JP7245558B2 - ロボット用の統合関節モジュール及びそれを適用した歩行ロボット - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦滑りに基づくモーメント規制が可能で、それぞれの複雑作業環境に適し、関節が衝撃荷重を受けている場合に関節部品が破損しないロボット用の統合関節モジュール及びそれを適用した歩行ロボットを提供することをもう一つの目的とする。
前記第一モータ・減速機アセンブリはその出力軸端の側に第一出力リンクが取り付けられ、前記第一モータ・減速機アセンブリの他側に前記第二モータアセンブリが取り付けられて固定され、前記第二減速機アセンブリは前記第一出力リンク内に設けられ、前記第二モータアセンブリの出力軸が前記第一モータ・減速機アセンブリを通って第二減速機アセンブリの入力端に固定接続されるロボット用の統合関節モジュール、であることを特徴とする。
二つのエンコーダを使用することで、モータの回転角と関節出力端の回転角をより正確かつ同時に検出でき、関節の制御性能を向上させる。そして、二つのエンコーダによれば、関節モーメント規制手段により規制を行う場合、つまり減速機アセンブリに滑りが発生する場合であっても、関節出力端の回転角を正確に検出可能になる。
前記第一減速機アセンブリ30は、第一遊星歯車減速機と第一モーメント規制手段とを含み、前記第一モーメント規制手段は第一摩擦力発生器39を含み、前記第一遊星歯車減速機は第一内歯車37を含み、前記第一内歯車37は外輪側部が前記第一摩擦力発生器39に当接する。前記第一モーメント規制手段は、第一パッド310と第一摩擦ディスク311とをさらに含み、前記第一パッド310は前記第一内歯車37の外輪側部における前記第一摩擦力発生器39に近い側に設けられ、前記第一摩擦ディスク311は前記第一内歯車37の外輪側部の他側に設けられ、前記第一摩擦力発生器39は皿ばね、波形ばね及びコイルばねを含むがそれらに限らない。第一モータフレーム38は前記第一摩擦力発生器39を押圧することで予圧が実現され、第一摩擦力発生器39は能動制御素子を採用してもよく、例えば電磁石や電歪材料を含むがそれらに限らなく、同様に第一内歯車37へ軸方向の圧力を与えることができる。能動制御素子を採用する場合、第一摩擦力発生器39は実際の需要に応じて第一内歯車37が受ける軸方向の圧力、つまり第一内歯車37が受ける最大摩擦モーメントをリアルタイムかつ動的に調整でき、関節モジュールは様々な作業環境に適応しやすくなり、コンパクトかつ確実でコストの低い構造となる。
前記第二減速機アセンブリ40は、第二遊星歯車減速機と第二モーメント規制手段とを含み、前記第二モーメント規制手段は第二摩擦力発生器45を含み、前記第二遊星歯車減速機は第二内歯車48を含み、前記第二内歯車48の外輪側部は前記第二摩擦力発生器45に当接する。前記第二モーメント規制手段は、第二摩擦ディスク46と第二パッド47とをさらに含み、前記第二パッド47は前記第二内歯車48の外輪側部における前記第二摩擦力発生器45に近い側に設けられ、前記第二摩擦ディスク46は前記第二内歯車48の外輪側部の他側に設けられ、第二摩擦ディスク46と第二パッド47を設けることで、後日の保守交換が容易になる。前記第二摩擦力発生器45は皿ばね、波形ばね及びコイルばねを含むがそれらに限らない。押圧板49は前記第二摩擦力発生器45を押圧することで予圧が実現され、第二摩擦力発生器45は能動制御素子を採用してもよく、例えば電磁石や電歪材料を含むがそれらに限らなく、同様に第二内歯車48へ軸方向の圧力を与えることができる。能動制御素子を採用する場合、第二摩擦力発生器45は実際の需要に応じて第二内歯車48が受ける軸方向の圧力、つまり第二内歯車48が受ける最大摩擦モーメントをリアルタイムかつ動的に調整でき、関節モジュールは様々な作業環境に適応しやすくなり、コンパクトかつ確実でコストの低い構造となる。
前記第二モータアセンブリ4は第二出力軸44を有し、前記第一モータ・減速機アセンブリ3は中空軸構造を有することで、前記第二出力軸44は前記第一モータ・減速機アセンブリ3を通って第二減速機アセンブリ40の入力端に固定接続される。この構造によれば、二関節モジュールの高度な統合が実現され、モータの動力ケーブルが関節を通ることがなくなり、モータの動力ケーブルに発生する疲労や破損が回避される。
前記第一モータ・減速機アセンブリ3は第一モータエンコーダと第一出力エンコーダとを有する。前記第二モータアセンブリ4は第二モータエンコーダを有し、前記第二減速機アセンブリ40は第二出力エンコーダを有する。前記第一モータエンコーダは、第一モータエンコーダ固定子91と第一モータエンコーダ回転子92とを含み、第一モータエンコーダ固定子91は第一モータケーシング31に固設され、第一モータエンコーダ回転子92は第一モータ回転子33に固定接続される。前記第一出力エンコーダは、第一出力エンコーダ固定子95と第一出力エンコーダ回転子96とを含み、第一出力エンコーダ固定子95は第一モータ固定子・巻線32に固設され、第一出力エンコーダ回転子96は第一減速機アセンブリ30の遊星キャリアに固定接続される。前記第二モータエンコーダは、第二モータエンコーダ固定子93と第二モータエンコーダ回転子94とを含み、前記第二出力エンコーダは、第二出力エンコーダ固定子97と第二出力エンコーダ回転子98とを含む。二つのエンコーダを使用することで、モータの回転角と関節出力端の回転角をより正確かつ同時に検出でき、関節の制御性能を向上させる。そして、二つのエンコーダによれば、関節モーメント規制により規制を行う場合に関節出力端の回転角を検出できる。第二モータエンコーダと第二出力エンコーダはそれぞれ両端に設けられることで、部品が第二モータエンコーダと第二出力エンコーダを通ることがなくなるので、第二モータエンコーダと第二出力エンコーダについて中心に穴を開けていないものを選択でき、コストの低下が図られている。
前記ロボット用の二関節モジュールは、無線電気エネルギ伝達コンポーネントと無線信号伝達コンポーネントとを含み、前記無線電気エネルギ伝達コンポーネントは放出コイルと受取コイルとを含み、放出コイルと受取コイルは円形であってもよいし、他の規則的又は不規則的な形状であってもよく、電気エネルギの伝達効率を高めるために、放出コイルと受取コイルは対向して平行に設けられる。前記無線信号伝達コンポーネントに採用される伝達方式はラジオや赤外光又はレーザである。無線電気エネルギ伝達コンポーネントと無線信号伝達コンポーネントによれば、回転関節間の電気エネルギ伝達が実現され、関節間接続用のケーブルが省かれ、そして関節の継続回転が実現され、関節の可動範囲が大きくなる。
前記第一モータ・減速機アセンブリ3は第一モータケーシング31を含み、前記第一モータケーシング31の外側に関節アダプタ5が固設され、前記関節アダプタ5は前記第一モータ・減速機アセンブリ3を被覆する凹形構造を有する。関節アダプタ5と前記第一モータ・減速機アセンブリ3の固定用のねじの着脱を行えば、二関節の着脱を実現でき、構造がコンパクトかつ確実で、重量が軽い。前記第一モータ・減速機アセンブリ3と前記第二モータアセンブリ4にモータドライバとモータ伝熱・放熱コンポーネントが固定され、前記モータ伝熱・放熱コンポーネントの伝熱子10は、前記関節アダプタ5と前記第一モータケーシング31との間に開口された伝熱溝101内に設けられる(図6参照)。関節モジュールの統合度が一層向上し、関節モジュールの放熱状況がより良好になる。
11…第一ケーシング、
12…第二ケーシング、
2…第二出力リンク、
3…第一モータ・減速機アセンブリ、
30…第一減速機アセンブリ、
31…第一モータケーシング、
32…第一モータ固定子・巻線、
33…第一モータ回転子、
34…第一出力軸、
35…第一太陽歯車、
36…第一遊星歯車、
37…第一内歯車、
38…第一モータフレーム、
39…第一摩擦力発生器、
310…第一パッド、
311…第一摩擦ディスク、
4…第二モータアセンブリ、
40…第二減速機アセンブリ、
41…第二モータケーシング、
42…第二モータ固定子・巻線、
43…第二モータ回転子、
44…第二出力軸、
45…第二摩擦力発生器、
46…第二摩擦ディスク、
47…第二パッド、
48…第二内歯車、
49…押圧板、
5…関節アダプタ、
6…接続ロッド、
7…関節出力ロッカアーム、
81…電気エネルギ放出コイル、
82…電気エネルギ受取コイル、
91…第一モータエンコーダ固定子、
92…第一モータエンコーダ回転子、
93…第二モータエンコーダ固定子、
94…第二モータエンコーダ回転子、
95…第一出力エンコーダ固定子、
96…第一出力エンコーダ回転子、
97…第二出力エンコーダ固定子、
98…第二出力エンコーダ回転子、
10…伝熱子、
101…伝熱溝。
Claims (9)
- 第一モータ・減速機アセンブリ(3)と、第二モータアセンブリ(4)と、第二減速機アセンブリ(40)と、第一出力リンク(1)とを含み、
前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)はその出力軸端の側に前記第一出力リンク(1)が取り付けられ、前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)の他側に前記第二モータアセンブリ(4)が取り付けられて固定され、前記第二減速機アセンブリ(40)は前記第一出力リンク(1)内に設けられ、前記第二モータアセンブリ(4)の出力軸が前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)を通って前記第二減速機アセンブリ(40)の入力端に固定接続されており、
前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)及び前記第二減速機アセンブリ(40)には、それぞれモーメント規制手段が備えられ、
前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)のモーメント規制手段は、第一摩擦ディスク(311)と、第一パッド(310)と、第一摩擦力発生器(39)とを含み、
前記第二減速機アセンブリ(40)のモーメント規制手段は、第二摩擦ディスク(46)と、第二パッド(47)と、第二摩擦力発生器(45)とを含み、
前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)には、第一減速機アセンブリ(30)が設けられ、
前記第一減速機アセンブリ(30)と前記第二減速機アセンブリ(40)はそれぞれ遊星歯車減速機を含み、前記第一減速機アセンブリ(30)と前記第二減速機アセンブリ(40)の遊星歯車(36)にデュプレックスギアが採用され、前記第一減速機アセンブリ(30)及び第二減速機アセンブリ(40)の内歯車(37,48)の外輪はそれぞれ、前記第一摩擦ディスク(311)及び前記第二摩擦ディスク(46)と摩擦しながら接続される、ことを特徴とするロボット用の統合関節モジュール。 - 前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)と第二モータアセンブリ(4)は、第一出力リンク(1)の内側に組み付けられることを特徴とする、請求項1に記載のロボット用の統合関節モジュール。
- 前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)と前記第二モータアセンブリ(4)は、アウターロータモータを採用することを特徴とする、請求項1に記載のロボット用の統合関節モジュール。
- 前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)のハウジングに関節アダプタ(5)が固定され、前記関節アダプタ(5)における前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)と固定接続される端は凹形構造を有することを特徴とする、請求項1、2又は3に記載のロボット用の統合関節モジュール。
- 前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)は第一モータエンコーダと第一出力エンコーダとを有し、前記第二モータアセンブリ(4)は第二モータエンコーダを有し、前記第二減速機アセンブリ(40)は第二出力エンコーダを有し、
前記第一モータエンコーダは第一モータエンコーダ固定子(91)と第一モータエンコーダ回転子(92)とを含み、
前記第一出力エンコーダは第一出力エンコーダ固定子(95)と第一出力エンコーダ回転子(96)とを含み、
前記第二モータエンコーダは第二モータエンコーダ固定子(93)と第二モータエンコーダ回転子(94)とを含み、
前記第二出力エンコーダは第二出力エンコーダ固定子(97)と第二出力エンコーダ回転子(98)とを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット用の統合関節モジュール。 - 第一出力リンク(1)におけるコンポーネント及び第一出力リンク(1)の後に接続される他のコンポーネントに対して給電と通信を行うための無線電気エネルギ伝達コンポーネントと無線信号伝達コンポーネントを更に含み、
前記無線電気エネルギ伝達コンポーネントは、電気エネルギ放出コイル(81)と電気エネルギ受取コイル(82)とを含み、前記無線信号伝達コンポーネントに採用される無線伝達方式は、ラジオ、赤外線、レーザを含むがそれらに限らないことを特徴とする、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のロボット用の統合関節モジュール。 - 前記無線電気エネルギ伝達コンポーネントと無線信号伝達コンポーネントは、前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)と第一出力リンク(1)との間、あるいは、前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)の内部に配置されることを特徴とする、請求項6に記載のロボット用の統合関節モジュール。
- 前記第一モータ・減速機アセンブリ(3)と第二モータアセンブリ(4)には、モータドライバとモータ伝熱・放熱コンポーネントが固定されることを特徴とする、請求項7に記載のロボット用の統合関節モジュール。
- 請求項1~請求項8のいずれか一項に記載のロボット用の統合関節モジュールを備えることを特徴とする歩行ロボット。
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