ロボット用高精度ハーモニック減速機の剛輪の加工方法と工程

テクニカル・ブリーフ

本発明は、従来のハーモニック減速機に存在する問題、すなわち伝達比が固定されており、スマートロボットの要件を満たせないという課題に対処するため、まず剛輪の内周に歯数が異なる2列の歯を加工し、次に段付き構造を設計し、さらに環状の溝を設計することで、2種類の伝達比の切り替えを実現することを提案する。加工時には歯幅の余裕を持たせ、さらにV字型の溝を設ける。これにより、切削屑の排出が容易になるだけでなく、潤滑効果も向上し、結果としてフレキシブルホイールの円滑な取り付けと噛み合わせが保証され、ロボットが求める多段変速比への柔軟なニーズを満たすことができる。

キーワード：ハーモニック減速機の剛輪加工、二重減速比設計、環状溝構造

ロボット分野に関し、具体的には、ロボット用の高精度ハーモニック減速機における剛輪の加工方法に関するものであり、これがいわゆる本発明の内容である。

背景技術：

既存の産業用ロボットは、主に2つのカテゴリーに分類されます。1つは直交座標ロボット、もう1つは関節型ロボットです。直交座標ロボットは、主に直線運動ユニット、駆動モーター、制御システム、およびエンドエフェクタなどで構成されています。この種のロボットは、用途に応じて異なる次元構成へ手軽かつ迅速に組み立てることができ、さまざまなストロークや異なる可搬重量を備えた壁掛け型直交座標ロボット、カンチレバー型直交座標ロボット、ガントリー型直交座標ロボット、さらには逆さ吊り型など、多種多様な形態の直交座標ロボットが存在する。関節型ロボットは、主に回転運動ユニットと駆動モーター、さらに制御システムやエンドエフェクタなどで構成されています。関節型ロボットは、直交座標型ロボットのように迅速に異なる次元構成に組み立てることはできません。用途に応じて、あらかじめ決められた次元の関節型ロボットを選択する必要があります。

ほとんどの多関節ロボットでは、減速伝動部品としてハーモニック減速機が採用されています。ハーモニック減速伝動というこの新しい機械式伝動方式は、フレキシブルギアによる制御可能な弾性変形を利用して、 運動と力を伝達するものです。この製品の基本構成部品には、楕円形状の波形発生器、内壁が薄く筒状の構成部品である「フレキシブルホイール」、および剛性が高いため「リジッドホイール」と呼ばれる部品があります。波形発生器が回転を開始すると、フレキシブルホイールという部品に強制的に弾性変形が生じ、フレキシブルホイールの歯とリジッドホイールの歯が相互に作用することで、伝動が実現される。既存のスマート産業用ロボットの減速機におけるフレキシブルホイールは、歯車セットが1組のみであり、対応するリジッドホイールとのみ噛み合っている。このような減速機では、動力伝達中の減速比が固定されている。そのため、スマートロボットが求める減速比の要件を満たすことが難しく、一定の問題が生じている。

技術を可能にする要素：

上記の技術的な課題に対し、本発明は、2種類の伝達比を実現可能な、ロボット用高精度ハーモニック減速機の固定輪の加工方法を提供する。

本発明では、以下の技術的解決策を採用している。ロボット用高精度ハーモニック減速機の剛輪の加工方法に関して、この方法は以下の工程を含む：

（1）2列の歯の歯幅と歯根円直径をそれぞれ決定する；

（2）剛性輪のブランク体の内周の一側において、第1列の歯の歯根円直径に基づいて旋削加工を行い、第1の円筒面を形成する。この円筒面には、第1列の歯の歯幅に相当する軸方向の長さが確保されている。

（3）鋼輪のブランク内輪の反対側において、第2列の歯の歯根円直径に基づいて旋削加工を行い、第2の円筒面を形成する。この円筒面には、第2列の歯の歯幅に相当する軸方向の長さを確保しておく。

（4）第1の円筒面と第2の円筒面の交点に環状の溝を加工する；

これを好ましい実施形態として、歯を加工する際には、環状溝から離れた側から、環状溝に近い側に向かって、切り込みを行う。

好ましくは、前記第１の円筒面および第２の円筒面は段付きとなっている。

優先的な選択として、より高い円筒面上にある歯列の歯頂円の直径は、もう一方の歯列の歯頂円の直径よりも小さくなければならない。

好ましくは、前記２列の歯の歯数は等しくない。

好ましくは、階段状に形成された２つの円筒面の段差は、傾斜面によって滑らかに接続される。

好ましくは、前記環状の溝の断面はV字型である。

優先的な選択肢として、V字断面の環状溝において、その片側の傾斜面が前記傾斜面とみなされ、もう一方の側の傾斜面は、環状溝の底面から始まり、より低い円筒面まで延びている。

上記の技術的構成から分かるように、本発明は、剛輪の内周部に、歯数が異なる2列の歯を形成することができ、これら2列の歯は、対応する柔輪の歯と噛み合うことができる。伝動の過程において、 具体的なニーズに応じて任意の歯形を選択して伝動を行うことが可能であり、これにより、2種類の異なる伝動比を実現するという目的を達成することが可能となり、ひいてはロボットが求める伝動比の要件を満たすことができる。

実際的な方法

以下、本発明について詳細に説明する。ここでは、本発明の例示的な実施例を用い、これに基づいて本発明を説明するが、これは本発明を限定するものではない。

ロボット用高精度ハーモニック減速機の剛輪の加工方法であって、以下の工程を含む：

まず、2列の歯それぞれについて、歯幅と歯根円直径を個別に決定する必要があります。これが最初のステップです。次に、剛歯車ブランクの内輪側において、第1列の歯の歯根円直径に合わせて旋削加工を行い、第1の円筒面を形成します。この円筒面には、第1列の歯幅に対応する軸方向の長さが確保されている。また、剛輪の軸方向の一側には開口部を設ける必要がある。この開口部を通じてフレキシブルホイールを取り付けることで、加工も容易になる。同様の理屈で、剛輪ブランクの内周の反対側において、第2列の歯の歯根円直径に合わせて旋削を行い、第2の円筒面を得る。この第2円筒面には、第2列の歯幅に相当する軸方向の長さが確保されている。次に、第1円筒面と第2円筒面の交点部分を加工し、断面がV字型となる環状溝を形成する。一方、歯を加工する間、この環状溝に切削屑が流れ込むことで、加工が容易になる。他方、2列の歯に潤滑を行う際、環状溝内の潤滑油に一部の切削屑が沈殿するため、歯部の潤滑油を比較的清浄な状態に保つことができる。最後に、第1および第2の円筒面上の予備部分に、あらかじめ決定された歯パラメータに基づいてそれぞれ歯の加工を行い、これにより1つの剛輪に2列の歯を加工し、対応する柔輪と噛み合わせることで、2種類の異なる伝達比を用いた動力伝達を実現する。

好ましくは、歯を加工する際、切り込み方向は環状溝から離れた側から環状溝に近い側へ向かうものであり、各歯の歯溝は環状溝と連通している。 さらに、歯溝の底面を環状溝の底面より高くするか、あるいは環状溝の底面と同じ高さに揃える必要がある。これにより、加工過程で発生する切りくずが環状V溝に流れ込み、加工が円滑に行われるようになる。同時に、2列の歯に潤滑を行う際、環状溝内部の潤滑油が一部の切削屑を沈殿させることで、歯部の潤滑油を比較的清浄な状態に保つことができる。環状V溝は、切削屑や不純物が傾斜した溝壁に沿って溝底へ流れ込むことを容易にし、それによって切削屑や不純物などの飛散を防止する。

本発明において、前記第１の円筒面および第２の円筒面は段付き形状を呈しており、加工が容易であるだけでなく、対応するフレキシブルホイールがリジッドホイールの内輪に円滑に取り付けられることを保証することができる。実施の過程において、より高い円筒面に位置する第１の歯列の歯頂円直径は、第２の歯列の歯頂円直径よりも小さい。これにより、これと噛み合うフレキシブルプーリーの片方の歯列の歯頂円直径は、もう一方の歯列の歯頂円直径よりも小さくなる。 したがって、取り付け時には、フレキシブルプーリーの歯頂円直径が小さい方の歯列が、リジッドプーリーの歯頂円直径が大きい第2の歯列を通り抜け、さらにリジッドプーリーの歯頂円直径が小さい第1の歯列と噛み合うことで、干渉現象を生じさせることなく、スムーズな取り付けが確保される。

剛輪の2列の歯の間にある歯数は、できるだけ等しくしないことが望ましい。柔輪の歯数も同様に等しくなくてもよく、さらに剛輪の2列の歯数とそれに対応する柔輪の歯数の比を異ならせることで、2種類の異なる伝達比を提供し、ロボットの駆動要件を満たすことができる。実施の過程において、階段状に形成された2つの円筒面の段差は傾斜面によって滑らかに接続されており、これにより加工工程での切りくずの飛散を低減できる。具体的には、前述の環状溝の断面はV字型を呈しており、 V字型の断面を持つ環状溝の片側の傾斜面が、前述の傾斜面であり、もう片側の傾斜面は環状溝の底からより低い円筒面まで延びている。これにより、切削屑やスラグが傾斜した溝壁に沿って溝底へ流れ込みやすくなり、一定の緩衝作用を果たす。

本発明の実施例において提示された技術的解決策については、上記で詳細に説明した。本明細書では、具体的な事例を用いて、本発明の実施例の原理および実施形態について解説した。 上記の実施例の説明は、本発明の実施例の原理を理解するための補助としてのみ用いられるものであり、また、当業者の立場からすれば、本発明の実施例に基づいて、具体的な実施形態および適用範囲において変更が加えられる可能性がある。以上のことから、本明細書の内容は、本発明を制限するものと解釈されるべきではない。