(57)【要約】【課題】回転伝達装置に生ずる回転ムラを補整し、さらに構造の簡略化が可能な回転ムラ補整機構を提供する。【解決手段】駆動源の動力を波動歯車装置に伝える回転伝達機構を備え、回転伝達機構がそれぞれ楕円形状を有する２つの回転部材を含み、波動歯車装置に生じる回転ムラを補整する回転ムラ補整機構であって、２つの回転部材の位相を９０°ずらして係合させることで、波動歯車装置に生じる回転ムラを２つの回転部材から生じる回転ムラで相殺することを特徴とする。【選択図】  図１
2016048093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源の動力を波動歯車装置に伝える回転伝達機構を備え、前記回転伝達機構がそれぞれ略楕円形状を有する２つの回転部材を含み、前記波動歯車装置に生じる回転ムラを補整する回転ムラ補整機構であって、
前記２つの回転部材の位相を９０°ずらして係合させることで、前記波動歯車装置に生じる回転ムラを前記２つの回転部材から生じる回転ムラで相殺することを特徴とする回転ムラ補整機構。
【請求項２】
前記２つの回転部材は、同一の短軸及び長軸を有する略楕円形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転ムラ補整機構。
【請求項３】
前記波動歯車装置から生じる回転ムラを測定しその最大値が前記２つの回転部材から生じる回転ムラと等しくなるように前記回転部材の長軸及び短軸を設定し、回転ムラを相殺させることを特徴とする請求項１または２に記載の回転ムラ補整機構。
【請求項４】
前記回転部材及び前記回転部材の回転軸の上に目印が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転ムラ補整機構。
【請求項５】
前記回転部材は互いに噛み合う楕円歯車であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転ムラ補整機構。
【請求項６】
前記回転部材は略楕円形状のプーリであり、２つの前記楕円プーリをタイミングベルトで連結したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転ムラ補整機構。
【請求項７】
物品を把持可能なロボットアームを備えたロボットであって、前記ロボットは前記ロボットアームの関節軸に設けた回転ムラ補整機構を備え、前記回転ムラ補整機構は、駆動源の動力を波動歯車装置に伝える回転伝達機構を備え、前記回転伝達機構がそれぞれ略楕円形状を有する２つの回転部材を含み、前記回転ムラ補整機構が前記波動歯車装置に生じる回転ムラを補整し、前記２つの回転部材の位相を９０°ずらして係合させることで、前記波動歯車装置に生じる回転ムラを前記２つの回転部材から生じる回転ムラで相殺する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】
本発明は減速機のように周期的な回転ムラを生ずる可能性のある回転伝達装置における、回転ムラを補整する機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
減速機の一種である波動歯車装置は少ない部品点数で入力回転を大幅に減速することができるので、工作機械、ロボットに組み込まれるコンパクトな減速機として利用されている。波動歯車装置は環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置されたカップ型の可撓性外歯歯車と、この内側に配置された波動発生器から構成されている。
【０００３】
しかしながら、波動歯車装置では回転の入力側と、回転が減速された出力軸側では構成部品の加工精度や組付け精度などにより軸間に周期的な回転ムラが生じる。その回転ムラを少なく（補整）する機構として特許文献１に記載されている機構や特許文献２に記載されている機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−８３２９２号公報
【特許文献２】実公平５−４０１０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、特許文献１に記載の方法では波動歯車装置の外周に環状部材及びプランジャーねじを配置する必要があり構造が複雑かつ大型化してしまい、構造の簡略化ができない。さらに角度伝達誤差の調整を行う際に調整量の測定、調整、調整後の確認測定といった一連の作業を何度も繰返さなければならず調整作業に時間がかかってしまう。
【０００６】
また、特許文献２に記載の方法では自在継手を回転ムラに応じた角度分だけ屈折させるため、自在継手につながっている駆動源の位置も移動する。そのため、駆動源の配置に十分な空間を確保する必要があり構造の簡略化ができない。さらに回転伝達系と駆動源が直列に配置されるため軸方向に長くなり、ロボットアームなどの減速機とモータを並列に配することでアームの幅を小さくしている装置には使用できない。
【０００７】
本発明の目的は、回転伝達装置に生ずる回転ムラを補整し、さらに構造の簡略化が可能な回転ムラ補整機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の回転ムラ補整機構は、回転ムラが１回転につき２周期発生する場合では、
駆動源の動力を波動歯車装置に伝える回転伝達機構を備え、前記回転伝達機構がそれぞれ楕円形状を有する２つの回転部材を含み、前記波動歯車装置に生じる回転ムラを補整する回転ムラ補整機構であって、
前記２つの楕円形状の回転部材の位相を９０°ずらして係合させることで、前記波動歯車装置に生じる回転ムラを前記２つの回転部材から生じる回転ムラで相殺することを特徴としている。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のロボットは、
物品を把持可能なロボットアームを備えたロボットであって、前記ロボットは前記ロボットアームの関節軸に設けた回転ムラ補整機構を備え、前記回転ムラ補整機構は、駆動源の動力を波動歯車装置に伝える回転伝達機構を備え、前記回転伝達機構がそれぞれ略楕円形状を有する２つの回転部材を含み、前記回転ムラ補整機構が前記波動歯車装置に生じる回転ムラを補整し、前記２つの回転部材の位相を９０°ずらして係合させることで、前記波動歯車装置に生じる回転ムラを前記２つの回転部材から生じる回転ムラで相殺することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下のような効果が得られる。
楕円形状を有する２つの回転部材を組み合わせる、簡単な構成で回転ムラが補整でき、スペースが少なく済み、重量の増加も抑えることができる。
【００１１】
また、外部から回転軸に回転部材を取付けるだけなので作業が簡単である。さらに、ロボットアームなどの減速機とモータを並列に配置している装置では構造を変えることなく回転部材を交換するだけで済むため変更が容易である。以上のように本発明により回転ムラを少なくし、構造の簡略化が行うことができる。
【００１２】
波動歯車装置から生じる回転ムラを測定しその最大値が２つの回転部材から生じる回転ムラと等しくなるように回転部材の長軸及び短軸を設定し、回転ムラを相殺させることで、回転ムラの相殺を必要十分に行うことができる。
【００１３】
回転部材として楕円プーリを用い、楕円プーリをタイミングベルトで連結する構成にすることで、楕円プーリを大型化せずに軸間距離を伸ばすことができるため、構造の簡略化が容易となる。また、楕円プーリが同方向に回転するため、軸の回転方向の正逆を考慮する必要がなくなる。さらに、楕円歯車を用いた場合に比べ動作音が静かになる。また、回転ムラを補正する最適な形状が楕円以外の形状で表現できる場合は、回転部材の形状は楕円以外の形状とする。
【００１４】
回転部材及び前記回転部材の回転軸の上に目印を設けることで、位相合わせの作業を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る回転ムラ補整機構の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】回転ムラを表したグラフであり、（ａ）は、波動歯車装置における周期的な回転ムラを表したグラフであり、（ｂ）は、楕円歯車によって生じる回転ムラを表したグラフであり、（ｃ）は、波動歯車装置の回転ムラを楕円歯車の回転ムラで相殺した結果を表したグラフである。
【図４】楕円歯車上のケガキ線の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号を付してある。
【００１７】
本発明をロボットアームの関節軸に適用した実施例を図１及び図２を用いて説明する。物品を把持可能なロボットアームの軸方向の幅を小さくするために、モータ１と波動歯車装置４は並列に配置している。回転ムラ補整機構は、駆動源であるモータ１の軸及び波動歯車装置４の入力軸６間の回転伝達機構を備え、回転伝達機構には略楕円形状を有する２つの回転部材を使用しており、モータ１と波動歯車装置４の軸間距離は５０ｍｍに設定されている。
【００１８】
本実施例では、回転部材として楕円歯車を用いている。ただし、ムラを補正する最適な形状が楕円以外の形状で表現できる場合は、回転部材の形状は楕円以外の形状とする。図１では楕円歯車２及び３の歯を図示せずにピッチ円直径を一点鎖線で示した。モータ１はロボットアーム本体１０に固定されている。モータ１の軸には第１の楕円歯車２がセットビス７ａにより固定されている。第２の楕円歯車３は第１の楕円歯車２と同形状の楕円歯車であり波動歯車装置４の入力軸６にセットビス７ｂにより固定されている。
【００１９】
第１の楕円歯車２及び第２の楕円歯車３は互いの位相を９０°ずらした状態、すなわち互いの楕円の短軸と長軸が噛み合う（係合する）状態で配置されている。波動歯車装置４は剛性内歯歯車４ａ、波動発生器４ｂ及び可撓性外歯歯車４ｃから構成され、剛性内歯歯車４ａはロボットアーム本体１０に固定されている。
【００２０】
波動発生器４ｂが回転の入力側、可撓性外歯歯車４ｃが回転の出力側となるように配置し、入力回転数は１／５０に減速される。波動歯車装置４の入力軸６は入力軸６側に介装された軸受１１を介して蓋８に支承されている。蓋８はロボットアーム本体１０に固定されている。出力軸５は出力軸５側に介装された軸受１２を介してロボットアーム本体１０に支承されている。出力軸５はロボットアーム本体１０の次の関節（不図示）につながっている。
【００２１】
上述のように構成されたロボットアームの第１の楕円歯車２及び第２の楕円歯車３の形状は以下のように決定する。最初に第１の楕円歯車２と第２の楕円歯車３の位置にピッチ円直径５０ｍｍの円形歯車（不図示）を取付ける。出力軸５には回転ムラを測るために、ロータリエンコーダ１５を取付ける。この状態でモータ１を回転させ、モータ１内に内蔵されているエンコーダに対する波動歯車装置４の出力軸５の回転を測定する。これにより波動歯車装置４の入力軸６の回転に対して出力軸５の回転が遅れたり早まったりする回転ムラが測定される。
【００２２】
図３（ａ）は測定した回転ムラを示すグラフである。縦軸は測定された出力軸５の角度（位相）と波動歯車装置４の入力軸６の回転角度から計算で得られる出力軸５の角度との差であり、回転ムラの振幅を示している。横軸は縦軸の振幅が最大となる角度を０°とした波動歯車装置４の入力軸６の角度を示している。
【００２３】
回転ムラは図３（ａ）に示すように波動歯車装置４の入力軸６の一回転あたり二周期の割合で生じており、その回転ムラの振幅（回転角度）は出力軸換算で２．９×１０−４［ｒａｄ］であった。この際に、回転ムラの振幅が最大となる角度を記録しておくために、回転ムラの振幅が最大となる角度での波動歯車装置４の入力軸６の回転中心とモータ１の回転中心とを結ぶ直線に沿って波動歯車装置４の入力軸６の端面にケガキ線９をけがいておく。ケガキ線９をけがいた図を図４に示す。
【００２４】
次に、上述のように得られた回転ムラを相殺する楕円歯車を決定する手順を説明する。一般に、２つの楕円歯車を互いの位相を９０°ずらして噛み合わせた状態で回転させると入力側の一回転あたり二周期の回転ムラが出力側に生じることが知られている。
【００２５】
図１で説明すると、楕円歯車２を回転の入力側とし楕円歯車３を回転の出力側として使用した。楕円歯車の回転ムラの振幅は歯車の長軸と短軸の比である扁平率に依存し、楕円歯車２の長軸と楕円歯車３の短軸が噛み合っている状態で最大となる。このとき、長軸の長さをＬ、短軸の長さをＳとした場合、楕円歯車２の回転角度ｄθと楕円歯車３の回転角度ｄφはＬ／Ｓ＝ｄφ／ｄθで表せられる。
【００２６】
波動歯車装置４の回転ムラの振幅が２．９×１０−４［ｒａｄ］、減速比が１／５０、楕円歯車の軸間距離が５０［ｍｍ］であることから計算すると、扁平率は０．０１８となり、楕円歯車の長軸のピッチ円直径が５０．４５［ｍｍ］、短軸のピッチ円直径は４９．５５［ｍｍ］と求められる。これにより楕円歯車２を回転させた時、楕円歯車３には図３（ｂ）に示すように楕円歯車２の一回転あたり二周期の回転ムラが生じ、その振幅は２．９×１０−４［ｒａｄ］となる。このように求められた長軸、短軸を有する楕円歯車を予め用意したグループの中から選ぶ。
【００２７】
次に楕円歯車の取付けの説明を行う。まず回転ムラの測定のために取付けた円形歯車をモータ１の軸及び波動歯車装置４の入力軸６から取外す。楕円歯車にはあらかじめ短軸に破線のケガキ線１３ａ及び１３ｂ、長軸には実線のケガキ線１４ａ及び１４ｂをけがいてあり目視で長軸と短軸が見分けられる目印となっている。楕円歯車３を波動歯車装置４の出力軸５に取付ける際には、回転ムラの測定の際に波動歯車装置４の入力軸（回転軸）６の端面にけがいておいたケガキ線９に楕円歯車３の短軸のケガキ線１３ｂを合わせて取付け、セットビス７ｂで固定する。楕円歯車２をモータ１の軸に固定する際には、楕円歯車３の短軸のケガキ線１３ｂと楕円歯車２の長軸のケガキ線１４ａが合うように噛み合わせてセットビス７ａで固定する。
【００２８】
楕円歯車に交換後の回転ムラに関して以下に述べる。モータ１に内蔵されているエンコーダの回転角度に対する出力軸５の回転ムラを測定すると、図３（ｃ）となった。これは図３（ａ）に示す波動歯車装置４の回転ムラが図３（ｂ）に示す楕円歯車の回転ムラによって相殺され、出力軸５の回転ムラが補整されたことを示している。このように、波動歯車装置４から生じる回転ムラを測定し、その最大値が２つの楕円歯車から生じる回転ムラと等しくなるように楕円歯車の長軸及び短軸を設定し、回転ムラを相殺させることができる。
【００２９】
以上のことから、回転ムラが補整（減少）される上にモータ１の配置が予め決定でき、調整機構を剛性内歯歯車の外側に配置する必要もないため、構造の簡略化が可能となる。さらに、楕円歯車上にケガキ線をけがくことで、長軸と短軸の見分けが困難な扁平率の楕円歯車でも簡単に取付けができる。
【００３０】
上述の実施例では一対の楕円歯車で構成したが、第１の楕円歯車と第２の楕円歯車をそれぞれ楕円プーリにして係合させ、２つの楕円プーリ間で動力伝達をするタイミングベルトが、位相を９０°ずらして配置された２つの楕円プーリを連結する構成にしてもよい。
【００３１】
楕円歯車の代わりに、略楕円形状を有する２つの回転部材として楕円プーリを用いた場合、軸間距離を長くしても楕円プーリのピッチ円直径を大きくする必要が無く、小さいピッチ円直径のままで回転ムラの相殺効果を得ることができる。そのため、ロボットアームを小型化することが可能となる。また、２つのプーリが同方向に回転するため、楕円歯車のようにモータの回転が逆転してしまうことを考慮する必要がなくなる。
【００３２】
さらに、非金属のタイミングベルトを使用することで、楕円歯車に比べて動作音を静かにする効果がある。また、相殺させる位相は振幅の最大となる角度でなく、図３（ａ）、図３（ｂ）の位相を微調整して相殺後の回転ムラの振幅の最大値が最小となるようにしてもよい。また、上記実施例では楕円歯車２とモータ１との固定と楕円歯車３と波動歯車装置４の入力軸６との固定をセットビスで行っているが、キーによる固定でもよい。上記実施例では９、１３及び１４にケガキ線を用いているが、点や目盛線などの目印にしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…モータ
２…第１の楕円歯車
３…第２の楕円歯車
４…波動歯車装置
４ａ…剛性内歯歯車
４ｂ…波動発生器
４ｃ…可撓性外歯歯車
５…出力軸
６…波動歯車装置の入力軸
７ａ…第１の楕円歯車のセットビス
７ｂ…第２の楕円歯車のセットビス
８…蓋
９…ケガキ線
１０…ロボットアーム本体
１１…入力軸側の軸受
１２…出力軸側の軸受
１３ａ…第１の楕円歯車短軸ケガキ線
１３ｂ…第２の楕円歯車短軸ケガキ線
１４ａ…第１の楕円歯車長軸ケガキ線
１４ｂ…第２の楕円歯車長軸ケガキ線
１５…ロータリエンコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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