JPH0156624B2 - - Google Patents

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JPH0156624B2
JPH0156624B2 JP58078859A JP7885983A JPH0156624B2 JP H0156624 B2 JPH0156624 B2 JP H0156624B2 JP 58078859 A JP58078859 A JP 58078859A JP 7885983 A JP7885983 A JP 7885983A JP H0156624 B2 JPH0156624 B2 JP H0156624B2
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housing
drive member
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gear structure
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JP58078859A
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Edowaado Furinchiboogu Debitsudo
Ratsuseru Hiru Reimondo
Sheifuaa Robaato
Robaato Wagunaa Toomasu
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004—Braking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B25J9/1025—Harmonic drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D63/006—Positive locking brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/20—Structural association with auxiliary dynamo-electric machines, e.g. with electric starter motors or exciters
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気式アクチユエータに関し、更に
詳細には、高トルク／重量比を有するロボツト装
置用電気式アクチユエータに関する。
当該技術分野でよく知られているように、ロボ
ツト装置は、種々の工業的作業において手作業を
減らすかあるいはなくすための用いられる。この
ように手作業を減らすとしばしば、その作業の生
産性は著しく上昇する。さらに、危険を伴なう又
は到達することがなかなか困難な作業環境のもと
において、ロボツト装置を用いることは、非常に
有益であるばかりでなく不可欠の場合もある。例
えば、原子力発電プラントの修理又は保守におい
て、作業員の放射能による被曝を限界内に保つた
めに、作業員が放射能環境に滞留する時間を減ら
すことが重要となる。かくして、原子力発電プラ
ントの保守にロボツト装置を用いると、生産性が
向上するだけでなく放射能の被曝量が減少する。
ロボツト腕装置において、そのロボツト腕の運
動の動力を与える要素は、腕関節から離れたとこ
ろに配置しチエイン又はベルトでその関節を駆動
するか、又は各関節に設けることもできる。アク
チユエータを各関節に設けると、腕の制御性が減
少するが、腕に対するアクチユエータの付加重量
により腕の荷重能力が減少する。一方、アクチユ
エータを関節から離れたところに設けると、腕の
重量は減少するが、腕の制御性と腕の運動の正確
度は増加する。従つて、腕に設けるアクチユエー
タは、操作力が大きいだけでなく軽重量であるこ
とが望ましい。伝統的には、このようなアクチユ
エータは油圧式であつた。その理由は、電気式ア
クチユエータはトルク／重量比の点で油圧式アク
チユエータに匹敵できないからである。しかしな
がら、油圧式アクチユエータは制御性が低く、連
続回転が不可能で（羽根型）、多数の周辺機器
（即ちポンプ及びアキユムレータ）を必要とする。
又、人間による到達が制限される環境では、油圧
流体による汚染の可能性が存在する。
従つて、本発明の主要目的は、高トルク／重量
比を有しロボツト装置の腕に装着できる程充分小
型の電気式アクチユエータを提供することにあ
る。
この目的から、本発明は、共通軸心の周りに互
いに回転自在に取り付けられた第１及び第２ハウ
ジング部分を含む電気式アクチユエータにおい
て、前記第１ハウジング部分に取り付けられ、該
第１ハウジング部分から軸方向に延びて前記第２
ハウジング部分に入る支持軸と、前記第１ハウジ
ング部分に関して取り付けられ前記支持軸を囲繞
するステータ組立体と、該ステータ組立体の内部
において前記支持軸に回転自在に取り付けられて
前記ステータ組立体と共に駆動モータを形成する
ロータ組立体であつて、前記第２ハウジング部分
内に配置されたハーモニツク高減速駆動の駆動部
材を有する前記ロータ組立体と、前記第１ハウジ
ング部分に取り付けられて前記駆動モータの周り
に延在すると共に、軸方向に延びて前記第２ハウ
ジング部分に延入する円筒状薄壁深椀型ハーモニ
ツクドライブ部材との組み合わせより成り、該深
椀型ハーモニツクドライブ部材の半径方向に可撓
性の自由端は、前記駆動部材を囲繞すると共に、
外面に円周方向に設けられた第１歯車構造を有
し、該第１歯車構造は、前記第２ハウジング部分
に関連するよう内面に設けられた第２歯車構造と
係合すると共に、該第２歯車構造よりわずかに少
ない数の歯を有し、前記駆動部材は、転がり軸受
構造を有すると共に、少なくともひとつの偏心部
分を有し、該偏心部分において前記第１歯車構造
が前記第２歯車構造に強制的に係合せしめられ、
かかる係合により、前記駆動部材が回転すると前
記第２ハウジング部分が前記第１のハウジング部
分に関して低速で且つこの低速に対応した高トル
クで回転し、前記第２ハウジング部分は、前記第
１ハウジング部分内に延びる円筒状部分を有し、
前記第１ハウジング部分と前記円筒状部分との間
に軸受を配置して前記第１及び第２ハウジング部
分を互いに回転自在に支持することを特徴とする
ものである。
本発明の一実施例によれば、各構成要素間の配
置構成ならびにカツプリングにより、360度以上
の回転が可能な高トルク／重量比のアクチユエー
タが提供される。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
詳細に説明する。
第１図において、２０で示す電気式アクチユエ
ータは、第１の取付け機構２４を有する第１ハウ
ジング（第１ハウジング部分）２２と、第２の取
付け機構２８を有する第２ハウジング（第２ハウ
ジング部分）２６よりなる。第２ハウジング２６
は、ロボツト装置の相対的運動を実現するため
に、第１ハウジング２４に関して回転可能であ
る。例えば、電気式アクチユエータ２０は、ロボ
ツト腕の関節に用いてロボツト腕の一部を他の部
分に関して運動させることができる。その場合、
第１取付け機構２４と第２取付け機構２８は、電
気式アクチユエータ２０をロボツト腕に装着する
ために用いる。
第２及び３図を参照して、電気式アクチユエー
タ２０は、0.2馬力でサマリウム−コバルトの希
土類磁石を有するフレームレス直流トルクモータ
であり、深椀型ハーモニツクドライブ部材３２内
に配置したモータ（駆動モータ）３０より成る。
モータ３０はロータ組立体３６に取付けたロータ
巻線３４と、ロータ巻線３４の周囲においてステ
ータ組立体４０に取つけたロータ巻線３８より成
る。ステータ巻線３８はまた、電磁力を発生する
サマリウム−コバルト希土類磁石を有する。ステ
ータ組立体４０は、第１ハウジング２２に固着し
た静止軸（支持軸）４２に取付ける。ロータ組立
体３６は、第１軸受４４により軸４２へ回転自在
に取付け、モータ３０が普通の態様で作動される
と、ロータ組立体が軸４２の周りで回転できる。
第２乃至第５図を参照して、ロータ組立体３６
は、複数の第１キーみぞ４８のあるリング４６を
有する構成である。円形のカツプリング５０は、
その中央部分に穴５２を有し、このためカツプリ
ング５０を軸４２の周りに取付けることが可能と
なる。カツプリング５０はまた、第１キーみぞ４
８とはめ合うようにその一方の側に形成した複数
の第１キー５４を有し、これによりカツプリング
５０をロータ組立体３６のリング４６に取付け
る。カツプリング５０はまた、第１のキー５４と
は反対側に複数の第２キー５６を有し、これによ
りカツプリング５０を他の部材に接続する。カツ
プリング５０は、軸４２に関して多少の半径方向
心ずれを許容しながら要素間のトルク伝達に用い
る。
第２乃至７図を参照して、ハーモニツクドライ
ブ機構６０は、軸４２上に配置してカツプリング
５０に取付け、モータ３０の回転運動を第２ハウ
ジング２６に伝達させる。ハーモニツクドライブ
機構６０は、軸４２に回転自在に取付けまた、カ
ツプリング５０に第２キー５６により装着した第
１の駆動部材６２を有する。更に、複数のボルト
６３を、第４図に示すように、第１駆動部材６
２、カツプリング５０及びリング４６が軸方向に
相互に運動できないようにするため用いる。第１
駆動部材６２は、少なくとも一つの偏心部分、即
ちだ円形状の外径を有するように形成され、これ
により第１駆動部材６２がロータ組立体３６によ
り軸４２の周りで回転すると駆動波が発生する。
可撓性駆動組立体６４は駆動部材６２の周囲に配
置するが、それは第１の可撓性リング６６及び第
２の可撓性リング６８より成り、それらの間に複
数の球軸受（転がり軸受構造）７０を配置して側
部材７２により運動の自由を制限する。可撓性駆
動組立体６４は、第１駆動部材６２が回転すると
だ円形状を有するため、第１の可撓性リング６６
と第２の可撓性リング６８がたわみ、そのため第
１の駆動部材６２により発生しただ円波に伝達さ
れるような機構を有する。
深椀型ハーモニツクドライブ部材３２は、その
外側の開放端部近傍に複数の歯７４を有し、それ
が第２の可撓性リング６８と同一空間を占めるよ
うに配置されている。剛性外側リング７６は、歯
７４の周りに配置され、その歯７４とかみ合うよ
うにその内周に沿つて一組の歯７８を有する。歯
７８の数は、歯７４より多いため、歯７８と７４
はそれらの周面に沿つてただ２つの直径方向で反
対の点においてかみ合い、このかみ合う点は外側
リング７６が深椀側ハーモニツクドライブ部材３
２の周りで回転すると、その周面に沿つて移動す
る。第１の駆動部材６２は、だ円形状を有するた
め、第１の駆動部材６２が回転すると、第１の可
撓性リング６６及び第２の可撓性リング６８が第
１の駆動部材６２の最長半径に沿つて外側にたわ
む。第２の可撓性リング６８が外側にたわむと、
深椀型ハーモニツクドライブ部材３２の歯７４も
また外側にたわんで歯７８と係合する。歯７４及
び歯７８は、それらの周面に沿つてただ２つの直
径方向で反対の点においてかみ合うためまた、第
１の駆動部材６２を回転するとかみ合い点はその
周面に沿つて移動するため、以上延べた相互作用
により、外側リング７６は第１の駆動部材６２と
同じ方向において深椀型ハーモニツクドライブ部
材３２の周りで回転する。唯、その回転は、非常
に低い角速度で起こる。この機構により、モータ
３０の回転は低い速度で外側リング３６へ伝えら
れる。かくして、比較的小型で低重量の装置によ
り低速の高トルク運動が実現される。
第１及び第２図を参照して、第２ハウジング２
６は、ボルト８０により外側リング７６にボルト
接続し、軸受８２により第１のハウジング２２に
関して支持することができる。更に、第２ハウジ
ング２６は、インサート８４により軸４２に回転
自在に取付けて、第２のハウジング２６が軸４２
及び第１のハウジング２２に関して外側リング７
６の作用により回転できるようにする。かくし
て、モータ３０がロータ組立体３６、第１駆動部
材６２及び外側リング７６を回転させると、第２
ハウジング２６もまた、モータ３０より低い速度
であるが同じ方向に回転する。このようにして、
第２取付け機構２８は第１取付け機構２４に関し
て回転させ、ロボツト装置の腕を回転させること
が可能となる。
第８図は、電気式アクチユエータ２０の種々の
構成要素の一般的な運動を説明するものである。
第８図から明らかなように、第１ハウジング２
２、深椀型ハーモニツクドライブ部材３２、ステ
ータ巻線３８及びステータ組立体４０は静止して
いると考えてもよい。ロータ巻線３４、ロータ組
立体３６、カツプリング５０、第１駆動部材６
２、第１可撓性リング６６、及び第２可撓性リン
グ６８は全て、同一速度で軸４２の周りを回転す
るが、外側リング７６及び第２ハウジング２６は
軸４２の周りをロータ組立体３６よりも低い速度
で回転する。
再び第２図を参照して、リゾルバ組立体９０を
電気式アクチユエータ２０に取り付ける。リゾル
バ組立体の第１部分９２は第２ハウジング２６
に、第２部分９４は第１部分９２に隣接して軸４
２に取付けて、軸４２及び第１ハウジング２２に
関する第２ハウジング２６の回転を測定する。リ
ゾルバ組立体９０としては、ノーザン・プレシジ
ヨン・ラボラトリ・インコーポレーテイツド（米
国、ニユージヤーシー州、フエアフイールド）社
製のものを用いてもよい。
第２，９及び１０図を参照して、軸４２の周り
においてステータ組立体４０にブレーキ／タコメ
ータ９６を取付けてもよい。ブレーキ／タコメー
タは、スペリイエレクトロ・コンポーネント（米
国、ノースカロライナ州、ターハム）社製のもの
を用いてもよい。ブレーキ／タコメータ９６は、
ブレーキソレノイド９８を有し、そのソレノイド
は複数の第１歯１００と、ロータ組立体３６に装
着しその第１歯と選択的に係合する第２の歯１０
２を有する。ブレーキソレノイド９８が付勢され
ると、第１歯１００は第１０図に示す如く第２歯
１０２から離脱し、ロータ組立体３６が自由に回
転できる。
しかしながら、ブレーキソレノイド３８が脱勢
されると、第１歯１００は第２歯１０２と係合
し、ロータ組立体３６の回転を阻止する。ブレー
キソレノイド９８は、135Nｍのキヤパシテイと、
10ワツトの離脱パワーを有するものを用いてもよ
い。また、ブレーキ／タコメータ９６には、軸４
２及び第１ハウジング２２に関するロータ組立体
３６の回転速度を測定するための電磁式タコメー
タ１０４を設ける。タコメータ１０４は、信号の
大きさが440rpmで50ミリボルトのパルスを一回
転で240個発生する信号型タコメータを用いても
よい。
ロボツト装置の高トルク／重量比の電気式アク
チユエータとして用いることのできる電気式アク
チユエータ２０には、多くの利点がある。サマリ
ウム−コバルト希土類モータ３０は、高い磁束密
度を発生するため、高いトルク／重量比を得るこ
とができる。深椀型ハーモニツクドライブ部材３
２を用いると、多くの構成要素をその中におさめ
ることができ、このため、駆動列が充分な剛性を
有する小型で軽重量のアクチユエータが提供され
る。ブレーキ／タコメータ９６を用いると、モー
タ３０が脱勢されると同時に第１ハウジング２２
に関する第２ハウジング２６の回転が阻止され、
このためロボツト装置の各構成要素を所望の関係
で保持することができる。ブレーキ／タコメータ
９６はまた、電気式アクチユエータの各速度を測
定するコンパクトな装置を提供する。更に、電気
式アクチユエータ２０の構造的構成要素を多目的
に用いるため、フレームレス構成要素を使用する
ことができ、このため電気式アクチユエータの重
量及び体積が減少する。
かくして、上述した型のアクチユエータは、ほ
ぼ９Kgの重量で１メートルの腕の端部においてほ
ぼ70Kgのものを回転することができ、かくしてほ
ぼ750Nｍのトルクを発生しながら360度より大き
い回転が可能である。
従つて、本発明は、高トルク／重量比を有しロ
ボツト装置の腕に用いることのできる電気式アク
チユエータを提供する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、電気式アクチユエータの斜視図；第
２図は、電気式アクチユエータの横断面図；第３
図は、電気式アクチユエータの部分断面斜視図；
第４及び５図は、電気式アクチユエータのカツプ
リングの展開図；第６図は、深椀型ハーモニツク
ドライブ機構及び外側リングの展開図；第７図
は、ハーモニツクドライブの運動を説明する概略
図；第８図は種々の構成要素の運動を説明するた
めの概略図；第９図は、鎖錠位置にあるブレーキ
を示す図；第１０図は、非鎖錠位置にあるブレー
キを示す図である。 ２０……電気式アクチユエータ；２２……第１
ハウジング；２６……第２ハウジング；３０……
モータ；３４……ロータ巻線；３６……ロータ組
立体；３８……ステータ巻線；４０……ステータ
組立体；４２……軸；４６……リング；５０……
カツプリング；６０……ハーモニツクドライブ機
構；６２……第１駆動部材；６６……第１可撓性
リング；６８……第２可撓性リング；７６……剛
性外側リング。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 共通軸心の周りに互いに回転自在に取り付け
    られた第１及び第２ハウジング部分を含む電気式
    アクチユエータにおいて、前記第１ハウジング部
    分に取り付けられ、該第１ハウジング部分から軸
    方向に延びて前記第２ハウジング部分に入る支持
    軸と、前記第１ハウジング部分に関して取り付け
    られ前記支持軸を囲繞するステータ組立体と、該
    ステータ組立体の内部において前記支持軸に回転
    自在に取り付けられて前記ステータ組立体と共に
    駆動モータを形成するロータ組立体であつて、前
    記第２ハウジング部分内に配置されたハーモニツ
    ク高減速駆動の駆動部材を有する前記ロータ組立
    体と、前記第１ハウジング部分に取り付けられて
    前記駆動モータの周りに延在すると共に、軸方向
    に延びて前記第２ハウジング部分に延入する円筒
    状薄壁深椀型ハーモニツクドライブ部材との組み
    合わせより成り、該深椀型ハーモニツクドライブ
    部材の半径方向に可撓性の自由端は、前記駆動部
    材を囲繞すると共に、外面に円周方向に設けられ
    た第１歯車構造を有し、該第１歯車構造は、前記
    第２ハウジング部分に関連するよう内面に設けら
    れた第２歯車構造と係合すると共に、該第２歯車
    構造よりわずかに少ない数の歯を有し、前記駆動
    部材は、転がり軸受構造を有すると共に、少なく
    ともひとつの偏心部分を有し、該偏心部分におい
    て前記第１歯車構造が前記第２歯車構造に強制的
    に係合せしめられ、かかる係合により、前記駆動
    部材が回転すると前記第２ハウジング部分が前記
    第１のハウジング部分に関して低速で且つこの低
    速に対応した高トルクで回転し、前記第２ハウジ
    ング部分は、前記第１ハウジング部分内に延びる
    円筒状部分を有し、前記第１ハウジング部分と前
    記円筒状部分との間に軸受を配置して前記第１及
    び第２ハウジング部分を互いに回転自在に支持す
    ることを特徴とする電気式アクチユエータ。
JP58078859A 1982-05-05 1983-05-04 電気式アクチユエ−タ Granted JPS58204748A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US375247 1982-05-05
US06/375,247 US4398110A (en) 1982-05-05 1982-05-05 Harmonic electric actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58204748A JPS58204748A (ja) 1983-11-29
JPH0156624B2 true JPH0156624B2 (ja) 1989-11-30

Family

ID=23480121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58078859A Granted JPS58204748A (ja) 1982-05-05 1983-05-04 電気式アクチユエ−タ

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4398110A (ja)
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