JPH05223665A

JPH05223665A - モータのトルク検出部

Info

Publication number: JPH05223665A
Application number: JP3104192A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Iida; 好高飯田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【目的】モータの回転軸にかかるトルクを検出するモ
ータのトルク検出部に関し、トルクセンサの耐久性を向
上させることを目的とする。【構成】トルクセンサ２０８の小径の円盤形状部２０
８ｂの外周面とハウジング２０５の軸穴２０５ａの内周
面との間には、ボールベアリング２０９が設けられてい
るので、アーム５側から回転軸２０７に対して軸芯と垂
直な方向の力が加わってもトルクセンサ２０８は変形し
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモータのトルク検出部に
関し、特に宇宙空間で作業を行うロボットのアームやハ
ンド等の回転制御に使用されるモータのトルク検出部に
関する。

【０００２】従来、宇宙空間で作業を行うロボットのア
ームやハンド等の回転制御は、モータ軸により負荷を直
接駆動するダイレクトドライブモータで行うように設計
されている。しかし、ダイレクトドライブモータの出力
トルクは、数％〜数１０％のトルクリップルがあるた
め、モータのコイルへの電流制御だけでは高精度の制御
を行うことがない。

【０００３】そこで、従来はモータの回転軸にトルクセ
ンサを取り付け、モータの出力トルクを常時検出するこ
とにより高精度の制御を行えるようにしている。

【０００４】

【従来の技術】図４は、従来のアーム駆動用モータの構
成を示す一部断面図である。このアーム駆動用モータ１
００はロボットの肘部に設けられるモータであり、ハン
ドと肘部を接続するアーム１０１の軸回りの回転制御を
行うものである。アーム駆動用モータ１００の側面を形
成するハウジング１０２の内側には、コイル１０３が設
けられている。また、コイル１０３の内側には、磁石１
０４が回転子１０５の外周面に設けられている。

【０００５】回転子１０５の出力側端部１０５ａは径が
大きくなるように形成されており、その外周面と出力側
ハウジング１０６との間にはボールベアリング１０７が
設けられている。回転子１０５とともに回転する回転軸
１０８の出力側には、トルクセンサ１０９が固着されて
いる。このトルクセンサ１０９は弾性体で形成されてお
り、大小の円盤形状部１０９ａ，１０９ｂを有してい
る。

【０００６】大径の円盤形状部１０９ａは回転子１０５
の出力側端部１０５ａに嵌合するように形成されてお
り、図示されていないボルトにより出力側端部１０５ａ
と結合されている。出力側ハウジング１０６に形成され
た軸穴１０６ａの内周面と小径の円盤形状部１０９ｂの
外周面との間には、摩擦を防ぐための隙間が設けられて
いる。

【０００７】回転軸１０８はコネクタ１１０によってア
ーム１０１と結合されている。こうして、回転軸１０８
が回転することによりアーム１０１を回転制御すること
ができる。また、回転軸１０８がアーム１０１からトル
クを受けると、回転軸１０８とともにトルクセンサ１０
９が変形し、回転軸１０８に加わるトルク量が検出され
る。

【０００８】図５はトルクセンサ１０９の概略を示す図
であり、図５（Ａ）は側断面図、同図（Ｂ）は円盤形状
部１０９ａ側から見た平面図である。円盤形状部１０９
ａと１０９ｂとの間にはくびれ部１０９ｃが形成されて
いる。また、トルクセンサ１０９の軸芯には回転軸１０
８が貫通する貫通穴１０９ｄが穿設されている。

【０００９】円盤形状部１０９ａは、その中心部１０９
ｅと外縁部１０９ｆとが４本の梁１０９ｇ〜１０９ｊに
よって結合される形状となっている。これら梁１０９ｇ
〜１０９ｊは、梁剛性が低くなるように肉厚が薄く形成
され、回転軸１０８の受けるトルク量を検出し易くなっ
ている。そして、梁１０９ｇ〜１０９ｊのうちの一つに
は図示されていない歪みゲージが取り付けられており、
梁の変形からトルクを検出するようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、円盤形状部
１０９ａの梁１０９ｇ〜１０９ｊは、肉厚が薄く形成さ
れていることから、軸心回りの方向の力、すなわち図５
（Ｂ）の矢印Ｙ１，Ｙ２の方向の力に対しては復元力を
持っている。ところが、軸心と垂直方向の力、すなわち
図５（Ａ）の矢印Ｘ１，Ｘ２の方向の力に対しては復元
力が弱い。このため、長時間この方向に力が加わると変
形してしまう。

【００１１】従来のアーム駆動用モータは、図４に示し
たように、大径の円盤形状部１０９ａ側はボールベアリ
ング１０７により軸心と垂直方向の力に対して固定され
ているが、小径の円盤形状部１０９ｂ側はハウジング１
０６との間に隙間１０６ａが設けられている。このた
め、回転軸１０８に軸心と垂直方向の力が加わると、ト
ルクセンサ１０９は図５（Ａ）の矢印Ｘ１，Ｘ２の方向
に曲がることになる。このため、長時間の使用によりト
ルクセンサ１０９が変形してしまうという問題点があっ
た。

【００１２】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、トルクセンサの耐久性を高めたモータのトル
ク検出部を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は上記目的を達成す
る本発明のモータのトルク検出部の原理図である。回転
軸２０７の周囲にはトルクセンサ２０８が取り付けら
れ、モータ２２のハウジング２０５とトルクセンサ２０
８の出力側端部２０８ｂの外周面との間には、ベアリン
グ２０９が設けられる。

【００１４】

【作用】モータ２２のハウジング２０５とトルクセンサ
２０８の出力側端部２０８ｂの外周面との間には、ベア
リング２０９が設けられているので、出力側から回転軸
２０７に対して軸芯に垂直方向の力が加わっても、トル
クセンサ２０８は変形することがない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明を実施するロボットの作業機構部
の構成を示す図である。ここでは、宇宙空間で使用され
る産業ロボットの作業機構部を示す。この作業機構部
は、主に主軸部１、肘部２、およびハンド部３から構成
される。主軸部１と肘部２はアーム４により連結され、
また肘部２とハンド部３はアーム５により連結されてい
る。

【００１６】主軸部１はモータ１１および１２を有して
いる。モータ１１は図示されていない機体に固定されて
おり、モータ１２およびアーム４を軸回りに回転制御す
る。また、モータ１２は、アーム４をモータ１２の回転
軸に垂直な平面内で回転するように制御する。

【００１７】肘部２はモータ２１および２２を有してい
る。モータ２１はモータ２２およびアーム５をモータ２
１の回転軸と垂直な平面内で回転するように制御する。
また、モータ２２は、アーム５を軸回りに回転制御す
る。

【００１８】ハンド部３はモータ３１，３２、およびハ
ンド３３を有している。モータ３１は、モータ３２およ
びハンド３３をモータ３１の回転軸と垂直な平面内で回
転するように制御する。また、モータ３２は、ハンド３
３を軸回りに回転制御する。ハンド３３は、図示されて
いない制御装置からの指令によりモータ１１，１２，２
１，２２，３１，３２が回転制御されることによって、
空間内を移動する。

【００１９】次に図１に基づいて本発明の一実施例を説
明する。図１は本発明の原理図であるとともに、アーム
５の回転制御に用いられるモータ２２の構成を示す図で
ある。モータ２２は、モータの側面を形成するハウジン
グ２０１の内側にコイル２０２が設けられている。ま
た、コイル２０２の内側には、磁石２０３が回転子２０
４の外周面に設けられている。

【００２０】回転子２０４の出力側端部２０４ａは径が
大きくなるように形成されており、その外周面と出力側
ハウジング２０５との間にはボールベアリング２０６が
設けられている。回転子２０４とともに回転する回転軸
２０７の出力側軸部２０７ａには、トルクセンサ２０８
が固着されている。このトルクセンサ２０８は弾性体で
形成されており、大小の円盤形状部２０８ａ，２０８ｂ
を有している。

【００２１】大径の円盤形状部２０８ａは、回転子２０
４の出力側端部２０４ａに嵌合するように形成されてお
り、図示されていないボルトにより出力側端部２０４ａ
と結合されている。一方、小径の円盤形状部２０８ｂ
は、コネクタ２１０と図示されていないボルトにより結
合されている。また、出力側ハウジング２０５の軸穴２
０５ａの内周面と小径の円盤形状部２０８ｂの外周面と
の間には、ボールベアリング２０９が設けられている。

【００２２】回転軸２０７の出力側軸部２０７ａはコネ
クタ２１０によってアーム５と結合されている。こうし
て、回転軸２０７が回転することによりアーム５を回転
制御することができる。また、回転軸２０７がアーム５
からトルクを受けると、回転軸２０７とともにトルクセ
ンサ２０８が変形し、回転軸２０７に加わるトルク量を
検出する。

【００２３】図３はトルクセンサ２０８の具体的な構成
を示す図であり、同図（Ａ）は小径の円盤形状部２０８
ｂ側から見た平面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は大径
の円盤形状部２０８ａ側から見た平面図である。大径の
円盤形状部２０８ａと小径の円盤形状部２０８ｂとの間
にはくびれ部２０８ｃが形成されている。また、中心部
には回転軸１０８が貫通する貫通穴２０８ｄが穿設され
ている。この貫通穴２０８ｄには溝２０８ｋが形成され
ており、回転軸２０７の図示されていない突部と嵌合す
る。

【００２４】大径の円盤形状部２０８ａは、その中心部
２０８ｅと外縁部２０８ｆとが４本の梁２０８ｇ〜２０
８ｊによって結合される形状となっている。これら梁２
０８ｇ〜２０８ｊは、梁剛性が低くなるように肉厚が薄
く形成され、回転軸２０７の受けるトルクの検出がし易
くなっている。梁２０８ｊの両側面にはそれぞれ２つの
歪みゲージＧ１とＧ２，Ｇ３とＧ４が取り付けられてい
る。これら歪みゲージＧ１〜Ｇ４はブリッジ結線されて
おり、トルクが加わった際の不平衡電圧からトルク量が
検出される。

【００２５】また、大径の円盤形状部２０８ａには穴Ｐ
１〜Ｐ４が穿設されており、穴Ｐ１〜Ｐ４を介して図示
されていないボルトにより回転子２０４と結合される。
さらに、小径の円盤形状部２０８ｂには穴Ｑ１〜Ｑ４が
穿設されており、穴Ｑ１〜Ｑ４を介して図示されていな
いボルトによりコネクタ２１０と結合される。

【００２６】このような形状を有するトルクセンサ２０
８は、図１に示したように、出力側ハウジング２０５の
軸穴２０５ａの内周面と小径の円盤形状部２０８ｂの外
周面との間にボールベアリング２０９が設けられてい
る。このため、アーム５側から回転軸２０７に軸芯と垂
直な方向に力が加わった場合でも、小径の円盤形状部２
０８ｂが力の方向に動くことがない。したがって、トル
クセンサ２０８全体が軸芯と垂直な方向に曲がらないの
で、大径の円盤形状部２０８ａの梁２０８ｇ〜２０８ｊ
が変形しない。よって、耐久性が向上する。

【００２７】なお、本実施例では、トルクセンサ２０８
をアーム５を駆動するモータ２２に用いたが、他のモー
タ１１，１２，２１，３１，３２にも用いても同様の効
果が得られる。

【００２８】また、本実施例では、ボールベアリング２
０６および２０９を用いたが、含油軸受等を使用しても
よい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、モータ
の出力側のハウジングとトルクセンサの出力側端部の外
周面との間にベアリングを設けるようにしたので、出力
側から回転軸に対して軸芯と垂直方向の力が加わっても
トルクセンサは変形することがない。したがって、耐久
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図であるとともに、アームの回転
制御に用いられるモータの構成を示す図である。

【図２】本発明を実施するロボットの作業機構部の構成
を示す図である。

【図３】トルクセンサの具体的な構成を示す図であり、
同図（Ａ）は小径の円盤形状部側から見た平面図、
（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は大径の円盤形状部側から見
た平面図である。

【図４】従来のアーム駆動用モータの構成を示す一部断
面図である。

【図５】トルクセンサの概略を示す図であり、同図
（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は大径の円盤形状部側から見
た平面図である。

【符号の説明】

１主軸部２肘部３ハンド部４，５アーム２０５出力側ハウジング２０５ａ軸穴２０７回転軸２０８トルクセンサ２０８ａ，２０８ｂ円盤形状部２０９ボールベアリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの回転軸にかかるトルクを検出す
るモータのトルク検出部において、前記回転軸（２０７）の周囲に取り付けられるトルクセ
ンサ（２０８）と、前記モータ（２２）のハウジング（２０５）と前記トル
クセンサ（２０８）の出力側端部（２０８ｂ）の外周面
との間に設けられるベアリング（２０９）と、を有することを特徴とするモータのトルク検出部。
【請求項２】前記ベアリング（２０６）はボールベア
リングであることを特徴とする請求項１記載のモータの
トルク検出部。
【請求項３】前記ベアリング（２０６）は含油軸受で
あることを特徴とする請求項１記載のモータのトルク検
出部。