JP4543369B2 - Amplifier integrated actuator device and robot arm - Google Patents
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Description
本発明は、ロボット、ヒューマノイド等に使用されるモータ、減速機、モータ駆動用の制御装置であるアンプを一体化したアクチュエータ装置に関する。 The present invention relates to an actuator device that integrates a motor, a reduction gear, and an amplifier that is a motor drive control device used in robots, humanoids, and the like.
従来のアンプ一体型アクチュエータ装置は、モータとアンプは隣接配置されているが減速機を含めて一体化されているものはなく、かつそれがアクチュエータの出力軸を中空構造としたものはない。また、一体化されるアンプも中空構造でなくモータと同じ直方体をしており、アンプをアクチュエータの中空軸構造に連結した中空構造としたり、動力や信号を伝える配線もアンプ一体型モータの内側を通過しているものもはない（例えば、特許文献１参照）。
図９において、１１１はモータ本体で減速機と一体化されたものではない、１１２は直方体のアンプでモータフレームの側面で直接取り付けられている、１１３はアンプのヒートシンクでフレームに直接取り付けるのではなく１１４の断熱構造体や１１５の単位吸収体をはさんで取り付けられており、空冷する構造となっている。
図１０はべつの構造のアンプ一体型モータで、図４と同様な構造のアンプがモータ本体１１１の反負荷側に１１４の断熱構造体や１１５の単位吸収体をはさんで取り付けられており、空冷する構造となっている。
図１１はコントローラからの配線を示す図で、ケーブルはアンプ一体モータの内部を通過している構造となっていない。
このように、従来のアンプ一体型アクチュエータ装置は、モータ本体に直接アンプが断熱構造を付加されて取り付けられるもので、かつケーブルがモータ本体の中を通過する構造となっていない。
In FIG. 9, 111 is a motor body that is not integrated with the speed reducer, 112 is a rectangular parallelepiped amplifier that is directly attached to the side of the motor frame, 113 is an amplifier heat sink that is not directly attached to the frame. The
FIG. 10 shows an amplifier-integrated motor with another structure, in which an amplifier with the same structure as FIG. 4 is mounted on the opposite side of the
FIG. 11 is a diagram showing wiring from the controller, and the cable does not have a structure passing through the amplifier integrated motor.
As described above, the conventional amplifier-integrated actuator device is such that the amplifier is directly attached to the motor main body with the heat insulating structure added, and the cable does not pass through the motor main body.
従来のアンプ一体型アクチュエータ装置は、モータフレーム外周または反負荷側に単にアンプを隣接配置したものであり、減速機、ケーブルについては全く考慮されていない。したがって、モータ、アンプだけでなく、減速機、ケーブルを含めて一体化されてない。このため、実際のロボットにアクチュエータを組み込んだときに動作範囲を確保するためにケーブルの配線（モータ、アンプのケーブルのはわせ方や接続コネクタの位置など）や減速機との構成を別途考慮する必要があるという問題があった。また、アンプの発熱はアンプ自身の持つヒートシンクから発散する構造となっており、アンプ一体アクチュエータ装置がアーム内に内蔵されるような場合は発散された熱がこもってしまい、強制空冷装置や放熱用の窓等を設けなければならないというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ、アンプ、減速機、ケーブルハーネスの全てを集積し独立モジュールとしたアンプ一体アクチュエータ装置を提供することを目的とする。また、停電時の非常保護用のブレーキをアンプ一体アクチュエータ装置内部にさらに集積することを目的とする。また、アンプ一体アクチュエータ装置を大きな過負荷デューティで使えるように冷却性能を高めることを目的とする。さらに、複数台のモジュール化したアンプ一体アクチュエータ装置を簡単な接続ブロックであるフランジを使用して連結してロボットアームを構成することを目的とする。
In the conventional amplifier-integrated actuator device, an amplifier is simply arranged adjacent to the outer periphery of the motor frame or on the side opposite to the load, and no reduction gears and cables are considered. Therefore, not only the motor and amplifier but also the speed reducer and cable are not integrated. For this reason, in order to secure the operating range when the actuator is installed in an actual robot, the cable wiring (motor and amplifier cable connection, connector position, etc.) and the configuration of the reducer are considered separately. There was a problem that it was necessary. In addition, the amplifier's heat is dissipated from the heat sink of the amplifier itself, and if the amplifier integrated actuator device is built in the arm, the dissipated heat will be trapped, and a forced air cooling device or heat dissipation There were also problems such as having to provide windows.
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an amplifier-integrated actuator device in which all of a motor, an amplifier, a speed reducer, and a cable harness are integrated to form an independent module. Another object of the present invention is to further integrate an emergency protection brake in the event of a power failure in the amplifier integrated actuator device. It is another object of the present invention to improve the cooling performance so that the amplifier integrated actuator device can be used with a large overload duty. It is another object of the present invention to construct a robot arm by connecting a plurality of modularized amplifier integrated actuator devices using a flange that is a simple connection block.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、出力軸を貫通する中空状の穴部を有し、モータと減速機とが一体に形成された減速機一体形モータと、前記減速機一体形モータの前記穴部に対応して貫通する中空状の穴部を有するアンプと、前記減速機一体形モータと前記アンプとの各中空状の穴部が同軸状で、且つ、前記減速機一体形モータと前記アンプとの間に空隙を有するように、一端側の内部で前記アンプを固定し、他端側の内部で前記減速機一体形モータを固定するフレームと、前記アンプの前記穴部に対応して前記フレームの一端側に設けられた貫通穴と、前記減速機一体形モータの前記穴部に対応して前記フレームの他端側に設けられた貫通穴と、前記フレームの一端側に前記フレームの一端側の前記貫通穴よりも外径側に設けられたケーブル通過穴と、前記フレームの他端側に設けられ、前記フレームの他端側の前記貫通穴よりも半径方向外側に設けられ、前記出力軸と略同心となるように径方向に延びたケーブル通過用の長穴と、を有しているものである。
請求項２に記載の発明は、前記フレームは、内部が中空の半円柱もしくは半分の多角形構造のフレームにより固定されているものである。
請求項３に記載の発明は、中空構造のモータ、減速機とアンプを通過し、中空構造の出入り口近傍でコネクタに接続されるケーブルを有しているものである。
請求項４記載の発明は、前記アンプは、ヒートシンクを有し、前記ヒートシンクと前記フレームとが接触しているものである。
請求項５記載の発明は、前記減速機一体形モータの前記穴部に対応して貫通する中空状の穴部を有するブレーキを備えたものである。
請求項６記載の発明は、前記ブレーキが前記減速機一体形モータの前記出力軸に取り付けられているものである。
請求項７記載の発明は、前記フレームの表面、前記出力軸の中空状の穴部、前記アンプの中空状の穴部に冷却材が取り付けられているものである。
請求項８記載の発明は、前記冷却材が吸水性ポリマーのものである。
請求項９記載の発明は、アームと、複数の請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクチュエータ装置と、前記アクチュエータ装置間を連結する接続ブロックと、を有し、前記アクチュエータ装置が前記接続ブロックを介して直列もしくは並列に接続することにより構成されるロボットアームである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
A first aspect of the present invention is a reduction gear integrated motor having a hollow hole penetrating the output shaft and integrally formed with a motor and a reduction gear, and the hole of the reduction gear integrated motor. An amplifier having a hollow hole penetrating corresponding to a portion, and each hollow hole portion of the reduction gear integrated motor and the amplifier is coaxial, and the reduction gear integrated motor and the amplifier A frame for fixing the amplifier inside one end side and fixing the speed reducer integrated motor inside the other end side, so as to have a gap between and the hole corresponding to the hole portion of the amplifier A through hole provided on one end of the frame, a through hole provided on the other end of the frame corresponding to the hole of the speed reducer-integrated motor, and one end of the frame on one end of the frame Cable passing on the outer diameter side than the through hole on the side And provided for the other end of the frame, provided radially outside the through hole on the other end of the frame, and extending radially so as to be substantially concentric with the output shaft. And a long hole .
According to a second aspect of the present invention, the frame is fixed by a hollow semi-cylindrical or half polygonal frame .
The invention described in 請 Motomeko 3, the hollow motor, through a reduction gear and the amplifier, in which has a cable connected to the connector at the entry and exit near the hollow structure.
請 Motomeko 4 the described invention, the amplifier has a heat sink, said heat sink and the frame is one that is in contact.
Invention 請 Motomeko 5 description has a brake which has a hollow bore extending through in correspondence with the hole of the front Symbol reducer integral motor.
According to a sixth aspect of the invention, in which the brake is mounted to the output shaft of the reduction gear integral motor.
According to a seventh aspect of the present invention , a coolant is attached to the surface of the frame, the hollow hole of the output shaft, and the hollow hole of the amplifier .
Invention 請 Motomeko 8 wherein, the coolant is of the water-absorbing polymer.
The invention according to claim 9 includes an arm, a plurality of actuator devices according to any one of claims 1 to 8, and a connection block for connecting the actuator devices, wherein the actuator device is the device. It is a robot arm configured by connecting in series or in parallel via a connection block.
本発明によれば、モータ、アンプ、減速機、ケーブル配線の全てを集積し独立モジュールとしたアンプ一体アクチュエータ装置を提供できる。また、停電時の非常保護用のブレーキをアンプ一体アクチュエータ装置内部にさらに集積しでき、アンプ一体アクチュエータ装置を大きな過負荷デューティで使えるように冷却性能を高めることができる。さらに、複数台のモジュール化したアンプ一体アクチュエータ装置を簡単な接続ブロックであるフランジを使用して連結してロボットアームを簡単に構成することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an amplifier integrated actuator device in which all of a motor, an amplifier, a speed reducer, and a cable wiring are integrated to form an independent module. In addition, a brake for emergency protection in the event of a power failure can be further integrated in the amplifier integrated actuator device, and the cooling performance can be improved so that the amplifier integrated actuator device can be used with a large overload duty. Furthermore, a robot arm can be easily configured by connecting a plurality of modularized amplifier integrated actuator devices using a flange that is a simple connection block .
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。各図面において同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same name is assigned to the same name as much as possible, and the duplicate description is omitted.
図１は、本発明のアンプ一体型アクチュエータ装置の断面図である。図において、１は減速機一体モータで、モータと減速機が一体化されアクチュエータ出力軸を中空軸としている。２はアンプでアクチュエータの中空軸に対応する部分がやはり中空構造となっている。これにより、減速機一体形アクチュエータの負荷側から反負荷側まで貫通する中空状の穴部を確保している。３はフレームで中空構造の円柱、半円柱もしくは円錐、半円錐構造のフレームであり、中空部に減速機一体モータ１、アンプ２が固定される。フレーム３内のアンプ２は、減速機一体モータ１の出力軸４と反対側のフレーム底面５に取り付けられている。またアンプ２はアンプ２内発熱部のヒートシンク１１とフレーム底面５を接する形で固定されている。６はケーブル通過穴Ａで出力軸４の周りに出力軸４の回転軸と同心の長穴である。基本的にアクチュエータ装置の動作範囲と同じ角度分（図２参照 最大プラスマイナス９０度の場合）の長穴である。７はケーブル通過穴Ｂで、出力軸４と反対側のフレーム上に構成されたケーブル通過用の穴である。８はケーブル固定ユニットで、これによりケーブル通過穴Ｂ７を通過するケーブルはフレーム３に固定される。９は出力軸ケーブル固定ユニットで６を通過して出てきたケーブル１０がこれにより出力軸６と固定される。１０はケーブルで両端を接続用のコネクタ１０が取り付けられており、アクチュエータ内を通過して動力や信号を伝達する。１０はアクチュエータの中で１回もしくは複数回巻かれており、出力軸６が回転してもこの巻かれた余裕により、ケーブルが引っ張られ切断されることが起こらない。１２は同じくケーブルでアクチュエータの中空部を通過するものであり、これらは出力軸の回転でねじられることがないので、巻かれること無くアクチュエータを通過するものである。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an amplifier-integrated actuator device according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a reduction gear integrated motor, in which the motor and the reduction gear are integrated, and the actuator output shaft is a hollow shaft. Reference numeral 2 denotes an amplifier, and the portion corresponding to the hollow shaft of the actuator also has a hollow structure. Thereby, the hollow hole part penetrated from the load side to the non-load side of the reduction gear integrated actuator is secured. Reference numeral 3 denotes a frame having a hollow cylindrical, semi-cylindrical or conical, semi-conical structure, and a reduction gear integrated motor 1 and an amplifier 2 are fixed in the hollow portion. The amplifier 2 in the frame 3 is attached to the frame bottom 5 opposite to the output shaft 4 of the reduction gear integrated motor 1. The amplifier 2 is fixed so that the heat sink 11 of the heat generating part in the amplifier 2 and the frame bottom surface 5 are in contact with each other. Reference numeral 6 denotes a cable passage hole A which is a long hole concentric with the rotation shaft of the output shaft 4 around the output shaft 4. Basically, it is a long hole of the same angle as the operating range of the actuator device (see FIG. 2 in the case of maximum plus or minus 90 degrees). Reference numeral 7 denotes a cable passage hole B, which is a cable passage hole formed on the frame opposite to the output shaft 4. Reference numeral 8 denotes a cable fixing unit, whereby the cable passing through the cable passage hole B7 is fixed to the frame 3. Reference numeral 9 denotes an output shaft cable fixing unit, and the cable 10 that has passed through 6 is fixed to the output shaft 6. Reference numeral 10 denotes a cable to which a connector 10 for connection at both ends is attached, and transmits power and signals through the actuator. No. 10 is wound once or a plurality of times in the actuator, and even if the output shaft 6 rotates, the cable is not pulled and cut by the wound margin. Similarly, 12 is a cable that passes through the hollow portion of the actuator, and since these are not twisted by the rotation of the output shaft, they pass through the actuator without being wound.
図２は本発明のアンプ一体型アクチュエータ装置（図1）を出力軸４側からみた図である。ケーブル通過穴Ａ（６）から出るケーブル１０は、ケーブル固定ユニットＡ（８）により出力軸４に固定され、６内を移動する。図２は動作範囲が、±９０度可能の場合を示している。上記動作範囲は、必要に応じて適宜変更できる。 FIG. 2 is a view of the amplifier-integrated actuator device (FIG. 1) of the present invention as viewed from the output shaft 4 side. The cable 10 exiting from the cable passage hole A (6) is fixed to the output shaft 4 by the cable fixing unit A (8) and moves within the cable 6. FIG. 2 shows a case where the operating range can be ± 90 degrees. The operating range can be changed as needed.
図３は、本発明のアンプ一体型アクチュエータ装置（図1）の斜視図である。本図のフレーム３は半円柱の場合（円柱の側面が半分取り除かれている）で、この場合減速機一体モータ１とアンプ３に側面から組立て、保守等のアクセスが可能となりメンテナンス性が向上する。なお、本図ではケーブル固定ユニット８とコネクタ１３は省略されている。 FIG. 3 is a perspective view of the amplifier-integrated actuator device (FIG. 1) of the present invention. The frame 3 in this figure is a half-cylinder (the side of the cylinder is half removed). In this case, the reducer-integrated motor 1 and the amplifier 3 can be assembled from the side and accessed for maintenance, etc., and maintenance is improved. . In this figure, the cable fixing unit 8 and the connector 13 are omitted.
本発明が特許文献１（非特許文献１）と異なる部分は、モータとその駆動アンプを単に隣接配置するのではなく、互いの寸法構造を考慮し、モータと減速機とアンプが一体に構成されており、かつ動力伝達用の電力ケーブルがアクチュエータ内部を通過すること、さらアクチュエータ内部を通過するケーブルはアクチュエータの前後でフレームや出力軸に固定されているにもかかわらず、アクチュエータ出力軸の動作により引っ張られること無く構成されていることである。このように本発明は、ロボットのマニピュレータ、アームに適用できるように実際的な配慮をしている。 The difference between the present invention and Patent Document 1 (Non-Patent Document 1) is that the motor, the drive amplifier and the amplifier are not simply arranged adjacent to each other, but considering the mutual dimensional structure, the motor, the speed reducer, and the amplifier are configured integrally. Even though the power transmission power cable passes through the inside of the actuator and the cable passing through the actuator is fixed to the frame and output shaft before and after the actuator, It is configured without being pulled. As described above, the present invention takes practical considerations so as to be applicable to a manipulator and an arm of a robot.
図４は本発明の第２実施例の構成図である。
追加フレーム底面１７をアンプ２、と一体モータ１間に設けたものである。追加フレーム底面１７の外周部は減速機一体型アクチュエータのフレーム３に固定されている。追加フレーム底面１７の中心部は、モータの中空軸に対応する部分を中空としている。したがって、図1と同様に減速機一体形アクチュエータの負荷側から反負荷側まで貫通する中空状の穴部を確保している。追加フレーム底面１７は、フレーム３に固定され、アンプ２を固定できるようにしている。ケーブル１０はアンプ２とフレーム底面５間で適宜収納する構成となっている。
FIG. 4 is a block diagram of the second embodiment of the present invention.
An additional frame bottom surface 17 is provided between the amplifier 2 and the integrated motor 1. The outer peripheral portion of the additional frame bottom surface 17 is fixed to the frame 3 of the speed reducer integrated actuator. The central portion of the additional frame bottom surface 17 has a hollow portion corresponding to the hollow shaft of the motor. Therefore, as in FIG. 1, a hollow hole that penetrates from the load side to the non-load side of the reduction gear integrated actuator is secured. The additional frame bottom surface 17 is fixed to the frame 3 so that the amplifier 2 can be fixed. The cable 10 is configured to be appropriately stored between the amplifier 2 and the frame bottom surface 5.
図５は本発明の第３実施例の構成図であり、アンプ、モータが各々中心部に中空部を備えない場合である。
図１の構成において中空部１５を通過させていたケーブル１２が全てケーブル１０で配線されるものである。この場合、全てのケーブルはケーブル固定ユニットＡ（８）、ケーブル固定ユニットＢ（９）により固定される。
減速機一体モータ、アンプどちらかが中空の場合でケーブルを配線可能であれば、図１と、図５を組み合わせた構成となり、図１と追加フレーム底面１７を備えた図４とを組合せた構成もできる。
FIG. 5 is a configuration diagram of the third embodiment of the present invention, and shows a case where the amplifier and the motor do not have a hollow portion at the center.
All of the cables 12 that have passed through the hollow portion 15 in the configuration of FIG. In this case, all the cables are fixed by the cable fixing unit A (8) and the cable fixing unit B (9).
If either the reduction gear integrated motor or the amplifier is hollow and the cable can be wired, the configuration is a combination of FIG. 1 and FIG. 5, and the configuration is combined with FIG. 1 and FIG. You can also.
図６は第１実施例の構成のアンプ一体型アクチュエータ装置により構成されたマニピュレータの構成図である。図において、１８は固定底面であり、マニピュレータを固定するものである。１９はＪ１軸アンプ一体アクチュエータ、２０はＪ２軸アンプ一体アクチュエータ、２１はＪ３軸アンプ一体アクチュエータである。２２は、Ｊ１軸アンプ一体アクチュエータ１９とＪ２軸アンプ一体アクチュエータ２０とを接続するための接続ブロックＡである。２３は、Ｊ２軸アンプ一体アクチュエータ２０とＪ３軸アンプ一体アクチュエータ２１とを接続するための接続ブロックＢである。
Ｊ１，Ｊ１，Ｊ３軸に図１に示すアンプ一体型アクチュエータ装置を使用してそれぞれのコネクタを接続したものである。図では３自由度（Ｊ１〜Ｊ３）までしか示していないが、同じ構成で接続すれば容易に多自由度のロボットを構成することができる。
図６中の配線ケーブルは、固定底面１８の近傍からＪ１軸アンプ一体アクチュエータ、Ｊ２軸アンプ一体アクチュエータ、Ｊ３軸アンプ一体アクチュエータへと連結していることがわかる。この連結ケーブル用の穴に強制通風し、アンプ一体型アクチュエータ装置で発生する熱を排出することもできる。また、各アンプ一体型アクチュエータ装置はコネクタ１３で接続されているため、コネクタを取りはずぜば、各アンプ一体型アクチュエータ装置の取り外しや交換、保守がアンプ一体型アクチュエータ、減速機一体モータ、アンプの各モジュール毎ないしは装置（ユニット）毎にできる。
FIG. 6 is a block diagram of a manipulator configured by an amplifier-integrated actuator device having the configuration of the first embodiment. In the figure, reference numeral 18 denotes a fixed bottom surface for fixing the manipulator. Reference numeral 19 denotes a J1 axis amplifier integrated actuator, 20 denotes a J2 axis amplifier integrated actuator, and 21 denotes a J3 axis amplifier integrated actuator. Reference numeral 22 denotes a connection block A for connecting the J1 axis amplifier integrated actuator 19 and the J2 axis amplifier integrated actuator 20. Reference numeral 23 denotes a connection block B for connecting the J2 axis amplifier integrated actuator 20 and the J3 axis amplifier integrated actuator 21.
Each of the connectors is connected to the J1, J1, and J3 axes using the amplifier integrated actuator device shown in FIG. Although only three degrees of freedom (J1 to J3) are shown in the figure, a robot with multiple degrees of freedom can be easily configured by connecting with the same configuration.
It can be seen that the wiring cable in FIG. 6 is connected from the vicinity of the fixed bottom surface 18 to the J1 axis amplifier integrated actuator, the J2 axis amplifier integrated actuator, and the J3 axis amplifier integrated actuator. It is also possible to forcibly ventilate the hole for the connecting cable to discharge the heat generated in the amplifier integrated actuator device. In addition, since each amplifier integrated actuator device is connected by a connector 13, if the connector is removed, each amplifier integrated actuator device can be removed, replaced, or maintained by the amplifier integrated actuator, the reducer integrated motor, and the amplifier. This can be done for each module or device (unit).
このように、本発明はアクチュエータとその駆動アンプのペアをモジュールとして構成している。したがって、アンプ一体型アクチュエータ装置を用いれば、それぞれのアンプ一体型アクチュエータ装置間に接続ブロック２２、２３を設けることにより、簡単にロボットを構成することができる。また、ケーブルもコネクタ１３を接続することで問題なく配線することができ、本発明のアンプ一体型アクチュエータ装置を複数台用いることにより、容易にかつ安価にロボットのマニピュレータ、アームを製作することができる。また、モジュール毎に交換できるので、メンテナンスも容易になる。 Thus, in the present invention, a pair of an actuator and its drive amplifier is configured as a module. Therefore, if the amplifier-integrated actuator device is used, the robot can be easily configured by providing the connection blocks 22 and 23 between the amplifier-integrated actuator devices. Also, the cable can be wired without any problem by connecting the connector 13, and a robot manipulator and arm can be manufactured easily and inexpensively by using a plurality of amplifier-integrated actuator devices of the present invention. . Moreover, since it can replace | exchange for every module, a maintenance becomes easy.
図７は、本発明のアンプ一体型アクチュエータ装置に冷却材を追加した構成断面図である。図７において、１は減速機一体モータで、モータと減速機が一体化され、アクチュエータ出力軸を中空軸としている。２はアンプでアクチュエータの中空軸に対応する部分がやはり中空構造となっている。３０はフレーム３の表面とアクチュエータ出力の中空軸内とアンプの中空部内に取り付けた冷却材である（斜線部）。この冷却材３０は、シート状の吸水性材料であり、例えば吸水性ポリマーである。本アクチュエータの実運転前に、冷却材３０に冷却用の水分を含浸させている。冷却材３０に水分を含浸させるとゲル状となるため、アクチュエータ内部へ水分が漏洩したり進入することはない。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a configuration in which a coolant is added to the amplifier-integrated actuator device of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a speed reducer integrated motor, in which the motor and the speed reducer are integrated, and the actuator output shaft is a hollow shaft. Reference numeral 2 denotes an amplifier, and the portion corresponding to the hollow shaft of the actuator also has a hollow structure. Reference numeral 30 denotes a coolant attached to the surface of the frame 3, the hollow shaft of the actuator output, and the hollow portion of the amplifier (shaded portion). This coolant 30 is a sheet-like water-absorbing material, for example, a water-absorbing polymer. Prior to actual operation of the actuator, the coolant 30 is impregnated with moisture for cooling. When the coolant 30 is impregnated with moisture, it becomes a gel, so that moisture does not leak into or enter the actuator.
冷却材３０は減速機一体型モータ１と、アンプからの発熱を冷却材表面から水分の蒸発冷却により放熱する。熱伝達率（Ｗ／ｃｍ2・Ｋ）は自然空冷、強制空冷あるいは自然液冷、強制液冷、蒸発冷却となるにしたがってほぼ１桁ずつこの熱伝達率が増加する。このため自然空冷である通常冷却と比較して格段に冷却効果を高めることができる。この冷却材には吸水性ポリマーを適用することができる。吸水性ポリマーの一例としては使い捨ての下着等で実用化されている。本実施例である図７が第一実施例である図１と異なる部分は、冷却材３０を備えた部分だけである。冷却材への水分補給は図示しない水タンクと冷却材とをパイプないしは繊維の束で繋げば、毛細管現象により必要な水分量が自動的に冷却材３０へ供給できる。 The coolant 30 radiates heat from the speed reducer-integrated motor 1 and the amplifier from the surface of the coolant by evaporative cooling of moisture. The heat transfer coefficient (W / cm 2 · K) increases by about an order of magnitude as natural air cooling, forced air cooling, natural liquid cooling, forced liquid cooling, or evaporative cooling is performed. For this reason, the cooling effect can be remarkably enhanced as compared with normal cooling which is natural air cooling. A water-absorbing polymer can be applied to the coolant. As an example of the water-absorbing polymer, it is put into practical use as a disposable underwear. FIG. 7 which is the present embodiment is different from FIG. 1 which is the first embodiment only in the portion provided with the coolant 30. Water supply to the coolant can be automatically supplied to the coolant 30 by capillary action by connecting a water tank (not shown) and the coolant with a bundle of pipes or fibers.
一般に産業用のプレイバックロボットのサーボアクチュエータの使用デューティはかなり低いものであるが、ロボットアーム先端における位置決めの高速化のため、モータ、アクチュエータの連続運転が許容できる定格電流を超えた使用がされるのでトータルでは発生損失（発熱）は大きくなる。定格の２倍の電流で加減速駆動することもある。この場合の発熱は定格電流の２乗で増大し、モータの発熱は定格時の４倍となる。このようにロボットに使うアクチュエータは連続定格を超える使用がされるため、とりわけアクチュエータの冷却が必要となる。このため本冷却材を用いた蒸発冷却は非常に効果がある。
冷却効果を高めたので、モータ、アクチュエータの過負荷耐量（過負荷に対する耐久性）を大きくでき、モータ、アクチュエータを小型・軽量化することができる。
In general, the duty of servo actuators for industrial playback robots is quite low, but in order to speed up positioning at the tip of the robot arm, the motors and actuators are used exceeding the allowable current that can be continuously operated. Therefore, the total generated loss (heat generation) is large. Acceleration / deceleration driving may be performed with a current twice the rated current. In this case, the heat generation increases with the square of the rated current, and the heat generation of the motor is four times that at the rated time. Thus, since the actuator used for the robot is used exceeding the continuous rating, it is necessary to cool the actuator. For this reason, evaporative cooling using this coolant is very effective.
Since the cooling effect is enhanced, the overload capacity (durability against overload) of the motor and actuator can be increased, and the motor and actuator can be reduced in size and weight.
図８はブレーキを備えた本発明の実施例である。本発明の図８が図７の実施例と異なる部分は、ブレーキ３３を備えた部分だけである。減速機３１とモータ３２とが減速機一体モータ１を構成し、この減速機一体モータにブレーキ３３を取り付けている。ブレーキ３３を減速機一体モータ１に取り付ける際は、減速機４の出力側（出力軸４）よりも減速機の入力側(モータ出力軸)に取り付ける方が、ブレーキの定格を下げより小型・軽量のブレーキを適用でき好都合である。ブレーキ３３は減速機３１、モータ３２の中空軸に対応するように同一寸法の中空部を構成する。これにより、減速機一体形アクチュエータの負荷側から反負荷側まで貫通する中空状の穴部を確保している。
FIG. 8 shows an embodiment of the present invention provided with a brake. FIG. 8 of the present invention differs from the embodiment of FIG. 7 only in the portion provided with the
ブレーキは停電でアクチュエータ、ロボット等の電源が遮断された時に、アクチュエータ、ロボットアームの姿勢が重力により崩落等するのを防止するためである。このブレーキは負性ブレーキであり、電源が入るとブレーキ動作を開放し、停電により電源が遮断されるとブレーキが動作し、フェールセーフとして働く。このブレーキは電磁ソレノイドコイルとバネと摩擦部材で構成されている。通常時はソレノイドコイルに電流を流してバネ反力に逆らって摩擦部材を開放し、回転自在にし、この状態で減速機一体型モータが駆動される。一方、停電が発生すると、ソレノイドコイルの電流が流れなくなるため、バネにより摩擦部材が固定され、ブレーキが働くようになっている。このブレーキはロボットアームだけでなく、停電時にアクチュエータ出力軸の惰走を防ぐ必要のある用途にも有用である。 The purpose of the brake is to prevent the posture of the actuator and robot arm from collapsing due to gravity when the power of the actuator and robot is cut off due to a power failure. This brake is a negative brake, and when the power is turned on, the brake operation is released, and when the power is cut off due to a power failure, the brake operates and works as a fail safe. This brake is composed of an electromagnetic solenoid coil, a spring, and a friction member. Under normal conditions, an electric current is passed through the solenoid coil to open the friction member against the spring reaction force, allowing it to rotate. In this state, the speed reducer-integrated motor is driven. On the other hand, when a power failure occurs, the current of the solenoid coil does not flow, so the friction member is fixed by a spring and the brake is activated. This brake is useful not only for robot arms, but also for applications where it is necessary to prevent the actuator output shaft from coasting during a power failure.
同じ構成のアンプ一体型アクチュエータ装置を接続することによってロボットを製作することができるので、構造が変わるようなロボットに適用できる。 Since a robot can be manufactured by connecting an amplifier-integrated actuator device having the same configuration, it can be applied to a robot whose structure changes.
１ 減速機一体モータ
２、１１２ アンプ
３ フレーム
４ 出力軸
５ フレーム底面
６ ケーブル通過穴Ａ
７ ケーブル通過穴Ｂ
８ ケーブル固定ユニットＡ
９ ケーブル固定ユニットＢ
１０、１２、１１６ ケーブル
１１、１１３ ヒートシンク
１３ コネクタ
１４ モータアンプ間ケーブル
１５ 中空部
１６ 動作範囲
１７ 追加フレーム底面
１８ 固定底面
１９ Ｊ１アンプ一体アクチュエータ
２０ Ｊ２アンプ一体アクチュエータ
２１ Ｊ３アンプ一体アクチュエータ
２２ 接続ブロックＡ
２３ 接続ブロックＢ
３０ 冷却材
３１ 減速機
３２ モータ
３３ ブレーキ
１１１ モータ本体
１１４ 断熱構造体
１１５ 単位吸収体
1 Speed reducer integrated
7 Cable passage hole B
8 Cable fixing unit A
9 Cable fixing unit B
10, 12, 116
23 Connection block B
30
Claims (9)
前記減速機一体形モータの前記穴部に対応して貫通する中空状の穴部を有するアンプと、
前記減速機一体形モータと前記アンプとの各中空状の穴部が同軸状で、且つ、前記減速機一体形モータと前記アンプとの間に空隙を有するように、一端側の内部で前記アンプを固定し、他端側の内部で前記減速機一体形モータを固定するフレームと、
前記アンプの前記穴部に対応して前記フレームの一端側に設けられた貫通穴と、
前記減速機一体形モータの前記穴部に対応して前記フレームの他端側に設けられた貫通穴と、
前記フレームの一端側に前記フレームの一端側の前記貫通穴よりも外径側に設けられたケーブル通過穴と、
前記フレームの他端側に設けられ、前記フレームの他端側の前記貫通穴よりも半径方向外側に設けられ、前記出力軸と略同心となるように径方向に延びたケーブル通過用の長穴と、を有している
ことを特徴とする、アンプ一体型アクチュエータ装置。 A speed reducer- integrated motor having a hollow hole penetrating the output shaft, wherein the motor and the speed reducer are integrally formed;
An amplifier having a hollow hole penetrating corresponding to the hole of the reduction gear integrated motor;
The amplifier inside the one end side so that each hollow hole portion of the speed reducer integrated motor and the amplifier is coaxial and has a gap between the speed reducer integrated motor and the amplifier. A frame for fixing the reducer-integrated motor inside the other end,
A through hole provided on one end side of the frame corresponding to the hole of the amplifier;
A through hole provided on the other end side of the frame corresponding to the hole of the speed reducer integrated motor;
A cable passage hole provided on the outer diameter side of the through hole on one end side of the frame on one end side of the frame;
An elongated hole for passing a cable provided on the other end side of the frame, radially outside the through hole on the other end side of the frame and extending radially so as to be substantially concentric with the output shaft When, characterized <br/> to have, amplifier integrated actuator device.
内部が中空の半円柱もしくは半分の多角形構造のフレームにより固定されている
ことを特徴とする請求項１記載のアンプ一体型アクチュエータ装置。 The frame is
Internal amplifier integrated actuator device according to claim 1, wherein the properly be semicylindrical hollow, characterized in that it is fixed by the frame of the polygonal structure of half.
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のアンプ一体型アクチュエータ装置。 The amplifier integrated type according to claim 1 or 2 , further comprising a cable that passes through the hollow motor, the speed reducer, and the amplifier and is connected to the connector in the vicinity of the hollow doorway. Actuator device.
前記ヒートシンクと前記フレームとが接触している
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンプ一体型アクチュエータ装置。 The amplifier has a heat sink;
The amplifier-integrated actuator device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat sink and the frame are in contact with each other .
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンプ一体型アクチュエータ装置。 Amplifier integrated actuator according to claim 1, characterized in that a brake having a hollow bore extending through in correspondence with the hole of the front Symbol reducer integral motor apparatus.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ装置。 Actuators device according to any one of claims 1-5, characterized in <br/> that the brake is mounted to the output shaft of the reduction gear integral motor.
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンプ一体型アクチュエータ装置。 The amplifier according to claim 1 , wherein a coolant is attached to a surface of the frame, a hollow hole portion of the output shaft, and a hollow hole portion of the amplifier. Integrated actuator device.
ことを特徴とする、請求項７記載のアクチュエータ装置。 The coolant is a water-absorbing polymer
Characterized in that, actuators apparatus according to claim 7 wherein.
複数の請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクチュエータ装置と、
前記アクチュエータ装置間を連結する接続ブロックと、を有し、
前記アクチュエータ装置が前記接続ブロックを介して直列もしくは並列に接続することにより構成される
ことを特徴とするロボットアーム。 Arm,
A plurality of actuator devices according to any one of claims 1 to 8;
A connection block for connecting between the actuator devices,
A robot arm comprising the actuator device connected in series or in parallel via the connection block .
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