JPS61214986A - 産業ロボツトのア−ム駆動機構 - 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、産業用ロボットのダイレクトドライブ方式の
可能なアーム駆動機構に関する。

〔従来技術と問題点〕

従来技術におけるダイレクトドライブ方式垂直多関節ロ
ボット等のアーム部の上下１前後運動をさせる駆動装置
は、上下運動をさせる駆動装置と、前後運動をさせる駆
動装置とに分かれている。

第７図は従来例の説明図を表わし、（ａ）は斜視図、（
ｂ）はロボットアーム動作説明図、（Ｃ）は上方から見
た平面図である。

この２つの駆動装置は、第７図（ａ）に示すようにアー
ム関節が支持されている旋回部３に取り付けられている
。この２つの駆動装置の動作を説明する。

出力リンクである第４リンク１を前後に動作させるには
、第１関節６にある駆動モータ６ｍを動作させ、第１リ
ンク２は第１９１１節６を中心に回転する。この回転角
は機械的動作範囲で決められ、３６０°回転することは
ない。よって出力リンクである第４リンク１は第５関節
９．第４関節１０により前後動作ができる。また、出力
リンク１を上下に動作させるには第２関節５にある駆動
モータ５を動作させ、第２リンク８は第２関節５を中心
に回転する。この回転角は機械的動作範囲で決められ、
第２リンク８の回転運動は、第３関節１１により第２リ
ンク８と連結されている第３リンク４を伝わり、第３リ
ンク４と出力リンク１を連結している第４関節１０を介
して出力リンク１に上下動作をさせる。

以上の様な従来例における駆動メカニズムにおいては以
Ｆの様な問題点が生じる。

ア）　各動作をさ往るのにそれぞれ別の駆動装置が必要
となり、駆動装置が増えるほどロボット体格は大きくな
りひいては本体重量も増加する。

イ）　上記の様にれぞれ別の駆動装置で駆動すると、そ
の駆動装置は第７図（ａ）のように本体の横側に取り付
けられ、モータの重量はかなり重いので、それが旋回軸
用モータの軸線上ではなく、ごのように軸線から離れた
位置に取り付けるのは、旋回軸より見たイナーシャが増
え旋回軸用モータの出力を大きくするばかりではなく、
旋回軸より見たイナーシＶが増え、ロボットの制御面か
らディメリットとなる。また、旋回軸駆動アクチュエー
タをダイレクトドライブとした場合、アクチュエータの
イナーシＶを大きくすることになり、ひいては大きざ９
重量がふえる上コスト面から見ても高くなる。

〔発明の目的〕

ここにおいて本発明は、従来例の難点を克服し、ダイレ
クトドライブができる２軸アクチユエータによる産業用
ロボットのアーム駆動機構を提供することを、その目的
とする。

〔発明の概要〕 本発明は、 １つのフレームの中に２つのアクチュエータ部と２つの
検出器で構成し、各アクチュエータのシャフトは互いに
反対方向に取り出し、独立の回動運動を行える２軸アク
チユエータをロボットア−ムにおける前後動作アーム、
上下動作アームの駆動に用いる手段であり、 さらには、内部が右アクチュエータ部、２個の検出器を
線対称に形成した検出器部。それに左アクチュエータ部
の３部分に構成され、形状をコンパクトにかつ簡略化し
たダイレクトドライブもできる２軸アクチユエータから
なる 産業用ロボットのアーム駆動機構である。

（実施例） 本発明の一実施例における概観図を第１図に表わし、（
ａ）は側面図、（ｂ）は上方からみた平面図である。

第１図において、３２はロボット全体を固定する台であ
り、それには可動部全体を支持する支持台３４が固定さ
れており、その内部には旋回部３０を旋回させる旋回駆
動アクチュエータ３１が取り付けである。

旋回１！１３０の第２関節３９には前後動作を行う第１
アーム２０が装着されており、第１アーム２０に設けら
れている第１関節２２には上下動作を行う第２アーム２
１が取り付けられている。

これら２つの関節においては、各アームは、軸受等を用
いて前後、上下動作が自由となっている。

また旋回部３０には、前後、上Ｆ８動作用のアクチュエ
ータを１つにまとめた２軸アクチユエータ２８が具備さ
れている。

第１アーム２０に設けられている動作伝達筒２Ｉ！］１
１ｉ３３には第１前後動作伝達リンク２４が取り付けら
れでおりこのリンクの反対の端には、駆動アクチュエー
タ２８の片側シャフトに固定されている第２前後動作伝
達リンク２５が取り付けられている。第１前後動作伝達
リンク２４の両端の取付部には軸受が設けられ動作自由
となっている。

つまり、駆動アクチュエータ２８の片側シャフトが回転
すると、その回転動作は、第１前後動作伝達リンク２４
．第２前後動作伝達リンク２５を介して第１アーム２０
に伝わり、これを前後動作さぼる。

また、第２アーム２１に設けられている第１動作伝達関
節２３には、第１上下動作伝達リンク２６が軸支されて
おり、このリンク２６の他端には駆動アクチュエータ２
８の前後動作側とは反対側シャフトに固定されている第
２上下動作伝達リンク２７が取り付けられている。第１
上下動作伝達リンク２６の両端の取付部には軸受が設け
られて動作自由である。すなわち駆動アクチュエータ２
８の前後動作側とは反対側シャフトがｎ転すると、その
回転動作は、第１上下動作伝達リンク２６、第２上下動
作伝達リンク２７を経て第２アーム２１に伝わり、これ
を上下運動させる。

第２図は、第１図における駆動アクチュエータ２８の詳
細な側断面図である。基本的な考え方としては、１つの
フレームの中にアクチュエータを２つを形成し、そのお
のおののシャフトを相互に反対側に取り出した構成とな
っている。アクチュエータの構造としては左右対称とな
っているので、左側部分だけの説明を行い、右側部分は
省く。

フレーム（Ｌ側、以下これを単にＬと記す。）４８の内
側には、ステータ巻線（’Ｌ）５２が巻かれたステータ
コア（Ｌ）５１が固定されＣおり、ギャップ（Ｌ）５５
をへてロータ（Ｌ）５６がある。このヨーク（Ｌ）５６
はシャフト（Ｌ）４０に固定されでおり、これには回動
自在となるようにベアリング４２とベアリング４４が取
り付けられている。

また、シャフト（Ｌ）４０の反負荷側は検出器取付部５
０にベアリング４４を介して支承されており、負荷側は
フランジ（Ｌ）４６にベアリング４２を介して支承され
ている。フランジ（Ｌ）４６、検出器取付部５０はフレ
ーム（Ｌ）４８に取り付は固定される。

検出器取付部５０には検出器ステータ巻線（Ｌ）６３が
巻かれた検出器ステータコア（Ｌ）６１が装着され、そ
れと対向しギャップをへて検出器０−タ（Ｌ）６５が設
けられてシャフト（Ｌ）４０１固着する検出器ロータヨ
ーク（Ｌ）５９に取り付は固定される。

そして、これとは対称に、まったく同様のアクチュエー
タが右側に構成される。

つまりステータ部の電磁作用によりロータが回転し、こ
のロータはシャフトに固定されているので、このシャフ
トに取り付けられている検出器ロータも同時に回転する
。検出器取り付は部に固定されている検出器ステータと
の相互７１１１作用によりこのアクチュエータの位置・
速度の検出が可能となりサーボアクチュエータとしての
機能を持つ。

また第２図のように、検出器取り付は部に２つの検出器
ステータをまとめて固定しこれをアクチュエータ中心部
に配置し、２つのアクチュエータをその両端に相互に反
対側に出力軸をそなえる本発明の２軸アクチユエータは
従来例に比べ、製作工程が少なく有利である。

また、この実施例に用いられる検出器は、第２図に示し
たような検出器ステータコアに励磁巻線および検出巻線
を巻き検出器ロータにはＶＲ型（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｒ
ｅ１ａｃｔａｎｃｅ　Ｔｙｐｅ）レゾルバとは限定しな
い。たとえば、検出器ステータコア、検出器ロータコア
にそれぞれ巻線を巻き検出器ロータに発生する検出信号
を回転トランスを用い検出器ステータ側に伝達する回転
トランス型でも可能である。

本発明の他の実施例における側面図、上方からみた平面
図を第３図（ａ）、（ｂ）に表わす。

基本的な考え方は第１図に示す＝実施例と同様であるが
、この他の実施例は旋回駆動アクチュエータ８１の軸線
上に駆動アクチュエータ８０（２軸アクチユエータ）と
、前後動作をする第１アーム７１を取り付ける第２関節
７４を配置する手段に特長がある。

この構成にすると、前後動作アームの背部に２軸アクチ
ユエータを配置する第１図の構造よりアクチュエータの
直径を少々大きめにとれる。なぜならば第１図において
アクチュエータダイヤを大きクシスきるとバランスが崩
れるおそれがある。

また、第３図の構造にすると、前後動作アームの背部に
は何も存在しなくなるので、動作伝達関節７８．７９の
形状次第で前後動作範囲をフルに利用できる。とくに後
部に利用範囲が広がる。

この他の実施例における前後動作、上下動作に用いる２
軸アクチユエータの側断面図を第４因に示す。

第４図に示す２軸アクチユエータは、外側アクチュエー
タの内部に同心状の内側アクチュエータを形成する同心
２軸アクチユエータとなっており、第２図と同じ長さを
考えると、第４図の構造の方が内側、外側面アクチュエ
ータ共にステータコアの鉄心積厚を長くする事ができる
。鉄心積厚を長くすることは総磁束が増加するのでトル
クはアップする。特に外側ステータにおけるトルクは第
３図の１軸のトルクと比べ２倍近い値となる（ただし、
他の諸条件を同一とした場合）。つまり、第４図のよう
な同心２軸アクチユエータは、アクチュエータロータ内
部空間の有効利用ができる。

第４図における同心２軸アクチユエータの内部構造を説
明する。

フレーム（外）１１２の内側に、ステータ巻線（Ｒ側、
以下これを単にＲと記す。）１０７を巻回した右側アク
チュエータ用のステータコア（Ｒ）１１１が取り付は固
定されている。これに対向してギャップをへてカップ状
のロータ（Ｒ）１０９が配置され、シャフト（Ｒ）９１
と一体成形してカップ状ロータの偏心が無いように固定
され、ベアリング１０５，１１５により回動自在に支承
される。ベアリング１０５は、フランジ（Ｒ）１０３に
取り付けられ、これはフレーム（外）１１２に固定され
る。ベアリング１１５はフレーム（内側）１１３に取り
付けられ、それはフランジ（Ｌ）１０２に固定されてお
り、さらにフランジ（Ｌ）１０２はフレーム（外）１１
２に取り付は固定される。

フレーム（内側）１１３の内側にはステータ巻線（Ｌ）
を巻装した左アクヂュエータ用のステータコア（Ｌ）１
１０が取り付は固定され、それに対向してギャップを介
してロータ（Ｌ）１０８が配Ｕされ、ベアリング１１４
．１０４により回動自在に支承されるシャフト（Ｌ）９
０に取り付は固定されている。とくにベアリング１１４
はシャフト（Ｌ）９０とシャフト（Ｒ）９１の片端をそ
れぞれが独自に回動自在に支承している。なお、ベアリ
ング１１４はフレーム（内側）１１３に支持ざ眩ベアリ
ング１１５と並べてその左側の配設し′Ｃもよい。

９５は検出器カバーでフランジ（Ｒ）１０３に取り付は
固定されており、この内側には検出器ステータ巻線（Ｒ
）９９が巻回された検出器ステータコア（Ｒ）１０１が
装着され、これに対向してギャップをへて検出凶日−タ
（Ｒ）９７が配置され、これを支持する検出器ロータヨ
ーク（Ｒ）９３はシャフト（Ｒ）９１に取り付は固定さ
れている。

左側アクチュエータ用の検出器部についても同様である
。

この他の実施例は、一定容積内で、同心２軸にすること
でその内部空間を有効に利用できる。

こ誉までの実施例はすべてダイレクトドライブ方式のロ
ボットアーム駆動機構、およびそれに用いる２軸アクチ
ユエータについてであった。

しかして、本発明における異方向出力２軸アクチユエー
タは、必ずしも、ダイレクトドライブ方式用としなくて
もよく、ロボットアームを駆動するのに減速機構を介し
ても可能である。各アクチュエータの回転数をダイレク
トドライブ方式の場合は極低速とした（数ｒ、ｐ、ｍ　
〜数Ｉ　Ｑｒ、ｐ、ｍ　）。

それを、減速機を介したロボットアームを駆動する方式
とすれば、２軸アクチユエータの定格回転数は減速比の
逆数倍となり、トルクは減速比倍となるので、アクチュ
エータ体格をダイレクトドライブ方式用とする場合より
さらに小さくできる。

これは、ロボット全体の形状をさらにコンパクトにでき
ることにつながる。

しかし、減速機をロストモーシミンが３分以下とガタが
非常に小さいハーモニックギアを用いた減速機構として
もダイレクトドライブ方式はどの高性能なサーボ特性を
得られない面もある。また、現在の技術においては、ハ
ーモニックギアを用いた減速機構が、その他の減速機構
に比べ最も優秀な減速性能を持つ。

本発明の別の実施例における２軸アクチユエータ（第２
図）と同心２軸アクチユエータ（第４図）とハーモニッ
クギ・アを組み合せた減速機構の側断面図を第５図およ
び第６図に示す。

これら減速機構の動作は両方同様である。

アクチュエータのシャフトが回転すると、これに取り付
けてあり楕円形状のウニイブジェネレータ１２１も同時
に回転する。そして、可撓性のフレクスプライン１２２
および可動側となるサーキサーキュラスプラインＤ１２
３の歯数はそれぞれｎで、固定側となる固定サーキュラ
スプライン５１２４の歯数はｎ＋αとし、またｎ／α−
Ｒ（速比）と定めてウニイブジェネレータ１２１を１回
転させると、サーキュラスプラインＤ１２３は回転速度
比はα／ｎで、その回転方向はアクチュエータの回転方
向とは逆になり、可動サーキュラスプラインＤ１２３を
出力としたときの減速比ｉは次のようになる。

１−−１／Ｒ 一方フレクスプライン１２２およびサーキュラスプライ
ン５１２４の歯数がｎで、サーキュラスプラインＤ１２
３の歯数がｎ＋αであるときは、ちょうどフレクスプラ
イン１２２の回転を拘束したことに他ならずサーキュラ
スプラインＤ１２３を出力としたときは ｉ−１／（Ｒ・＋１） である。なお、図形は各軸に対称であり、１２０はシャ
フト４０．９０にウニイブジェネレータ１２１を結合さ
せる回り止め用のキーである。

第５図、第６図はアクチュエータとハーモニックギアが
一体型成形された例をあげたが、ハーモニックギアを固
定する部分をアクチュエータと別に設け、アクチュエー
タのシャフトだけをウニイブジェネレータに挿入固定し
減速する機構も可能である。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、次に掲げる数多くの特段の効
果がえられ、当該分野に寄与するところ大きい。

力）　本発明による２軸アクチユエータを用いて前後動
作、上下動作を一つのアクチュエータで行え、ロボット
形状をコンパクトにかつ簡略化できる。

キ）　本発明による２軸アクチユエータは、軸受等の強
度が耐え得る範囲ではいかなる回転数でも回転可能であ
るが、とくに定格回転数が数ｒ、　ｐ、　ｍ〜数１０ｒ
、ｐ、ｓの極低速の高１へルクアクチュエータとするこ
とで、前後動作アーム、上下動作アームの各アームを直
接駆動するダイレクトドライブ方式が可能となる。この
方式にしてアクチュエータと減速機により駆動する方式
に比べてギアにおけるバックラッシュ等のガタを廃除で
き高速な応答が可能となる。

り）　本発明における低速高トルクの２軸アクチユエー
タをダイレクト旋回軸駆動用アクチュエータの軸線上に
前後動作アームが取り付けられている関節と重量のバラ
ンスを取り配置する手段または２軸アクチユエータと前
後動作アームが取り付けられている関節を旋回軸駆動用
アクチュエータの軸線上に配置する手段は、２個のアク
チュエータを旋回部の両側部に取り付ける従来技術と比
べ、旋回軸駆動用からみた負荷イナーシャを小さくする
ことができ、これは旋回軸の制御が容易になるという利
点があり、また旋回軸駆動用アクチュエータのイナーシ
ャを小さくてすみ、アクチユエータの大きさ、重量を軽
減されコスト面から有利となる。

ケ）　したがって、水平多関節ロボットの旋回部１前後
動作部、上下動作部の３軸のダイレクトドライブが可能
となりギアの持つバックラッシュ等のガタの影響をまっ
たく受けず高速応答で高精度な制御ができる。

コ）　本発明の製作工程は一方のアクチュエータ部製作
→検出器部製作→他方の７クチユ工−タ部製作の３工程
となり従来例の場合と比較して、簡単になる。とくに出
産する場合この差は著しくなり、この２軸アクチユエー
タに非常に大きい優位性が出てくる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における概観図を表わす側面
図、平面図、第２図はその駆動アクチュエータの側断面
図、第３図は本発明の他の実施例における概観を示す側
面図、平面図、第４図はその駆動アクチュエータの側断
面図、第５図、第６図は本発明の別の実施例の駆動アク
チュエータの要部を表わす側断面図、第７図は従来例の
説明図である。 １・・・第４リンク（出力）リンク、２・・・第１リン
ク、３・・・旋回部、４・・・第３リンク、５・・・第
２駆動モータ、６・・・第１駆動モータ、７・・・支持
台、８・・・リンク、９・・・第５ｒＩＡ節、１０・・
・第４関節１．１１・・・第３関節、１２・・・旋回軸
駆動用モータ、２ｏ・・・第１アーム、２１・・・第２
アーム、２２・・・第１関節、２３・・・第１動作伝達
関節、２４・・・第１前後動作伝達リンク、２５・・・
第２前後動作伝達リンク、２６・・・第１上下動作伝達
リンク、２７・・・第２上下動作伝達リンク、２８・・
・駆動アクチュエータ、２９・・・第２関節、３０・・
・旋回部、３１・・・旋回駆動アクチュエータ、３２・
・・固定台、３３・・・第２動作伝達関節、３４・・・
支持台、４０・・・シャフト（Ｌ側）、４１・・・シｔ
Ｉフト（Ｒ側）、４２・・・ベアリング、４３・・・ベ
アリング、４４・・・ベアリング、４５・・・ベアリン
グ、４６・・・フランジ（Ｌ側）、４７・・・フランジ
（Ｒ側）、４８・・・フレーム（Ｌ側）、４９・・・フ
レーム（Ｒ側）、５０・・・検出器取付部、５１・・・
ステータコア（Ｌ側）、５２・・・ステータ巻線（Ｌ側
）、５３・・・ステータコア（、Ｒ側）、５４・・・ス
テータ巻線（Ｒ側）、５５・・・ギャップ（Ｌ側）、５
６・・・ロータ（Ｌ側）、５７・・・ギャップ（Ｒ側）
、５８・・・ロータ（Ｒ側）、５９・・・検出器ロータ
ヨーク（Ｌ側）、６０・・・検出器ロータヨーク（Ｒ側
）、６１・・・検出器ステータコア（Ｌ側）、６２・・
・検出器ステータコア（Ｒ側）、６３・・・検出器ステ
ータ巻線（Ｌ側）、６４・・・検出器ステータ巻線（Ｒ
側）、６５・・・検出器ロータ（Ｌ側）、６６・・・検
出器ロータ（Ｒ側）、６７・・・検出器リード線用穴、
７０・・・第２アーム、７１・・・第１アーム、７２・
・・第１ｆＩ１節、７３・・・第２動作伝達関節、７４
・・・第２Ｆ！ＥＩ節、７５・・・旋回部、７６・・・
第１上下動作リンク、７７・・・第２上下動作リンク１
，７８・・・第１前後動作リンク、７９・・・第２前後
動作リンク、８０・・・駆動アクチュエータ、８１・・
・旋回駆動アクチュエ−タ、８２・・・支持台、８３・
・・固定台、８４・・・第１動作伝達関節、９０・・・
シャツＩ〜（Ｌ側）、９１・・・シャフト（Ｒ側）、９
２・・・検出器ロータヨーク（Ｌ側）、９３・・・検出
器ロータヨーク（Ｒ側）、９４・・・検出器カバー（Ｌ
側）、９５・・・検出器カバー（Ｒ側）、９６・・・検
出器ロータ（Ｌ側）、９７・・・検出器ロータ（Ｒ側）
、９８・・・検出器ステータ巻線（Ｌ側）、９９・・・
検出器ステータ巻線（Ｌ側）、１００・・・検出器ステ
ータコア（Ｌ側）、１０１・・・検出器ステータコア（
Ｒ側）、１０２・・・モータフランジ（Ｌ側）、１０３
・・・モータフランジ（Ｒ側）、１０４・・・ベアリン
グ、１０５・・・ベアリング、１０６・・・ステータ巻
線（Ｌ側）、１０７・・・ステータ巻線（Ｒ側）、１０
８・・・ロータ（Ｌ側）、１０９・・・ロータ（Ｒ側）
、１１０・・・ステータコア（Ｌ側）、１１１・・・ス
テータコア（Ｒ側）、１１２・・・フレーム（外側）、
１１３・・・フレーム（内側）、１１４・・・ベアリン
グ、１１５・・・ベアリング。 箒１図（（１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円筒状のフレームの軸方向を２分する部材を設ける
   手段と、 この部材の左側と右側のそれぞれについて、その部材の
   中心近くに第１のベアリングを支持する手段と、 その部材のフレームの近い位置に回転速度・位置の検出
   をする検出器ステータを取付ける手段と、フレーム内周
   面にそれに沿って励磁巻線を巻回したステータを固着さ
   せる手段と、 ステータに対向し空隙を介したロータを配設する手段と
   、 ロータを嵌合固着し一端は第１のベアリングに支承され
   、他端はフレームの端部を覆うフランジに支持された第
   ２のベアリングに支承されるシャフトを設ける手段と、 そのシャフトの一端に近く検出器ステータに空隙を経て
   対向する位置に検出器ロータを装着する手段と、 を具備することを特徴とする産業用ロボットのアーム駆
   動機構。 ２、シャフトの出力端に減速手段を装着した特許請求の
   範囲１項記載の産業用ロボットのアーム駆動機構。 ３、外殻を形成する円筒状の第１のフレームの両端部を
   フランジで覆う手段と、 一方端のフランジの内部にカップ状の第２のフレームを
   設ける手段と、 第１のフレームの内周面にそれに沿って第１のアクチュ
   エータの励磁巻線を巻装した第１のステータを固着する
   手段と、 第１のステータに対向して空隙を介してカップ状で軸方
   向中心に第１のシャフトをそなえる第１のロータを配設
   する手段と、 第１のシャフトを第２のフレームのカップ状底部の中心
   近くに支持されたベアリングとフランジに支持されたベ
   アリングで支承する手段と、第１のシャフトの出力端に
   検出器をそなえる手段と、 第２のフレームの内周面にそれに沿って第２のアクチュ
   エータの励磁巻線を巻回した第２のステータを固着する
   手段と、 第２のステータに対向し空隙を介した第２のロータを配
   設する手段と、 第２のロータを嵌合固着しフランジに支持されたベアリ
   ングと第１のアクチュエータのシャフトを相互に回転自
   在に支持するベアリングにより支承された第２のシャフ
   トと、 第２のシャフトの出力端に第２の検出器をそなえる手段
   と、 を具備することを特徴とする産業用ロボットのアーム駆
   動機構 ４、第１および第２のシャフトの出力端に減速手段を装
   着した特許請求の範囲第３項記載の産業用ロボットのア
   ーム駆動機構。