JP2014042429A - Driving device and robot device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動装置及びロボット装置に関する。 The present invention relates to a drive device and a robot apparatus.
例えば旋回系機械を駆動させるアクチュエータとして、モータ装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このようなモータ装置として、例えば電動モータや超音波モータなど、高トルクを発生させることが可能なモータ装置が広く知られている。 For example, a motor device is used as an actuator for driving a turning machine (see, for example, Patent Document 1). As such a motor device, a motor device capable of generating a high torque, such as an electric motor or an ultrasonic motor, is widely known.
近年では、ヒューマノイドロボットの関節部分など、より精密な部分を駆動させるモータ装置が求められており、電動モータや超音波モータなどの既存のモータにおいても小型化、トルクの制御性等、細密で高精度な駆動を行うことができる構成が求められている。 In recent years, motor devices that drive more precise parts such as the joint parts of humanoid robots have been demanded. Even in existing motors such as electric motors and ultrasonic motors, miniaturization and high torque controllability are required. There is a demand for a configuration that can perform accurate driving.
このようなモータ装置の構成として、例えば駆動源（駆動部）と回転子との間に、駆動力を伝達する伝達系が設けられた構成が知られている。 As a configuration of such a motor device, for example, a configuration in which a transmission system for transmitting a driving force is provided between a driving source (driving unit) and a rotor is known.
しかしながら、例えば、上記の構成において伝達系に対して駆動力を作用させる際に、伝達系の構成によっては当該伝達系の一部に駆動力が集中して作用する場合があり、効率的な力の伝達を阻害する可能性がある。このような効率的な力の伝達が阻害されること等によって、出力されるトルクが低減されてしまう場合がある。 However, for example, when driving force is applied to the transmission system in the above configuration, the driving force may be concentrated on a part of the transmission system depending on the configuration of the transmission system. May interfere with the transmission of. The output torque may be reduced due to such an obstruction of efficient transmission of force.
本発明に係る態様は、高トルクを発生させることができる駆動装置及びロボット装置を提供することを目的とする。 The aspect which concerns on this invention aims at providing the drive device and robot apparatus which can generate high torque.
本発明の第一の態様に従えば、回転子と、異方性材料を含み、回転子の周面の少なくとも一部に掛けられた伝達部と、回転子と伝達部との間を回転力伝達状態として伝達部を一定距離移動させると共に回転力伝達状態を解消した状態で伝達部を所定位置に復帰させる駆動部とを備える駆動装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the rotor, the transmission material that includes an anisotropic material and is hung on at least a part of the circumferential surface of the rotor, and the rotational force between the rotor and the transmission unit A drive device is provided that includes a drive unit that moves the transmission unit as a transmission state by a certain distance and returns the transmission unit to a predetermined position in a state in which the rotational force transmission state is eliminated.
本発明の第二の態様に従えば、アームと、当該アームを駆動する駆動装置とを備え、当該駆動装置として、本発明の第一の態様に従う駆動装置が用いられているロボット装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a robot apparatus comprising an arm and a drive device for driving the arm, wherein the drive device according to the first aspect of the present invention is used as the drive device. The
本発明によれば、高トルクを発生可能なモータ装置及びロボット装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor apparatus and robot apparatus which can generate | occur | produce a high torque can be provided.
［第１実施形態］
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲの一例を示す概略構成図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ´断面に沿った構成を示す図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a motor device MTR according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a configuration along the AA ′ cross section in FIG. 1.
図１及び図２に示すように、モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと、回転子ＳＦと、駆動部ＡＣと、伝達部ＢＴと、制御部ＣＯＮＴとを備えている。当該モータ装置ＭＴＲは、制御部ＣＯＮＴの制御によって駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴを用いて回転子ＳＦを回転させると共に、当該回転子ＳＦの回転状態（例、回転方向、回転速度、など）を調整できる構成である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the motor device MTR includes a base portion BS, a rotor SF, a drive unit AC, a transmission unit BT, and a control unit CONT. The motor device MTR rotates the rotor SF using the drive unit AC and the transmission unit BT under the control of the control unit CONT and adjusts the rotation state (eg, rotation direction, rotation speed, etc.) of the rotor SF. It is a possible configuration.
以下、各図の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。回転子ＳＦの円筒軸方向をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向（周方向）をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。 Hereinafter, in the description of each drawing, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. A cylindrical axis direction of the rotor SF is defined as a Z-axis direction, and orthogonal directions on a plane perpendicular to the Z-axis direction are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, respectively. In addition, the rotation (inclination) directions (circumferential directions) around the X axis, the Y axis, and the Z axis are the θX, θY, and θZ directions, respectively.
ベース部ＢＳは、例えばステンレス等の材料を用いて板状に形成された部分であり、回転子ＳＦ、駆動部ＡＣと、伝達部ＢＴと、制御部（駆動制御装置）ＣＯＮＴを支持している。本実施形態におけるベース部ＢＳは、板状に形成されているが、例えば筐体など、他の形状（例、ベース部ＢＳと伝達部ＢＴとが一体的に構成された形状）であっても構わない。 Base part BS is a part formed in plate shape using materials, such as stainless steel, for example, and supports rotor SF, drive part AC, transmission part BT, and control part (drive control device) CONT. . The base portion BS in the present embodiment is formed in a plate shape, but may have other shapes (eg, a shape in which the base portion BS and the transmission portion BT are integrally formed) such as a housing. I do not care.
回転子ＳＦは、例えば円柱状に形成されており、例えば不図示のベアリング装置などによって回転可能に支持されている。当該ベアリング装置は、例えばベース部ＢＳなどに支持されている。回転子ＳＦは、中心軸Ｃを回転軸としてθＺ方向に回転するようになっている。 The rotor SF is formed in a columnar shape, for example, and is rotatably supported by, for example, a bearing device (not shown). The bearing device is supported by, for example, the base portion BS. The rotor SF rotates in the θZ direction about the central axis C as a rotation axis.
駆動部ＡＣは、例えばベース部ＢＳに取り付けられている。駆動部ＡＣは、駆動素子３１及び駆動素子３２を有している。駆動素子３１及び駆動素子３２としては、例えばピエゾ素子や磁歪素子などの電気機械変換素子が用いられている。駆動素子３１及び駆動素子３２は、電気機械変換素子に電圧が印加されることにより、Ｘ方向に伸縮する構成である。制御部ＣＯＮＴは駆動部ＡＣに接続されており、当該駆動部ＡＣに対して制御信号を供給可能になっている。なお、例えば駆動素子３１及び駆動素子３２は、ピエゾ素子などの電歪素子、磁歪素子、電磁石、及び／又はＶＣＭ（ボイスコイルモータ）などを用いる。
The drive part AC is attached to the base part BS, for example. The drive unit AC includes a
駆動素子３１及び駆動素子３２は、ベース部ＢＳによって＋Ｘ側の位置が固定されている。このため、駆動素子３１及び駆動素子３２は、Ｘ方向に伸縮した場合、当該伸縮に伴って−Ｘ側の端部のＸ方向における位置が変化することになる。
The positions of the
伝達部ＢＴは、第一端部２１、第二端部２２及びベルト部２３を有している。第一端部２１は、駆動素子３１の−Ｘ側の端部に接続されている。第二端部２２は、駆動素子３２の−Ｘ側の端部に接続されている。第一端部２１及び第二端部２２は、回転子ＳＦの外周上の所定の基準位置（例、図２に示す基準位置Ｆ、など）を挟んで配置されている。第一端部２１及び第二端部２２は、基準位置Ｆについて対称な位置に配置されている。本実施形態では、回転子ＳＦの＋Ｘ側端部を基準位置Ｆとした場合を例に挙げて説明する。なお、本実施形態における所定の基準位置は、第一端部２１及び第二端部２２の配置に応じて、回転子ＳＦの周面又はその近傍に設定されることを含む。例えば、本実施形態の所定の基準位置は、回転子ＳＦの周面上又はその近傍において第一端部２１と第二端部２２との間（例、中間）に設定されることを含む。
The transmission part BT has a
ベルト部２３は、例えば帯状に形成され、回転子ＳＦの曲面状の周面（例、内周面や外周面、等）の少なくとも一部に掛けられる部分である。ベルト部２３は、例えば第一端部２１及び第二端部２２に接続されており、例えば回転子ＳＦの−Ｘ側に掛け回されている。ベルト部２３は、例えば回転子ＳＦの周方向の全面に亘って掛けられる必要は無く、少なくとも一部に掛けられる構成であれば良い。なお、回転子ＳＦに対するベルト部２３の実質的な巻き数は、例えば、０．１〜２．０（例えば、０．２、０．４、０．５、０．６、０．８、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８）、又は２．０以上にできる。
The
ベルト部２３のうち少なくとも一部は、異方性材料によって構成されている。ここで、異方性材料は、物理的性質（例、剛性、光屈折率、電気抵抗率など）が方向によって異なる材料である。このような物理的性質の異方性は、例えば材料内部に含まれる分子の種類、分子構造、分子配列、材料内部の応力などに起因する。異方性材料は、等方性材料と対比される。等方性材料は、物理的特性が方向によって変わらない材料である。
At least a part of the
本実施形態では、ベルト部２３に含まれる異方性材料として、例えば繊維材料を用いることができる。繊維材料は、繊維方向に平行な方向に引っ張る場合の方が繊維方向とは異なる方向に引っ張る場合よりも剛性が高いという性質を有する。このような繊維材料として、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）などを用いることができる。繊維材料は、例えば炭素繊維を固めた樹脂層が複数層に積層された状態でベルト部２３に含まれている。
In the present embodiment, for example, a fiber material can be used as the anisotropic material included in the
ベルト部２３に含まれる繊維材料は、繊維方向が例えばベルト部２３の長手方向に沿う（例、長手方向に平行となる）ように配置されている。このため、ベルト部２３は、例えば長手方向に引っ張る場合には、長手方向とは異なる方向（例、ベルト部２３の厚さ方向）に引っ張る場合に比べて、剛性が高くなる。逆に、ベルト部２３は、例えば、短手方向に引っ張る場合には、短手方向とは異なる方向（例、長手方向）に引っ張る場合に比べて、剛性が低くなる。したがって、ベルト部２３は、例えば張力の方向によって剛性が異なる。なお、ベルト部２３は、例えば長手方向及び短手方向のそれぞれにおいて厚さが均一になるように形成されている。
The fiber material included in the
ベルト部２３は、長手方向が回転子ＳＦの周方向に沿うように配置されている。したがって、繊維材料の繊維方向は回転子ＳＦの周方向に沿った方向（例、周方向に平行な方向）となっている。また、ベルト部２３のうち例えば回転子ＳＦに掛けられる部分では、繊維材料の繊維方向は、回転子ＳＦの周面の接線方向（又は、回転子ＳＦの径方向に直交する方向）に平行な方向となっている。
The
上記の駆動素子３１及び駆動素子３２が縮むと、第一端部２１及び第二端部２２が＋Ｘ方向に移動する。このため、ベルト部２３が回転子ＳＦに巻きつき、当該ベルト部２３には長手方向に張力が加わる。このとき、駆動素子３１及び駆動素子３２は、ベルト部２３を長手方向に引っ張る。ベルト部２３の長手方向の剛性は他の方向の剛性に比べて高く、ベルト部２３の長手方向への変形が抑制される。このため、駆動素子３１及び駆動素子３２の収縮のストロークは、例えばベルト部２３の長手方向の変形によって消費されにくくなり、ベルト部２３の移動として効率的に伝達される。
When the driving
駆動素子３１及び駆動素子３２が伸びると、第一端部２１及び第二端部２２が−Ｘ方向に移動する。このため、ベルト部２３が回転子ＳＦから離れて弛緩する。このとき、ベルト部２３の厚さ方向の剛性は長手方向の剛性に比べて低く、ベルト部２３は長手方向よりも厚さ方向に変形しやすくなる。このため、ベルト部２３は回転子ＳＦの径方向に変形しやすくなる。よって、駆動素子３１及び駆動素子３２の伸長のストロークは、ベルト部２３が回転子ＳＦから離れるためのベルト部２３の移動として効率的に伝達される。
When the
このように、ベルト部２３は、駆動素子３１及び駆動素子３２の駆動（例、変位、変形や伸縮など）に連動して緊張したり弛緩したりする。ベルト部２３には上記のように繊維材料が含まれているため、回転子ＳＦの周方向の剛性が高く、回転子ＳＦの径方向の剛性が低くなる。このため、駆動素子３１及び駆動素子３２の伸縮によってベルト部２３が回転子ＳＦに対して効率的に移動するように、当該ベルト部２３に対して駆動力が伝達される。
As described above, the
ここで、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲにおいて、回転子ＳＦにトルクを作用させる原理を説明する。
回転子ＳＦを駆動させる際には、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴに有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
Here, the principle of applying torque to the rotor SF in the motor device MTR according to the present embodiment will be described.
When driving the rotor SF, an effective tension is generated in the transmission part BT wound around the rotor SF, and torque is transmitted to the rotor SF by the effective tension.
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴの第一端部２１側の張力（Ｔ１）及び第二端部２２側の張力（Ｔ２）が下記［数１］を満たすとき、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、伝達部ＢＴが回転子ＳＦに対して滑りを生じることの無い状態（回転力伝達状態）で回転子ＳＦと共に移動する。この移動により、回転子ＳＦにトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μは伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは伝達部ＢＴの有効巻き付き角である。
According to Euler's friction belt theory, the tension (T1) on the
このとき、トルクの伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。 At this time, the effective tension contributing to torque transmission is represented by (T1-T2). When the effective tension (T1-T2) is obtained based on the above [Equation 1], [Equation 2] is obtained. [Equation 2] is an expression representing an effective tension using T1.
上記［数２］より、回転子ＳＦに伝達されるトルクは駆動素子３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。［数２］の右辺のＴ１の係数部分は、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び伝達部ＢＴの有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
図３は、摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。
From the above [Equation 2], it can be seen that the torque transmitted to the rotor SF is uniquely determined by the tension T1 of the
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the effective winding angle θ and the value of the coefficient portion when the friction coefficient μ is changed. The horizontal axis of the graph indicates the effective winding angle θ, and the vertical axis of the graph indicates the value of the coefficient portion.
図３に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、駆動素子３１による張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子ＳＦのトルクに寄与することがわかる。この巻き付き角の他、図３のグラフから、例えば伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。
As shown in FIG. 3, for example, when the friction coefficient μ is 0.3, the value of the coefficient portion is 0.8 or more when the effective winding angle θ is 300 ° or more. From this, when the friction coefficient μ is 0.3, by setting the effective winding angle θ to 300 ° or more, a force of 80% or more of the tension T1 by the
このように、トルクの大きさは駆動素子３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることになり、例えば伝達部ＢＴの移動距離などには無関係であることがわかる。したがって、例えば駆動素子３１及び駆動素子３２に用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので非常に大きな回転力を付与することができる。このように、ベルト部２３と、駆動素子３１及び駆動素子３２とは、協働して回転子ＳＦにトルクを伝達する。モータ装置ＭＴＲは、駆動素子３１と駆動素子３２とが協働的に（又は相互作用的に）駆動することによって、駆動素子３１によって伝達部ＢＴに加えられる力（例、張力や押圧力）と駆動素子３２によって伝達部ＢＴに加えられる力（例、張力や押圧力）とに基づいて回転子ＳＦに対するベルト部２３の接触状態を調整可能なため、ベルト部２３を介して回転子ＳＦにトルクを伝達する。また、モータ装置ＭＴＲは、駆動素子３１と駆動素子３２とが協働的に（又は相互作用的に）駆動することによって、ベルト部２３の回転子ＳＦに対する巻き付き角θに基づく回転子ＳＦに対するベルト部２３の接触状態を調整可能なため、ベルト部２３を介して回転子ＳＦにトルクを伝達する。このように、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、駆動部ＡＣによって回転子ＳＦの径方向に力が伝達部ＢＴの少なくとも一部に加えられた状態（回転力伝達状態）で、伝達部ＢＴを介して回転子ＳＦにトルクが伝達される。
In this way, the magnitude of the torque is uniquely determined by the tension T1 of the
このような原理に基づいて、制御部ＣＯＮＴは、図４に示すように、まず、第一端部２１及び第二端部２２がそれぞれ＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３１及び駆動素子３２を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴの第二端部２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部ＢＴに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。また、ベルト部２３の長手方向への変形が抑制されるため、駆動素子３１及び駆動素子３２の収縮による駆動力がベルト部２３に効率的に伝達される。
Based on this principle, as shown in FIG. 4, the control unit CONT first sets the
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図５に示すように、伝達部ＢＴの第一端部２１が−Ｘ方向に移動するように、かつ、第二端部２２が＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３１及び駆動素子３２を変形させる（駆動動作）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１の移動距離と第二端部２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
The control unit CONT maintains the state where the effective tension is generated in the transmission unit BT, and the
制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１及び第二端部２２を所定距離だけ移動させた後、図６に示すように、第一端部２１が移動しないように、かつ、第二端部２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、駆動素子３２だけを変形させる。この動作により、第二端部２２が−Ｘ方向へ移動し、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力が解除された状態になる。ベルト部２３は回転子ＳＦの径方向に変形しやすいため、駆動素子３１及び駆動素子３２の伸長による駆動力は、ベルト部２３に効率的に伝達される。この状態においては、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦは慣性によって回転し続けることになる。
The controller CONT moves the
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、図７に示すように、第一端部２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように駆動素子３１を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだまま、すなわち、有効張力が発生しないまま、伝達部ＢＴの第一端部２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
After loosening the winding of the transmission part BT, the control part CONT deforms the
第一端部２１が駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて第一端部２１を＋Ｘ方向に移動させる。この動作により、第一端部２１が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第一端部２１側に張力Ｔ１が発生し、第二端部２２側に張力Ｔ２が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部ＢＴに有効張力を付加させた状態（図４の状態）と同様の状態となる。
If it is just before the
伝達部ＢＴに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第一端部２１が＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３１を変形させ、第二端部２２が＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３２を変形させる（駆動動作）。このとき、第一端部２１の移動距離と第二端部２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθ方向に回転する。このとき、上記同様に、駆動素子３１及び駆動素子３２の収縮による駆動力がベルト部２３に効率的に伝達されるため、効率的に駆動動作を行うことができる。
After the effective tension is applied to the transmission unit BT, the control unit CONT deforms the
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力を再度解除させる。制御部ＣＯＮＴは、有効張力を解除させた後、伝達部ＢＴの第一端部２１及び第二端部２２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを駆動部ＡＣに繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。ベルト部２３は、繊維材料の繊維方向が長手方向に沿って配置されているため長手方向の剛性が高い。このため、ベルト部２３は、繰り返し張力が作用する場合においても、優れた耐久性を示すことになる。
Thereafter, the control unit CONT releases again the effective tension added to the transmission unit BT. After releasing the effective tension, the control unit CONT moves the
以上のように、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲは、異方性材料を含み、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられた伝達部ＢＴを備えるので、伝達部ＢＴに繰り返し張力を作用させる場合においても、優れた耐久性を示すこととなる。このため、効率的な力の伝達を阻害する可能性が低減され、出力されるトルクの低減化が抑制される。これにより、高トルクを発生させることができるモータ装置ＭＴＲを提供することができる。 As described above, the motor device MTR according to the present embodiment includes the transmission part BT that includes the anisotropic material and is hung on at least a part of the circumferential surface of the rotor SF, and thus repeatedly applies tension to the transmission part BT. Even in the case of acting, excellent durability is exhibited. For this reason, the possibility of hindering efficient force transmission is reduced, and the reduction of the output torque is suppressed. Thereby, the motor apparatus MTR which can generate a high torque can be provided.
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図８は、第一実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲを備えるロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a part (tip of a finger portion) of a robot apparatus RBT including the motor apparatus MTR described in the first embodiment.
図８に示すように、一例として、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。
As shown in FIG. 8, as an example, the robot apparatus RBT includes a
末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。
The
中節部１０２は、筐体１０２ａ及び駆動装置ＡＣＴを有している。駆動装置ＡＣＴは、上記実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲを用いることができる。駆動装置ＡＣＴは、筐体１０２ａ内に設けられている。駆動装置ＡＣＴには、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。
The middle
上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、駆動装置ＡＣＴの駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。
In the robot apparatus RBT configured as described above, the
歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。
The rotation of the
このように、本実施形態によれば、高トルクの回転を出力することができる駆動装置ＡＣＴを搭載することにより、例えば減速器を用いることなく直接末節部１０１を回転させることができる。さらに本実施形態では、駆動装置ＡＣＴが効率的に駆動力を伝達することが可能な構成になっているため、安定した動作を行うことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, by mounting the drive device ACT capable of outputting high-torque rotation, for example, the
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、ベルト部２３が長手方向及び短手方向のそれぞれにおいて厚さが均一になるように形成されている構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
図９は、ベルト部２３及び回転子ＳＦの構成を示す断面図である。
例えば図９に示すように、ベルト部２３が短手方向（Ｚ方向：回転子ＳＦの軸線方向）において、端部から中央部へ向けて厚さが大きくなるように形成された構成としても良い。これにより、ベルト部２３を回転子ＳＦの周面に沿って曲げやすくすることができる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the
For example, as shown in FIG. 9, the
この場合、図９に示すように、ベルト部２３の軸線方向の中央部には回転子側に突出する突出部２３ａが形成されていても良く、回転子ＳＦには当該突出部２３ａが挿入される凹部ＳＦａが形成されていても良い。このような構成とすることにより、ベルト部２３と回転子ＳＦとの接触面積が大きくなるため、トルクを効率的に伝達することができる。
In this case, as shown in FIG. 9, a protruding
また、上記実施形態では、繊維材料として炭素繊維強化プラスチックが用いられた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば繊維材料として、ポリプロピレンやナイロンファイバー、ガラス繊維、竹材や木材に含まれる繊維など、他の材料を用いても良い。 Moreover, although the said embodiment mentioned and demonstrated the structure in which the carbon fiber reinforced plastic was used as a fiber material as an example, it is not restricted to this. For example, other materials such as polypropylene, nylon fiber, glass fiber, bamboo material, and fiber contained in wood may be used as the fiber material.
また、上記実施形態では、炭素繊維の母材として、プラスチックを例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、母材として、エポキシ樹脂やポリエステル、ナイロン、自動車のタイヤなどを構成するゴム材など、他の材料を用いても良い。また、母材として、弾性変形可能な材料を用いても良い。また、母材を用いずに、炭素繊維を露出させた状態としても良い。 Moreover, in the said embodiment, although plastic was mentioned and demonstrated as an example as a base material of carbon fiber, it is not restricted to this. For example, other materials such as an epoxy resin, polyester, nylon, and a rubber material constituting an automobile tire may be used as the base material. Further, an elastically deformable material may be used as the base material. Further, the carbon fiber may be exposed without using the base material.
また、ベルト部２３及び回転子ＳＦにおいて、互いに接触する面が粗面となるように形成されていても良い。これにより、ベルト部２３と回転子ＳＦとの間の摩擦力を確保することができると共に、ベルト部２３と回転子ＳＦとの密着を防ぐことができる。
Moreover, in the
また、上記実施形態において、繊維材料は一方向（例、ベルト部２３の長手方向）に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、繊維材料がベルト部２３の長手方向と短手方向とに配置され、互いに織られた構成であっても良い。これにより、長手方向及び短手方向に剛性の高いベルト部２３が得られる。
Moreover, in the said embodiment, although the fiber material demonstrated and demonstrated as an example the structure arrange | positioned in one direction (for example, the longitudinal direction of the belt part 23), it is not restricted to this. For example, the fiber material may be arranged in the longitudinal direction and the short direction of the
また、上記実施形態においては、回転子ＳＦの外周面にベルト部２３を掛けた状態として回転子ＳＦを回転させる構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、円筒状の回転軸の内周面にベルトを接触させた状態として回転軸を回転させる構成であっても構わない。
Moreover, in the said embodiment, although demonstrated taking the example of the structure which rotates the rotor SF in the state which hung the
また、上記実施形態では、駆動素子３１及び駆動素子３２の伸縮によって各動作を行わせる構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば、駆動素子３１及び駆動素子３２の伸長によって各動作を行わせるようにしてもよい。
In the above embodiment, the configuration in which each operation is performed by the expansion and contraction of the
また、例えば、上記各実施形態では、駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴの組を１相のみ設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、複数相の駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴの組を用いた構成であっても構わない。例えば、駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴの構成を２組配置して互いに１８０°ずらした二相構造とした構成としてもよい。 Further, for example, in each of the embodiments described above, the case where only one phase of the set of the drive unit AC and the transmission unit BT has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the multiple-phase drive unit AC and A configuration using a set of transmission units BT may be used. For example, two sets of the configurations of the drive unit AC and the transmission unit BT may be arranged to have a two-phase structure that is shifted by 180 ° from each other.
図１０には、駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴの構成を３組配置して三相構造とした構成が示されている。駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴを３組（三相）配置する場合、例えば回転子ＳＦの回転方向に互いに１２０°ずつずれた位置に配置させることができる。この場合、三相の駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴを一相毎に順に駆動させるようにすることができる。 FIG. 10 shows a configuration in which three sets of the drive unit AC and the transmission unit BT are arranged to form a three-phase structure. When three sets (three-phase) of the drive unit AC and the transmission unit BT are arranged, for example, they can be arranged at positions shifted from each other by 120 ° in the rotation direction of the rotor SF. In this case, the three-phase drive unit AC and the transmission unit BT can be sequentially driven for each phase.
図１０に示す構成では、１２０°ずつずれた３箇所（互いのベルト部２３によって引き合う位置）に駆動部ＡＣ及び伝達部ＢＴが配置されているため、回転子ＳＦにかかるラジアル方向の力を相殺することができる。このため、軸受部の大型化を回避することができる。 In the configuration shown in FIG. 10, since the drive unit AC and the transmission unit BT are arranged at three positions shifted by 120 ° (positions attracted by the belt portions 23), the radial force applied to the rotor SF is offset. can do. For this reason, the enlargement of a bearing part can be avoided.
ＭＴＲ…モータ装置 ＢＳ…ベース部 ＳＦ…回転子 ＡＣ…駆動部 ＢＴ…伝達部 ＣＯＮＴ…制御部 ＲＢＴ…ロボット装置 ＡＣＴ…駆動装置 ＳＦａ…凹部 ２１…第一端部 ２２…第二端部 ２３…ベルト部 ２３ａ…突出部 ３１、３２…駆動素子
MTR ... Motor device BS ... Base portion SF ... Rotor AC ... Drive portion BT ... Transmission portion CONT ... Control portion RBT ... Robot device ACT ... Drive device SFa ...
Claims (9)
異方性材料を含み、前記回転子の周面の少なくとも一部に掛けられた伝達部と、
前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させると共に前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定位置に復帰させる駆動部と
を備える駆動装置。 A rotor,
A transmission part including an anisotropic material and hung on at least a part of a circumferential surface of the rotor;
A drive unit including: a drive unit configured to transmit a rotational distance between the rotor and the transmission unit and move the transmission unit a predetermined distance; and to return the transmission unit to a predetermined position in a state in which the rotational force transmission state is eliminated. apparatus.
請求項１に記載の駆動装置。 The drive unit according to claim 1, wherein the transmission unit is disposed so that at least a part of the transmission unit is applied in parallel with one direction of the anisotropic material and a circumferential direction of the rotor.
請求項１又は請求項２に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein a fiber material disposed so that a fiber direction is along a moving direction of the transmission unit is used as the anisotropic material.
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の駆動装置。 The drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein a carbon fiber reinforced plastic is used as the anisotropic material.
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の駆動装置。 The drive unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the transmission unit is formed to increase in thickness from an end portion toward a center portion in an axial direction of the rotor.
前記回転子は、前記伝達部の突出部分が挿入される凹部を有する
請求項５に記載の駆動装置。 The transmission portion is formed such that a central portion in the axial direction protrudes toward the rotor side,
The drive device according to claim 5, wherein the rotor has a concave portion into which a protruding portion of the transmission portion is inserted.
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の駆動装置。 The drive unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the transmission unit includes an elastically deformable material.
前記複数の伝達部は、前記回転子の周方向にずれた位置に掛けられており、
前記駆動部は、複数の前記伝達部に対して個別に設けられている
請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の駆動装置。 A plurality of the transmission parts are provided,
The plurality of transmission portions are hung at positions shifted in the circumferential direction of the rotor,
The drive unit according to any one of claims 1 to 7, wherein the drive unit is individually provided for the plurality of transmission units.
前記アームを駆動する駆動装置と
を備え、
前記駆動装置として、請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の駆動装置が用いられている
ロボット装置。 Arm,
A driving device for driving the arm,
The robot apparatus in which the driving apparatus according to any one of claims 1 to 8 is used as the driving apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012184453A JP2014042429A (en) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | Driving device and robot device |
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Publications (1)
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| JP2014042429A true JP2014042429A (en) | 2014-03-06 |
Family
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-
2012
- 2012-08-23 JP JP2012184453A patent/JP2014042429A/en active Pending
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