ｒ、同リングギア１８の内歯１８ｂの歯数をＺ２ｒ、
また、３つのベベルギヤ３０ａ〜３０ｃの各々の歯数を
Ｚ２ｐとすると、周知の遊星歯車機構の原理から、次式
（１）、（２）の関係が得られる。

【００１７】

【００１８】なお、図１及び図２の図示においては、第
１の減速回転出力Ｏｐ−２を得るベベルギア３０ａにの
み、出力軸３４が突出されており、他のベベルギヤ３０
ｂ、３０ｃの出力軸は結合部材３２に回転軸受を介して
自転自在に嵌合され、突出状態には無い構造とした場合
を示している。そして、第１、第２の回転入力軸１０、
１２は、夫々を個別のサーボモータ等の回転駆動源に接
続し、かつ、上記の（１）式、（２）式における各減速
歯車の歯数を適宜に選定、設定すれば、適用する個々の
機器における所望の減速回転出力を得ることが可能とな
るのである。

【００１９】なお、図１、図２には図示されていない
が、上述した第１、第２の減速歯車系は容器状の装置ハ
ウジング内に収納され、単一の減速装置を形成するよう
に構成されることは言うまでもない。

【００２０】図３は、このうような複入力、複出力減速
装置を産業用ロボットの手首関節の駆動機構に組み込ん
だ場合の適用例を示している。図３において、手首関節
部はロボットアーム４０の中空室４２をドライブ軸４
４、４６で伝動れた２つの回転入力を、適宜のベベルギ
ヤ機構４８で方向変換してから、当該ロボットアーム４
０の先端に固定された第１の手首ハウジング５０と、同
第１の手首ハウジング５０に対して回転軸受５４を介し
て枢着された第２の手首ハウジング５２から成る手首関
節ハウジング内に装着した複入力、複出力減速装置６０
を介して２つの減速回転出力Ｏｐ−１、Ｏｐ−２を得る
ように構成されている。

【００２１】ここで、第１の減速回転出力Ｏｐ−１は、
第２の手首ハウジング５２の回転出力として取り出され
ており、第２の減速回転出力Ｏｐ−２は減速装置６０の
自転ベベルギヤで形成される出力要素６２に装着した手
首フランジ５６の回転出力として取り出されている。な
お、５８は減速装置６０の出力要素６２の回転軸受であ
る。また、本実施例では、図１、図２に示した減速装置
の固定部材２０に対応した部材側から２つの回転入力を
導入し、その導入側と反対側から２つの回転出力を得る
構成としている。

【００２２】この構成から明らかなように、手首関節ハ
ウジング内に単一の減速装置６０を組み込み、これをロ
ボットアーム系からドライブ軸４４、４６を介して入力
されるサーボモータの２つの回転入力に入力端側で結合
すると、２つの減速回転出力を得ることが可能であり、
従来の手首関節のように、２つの減速装置を狭小な空間
内に配置する煩瑣、複雑性を解消して簡単に手首関節を
構成できる利点が得られるのである。

【００２３】図４は、本発明による他の実施例の構成を
示した断面図であり、本実施例では、上述の実施例と異
なり、２つの回転入力を互いに対向する同軸配置の２つ
の入力軸１１０と１２２とから入力する構成としたもの
である。なお、他の減速歯車要素類は、前述した第１の
実施例と同様の構成であり、対応性を容易に理解できる
ように、図１、図２の実施例の各歯車要素の参照番号に
１００を加えた参照番号で示してある。斯くして、図４
に示す実施例においても、単一のユニット化された減速
装置において、２つの回転入力から２つの減速回転出力
が得られるように構成されている。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、単一のハウジング体の内部に複数組の減速歯
車系を収納し、しかもそれら複数の減速系で共用される
減速歯車要素を用いることにより、構造部品数を削減
し、しかも、コンパクト化した複入力、複出力の新規な
減速装置が得られる。故に、産業用ロボットの関節部分
を始めとする種々の機器における組込みが簡単で占有空
間の少ない複数の入力から複数の減速出力を得る減速装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の１実施例による複入力、複出
力減速装置の構成を示す分解斜視図である。（ｂ）は、
その一部の断面図である。

【図２】同装置の組立状態を図示した透視立体図であ
る。

【図３】本発明に係る複入力、複出力減速装置を産業用
ロボットの手首関節に組み込んだ状態を示す略示機構図
である。

【図４】図１の減速装置の変形実施例例を示す略示断面
図である。

【符号の説明】

１０…第１回転入力軸 １２…第２回転入力軸 １４…円筒形ピニオン １６ａ〜１６ｃ…被動歯車 １８…リングギア １８ａ…内歯 １８ｂ…他の内歯 ２０…固定円板部材 ２２…軸 ２８…小ベベルギヤ ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…ベベルギア ３２…結合部材 ３４…出力軸 ５０…第１の手首ハウジング ５２…第２の手首ハウジング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の回転入力を導入する入力軸手段
   と、 該複数の入力軸手段から導入された複数の回転入力の夫
   々を所定の減速比で減速する複数の減速歯車手段と、 該複数の減速歯車手段の相互間を差動連結する差動歯車
   要素と、 前記複数の減速歯車手段と前記差動歯車要素とを介して
   前記回転入力と同複数の減速回転出力を取り出す出力軸
   手段と、 前記入力軸手段、前記複数の減速歯車手段、前記差動歯
   車要素、前記出力軸手段を一体にして収納するケース手
   段とを、具備して構成されたことを特徴とする複入力・
   複出力減速装置。