(57)【要約】  環状を有する太陽歯車と、太陽歯車に噛み合うとともに太陽歯車の中心軸Ｏを中心として公転する遊星歯車と、太陽歯車と同軸状に固定配置されるとともに遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、固定内歯歯車と異なる歯数とされ、太陽歯車と同軸状に回転可能に配置されるとともに遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、太陽歯車を前記中心軸周りに回転させる駆動モータと、を備える。可動内歯歯車には、筒状の出力軸が設けられ、この出力軸は環状回転支持部材によって保持される。駆動モータは、その駆動軸が太陽歯車の中心軸Ｏに対して偏倚するように配置される。太陽歯車の内周側には、中心軸Ｏに沿って延びる貫通孔が設けられる。
2008136405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動装置であって、
環状を有する太陽歯車と、
前記太陽歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車の中心軸を中心として公転する遊星歯車と、
前記太陽歯車と同軸状に固定配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、
前記固定内歯歯車と異なる歯数とされ、前記太陽歯車と同軸状に回転可能に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、
前記太陽歯車を前記中心軸周りに回転させる駆動モータと、を含み、
前記可動内歯歯車には、筒状の出力軸が設けられ、この出力軸は環状回転支持部材によって保持され、
前記駆動モータは、その駆動軸が前記太陽歯車の前記中心軸に対して偏倚するように配置され、
前記太陽歯車の内周側に、前記中心軸に沿って延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転駆動装置において、
前記太陽歯車が、環状の回転支持部材によって支持されていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転駆動装置において、
前記駆動モータを複数有することを特徴とする回転駆動装置。
【請求項４】
ロボット関節構造であって、
請求項１に記載の回転駆動装置を２つ含み、
一方の回転駆動装置の駆動モータと他方の回転駆動装置の駆動モータとが互いに交差し、かつ、両回転駆動装置の中心軸同士が交差することを特徴とするロボット関節構造。
【請求項５】
ロボットアームであって、
請求項４に記載のロボットの関節構造を含むことを特徴とするロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動装置、ロボットの関節構造、及び、ロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる不思議遊星歯車を利用した減速機と前記太陽ギアを回転駆動させる駆動モータとで構成された回転駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
不思議遊星歯車は、太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合うとともに前記太陽歯車の中心軸を中心として公転する遊星歯車と、この遊星歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車と同軸に固定配置された固定内歯歯車と、この固定内歯歯車と歯数が異なり、前記遊星歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車と同軸に回転可能に配置された可動内歯歯車とを有し、この可動内歯歯車の中心部分に出力軸が設けられている。【０００３】
太陽歯車が回転すると、遊星歯車は、自転及び太陽歯車の中心軸周りに公転する。遊星歯車と噛み合う固定内歯歯車と可動内歯歯車とが歯数が異なるように構成されているので、遊星歯車の公転及び自転によって固定内歯歯車と可動内歯歯車との回転方向の相対位置がずれていき、可動内歯歯車が中心軸周りに回転することになる。
不思議遊星歯車における減速比Ｕは、太陽歯車の歯数をＺ１、固定内歯歯車の歯数をＺ２、可動内歯歯車の歯数をＺ３とすると、次の式で表現される。
Ｕ＝（（１＋Ｚ２／Ｚ１）／（１−Ｚ２／Ｚ３））
固定内歯歯車の歯数Ｚ２と可動内歯歯車の歯数Ｚ３と差を小さくすることで、大きな減速比を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２７４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された回転駆動装置においては、駆動モータの駆動軸と、この回転駆動装置の出力軸とが、太陽歯車の中心軸上に配置されているので、出力軸を強固に保持する回転支持部材を配することができず、高剛性の回転駆動装置を構成することができなかった。【０００５】
例えば、ロボットアーム等の関節構造として、不思議遊星歯車を有する回転駆動装置を使用した場合、小型の駆動モータでも大きなトルクを得ることができ、関節構造の小型化及び省エネルギー化を図ることができる。
しかしながら、特許文献１に記載された回転駆動装置においては、回転駆動装置の出力軸が太陽歯車の中心軸上に配置されているので、電源ケーブルや信号ケーブル等を出力軸の外周側に配置する必要がある。
したがって、出力軸を回転させた際にこれらの電源ケーブルや信号ケーブルも合わせて移動してしまうため、配線が非常に困難であった。【０００６】
ロボットの関節構造においては、中心軸が直交する２つの回転駆動装置によって直交２軸の関節構造を構成することにより、複雑な動作を行わせることができる。
しかしながら、特許文献１に記載の回転駆動装置においては駆動モータが中心軸上に配置されており、２つの回転駆動装置を近接させると駆動モータ同士が干渉してしまうので、直交２軸の関節構造を小型に構成することができなかった。【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、高剛性、かつ、電源ケーブルや信号ケーブル等の配線が容易な回転駆動装置と、この回転駆動装置を用いたロボットの関節構造及びこのロボットの関節構造を備えたロボットアーム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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様（aspect）は、回転駆動装置であって、環状をなす太陽歯車と、前記太陽歯車に噛み合うとともに前記太陽歯車の中心軸を中心として公転する遊星歯車と、前記太陽歯車と同軸状に固定配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う固定内歯歯車と、前記固定内歯歯車と異なる歯数とされ、前記太陽歯車と同軸状に回転可能に配置されるとともに前記遊星歯車に噛み合う可動内歯歯車と、前記太陽歯車を前記中心軸周りに回転させる駆動モータと、を含み、前記可動内歯歯車には、筒状の出力軸が設けられ、この出力軸は環状回転支持部材によって保持されており、前記駆動モータは、その駆動軸が前記太陽歯車の前記中心軸に対して偏倚するように配置され、前記太陽歯車の内周側に、前記中心軸に沿って延びる貫通孔が設けられていることを特徴としている。【０００９】
この構成の回転駆動装置においては、駆動モータが、その駆動軸が太陽歯車の中心軸に対して偏倚するように配置されているので、可動内歯歯車に設けられた出力軸を大径の環状回転支持部材によって強固に保持することができる。これにより、出力軸（可動内歯歯車）の回転がふらつくことがなく、高剛性の回転駆動装置を構成することができる。また、駆動モータ同士が干渉しないので、２つの回転駆動装置をそれぞれの中心軸が交差するように近接させて組み付けることができ、２軸の関節構造を小型に構成することができる。【００１０】
さらに、太陽歯車の内周側に、前記中心軸に沿って延びる貫通孔が設けられているので、電源ケーブルや信号ケーブル等を太陽歯車の中心軸に沿って配線することができる。よって、可動内歯歯車や太陽歯車が回転しても電源ケーブルや信号ケーブル等が大きく移動することがなく、配線を容易に行うことができる。【００１１】
本発明の第２の態様は、第１態様において、前記太陽歯車が、環状の回転支持部材によって支持されていることを特徴とする。
この場合、環状の太陽歯車が回転支持部材によって支持されるので、太陽歯車の中心軸がふらつくことがなくなり、高剛性の回転駆動装置を提供することができる。【００１２】
本発明の第３の態様は、第１態様において、前記駆動モータを複数有することを特徴とする。これにより、回転駆動装置の出力が増大する。【００１３】
本発明の第４の態様は、ロボット関節構造であって、第１態様の回転駆動装置を２つ含み、一方の回転駆動装置の駆動モータと他方の回転駆動装置の駆動モータとが互いに交差し、かつ、両回転駆動装置の中心軸同士が交差することを特徴とする。【００１４】
この構成のロボットの関節構造においては、２つの回転駆動装置によって２軸の関節構造が構成されているので、複雑な動作を行うことが可能となる。また、２つの回転駆動装置の駆動モータが互いに交差するように配置されているので、両回転駆動装置を近接させ得、この関節構造の小型化を図ることができる。
また、回転駆動装置に設けられた貫通孔を通じて電源ケーブルや信号ケーブルを配線することにより、複雑な動作をした場合でもこれらケーブル等が大きく移動せず、断線等のトラブルを未然に防止できる。【００１５】
本発明の第５の態様は、ロボットアームであって、第４態様のロボット関節構造を含むことを特徴とする。
この場合、回転駆動装置が減速比の大きな不思議遊星歯車を備えているので、小型の駆動モータであっても大きなトルクを出力することができ、小型、かつ、高出力のロボットアームを構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高剛性、かつ、電源ケーブルや信号ケーブル等の配線が容易な回転駆動装置と、この回転駆動装置を用いたロボットの関節構造及びこのロボットの関節構造を備えたロボットアームを提供することができる。
本発明の上記及び他の目的、作用・効果等については、添付図面及び本発明の実施形態の記載から、当業者に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の回転駆動装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の回転駆動装置を示す正面図である。
【図３】第１実施形態の回転駆動装置を示す側面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態のロボットアームを示す概略斜視図である。
【図７】第２実施形態のロボットアームの関節構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  回転駆動装置
１１  取付けプレート
１５  駆動モータ
１６  駆動軸
２０  減速機
２１  太陽歯車
２２  ボールベアリング（回転支持部材）
２３  遊星歯車
２４  固定内歯歯車
２５  可動内歯歯車
２７  出力軸
２８  ボールベアリング（環状回転支持部材）
３０  ロボットアーム
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の複数の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。
図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施の形態の回転駆動装置１０について説明する。
回転駆動装置１０は、取付けプレート１１と、駆動モータ１５と、いわゆる不思議遊星歯車機構を有する減速機２０と、を備えている。【００２０】
取付けプレート１１は、図１に示すように概略矩形平板状を有し、４つのコーナ部には、取付け用のボルト孔１２が設けられている。
この取付けプレート１１の一方面側（図１及び図３において右側）には、減速機２０が配置され、他方面側（図１及び図３において左側）は、駆動モータ１５が配置されている。【００２１】
駆動モータ１５は、その駆動軸１６の回転中心が太陽歯車２１（後述）の中心軸Ｏに対して偏倚して配置されている。
駆動軸１６の先端には、所定歯数（Ｚ０）を有するピニオン１７が設けられ、このピニオン１７は、太陽歯車２１と噛み合う。【００２２】
次に、減速機２０について図４及び図５に示す断面図を用いて説明する。
減速機２０は、中心軸Ｏを中心にして回転可能に配置された太陽歯車２１を備えている。この太陽歯車２１は、環状を有し、その外周面に所定歯数（Ｚ１）の歯形が形成されている。太陽歯車２１は、その内周側に配設された環状のボールベアリング２２によって支持されている。【００２３】
この太陽歯車２１の外周側には、外周面に太陽歯車２１に噛み合う歯形を備える遊星歯車２３が配設されている。この遊星歯車２３は、太陽歯車２１の回転に伴って太陽歯車２１の外周面に沿って中心軸Ｏを中心として公転するように構成されている。なお、本実施形態においては、図５に示すように、３つの遊星歯車２３が、周方向に等間隔（１２０°間隔）に配設されている。【００２４】
これら遊星歯車２３の外周側には、遊星歯車２３に噛み合う歯形を内周面にそれぞれ備えた固定内歯歯車２４及び可動内歯歯車２５が、中心軸Ｏ方向に積み重なるように配置されている。
固定内歯歯車２４は、前記取付けプレート１１に接合されており、中心軸Ｏを同じく中心として固定されている。この固定内歯歯車２４には、図４に示すように、遊星歯車２３の他方側部分が噛み合わされている。なお、この固定内歯歯車２４の歯数はＺ２とされている。【００２５】
可動内歯歯車２５は、中心軸Ｏを同じく中心として回転可能に配置されている。この可動内歯歯車２５には、図４に示すように、遊星歯車２３の一方側部分が噛み合わされている。この可動内歯歯車２５の歯数Ｚ３は、前述の固定内歯歯車２４の歯数Ｚ２と異なるように構成されており、本実施形態では、その歯数差は３とされている。この可動内歯歯車２５の一方側（図４において右側）端部には、中心軸Ｏに直交する円板部２６が形成されている。【００２６】
この円板部２６の中心には、中心軸Ｏを同じく中心とする円筒状の出力軸２７が設けられている。この出力軸２７は、環状のボールベアリング２８によって保持されている。
そして、このように構成された回転駆動装置１０には、中心軸Ｏに沿って延びる貫通孔が設けられている。【００２７】
次に、この回転駆動装置１０の動作について説明する。駆動モータ１５の駆動軸１６の回転にともなって太陽歯車２１が中心軸Ｏ周りに回転させられる。
ここで、駆動軸１６のピニオン１７の歯数がＺ０とされ、太陽歯車２１の歯数がＺ１とされていることから、この部分における減速比Ｕ１は、次の式で表される。    
Ｕ１＝Ｚ１／Ｚ０【００２８】
太陽歯車２１の回転にともなって遊星歯車２３が自転を始める。ここで、遊星歯車２３と噛み合う固定内歯歯車２４が回転しないように取付けプレート１１に固定されているので、遊星歯車２３は中心軸Ｏを中心にして公転することになる。
遊星歯車２３に噛み合う固定内歯歯車２４及び可動内歯歯車２５において、固定内歯歯車２４の歯数Ｚ２と可動内歯歯車２５の歯数Ｚ３とが互いに異なっているので、遊星歯車２３が中心軸Ｏ周りに１回公転した際に、可動内歯歯車２５は固定内歯歯車２４に対してこれらの歯数差の分だけ回転することになる。【００２９】
この部分における減速比Ｕ２は、次の式で表される。
Ｕ２＝（（１＋Ｚ２／Ｚ１）／（１−Ｚ２／Ｚ３））
したがって、この減速機２０全体の減速比Ｕは、次の式で表される。
Ｕ＝Ｕ１×Ｕ２＝（Ｚ１／Ｚ０）×（（１＋Ｚ２／Ｚ１）／（１−Ｚ２／Ｚ３））【００３０】
このような構成を有する回転駆動装置１０においては、減速比Ｕが前述のように非常に大きくなるので、小型の駆動モータ１５を使用しても非常に高いトルクを得ることが可能となる。したがって、高出力、且つ、小型の回転駆動装置１０を提供することができる。
また、駆動モータ１５が、その駆動軸１６が太陽歯車２１の中心軸Ｏに対して偏倚するように配置されているので、可動内歯歯車２５に設けられた筒状の出力軸２７を大径の環状のボールベアリング２８によって強固に保持することができ、出力軸２７がふらつくことがなく、高剛性の回転駆動装置１０を構成することができる。また、駆動モータ１５同士が干渉しないので、２つの回転駆動装置１０をそれぞれの中心軸Ｏが直交するように近接させて組み付けることができ、直交２軸の関節構造を小型に構成することができる。【００３１】
さらに、回転駆動装置１０に中心軸Ｏに沿って延びる貫通孔が設けられているので、電源ケーブルや信号ケーブル等を太陽歯車２１の中心軸Ｏに沿って配線することができる。
よって、可動内歯歯車２５や太陽歯車２１が回転しても電源ケーブルや信号ケーブル等が大きく移動することがなく、配線を容易に行うことができる。【００３２】
また、本第１実施形態においては、太陽歯車２１の外周側に３つの遊星歯車２３が周方向に等間隔（１２０°間隔）に配設されているので、遊星歯車２３に噛み合う太陽歯車２１及び可動内歯歯車２５を３点支持することになり、これら太陽歯車２１及び可動内歯歯車２５の回転軸（中心軸Ｏ）のふらつきを防止できる。
さらに、太陽歯車２１が内周側から環状のボールベアリング２２で保持されているので、太陽歯車２１の中心軸Ｏのふらつきがなくなり、高剛性の回転駆動装置１０を提供することができる。
なお、上述した回転駆動装置１０においては、太陽歯車２１と可動内歯歯車２５とが互いに同一軸上に設けられているので、相互の軸のずれが生じ難い。
また、上記の回転駆動装置１０では、駆動モータ１５が１つだけ設けられているが、複数の駆動モータを設けてもよい。この場合、回転駆動装置１０の出力が増大することになる。【００３３】
次に、図６および図７を参照して、本発明の第２の実施形態のロボットアームについて説明する。
このロボットアーム３０は、第１実施形態の回転駆動装置を組み込んだロボット関節構造を備えている。
図６は、ロボットアーム３０の概略斜視図であり、図７は、ロボットアーム３０の関節構造の概略斜視図である。【００３４】
ロボットアーム３０は、第１構成部材３１と第２構成部材３２とを接続する第１関節部４１と、第２構成部材３２と第３構成部材３３とを接続する第２関節部４２と、第３構成部材３３の先端に配設された第３関節部４３と、を有しており、第１関節部４１が肩関節、第２関節部４２が肘関節、第３関節部４３が手首関節に相当するものである。【００３５】
図７に示すように、第１関節部４１、第２関節部４２及び第３関節部４３は、第１実施形態の回転駆動装置１０を２つ組み合わせることで構成されている。
詳述すると、一の回転駆動装置１０ａと他の回転駆動装置１０ｂの駆動モータ１５ａ、１５ｂがそれぞれの中心軸Ｏａ、Ｏｂに対して偏倚するように配置されており、これらの駆動モータ１５ａ、１５ｂ同士がそれぞれの取付けプレート１１ａ、１１ｂの他方側で交差するように配置されている。そして、一の回転駆動装置１０ａの中心軸Ｏａは、他の回転駆動装置の１０ｂの中心軸Ｏｂに対して直交するように配置されている。【００３６】
第１関節部４１においては、第１構成部材３１の先端から上方に向けて突出された取付け軸３４が一の回転駆動装置１０ａの円筒状をなす出力軸に接続され、第２構成部材３２の基端側から突出された取付け軸３５が他の回転駆動装置１０ｂの円筒状をなす出力軸に接続されている。【００３７】
第２関節部４２においては、一の回転駆動装置１０ａの出力軸の内周側にヒンジ軸３６が挿通されて接続されている。第２構成部材３２の先端にはコの字状をなす接続部材３７が設けられており、この接続部材３７によって前記ヒンジ軸３６の両端が軸支されている。また、他の回転駆動装置１０ｂの出力軸には、第３構成部材３３の基端部が接続されている。【００３８】
第３関節部４３においては、一の回転駆動装置１０ａの出力軸の内周側にヒンジ軸３８が挿通されている。第３構成部材３３の先端にはコの字状をなす接続部材３９が設けられており、この接続部材３９によってヒンジ軸３８の両端が軸支されている。【００３９】
このような構成とされたロボットアーム３０においては、２つの回転駆動装置１０ａ、１０ｂが、それぞれの中心軸が互いに直交するように配置されているので、直交２軸の関節構造が構成され、複雑な動作を行うことができる。
また、これらの回転駆動装置１０ａ、１０ｂが減速比Ｕの大きな不思議遊星歯車を備えているので、小型の駆動モータであっても大きなトルクを出力することができ、小型、かつ、高出力のロボットアーム３０を構成することができる。【００４０】
さらに、２つの回転駆動装置１０ａ、１０ｂの駆動モータが互いに交差するように配置されているので、この関節構造のさらなる小型化を図ることができる。
また、回転駆動装置１０ａ、１０ｂの貫通孔を通じて電源ケーブルや信号ケーブルを配線することにより、複雑な動作をした場合でもこれらケーブル等が大きく移動せず、断線等のトラブルを未然に防止できる。
ところで、本第２実施形態においては、遊星歯車を３つ備えたものとして説明したが、遊星歯車の数や配置に制限はなく、１つの遊星歯車であってもよい。複数の遊星歯車を周方向に等間隔に配置することにより、太陽歯車や可動内歯歯車の回転を安定させることができる。【００４１】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を詳細に記載及び図示したが、其の記載は限定的な意味で解釈されることを意味しておらず、本発明の他の実施形態は、本願明細書を参照することにより、当業者にとって明らかになろう。すなわち、開示した実施形態の様々な変更が可能であり、従って、本願の請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱せずに、其のような変更を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、高い剛性を有し、小型・コンパクトで高出力の回転駆動装置、ロボット関節構造、及びロボットアームを提供できる。
【図１】
2008136405.tif 000003
【図２】
2008136405.tif 000004
【図３】
2008136405.tif 000005
【図４】
2008136405.tif 000006
【図５】
2008136405.tif 000007
【図６】
2008136405.tif 000008
【図７】
2008136405.tif 000009
【国際調査報告】
2008136405.tif 000010
2008136405.tif 000011