JP2018094643A - Power transmission mechanism and robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動モータの動力の伝達により出力軸の回転を制御する動力伝達機構、および該動力伝達機構が所定の関節に設けられているロボットに関する。 The present invention relates to a power transmission mechanism that controls rotation of an output shaft by transmission of power from a drive motor, and a robot in which the power transmission mechanism is provided at a predetermined joint.
従来、人型や動物型のロボット玩具(以下、単に「ロボット」という)に種々の動きを行わせる場合、関節を介して2つのアーム(腕)あるいは2つのレッグ(脚)などの各構造物間の回転角度を変化させている。すなわち、ロボットは、頭部(ヘッド)、首部(ネック)、胴体部(ボディ)、アーム、およびレッグなどの複数の剛性を有する構造体同士が関節となる複数の回転軸で回動自在に制御されて、所望の姿勢を有するようにされる。そして、アームあるいはレッグなどの構造体に駆動機構が組み込まれる。特許文献1には、上述したような構造体に減速駆動機構が組み込まれたロボット玩具が開示されている。 Conventionally, when a humanoid or animal type robot toy (hereinafter simply referred to as “robot”) performs various movements, each structure such as two arms (arms) or two legs (legs) via joints. The rotation angle between them is changed. In other words, the robot is controlled to be freely rotatable by a plurality of rotation shafts having a plurality of rigid structures such as a head (head), a neck (neck), a torso (body), an arm, and a leg as joints. To have a desired posture. And a drive mechanism is built in structures, such as an arm or a leg. Patent Document 1 discloses a robot toy in which a deceleration drive mechanism is incorporated in the structure as described above.
図7の(a)は、上記従来のロボット玩具に関し、アーム121、123とその関節122をクローズアップしたものを示している。同図に示すように、回転軸となる出力軸129で連結される2つのアーム121、123の一方であるアーム123には、動力を発生させる駆動モータ126を含む減速駆動機構120が設けられている。
FIG. 7A shows a close-up of the
この減速駆動機構120は、駆動モータ126の回転力を所望の回転数に減速しトルク力を生じさせる減速歯車列127、アーム121、123の状態をモニタし、動作に伴い変化する角度情報を得るための回転角度センサ128などを備えている。そして、その角度情報をモニタしつつ次の動作指示に基づき2つのアーム間の角度を所定速度で変化させ所望の動作を行わせるようにしている。
The
図7の(a)に示すアーム123の内部構造を示したものが図7の(b)である。上述した回転角度センサ128はギア127cの出力軸129の同軸上に設けられ、ギア127cの回転角度を検出しており、回転角度センサ128は磁性体と磁気センサとで構成されている。
FIG. 7B shows the internal structure of the
しかしながら、上記従来技術では、ギア127cの角度情報の検出精度は同軸上にある回転角度センサ128自体の検出精度、および個体ばらつきに依存しており一定の誤差を生じるという問題点がある。この誤差はギア127cの回転角度調整に影響を与え、アーム121、123の回転角度にも誤差を生じる。より具体的には、回転角度センサ128の検出誤差を1°と仮定した場合、同軸上にあるギア127cおよびアーム121、123の角度誤差(ずれ量)も1°となる。従って、ギア127cの回転角度誤差を低減させる方策が必要となる。
However, the above-described prior art has a problem that the detection accuracy of the angle information of the
本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、出力軸の回転角度誤差を低減させることができる動力伝達機構などを実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize a power transmission mechanism and the like that can reduce a rotation angle error of an output shaft.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る動力伝達機構は、駆動モータの動力の伝達により出力軸の回転を制御する動力伝達機構であって、上記駆動モータの回転軸に連結された第1のギアと、上記出力軸に連結された、上記第1のギアよりも歯数が多く、上記第1のギアと直接または中間ギアを介して連動して回転する第2のギアと、を備え、上記第1のギアの回転角度を検知する回転角度検知部をさらに備えることを特徴としている。 In order to solve the above problem, a power transmission mechanism according to an aspect of the present invention is a power transmission mechanism that controls rotation of an output shaft by transmission of power from a drive motor, and is coupled to the rotation shaft of the drive motor. The first gear and the second gear connected to the output shaft and having a larger number of teeth than the first gear and rotating in conjunction with the first gear directly or via an intermediate gear And a rotation angle detector for detecting the rotation angle of the first gear.
本発明の一態様に係る動力伝達機構によれば、出力軸の回転角度誤差を低減させることができるという効果を奏する。 According to the power transmission mechanism of one aspect of the present invention, there is an effect that the rotation angle error of the output shaft can be reduced.
本発明の実施の形態について図1〜図6に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の項目にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。 The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, for convenience of explanation, components having the same functions as those described in the specific items may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
〔ロボットの概要構成〕
まず、図2に基づき、本発明の実施の一形態に係るロボットの概要構成について説明する。図2は、ロボットの概要構成を示す図である。同図に示すようにロボットは犬や猫などの4本足で歩く動物を模した4足歩行式のロボットである。なお、本実施形態では、本発明を適用可能なロボットの例として、4足歩行式のロボットを採用した場合について説明するが、ロボットの種類はこれに限定されず、人を模した2足歩行式のロボットにも本発明を適用することができる。また、本発明は、人の上半身だけを模したロボットや、アームのみで構成されて作業を行う産業用ロボットなど、回転関節を持つロボットに広く適用することができる。但し、本発明の適用範囲はロボットの関節部分に特に限定されるものでなく、ロボットの動力を伝達する他の部分、さらにはロボット以外の機器の動力伝達機構にも適用できる。
[Robot outline configuration]
First, a schematic configuration of a robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the robot. As shown in the figure, the robot is a four-legged walking robot that imitates an animal walking on four legs, such as a dog or a cat. In this embodiment, a case where a quadruped walking robot is adopted as an example of a robot to which the present invention can be applied will be described. However, the type of robot is not limited to this, and biped walking imitating a person. The present invention can also be applied to a robot of the type. Further, the present invention can be widely applied to robots having rotating joints, such as robots that imitate only the upper body of humans, and industrial robots that are configured by only arms and perform work. However, the application range of the present invention is not particularly limited to the joint portion of the robot, but can be applied to other portions that transmit the power of the robot, and also to the power transmission mechanism of equipment other than the robot.
同図に示すように、本実施形態のロボットは、頭部10、首部11、胴体12、首部関節13、前脚第1関節14、後脚第1関節15、第1アーム21、前脚第2関節(関節部分)22、第2アーム23、第1レッグ31、後脚第2関節32、および第2レッグ33で構成されている。本実施形態のロボットの動作は、現時点における関節の状態(回転角度)に対し、所望の姿勢における関節の状態(回転角度)を算出し、複数の関節を所望の状態まで所定の速度で回動駆動することにより行われる。
As shown in the figure, the robot of the present embodiment includes a
〔実施形態1〕
次に、図1に基づき、本発明の実施形態1に係る動力伝達機構の構造について説明する。図1の(a)は、本発明の実施形態1に係る前脚の関節の構造を示す図である。また、図1の(b)は、図1の(a)に示す第2アーム23の内部構造(動力伝達機構)を示す図である。
Embodiment 1
Next, the structure of the power transmission mechanism according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a view showing the structure of the joint of the front leg according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1B is a diagram showing the internal structure (power transmission mechanism) of the
図1の(a)に示す本実施形態の前脚第2関節22には、第1アーム21と第2アーム23とのなす角度を変化させるため、第2アーム23の側に、駆動モータ26、ギア(第2のギア)27c、および回転角度センサ(回転角度検知部)28などから構成される動力伝達機構が内蔵されている。そして、ギア27cの出力軸29が係合される第1アーム21に対し、第2アーム23が相対的に回動するように構成されている。本実施形態の動力伝達機構は、駆動モータ26の動力の伝達により出力軸29の回転を制御するロボットの関節部分に係る動力伝達機構である。
In order to change the angle formed by the
本発明の一実施形態に係るロボットでは、上述した首部関節13、前脚第1関節14、前脚第2関節22、後脚第1関節15、および後脚第2関節32の各関節に、図1の(a)に示すような動力伝達機構が組み込まれて回動駆動されることでロボットの姿勢を所望の状態に変化させることができるようになっている。
In the robot according to the embodiment of the present invention, the above-described
なお、本実施形態においては、第1アーム21と第2アーム23との間には1軸に回動自在とされる前脚第2関節22が設けられるものとして説明するが、例えば、前脚第2関節22の軸と直交する回動軸を有するように別の動力伝達機構をもたせ、第1アーム21と第2アーム23との間の姿勢の自由度を増やすようにしても良い。
In the present embodiment, a description will be given assuming that a front leg second joint 22 that is rotatable about one axis is provided between the
次に、本実施形態の動力伝達機構は、図1の(b)に示すように、駆動モータ26の回転軸に連結されたピニオンギア(第1のギア)26aと、出力軸29に連結された、ピニオンギア26aよりも歯数が多く、ピニオンギア26aと直接歯車が噛みあって連動して回転するギア27cと、を備え、ピニオンギア26aの回転角度を検知する回転角度センサ28をさらに備えている。ピニオンギア26aは、小口径の円形歯車で構成され、ギア27cは、大口径の平歯車で構成されている。
Next, the power transmission mechanism of the present embodiment is connected to a pinion gear (first gear) 26 a connected to the rotation shaft of the
前脚第2関節22における回転軸となる出力軸29で連結される2つの第1アーム21および第2アーム23の一方である第2アーム23の内部には動力を発生させる駆動モータ26とその同軸上に配置されたピニオンギア26aが設けられている。ピニオンギア26a(駆動モータ26)の回転力を所望の回転数に減速しトルク力を生じさせるため、ピニオンギア26aおよびギア27cの歯車を直接噛み合わせることで、本実施形態の動力伝達機構が構成されている。回転角度センサ28は、ピニオンギア26aの同軸上に配置されたD字状係合軸部27dに対して同軸上に連結しており、ピニオンギア26aの回転角度情報をモニタしている。
A
回転角度センサ28は、着磁された磁性体と、該磁性体の回転に伴う磁束の変化を電圧の変化として検知する磁気センサとから構成されている。また、磁気センサは、例えば、磁束の変化を電圧の変化として出力するホール素子などの磁気検知素子から構成されている。さらに処理部50が回転角度センサ28および駆動モータ26のそれぞれに接続されている。処理部50は、回転角度センサ28の検出結果を処理する機能、および駆動モータ26の駆動を制御する機能などを有している。
The
本実施形態の動力伝達機構の構造は、出力軸29に連結されたギア27cではなく、駆動モータ26の回転軸に連結されたピニオンギア26aの回転角度を検知する回転角度センサ28を設けている点で、図7に示す従来の動力伝達機構の構造と異なっている。換言すれば、本実施形態の動力伝達機構は、第1アーム21および第2アーム23の回転角度に直接寄与する出力軸29の回転に係るギア27cの回転角度をモニタするのではなく、ギア27cよりも歯数が少ない、駆動モータ26の回転に係るピニオンギア26aの回転角度をモニタする点で従来技術と異なっている。
The structure of the power transmission mechanism of this embodiment is provided with a
図2の(b)に示す動力伝達機構において、ピニオンギア26aを任意の角度で回転させた場合、回転角度にギア比を乗算した角度だけギア27cが回転する。式で示すと「ピニオンギア26aの歯数:ギア27cの歯数=ギア27cの回転角度:ピニオンギア26aの回転角度」・・・式(1)となる。
In the power transmission mechanism shown in FIG. 2B, when the
ピニオンギア26aの同軸上に連結している回転角度センサ28が検出したピニオンギア26aの回転角度を用いて処理部50がピニオンギア26aの回転角度(駆動モータ26の回転角度)を調整する。このため、例えば、回転角度センサ28の検出誤差が例えば、1°であったと仮定した場合、ピニオンギア26aの調整角度が本来の目標角度に対して1°ずれる(回転する)が、ギア27cの角度誤差(ずれ量)は上記式(1)により「ギア27cの角度誤差=(ピニオンギア26aの歯数÷ギア27cの歯数)×1°」となる。
The
前提としてピニオンギア26aの歯数<ギア27cの歯数であるため、ギア27cの角度誤差は1°(ピニオンギア26aの角度誤差)よりも軽減され、ギア27cの回転角度調整の精度がギア比の分だけ高くなる。この結果、図2の(a)に示す第1アーム21および第2アーム23の回転角度の誤差を1°よりも軽減することができる。
As a premise, since the number of teeth of the
(動力伝達機構の効果)
上述した動力伝達機構によれば、ピニオンギア26aは駆動モータ26の回転軸に連結され、ギア27cは、出力軸29に連結されている。また、ギア27cの歯数は、ピニオンギア26aよりも多い。さらに、回転角度センサ28は、ピニオンギア26aの回転角度を検知するようになっている。これにより、出力軸29の回転角度誤差は、回転角度センサ28が検知するピニオンギア26aの回転角度の誤差と比較して、ピニオンギア26aおよびギア27cに係るギア比の分だけ小さくなる。このため、出力軸29の回転角度誤差を低減させることができる。
(Effect of power transmission mechanism)
According to the power transmission mechanism described above, the
(動力伝達機構の動作)
次に、図3に基づき、本実施形態の動力伝達機構の動作の流れについて説明する。図3は、上記動力伝達機構における動作の流れを示すフローチャートである。ステップS(以下、「ステップ」は省略する)11では、処理部50により回転角度センサ28からピニオンギア26aの現在の角度位置を検出してS12に進む。S12では、S11での結果からギア27cの現在の角度位置を以下の様に算出し、S13に進む。前提として上記式(1)が満たされることからギア27cの角度位置は、「ギア27cの角度位置=(ピニオンギア26aの歯数÷ギア27cの歯数)×ピニオンギア26aの角度位置」・・・式(2)と算出することができる。
(Operation of power transmission mechanism)
Next, based on FIG. 3, the flow of operation | movement of the power transmission mechanism of this embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart showing an operation flow in the power transmission mechanism. In step S (hereinafter, “step” is omitted) 11, the
S13では、処理部50が、図2の(a)に示す前脚第2関節22をどのように動かすかを判断し、ギア27cをどの角度位置まで回転させるかを決定し、S14に進む。S14では、処理部50が、S13で決定した角度位置をS12の式(2)に代入することで、ピニオンギア26aの目標角度位置を算出し、S15に進む。
In S13, the
S15では、S11の結果(ピニオンギア26aの現在角度位置)と、S14の結果(ピニオンギア26aの目標角度位置)を処理部50が駆動モータ26に入力して、S16に進む。S16では、駆動モータ26がS15の入力データをもとに制御パラメータを設定してS17に進む。ここで、制御パラメータとは、処理部50で演算した結果に基づいて駆動モータ26を駆動するためのパラメータのことである。なお、モータの駆動方式によって、制御パラメータの種類は異なるが、具体的には、制御パラメータとして、駆動電圧、駆動電流、およびパルス信号などを例示することができる。また、上記制御パラメータによって駆動する時間やタイミングなども、制御パラメータとして含めることができる。
In S15, the
S17では、駆動モータ26の回転を開始してS18に進む。S18では、回転角度センサ28によりピニオンギア26aの角度位置を検出し、S19に進む。S19では、処理部50が、ピニオンギア26aが目標の角度位置に達したかを確認する。その結果、ピニオンギア26aが目標の角度位置に達していない場合(No)は、S18に戻る。
In S17, the rotation of the
一方、ピニオンギア26aが目標の角度位置に達した場合(YES)は、S20に進む。ここでS18およびS19のルーチンをピニオンギア26aが目標の角度位置に達するまで繰り返し行う。S20では、処理部50が、駆動モータ26の回転を停止させてENDとなる。
On the other hand, if the
ピニオンギア26aを任意の角度で回転させた場合、回転角度にギア比を乗算した角度だけギア27cが回転する。これを式で示すと上記式(1)となる。回転角度センサ28が検出したピニオンギア26aの回転角度を用いて処理部50がピニオンギア26aの角度位置(駆動モータ26の角度位置)を調整する。
When the
ここで回転角度センサ28には一定の検出誤差が有るため、図3のS11およびS18におけるピニオンギア26aの角度位置に一定の検出誤差(ズレ量)が発生する。このズレ量を上記式(2)の「回転角度」に置き換えて式をたてると、「ギア27cのズレ量=(ピニオンギア26aの歯数÷ギア27cの歯数)×ピニオンギア26aのズレ量」・・・式(3)となる。
Here, since the
例えば、回転角度センサ28の検出誤差(ピニオンギア26aのズレ量)を2°、ピニオンギア26aの歯数を30、ギア27cの歯数を60とすると、上記式(3)よりギア27cのズレ量は1°となる。これにより、従来の技術では回転角度センサ28の検出誤差がそのままギア27cのズレ量に反映されていたが、本実施形態の動力伝達機構ではギア27cのズレ量を軽減する(上記の例では2°から1°に軽減する)ことができる。
For example, assuming that the detection error of the rotation angle sensor 28 (deviation amount of the
(補足事項)
上述したギアの種類は平行軸、交差軸、および食い違い軸の何れでも本実施形態の動力伝達機構の実現が可能である。但し、各ギアの形状は必ず円形でなければならず、楕円形やラック(回転運動を直線運動に変える)形状などといった非円形ギアでは実現できない。なお、ギアが3つ以上で構成される動力伝達機構では初段と最終段を除く中段のギアがラック形状(直線状のギア)であっても問題ない。また、増速駆動機構(トルクを落として速度を得る方式)では本発明の一態様に係る動力伝達機構を実現することはできない。
(Supplementary information)
The power transmission mechanism of the present embodiment can be realized by any of the above-described gear types of parallel axes, intersecting axes, and staggered axes. However, the shape of each gear must be circular, and cannot be realized with a non-circular gear such as an ellipse or a rack (changes rotational motion to linear motion). In the power transmission mechanism composed of three or more gears, there is no problem even if the middle stage gears except the first stage and the last stage have a rack shape (linear gear). In addition, the power transmission mechanism according to one embodiment of the present invention cannot be realized by the speed increasing drive mechanism (a method of obtaining a speed by reducing torque).
次に、回転角度センサ28の種類は検出対象となるギアが静止中にあってもその絶対角度が分かるものでなければならない。例えば、インクリメンタル型ロータリエンコーダは回転中のみ回転角度に応じたパルスが出力され測定開始点からのパルスを積算する計数計測法であるため採用できないが、アブソリュート型ロータリエンコーダは回転有無に関わらず、回転角度に応じた位置の信号がコードで出力されるため採用できる。また、磁気センサ、ロータリーポテンシオメータでも実現可能である。
Next, the type of the
〔実施形態2〕
次に、図4に基づき本発明の実施形態2に係る動力伝達機構の構造について説明する。図4の(a)は、本発明の実施形態2に係る前脚の関節の構造を示す図である。一方、図4の(b)は、図4の(a)に示す第2アーム23の内部構造(動力伝達機構)を示す図である。
[Embodiment 2]
Next, the structure of the power transmission mechanism according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a view showing the structure of the joint of the front leg according to Embodiment 2 of the present invention. On the other hand, FIG. 4B is a diagram showing an internal structure (power transmission mechanism) of the
上述した実施形態1ではギア27cおよびピニオンギア26aの歯車が直接噛み合っていたが、本実施形態ではその間にギア(中間ギア)27aとギア(中間ギア)27bとを組み込んでいる点で異なっている。なお、本実施形態では、ピニオンギア26aとギア27cとの間に介在させる中間ギアの数は、2つとなっているが、中間ギアの数はこれに限定されない。中間ギアの数は、動力伝達機構のサイズが大きくなりすぎない範囲で、減速率の向上を考慮して適切な数に設定すれば良い。
In the first embodiment described above, the
上記の構成によれば、駆動モータ26による駆動力は、ピニオンギア26aからギア27a、ギア27b、およびギア27cの順に次々と伝達されるとともに減速され、最終のギア27cの回転軸が動力伝達機構の出力軸29となされる。
According to the above configuration, the driving force by the
ギア27aは、前段のギアからの動力の伝達を受ける入力側歯車271aと、入力側歯車271aよりも歯数が少なく、入力側歯車271aが受けた動力を後段のギアに送る出力側歯車272aとが一体化したギアである。なお、前段のギアとは動力の発生源側にあるギアのことであり、後段のギアとは、動力の出力側にあるギアのことである。
The
また、ギア27bは、前段のギアからの動力の伝達を受ける入力側歯車271bと、入力側歯車271bよりも歯数が少なく、入力側歯車271bが受けた動力を後段のギアに送る出力側歯車272bとが一体化したギアである。これらのギアを中間ギアとして用いているため、本実施形態の動力伝達機構は、非常に減速率の良い機構になっている。
The
一般的にロボットの関節にモータを使用する場合、回転角度範囲が360度以内で狭く、駆動トルクを大きくすることが必要な場合が多いので、中間ギアを用いてしっかりと減速させることが望ましい。しかしながら、コスト・スペース等の課題から減速が十分確保できない場合もある。その意味で、本実施形態ではギア27aおよびギア27bを追加して、減速率を向上させている。
In general, when a motor is used for a joint of a robot, the rotation angle range is narrow within 360 degrees, and it is often necessary to increase the driving torque. However, there may be cases where sufficient deceleration cannot be secured due to problems such as cost and space. In that sense, in this embodiment, the
また、本実施形態の動力伝達機構では、図4の(b)に示すようにギア27aおよびギア27bに設けられた大小の平歯車を互い違いになるように配設して、ギア27a、ギア27b、およびギア27cの回転軸受の間隔を小さくして薄型化できるようにしている。
In the power transmission mechanism of the present embodiment, as shown in FIG. 4B, the large and small spur gears provided on the
実施形態1で説明した式(2)を本実施形態で求めると以下のようになる。まず、各ギアの入力歯車(入力側歯車)の歯数と出力歯車(出力側歯車)の歯数とを下記の表1に示すように記号化する。例えば、ピニオンギア26aの歯数を「26ao」と記号化する。ここで末尾の記号「o」は、出力を示し、記号「i」は、入力を示す。
The equation (2) described in the first embodiment is obtained as follows in the present embodiment. First, the number of teeth of the input gear (input side gear) of each gear and the number of teeth of the output gear (output side gear) are symbolized as shown in Table 1 below. For example, the number of teeth of the
そうすると、ギア27cの角度位置は、「ギア27cの角度位置=(26ao÷27ai)×(27ao÷27bi)×(27bo÷27ci)×ピニオンギア26aの角度位置」・・・式(4)で求められる。
Then, the angular position of the
(動力伝達機構の動作)
本実施形態の動力伝達機構の動作は、概ね、実施形態1の図3で説明した動作と同様であるが、実施形態1のS12およびS14で使用した式(2)は、上記式(4)で置き換えて考えれば良い。
(Operation of power transmission mechanism)
The operation of the power transmission mechanism of the present embodiment is generally the same as the operation described in FIG. 3 of the first embodiment, but the equation (2) used in S12 and S14 of the first embodiment is the above equation (4). You can replace it with.
(動力伝達機構の効果)
上述した実施形態1の式(3)は、本実施形態では、下記の式(5)に置き換えられる。このとき下記記号の意味は表1を参照されたい。ギア27cのズレ量は、「ギア27cのズレ量=(26ao÷27ai)×(27ao÷27bi)×(27bo÷27ci)×ピニオンギア26aのズレ量」・・・式(5)となる。
(Effect of power transmission mechanism)
In the present embodiment, the above-described formula (3) of the first embodiment is replaced by the following formula (5). Refer to Table 1 for the meaning of the following symbols. The shift amount of the
上述した本実施形態の動力伝達機構によれば、ピニオンギア26aとギア27cとの間に中間ギア(ギア27aおよびギア27b)を介在させているため、実施形態1におけるピニオンギア26aとギア27cとを直接噛み合せた場合と比較して減速率を向上させることができる。
According to the power transmission mechanism of the present embodiment described above, since the intermediate gears (the
〔実施形態3〕
次に、図5に基づき本発明の実施形態3に係る動力伝達機構の構造について説明する。図5の(a)は、本発明の実施形態3に係る前脚の関節の構造を示す図である。一方、図5の(b)は、図5の(a)に示す第2アーム23の内部構造(動力伝達機構)を示す図である。
[Embodiment 3]
Next, the structure of the power transmission mechanism according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a view showing the structure of the joint of the front leg according to Embodiment 3 of the present invention. On the other hand, FIG. 5B is a diagram showing the internal structure (power transmission mechanism) of the
上述した実施形態1および2では、場合によっては下記の実用的な課題があるため、本実施形態では実施形態2の動力伝達機構に対して新たな構成(後述する回転角度センサ30参照)を追加している。上記の課題を実施形態2の動力伝達機構に基づいて説明する。
In the first and second embodiments described above, there are practical problems described below depending on circumstances. In this embodiment, a new configuration (see a
実施形態2の動力伝達機構では、図4の(b)に示すように、ピニオンギア26a、ギア27a、ギア27bおよびギア27cのそれぞれがお互いに歯車の歯数が異なっている動力伝達機構を構成している。したがって、仮にピニオンギア26aからギア27cまでのトータルギア比が4倍であればギア27cを1回転させるためにピニオンギア26aを4回転させる必要がある。ここで問題となるのが、回転角度センサ28はピニオンギア26aの角度位置を360°の回転角度範囲で検出することができるが、それ自体が何回転目にあるか、すなわち0°、360°、720°、1080°、および1440°のどこに位置するかを把握することができないことである。これではギア27cを目標角度に回転させることができない。
In the power transmission mechanism of the second embodiment, as shown in FIG. 4B, each of the
本実施形態では上記の課題を解決するためにギア27c側に回転角度センサ(回転数検知部)30を設けている。具体的には図5の(b)に示すようにギア27cと同軸上にD字状係合軸部27eを配置し、同じく同軸上に回転角度センサ30を連結している。また、本実施形態では、処理部50が回転角度センサ28、回転角度センサ30および駆動モータ26のそれぞれに接続されている。
In the present embodiment, a rotation angle sensor (rotational speed detection unit) 30 is provided on the
処理部50は、回転角度センサ30により検知したギア27cの回転角度と、ピニオンギア26aからギア27aまでのトータルのギア比とから、ピニオンギア26aが何回転した位置にあるかを特定する。これによりピニオンギア26aが何回転した位置にあるのかをギア27cの角度位置を直接検出することで置き換えて把握することができる。換言すれば、本実施形態の動力伝達機構によれば、回転角度センサ30により、ピニオンギア26aが何回転したか(ピニオンギア26aの回転数)を検知するために設置されている。
The
(動力伝達機構の動作)
本実施形態の動力伝達機構の動作は、概ね、実施形態1の図3で説明した動作と同様であるが、S118にて回転角度センサ30によってピニオンギア26aの回転数を検出する(ピニオンギア26aが何回転目かを特定する)とともに、S119にて回転角度センサ28によってピニオンギア26aの角度位置を検出している点で異なっている。S111からS117までの動作は、図3で説明したS11〜S17までの動作と同様である。また、S120およびS121の動作は、それぞれ図3で説明したS19およびS20の動作と同様である。実施形態1で使用した式(2)は、上記の実施形態2で説明した式(4)で置き換えて考えれば良い。
(Operation of power transmission mechanism)
The operation of the power transmission mechanism of the present embodiment is substantially the same as the operation described with reference to FIG. 3 of the first embodiment, but the rotational speed of the
(動力伝達機構の効果)
上述した実施形態1の式(3)は、上記の実施形態2で説明した式(5)に置き換えて考えれば良い。すなわち、ギア27cのズレ量は、「ギア27cのズレ量=(26ao÷27ai)×(27ao÷27bi)×(27bo÷27ci)×ピニオンギア26aのズレ量」で求めることができる。なお、上記記号の意味は表1を参照されたい。
(Effect of power transmission mechanism)
The equation (3) of the first embodiment described above may be replaced with the equation (5) described in the second embodiment. That is, the shift amount of the
本実施形態の動力伝達機構によれば、回転角度センサ30により、ピニオンギア26aが何回転したか(ピニオンギア26aの回転数)を検知することができる。
According to the power transmission mechanism of the present embodiment, the
(補足事項)
本実施形態のようなロボットの関節部分の角度制御において問題となるのが電源起動時における原点移動である。ロボットの電源を起動した際に関節部分が予め決められた原点角度に移動する必要がある。ロボットが起動中であればピニオンギア26aの回転数を所定の記憶部(不図示)に記憶させることも可能だが、一度電源がオフされると当該関節部分は手動で自由に回転させることができるためどの角度位置に回転しているか分からなくなってしまう。このため、電源起動時、関節部分を回転させる前の静止状態で現在のギア27cの絶対角度を検出する必要がある。
(Supplementary information)
A problem in the angle control of the joint portion of the robot as in the present embodiment is the origin movement at the time of power activation. When the power supply of the robot is activated, the joint portion needs to move to a predetermined origin angle. If the robot is activated, the rotation speed of the
そこで、本実施形態ではギア27cの回転角度が検出できる回転角度センサ30を、ギア27cと同軸上に配置している。回転角度センサ30は、ピニオンギア26aが何回転したか(ピニオンギア26aの回転数)を検知すれば良いだけので、ピニオンギア26aと同軸上に配置されている回転角度センサ28と比較して精度の低いものであっても、全体の検知精度には影響しない。
Therefore, in the present embodiment, the
例えば、本実施形態の動力伝達機構のように、ピニオンギア26aからギア27cまでのトータルギア比が4倍であるならば、回転角度センサ30は360度を4つに分割した範囲のどの範囲に位置しているのかだけが検知できる精度があれば、最終の出力軸29の回転位置が検知可能となり、その精度は回転角度センサ30の精度によらず、上述した式(5)で示される計算式による。
For example, if the total gear ratio from the
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る動力伝達機構は、駆動モータ(26)の動力の伝達により出力軸(29)の回転を制御する動力伝達機構であって、上記駆動モータの回転軸に連結された第1のギア(ピニオンギア26a)と、上記出力軸に連結された、上記第1のギアよりも歯数が多く、上記第1のギアと直接または中間ギアを介して連動して回転する第2のギア(ギア27c)と、を備え、上記第1のギアの回転角度を検知する回転角度検知部(回転角度センサ28)をさらに備える構成である。
[Summary]
The power transmission mechanism according to aspect 1 of the present invention is a power transmission mechanism that controls the rotation of the output shaft (29) by transmission of power from the drive motor (26), and is a first power transmission mechanism coupled to the rotation shaft of the drive motor. The first gear (
上記構成によれば、第1のギアは駆動モータの回転軸に連結され、第2のギアは、出力軸に連結されている。また、第2のギアの歯数は、第1のギアよりも多い。さらに、回転角度検知部は、第1のギアの回転角度を検知するようになっている。これにより、出力軸の回転角度誤差は、回転角度検知部が検知する第1のギアの回転角度の誤差と比較して、第1のギアおよび第2のギアに係るギア比、または、第1のギア、中間ギア、および第2のギアに係るトータルギア比の分だけ小さくなる。このため、出力軸の回転角度誤差を低減させることができる。 According to the above configuration, the first gear is connected to the rotation shaft of the drive motor, and the second gear is connected to the output shaft. The number of teeth of the second gear is larger than that of the first gear. Furthermore, the rotation angle detector detects the rotation angle of the first gear. Thereby, the rotation angle error of the output shaft is compared with the error of the rotation angle of the first gear detected by the rotation angle detection unit, or the gear ratio related to the first gear and the second gear, or the first And the total gear ratio of the intermediate gear and the second gear are reduced. For this reason, the rotation angle error of the output shaft can be reduced.
本発明の態様2に係る動力伝達機構は、上記態様1において、上記中間ギア(ギア27a、ギア27b)は、前段のギアからの動力の伝達を受ける入力側歯車と、当該入力側歯車よりも歯数が少なく、上記入力側歯車が受けた動力を後段のギアに送る出力側歯車とが一体化したギアであることが好ましい。上記構成によれば、中間ギアは、前段のギアからの動力の伝達を受ける入力側歯車と、当該入力側歯車よりも歯数が少なく、上記入力側歯車が受けた動力を後段のギアに送る出力側歯車とが一体化したギアとなっている。このため、第1のギアと第2のギアとの間に中間ギアを介在させた場合に減速率を向上させることができる。
The power transmission mechanism according to aspect 2 of the present invention is the power transmission mechanism according to aspect 1, in which the intermediate gear (
本発明の態様3に係る動力伝達機構は、上記態様1または2において、上記第1のギアの回転数を検知する回転数検知部(回転角度センサ30)をさらに備えていても良い。上記構成によれば、回転数検知部により、第1のギアの回転数を検知することができる。 The power transmission mechanism according to aspect 3 of the present invention may further include a rotational speed detection unit (rotational angle sensor 30) that detects the rotational speed of the first gear in the above aspect 1 or 2. According to the said structure, the rotation speed detection part can detect the rotation speed of a 1st gear.
本発明の態様4に係るロボットは、上記態様1〜3の何れかの動力伝達機構が所定の関節に設けられていることが好ましい。上記構成によれば、出力軸の回転角度誤差を低減させることができるロボットを実現できる。 In the robot according to the aspect 4 of the present invention, it is preferable that the power transmission mechanism according to any one of the aspects 1 to 3 is provided at a predetermined joint. According to the above configuration, a robot capable of reducing the rotation angle error of the output shaft can be realized.
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
13 首部関節
14 前脚第1関節
15 後脚第1関節
22 前脚第2関節(関節部分)
26 駆動モータ
26a ピニオンギア(第1のギア)
27a ギア(中間ギア)
27b ギア(中間ギア)
27c ギア(第2のギア)
28 回転角度センサ(回転角度検知部)
29 出力軸
30 回転角度センサ(回転数検知部)
32 後脚第2関節
271a 入力側歯車
272a 出力側歯車
271b 入力側歯車
272b 出力側歯車
13 Neck joint 14 First leg first joint 15 Rear leg first joint 22 Front leg second joint (joint part)
26
27a Gear (intermediate gear)
27b Gear (intermediate gear)
27c Gear (second gear)
28 Rotation angle sensor (Rotation angle detector)
29
32 Rear leg second joint 271a
Claims (4)
上記駆動モータの回転軸に連結された第1のギアと、
上記出力軸に連結された、上記第1のギアよりも歯数が多く、上記第1のギアと直接または中間ギアを介して連動して回転する第2のギアと、を備え、
上記第1のギアの回転角度を検知する回転角度検知部をさらに備えることを特徴とする動力伝達機構。 A power transmission mechanism for controlling the rotation of the output shaft by transmission of power from the drive motor,
A first gear coupled to the rotating shaft of the drive motor;
A second gear connected to the output shaft and having a larger number of teeth than the first gear and rotating in conjunction with the first gear directly or via an intermediate gear;
A power transmission mechanism, further comprising a rotation angle detector that detects a rotation angle of the first gear.
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