JPS6339397B2

JPS6339397B2 -

Info

Publication number: JPS6339397B2
Application number: JP58250257A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Takeshita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1988-08-04
Also published as: JPS60146687A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はロボツト機構に関するものである。

従来この種の装置として第１図に示すものがあ
つた。第１図において、サーボモータ１０はロー
タ１１、ステータ１２、フレーム１３、軸受２２
により構成されている。ロータ１１は永久磁石、
１１ａ、ロータ軸１１ｂから構成されている。ス
テータ１２はステータコイル１２ａ、コア１２ｂ
から成る。このステータ１２はフレーム１３を介
して、モータ取付台７に固定されている。減速機
２１は、サーボモータのロータ軸１１ｂとカツプ
リング２４を結合している。ロボツトのアーム６
はアーム６ａとアーム軸６ｂより構成されてい
る。アーム６はアーム取付台８に軸受２２を介し
て支えられている。モータ取付台７とアーム取付
台８は、支持台９に取り付けられている。

次に動作について説明する。

サーボモータ１０のロータ１１はステータ１２
の内側にある。このロータ１１が回転して、カツ
プリング２４を介して、減速機２１を回し、ロー
タ１１の回転を減速して、アーム軸６ｂを回転さ
せる。このようにしてロボツトのアーム６を動か
すことによつて、ロボツトとして動作する。

従来のロボツト機構は以上のように構成されて
いるので、サーボモータとロボツトアームの間に
動力伝達機構として減速機が入つているために、
減速機のバツクラツシユ、摩擦、さらに軸のねじ
りの剛性が低いことによりサーボモータの動き
と、ロボツトアームの動きが対応しない欠点があ
つた。また、減速機の剛性が低いために、ロータ
とロボツトアームとの減速機によつて生じる固有
振動数が低くなり、サーボ系の利得を十分にあげ
ることができないために、位置決めの精度が悪い
という欠点があつた。また、構造上、サーボモー
タ、減速機、ロボツトアームが軸上に並ぶため
に、軸長が長くなるという欠点があつた。これに
対しては、軸受の数を減じて、軸長を短かくする
と、片持はりの形になり、軸の剛性が低下する欠
点があつた。

この発明は上記のような従来の欠点を除去する
ためになされたもので、減速機をなくし、ロータ
とロボツト被駆動部を直結することにより、減速
機の欠点のバツクラツシユ、摩擦、低剛性の特性
をなくし、サーボモータのロータをアウタロータ
形にし、そのロータの外側にロボツト被駆動部を
固着し、ロータとロボツト被駆動部の結合の剛性
を上げ、また、サーボモータの軸受とロボツト被
駆動部の軸受を共有することにより、構造を単純
化し、サーボモータから、ロボツト被駆動部まで
の全体の軸長を短かくできるロボツト機構を提供
することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第２図は概略断面図で、第３図は第２図の
−の断面図である。

第２図、第３図において、３１はサーボモータ
１０のアウター・ロータであり、その主要部分は
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄより構成されて
いる。３１ａは永久磁石、３１ｂは円板ロータ、
３１ｃはロータの中央回転軸、３１ｄはロータの
シリンダである。永久磁石３１ａはシリンダ３１
ｄの内側に固着されており、シリンダ３１ｄと中
央回転軸３１ｃは軸中間部の位置で円板ロータ３
１ｂで固着されている。中央回転軸３１ｃは軸受
１５での軸の両側で支持されている。１６はプ
リ・ロード用の皿バネ、１７は軸受押えである。
皿バネ１６、軸受押え１７でロータの中央回転軸
３１ｃにプリ・ロードをかけるように構成してあ
る。６はロボツトアームで、ロータのシリンダ３
１ｄの外周で結合されている。５１はサーボモー
タ１０のステータで、主にステータコイル５１
ａ、ステータコア５１ｂ、スパイダ５１ｃで構成
されている。サーボモータ１０はモータ取付台７
に取り付けられている。

このように構成した装置において、サーボモー
タ１０のステータ５１に電流が流れることによ
り、アウタ・ロータ３１にトルクが発生して永久
磁石３１ａからシリンダ３１ｄにトルクが伝わ
り、さらにロボツトアーム６に伝達される。

このように、トルクが減速機を通さずに、直接
負荷のロボツトアーム６に伝わる。したがつて、
減速機によつて生じるバツクラツシユ、摩擦、剛
性の低下などの欠点が除かれる。さらに、トルク
発生部分の永久磁石３１ａから、負荷のロボツト
アーム６までの距離が短かく、かつ細い軸ではな
く、ロータシリンダ３１ｄの外周面の広い面で、
ロボツトアーム６に結合されているために、サー
ボモータのトルク発生部分とロボツトアーム６間
の剛性を非常に高くできる。

また、アウタ・ロータの外周にロボツトアーム
を配置したため、サーボモータとアーム軸が共有
され、軸受の共用により、その数も減じ、さらに
減速機がないため軸長が短かくなり、小形で単純
な形になる。また、アウタ・ロータのため、イン
ナ・ロータ形に比べ外径を小さくできサーボモー
タが小形になる。これは、第２図に示すように永
久磁石３１ａの径方向の厚みが、ステータコア５
１ｂの径方向より薄いためである。

また、アウタ・ロータ３１にはロータの中央回
転軸３１ｃがあるために、アウタ・ロータの軸方
向の変形が小さい状態で軸受に十分にプリロード
がかけられ、軸受によるガタ、剛性の低下の欠点
が除かれる。また、軸受部は、回転半径が十分小
さいところにあるため、プリロードによる摩擦ト
ルクも小さく、低摩擦のロボツト機構となる。

また、軸受１５、ロボツトアーム６の中心に対
して軸の両側で支持する構造であるため、ロボツ
トアームにかかる荷重、アームの自重、曲げの外
力に対しても十分の剛性をもたせることができ
る。

第４図、第５図に他の実施例の略図を示す。第
５図は第４図の−断面図である。この例で
は、ロータのシリンダ３１ｄで、永久磁石３１ａ
のついてない側のオーバーハング部分を、アーム
６と接合する部分のみにして、第４図におけるモ
ータ取付台７を中央によせ、ロータの中央回転軸
３１ｃの軸長を短かくして、小形化したものであ
る。

第６図に他の実施例のアウタ・ロータと６のロ
ボツトアームの部分について示した。この例では
ロボツトアーム６の幅ａの中央に円板ロータ３１
ｂの幅ｂの中央がくるようにしたものである。こ
の構成によつて、ロボツトアームの軸方向に加わ
る力Ｆは円板ロータ３１ｂの中心に加わるため、
この力によつて円板ロータ３１ｂに曲げモーメン
トが加わらず、たわみの小さいロボツト機構を実
現することができる。

第７図に他の実施例を示す。シリンダ３１ｄと
円板ロータ３１ｂで囲まれる空間のうち、ステー
タのない側にサーボモータのコントロール用の検
出器をアウタ・ロータに直結した例である。６１
は検出器で、これは目盛円板６１ａ、検出部６１
ｂ、取付具６１ｃ、取付円環６１ｄよりなる。６
１ｄは目盛円板６１ａを円板ロータ３１ｂに取付
ける円環である。６１ｃは検出部６１ｂをモータ
取付台７に取付ける取付具である。この構成によ
つて、通常ロータの中央回転軸３１ｃの右又は左
側に取付けられる検出器が、アウタ・ロータ３１
内に付くために、ロボツト全体を小さくすること
ができる。

減速機を除いたため、検出器は高分解能形が必
要であり、大形になるが、モータの必要トルクが
大きくなるため、アウタ・ロータの径が大きいの
で、アウタ・ロータ内に高精度で大形の検出器を
直結することができる。

以上に述べたようにアウタ・ロータの内側にサ
ーボ用の検出器を組み込むことにより、検出器を
含め、サーボモータ、ロボツト被駆動部の全体の
軸長が短かくなり、ロボツト機構が小形になる。
また、アウタ・ロータと検出器が高剛性で直結で
きるので、アウタ・ロータ回転の検出精度が上り
サーボ系のコントロールの精度の向上を図ること
ができる。

第８図に他の実施例を示す。第７図の検出器に
レゾルバを用いた例である。シリンダ３１ｂと円
板ロータ３１ｂで囲まれた空間で、ステータのな
い側にサーボモータ１０のコントロール用の検出
器のロータ側をサーボモータ１０のアウタ・ロー
タ３１に直結した例である。６２はレゾルバ、６
２ａはレゾルバステータ、６２ｂはレゾルバロー
タ、６２ｃはレゾルバロータ取付具である。レゾ
ルバステータ６１ａはモータ取付台７に固着され
ている。レゾルバロータ取付具６２ｃはレゾルバ
ロータ６２ｂをアウタ・ロータ３１に固着させる
取付具である。この例ではアウタ・ロータ３１の
円板ロータ３１ｂに取付けている。

このように構成することにより、レゾルバ６２
でアウタ・ロータ３１の回転角を検出することが
できる。

以上のような構成にすると、減速機を除いたた
めに、検出器は高分解能形が必要となり、検出器
のロータの直径が大きくなり、検出器が大形にな
るが、アウタ・ロータの径が大きいので、アウ
タ・ロータ内に高分解能の検出器が取付けられ、
検出器を含めて、サーボモータ、ロボツト被駆動
部の全体の軸長が短かくなり、著しく小形化され
る。

また、アウト・ロータと検出器のロータが太い
軸径で直結できるので、検出器のロータ軸と、サ
ーボモータのロータ軸の相対的芯ぶれ値が小さく
なることと、両軸間の剛性が高くできるため、軸
のねじれが小さくなる。このことよりアウタ・ロ
ータの回転の検出精度が上り、サーボ系のコント
ロール精度の向上が図られる。

なお、ここで検出器としてエンコーダ、レゾル
バの構成例を示したが、タコジエネレータなどで
もよい。また、これらを組合せてもよい。

第９図は他の実施例である。第７図の検出器の
代りに、電磁ブレーキ６３を取付けた例である。
電磁ブレーキ６３は固定デイスク６３ａ、ブレー
キ取付具６３ｂ、回転デイスク６３ｃ、回転デイ
スク取付具６３ｄより構成されている。固定デイ
スク６３ａはブレーキ取付具６３ｂを介してモー
タ取付台７に固着されている。回転デイスク６３
ｃは回転デイスク取付具６３ｄを介して、アウ
タ・ロータ３１に固着されている。このように構
成することにより、ブレーキ力は回転デイスクと
固定デイスクの間で働き、ブレーキがかかる。

以上のように、この実施例によれば、ブレーキ
を、径の大きいアウタ・ロータの内側に取付けた
ため、ブレーキのブレーキ力の働く部分の径が大
きいため、回転デイスクの面積が小さくて、ブレ
ーキに必要なトルクを発生しやすくなり、電磁ブ
レーキが小形化される。また、ブレーキを含めた
サーボモータ、ロボツト被駆動部の全体の軸長が
短かくなり、ロボツト機構を小型化することがで
きる。なお、ここで、デイスク形の電磁ブレーキ
の例を示したが、他の形のブレーキでもよい。

また、以上の例で、アンギユラ形の軸受１５の
例を示したが、これに限らず、球軸受、クロスロ
ーラ軸受などでもよい。

で以上のように、この発明は、外周表面がエアギ
ヤツプに接するシリンダ構造のステータと、シリ
ンダ、このシリンダ内を同軸上に貫通すると共に
端部が軸支される中央回転軸、及びこの軸と上記
シリンダとを軸支部間で連結する連結部材よりな
るロータと、このロータのシリンダの内側で上記
エアギヤツプを形成する位置に固着された永久磁
石とを備え、上記ロータのシリンダの外周面にロ
ボツト被駆動部を固着し、かつ上記軸が上記ステ
ータの内側を貫通するように構成したので、サー
ボモータとロボツト被駆動部の間に動力伝達機構
の減速機がないために、減速機で生じるバツクラ
ツシユ、摩擦、軸のねじり方向の剛性の低下がな
くなり、バツクラツシユのない低摩擦で、高剛性
のロボツト機構が得られ、ロボツトのコントロー
ルの精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロボツト機構を示す概略断面
図、第２図はこの発明の一実施例を示す概略断面
図、第３図は第２図の−断面を示す断面図、
第４図はこの発明の他の実施例を示す断面図、第
５図は第４図の−断面を示す断面図、第６図
はこの発明の他の実施例を示す部分断面図、第７
図、第８図、第９図はこの発明の他の実施例を示
すそれぞれの概略断面図である。図中、６はロボツト・アーム、６ａはアーム、
６ｂはアーム軸、７はモータ取付台、８はアーム
取付台、９は支持台、１０はサーボモータ、１１
はロータ、１１ａは永久磁石、１１ｂはロータ
軸、１２はステータ、１２ａはステータコイル、
１２ｂはコア、１３はフレーム、１５は軸受、１
６は皿バネ、１７は軸受押え、２１は減速機、２
２は軸受、２４はカツプリング、３１はアウタロ
ータ、３１ａは永久磁石、３１ｂは円板ロータ、
３１ｃはロータの中央回転軸、３１ｄはロータの
シリンダ、５１はステータ、５１ａはステータ・
コイル、５１ｂはステータ・コア、５１ｃはスパ
イダ、６１は検出器、６１ａは目盛円板、６１ｂ
は検出部、６１ｃは取付具、６１ｄは取付円環、
６２はレゾルバ、６３は電磁ブレーキである。な
お、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１外周表面がエアギヤツプに接するシリンダ構
造のステータと、シリンダ、このシリンダ内を同
軸上に貫通すると共に端部が軸支される中央回転
軸、及びこの軸と上記シリンダとを軸支部間で連
結する連結部材よりなるロータと、このロータの
シリンダの内側で上記エアギヤツプを形成する位
置に固着された永久磁石とを備え、上記ロータの
シリンダの外周面にロボツト被駆動部を固着し、
かつ上記軸が上記ステータの内側を貫通するよう
に構成したロボツト機構。２ロータの内側で連結部材と中央回転軸とによ
り囲まれた部分でステータのない空間において、
ロータに同軸に取り付けられた目盛円板と、固定
側に取り付けられ上記目盛円板の目盛を検出する
検出器とを備えた特許請求の範囲第１項記載のロ
ボツト機構。３ロータの内側で連結部材と中央回転軸とによ
り囲まれた部分でステータのない空間において、
ロータに同軸に取り付けられたレゾルバーまたは
タコジエネレータのロータと、固定側に取り付け
られた上記のレゾルバーまたはタコジエネレータ
のステータでロータの回転を検出する検出器を備
えた特許請求の範囲第１項記載のロボツト機構。４ロータの内側で連結部材と中央回転軸とによ
り囲まれた部分でステータのない空間において、
ロータに同軸に取り付けられたブレーキの回転円
板と、固定側に取り付けられた上記ブレーキの固
定側とでブレーキ力を発生するブレーキとを備え
た特許請求の範囲第１項記載のロボツト機構。