(57)【要約】  差動機構を応用しながらも軸の移動を防止し、かつバックラッシが極めて小さい軽量小型の歯車機構を適用可能な複合駆動装置を提供すること。自軸まわりに回転自在に支持された第１の出力軸（１１）と、この第１の出力軸（１１）上に互いに対向配置された第１の差動機構（１）及び第２の差動機構（２）と、第１の差動機構（１）を駆動させる第１の動力源（２１）及び第２の差動機構（２）を駆動させる第２の動力源（２２）と、第１の差動機構（１）と第２の差動機構（２）との間で、第１の出力軸（１１）と直交する方向に延在し、第１の差動機構（１）及び第２の差動機構（２）の駆動に連動して自軸まわりに回転可能とした第２の出力軸（１２）とを備える構成とした。
2013018229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自軸まわりに回転自在に支持された第１の出力軸と、
当該第１の出力軸上に互いに対向配置された第１の差動機構及び第２の差動機構と、
前記第１の差動機構と前記第２の差動機構との間で、前記第１の出力軸と直交する方向に延在し、前記第１の差動機構及び第２の差動機構の駆動に連動して自軸まわりに回転可能とした第２の出力軸と、
前記第１の差動機構を駆動させる第１の動力源及び前記第２の差動機構を駆動させる第２の動力源と、
を備え、
前記第２の出力軸を、前記第１の出力軸まわりに移動させることなく、前記第１の動力源及び前記第２の動力源からの動力を、前記第１の出力軸と前記第２の出力軸とに分配可能としたことを特徴とする複合駆動装置。
【請求項２】
前記第１の差動機構及び前記第２の差動機構は、
前記第１の出力軸に互いに対向して取付けられた駆動歯車及び従動歯車と、前記第１の出力軸に十字状に連結された連結軸の両端に回転自在に支持され、前記駆動歯車及び従動歯車にそれぞれ噛合する一対の遊星歯車と、
をそれぞれ備え、
前記第２の出力軸は、
前記第１の差動機構及び前記第２の差動機構の互いに対向する前記従動歯車の各外側部に噛合する出力用歯車を備えることを特徴とする請求項１に記載の複合駆動装置。
【請求項３】
前記第１の差動機構及び前記第２の差動機構の各従動歯車の外側部に、前記出力用歯車と噛合する出力用従動歯車を設けた
ことを特徴とする請求項２に記載の複合駆動装置。
【請求項４】
前記第１の差動機構及び前記第２の差動機構を収納するハウジングを備え、当該ハウジングにより前記第１の出力軸及び前記第２の出力軸を支持するとともに、当該ハウジングに、前記第１の動力源及び前記第２の動力源を収納又は装着してユニット化した
ことを特徴とする請求項１に記載の複合駆動装置。
【請求項５】
前記第１の差動機構の駆動歯車に第１のモータ部が、前記第２の差動機構の駆動歯車に第２のモータ部が、それぞれ動力源として連動連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載の複合駆動装置。
【請求項６】
少なくとも前記第２の出力軸の後段に減速装置を連結した
ことを特徴とする請求項１に記載の複合駆動装置。
【請求項７】
関節機構に複合駆動装置を備えるロボットであって、
前記複合駆動装置は、
自軸まわりに回転自在に支持された第１の出力軸と、
当該第１の出力軸上に互いに対向配置された第１の差動機構及び第２の差動機構と、
前記第１の差動機構と前記第２の差動機構との間で、前記第１の出力軸と直交する方向に延在し、前記第１の差動機構及び第２の差動機構の駆動に連動して自軸まわりに回転可能とした第２の出力軸と、
前記第１の差動機構を駆動させる第１の動力源及び前記第２の差動機構を駆動させる第２の動力源と、
を備え、
前記第２の出力軸を、前記第１の出力軸まわりに移動させることなく、前記第１の動力源及び前記第２の動力源からの動力を、前記第１の出力軸と前記第２の出力軸とに分配可能としたことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合駆動装置及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットなどにおける関節の構造は、複数の軸に対し、それぞれ独立したアクチュエータを設けた構造が一般的であった。【０００３】
そこで、差動機構（例えば、いわゆるデフと呼ばれる差動歯車機構）を利用した複合駆動装置により関節機構を構成し、関節における複数の軸を、一つの軸で兼用させたロボットが提案された（例えば、特許文献１を参照）。【０００４】
これは、２組のアクチュエータを対向配置して、両アクチュエータの出力軸に取り付けた互いに対向する駆動歯車と、この両駆動歯車と噛合する互いに対向した従動歯車とで歯車機構を構成し、かかる歯車機構の両従動歯車を取り付けた一つの出力軸によって二つの軸を兼用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７９８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された関節機構では、差動歯車機構に動力を伝達するアクチュエータとして、後段に減速機が直結されたモータが用いられていた。【０００７】
特許文献１のロボットをはじめとして、ロボットの関節などに複合駆動装置を用いる場合、必要なトルクを得るために減速機を用いることが多い。その場合、減速機は差動歯車機構と動力源との間に介設されることになる。特に、特許文献１のように、複合駆動装置として差動歯車機構を利用する場合は、どうしても歯車機構と動力源との間に減速機を介設して減速せざるを得なかった。その理由は、動力源と歯車機構とを直接連動連結してしまうと、二つの軸のうちの一方が他方の軸まわりに高速で多回転移動してしまい、ロボットにおける関節の出力軸として用いるには好ましくないからである。【０００８】
このように、差動歯車機構をロボットに用いる際には、減速機を介して減速した後に歯車機構に動力を伝達することになるため、歯車はバックラッシが大きくなりがちであった。このため、例えば、ロボットの駆動部に適用する場合、位置決め精度が低下してしまうという問題があった。また、かかる構成の差動歯車機構は、伝達トルクが大きいため、歯車の素材としては鉄などの強固な材質が用いられ、かつモジュールや径も大きくなって重量も増大してしまっていた。【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、差動歯車機構を応用しながらも軸の移動を防止し、かつ歯車のバックラッシ量を可及的に小さくすることができる複合駆動装置及びかかる複合駆動装置を備える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】
【００１０】
本願の開示する複合駆動装置は、一態様として、自軸まわりに回転自在に支持された第１の出力軸と、当該第１の出力軸上に互いに対向配置された第１の差動機構及び第２の差動機構と、前記第１の差動機構を駆動させる第１の動力源及び前記第２の差動機構を駆動させる第２の動力源と、前記第１の差動機構と前記第２の差動機構との間で、前記第１の出力軸と直交する方向に延在し、前記第１の差動機構及び第２の差動機構の駆動に連動して自軸まわりに回転可能とした第２の出力軸と、を備え、前記第２の出力軸を、前記第１の出力軸まわりに移動させることなく、前記第１の動力源及び前記第２の動力源からの動力を、前記第１の出力軸と前記第２の出力軸とに分配可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願の開示する複合駆動装置及びロボットの各一つの態様によれば、差動機構を応用しながらも軸の移動を防止できるとともに、動力源と差動機構とを直接連動連結することが可能となる。したがって、差動機構の後段に減速機を配置することが可能となり、差動機構の歯車のバックラッシ量を可及的に小さくすることが可能となる。また、軽量小型の歯車機構の利用が可能となり、省エネルギ化の実現に寄与することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例に係る複合駆動装置の内部構造を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例に係る複合駆動装置の駆動例１を示す説明図である。
【図３】図３は、実施例に係る複合駆動装置の駆動例２を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例に係る複合駆動装置の駆動例３を示す説明図である。
【図５】図５は、実施例に係る複合駆動装置の駆動例４を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例に係る複合駆動装置を備えるロボットの正面図である。
【図７】図７は、同ロボットの平面図である。
【図８】図８は、同ロボットの要部拡大図である。
【図９】図９は、複合駆動装置の動力源の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、本願の開示する複合駆動装置、及びこの複合駆動装置を備えるロボットの実施例を詳細に説明する。ただし、以下の実施例における例示で本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１４】
［複合駆動装置の概要］
まず、実施例に係る複合駆動装置の概要について、図１を用いて説明する。図１は、実施例に係る複合駆動装置の内部構造を示す説明図である。【００１５】
図１に示すように、本実施例に係る複合駆動装置１００は、略円筒形としたハウジング１０の略中心に沿って、第１出力軸１１を長手方向に延在させるとともに、自軸まわりに回転自在に支持している。【００１６】
また、第１出力軸１１と連動連結した第１差動機構１及び第２差動機構２を、第１出力軸１１に沿って互いに対向配置している。すなわち、ハウジング１０の内部に、第１出力軸１１と、これに沿って互いに対向配置された第１差動機構１及び第２差動機構２が収納されている。【００１７】
なお、ここでは、図１において紙面に向かって左側に第１差動機構１を、右側に第２差動機構２を配置しているが、その逆の配置であっても構わない。【００１８】
また、第１差動機構１と第２差動機構２との間で、第１出力軸１１と直交する方向に第２出力軸１２を延在させている。そして、この第２出力軸１２を、第１差動機構１及び第２差動機構２の駆動に連動して自軸まわりに回転可能としている。なお、第２出力軸１２が第１差動機構１及び第２差動機構２の駆動に連動する構成については後述する。【００１９】
また、本実施例に係る複合駆動装置１００は、第１差動機構１を駆動させる第１の動力源として、第１のモータ部である第１モータ部２１０を備える第１中空アクチュエータ２１と、第２差動機構２を駆動させる第２の動力源として、第２のモータ部である第２モータ部２２０を備える第２中空アクチュエータ２２とを具備している。これら第１中空アクチュエータ２１及び第２中空アクチュエータ２２は周知の構造のもので構わないが、減速機構などは備えていない。【００２０】
複合駆動装置１００を上述した構成とすることにより、第１中空アクチュエータ２１及び第２中空アクチュエータ２２の高速回転による動力を、第１出力軸１１と第２出力軸１２とに分配可能となり、このとき、第２出力軸１２は第１出力軸１１まわりに移動することもない。【００２１】
すなわち、あたかも干渉駆動機構のように、第１出力軸１１と第２出力軸１２とを相互に干渉させ、互いに共同して駆動可能とする構成を、２軸１１，１２のうちの一方の軸（ここでは第２出力軸１２）を、他軸（ここでは第１出力軸１１）まわりを高速かつ多回転で移動させることなく実現している。【００２２】
また、第１出力軸１１及び第２出力軸１２を、ハウジング１０によりそれぞれ自軸まわりに回転自在に支持するとともに、ハウジング１０の長手側一端に第１中空アクチュエータ２１を取り付け、さらに、長手側他端には第２中空アクチュエータ２２を取り付けている。【００２３】
すなわち、図示するように、ハウジング１０の両端部にアクチュエータ取付孔１４，１４を設け、このアクチュエータ取付孔１４内に、第１中空アクチュエータ２１、第２中空アクチュエータ２２をそれぞれ配設している。そして、第１中空アクチュエータ２１、第２中空アクチュエータ２２、及びハウジング１０の所定箇所に軸受１３を適宜設け、これら軸受１３を介して第１出力軸１１及び第２出力軸１２を回転自在に支持している。【００２４】
このように、ハウジング１０に第１差動機構１と第２差動機構２とを収納し、このハウジング１０に第１出力軸１１と第２出力軸１２とを支持させ、さらに、ハウジング１０の両端に第１中空アクチュエータ２１と第２中空アクチュエータ２２とを装着することにより、複合駆動装置１００をユニット化することができる。【００２５】
なお、複合駆動装置１００をユニット化するに際しては、第１中空アクチュエータ２１と第２中空アクチュエータ２２についても、ハウジング１０の内部に収納する構成とすることもできる。【００２６】
ここで、いずれも歯車機構により構成された第１差動機構１及び第２差動機構２について、具体的に説明する。【００２７】
図１に示すように、第１差動機構１は、第１出力軸１１に互いに対向して取付けられた、それぞれ傘歯車からなる第１駆動歯車３１及び第１従動歯車４１と、第１出力軸１１に十字状に連結された第１連結軸５１の両端に回転自在に支持され、第１駆動歯車３１及び第１従動歯車４１にそれぞれ噛合する一対の第１遊星歯車６１，７１とをそれぞれ備えている。【００２８】
第２差動機構２についても同様であり、第１出力軸１１に互いに対向して取付けられた、それぞれ傘歯車からなる第２駆動歯車３２及び第２従動歯車４２と、第１出力軸１１に十字状に連結された第２連結軸５２の両端に回転自在に支持され、第２駆動歯車３２及び第２従動歯車４２にそれぞれ噛合する一対の第２遊星歯車６２，７２とをそれぞれ備えている。【００２９】
なお、第１、第２遊星歯車６１，７１，６２，７２についても傘歯車により構成しており、図示するように、傘歯車からなる第１遊星歯車６１，７１及び第２遊星歯車６２，７２は、軸受１３０を介して第１連結軸５１及び第２連結軸５２と連結している。【００３０】
したがって、第１遊星歯車６１，７１は、第１連結軸５１を中心として自転し、同時に、第１出力軸１１を中心に公転する。また、第２遊星歯車６２，７２は、第２連結軸５２を中心として自転し、同時に、第１出力軸１１を中心に公転することになる。【００３１】
第２出力軸１２は、その基端に出力用歯車８を固着しており、この出力用歯車８を、第１差動機構１及び第２差動機構２の互いに対向する第１従動歯車４１と第２従動歯車４２の各外側部に噛合させている。【００３２】
具体的には、図示するように、第１差動機構１及び第２差動機構２の各駆動歯車３１，３２と第１中空アクチュエータ２１及び第２中空アクチュエータ２２を、それぞれ、減速機構などを介さずに直結するとともに、各従動歯車４１，４２の外側部には第２出力軸１２の出力用歯車８と噛合する出力用従動歯車９１，９２を設けている。【００３３】
本実施例では、出力用従動歯車９１，９２を、その径や歯数などを含めて第１，第２従動歯車４１,４２と同じ構成のものとし、両者を背中合わせに配設している。【００３４】
このように、出力用歯車８と噛合する歯車を、出力用従動歯車９１，９２として別途設けてもよいが、第１従動歯車４１と第２従動歯車４２の各外側面に、出力用歯車８と噛合する歯列が一体的に形成されていてもよい。また、出力用歯車８と、出力用従動歯車９１，９２をはじめとする他の歯車（第１駆動歯車３１及び第１従動歯車４１、第２駆動歯車３２及び第２従動歯車４２）とのギヤ比ＧＲは適宜設定することができる。【００３５】
上述の構成により、第１中空アクチュエータ２１（第２中空アクチュエータ２２）の回転は、第１差動機構１（第２差動機構２）の第１連結軸５１（第２連結軸５２）を介して第１出力軸１１に動力として伝達される。また、第１中空アクチュエータ２１（第２中空アクチュエータ２２）の回転は、第１差動機構１（第２差動機構２）の出力用従動歯車９１（９２）を介して第２出力軸１２に、やはり動力として伝達されることになる。【００３６】
こうして、本実施例に係る複合駆動装置１００では、第１中空アクチュエータ２１と連動連結した第１差動機構１と、第２中空アクチュエータ２２と連動連結した第２差動機構２とを第１の出力軸１１上に所定の間隔をあけて並設し、両アクチュエータ２１，２２からの出力差に応じて、第１の出力軸１１と第２出力軸１２とに所定の回転数を振り分けている。【００３７】
また、本実施例では、第１出力軸１１と第２出力軸１２の各後段に、それぞれ減速装置として減速機９を連結している。すなわち、本実施例では、第１中空アクチュエータ２１と第１差動機構１とを直結するとともに、第２中空アクチュエータ２２と第２差動機構２とを直結し、両者の間には、いずれも減速装置などは介在させていない。【００３８】
そして、第１出力軸１１と第２出力軸１２とから必要なトルクを得られるように、第１出力軸１１と第２出力軸１２とに減速機９をそれぞれ連結している。【００３９】
このように、第１差動機構１及び第２作動機構２の後段にそれぞれ減速機９を配置しているため、第１差動機構１及び第２作動機構２で発生するバックラッシ量も１／減速比に減少させることが可能となる。また、第１、第２差動機構１，２における伝達トルクは小さいため、これら第１、第２差動機構１，２を構成する各歯車（第１駆動歯車３１、第１従動歯車４１、第２駆動歯車３２、第２従動歯車４２、出力用歯車８など）を小モジュール化することが可能である。【００４０】
このように、たとえ高速回転する第１出力軸１１や第２出力軸１２であっても、軸の回転移動はないため、歯車機構の後段に減速機９を設けることで実用的な複合駆動装置１００とすることが可能となっている。【００４１】
しかも、バックラッシを可及的に低減させたので、本複合駆動装置１００を用いる際の位置決め精度が向上し、精密な動作が必要な装置への適用が可能となる。【００４２】
なお、詳しくは後述するが、第１出力軸１１の回転は、第１中空アクチュエータ２１や第２中空アクチュエータ２２の回転軸（第１モータ部２１０や第２モータ部２２０の中空軸）の回転数よりも大きくなることはないため、第１出力軸１１には減速機９を連結しない場合も有り得る。【００４３】
［複合駆動装置の駆動例］
図２〜図５は、本実施例に係る複合駆動装置１００の駆動例をそれぞれ示しており、各図を参照しながら、第１中空アクチュエータ２１及び第２中空アクチュエータ２２から入力された動力に基づく第１出力軸１１及び第２出力軸１２への回転の振り分けについて説明する。なお、軸などの回転方向を示す場合、図において、矢印Ｆｐで示す方向を正回転とし、矢印Ｆnで示す方向を逆回転としている。【００４４】
図２は、第１、第２モータ部２１０，２２０による第１中空アクチュエータ２１、第２中空アクチュエータ２２の回転数を共に１０００ｒｐｍとし、回転方向も同じ（例えば、いずれも正回転）にした場合である。図３は、第１中空アクチュエータ２１、第２中空アクチュエータ２２の回転数は共に１０００ｒｐｍであるが、回転方向は互いに逆にした場合である。【００４５】
また、図４は、第１中空アクチュエータ２１の回転数を５００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２２の回転数を１０００ｒｐｍとし、回転方向は同じ（例えば、いずれも正回転）にした場合である。図５は、同様に第１中空アクチュエータ２１の回転数を５００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２２の回転数を１０００ｒｐｍとしてはいるが、回転方向は互いに逆にした場合である。【００４６】
ところで、本実施例に係る複合駆動装置１００は、第１，第２駆動歯車３１，３２が第１，第２中空アクチュエータ２１，２２と直結しているため、第１，第２駆動歯車３１，３２は第１，第２中空アクチュエータ２１，２２と同じ回転数で回転する。【００４７】
また、第１連結軸５１と第２連結軸５２とは、共に第１出力軸１１に連結している。つまり、第１連結軸５１と第２連結軸５２と第１出力軸１１とは一体的に回転する。【００４８】
一方、第２出力軸１２は移動することがなく、出力用従動歯車９１，９２に噛合する出力用歯車８が自軸（第２出力軸１２）まわりに回転する。このとき、出力用歯車８に対して出力用従動歯車９１，９２はそれぞれ同軸上に対向して設置されて噛み合っているため、出力用従動歯車９１と出力用従動歯車９２とは常に回転数が等しく、回転向きが逆となる。【００４９】
したがって、出力用従動歯車９１の回転数Ｎ９１と出力用従動歯車９２の回転数Ｎ９２との関係は、以下の式で表される。【００５０】
Ｎ９1＝−Ｎ９２・・・・・・・・・・・・・（式１）【００５１】
また、第１差動機構１及び第２差動機構２では以下の関係がある。【００５２】
すなわち、第１差動機構１では、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１と、第１中空アクチュエータ２１の回転数、すなわち第１駆動歯車３１の回転数Ｎ３１と、出力用従動歯車９１の回転数Ｎ９１との間には以下の関係式が成り立つ。【００５３】
Ｎ１１＝（Ｎ３１＋Ｎ９１）／２・・・・・・（式２）【００５４】
第２差動機構２では、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１と、第２中空アクチュエータ２２の回転数、すなわち第２駆動歯車３２の回転数Ｎ３２と、出力用従動歯車９２の回転数Ｎ９２との間には以下の関係式が成り立つ。【００５５】
Ｎ１１＝（Ｎ３２＋Ｎ９２）／２・・・・・・（式３）【００５６】
式２及び式３より、Ｎ３１−Ｎ３２＝Ｎ９２−Ｎ９１が導かれ、さらに、式１より、以下の式が導かれる。【００５７】
Ｎ９１＝（Ｎ３２−Ｎ３１）／２・・・・・・（式４）【００５８】
Ｎ９２＝（Ｎ３１−Ｎ３２）／２・・・・・・（式５）【００５９】
また、出力用従動歯車９１，９２と出力用歯車８との歯数の比（ギヤ比）がＧＲとすると、出力用従動歯車９１，９２の回転数Ｎ９１，Ｎ９２と、出力用歯車８の回転数Ｎ８（第２出力軸１２の回転数Ｎ１２）とには以下の関係が成立する。【００６０】
Ｎ８＝Ｎ１２＝ＧＲ・Ｎ９１（−Ｎ９２）・・（式６）【００６１】
図２の例について説明すると、ここでは、第１中空アクチュエータ２１及び第２中空アクチュエータ２２の回転数（第１駆動歯車３１の回転数Ｎ３１及び第２駆動歯車３２の回転数Ｎ３２）は共に１０００ｒｐｍであるため、式４、式５より、Ｎ９1＝Ｎ９２＝０となる。【００６２】
すなわち、第１駆動歯車３１と第２駆動歯車３２とは回転方向も同じ時計回りであり、出力用従動歯車９１と出力用従動歯車９２とは、それぞれ入力にアンバランスがないため、いずれも回転することはないのである。【００６３】
そして、Ｎ９1＝Ｎ９２＝０であるため、式６より、Ｎ８＝Ｎ１２＝０となる。すなわち、出力用従動歯車９１も出力用従動歯車９２も回転しないため、当然ながらこれらに噛合する出力用歯車８も回転しない。つまり、出力用歯車８を基端に固着した第２出力軸１２も回転しないことになり、第２出力軸１２の回転数Ｎ１２＝０となる。【００６４】
そして、第１駆動歯車３１の回転数Ｎ３１（第１中空アクチュエータ２１の回転数）＝第２駆動歯車３２の回転数Ｎ３２（第２中空アクチュエータ２２の回転数）＝１０００ｒｐｍなので、式２あるいは式３から、Ｎ１１＝５００ｒｐｍが導かれる。すなわち、第１出力軸１１は、５００ｒｐｍで正回転する（矢印Ｆｐ参照）。【００６５】
表１に示すように、図２に示す例では、入力となる第１中空アクチュエータ２１の回転数＝第２中空アクチュエータ２２の回転数＝１０００ｒｐｍに対して、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１＝５００ｒｐｍ、第２出力軸１２の回転数Ｎ１２＝０ｒｐｍとなる。
【表１】
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【００６６】
次に、図３に示した複合駆動装置１００の駆動例について説明する。図３では、第１中空アクチュエータ２１、第２中空アクチュエータ２２の回転数、すなわち、第１駆動歯車３１の回転数Ｎ３１、第２駆動歯車３２の回転数Ｎ３２は共に１０００ｒｐｍであるが、第１中空アクチュエータ２１は正回転、第２中空アクチュエータ２２は逆回転した場合としている。つまり、Ｎ３１＝１０００ｒｐｍ、Ｎ３２＝−１０００ｒｐｍの場合である。【００６７】
この場合、式４より、Ｎ９１＝−１０００ｒｐｍが、式５より、Ｎ９２＝１０００ｒｐｍが導かれる。【００６８】
したがって、式２又は式３より、Ｎ１１＝０ｒｐｍとなる。【００６９】
さらに、式６より、Ｎ８＝Ｎ１２＝−１０００・ＧＲｒｐｍとなる。すなわち、図３に示す例では、図示するように、第１駆動歯車３１と第２駆動歯車３２とは回転数が同じで、回転方向が互いに逆であるため、第１出力軸１１は回転しない。つまり、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１＝０となる。他方、第２出力軸１２は、１０００・ＧＲｒｐｍで逆回転する（矢印Ｆｎ参照）。【００７０】
表２に示すように、図３に示す例では、入力となる第１中空アクチュエータ２１の回転数＝１０００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２２の回転数＝−１０００ｒｐｍに対して、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１＝０ｒｐｍ、第２出力軸１２の回転数Ｎ１２＝−１０００・ＧＲｒｐｍとなる。なお、このとき、第１遊星歯車６１，７１や第２遊星歯車６２，７２の回転方向を正とすると、第２出力軸１２は逆回転する（矢印Ｆｎ参照）。
【表２】
2013018229.tif 000004
【００７１】
次に、図４に示した複合駆動装置１００の駆動例について説明する。図４では、第１中空アクチュエータ２１の回転数、すなわち、第１駆動歯車３１の回転数Ｎ３１は１０００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２２の回転数、すなわち、第２駆動歯車３２の回転数Ｎ３２は５００ｒｐｍであるが、第１中空アクチュエータ２１は正回転、第２中空アクチュエータ２２は逆回転した場合としている。つまり、Ｎ３１＝１０００ｒｐｍ、Ｎ３２＝−５００ｒｐｍの場合である。【００７２】
この場合、式４より、Ｎ９１＝−７５０ｒｐｍが、式５より、Ｎ９２＝７５０ｒｐｍが導かれる。【００７３】
したがって、式２又は式３より、Ｎ１１＝１２５ｒｐｍとなる。【００７４】
さらに、式６より、Ｎ８＝Ｎ１２＝−７５０・ＧＲｒｐｍとなる。すなわち、図４に示す例では、図示するように、第１出力軸１１は１２５ｒｐｍで正回転し（矢印Ｆｐ参照）、第２出力軸１２は、７５０・ＧＲｒｐｍで逆回転する（矢印Ｆｎ参照）。【００７５】
表３に示すように、図４に示す例では、入力となる第１中空アクチュエータ２１の回転数＝１０００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２２の回転数＝−５００ｒｐｍに対して、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１＝１２５ｒｐｍ、第２出力軸１２の回転数Ｎ１２＝−７５０・ＧＲｒｐｍとなる。なお、このときも、第２出力軸１２は第１遊星歯車６１，７１や第２遊星歯車６２，７２の回転方向とは逆向きに回転する。
【表３】
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【００７６】
次に、図５に示した複合駆動装置１００の駆動例について説明する。図５では、第１中空アクチュエータ２１の回転数、すなわち、第１駆動歯車３１の回転数Ｎ３１は１０００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２２の回転数、すなわち、第２駆動歯車３２の回転数Ｎ３２は５００ｒｐｍであり、共に正回転している場合としている。つまり、Ｎ３１＝１０００ｒｐｍ、Ｎ３２＝５００ｒｐｍの場合である。【００７７】
この場合、式４より、Ｎ９１＝−２５０ｒｐｍが、式５より、Ｎ９２＝２５０ｒｐｍが導かれる。【００７８】
したがって、式２又は式３より、Ｎ１１＝３７５ｒｐｍとなる。【００７９】
さらに、式６より、Ｎ８＝Ｎ１２＝２５０・ＧＲｒｐｍとなる。すなわち、図５に示す例では、図示するように、第１出力軸１１は３７５ｒｐｍで正回転し（矢印Ｆｐ参照）、第２出力軸１２は、２５０・ＧＲｒｐｍで正回転する（矢印Ｆｐ参照）。【００８０】
表４に示すように、図５に示す例では、入力となる第１中空アクチュエータ２１の回転数＝１０００ｒｐｍ、第２中空アクチュエータ２１の回転数＝５００ｒｐｍに対して、第１出力軸１１の回転数Ｎ１１＝３７５ｒｐｍ、第２出力軸１２の回転数Ｎ１２＝２５０・ＧＲｒｐｍとなる。
【表４】
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【００８１】
上述してきた複合駆動装置１００は、第１差動機構１及び第２の差動機構２という２つの差動機構を利用することで、差動機構を用いながらも軸移動を防止し、高速回転する軸であってもその後段に減速機９を設けて実用的な複合駆動装置１００とすることができる。したがって、バックラッシが極めて小さい軽量小型の歯車機構を採用し、例えば、後述するロボットの関節などに好適に用いることにより、大幅な省エネルギ化の実現が可能となる。【００８２】
［複合駆動装置を備えるロボットの構成］
また、上述してきた実施例に係る複合駆動装置１００は、ロボットの関節構造に適用することができる。図６は、実施例に係る複合駆動装置１００を備えるロボットの正面図、図７は同ロボットの平面図、図８は同ロボットの要部拡大図である。なお、以下では、重力方向を「鉛直方向」と呼び、鉛直方向と直交する方向を「水平方向」と呼ぶ。【００８３】
図６及び図７に示すように、実施例に係る複合駆動装置１００を備えるロボット１１０は、胴体部８００の上端に、鉛直方向に延在する旋回軸２００を中心として水平方向に旋回する肩部３００を備え、この肩部３００の左右端部には、水平方向に延在する回動軸４００を中心として回転可能なアームユニット５００がそれぞれ設けられた双腕型ロボットとしている。【００８４】
左右のアームユニット５００は同じ構成であり、６つの関節を具備し、人間よりも自由度の高い動きが可能である。【００８５】
左右のアームユニット５００は、それぞれ、回動軸４００を介して基端を肩部３００に連結し、回動軸４００回りにローリングする第１アーム部５１０と、この第１アーム部５１０に、鉛直方向に延在する第１軸４１０を介して連結され、第１軸４１０を中心に水平方向に旋回する第２アーム部５２０とを備えている。【００８６】
また、左右のアームユニット５００は、この第２アーム部５２０に、水平方向に延在する第２軸４２０を介して連結され、第２軸４２０を中心にローリングする第３アーム部５３０と、この第３アーム部５３０に、鉛直方向に延在する第３軸４３０を介して連結され、第３軸４３０を中心に水平方向に旋回する第４アーム部５４０とを備えている。【００８７】
さらに、左右のアームユニット５００は、この第４アーム部５４０に、水平方向に延在する第４軸４４０を介して連結され、第４軸４４０を中心にローリングする第５アーム部５５０と、この第５アーム部５５０に、鉛直方向に延在する第５軸４５０を介して連結され、第５軸４５０を中心に水平方向に旋回する第６アーム部５６０とを備えている。【００８８】
そして、この第６アーム部５６０の先端には、水平方向に延在する第６軸４６０を介して手首部５７０を連結し、この手首部５７０を第６軸４６０を中心にローリング可能としている。【００８９】
なお、手首部５７０の先端には、図示しないエンドエフェクタが設けられており、ロボット１１０は、例えば、ダンボール箱の開梱作業などを、人間以上の効率で実行することが可能である。【００９０】
上述してきた複合駆動装置１００は、図６に示すように、上記ロボット１１０の肩部３００と連動連結した第１アーム部５１０の関節部７００に用いられている。【００９１】
すなわち、図８に示すように、複合駆動装置１００を第１アーム部５１０内に配設して関節部７００を構成するもので、図１〜５で示した第１出力軸１１を回動軸４００に、第２出力軸１２を第１軸４１０に適用している。なお、図示するように、複合駆動装置１００と第１アーム部５１０とは、フレーム６００，６１０を介して連結している。【００９２】
こうして、ロボット１１０の関節において、第１中空アクチュエータ２１及び第２中空アクチュエータ２２からの動力が、第１差動機構１や第２差動機構２を有する、バックラッシが可及的に減じられた軽量小型の歯車機構を介して回動軸４００と第１軸４１０とに分配される。【００９３】
本実施例に係るロボット１１０は、第１差動機構１及び第２の差動機構２という２つの差動機構を利用して、歯車機構の後段に減速機９が設けられた複合駆動装置１００を関節構造に適用しているため、歯車機構を軽量小型化してバックラッシを極めて小さくすることができる。【００９４】
したがって、複合駆動装置１００を関節構造に適用する際の位置決め精度が向上し、ロボット１１０としてより精密な作業を行いやすくすることができるとともに、大幅な省エネルギ化が可能である。【００９５】
上述した実施例の変形例や、さらなる効果など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及び代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、本発明の実施態様は、添付の特許請求の範囲及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。【００９６】
例えば、上述した実施例では、出力用従動歯車９１，９２と第１，第２従動歯車４１，４２とを同じ構成のものとして、ギヤ比も同じとしたが、出力用歯車８と噛合する構成であれば、径や歯数、すなわちギヤ比を異ならせても構わない。【００９７】
また、第１の差動機構１を駆動させる第１の動力源及び第２の差動機構２を駆動させる第２の動力源を、第１モータ部２１０を備える第１中空アクチュエータ２１及び第２モータ部２２０を備える第２中空アクチュエータ２２として説明したが、図９に示すような構成のモータを、第１の差動機構１の第１駆動歯車３１や第２の差動機構２の第２駆動歯車３２にそれぞれ直結してもよい。【００９８】
図９は複合駆動装置１００の動力源の変形例を示す説明図であり、変形例の一例に係るモータ２４の具体的な構成は以下の通りである。図示するように、ハウジング１０の端部にモータケース１４を取り付け、このモータケース１４の内面に形成した環状凹部１４０に環状のステータコア１５を固設している。【００９９】
そして、このステータコア１５にコイル１６を巻回する一方、モータケース１４の内部において、ステータコア１５と同軸のロータ１７を、ロータ用軸受け１３１を介して回転自在に支持している。さらに、ロータ１７の外周面には、ステータコア１５と対向する位置に駆動用マグネット１８を固着している。このような構成のモータ２４を用いることによっても、第１の差動機構１及び第２の差動機構２を駆動させることができる。【０１００】
また、ロボット１１０を、第１アーム部５１０〜第６アーム部５６０の複数のアーム部を備える双腕ロボットとして説明したが、これに限るものではなく、複合駆動装置１００を適用することのできる関節を備えるロボットであればよい。また、ダンボール箱の開梱作業に限らず、いかなる作業を行うものであっても構わない。
【符号の説明】
【０１０１】
１  第１差動機構（第１の差動機構）
２  第２差動機構（第２の差動機構）
８  出力用歯車
９  減速機（減速装置）
１０  ハウジング
１１  第１出力軸（第１の出力軸）
１２  第２出力軸（第２の出力軸）
２１  第１中空アクチュエータ（第１の動力源）
２２  第２中空アクチュエータ（第２の動力源）
３１  第１駆動歯車
３２  第２駆動歯車
４１  第１従動歯車
４２  第２従動歯車
５１  第１連結軸
５２  第２連結軸
６１，７１  第１遊星歯車
６２，７２  第２遊星歯車
９１，９２  出力用従動歯車
１００  複合駆動装置
１１０  ロボット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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