JP2018015836A

JP2018015836A - 駆動機構及びロボット

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Publication number: JP2018015836A
Application number: JP2016147789A
Authority: JP
Inventors: 透永田; Toru Nagata
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01
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Abstract

【課題】第１のリンクに対して第２のリンクが回転駆動されても、トルクセンサの配線に繰り返し変形が生じるのを防止し、また、トルクセンサにより第２のリンクに作用するトルクを高精度に検出する。【解決手段】駆動機構５００は、第１のリンク２１０ｉ−１、第２のリンク２１０ｉ、駆動部５１０、及びトルクセンサ５２０を備えている。駆動部５１０は、電動モータ５３０と、減速機５５０と、を有する。減速機５５０は、ハウジング５５１と、入力軸５５２と、出力軸５５３と、を有する。トルクセンサ５２０の１次側部材５２１は、第１のリンク２１０ｉ−１に接続されている。トルクセンサ５２０の２次側部材５２２は、減速機５５０のハウジング５５１に支持部材５６０を介して接続されている。減速機５５０の出力軸５５３は、第２のリンク２１０ｉに接続されている。トルクセンサ５２０の配線５２３は、第１のリンク２１０ｉ−１の側に引き出されている。【選択図】図２

Description

本発明は、トルクセンサを備えた駆動機構、及び駆動機構を備えたロボットに関する。

近年、様々な工業製品の生産ラインで、多関節のロボットが利用されるようになってきている。しかしながら、ロボットでは実現が困難な工程も数多く存在する。例えば、柔軟物、軽量物又は低強度部材などから成るワークの組付けなど、部品に加わる荷重が数グラム程度であることを要求されるような工程や精密嵌合を行う工程などをロボットで実現するには種々の困難があった。

上述のような柔軟物、軽量物、あるいは低強度部材といったワークを取り扱う場合、例えば、ワークの破損や変形を防ぐため、これらのワークには大きな力を作用させることができない。そこで、この種のワークを多関節ロボットで操作する場合には、ワークに作用する力を高精度に制御する必要がある。具体的には、ワークに作用する力を検出して、ロボットアームの駆動制御にフィードバックする。

ワークに作用する力を検出する方法として、ロボットアームの各関節に、関節にかかるトルクを検出するトルクセンサを配置した構成が知られている（例えば特許文献１参照）。ロボットアームの各関節に作用するトルクによりロボットアームの先端、つまりワークに作用する力を検出することができる。

特開平１０−２８６７８９号公報

従来の構成では、固定側である第１のリンクに電動モータが配置され、電動モータの回転軸が減速機の入力軸にベルト及びプーリなどから構成される伝達機構を介して接続される。そして、減速機の出力軸が駆動側である第２のリンクにトルクセンサを介して接続されている。したがって、トルクセンサは、第２のリンクに作用したトルクとして、減速機の出力軸と第２のリンクとの間のトルクを検出することになる。

ところで、トルクセンサの信号線等の配線は、固定側である第１のリンク側へ引き出す必要がある。第１のリンク側に引き出された配線は、制御装置に接続される。これにより、トルクセンサと制御装置との間で有線通信が可能となる。

しかし、トルクセンサが第２のリンクと減速機の出力軸との間に配置されると、トルクセンサから第１のリンク側に引き回された配線が、第２のリンクの回転駆動に応じて屈曲や捩れなどの変形が生じる。よって、トルクセンサの配線の屈曲や捩れなどの変形による力が第１のリンクと第２のリンクとの間にかかることになる。つまり、配線が変形したときに元の状態に復元しようとする力がリンク間に作用する。このため、トルクセンサにより検出されるトルク値は、配線から受ける力により誤差が生じる。したがって、従来の構成では、第２のリンクに作用するトルクを正確に検出できないという問題があった。

また、第１のリンクに対して第２のリンクが回転駆動されることで、トルクセンサの配線に繰り返し屈曲や捩れなどの変形が生じるため、長期に亘って配線に負荷がかかり、配線の導体が断線するなど、配線の寿命が短くなる要因となっていた。

そこで、本発明は、第１のリンクに対して第２のリンクが回転駆動されても、トルクセンサの配線に繰り返し変形が生じるのを防止し、また、トルクセンサにより第２のリンクに作用するトルクを高精度に検出することを目的とする。

本発明の駆動機構は、第１のリンクと、前記第１のリンクに対して回転軸線まわりに回転する第２のリンクと、前記第２のリンクを回転駆動する駆動部と、１次側部材及び２次側部材を有し、前記１次側部材に対して前記２次側部材に作用する前記回転軸線まわりのトルクを検出するトルクセンサと、を備え、前記駆動部は、電動モータと、前記電動モータの回転軸の回転速度を減速して出力する減速機と、を有し、前記減速機は、固定部材と、回転の入力を受けて前記固定部材に対して回転する入力部材と、前記入力部材に対して減速した回転速度で、前記固定部材に対して回転する出力部材と、を有し、前記トルクセンサの前記１次側部材が前記第１のリンクに接続され、前記トルクセンサの前記２次側部材が前記減速機の前記固定部材に接続され、前記減速機の前記出力部材が前記第２のリンクに接続され、前記トルクセンサの配線が前記第１のリンクの側に引き出されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１のリンクに対して第２のリンクが回転駆動されても、トルクセンサの配線に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線の寿命を延ばすことができる。また、配線の変形による力がトルクセンサの検出結果に重畳するのを防止することができ、トルクセンサにより第２のリンクに作用するトルクを高精度に検出することがきる。

第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。第１実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。第１実施形態に係る駆動機構の駆動部を示す模式図である。第２実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。第３実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。第４実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。第５実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、ロボット装置１００は、ロボット２００と、ロボット２００の動作を制御するロボット制御装置３００と、を備えている。また、ロボット装置１００は、ロボット制御装置３００に複数の教示点のデータを送信する教示装置としてのティーチングペンダント４００を備えている。ティーチングペンダント４００は、人が操作するものであり、ロボット２００やロボット制御装置３００の動作を指定するのに用いる。

ロボット２００は、垂直多関節型のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端に取り付けられたエンドエフェクタとしてのロボットハンド２０２と、を備えている。

ロボットアーム２０１の基端は、台座Ｂに固定された固定端である。ロボットアーム２０１の先端は、自由端である。ロボットアーム２０１は、可動範囲の中であれば任意の３次元位置で任意の３方向の姿勢に、手先（ロボットアーム２０１の先端）を向けることができる。

ロボットアーム２０１は、複数の関節、例えば６つ関節Ｊ_１〜Ｊ_６を有している。ロボットアーム２０１は、各関節Ｊ_１〜Ｊ_６を各回転軸線Ｃ_１〜Ｃ_６まわりにそれぞれ回転駆動する複数（６つ）の駆動部５１０を有している。

ロボットアーム２０１は、複数のリンク２１０_０〜２１０_６を有し、複数のリンク２１０_０〜２１０_６が関節Ｊ_１〜Ｊ_６で回転可能に連結されている。ここで、基端側から先端側に向かって、リンク２１０_０〜２１０_６が順に直列に連結されている。

各駆動部５１０は、関節Ｊ_ｉで連結された一対のリンク２１０_ｉ−１，２１０_ｉのうち、固定側である第１のリンク２１０_ｉ−１に対して駆動側である第２のリンク２１０_ｉを回転駆動する。ここで、ｉ＝１〜６である。

また、各関節Ｊ_ｉには、第１のリンク２１０_ｉ−１に対して第２のリンク２１０_ｉに作用するトルクを検出するトルクセンサ５２０が配置されている。

ロボットアーム２０１は、更に、各駆動部５１０を駆動制御する制御装置としてのサーボ制御装置２３０を有している。サーボ制御装置２３０は、ロボット制御装置３００から入力を受けたトルク指令に基づき、各関節Ｊ_１〜Ｊ_６のトルクがトルク指令に追従するよう、各駆動部５１０に電流指令を出力し、各駆動部５１０の動作を制御する。なお、本実施形態では、サーボ制御装置２３０を１つの制御装置で構成しているものとして説明しているが、各駆動部５１０にそれぞれ対応した複数の制御装置で構成してもよい。また、サーボ制御装置２３０は、ロボットアーム２０１の基端（リンク２１０）内に配置されているが、これに限定されるものではなく、例えばロボット制御装置３００の筐体内に配置されていてもよい。

第１実施形態では、各関節Ｊ_ｉにおいて、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉと、駆動部５１０と、トルクセンサ５２０とを有して駆動機構５００が構成されている。よって、ロボットアーム２０１には、６つの駆動機構５００が含まれていることになる。

図２は、第１実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。図２には、ロボットアーム２０１の複数の関節のうちの任意の１つの関節における駆動機構５００について模式的に図示している。

駆動部５１０及びトルクセンサ５２０は、一対のリンク２１０_ｉ−１，２１０_ｉ間に配置されている。第２のリンク２１０_ｉは、駆動部５１０の駆動により、第１のリンク２１０_ｉ−１に対して回転軸線Ｃ_ｉまわりに回転する。

図３は、第１実施形態に係る駆動機構の駆動部を示す模式図である。駆動部５１０は、図２及び図３に示すように、電動モータ５３０、伝達機構５４０、減速機５５０及び支持部材５６０を有してユニット化された駆動ユニットである。

電動モータ５３０は、例えばブラシレスＤＣモータである。電動モータ５３０は、固定部材であるハウジング５３１と、ハウジング５３１の内部に配置され、ハウジング５３１に固定された不図示の固定子と、固定子に対して回転する不図示の回転子と、回転子からハウジング５３１の外側に延びる回転軸５３２を有する。回転軸５３２は、中心軸線Ｃ_Ａを中心にハウジング５３１（固定子）に対して回転する。

減速機５５０は、電動モータ５３０の回転軸５３２の回転速度を所定の減速比で減速して出力するものであり、例えば波動歯車減速機である。以下、減速機５５０が波動歯車減速機である場合について説明するが、これに限定するものではなく、揺動歯車減速機、遊星歯車減速機等、どのような構成の減速機であってもよい。

減速機５５０は、固定部材であるハウジング５５１と、回転の入力を受けてハウジング５５１に対して回転する入力部材である入力軸５５２とを有する。ハウジング５５１は、内側に歯車が形成されたサーキュラスプラインである。

また、減速機５５０は、入力軸５５２に対して減速した回転速度で、ハウジング５５１に対して回転する出力部材である出力軸５５３を有する。減速機５５０は、入力軸５５２にて入力を受けた回転を減速して出力軸５５３にて出力する。

また、減速機５５０は、図３に示すように、入力軸５５２に固定されたウェブジェネレータ５５４と、出力軸５５３に固定されたフレクスプライン５５５と、を備えている。フレクスプライン５５５は、ウェブジェネレータ５５４とサーキュラスプラインであるハウジング５５１との間に配置され、ウェブジェネレータ５５４の回転に対して所定の減速比で減速され、ハウジング５５１に対して相対的に回転する。

入力軸５５２は、ハウジング５５１に対して軸受５５６を介して回転自在に支持されている。出力軸５５３は、ハウジング５５１に対して軸受５５７を介して回転自在に支持されている。入力軸５５２及び出力軸５５３は、同軸線上に配置されており、中心軸線Ｃ_Ｂを中心にハウジング５５１に対して回転する。中心軸線Ｃ_Ｂは減速機５５０の中心軸線である。

減速機５５０は、図２に示すように、中心軸線Ｃ_Ｂが回転軸線Ｃ_ｉと重なるように配置されている。減速機５５０のハウジング５５１および電動モータ５３０のハウジング５３１は、支持部材５６０に固定されて支持されている。支持部材５６０は、ボックス形状の部材であり、内部に伝達機構５４０が配置されている。

電動モータ５３０は、中心軸線Ｃ_Ａが回転軸線Ｃ_ｉに対してずれた状態で支持部材５６０に支持されている。中心軸線Ｃ_Ａと回転軸線Ｃ_ｉとは平行となっている。つまり、減速機５５０の隣に並列して電動モータ５３０を配置し、電動モータ５３０の駆動力が伝達機構５４０を介して減速機５５０に伝達するように構成されている。これにより、回転軸線Ｃ_ｉの方向の駆動部５１０のサイズを小さくし、ロボットアーム２０１のコンパクト化を図っている。

電動モータ５３０は、回転軸５３２が第１のリンク２１０_ｉ−１の方に突出するように配置されている。また、減速機５５０は、入力軸５５２が第１のリンク２１０_ｉ−１の方に突出し、出力軸５５３が第２のリンク２１０_ｉの方に突出するように配置されている。

伝達機構５４０は、電動モータ５３０の回転軸５３２の回転を減速機５５０の入力軸５５２に伝達する。伝達機構５４０は、電動モータ５３０の回転軸５３２に固定された駆動側のプーリ５４１と、減速機５５０の入力軸５５２に固定された従動側のプーリ５４２と、プーリ５４１，５４２間に巻回された無端状のベルト５４３とを有して構成される。

トルクセンサ５２０は、トルクセンサ５２０の中心軸線Ｃ_Ｃが回転軸線Ｃ_ｉと重なるように配置されている。トルクセンサ５２０は、１次側部材５２１及び２次側部材５２２を有し、１次側部材５２１に対して２次側部材５２２に作用する回転軸線Ｃ_ｉ（中心軸線Ｃ_Ｃ）まわりのトルクを検出する。例えばトルクセンサ５２０は、１次側部材５２１と２次側部材５２２とを連結し、１次側部材５２１と２次側部材５２２との間に作用するトルクに応じて回転軸線Ｃ_ｉの回りに弾性変形する不図示の弾性部材を有する。更に、トルクセンサ５２０は、弾性部材の変形量を検知する不図示の検知素子を有する。１次側部材５２１と２次側部材５２２との間に回転軸線Ｃ_ｉを中心とするトルクが作用したとき、不図示の弾性部材が変形する。更に、トルクセンサ５２０は、不図示の検知素子により弾性部材の変形量を検知した結果を取得して、変形量をトルクに換算する感度行列を用いて変形量をトルク値に換算して信号として出力する不図示の演算回路を有する。

トルクセンサ５２０の変位検出方式には、ひずみゲージ方式、静電容量方式、磁気方式、エンコーダ方式などがある。なお、トルクセンサ５２０は、１次側部材５２１、２次側部材５２２及び不図示の弾性部材をそれぞれ別の部材で構成してもよいし、一体構造で構成してもよい。

トルクセンサ５２０の１次側部材５２１は、第１のリンク２１０_ｉ−１に固定して接続されている。トルクセンサ５２０の２次側部材５２２は、支持部材５６０に固定して接続されている。つまり、トルクセンサ５２０の２次側部材５２２は、支持部材５６０を介して、減速機５５０のハウジング５５１に接続されている。減速機５５０の出力軸５５３は、第２のリンク２１０_ｉに固定して接続されている。よって、第２のリンク２１０_ｉは、減速機５５０のハウジング５５１に対して、回転軸線Ｃ_ｉを中心に相対的に回転する。

トルクセンサ５２０から延びる配線５２３は、第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されている。そして、配線５２３は、第１のリンク２１０_ｉ−１に沿って配置され、第１のリンク２１０_ｉ−１にクランプ部材６０１で固定されている。

電動モータ５３０から延びる配線５３３は、第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されている。そして、配線５３３は、第１のリンク２１０_ｉ−１に沿って配置され、第１のリンク２１０_ｉ−１にクランプ部材６０２で固定されている。

以上の構成により、第２のリンク２１０_ｉを回転駆動するときには、電動モータ５３０の回転子を回転させて回転軸５３２を回転させる。回転軸５３２が回転することにより、伝達機構５４０を介して減速機５５０の入力軸５５２が回転する。入力軸５５２の回転により所定の減速比で減速した回転速度で出力軸５５３が回転し、出力軸５５３に接続された第２のリンク２１０_ｉが回転軸線Ｃ_ｉを中心に回転する。

一方、第２のリンク２１０_ｉにトルク（外力）が作用したときには、減速機５５０の出力軸５５３にトルクが伝達するが、図３に示すフレクスプライン５５５とサーキュラスプラインであるハウジング５５１との噛み合いにより回転が規制されている。したがって、フレクスプライン５５５に伝達したトルクはハウジング５５１に伝達する。ハウジング５５１に伝達したトルクは、支持部材５６０を介してトルクセンサ５２０の２次側部材５２２に伝達する。このように、フレクスプライン５５５に伝達したトルクの大部分は、ハウジング５５１を介してトルクセンサ５２０の２次側部材５２２に伝達する。

フレクスプライン５５５に伝達したトルクの一部分は、ウェブジェネレータ５５４、入力軸５５２、伝達機構５４０、電動モータ５３０へ伝達するが、電動モータ５３０から支持部材５６０へ伝達し、結果、トルクセンサ５２０の２次側部材５２２に伝達する。したがって、トルクセンサ５２０は、第２のリンク２１０_ｉに作用した回転軸線Ｃ_ｉまわりのトルクを高精度に検出することができる。

更に、第１実施形態では、トルクセンサ５２０の１次側部材５２１が第１のリンク２１０_ｉ−１に接続されて、トルクセンサ５２０の配線５２３が第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されている。つまり、駆動部５１０と固定側である第１のリンク２１０_ｉ−１との間にトルクセンサ５２０が配置されている。これにより、第２のリンク２１０_ｉの可動範囲が配線５２３により制限されることがない。

また、第２のリンク２１０_ｉが回転動作しても、第２のリンク２１０_ｉの回転動作に伴って配線５２３が屈曲や捩れ等の変形することがない。このように、トルクセンサ５２０の配線５２３に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線５２３に繰り返し負荷がかからない構成であるので、配線５２３の寿命を延ばすことができる。電動モータ５３０の配線５３３についても、同様に第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。

また、配線５２３，５３３の変形による力がトルクセンサ５２０の検出トルクに重畳するのを防止することができ、トルクセンサ５２０により第２のリンク２１０_ｉに作用するトルクを高精度に検出することがきる。

更に、第１実施形態によれば、電動モータ５３０及び減速機５５０を支持部材５６０に対して並列に固定しているため、電動モータ５３０と減速機５５０を直列に配置するよりも関節Ｊ_ｉの幅の小型化が可能である。これにより、狭小空間においても作業性に優れた小型化されたロボット２００を実現することができる。

また、トルクセンサ５２０の中心軸線Ｃ_Ｃ、即ち回転軸線Ｃ_ｉと、減速機５５０の中心軸線Ｃ_Ｂとが重なるので、関節Ｊ_ｉにおける重量バランスが良好となり、ロボット２００の動作が安定する。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図４は、第２実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の駆動機構５００Ａは、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉと、第２のリンク２１０_ｉを回転駆動する駆動部５１０Ａと、トルクセンサ５２０と、を備えている。駆動部５１０Ａは、電動モータ５３０と、伝達機構５４０Ａと、減速機５５０と、支持部材５６０Ａと、を有する。減速機５５０の中心軸線Ｃ_Ｂは回転軸線Ｃ_ｉと重なっている。また、トルクセンサ５２０の中心軸線Ｃ_Ｃも回転軸線Ｃ_ｉと重なっている。

第１実施形態では、電動モータ５３０の中心軸線Ｃ_Ａが回転軸線Ｃ_ｉと平行な状態であって回転軸線Ｃ_ｉに対してずれた状態で、電動モータ５３０のハウジング５３１が支持部材５６０に固定されている場合について説明した。第２実施形態では、電動モータ５３０の中心軸線Ｃ_Ａが回転軸線Ｃ_ｉに対して交差（直交）して回転軸線Ｃ_ｉに対してずれた状態で、電動モータ５３０のハウジング５３１が支持部材５６０Ａに固定されている。つまり、電動モータ５３０のハウジング５３１及び減速機５５０のハウジング５５１は、中心軸線Ｃ_Ａと中心軸線Ｃ_Ｂとが交差（直交）した状態で支持部材５６０Ａに支持されている。

伝達機構５４０Ａは、第１実施形態と同様、電動モータ５３０の回転軸５３２の回転を減速機５５０の入力軸５５２に伝達するものであるが、第１実施形態と構成が異なる。即ち、伝達機構５４０Ａは、回転軸５３２に固定された第１のベベルギヤ５４１Ａと、入力軸５５２に固定され、第１のベベルギヤ５４１Ａに噛合する第２のベベルギヤ５４２Ａとを有する。

以上、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様、第１のリンク２１０_ｉ−１に対して第２のリンク２１０_ｉが回転駆動されても、トルクセンサ５２０の配線５２３に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線５２３の寿命を延ばすことができる。電動モータ５３０の配線５３３についても、同様に第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。また、配線５２３，５３３の変形による力がトルクセンサ５２０の検出結果に重畳するのを防止することができ、トルクセンサ５２０により第２のリンク２１０_ｉに作用するトルクを高精度に検出することがきる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図５は、第３実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第３実施形態において、第１、第２実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態の駆動機構５００Ｂは、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉと、第２のリンク２１０_ｉを回転駆動する駆動部５１０Ｂと、トルクセンサ５２０と、を備えている。駆動部５１０Ｂは、電動モータ５３０と、伝達機構５４０と、減速機５５０Ｂと、支持部材５６０Ｂと、を有する。

減速機５５０Ｂは、電動モータ５３０の回転軸５３２の回転速度を所定の減速比で減速して出力するものであり、例えば波動歯車減速機である。減速機５５０Ｂは、固定部材であるハウジング５５１Ｂと、回転の入力を受けてハウジング５５１Ｂに対して回転する入力部材である入力軸５５２Ｂとを有する。また、減速機５５０は、入力軸５５２Ｂに対して減速した回転速度で、ハウジング５５１Ｂに対して回転する出力部材５５３Ｂを有する。

入力軸５５２Ｂ及び出力部材５５３Ｂは、同軸線上に配置されており、中心軸線Ｃ_Ｂを中心にハウジング５５１Ｂに対して回転する。具体的には、出力部材５５３Ｂは円筒形状の部材であり、出力部材５５３Ｂの内側に入力軸５５２Ｂが配置されている。

電動モータ５３０のハウジング５３１及び減速機５５０Ｂのハウジング５５１Ｂが支持部材５６０Ｂに固定されている。減速機５５０Ｂの中心軸線Ｃ_Ｂは回転軸線Ｃ_ｉと重なっている。また、トルクセンサ５２０の中心軸線Ｃ_Ｃも回転軸線Ｃ_ｉと重なっている。

電動モータ５３０は、回転軸５３２が第２のリンク２１０_ｉの方に突出するように配置されている。また、減速機５５０Ｂは、入力軸５５２Ｂ及び出力部材５５３Ｂが第２のリンク２１０_ｉの方に突出するように配置されている。そして、伝達機構５４０は、第２のリンク２１０_ｉの近傍に配置される。伝達機構５４０の駆動側のプーリ５４１は、回転軸５３２に固定され、従動側のプーリ５４２は、入力軸５５２Ｂに固定されている。

トルクセンサ５２０の１次側部材５２１は、第１のリンク２１０_ｉ−１に接続されている。トルクセンサ５２０の２次側部材５２２は、支持部材５６０Ｂを介して減速機５５０Ｂのハウジング５５１Ｂに接続されている。減速機５５０Ｂの出力部材５５３Ｂは、第２のリンク２１０_ｉに接続されている。

以上、電動モータ５３０の回転軸５３２及び減速機５５０Ｂの入力軸５５２Ｂが第１実施形態と逆方向に突出するように、電動モータ５３０及び減速機５５０Ｂが支持部材５６０Ｂに支持されている場合であっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。即ち、第１のリンク２１０_ｉ−１に対して第２のリンク２１０_ｉが回転駆動されても、トルクセンサ５２０の配線５２３に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線５２３の寿命を延ばすことができる。電動モータ５３０の配線５３３についても、同様に第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。また、配線５２３，５３３の変形による力がトルクセンサ５２０の検出結果に重畳するのを防止することができ、トルクセンサ５２０により第２のリンク２１０_ｉに作用するトルクを高精度に検出することがきる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図６は、第４実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第４実施形態において、第１〜第３実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第４実施形態の駆動機構５００Ｃは、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉと、駆動部５１０と、トルクセンサ５２０と、更に軸受５７０と、を備えている。第４実施形態では、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉとの間に軸受５７０が配置され、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉとが、軸受５７０により相対回転可能となっている。

第４実施形態の駆動機構５００Ｃによれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。更に、第４実施形態によれば、軸受５７０により、第２のリンク２１０_ｉ（関節Ｊ_ｉ）に、回転軸線Ｃ_ｉを中心とする回転方向以外の方向の力が作用しても、軸受５７０がその力を受けるため、トルクセンサ５２０にその力が作用することはない。したがって、回転方向以外の方向の力がトルクセンサ５２０に作用することがないので、トルクセンサ５２０がトルクを誤検出する、他軸干渉と呼ばれる現象が発生することがない。よって、トルクセンサ５２０は、精度よくトルクを検出することが可能となる。また、トルクセンサ５２０に対して作用する荷重の量が緩和するため、トルクセンサ５２０の強度仕様を緩和することができ、関節のレイアウト設計およびトルクセンサ設計の自由度が向上する。

なお、第４実施形態の駆動部は、第１実施形態で説明した駆動部５１０の構成としたが、これに限定するものではなく、第２実施形態で説明した駆動部５１０Ａ、第３実施形態で説明した駆動部５１０Ｂの構成としてもよい。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図７は、第５実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第５実施形態において、第１〜第４実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第５実施形態の駆動機構５００Ｄは、第１のリンク２１０_ｉ−１と、第２のリンク２１０_ｉと、第２のリンク２１０_ｉを回転駆動する駆動部５１０Ｄと、トルクセンサ５２０と、を備えている。駆動部５１０Ｄは、電動モータ５３０と、伝達機構５４０と、減速機５５０とを有する。トルクセンサ５２０の１次側部材５２１は、第１実施形態と同様、第１のリンク２１０_ｉ−１に固定して接続されている。トルクセンサ５２０の２次側部材５２２は、第５実施形態では、減速機５５０の固定部材であるハウジング５５１に直接、固定して接続されている。減速機５５０の出力軸５５３は、第１実施形態と同様、第２のリンク２１０_ｉに固定して接続されている。トルクセンサ５２０の配線５２３は、第１実施形態と同様、第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されている。減速機５５０は、中心軸線Ｃ_Ｂが回転軸線Ｃ_ｉと重なるように配置されている。

第５実施形態では、電動モータ５３０の配置が第１〜第４実施形態と異なる。具体的には電動モータ５３０のハウジング５３１が第１のリンク２１０_ｉ−１に固定して支持されている。

電動モータ５３０は、中心軸線Ｃ_Ａが回転軸線Ｃ_ｉに平行な状態であって中心軸線Ｃ_Ａが回転軸線Ｃ_ｉに対してずれた状態で配置されている。そして、伝達機構５４０により、電動モータ５３０の回転軸５３２の回転が減速機５５０の入力軸５５２に伝達される。

一方、第２のリンク２１０_ｉにトルク（外力）が作用したときには、減速機５５０の出力軸５５３にトルクが伝達し、不図示のフレクスプラインを介してハウジング５５１に伝達する。ハウジング５５１に伝達したトルクは、トルクセンサ５２０の２次側部材５２２に伝達する。このように、第２のリンク２１０_ｉに作用したトルクの大部分は、ハウジング５５１を介してトルクセンサ５２０の２次側部材５２２に伝達する。

なお、第２のリンク２１０_ｉに作用したトルクの一部分が、減速機５５０の入力軸５５２、伝達機構５４０、電動モータ５３０、第１のリンク２１０_ｉ−１へ順次伝達し、伝達経路にトルクセンサ５２０は含まれない。このため、第５実施形態では、第１〜第４実施形態よりも、トルクセンサ５２０により検出されるトルクの精度が劣るものの、第２のリンク２１０_ｉが回転動作しても、第２のリンク２１０_ｉの回転動作に伴って配線５２３が屈曲や捩れ等の変形することがない。このように、トルクセンサ５２０の配線５２３に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線５２３に繰り返し負荷がかからない構成であるので、配線５２３の寿命を延ばすことができる。電動モータ５３０の配線５３３についても、同様に第１のリンク２１０_ｉ−１の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。

更に、第５実施形態によれば、電動モータ５３０及び減速機５５０が第１のリンク２１０_ｉ−１に対して並列に配置されているため、電動モータ５３０と減速機５５０を直列に配置するよりも関節Ｊ_ｉの幅の小型化が可能である。これにより、狭小空間においても作業性に優れた小型化されたロボット２００を実現することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。

上述の実施形態では、電動モータと減速機を並列に配置して、伝達機構を介して動力を伝達するように構成したが、これに限定するものではない。伝達機構を介さずに、電動モータの回転軸を減速機の入力軸に直接接続してもよい。この場合、電動モータの中心軸線と減速機の中心軸線とが重なるように減速機と電動モータとが直列に配置されるため、駆動機構は、回転軸線の延びる方向の長さが長くなる。

また、上述の実施形態では、ロボットアームが垂直多関節型の場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアームが、例えば、水平多関節型のロボットアーム、パラレルリンクのロボットアーム、直交ロボット等、種々のロボットアームであってもよい。また、ロボットアームの関節の数も６つに限定するものではない。

また、ロボットアームの全ての関節が上述の駆動機構である場合について説明したが、これに限定するものではなく、少なくとも１つの関節が上述の駆動機構であればよい。

また上述の実施形態では、減速機が波動歯車減速機である場合について説明したが、これに限定するものではなく、揺動歯車減速機、遊星歯車減速機等、どのような構成の減速機であってもよい。

１００…ロボット装置、２００…ロボット、２０１…ロボットアーム、２１０_ｉ−１…第１のリンク、２１０_ｉ…第２のリンク、５００…駆動機構、５１０…駆動部、５２０…トルクセンサ、５２１…１次側部材、５２２…２次側部材、５２３…配線、５３０…電動モータ、５３１…ハウジング、５３２…回転軸、５３３…配線、５４０…伝達機構、５５０…減速機、５５１…ハウジング（固定部材）、５５２…入力軸（入力部材）、５５３…出力軸（出力部材）、５６０…支持部材

Claims

第１のリンクと、
前記第１のリンクに対して回転軸線まわりに回転する第２のリンクと、
前記第２のリンクを回転駆動する駆動部と、
１次側部材及び２次側部材を有し、前記１次側部材に対して前記２次側部材に作用する前記回転軸線まわりのトルクを検出するトルクセンサと、を備え、
前記駆動部は、電動モータと、前記電動モータの回転軸の回転速度を減速して出力する減速機と、を有し、
前記減速機は、固定部材と、回転の入力を受けて前記固定部材に対して回転する入力部材と、前記入力部材に対して減速した回転速度で、前記固定部材に対して回転する出力部材と、を有し、
前記トルクセンサの前記１次側部材が前記第１のリンクに接続され、
前記トルクセンサの前記２次側部材が前記減速機の前記固定部材に接続され、
前記減速機の前記出力部材が前記第２のリンクに接続され、
前記トルクセンサの配線が前記第１のリンクの側に引き出されていることを特徴とする駆動機構。
前記減速機は、前記減速機の中心軸線が前記回転軸線と重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
前記駆動部は、前記減速機の前記固定部材を支持する支持部材を更に有し、
前記トルクセンサの前記２次側部材が前記支持部材を介して前記減速機の前記固定部材に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動機構。
前記電動モータのハウジングは、前記支持部材に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の駆動機構。
前記電動モータのハウジングは、前記第１のリンクに固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動機構。
前記電動モータは、前記電動モータの中心軸線が前記回転軸線に対してずれた状態で配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動機構。
前記駆動部は、前記電動モータの前記回転軸の回転を前記減速機の前記入力部材に伝達する伝達機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動機構。
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの間に配置された軸受を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動機構。
前記電動モータの配線が前記第１のリンクの側に引き出されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の駆動機構。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の駆動機構を備えたロボット。