CN117140584A - 驱动致动器以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的驱动致动器具备：电机，具备转子与定子，通过所述转子与所述定子所产生的磁场使固定在所述转子的旋转轴旋转；减速机，使所述旋转轴的旋转减速；制动装置，使所述旋转轴的旋转停止；以及编码器，检测所述旋转轴的旋转位置，在所述减速机中安装有传感器，所述转子与所述定子、所述减速机、所述制动装置以及所述编码器在所述旋转轴的轴方向上排列，所述制动装置以及所述编码器中的至少任一者位于所述转子和所述定子的组与所述减速机之间。

Description

驱动致动器以及机器人

技术领域

本公开涉及驱动致动器以及机器人。

背景技术

在多关节型的机器人的各个关节中配置对各个关节进行旋转驱动的驱动致动器。驱动致动器具备使旋转轴旋转的电机。电机具备固定在旋转轴的外周的转子、以及配置在转子的外周的定子。转子例如包含永磁铁，定子例如包含电磁铁。当定子通电时产生旋转磁场。转子通过该旋转磁场来旋转，从而旋转轴旋转。

驱动致动器除了电机，还进一步具备：减速机，使旋转轴的旋转速度减速；制动装置，使旋转轴的旋转停止；以及编码器，检测旋转轴的旋转位置。在专利文献1(JP2012-35372A)的驱动致动器中，电机的转子与定子、减速机、制动装置以及编码器在旋转轴的轴方向上排列配置。详细而言，在旋转轴的轴方向上从输出侧朝向相反侧依次配置有减速机、转子与定子、制动装置以及编码器。

另外，存在应变传感器等的传感器安装于驱动致动器的减速机中的情况(例如专利文献2：JP2004-198400A)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，为了机器人的节省空间化等，需要使驱动致动器小型化。在此，在上述专利文献1的驱动致动器中，电机的转子与定子与减速机相邻配置。因此，当试图使驱动致动器小型化时，转子与定子与减速机接近配置。然而，当它们接近配置时，在减速机中安装有传感器的情况下，传感器有可能受到由转子与定子产生的磁的影响。例如，有可能由于磁的影响而在传感器中产生电磁感应，并在传感器的输出值中包含噪声。

本公开是鉴于上述情况而提出的，其主要目的在于提供一种驱动致动器以及具备该驱动致动器的机器人，其能够使驱动致动器小型化，并且减少安装于驱动致动器所具备的减速机上的传感器所受的磁的影响。

用于解决技术问题的技术方案

本公开的一实施方式的驱动致动器具备：

电机，具备转子与定子，通过所述转子与所述定子所产生的磁场使固定在所述转子的旋转轴旋转；

减速机，使所述旋转轴的旋转减速；

制动装置，使所述旋转轴的旋转停止；以及

编码器，检测所述旋转轴的旋转位置，

在所述减速机中安装有传感器，

所述转子与所述定子、所述减速机、所述制动装置以及所述编码器在所述旋转轴的轴方向上排列，所述制动装置以及所述编码器中的至少任一者位于所述转子和所述定子的组与所述减速机之间。

如上所述，在电机中的转子与定子的组与减速机之间配置有制动装置以及编码器中的至少任一者。由此，即使使转子与定子的组、减速机、制动装置、以及编码器中的相邻者靠近，也能够在转子与定子的组与减速机之间保持距离。因此，能够使驱动致动器小型化，并且减少安装于减速机的传感器所受的磁的影响。

另外，所述制动装置是具备壳体的电磁式的制动装置，所述壳体由磁性材料形成，在内部收容制动线圈，

在所述转子和所述定子的组与所述减速机之间配置有所述制动装置。

由此，能够通过由制动装置的壳体带来的磁屏蔽效应来屏蔽由转子与定子产生的磁。因此，无需用于磁屏蔽效应的附加结构，也能够进一步减少安装于减速机的传感器所受的磁的影响。

另外，所述减速机形成为以所述旋转轴为中心的圆环状，

所述壳体形成为包围所述旋转轴的圆环状，从所述轴方向观察时与所述传感器重叠。

这样，能够通过从转子与定子观察时传感器被壳体覆盖，进一步提高壳体对由转子与定子产生的磁的磁屏蔽效应。

另外，当圆环状的减速机在旋转轴的周方向上旋转时，安装于减速机的传感器也在该方向上旋转移动。然而，由于壳体也是圆环状，因此无论是传感器位于旋转方向的哪个位置的情况，从旋转轴的轴方向观察时传感器与壳体也都重叠。因此，即使传感器旋转移动，也能够稳定地获得基于壳体的磁屏蔽效应。

另外，机器人具备对所述机器人的关节部进行旋转驱动的所述驱动致动器。

由此，在具备上述驱动致动器的机器人中，能够使驱动致动器小型化，并且减少安装于减速机的传感器所受的磁的影响。能够通过使驱动致动器小型化，使机器人节省空间化。

附图说明

图1是本公开的一个实施方式的机器人的侧视图。

图2是本公开的一个实施方式的驱动致动器的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一个实施方式进行说明。

如图1所示，机器人10是具备六个关节K1～K6的6轴垂直多关节型机器人。机器人10具备设置在规定的设置场所(例如地板等)的基部11、以及由基部11支承的多个臂(例如六个臂12～17)。详细而言，存在作为肩部的臂12、作为下臂的臂13、作为第一上臂的臂14、作为第二上臂的臂15、作为手腕部的臂16、以及作为凸缘的臂17。

作为肩部的臂12由基部11以相对于水平方向垂直的J1轴为中心可旋转地支承。作为下臂的臂13由作为肩部的臂12以相对于J1轴垂直的J2轴为中心可旋转地支承。作为第一上臂的臂14由作为下臂的臂13以相对于J2轴平行且相同朝向的J3轴为中心可旋转地支承。作为第二上臂的臂15由作为第一上臂的臂14以相对于J1轴以及J3轴垂直的J4轴为中心可旋转地支承。即，臂15相对于臂14可扭转地支承。作为手腕部的臂16由作为第二上臂的臂15以与J3轴相同朝向的J5轴为中心可旋转地支承。作为凸缘的臂17由作为手腕部的臂16以与J4轴相同朝向的J6轴为中心可旋转地支承。即，臂17相对于臂16可扭转地支承。虽然省略图示，但是末端执行器安装于作为凸缘的臂17。

在机器人10的关节K1～K6中配置有分别对关节K1～K6进行旋转驱动的驱动致动器20。通过由驱动致动器20分别对关节K1～K6进行旋转驱动，使臂12～17旋转。

接下来，根据图2对驱动致动器20的结构进行说明。此外，关节K1～K6的驱动致动器20基本上具有相同的构造。

如图2所示，驱动致动器20具备电机21、制动装置22、减速机23以及编码器24。电机21具备旋转轴31、以及转子32及定子33。此外，旋转轴31在轴方向上的一侧为输出旋转轴31的旋转的输出侧。在图2中，该输出侧为上侧。

转子32包含永磁铁，形成为圆环状，并固定在旋转轴31的外周。详细而言，旋转轴31具有外径比其他部分大的大径部分31a，转子32固定于该大径部分31a。定子33包含由线圈以及磁芯等构成的电磁铁，形成为圆环状。定子33配置成在转子32的外周包围转子32。转子32及定子33与旋转轴31同轴地配置。

定子33与转子32一并收容在外壳25的内部。外壳25具备圆筒状的外壳本体26、以及配置成分别部分地封堵外壳本体26的两端的开口的大致圆板状的一对罩27、28。外壳本体26与旋转轴31同轴地配置，一对罩27、28固定于该外壳本体26。另外，旋转轴31插通一对罩27、28的中央。此外，在一对罩27、28中，罩27配置在旋转轴31的输出侧，罩28配置在与输出侧相反侧(在图2中下侧)。以下，将输出旋转轴31的旋转的输出侧称为上侧，将与输出侧相反侧称为下侧。

定子33被压入至外壳本体26的内侧，通过该压入固定于外壳本体26。当对定子33的线圈通电时在定子33中产生旋转磁场，通过该旋转磁场，包含永磁铁的转子32旋转，旋转轴31旋转。也就是说，旋转轴31通过转子32及定子33所产生的磁场来旋转。

旋转轴31被在其轴方向上隔开间隔配置的轴承36、37可旋转地支承。由外壳25的罩27来支承轴承36、37中配置在上述轴方向的上侧的轴承36。另外，由外壳25的罩28来支承配置在上述轴方向的下侧的轴承37。

制动装置22使旋转轴31的旋转停止。例如，制动装置22是电磁式的制动装置。制动装置22形成为圆环状，旋转轴31插通在其内侧。另外，制动装置22与电机21的转子32及定子33相比配置在旋转轴31的轴方向的上侧。

制动装置22与转子32及定子33一并收容在外壳25内。制动装置22例如通过螺栓固定于外壳25的罩27。

制动装置22具备制动线圈51、收容制动线圈51的壳体52、可动板53、摩擦板54以及固定板55。壳体52形成为圆环状，旋转轴31插通在其内侧。壳体52与旋转轴31同轴地配置。另外，壳体52由铁、钢等的磁性材料构成。磁性材料例如是低碳钢。制动线圈51在壳体52的周方向上卷绕，由壳体52覆盖。由此，由壳体52形成在向制动线圈51通电时所产生的磁通量的通道。另外，防止所产生的磁通量向壳体52的外部泄漏。

可动板53、摩擦板54与固定板55形成为圆板状，相对于壳体52配置在下侧(也就是说，转子32及定子33侧)。可动板53、摩擦板54与固定板55配置成各板厚度方向朝向旋转轴31的轴方向，在旋转轴31的轴方向上从壳体52侧(即上侧)朝向下侧按照可动板53、摩擦板54、固定板55的顺序排列。另外，旋转轴31插通在可动板53、摩擦板54、以及固定板55的中央。

可动板53以能够位移的方式配置在旋转轴31的轴方向上。可动板53通过弹簧件(省略图示)常时朝向摩擦板54施力。另外，可动板53由铁、钢等的磁性材料构成。摩擦板54在其内周固定在旋转轴31。另外，固定板55在其外周借助间隔件(省略图示)固定在壳体52。

在上述结构的制动装置22中，当对制动线圈51通电时，产生磁场。由此，可动板53抵抗弹簧件的作用力而被吸引至壳体52侧。即，可动板53与摩擦板54隔开间隔。由此，摩擦板54能够旋转，旋转轴31能够旋转。这就是制动关闭的状态(即图2的状态)。

相对于此，在不对制动线圈51通电的情况下，不产生磁场。因此，可动板53通过弹簧件的作用力被摩擦板54按压，摩擦板54被夹在可动板53与固定板55之间。即，在摩擦板54中产生摩擦，该摩擦制动摩擦板54的旋转。由此，旋转轴31的旋转被制动。这就是制动启动的状态。

减速机23以规定的减速比对旋转轴31的旋转进行减速。减速机23形成为圆环状(换言之圆筒状)，与旋转轴31同轴地配置。减速机23在旋转轴31的轴方向上配置在比制动装置22靠上侧的位置，隔着外壳25的罩27与制动装置22相邻。

减速机23是波动齿轮减速机，例如具有谐波驱动器(harmonic drive)(注册商标)构造。具体而言，减速机23具备波形发生器61、柔轮(flexspline)62以及刚轮(circularspline)63。波形发生器61在椭圆状的凸轮的外周组装有滚珠轴承。波形发生器61固定在旋转轴31的上侧的端部。

柔轮62由弹性体构成，且形成得较薄。柔轮62具备圆筒状的躯干部62a、以及从躯干部62a的轴方向的一端向躯干部62a的外侧延伸的圆环状的凸缘部62b。躯干部62a配置在波形发生器61的外周，凸缘部62b相对于躯干部62a位于下侧(换言之制动装置22侧)。另外，躯干部62a通过波形发生器61挠曲成椭圆状。

刚轮63形成为圆环状，配置在柔轮62的躯干部62a的外周。例如，刚轮63可以由刚性比柔轮62的材料高的材料构成。在躯干部62a的外周形成多个外齿(省略图示)。在刚轮63的内周形成有多个内齿(省略图示)。内齿的个数与外齿的个数相比多出规定个数(例如两个)。由于躯干部62a挠曲成椭圆状，因此刚轮63的内齿与躯干部62a的外齿仅在椭圆的长轴的部分啮合。

轴承65配置在刚轮63的外周。轴承65例如是交叉滚子轴承(cross rollerbearing)，固定于外壳25的罩27。

在上述结构的减速机23中，当旋转轴31旋转时，固定在旋转轴31的波形发生器61旋转。该旋转借助柔轮62传递至刚轮63。刚轮63相对于旋转轴31的旋转按照以规定的减速比减速的旋转速度旋转。该经减速的旋转被输出。

在减速机23的柔轮62中安装有一个以上的应变传感器68(即应变计)。在柔轮62中，通过从波形发生器61传递至刚轮63的传递扭矩，产生扭转变形。一个以上的应变传感器68检测通过该扭转变形在柔轮62中产生的形变。

一个以上的应变传感器68安装在柔轮62的凸缘部62b。一个以上的应变传感器68安装在减速机23的外周、且作为减速机23的制动装置22侧的端部的位置。一个以上的应变传感器68在凸缘部62b的周方向上以规定的间隔(例如等间隔)配置。一个以上的应变传感器68各自与内置于机器人10的控制装置(省略图示)连接。基于一个以上的应变传感器68的检测结果输出至控制装置。在控制装置中，根据该输出的检测结果(例如形变量)，检测上述传递扭矩以及输出扭矩。

编码器24检测旋转轴31的旋转位置。编码器24例如是光学式的旋转编码器。编码器24在旋转轴31的轴方向上配置在比转子32及定子33靠下侧的位置。编码器24具备安装于旋转轴31的下侧的端部的编码盘71、以及以包围编码盘71的方式配置的罩部72。编码盘71形成为圆盘状，与旋转轴31同轴地配置。

在上述的驱动致动器20中，减速机23、制动装置22、电机21的转子32与定子33以及编码器24在旋转轴31的轴方向上从上侧朝向下侧依次排列。制动装置22配置在减速机23、与转子32及定子33的组之间。即，减速机23、和转子32及定子33的组隔着制动装置22间隔开。

制动装置22的壳体52位于转子32及定子33的组、与安装于减速机23(即柔轮62)的一个以上的应变传感器68之间。壳体52其外周面位于比一个以上的应变传感器68靠径方向的外侧的位置，其内周面位于比一个以上的应变传感器68靠径方向的内侧的位置。因此，从旋转轴31的轴方向观察时壳体52与一个以上的应变传感器68重叠。

以上，能够根据详细说明的本实施方式的结构，获得以下的优异的效果。

在本实施方式的驱动致动器20中，制动装置22配置在电机21的转子32及定子33与减速机23之间。由此，即使转子32与定子33的组、减速机23、以及制动装置22或者编码器24中的相邻者接近，也能够在转子32与定子33的组与减速机23之间保持距离。因此，能够使驱动致动器20小型化，并且减少安装于减速机23的应变传感器68所受的磁的影响。此外，也可以通过制动装置22或者编码器24的配置，使转子32及定子33的组与减速机23远离。

另外，也可以在转子32及定子33的组与减速机23之间配置编码器24。由此，能够在转子32及定子33的组与减速机23之间保持距离。此外，由于转子32、定子33、以及减速机23是发热源，因此在转子32及定子33的组与减速机23之间配置编码器24的情况下，编码器24有可能受到热的影响，而进行错误检测。在这种情况下，也可以取代编码器24配置制动装置22。

另外，能够通过驱动致动器20小型化，实现机器人10的节省空间化。

在电磁式的制动装置22中，为了防止向制动线圈51通电时所产生的磁通量泄漏至制动装置22的外部，由铁、钢等的磁性材料构成收容制动线圈51的壳体52。在此，在上述的实施方式中，着眼于这一点，电磁式的制动装置22配置在转子32及定子33的组与减速机23之间。由此，能够通过由制动装置22的壳体52带来的磁屏蔽效应来屏蔽由转子32与定子33产生的磁。因此，无需追加磁屏蔽部件，也能够进一步减少安装于减速机23的应变传感器68所受的磁的影响。此外，由于没有附加的磁屏蔽部件，因此减少成本。

制动装置22的壳体52形成为包围旋转轴31的圆环状。另外，从旋转轴31的轴方向观察时，壳体52与安装于圆环状的减速机23的应变传感器68重叠。这样，从转子32与定子33观察时应变传感器68被壳体覆盖，由此能够进一步提高壳体52对由转子32及定子33产生的磁的磁屏蔽效应。

另外，当圆环状的减速机23在旋转轴31的周方向上旋转时，安装于减速机23的应变传感器68也在该方向上旋转移动。然而，由于壳体52的圆环状，因此无论是应变传感器68位于旋转方向的哪个位置的情况，从旋转轴31的轴方向观察时应变传感器68与壳体52也都重叠。因此，即使应变传感器68旋转移动，也能够稳定地获得基于壳体52的磁屏蔽效应。此外，减速机23也可以具备不旋转的部位，应变传感器68也可以安装在该部位。在这种情况下，即使减速机23旋转，应变传感器68也不旋转移动。

在减速机23中，在从波形发生器61向刚轮63传递扭矩的柔轮62中，通过该传递的扭矩来产生扭转变形。因此，检测通过该扭转产生的形变的应变传感器68安装于柔轮62。具体而言，柔轮62具备与旋转轴31同轴的圆筒状的躯干部62a、以及从躯干部62a中的旋转轴31的轴方向的制动装置22侧(换言之转子32及定子33侧)的端部向侧方延伸的凸缘部62b。应变传感器68安装于该凸缘部62b。

在此，如专利文献1那样在转子及定子的组与减速机相邻配置的驱动致动器中，在如上所述应变传感器安装于减速机的情况下，应变传感器与转子及定子非常接近地配置。因此，应变传感器有可能较大地受到来自转子与定子的磁的影响。然而，在上述的实施方式中，通过在转子32及定子33的组与减速机23之间配置制动装置22，保持转子32及定子33的组与减速机23之间的距离。因此，即使如上所述应变传感器68安装于减速机23，也能够减少应变传感器68所受的磁的影响。

本公开不局限于上述实施方式，例如也可以如以下那样进行变形。

·在上述实施方式中，在电机21的转子32及定子33的组与减速机23之间配置制动装置22。然而，也可以将此变更，在转子32及定子33的组与减速机23之间配置编码器24。在这种情况下，能够在作为磁产生源的转子32及定子33与减速机23之间保持距离。因此，能够减少安装于减速机23的应变传感器68所受的磁的影响。

另外，在上述的情况下，也可以由铁等的磁性材料构成编码器24的编码盘71。由此，编码盘71能够带来磁屏蔽效应，因此无需用于磁屏蔽效应的附加的结构，也能够更加减少应变传感器68所受的磁的影响。

·也可以在转子32及定子33的组与减速机23之间配置制动装置22以及编码器24的两者。由此，能够使转子32及定子33的组与减速机23之间的距离变长。

·也可以在减速机23中安装应变传感器68以外的传感器(例如加速度传感器、温度传感器等)。由此，能够减少安装于减速机23的各种传感器所受的磁的影响。此外，传感器也可以在减速机23中，安装于柔轮62以外的部件(例如波形发生器61、刚轮63等)。

·上述实施方式的驱动致动器20是对机器人10的关节K1～K6进行旋转驱动的驱动致动器。然而，驱动致动器20也可以是用于机器人10以外的驱动致动器(例如对旋转工作台进行旋转驱动的驱动致动器等)。

·上述实施方式的机器人10是具备六个关节K1～K6的6轴多关节型机器人。然而，机器人10也可以是具备五个以下或者七个以上的关节的机器人。另外，机器人10也可以是仅具有一个关节的1轴关节型机器人。另外，机器人10不局限于垂直多关节型的机器人，也可以是水平多关节型的机器人。

Claims (4)

1.一种驱动致动器，其具备：

电机，具备转子与定子，通过所述转子与所述定子所产生的磁场使固定在所述转子的旋转轴旋转；

减速机，使所述旋转轴的旋转减速；

制动装置，使所述旋转轴的旋转停止；以及

编码器，检测所述旋转轴的旋转位置，

在所述减速机中安装有传感器，

所述转子与所述定子、所述减速机、所述制动装置以及所述编码器在所述旋转轴的轴方向上排列，所述制动装置以及所述编码器中的至少任一者位于所述转子和所述定子的组与所述减速机之间。

2.根据权利要求1所述的驱动致动器，其中，

所述制动装置是具备壳体的电磁式的制动装置，所述壳体由磁性材料形成，在所述壳体的内部收容有制动线圈，

在所述转子和所述定子的组与所述减速机之间配置有所述制动装置。

3.根据权利要求2所述的驱动致动器，其中，

所述减速机形成为以所述旋转轴为中心的圆环状，

所述壳体形成为包围所述旋转轴的圆环状，从所述轴方向观察时与所述传感器重叠。

4.一种机器人，其具备：

权利要求1至3中任一项所述的驱动致动器，所述驱动致动器对所述机器人的关节部进行旋转驱动。