复合驱动装置及机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种复合驱动装置，即使应用差动齿轮机构也能防止轴的移动，且能应用齿隙极小的轻量小型的齿轮机构。该复合驱动装置具有：以绕自身轴线自由旋转的方式被支承的第一输出轴（11）；相互面对地配置在该第一输出轴（11）上的第一差动机构（1）和第二差动机构（2）；驱动第一差动机构（1）的第一动力源（21）及驱动第二差动机构（2）的第二动力源（22）；以及第二输出轴（12），在第一差动机构（1）和第二差动机构（2）之间，在与第一输出轴（11）正交的方向上延伸，且能与第一差动机构（1）和第二差动机构（2）的驱动联动地绕自身轴线旋转。
【专利说明】复合驱动装置及机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合驱动装置及机器人。
【背景技术】
[0002]以往，机器人等中的关节结构通常是针对多个轴设置有各自独立的致动器。
[0003]因此，提出如下一种机器人:由利用了差动机构(例如所谓被称为差动装置的差动齿轮机构)的复合驱动装置构成关节机构，用一个轴兼用作关节中的多个轴(例如，参照专利文献I)。
[0004]该机器人中，将两组致动器相面对地配置，由安装在两致动器的输出轴上的相互面对的驱动齿轮、以及与所述两驱动齿轮啮合的相互面对的从动齿轮构成齿轮机构，用安装有所述齿轮机构的两从动齿轮的一个输出轴兼用作两个轴。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献1:特开2005-279856号公报
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的问题
[0008]然而，在上述专利文献I中公开的关节机构中，将后段直接连接有减速器的马达用作向差动齿轮机构传递动力的致动器。
[0009]以专利文献I的机器人为例，当在机器人的关节等中使用复合驱动装置时，为了获得所需的扭矩，大多使用减速器。该情况下，减速器被设在差动齿轮机构与动力源之间。尤其像专利文献I那样将差动齿轮机构用作复合驱动装置时，必须在齿轮机构和动力源之间设置减速器进行减速。其理由是:如果将动力源和齿轮机构直接联动连接，则两个轴中的一个轴绕另一个轴以高速多次转动，因此用作机器人中的关节的输出轴是非优选的。
[0010]如此，当在机器人中使用差动齿轮机构时，由于动力经由减速器减速之后向齿轮机构传递，所以齿轮的齿隙容易增大。因此，如果将差动齿轮机构应用于机器人的驱动部，存在定位精度下降这样的问题。另外，在这种结构的差动齿轮机构中，由于传递扭矩较大，因此存在使用铁等坚固的材料来制造齿轮，且齿轮模数和直径也增大，重量也较大这样的问题。
[0011]鉴于上述情况，本发明的目的是提供如下一种复合驱动装置及具有该复合驱动装置的机器人:其即使应用差动齿轮机构，也能够防止轴的移动，且能够尽可能地减小齿轮的
齿隙量。
[0012]用于解决问题的手段
[0013]本申请所述的一个实施方式中的复合驱动装置的特征在于，具有:第一输出轴，以绕自身轴线自由旋转的方式被支承；第一差动机构和第二差动机构，相互面对地配置在该第一输出轴上；驱动所述第一差动机构的第一动力源以及驱动所述第二差动机构的第二动力源；以及第二输出轴，在所述第一差动机构和所述第二差动机构之间，在与所述第一输出轴正交的方向上延伸，并且能够与所述第一差动机构和第二差动机构的驱动联动而绕自身轴线旋转，不使所述第二输出轴绕所述第一输出轴移动的情况下，能够将来自所述第一动力源和所述第二动力源的动力分配给所述第一输出轴和所述第二输出轴。
[0014]发明效果
[0015]根据本申请所述的复合驱动装置和机器人的各自的一个方式，即使应用差动机构也能防止轴的移动，并且能够将动力源和差动机构直接联动连接。因此，能够在差动机构的后段配置减速器，能够尽可能地减小差动机构的齿轮的齿隙量。另外，能够利用轻量小型的齿轮机构，从而能够有助于实现节能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示实施例涉及的复合驱动装置的内部结构的说明图。
[0017]图2是表示实施例涉及的复合驱动装置的驱动例I的说明图。
[0018]图3是表示实施例涉及的复合驱动装置的驱动例2的说明图。
[0019]图4是表示实施例涉及的复合驱动装置的驱动例3的说明图。
[0020]图5是表示实施例涉及的复合驱动装置的驱动例4的说明图。
[0021]图6是具有实施例涉及的复合驱动装置的机器人的主视图。
[0022]图7是该机器人的俯视图。
[0023]图8是该机器人的主要部分放大图。
[0024]图9是表示复合驱动装置的动力源的变形例的说明图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对本申请所述的复合驱动装置、及具有该复合驱动装置的机器人的实施例进行详细说明。但是，本发明不限于以下的实施例中的例示。
[0026]实施例
[0027][复合驱动装置的概要]
[0028]首先使用图1说明实施例涉及的复合驱动装置的概要，图1是表示实施例涉及的复合驱动装置的内部结构的说明图。
[0029]如图1所示，在本实施例涉及的复合驱动装置100中，第一输出轴11沿着呈大致圆筒形的机壳10的大致中心在长度方向上延伸，并且对第一输出轴11以绕自身轴线旋转的方式进行支承。
[0030]另外，将与第一输出轴11联动连接的第一差动机构I和第二差动机构2沿第一输出轴11相互面对地配置。即，在机壳10的内部收纳有第一输出轴11、以及沿第一输出轴11相互面对地配置的第一差动机构I和第二差动机构2。
[0031]此外，在此，图1中，面向纸面方向的左侧配置第一差动机构I，右侧配置第二差动机构2，但也可以相反地进行配置。
[0032]另外，使第二输出轴12在第一差动机构I和第二差动机构2之间在与第一输出轴11正交的方向上延伸。并且，使该第二输出轴12能够与第一差动机构I和第二差动机构2的驱动联动地绕自身轴线旋转。此外，关于第二输出轴12与第一差动机构I和第二差动机构2的驱动联动的结构，在下面进行叙述。[0033]另外，本实施例涉及的复合驱动装置100具有:第一中空致动器21，作为驱动第一差动机构I的第一动力源，具有作为第一马达部的第一马达部210 ;以及第二中空致动器22，作为驱动第二差动机构2的第二动力源，具有作为第二马达部的第二马达部220。这些第一中空致动器21和第二中空致动器22可以是具有公知结构的装置，但不具有减速机构
坐寸ο
[0034]复合驱动装置100采用上述结构时，能够将由第一中空致动器21和第二中空致动器22的高速旋转产生的动力分配至第一输出轴11和第二输出轴12,此时,第二输出轴12不会绕第一输出轴11移动。
[0035]即，如干涉驱动机构使第一输出轴11和第二输出轴12相互干涉而形成为能够相互共同地进行驱动的结构那样，能够在不使两个轴11、12中的一个轴(在此为第二输出轴12)绕另一个轴(在此为第一输出轴11)以高速且多次转动的情况下得以实现。
[0036]另外，利用机壳10对第一输出轴11和第二输出轴12以分别绕自身轴线旋转自如的方式进行支承，并且将第一中空致动器21安装在机壳10的长度方向侧的一端，将第二中空致动器22安装在机壳10的长度方向侧的另一端。
[0037]S卩，如图所示，在机壳10的两端部设置致动器安装孔14、14，在该致动器安装孔14内分别配置第一中空致动器21、第二中空致动器22。然后，将轴承13适当设置在第一中空致动器21、第二中空致动器22、以及机壳10的规定位置上，经由这些轴承13对第一输出轴11和第二输出轴12以能自由旋转的方式进行支承。
[0038]如此，在机壳10中收纳第一差动机构I和第二差动机构2，在该机壳10上支承第一输出轴11和第二输出轴12,还将第一中空致动器21和第二中空致动器22安装在机壳10的两端，这样能够将复合驱动装置100单元化。
[0039]此外，在将复合驱动装置100单元化时，关于第一中空致动器21和第二中空致动器22，也可以形成为收纳在机壳10的内部的结构。
[0040]在此，关于均由齿轮机构构成的第一差动机构I和第二差动机构2，具体地进行说明。
[0041]如图1所不,第一差动机构I分别具有:第一驱动齿轮31和第一从动齿轮41,相互面对地安装在第一输出轴11上并分别由锥齿轮构成；以及一对第一行星齿轮61、71，以能自由旋转的方式支承在与第一输出轴11十字状连接的第一连接轴51的两端上，并分别与第一驱动齿轮31和第一从动齿轮41哨合。
[0042]关于第二差动机构2,也是同样的,其具有:相互面对地安装在第一输出轴11上的、分别由锥齿轮构成的第二驱动齿轮32和第二从动齿轮42 ;以及以能自由旋转的方式支承在与第一输出轴11十字状连接的第二连接轴52的两端上、并分别与第二驱动齿轮32和第二从动齿轮42啮合的一对第二行星齿轮62、72。
[0043]此外,第一、第二行星齿轮61、71、62、72也由锥齿轮构成,如图所示，由锥齿轮构成的第一行星齿轮61、71以及第二行星齿轮62、72经由轴承130与第一连接轴51以及第二连接轴52连接。
[0044]因此,第一行星齿轮61、71以第一连接轴51为中心自转，同时以第一输出轴11为中心公转。另外，第二行星齿轮62、72以第二连接轴52为中心自转，同时以第一输出轴11为中心公转。[0045]第二输出轴12在其基端固定有输出用齿轮8，使该输出用齿轮8与第一差动机构I以及第二差动机构2的相互面对的第一从动齿轮41和第二从动齿轮42的各外侧部啮合。
[0046]具体而言，如图所示，将第一差动机构I以及第二差动机构2的各驱动齿轮31、32与第一中空致动器21以及第二中空致动器22分别直接连接而不经由减速机构等，并且在各从动齿轮41、42的外侧部设置与第二输出轴12的输出用齿轮8哨合的输出用从动齿轮91、92。
[0047]在本实施例中，包含其直径和齿数等在内，将输出用从动齿轮91、92设为与第一、第二从动齿轮41、42相同的结构，并将两者背靠背地配置。
[0048]如此，可以将与输出用齿轮8啮合的齿轮另外设置为输出用从动齿轮91、92，也可在第一从动齿轮41和第二从动齿轮42的各外侧面一体地形成与输出用齿轮8 B齿合的齿列。另外，能够适当地设定输出用齿轮8与以输出用从动齿轮91、92为代表的其他齿轮(第一驱动齿轮31和第一从动齿轮41、第二驱动齿轮32和第二从动齿轮42)的传动比GR。
[0049]通过上述结构，第一中空致动器21 (第二中空致动器22)的旋转经由第一差动机构I (第二差动机构2)的第一连接轴51 (第二连接轴52)作为动力被传递至第一输出轴
11。另外，第一中空致动器21 (第二中空致动器22)的旋转经由第一差动机构I (第二差动机构2)的输出用从动齿轮91 (92)也作为动力被传递至第二输出轴12。
[0050]如此，在本实施例涉及的复合驱动装置100中，将与第一中空致动器21联动连接的第一差动机构I以及与第二中空致动器22联动连接的第二差动机构2空出规定间隔地并排设置在第一输出轴11上，根据来自两致动器21、22的输出差，将规定的转速分配给第一输出轴11和第二输出轴12。
[0051]另外，在本实施例中，在第一输出轴11和第二输出轴12的各后段分别连接有作为减速装置的减速器9。即，在本实施例中，将第一中空致动器21和第一差动机构I直接连接，并将第二中空致动器22和第二差动机构2直接连接，在两者之间均没有设置减速装置
坐寸ο
[0052]并且，为了从第一输出轴11和第二输出轴12获得所需的扭矩，将减速器9分别连接到第一输出轴11和第二输出轴12。
[0053]如此，由于在第一差动机构I和第二差动机构2的后段分别配置有减速器9，因此第一差动机构I和第二差动机构2所产生的齿隙量也能够被减小至减速比分之一。另外，由于第一、第二差动机构1、2中的传递扭矩较小，因此能够减小构成所述第一、第二差动机构1、2的各齿轮(第一驱动齿轮31、第一从动齿轮41、第二驱动齿轮32、第二从动齿轮42、输出用齿轮8等)的模数。
[0054]如此，即使是进行高速旋转的第一输出轴11、第二输出轴12，由于轴不产生旋转运动，因此在齿轮机构的后段设置减速器9就能够构成实用的复合驱动装置100。
[0055]而且，由于尽可能地减小了齿隙，所以使用本复合驱动装置100时的定位精度提高，能够应用于需要精密动作的装置。
[0056]此外，其详细情况将在下面叙述，但是由于第一输出轴11的转速不会大于第一中空致动器21、第二中空致动器22的旋转轴(第一马达部210、第二马达部220的中空轴)的转速，因此有时不在第一输出轴11上连接减速器9。
[0057][复合驱动装置的驱动例][0058]图2~图5分别表示了本实施例涉及的复合驱动装置100的驱动例,参照各图,对根据从第一中空致动器21和第二中空致动器22输入的动力向第一输出轴11和第二输出轴12进行转速分配的情况进行说明。此外，当表示轴等的旋转方向时，在图中，将使用箭头Fp表示的方向作为正转，将使用箭头Fn表示的方向作为反转。
[0059]图2是将第一、第二马达部210、220作用下的第一中空致动器21、第二中空致动器22的转速均设为lOOOrpm、并且设旋转方向也相同(例如，均为正转)的情况。图3是第一中空致动器21、第二中空致动器22的转速均为lOOOrpm、但旋转方向彼此相反的情况。
[0060]另外，图4是将第一中空致动器21的转速设为500rpm、将第二中空致动器22的转速设为1000rpm、并且设旋转方向相同(例如，均为正转)的情况。图5是同样地将第一中空致动器21的转速设为500rpm、将第二中空致动器22的转速设为lOOOrpm、但旋转方向相互相反的情况。
[0061]另外，在本实施例涉及的复合驱动装置100中，由于第一、第二驱动齿轮31、32与第一、第二中空致动器21、22直接连接，因此第一、第二驱动齿轮31、32以与第一、第二中空致动器21、22相同转速进行旋转。
[0062]另外，第一连接轴51和第二连接轴52均与第一输出轴11连接。即，第一连接轴51、第二连接轴52以及第一输出轴11 一体地旋转。
[0063]另外，第二输出轴12不产生移动，与输出用从动齿轮91、92啮合的输出用齿轮8绕自身轴线(第二输出轴12)旋转。此时，由于输出用从动齿轮91、92分别同轴地相互面对设置并与输出用齿轮8啮合，因此输出用从动齿轮91和输出用从动齿轮92始终转速相等，旋转方向相反。
[0064]因此，输出用从动齿轮91的转速N91和输出用从动齿轮92的转速N92的关系如下式所示。`
[0065]N91 =— N92(式 I)
[0066]另外，第一差动机构I和第二差动机构2具有以下的关系。
[0067]即，在第一差动机构I中，第一输出轴11的转速Nil、第一中空致动器21的转速即第一驱动齿轮31的转速N31、以及输出用从动齿轮91的转速N91之间，以下的关系式成立。
[0068]Nil = (N31 + N91) /2(式 2)
[0069]在第二差动机构2中，第一输出轴11的转速Nil、第二中空致动器22的转速即第二驱动齿轮32的转速N32、以及输出用从动齿轮92的转速N92之间，以下的关系式成立。
[0070]Nil = (N32 + N92) /2(式 3)
[0071]根据式2和式3能导出N31 — N32 = N92 — N91，另外，根据式I能导出以下的算式。
[0072]N91 = (N32 — N31)/2(式 4)
[0073]N92 = (N31 — N32)/2(式 5)
[0074]另外，如果输出用从动齿轮91、92和输出用齿轮8的齿数比(传动比)为GR，则输出用从动齿轮91、92的转速N91、N92和输出用齿轮8的转速N8 (第二输出轴12的转速N12)之间，以下的关系式成立。
[0075]N8 = N12 = GR.N91 ( — N92) (式 6)[0076]对图2的例子进行说明，在此，第一中空致动器21和第二中空致动器22的转速(第一驱动齿轮31的转速N31和第二驱动齿轮32的转速N32)均为lOOOrpm，因此，根据式
4、式 5，N91 = N92 = O。
[0077]即，第一驱动齿轮31和第二驱动齿轮32的旋转方向同为顺时针方向，输出用从动齿轮91和输出用从动齿轮92各自的输入不存在失衡，因此均不会旋转。
[0078]并且，由于N91 = N92 = 0，因此，根据式6，N8 = N12 = O。即，由于输出用从动齿轮91和输出用从动齿轮92均不旋转，因此，与它们啮合的输出用齿轮8当然也不旋转。SP，基端固定有输出用齿轮8的第二输出轴12也不旋转，由此第二输出轴12的转速N12=O。
[0079]并且，由于第一驱动齿轮31的转速N31 (第一中空致动器21的转速)=第二驱动齿轮32的转速N32 (第二中空致动器22的转速)=lOOOrpm,因此，根据式2或式3能导出Nil = 500rpm。即，第一输出轴11以500rpm正转(参照箭头Fp)。
[0080]如表1所示，在图2所示的例子中，相对于用于输入的第一中空致动器21的转速=第二中空致动器22的转速=lOOOrpm，第一输出轴11的转速Nil = 500rpm，第二输出轴12 的转速 N12 = Orpm0
[0081]表1
[0082]
【权利要求】
1.一种复合驱动装置，其特征在于，具有: 第一输出轴，以绕自身轴线自由旋转的方式被支承； 第一差动机构和第二差动机构，相互面对地配置在该第一输出轴上； 第二输出轴，在所述第一差动机构和所述第二差动机构之间，在与所述第一输出轴正交的方向上延伸，并且能够与所述第一差动机构和第二差动机构的驱动联动地绕自身轴线旋转；以及 驱动所述第一差动机构的第一动力源和驱动所述第二差动机构的第二动力源， 不使所述第二输出轴绕所述第一输出轴移动的情况下，能将来自所述第一动力源和所述第二动力源的动力分配给所述第一输出轴和所述第二输出轴。
2.如权利要求1所述的复合驱动装置，其特征在于， 所述第一差动机构和所述第二差动机构分别具有: 驱动齿轮和从动齿轮，相互面对地安装在所述第一输出轴上；以及一对行星齿轮，以能自由旋转的方式支承在与所述第一输出轴十字状连接的连接轴的两端上，并分别与所述驱动齿轮和从动齿轮啮合， 所述第二输出轴具有输出用齿轮， 所述输出用齿轮与所述第一差动机构和所述第二差动机构的相互面对的所述从动齿轮的各外侧部啮合。
3.如权利要求2所述的复合驱动装置，其特征在于， 在所述第一差动机构和所述第二差动机构的各从动齿轮的外侧部，设置有与所述输出用齿轮啮合的输出用从动齿轮。
4.如权利要求1所述的复合驱动装置，其特征在于， 具有收纳所述第一差动机构和所述第二差动机构的机壳，由该机壳来支承所述第一输出轴和所述第二输出轴，并且将所述第一动力源和所述第二动力源收纳或安装在该机壳中而进行了单元化。
5.如权利要求1所述的复合驱动装置，其特征在于， 第一马达部作为动力源与所述第一差动机构的驱动齿轮联动连接，第二马达部作为动力源与所述第二差动机构的驱动齿轮联动连接。
6.如权利要求1所述的复合驱动装置，其特征在于， 至少在所述第二输出轴的后段连接有减速装置。
7.一种机器人，在关节机构中具有复合驱动装置，其特征在于， 所述复合驱动装置具有: 第一输出轴，以绕自身轴线自由旋转的方式被支承； 第一差动机构和第二差动机构，相互面对地配置在该第一输出轴上； 第二输出轴，在所述第一差动机构和所述第二差动机构之间，在与所述第一输出轴正交的方向上延伸，并且能够与所述第一差动机构和第二差动机构的驱动联动地绕自身轴线旋转；以及 驱动所述第一差动机构的第一动力源和驱动所述第二差动机构的第二动力源， 不使所述第二输出轴绕所述第一输出轴移动的情况下，能将来自所述第一动力源和所述第二动力源的动力分配给所述第一输出轴和所述第二输出轴。
【文档编号】B25J17/00GK103732951SQ201180072700
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2011年8月4日 优先权日:2011年8月4日
【发明者】赤江裕光 申请人:株式会社安川电机