JP6977235B2 - 複数方向駆動装置、ロボット関節機構及び複数方向駆動方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に示される複数方向駆動装置では、XYステージを有する被駆動体と、該被駆動体の表面に接触して該被駆動体を第1の方向に駆動する第1駆動力伝達部と、該被駆動体の他の部分に接触して該被駆動体を第1の方向とは異なる第2の方向に駆動する第2駆動力伝達部と、を具備する。
また、上記複数方向駆動装置では、被駆動体と第1駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互変位であり、該被駆動体と第2駆動力伝達部とが歯車の歯筋方向に相互変位可能となっており、これにより該被駆動体に設置される被作動体の角度を自在に調整できる。
この複数方向駆動装置は、被作動体が支持される球体の表面全体に歯車となる突起をマトリックス状に配置し、かつ該球体を支持する保持部側に、該球体上の歯車に噛合する凹状の歯車溝を設けるとともに、これら球体及び保持部内に、被作動体の向きを変更する駆動歯車を設けた構成である。
そして、この複数方向駆動装置では、球体及び保持部内の駆動歯車を選択的に駆動することで、球体に支持される被作動体を複数方向に回転させるようにしている。
また、球体側にも、駆動歯車及びこれを駆動するモータを設置する必要があり、このような構成により、部品点数が多くなり、かつ小型・軽量化が困難となるという問題があった。
本発明の第1態様に示される複数方向駆動装置では、保持部に支持されてロール軸を駆動させる第1駆動モータと、前記保持部に支持されてピッチ軸を駆動させる第2駆動モータと、前記第1駆動モータの駆動軸の回転に伴ない前記ロール軸を回転中心として回転する回転部材と、前記回転部材に相対回転自在に支持され、かつ前記第2駆動モータの駆動軸とは異なるピッチ軸を中心として回転する球状体と、前記第2駆動モータの駆動軸と前記球状体との間に設けられて、該第2駆動モータの駆動軸の動力を前記球状体に伝達して、該球状体を前記回転部材に対してスライド回転させる動力伝達機構と、前記第1及び第2駆動モータをそれぞれ駆動制御するとともに、前記第1駆動モータと前記第2駆動モータ都を制御する制御手段とを、有することを特徴とする。
図1に符号Sで示すものは基台となる保持部であって、この保持部Sには第1駆動モータ1、第2駆動軸2Aを有する第2駆動モータ2が共に設置されている。
第2駆動モータ2は、同じく保持部Sに支持されてピッチ軸Pを駆動する第2駆動軸2Aを有するものである。
また、この回転部材3には、第2駆動モータ2の駆動軸2Aとは異なるピッチ軸Pを中心として回転する球状体4が相対回転自在に支持されている。
また、第2駆動モータ2の駆動軸2Aと球状体4との間には、該第2駆動モータ2の駆動軸2Aの動力を球状体4に伝達して、該球状体4を回転部材3に対してスライド回転させる動力伝達機構5が設けられている。
この制御手段6と、第1駆動モータ1及び第2駆動モータ2との間には、モータ制御信号を供給する配線7,8がそれぞれ接続されている。
また、本発明の複数方向駆動装置100によれば、第2駆動モータ2を駆動した場合に、動力伝達機構5を介して、該第2駆動モータ2の駆動軸2Aの動力を球状体4に伝達して、該球状体4を回転部材3に対してピッチ軸Pを中心としたピッチ方向(ロ)にスライド回転させることができる。
さらには、これら複数方向駆動装置100を少なくとも2台直列配置すれば、球状体4に支持される被作動体Mを、三次元空間内の希望する方向に自在に向けることが可能となる。
すなわち、本発明の複数方向駆動装置100は、簡易な構成により、駆動モータ1,2へ接続される配線7,8の影響により可動範囲に制限が生じることなく、被作動体Mが支持される球状体4を複数方向に自由に回転させることが可能となる。
図2〜図10を参照して本発明の第1実施形態に係る複数方向駆動装置101及び複数方向駆動方法について説明する。
これらの図において、図2〜図4に符号Sで示すものは基台となる保持部であって、この保持部Sには第1駆動モータ11及び第2駆動モータ12が設置されている。
第2駆動モータ12は、球状体14(後述する)のピッチ軸Pを駆動する第2駆動軸12Aを有し、この第2駆動軸12Aは、第1駆動モータ11の第1駆動軸11Aと平行となる位置関係に配置されている。
この回転部材13は、全体として筒状体13Aをなすように形成されたものであって、該筒状体13Aの一端部側に、第1駆動モータ11の第1駆動軸11Aの回転駆動力が伝達される動力伝達歯車20が設けられている。
動力伝達歯車20は、第1駆動モータ11の第1駆動軸11Aに固定された平歯車21と、該平歯車21に噛合されかつ回転部材13の筒状体13Aと同軸に配置された平歯車22とを有するものであって、これら平歯車21,22を介して、第1駆動モータ11の回転駆動力が回転部材13の筒状体13Aに伝達される。
また、軸受23の近傍に位置する保持部Sには、ロール軸R及びピッチ軸Pを中心として回転する球状体14を、スライド回転自在に支持する球体支持部材24が設けられている。
この動力伝達機構15は、図3〜図5に詳細に示されるように、ウォーム歯車30と、該ウォーム歯車30に噛合されたウォームホイール31と、該ウォームホイール31と歯車群32を介して噛合された球状体歯車33とを有し、その一部は、回転部材13の筒状体13A内部に設置されている。
ウォームホイール31は、図5に示されるように、ウォーム歯車30に噛合されかつ該ウォーム歯車30と所定角度で交差する歯車軸31Aを有する。そして、このウォームホイール31に伝達された第2駆動モータ12の回転駆動力は、歯車群32を構成する複数の平歯車32A〜32Dを経由して球状体歯車33に伝達される。
球状体歯車33は、球状体14の中心を通過する半径方向に沿うように配置されたものであって、その歯車軸33Aは、該球状体14内に軸支される(図3参照)。なお、この球状体14内の歯車軸33Aはピッチ軸Pに一致する。
このとき、第1駆動モータ11の駆動時に、第2駆動モータ12を駆動しないならば、ピッチ軸Pには位相のずれが生じるが、本例では、制御手段16により、この位相のずれが生じないように第1駆動モータ11に同期して該第2駆動モータ12を回転駆動させる制御を行う。
例えば、制御手段16では、第1駆動モータ11の駆動軸11Aのみを回転させた場合に、図6〜図10に示されるように、ウォーム歯車30と、該ウォーム歯車30に噛合されたウォームホイール31との接点Tが、ロール軸Rの軸方向に対して常に同位置となるように、同時に第2駆動モータ12を回転駆動させる制御を行う。
また、制御手段16と、第1駆動モータ11及び第2駆動モータ12との間は、モータ制御信号を供給する配線17,18がそれぞれ接続されている。
また、第1実施形態に示される複数方向駆動装置101によれば、第2駆動モータ12の駆動軸12Aを矢印a2方向に駆動した場合に、動力伝達機構15を介して、該第2駆動モータ12の駆動軸12Aの動力を球状体14に伝達して、該球状体14を回転部材13に対してピッチ軸Pを中心としたピッチ方向(ロ)にスライド回転させることができる。
すなわち、第1実施形態に示される複数方向駆動装置101は、簡易な構成により、駆動モータ11,12へ接続される配線17,18の影響により可動範囲に制限が生じることなく、被作動体が支持される球状体14を複数方向に自由に回転させることが可能となる。
また、本発明で第2駆動モータから球状体へ回転を伝達する歯車機構は、ウォームとウォーム歯車とのより構成される機構に限定されるものではなく、傘歯車同士の動力伝達、クラウン歯車と平歯車とによる動力伝達など、他の歯車機構を採用しても良い。
次に、図11を参照して第1実施形態の複数方向駆動装置101を応用したロボット関節機構200について説明する。
このロボット関節機構200は、複数方向駆動装置101を複数台(少なくとも2台)有するものであって、本例では3台の複数方向駆動装置101(符号101A〜101Cで示す)が直列配置されている。
また、中間部に位置する複数方向駆動装置101Bは、その保持部Sがアーム部材51に設置され、かつ先端の球状体14が、アーム部材52を介して先端部の複数方向駆動装置101Cに接続される構成である。
また、先端部に位置する複数方向駆動装置101Cは、その保持部Sがアーム部材52に設置され、かつ最先端の球状体14に被作動体となる作業装置M´が設置される構成である。
また、複数方向駆動装置101A〜101Cの各第2駆動モータ12により、各球状体14がピッチ軸Pを中心としてピッチ方向(ロ)に回転駆動される。
すなわち、上記ロボット関節機構200によれば、各複数方向駆動装置101A〜101Cの第1駆動モータ11及び第2駆動モータ12をそれぞれ駆動させることにより、各球状体14をロール方向R及び/又はピッチ方向Pに回転駆動させることができ、最先端部に位置する被作動体の作業装置M´を複数方向に回転及び移動させることができる。
1A 第1駆動軸
2 第2駆動モータ
2A 第2駆動軸
3 回転部材
4 球状体
5 動力伝達機構
6 制御手段
7 配線
8 配線
11 第1駆動モータ
11A 第1駆動軸
12 第2駆動モータ
12A 第2駆動軸
13 回転部材
14 球状体
15 動力伝達機構
16 制御手段
17 配線
18 配線
20 動力伝達機構
21 歯車
22 歯車
30 ウォーム歯車
31 ウォームホイール
33 球状体歯車
100 複数方向駆動装置
101 複数方向駆動装置
200 ロボット関節機構
S 保持部
R ロール軸
P ピッチ軸
M 被作動体
M´ 被作動体
(イ) ロール方向
(ロ)ピッチ方向
Claims (9)
- 保持部に支持されてロール軸を駆動する第1駆動モータと、
前記保持部に支持されてピッチ軸を駆動する第2駆動モータと、
前記第1駆動モータの駆動軸の回転に伴ない前記ロール軸を回転中心として回転する回転部材と、
前記回転部材に相対回転自在に支持されて回転する球状体と、
前記第2駆動モータの駆動軸と前記球状体との間に設けられて、該第2駆動モータの駆動軸の動力を前記球状体に伝達して、該球状体を前記回転部材に対してスライド回転させる動力伝達機構と、
前記第1及び第2駆動モータの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第1駆動モータの駆動軸の回転に伴って前記第2駆動モータのピッチ軸に生じる位相のずれを調整することを特徴とする複数方向駆動装置。 - 前記第1駆動モータと第2駆動モータとは、互いに回転中心軸を平行に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の複数方向駆動装置。
- 前記第2駆動モータの回転中心軸と直交交差する方向へ前記ピッチ軸が向けられていることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の複数方向駆動装置。
- 前記動力伝達機構は、前記第2駆動モータの駆動軸とともに回転する駆動側歯車要素と、この駆動側歯車要素と交差する軸を中心として、前記球状歯車とともに回転する従動側歯車要素とを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の複数方向駆動装置。
- 前記動力伝達機構は、前記第2駆動モータの駆動軸に同軸となるように接続されたウォーム歯車と、該ウォーム歯車に噛合されかつ該ウォーム歯車と所定角度で交差する回転中心を有するウォームホイールと、前記球状体と一体に設けられかつ前記ウォームホイールからの動力が伝達される球状体歯車と、を有し、
前記球状体歯車の歯車軸は、前記球状体のピッチ軸と同一に設けられることを特徴とする請求項4に記載の複数方向駆動装置。 - 前記ウォーム歯車と前記ウォームホイールとの交差角度は90°であることを特徴とする請求項5に記載の複数方向駆動装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の複数方向駆動装置を少なくとも2台有するロボット関節機構であって、
一方の複数方向駆動装置の球状体に、アーム部材を介して他方の複数方向駆動装置の保持部が設置されることを特徴とするロボット関節機構。 - 基部側に位置する複数方向駆動装置の保持部は、基台となる基礎部材に設置されるとともに、先端側に位置する複数方向駆動装置の球状体には、被作動体となる作業装置が設置されることを特徴とする請求項7に記載のロボット関節機構。
- 保持部に支持されてロール軸を駆動させる第1駆動モータと、前記保持部に支持されてピッチ軸を駆動させる第2駆動モータと、前記第1駆動モータの回転に伴ない前記ロール軸を回転中心として回転する回転部材と、前記回転部材に相対回転自在に支持され、かつ前記第2駆動モータの駆動軸とは異なるピッチ軸を中心として回転する球状体と、前記第2駆動モータの駆動軸と前記球状体との間に設けられかつ該第2駆動モータの駆動軸の動力を前記球状体に伝達して、該球状体を前記回転部材に対してスライド回転させる動力伝達機構と、を具備する複数方向駆動装置において、
前記第1駆動モータを駆動した場合に、前記ロール軸を中心として前記回転部材を回転させて、前記球状体に支持される被作動体の向きを、前記ロール軸を回転中心としたロール方向に変化させる段階と、
前記第2駆動モータを駆動した場合に、前記動力伝達機構を介して、前記第2駆動モータの駆動軸の動力を前記球状体に伝達して、前記球状体を前記回転部材に対してピッチ軸を中心としたピッチ方向にスライド回転させる段階と、
前記第1駆動モータと前記第2駆動モータとを連動させてピッチ軸の位相を調整する段階と、を有することを特徴とする複数方向駆動装置における複数方向駆動方法。
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