JP2012010516A - Motor device, driving method for rotor, and robot device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ装置、回転子の駆動方法及びロボット装置に関する。 The present invention relates to a motor device, a rotor driving method, 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。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。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。 For example, a motor device is used as an actuator for driving a turning machine. 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. 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.
しかしながら、電動モータや超音波モータにおいては、高トルクを発生させるためには減速機を取り付ける必要があるため、小型化には限界がある。また、超音波モータにおいては、トルクの制御が困難である。 However, in an electric motor or an ultrasonic motor, it is necessary to attach a reduction gear in order to generate a high torque, so there is a limit to downsizing. In addition, in an ultrasonic motor, it is difficult to control torque.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高トルクを発生させることができるモータ装置、回転子の駆動方法及びロボット装置を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a motor device, a rotor driving method, and a robot device capable of generating high torque.
本発明の第一の態様に従えば、回転子と、当該回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた伝達部と、回転子と接触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、回転子の一部は、回転子の回転に関する情報を検出する検出部の一部を兼ねているモータ装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the transmission unit is fixed with the rotor, the transmission unit hung on at least a part of the outer periphery of the rotor, and the rotor and the contact unit as a rotational force transmission state. A drive unit that moves the distance and returns the transmission unit to a predetermined position in a state in which the rotational force transmission state is eliminated, and a part of the rotor is a part of the detection unit that detects information related to the rotation of the rotor. A motor device is also provided.
本発明の第二の態様に従えば、回転軸部材と、当該回転軸部材を回転させるモータ装置とを備え、モータ装置として、本発明の態様に従うモータ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 that includes a rotary shaft member and a motor device that rotates the rotary shaft member, and the motor device according to the aspect of the present invention is used as the motor device. The
本発明の第三の態様に従えば、回転子と該回転子に掛けられた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ことと、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ことと、回転子の回転に関する情報を検出する検出部の一部を兼ねた回転子の一部を用いて、回転子の回転に関する情報を検出することとを含む回転子の駆動方法が提供される。 According to the third aspect of the present invention, the state where the transmission unit is moved a certain distance with the rotational force transmission state between the rotor and the transmission unit hung on the rotor, and the rotational force transmission state is eliminated To return the transmission unit to a predetermined position, and to detect information about the rotation of the rotor using a part of the rotor that also serves as a part of the detection unit that detects information about the rotation of the rotor. A rotor driving method is provided.
本発明によれば、高トルクを発生させることができる。 According to the present invention, high torque can be generated.
[第一実施形態]
以下、図面に基づき、本発明の第一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。図3は、図1におけるB−B´断面に沿った構成を示す図である。図1〜図3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、伝達部材BTと、検出部DTと、制御部CONTとを有している。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on 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. FIG. 3 is a diagram showing a configuration along the BB ′ cross section in FIG. 1. As shown in FIGS. 1 to 3, the motor device MTR includes a base part BS, a rotor SF, a drive part AC, a transmission member BT, a detection part DT, and a control part CONT.
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、伝達部材BT、駆動部AC及び制御部CONTを支持する。回転子SFは、回転子SFは、例えばステンレスやアルミニウムなどの金属材料を用いて円柱状に形成されており、中心軸Cを回転軸として回転するようになっている。回転子SFは、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。また、例えば、制御部CONTは、ベース部BSではなく、別の部材に支持されてもよい。 Base part BS is a part formed in plate shape using materials, such as stainless steel, for example, and supports rotor SF, transmission member BT, drive part AC, and control part CONT. The rotor SF is formed in a columnar shape using a metal material such as stainless steel or aluminum, and rotates about the central axis C as a rotation axis. The rotor SF is rotatably supported by, for example, a bearing device (not shown). The bearing device is supported by, for example, the base portion BS. For example, the control part CONT may be supported by another member instead of the base part BS.
回転子SFは、ベルト掛部11及び鍔部12を有している。ベルト掛部11は、回転子SFの中心軸Cの延在方向(Z方向)に等しい径となるように形成されている。鍔部12は、ベルト掛部11の例えば−Z側の端部に設けられており、ベルト掛部11よりも径が大きくなるように円盤状に形成されている。ベルト掛部11と鍔部12とは、例えば一部材として形成されている。このため、ベルト掛部11と鍔部12とは一体的に回転するようになっている。また、ベルト掛部11及び鍔部12は、金属材料を用いて形成されているため、高い耐振動性、耐衝撃性を有している。
The rotor SF has a
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)方向をそれぞれ、θX方向、θY方向、及びθZ方向とする。なお、θX方向、θY方向、及びθZ方向については、X軸、Y軸、及びZ軸の正方向(矢印の方向)に見たときの反時計回りの方向を正方向とし、時計回りの方向を負方向とする。 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 around the X axis, Y axis, and Z axis are the θX direction, θY direction, and θZ direction, respectively. For the θX, θY, and θZ directions, the counterclockwise direction when viewed in the positive direction (arrow direction) of the X, Y, and Z axes is defined as the positive direction. Is the negative direction.
駆動部ACは、例えば、第一駆動部AC1及び第二駆動部AC2を有している。第一駆動部AC1及び第二駆動部AC2は、例えば共にベース部BSに設けられている。ベース部BSには、接続部141及び142と、接続部241及び242とが設けられている。第一駆動部AC1は、駆動素子131及び132を有している。駆動素子131は接続部141に取り付けられており、駆動素子132は接続部142に取り付けられている。
The drive unit AC includes, for example, a first drive unit AC1 and a second drive unit AC2. The first drive part AC1 and the second drive part AC2 are both provided in the base part BS, for example. The base part BS is provided with
駆動素子131及び132としては、例えばピエゾ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131及び132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は第一駆動部AC1の各駆動素子131及び132に接続されており、当該駆動素子131及び132に対して制御信号を供給可能になっている。
As the
第二駆動部AC2は、駆動素子231及び232を有している。駆動素子231は接続部241に取り付けられており、駆動素子132は接続部142に取り付けられている。駆動素子231及び232としては、例えば上記の駆動素子131及び132と同様、ピエゾ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231及び232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は第二駆動部AC2の各駆動素子231及び232に接続されており、当該駆動素子231及び232に対して制御信号を供給可能になっている。
The second drive unit AC2 includes drive
駆動素子131及び132は、接続部141及び142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131及び132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。同様に、駆動素子231及び232は、接続部241及び242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231及び232は、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 driving
伝達部材BTは、例えば、第一駆動部AC1に接続される第一伝達部材BT1と、第二駆動部AC2に接続される第二伝達部材BT2とを有している。第一伝達部材BT1は、第一端部121、第二端部122及びベルト部123を有している。第一端部121は、駆動素子131の−X側の端部に接続されている。第二端部122は、駆動素子132の−X側の端部に接続されている。
The transmission member BT includes, for example, a first transmission member BT1 connected to the first drive unit AC1 and a second transmission member BT2 connected to the second drive unit AC2. The first transmission member BT1 has a
第一端部121及び第二端部122は、回転子SFの外周上の基準位置F(図2参照)を挟んで配置されている。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。ベルト部123は、回転子SFのベルト掛部11に掛けられるようになっている。
The
第二伝達部材BT2は、第一端部221、第二端部222及びベルト部223を有している。第一端部221は、駆動素子231の−X側の端部に接続されている。第二端部222は、駆動素子232の−X側の端部に接続されている。第一端部221及び第二端部222は、第一伝達部材BT1と同様、回転子SFの外周上の基準位置F(図2参照)を挟んで配置されている。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。ベルト部223は、回転子SFのベルト掛部11に掛けられるようになっている。ベルト部123とベルト部223とは、例えば平行に配置されている。
The second transmission member BT2 has a
第一駆動部AC1の駆動素子131及び132が縮むと、第一端部121及び第二端部122が+X方向に移動する。このため、ベルト部123が回転子SFに巻きつき、当該ベルト部123に張力が加わる。駆動素子131及び132が伸びると、第一端部121及び第二端部122が−X方向に移動する。このため、ベルト部123が回転子SFから離れて弛緩する。
When the
また、第二駆動部AC2についても同様に、駆動素子231及び232が縮むと、第一端部221及び第二端部222が+X方向に移動する。このため、ベルト部223が回転子SFに巻きつき、当該ベルト部223に張力が加わる。駆動素子231及び232が伸びると、第一端部221及び第二端部222が−X方向に移動する。このため、ベルト部223が回転子SFから離れて弛緩する。
Similarly, in the second drive unit AC2, when the
検出部DTは、回転子SFの回転数や回転角度、回転速度などの回転に関する情報(回転関連情報)を検出する。例えば図1などに示すように、検出部DTは、光反射パターンEP及び光センサSRを有している。光反射パターンEPは、鍔部12の−Z側の端面12aに形成されている。光センサSRは、回転子SFの当該端面12aに対向して配置されている。光センサSRは、不図示の支持部によって支持されている。このように、本実施形態では、回転子SFの一部である光反射パターンEPが検出部DTの一部を兼ねている構成となっている。
The detection unit DT detects information about rotation (rotation related information) such as the rotation speed, rotation angle, and rotation speed of the rotor SF. For example, as illustrated in FIG. 1 and the like, the detection unit DT includes a light reflection pattern EP and an optical sensor SR. The light reflection pattern EP is formed on the
図4は、鍔部12を拡大して示す断面図である。
図4に示すように、光反射パターンEPは、例えば端面12aの径方向に長手を有するスリット状の光反射部10を複数有している。複数の光反射部10は、端面12aの周縁部に沿って放射線状に配置されている(図1参照)。光反射部10は、例えば光を反射する材料(例えば、アルミニウム等)によって薄膜状に形成されている。また、端面12aのうち光反射部10から外れた領域は、例えば光を吸収する材料(例えば、ブラックニッケルなど)によって覆われている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the
As shown in FIG. 4, the light reflection pattern EP includes a plurality of slit-like
光センサSRは、固定スリット13と、受光素子14と、波形整形回路15と、発光素子16とを有している。発光素子16は、光反射パターンEPに向けて検出光Lを射出する。発光素子16としては、例えばLEDやレーザーダイオードなどが用いられる。固定スリット13は、格子状に形成された遮光パターンである。受光素子14は、検出光Lを受光して電気信号を生成する。受光素子14としては、例えばフォトダイオード等が用いられる。波形整形回路15は、受光素子14で生成された電気信号をパルス信号に変換し、当該パルス信号を制御部CONTに送信する。
The optical sensor SR includes a fixed
検出部DTは、発光素子16から射出された検出光Lが光反射パターンEPに照射され、光反射部10によって反射された後、固定スリット13を通過し、受光素子14において受光される構成となっている。回転子SFの回転により、光反射部10による反射光の光量が変化する。検出部DTでは、当該反射光の光量の変化が、回転子SFの回転に関する情報として、受光素子14に検出される。
The detection unit DT has a configuration in which the detection light L emitted from the
光センサSRでは、受光素子14において受光量に応じた出力の電気信号が生成され、波形整形回路15においてパルス信号に変換された後、制御部CONTに送信されるようになっている。制御部CONTは、当該パルス信号に基づいて回転子SFの回転を制御する。
In the optical sensor SR, an output electrical signal corresponding to the amount of received light is generated in the
次に、モータ装置MTRの動作を説明する。
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材BT(第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2の少なくとも一方)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。以下、駆動部ACとして第一駆動部AC1を代表させ、伝達部材BTとして第一伝達部材BT1を代表させて説明する。以下の説明は、第二駆動部AC2及び第二伝達部材BT2についても適用可能である。
Next, the operation of the motor device MTR will be described.
In the motor device MTR according to the present embodiment, the principle of applying torque to the rotor SF will be described. When driving the rotor SF, an effective tension is generated in the transmission member BT (at least one of the first transmission member BT1 and the second transmission member BT2) wound around the rotor SF, and the rotor is generated by the effective tension. Torque is transmitted to SF. Hereinafter, the first drive unit AC1 will be described as the drive unit AC, and the first transmission member BT1 will be described as the transmission member BT. The following description is also applicable to the second drive unit AC2 and the second transmission member BT2.
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子SFに巻き掛けられた第一伝達部材BT1の第一端部121側の張力(T1)及び第二端部122側の張力(T2)が下記[数1]を満たすとき、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間で摩擦力が生じ、第一伝達部材BT1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は第一伝達部材BT1と回転子SFとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは第一伝達部材BT1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第一駆動部AC1の駆動素子131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、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間の摩擦係数μ及び第一伝達部材BT1の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。図5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
図5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131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5のグラフから、例えば第一伝達部材BT1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. 5, 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131の張力T1によって一意に決定されることになり、例えば第一伝達部材BT1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131及び駆動素子132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。
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6に示すように、まず、第一端部121及び第二端部122がそれぞれ+X方向に移動するように駆動素子131及び駆動素子132を変形させる。この動作により、第一伝達部材BT1の第一端部121側には張力T1が発生し、第一伝達部材BT1の第二端部122側には張力T2が発生する。したがって、第一伝達部材BT1に有効張力(T1−T2)が発生する。
Based on such a principle, as shown in FIG. 6, the control unit CONT first sets the
制御部CONTは、第一伝達部材BT1に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図7に示すように、第一伝達部材BT1の第一端部121が−X方向に移動するように、かつ、第二端部122が+X方向に移動するように駆動素子131及び駆動素子132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121の移動距離と第二端部122の移動距離とを等しくさせる。この動作により、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に摩擦力が発生した状態で第一伝達部材BT1が移動し、当該移動と共に回転子SFが+θZ方向に回転する。
As shown in FIG. 7, the control unit CONT maintains the state where the effective tension is generated in the first transmission member BT1 so that the
制御部CONTは、第一端部121及び第二端部122を上記第一距離だけ移動させた後、図8に示すように、第一端部121が移動しないように、かつ、第二端部122が駆動の開始位置へ戻るように、駆動素子132だけを変形させる。この動作により、第二端部122が−X方向へ移動し、第一伝達部材BT1の巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、第一伝達部材BT1に付加されていた有効張力が解除された状態になる。この状態においては、第一伝達部材BT1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。
After the
制御部CONTは、第一伝達部材BT1の巻き掛けを緩ませた後、図9に示すように、第一端部121が駆動の開始位置へ戻るように駆動素子131を変形させる。この動作により、第一伝達部材BT1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、第一伝達部材BT1の第一端部121が駆動の開始位置へ戻っていく(復帰動作)。
After loosening the winding of the first transmission member BT1, the control unit CONT deforms the
第一端部121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131を変形させて第一端部121を+X方向に移動させる。この動作により、第一端部121が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第一端部121側に張力T1が発生し、第二端部122側に張力T2が発生する。これにより、駆動開始時に第一伝達部材BT1に有効張力を付加させた状態(図6の状態)と同様の状態となる。
Immediately before the
第一伝達部材BT1に有効張力が付加された後、制御部CONTは、第一伝達部材BT1の第一端部121が+X方向に移動するように駆動素子131を変形させ、第二端部122が+X方向に移動するように駆動素子132を変形させる(駆動動作)。このとき、第一端部121の移動距離と第二端部122の移動距離とを等しくさせる。この動作により、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に摩擦力が発生した状態で第一伝達部材BT1が移動し、当該移動と共に回転子SFがθ方向に回転する。
After the effective tension is applied to the first transmission member BT1, the controller CONT deforms the
この後、制御部CONTは、第一伝達部材BT1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、第一伝達部材BT1の第一端部121及び第二端部122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第一駆動部AC1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。
Thereafter, the control part CONT releases again the effective tension added to the first transmission member BT1. After releasing the effective tension, the control unit CONT moves the first transmission member BT1 so that the
なお、制御部CONTが駆動素子131の動作と駆動素子132の動作とを入れ替えて行わせると、回転子SFは上記とは逆方向(−θZ方向)に回転する。また、上記の説明は、第一駆動部AC1及び第一伝達部材BT1を用いたステップについてのものであるが、例えば制御部CONTは、第二駆動部AC2に対しても同様にして駆動動作及び復帰動作を行わせることにより、回転子SFを+θZ方向及び−θZ方向にそれぞれ回転させることができる。図6〜図9には、上記の第一駆動部AC1及び第一伝達部材BT1の各部に対応する第二駆動部AC2及び第二伝達部材BT2の各部の構成を、括弧内の符号によって示している。
When the control unit CONT causes the operation of the
第一駆動部AC1及び第二駆動部AC2の両方を用いて駆動する態様の例として、例えば、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間の回転力伝達状態が解除されている間(図8及び図9に示す状態)に、第二伝達部材BT2と回転子SFとの間を回転力伝達状態とし、第二駆動部AC2を用いて回転子SFを回転させるように駆動する態様が挙げられる。このように第一駆動部AC1と第二駆動部AC2とで交互に駆動を行った場合、張力の振動幅が小さく抑えられることになり、安定した回転調整を行うことが可能である。 As an example of the aspect which drives using both 1st drive part AC1 and 2nd drive part AC2, for example, while the rotational force transmission state between 1st transmission member BT1 and rotor SF is cancelled | released (FIG. 8 and the state shown in FIG. 9, a mode in which the rotational force is transmitted between the second transmission member BT2 and the rotor SF, and the rotor SF is driven to rotate using the second drive unit AC2. It is done. In this way, when the first drive unit AC1 and the second drive unit AC2 are alternately driven, the vibration width of the tension is suppressed to be small, and stable rotation adjustment can be performed.
以上のように、本実施形態によれば、伝達部材BT(第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2)が回転子SFの少なくとも一部に掛けられた状態で駆動部AC(第一駆動部AC1及び第二駆動部AC2)に駆動動作及び復帰動作を行わせることとしたので、オイラーの摩擦ベルト理論により、伝達部材BTに付加する一方の張力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、小型の駆動部ACであっても高いトルクを回転子SFに付加させることが可能となる。これにより、高トルクを発生させることができる小型のモータ装置MTRを得ることができる。また、小型の駆動部ACであっても高効率で回転子SFを回転させることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the drive unit AC (first drive unit) with the transmission member BT (the first transmission member BT1 and the second transmission member BT2) hung on at least a part of the rotor SF. Since the drive operation and the return operation are performed by the AC1 and the second drive unit AC2), the torque is uniquely determined by one tension applied to the transmission member BT according to Euler's friction belt theory. Therefore, it is possible to add a high torque to the rotor SF even with a small drive unit AC. Thereby, the small motor apparatus MTR which can generate a high torque can be obtained. Further, even with a small drive unit AC, the rotor SF can be rotated with high efficiency.
また、本実施形態によれば、回転子SFの一部である光反射パターンEPが検出部DTの一部を兼ねているため、その分、部品点数を減少させることができる。このため、各部の配置スペースを節約することができる。また、検出部DTの検出結果に応じて回転が制御されるため位置決めの精度を高めることができる。これにより、高精度かつ小型のモータ装置MTRを提供することができる。 Further, according to the present embodiment, since the light reflection pattern EP that is a part of the rotor SF also serves as a part of the detection unit DT, the number of parts can be reduced accordingly. For this reason, the arrangement space of each part can be saved. Moreover, since rotation is controlled according to the detection result of the detection part DT, the precision of positioning can be improved. Thereby, a highly accurate and small motor device MTR can be provided.
また、本実施形態では、光反射パターンEPが形成された鍔部12がベルト掛部11と一部材で形成され、しかも金属材料によって形成されているため、例えば当該鍔部12をガラス基板などを用いて形成する場合に比べて、耐振動性、耐衝撃性が高められることになる。これにより、幅広い用途に適用可能なモータ装置MTRを提供することができる。
Further, in this embodiment, since the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置MTRの駆動動作の際、伝達部材BT(第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2)の弾性変形を利用する点で、第一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、モータ装置MTRの伝達部材BTが弾性変形可能になっている点以外は、第一実施形態と同一の構成を用いることができる。以下、駆動部ACとして第一駆動部AC1を代表させると共に、伝達部材BTとして第一伝達部材BT1を代表させて説明する。以下の説明は、第二駆動部AC2及び第二伝達部材BT2についても適用可能である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The present embodiment is different from the first embodiment in that the elastic deformation of the transmission member BT (the first transmission member BT1 and the second transmission member BT2) is used during the driving operation of the motor device MTR. Therefore, the configuration of the motor device MTR can be the same as that of the first embodiment except that the transmission member BT of the motor device MTR can be elastically deformed. Hereinafter, the first drive unit AC1 is represented as the drive unit AC, and the first transmission member BT1 is represented as the transmission member BT. The following description is also applicable to the second drive unit AC2 and the second transmission member BT2.
本実施形態では、第一伝達部材BT1のばね定数をkとする。ここで、オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子SFの保持力TCを下記[数3]のように設定する。この保持力TCとは、静止している回転子SFを動き出させるために必要な力である。また、第一端部121側の目標張力をT1e、第二端部122側の目標張力をT2e、目標有効張力をTgoalとすると、以下の[数4]及び[数5]を満たす。
In the present embodiment, the spring constant of the first transmission member BT1 is k. Here, the friction belt theory of Euler, set the retaining force T C of the rotor SF as follows Equation 3]. The holding force T C, is the force required to reactivate AIBO rotor SF at rest. Further, when the target tension on the
以下、図10〜図15に基づいて、回転子SFの駆動動作を中心に説明する。図10〜図15には、第一駆動部AC1及び第一伝達部材BT1の各部に対応する第二駆動部AC2及び第二伝達部材BT2の各部の構成を、括弧内の符号によって示している。本実施形態では、説明をわかりやすくするため、モータ装置の構成を模式的に示している。 Hereinafter, the driving operation of the rotor SF will be mainly described with reference to FIGS. 10-15, the structure of each part of 2nd drive part AC2 and 2nd transmission member BT2 corresponding to each part of 1st drive part AC1 and 1st transmission member BT1 is shown with the code | symbol in parenthesis. In the present embodiment, the configuration of the motor device is schematically shown for easy understanding.
以下の説明においては、第一伝達部材BT1に張力が付加されることなく当該第一伝達部材BT1が回転子SFに1回転巻き掛けられた状態となるような第一伝達部材BT1の第一端部121及び第二端部122のそれぞれの位置を原点位置0とする。したがって、第一伝達部材BT1の第一端部121及び第二端部122が共に原点位置0に配置されている状態においては、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に摩擦力は発生しない。
In the following description, the first end of the first transmission member BT1 is in a state where the first transmission member BT1 is wound around the rotor SF without applying tension to the first transmission member BT1. The positions of the
<駆動動作>
まず、制御部CONTは、図10に示すように、第一伝達部材BT1の第一端部121が原点位置0からX1だけ+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)に移動するように駆動素子131を変形させる。また、制御部CONTは、第一伝達部材BT1の第二端部122が原点位置0からX2だけ+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)に移動するように駆動素子132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。
<Drive operation>
First, the control unit CONT, as shown in FIG. 10, as the
この状態から、図11に示すように、制御部CONTは、駆動素子131を変形させて、第一伝達部材BT1の第一端部121側の張力T1が目標張力T1eとなるように第一端部121をΔX1だけ+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)に移動させる。また、制御部CONTは、駆動素子132を変形させて、第二端部122側の張力T2が目標張力T2eとなるように第二端部122をΔX2だけ−X方向(例えば、ベース部BSから遠ざかる方向)に移動させる。この動作により、第一伝達部材BT1から回転子SFにトルクが伝達される。このとき、ΔX1とΔX2との間には、[数7]の関係が成立する。
From this state, as shown in FIG. 11, the control unit CONT deforms the
第一伝達部材BT1から回転子SFにトルクが伝達されると、回転子SFが回転し、第一伝達部材BT1の弾性変形が初期状態と同一の状態になる。図12に示すように、このため第一伝達部材BT1の第一端部121側の張力T1と第二端部122側の張力T2とが保持力TCとなってつり合う。このとき有効張力については、Tgoalからゼロへと近似的に線形に変化するため、第一伝達部材BT1に付加されている実効的な有効張力は、Tgoal/2となる。また、伝達部材BTによって回転子SFに伝達するトルクはゼロになる。
When torque is transmitted from the first transmission member BT1 to the rotor SF, the rotor SF rotates and the elastic deformation of the first transmission member BT1 becomes the same state as the initial state. As shown in FIG. 12, balances Thus the tension T 2 of the tension T 1 and the
<復帰動作>
次に、図13に示すように、制御部CONTは、第一端部121が原点位置0まで移動すると共に第二端部122が原点位置0よりも−X側(例えば、ベース部BSから遠ざかる方向)へ移動するように、駆動素子131と駆動素子132とを同時に変形させる。駆動素子131と駆動素子132とを例えば同時に等しい変形量で変形させることにより、第一伝達部材BT1が2ΔX1だけ緩むこととなる。この結果、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に隙間が生じる。回転子SFは、第一伝達部材BT1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。
<Return operation>
Next, as illustrated in FIG. 13, the control unit CONT moves the
第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に隙間が生じている間に、図14に示すように、制御部CONTは、第一端部121を移動させること無く第二端部122のみが原点位置0に戻るように駆動素子132を変形させる。この動作により、第一端部121及び第二端部122が共に原点位置0に戻ることになる。この状態においても、回転子SFは第一伝達部材BT1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。このように、復帰動作では、回転子SFに摩擦力による抵抗を与えることなく、当該回転子SFを回転させた状態で第一端部121及び第二端部122を原点位置0まで移動させる。
While the gap is generated between the first transmission member BT1 and the rotor SF, as shown in FIG. 14, the control unit CONT does not move the
<駆動動作(慣性回転状態)>
制御部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。制御部CONTは、検出結果に基づき、第一端部121及び第二端部122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121の初期位置をX1、第二端部122の初期位置をX2(=X1)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第一伝達部材BT1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の外周と第一伝達部材BT1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121の初期位置及び第二端部122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。一例として、第一端部121の初期位置をX1+vΔt、第二端部122の初期位置をX2−vΔtとして設定する。ここで、Δtとしては、例えば制御部CONTのサンプリングタイムなどが挙げられる。
<Drive operation (inertia rotation state)>
The controller CONT detects the outer peripheral speed v of the rotor SF by a detector provided in the rotor SF. The control part CONT determines the moving distance of the
この状態から、図15に示すように、制御部CONTは、駆動素子131を変形させて、第一伝達部材BT1の第一端部121側の張力T1が目標張力T1eとなるように第一端部121をΔX1だけ+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)に移動させる。また、制御部CONTは、駆動素子132を変形させて、第二端部122側の張力T2が目標張力T2eとなるように第二端部122をΔX2だけ+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)に移動させる。この動作により、第一伝達部材BT1から回転子SFにトルクが伝達される。このときの第一端部121は原点位置0に対してX1+vΔt+ΔX1だけ+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)へ移動した状態となる。また、このときの第二端部122は原点位置に対してX2−vΔt−ΔX1だけ−X方向(例えば、ベース部BSから遠ざかる方向)へ移動した状態となる。
From this state, as shown in FIG. 15, the control unit CONT deforms the
<復帰動作>
この後、制御部CONTは、第一端部121が原点位置0まで移動すると共に第二端部122が原点位置0よりも+X方向(例えば、ベース部BSに近づく方向)へ移動するように駆動素子131と駆動素子132とを同時に変形させ、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に隙間が生じている間に、第一端部121を移動させること無く第二端部122のみが原点位置0に戻るように駆動素子132を変形させる。この動作により、第一端部121及び第二端部122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。
<Return operation>
Thereafter, the controller CONT is driven so that the
以下、駆動動作と復帰動作とを繰り返すことにより、回転子SFをさせることができる。回転子SFが慣性回転状態になっている場合において、上記X1+vΔt+ΔX1の値が駆動素子131の最大変形量を超えない限り、駆動動作及び復帰動作を繰り返すことで、回転子SFにトルクを伝達させ続けることができる。
Thereafter, the rotor SF can be made by repeating the driving operation and the returning operation. When the rotor SF is in an inertial rotation state, unless the value of X 1 + vΔt + ΔX 1 exceeds the maximum deformation amount of the
次に、本実施形態の回転子SFの駆動動作におけるトルク制御について説明する。
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。一例として、下記[数8]によって示される。
Next, torque control in the driving operation of the rotor SF of this embodiment will be described.
The effective torque N e in the present embodiment includes a time t all required for performing one cycle of the drive operation and the return operation, a time t e from the start of transmission of the effective tension until the rotor SF enters an inertia state, and a target effective tension. It depends on T goal and the radius R of the rotor SF. As an example, it is shown by the following [Equation 8].
[数8]に示すように、実効トルクNeを制御するパラメータとしては、tall、te、Tgoalの3つが挙げられる。駆動動作と復帰動作の1サイクルの時間tallについては回転子SFの駆動制御を行う上で一定に設定される場合があるため、te、Tgoalの2つの値を変化させることで実効トルクNeの制御を行っても良い。 As shown in [Equation 8], there are three parameters for controlling the effective torque N e , t all , t e , and T goal . Since the time t all of one cycle of the drive operation and the return operation may be set constant in performing the drive control of the rotor SF, the effective torque can be obtained by changing two values of t e and T goal. it may be provided to control the N e.
制御部CONTが駆動素子131の動作と駆動素子132の動作とを入れ替えて行わせると、回転子SFは上記とは逆方向(+θZ方向)に回転する。また、本実施形態の説明は、第一駆動部AC1及び第一伝達部材BT1を用いた駆動であるが、例えば制御部CONTは、第二駆動部AC2に対しても同様にして駆動動作及び復帰動作を行わせることにより、回転子SFを+θZ方向及び−θZ方向にそれぞれ回転させることができる。図10〜図15には、上記の第一駆動部AC1及び第一伝達部材BT1の各部に対応する第二駆動部AC2及び第二伝達部材BT2の各部の構成を、括弧内の符号によって示している。
When the control unit CONT performs the operation of the driving
このように、本実施形態によれば、伝達部材BT(第一伝達部材BT1、第二伝達部材BT2)の弾性変形を利用し、回転子SFの外周と伝達部材BTとの相対速度をゼロにして伝達部材BTの有効張力を回転子SFに伝達する駆動動作と、第一端部121、221及び第二端部122、222を同時に内側へ移動させる復帰動作とを繰り返し行うことにより、回転子SFを加速あるいは減速させながらダイナミックに回転させることができる。また、小型の駆動部AC(第一駆動部AC1、第二駆動部AC2)であっても高効率で回転子SFを回転させることが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, the relative speed between the outer periphery of the rotor SF and the transmission member BT is made zero using the elastic deformation of the transmission member BT (first transmission member BT1, second transmission member BT2). By repeatedly performing a driving operation for transmitting the effective tension of the transmission member BT to the rotor SF and a returning operation for simultaneously moving the
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
図16は、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置MTR又はモータ装置MTR3を備えるロボット装置RBTの一部(例、指部分の先端)の構成を示す図である。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a part of the robot apparatus RBT including the motor apparatus MTR or the motor apparatus MTR3 described in any of the above embodiments (for example, the tip of a finger portion).
図16に示すように、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 illustrated in FIG. 16, 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。
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。
In the robot apparatus RBT configured as described above, the
The rotation of the
このように、本実施形態によれば、低速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が非共振に駆動される構成になっているため、樹脂など軽量な材料で大部分を構成することが可能になる。また、ロボット装置RBTとしては、産業用に用いられるアームロボットやハンドロボットであってもよく、サービスロボットに用いられるロボットでもよい。
Thus, according to the present embodiment, by mounting the drive device ACT capable of outputting low-speed and 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、第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2の両方を回転子SFを回転させる方向に駆動させる例を挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2を用いて回転子SFの回転を抑制するように駆動させても構わない。
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 example in which both the first transmission member BT1 and the second transmission member BT2 are driven in the direction in which the rotor SF is rotated has been described. However, the present invention is not limited to this. You may drive so that rotation of rotor SF may be suppressed using transmission member BT1 and 2nd transmission member BT2.
以下、第一実施形態の態様を例に挙げて説明する。制御部CONTは、上記第一実施形態における駆動動作及び復帰動作によって回転子SFがθZ方向に回転している状態で、例えば第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2のうち少なくとも一方(例えば、以下第一伝達部材BT1を例に挙げて説明する)の第一端部121及び第二端部122がそれぞれ+X方向に移動するように駆動素子131及び駆動素子132を変形させる。
Hereinafter, the aspect of the first embodiment will be described as an example. The controller CONT is, for example, at least one of the first transmission member BT1 and the second transmission member BT2 (for example, for example) in a state where the rotor SF is rotated in the θZ direction by the driving operation and the return operation in the first embodiment. The
この動作により、第一伝達部材BT1のベルト部123が回転子SFに接触すると共に、ベルト部123の第一端部121側には張力T1が発生し、第一伝達部材BT1の第二端部122側には張力T2が発生する。したがって、第一伝達部材BT1に有効張力(T1−T2)が発生する。この状態において、ベルト部123と回転子SFとの間には、回転子SFの回転方向とは逆向きに摩擦力が生じている。当該摩擦力により、回転子SFの回転が規制される。
By this operation, the
この状態で、制御部CONTは、第一伝達部材BT1に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、第一伝達部材BT1の第一端部121が+X方向に移動するように、かつ、第二端部122が−X方向に移動するように駆動素子131及び駆動素子132を変形させる。
In this state, the control unit CONT maintains the state where the effective tension is generated in the first transmission member BT1, and the
この動作において、制御部CONTは、例えば第一端部121の移動距離と第二端部122の移動距離とを等しくさせる。この動作により、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に摩擦力が発生した状態で第一伝達部材BT1が回転子SFの回転方向とは逆の方向に移動する。このため、回転子SFの回転は更に規制される。
In this operation, the control unit CONT makes the moving distance of the
その後、制御部CONTは、第二端部122が移動しないように、かつ、第一端部121が開始位置(所定位置)へ戻るように、駆動素子131だけを変形させる。この動作により、第一端部121が−X方向へ移動し、第一伝達部材BT1の巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、第一伝達部材BT1に付加されていた有効張力が解除された状態になる。この状態においては、第一伝達部材BT1と回転子SFとの間に摩擦力は発生せず、回転子SFの回転は規制されない。このため、回転子SFは、慣性によって回転し続けることになる。
Thereafter, the control unit CONT deforms only the
制御部CONTは、第一伝達部材BT1の巻き掛けを緩ませた後、第二端部122が駆動の開始位置(所定位置)へ戻るように駆動素子132を変形させる。この動作により、第一伝達部材BT1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、第一伝達部材BT1の第二端部122が駆動の開始位置(所定位置)へ戻っていく。
After loosening the winding of the first transmission member BT1, the control unit CONT deforms the
第二端部122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132を変形させて第二端部122を+X方向に移動させる。この動作により、第二端部122が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第一端部121側に張力T1が発生し、第二端部122側に張力T2が発生する。これにより、駆動開始時に第一伝達部材BT1に有効張力を付加させた状態(図3の状態)と同様の状態となる。この動作を繰り返すことにより、回転子SFの回転を調整する。
When it is just before the
また、回転子SFの回転が停止している場合には、制御部CONTは、ベルト部123と回転子SFとの間を接触状態にさせ、当該接触状態を維持するように駆動素子131及び駆動素子132を変形させる。この場合、回転子SFは、ベルト部123との間に働く静摩擦力によって回転が規制された状態となる。回転子SFを回転させる場合、制御部CONTは、接触状態が解消されるように駆動素子131、132を変形させる。この動作により、回転子SFの回転の規制が解消される。以上の動作について、第一伝達部材BT1を例に挙げて説明したが、第二伝達部材BT2を用いる場合であっても、同様の説明が可能である。また、本実施形態においては、上記の動作について、検出部DTによって回転関連情報を検出すると共に、当該回転関連情報に基づいて駆動部AC(第一駆動部AC1及び第二駆動部AC2)の動作を制御することができる。
In addition, when the rotation of the rotor SF is stopped, the control unit CONT brings the
また、上記実施形態では、回転子SFの表面が凹凸の無い構成であったが、これに限られることは無く、例えば当該回転子SFの表面に凹凸を形成した構成であっても構わない。例えば図17に示すように、回転子SFのベルト掛部11においてもつば状の突出部60が形成されている。当該突出部60は、例えば第一伝達部材BT1のベルト部123及び第二伝達部材BT2のベルト部223が配置されるスペースを空けるように並んで設けられている。回転子SFに掛けられるベルト部123、223は、突出部60及び鍔部12によって位置決めされることになる。
Moreover, in the said embodiment, although the surface of the rotor SF was a structure without an unevenness | corrugation, it is not restricted to this, For example, the structure which formed the unevenness | corrugation on the surface of the said rotor SF may be sufficient. For example, as shown in FIG. 17, a rib-
回転子SFとベルト部123、223との間には摩擦力が発生し、摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、モータ装置MTRのトルクに影響を及ぼしたりする虞がある。これに対して、図17に示す構成においては、突出部60がそれぞれつば状に形成されているため、回転子SFの熱が放出しやすい構成となる。この構成では、回転子SFを空冷によって冷却することができるため、冷却機構などを別途設けなくても回転子SFの冷却が可能となる。これにより、モータ装置MTRの小型化に寄与することとなる。このように、突出部60は、位置決めガイド機構としての機能を有すると共に、回転子SFを冷却する冷却機構としての機能を併せて有することになる。
A frictional force is generated between the rotor SF and the
また、例えば、上記実施形態においては、回転子SFが中実(中空軸でない構造)である構成としたが、これに限られることは無く、例えば円筒状に形成された回転子など、中空の回転子を用いる場合であっても本発明の適用は可能である。この場合、例えば回転子SFの両端が貫通孔によって中心軸Cの方向に貫通されている構成であっても構わない。例えば第三実施形態のように、ロボットアームARMなどの旋回系機械にモータ装置MTRを搭載する場合などには、円筒状の回転子SFの内部に配線などを配置させることができる。勿論、ロボットアームARMにモータ装置MTRを搭載する場合に限られず、他の場合において回転子SFを中空としても構わない。例えば図17に示すように、回転子SFの内部に中空部70が形成されている。このため、回転子SFの冷却効率が向上することになる。
Further, for example, in the above-described embodiment, the rotor SF is a solid (non-hollow shaft) structure, but the present invention is not limited to this. For example, a hollow rotor such as a cylindrical rotor is used. Even when a rotor is used, the present invention can be applied. In this case, for example, the configuration may be such that both ends of the rotor SF are penetrated in the direction of the central axis C by the through holes. For example, when the motor apparatus MTR is mounted on a turning machine such as the robot arm ARM as in the third embodiment, wiring or the like can be arranged inside the cylindrical rotor SF. Of course, the present invention is not limited to the case where the motor device MTR is mounted on the robot arm ARM. In other cases, the rotor SF may be hollow. For example, as shown in FIG. 17, a
なお、回転子SFを中空に形成する場合には、例えば回転子SFを円筒状に形成するなど、回転子SFの中心軸方向の両端が貫通されている構成にすることもできる。また、例えば回転子SFの中心軸方向の両端が貫通されておらず、いずれか一方のみが開口されている構成にすることもできる。更には、回転子SFの中心軸方向の両端のいずれも塞がれている構成としても構わない。また、回転子SFの内部に適宜仕切りなどを配置しつつ内部を中空にする構成であっても構わない。 When the rotor SF is formed in a hollow shape, for example, the rotor SF may be formed in a cylindrical shape, and the both ends in the central axis direction of the rotor SF may be penetrated. Further, for example, both ends of the rotor SF in the central axis direction are not penetrated, and only one of them can be opened. Further, both ends of the rotor SF in the central axis direction may be closed. Moreover, the structure which makes a hollow inside, arrange | positioning a partition etc. suitably inside the rotor SF may be sufficient.
また、上記実施形態では、回転子SFのベルト掛部11と鍔部12とが一部材で形成された構成としたが、これに限られることは無く、これらが別部材になっている構成であっても構わない。例えば図18に示すように、回転子SFは、中心軸Cの方向に径が均一となるように形成されている。回転子SFの端部には、例えば金属材料によって円板状に形成された鍔部材400が接着層401を用いて取り付けられている。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure by which the
鍔部材400は、例えば上記実施形態における鍔部12とほぼ同一の形状及び径となるように形成されている。鍔部材400を構成する材料としては、例えば回転子SFを構成する材料と同一の材料であっても構わないし、回転子SFを構成する材料とは異なる金属材料であっても構わない。また、鍔部材400のうち回転子SFの接着面とは反対側の端面400aには、上記実施形態と同様の光反射パターンEPが形成されている。このように、鍔部材400と回転子SFとを別部材として形成して取り付ける構成としたので、回転子SFの製造が容易となる。なお、鍔部材400の中央部に開口部が形成され、端面400a上の空間と回転子SFの中空部70とが連通された構成であっても構わない。また、図18においては、回転子SFが中空(円筒状)に形成された構成としたが、これに限られることは無く、中実の構成であっても構わない。
The
また、回転子SFの表面に溝部を形成する構成としても構わない。例えば図19(a)に示す構成では、回転子SFの表面に複数の溝部71が形成されている。各溝部71は、回転子SFの円周方向に形成されており、回転子SFの中心軸方向に並んで形成されている。溝部71は、例えば回転子SFのうち第一伝達部材BT1のベルト部123、第二伝達部材BT2のベルト部223が掛けられる部分に形成されている。
Also, a groove may be formed on the surface of the rotor SF. For example, in the configuration shown in FIG. 19A, a plurality of
また、図19(b)は、例えば回転子SFを中空に形成した場合において、回転子SFの表面に形成される溝部71の中に複数の孔部72を設け、回転子SFの内外が孔部72によって連通された構成としても構わない。この構成により、摩擦粉を溝部71から孔部72に誘導して中空部70に逃がすことができる。
In FIG. 19B, for example, when the rotor SF is formed hollow, a plurality of
また、上記実施形態では、光反射パターンEPを鍔部12に設け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。例えば光反射パターンEPをベルト掛部11に配置させても構わない。図20示すように、第一伝達部材BT1と第二伝達部材BT2とが回転子SFの中心軸Cの方向に間隔を空けて掛けられており、光反射パターンEPが第一伝達部材BT1と第二伝達部材BT2との間に設けられている。
Moreover, although the said embodiment gave and demonstrated the structure which provided the light reflection pattern EP in the
図20においては、ベルト掛部11に突出部60が形成されており、光反射パターンEPが当該突出部60上に配置された構成が示されているが、勿論これに限られることは無い。例えば当該突出部60から外れた位置に光反射パターンEP設けられた構成であっても構わない。また、突出部60が設けられない構成の場合であっても、第一伝達部材BT1と第二伝達部材BT2との間に光反射パターンEPを配置させることができる。なお、検出部DTの光センサSRは、当該光反射パターンEPに対向するように、例えばベルト掛部11に向けられて配置されている。
In FIG. 20, the
また、上記実施形態では、光反射パターンEPが外部に露出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く、例えば光反射パターンEPが露出していない構成であっても構わない。例えば図21に示すように、鍔部12の端面12a側には凹部200が形成されており、端面12aが凹部200の底部となっている。このため、光反射パターンEPが凹部200内に収容された構成となっている。
In the above embodiment, the configuration in which the light reflection pattern EP is exposed to the outside has been described as an example. However, the configuration is not limited thereto, and for example, the configuration in which the light reflection pattern EP is not exposed. It doesn't matter. For example, as shown in FIG. 21, a
この構成において、当該凹部200を塞ぐカバー部材CVが更に設けられている。カバー部材CVは、例えば凹部200に挿入される挿入部201が設けられている。挿入部201の端面201aは、光反射パターンEPとの間に隙間が空くように形成されている。端面201aには、光センサSRが埋め込まれている。光センサSRは、光反射パターンEPに向けられている。このような構成により、例えば外部から侵入するゴミやオイルミストなどを防ぐことができ、耐環境特性が向上することになる。
In this configuration, a cover member CV that closes the
また、例えば図22に示すように、回転子SFに鍔部12が設けられない構成であって回転子SFのベルト掛部11の外周面に光反射パターンEPを形成された場合であっても、カバー部CV2によって当該光反射パターンEPを覆うことができる。カバー部CV2は、ベルト掛部11の外周面を覆う被覆部300を有している。当該被覆部300の内面側には、光反射パターンEPに向けて突出した突出部301が形成されている。当該突出部301は、例えば光反射パターンEPとの間に隙間が空くように形成されている。突出部301の内面側には、光センサSRが埋め込まれている。光センサSRは、光反射パターンEPに向けられている。このような構成であっても、例えば外部から侵入するゴミやオイルミストなどを防ぐことができ、耐環境特性が向上することになる。
Further, for example, as shown in FIG. 22, even if the rotor SF is not provided with the
また、上記説明においては、光センサSRとして検出光の反射光を検出する反射型の光学式検出器を用いたが、これに限られることは無く、他の種類の光学式検出器を用いても構わない。また、光センサSRを直接鍔部12(あるいは円板部材100)に配置する構成としても構わない。また、光センサSRを複数は位置させる構成であっても構わない。この場合、例えば回転子SFの両端に配置させる構成としても構わない。 In the above description, the reflection type optical detector that detects the reflected light of the detection light is used as the optical sensor SR. However, the present invention is not limited to this, and other types of optical detectors are used. It doesn't matter. Further, the optical sensor SR may be arranged directly on the flange 12 (or the disc member 100). Further, a configuration may be adopted in which a plurality of optical sensors SR are positioned. In this case, for example, it may be configured to be disposed at both ends of the rotor SF.
また、上記実施形態の構成に加えて、例えば第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2の各ベルト部123、223の張力を検出する張力検出部を設けた構成としても構わない。張力検出部は、例えばベルト部123、223のうち第一端部121及び221の近傍などに設けることができる。張力検出部としては、例えば歪みゲージなどを用いることができる。勿論、他の張力検出素子を用いることもできる。張力検出部は、検出信号が例えば制御部CONTにされるようになっている。制御部CONTは、当該検出信号により、例えば第一駆動部AC1及び第二駆動部AC2を制御する構成である。第一伝達部材BT1及び第二伝達部材BT2の張力を検出することで、モータ装置MTRがトルクを発生しているか否かを検出することができる。
Further, in addition to the configuration of the above-described embodiment, for example, a configuration in which a tension detection unit that detects the tension of the
また、例えば、上記各実施形態では、駆動部AC及び伝達部材BTの組を2相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、例えば駆動部AC及び伝達部材BTの組を1相のみ設けた構成であっても構わない。また、駆動部AC及び伝達部材BTの組を複数相設けた場合であっても、このうち1相のみを駆動させるようにしても構わない。また、駆動部AC及び伝達部材BTの組を3相以上設けるようにしても構わない。駆動部AC及び伝達部材BTを複数相配置する場合、例えば互いに等ピッチにずれた位置に配置させることができる。この場合、駆動部AC及び伝達部材BTを1相毎に順に駆動させるようにすることができる。 Further, for example, in each of the above embodiments, the case where the pair of the drive unit AC and the transmission member BT is provided has been described as an example, but the present invention is not limited thereto, and for example, the drive unit AC and the transmission member BT. It may be a configuration in which only one phase is provided. Further, even when a plurality of sets of the drive unit AC and the transmission member BT are provided, only one of them may be driven. Moreover, you may make it provide 3 or more sets of drive part AC and transmission member BT. When the drive unit AC and the transmission member BT are arranged in a plurality of phases, the drive unit AC and the transmission member BT can be arranged at positions shifted from each other at an equal pitch, for example. In this case, the drive unit AC and the transmission member BT can be sequentially driven for each phase.
また、上記実施形態では、ベース部BSが正面視で矩形に形成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く、他の形状であっても構わない。例えば、円形、楕円形としても構わないし、台形、平行四辺形、ひし形、三角形、五角形、六角形など、他の多角形としても構わない。 Moreover, although the said embodiment demonstrated and demonstrated the structure in which base part BS was formed in the rectangle by the front view, it is not restricted to this, Other shapes may be sufficient. For example, it may be a circle or an ellipse, or may be another polygon such as a trapezoid, a parallelogram, a diamond, a triangle, a pentagon, or a hexagon.
また、ベルト部123、223の形状として、上記実施形態では、帯状に形成されたベルト部123、223を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば線状や鎖状など、他の形状であっても構わない。
Further, as the shape of the
MTR、MTR3…モータ装置 BS…ベース部 SF…回転子 AC…駆動部 BT…伝達部材 DT…検出部 EP…光反射パターン SR…光センサ RBT…ロボット装置 ACT…駆動装置 ARM…ロボットアーム AC1…第一駆動部 CONT…制御部 MTR, MTR3 ... Motor device BS ... Base portion SF ... Rotor AC ... Drive portion BT ... Transmission member DT ... Detection portion EP ... Light reflection pattern SR ... Optical sensor RBT ... Robot device ACT ... Drive device ARM ... Robot arm AC1 ... No. One drive part CONT ... Control part
Claims (15)
前記回転子の外周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、
前記回転子の一部は、前記回転子の回転に関する情報を検出する検出部の一部を兼ねている
モータ装置。 A rotor,
A transmission section hung on at least a part of the outer periphery of the rotor;
A drive unit that moves the transmission unit a fixed distance between the rotor and the transmission unit in a rotational force transmission state, and returns the transmission unit to a predetermined position in a state in which the rotational force transmission state is eliminated;
With
A part of the rotor also serves as a part of a detection unit that detects information related to rotation of the rotor.
前記パターンは、前記回転子に設けられている
請求項1に記載のモータ装置。 The detection unit has a pattern that moves as the rotor rotates.
The motor device according to claim 1, wherein the pattern is provided on the rotor.
請求項2に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 2, wherein the pattern is formed along a rotation direction of the rotor.
請求項2又は請求項3に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 2, wherein the pattern is provided on the outer periphery.
請求項2から請求項4のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The motor device according to any one of claims 2 to 4, wherein the pattern is provided on an end surface of the rotor.
前記パターンは、前記鍔部に設けられている
請求項2から請求項5のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The rotor has a collar portion formed along the circumferential direction on the outer periphery,
The motor device according to any one of claims 2 to 5, wherein the pattern is provided on the flange portion.
前記鍔部は、前記冷却機構を兼ねている
請求項6に記載のモータ装置。 The rotor has a cooling mechanism for cooling the transmission unit,
The motor device according to claim 6, wherein the flange portion also serves as the cooling mechanism.
前記パターンは、前記突出部に設けられている
請求項2から請求項7のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The rotor has a protrusion formed on the outer periphery to guide the transmission unit,
The motor device according to claim 2, wherein the pattern is provided on the protruding portion.
前記パターンは、複数の前記伝達部の間に配置されている
請求項2から請求項8のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 A plurality of the transmission parts are hung at intervals in the rotation axis direction of the rotor,
The motor device according to any one of claims 2 to 8, wherein the pattern is disposed between the plurality of transmission units.
前記円板部材は、前記回転子に配置されている
請求項1に記載のモータ装置。 The detection unit has a disk member on which a pattern that moves as the rotor rotates is formed,
The motor device according to claim 1, wherein the disk member is disposed on the rotor.
請求項2から請求項10のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The motor device according to any one of claims 2 to 10, wherein the detection unit includes a cover unit that covers the pattern.
請求項11に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 11, wherein the cover portion is formed as a part of the rotor.
前記パターン検出器は、前記パターンとの間に隙間を空けて配置されている
請求項2から請求項12のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The detector has a pattern detector for detecting the pattern,
The motor device according to any one of claims 2 to 12, wherein the pattern detector is disposed with a gap between the pattern detector and the pattern.
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ことと、
前記回転子の回転に関する情報を検出する検出部の一部を兼ねた前記回転子の一部を用いて、前記回転子の回転に関する情報を検出することと
を含むことを特徴とする回転子の駆動方法。 Moving the transmission part by a certain distance in a rotational force transmission state between the rotor and the transmission part hung on the rotor;
Returning the transmission unit to a predetermined position in a state in which the rotational force transmission state is eliminated;
Detecting information related to rotation of the rotor using a part of the rotor that also serves as a part of a detection unit that detects information related to rotation of the rotor. Driving method.
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13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。 A rotating shaft member;
A motor device for rotating the rotating shaft member,
The motor apparatus as described in any one of Claims 1-13 is used as the said motor apparatus. The robot apparatus.
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