齿轮机构、减速器和机械手臂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种齿轮机构、减速器和机械手臂，更加特别地，涉及在机械手臂的每 个关节的减速器中使用的齿轮机构。
【背景技术】
[0002] -般地，工业机械手使用减速器将从驱动马达输出的高速低转矩转变成用于驱动 其关节的低速高转矩。作为用于此的减速器，已经已知的是一种利用椭圆和正圆的差速运 动的应变波传动装置。在应变波传动装置中，多个齿同时彼此啮合，因此能够获得高的转矩 能力。由于该优点，在各种工业机械手中使用应变波传动装置。然而，应变波传动装置具有 因利用变形而导致的高成本和低耐久性的缺点。
[0003] 此外，作为减速器，通常还使用摆动传动装置，其通过使用其内的摆动齿轮的摆动 运动提供高的减速比。在摆动传动装置中，固定齿轮与输入轴同轴设置，具有不同齿数的摆 动齿轮通过输入轴倾斜并与固定齿轮啮合。摆动运动通过输入轴的旋转而执行。此时，输 入轴每旋转一圈摆动齿轮周转的量相应于齿数差，因此仅仅周转分量被传递给输出轴。通 过这种方式实行减速（专利文献1)。此外，在另一个示例中，不通过传递周转分量，而是通 过一对固定齿轮和与其对向设置的输出齿轮以及一对输出齿轮和与该输出齿轮嗤合的摆 动齿轮的差速运动，执行减速（专利文献2)。
[0004] 引用列表
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本专利申请特开No. S44-002373
[0007] 专利文献2 :日本专利申请特开No. S54-120347
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 顺带地，在许多情况下，这些摆动传动装置的齿轮具有大致渐开线齿廓，在这种情 况下，难以增加彼此啮合的齿的齿数。因而，存在的问题是，摆动传动装置不适合于为了例 如在工业机械手用关节致动器中使用而需要高刚性、高转矩能力的减速器。此外，当将具有 大量彼此啮合的齿的传统齿廓应用于摆动传动装置时，由于齿廓形成的高压力角会导致问 题，这是因为产生了相对于转矩相对高的接触压力，并且转矩传递效率降低，且虽然刚性能 够增大但是支撑部件大型化。
[0010] 考虑到这些情况，本发明的一个目的是提供一种齿轮机构和包括该齿轮机构的机 械手臂，该齿轮机构能够在不增大尺寸的条件下实现高刚性和高转矩能力。
[0011] 解决问题的方案
[0012] 根据本发明的一个实施例，提供一种齿轮机构，包括：具有环状齿面的第一齿轮， 该第一齿轮包括：相对于预定高度形成在远端侧的多个齿顶部；和分别在多个齿顶部之间 的位置相对于预定高度形成在齿根侧的多个凹进部；以及具有环状齿面的第二齿轮，该第 二齿轮包括：相对于预定高度形成在远端侧的多个齿顶部；和分别在多个齿顶部之间的位 置相对于预定高度形成在齿根侧的多个凹进部；第二齿轮的多个齿顶部和第二齿轮的多个 凹进部的数量分别比第一齿轮的多个齿顶部和第一齿轮的多个凹进部的数量多。第一齿轮 和第二齿轮布置在这样的状态下，在所述状态中，第一齿轮的旋转轴和第二齿轮的旋转轴 以预定的角度倾斜，从而形成最深啮合位置和掠过位置，在该最深啮合位置，第一齿轮和第 二齿轮中的一个齿轮的多个齿顶部中的一个齿顶部与第一齿轮和第二齿轮中另一个齿轮 的多个凹进部中的相应的一个凹进部彼此最深地啮合，在该掠过位置，第一齿轮和第二齿 轮中的一个齿轮的多个齿顶部中的所述一个齿顶部与第一齿轮和第二齿轮中所述另一个 齿轮的多个齿顶部中的相应的一个齿顶部在最深啮合位置的对向侧彼此掠过，以及从而形 成第一啮合区域和第二啮合区域，在该第一啮合区域中，第一齿轮和第二齿轮中的所述一 个齿轮的多个齿顶部中的所述一个齿顶部与第一齿轮和第二齿轮中所述另一个齿轮的多 个齿顶部中的相应的一个齿顶部在掠过位置两侧的每一侧保持彼此接触，在第二啮合区域 中，第一齿轮和第二齿轮中的所述一个齿轮的多个齿顶部中的所述一个齿顶部与第一齿轮 和第二齿轮中所述另一个的齿轮多个凹进部中的相应的一个凹进部相对于第一啮合区域 在最深啮合位置侧保持彼此接触。第一齿轮的多个齿顶部和第二齿轮的多个齿顶部每一个 都形成为在第一啮合区域的一个点保持彼此接触。第一齿轮的多个凹进部和第二齿轮的多 个凹进部均形成为与通过区域一致，其中所述通过区域沿着多个配合的齿顶部中的一个齿 顶部在第二啮合区域中运动时的运动延伸。
[0013] 发明效果
[0014] 根据本发明的一个实施例，在齿廓能够大体上在其全周上使齿保持彼此接触的情 况下，能够增大彼此啮合的齿的齿数。因而，能够提供一种齿轮机构和包括该齿轮机构的机 械手臂，该齿轮机构能够在不增大尺寸的条件下实现高刚性和高转矩能力。
[0015] 从下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。
[0016] 附图简述
[0017] 图1是根据本发明第一实施例的机械手装置的示意性结构的透视图。
[0018] 图2A和2B是根据第一实施例的减速器的说明图。图2A是减速器的轴向剖面图， 图2B是减速器的分解透视图。
[0019] 图3A、3B和3C是根据第一实施例的减速器的减速传动装置的视图。
[0020] 图4是用于计算减速传动装置的凸齿廓曲线的说明图。
[0021] 图5A、5B、5C、ro和5E是示出了减速传动装置的齿顶部和凹进部如何彼此啮合的 视图。
[0022] 图6A、6B、6C和6D是根据第一实施例的减速器的其他示例的说明图。
[0023] 图7A和7B是根据本发明第二实施例的减速器的说明图。
[0024] 图8A、8B和8C是根据第二实施例的减速器的减速传动装置的视图。
[0025] 图9是用于计算减速传动装置的凸齿廓曲线的说明图。
[0026] 图IOA和IOB是示出了点C的半圆形轨迹的曲线。
[0027] 图IlA和IlB是根据第二实施例的减速器的另一个示例的说明图。
[0028] 图12是使用根据本发明的实施例的齿轮机构的机械装置的视图。
【具体实施方式】
[0029] 〈第一实施例〉
[0030] 下文中，参考图1至图6D描述根据本发明第一实施例的机械手装置500。首先，参 考图1描述根据第一实施例的机械手装置500的示意性结构。图1是根据本发明第一实施 例的机械手装置500的示意性结构的透视图。
[0031] 如图1所示，机械手装置500是工业机械手，包括用于执行诸如工件W的装配的各 操作的关节型机械手100、用于控制关节型机械手100的控制单元200、以及与控制单元200 连接的示教器300。
[0032] 关节型机械手100包括六轴关节型机械手臂101和与机械手臂101的远端连接的 末端执行器102。
[0033] 机械手臂101包括固定在作业台上的底座部103、用于传递位移和力的多个连杆 121至126、以及分别以可转动或可旋转的方式联接到多个连杆121至126的多个关节111 至116。多个关节111至116每一个都包括驱动马达（未示出）、用于检测驱动马达的旋转 轴的旋转角度的编码器（未示出）、以及用于减小驱动马达的输出从而增大驱动马达的转 矩的减速器10。注意，驱动马达和减速器10用作致动器，下面详细地描述减速器10。
[0034] 末端执行器102包括用于夹持工件W的夹持爪104、用于驱动夹持爪104的驱动马 达（未示出）、用于检测驱动马达的旋转轴的旋转角度的编码器（未示出）、以及用于减小 驱动马达的输出的减速器（未示出）。此外，末端执行器102包括能够检测施加给夹持爪 104等的应力（斥力）的力传感器（未示出）。
[0035] 示教器300能够接受指令以驱动并控制机械手臂101和末端执行器102。根据从 示教器300输入的设定等，以及根据存储在存储单元（未示出）中的各种程序等，控制单元 200驱动并控制机械手臂101和末端执行器102。
[0036] 在如上所述构成的机械手装置500中，根据输入设定等，控制单元200在驱动机械 手臂101的多个关节111至116的相应的驱动马达的同时减小其每分钟转数，从而将末端 执行器102移动到任意三维位置。然后，在该任意三维位置，在通过力传感器检测施加给夹 持爪104的应力的同时，工件W或元件被末端执行器102夹持。通过这种方式，执行诸如工 件W装配的各操作。
[0037] 接着，参考图2A至图6D描述根据第一实施例的减速器10。首先，参考图2A至3C 描述减速器10的示意性结构。图2A和2B是根据第一实施例的减速器10的说明图。图2A 是减速器10的轴向剖面图，图2B是减速器10的分解透视图。图3A至3C是根据第一实施 例的减速器10的减速传动装置的视图。
[0038] 如图2A和2B所示，减速器10包括与驱动马达连接的输入轴2、以及与多个连杆 121至126中相应的一个连接的输出轴50。来自驱动马达的旋转输入通过减速器10的中 介作用以低的每分钟转数传递给多个连杆121至126中相应的一个。输入轴2通过轴承31 和32的中介作用以可枢转的方式支撑在第二壳体35中，输出轴50通过轴承51和52的中 介作用以可枢转的方式支撑在第一壳体30中，以便与输入轴2同轴。
[0039] 此外，减速器10包括具有Z个齿并形成为具有环状齿面的第一齿轮3、和具有Z+1 个齿（第一齿轮3和第二齿轮4之间的齿数差η为1)并形成为具有环状齿面的第二齿轮 4。第一齿轮3的环状齿面包括相对预定高度形成在远端侧的多个齿顶部、和分别