JPWO2011125579A1 - モータ装置、モータ装置の製造方法及びロボット装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年3月31日に、日本に出願された特願2010−083378号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
以下、図面に基づき、本発明に係る第1実施形態を説明する。
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。
駆動基板DSは、例えばステンレス等の材料を用いて矩形の板状に形成されている。駆動基板DSは、図中+Y方向の端部に支持部47を有している。当該支持部47のX方向中央部には、−Y方向に延びるように接続部46が形成されており、接続部46の−Y方向の先端には、駆動ベース部45が形成されている。駆動ベース部45には、駆動部ACが保持されている。
伝達基板TSは、例えばステンレス等の材料を用いて矩形の板状に形成されている。伝達基板TSには、Z方向視で実質的中央部に貫通部(第1貫通部)10が形成されている。貫通部10は、Z方向視で実質的円形に形成された開口部であり、伝達基板TSの表裏を貫通して形成されている。貫通部10には、回転子SFの拡径部11が挿入される。伝達基板TSには、当該貫通部10の他、例えば開口部20A〜20D、伝達部BT、接続部24A、24B及び開口部25が形成されている。
ベルト部23は、貫通部10によって形成された壁部(内周部)10aに沿って例えば帯状に形成され、例えば弾性変形可能な程度の厚さに形成されている。ベルト部23は、貫通部10に挿入される回転子SFを囲うように配置される。換言すると、回転子SFは、貫通部10のうちベルト部23によって囲まれる空間に挿入される。ベルト部23は、例えば回転子SFの少なくとも一部に掛けることができるようになっている。
ベルト部23の第二端部22は、接続部24Bを介して開口部20Bに接続されている。
接続部24Bは、開口部20Bに対して−X方向に延在し、更に伝達基板TSのX方向の中央部よりも+X側の位置において+Y方向に伸び、第二端部22に接続されている(連続している)。
また、各組は、それぞれ伝達基板TS又は駆動基板DSの1枚分の厚さ(Z軸方向の寸法)だけZ軸方向にずれて配置されている。このため、各組の駆動基板DS同士が接触し、当該駆動基板DSに対して+Z側に配置された伝達基板TS同士が接触し、当該駆動基板DSに対して−Z側に配置された伝達基板TS同士が接触した状態になっている。
本実施形態に係るモータ装置MTRにおいて、回転子SFを駆動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。
この動作において、制御装置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。
モータ装置MTRを製造する場合、まず、伝達基板TS同士、駆動基板DS同士をそれぞれ形成する。例えば図11に示すように、複数の基板Sを積層させ、当該複数の基板Sをまとめて切削加工して形成する。例えば、ワイヤーなど金属の線状部材Lに電圧を印加して放電させた状態とし、このワイヤーと複数の基板Sとを相対的に移動させながら、糸鋸のように複数の基板Sを切削加工する。この切削加工を、例えば伝達基板TSの形成、駆動基板DSの形成のそれぞれについて行う。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置MTRの動作の際、伝達部BTの弾性変形を利用する点で、第1実施形態とは異なっている。したがって、モータ装置MTRの構成については、伝達部BTが弾性変形可能になっている点以外は、第1実施形態と同一の構成を用いることができる。
まず、制御装置CONTは、図12に示すように、伝達部BTの第一端部21が原点位置0からX1だけ+X方向(図12においては、紙面の右側)に移動するように駆動素子31を変形させる。また、制御装置CONTは、伝達部BTの第二端部22が原点位置0からX2だけ−X方向(図12においては、紙面の右側)に移動するように駆動素子32を変形させる。この状態を駆動動作の初期状態とする。このとき、X1及びX2については、下記[数6]を満たす。
次に、図15に示すように、制御装置CONTは、第一端部21が原点位置0まで移動すると共に第二端部22が原点位置0よりも+X方向(図15においては、紙面の左側)へ移動するように、駆動素子31と駆動素子32とを同時に変形させる。駆動素子31と駆動素子32とを同時に変形させることにより、伝達部BTが2ΔX1だけ緩む(縮む)こととなり、この結果、伝達部BTと回転子SFとの間に隙間が生じる。回転子SFは、伝達部BTによって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。
制御装置CONTは、回転子SFに設けられた検出器により、回転子SFの外周速度vを検出する。制御装置CONTは、検出結果に基づき、第一端部21及び第二端部22の移動距離を決定する。回転子SFが静止している状態の上記駆動動作では、第一端部21の初期位置をX1、第二端部22の初期位置をX2とした。回転子SFが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効張力を伝達部BTに付加するには、回転子SFの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、回転子SFの外周と伝達部BTとの相対速度をゼロにする必要がある。このため、第一端部21の初期位置及び第二端部22の初期位置を決定するに当たり、回転子SFの外周の所定時間当たりの移動距離を考慮する必要がある。具体的には、第一端部21の初期位置をX1+vΔt、第二端部22の初期位置をX2−vΔtとして設定する。ここで、Δtとしては、例えば制御装置CONTのサンプリングタイムなどが挙げられる。
このときの第一端部21は原点位置0に対してX1+vΔt+ΔX1だけ+X方向(例えば、図17においては紙面の右側)へ移動した状態となる。また、このときの第二端部22は原点位置0に対してX2−vΔt−ΔX1だけ−X方向(例えば、図17においては紙面の右側)へ移動した状態となる。
この後、制御装置CONTは、第一端部21が原点位置0まで移動すると共に第二端部22が原点位置0よりも+X方向(例えば、図17においては紙面の左側)へ移動するように駆動素子31と駆動素子32とを同時に変形させ、伝達部BTと回転子SFとの間に隙間が生じている間に、第一端部21を移動させること無く第二端部22のみが原点位置0に戻るように駆動素子32を変形させる。この動作により、第一端部21及び第二端部22が共に原点位置0に戻ることになる。復帰動作は、回転子SFの回転速度によらず同一の動作として行うことができる。
本実施形態における実効トルクNeは、駆動動作と復帰動作とを1サイクル行うのに要する時間tall、有効張力の伝達開始から回転子SFが慣性状態になるまでの時間te、目標有効張力Tgoal、回転子SFの半径Rに依存する。具体的には、下記[数8]によって示される。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図18は、第1実施形態又は第2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。
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。
上記実施形態では、伝達部BTの外側に切り込み部23aが設け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く、例えば図19に示すように、伝達部BTの内側(回転子SFに当接する面)に切り欠き部が設けられた構成であっても構わない。また、切り込み部23aが設けられてない構成としても勿論構わない。
Claims (28)
- 回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部が形成された伝達基板と、
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の位置に復帰させる駆動部を有し、前記駆動部による駆動力が前記伝達部に作用するように前記伝達基板に連結された駆動基板と
を備えるモータ装置。 - 前記伝達基板は、前記回転子を囲う第1貫通部を有し、
前記伝達部は、前記第1貫通部に設けられている
請求項1に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、弾性変形可能に形成されている
請求項1又は請求項2に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、帯状に形成されている
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、切り込み部を有する
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記切り込み部は、前記伝達部の全体に亘って実質的等間隔で複数設けられている
請求項5に記載のモータ装置。 - 前記駆動基板は、前記回転子を囲う第2貫通部を有し、
前記駆動部は、前記第2貫通部から外れた位置に設けられている
請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記駆動部は、前記第2貫通部を挟む位置に設けられた第1電気機械変換素子及び第2電気機械変換素子を有する
請求項7に記載のモータ装置。 - 前記第1電気機械変換素子と前記第2電気機械変換素子とは、前記第2貫通部に対して対称な位置に配置される
請求項8に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、第1端部及び第2端部を有し、
前記第1電気機械変換素子による駆動力が前記第1端部に作用すると共に、前記第2電気機械変換素子による駆動力が前記第2端部に作用するように、前記伝達基板と前記駆動基板とが連結されている
請求項8又は請求項9に記載のモータ装置。 - 前記第1端部及び前記第2端部は、前記回転子の外周上の基準位置を挟む位置に配置され、
前記駆動基板は、前記伝達基板のうち少なくとも前記第1端部及び前記第2端部を挟む2つの位置で連結されている
請求項10に記載のモータ装置。 - 前記駆動基板は、前記第1電気機械変換素子を含む第1部分と、前記第2電気機械変換素子を含む第2部分とを有し、
前記第1部分と前記第2部分とは、該駆動基板に対して分離可能に設けられている
請求項8から請求項11のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達基板及び前記駆動基板は、前記回転子の回転軸方向に一列に積層されている
請求項1から請求項12のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達基板及び前記駆動基板は、それぞれ複数設けられており、
複数の前記伝達基板及び複数の前記駆動基板は、前記回転軸方向に交互に積層されている
請求項13に記載のモータ装置。 - 前記伝達基板は、複数設けられ、
前記駆動基板は、複数の前記伝達基板に連結されている
請求項1から請求項14のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達基板は、複数設けられ、
複数の前記伝達基板は、前記回転子の回転方向に所定角度ずつずれるように配置されている
請求項1から請求項15のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達基板と前記駆動基板とを連結する連結部材を備える
請求項1から請求項16のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達基板と前記駆動基板とを位置決めする基板位置決め部を備える
請求項1から請求項17のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記回転子は、中空に構成されている
請求項1から請求項18のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 回転子の少なくとも一部に掛けられる伝達部が形成された伝達基板と、
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の位置に復帰させる駆動部を有する駆動基板と、
前記駆動部の駆動力を前記伝達部に作用させるために、前記伝達基板に形成された開口部と、
を備えるモータ装置。 - 前記開口部に隣接して前記伝達基板に形成された接続部を備える
請求項20に記載のモータ装置。 - 回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部を有する伝達基板を形成し、
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の位置に復帰させる駆動部を含む駆動基板を形成し、
前記駆動部による駆動力が前記伝達部に作用するように、前記伝達基板と前記駆動基板とを連結する
モータ装置の製造方法。 - 前記伝達基板の形成は、切削加工によって前記伝達部を形成することを含む
請求項22に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記伝達基板の形成は、鋳造によって前記伝達基板と前記伝達部とを形成することを含む
請求項22に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記伝達基板の形成は、押し出し成形によって前記伝達基板と前記伝達部とを形成することを含む
請求項22に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記伝達基板の形成は、パターニングによって前記伝達部を形成することを含む
請求項22に記載のモータ装置の製造方法。 - 回転軸部材と、
前記回転軸部材を回転させるモータ装置と
を備え、
前記モータ装置として、請求項1から請求項21のうちいずれか一項に記載のモータ装置が用いられている
ロボット装置。 - 回転子の少なくとも一部に掛けられる伝達部を伝達基板に形成することと、
前記伝達部を移動させる駆動部が配置される駆動ベース部を駆動基板に形成することと、
前記伝達基板と前記駆動基板とを連結する部分を前記伝達基板及び前記駆動基板に形成することと、
を有するモータ装置の製造方法。
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