JP4811821B2 - Linear actuator - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータと、電動モータにより回転駆動されるナット部材と、ナット部材に保持されるボールを介して該ナット部材に螺合するねじ軸とを備える直動アクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator that includes an electric motor, a nut member that is rotationally driven by the electric motor, and a screw shaft that is screwed into the nut member via a ball held by the nut member.
この種の直動アクチュエータにおいては、ナット部材が筒状のナットケース内に一対のアンギュラベアリングを介して軸支され、ねじ軸の進退動作に伴いナット部材に作用するスラスト反力をアンギュラベアリングで受けられるようにしている。そして、従来、ナット部材を、ボールを保持するナット本体部と、ナット本体部より外径が小さい軸方向両端の軸部とを有するものに構成し、両軸部を一対のアンギュラベアリングにより軸支するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In this type of linear motion actuator, the nut member is pivotally supported in a cylindrical nut case via a pair of angular bearings, and the thrust reaction force acting on the nut member as the screw shaft advances and retreats is received by the angular bearing. I am trying to do it. Conventionally, the nut member is configured to have a nut main body that holds the ball and shafts at both ends in the axial direction whose outer diameter is smaller than that of the nut main body, and both shafts are pivotally supported by a pair of angular bearings. What was made to do is known (for example, refer patent document 1).
このものでは、組立時に軸方向一端側のアンギュラベアリングを軸方向他端側のアンギュラベアリングに向けて締め付ける際、ナット本体部にアンギュラベアリングの内輪を介して締め付け力が作用してしまう。そして、ナット本体部の外径がボール保持に必要な最小限の寸法であると、ナット本体部の圧縮変形によりボールが円滑に動かなくなり、フリクションロスが増大してしまう。そこで、上記従来例では、ナット本体部をボール保持部分の外側に余肉を付けた外径の大きなものに形成し、締め付け力がナット本体部の余肉部分にのみ作用するようにしている。 In this configuration, when the angular bearing on one axial end side is tightened toward the angular bearing on the other axial end side during assembly, a tightening force is applied to the nut body via the inner ring of the angular bearing. When the outer diameter of the nut main body is the minimum dimension necessary for holding the ball, the ball does not move smoothly due to compressive deformation of the nut main body, and the friction loss increases. Therefore, in the above conventional example, the nut body portion is formed to have a large outer diameter with a surplus on the outside of the ball holding portion so that the tightening force acts only on the surplus portion of the nut body portion.
ここで、ナット部材の両端の軸部の外径がナット本体部のボール保持部分より小径であると、ボール保持部分にも締め付け力が作用してしまうため、軸部の外径はボール保持部分より大径に形成する必要がある。その結果、アンギュラベアリングも大径になり、必然的にアンギュラベアリングを収納するナットケースも大径になり、直動アクチュエータを小型軽量化することが困難になる。
本発明は、以上の点に鑑み、ナット部材及びその支持構造を工夫して小型軽量化を図ることができるようにした直動アクチュエータを提供することをその課題としている。 This invention makes it the subject to provide the linear actuator which devised the nut member and its support structure, and was able to achieve size reduction and weight reduction in view of the above point.
上記課題を解決するために、電動モータと、電動モータにより回転駆動されるナット部材と、ナット部材に保持されるボールを介して該ナット部材に螺合するねじ軸とを備える直動アクチュエータであって、ナット部材が筒状のナットケース内に一対のアンギュラベアリングを介して軸支されるものにおいて、ナット部材は、ボールを保持するナット本体部と、ナット本体部より外径が小さい軸方向両端の軸部とを有し、両軸部を一対のアンギュラベアリングにより軸支するように構成され、両アンギュラベアリングの内輪間に第1カラーが介設され、第1カラーは、ナット本体部に外挿される円筒部と、円筒部の軸方向両端に設けられ、ナット本体部と各軸部との間の段差と各アンギュラベアリングの内輪との間に入り込んで内輪に当接する一対の環状板部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a linear motion actuator comprising an electric motor, a nut member that is rotationally driven by the electric motor, and a screw shaft that is screwed into the nut member via a ball held by the nut member. The nut member is pivotally supported in the cylindrical nut case via a pair of angular bearings. The nut member includes a nut main body portion that holds the ball and both axial ends having a smaller outer diameter than the nut main body portion. The first collar is interposed between the inner rings of the angular bearings, and the first collar is attached to the nut main body. Inserted between the cylindrical part to be inserted and the axially opposite ends of the cylindrical part, and enters between the step between the nut main body part and each shaft part and the inner ring of each angular bearing to contact the inner ring. And having a pair of annular plate portion.
本発明によれば、組立時に軸方向一端側のアンギュラベアリングを軸方向他端側のアンギュラベアリングに向けて締め付けたとき、締め付け力が第1カラーの一端の環状板部と円筒部と他端の環状板部とを介して軸方向他端側のアンギュラベアリングに伝達され、ナット本体部に締め付け力は作用しない。従って、ナット本体部の外径をボール保持に必要な必要最小限の寸法に設定し、これより軸部の外径を小さくしても、締め付け力によりボールの動きの円滑性が損なわれて、フリクションロスが増大するといった不具合は生じない。そして、軸部の小径化でアンギュラベアリングも小径化できる。その結果、ナットケースを小径化して、直動アクチュエータの小型軽量化を図ることができる。 According to the present invention, when the angular bearing at one end in the axial direction is tightened toward the angular bearing at the other end in the axial direction during assembly, the tightening force is applied to the annular plate portion, the cylindrical portion, and the other end of the first collar. It is transmitted to the angular bearing on the other axial end side through the annular plate portion, and no tightening force acts on the nut body portion. Therefore, even if the outer diameter of the nut body is set to the minimum necessary size necessary for holding the ball, and the outer diameter of the shaft is made smaller than this, the smoothness of the movement of the ball is impaired by the tightening force, There is no problem that the friction loss increases. Further, the diameter of the angular bearing can be reduced by reducing the diameter of the shaft portion. As a result, it is possible to reduce the diameter of the nut case and reduce the size and weight of the direct acting actuator.
尚、第1カラーの両環状板部が円筒部と一体であると、第1カラーをナット部材に装着できなくなる。従って、第1カラーの両環状板部のうち少なくとも一方は円筒部から分離自在とする。 If both the annular plate portions of the first collar are integral with the cylindrical portion, the first collar cannot be attached to the nut member. Therefore, at least one of the annular plate portions of the first collar is separable from the cylindrical portion.
ところで、軸方向一端側のアンギュラベアリングの外輪が軸方向に過度に締め上げられると、アンギュラベアリングの与圧量が過大になって、フリクショントルクが大きくなる。そのため、本発明においては、両アンギュラベアリングの外輪間に、軸長が第1カラーと同一の円筒状の第2カラーを介設することが望ましい。これによれば、軸方向一端側のアンギュラベアリングの外輪が軸方向に過度に締め上げられることを第2カラーにより防止できる。 By the way, when the outer ring of the angular bearing at one axial end is excessively tightened in the axial direction, the amount of pressure applied to the angular bearing becomes excessive, and the friction torque increases. Therefore, in the present invention, it is desirable to provide a cylindrical second collar having the same axial length as the first collar between the outer rings of both angular bearings. According to this, the second collar can prevent the outer ring of the angular bearing on the one end side in the axial direction from being excessively tightened in the axial direction.
尚、第1カラーの軸長と第2カラーの軸長とに微少な差を生じても、アンギュラベアリングの与圧量に大きな影響が及ぶ。そのため、第1と第2の両カラーを治具にセットして、両カラーの端部を同時に平面研削し、両カラーの軸長を正確に一致させる必要がある。この場合、第1カラーの両環状板部の少なくとも一方の環状板部の軸方向外方を向く面の内周部に、径方向内方に向けて軸方向内方に傾斜するテーパー部が形成されていれば、テーパー部が治具の係合部になり、第1カラーと第2カラーの同時平面研削が可能になる。 Even if a slight difference occurs between the axial length of the first collar and the axial length of the second collar, the amount of pressure applied to the angular bearing is greatly affected. Therefore, it is necessary to set both the first and second collars on the jig, and simultaneously grind the end portions of both collars so that the axial lengths of both collars coincide with each other accurately. In this case, a tapered portion that is inclined inward in the axial direction toward the radially inward is formed on the inner peripheral portion of the surface facing the axially outward of at least one of the annular plate portions of the first collar. If so, the tapered portion becomes the engaging portion of the jig, and simultaneous surface grinding of the first collar and the second collar becomes possible.
図1乃至図4は本発明の実施形態の直動アクチュエータを具備する2足歩行ロボットを示している。この2足歩行ロボットは、胴体部1と左右一対の脚部2,2とを備えている。胴体部1は胴体フレーム3を備えており、この胴体フレーム1上にコントロールボックス4が搭載されている。また、胴体フレーム3には、上下方向の軸(Z軸)回りに旋回自在な左右一対の旋回枠5,5が設けられており、各旋回枠5に左右の各脚部2が連結されている。 1 to 4 show a biped walking robot including a linear actuator according to an embodiment of the present invention. This biped walking robot includes a body part 1 and a pair of left and right leg parts 2 and 2. The body portion 1 includes a body frame 3, and a control box 4 is mounted on the body frame 1. The body frame 3 is provided with a pair of left and right swivel frames 5 and 5 that can swivel about a vertical axis (Z axis), and the left and right leg portions 2 are connected to the swivel frames 5. Yes.
各脚部2は、胴体部1の各旋回枠5の下端に股関節部6を介して連結される大腿リンク7と、大腿リンク7の下端に膝関節部8を介して連結される下腿リンク9と、下腿リンク9の下端に足首関節部10を介して連結される足平部11とで構成されている。 Each leg 2 includes a thigh link 7 connected to the lower end of each revolving frame 5 of the body 1 via a hip joint 6, and a crus link 9 connected to the lower end of the thigh link 7 via a knee joint 8. And a foot portion 11 connected to the lower end of the lower leg link 9 via an ankle joint portion 10.
股関節部6は、Z軸に直交する横方向の軸(Y1軸)と前後方向の軸(X1軸)との2軸回りの回転自由度を持つ2軸ジョイントで構成される。従って、大腿リンク7は旋回枠5に対しY1軸を中心にして前後方向に揺動自在で、且つ、X1軸を中心にして横方向に揺動自在である。股関節部6には、大腿リンク7のY1軸回りとX1軸回りの揺動角度を検出するエンコーダ6a,6bが設けられている。 The hip joint portion 6 is composed of a biaxial joint having a degree of freedom of rotation about two axes, a horizontal axis (Y1 axis) perpendicular to the Z axis and a front and rear axis (X1 axis). Therefore, the thigh link 7 is swingable in the front-rear direction about the Y1 axis with respect to the revolving frame 5, and is swingable in the lateral direction about the X1 axis. The hip joint portion 6 is provided with encoders 6a and 6b that detect the swing angles of the thigh link 7 about the Y1 axis and the X1 axis.
膝関節部8は、横方向の軸(Y2軸)回りの回転自由度を持つ1軸ジョイントで構成される。従って、下腿リンク9は大腿リンク7に対しY2軸を中心にして前後方向に揺動自在である。膝関節部8には、下腿リンク9のY2軸回りの揺動角度を検出するエンコーダ8aが設けられている。 The knee joint portion 8 is constituted by a uniaxial joint having a degree of freedom of rotation about a horizontal axis (Y2 axis). Accordingly, the crus link 9 is swingable in the front-rear direction with respect to the thigh link 7 about the Y2 axis. The knee joint portion 8 is provided with an encoder 8a that detects a swing angle of the crus link 9 around the Y2 axis.
足首関節部10は、横方向の軸(Y3軸)とこれに直交する前後方向の軸(X3軸)との2軸回りの回転自由度を持つ2軸ジョイントで構成されている。従って、足平部11は下腿リンク9に対しY3軸を中心にして上下方向に揺動自在で、且つ、X3軸を中心にして横方向に揺動である。足首関節部10には、足平部11のY3軸回りとX3軸回りの揺動角度を検出するエンコーダ10a,10bが設けられている。 The ankle joint portion 10 is composed of a biaxial joint having a degree of freedom of rotation about two axes, a lateral axis (Y3 axis) and a longitudinal axis (X3 axis) orthogonal thereto. Therefore, the foot portion 11 is swingable in the vertical direction around the Y3 axis with respect to the crus link 9, and swings in the lateral direction around the X3 axis. The ankle joint 10 is provided with encoders 10a and 10b that detect the swing angle of the foot 11 around the Y3 axis and the X3 axis.
また、本実施形態の2足歩行ロボットには、胴体フレーム3と各旋回枠5とをZ軸から離れた部分で連結する第1直動アクチュエータ121と、各旋回枠5と各脚部2の大腿リンク7とを股関節部6から離れた部分で連結する左右一対の第2直動アクチュエータ122,122と、各脚部2の大腿リンク7と下腿リンク9とを膝関節部8から離れた部分で連結する第3直動アクチュエータ123と、各脚部2の下腿リンク9と足平部11とを足首関節部10から離れた部分で連結する左右一対の第4直動アクチュエータ124,124とが設けられている。 Further, the two-legged walking robot of this embodiment, the fuselage frame 3 and the pivot frame 5 and the first linear actuator 12 1 connected by a portion apart from the Z axis, the pivot frame 5 and the leg 2 The pair of left and right second linear motion actuators 12 2 , 12 2 that connect the thigh link 7 at a portion away from the hip joint portion 6, and the thigh link 7 and the crus link 9 of each leg portion 2 from the knee joint portion 8. A pair of left and right fourth linear actuators 12 that connect the third leg actuator 12 3 connected at a distant part, and the leg link 9 and the foot part 11 of each leg 2 at a part away from the ankle joint part 10. 4 and 12 4 are provided.
旋回枠5は、第1直動アクチュエータ121の伸縮動作によりZ軸回りに旋回動作される。大腿リンク7は、一対の第2直動アクチュエータ122,122を共に伸張又は収縮動作させることにより股関節部6のY1軸を中心にして前後方向に揺動され、両第2直動アクチュエータ122,122の一方を伸張動作させると共に他方を収縮動作させることにより股関節部6のX1軸を中心にして横方向に揺動される。下腿リンク9は、第3直動アクチュエータ123の伸縮動作により膝関節部8のY2軸を中心にして前後方向に揺動される。足平部11は、一対の第4直動アクチュエータ124,124を共に伸張又は収縮動作させることにより足首関節部10のY3軸を中心にして上下方向に揺動され、両第4直動アクチュエータ124,124の一方を伸張動作させると共に他方を収縮動作させることにより足首関節部10のX3軸を中心にして横方向に揺動される。 Pivoting frame 5 is pivoted operating the Z-axis direction by the first linear actuator 12 1 of the telescopic operation. The thigh link 7 is swung in the front-rear direction around the Y1 axis of the hip joint portion 6 by extending or contracting the pair of second linear actuators 12 2 , 12 2 together. By swinging one of 2 and 12 2 and contracting the other, the hip joint 6 is swung laterally about the X1 axis. Lower link 9 is swung in the front-rear direction about the Y2 axis of the knee joint 8 by expansion and contraction of the third linear actuator 12 3. The foot portion 11 is swung in the vertical direction about the Y3 axis of the ankle joint portion 10 by extending or contracting the pair of fourth linear motion actuators 12 4 and 12 4 together, and both fourth linear motions. When one of the actuators 12 4 and 12 4 is extended and contracted, the other is oscillated laterally about the X3 axis of the ankle joint 10.
第1乃至第4の各直動アクチュエータ121,122,123,124は、図5に示す如く、電動モータ13及び該電動モータ13により回転駆動されるナット部材14を備える駆動ユニット15と、ナット部材14に保持されるボール14aを介して該ナット部材14に螺合するねじ軸16とから成るボールねじ機構で構成される。そして、ナット部材14の回転に伴うねじ軸16の軸方向移動で各直動アクチュエータ121,122,123,124が伸縮動作する。ねじ軸16は、外周面にねじ溝を形成した本体部16aと、本体部16aの軸方向一端にジョイント部16bを介して連結したロッド部16cとで構成されている。尚、図5は第4直動アクチュエータ124を示しているが、他の直動アクチュエータ121,122,123も同様の構造になっている。 As shown in FIG. 5, each of the first to fourth linear actuators 12 1 , 12 2 , 12 3 , and 12 4 includes an electric motor 13 and a drive unit 15 that includes a nut member 14 that is rotationally driven by the electric motor 13. And a ball screw mechanism including a screw shaft 16 screwed into the nut member 14 via a ball 14a held by the nut member 14. The linear actuators 12 1 , 12 2 , 12 3 , and 12 4 expand and contract by the axial movement of the screw shaft 16 accompanying the rotation of the nut member 14. The screw shaft 16 includes a main body portion 16a having a thread groove formed on the outer peripheral surface, and a rod portion 16c connected to one axial end of the main body portion 16a via a joint portion 16b. Incidentally, FIG. 5 is shown a fourth linear actuator 12 4, and the other linear actuator 12 1, 12 2, 12 3 also becomes similar structure.
駆動ユニット15は、電動モータ13を搭載するマウントフレーム17を備え、このマウントフレーム17に、ナット部材14を回転自在に収納する筒状のナットケース18が電動モータ13と平行に並設されている。ナット部材14は、ナットケース18内に一対のアンギュラベアリング19,19を介して軸支されている。そして、マウントフレーム17から突出する電動モータ13の出力軸13aに駆動プーリ13bを連結すると共に、マウントフレーム17から突出するナット部材14の端部に従動プーリ14bを連結し、両プーリ13b,14bにベルト13cを巻き掛けして、電動モータ13によりベルト13cを介してナット部材14が回転駆動されるようにしている。 The drive unit 15 includes a mount frame 17 on which the electric motor 13 is mounted. A cylindrical nut case 18 that rotatably accommodates the nut member 14 is provided in parallel with the electric motor 13 on the mount frame 17. . The nut member 14 is pivotally supported in the nut case 18 via a pair of angular bearings 19, 19. The drive pulley 13b is coupled to the output shaft 13a of the electric motor 13 projecting from the mount frame 17, and the driven pulley 14b is coupled to the end of the nut member 14 projecting from the mount frame 17, and both pulleys 13b and 14b are coupled. The belt 13c is wound around and the nut member 14 is driven to rotate by the electric motor 13 through the belt 13c.
また、ナットケース18には、ナット部材14の中心軸線に直交する孔軸を持つ孔18aが形成されている。そして、ナットケース18がこの孔18aに装着したベアリング18bにおいて後述する支軸18cに揺動自在に軸支されるようにしている。 Further, the nut case 18 is formed with a hole 18 a having a hole axis perpendicular to the central axis of the nut member 14. The nut case 18 is pivotally supported by a bearing 18b mounted in the hole 18a in a swingable manner on a support shaft 18c described later.
第1直動アクチュエータ121の駆動ユニット15は、胴体フレーム3にナットケース18においてZ軸に平行な揺動軸線(Za軸)回りに揺動自在に連結される。即ち、胴体フレーム3にZa軸上に位置する支軸18cを取付けて、この支軸18cにナットケース18をベアリング18bを介して揺動自在に軸支させている。この場合、Za軸はナット部材14の中心軸線に直交することになる。また、第1直動アクチュエータ121のねじ軸16は、旋回枠5にロッド部16cにおいてZ軸に平行な揺動軸線(Zb軸)回りに揺動自在に連結されている。 The first linear actuator 12 1 of the drive unit 15, parallel to the swing axis in the Z-axis in the nut case 18 to the fuselage frame 3 (Za axis) is pivotally connected around. That is, a support shaft 18c located on the Za axis is attached to the body frame 3, and a nut case 18 is supported on the support shaft 18c so as to be swingable through a bearing 18b. In this case, the Za axis is orthogonal to the central axis of the nut member 14. The first linear actuator 12 1 of the screw shaft 16 is swingably connected to the parallel pivot axis (Zb axis) in Z axis in the rod section 16c on the pivot frame 5.
各第2直動アクチュエータ122の駆動ユニット15は、旋回枠5にナットケース18において股関節部6のY1軸に平行な揺動軸線(Y1a軸)とこれに直交する揺動軸線(X1a軸)との2つの軸線回りに揺動自在に連結される。具体的には、旋回枠5にY1a軸回りに回転自在なジョイント部材122aを軸着し、このジョイント部材122aにX1a軸上に位置する支軸18cを取付けて、この支軸18cにナットケース18をベアリング18bを介して揺動自在に軸支させている。この場合、X1a軸はナット部材18の中心軸線に直交し、Y1a軸もナット部材18の中心軸線に直交する。また、各第2直動アクチュエータ122のねじ軸16は、股関節部6の後方に位置する大腿リンク7の上端部にロッド部16cにおいてY1軸に平行な揺動軸線(Y1b軸)とこれに直交する揺動軸線(X1b軸)との2つの軸線回りに揺動自在に連結される。具体的には、ロッド部16cがY1b軸とX1b軸との2軸回りの回転自由度を持つ2軸ジョイント122bを介して大腿リンク7の上端部に連結される。 Each second linear actuator 12 and second drive unit 15, pivot frame 5 parallel swing axis in the Y1 axis hip joint 6 in the nut case 18 (Y1a axis) and the swing axis orthogonal thereto (X1a axis) Are pivotably connected around two axes. Specifically, a joint member 12 2 a that is rotatable about the Y1a axis is attached to the revolving frame 5, and a support shaft 18 c located on the X1 a axis is attached to the joint member 12 2 a, and this support shaft 18 c is attached. A nut case 18 is pivotally supported via a bearing 18b. In this case, the X1a axis is orthogonal to the central axis of the nut member 18, and the Y1a axis is also orthogonal to the central axis of the nut member 18. Further, each of the second linear actuator 12 2 of the screw shaft 16, parallel to the swing axis in the Y1 axis in the rod section 16c on the upper end of the thigh link 7 located behind the hip 6 (Y1b axis) and to It is connected so as to be swingable around two axis lines with an orthogonal swing axis line (X1b axis). Specifically, the rod portion 16c is connected to the upper end of the thigh link 7 through the two-axis joint 12 2 b with two axes of rotation freedom between Y1b axis and X1b axis.
第3直動アクチュエータ123の駆動ユニット15は、大腿リンク7の上部にナットケース18において膝関節部8のY2軸に平行な揺動軸線(Y2a軸)回りに揺動自在に連結される。具体的には、大腿リンク7の上部にY2a軸上に位置する支軸18cを取付けて、この支軸18cにナットケース18をベアリング18bを介して揺動自在に軸支させている。この場合、Y2a軸はナット部材14の中心軸線に直交することになる。また、第3直動アクチュエータ123のねじ軸16は、膝関節部8の上方に延出した下腿リンク9の上端部にロッド部16cにおいてY2軸に平行な揺動軸線(Y2b軸)回りに揺動自在に連結される。具体的には、ロッド部16cがY2b軸回りの回転自由度を持つ1軸ジョイント123bを介して下腿リンク9の上端部に連結される。 The third linear actuator 12 3 of the drive unit 15 is swingably connected to the nut case 18 in the upper portion of the thigh link 7 parallel swing axis to Y2 axis of the knee joint 8 (Y2a axis) around. Specifically, a support shaft 18c positioned on the Y2a axis is attached to the upper portion of the thigh link 7, and a nut case 18 is supported on the support shaft 18c in a swingable manner via a bearing 18b. In this case, the Y2a axis is orthogonal to the central axis of the nut member 14. The third screw shaft 16 of the linear actuator 12 3, parallel swing axis to Y2 axis in the rod section 16c on the upper end of the lower link 9 extending above the knee joint 8 (Y2b axis) around It is swingably connected. Specifically, it is connected to an upper end portion of the lower leg link 9 via a uniaxial joint 12 3 b of the rod portion 16c has a rotation degree of freedom Y2b axis.
各第4直動アクチュエータ124の駆動ユニット15は、下腿リンク9の上部にナットケース18において足首関節部10のY3軸に平行な揺動軸線(Y3a軸)とこれに直交する揺動軸線(X3a軸)との2つの軸線回りに揺動自在に連結される。具体的には、下腿リンク9の上部にY3a軸回りに回転自在なジョイント部材124aを軸着し、このジョイント部材124aにX3a軸上に位置する支軸18cを取付けて、この支軸18cにナットケース18をベアリング18bを介して揺動自在に軸支させている。この場合、X3a軸はナット部材18の中心軸線に直交し、Y3a軸もナット部材18の中心軸線に直交する。また、各第4直動アクチュエータ124のねじ軸16は、足平部11にロッド部16cにおいてY3軸に平行な揺動軸線(Y3b軸)とこれに直交する揺動軸線(X3b軸)との2つの軸線回りに揺動自在に連結される。具体的には、ロッド部16cがY3b軸とX3b軸との2軸の回転自由度を持つ2軸ジョイント124bを介して足平部11に連結される。 Each fourth linear actuator 12 4 of the drive unit 15, parallel to the swing axis to Y3 axis of the ankle joint portion 10 in the nut case 18 in the upper part of the shank link 9 (Y3a axis) and the swing axis orthogonal thereto ( X3a axis) and are swingably connected around two axes. Specifically, to attach the support shaft 18c which is pivotally attached a rotatable joint member 12 4 a to Y3a axis on top of the lower leg link 9, located on X3a axis to the joint member 12 4 a, the supporting A nut case 18 is pivotally supported on the shaft 18c via a bearing 18b. In this case, the X3a axis is orthogonal to the central axis of the nut member 18, and the Y3a axis is also orthogonal to the central axis of the nut member 18. Further, the screw shaft 16 of the fourth linear actuator 12 4, parallel swing axis to Y3 axis is fixed on a rod portion 16c to the foot 11 and (Y3b axis) and the swing axis orthogonal thereto (X3b axis) Are pivotably coupled around the two axes. Specifically, the rod portion 16c is connected to the foot 11 through the two-axis joint 12 4 b with rotational freedom of the two axes of Y3b axis and X3b axis.
また、各第4直動アクチュエータ124は、該各第4直動アクチュエータ124の伸縮力が膝関節部8のY2軸と足首関節部10のY3軸とを結ぶ結線L1に対し後傾した線L2上に作用するように配置される。具体的には、各第4直動アクチュエータ124の下腿リンク9に対する連結部であるY3a軸を上記結線L1より後方に位置させ、各第4直動アクチュエータ124の足平部11に対する連結部であるY3b軸を上記結線L1よりも前方に位置させている。ここで、第4直動アクチュエータ124の伸縮力は矢状面においてY3a軸とY3b軸とを結ぶ線上に作用するから、Y3a軸とY3b軸とを上記に如く位置させることにより、第4直動アクチュエータ124の伸縮力の作用線L2は上記結線L1に対し後傾する。 Each fourth linear actuator 12 4, stretching force of the respective fourth linear actuator 12 4 is tilted backward relative to connection L1 connecting the Y3 axis Y2 axis and the ankle joint portion 10 of the knee joint 8 It arrange | positions so that it may act on the line L2. Specifically, the Y3a shaft is coupled portion with respect to the lower link 9 of the fourth linear actuator 12 4 is positioned behind the connection L1, connecting portion for foot 11 of the fourth linear actuator 12 4 The Y3b axis is positioned in front of the connection L1. Here, since the stretching force of the fourth linear actuator 12 4 acts on a line connecting the Y3a shaft and Y3b axis in the sagittal plane, the Y3a shaft and Y3b axis by positioning as above, the fourth straight action line L2 of the stretching force of the dynamic actuator 12 4 is tilted backward relative to the connection L1.
尚、各脚部2の一対の第4直動アクチュエータ124,124のうち下腿リンク9の横方向外側に配置される第4直動アクチュエータ124の駆動ユニット15は、ナットケース18の横方向外側に電動モータ13が位置する姿勢になっているが、下腿リンク9の横方向内側に配置される第4直動アクチュエータ124の駆動ユニット15は、他の脚部2の下腿リンク9の横方向内側に配置される第4直動アクチュエータ124の駆動ユニット15との干渉を回避するため、ナットケース18の前側に電動モータ13が位置する姿勢になっている。 The fourth linear actuator 12 4 of the drive unit 15 disposed laterally outward of the lower leg link 10, of the pair of leg portions 2 fourth linear actuator 12 4, 12 4, next to the nut case 18 Although the electric motor 13 is in the position located outward, the fourth linear actuator 12 4 of the drive unit 15 disposed laterally inward of the lower link 9, the other leg 2 of the crus link 9 to avoid interference with the fourth driving unit 15 of the linear actuator 12 4 disposed laterally inward, the electric motor 13 to the front side of the nut case 18 is in the position to position.
ところで、下腿駆動用の第3直動アクチュエータ123と足平駆動用の第4直動アクチュエータ124とを、夫々、電動モータと該モータで回転駆動されるねじ軸とを備える駆動ユニットと、ねじ軸に螺合するナット部材を有するスライダとから成るボールねじ機構で構成することも考えられる。然し、このものでは、スライダを案内するためのガイドレールを取付けた重量の重い上下方向に長手のガイドフレームが必要になり、このガイドフレームの影響で直動アクチュエータの重心位置が駆動ユニットの上端からかなり下方に離れる。従って、大腿リンク7や下腿リンク9に駆動ユニットをその上端が各リンク7,9の上端の関節部(股関節部6や膝関節部8)と同等高さになるように連結しても、駆動ユニットの重心と各リンク7,9の上端の関節部との間の距離が長くなる。しかも、直動アクチュエータの重量がガイドフレームの影響で重くなるため、大腿リンク7の股関節部6回りの慣性モーメントや下腿リンク9の膝関節部8回りの慣性モーメントが大きくなってしまう。 Meanwhile, a drive unit and a fourth linear actuator 12 4 of the third linear actuator 12 3 and foot driving for crus driving, respectively, and a screw shaft which is rotated by the electric motor and the motor, A ball screw mechanism including a slider having a nut member screwed onto the screw shaft may be considered. However, this requires a heavy vertical guide frame with a guide rail attached to guide the slider, and the center of gravity position of the linear actuator from the upper end of the drive unit is affected by this guide frame. It leaves far below. Therefore, even if the drive unit is connected to the thigh link 7 or the crus link 9 so that the upper end of the drive unit has the same height as the joints (the hip joint part 6 and the knee joint part 8) of each link 7, 9, the drive unit is driven. The distance between the center of gravity of the unit and the joints at the upper ends of the links 7 and 9 becomes longer. Moreover, since the weight of the linear actuator becomes heavy due to the influence of the guide frame, the inertia moment around the hip joint portion 6 of the thigh link 7 and the inertia moment around the knee joint portion 8 of the crus link 9 become large.
これに対し、本実施形態では、各直動アクチュエータ123、124の駆動ユニット15に電動モータ13により回転駆動されるナット部材14を設け、ナット部材14の回転によりこれに螺合するねじ軸16を進退させるようにしているため、上述したスライダを案内するためのガイドレールを取付けた重量の重い上下方向に長手のガイドフレームが不要になる。その結果、各直動アクチュエータ123、124の重心位置が駆動ユニット15の上端に近付き、大腿リンク7や下腿リンク9の上端の関節部(股関節部6や膝関節部8)と各直動アクチュエータ123、124の重心との間の距離を短縮することができる。しかも、重量物たるガイドフレームが不要になることで各直動アクチュエータ123、124の重量が軽くなるため、大腿リンク7や下腿リンク9の上端の関節部回りの慣性モーメントを低減することができ、2足歩行ロボットの歩行速度や応答性等の運動性能が向上する。 On the other hand, in this embodiment, a nut member 14 that is rotationally driven by the electric motor 13 is provided in the drive unit 15 of each of the linear motion actuators 12 3 and 12 4 , and a screw shaft that is screwed into this by rotation of the nut member 14. Since 16 is advanced and retracted, a heavy guide frame having a heavy weight in the vertical direction to which the above-described guide rail for guiding the slider is attached becomes unnecessary. As a result, the center of gravity of each of the linear motion actuators 12 3 and 12 4 approaches the upper end of the drive unit 15, and the joints (the hip joint portion 6 and the knee joint portion 8) of the upper end of the thigh link 7 and the lower leg link 9 and the respective linear motions. The distance between the center of gravity of the actuators 12 3 and 12 4 can be shortened. Moreover, since the weight of each linear motion actuator 12 3, 12 4 is lightly by heavy serving guide frame is not required, reducing the joint moment of inertia about the upper end of the thigh link 7 and lower link 9 In addition, the movement performance of the biped walking robot such as walking speed and responsiveness is improved.
尚、各直動アクチュエータ123、124の駆動ユニット15にナット部材14を設ける場合、駆動ユニット15の大腿リンク7や下腿リンク9に対する揺動軸線がナット部材14の中心軸線に直交する線からオフセットしていると、ねじ軸16の進退動作に伴い駆動ユニット15がねじ軸16の軸線からオフセットした揺動軸線回りに揺動することになって、ねじ軸16に曲げ荷重が作用する。そして、曲げ荷重を吸収するために、ナット部材14をリニヤガイドによりフローティング支持することが必要になる。これに対し、本実施形態では、各直動アクチュエータ123、124の駆動ユニット15の大腿リンク7や下腿リンク9に対する揺動軸線(Y2a軸、Y3a軸、X3a軸)がナット部材14の中心軸線に直交するため、ねじ軸16に曲げ荷重は作用せず、リニヤガイドが不要になる。従って、その分各直動アクチュエータ123、124が軽量になり、大腿リンク7や下腿リンク9の慣性モーメントが低減される。 When the nut member 14 is provided in the drive unit 15 of each of the linear motion actuators 12 3 and 12 4 , the swing axis of the drive unit 15 with respect to the thigh link 7 and the crus link 9 is from a line perpendicular to the central axis of the nut member 14. When offset, the drive unit 15 swings around the swing axis offset from the axis of the screw shaft 16 as the screw shaft 16 advances and retracts, and a bending load acts on the screw shaft 16. In order to absorb the bending load, the nut member 14 needs to be floating supported by the linear guide. On the other hand, in the present embodiment, the swing axes (Y2a axis, Y3a axis, X3a axis) of the drive units 15 of the linear motion actuators 12 3 and 12 4 with respect to the thigh link 7 and the crus link 9 are the centers of the nut members 14. Since it is orthogonal to the axis, no bending load is applied to the screw shaft 16, and no linear guide is required. Accordingly, the linear motion actuators 12 3 and 12 4 are lightened accordingly, and the moment of inertia of the thigh link 7 and the crus link 9 is reduced.
また、各直動アクチュエータ123、124の駆動ユニット15にナット部材14を設ける場合、電動モータ13の真下にナットケースを配置して、このナットケース内にナット部材を回転自在に収納することも可能である。然し、これでは駆動ユニット15の上下方向長さが長くなってしまい、その分各直動アクチュエータ123、124の重心位置が低くなる。これに対し、本実施形態の如くナットケース18を電動モータ13に並設すれば、駆動ユニット15の上下方向長さが短くなり、その分各直動アクチュエータ123、124の重心位置が高くなる。これにより、大腿リンク7や下腿リンク9の慣性モーメントを一層低減できる。 Further, when the nut member 14 is provided in the drive unit 15 of each of the linear actuators 12 3 and 12 4 , a nut case is disposed immediately below the electric motor 13 and the nut member is rotatably accommodated in the nut case. Is also possible. However, this increases the length of the drive unit 15 in the vertical direction, and accordingly, the position of the center of gravity of each of the linear motion actuators 12 3 and 12 4 decreases. On the other hand, when the nut case 18 is arranged in parallel with the electric motor 13 as in the present embodiment, the vertical length of the drive unit 15 is shortened, and the center of gravity of each of the linear actuators 12 3 and 12 4 is increased accordingly. Become. Thereby, the moment of inertia of the thigh link 7 and the lower leg link 9 can be further reduced.
ところで、階段歩行時には、図6に示す如く、膝関節部8の屈曲角度が大きくなり、階段面に接地する足平部11に対し下腿リンク9が大きく前傾する。そして、階段を上るためには、第4直動アクチュエータ124により足平部11に足首関節部10を中心にした前下がり(つま先下がり)方向の大きなモーメントを付与する必要がある。 By the way, when walking on the stairs, as shown in FIG. 6, the bending angle of the knee joint portion 8 increases, and the crus link 9 tilts greatly forward with respect to the foot portion 11 that contacts the staircase surface. In order ranks, it is necessary to impart a greater moment of the fourth front-down in which the ankle joint 10 about the foot 11 by the linear actuator 12 4 (downhill) direction.
ここで、足平部11へのモーメントの付与に寄与するのは、第4直動アクチュエータ124の伸縮力のうち足平部11(接地面)に直交する方向の成分だけである。この場合、第4直動アクチュエータ124の伸縮力を膝関節部8と足首関節部10とを結ぶ結線L1に平行な線上に作用させたのでは、階段歩行時に上記結線L1、即ち、伸縮力の作用線が足平部11に対し大きく前傾するために、第4直動アクチュエータ124の伸縮力のうち足平部11に直交する方向の成分は僅かになってしまう。従って、足平部11に第4直動アクチュエータ124で効率良くモーメントを付与できなくなる。その結果、階段上りに必要な所要のモーメントを付与するには、第4直動アクチュエータ124を高出力の大型のものにせざるを得なくなる。 Here, to contribute to the imparting of the moment in the foot 11 is only the direction of the component perpendicular to the foot 11 (ground plane) of the stretching force of the fourth linear actuator 12 4. In this case, than allowed to act on a line parallel to the connection L1 to the stretching force of the fourth linear actuator 12 4 connecting the knee joint 8 and the ankle joint portion 10, the connection L1 during down stairs, i.e., stretching force in order to effect line is inclined forward greatly to the foot 11, component in a direction perpendicular to the foot 11 of the stretching force of the fourth linear actuator 12 4 becomes slightly. Therefore, it becomes impossible imparted efficiently moment in the fourth linear actuator 12 4 to the foot 11. As a result, to grant the required moment required climbing stairs is forced to not give so a fourth linear actuator 12 4 to that of the high output large.
これに対し、本実施形態では、階段歩行時に膝関節部8と足首関節部10とを結ぶ結線L1が足平部11に対し大きく前傾しても、この結線L1に対し後傾した線L2上に第4直動アクチュエータ124の伸縮力が作用するため、伸縮力の作用線L2と足平部11に直交する方向との成す角度は直角に近くなる。従って、第4直動アクチュエータ124の伸縮力の足平部11に直交する方向の成分が大きくなり、足平部11に効率良くモーメントが付与される。その結果、第4直動アクチュエータ124を高出力の大型のものにしなくても、階段上りに必要な所要のモーメントを足平部11に付与することができるようになる。そのため、第4直動アクチュエータ124を小型軽量化して、下腿リンク9の慣性モーメントを一層低減でき、更に省電力化も図ることができる。 On the other hand, in the present embodiment, even if the connection line L1 connecting the knee joint part 8 and the ankle joint part 10 is greatly inclined forward with respect to the foot part 11 at the time of stair walking, the line L2 inclined backward with respect to the connection line L1. since the stretching force of the fourth linear actuator 12 4 is applied to the upper, the angle formed between the direction perpendicular to the action line L2 and the foot 11 of the stretching force is at right angles close. Therefore, the direction of the component perpendicular to the foot 11 of the stretching force of the fourth linear actuator 12 4 is increased, efficiently moment is imparted to the foot 11. As a result, even without the fourth linear actuator 12 4 to that of the high output large, it becomes possible to impart the required moment required climbing stairs to the foot 11. Therefore, the fourth linear actuator 12 4 smaller and lighter, the moment of inertia of the shank link 9 can further reduce, can be reduced even further power saving.
ところで、第4直動アクチュエータ124の下腿リンク9に対する連結部たるY3a軸を上記結線L1よりも前方に位置させると共に、Y3a軸より前方に第4直動アクチュエータ124の足平部11に対する連結部たるY3b軸を位置させ、或いは、Y3b軸を上記結線L1より後方に位置させると共に、Y3b軸より後方にY3a軸を位置させて、第4直動アクチュエータ124の伸縮力の作用線を上記結線L1に対し後傾させることも可能である。然し、これでは、第4直動アクチュエータ124が下腿リンク9の前側や後側に大きく張り出してしまい、脚部2のスマートさが損なわれてしまう。 Incidentally, the connecting portion serving Y3a shaft for the fourth linear actuator 12 4 of the lower link 9 with is positioned in front of the connection L1, connection to a fourth linear actuator 12 4 of the foot 11 in front of Y3a axis positions the part serving Y3b axis or the a Y3b shaft with is positioned behind the connection L1, by positioning the Y3a axis behind the Y3b axis, the fourth stretching force line of action of the linear actuator 12 4 It is also possible to tilt backward with respect to the connection line L1. However, this is a fourth linear actuator 12 4 will projects largely to the front and rear side of the crus link 9, the smart of the leg 2 is impaired.
これに対し、本実施形態の如くY3a軸を上記結線L1よりも後方に位置させると共に、Y3b軸を上記結線L1よりも前方に位置させれば、下腿リンク9の前後への第4直動アクチュエータ124の張り出し量が小さくなり、脚部2がスマートになる。これにより脚部2を人間型のプロフィールに近付けることができる。 On the other hand, if the Y3a axis is positioned rearward of the connection L1 and the Y3b axis is positioned forward of the connection L1 as in the present embodiment, the fourth linear motion actuator forward and backward of the crus link 9 12 overhang of 4 is reduced, the leg 2 is smart. Thereby, the leg part 2 can be brought close to a humanoid profile.
また、本実施形態では、各直動アクチュエータ121,122,123,124の駆動ユニット15の小型軽量化のため、ナット部材14やその支持構造にも工夫を施している。以下、この点について詳述する。 In this embodiment, the nut member 14 and its support structure are also devised in order to reduce the size and weight of the drive unit 15 of each of the linear actuators 12 1 , 12 2 , 12 3 , and 12 4 . Hereinafter, this point will be described in detail.
ナット部材14は、図5に示す如く、ボール14aを保持するナット本体部141と、ナット本体部141より外径が小さい軸方向両端の軸部142,143とを有しており、両軸部142,143を一対のアンギュラベアリング19,19により軸支すると共に、軸方向一端の軸部142に従動プーリ14bを連結している。尚、この軸部142は、ナット本体部141にドグ部を介して連結されるもので、ナット本体部141とは別体であるが、ナット本体部141に一体成形することも可能である。 As shown in FIG. 5, the nut member 14 includes a nut main body portion 141 that holds the ball 14 a and shaft portions 142 and 143 at both axial ends having a smaller outer diameter than the nut main body portion 141. 142 and 143 are supported by a pair of angular bearings 19 and 19, and a driven pulley 14 b is connected to a shaft portion 142 at one end in the axial direction. The shaft portion 142 is connected to the nut main body portion 141 via a dog portion, and is separate from the nut main body portion 141. However, the shaft portion 142 can be integrally formed with the nut main body portion 141.
ところで、各アンギュラベアリング19を、その内輪19aの端面がナット本体部141と各軸部142,143との間の段差に当接するように配置することも可能であるが、これでは以下の不具合を生ずる。即ち、組立時に、軸方向一端側のアンギュラベアリング19を軸方向他端側のアンギュラベアリング19に向けて締め付ける際、ナット本体部141に締め付け力が作用してしまう。そして、ナット本体部141の圧縮変形によりボール14aが円滑に動かなくなって、フリクションロスが増大してしまう。 By the way, each angular bearing 19 can be arranged such that the end surface of the inner ring 19a abuts on the step between the nut main body 141 and the shafts 142 and 143, but this causes the following problems. Arise. That is, at the time of assembly, when the angular bearing 19 on one axial end side is tightened toward the angular bearing 19 on the other axial end side, a tightening force is applied to the nut main body 141. Then, the ball 14a does not move smoothly due to the compression deformation of the nut main body 141, and the friction loss increases.
この場合、本実施形態のナット本体部141の外側に余肉を付けて、この余肉部分に締め付け力が作用するように構成することも考えられる。ここで、軸部142,143の外径が本実施形態と同様であると、ナット本体部141のボール14aを保持する部分にも締め付け力が作用してしまうため、軸部142,143の外径を本実施形態のナット本体部141の外径以上にすることが必要になる。その結果、アンギュラベアリング19も大径になり、必然的にアンギュラベアリング19を収納するナットケース18も大径になり、駆動ユニット15を小型軽量化することが困難になる。 In this case, it is also conceivable that a surplus portion is attached to the outside of the nut main body portion 141 of the present embodiment so that a tightening force acts on the surplus portion. Here, if the outer diameters of the shaft portions 142 and 143 are the same as those of the present embodiment, the tightening force also acts on the portion of the nut main body 141 that holds the ball 14a. The diameter needs to be equal to or larger than the outer diameter of the nut main body 141 of the present embodiment. As a result, the angular bearing 19 also has a large diameter, and the nut case 18 that accommodates the angular bearing 19 necessarily has a large diameter, making it difficult to reduce the size and weight of the drive unit 15.
そこで、本実施形態では、上記の如く一対のアンギュラベアリング19,19で軸支するナット部材14の両端の軸部142,143をナット本体部141より小径にすると共に、両アンギュラベアリング19,19の内輪19a,19a間に特殊な形状の第1カラー20を介設して、ナット本体部141に締め付け力が作用することを防止している。即ち、第1カラー20は、ナット本体部141に外挿される円筒部20aと、円筒部20aの軸方向両端に設けられ、ナット本体部141と各軸部142,143との間の段差と各アンギュラベアリング19の内輪19aとの間に入り込んで内輪に当接する一対の環状板部20b,20bとを有する。尚、ナット本体部141と各軸部142,143との間の段差と各環状板部20bとの間には僅かなクリアランスが生ずるようにしている。また、両環状板部20b,20bが円筒部20aと一体であると、第1カラー20をナット部材14に装着できなくなるため、少なくとも一方の環状板部20bは円筒部20aから分離自在とする。本実施形態では、両環状板部20b,20bを共に円筒部20aから分離自在としている。 Therefore, in the present embodiment, as described above, the shaft portions 142 and 143 at both ends of the nut member 14 that are pivotally supported by the pair of angular bearings 19 and 19 are made smaller in diameter than the nut main body portion 141, and the both angular bearings 19 and 19. A first collar 20 having a special shape is interposed between the inner rings 19a and 19a to prevent a tightening force from acting on the nut main body 141. That is, the first collar 20 is provided on the cylindrical body 20a that is extrapolated to the nut main body 141, and at both ends in the axial direction of the cylindrical portion 20a, and the steps between the nut main body 141 and the shafts 142 and 143 It has a pair of annular plate portions 20b and 20b that enter between the inner ring 19a of the angular bearing 19 and abut against the inner ring. A slight clearance is generated between the step between the nut main body 141 and the shafts 142 and 143 and the annular plate 20b. If both the annular plate portions 20b and 20b are integral with the cylindrical portion 20a, the first collar 20 cannot be attached to the nut member 14, so that at least one annular plate portion 20b is separable from the cylindrical portion 20a. In the present embodiment, both the annular plate portions 20b and 20b are separable from the cylindrical portion 20a.
ここで、軸方向一端側(マウントフレーム17側)のアンギュラベアリング19の外輪19bは、ナットケース18にマウントフレーム17をボルト止めすることで、マウントフレーム17により軸方向他端側に締め付けられる。この際、締め付け力は該ベアリング19のベアリング球19cと内輪19aと第1カラー20の軸方向一端の環状板部20bと円筒部20aと軸方向他端の環状板部20bとを介して軸方向他端側のアンギュラベアリング19の内輪19aに伝達される。そして、軸方向他端側のアンギュラベアリング19の外輪19bが該ベアリング19の内輪19aからベアリング球19cを介して伝達される押圧力によりナットケース18の軸方向他端の肩部18dにシールリング18eを介して押し付けられる。これにより両アンギュラベアリング19,19がナットケース18内に軸方向に不動に保持され、各直動アクチュエータ121,122,123,124の伸縮動作によりナット部材14に作用するスラスト反力を両アンギュラベアリング19,19で受けられるようになる。 Here, the outer ring 19 b of the angular bearing 19 on one axial end side (mount frame 17 side) is fastened to the other axial end side by the mount frame 17 by bolting the mount frame 17 to the nut case 18. At this time, the tightening force is axially transmitted through the bearing ball 19c of the bearing 19, the inner ring 19a, the annular plate portion 20b at one axial end of the first collar 20, the cylindrical portion 20a, and the annular plate portion 20b at the other axial end. It is transmitted to the inner ring 19a of the angular bearing 19 on the other end side. Then, the outer ring 19b of the angular bearing 19 on the other axial end side is pressed against the shoulder 18d on the other axial end of the nut case 18 by the pressing force transmitted from the inner ring 19a of the bearing 19 through the bearing ball 19c. It is pressed through. As a result, the angular bearings 19 and 19 are held in the nut case 18 immovably in the axial direction, and the thrust reaction force acting on the nut member 14 by the expansion and contraction operations of the respective linear motion actuators 12 1 , 12 2 , 12 3 , and 12 4. Can be received by both the angular bearings 19, 19.
また、組立時に軸方向一端側のアンギュラベアリング19に加える締め付け力は上記の如く第1カラー20を介して軸方向他端側のアンギュラベアリング19に伝達されるため、ナット本体部141に締め付け力は作用しない。従って、ナット本体部141の外径をボール14aの保持に必要な必要最小限の寸法に設定し、これより軸部142,143の外径を小さくしても、締め付け力によりボール14aの動きの円滑性が損なわれて、フリクションロスが増大するといった不具合は生じない。そして、軸部142,143の小径化でアンギュラベアリング19も小径化できる。その結果、ナットケース18を小径化して、駆動ユニット15の小型軽量化を図ることができる。 Further, the tightening force applied to the angular bearing 19 on one axial end side during assembly is transmitted to the angular bearing 19 on the other axial end side through the first collar 20 as described above, and therefore the tightening force is applied to the nut main body 141. Does not work. Therefore, even if the outer diameter of the nut main body 141 is set to the minimum necessary size required for holding the ball 14a, and the outer diameters of the shaft portions 142 and 143 are made smaller than this, the movement of the ball 14a is caused by the tightening force. There is no problem that smoothness is lost and friction loss increases. And the diameter of the angular bearing 19 can also be reduced by reducing the diameter of the shaft portions 142 and 143. As a result, the diameter of the nut case 18 can be reduced, and the drive unit 15 can be reduced in size and weight.
尚、軸方向他端側のアンギュラベアリング19の外輪19bがナットケース18の軸方向他端の肩部18dに押し付けられる前に、ナットケース18の軸方向一端にマウントフレーム17が当接して締め付け不能になることを防止するため、寸法公差を考慮して、組立状態でナットケース18の軸方向一端とマウントフレーム17との間に若干のクリアランスが生ずるようにしている。そのため、軸方向一端側のアンギュラベアリング19の外輪19bを軸方向にいくらでも締め上げられるようになり、アンギュラベアリング19の与圧量が過大になって、フリクショントルクが大きくなる虞がある。 In addition, before the outer ring 19b of the angular bearing 19 on the other axial end side is pressed against the shoulder 18d on the other axial end of the nut case 18, the mount frame 17 comes into contact with one axial end of the nut case 18 and cannot be tightened. In order to prevent this, in consideration of dimensional tolerances, a slight clearance is generated between the axial end of the nut case 18 and the mount frame 17 in the assembled state. For this reason, the outer ring 19b of the angular bearing 19 at one end in the axial direction can be tightened in any amount in the axial direction, the amount of pressure applied to the angular bearing 19 becomes excessive, and the friction torque may increase.
そこで、本実施形態では、両アンギュラベアリング19,19の外輪19b,19b間に第1カラー20と同一軸長の円筒状の第2カラー21を介設している。これによれば、軸方向一端側のアンギュラベアリング19の外輪19bが軸方向に過度に締め上げられることを第2カラー21により防止できる。 Therefore, in the present embodiment, a cylindrical second collar 21 having the same axial length as that of the first collar 20 is interposed between the outer rings 19b, 19b of the angular bearings 19, 19. According to this, it is possible to prevent the second collar 21 from excessively tightening the outer ring 19b of the angular bearing 19 on one axial end side in the axial direction.
但し、第1カラー20の軸長と第2カラー21の軸長とにミクロンオーダの差を生じても、アンギュラベアリング19の与圧量に大きな影響が及ぶ。そこで、図7に示す如く治具100上に第1と第2の両カラー20,21をセットして、両カラー20,21を同時に平面研削し、両カラー20,21の軸長を正確に一致させるようにしている。 However, even if a difference of micron order occurs between the axial length of the first collar 20 and the axial length of the second collar 21, the amount of pressure applied to the angular bearing 19 is greatly affected. Therefore, as shown in FIG. 7, the first and second collars 20 and 21 are set on the jig 100, both the collars 20 and 21 are ground simultaneously, and the axial lengths of both the collars 20 and 21 are accurately determined. Try to match.
ここで、第1カラー20の各環状板部20bの軸方向外方を向く面の内周部には、径方向内方に向けて軸方向内方に傾斜するテーパー部20cが形成されている。また、治具100は、治具本体101と、治具本体101にマグネットチャック等により取付け自在な押え治具102とを備えている。押え治具102は、雌ねじ部103aを有する下半部103と雄ねじ部104aを有する上半部104とで構成されている。上下の各半部103,104の端部外周には第1カラー20の各環状板部20bのテーパー部20cに対応するテーパー部103b,104bが形成されている。 Here, a tapered portion 20c that is inclined inward in the axial direction toward the radially inward is formed on the inner peripheral portion of the surface facing the axially outward of each annular plate portion 20b of the first collar 20. . The jig 100 includes a jig body 101 and a holding jig 102 that can be attached to the jig body 101 with a magnet chuck or the like. The holding jig 102 includes a lower half portion 103 having a female screw portion 103a and an upper half portion 104 having a male screw portion 104a. Tapered portions 103b and 104b corresponding to the tapered portions 20c of the annular plate portions 20b of the first collar 20 are formed on the outer periphery of the end portions of the upper and lower half portions 103 and 104, respectively.
平面研削に際しては、第1カラー20の一方の環状板部20bをそのテーパー部20cが押え治具102の下半部103のテーパー部103bに係合するように治具本体101に載置し、その上に第1カラー20の円筒部20aと他方の環状板部20bとを載せる。次に、押え治具102の上半部104を下半部103に螺合させる。これにより、上半部104のテーパー部104bが他方の環状板部20bのテーパー部20cに係合して、一方の環状板部20bと円筒部20aと他方の環状板部20bとから成る第1カラー20が下半部103と上半部104との間に挟まれた状態で治具本体101上に固定される。次に、治具本体101上に第1カラー20を囲うようにして第2カラー21を載置し、第1カラー20の上方の環状板部20bの上面と第2カラー21の上端面とを同時に平面研削する。 During the surface grinding, one annular plate portion 20b of the first collar 20 is placed on the jig body 101 so that the tapered portion 20c engages with the tapered portion 103b of the lower half 103 of the holding jig 102, The cylindrical portion 20a of the first collar 20 and the other annular plate portion 20b are placed thereon. Next, the upper half 104 of the holding jig 102 is screwed into the lower half 103. Thereby, the tapered portion 104b of the upper half 104 is engaged with the tapered portion 20c of the other annular plate portion 20b, and the first annular plate portion 20b, the cylindrical portion 20a, and the other annular plate portion 20b are formed. The collar 20 is fixed on the jig body 101 with the collar 20 sandwiched between the lower half 103 and the upper half 104. Next, the second collar 21 is placed on the jig body 101 so as to surround the first collar 20, and the upper surface of the annular plate portion 20 b above the first collar 20 and the upper end surface of the second collar 21 are placed. Surface grinding at the same time.
このように環状板部20bにテーパー部20cを形成することで、テーパー部20cが押え治具102の係合部になり、第1カラー20と第2カラー21の同時平面研削が可能になる。尚、本実施形態では、第1カラー20の両環状板部20b,20bにテーパー部20cを形成したが、押え治具102の下半部103が治具本体101に強固に固定されるものであれば、平面研削する上方の環状板部20bと押え治具102の上半部104のみにテーパー部20c,104bを形成してもよい。 By forming the tapered portion 20c on the annular plate portion 20b in this way, the tapered portion 20c becomes an engaging portion of the holding jig 102, and simultaneous surface grinding of the first collar 20 and the second collar 21 becomes possible. In the present embodiment, the tapered portion 20c is formed on both the annular plate portions 20b and 20b of the first collar 20, but the lower half 103 of the holding jig 102 is firmly fixed to the jig body 101. If present, the tapered portions 20c and 104b may be formed only on the upper annular plate portion 20b to be ground and the upper half portion 104 of the holding jig 102.
以上、2足歩行ロボット用の直動アクチュエータに本発明を適用した実施形態について説明したが、2足歩行ロボット以外の用途の直動アクチュエータにも同様に本発明を適用できる。 Although the embodiment in which the present invention is applied to the linear motion actuator for the biped walking robot has been described above, the present invention can be similarly applied to the linear motion actuator for uses other than the biped robot.
121,122,123,124…直動アクチュエータ、13…電動モータ、14…ナット部材、14a…ボール、141…ナット本体部、142,143…軸部、16…ねじ軸、18…ナットケース、19…アンギュラベアリング、19a…内輪、19b…外輪、20…第1カラー、20a…円筒部、20b…環状板部、20c…テーパー部、21…第2カラー。 12 1 , 12 2 , 12 3 , 12 4 ... linear motion actuator, 13 ... electric motor, 14 ... nut member, 14a ... ball, 141 ... nut body part, 142, 143 ... shaft part, 16 ... screw shaft, 18 ... Nut case, 19 ... angular bearing, 19a ... inner ring, 19b ... outer ring, 20 ... first collar, 20a ... cylindrical part, 20b ... annular plate part, 20c ... taper part, 21 ... second collar.
Claims (4)
ナット部材は、ボールを保持するナット本体部と、ナット本体部より外径が小さい軸方向両端の軸部とを有し、両軸部を一対のアンギュラベアリングにより軸支するように構成され、
両アンギュラベアリングの内輪間に第1カラーが介設され、
第1カラーは、ナット本体部に外挿される円筒部と、円筒部の軸方向両端に設けられ、ナット本体部と各軸部との間の段差と各アンギュラベアリングの内輪との間に入り込んで内輪に当接する一対の環状板部とを有することを特徴とする直動アクチュエータ。 A linear motion actuator comprising an electric motor, a nut member that is rotationally driven by the electric motor, and a screw shaft that is screwed into the nut member via a ball held by the nut member, the nut member having a cylindrical shape In what is pivotally supported in the nut case via a pair of angular bearings,
The nut member has a nut main body portion that holds the ball, and shaft portions at both axial ends having a smaller outer diameter than the nut main body portion, and is configured to pivotally support both shaft portions by a pair of angular bearings.
The first collar is interposed between the inner rings of both angular bearings,
The first collar is provided on a cylindrical portion that is extrapolated to the nut main body portion, and on both axial ends of the cylindrical portion, and enters between a step between the nut main body portion and each shaft portion and an inner ring of each angular bearing. A linear motion actuator comprising a pair of annular plate portions in contact with an inner ring.
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