JPH01222884A - 油圧ロータリアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、産業川口ボット等の産業機器に使用される油
圧ロータリアクチュエータに関する。

［従来の技術］ 産業川口ボット等の駆動源としては、ハーモニックドラ
イブ等の減速比の高い減速機構を用いた油圧ロータリア
クチュエータが使用されている。かかる油圧ロータリア
クチュエータを産業用ロボット等に使用する場合には、
高精度の位置制御が要求されるが、例えば従来の多軸位
置制御システムにおいては、回転動力の入力に位置検出
器を配し、人力回転軸の位置を測定して出力軸の動きを
把握するようにしている。このように入力端から位置検
出信号を取り出すよりも、出力軸から回転位置検出信号
を取り出す方が精度の高い制御を行なうことができるが
、ロボットのように多軸化の必要な機構では、信号ライ
ンを静止側から取り出す方が設計的に有利であるため、
入力側から取り出しているのである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように、入力端の動きを位置検出器で測定し、
出力軸の動きを予想する場合、ハーモニックドライブの
ような高減速比の減速機と組み合わせて使用すると、位
置検出器が出力軸の１回転に対して多回転するので、高
精度の検出を行なうことが困難であるとともに、原点を
設定し回転数を数えながら位置測定を行なわなければな
らないので、位’１１４３号のアブソリュート化が出来
ないという間層点があった。

特に、毎朝ロボットを起動する立上げ時とか、停電後に
再度帰させる時には、必ず原点後帰動作を行なわねばな
らず、作業開始時の時間ロスも大きくなって作業能率が
低下していた。

そのため、アブソリュート方式の位置検出器の付設が要
求されているが、検出器の検出軸を出力軸の歯の直径と
同じものにすると全体が大きくなり過ぎ、小さな（Ｎ４
　東を付けると多回転位置検出器が必要となり、非常に
高価な検出器が必要になっていた。

本発明は」−記課題を解決するためになされたものであ
り、小形で安価な位置検出器を使用して出力軸多回転に
も対応できフルアブソリュートの位置検出を行なうこと
ができる油圧ロータリアクチュエータを提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記３運を解決するために、次のような構成を
採用した。

すなわち、第１の発明にかかる油圧ロータリアクチュエ
ータは、ウェーブジェネレータとフレクスプラインを有
するハーモニックドライブ式の減速機構を介して油圧モ
ータの回転動力を出力トルクとして取り出す油圧ロータ
リアクチュエータであって、出力軸に設けた内歯が噛合
する前記フレクスプラインに噛合する歯部と、回転位置
検出器の入力軸に取り付けた検出用ピニオンと噛合する
歯部とを有し、出力軸の回転とともに回転する位置検出
用リングギヤな設けたことを特徴としている。この場合
、リングギヤを弾性体で製作しておけばより有利である
。

また、第２の発明の油圧ロータリアクチュエータは、油
圧モータの回転駆動力をハーモニックドライブ式の減速
機構を介して出力トルクとして取り出す油圧ロータリア
クチュエータであって、ハーモニックドライブのフレク
スプラインに噛合する出力軸の外周に歯部を刻設すると
ともに、該歯部に噛合し相互に歯数が相違する位置検出
用歯車を複数個設け、これら各歯車の回転回数を検出す
ることによって出力軸の位置を検出する回転位置検出器
を設けたことを特徴としている。

［作用］ 第１の発明では、ハーモニックドライブによって減速さ
れ回転する出力軸の回転に応じて位置検出用のリングギ
ヤが回転する。この回転を検出用ピニオンで取り出して
回転位置検出器によって検出することにより、出力軸の
動きを半直接的に測定でき、しかもフルアブソリュート
検出を行なうことができる。

上記した位置検出用リングギヤを弾性材料で構成してお
けば、フレクスプラインの楕円形状変化に応じて位置検
出用リングギヤもその噛合部で弾性変形し、フレクスプ
ラインとの噛合部が密着するので、歯部間のバックラッ
シの発生が防止され信頼性の高い位置検出を行なうこと
ができる。

第２の発明では、出力軸の回転に直接連動して回転する
歯車の回転を検出することによって出力軸の位置を検出
できるようにしており、出力軸−回転に対して異なる歯
数の位置検出用歯車が回転するが、例えば二つのｔｉ東
の歯数をＮ、、Ｎ２とすれば、（Ｎ２−Ｎ、）／Ｎｌの
関係を利用して出力軸のアブソリュート位置検出を行な
うことができる。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例の構成を示す断面図で、油圧ロ
ータリアクチュエータ１は、人力部となる油圧モータ部
、入力軸の回転を減速して出力軸に伝える減速機構部、
出力軸の回転位置を検出する回転位置検出部、油圧モー
タの回転を制動する制動部とからなる。

油圧モータ２にはピストンモータが使用されており、こ
のピストンモータ２は図示しないコントローラからの指
令によって作動するサーボバルブ３によって作動油の供
給が制御される。人力部となるピストンモータ２のケー
ス５は固定軸４に対して回転し、その外周部には楕円状
のカムが形成され、その外周にボールベアリング８が組
み込まれている。ケース５にはオイルシールを施したケ
ースカバー６が取り付けられている。ボールベアリング
８の内輪は、モータケース５の外周カムに固定されてい
る。

この外輪の外周に薄肉、カップ状の金属弾性体で外周に
歯が刻まれたフレクスプライン９が組み込まれている。

フレクスプライン９の中央部の外周には、リング状の剛
体で内周にフレクスプラインより２枚歯の多いサーキュ
ラスプライン蓋０が装着されている。このサーキュラス
プラインｌＯは枠体１２に固定され静止側となっている
。上記した楕円状のケース５がウェーブジェネレータと
なり、これらフレクスプライン９とサーキュラスプラン
ｌＯとを組合わせた状態でハーモニックドライブ式減速
機を構成している。

サーキュラスプライン蓋０は上述の如く固定されており
、ピストンモータ２を作動してケース５を回すと、フレ
クスプライン９は第２図（ａ）（ｂ）に示すように弾性
変形し、サーキュラスプラインｌＯとのかみ合い位置が
順次移動する。モータが１回転した時、フレクスプライ
ン９は、サーキュラスプラインＩＯより歯数が２枚少な
いので、その分だけウェーブジェネレータとしてのケー
ス５の回転方向とは逆の方向に移動する。フレクスプラ
イン９の前端部側には出力軸１５の内歯が噛合しており
、フレクスプライン９の移動によって出力軸！５が回転
する。この回転における減速は、フレクスプライン９と
サーキュラスプライン１０との歯数の比によって定まる
。出力軸１５は、クロスローラベアリングｔｓ、　１７
によって、曲げ、スラスト、ラジアル方向の外力に対応
するように支承されている。

フレクスプライン９の後端部側には、さらに、内周に出
力軸１５の内歯と同じ歯数の歯が刻まれた位置検出用リ
ングギヤ２０が、枠体１２の内面を慴動して回転できる
ようにして装着されている。この位置検出用リングギヤ
２０はフレクスプライン９の回転に応じて出力軸１５と
同期して枠体！２内面を慴動しながら回転する６位置検
出用リングギヤ２０は図示の如く円筒形状をしており、
その端部内側にはフレクスプラインと噛合する歯部とは
別の歯が刻まれている。この歯部は回転検出ＰＪ２２の
主軸２３にカップリング２６で連結された回転軸２７の
先端に取り付けられた位置検出用ピニオンギヤ３０と噛
合する。

回転検出器２２は、いわゆる多回転型回転角度検出器で
あって、偏心ロータとステータを備え、スラータ各極と
偏心ロータ間の空隙の変化を磁気抵抗の変化として利用
し、一意的に定まるロータの機械回転角と出力の位相差
信号からロータ１回転内での絶対位置を測定できるよう
に構成されており、１回転内の回転角度だけでなくその
多回転数も同時に検出し、何同転目の何番地かを絶対番
地式で出力することができる。

入力軸となるケースカバー６の後端面にはフェースギヤ
３５が形成され、これに隣接して設けられているブレー
キアーマチュア４１の前面には上記フェースギヤ３５に
噛合するフェースギヤ３６が形成されている。アーマチ
ュア４１はフィールド４０内に設けた制動用コイル４３
によって前後動し、両フェースギヤ３５．　：１６の噛
合関係を介してピストンモータ２に制動力をｌＪ、える
。フィールド４０内にはさらに制動スプリング４５が設
けられている。この制動スプリング４５の付勢力Ｔは、
人力モータ軸換算で静止状態の制動時に必要なブレーキ
トルクＴＡと、異常過負荷がイ効いた時にブレーキが外
れるトルクＴＢとに対し、Ｔ　Ａ　＜　Ｔ　＜　Ｔ　ｎ
として設定されている。また、フェースギヤ３５．３６
の噛み合い角度が適当に設定されており、制動スプリン
グ力とフェースギヤの噛み合いとで十分な制動力を与え
るとともに、過負荷時にはギヤがすべってアクチュエー
タを空転させるように逃げ機能を持たせである。

第１の発明にかかる油圧ロータリアクチュエータは上記
のように構成されており、出力軸１５の１回転に対応し
て位置検出用リングギヤ２０が１回転する。位置検出用
リングギヤ２０の回転速度は、例えば入力端モータの回
転数が３０００ｒｐ−で、減速比が１００とすると、３
０ｒｐ−と非常にゆっくりと回ることになる。この減速
された回転に対し、リングギヤ２０と位置検出用ビニオ
ン３０の噛合部の歯数をそれぞれＮ、、Ｎ２とすると、
回転検出器２２につながるビニオン３０はＮｌ／Ｎ２回
転することになり、回転検出器２２は総回転数の少ない
多回転型のフルアブソリュート位置検出が可能となり、
出力軸の動きを半直接に精度よく観測することができる
。また、停電等によりアクチュエータが停止しても、ア
ブソリュート検出機構は機械的に構成されているので、
通電後再び原点後帰させる必要がなくなる。検出器とし
ては低多回転型のものでよく安価なものを使用すること
ができる。

第２図は異なる実施例を示す図で、その要旨とするとこ
ろは、上記位置検出用リングギヤ２０を弾性材料で構成
したことにある。これは、第１の発明において、ハーモ
ニックドライブの７レクスプライン１０が楕円形状をし
ており、この楕円が順次移動するため、位置検出用リン
グギヤとの相対すべりが生じ、長期間使用すると歯車部
が摩耗し、バッタラッシが発生して精度の高い位置信号
の取り出しが出来なくなる事態を考慮したものである。

また、枠体１２との慴動面の摩擦も生じやすいことから
、弾性力がありかつすべりのよいものとして、この位置
検出用リングギヤ２０″にはナイロン６６、ポリアセタ
ール、回置化エチレン等軸受機能に優れた樹脂が使用さ
れる。弾性材であることを考慮して軸受状態を補強する
ためフレクスプライン当て板５０が設けられている。

このように軸受に適した樹脂弾性材料で位置検出用リン
グギヤ２０′を使用しているため、フレクスプラインの
楕円形状変化に対応して弾性変形し、歯車間の密着度が
高くなってすべりがなくなり、摩耗が発生しにくくなる
。また、枠体１２との摺動面はすべりがよくなって案内
内周部に焼付くことなく回転することが出来るようにな
る。さらに、バックラッシの発生が押さえられるので精
度よくアブソリュート位置検出を行なうことができる。

なお、位置検出用サーキュラスプライン２０′を第４図
に示すように凹部２０′ａを有する屈面形状に形成すれ
ば、そのクツション効果により弾力機能が高まる。

第５図及び第６図は第２の発明の実施例の構成を示す図
で、第１図に示す第１の発明に対し、回転位置検出を直
接出力軸！５から回転を取り出して行なうようにしてい
る。これは、出力軸から他の機構を介して位置検出を行
なうと、この機構の分だけバックラッシュ、曲げ、ガタ
等が発生しやすくなり、全体の制御系のループゲインが
下がったり、非線形要素が増え応答性が悪くなるので、
これを回避するためである。本実施例では、出力軸！５
の外周に歯部６０を形成し、これに噛合する歯数の異な
る歯車６１．６２を設け、これら歯車にそれぞれ回転検
出ＰＪ６５．６６の主軸を取り付けている。例えば出力
軸１５の外周に形成した歯数を１０８枚、歯車６■の端
数を１８枚、歯車６２の歯数を１９枚とすれば、出力軸
が１８／菖０８回転（＝　ｌ／６回転、６０°）するこ
とにより、歯車６１は１回転し、歯車６２は６０ｘ　１
８／１９＝　５６．８°だけ回転する。さらに、６３．
３°まで出力軸が回転すると、歯車６１は０．５５°回
転すると共に、歯車６２は１回転する。これを繰り返す
と出力軸３回転で、歯車５ｌｉｔｓ回転、歯車６２は１
７．０５５回転、出力軸３１７６回転で歯車６Ｉは１９
９回転歯車６２は１８８回転、この位置で２つの位置検
出器の値は同じ値になる。従って、この関係を利用すれ
ば出力軸３　ｌ／６回転内でフルアブソリュートに位置
検出を行なうことができる。

このように歯数の異なる歯車を複数設け、この歯数の差
分比で決まる同一回転位置を設定し、その位置関係を利
用することで出力軸をある回転回数範囲内でアブソリュ
ートに位置検出を行なうのである。歯車、検出器は必ず
しも２個である必要はなく、数を増やすことで多回転の
アブソリュート化が可能となる。検出器としては各々１
回転のアブソリュート位置検出器（レゾルバ等）又は多
回転ポテンショメータ等も使用することができる。通常
１０回転ポテンショメータが安価に市販されており、こ
れを使用しても上記の例に当てはめると１２７３回転内
でフルアブソリュートに検出でき、通常のロボット用ア
クチュエータとして十分満足するものが得られる。

上記のように構成すると、歯車部が第６図に示すように
コブ付き形状のアクチュエータ７０となるが、第７図に
示すような配置を行なえば、ロボットの静止部側に内蔵
させることができ、検出器等が外部へ出て他のワークと
接触して断線するという事態を回避することができる。

［発明の効果］ 上記説明から明らかなように本発明にかかる油圧ロータ
リアクチュエータによれば、小形で安価な位置検出器を
使用して出力軸多回転にも対応できるフルアブソリュー
トの位置検出を行なうことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例の゛構成を示す断面図、第
２図（ａ）（ｂ）はハーモニックドライブの作動を説明
するｌ−Ｍ、第３図は他の°実施例の構成を示す断面図
、第４図はその変形実施例の要部の構成を示す図、第５
図及び第６図は第２の発明の実施例の構成を示す図であ
る。第７図はアクチュエータの取付は例を示す図である
。 ２・・・ピストンモータ　　３・・・サーボバルブ５・
・・ケース（ウェーブジェネレータ）９・−フレクスプ
ライン １０−・・サーキュラスプライン ２０、２０’　−・位置検出用リングギヤ２２−・・回
転検出器 ３０・−位置検出用ビーオンギヤ ６〇−歯部　　６１．６２−４車 特許出願人　株式会社島律製作所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェーブジェネレータとフレクスプラインを有す
   るハーモニックドライブ式の減速機構を介して油圧モー
   タの回転動力を出力トルクとして取り出す油圧ロータリ
   アクチュエータであって、出力軸に設けた内歯が噛合す
   る前記フレクスプラインに噛合する歯部と、回転位置検
   出器の入力軸に取り付けた検出用ピニオンと噛合する歯
   部とを有し、出力軸の回転とともに回転する位置検出用
   リングギヤを設けたことを特徴とする油圧ロータリアク
   チュエータ。
2. （２）油圧モータの回転駆動力をハーモニックドライブ
   式の減速機構を介して出力トルクとして取り出す油圧ロ
   ータリアクチュエータであって、ハーモニックドライブ
   のフレクスプラインに噛合する出力軸の外周に歯部を刻
   設するとともに、該歯部に噛合し相互に歯数が相違する
   位置検出用歯車を複数個設け、これら各歯車の回転回数
   を検出することによって出力軸の位置を検出する回転位
   置検出器を設けたことを特徴とする油圧ロータリアクチ
   ュエータ。