JPS59169787A - 多関節ロボツトの関節アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（ｄ、産業用の多１関節ロボットの関節アクチー
エータに係るものである。

従来列の、溝成とその問題点 従来この種Ｄロボット関節は、たとえば特開昭５６−１
５７４９４号公報などに見られるように、電動１襞を直
凄関節内部に組込だものが提唱されている。しかし、産
業用として使用される垂直多関節ロボットにおいては、
ある程度以上の重量物をある程度以上の速度で取扱う必
要があるため、犬きなトルクを有する電動機を要し、従
って電動機の出力１１ＩｌＩＩで直接駆動するためには
電動機が余りＫも大きくなり過ぎ、前記−痔許（特開昭
５５−１５７４９４号公報）の構造は垂直多関節ロボッ
トの関節として実用的ではない。このため特開昭５７−
１１４０５１号公報にみられるような電動機の回転数を
減速して、トルクを増大して効率的に使用するだめの工
夫がなされてきた。しかし該特許においては、減速装置
にハーモニックドライブ減速装置を使用しているが、一
般的にフラット型と称されるフレキシブル・スプライン
が短い形式のものを使用しているため、単位長さ当りの
撓み量が犬きく、該フレキシブル・スプラインに大きな
応力を生じ、特命が短かくまた負荷能力が小さいという
欠点があった。一方、一般的に第１図に示すカップ型と
称されるものを使用すれば、フレキシブル・スプライン
が長いため、同じ撓み量に対しては単位長さ当りの撓み
量が小さく、応力も小さいので、負荷能力を増すことが
可能であり、また寿命も長くなるが、ｉ４造上大型にな
るという欠点を有していた。

発明の目的 本発明の目的は、前記欠点を解決し、負荷能力が大きく
寿命が長く、かつ全体構造が小型・軽量・コンパクトな
多関節ロボットの関節アクチュエータを提供することに
ある。

発明の構成 本発明は、減速装置内部を中空に構成することにより生
じた中空部に、電動機・ブレーキ・回転角度検出装置・
回転速度検出装置の一つまだは二つ以上の組合せたもの
を収納して配置し、体積効率をあげ全体として小型・軽
量・コンノくクトな関節アクチュエータを構成するもの
である。

実施例の説明 第２図は本発明の一実施例であり、以下第２図に従って
本発明を説明する。

一対の枠組１，２は、片方の枠組１の両端に装着された
軸受３，４に、他方のＵ字形枠組２の両側面に同一軸心
上に固定された円筒状の支点軸５゜６の先端を前記軸受
３，４の内輪に嵌合することにより、該支点軸５，６を
中心として相対的に揺動０Ｔ能に組立てられている。該
枠組に超可的揺動を与えるためのｇ動源として、電動機
がその軸７の両端を軸受８，９で回転ＯＴ能に支持され
ている。

該軸受の片方８は前記支点ｑｑｌｌ　ｉｓの中心部に装
着され、他方の軸受９は前記支点軸６の中心部に取付け
られたベアリングケース１０で保持されている。

前記電動機の軸７の中央部には重機子１１を固定し、そ
れに対向して周囲に適当数の永久磁石１２を配置し、該
永久磁石１２はヨークの・機能を具えだホルダ１３に固
着され、該ホルダ１３は前記支点軸６に同一軸心になる
よう締結されていて、前記電機子１１の鉄芯外周と前記
永久磁石１２の内周との間に微少間隙を形成させている
。前記電動機軸７上に前記重機子１１に１１Ｊ接して整
流子１３が固定され、該整流子１３の外周に接して摺動
する刷子１４が、前記支点軸６に固定されたブラシホル
ダ１５内で摺動可能に、かつ適正な接触圧で前記整流子
１３と接触するようばね１６で付勢されて、適当数だけ
取付けられている。前述電動機の回転を減速して前記枠
組１に伝達するだめ減速５、−ジ 装置を必要とするが、本実施例においては、減速装置と
してハーモニックドライブ減速装置を使用している。・
・−モニックドライブ減速装置については、すでに普遍
的であるので、その構造、動作原理についての説明は省
略する。

前記電動機軸γ上に、前記整流子１３の反対側に前記電
機子１１に隣接して、ウェーブゼネレータ１７が固定さ
れていて、その外側に薄肉で可撓性のある内外輪を有す
るボールベアリング１８が装着され、該ボールベアリン
グ１８の外周は、前記ウェーブ・ゼネレータ１７の形状
に沿って楕円形をしている。さらに該ボールベアリング
１８の外周は、フレキシブル・スプライン１９の内周に
嵌合している。該フレキシブル・スプライン１９は、通
常は第１図に示すととく可撓性のある薄肉金属円筒でカ
ップ形状に成形されているが、本発明の実施例では、薄
肉円筒の端部において外側にフランジを張り出して、リ
ング状に成形されている。該フレキシブル・スプライン
１９は、永久磁石１２のホルダ１３のフランジ部に固定
されてい６　／ て、前記電機子１１、前記永久磁石１２の外周に位置し
、丁度電動機を内蔵した形になっている。

前記フレキシブル・スプライン１９の歯部は、前記枠１
Ｉｉ１に固定されたサーキュラ・スプライン２０に噛み
合わされている。前記ウェーブゼネレータ１７の前記電
機子１１と反対側側面には、回転角度検出用および回転
速度検出用の円板２１が、前記電動機軸７と同心に固定
されている。本実施例の場合は、該円板２１の側面ば光
を反射する光沢面に、半径方向に放射状の狭いスリット
を等間隔で形成した光を吸収する極めて薄い膜を密着さ
せている。該円板２１の横には投光部２２と受光部２３
がＬ字形ホルダ２４で前記支点軸５に固定され、該投光
部２２より出た光が、前記円板２１の側面で反射され、
前記受光部２３に入るような位置関係に、前記投光部２
２、前記受光部２３が前記り字形ホルダ２４に適当な角
度をもって取付けられている。

前記電動機軸７の軸端には、摩擦係数の大きい耐摩耗性
のすぐれた材料でできた摩擦円板２５が、７７、 キー２６によって回転方向には固定されているが、軸方
向には摺動可能に取付けられている。該摩擦円板２５の
側面には磁性材料でできだブレーキ円板２７が電磁石の
ケース２８に外周をガイドされて、軸方向に移動可能に
取付けられている。前記ブレーキ円板２７は電磁石に吸
着された時、前記摩擦円板２５との間に微少間隙ができ
るような位１斤関係で取付けられている。前記電磁石は
、Ｕ字形所面をしたリング状の鉄心２９にコイル３０を
巻いて構成され、前記ケース２８に外周を固定されて前
記ブレーキ円板２７と同心的に前記支点軸５側簡に固定
されている。前記電磁石の鉄心２９の内側には、圧縮コ
イルばね３１が装着されていて、前記ブレーキ円板２７
を摩擦円板２５に押付けている。該圧縮コイルばね３１
ば、停電時において、外部からの負荷によって前記枠組
１，２が相対的に運動しないよう十分な力を有している
。

次に前記実施例について動作の説明を行なう。

今電源を投入することによって前記電磁石のコイル３ｏ
に通電を行なうと、前記ブレーキ板２７は前記圧縮コイ
ルばね３１の付勢力に抗して、前記鉄心に吸着され、前
記摩擦板２５との間に隙間ができ、そのだめ前記電動機
軸７は、自由に回獣可能な状態になる。今この状態で前
記　字形枠組２を固定して、制量回路（図示せず）に指
令を入れると、その指令に従って前記刷子１４．整流子
１３を通じて電機子１１に電流が流れ、前記電動機軸７
が回転を始める。該電動機軸７には、前記ウェーブゼネ
レータ１７が固定されているので軸と共に回転し、その
外側に挿着された前記ボールベアリングを介して、前記
フレキシブル・スプライン１９の外周に撓みを発生させ
、その撓みにより該フレキシブル・スプライン１９の歯
部と前記サーキュラ・スプライン２ｏの歯部の噛み合い
が、ウェーブゼネレータ１７の一回転につきその歯数差
分だけずれて、前記フレキシブル・スプライン１９とサ
ーキーラ・スプライン２ｏの間に相対的回転が起り、そ
の回転数は電動機軸７の回転数より減速される。

今前記フレキシブル・スプラインは、前記ホル９１・−
シ ダ１３．支点軸６を介して前記　字形枠組２に固定され
ており、一方前記サーキュラ・スプライン２０は前記枠
組１に固定されているので、該枠組１が揺動を行なう。

同時に前記電動機軸７０回転に従って前記円板２１も回
転し、前記投光部２２から出た光は該円板２１の反射面
で反射され、前記受光部２３に入る。反射面には光吸収
膜がスリット状に形成されているので、該受光部２３に
受光される光１ｄパルス状になり、このパルス信号は制
御部（図示せず）に入って加工され、回転角度値および
回転速度値に変換される。それぞれの値は、前記電動機
軸７が前記Ｕ字形枠組２に対して回転しているので、そ
の回転が滑ることなく確実に減速して伝えられている前
記枠組１の揺動角度値、揺動速度値に対し一対一で対応
している。かくして前記枠組１の揺動量が予め指令され
た値に近づくと、その検出量に従って減速され、定めら
れた位置で停止するよう制御される。なお通常の場合停
止中も通電されているので、前記電動機はサーボロック
されているが、停電時などの場合通０ 電が止まると、前記ブレーキ板２７は前記鉄心２９の吸
着力から解放され、前記圧縮コイルばね３１の力によっ
て付勢されて、前記摩擦円板２６を前記支薇軸５の側面
に押しつける。該摩擦円板２５は前記電動・；後軸７に
前記キー２６で回転方向に対して固定されているので、
前記枠組１は、外力がかかっても移動ぜずにロックされ
ることになる。

第３図は本発明の他の実施例であるが、本実施例におい
ては、前記実施例の径方向間隙型電動機の代りに、軸方
向間隙型心動機いわゆるフラット型電動機を１吏用し、
フレキシブル・スプラインの内側空間部に、回転角度検
出装置と回転速度検出装置を一体化したものを配置した
ものである。構造・動作は前述実施例とほぼ同じである
ので、概略主要部の説明だけにとどめる。

一対の枠、ｌ＋Ｊ１３２，３３は、Ｕ字形の枠ｆＩｉ３
２とその両側壁の間に位置する他方の枠組３３より構成
され、該両枠組３２．３３に装着された軸受３４゜３５
により、その軸心の曲りに相対的に揺動可能に構成され
ている。揺動の駆動源としての亀動機１１７、−ヮ は、その軸３６の両端を前記枠組３３に装着された軸受
３７．３８に支持され、該軸上には円盤状に成形された
電機子３９と整流子４ｏが固定され、該電機子３９と対
向して軸方向に微小間隙を隔てて、ヨーク４１と複数個
の永久磁石４２が、そして前記整流子４０外周に接触し
てブラシ４３を保持する複数量のブラシホルダ４４が前
記枠組３３に固定されて構成されている。前記電動機軸
３６の端部には、・・−モニックドライブ減速装置のウ
ェーブゼネレータ４５が固定され、その外側に装置され
たボールベアリング４６を介して、フレキシブル・スプ
ライン４７と当接している。該フレキシブル・スプライ
ン４７は前述実施例のそれと同一形状に成形されている
。前記フレキシブル・スプライン４７の歯部は、前記枠
組３３に固定されたサーキュラ・スプライン４８の歯部
に噛み合わされている。前記フレキシブル・スプライン
４７の内側空間部には、ホルダ４９によって前記Ｕ字形
枠組に固定されたロータリエンコーダおよびタコゼネレ
ータが一体化された位置・速度検出装置６ｏが位置して
いて、その入力軸６１はカップリング５２を介して前記
電動機軸３６と結合されている。

なお第一の実施例第二の実施例においては、フレキシブ
ル・スプラインの内側空間部にそれぞれ電動機・位置速
度検出装置を配置するよう構成したが、この他ブレーキ
などを配置することも、或はこれらの組合わせたものを
配置することも簡単な変更を加へるだけでｉ′ｉＴ能で
あることは言うまでもない。

なおまた、本実施において、減速装置としてハーモニッ
クドライブ減車装置を使用したが、他の減速装置を中空
になるよう構成して配置し、その中空部にアクチュエー
タの要素ユニットを配置することもＯＴ能である。

発明の効果 以上のように本発明は、中空に構成した減速装置の内側
中空部に電動機、ブレーキ、回転角度検出装置、回転速
度検出装置の−っ゛または二つ以上の組合せを配置する
ことによって、全体が小型軽１３７、−ジ 量コンパクトなアクチーエータの構成が可能であり、さ
らに、減速装置としてハーモニックドライブ装置を使用
する時、フレキシブル・スプラインの全長を長くとるこ
とが可能で、単位長さ当りの撓み量を小さくできるだめ
、応力が小さくなシ、負荷能力を増したり、寿命を長く
することができ、その実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は・・−モニック減速機のカップ形フレキシブル
・スプラインの断面図、第２図は本発明の一実施例にお
ける多関節ロボットの関節アクチュエータの断面図、第
３図は本発明の他の実施例の断面図である。 １１・・・・電動機電機子、１９・・・・フレキシブル
・スプライン、２１・・・−・回転角度・速度検出用円
板、２７・・−ブレーキ板、３０−・・−・・電磁石コ
イル、３９・・・・・・電動機電機子、４７−・・・・
・フレキシブル・スプライン、５０−　・・回転角度・
速度検出装置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多関節ロボットの関節部に、中空を有した減速装置を配
   し、この減速装置の内側中空部に、電動機まだはブレー
   キ、回転角度検出装置、回転速度検出装置の一つまたは
   二つ以上の岨ハせを配置して成る多関節ロボットの関節
   アクチュエータ。