KR20140000680A

KR20140000680A - 검출기구를 구비한 선회 액추에이터 및 관절 유닛

Info

Publication number: KR20140000680A
Application number: KR1020137009771A
Authority: KR
Inventors: 노조무 타니오카
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2014-01-03
Also published as: CN103153555B; CN103153555A; DE112010005910B4; US9077228B2; US20130139636A1; JP5611362B2; WO2012042562A1; DE112010005910T5; KR101725918B1; JPWO2012042562A1

Abstract

본 발명의, 검출기구를 구비한 선회 액추에이터(1)에서는, 원통형상 하우징(2)의 내부에 모터(30) 및 감속기(40)가 동심상태로 배치되고, 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)에 선회 아암(9)의 선회위치 검출용의 스케일(14)이 배치되며, 원형 외주면(3)을 따라서 선회하는 선회 아암(9)에서의 원형 외주면(3)에 대치하고 있는 대치부(10)에 위치 검출기(15)가 탑재되어 있다. 스케일(14)과 위치 검출기(15)로 이루어지는 검출기구는, 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)을 따라서 유한 각도 범위를 선회 가능한 선회 아암(9)의 선회 위치를 검출한다. 각 부품이 동심상태로 배치되어 있고, 손가락관절 유닛으로서 이용하는데 적합한, 축길이가 짧은 소형이며 컴팩트한 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 실현할 수 있다.

Description

검출기구를 구비한 선회 액추에이터 및 관절 유닛{ROTARY ACTUATOR EQUIPPED WITH SENSING MECHANISM, AND JOINT UNIT}

본 발명은, 원통형상 하우징의 원형 외주면을 따라 유한(有限) 각도 범위를 선회가능한 선회 아암(rotary arm)을 구비한 선회 액추에이터에 관한 것이며, 선회 아암의 선회 위치를 검출하기 위한 검출기구가 구비된 소형이면서 콤팩트한 구성의 선회 액추에이터에 관한 것이다.

로봇 아암의 손목, 팔꿈치 등의 관절부, 로봇 핸드의 손가락 관절부 등에 있어서는, 그 관절축에 부착한 부재를 유한 각도 범위 내에서 회전 혹은 선회시키는 액추에이터가 장착된다. 이러한 액추에이터로서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 모터와 감속기(reducer)를 동축상(concentrically)으로 직렬로 접속하고, 이들의 중심축선과 동축으로 배치되어 있는 관절축이 해당 중심축선 주변으로 회전하는 구성의 것이 알려져 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 모터 출력 회전을 한 쌍의 베벨기어(bevel gears)로 이루어지는 감속 기어기구를 통하여 모터축에 직교하는 관절축을 회전시키는 구성의 것이 알려져 있다.

여기서, 관절축의 회전 위치, 선회 위치를 검출하기 위한 검출기구로서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 감속기의 출력축의 외주면에 형성한 반사판(reflective plate)을 그 외측에 배치한 반사형의 포토센서(photosensor)에 의해 검출하는 구성의 것이 알려져 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, 회전축에 동축상으로 부착된 원통회전체의 외주면에 스케일(scale)을 형성하고, 이것을 외주측에 배치한 반사형의 포토센서에 의해 검출하는 구성의 것이 알려져 있다.

일본 특허공개공보 2006-141101호 일본 특허공개공보 2004-122339호 일본 특허공개공보 H08-254439호

특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 모터축선 주위로 관절축을 회전시키는 액추에이터에서는 모터와 감속기를 직렬로 연결한 구성으로 되어 있으므로 축 길이가 길어진다. 이 때문에, 축 길이가 짧은 로봇 핸드의 손가락 유닛(finger unit)의 관절 등에 이용하는 데는 적합하지 않은 경우가 있다. 또한, 액추에이터의 회전 위치를 검출하는 검출기구로서, 특허문헌 3에 기재되어 있는 광학식 로터리 인코더(optical rotary encoder)를 모터축 혹은 관절축 등에 부착한 경우에는, 축 길이가 더욱 길어져, 관절부의 소형·컴팩트화에는 불리하다.

본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 원통형상 하우징의 원형 외주면을 따라 유한 각도 범위를 선회가능한 선회 아암의 선회 위치를 검출하기 위한 검출기구를 구비하며, 손가락관절 유닛으로서 이용하는데 적합한 소형이며 콤팩트한 구성의 선회 액추에이터를 제안하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 선회 액추에이터는,

원통형상 하우징과,

원통형상 하우징의 양단면으로부터 외측을 향하여 동축상으로 돌출되어 있는 고정지지축(fixed spindle) 및 회전출력축(revolving output shaft)과,

고정지지축 및 회전출력축의 사이에 걸쳐져 있는 동시에 원통형상 하우징의 원형 외주면에 대치하고 있는 대치부(facing section)를 구비하고, 원형 외주면을 따라 유한 각도 범위를 선회가능한 선회 아암과,

선회 아암의 선회 위치를 검출하기 위해서, 원형 외주면 상에 있어서 그 원주방향을 따라 형성된 스케일과,

스케일을 판독하기 위해서 선회 아암의 대치부에 탑재되어 있는 위치 검출기와,

원통형상 하우징의 내부에 동심 상태로 장착(install)되어 있는 모터와,

모터의 출력 회전을 감속하여 회전출력축으로 출력하기 위해서, 원통형상 하우징의 내부에 있어서 모터의 내측에 동심 상태로 장착되어 있는 감속기를 가지고 있으며,

선회 아암의 일방의 단부는 고정지지축에 의해 회전가능하게 지지되고, 타방의 단부는 회전출력축에 연결되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

여기에서, 스케일로서, 원주방향을 따라 소정의 간격으로 광 반사면이 형성되어 있는 것을 사용하고, 위치 검출기로서, 스케일에 검출 광을 출사하는 발광 소자와, 스케일의 반사면에서 반사된 검출광 성분을 수광하는 수광소자를 구비한 반사형 포토센서를 이용할 수 있다.

또한, 원통형상 하우징으로서, 그 원형 외주면이 형성되어 있는 원통형상 몸통부와, 이 원통형상 몸통부의 일방의 단부를 봉쇄하고 있는 제 1 단판(端板)부와, 원통형상 몸통부의 타방의 단부를 봉쇄하고 있는 제 2 단판부를 구비한 구성의 것을 이용할 수 있다. 이 경우에는, 고정지지축을 제 1 단판부에 일체로 형성하고, 회전출력축을, 제 2 단판부에 형성한 관통 구멍을 관통하는 상태로 배치하며, 상기 회전출력축을, 상기 관통 구멍의 내주면에 부착한 축받이에 의해 회전가능한 상태로 지지한 구성을 채용할 수 있다.

더욱이, 원통형상 하우징 내에 동심상으로 장착되어 있는 모터는,

원통형상 몸통부의 내주면에 부착한 원통형상의 모터 스테이터와,

이 모터 스테이터의 내측에 일정한 갭을 두고 동심상으로 배치되어 있으며, 원통부 및 상기 원통부에 있어서의 제 1 단판부의 측의 단부를 봉쇄하고 있는 원반부를 구비한 컵 형상의 모터 로터(motor rotor)와,

모터 로터에 있어서의 원반부의 중심부에 동심상으로 고정되어, 상기 원반부를 관통해서 연장되어 있는 모터축과,

모터 로터의 자극(磁極)위치를 검출하기 위해서, 제 2 단판부의 내측단면에 부착되어 있는 자기 검출 소자를 구비하고,

모터축에 있어서의 제 1 단판부의 측의 축단부는, 제 1 단판부의 내측단면의 중심부에 부착한 축받이에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있는 구성으로 할 수 있다.

또한, 이러한 구성의 모터의 내측에 동심상으로 장착되어 있는 감속기로서, 강성 내치 기어(rigid internally toothed gear), 가요성 외치 기어(flexible externally toothed gear) 및 파동발생기를 구비한 파동기어 감속기를 이용할 수 있다. 이 경우의 파동기어 감속기의 각 구성부품은 다음의 구성으로 하면 좋다.

강성 내치 기어는 제 2 단판부에 일체로 형성되어 있는 원통부분을 구비하며, 이 원통부분은 모터 로터의 상기 원통부의 내측에 동심 상태로 배치되고, 그 선단이 모터 로터의 원반부의 근방 위치까지 연장되며, 상기 선단 내주면 부분에 내치가 형성되어 있고,

가요성 외치 기어는, 반경방향으로 휨 가능한 가요성 원통부분과, 이 가요성 원통부분의 일방의 단부를 봉쇄하고 있는 다이어프램과, 이 다이어프램의 중심부분에 형성된 보스(boss)와, 가요성 원통부분의 개구단부의 외주면 부분에 형성한 외치를 구비한 컵 형상(cup-shaped)의 것으로서, 강성 내치 기어의 내측에 있어서, 보스가 제 2 단판부의 측을 향하는 상태로 동심 상태로 배치되며, 보스가 회전출력축에 동축상태로 연결되고, 외치가 내치에 대치하고 있으며,

파동발생기는, 모터축에 있어서의 원반부로부터 내측으로 돌출되어 있는 축부분에 동심 상태로 형성되어 있는 타원형 윤곽의 강성 캠판(rigid cam plate)과, 이 강성 캠판의 외주면에 장착한 웨이브 베어링(wave bearing)을 구비하고, 상기 파동발생기에 의해 가요성 외치 기어의 가요성 원통부분에 있어서의 외치가 형성되어 있는 개구단 부분은 타원형상으로 휘어지며, 상기 타원형상에 있어서의 장축방향의 양단에 있어서 내치와 맞물려 있고,

모터축의 내측의 축단부는, 가요성 외치 기어의 보스에 동축상태로 부착되어 있는 축받이에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있다.

그 다음에, 본 발명의 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 나란히(in tandem) 연결하여, 로봇 핸드의 손가락 등으로서 이용하는 다단(多段)식의 선회 액추에이터를 구성할 수 있다. 이를 위해 이용하는 본 발명의 검출기구를 구비한 선회 액추에이터에서는, 원통형상 하우징의 원형 외주면에는 하우징측 연결부가 형성되어 있으며, 선회 아암의 대치부의 외주면에는 아암측 연결부가 형성되어 있고, 하우징측 연결부와 아암측 연결부는, 원통형상 하우징의 원형 외주면의 반경방향으로부터 서로 연결가능한 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 검출기구를 구비한 선회 액추에이터에서는, 원통형상 하우징의 내부에 있어서 모터 및 감속기가 동심 상태로 배치되고, 원통형상 하우징의 원형 외주면에 선회 아암의 선회 위치 검출용의 스케일이 배치되며, 원형 외주면을 따라 선회하는 선회 아암에 있어서의 원형 외주면에 대치하고 있는 대치부에 위치 검출기를 탑재하고 있다. 즉, 선회 액추에이터의 중심축선을 중심으로 하여, 감속(減速)기, 모터, 원통형상 하우징, 원통형상 하우징의 원형 외주면에 형성한 스케일, 선회 아암에 있어서의 원형 외주면에 대치하는 대치부에 탑재한 위치 검출기가, 이러한 순서로, 내측으로부터 외측을 향해서 동심상으로 배치되어 있다. 따라서, 축 길이가 짧은 소형이며 콤팩트한 구성의 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 실현할 수 있다.

또한, 검출기구는, 원통형상 하우징의 원형 외주면에 형성한 스케일과, 선회 아암에 있어서의 원형 외주면을 따라 선회하는 대치부에 탑재한 위치 검출기에 의해 구성되어 있다. 이들 스케일 및 위치 검출기를 설치하는 스페이스로서, 선회 액추에이터의 구성부품인 원통형상 하우징의 원형 외주면 및 선회 아암의 대치부의 내부를 이용하고 있으므로, 선회 액추에이터의 축선방향 혹은 반경방향에 있어서 전용의 설치 스페이스를 추가할 필요가 없다. 따라서, 검출기구를 부설(付設)하기 위해서 선회 액추에이터의 축길이 혹은 지름이 증가하는 일이 없으므로, 소형이며 콤팩트한 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 실현할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 2는, 검출기구를 구비한 선회 액추에이터에 있어서의 도 1(b)의 Ａ-Ａ선으로 절단했을 경우의 세로 단면도이다.
도 3은, 다단으로 연결한 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 나타내는 설명도이다.

이하에, 도면을 참조해서 본 발명을 적용한 검출기구를 구비한 선회(旋回) 액추에이터의 실시의 형태를 설명한다.

도 1은 본 실시의 형태에 관한 검출기구를 구비한 선회 액추에이터를 나타내는 정면도 및 측면도이다. 검출기구를 구비한 선회 액추에이터(1)(이하, 단지 「선회 액추에이터(1)」라고 부르는 경우도 있다.)는 각 구성부품이 장착되어 있는 원통형상 하우징(2)을 구비하고 있다. 이 원통형상 하우징(2)은 일정 폭의 원형 외주면(3)과, 상기 원통형상 하우징(2)의 중심축선(1a)의 방향의 양측에 위치하는 원형의 제 1 외측단면(outside end surface, 4) 및 제 2 외측단면(5)을 구비하고 있으며, 원형 외주면(3)과 제 1, 제 2 외측단면(4, 5)의 사이는, 각각 원호면(3a, 3b)에 의해 매끄럽게 연속되어 있다.

원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)으로부터는 원통형상의 부착용 플랜지(attachment flange, 6)가 반경방향의 외측으로 돌출되어 있어, 선회 액추에이터(1)를 소정의 부위에 부착가능하게 되어 있다. 또한, 양측의 제 1 외측단면(4) 및 제 2 외측단면(5)으로부터는, 각각, 고정지지축(fixed spindle, 7) 및 회전출력축(revolving output shaft, 8)이 중심축선(1a)과 동축상태로 외측으로 돌출되어 있다. 이들 고정지지축(7) 및 회전출력축(8)의 사이에 선회 아암(9)이 걸쳐져 있다.

선회 아암(9)은 원통형상 하우징(2)의 외주면을 따른 Ｕ자형상의 아암이며, 그 중앙부분은, 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)에 일정한 갭을 가지고 대치 하고 있는 대치부(10)로 되어 있다. 선회 아암(9)의 일방의 제 1 아암단부(11)는 고정지지축(7)에 대하여 축받이(19)(도 2 참조)를 통하여 회전가능한 상태로 부착되어 있고, 타방의 제 2 아암단부(12)는 회전출력축(8)에 연결 고정되어 있다. 회전출력축(8)이 회전하면, 선회 아암(9)은 중심축선(1a)을 중심으로 하여, 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)을 따라 유한 각도 범위를 선회한다. 본 예에서는, 부착용 플랜지(6)에 대하여 180도의 각도위치(도면에 나타내는 상방을 향하고 있는 위치)를 중립 위치(9A)로 하며, 이곳을 중심으로 해서 전후로 180도 미만의 각도범위 내, 예를 들면 위치 9B로부터 9C까지의 범위를 선회가능하다.

선회 아암(9)의 선회 위치(회전출력축(8)의 회전 위치)는 광학식의 로터리 인코더(optical rotary encoder, 13)에 의해 검출가능하다. 광학식의 로터리 인코더(13)는, 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)에 붙인 스케일판(scale plate, 14)과, 선회 아암(9)의 대치부(10)에 탑재되어 있는 위치 검출기(15)를 구비하고 있다. 스케일판(14)은 선회 아암(9)의 선회 각도범위를 포함하는 각도범위에 걸쳐 부착되어 있는 일정 폭의 판이며, 그 표면에는 원주방향을 따라 일정한 간격으로 광 반사면으로 이루어지는 눈금(gradations)이 형성되어 있다. 위치 검출기(15)는 스케일판(14)의 표면에 검출 광을 출사하는 발광 소자와, 광 반사면에 의해 반사된 검출광 성분을 수광하는 수광소자를 구비한 반사형 포토센서이다.

그 다음에, 도 2는 도 1(b)의 Ａ-Ａ선으로 절단한 경우의 선회 액추에이터(1)의 세로 단면도이다. 이 도면을 참조해서 선회 액추에이터(1)의 내부구조를 설명한다. 우선, 원통형상 하우징(2)은, 원형 외주면(3)이 형성되어 있는 원통형상 몸통부(cylindrical barrel part, 21)와, 이 원통형상 몸통부(21)에 있어서의 중심축선(1a)의 방향의 일방의 단부를 봉쇄하고 있는 제 1 단판부(22), 및 타방의 단부를 봉쇄하고 있는 제 2 단판부(23)를 구비하고 있다. 제 1 단판부(22)의 중심에는 고정지지축(7)이 일체로 형성되어 있다. 제 2 단판부(23)의 중심에는 관통 구멍(23a)이 형성되어 있고, 이 내주면에는 축받이(24)가 부착되어 있으며, 회전출력축(8)은 축받이(24)에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있다.

원통형상 하우징(2)의 내부에는 동심 상태로 모터(30) 및 파동기어 감속기(40)가 장착되어 있다. 모터(30)는, 스테이터 코일(stator coil, 31)이 감겨 있는 원통형상의 모터 스테이터(32)를 구비하고 있으며, 이 내측에는, 로터 마그넷(33)이 부착되어 있는 모터 로터(34)가 일정한 갭을 가지고 동심 상태로 배치되어 있다. 모터 스테이터(32)는 원통형상 하우징(2)의 원통형상 몸통부(21)의 내주면에 부착되어 있다. 모터 로터(34)는, 원통부(34a)와, 이 원통부(34a)에 있어서의 제 1 단판부(22)의 측의 단부로부터 내측으로 연장되어 있는 원반부(34b)를 구비한 컵 형상의 것이고, 원통부(34a)에 로터 마그넷(33)이 부착되어 있다. 모터 로터의 원반부(34b)의 중심부에는 동심상으로 모터축(35)이 고정되어 있다.

모터축(35)은 원반부(34b)를 관통해서 그 양측으로 돌출되어 있다. 제 1 단판부(22)의 측으로 돌출되어 있는 모터축(35)의 축단부(35a)는, 제 1 단판부(22)의 내측단면의 중앙에 부착된 축받이(36)에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있다. 모터축(35)에서의 반대측으로 돌출되어 있는 축단부(35b)는, 후술하는 바와 같이 파동기어 감속기(40)의 감속회전 출력 부재의 측에 부착한 축받이(37)에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있다.

여기서, 모터 로터(34)의 로터 마그넷(33)에 대치하고 있는 제 2 단판부(23)의 내측단면의 외주측의 부위에는, 모터 자극위치 검출용의 자기 검출 소자, 예를 들면 홀 소자(Hall element, 38)가 부착되어 있다. 모터(30)는 예를 들면 3상(相) 모터이며, 그 ＵＶＷ상의 각 상의 위치를 나타내는 신호가 홀 소자(38)로부터 얻어지는 검출 신호에 근거하여 생성된다.

그 다음에, 모터(30)의 모터 로터(34)의 원통부(34a)의 내측에는, 파동기어감속기(40)가 동심상으로 장착되어 있다. 파동기어 감속기(40)는 강성 내치 기어 (41), 컵 형상의 가요성 외치 기어(42) 및 타원형 윤곽의 파동발생기(43)를 구비하고 있다. 강성 내치 기어(41)는 제 2 단판부(23)에 일체로 형성되어 있는 원통부분 (41a)을 구비하고, 이 원통부분(41a)은 모터 로터(34)의 원통부(34a)의 내측에 동심 상태로 배치되어 있다. 원통부분(41a)의 선단은 모터 로터(34)의 원반부(34b)의 근방위치까지 연장되어 있으며, 상기 선단 내주면 부분에 내치(41b)가 형성되어 있다.

컵 형상의 가요성 외치 기어(42)는, 반경방향으로 휨 가능한 가요성 원통부분(42a)과, 이 가요성 원통부분(42a)의 일방의 단부를 봉쇄하고 있는 다이어프램(42b)과, 이 다이어프램(42b)의 중심부분에 형성된 보스(42c)와, 가요성 원통부분(42a)의 개구단부의 외주면 부분에 형성한 외치(42d)를 구비하고 있다. 가요성 외치 기어(42)는, 강성 내치 기어(41)의 원통부분(41a) 내측에 있어서, 보스(42c)가 제 2 단판부(23)의 측을 향하는 상태로 동심 상태로 배치되며, 외치(42d)가 내치(41b)에 대치하고 있다. 본 예에서는, 보스(42c)에 회전출력축(8)이 일체로 형성되어 있다.

파동발생기(43)는, 타원형 윤곽의 강성 캠판(43a)과, 이 외주면에 장착되어 있는 웨이브 베어링(43b)을 구비하고 있다. 강성 캠판(43a)은, 모터축(35)에 있어서의 모터 로터(34)의 원반부(34b)로부터 내측으로 돌출되어 있는 축부분에 동심 상태로 일체로 형성되어 있다. 파동발생기(43)에 의해 가요성 외치 기어(42)의 외치 (42d)가 형성되어 있는 개구단 부분은 타원형상으로 휘어져, 상기 타원형상에 있어서의 장축방향의 양단에 있어서 내치(41b)와 맞물려 있다.

여기서, 가요성 외치 기어(42)의 내측에 있어서, 보스(42c)에는 동축상태로 모터축(35)의 측에 개구되어 있는 컵 형상의 축받이부재(44)가 고정되어 있다. 이 축받이부재(44)에 부착된 축받이(37)에 의해, 모터축(35)의 내측의 축단부(35b)가 회전가능한 상태로 지지되어 있다.

이러한 구성의 선회 액추에이터(1)의 동작을 설명한다. 모터(30)를 구동해서 모터축(35)을 회전시키면, 모터축(35)에 연결되어 있는 파동기어 감속기(40)의 파동발생기(43)가 일체로 회전한다. 이것에 의해, 가요성 외치 기어(42)와 강성 내치 기어(41)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동한다(회전한다). 가요성 외치 기어(42)는 강성 내치 기어(41)보다도 톱니수(number of teeth)가 2n매(n: 양의 정수), 통상은 2매 적다. 따라서, 맞물림 위치가 이동하면, 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어(41, 42)의 사이에 발생한다. 강성 내치 기어(41)가 고정측이므로, 가요성 외치 기어(42)가 감속 회전한다. 즉, 이것에 연결되어 있는 회전출력축(8)이 회전하고, 이것에 연결되어 있는 선회 아암(9)이 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)을 따라 선회한다.

선회 아암(9)의 선회 위치는 광학식의 로터리 인코더(13)에 의해 검출된다. 미도시의 모터 구동 제어장치에서는, 선회 아암(9)의 선회 위치 및 모터(30)의 자극위치에 근거하여, 모터(30)를 구동 제어하며, 선회 아암(9)을 목표로 하는 선회 위치에 위치 결정할 수 있다. 본 예에서는, 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)에 부착한 스케일을 이용하고 있다. 즉, 다른 부분에 스케일을 배치하는 경우에 비해, 선회 아암(9)의 선회 반경이 가장 큰 부분에 스케일이 배치되어 있다. 따라서, 검출기구의 분해능을 높게 취할 수 있다.

(응용 예)

본 예의 선회 액추에이터(1)는 로봇의 관절 유닛, 예컨대, 로봇 아암의 팔꿈치관절 유닛, 손목관절 유닛, 로봇 핸드의 손가락관절 유닛 등으로서 이용할 수 있다. 이 경우, 다관절의 손가락을 구성하기 위해서는, 본 예의 선회 액추에이터로 이루어지는 손가락관절 유닛을 나란히(in tandem) 연결해서 다단화할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이를 위해서는, 예컨대, 도 3에 나타낸 바와 같이, 선회 액추에이터(1)의 원통형상 하우징(2)의 원형 외주면(3)에 부착용 플랜지(6)(하우징측 연결부)를 배치해두는 동시에, 선회 아암(9)의 대치부(10)의 외주면에 아암측 연결부(16)를 부착한다. 그리고, 아암측 연결부(16)를, 부착용 플랜지(6)(하우징측 연결부)에 연결가능한 구조로 해둔다. 이와 같이 하면, 도면에 있어서 상상선으로 나타내는 바와 같이, 선회 액추에이터(1)를 다단으로 연결하여 다관절손가락 유닛을 구성할 수 있다.

1 검출기구를 구비한 선회 액추에이터
2 원통형상 하우징
3 원형 외주면
4 제 1 외측단면
5 제 2 외측단면
6 부착용 플랜지
7 고정지지축
8 회전출력축
9 선회 아암
9A 중립 위치
9B, 9C 선회 위치
10 대치(對峙)부
11 제 1 아암단부
12 제 2 아암단부
13 광학식의 로터리 인코더
14 스케일
15 위치 검출기
16 아암측 연결부
19 축받이
21 원통형상 몸통부
22 제 1 단판부
23 제 2 단판부
24 축받이
30 모터
31 스테이터 코일
32 모터 스테이터
33 로터 마그넷
34 모터 로터
34a 원통부
34b 원반부
35 모터축
35a, 35b 축단부
36, 37 축받이
38 홀 소자
40 파동기어 감속기
41 강성 내치 기어
41a 원통부분
41b 내치
42 가요성 외치 기어
42a 가요성 원통형상 몸통부
42b 다이어프램
42c 보스
42d 외치
43 파동발생기
43a 강성 캠판
43b 웨이브 베어링
44 축받이부재

Claims

원통형상 하우징과,
상기 원통형상 하우징의 양단면으로부터 외측을 향하여 동축상으로 돌출되어 있는 고정지지축 및 회전출력축과,
상기 고정지지축 및 상기 회전출력축의 사이에 걸쳐져 있는 동시에 상기 원통형상 하우징의 원형 외주면에 대치하고 있는 대치부를 구비하고, 상기 원형 외주면을 따라 유한 각도 범위를 선회가능한 선회 아암과,
상기 선회 아암의 선회 위치를 검출하기 위해서, 상기 원형 외주면 상에 있어서 그 원주방향을 따라 형성된 스케일과,
상기 스케일을 판독하기 위해서 상기 선회 아암의 상기 대치부에 탑재되어 있는 위치 검출기와,
상기 원통형상 하우징의 내부에 동심 상태로 장착되어 있는 모터와,
상기 모터의 출력 회전을 감속하여 상기 회전출력축으로 출력하기 위해서, 상기 원통형상 하우징의 내부에 있어서 상기 모터의 내측에 동심 상태로 장착되어 있는 상기 감속기를 가지고 있으며,
상기 선회 아암의 일방의 단부는 상기 고정지지축에 의해 회전가능하게 지지되고, 타방의 단부는 상기 회전출력축에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기구를 구비한 선회 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 스케일은, 상기 원주방향을 따라 소정의 간격으로 광 반사면이 형성되어 있는 것이며,
상기 위치 검출기는, 상기 스케일에 검출 광을 출사하는 발광 소자와, 상기 스케일의 반사면에 의해 반사된 검출광 성분을 수광하는 수광소자를 구비한 반사형 포토센서인 것을 특징으로 하는 검출기구를 구비한 선회 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 원통형상 하우징은, 상기 원형 외주면이 형성되어 있는 원통형상 몸통부와, 이 원통형상 몸통부의 일방의 단부를 봉쇄하고 있는 제 1 단판(端板)부와, 상기 원통형상 몸통부의 타방의 단부를 봉쇄하고 있는 제 2 단판부를 구비하고 있으며,
상기 고정지지축은 상기 제 1 단판부에 일체로 형성되어 있고,
상기 회전출력축은, 상기 제 2 단판부에 형성한 관통 구멍을 관통하여 연장되어 있으며, 상기 관통 구멍의 내주면에 부착한 축받이에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기구를 구비한 선회 액추에이터.
제3항에 있어서,
상기 모터는,
상기 원통형상 몸통부의 내주면에 부착한 원통형상의 모터 스테이터와,
이 모터 스테이터의 내측에 일정한 갭을 두고 동심상으로 배치되어 있으며, 원통부 및 상기 원통부에 있어서의 상기 제 1 단판부의 측의 단부를 봉쇄하고 있는 원반부를 구비한 컵 형상의 모터 로터와,
상기 모터 로터에 있어서의 원반부의 중심부에 동심상으로 고정되어, 상기 원반부를 관통해서 연장되어 있는 모터축과,
상기 모터 로터의 자극(磁極)위치를 검출하기 위해서, 상기 제 2 단판부의 내측단면에 부착되어 있는 자기 검출 소자를 구비하고 있으며,
상기 모터축에 있어서의 상기 제 1 단판부의 측의 축단부는, 상기 제 1 단판부의 내측단면의 중심부에 부착한 축받이에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기구를 구비한 선회 액추에이터.
제4항에 있어서,
상기 감속기는, 강성 내치 기어(rigid internally toothed gear), 가요성 외치 기어(flexible externally toothed gear) 및 파동발생기를 구비한 파동기어감속기이며,
상기 강성 내치 기어는 제 2 단판부에 일체로 형성되어 있는 원통부분을 구비하며, 이 원통부분은 상기 모터 로터의 상기 원통부의 내측에 동심 상태로 배치되고, 그 선단이 상기 모터 로터의 상기 원반부의 근방 위치까지 연장되며, 상기 선단 내주면 부분에 내치가 형성되어 있으며,
상기 가요성 외치 기어는, 반경방향으로 휨 가능한 가요성 원통부분과, 이 가요성 원통부분의 일방의 단부를 봉쇄하고 있는 다이어프램과, 이 다이어프램의 중심부분에 형성된 보스(boss)와, 가요성 원통부분의 개구단부의 외주면 부분에 형성한 외치를 구비한 컵 형상(cup-shaped)의 것이며, 상기 강성 내치 기어의 내측에 있어서, 상기 보스가 상기 제 2 단판부의 측을 향하는 상태에서 동심 상태로 배치되며, 상기 보스가 회전출력축에 동축상태로 연결되고, 상기 외치가 상기 내치에 대치하고 있으며,
상기 파동발생기는, 상기 모터축에 있어서의 상기 원반부로부터 내측으로 돌출되어 있는 축부분에 동심 상태로 형성되어 있는 타원형 윤곽의 강성 캠판과, 이 강성 캠판의 외주면에 장착한 웨이브 베어링을 구비하고, 상기 파동발생기에 의해 상기 가요성 외치 기어의 상기 가요성 원통부분에 있어서의 상기 외치가 형성되어 있는 개구단 부분은 타원형상으로 휘어지며, 상기 타원형상에 있어서의 장축방향의 양단에 있어서 상기 내치와 맞물려 있으며,
상기 모터축의 내측의 축단부는, 상기 가요성 외치 기어의 상기 보스에 동축상태로 부착되어 있는 축받이에 의해 회전가능한 상태로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기구를 구비한 선회 액추에이터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형상 하우징의 원형 외주면에는 하우징측 연결부가 형성되어 있으며,
상기 선회 아암의 상기 대치부의 외주면에는 아암측 연결부가 형성되어 있고,
상기 하우징측 연결부와 상기 아암측 연결부는, 상기 원통형상 하우징의 상기 원형 외주면의 반경방향으로부터 서로 연결가능한 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기구를 구비한 선회 액추에이터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 검출기구를 구비한 선회 액추에이터로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 유닛.