(57)【要約】【課題】中空径を確保することができ、かつバックラッシュを抑制できる関節機構およびロボットを提供する。【解決手段】モータ軸の先端にハイポイドピニオンが設けられたモータと、モータの回転速度を所定の減速比で減速する減速機とを備える。減速機は、ネジ状入力軸とリング状ギヤとを備える。ネジ状入力軸は、軸体にネジ部が形成されるとともに、一端にハイポイドピニオンと噛み合うハイポイドギヤが設けられ、軸心がモータ軸と直角に立体交差する。リング状ギヤは、ネジ状入力軸と噛み合い、軸心がネジ状入力軸と直角に立体交差する。【選択図】図２
2014151413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸の先端にハイポイドピニオンが設けられたモータと、当該モータの回転速度を所定の減速比で減速する減速機とを備え、
前記減速機は、
軸体にネジ部が形成されるとともに、一端に前記ハイポイドピニオンと噛み合うハイポイドギヤが設けられ、軸心が前記モータ軸と直角に立体交差するネジ状入力軸と、
当該ネジ状入力軸と噛み合い、軸心が前記ネジ状入力軸と直角に立体交差するリング状ギヤと
を備えることを特徴とする関節機構。
【請求項２】
請求項１に記載の関節機構により回動自在に連結されたリンク
を備えることを特徴とするロボット。
【請求項３】
前記関節機構は、回動されるリンクに設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
複数のリンクが直列に連結されたアーム部を備え、
当該アーム部の最先端のリンクであるリスト部が前記関節機構により連結される
ことを特徴とする請求項２または３に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、関節機構およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のリンク同士が回動自在に連結されたアーム部やリスト部を備えるロボットがある。かかるロボットにおいて、たとえばアーム部内にケーブル等を配設するために、リンクの軸を中空としたものがある。
【０００３】
かかる中空の軸を回動自在に連結する関節機構として、モータからの動力を伝達する伝達機構にベベルギヤを用いたものがある（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２９８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の構成を、減速機を備えた関節機構に適用した場合、リンクの軸の中空部分の径を十分に確保することが難しい。また、ベベルギヤなどでギヤ駆動させる場合、バックラッシュが大きくなるため、リンクに高精度な動作をさせることが難しくなる。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、中空軸を有するリンクの中空部分の径を十分に確保することができ、かつバックラッシュを抑制することのできる関節機構およびロボット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】
【０００７】
実施形態の一態様に係る関節機構は、モータ軸の先端にハイポイドピニオンが設けられたモータと、当該モータの回転速度を所定の減速比で減速する減速機とを備える。前記減速機は、ネジ状入力軸とリング状ギヤとを備える。ネジ状入力軸は、軸体にネジ部が形成されるとともに、一端に前記ハイポイドピニオンと噛み合うハイポイドギヤが設けられ、軸心が前記モータ軸と直角に立体交差する。リング状ギヤは、前記ネジ状入力軸と噛み合い、軸心が前記ネジ状入力軸と直角に立体交差する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、リンクの中空部分の径を十分に確保することができ、かつバックラッシュを可及的に抑制することのできる関節機構およびロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るロボットを示す図である。
【図２】図２は、同上のロボットのリスト部が備える関節部を示す図である。
【図３】図３は、第４関節部の減速機構と第５関節部のモータとの位置関係を示すための図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面視による説明図である。
【図４】図４は、実施形態に係る関節機構が備える減速機を示すための図２のＩＶ−ＩＶ線における断面視による説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する関節機構およびロボットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
先ず、本実施形態に係るロボット１の概要について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るロボット１を示す図である。なお、以下の説明では、ロボット１の設置面（水平面）に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を定義し、設置面の法線方向にＺ軸を定義して方向を説明する。
【００１２】
本実施形態に係るロボット１は、いわゆる多関節ロボットであり、図示するように、基台１１上に設けられた胴部１２と、この胴部１２に連結されたアーム部１３と、アーム部１３の先端に設けられたリスト部１４とを備える。
【００１３】
基台１１は、設置面に座部１１ａを介して固定されている。かかる基台１１上に、胴部１２は垂直軸（不図示）の周りに水平方向へ回動自在に設けられる。なお、この胴部１２は、モータ部２０の駆動により水平回転する。
【００１４】
かかる胴部１２に連結されたアーム部１３は、複数のリンクとしての第１アーム１３１と第２アーム１３２とが、それぞれ、関節部を介して回動自在に連結されて構成される。
【００１５】
すなわち、第１アーム１３１は、胴部１２上に、第１関節部２ａを介して前後方向（Ｙ方向）に揺動自在に連結される。また、第２アーム１３２は、第１アーム１３１の先端部に、第２関節部２ｂを介して上下方向（Ｚ方向）に揺動自在に連結される。また、第１アーム１３１を揺動させる第１関節部２ａは第１モータ部２１を、第２アーム１３２を揺動させる第２関節部２ｂは第２モータ部２２を備える。
【００１６】
リスト部１４は、複数のリンクとしての第１リスト７１と第２リスト７２とが、それぞれ、関節部を介して回動自在に連結されて構成される。第１リスト７１のリストフレーム７１０は、基端部がアーム部１３の第２アーム１３２の先端に第３関節部２ｃを介して軸周りに回動自在に連結されるとともに、先端部が二又状に形成されている。
【００１７】
なお、リストフレーム７１０内には、ケーブル８等が配設される（図２および図３を参照）。また、第１リスト７１の中央部の空間には、第２アーム１３２の長手方向に沿って、ホースなどを含む別のケーブル類８０が通されている。このケーブル類８０は、さらに第２リスト７２の後述する中空部５３に通されている（図２〜図４を参照）。
【００１８】
一方、第２リスト７２は、略円筒状に形成され、第１リスト７１の二又状に形成されたリストフレーム７１０の先端部に、第４関節部２ｄを介して上下方向（Ｚ方向）に揺動自在に連結される。さらに、この第２リスト７２は、内蔵した第５関節部２ｅを介して軸周りに回動する。
【００１９】
図２は、ロボット１のリスト部１４が備える関節部を示す図である。図２に示すように、第４関節部２ｄは、第２リスト７２に設けられた減速機構９と、図示しない揺動用モータおよび伝動機構とを備える。なお、揺動用モータは、たとえば第１リスト７１の二又部分の基端側に設けることができ、ドライブシャフトや歯車機構、あるいはベルト機構などの伝動機構を介して減速機構９と連動連結する。
【００２０】
また、図２に示すように、第２リスト７２は、第５関節部２ｅを介して軸周りに回動自在に連結される。第５関節部２ｅは、被駆動部材となる第２リスト７２に内蔵されており、この第５関節部２ｅに本実施形態に係る関節機構３が設けられる。
【００２１】
ここで、図２〜図４を参照しながら、第２リスト７２を軸周りに回動させる第５関節部２ｅが具備する関節機構３について、具体的に説明する。図３は、第４関節部２ｄの減速機構９と第５関節部２ｅのモータ４との位置関係を示す説明図、図４は、関節機構３が備える減速機５の説明図である。
【００２２】
図２に示すように、第５関節部２ｅに設けられた関節機構３は、モータ４と、モータ４の回転速度を所定の減速比で減速する減速機５とを備える。モータ４は、リスト部１４の軸方向に沿って、リストフレーム７１０の二又状に形成された先端部分の内側に配設される。
【００２３】
モータ４のモータ軸４１は、軸受４２で支持されて第２リスト７２に向かって伸延しており、先端にはハイポイドピニオン６１が設けられる。なお、モータ４の本体部は、ケース内面に固定された固定子と、この固定子と所定のギャップを介して回転自在に設けられた回転子とを備える一般的な構造を有する。
【００２４】
一方、モータ４と連動連結する減速機５は、図４に示すように、中空部５３を有する中空構造としている。具体的には、減速機５は、外周に、ギヤ歯に相当する複数のカムフォロワ５２ａを設けたリング状ギヤ５２と、このリング状ギヤ５２にモータ４からの動力を伝達するネジ状入力軸５１とを備える。
【００２５】
ネジ状入力軸５１は、軸体に、リング状ギヤ５２のカムフォロワ５２ａを自転させながら変移させるカム部材として機能するネジ部５１ａが形成されるとともに、一端にはハイポイドギヤ６２が設けられる。このハイポイドギヤ６２が、モータ軸４１に設けられたハイポイドピニオン６１と噛み合う。
【００２６】
このネジ状入力軸５１は、軸心がモータ軸４１と直角に立体交差している。すなわち、減速機５は、ネジ状入力軸５１がモータ軸４１とねじれの位置にあって、軸心がモータ軸４１と直角に立体交差するように配設される。したがって、図示するように、ネジ状入力軸５１とモータ軸４１とは距離Ｄだけオフセットされており、その分、モータ４を減速機５の中空部５３側に寄せて配置することができる。
【００２７】
すなわち、モータ４を、図３に示すように、所望する領域１００内からはみ出すことなくリストフレーム７１０に可及的に近接させて配置することができる。なお、この領域１００は、たとえば、リスト部１４の最外縁が収まる所定の直径を有する円形の領域である。
【００２８】
また、ネジ状入力軸５１と噛み合うリング状ギヤ５２は、中空部５３の軸心がネジ状入力軸５１と直角方向に立体交差する。すなわち、ネジ状入力軸５１とリング状ギヤ５２とは、いわゆるウォームギヤのような構成を有し、ネジ状入力軸５１がウォーム、リング状ギヤ５２がウォームギヤに相当することになる。
【００２９】
かかる構成により、モータ４の回転は、減速機５に伝達され、第２リスト７２は、所定の減速比で減速されて軸周りに回動する。すなわち、モータ４の回転は、モータ軸４１→ハイポイドピニオン６１→ハイポイドギヤ６２→ネジ状入力軸５１→リング状ギヤ５２と伝わり、第２リスト７２が軸周りに回動する。このように、モータ４からの動力は、減速機５への入力経路が、ハイポイドピニオン６１およびハイポイドギヤ６２と、ネジ状入力軸５１およびリング状ギヤ５２とによって２段階で変更される。
【００３０】
本実施形態における減速機５は、中空部５３を有するリング状ギヤ５２を備えている。そのため、ロボット１のリスト部１４の先端に配置すれば、リスト部１４の軸心の位置決め精度を確保したまま、中空部分としての十分な径（中空径）を確保することができる。
【００３１】
また、リング状ギヤ５２は、前述したように、ネジ状入力軸５１と噛合するギヤ歯に相当する部材がカムフォロワ５２ａにより構成されている。そのため、リング状ギヤ５２は、バックラッシュの発生が可及的に抑制される。したがって、ロボット１として、リスト部１４の精緻な動きが実現できる。
【００３２】
なお、上述した構成と同様な構成を有する減速機５として、たとえば、ローラドライブ（登録商標）があり、適宜これを採用することもできる。
【００３３】
上述してきたように、本実施形態に係る関節機構３は、モータ軸４１の先端にハイポイドピニオン６１を取付ける一方、減速機５の入力軸となるネジ状入力軸５１にハイポイドギヤ６２を取付けて、モータ４からの回転を入力している。
【００３４】
したがって、減速機５には、ハイポイドピニオン６１およびハイポイドギヤ６２によって、モータ４の回転は一旦減速されて伝達されることになり、減速機５そのものを小型化することができる。そのため、第２リスト７２内に減速機５を内蔵させることが可能となり、ロボット１のリスト部１４のコンパクト化を図ることができる。
【００３５】
また、ハイポイドピニオン６１およびハイポイドギヤ６２を採用することで、モータ軸４１に対し、減速機５のネジ状入力軸５１の向きを直角方向に変更することができる。したがって、図２に示すように、モータ４をリストフレーム７１０に沿って配置し、第２リスト７２内に減速機５を設けることができる。そのため、この点においても、ロボット１のリスト部１４のコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
また、モータ４も第２リスト７２に近接して配置することが可能なため、モータ４の動力はモータ軸４１から直接減速機５に伝達することができる。したがって、モータ４と減速機５との間に、ドライブシャフトやその他の駆動ギヤなどを設ける必要がなく、部品点数の削減、および軽量化に寄与することができる。
【００３７】
以上、説明してきたように、本実形態に係る関節機構３によれば、減速機５そのものの小型化が可能な上に、設計自由度が高まり、リスト部１４のコンパクト化に貢献することができる。
【００３８】
なお、上述してきた実施形態では、関節機構３をリスト部１４の第２リスト７２の駆動に適用した。しかし、実施形態に係る関節機構３は、たとえば、図１に示す第３関節部２ｃに適用することもできる。その場合、第２アーム１３２を中空構造とした場合に、かかる中空構造と連続する中空径の確保ができ、第２アーム１３２中へのケーブル類の配設が可能となる。
【００３９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    ロボット
３    関節機構
４    モータ
５    減速機
１３    アーム部
１４    リスト部
４１    モータ軸
５１    ネジ状入力軸
５２    リング状ギヤ
【図１】
2014151413.tif 000003
【図２】
2014151413.tif 000004
【図３】
2014151413.tif 000005
【図４】
2014151413.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月22日(2014.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸の先端にハイポイドピニオンが設けられたモータと、当該モータの回転速度を所定の減速比で減速する減速機とを備え、  前記減速機は、  軸体にネジ部が形成されるとともに、一端に前記ハイポイドピニオンと噛み合うハイポイドギヤが設けられ、軸心が前記モータ軸と直角に立体交差するネジ状入力軸と、  当該ネジ状入力軸と噛み合い、軸心が前記ネジ状入力軸と直角に立体交差するリング状ギヤと  を備えることを特徴とする関節機構。
【請求項２】
請求項１に記載の関節機構を介して回動自在に連結された第１のリンクと第２のリンク  を備えることを特徴とするロボット。
【請求項３】
前記関節機構は、前記第１のリンク側に配設されたモータと、前記第２のリンク側に配設された減速機と を備えることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
複数のリンクが直列に連結されたアーム部を備え、  当該アーム部の最先端のリンクであるリスト部を構成する前記第１のリンクと第２のリンクとが前記関節機構により連結される  ことを特徴とする請求項２または３に記載のロボット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】  一方、第２リスト７２は、略円筒状に形成され、第１リスト７１の二又状に形成されたリストフレーム７１０の先端部に、第４関節部２ｄを介して上下方向（Ｚ方向）に揺動自在に連結される。さらに、この第２リスト７２は、第５関節部２ｅを介して軸周りに回動する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】  また、図２に示すように、第２リスト７２は、第５関節部２ｅを介して軸周りに回動自在に連結される。第５関節部２ｅに本実施形態に係る関節機構３が設けられる。
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月16日(2014.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のリンクと第２のリンクとを回動自在に連結する関節機構であって、
前記第１のリンク側に配設され、モータ軸の先端にハイポイドピニオンが設けられたモータと、前記第２のリンク側に配設され、前記モータの回転速度を所定の減速比で減速する減速機とを備え、
前記減速機は、
軸体にネジ部が形成されるとともに、一端に前記ハイポイドピニオンと噛み合うハイポイドギヤが設けられ、軸心が前記モータ軸と直角に立体交差するネジ状入力軸と、
当該ネジ状入力軸と噛み合い、中空部を有するとともに、軸心が前記ネジ状入力軸と直角に立体交差するリング状ギヤと
を備え、
前記モータは、
前記第１のリンクの最外縁が収まる領域内に配置されるように、前記モータ軸が、前記ネジ状入力軸に対し、前記減速機の前記中空部側に所定距離だけ寄っていることを特徴とする関節機構。
【請求項２】
請求項１に記載の関節機構と、
複数のリンクが直列に連結されたアーム部とを備え、
前記アーム部の最先端のリンクであるリスト部を構成する前記第１のリンクと第２のリンクとが前記関節機構により連結される
ことを特徴とするロボット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
実施形態の一態様に係る関節機構は、第１のリンクと第２のリンクとを回動自在に連結する関節機構であって、前記第１のリンク側に配設され、モータ軸の先端にハイポイドピニオンが設けられたモータと、前記第２のリンク側に配設され、前記モータの回転速度を所定の減速比で減速する減速機とを備える。前記減速機は、軸体にネジ部が形成されるとともに、一端に前記ハイポイドピニオンと噛み合うハイポイドギヤが設けられ、軸心が前記モータ軸と直角に立体交差するネジ状入力軸と、当該ネジ状入力軸と噛み合い、中空部を有するとともに、軸心が前記ネジ状入力軸と直角に立体交差するリング状ギヤとを備える。前記モータは、前記第１のリンクの最外縁が収まる領域内に配置されるように、前記モータ軸が、前記ネジ状入力軸に対し、前記減速機の前記中空部側に所定距離だけ寄っている。