減速機以及機器人的製作方法

2023-11-12 03:54:12

本發明涉及減速機以及機器人。

背景技術：

作為行星齒輪式減速裝置，公知有一種行星齒輪式減速裝置，其具備與擺線減速機相同的減速機構，並且使用漸開線齒形的固定太陽內齒輪(外齒輪)與行星齒輪(內齒輪)。該形式的減速裝置通過在固定太陽內齒輪內以旋轉自如的方式配置齒數比固定太陽內齒輪少一個的行星齒輪，並利用高速輸入旋轉使該行星齒輪偏心旋轉，從而得到從與在鬆動嵌合的狀態下貫通行星齒輪並延伸的多個銷(內銷)一體旋轉的輸出部件一側大幅度地被減速的旋轉。

這樣的減速裝置能夠通過單級實現大減速比，因此被用於工業機器人等的驅動系統中的高速精密控制用的減速機構。

但是，由於減速裝置的組裝誤差、或者製造誤差等，在固定太陽內齒輪與行星齒輪之間等會存在不能允許的程度的齒隙的情況。若產生這樣的齒隙，則減速裝置的響應性、控制性降低，因此不優選。

另外，公開有一種利用空心銷將齒輪支承軸以防脫的方式保留在支承部的構造(例如，參照專利文獻1)。還公開有：固定太陽內齒輪成為使第一太陽內齒輪片以及第二太陽內齒輪片在軸線方向上相互緊固的一分為二的構造，通過將這些第一以及第二太陽內齒輪片相對地朝向圓周方向相對地扭轉，進行固定太陽內齒輪與行星齒輪之間、以及銷孔與銷之間的齒隙的調整(例如，參照專利文獻2)。

專利文獻1：日本特開2014-77247號公報

專利文獻2：日本特開平5-296301號公報

然而，在專利文獻1所記載的減速裝置中，雖然公開有使用空心銷 的防脫構造，但彈性模量以及基於彈性模量的齒隙無法減少。另外，在專利文獻2所記載的減速裝置中，為了消除齒隙，需要進行使內銷-齒輪孔間的間隙成為零那樣的調整。另外，因部件的加工誤差，存在根據場所過度地使內銷與齒輪孔過於接近而使起動扭矩變大的擔憂。

技術實現要素：

本發明是為了解決上述課題的至少一部分完成的，能夠作為以下的方式或者應用例來實現。

【應用例1】本應用例的減速機的特徵在於，是具備被設置於齒輪的多個內銷的減速機，上述內銷包括芯部以及被插裝於上述芯部的外管部，上述外管部的彈性模量比上述芯部的彈性模量小。

根據本應用例，設置外管部，並在外管部內設置外徑比外管部的內徑小的芯部，外管部的彈性模量比芯部的彈性模量小，因此若通過在外管部的定位，齒輪承受載荷，則首先外管部沿旋轉方向彎曲。若為某種程度以上的載荷，則變形了的外管部與外管部內部的芯部接觸。換句話說，通過利用外管部的變形吸收位置誤差，由此能夠吸收加工公差並降低齒隙。因此，能夠提供能夠兼顧高剛性與高扭矩的減速機。

另外，由於不減少內銷的配置數量而解決相關問題，所以能夠維持剛性偏差、壽命等特性。

【應用例2】在上述應用例所記載的減速機中，優選在上述芯部的外周安裝有多個上述外管部。

根據本應用例，通過使各外管部的彈性模量不同，使加工公差的吸收變得容易。

【應用例3】在上述應用例所記載的減速機中，優選上述內銷的數量為六組以下。

根據本應用例，由於在低負荷時接觸的內銷的數量減少，所以能夠降低起動扭矩。並且，由於為了定位而接觸的內銷的數量較少，所以高精度部件件數減少而能夠降低成本。

【應用例4】在上述應用例所記載的減速機中，優選上述內銷的數量為四組以下。

根據本應用例，由於在低負荷時接觸的內銷的數量減少，所以能夠進一步降低起動扭矩。並且，由於為了定位而接觸的內銷的數量較少，所以高精度部件件數減少而能夠進一步降低成本。

【應用例5】在上述應用例所記載的減速機中，優選上述芯部與上述外管部之間成為空氣層。

根據本應用例，外管部的變形變得容易。

【應用例6】本應用例的機器人的特徵在於，具備上述任一項所述的減速機。

根據本應用例，能夠提供可靠性高的機器人。

附圖說明

圖1是本實施方式的減速機的外觀圖。

圖2是表示本實施方式的減速機的內部構造的分解立體圖。

圖3是表示本實施方式的減速機的動作理由的說明圖。

圖4是表示本實施方式的利用內銷導出公轉齒輪的自轉的情形的說明圖。

圖5是表示本實施方式的公轉齒輪與內銷的剖視圖，圖5的(A)是表示公轉齒輪與內銷的配置的圖，圖5的(B)是表示外管部承受負荷前後的概要的圖。

圖6是表示本實施方式的減速機的特性的圖，圖6的(A)是表示減速機的相對於內銷的數量的剛性偏差以及負荷的圖，圖6的(B)是表示相對於基於內銷的數量的輸入軸方向的減速機的剛性的圖，圖6的(C)是表示相對於基於內銷的數量/外管部的有無的輸入軸方向的減速機的起動扭矩的圖。

圖7是表示將本實施方式的減速機組裝於機器人手的關節部分等的情形的說明圖，圖7的(A)是表示機器人手的圖，圖7的(B)是表示機器人的圖。

具體實施方式

以下，根據附圖對將本發明具體化了的實施方式進行說明。此外，將使用的附圖適當地放大或者縮小進行顯示，以便說明的部分成為能夠識別的狀態。

減速機

圖1是本實施方式的減速機2的外觀圖。如圖所示，在本實施方式的減速機2，且在圓柱形的主體部10的下面側設置有輸入軸12，在主體部10的上面側設置有輸出軸14。

圖2是表示本實施方式的減速機2的內部構造的分解立體圖。如圖所示，在本實施方式的減速機2中，在構成主體部10的外周的圓筒形的部件的內周(以下，也稱為內周側)形成有多個齒輪齒從而構成齒圈18。

另外，在齒圈18的內側設置有公轉齒輪(齒輪)20，其比齒圈18略小，且在外周(以下，也稱為外周側)形成有多個齒輪齒。在公轉齒輪20的中央設置有軸孔22，被設置於輸入軸12的圓形凸輪24以經由軸承26能夠旋轉的方式被嵌入該軸孔22。若在固定有主體部10的狀態下使輸入軸12旋轉，則該旋轉被主體部10內的機構減速，並從上蓋板16或者被固定於上蓋板16的中心的輸出軸14輸出。此外，在圖示的本實施方式的減速機2中，在齒圈18的內側設置有兩個公轉齒輪20，後面敘述該理由。

另外，在公轉齒輪20，從公轉齒輪20的中央觀察在同心圓上的四個地方設置有貫通孔28，在各個貫通孔28插入有用於將公轉齒輪20的自轉的動作導出的內銷30。後面敘述利用內銷30將公轉齒輪20的自轉的動作導出的方法。這些內銷30的上端部被安裝於構成主體部10的上表面的上蓋板16，並且下端部被安裝於構成主體部10的下表面的下蓋板32。而且，通過在從上蓋板16以及下蓋板32突出的內銷30的端 部安裝螺母34，將內銷30固定於上蓋板16以及下蓋板32。

內銷30具備芯部50以及插入芯部50的外管部48(參照圖5)。芯部50以及外管部48被插入形成於公轉齒輪20的貫通孔28。外管部48位於貫通孔28與芯部50之間且具有彈性。上蓋板16以及下蓋板32具有供芯部50以及外管部48插入並連結的連結孔，輸出公轉齒輪20的基於自轉的旋轉，並且支承芯部50以及外管部48。

圖3是表示本實施方式的減速機2的動作理由的說明圖。使用圖2如上述所述，在齒圈18的內側設置有比齒圈18小的公轉齒輪20，齒圈18與公轉齒輪20嚙合。因此，公轉齒輪20成為相對於齒圈18的中心位置偏心的狀態。另外，在公轉齒輪20的中心設置有軸孔22(參照圖2)，經由軸承26在該軸孔22嵌入有圓形凸輪24。因此，若使輸入軸12旋轉，則圓形凸輪24旋轉，從而使公轉齒輪20產生以輸入軸12(以及齒圈18的中心軸)為中心的公轉運動。此外，在本實施方式中，「公轉」表示物體繞某個點的周圍旋轉的動作。

另外，雖然公轉齒輪20與圓形凸輪24之間通過軸承26能夠旋轉，但公轉齒輪20與齒圈18通過齒輪齒嚙合。因此，公轉齒輪20一邊利用與齒圈18的齒輪齒的嚙合進行自轉，一邊進行以輸入軸12(以及齒圈18的中心軸)為中心的公轉。此外，在本實施方式中，「自轉」表示以通過某個物體的內部的點(例如中心、重心)的軸為中心軸旋轉的動作。例如，在本實施方式的情況下，表示以通過公轉齒輪20的中心(未圖示)的軸為中心軸旋轉的動作。

在圖3的(A)中，圓形凸輪24在附圖上向上側偏心，因此示出公轉齒輪20在附圖上的上側與齒圈18嚙合的狀態。此外，在圖3中，在公轉齒輪20的側面顯示有箭頭，以便能夠把握公轉齒輪20旋轉的情形。該箭頭在圖3的(A)的狀態下在附圖上在正上方示出。

若從圖3的(A)示出的狀態使輸入軸12沿順時針方向旋轉45度，則根據圓形凸輪24的動作，公轉齒輪20也沿順時針方向公轉45度。另外，由於公轉齒輪20與齒圈18嚙合，所以公轉齒輪20沿逆時針方向自轉與齒輪齒的數量相當的角度。其結果是，公轉齒輪20成為圖3的(B)所示的那種狀態。比較圖3的(A)與圖3的(B)可知：隨著 圓形凸輪24沿順時針方向旋轉45度，公轉齒輪20也沿順時針方向公轉45度，從而在附圖上移動至向右上側偏心的位置。另外，描繪於公轉齒輪20的箭頭的方向與圖3的(A)相同大致指向附圖上的正上方。這能夠被認為是因為在使公轉齒輪20沿順時針方向公轉時，由於與齒圈18的嚙合在公轉齒輪20產生的逆時針方向的自轉大致抵消順時針方向的公轉。

若從圖3的(B)示出的狀態使輸入軸12進一步沿順時針方向旋轉45度，則公轉齒輪20移動至圖3的(C)示出的位置。該狀態相對於圖3的(A)示出的狀態處於公轉齒輪20向順時針方向公轉了90度的狀態。另外，隨著公轉齒輪20一邊與齒圈18嚙合一邊公轉至該位置，公轉齒輪20向逆時針方向自轉與齒輪齒的數量相當的角度。另外，被設置於公轉齒輪20的箭頭的方向與圖3的(B)相同依然成為大致指向附圖上的正上方的狀態。

若從圖3的(C)示出的狀態使輸入軸12進一步沿順時針方向旋轉，使公轉齒輪20向圖3的(D)示出的狀態、圖3的(E)示出的狀態、圖3的(F)示出的狀態、圖3的(G)示出的狀態以及圖3的(H)示出的狀態移動，則正好使輸入軸12旋轉一圈，成為圖3的(I)示出的狀態。另外，若與圖3的(A)進行比較，則顯示於公轉齒輪20的箭頭的方向沿逆時針的方向旋轉公轉齒輪20與齒圈18的齒數之差的量。例如，在公轉齒輪20的齒數比齒圈18的齒數少一個的情況下，公轉齒輪20所產生的順時針方向的公轉與逆時針方向的自轉成為大致相互抵消的大小，但嚴格來說，每公轉一圈，自轉的角度增大一個齒輪齒程度的量。這是因為公轉齒輪20的齒輪齒的數量形成為比齒圈18的齒輪齒的數量少一個齒，其結果是，為了使公轉齒輪20一邊與齒圈18嚙合一邊沿順時針方向公轉一圈，公轉齒輪20必須沿逆時針方向自轉一圈，並且多自轉一個齒的量。

這樣，在本實施方式的減速機2中，若使輸入軸12旋轉一圈，則公轉齒輪20向相反方向自轉相當於與齒圈18的齒輪齒的數量之差的齒數量。例如，若將齒圈18的齒數設為50個，將公轉齒輪20的齒數設為49個，則每使輸入軸12旋轉一圈，公轉齒輪20向相反方向自轉五十分之一圈(因此，360度/50＝7.2度)。

另外，也可以以下述方式考慮使輸入軸12旋轉時的公轉齒輪20的動作。首先，若使輸入軸12旋轉，則公轉齒輪20通過圓形凸輪24進行以輸入軸12(以及齒圈18的中心軸)為中心的公轉。另一方面，由於公轉齒輪20與齒圈18嚙合，所以公轉齒輪20一邊在齒圈18上滾動一邊進行自轉。

這裡，公轉齒輪20被形成為比齒圈18略小。因此，公轉齒輪20即使實際上幾乎不旋轉(正確而言，是自轉)，只要略微平行移動也能夠在齒圈18之上滾動。例如，在圖3的(A)所示的狀態與圖3的(B)所示的狀態下，公轉齒輪20幾乎沒有旋轉，只不過略微向右下方向移動。儘管如此，公轉齒輪20相對於齒圈18嚙合的位置從齒圈18的中心位置移動45度。即，公轉齒輪20在齒圈18上滾動。另外，針對圖3的(B)所示的狀態與圖3的(C)所示的狀態也相同，公轉齒輪20幾乎沒有旋轉，只不過向大致下方的略微靠右移動。儘管如此，公轉齒輪20相對於齒圈18嚙合的位置進一步移動45度。即，公轉齒輪20在齒圈18上滾動。

這樣，若將公轉齒輪20形成為相對於齒圈18略小，則僅通過以振擺迴轉的方式使公轉齒輪20移動(擺動)，就能夠使公轉齒輪20幾乎不自轉地在齒圈18上滾動。而且，在公轉齒輪20返回到原來的位置為止(例如，到圖3的(A)或者圖3的(I)所示的位置為止)的期間，只產生與齒圈18和公轉齒輪20的齒數之差相當的角度的自轉。

此外，若如上述那樣使輸入軸12旋轉一圈，則公轉齒輪20擺動一圈。這表示若使輸入軸12以高速旋轉，則公轉齒輪20猛烈地擺動，從而擔心產生伴隨於此的振動。但是，如上所述，在本實施方式的減速機2中設置有兩個公轉齒輪20(參照圖2)，這些公轉齒輪20以相互各錯開半個周期的方式進行公轉。因此，由一方的公轉齒輪20的擺動產生的振動被由另一方的公轉齒輪20的擺動產生的振動抵消，使得減速機2整體能夠避免振動的產生。

如上所述，即使使本實施方式的公轉齒輪20公轉，實際上公轉齒輪20也只不過一邊稍作自轉一邊在齒圈18的內側稍稍擺動。若這樣考慮，也能夠理解利用內銷30導出公轉齒輪20的自轉。即，如圖2所示，作為一個例子，在本實施方式的公轉齒輪20設置有四個貫通孔28，在 這些貫通孔28中分別插入有內銷30。

這裡，若將貫通孔28的大小設定為相對於內銷30的直徑在某種程度上大一些，則利用貫通孔28與內銷30之間的間隙吸收公轉齒輪20在齒圈18內擺動的動作，從而能夠僅導出公轉齒輪20的自轉。以下，對這一點進行說明。

圖4是表示本實施方式的利用內銷30導出公轉齒輪20的自轉的情形的說明圖。首先，對貫通孔28的大小進行說明。如圖4的(A)所示，在使公轉齒輪20的中心位置與齒圈18的中心位置一致時，貫通孔28與內銷30的位置重疊，並形成為半徑比內銷30的半徑大c的孔。這裡，「c」是公轉齒輪20相對於齒圈18的中心位置的偏心量。

通過圓形凸輪24使這樣形成有貫通孔28的公轉齒輪20在附圖上向上側偏心。於是，公轉齒輪20向上方偏心長度c，由此，如圖4的(B)所示，成為貫通孔28的下側與內銷30的外周抵接的狀態。

另外，若通過圓形凸輪24使公轉齒輪20在附圖上向右側偏心，則如圖4的(C)所示，貫通孔28的左側與內銷30抵接。同樣地，若使公轉齒輪20在附圖上向下側偏心，則如圖4的(D)所示，貫通孔28的上側與內銷30抵接，若在附圖上向左側偏心，則如圖4的(E)所示，在貫通孔28的右側，貫通孔28與內銷30抵接。

這樣，在本實施方式的減速機2中，將貫通孔28的大小設為相對於內銷30大相當於偏心量c的量，由此，能夠吸收公轉齒輪20在齒圈18內擺動的動作。此外，「將貫通孔28的大小設為相對於內銷30大相當於偏心量c的量」也能夠說成將貫通孔28的半徑設為比內銷30的半徑大偏心量c的量，還能夠說成將貫通孔28的直徑設為比內銷30的直徑大偏心量c的兩倍(2c)的量。另一方面，若公轉齒輪20自轉，則貫通孔28的位置移動，由此該動作被傳遞至內銷30。因此，能夠僅導出公轉齒輪20的自轉的動作。

這樣導出的公轉齒輪20的自轉被傳遞至安裝有內銷30的上蓋板16以及下蓋板32(參照圖2)。其結果是，公轉齒輪20的自轉從被固定於上蓋板16的輸出軸14輸出至減速機2的外部。

這裡，參照圖4的(B)～圖4的(E)可知，在公轉齒輪20在齒圈18的內側擺動的期間，貫通孔28與內銷30始終在一處抵接，而且抵接位置始終移動。因此，若在哪一處存在貫通孔28與內銷30的間隙過小的地方，則在該處，貫通孔28與內銷30幹擾使減速機2成為鎖定狀態。由於無法避免貫通孔28、內銷30在製造時多少產生製造誤差的情況，所以為了避免這樣的情況，需要將貫通孔28與內銷30之間的間隙具有富餘地形成為較大。

因此，在本實施方式這種動作原理的減速機2中，在貫通孔28與內銷30之間產生縫隙，使得貫通孔28與內銷30之間的扭矩傳遞延遲該縫隙的量而產生無法得到輸出扭矩的期間、或者產生輸入軸12停止而輸出軸14卻發生晃動這種不妥的情況。因此，在本實施方式的減速機2中，通過採用在貫通孔28與芯部50之間夾裝外管部48的構造，抑制或者避免這種不妥的情況。

圖5是表示本實施方式的公轉齒輪20與內銷30的剖視圖。圖5的(A)是表示公轉齒輪20與內銷30的配置的圖，圖5的(B)是表示外管部48承受負荷前後的概要的圖。此外，圖5的(A)所示的內銷30的數量為八組。

如圖5的(A)所示，本實施方式的內銷30在貫通孔28內配置外管部48，並在外管部48的內部配置芯部50。內銷30設置外管部48，並在外管部48內設置外徑比外管部48的內徑小的芯部50。外管部48的彈性模量比芯部50的彈性模量小。對於芯部50的剛性而言，只要是能夠耐減速機2的最大負荷的銷即可。外管部48為空心銷。芯部50可以是實心銷，也可以是空心銷。

若在該狀態下承受載荷，則如圖5的(B)所示，外管部48變形並與芯部50接觸。在該狀態下進一步從公轉齒輪20承受負荷的情況下，支承負荷的部件成為芯部50。因此，在承受高負荷的情況下具有與以往相同的剛性。另外，作為減速機2的決定定位精度的只是外管部48，因此能夠減少高精度的部件件數。並且，以在低負荷時與以往相比較芯部50與公轉齒輪20的接觸數量變少的方式進行設計，因此能夠降低起動扭矩。另外，在公轉齒輪20中沒有追加機構，無需新設用於配置其他機構的區域，因此能夠不減少內銷30的配置數量地進行安裝。

外管部48的材質為鋼材、氟樹脂、橡膠以及PEEK(聚醚醚酮)等。芯部50的材質需要耐高負荷。例如，芯部50的材質為鋼材。

此外，將此時的外管部48與芯部50的間隙的關係設為吸收加工公差並且外管部48在變形時不破損。

優選在芯部50的外周設置有多個外管部48。據此，通過使各外管部48的彈性模量不同而使加工公差的吸收變得容易。

優選芯部50的數量為六組以下。據此，低負荷時的芯部50接觸的數量減少，因此能夠降低起動扭矩。並且，由於用於定位的芯部50接觸的數量較少，所以高精度部件件數減少而能夠降低成本。

優選芯部50的數量為四組以下。據此，低負荷時的芯部50接觸的數量減少，因此能夠進一步降低起動扭矩。並且，由於用於定位的芯部50接觸的數量較少，所以高精度部件件數減少而能夠進一步降低成本。

優選芯部50與外管部48之間成為空間(空氣層)。據此，外管部48的變形變得容易。

接下來，針對配置有內銷30的數量與特性，在圖6的(A)～的(C)中示出。

圖6是表示本實施方式的減速機2的特性的圖。圖6的(A)是表示減速機2的相對於內銷30的數量的剛性偏差以及負荷的圖，圖6的(B)是表示相對於基於內銷30的數量的輸入軸方向的減速機2的剛性的圖，圖6的(C)是表示相對於基於內銷30的數量/外管部48的有無的輸入軸方向的減速機2的起動扭矩的圖。

如圖6的(A)所示，對於減速機2的剛性偏差而言，越增加內銷30的數量，則該剛性偏差越小。另外，對於減速機2的負荷而言，越增加內銷30的數量，則該負荷由於負荷的分散而越小。

如圖6的(B)所示，對於減速機2的相對於輸入軸方向的剛性的偏差而言，內銷30的數量越多，則該剛性的偏差越小。

如圖6的(C)所示，對於減速機2的起動扭矩的偏差而言，與以 往的沒有外管部的減速機的起動扭矩的偏差相比變小。另外，起動扭矩的偏差由於內銷30的數量增加而變小。

根據本實施方式，設置外管部48，並在外管部48內設置外徑比外管部48的內徑小的芯部50，外管部48的彈性模量比芯部50的彈性模量小，因此若通過在外管部48的定位，公轉齒輪20承受載荷，則首先外管部48沿旋轉方向彎曲。若為某種程度以上的載荷，則變形的外管部48與外管部48內部的芯部50接觸。換句話說，利用外管部48的變形吸收位置誤差，由此能夠吸收加工公差並降低齒隙。因此，能夠提供能夠兼顧高剛性與高扭矩的減速機2。

另外，由於不減少配置有芯部50的數量而解決相關問題，所以能夠維持剛性偏差、壽命等特性。

通過在外管部48的定位，能夠利用外管部48的變形吸收位置誤差，因此能夠吸收加工公差降低齒隙。

由於用於定位的內銷30接觸的數量較少，所以高精度部件件數減少能夠降低成本。

由於低負荷時的芯部50接觸的數量減少，所以能夠降低起動扭矩。

由於不減少配置有內銷30的數量而解決相關問題，所以能夠維持剛性偏差、壽命等特性。

此外，多個外管部48的彈性模量也可以為恆定。另外，多個芯部50的彈性模量也可以為恆定。

另外，在本構造中，通過使內銷30的直徑具有多個來吸收加工公差，從而不需要調整，另外，也能夠實現驅動扭矩的降低。

並且，也可以在外管部48內部配置外管部48並且在其內部配置芯部50。此時，外管部48的層數也可以是幾個。

機器人

如上所述，本實施方式的減速機2能夠實現較大的減速比，並且能夠防止輸出的延遲、輸出軸14的晃動。因此，本實施方式的減速機2 作為被安裝於如機器人手的關節等那樣要求精密的動作的部分的減速機特別適合。

圖7是表示將本實施方式的減速機2組裝於機器人手的關節部分等的情形的說明圖。在圖7的(A)示出的機器人手100中，在兩根相對的手指102的三處設置有關節，在該關節部分組裝有減速機2。另外，在圖7的(B)示出的機器人200中，在機器人的臂部分與機器人手100的連接部、臂部分的肘的部分、或者臂部分的根部的部分等組裝有減速機2。因此，能夠防止組裝有減速機2的關節部分的輸出延遲、輸出軸14的晃動，從而能夠順利地進行關節的動作。

以上，對本實施方式的減速機以及機器人進行了說明，但本發明並不限定於上述實施例，能夠在不脫離其主旨的範圍內實施各種實施方式。

附圖標記說明：

2...減速機；10...主體部；12...輸入軸；14...輸出軸；16...上蓋板；18...齒圈；20...公轉齒輪(齒輪)；22...軸孔；24...圓形凸輪；26...軸承；28...貫通孔；30...內銷；32...下蓋板；34...螺母；48...外管部；50...芯部；100...機器人手；102...指；200...機器人。