JP2020003460A - トルクセンサの支持装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、トルクセンサにトルク以外の曲げモーメントが生じることを防止でき、トルクセンサの検出精度を向上させることが可能なトルクセンサの支持装置を提供する。
先ず、図3、図4を参照して、本実施形態が適用されるロボットアーム30、及びトルクセンサ40について説明する。
図3は、多関節ロボット、すなわち、ロボットアーム30の一例を示している。ロボットアーム30は、例えば基台31、第1アーム32、第2アーム33、第3アーム34、第4アーム35、駆動源としての第1駆動部36、第2駆動部37、第3駆動部38、第4駆動部39を具備している。しかし、ロボットアーム30の構成は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
図4は、本実施形態に適用される円盤状のトルクセンサ40の一例を示している。トルクセンサ40は、第1構造体41と、第2構造体42と、複数の第3構造体43と、センサ部としての第1歪センサ44及び第2歪センサ45などを具備している。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態を示している。
図1に示すように、例えば第1関節J1内には、第1駆動部36と、トルクセンサ40と、トルクセンサ40を支持する支持装置としての転がり軸受け、例えばボールベアリング(以下、ベアリングと称す)20が設けられている。
第1駆動部36は、第2取り付け部としての第1アーム32の内部で、トルクセンサ40の第1面(表面)に設けられる。第1駆動部36は、例えばモータ36aと減速機36bとにより構成される。減速機36bは、例えばケース36b−1と、出力軸36b−2と、ベアリング36b−3と、図示せぬ複数のギヤなどを具備している。出力軸36b−2は、図示せぬ複数のギヤを介してモータ36aのシャフト36a−1に連結され、ベアリング36b−3により、ケース36b−1に対して回転可能に設けられている。
図1に示すように、ベアリング20は、第1支持体としての外輪21と、第2支持体としての内輪22と、第3支持体としての複数のボール23とを具備している。
図1は、ベアリング20として所謂ラジアル軸受を適用した場合を示している。しかし、これに限らず、例えばスラスト軸受などの他の構成のベアリングを適用することも可能である。
ベアリング20は、外輪21に対して内輪22が回転する方向の力を受けた場合、内輪22は、外輪21に対して回転する。一方、ベアリング20は、回転方向以外の力を受けた場合、外輪21、内輪22、及びボール23が有する剛性により、変形が抑制される。
回転体としてのボール23やローラの数は、4個以上であり、各回転体は、等間隔に配置される。これらボール23やローラは、同一半径上にそれぞれ配置される。
また、第1支持体21、第2支持体22、及びボール23を含む支持装置としてのベアリング20の剛性は、トルクセンサ40の第3構造体43の剛性と同等以上である。
(第1実施形態の効果)
上記第1実施形態によれば、支持装置としてのベアリング20の外輪21をトルクセンサ40の第1構造体41が固定されたロボットアーム30の基台31に固定し、内輪22をトルクセンサ40の第2構造体42が固定された減速機36bと第1アーム32に固定している。このため、ベアリング20により、トルクセンサ40に対するトルク以外の曲げモーメントによるトルクセンサ40の変位を抑制することができる。したがって、トルクセンサ40は、他軸干渉を抑制することができ、トルクセンサ40によるトルクの検出精度を向上させることが可能である。
第1実施形態のように、トルクセンサ40がロボットアーム30の例えば第1関節J1内に配置される場合において、ロボットアーム30は、トルクセンサ40を中心として360°回転可能とされている。
(第2実施形態)
図2は、第2実施形態を示している。第2実施形態は、第1実施形態を変形したものである。第1実施形態において、支持装置としてのベアリング20は、トルクセンサ40の第1面(表面)側で、基台31と減速機36b及び第1アーム32との間に設けた。これに対して、第2実施形態において、ベアリング20は、トルクセンサ40の第2面(裏面)側に設けられている。
尚、ベアリング20は、ラジアル軸受に限らず、例えばスラスト軸受などの他の構成のベアリングを適用することも可能である。
上記構成において、モータ36aにより減速機36bが駆動されると、第1アーム32が回転する。これとともに、減速機36bからトルク(Mz)がトルクセンサ40に印加され、トルクセンサ40の第2構造体42は、第4支持体24と共に第1構造体41に対してトルク(Mz)方向に変位する。すなわち、第4支持体24は、ベアリング20により、基台31に対して、第2構造体42と共に回転される。トルクセンサ40の第2構造体42が第1構造体41に対してトルク(Mz)方向に変位することにより、トルクが検出される。
(第2実施形態の効果)
第2実施形態によれば、トルクセンサ40の第2面側で、第2構造体42と基台31との間に第4支持体24及びベアリング20を設けている。このため、トルクセンサ40は、他軸干渉を抑制することができ、トルクセンサ40から図5のAに示すように、センサ出力が発生することを抑制することができる。したがって、トルクセンサ40によるトルクの検出精度を向上させることが可能である。
(第3実施形態)
上記第1、第2実施形態は、トルクセンサ40の第1構造体41が基台31に連結され、第2構造体42が減速機36bの出力軸36b−2に連結されていた。これに対して、図7に示す第3実施形態は、トルクセンサ40の第1構造体41が減速機36bの出力軸36b−2に連結され、第2構造体42が基台31に連結される。
(第4実施形態)
第1乃至第3実施形態は、支持装置としてのベアリング20を設けた。これに対して、図8に示す第4実施形態は、第1実施形態を変形したものであり、支持装置として基台31に設けられた溝31aと、溝31a内に設けられた複数のボール又はローラを用いている。
一方、トルクセンサ40の第1構造体41は、基台31に図示せぬ複数のボルトにより固定されている。基台31の中央部には、トルクセンサ40の第2構造体42に対応して環状の溝31aが設けられ、この溝31a内に回転体としての複数のボール61が設けられている。ボール61は、十分な剛性を有する例えば鋼球を適用することが可能であり、トルクセンサ40の第2構造体42に接触され、溝31a内を回転可能とされている。
上記構成において、モータ36aにより減速機36bが駆動されると、第1アーム32が回転する。これとともに、減速機36bからトルク(Mz)がトルクセンサ40の第2構造体42に印加される。第2構造体42は、第1構造体41に対してトルク(Mz)方向に変位する。これにより、トルクが検出される。
尚、第1実施形態乃至第4実施形態において、ベアリング20は、第1関節J1の基台31に設けた。ベアリング20を第1関節J1に設けることによる他軸干渉の除去効果は大きいが、第1関節J1に限定されるものではなく、ベアリング20を第2関節J2乃至第4関節J4に適用することも可能である。ベアリング20を第2関節J2乃至第4関節J4に適用した場合も第1関節J1に設けた場合と同様の効果を得ることが可能である。
Claims (14)
- 第1取り付け部に設けられた第1支持体と、
前記第1取り付け部に設けられた第1構造体と、第2取り付け部に連結された第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた第3構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた少なくとも2つのセンサ部と、を具備するトルクセンサの前記第2構造体に連結された第2支持体と、
前記第1支持体と前記第2支持体との間に設けられた複数の回転体と、
を具備するトルクセンサの支持装置。 - 第2取り付け部に設けられた第1支持体と、
前記第2取り付け部に設けられた第1構造体と、第1取り付け部に連結された第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた第3構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた少なくとも2つのセンサ部と、を具備するトルクセンサの前記第1取り付け部に連結された第2支持体と、
前記第1支持体と前記第2支持体との間に設けられた複数の回転体と、
を具備するトルクセンサの支持装置。 - 第1構造体と、第2取り付け部に連結された第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた第3構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた少なくとも2つのセンサ部と、を具備するトルクセンサの前記第1構造体に設けられた第1取り付け部と、
前記第1取り付け部の前記第2構造体に対応する位置に設けられた溝と、
前記溝内に設けられ、前記第2構造体に接触された複数の回転体と、
を具備するトルクセンサの支持装置。 - 前記第2取り付け部は、駆動部を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第2支持体と前記第2構造体との間に設けられた第4支持体をさらに具備することを特徴とする請求項1記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記回転体は、ボールであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記回転体は、ローラであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第1支持体、前記第2支持体、及び複数の前記回転体を含む前記トルクセンサの支持装置は、転がり軸受けであることを特徴とする請求項1又は2記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記回転体の材料は、鉄を含む材料であることを特徴とする請求項6又は7記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記回転体の材料は、セラミックスであることを特徴とする請求項6又は7記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記回転体の数は、4個以上であり、各回転体は、等間隔に配置されることを特徴とする請求項6又は7記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記各回転体は、同一半径上に配置されることを特徴とする請求項6又は7記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記回転体の数が4個である場合、各回転体は、1つの前記センサ部を基準として45°、135°、225°、315°の位置に配置されることを特徴とする請求項6又は7記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第1支持体、前記第2支持体、前記回転体を含む支持装置の剛性は、前記第3構造体と同等以上であることを特徴とする請求項1又は2記載のトルクセンサの支持装置。
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