JP2019147243A - エフェクタ、機械アーム及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】エフェクタの軸方向における長さが小さくなり、扁平化して体積も小さくなる、エフェクタ、機械アーム及びロボットを提供する。【解決手段】ハウジング２１１、モータロータ２１２、及びモータステータ２１３を含み、上記モータロータが上記ハウジングに固定され、上記モータステータが上記ハウジングに回動接続され、上記モータロータが上記モータステータに覆われるモータと、上記モータステータに固定される位置エンコーダと、上記モータステータに接続され、上記モータステータから出力される動力を受けて上記動力の回転数を減速処理してから出力する減速機２３と、上記ハウジングに固定され、上記モータに電気的に接続されるモータドライバ２４とを備えるエフェクタ。【選択図】図２

Description

本発明はロボット技術分野に関し、特にエフェクタ、機械アーム及びロボットに関する。

ロボットは人、犬などの生体の動作を模倣することによって、掴みや搬送などの煩雑な操作を実現する機械設備である。ロボットは、人などの他の生体のような筋肉疲労という現象を有しないため、長期間に高強度で働くことができ、工業生産に非常に好適である。

工業生産において、工業生産の働き場所はそのスペースが通常は比較的大きいため、ロボットの体積に対する要求は極めて低いが、それより、ロボット機能の実現がもっと重視される。商業適用分野において、例えば、レストランサービス、病院サービスなどでは、商業場所のスペースは極めて珍しいため、体積が大き過ぎるロボットは多過ぎる面積を占めるようになる。ロボットにおいて、機械アームはその働きの重要な部材であるが、また、機械アームにおいて、エフェクタはその鍵になる部材である。そして、エフェクタはモータ、モータドライバ、減速機などを含むが、工業生産に適用されるロボットのエフェクタについては、そのモータ、モータドライバ、減速機はいずれも分けて設計され、また、モータとしてはインナーステータモータが採用され、エフェクタの軸方向における長さが非常に大きいため、モータの軸方向における長さはとても長くなり、更にロボット全体の小型化に影響し、商業適用技術分野に好適でないようになる。そのため、商業適用技術分野に対応するようにエフェクタを改良する必要がある。

従来技術の上記した欠点に対して、本発明の実施例の主な目的はエフェクタ、機械アーム及びロボットを提供し、エフェクタ一体化デザインを実現し、また、エフェクタの軸方向における長さがとても小さくなり、扁平化して体積がもっと小さくなる。

本発明は上記した技術課題を解決するために、採用される技術手段の一つとしては、ハウジング、モータロータ及びモータステータを含み、上記モータロータが上記ハウジングに固定され、上記モータステータが上記ハウジングに回動接続され、上記モータロータが上記モータステータに覆われるモータと、上記モータステータに固定される位置エンコーダと、上記モータステータに接続され、上記モータステータから出力される動力を受けて上記動力の回転数を減速処理してから出力する減速機と、上記ハウジングに固定され、上記モータに電気的に接続されるモータドライバとを備えるエフェクタを提供した。

好ましくは、上記ハウジングはフロントケースとリアカバーを含み、上記フロントケースには回動溝と駆動溝が設けられ、上記モータロータとモータステータはいずれも上記回動溝内に位置し、上記モータドライバは上記駆動溝内に位置し、上記リアカバーは上記駆動溝を閉じるために、上記駆動溝の溝口を覆いて設けられる。

好ましくは、上記ハウジングは上記回動溝の溝底から上記回動溝内へスリーブ接続部が延在され、上記モータロータはスリーブとして上記スリーブ接続部に接続され、上記モータステータは上記スリーブ接続部に回動接続されると共に、上記電子ロータを覆う。

好ましくは、上記モータロータは骨格と巻線を含み、上記骨格にはスリーブ接続口及びスリーブ接続口を取り囲む若干の歯溝が設けられ、上記巻線は若干の歯溝に巻き設けられ、上記スリーブ接続部は上記スリーブ接続口内に挿入して接続される。

好ましくは、上記巻線はエナメル線による耐高温コイルである。

好ましくは、上記モータドライバは外接インタフェース、外接インタフェース板、及び駆動板を含み、上記駆動板は外接インタフェース板に重なり、外接インタフェースに電気的に接続されると共に、上記モータロータに電気的に接続され、上記外接インタフェースは上記外接インタフェース板における上記駆動板から乖離される面に設けられる。

好ましくは、上記減速機は一段の内歯リングギア、一段の太陽歯車、一段の遊星歯車、及び一段の出力旋回輪を含み、上記一段の遊星歯車は上記一段の出力旋回輪の一方の面に設けられると共に、上記一段の出力旋回輪に対して回動可能であり、上記一段の内歯リングギアは一段の太陽歯車と一段の遊星歯車を内に取り囲み、上記一段の遊星歯車はそれぞれ上記一段の太陽歯車と一段の内歯リングギアに噛み合い、上記一段の太陽歯車には更に一段の駆動軸が延在され、上記一段の駆動軸は上記モータステータに固定される。

好ましくは、上記減速機は更に第１のリングと第２のリングを含み、上記第１のリングは上記一段の内歯リングギアに固定され、上記第２のリングは上記第１のリングに固定され、上記第１のリングと第２のリングはいずれも上記一段の出力旋回輪を取り囲む。

好ましくは、上記減速機は更に若干の第１のビーズを含み、上記第２のリングの内壁には第１の環溝が設けられ、上記一段の出力旋回輪の外壁には第２の環溝が設けられ、上記第１の環溝と第２の環溝は共に合わせて第１の環形通路を形成し、上記第１のビーズは上記第１の環形通路内に収容されると共に、上記第１の環形通路に回動可能である。

好ましくは、上記第１の環形通路はその断面形状が菱形であり、上記第１のビーズは上記第１の環形通路の内面の４つの点に接する。

好ましくは、上記減速機は二段の内歯リングギア、二段の太陽歯車、二段の遊星歯車、及び二段の出力旋回輪を含み、上記一段の太陽歯車における一段の駆動軸は上記二段の出力旋回輪の一方の面に固定され、上記二段の遊星歯車は上記二段の出力旋回輪のもう一方の面に設けられると共に、上記二段の出力旋回輪に対して回動可能であり、上記二段の内歯リングギアは内に二段の太陽歯車と二段の遊星歯車を取り囲み、上記二段の遊星歯車はそれぞれ上記二段の太陽歯車と二段の内歯リングギアに噛み合い、上記二段の太陽歯車には更に二段の駆動軸が延在され、二段の駆動軸は上記モータステータに固定される。

好ましくは、上記減速機は更に第３のリングを含み、上記第３のリングは上記二段の内歯リングギアに固定されると共に、二段の内歯リングギアと一段の内歯リングギアとの間に位置し、上記二段の出力旋回輪を取り囲む。

好ましくは、上記減速機は更に若干の第２のビーズを含み、上記第３のリングの内壁には第３の環溝が設けられ、上記二段の出力旋回輪の外壁には第４の環溝が設けられ、上記第３の環溝と第４の環溝は共に合わせて第２の環形通路を形成し、上記第２のビーズは上記第２の環形通路内に収容されると共に、上記第２の環形通路に回動可能である。

好ましくは、上記第２の環形通路はその断面形状が菱形であり、上記第２のビーズは上記第２の環形通路の内面の４つの点に接する。

好ましくは、上記減速機は駆動歯車、デュアル伝動歯車、従動歯車、ベース、及び三段の出力旋回輪を含み、上記ベースの一方の面には収容穴が設けられ、上記駆動歯車は上記収容穴内に収容されると共に、上記収容穴に対して回動可能であり、上記デュアル伝動歯車、従動歯車はいずれも上記ベースのもう一方の面に設けられると共に、いずれも上記ベースに対して回動可能であり、上記デュアル伝動歯車は同軸に固定される第１の伝動歯車と第２の伝動歯車を含み、上記第１の伝動歯車は上記駆動歯車に噛み合い、上記第２の伝動歯車は上記従動歯車に噛み合い、上記従動歯車は上記三段の出力旋回輪が回動するように駆動するために、上記三段の出力旋回輪に接続される。

好ましくは、上記三段の出力旋回輪の一方の面には歯溝が設けられ、上記従動歯車はデュアル歯車であり、上記デュアル歯車の一方の歯車は上記第２の伝動歯車に噛み合い、もう一方の歯車は上記歯溝に収容されると共に、上記歯溝に噛み合う。

好ましくは、上記減速機は階調波減速機である。

本発明の実施例は上記した技術課題を解決するために、採用される技術手段の一つとしては、上記したエフェクタを備える機械アームを提供した。

本発明の実施例は上記した技術課題を解決するために、採用される技術手段の一つとしては、上記した機械アームを備えるロボットを提供した。

本発明の実施例は従来技術の場合に比べ、以下の有利な効果がある。本発明の実施例では、エフェクタはモータと、位置エンコーダと、減速機と、モータドライバとを備え、モータがハウジング、モータロータ、及びモータステータを含み、モータロータがハウジングに固定され、モータステータがハウジングに回動接続され、上記モータロータがモータステータに覆われることによって、モータステータの外部化を実現し、モータの軸方向における長さの低減に寄与し、モータの偏平化デザインを実現する。モータドライバが上記ハウジングに固定されると共に、モータに電気的に接続され、位置エンコーダがモータステータに固定され、減速機がモータステータに接続されることによって、エフェクタの一体化デザインが実現され、また、構造がコンパクトで体積が小さく、トルク密度が大きくて出力トルクが大きく、速度が適宜で、取り付けが簡単で制御し易く、制御精度が高く、エンコーダと感力を組み合わせることによって負荷に対する知能検知を実現し、衝撃を緩和することができる。

以下、本発明の具体的な実施例又は従来技術における技術手段を更に明らかに説明するために、具体的な実施例又は従来技術の記載に利用必要である添付図面を簡単に紹介する。全ての添付図面において、一般的に類似な添付図面の符号で類似な素子又は部分を表す。添付図面において、各の素子又は部分は必ずしも実際なスケールに従って描くことができるわけではない。

図１は本発明に係るエフェクタの実施例の１つの分解図である。 図２は本発明に係るエフェクタの実施例のもう１つの分解図である。 図３は本発明に係るエフェクタの実施例の斜視図である。 図４は図３におけるＤ−Ｄ方向の断面図である。 図５は本発明エフェクタの実施例において減速機に第１のビーズが設けられる模式図である。 図６は本発明に係るエフェクタの実施例におけるダブル遊星減速機の分解図である。 図７は本発明に係るエフェクタの実施例におけるスパーギア減速機の斜視図である。 図８は本発明に係るエフェクタの実施例におけるスパーギア減速機の１つの視覚での分解図である。 図９は本発明に係るエフェクタの実施例におけるスパーギア減速機のもう１つの視覚での分解図である。 図１０は本発明に係るエフェクタの実施例においてエフェクタが腰回しエフェクタとしての模式図である。 図１１は本発明に係るエフェクタの実施例においてエフェクタが屈みエフェクタとしての模式図である。 図１２は本発明に係るエフェクタの実施例においてエフェクタが首振りエフェクタとしての模式図である。 図１３は本発明に係るエフェクタの実施例においてエフェクタが腕エフェクタとしての模式図である。 図１４は本発明に係るエフェクタの実施例においてエフェクタが肘エフェクタとしての模式図である。 図１５は本発明に係るエフェクタの実施例においてエフェクタがキャスターホイールエフェクタとしての模式図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の技術手段の実施例を詳細に記載する。以下の実施例は、ただ本発明の技術手段を更に明らかに説明するためのものであるため、例としてのものだけであり、これによって本発明の保護範囲を制限することはできない。

注意されるべきであるように、特に説明しない限り、本願に用いられる技術用語又は科学用語は、当業者が理解する通常な意味である。

図１を参照し、エフェクタ２０はモータ２１と、位置エンコーダ２２と、減速機２３と、モータドライバ２４とを備え、モータドライバ２４はモータ２１に接続され、モータ２１が回動するように駆動するためのものであり、位置エンコーダ２２はモータ２１に設けられ、モータ２１のモータステータの位置を検出するためのものであり、減速機２３は、上記モータ２１のモータステータに接続され、モータステータから出力される動力を受けて動力の回転数を減速処理してから出力するためのものである。

上記モータドライバ２４については、図２〜図４に示すように、モータドライバ２４は外接インタフェース２４１、外接インタフェース板２４２、及び駆動板２４３を含み、駆動板２４３は外接インタフェース板２４２に重なり、外接インタフェース２４１に電気的に接続されると共に、モータロータと位置エンコーダ２２に接続され、簡単に言えば、駆動板２４３は位置エンコーダ２２とモータ２１に接続されて駆動するＰＣＢ板である。外接インタフェース２４１は、外接インタフェース板２４２における駆動板２４３から乖離される面に接続され、外部から入力される電源と制御信号を受け、制御信号に基づいてモータ２１へ電源を伝送し、モータ２１が回動するように駆動するためのものである。一部の実施例において、外接インタフェース２４１の数は２つであってもよく、その１つにより電源と制御信号を受け、もう１つにより外へ電源と制御信号を伝送し、このようにして、複数のエフェクタ２０がある場合、直接的に複数のエフェクタ２０を直列接続することができ、特に、ロボットのアームと足部において、アームと足部の関節はいずれもエフェクタ２０からなり、同一のアーム又は足部の関節が直列に配布され、同一のアーム又は足部にあるエフェクタ２０を直接的に直列接続することによって、エフェクタ２０の並列接続によるワイヤリング手間を大幅に低減できる。複数のエフェクタ２０の直列接続によれば、複数のエフェクタ２０による共通バスも実現され、１つのエフェクタ２０に生じたエネルギーを他のエフェクタ２０に回収して利用することは実現できる。

理解できるように、もう一部の実施例において、外接インタフェース２４１の数は他の数、例えば３つ、４つ、５つなどであってもよく、エフェクタ２０の直列接続を実現するために、外接インタフェース板２４２は、直列接続プロトコル、例えばコントローラエリアネットワーク(Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ)プロトコルをサポートする。なお、外接インタフェース板２４２と駆動板２４３は１つの回路板に集積されてもよく、そして、回路板の一方の面には外接インタフェース板２４２の機能が設けられ、回路板のもう一方の面には駆動板２４３の機能が設けられる。

上記モータ２１については、再び図２〜図４を参照し、モータ２１はハウジング２１１、モータロータ２１２、モータステータ２１３、及び軸受（図示せず）を含む。ハウジング２１１はフロントケース２１１１とリアカバー２１１２を含み、フロントケース２１１１には回動溝２１１３と駆動溝（図示せず）が設けられ、ハウジング２１１は回動溝２１１３の溝底から回動溝２１１３内へスリーブ接続部２１１４が延在され、スリーブ接続部２１１４における回動溝２１１３の溝底から離れる端の端部には軸溝（図示せず）が設けられ、軸受は軸溝内に固定される。一部の実施例において、回動溝２１１３と駆動溝はそれぞれフロントケース２１１１の２つの対向する端部、例えばフロントケース２１１１の前端と後端に、フロントケース２１１１の左端と右端などに位置し、それらの溝口が反対する方向へ向く。もちろん、もう一部の実施例において、回動溝２１１３と駆動溝の位置は他の方式で設けられてもよく、例えば、回動溝２１１３がフロントケース２１１１の前端、駆動溝がフロントケース２１１１の側壁に位置し、それらの溝口の向きは垂直である。駆動溝はモータドライバ２４を収容するためのものであり、リアカバー２１１２は駆動溝を覆って設けられ、駆動溝を閉じてモータドライバ２４をハウジング２１１内に閉じ込むためのものである。更に、一部の実施例において、図３に示すように、駆動溝の側壁には更に駆動ノッチ２１１５が設けられてもよく、モータドライバ２４を駆動溝に収容した場合、外接インタフェース２４１を駆動ノッチ２１１５に収容することによって、外接インタフェース２４１が露呈するように実現し、リアカバー２１１２でフロントケース２１１１をカバーした場合、フロントケース２１１１とリアカバー２１１２によって共同にして外接インタフェース２４１を挟持固定するようになる。

理解できるように、もう一部の実施例において、外接インタフェース板２４２をリアカバー２１１２に固定して外接インタフェース板２４２とリアカバー２１１２を一体にしてもよい。

上記モータロータ２１２については、図２を参照し、モータロータ２１２は回動溝２１１３内に位置し、骨格２１２１と巻線２１２２を含む。骨格２１２１にはスリーブ接続口及びスリーブ接続口を取り囲む若干の歯溝（図示せず）が設けられ、巻線２１２２は若干の歯溝に巻き設けられ、骨格２１２１はスリーブ接続口によってスリーブとしてスリーブ接続部２１１４に接続して固定される。一部の実施例において、骨格２１２１とハウジング２１１はいずれも熱伝導性能を有する材料を選択・使用して作製されてもよく、このようにして、巻線２１２２が働く時に生じる熱量は骨格２１２１を通してハウジング２１１に伝え、そしてハウジング２１１からリアカバー２１１２へ伝え、ハウジング２１１とリアカバー２１１２共同で放熱し、エフェクタ２０の放熱効果を向上させる。好ましくは、巻線２１２２はエナメル線による耐高温コイルであり、骨格２１２１の材料はシリコンの硬質シートである。

一部の実施例において、モータロータ２１２とスリーブ接続部２１１４との間の熱伝導の伝導効果を向上させるために、エフェクタ２０は更に、上記骨格２１２１と上記スリーブ接続部２１１４との間に設けられる熱伝導ゲル（図示せず）を含んでもよく、骨格２１２１とスリーブ接続部２１１４との間は熱伝導ゲルによって熱伝導するようになる。もちろん、フロントケース２１１１に接する、骨格２１２１以外の部分は、その熱伝導の伝導効果を高めるように、熱伝導ゲルによって熱伝導してもよい。

上記モータステータ２１３については、モータステータ２１３はステータケース（図示せず）、回動軸（図示せず）、及び磁気素子（図示せず）を含み、ステータケースには開口溝（図示せず）が設けられ、磁気素子は開口溝の側壁に固定され、回動軸は開口溝の底部に固定され、好ましくは、回動軸が開口溝の底部の中心に固定される。回動軸はスリーブとしての軸受内に接続され、モータステータ２１３とフロントケース２１１１との間の回動接続を実現し、ステータケースはモータロータ２１２を覆い、磁気素子はモータロータ２１２を取り囲み、これで、モータロータ２１２は磁気素子の磁界にあるようになり、モータ２１は扁平のブラシレスアウターステータモータとして形成され、また、モータ２１は扁平デザインを呈し、モータ２１の軸方向における高さが大幅に低減され、そして、モータステータ２１３は外にあり、磁気トルク半径が大きいためトルク密度が高い。モータ２１の扁平デザインは空軸に好適であり、大外径のためより大きいコードディスクを利用でき、このようにして、位置エンコーダ２２の分解能がもっと高く、モータ２１のオーバーロード能力がもっと強くなる。

上記位置エンコーダ２２については、位置エンコーダ２２は回動軸に固定される。

一部の実施例において、フロントケース２１１１、リアカバー２１１２はいずれも熱伝導性能を有する金属材料、例えば銅、鉄、アルミなどを選択・利用して作製されてもよく、ステータケースは金属材料を選択・利用して作製されてもよく、金属材料は電磁シールド機能を有し、モータドライバ２４、位置エンコーダ２２、モータロータ２１２、モータステータ２１３をいずれもリアカバー２１１２、フロントケース２１１１とステータケースとの間に形成されるスペース内に閉じ込むことは、モータドライバ２４、位置エンコーダ２２、モータロータ２１２、モータステータ２１３に対する電磁シールドに寄与し、外部電磁干渉が入り込まなくて内部の電磁も出なくないようになり、エフェクタ２０の干渉抵抗能が強いようになり、また、外部の電気機器に干渉しない。

上記減速機２３については、減速機２３はモータ２１に接続されるため、回動溝２１１３と駆動溝がそれぞれフロントケース２１１１の右端と左端にある場合、減速機２３とモータドライバ２４がそれぞれフロントケース２１１１の右端と左端に位置するようになり、簡単に言えば、上記ハウジング２１１の左端と右端には、それぞれモータドライバ２４と減速機２３が接続される。

一部の実施例において、減速機２３は遊星減速機であることが好ましい。具体的には、再び図２と図３を参照し、遊星減速機は一段の内歯リングギア２３１、一段の太陽歯車２３２、一段の遊星歯車２３３、及び一段の出力旋回輪２３４を含み、一段の出力旋回輪２３４の一方の面には一段の回動柱が設けられ、一段の遊星歯車２３３がもう１つ軸受によってスリーブとして一段の回動柱に接続され、このようにして、一段の遊星歯車２３３が上記一段の出力旋回輪２３４の一方の面に設けられると共に、一段の出力旋回輪２３４に回動可能であるように実現する。また、一段の内歯リングギア２３１は、環形具と環形具の内側壁に設けられる歯リングからなってもよく、上記一段の内歯リングギア２３１は一段の太陽歯車２３２と一段の遊星歯車２３３を内に取り囲み、また、上記一段の遊星歯車２３３はそれぞれ上記一段の太陽歯車２３２と一段の内歯リングギア２３１に噛み合い、上記一段の太陽歯車２３２には一段の駆動軸が延在され、上記一段の駆動軸は上記モータステータ２１３に固定される。モータステータ２１３は一段の太陽歯車２３２が回動するように駆動し、一段の太陽歯車２３２は、一段の太陽歯車２３２と一段の内歯リングギア２３１との間に一段の遊星歯車２３３を連れて動かせ、一段の遊星歯車２３３は一段の太陽歯車２３２を取り囲んで回動し、一段の出力旋回輪２３４を連れて回動させるように実現し、一段の出力旋回輪２３４は、動力に接続する必要がある機械部材に接続され、この機械部材へ動力を出力するように実現し、例えば、機械アームの関節として機械アームの回動を実現する。好ましくは、一段の遊星歯車２３３の数は３つであってもよく、３つの一段の遊星歯車２３３は均一の間隔を開けて設けられると共に、それぞれ一段の太陽歯車２３２と一段の内歯リングギア２３１に噛み合う。もちろん、他の実施例において、一段の遊星歯車２３３の数は、他の数、例えば４つ、５つ、６つなどであってもよい。

説明するべきであるように、上記した減速機２３はモータ２１と同軸にして設けられるため、低減速比の同軸減速機と称されてもよい。一段の出力旋回輪２３４は更にフランジ構造が設けられてもよいため、遊星減速機フランジと称されてもよい。なお、エフェクタ２０では、モータ２１、モータドライバ２４と減速機２３が一緒として集積され、このエフェクタ２０は、全直駆フレキシブルロータリープラス低減速比同軸減速機という仕組みを採用する、一体化準直駆感力フレキシブル回転駆動エフェクタ２０に相当する。具体的に利用する場合、本発明の実施例は、全直駆フレキシブルロータリープラス低減速比同軸減速機という仕組みを採用する、一体化準直駆感力フレキシブル回転駆動エフェクタ２０であり、低減速比同軸減速機には、３つの一段の遊星歯車２３３が１つの一段の太陽歯車２３２を取り囲んで回転する。低コストでフレキシブル制御を実現することは、質量と摩擦による動的影響を低減することによってエフェクタ２０エンドとエフェクタ２０との間の「透明度」を高めることによる。透明度によって、モータから印加された力がエンドエフェクタ２０の力にマッチングすることは許容され、非同位に配置されるセンサを要しない。このようなエフェクタ２０によれば、肢体エンドの力センサの代わりに、印加されたエフェクタ２０トルクとモータエンコーダにより計測された関節スペースの位置シフトに基づいて肢体から出力される力を特定することができる。このような方法によれば、アクチュエータとマッチングされないセンサとの間にモデリングされないモデルによる不安定性を大幅に緩和した。

一段の出力旋回輪２３４は一段の内歯リングギア２３１から突出するため、エフェクタ２０の美観性向上と一段の出力旋回輪２３４の保護という目的で、減速機２３は更に第１のリング２３５と第２のリング２３６を含んでもよく、第１のリング２３５は一段の内歯リングギア２３１に固定され、第２のリング２３６は第１のリング２３５に固定され、第１のリング２３５と第２のリング２３６はいずれも一段の出力旋回輪２３４を取り囲む。一部の実施例において、第２のリング２３６における第１のリング２３５から離れる一方の面は、一段の出力旋回輪２３４の一方の面と面一である。もちろん、第１のリング２３５と第２のリング２３６は、一段の出力旋回輪２３４の回動を影響しないように、いずれも一段の出力旋回輪２３４との間に隙間がある。

更に、一段の出力旋回輪２３４に対する位置制限を実現し、一段の出力旋回輪２３４が第１のリング２３５と第２のリング２３６へ湾曲することを回避するために、図５に示すように、減速機２３は更に若干の第１のビーズ２３７を含んでもよく、第２のリング２３６の内壁には第１の環溝（示せず）が設けられ、一段の出力旋回輪２３４の外壁には第２の環溝（示せず）が設けられ、上記第１の環溝と第２の環溝は共に合わせて第１の環形通路を形成し、上記第１のビーズ２３７は上記第１の環形通路内に収容されると共に、上記第１の環形通路に回動可能である。第２のリング２３６と一段の出力旋回輪２３４との間に第１のビーズ２３７を直接的に設置することによって、第２のリング２３６による一段の出力旋回輪２３４の位置制限を実現し、減速機２３に軸受を追加する必要がなく、元の減速機２３の構造を改良だけで一段の出力旋回輪２３４に対する位置制限を実現し、減速機２３の軸方向における長さを大幅に低減させ、減速機２３の偏平化デザインの確保に寄与する。一段の出力旋回輪２３４と第２のリング２３６との間の摩擦力を低減するために、第１のビーズ２３７の形状はボール形であることが好ましく、一段の出力旋回輪２３４の第２のリング２３６に対する回動に寄与する。

一部の実施例において、減速機２３は同軸ダブル遊星減速機であってもよく、図６に示すように、減速機２３は、上記に記載された一段の遊星構造以外、更に二段の遊星構造を含み、具体的には、当該二段の遊星構造は更に、二段の内歯リングギア２３８、二段の太陽歯車２３９、二段の遊星歯車２４０、及び二段の出力旋回輪９０１を含む。一段の太陽歯車２３２における一段の駆動軸は、上記二段の出力旋回輪９０１の一方の面に固定され、上記二段の遊星歯車２４０は上記二段の出力旋回輪９０１のもう一方の面に設けられると共に、上記二段の出力旋回輪９０１に対して回動可能であり、二段の内歯リングギア２３８は、二段の太陽歯車２３９と二段の遊星歯車２４０を内に取り囲み、上記二段の遊星歯車２４０はそれぞれ上記二段の太陽歯車２３９と二段の内歯リングギア２３８に噛み合い、上記二段の太陽歯車２３９には二段の駆動軸が延在され、二段の駆動軸は上記モータステータ２１３に固定される。モータステータ２１３は二段の駆動軸を連れて回動させ、二段の太陽歯車２３９は、二段の遊星歯車２４０が二段の太陽歯車２３９と二段の内歯リングギア２３８との間に二段の太陽歯車２３９を取り囲んで回動するように駆動し、これで一段の駆動軸を連れで回動させ、一段の駆動軸は一段の太陽歯車２３２が回動するように駆動し、一段の太陽歯車２３２は、一段の遊星歯車２３３が一段の太陽歯車２３２と一段の内歯リングギア２３１との間に一段の太陽歯車２３２を取り囲んで回動するように一段の遊星歯車２３３を連れ、これで一段の遊星歯車２３３が一段の出力旋回輪２３４を連れて回動させるように実現する。好ましくは、二段の遊星歯車２４０の数は３つであってもよく、３つの二段の遊星歯車２４０は均一の間隔を開けて設けられると共に、それぞれ二段の太陽歯車２３９と二段の内歯リングギア２３８に噛み合う。もちろん、他の実施例において、二段の遊星歯車２４０の数は他の数、例えば４つ、５つ、６つなどであってもよい。

説明すべきであるように、同軸ダブル遊星減速機において、一段の太陽歯車における一段の駆動軸は直接的にモータステータ２１３に接続されなく、二段の太陽歯車、二段の遊星歯車２４０、二段の出力旋回輪９０１によってモータステータ２１３に間接的に接続される。

更に、減速機２３は更に第３のリング９０３を含んでもよく、第３のリング９０３は、二段の出力旋回輪９０１を保護すると共に、減速機２３の美観性を向上させ、減速機２３に窪みが現れるという欠点を回避するために、二段の内歯リングギア２３８に固定されると共に、二段の内歯リングギア２３８と一段の内歯リングギア２３１との間に位置し、二段の出力旋回輪９０１を取り囲む。

二段の出力旋回輪９０１に対する位置制限を実現するために、減速機２３は更に若干の第２のビーズ９０２を含み、第３のリング９０３の内壁には第３の環溝（図示せず）が設けられ、上記二段の出力旋回輪９０１の外壁には第４の環溝（図示せず）が設けられ、上記第３の環溝と第４の環溝は共に合わせて第２の環形通路を形成し、上記第２のビーズ９０２は上記第２の環形通路内に収容されると共に、上記第２の環形通路に回動可能である。減速機２３の元の構造を改良することによって二段の出力旋回輪９０１に対する制限を実現し、減速機２３に軸受を追加する必要がなく、減速機２３の軸方向における長さを大幅に低減させ、減速機２３の偏平化デザインの確保に寄与する。好ましくは、第２のビーズ９０２の形状がボール形である。一部の実施例において、上記第２の環形通路はその断面形状が菱形であり、上記第２のビーズ９０２は上記第２の環形通路の内面の４つの点に接する。第１の環形通路はその断面形状が菱形であり、上記第１のビーズ２３７は上記第１の環形通路の内面の４つの点に接する。

更に、減速機は更に油脂隔離ガスケット９０４を含んでもよく、上記油脂隔離ガスケット９０４は、上記二段の太陽歯車２３９と上記二段の内歯リングギア２３８との間の周方向隙間内に設けられ、油脂が減速機内部に入り込むことを防止するためのものである。

一部の実施例において、減速機２３はスパーギア減速機であることが好ましい。図７〜図９に示すように、減速機２３は駆動歯車４１、デュアル伝動歯車４２、従動歯車４３、ベース４４、及び三段の出力旋回輪４５を含む。ベース４４の一方の面には収容穴４４１が設けられ、上記駆動歯車４１は上記収容穴４４１内に収容されると共に、上記収容穴４４１に対して回動可能であり、上記デュアル伝動歯車４２、従動歯車４３はいずれも上記ベース４４のもう一方の面に設けられると共に、いずれも上記ベース４４に対して回動可能であり、上記デュアル伝動歯車４２は同軸に固定される第１の伝動歯車４２１と第２の伝動歯車４２２を含み、上記第１の伝動歯車４２１は上記駆動歯車４１に噛み合い、上記第２の伝動歯車４２２は上記従動歯車４３に噛み合い、上記従動歯車４３は上記三段の出力旋回輪４５に接続され、上記三段の出力旋回輪４５が回動するように駆動し、駆動歯車４１における第１の伝動歯車から離れる端はモータステータ２１３に接続され、モータステータ２１３は駆動歯車４１を連れて回動させ、駆動歯車４１は第１の伝動歯車４２１を連れて回動させ、第１の伝動歯車４２１は第２の伝動歯車４２２を連れて回動させ、第２の伝動歯車４２２は従動歯車４３を連れて回動させ、従動歯車４３は三段の出力旋回輪４５を連れて回動させる。好ましくは、デュアル伝動歯車４２を調整することによって減速機２３の減速比を調整することを実現するように、上記第１の伝動歯車４２１と第２の伝動歯車４２２の面積は互いに異なってもよい。

従動歯車４３と三段の出力旋回輪４５との間の接続の接続方式は?合接続であってもよく、例えば、三段の出力旋回輪４５の一方の面には歯溝４５１が設けられ、上記従動歯車４３はデュアル歯車であり、上記デュアル歯車の一方の歯車は上記第２の伝動歯車４２２に噛み合い、もう一方の歯車は上記歯溝４５１に収容されると共に、上記歯溝４５１に噛み合うことによって、三段の出力旋回輪４５と従動歯車４３との接続が実現される。もちろん、従動歯車４３と三段の出力旋回輪４５との間は上記に記載された接続方式に制限されなく、他の接続方式、例えば、従動歯車４３と三段の出力旋回輪４５との間の溶接固定、係合固定、ネジ固定などであってもよい。

一部の実施例において、上記減速機２３は階調波減速機である。

説明するべきであるように、減速機２３は上記に記載されたいくつかの減速機に制限されなく、他の構造の減速機であってもよく、ここでは余計に記述しない。

説明するべきであるように、エフェクタ２０の具体的な外形構造は、エフェクタ２０の具体的な適用環境に応じて適応的に調整されてもよく、例えば、以下の通りである。

図１０に示すように、エフェクタ２０は腰回しエフェクタであり、ロボットの腰関節に適用されて腰回し動作を実行し、エフェクタ２０の減速機２３としては階調波減速機が採用されてもよく、エフェクタ２０のフロントケース２１１１は円形を呈し、リアカバー２１１２に近づく側から離れる側にかけて次第に縮小してもよい。

図１１に示すように、エフェクタ２０は腰屈みエフェクタであり、ロボットの腰関節に適用されて腰屈み動作を実行し、エフェクタ２０の減速機２３としては階調波減速機が採用されてもよく、また、階調波減速の一段の出力旋回輪２３４には、他のエフェクタ又はロボットの骨格に接続されるための突出台２３４１が設けられる。なお、エフェクタ２０のフロントケース２１１１は二階式のデザインを成し、そして、リアカバー２１１２に近づく階は扁平状を呈し、リアカバー２１１２から離れる階は円環形を呈する。

図１２に示すように、エフェクタ２０は首振りエフェクタとして、ロボットの頭関節に適用されて首振り動作を実行し、エフェクタ２０の減速機２３としては遊星減速機が採用されてもよく、遊星減速機のハウジングは円弧部と角形部からなる。モータドライバ２４の回路板は２つに分けてもよく、それぞれは第１の回路板２４ａと第２の回路板２４ｂであり、そして、第１の回路板２４ａはフロントケース２１１１とリアカバー２１１２との間に設けられ、第２の回路板２４ｂはフロントケース２１１１とリアカバー２１１２の側壁に設けられ、フロントケース２１１１とリアカバー２１１２との間のスペースを十分に利用し、フロントケース２１１１のもう一方の側には更に孤形溝２１１１ａが設けられ、エフェクタ２０の、ロボットの円形部材へ固定が便利になる。

図１３に示すように、エフェクタ２０は腕エフェクタであり、ロボットの腕関節に適用されて腕回し動作を実行し、エフェクタ２０の減速機２３としてはバイポーラ遊星減速機が採用されてもよく、バイポーラ遊星減速機のハウジングは円弧部と角形部からなる。モータドライバ２４の回路板は２つに分けてもよく、それぞれは第３の回路板２４ｃと第４の回路板２４ｄであり、そして、第３の回路板２４ｃはフロントケース２１１１とリアカバー２１１２との間に設けられ、第４の回路板２４ｄはフロントケース２１１１とリアカバー２１１２の側壁に設けられ、フロントケース２１１１とリアカバー２１１２との間のスペースを十分に利用する。

図１４に示すように、エフェクタは肘エフェクタであり、ロボットの肘関節に適用されて肘回し動作を実行し、エフェクタ２０の減速機２３としてはバイポーラ遊星減速機が採用されてもよく、バイポーラ遊星減速機のハウジングは円弧部と角形部からなる。モータドライバ２４の回路板は二つに分けてもよく、それぞれは第５の回路板２４ｅと第６の回路板２４ｆであり、そして、第５の回路板２４ｅはフロントケース２１１１とリアカバー２１１２との間に設けられ、第６の回路板２４ｆはフロントケース２１１１とリアカバー２１１２の側壁に設けられ、フロントケース２１１１とリアカバー２１１２との間のスペースを十分に利用する。リアカバー２１１２は２つの部分からなってもよく、それぞれは第１のリアカバー２１１２ａと第２のリアカバー２１１２ｂであり、第１のリアカバー２１１２ａと第２のリアカバー２１１２ｂは互いに固定される。

図１５に示すように、エフェクタ２０はキャスターホイールエフェクタであり、ロボットのキャスターホイールが回動するように駆動し、エフェクタ２０の減速機としてはバイポーラ遊星減速機が採用されてもよく、バイポーラ遊星減速機の外形はいずれも円形であり、エフェクタのフロントケース２１１１の形状も円形である。

本発明の実施例において、エフェクタ２０はモータ２１と、位置エンコーダ２２と、減速機２３、モータドライバ２４とを備え、モータ２１がハウジング２１１、モータロータ２１２、及びモータステータ２１３を含み、モータロータ２１２がハウジング２１１に固定され、モータステータ２１３がハウジング２１１に回動接続され、上記モータロータ２１２がモータステータ２１３に覆われることによって、モータステータ２１３の外部化を実現し、モータ２１の軸方向における長さの低減に寄与し、モータ２１の偏平化デザインを実現する。また、モータドライバ２４が上記ハウジング２１１に固定されると共に、モータ２１に電気的に接続され、位置エンコーダ２２がモータステータ２１３に固定され、減速機２３がモータステータ２１３に接続されることによって、エフェクタ２０の一体化デザインを実現し、構造がコンパクトで体積が小さく、トルク密度が大きくて出力トルクが大きく、速度が適宜で、取り付けが簡単で制御し易く、制御精度が高く、エンコーダと感力の組み合わせによって負荷に対する知能検知を実現し、衝撃を緩和することができる。

以下、本発明をより一層理解し易いように、再び本発明の有利な効果を挙げて説明する。
１）準直駆フレキシブル回転エフェクタ２０と低減速比同軸減速機を採用してフレキシブル制御を実現し、コストが低い。
２）モータドライバ２４、位置エンコーダ２２、モータ２１と減速機２３が一緒として集積され、全体の体積が小さく、取り付け・使用が便利で、スペースに対する要求がより厳しい場合にも適応できる。
３）フレキシブル機構によってロボットの環境に対する適応性を高めてロボットの適用分野を広げることができ、フレキシブル機構の歪み量を計測することによってリアルタイムのトルクを取得し、このようにして、フレキシブル制御などの高級制御アルゴリズムが可能になり、従来のロボット関節、オートメーション設備における回転テーブル、回転シリンダー、ステップモータ、サーボモータ、直駆モータなどの回転実行機構をより良く取って代わることができる。
４）モータステータ２１３はアウターであり、磁気トルク半径が大きいためトルク密度が高い。扁平のデザインは空軸に好適であり、大外径のためより大きいコードディスクを利用でき、このようにして、エンコーダ分解能がもっと高く、モータオーバーロード能力が強くなる。
５）本発明のエフェクタ２０は、他のエフェクタ２０とバスを共有し、１つのエフェクタ２０に生じたエネルギーを他のエフェクタ２０に回収して利用することができる。
６）本発明のモータ、モータドライバ２４と位置エンコーダ２２はいずれもハウジング２１１内に集積されるが、ハウジング２１１としては金属ハウジングを選択・利用し、金属ハウジングによって全被覆して電磁シールド層を形成し、外部電磁干渉が入り込まなくて内部電磁も出なくないようになる。そのため、干渉抵抗能力が強くて、外部の電気機器に干渉しない。
７）本発明は、インパクト能力が強く、割れ易い伝動部材の使用寿命を改良し、かさばって重い構造デザインを低減し、動的計算の煩雑な程度を緩和し、物理的ネジばね、剛性調節機構と力・トルクセンサに対する需要を解消し、接触力をフィードバックしなくて高バンドワイズ力制御を実現する。
８）本発明のモータは扁平化デザインを採用し、軸方向・径方向のネジ力に対する抵抗が強い。
９）本発明のエフェクタ２０はその精度が高くて速度が速い。

また、本発明は、上記したエフェクタ２０を備える機械アームの実施例を提供し、エフェクタ２０の具体的な構造と機能については、上記実施例を参照でき、ここでは余計に記述しない。

また、本発明は、上記した機械アームを備えるロボットの実施例を提供し、機械アームの具体的な構造と機能については、上記実施例を参照でき、ここでは余計に記述しない。

最後に説明するが、以上の各実施例はただ本発明の技術手段を説明するためのものであり、これを制限することはない。上記した各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとっては理解するべきであるように、依然として上記した各実施例に記載される技術手段を変更し、又はその一部或いは全部の部技術特徴を同等に置き換えることができる。これらの変更又は置き換えは、対応する技術手段の本質を本発明の各実施例の技術手段の範囲から離脱させることなく、いずれも本発明の請求項と明細書の範囲に含まれる。特に、各実施例に言及された各項の技術特徴は、いずれも構造が矛盾しない限り、いずれの方式で組み合わせてもよい。本発明は、上記に開示された所定の実施例に制限されなく、請求の範囲に収める全ての技術手段を含む。

Claims (19)

1. ハウジング、モータロータ及びモータステータを含み、前記モータロータが前記ハウジングに固定され、前記モータステータが前記ハウジングに回動接続され、前記モータロータが前記モータステータに覆われるモータと、
   前記モータステータに固定される位置エンコーダと、
   前記モータステータに接続され、前記モータステータから出力される動力を受けて前記動力の回転数を減速処理してから出力する減速機と、
   前記ハウジングに固定され、前記モータに電気的に接続されるモータドライバと、
   を備えることを特徴とするエフェクタ。
2. 前記ハウジングは、フロントケースとリアカバーを含み、
   前記フロントケースには回動溝と駆動溝が設けられ、前記モータロータとモータステータはいずれも前記回動溝内に位置し、前記モータドライバは前記駆動溝内に位置し、前記リアカバーは、前記駆動溝を閉じるために、前記駆動溝の溝口を覆って設けられることを特徴とする請求項１に記載のエフェクタ。
3. 前記ハウジングは前記回動溝の溝底から前記回動溝内へスリーブ接続部が延在され、前記モータロータはスリーブとして前記スリーブ接続部に接続され、前記モータステータは前記スリーブ接続部に回動接続されると共に、前記電子ロータを覆うことを特徴とする請求項２に記載のエフェクタ。
4. 前記モータロータは骨格と巻線を含み、前記骨格にはスリーブ接続口及びスリーブ接続口を取り囲む若干の歯溝が設けられ、前記巻線は若干の歯溝に巻き設けられ、前記スリーブ接続部は前記スリーブ接続口内に挿入して接続されることを特徴とする請求項３に記載のエフェクタ。
5. 前記巻線はエナメル線による耐高温コイルであることを特徴とする請求項４に記載のエフェクタ。
6. 前記モータドライバは外接インタフェース、外接インタフェース板、及び駆動板を含み、前記駆動板は外接インタフェース板に重ね、外接インタフェースに電気的に接続されると共に、前記モータロータに電気的に接続され、前記外接インタフェースは前記外接インタフェース板における前記駆動板から乖離される面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のエフェクタ。
7. 前記減速機は一段の内歯リングギア、一段の太陽歯車、一段の遊星歯車、及び一段の出力旋回輪を含み、前記一段の遊星歯車は前記一段の出力旋回輪の一方の面に設けられると共に、前記一段の出力旋回輪に対して回動可能であり、前記一段の内歯リングギアは一段の太陽歯車と一段の遊星歯車を内に取り囲み、前記一段の遊星歯車はそれぞれ前記一段の太陽歯車と一段の内歯リングギアに噛み合い、前記一段の太陽歯車には一段の駆動軸が延在され、前記一段の駆動軸は前記モータステータに固定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のエフェクタ。
8. 前記減速機は更に第１のリングと第２のリングを含み、
   前記第１のリングは前記一段の内歯リングギアに固定され、前記第２のリングは前記第１のリングに固定され、前記第１のリングと第２のリングはいずれも前記一段の出力旋回輪を取り囲むことを特徴とする請求項７に記載のエフェクタ。
9. 前記減速機は更に若干の第１のビーズを含み、
   前記第２のリングの内壁には第１の環溝が設けられ、前記一段の出力旋回輪の外壁には第２の環溝が設けられ、前記第１の環溝と第２の環溝は共に合わせて第１の環形通路を形成し、前記第１のビーズは前記第１の環形通路内に収容されると共に、前記第１の環形通路に回動可能であることを特徴とする請求項８に記載のエフェクタ。
10. 前記第１の環形通路はその断面形状が菱形であり、前記第１のビーズは前記第１の環形通路の内面の４つの点に接することを特徴とする請求項９に記載のエフェクタ。
11. 前記減速機は二段の内歯リングギア、二段の太陽歯車、二段の遊星歯車、及び二段の出力旋回輪を含み、
    前記一段の太陽歯車における一段の駆動軸は前記二段の出力旋回輪の一方の面に固定され、前記二段の遊星歯車は前記二段の出力旋回輪のもう一方の面に設けられると共に、前記二段の出力旋回輪に対して回動可能であり、前記二段の内歯リングギアは二段の太陽歯車と二段の遊星歯車を内に取り囲み、前記二段の遊星歯車はそれぞれ前記二段の太陽歯車と二段の内歯リングギアに噛み合い、前記二段の太陽歯車には更に二段の駆動軸が延在され、二段の駆動軸は前記モータステータに固定されることを特徴とする請求項８に記載のエフェクタ。
12. 前記減速機は更に、第３のリングを含み、
    前記第３のリングは前記二段の内歯リングギアに固定されると共に、二段の内歯リングギアと一段の内歯リングギアとの間に位置し、前記二段の出力旋回輪を取り囲むことを特徴とする請求項１１に記載のエフェクタ。
13. 前記減速機は更に若干の第２のビーズを含み、
    前記第３のリングの内壁には第３の環溝が設けられ、前記二段の出力旋回輪の外壁には第４の環溝が設けられ、前記第３の環溝と第４の環溝は共に合わせて第２の環形通路を形成し、前記第２のビーズは前記第２の環形通路内に収容されると共に、前記第２の環形通路に回動可能であることを特徴とする請求項１２に記載のエフェクタ。
14. 前記第２の環形通路はその断面形状が菱形であり、前記第２のビーズは前記第２の環形通路の内面の４つの点に接することを特徴とする請求項１３に記載のエフェクタ。
15. 前記減速機は駆動歯車、デュアル伝動歯車、従動歯車、ベース、及び三段の出力旋回輪を含み、
    前記ベースの一方の面には収容穴が設けられ、前記駆動歯車は前記収容穴内に収容されると共に、前記収容穴に対して回動可能であり、前記デュアル伝動歯車、従動歯車はいずれも前記ベースのもう一方の面に設けられると共に、いずれも前記ベースに対して回動可能であり、前記デュアル伝動歯車は同軸に固定される第１の伝動歯車と第２の伝動歯車を含み、前記第１の伝動歯車は前記駆動歯車に噛み合い、前記第２の伝動歯車は前記従動歯車に噛み合い、前記従動歯車は前記三段の出力旋回輪が回動するように駆動するために、前記三段の出力旋回輪に接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のエフェクタ。
16. 前記三段の出力旋回輪の一方の面には歯溝が設けられ、前記従動歯車はデュアル歯車であり、前記デュアル歯車の一方の歯車は前記第２の伝動歯車に噛み合い、もう一方の歯車は前記歯溝に収容されると共に、前記歯溝に噛み合うことを特徴とする請求項１５に記載のエフェクタ。
17. 前記減速機は階調波減速機であることを特徴とする請求項７に記載のエフェクタ。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載のエフェクタを備えることを特徴とする機械アーム。
19. 請求項１８に記載の機械アームを含むことを特徴とするロボット。