JP2022156161A - electric pump - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、液体の供給を受けて作動すると共にロボット装置を駆動する人工筋肉に当該液体を圧送する電動ポンプに関する。 FIELD OF THE DISCLOSURE The present disclosure relates to an electric pump that receives a supply of liquid and pumps the liquid to an artificial muscle that operates and drives a robotic device.
従来、両端部が栓体で閉じられたゴムチューブと、当該ゴムチューブを覆う網体とを有する2つの人工筋肉(ゴム人工筋)を含む関節装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この関節装置は、2つの人工筋肉に加えて、基台と、支持部材を介して基台により支持されたプーリと、プーリに固定されたアームと、プーリの回転中立に対して両側に位置するように基台に取り付けられると共に人工筋肉の一端がそれぞれ連結される2つの係止ブラケットと、2つの人工筋肉の他端に連結されると共にプーリに巻き掛けられるロープとを含む。また、各人工筋肉の出入口は、導電性作動液を圧送する液圧源に圧力制御弁を介して接続されている。これにより、各人工筋肉は、出入口に作動液が流入することで、軸方向に収縮しながら径方向に膨張し、出入口から作動液が流出することで、径方向に収縮しながら軸方向に伸長する。 Conventionally, there has been known a joint device including two artificial muscles (rubber artificial muscles) each having a rubber tube whose both ends are closed with plugs and a net covering the rubber tube (see, for example, Patent Document 1). ). In addition to the two artificial muscles, the joint device includes a base, a pulley supported by the base via a support member, an arm fixed to the pulley, and positioned on either side of the pulley's rotational neutrality. and a rope connected to the other end of the two artificial muscles and wound around a pulley. In addition, the inlet and outlet of each artificial muscle are connected via a pressure control valve to a hydraulic pressure source for pumping the conductive hydraulic fluid. As a result, each artificial muscle expands in the radial direction while contracting in the axial direction when hydraulic fluid flows into the inlet and outlet, and expands in the axial direction while contracting in the radial direction when the hydraulic fluid flows out of the inlet and outlet. do.
また、従来、複数のアームと、複数の脚部と、複数のアームおよび複数の脚部が連結される胴体部とを含む自律型筋肉ロボットが知られている(例えば、特許文献2参照)。この自律型筋肉ロボットにおいて、アームおよび脚部は、液圧により駆動されるアクチュエータによって任意位置に制御される。また、胴体部の内部には、アームおよび脚部のアクチュエータに液圧を供給するためのタンク、ポンプ、複数の電磁弁を含むと共に液圧をアクチュエータに供給する電磁弁ユニット、バッテリ、通信モジュール、制御ユニット等が配置されている。 Also, conventionally, an autonomous muscle robot is known that includes a plurality of arms, a plurality of legs, and a body to which the plurality of arms and legs are connected (see, for example, Patent Document 2). In this autonomous muscular robot, arms and legs are controlled to arbitrary positions by actuators driven by hydraulic pressure. In addition, inside the body, there are a tank for supplying hydraulic pressure to the actuators of the arms and legs, a pump, a solenoid valve unit including a plurality of solenoid valves and supplying hydraulic pressure to the actuators, a battery, a communication module, A control unit and the like are arranged.
特許文献1に記載されたような人工筋肉をスムースかつ安定に作動させるためには、当該人工筋肉に対して比較的高圧かつ大流量の液体を供給することが要求される。ただし、電動ポンプから人工筋肉に高圧かつ大流量の液体を供給する場合、効率が悪化したり、電動ポンプが大型化してしまったりするおそれがある。
In order to smoothly and stably operate the artificial muscle described in
そこで、本開示は、サイズアップを抑制しつつ、人工筋肉に要求に応じた液体を効率よく供給することができる電動ポンプの提供を主目的とする。 Therefore, the main object of the present disclosure is to provide an electric pump that can efficiently supply a required liquid to an artificial muscle while suppressing an increase in size.
本開示の電動ポンプは、液体の供給を受けて作動すると共にロボット装置を駆動する人工筋肉に前記液体を圧送する電動ポンプにおいて、前記液体を吸入して吐出するポンプ部と、2つの電動モータと、前記2つの電動モータからの動力を減速して前記ポンプ部に伝達する減速伝達機構とを含むものである。 The electric pump of the present disclosure is an electric pump that operates by receiving a supply of liquid and pressure-feeds the liquid to an artificial muscle that drives a robot device, comprising: a pump unit for sucking and discharging the liquid; and a reduction transmission mechanism for reducing the power from the two electric motors and transmitting the power to the pump unit.
本開示の電動ポンプは、2つの電動モータを含み、当該2つの電動モータは、減速伝達機構を介してポンプ部に連結される。これにより、単一のモータによりポンプ部を駆動する場合に比べて、2つの電動モータとして、扁平(小径)なものを用いることができるので、電動ポンプ全体のサイズアップを抑制すると共に、電動ポンプを扁平化することが可能となる。更に、出力を保ったまま電動モータを小型化した場合、一般に当該電動モータを効率よく作動させる回転数が高くなるのに対して、ポンプ部を効率よく作動させる回転数は、小型かつ高出力の電動モータを効率よく作動させる回転数よりも低くなる。従って、減速伝達機構を介して2つの電動モータをポンプ部に連結することで、小型かつ高出力化の電動モータを用いて電動ポンプのサイズアップを抑制すると共に、当該電動ポンプの効率を向上させることができる。この結果、本開示の電動ポンプによれば、サイズアップを抑制しつつ、人工筋肉に要求に応じた液体を効率よく供給することが可能となる。加えて、本開示の電動ポンプでは、2つの電動モータの一方が失陥したとしても、他方の電動モータを作動させて人工筋肉に液体を継続して供給することができる。 An electric pump of the present disclosure includes two electric motors, and the two electric motors are connected to a pump section via a speed reduction transmission mechanism. As a result, flat (small diameter) motors can be used as the two electric motors compared to the case where the pump unit is driven by a single motor. can be flattened. Furthermore, when the electric motor is downsized while maintaining its output, the number of rotations for efficient operation of the electric motor generally increases. This is lower than the number of revolutions required to operate the electric motor efficiently. Therefore, by connecting the two electric motors to the pump unit via the speed reduction transmission mechanism, it is possible to suppress an increase in the size of the electric pump and to improve the efficiency of the electric pump by using a small, high-output electric motor. be able to. As a result, according to the electric pump of the present disclosure, it is possible to efficiently supply the artificial muscle with the required liquid while suppressing an increase in size. In addition, in the electric pump of the present disclosure, even if one of the two electric motors fails, the other electric motor can be operated to continuously supply liquid to the artificial muscle.
次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。 Next, embodiments for carrying out the invention of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は、本開示の電動ポンプ30が適用されるロボット装置1を示す概略構成図であり、図2は、ロボット装置1を示す拡大図である。これらの図面に示すロボット装置1は、ロボットアーム2と、電動ポンプ30を含む流体供給装置(液体供給装置)10とを有する。本実施形態において、ロボット装置1は、指定された目的位置まで自走可能な、いわゆる無人搬送車(AGV)である搬送台車20に搭載される。ただし、ロボット装置1は、搬送台車20に搭載されるものに限られず、予め定められた設置箇所に定置されてもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
ロボットアーム2は、複数(本実施形態では、3つ)の関節(ピン結合部)J1,J2,J3と、複数(本実施形態では、3つ)のアーム(リンク)3と、関節J1,J2,J3ごとに例えば偶数個(本実施形態では、2つ)ずつ設けられる人工筋肉としての複数の流体アクチュエータ(液圧アクチュエータ)M1,M2,M3,M4,M5,M6と、先端側のアーム3に取り付けられる把持部(手先)としてのハンド部(ロボットハンド)4とを含む多関節アームである。ロボットアーム2のハンド部4は、対象となる物体(以下、「把持対象」という。)を把持するようにロボット装置1の制御装置100(図3参照)により制御される。また、流体供給装置10は、当該制御装置100により制御されて各流体アクチュエータM1-M6に流体(作動流体)としての作動油(液体)を給排する。これにより、ロボットアーム2を油圧(液圧)により駆動してハンド部4を所望の位置に移動させることができる。
The
ロボットアーム2の各流体アクチュエータM1-M6は、図2に示すように、作動油の圧力によって膨張するチューブTと、当該チューブTを覆う編組スリーブSとを含む、いわゆるマッキベン型の人工筋肉である。チューブTは、高い耐油性をもった例えばゴム材等の弾性材により円筒状に形成されており、当該チューブTの両端部は、封止部材Cにより封止されている。チューブTの基端側(流体供給装置10側、図2中下端側)の封止部材Cには、作動油の出入口IOが形成されている。編組スリーブSは、所定方向に配向された複数のコードを互いに交差するように編み込むことにより円筒状に形成されており、軸方向および径方向に収縮可能である。編組スリーブSを形成するコードとしては、繊維コード、高強度繊維、極細のフィラメントによって構成される金属製コード等を採用することができる。このような流体アクチュエータM1-M6のチューブT内に上記出入口IOから作動油を供給して当該チューブT内の作動油の圧力を高めることで、チューブTは、編組スリーブSの作用により径方向に膨張すると共に軸方向に収縮し、内部の作動油の圧力に応じた収縮力を発生する。
Each of the fluid actuators M1-M6 of the
図1および図2に示すように、複数のアーム3のうち、最基端側(最も流体供給装置10側)のアーム3は、関節J1を介してリンクとしての支持部材5により回動自在に支持される。また、2つのアーム3同士が、関節J2またはJ3を介して互いに回動自在に連結される。更に、流体供給装置10側の2つのアーム3の先端部(手先側の端部)には、連結部材6が固定されている。図示するように、支持部材5は、最基端側の関節J1に対応した流体アクチュエータM1の基端側の封止部材Cを第1の連結軸を介して回動自在に支持すると共に、当該関節J1に対応した流体アクチュエータM2の基端側の封止部材Cを第2の連結軸を介して回動自在に支持する。
As shown in FIGS. 1 and 2, among the plurality of
また、各連結部材6は、基端側に位置する関節J1またはJ2に対応した流体アクチュエータM1またはM3の先端側(手先側)の封止部材Cを第1の連結軸を介して回動自在に支持すると共に、関節J1またはJ2に対応した流体アクチュエータM2またはM4の先端側(手先側)の封止部材Cを第2の連結軸を介して回動自在に支持する。更に、各連結部材6は、先端側に位置する関節J2またはJ3に対応した流体アクチュエータM3またはM5の基端側の封止部材Cを第1の連結軸を介して回動自在に支持すると共に、関節J2またはJ3に対応した流体アクチュエータM4またはM6の基端側の封止部材Cを第2の連結軸を介して回動自在に支持する。
In addition, each connecting
これにより、関節J1-J3の関節軸から手先側(ハンド部4側)に延びる各アーム3の両側には、流体アクチュエータM1-M6のうちの対応する2つが当該アーム3と平行に配列される。そして、各アーム3の一側に配置される流体アクチュエータM1,M3,M5は、1つの関節J1,J2またはJ3に対応した第1の人工筋肉(一方の拮抗筋)を構成し、各アーム3の他側に配置される2つの流体アクチュエータM2,M4,M6は、当該第1の人工筋肉と対をなす1つの関節J1,J2またはJ3に対応した第2の人工筋肉を構成する。
As a result, on both sides of each
ただし、第1および第2の人工筋肉は、それぞれ2つ以上(同数)の流体アクチュエータにより構成されてもよく、第1の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの数と、第2の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの数とが異なっていてもよい。更に、本実施形態において、1つの関節J1,J2またはJ3に対して設けられる複数(2つ)の流体アクチュエータM1,M2等は、互いに同一の諸元を有するが、第1の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの諸元と、第2の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの諸元とが異なっていてもよい。 However, the first and second artificial muscles may each be composed of two or more (same number) fluid actuators, and the number of fluid actuators constituting the first artificial muscle and the number of fluid actuators constituting the second artificial muscle A different number of fluid actuators may be used. Furthermore, in the present embodiment, the plurality (two) fluid actuators M1, M2, etc. provided for one joint J1, J2 or J3 have the same specifications, but constitute the first artificial muscle. The specification of the fluid actuator that constitutes the second artificial muscle may be different from the specification of the fluid actuator that constitutes the second artificial muscle.
また、本実施形態において、各アーム3は、中空に形成されており、各アーム3の内部には、流体供給管としての複数のホースH(図2における破線参照)が配置される。各ホースHは、対応する流体アクチュエータM1-M6の基端側の封止部材Cに形成された出入口IOに接続され、流体アクチュエータM1-M6のチューブT内には、ホースHを介して流体供給装置10からの作動油(油圧)が供給される。
Further, in this embodiment, each
従って、制御装置100により流体供給装置10を制御することで、第1の人工筋肉を構成する流体アクチュエータM1等のチューブT内の油圧と、第1の人工筋肉と対をなす第2の人工筋肉を構成する流体アクチュエータM2等のチューブT内の油圧とを互いに異ならせることができる。これにより、互いに拮抗するように配置された2つの流体アクチュエータM1,M2等すなわち対をなす(1組の)第1および第2の人工筋肉から連結部材6を介して各アーム3に力(回転トルク)を伝達し、支持部材5または基端側のアーム3に対して各アーム3を回動させて関節J1-J3の関節角度を変化させることが可能となる。本実施形態において、第1の人工筋肉を構成する流体アクチュエータM1等と、第1の人工筋肉と対をなす第2の人工筋肉を構成する流体アクチュエータM2等とは、チューブTが自然状態から所定量(例えば、自然長の10%程度)だけ軸方向に収縮した状態を初期状態として流体供給装置10からの油圧により駆動される。
Therefore, by controlling the
上記流体アクチュエータM1-M6等に作動油を供給するロボット装置1の流体供給装置10は、図1に示すように、作動油貯留部(流体貯留部)を画成するタンク11と、当該タンク11を上下方向に延びる回転軸(図1における一点鎖線参照)の周りに回転自在に支持するベース部12とを含む。タンク11は、例えば上端および下端が閉鎖された筒体であり、内部に作動油を貯留可能なものである。本実施形態において、ロボットアーム2の支持部材5は、タンク11の回転軸と同軸に延在するように、タンク11の上壁部11uに図示しないボルト等を介して固定される(図2参照)。すなわち、ロボットアーム2は、流体供給装置10のタンク11(上壁部11u)により支持される。
As shown in FIG. 1, the
ベース部12は、ロボットアーム2およびタンク11の下方に位置するように搬送台車20に搭載(固定)される。また、ベース部12は、タンク11を上記回転軸の周りに所定角度(例えば360°)だけ回転させる図示しない回転駆動ユニットを支持している。これにより、回転駆動ユニットを作動させることで、ロボットアーム2を当該回転軸の周りにタンク11と一体に回転させることが可能となる。本実施形態において、回転駆動ユニットは、流体供給装置10から供給される油圧により駆動される揺動モータである。ただし、当該回転駆動ユニットは、電動モータやギヤ機構等を含むものであってもよい。
The
更に、流体供給装置10は、図3に示すように、タンク11、ベース部12および流体供給源としての電動ポンプ30に加えて、と、タンク11内に配置される図示しないバルブボディと、リリーフ弁(圧力制御弁)RVと、逆止弁CVと、アキュムレータ(蓄圧器)14と、流体調整バルブ(流体調整部)としての複数のリニアソレノイドバルブ151,152,153,154,155,156およびコントロールバルブ(圧力制御弁)16とを含む。
Further, as shown in FIG. 3, the
リリーフ弁RVは、電動ポンプ30により吐出された作動油の圧力を予め定められた一定の上限圧Plim(上限値、本実施形態では、例えば6-7MPa程度)を超えないように制限するものである。逆止弁CVは、電動ポンプ30(およびリリーフ弁RV)側からの作動油を油路LLに流出させると共に、油路LL側から電動ポンプ30(およびリリーフ弁RV)側への作動油の流通を規制する。アキュムレータ14は、逆止弁CVの下流側で油路LLに接続(直結)された作動油の出入口を有しており、電動ポンプ30側からの油圧を蓄える。また、アキュムレータ14としては、最高作動圧が上記上限圧Plim以上であるものが用いられる。更に、油路LLには、逆止弁CVの下流側かつアキュムレータ14の上流側で当該油路LLにおける作動油の圧力(元圧)を検出する元圧センサPSが設置されている。
The relief valve RV limits the pressure of the hydraulic oil discharged by the
リニアソレノイドバルブ151-156は、共通の構成を有しており、それぞれバルブボディ内に配置されると共に制御装置100により制御される。本実施形態において、リニアソレノイドバルブ151は、コントロールバルブ16への信号圧を調整し、リニアソレノイドバルブ152は、流体アクチュエータM2への油圧(駆動圧)を調整する。また、リニアソレノイドバルブ153は、流体アクチュエータM3への油圧(駆動圧)を調整し、リニアソレノイドバルブ154は、流体アクチュエータM4への油圧(駆動圧)を調整する。更に、リニアソレノイドバルブ155は、流体アクチュエータM5への油圧(駆動圧)を調整し、リニアソレノイドバルブ156は、流体アクチュエータM6への油圧(駆動圧)を調整する。
The linear solenoid valves 151 - 156 have a common configuration, are each arranged in a valve body and controlled by the
図3に示すように、リニアソレノイドバルブ151-156は、制御装置100により通電制御される電磁部15eと、バルブボディにより保持されるスリーブ内に軸方向に移動可能に配置されるスプール15sと、スプール15sを電磁部15e側(出力ポート15o側から入力ポート15i側、図3中上側)に付勢するスプリング15spとを含む。更に、リニアソレノイドバルブ151-156は、入力ポート15iと、出力ポート15oと、出力ポート15oに連通するフィードバックポート15fと、入力ポート15iおよび出力ポート15oと連通可能なドレンポート15dとを含む。リニアソレノイドバルブ151-156の入力ポート15iは、アキュムレータ14の下流側で油路LLにそれぞれ連通する。また、リニアソレノイドバルブ152-156の出力ポート15oは、バルブボディに形成された油路やホースH等を介して対応する流体アクチュエータM2-M6(チューブT)の作動油の出入口IOに連通する。更に、リニアソレノイドバルブ151-156のドレンポート15dは、それぞれ油路LDを介してタンク11内の作動油貯留部に連通する。
As shown in FIG. 3, each of the linear solenoid valves 151-156 includes an
本実施形態において、リニアソレノイドバルブ151-156は、電磁部15eに電流が供給される際に開弁する常閉弁であり、各電磁部15eは、印加される電流に応じて入力ポート15iと出力ポート15oとを連通させるようにスプール15sを軸方向に移動させる。これにより、電磁部15e(コイル)への給電により発生する推力と、スプリング15spの付勢力と、出力ポート15oからフィードバックポート15fに供給された油圧(駆動圧)によりスプール15sに作用する電磁部15e側への推力とをバランスさせることで、入力ポート15iに供給された電動ポンプ30(およびリリーフ弁RV)側からの作動油を所望の圧力に調整して出力ポート15oから流出させることができる。
In this embodiment, the linear solenoid valves 151-156 are normally closed valves that open when current is supplied to the
また、流体アクチュエータM1-M6側に供給される油圧(信号圧または駆動圧)をリニアソレノイドバルブ151-156にフィードバックすることで、人工筋肉としての流体アクチュエータM1-M6により駆動されるロボットアーム2に当該流体アクチュエータM1-M6以外からの外力が加えられたときに、当該外力による流体アクチュエータM1-M6のチューブTの体積変化に応じた油圧の変動を吸収することができる。加えて、当該外力が無くなった後には、速やかに要求に応じた油圧(駆動圧)を流体アクチュエータM1-M6に供給することが可能となる。
In addition, by feeding back the hydraulic pressure (signal pressure or drive pressure) supplied to the fluid actuators M1-M6 to the linear solenoid valves 151-156, the
コントロールバルブ16は、リニアソレノイドバルブ151からの信号圧に応じて油路LLからの作動油の圧力を調整し、要求出力(収縮力と収縮速度との積)の最大値が全流体アクチュエータM1-M6の中で最大となる流体アクチュエータM1のチューブTに供給するものである。コントロールバルブ16は、バルブボディ内に配置されるスプール16sおよび当該スプール16sを付勢するスプリング16spを含むスプールバルブである。また、コントロールバルブ16は、図3に示すように、入力ポート16iと、出力ポート16oと、フィードバックポート16fと、信号圧入力ポート16cと、ドレンポート16dとを含む。
The
入力ポート16iは、アキュムレータ14の下流側で油路LLに連通する。出力ポート16oは、バルブボディに形成された油路やホースH等を介して流体アクチュエータM1(チューブT)の作動油の出入口IOに連通する。フィードバックポート16fは、バルブボディに形成された油路を介して出力ポート16oに連通する。信号圧入力ポート16cは、バルブボディに形成された油路を介してリニアソレノイドバルブ151の出力ポート15oに連通する。ドレンポート16dは、油路LDを介してタンク11内の作動油貯留部に連通する。
The
かかるコントロールバルブ16のスプール16sは、電磁部15eに印加される電流に応じたリニアソレノイドバルブ151からの信号圧が作用することで、スプリング16spの付勢力に抗して軸方向に移動する。これにより、信号圧の作用によりスプール16sに付与される推力と、スプリング16spの付勢力と、出力ポート16oからフィードバックポート16fに供給された油圧(駆動圧)によりスプール16sに作用する推力とをバランスさせることで、入力ポート16iに供給された電動ポンプ30(リリーフ弁RV)側からの作動油の一部を適宜ドレンポート16dを介してドレンして出力ポート16oから流体アクチュエータM1のチューブTへと供給される作動油を所望の圧力に調整することができる。
The
ロボット装置1の制御装置100は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータや各種ロジックIC等(何れも図示省略)を含む。制御装置100は、上記元圧センサPSや、リニアソレノイドバルブ151-156等の電源の電圧を検出する図示しない電圧センサ等の検出値を入力する。また、制御装置100は、元圧センサPSにより検出される油路LLにおける油圧(元圧)が目標値になるように、電動ポンプ30を制御する。更に、制御装置100は、リニアソレノイドバルブ151-156の電磁部15eに供給される電流を制御する。
A
図4は、電動ポンプ30を示す平面図である。同図に示すように、電動ポンプ30は、ハウジング31と、インナーギヤ32と、アウターギヤ33とを含む内接ギヤポンプである。更に、電動ポンプ30は、2つの電動モータ34,35と、減速伝達機構36とを含む。
FIG. 4 is a plan view showing the
ハウジング31は、インナーギヤ32およびアウターギヤ33を収容するポンプハウジング31pと、2つの電動モータ34,35を収容するモータハウジング31mと、ポンプハウジング31pとモータハウジング31mとの間で減速伝達機構36を収容するギヤハウジング31gとを含む。また、ポンプハウジング31pには、電動ポンプ30の吸入口30iおよび吐出口30oが形成されている。更に、モータハウジング31mには、当該モータハウジング31m内の対応する電動モータ34または35をそれぞれ冷却する2つの冷却ファン(電動ファン)39が取り付けられている。本実施形態において、ハウジング31のポンプハウジング31pは、タンク11内すなわち作動油貯留部(液中)に配置され、モータハウジング31mおよびギヤハウジング31gは、タンク11の外部に配置される。
The
インナーギヤ32およびアウターギヤ33は、ポンプハウジング31pと共にタンク11(作動油貯留部)内の作動油を吸引して吐出するポンプ部30pを構成する。インナーギヤ32は、複数の外歯(図示省略)を有し、ポンプハウジング31p内に回転自在に配置される。アウターギヤ33は、インナーギヤ32の外歯の総数よりも1つ多い数の内歯を有し、何れか1つまたは複数の内歯がインナーギヤ32の対応する外歯に噛合すると共にインナーギヤ32に対して偏心した状態でポンプハウジング31p内に回転自在に配置される。インナーギヤ32とアウターギヤ33との間には、基本的に、隣り合う2つの外歯と隣り合う2つの内歯とにより図示しない複数の歯間室(ポンプ室)が形成される。
The
電動モータ34,35は、同一の諸元を有するアウターロータ型の交流モータであり、軸心同士が平行をなすようにモータハウジング31m内に隣り合わせにして固定される。また、電動モータ34,35は、アウターロータ34rまたは35rと、アウターロータ34r,35r内に配置されるインナーステータ34sまたは35sとをそれぞれ含み、アウターロータ34r,35rには、モータシャフト34a,35aが同軸に固定されている。各電動モータ34,35は、図示しないインバータ(駆動回路)を介してロボット装置1の制御装置100により制御される。
The
減速伝達機構36は、互いに同一の諸元を有する2つのドライブギヤ37と、当該2つのドライブギヤ37の歯数よりも多い歯数を有するドリブンギヤ38とを含む減速ギヤ機構である。2つのドライブギヤ37は、それぞれ対応する電動モータ34または35のモータシャフト34aまたは35aに一体回転するように固定される。また、ドリブンギヤ38は、2つのドライブギヤ37の間で両者に噛合し、モータシャフト34aまたは35aと平行に延在するポンプシャフト32sを介してインナーギヤ32に連結される。本実施形態において、2つのドライブギヤ37およびドリブンギヤ38は、図示するように、何れもはすば歯車である。
The
続いて、上述のように構成されるロボット装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
図示しない起動スイッチがオフされてロボット装置1の動作が完全に停止している際、ハンド部4は、図示しない支持台に形成された係止部により保持される。これにより、ロボットアーム2の姿勢は、予め定められた待機姿勢に強制的に保持される。また、ロボット装置1の起動スイッチがオンされてシステム起動が完了すると、制御装置100は、元圧センサPSの検出値に基づいて、リニアソレノイドバルブ151-156に供給される油路LLにおける油圧(元圧)が予め定められた待機圧Pst(例えば1000kPa程度)になるように電動ポンプ30を制御する。本実施形態において、待機圧Pstは、複数の流体アクチュエータM1-M6の各々を自然状態から上記初期状態まで軸方向に収縮させることができる圧力(例えば700-900kPa程度)よりも所定値だけ高い圧力に定められている。
When a start switch (not shown) is turned off and the operation of the
次いで、制御装置100は、予め定められた順番で流体アクチュエータM1-M6のチューブTに作動油を充填して各チューブTを上記初期状態とするようにリニアソレノイドバルブ151-156の電磁部15eへの電流を制御する。これにより、流体アクチュエータM1-M6のチューブTには、コントロールバルブ16およびリニアソレノイドバルブ152-156の対応する何れかから作動油が供給され、各チューブTは、自然状態から所定量(例えば、自然長の10%程度)だけ軸方向に収縮する。これ以後、ハンド部4が上記支持台等に載置されてロボット装置1の動作が停止されるまで、リニアソレノイドバルブ151-156の各電磁部15eには継続して電流が供給され、リニアソレノイドバルブ151-156は、電動ポンプ30側からの作動油の圧力を電磁部15eに供給される電流に応じて調整する。
Next, the
上述のようなロボット装置1の作業開始準備の完了後、ロボットアーム2およびハンド部4を用いた作業の開始が指示されると、制御装置100は、元圧センサPSの検出値に基づいて、油路LLにおける油圧(元圧)が予め定められた比較的高い常用圧Pw(本実施形態では、例えば5-6MPa程度)になるように電動ポンプ30を制御する。この際、電動ポンプ30では、各電動モータ34,35をポンプ部30pすなわちインナーギヤ32に要求される回転数よりも高い回転数で回転させることが可能となるので、ポンプ部30pと各電動モータ34,35とを効率よく作動させることができる。本実施形態において、常用圧Pwは、上記待機圧Pstよりも高く、上限圧Plimよりも低く、かつアキュムレータ14の最低作動圧以上に定められている。
After completion of the work start preparation of the
更に、制御装置100は、外部(支持台)からの強制力無しにロボットアーム2を上記待機姿勢に保持するのに要求される油圧を予め定められた順番で流体アクチュエータM1-M6のチューブTに供給するようにリニアソレノイドバルブ151-156の電磁部15eへの電流を制御する。次いで、制御装置100は、リニアソレノイドバルブ151-156から各流体アクチュエータM1-M6に対してロボットアーム2への要求に応じた油圧が供給されるように各電磁部15eへの電流指令値を設定し、当該電流指令値に基づいて各電磁部15eに供給される電流を制御する。これにより、流体アクチュエータM1-M6のチューブTに対し、コントロールバルブ16およびリニアソレノイドバルブ152-156により要求に応じて調整された油圧(駆動圧)を供給することが可能となる。この結果、複数の流体アクチュエータM1-M6により各アーム3を回動させてロボット装置1のハンド部4を所望の位置に移動させることができる。
Further, the
また、電動ポンプ30は、流体アクチュエータM1-M6のチューブTの収縮状態等に起因した油路LLにおける油圧(元圧)の変動に応じて制御されるが、電動ポンプ30の回転数がオーバーシュートして吐出量が過剰になった場合、入力ポートi1に供給される作動油の圧力が上限圧Plimに達することで第1リリーフ弁RV1は上記第2連通状態を形成する。これにより、電動ポンプ30から吐出される作動油の一部は、第1リリーフ弁RV1(入力ポートi1および第2排出ポートdb1)、第2リリーフ弁RV2および油路L0を介してタンク11の流体貯留部へと流出させられ、第1リリーフ弁RV1によって油路LLにおける油圧(元圧)が上限圧Plimを超えないように調整されることになる。更に、流体供給装置10は、逆止弁CVと流体アクチュエータM1-M6とを結ぶ油路(流体通路)LLに接続されたアキュムレータ14を含む。これにより、ロボットアーム2の動作中(運動中)に電動ポンプ30が停止したとしても、しばらくの間、コントロールバルブ16およびリニアソレノイドバルブ152-156を介してアキュムレータ14からの作動油を流体アクチュエータM1-M6に供給することができる。この結果、流体アクチュエータM1-M6(チューブT)の状態の急変を抑えることが可能となる。
Also, the
そして、流体供給装置10の電動ポンプ30は、2つの電動モータ34,35を含み、当該2つの電動モータ34,35は、減速伝達機構36を介してポンプ部30p(内接ギヤポンプ)を構成するインナーギヤ32に連結される。これにより、単一のモータによりポンプ部30pすなわちインナーギヤ32を駆動する場合に比べて、2つの電動モータ34,35として、扁平(小径)なものを用いることができるので、電動ポンプ30全体のサイズアップを抑制すると共に、電動ポンプ30を扁平化することが可能となる。
The
更に、油路LLにおける油圧(元圧)の設定に際して、各電動モータ34,35をポンプ部30pすなわちインナーギヤ32に要求される回転数よりも高い回転数で回転させることが可能となるので、ポンプ部30pと各電動モータ34,35とを効率よく作動させることができる。すなわち、出力を保ったまま電動モータを小型化した場合、一般に当該電動モータを効率よく作動させる回転数が高くなるのに対して、ポンプ部30pを効率よく作動させる回転数は、小型かつ高出力の電動モータを効率よく作動させる回転数よりも低くなる。従って、減速伝達機構36を介して2つの電動モータ34,35をポンプ部30p(インナーギヤ32)に連結することで、小型かつ高出力化の電動モータ34,35を用いて電動ポンプ30のサイズアップを抑制すると共に、当該電動ポンプ30の効率を向上させることができる。
Furthermore, when setting the hydraulic pressure (original pressure) in the oil passage LL, it is possible to rotate the
この結果、電動ポンプ30によれば、サイズアップを抑制しつつ、ロボットアーム2(ロボット装置1)を駆動する複数の流体アクチュエータ(人工筋肉)M1-M6に要求に応じた圧力の作動油を効率よく安定に供給することが可能となり、ロボット装置1の動作の安定性や信頼性をより向上させることができる。加えて、電動ポンプ30では、2つの電動モータ34,35の一方が失陥したとしても、電動モータ34,35の他方を作動させて複数の流体アクチュエータ(人工筋肉)M1-M6に作動油を継続して供給し、ロボットアーム2を安全に待機姿勢まで戻すことが可能となる。
As a result, according to the
また、2つの電動モータ34,35は、減速伝達機構36を介してインナーギヤ32(ポンプ部30p)に連結されるアウターロータ34r,35rと、アウターロータ34r,35r内に配置されるインナーステータ34s,35sとをそれぞれ含む。かかるアウターロータ型の電動モータ34,35では、インナーロータ型の電動モータに比べて、出力密度を大きくすると共に低回数域における効率を向上させることができる。従って、当該電動モータ34,35および減速伝達機構36のコンパクト化すなわちドライブギヤ37やドリブンギヤ38の小径化を図って電動ポンプ30をより小型化することが可能となる。加えて、アウターロータ型の電動モータ34,35は冷却性に優れるものであり、冷却ファン39により電動モータ34,35を冷却することで、電動ポンプ30を継続して安定に作動させることができる。
The two
更に、上記実施形態において、2つの電動モータ34,35は、互いに同一の諸元を有する。また、減速伝達機構36は、それぞれ対応する電動モータ34,35に連結される2つのドライブギヤ37と、2つのドライブギヤ37に噛合すると共にインナーギヤ32(ポンプ部30p)に連結されるドリブンギヤ38とを含む。更に、2つのドライブギヤ37およびドリブンギヤ38は、何れもはすば歯車である。これにより、各ドライブギヤ37とドリブンギヤ38との同時に噛み合う歯数を増やすことができるので、ドライブギヤ37およびドリブンギヤ38を小型化(小径化あるいは薄肉化)して減速伝達機構36をよりコンパクトにすることが可能となる。
Furthermore, in the above embodiment, the two
また、電動ポンプ30のポンプ部30pは、吸入口30iおよび吐出口30oを有するポンプハウジング31pと、複数の外歯を有すると共に減速伝達機構36に連結されるインナーギヤ32と、それぞれインナーギヤ32の外歯に噛合可能な複数の内歯を有するアウターギヤ33とを含む。これにより、ポンプ部30pの効率が良好に確保され得る回転数域を拡げることができるので、電動ポンプ30の効率をより向上させることが可能となる。
A
なお、電動ポンプ30を作動させる際には、必ずしも2つの電動モータ34,35の双方を常時作動させる必要はなく、ロボット装置1の状態等に応じて2つの電動モータ34,35の一方のみを作動させてもよい。例えば、油路LLにおける油圧(元圧)が待機圧Pstに設定される際には、2つの電動モータ34,35の一方のみを作動させてもよい。また、ロボット装置1の始動に応じて油路LLにおける油圧(元圧)を待機圧Pstに設定する際に、2つの電動モータ34,35が交互に使用されてもよい。
When operating the
更に、流体供給装置10において、リニアソレノイドバルブ151-156の少なくとも何れか1つは、常開弁であってもよい。この場合、当該常開弁は、電磁部からの推力および当該電磁部からの推力と同方向に作用するようにフィードバックポートに供給された液圧による推力を、スプリングの付勢力とバランスさせるものであってもよい。また、リニアソレノイドバルブ151-156の少なくとも何れか1つは、専用のフィードバックポートをもたず、スプールを収容するスリーブの内側で出力圧(駆動圧)をフィードバック圧としてスプールに作用させるように構成されたものであってもよい(例えば、特開2020-41687号公報参照)。同様に、コントロールバルブ16も、出力圧(駆動圧)をスプールの内部でフィードバック圧として当該スプールに作用させるように構成されたものであってもよい。更に、流体供給装置10において、コントロールバルブ16が省略されてもよく、流体アクチュエータM1にリニアソレノイドバルブ151から油圧(駆動圧)が供給されてもよい。
Furthermore, in the
また、流体供給装置10は、流体調整バルブ(流体調整部)として、例えば圧力センサにより検出される液圧(流体圧)が要求に応じた圧力になるように流体アクチュエータM1-M6への液体(流体)の流量を制御する流量制御弁を含むものであってもよい。そして、流体供給装置10は、水等の作動油以外の液体を流体アクチュエータM1-M6に供給するものであってもよい。
In addition, the
更に、ロボット装置1は、関節を1つだけ含むものであってもよく、人工筋肉としての流体アクチュエータを1つまたは2つだけ含むものであってもよい。また、ロボット装置1は、少なくとも1つの流体アクチュエータM1等とハンド部4とを有するロボットアーム2を含むものに限られず、少なくとも1つの流体アクチュエータと、例えばドリルビット等の工具や例えばスイッチ等を押圧する押圧部材といったハンド部4以外の要素が手先に取り付けられたロボットアームとを含むものであってもよい。更に、ロボット装置1は、歩行ロボットや、ウェアラブルロボット等であってもよい。
Furthermore, the
また、ロボット装置1のロボットアーム2は、アーム3を駆動する流体アクチュエータとして揺動モータ(例えば、ハンド部4の根元(手首部)を回転させる揺動モータ)を含むものであってもよい。すなわち、ロボット装置1のロボット本体は、人工筋肉としての流体アクチュエータと揺動モータとの少なくとも何れか1つを含むものであってもよい。更に、ロボット装置1のロボットアーム2は、流体アクチュエータとして油圧シリンダ等の液圧シリンダを含むものであってもよい。また、関節J1-J3を介して連結された2つのアーム3等のすべてに必ずしも対をなす複数の流体アクチュエータ(人工筋肉)Mが設けられる必要はなく、何れか1組の2つのアーム3等に、1つまたは複数の流体アクチュエータと、当該流体アクチュエータと拮抗するように配置されるスプリングやゴム材等の弾性体とが連結されてもよい。加えて、ロボット装置1において、タンク11がロボットアーム2といったロボット本体により支持されてもよい。
Further, the
更に、上記実施形態において、人工筋肉としての流体アクチュエータM1-M6は、内部に作動油が供給されると共に当該内部の油圧の上昇に応じて径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブTと、当該チューブTを覆う編組スリーブSとを含むマッキベン型の人工筋肉であるが、ロボット装置1における流体アクチュエータM1-M6の構成は、これに限られるものではない。すなわち、流体アクチュエータM1-M6は、流体が供給された際に径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブを含むものであればよく、例えば弾性体により形成された内側筒状部材と、弾性体により形成されると共に内側筒状部材の外側に同軸に配置され外側筒状部材と、内側筒状部材と外側筒状部材との間に配置された繊維層とを含む軸方向繊維強化型の流体アクチュエータ(例えば、特開2011-137516号参照)であってもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the fluid actuators M1-M6 as artificial muscles are provided with a tube T that radially expands and axially contracts in response to an increase in the hydraulic pressure inside the fluid actuators M1 to M6 supplied with hydraulic oil. , and a braided sleeve S covering the tube T, the configuration of the fluid actuators M1 to M6 in the
また、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。 Further, the invention of the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the present disclosure. Furthermore, the above-described embodiment is merely one specific form of the invention described in the Summary of the Invention column, and does not limit the elements of the invention described in the Summary of the Invention column.
本開示の発明は、液体の供給を受けて作動すると共にロボット装置を駆動する人工筋肉に当該液体を圧送する電動ポンプの製造産業等において利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The invention of the present disclosure can be used in, for example, the manufacturing industry of an electric pump that operates by receiving a supply of liquid and pumps the liquid to an artificial muscle that drives a robot device.
1 ロボット装置、2 ロボットアーム、3 アーム、5 支持部材、10 流体供給装置、11 タンク、14 アキュムレータ、151,152,153,154,155,156 リニアソレノイドバルブ、16 コントロールバルブ、30 電動ポンプ、30i 吸入口、30o 吐出口、30p ポンプ部、32 インナーギヤ、33 アウターギヤ、34,35 電動モータ、34r,35r アウターロータ、34s,35s インナーステータ、36 減速伝達機構、37 ドライブギヤ、38 ドリブンギヤ、J1,J2,J3 関節、M1,M2,M3,M4,M5,M6 流体アクチュエータ(人工筋肉)。
1 robot device, 2 robot arm, 3 arm, 5 support member, 10 fluid supply device, 11 tank, 14 accumulator, 151, 152, 153, 154, 155, 156 linear solenoid valve, 16 control valve, 30 electric pump, 30i Intake port
Claims (5)
前記液体を吸入して吐出するポンプ部と、
2つの電動モータと、
前記2つの電動モータからの動力を減速して前記ポンプ部に伝達する減速伝達機構とを備える電動ポンプ。 In an electric pump that operates by receiving a liquid supply and pumps the liquid to an artificial muscle that drives a robot device,
a pump unit for sucking and discharging the liquid;
two electric motors;
and a deceleration transmission mechanism for decelerating power from the two electric motors and transmitting the power to the pump unit.
前記2つの電動モータは、前記減速伝達機構を介して前記ポンプ部に連結されるアウターロータと、前記アウターロータ内に配置されるインナーステータとをそれぞれ含む電動ポンプ。 The electric pump according to claim 1,
The two electric motors each include an outer rotor connected to the pump section via the speed reduction transmission mechanism, and an inner stator arranged in the outer rotor.
前記2つの電動モータは、互いに同一の諸元を有し、
前記減速伝達機構は、それぞれ対応する前記電動モータに連結される2つのドライブギヤと、前記2つのドライブギヤに噛合すると共に前記ポンプ部に連結されるドリブンギヤとを含み、
前記2つのドライブギヤおよび前記ドリブンギヤは、何れもはすば歯車である電動ポンプ。 The electric pump according to claim 1 or 2,
the two electric motors have the same specifications,
The reduction transmission mechanism includes two drive gears connected to the corresponding electric motors, and a driven gear that meshes with the two drive gears and is connected to the pump unit,
The electric pump, wherein the two drive gears and the driven gear are both helical gears.
前記ポンプ部は、複数の外歯を有すると共に前記減速伝達機構に連結されるインナーギヤと、それぞれ前記インナーギヤの前記外歯に噛合可能な複数の内歯を有するアウターギヤとを含む電動ポンプ。 In the electric pump according to any one of claims 1 to 3,
The pump section includes an inner gear having a plurality of external teeth and connected to the reduction transmission mechanism, and an outer gear having a plurality of internal teeth that can mesh with the external teeth of the inner gear.
前記ロボット装置は、複数の関節と、複数のリンクと、前記関節を介して連結された対応する2つの前記リンクを相対的に回動させる複数の前記人工筋肉とを含む電動ポンプ。 In the electric pump according to any one of claims 1 to 4,
The robot apparatus is an electric pump including a plurality of joints, a plurality of links, and a plurality of the artificial muscles that relatively rotate the corresponding two links that are connected via the joints.
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- 2021-03-31 JP JP2021059714A patent/JP2022156161A/en active Pending
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