JP5052072B2 - Two-way clutch and joint structure - Google Patents
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Description
本発明は、内方部材と外輪との間で両回転方向に駆動と空転を切り替えることが可能なツーウェイクラッチ及びこのようなツーウェイクラッチを備えた関節部構造に関する。 The present invention relates to a two-way clutch capable of switching between driving and idling in both directions of rotation between an inner member and an outer ring, and a joint part structure including such a two-way clutch.
近年、4足歩行可能な犬型などの移動ロボットが提案されている(例えば下記特許文献1参照)。この種の移動ロボットは、胴体部に2本以上の脚部が回動可能に取り付けられている。この脚部は関節部を有し、脚部の動体部に対する回動と脚部自体の屈伸によって歩行を行なうようになっている。
In recent years, a dog-type mobile robot capable of walking on four legs has been proposed (see, for example,
また、図5に示す別の移動ロボットは、胴体部61を、関節を有する脚体62で支持し、各脚体62が足部、関節部、股部に車輪63を有している。各脚体62は、関節部で回動可能に連結された上脚62aと下脚62bからなり、それぞれ脚駆動モータ64で揺動駆動される。また、各車輪63には、インホイールモータ65が内蔵され、各車輪63を回転駆動するようになっている。
なおこの図で、66は軸受であり脚駆動モータ64の出力軸(上脚62aと下脚62bにそれぞれ固定されている)を回転可能に支持する。また67は、インホイールモータ65の固定軸であり、下脚62bに回転しないように固定されている。
この構成により、脚駆動モータ64で上脚62aと下脚62bを揺動駆動することにより、歩行移動が可能であり、インホイールモータ65で各車輪63を回転駆動することにより高速移動が可能である。
Further, another mobile robot shown in FIG. 5 supports the
In this figure,
With this configuration, the
上記の移動ロボット、その他ロボットアームなどでは、その関節部にクラッチ(回転伝達装置)を装備することにより、クラッチを連結したときは関節部を固定して高トルクを発生し、クラッチを切ったときは関節部をフリーにして脚部やアームなどを屈伸運動させる。
従来、このようなクラッチとして、電磁クラッチやツーウェイクラッチを使用していた。電磁クラッチは、電磁石の磁気的な作用を利用して動力の伝達(クラッチオン)と遮断(クラッチオフ)を行なうものである(例えば、下記特許文献2、3参照)
The above mobile robots and other robot arms are equipped with a clutch (rotation transmission device) at their joints, so that when the clutch is connected, the joint is fixed and high torque is generated, and the clutch is disconnected. Makes the joints free and exercises the legs and arms.
Conventionally, an electromagnetic clutch or a two-way clutch has been used as such a clutch. The electromagnetic clutch performs power transmission (clutch on) and disengagement (clutch off) using the magnetic action of an electromagnet (see, for example,
また、ツーウェイクラッチは、図6に示す構造をしている。このツーウェイクラッチ30は、内方部材31と外輪33を内外に配置し同一軸心周りに相対的に回転可能な構成としている。このツーウェイクラッチ30では、内方部材31が回転軸であり、外輪33が固定側である。内方部材31の外周には円筒面32が設けられ、外輪33の内周には円筒面32との間に楔形空間35を形成する複数のカム面34が設けられている。この楔形空間35に周方向に等間隔に係合子としてのローラ36,36・・・が配置されている。ローラ36は楔形空間に設けられた保持器37により、互いに等間隔を置くように保持されている。保持器37には切り替えレバー38が連結されている。切り替レバー38を操作することにより、外輪33に対する保持器37の位相をA方向(反時計方向)又はB方向(時計方向)に変化させることができる。
Further, the two-way clutch has a structure shown in FIG. The two-
図7(A)〜(C)は図6に示したツーウェイクラッチ30の拡大図である。上記のように構成されたツーウェイクラッチ30では、以下の4つの制御状態を切り替えることができる。
7A to 7C are enlarged views of the two-
(状態1)
図7(A)に示すように、ローラ36が円筒面32とカム面34に係合しない中立位置となるように保持器37の位置を固定したときは、内方部材31は両方向に自由に回転する。
(State 1)
As shown in FIG. 7A, when the position of the
(状態2)
図7(B)に示すように、切り替えレバー38を図6のA方向に操作し、上記の中立位置よりも反時計方向においてローラ36が円筒面32とカム面34に係合する位置に保持器37の位置を固定したときは、内方部材31は反時計方向にはロックするが、時計方向には空転する。
(State 2)
As shown in FIG. 7 (B), the
(状態3)
図7(C)に示すように、切り替えレバー38を図6のB方向に操作し、上記の中立位置よりも時計方向においてローラ36が円筒面32とカム面34に係合する位置に保持器37の位置を固定したときは、内方部材31は時計方向にはロックするが、反時計方向には空転する。
(State 3)
As shown in FIG. 7C, the
(状態4)
保持器37を固定せずフリーの状態とすれば、保持器37は内方部材31の回転方向に連れ回るため、内方部材31を反時計回りに回転させると図7(B)と同様のロック状態となり、内方部材31を時計回りに回転させると図7(C)と同様のロック状態となる。
(State 4)
If the
したがって、移動ロボットの脚部やロボットアームにおける関節部にツーウェイクラッチを用いる場合、状態4の機能を使うことにより、関節部を固定することができる。
Therefore, when the two-way clutch is used for the leg portion of the mobile robot or the joint portion of the robot arm, the joint portion can be fixed by using the function of the
上述した電磁クラッチは電磁コイルなどの構成部品が重いため、軽量化が要求される移動ロボットなどでは採用が困難であった。
また、ツーウェイクラッチはバックラッシュ(がたつき)がある。すなわち、図7(B)において、反時計方向にロックした状態から時計方向に負荷が掛かると、ローラ36が時計方向に移動し、図7の時計方向のロック状態となる。この移動の際に一瞬、図7(A)のフリー状態となるため、バックラッシュが発生していた。このため、移動ロボットやロボットアームの関節部などの負荷方向か切り替わる機構に適用すると、位置精度が低下するという問題があった。
The electromagnetic clutch described above is difficult to employ in mobile robots and the like that are required to be lightweight because of the heavy components such as the electromagnetic coil.
The two-way clutch also has backlash. That is, in FIG. 7B, when a load is applied in the clockwise direction from the counterclockwise locked state, the
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、軽量で、バックラッシュの無いツーウェイクラッチ及びこのようなツーウェイクラッチを備えた関節部構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a two-way clutch that is lightweight and has no backlash, and a joint structure including such a two-way clutch.
上記の課題を解決するため、本発明のツーウェイクラッチ及び関節部構造は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるツーウェイクラッチは、内方部材と該内方部材を同心状に囲む外輪を互いに相対回転可能に構成し、前記内方部材の外周と前記外輪の内周の一方に円筒面を設け、他方に前記円筒面との間に楔形空間を形成するように複数のカム面を設け、該楔形空間に係合子を組み込み、該係合子が軸方向に互いに重複しない位置に配置された第1の係合子と第2の係合子とからなり、前記第1の係合子を第1の保持器により保持し、前記第2の係合子を第2の保持器により保持した構成とし、
前記第1の保持器及び第2の保持器にそれぞれ連結された第1レバー部材及び第2レバー部材と、
第1レバー部材と第2レバー部材の周方向間隔を拡げるように付勢する付勢手段と、
付勢手段の付勢に抗して第1の保持器と第2の保持器の周方向間隔を短縮させる駆動装置とを備え、
駆動装置により第1の保持器と第2の保持器の周方向間隔を短縮させることにより、前記第1の係合子と前記第2の係合子が共に前記円筒面と前記カム面に係合しない状態とすることにより前記内方部材と前記外輪とが両方向に相対回転可能となり、
駆動装置を解除し、付勢手段の付勢により、前記第1の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合して前記内方部材と前記外輪の一方向の相対回転を阻止するとともに前記第2の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合して内方部材と外輪の他方向の相対回転を阻止する状態とすることにより前記内方部材と前記外輪の両方向の相対回転をバックラッシュなしで阻止する、ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the two-way clutch and the joint structure of the present invention employ the following means.
That is, the two-way clutch according to the present invention is configured such that an inner member and an outer ring that concentrically surrounds the inner member can be rotated relative to each other, and a cylindrical surface is provided on one of the outer periphery of the inner member and the inner periphery of the outer ring. A plurality of cam surfaces are formed on the other side so as to form a wedge-shaped space between the cylindrical surfaces, and an engagement element is incorporated in the wedge-shaped space, and the engagement elements are arranged at positions that do not overlap each other in the axial direction. It is composed of a first engagement element and a second engagement element, the first engagement element is held by a first holder, and the second engagement element is held by a second holder,
A first lever member and a second lever member respectively connected to the first cage and the second cage;
Biasing means for biasing the first lever member and the second lever member so as to widen the circumferential interval;
A driving device that shortens the circumferential interval between the first cage and the second cage against the bias of the biasing means;
By reducing the circumferential distance between the first cage and the second cage by the driving device, the first engagement element and the second engagement element are not engaged with the cylindrical surface and the cam surface. By making the state, the inner member and the outer ring can be relatively rotated in both directions,
The drive device is released, and the first engaging element is engaged with the cylindrical surface and the cam surface by the urging force of the urging means to prevent relative rotation in one direction of the inner member and the outer ring. The second engaging element engages with the cylindrical surface and the cam surface to prevent relative rotation in the other direction of the inner member and the outer ring, thereby causing relative rotation in both directions of the inner member and the outer ring. It is characterized by blocking without backlash .
また、上記本発明にかかるツーウェイクラッチにおいて、前記第1の保持器は、前記第1の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合し前記内方部材と前記外輪の一方向の相対回転を阻止する第1阻止位置と、前記第1の係合子が前記円筒面及び前記カム面と係合しない中立位置との間を移動可能であり、前記第2の保持器は、前記第2の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合し前記内方部材と前記外輪の他方向の相対回転を阻止する第2阻止位置と、前記第2の係合子が前記円筒面及び前記カム面と係合しない中立位置との間を移動可能であり、前記第1及び第2の保持器を中立位置にしたときに前記内方部材と前記外輪とが両方向に相対回転可能となり、前記第1の保持器を前記第1阻止位置とし前記第2の保持器を前記第2阻止位置としたときに前記内方部材と前記外輪の両方向の相対回転を阻止する、ことを特徴とする。Further, in the two-way clutch according to the present invention, the first retainer is configured such that the first engagement element engages the cylindrical surface and the cam surface, and the inner member and the outer ring rotate in one direction. The first retainer is movable between a first blocking position and a neutral position where the first engagement element does not engage with the cylindrical surface and the cam surface, and the second retainer is A second blocking position in which an engagement element engages with the cylindrical surface and the cam surface to prevent relative rotation in the other direction of the inner member and the outer ring; and the second engagement element includes the cylindrical surface and the cam surface. The inner member and the outer ring can be relatively rotated in both directions when the first and second cages are set to the neutral position. And the second retainer as the second blocking position. Preventing relative rotation of both of the the inner member and the outer ring when the, characterized in that.
上記のように構成された本発明にかかるツーウェイクラッチによれば、第1及び第2の保持器を中立位置にしたときに内方部材と外輪とが両方向に相対回転可能となり、第1の保持器を第1阻止位置とし第2の保持器を第2阻止位置としたときに内方部材と外輪の両方向の相対回転を阻止するように構成したので、負荷方向が切り替わっても、従来のツーウェイクラッチのようなバックラッシュが発生しない。また、本発明のツーウェイクラッチは、電磁コイルなどの重量部品が無いため、軽量である。
また、このような付勢手段により、第1の保持器を第1阻止位置とし第2の保持器を第2阻止位置とする方向に常時付勢するので、外力を加えないときは内方部材と外輪の両方向の相対回転が阻止される。また、クラッチ外部に駆動装置(例えばソレノイド)を設け、この駆動装置により付勢手段の付勢に抗して第1と第2の保持器を共に中立位置に移動させることにより両方向に相対回転可能に切り替えることができる。
According to the two-way clutch of the present invention configured as described above, the inner member and the outer ring can be relatively rotated in both directions when the first and second cages are set to the neutral position, and the first holding When the cage is set to the first blocking position and the second cage is set to the second blocking position, the relative rotation in both directions of the inner member and the outer ring is blocked. There is no backlash like a clutch. In addition, the two-way clutch of the present invention is lightweight because there are no heavy parts such as electromagnetic coils.
Further, by such an urging means, the first retainer is always urged in the direction to be the first blocking position and the second cage is to be the second blocking position, so that when the external force is not applied, the inner member And the relative rotation of the outer ring in both directions is prevented. In addition, a drive device (for example, a solenoid) is provided outside the clutch, and both the first and second cages are moved to the neutral position against the urging force of the urging means by this drive device, so that the relative rotation in both directions is possible. You can switch to
また、上記本発明にかかるツーウェイクラッチにおいて、前記外輪は、軸方向に直列に配置された第1の外輪と第2の外輪とからなり、前記内方部材と前記第1の外輪との間に前記第1の保持器が設けられ、前記内方部材と前記第2の外輪との間に前記第2の保持器が設けられている、ことを特徴とする。 In the two-way clutch according to the present invention, the outer ring includes a first outer ring and a second outer ring that are arranged in series in the axial direction, and is between the inner member and the first outer ring. The first retainer is provided, and the second retainer is provided between the inner member and the second outer ring.
このように、外輪は、第1の保持器と第2の保持器を共通に囲む一体のものに限られず、第1の外輪と第2の外輪とからなるものであってもよい。 Thus, the outer ring is not limited to an integral one that surrounds the first retainer and the second retainer in common, and may be composed of a first outer ring and a second outer ring.
本発明にかかる関節部構造は、上記のツーウェイクラッチを2つ備え、第1部材と第2部材を同一の回転軸を中心に回動可能に連結する関節部構造であって、
前記第1部材に設置され関節部を駆動するためのモータと、
該モータにより回転駆動される駆動軸と、
該駆動軸に連結され該駆動軸の回転を減速して伝達する減速機構と、を備え、
前記第2部材に前記2つのツーウェイクラッチが設置され、一方のツーウェイクラッチは前記駆動軸に連結されており、他方のツーウェイクラッチは前記減速機構を介して前記駆動軸に連結されており、
前記一方のツーウェイクラッチをONとし、前記他方のツーウェイクラッチをOFFとしたときに、前記駆動軸の両方向の回転が、前記2つのツーウェイクラッチのうち前記一方のツーウェイクラッチのみを介して前記第2部材に伝達され、
前記一方のツーウェイクラッチをOFFとし、前記他方のツーウェイクラッチをONとしたときに、前記駆動軸の両方向の回転が、前記減速機構によって減速され前記2つのツーウェイクラッチのうち前記他方のツーウェイクラッチのみを介して前記第2部材に伝達される、ことを特徴とする。
A joint part structure according to the present invention is a joint part structure provided with the two two-way clutches described above, wherein the first member and the second member are connected so as to be rotatable about the same rotation axis .
A motor installed on the first member for driving the joint;
A drive shaft that is rotationally driven by the motor;
A speed reduction mechanism connected to the drive shaft and transmitting the rotation of the drive shaft at a reduced speed,
The two two-way clutches are installed on the second member, one two-way clutch is connected to the drive shaft, and the other two-way clutch is connected to the drive shaft via the speed reduction mechanism,
When the one two-way clutch is turned on and the other two-way clutch is turned off, the rotation of the drive shaft in both directions is caused by the second member only through the one two-way clutch of the two two-way clutches. Communicated to
When the one two-way clutch is turned off and the other two-way clutch is turned on, the rotation of the drive shaft in both directions is decelerated by the reduction mechanism, and only the other two-way clutch of the two two-way clutches is turned on. Via the second member.
このように構成されているので、一方のクラッチをONとし、他方のクラッチをOFFとしたときは、駆動軸の回転が減速されずに第2部材に伝達されるので、第2部材を高速旋回させることができる。
一方、一方のクラッチをOFFとし、他方のクラッチをONとしたときは、駆動軸の回転が減速機構によって減速されて第2部材に伝達されるので、第2部材を高トルクで旋回させることができる。
With this configuration, when one clutch is turned on and the other clutch is turned off, the rotation of the drive shaft is transmitted to the second member without being decelerated. Can be made.
On the other hand, when one clutch is turned off and the other clutch is turned on, the rotation of the drive shaft is decelerated by the speed reduction mechanism and transmitted to the second member, so that the second member can be turned with high torque. it can.
本発明によれば、軽量で、バックラッシュを無くすことができるという優れた効果が得られる。 According to the present invention, an excellent effect of being lightweight and capable of eliminating backlash can be obtained.
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施形態にかかるツーウェイクラッチ1の軸心方向の断面図である。図2(A)及び(B)は、図1のI−I線断面図である。図1及び図2に示すように、このツーウェイクラッチ1は、内方部材2と外輪4とを有している。本実施形態では、内方部材2が回転軸であり、外輪4が固定側である。外輪4は、内方部材2を同心状に囲み、内方部材2に対して同一軸心を中心に相対回転可能に構成されている。内方部材2の外周には円筒面3が設けられ、外輪4の内周には円筒面3との間に楔形空間7を形成するように複数のカム面5が設けられている。この楔形空間7に周方向に等間隔に係合子(ローラ)8,9が配置されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view in the axial direction of a two-
係合子8,9は、軸方向に互いに重複しない位置に配置された第1の係合子8と第2の係合子9とからなる。
第1の係合子8は、楔形空間7に設けられた第1の保持器10により互いに等間隔を置いて静止するように保持されている。第2の係合子9は、楔形空間7に設けられた第2の保持器11により互いに等間隔を置いて静止するように保持されている。ただし、図2(A)では、第2の係合子9と第2の保持器11は、第1の係合子8と第1の保持器10で遮られた位置にあるため図には表れていない。図2(B)では、理解を容易にするため、第1の係合子8を実線で示し、第2の係合子9を破線で示している。
The
The
第1の保持器10は、第1の係合子8が円筒面3とカム面5に係合し内方部材2と外輪4の一方向の相対回転(図2で内方部材2の反時計方向の回転)を阻止する第1阻止位置と、第1の係合子8が円筒面3及びカム面5と係合しない中立位置との間を移動可能に構成されている。このように、カム面5を有する外輪4と第1の保持器10の相対位置(外輪4と第1の係合子8の相対位置)を変えることにより、内方部材2と外輪4の一方向の相対回転を阻止する状態(図2(B)の状態)と、この阻止を解除する状態(図2(A)の状態)とを切り替えることができる。
In the
第2の保持器11は、第2の係合子9が円筒面3とカム面5に係合し内方部材2と外輪4の他方向の相対回転(図2で内方部材2の時計方向の回転)を阻止する第2阻止位置と、第2の係合子9が円筒面3及びカム面5と係合しない中立位置との間を移動可能に構成されている。このように、カム面5を有する外輪4と第2の保持器11の相対位置(外輪4と第2の係合子9の相対位置)を変えることにより、内方部材2と外輪4の一方向の相対回転を阻止する状態(図2(B)の状態)と、この阻止を解除する状態(図2(A)の状態)とを切り替えることができる。
In the
上記のように構成されたツーウェイクラッチ1では、第1及び第2の保持器10,11を中立位置にすると、第1の係合子8と第2の係合子9が共に円筒面3とカム面5に係合しない状態(図2(A)の状態)となるので、内方部材2と外輪4とが両方向に相対回転可能となる。すなわち、本実施形態では、内方部材2が左右いずれの方向にも自由回転可能となる。
In the two-
一方、第1の保持器10を第1阻止位置とし第2の保持器11を第2阻止位置にすると、第1の係合子8が円筒面3とカム面5に係合して内方部材2と外輪4の一方向の相対回転を阻止するとともに第2の係合子9が円筒面3とカム面5に係合して内方部材2と外輪4の他方向の相対回転を阻止する状態(図2(B)の状態)となるので、内方部材2と外輪4の両方向の相対回転を阻止する。すなわち、本実施形態では、内方部材2が左右いずれの方向にも回転不可能となる。
On the other hand, when the
図7に示したように、従来のツーウェイクラッチ30では、反時計方向にロックした状態(図7(B)参照)から時計方向に負荷が掛かると、ローラ36が時計方向に移動し、時計方向のロック状態となるが(図7(C)参照)、このとき一瞬、フリー状態(図7(A)参照)となるため、バックラッシュが発生していた。
As shown in FIG. 7, in the conventional two-way clutch 30, when a load is applied in the clockwise direction from the counterclockwise locked state (see FIG. 7B), the
これに対し、本発明のツーウェイクラッチ1によれば、第1及び第2の保持器10,11を中立位置にしたときに内方部材2と外輪4とが両方向に相対回転可能となり、第1の保持器10を第1阻止位置とし第2の保持器11を第2阻止位置としたときに内方部材2と外輪4の両方向の相対回転を阻止するように構成したので、負荷方向が切り替わっても、従来のツーウェイクラッチ1のようなバックラッシュが発生しない。また、本発明のツーウェイクラッチ1は、電磁コイルなどの重量部品が無いため、軽量である。
On the other hand, according to the two-
図1及び図2に示すように、第1の保持器10を第1阻止位置とし第2の保持器11を第2の阻止位置とするように第1と第2の保持器10,11を付勢する付勢手段13が設けられている。本実施形態において付勢手段13は圧縮バネである。第1と第2の保持器10,11には、それぞれ第1レバー部材14、第2レバー部材15が連結されており、その間に圧縮バネが配置されている。この圧縮バネの弾発力により、第1と第2の保持器10,11が互いに反対方向に回転するように常時付勢されるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first and
このような付勢手段13により、第1の保持器10を第1阻止位置とし第2の保持器11を第2阻止位置とする方向に常時付勢するので、外力を加えないときには図2(B)の状態となり、内方部材2と外輪4の両方向の相対回転が阻止される。一方、付勢手段13の付勢力に抗するように外力を加えたときは図2(A)の状態となり、内方部材2と外輪4の両方向の相対回転が可能となる。したがって、本発明のツーウェイクラッチ1を移動ロボットやロボットアームの関節部に適用するときは、クラッチ外部に駆動装置(例えばソレノイド)を設け、この駆動装置により付勢手段13の付勢に抗して第1と第2の保持器10,11を共に中立位置に移動させることにより両方向に相対回転可能に切り替えることができる。
Such a biasing means 13 constantly biases the
なお、上述した実施形態では、内方部材2の外周に円筒面3を設け、外輪4の内周にカム面5を設けたが、これとは逆に、内方部材2の外周にカム面を設け、外輪4の内周に円筒面を設けるようにしてもよい。この場合、外輪が回転側となり内方部材が固定側となる。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、外輪4は、第1の保持器10と第2の保持器11を共通に囲む一体のものであったが、第1の保持器10を囲む部分と第2の保持器11を囲む部分とを別部品で構成しこれらを連結してもよい。すなわち、外輪4が軸方向に直列に配置された第1の外輪と第2の外輪とからなり、内方部材2と第1の外輪との間に第1の保持器10が設けられ、内方部材2と第2の外輪との間に第2の保持器11が設けられている構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、圧縮バネにより第1の保持器10を第1阻止位置に付勢し、第2の保持器11を第2阻止位置に付勢したが、ソレノイド等の駆動装置により第1と第2の保持器をそれぞれ駆動して、第1の保持器10の中立位置と第1阻止位置の切り替えと、第2の保持器11の中立位置と第2阻止位置の切り替えを行ってもよい。
In the embodiment described above, the
次に、本発明の実施形態にかかる関節部構造について説明する。図3に、本発明のツーウェイクラッチ1をロボットアーム1の関節部23に適用した例を示す。
このロボットアーム1は、基部21に回動可能に連結された第1部材としての第1アーム22と、第1アーム22に関節部23を介して回動可能に連結された第2部材としての第2アーム24と、第2アーム24に連結され物品26を把持するハンド25とを備える。
Next, the joint structure according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows an example in which the two-
The
図4に、図3に示したロボットアーム1の関節部23の構造を示す。図4において、(B)は(A)のII−II線断面図である。
第1アーム22には、関節部23を駆動するためのモータ27が固定されている。モータ27には駆動軸28が連結されている。駆動軸28は第1アーム22を貫通し、軸受36aを介して第1アーム22に回転可能に支持されている。また駆動軸28は、第2アーム24を貫通し、軸受36bを介して第2アーム24に回転可能に支持されている。
FIG. 4 shows the structure of the
A
第1アーム22には環状突出部22aが形成されている。環状突出部22aの内周には外輪歯車30が設けられている。環状突出部22aの内側において、駆動軸28には太陽歯車31が固定されている。この太陽歯車31と外輪歯車30の間に、複数(この例では2個)の遊星歯車32が設けられている。遊星歯車32は太陽歯車31を中心として公転しながら自転するようになっている。
An
各遊星歯車32は、遊星支持軸33に回転可能に支持されている。遊星支持軸33は、駆動軸28に軸受36cを介して回転可能に支持された中空円筒形のスリーブ部材34に連結されている。したがって、外輪歯車30、太陽歯車31および遊星歯車32により、減速機構としての遊星歯車機構29が構成されており、駆動軸28の回転が減速されてスリーブ部材34に伝達されるようになっている。
Each
第2アーム24には、第2アーム24を基準に第1アーム22とは反対側で、駆動軸28を内側で支持するように第1クラッチ1Aが固定されている。また第2アーム24には、第2アーム24を基準に第1アーム22側で、スリーブ部材34を内側で支持するように第2クラッチ1Bが固定されている。この第1及び第2のクラッチ1A,1Bは、図4では詳細な構造は示していないが、上述した実施形態のツーウェイクラッチ1と同様の構成を有している。
The first clutch 1A is fixed to the
第1クラッチ1Aの外輪は、第2アーム24とは相対回転不可能に固定されている。一方、第1クラッチ1Aの内方部材は、駆動軸28に相対回転不可能に嵌合している。
第2クラッチ1Bの外輪は、第2アーム24とは相対回転不可能に固定されている。一方、第2クラッチ1Bの内方部材は、スリーブ部材に相対回転不可能に嵌合している。
The outer ring of the
The outer ring of the second clutch 1B is fixed so as not to rotate relative to the
上記のように構成された関節部構造において、第1クラッチ1AをON(外輪と内方部材とが両方向に相対回転不可能な状態)とし、第2クラッチ1BをOFF(外輪と内方部材とが両方向に相対回転可能な状態)としたときは、駆動軸28の回転は2つのクラッチのうち第1クラッチ1Aのみを介して第2アーム24に伝達される。したがって、駆動軸28の回転が減速されずに第2アーム24に伝達されるので、第2アーム24を高速旋回させることができる。
In the joint part structure configured as described above, the first clutch 1A is turned ON (the outer ring and the inner member are not relatively rotatable in both directions), and the second clutch 1B is turned OFF (the outer ring and the inner member are disconnected). ), The rotation of the
一方、第1クラッチ1AをOFFとし、第2クラッチ1BをONとしたときは、駆動軸28の回転は、2つのクラッチのうち第2クラッチ1Bのみを介して第2アーム24に伝達される。したがって、駆動軸28の回転が遊星歯車機構29によって減速されて第2アーム24に伝達されるので、第2アーム24を高トルクで旋回させることができる。
On the other hand, when the first clutch 1A is turned off and the second clutch 1B is turned on, the rotation of the
このように、本発明のツーウェイクラッチ1をロボットアームの関節部に適用すれば、重量物を搬送するときは高トルクを発生し、軽量物を搬送するときは高速にアームを動かしてタクトタイムを短縮できる。
As described above, when the two-
なお、図4の実施形態では、本発明の関節部構造をロボットアームに適用した例を説明したが、第1部材と第2部材を回動可能に連結するものであれば、他の装置や構造体にも適用できる。
また、図4の実施形態では、減速機構として遊星歯車機構を用いたが、駆動軸28の回転を減速して伝達できる限りで、他の形態の減速機構を採用してもよい。
In the embodiment of FIG. 4, an example in which the joint structure of the present invention is applied to a robot arm has been described. However, as long as the first member and the second member are rotatably connected, other devices or It can also be applied to structures.
In the embodiment of FIG. 4, the planetary gear mechanism is used as the speed reduction mechanism. However, as long as the rotation of the
なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. . The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
1 ツーウェイクラッチ
1A 第1クラッチ
1B 第2クラッチ
2 内方部材
3 円筒面
4 外輪
5 カム面
7 楔形空間
8 第1の係合子
9 第2の係合子
10 第1の保持器
11 第2の保持器
13 付勢手段
14 第1レバー部材
15 第2レバー部材
20 ロボットアーム
22 第1アーム(第1部材)
23 関節部
24 第2アーム(第2部材)
27 モータ
28 駆動軸
29 遊星歯車機構(減速機構)
33 遊星支持軸
34 スリーブ部材
DESCRIPTION OF
23 joint 24 second arm (second member)
27
33
Claims (4)
前記第1の保持器及び第2の保持器にそれぞれ連結された第1レバー部材及び第2レバー部材と、
第1レバー部材と第2レバー部材の周方向間隔を拡げるように付勢する付勢手段と、
付勢手段の付勢に抗して第1の保持器と第2の保持器の周方向間隔を短縮させる駆動装置とを備え、
駆動装置により第1の保持器と第2の保持器の周方向間隔を短縮させることにより、前記第1の係合子と前記第2の係合子が共に前記円筒面と前記カム面に係合しない状態とすることにより前記内方部材と前記外輪とが両方向に相対回転可能となり、
駆動装置を解除し、付勢手段の付勢により、前記第1の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合して前記内方部材と前記外輪の一方向の相対回転を阻止するとともに前記第2の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合して内方部材と外輪の他方向の相対回転を阻止する状態とすることにより前記内方部材と前記外輪の両方向の相対回転をバックラッシュなしで阻止する、ことを特徴とするツーウェイクラッチ。 An inner member and an outer ring that concentrically surrounds the inner member are configured to be rotatable relative to each other, and a cylindrical surface is provided on one of the outer periphery of the inner member and the inner periphery of the outer ring, and the cylindrical surface is provided on the other A plurality of cam surfaces are provided so as to form a wedge-shaped space therebetween, an engagement element is incorporated in the wedge-shaped space, and the first engagement element and the second engagement element are disposed at positions where the engagement elements do not overlap each other in the axial direction. The first engaging element is held by a first holder, and the second engaging element is held by a second holder.
A first lever member and a second lever member respectively connected to the first cage and the second cage;
Biasing means for biasing the first lever member and the second lever member so as to widen the circumferential interval;
A driving device that shortens the circumferential interval between the first cage and the second cage against the bias of the biasing means;
By reducing the circumferential distance between the first cage and the second cage by the driving device, the first engagement element and the second engagement element are not engaged with the cylindrical surface and the cam surface. By making the state, the inner member and the outer ring can be relatively rotated in both directions,
The drive device is released, and the first engaging element is engaged with the cylindrical surface and the cam surface by the urging force of the urging means to prevent relative rotation in one direction of the inner member and the outer ring. The second engaging element engages with the cylindrical surface and the cam surface to prevent relative rotation in the other direction of the inner member and the outer ring, thereby causing relative rotation in both directions of the inner member and the outer ring. The two-way clutch is characterized by blocking without backlash .
前記第2の保持器は、前記第2の係合子が前記円筒面と前記カム面に係合し前記内方部材と前記外輪の他方向の相対回転を阻止する第2阻止位置と、前記第2の係合子が前記円筒面及び前記カム面と係合しない中立位置との間を移動可能であり、The second cage includes a second blocking position in which the second engaging element engages with the cylindrical surface and the cam surface and prevents relative rotation in the other direction of the inner member and the outer ring, 2 is movable between the cylindrical surface and the neutral position where it does not engage with the cam surface;
前記第1及び第2の保持器を中立位置にしたときに前記内方部材と前記外輪とが両方向に相対回転可能となり、When the first and second cages are in the neutral position, the inner member and the outer ring can be relatively rotated in both directions,
前記第1の保持器を前記第1阻止位置とし前記第2の保持器を前記第2阻止位置としたときに前記内方部材と前記外輪の両方向の相対回転を阻止する、ことを特徴とする請求項1に記載のツーウェイクラッチ。Relative rotation of the inner member and the outer ring in both directions is prevented when the first cage is in the first blocking position and the second cage is in the second blocking position. The two-way clutch according to claim 1.
前記第1部材に設置され関節部を駆動するためのモータと、
該モータにより回転駆動される駆動軸と、
該駆動軸に連結され該駆動軸の回転を減速して伝達する減速機構と、を備え、
前記第2部材に前記2つのツーウェイクラッチが設置され、一方のツーウェイクラッチは前記駆動軸に連結されており、他方のツーウェイクラッチは前記減速機構を介して前記駆動軸に連結されており、
前記一方のツーウェイクラッチをONとし、前記他方のツーウェイクラッチをOFFとしたときに、前記駆動軸の両方向の回転が、前記2つのツーウェイクラッチのうち前記一方のツーウェイクラッチのみを介して前記第2部材に伝達され、
前記一方のツーウェイクラッチをOFFとし、前記他方のツーウェイクラッチをONとしたときに、前記駆動軸の両方向の回転が、前記減速機構によって減速され前記2つのツーウェイクラッチのうち前記他方のツーウェイクラッチのみを介して前記第2部材に伝達される、ことを特徴とする関節部構造。 A joint structure comprising two two-way clutches according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first member and the second member are rotatably connected around the same rotation axis ,
A motor installed on the first member for driving the joint;
A drive shaft that is rotationally driven by the motor;
A speed reduction mechanism connected to the drive shaft and transmitting the rotation of the drive shaft at a reduced speed,
The two two-way clutches are installed on the second member, one two-way clutch is connected to the drive shaft, and the other two-way clutch is connected to the drive shaft via the speed reduction mechanism,
When the one two-way clutch is turned on and the other two-way clutch is turned off, the rotation of the drive shaft in both directions is caused by the second member only through the one two-way clutch of the two two-way clutches. Communicated to
When the one two-way clutch is turned off and the other two-way clutch is turned on, the rotation of the drive shaft in both directions is decelerated by the reduction mechanism, and only the other two-way clutch of the two two-way clutches is turned on. The joint part structure is transmitted to the second member via the joint member.
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