(57)【要約】【課題】回転制御性能の低下を防止可能な減速機内蔵アクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットを提供すること。【解決手段】ハウジング１３０の内部で回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータ１１１と、内周に内歯を有し、回転軸と同軸上に配置される剛性内歯歯車１２１と、外周に剛性内歯歯車１２１の内歯よりも少ない外歯を有し、剛性内歯歯車１２１の内周側で、外歯が剛性内歯歯車１２１の内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車１２２と、可撓性外歯歯車１２２の内周部に当接して、内歯と外歯とを歯合させる楕円状のカム部１２４と、ステータ１１１により発生された回転磁界により、回転軸を中心にカム部１２４と一体で回転するロータ部１２５と、を有し、回転軸と同軸上でハウジング１３０に回転自在に支持された波動発生回転子１２３と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材の内部で回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータと、
内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、
外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる楕円状のカム部と、前記ステータにより発生された回転磁界により、前記回転軸を中心に前記カム部と一体で回転するロータ部と、を有し、前記回転軸と同軸上で前記支持部材に回転自在に支持された波動発生回転子と、を備えた、
ことを特徴とする減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項２】
前記ロータ部が円筒状に形成され、
前記ステータは、前記ロータ部の内周面側に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項３】
前記ロータ部が円筒状に形成され、
前記ステータは、前記ロータ部の外周面側に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項４】
前記波動発生回転子は、前記ロータ部が前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項５】
前記回転軸と同軸上で前記波動発生回転子に接続されたシャフトを備え、
前記波動発生回転子は、前記シャフトを介して前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項６】
前記回転軸と同軸上で前記波動発生回転子に接続されたシャフトを備え、
前記ロータ部と前記シャフトとが前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項７】
前記波動発生回転子の回転位置を検出可能な第１センサと、
前記可撓性外歯歯車に接続される被駆動体の回転位置を検出可能な第２センサと、を備えた、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項８】
支持部材に取り付けられ、回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータと、
前記ステータにより発生された回転磁界により前記回転軸を中心に回転するロータと、
内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、
外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、
前記回転軸と同軸上で回転自在に支持され、前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる波動発生器と、を備え、
前記ロータと前記波動発生器とが一体となるように接合した、
ことを特徴とする減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項９】
前記回転軸と同軸上で前記ロータに接続されたシャフトを備え、
前記ロータと前記シャフトとが前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項８に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項１０】
前記ロータの回転位置を検出可能な第１センサと、
前記可撓性外歯歯車に接続される被駆動体の回転位置を検出可能な第２センサと、を備えた、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の減速機内蔵アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の減速機内蔵アクチュエータを少なくとも１箇所の関節に備えた多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波動歯車装置が内蔵されたアクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアームのリンクやハンド等の駆動に用いられるアクチュエータは、ＡＣサーボモータやＤＣブラシレスサーボモータを用い、高出力のトルクを得るためにサーボモータの出力側に波動歯車装置を設け、被駆動体に接続されることが多い。そして、ロボットアーム先端の位置制御は、サーボモータのモータシャフトに直結されたロータリーエンコーダでサーボモータの角度を検出することで行われていた。
【０００３】
しかし、近年、ロボットアームに必要な機能として、高精度化、高速化及び高出力化が求められており、波動歯車装置の回転軸に作用するトルクや波動歯車装置の内部機構の剛性不足により発生する撓み変形やガタつきが無視できなくなってきている。この場合、回転軸を目標の角度指令値に設定しても、波動歯車装置の回転軸に作用するトルクにより波動歯車装置の回転軸が回転方向にねじれることがある。そのため、ロボットアームにおいては、直進性などの動作精度を高めることが難しく、また、波動歯車装置のねじれによる振動により、静定時間が長くなり、ロボットアームの作業を開始するまでの時間が長くなるという問題があった。
【０００４】
これに対しては、モータシャフトと波動歯車装置の出力軸とにエンコーダを設けることで波動歯車装置のねじれやガタを検出し、ねじれ振動を低減させると共にロボットアームの先端位置の誤差を小さくするアクチュエータが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５０７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のアクチュエータは、出力軸のエンコーダで波動歯車装置のねじれ制御を行う場合、モータシャフトの剛性が小さいため、ねじれによる共振点が複数存在することになり、ロボットアームの制御性能が劣化するおそれがある。これは、波動歯車装置の波動発生器に対してモータシャフトのみで直結されているため、波動歯車装置の外歯歯車の剛性に対してモータシャフトの剛性が十分に大きくないからである。
【０００７】
そのため、外歯歯車の共振周波数に近い周波数のところでモータシャフトの共振が発生し、かつ、波動歯車装置のねじれ制御を行う制御帯域にモータシャフトの共振点が含まれている。これにより、モータシャフトの共振周波数に近い周波数で制御せざるを得なくなり、モータシャフトがねじれるおそれがある。すなわち、この従来の構成では、モータシャフトのねじれにより、波動歯車装置のねじれ制御が困難となり、ロボットアームの制御性能が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、回転制御性能の低下を防止可能な減速機内蔵アクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、減速機内蔵アクチュエータにおいて、支持部材の内部で回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータと、内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる楕円状のカム部と、前記ステータにより発生された回転磁界により、前記回転軸を中心に前記カム部と一体で回転するロータ部と、を有し、前記回転軸と同軸上で前記支持部材に回転自在に支持された波動発生回転子と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、減速機内蔵アクチュエータにおいて、支持部材に取り付けられ、回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータと、前記ステータにより発生された回転磁界により前記回転軸を中心に回転するロータと、内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、前記回転軸と同軸上で回転自在に支持され、前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる波動発生器と、を備え、前記ロータと前記波動発生器とが一体となるように接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転制御性能の低下を防止可能な減速機内蔵アクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多関節ロボットを模式的に示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータを模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータを模式的に示す断面図である。
【図４】第３実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータを模式的に示す断面図である。
【図５】第４実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係る多関節ロボットについて、図１から図５を参照しながら説明する。本実施形態に係る多関節ロボットは、波動歯車装置（減速機）が内蔵された減速機内蔵アクチュエータを各関節に用いた多関節ロボットである。以下、第１実施形態から第４実施形態を用いて、具体的に説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る多関節ロボット１０について、図１及び図２を参照しながら説明する。まず、多関節ロボット１０の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る多関節ロボット１０を模式的に示す側面図である。
【００１５】
図１に示すように、多関節ロボット１０は、６軸多関節のロボットアーム１１と、ロボットアーム１１の先端に接続されたハンド（エンドエフェクタ）１２と、ハンド１２に作用する力等を検出可能な不図示の力検出センサと、を備えている。
【００１６】
ロボットアーム１１は、第１〜第６リンク２１，２２，２３，２４，２５，２６と、第１〜第６リンク２１〜２６やハンド１２を回転駆動する第１〜第６関節ユニット３１，３２，３３，３４，３５，３６と、を備えている。第１〜第６関節ユニット３１〜３６は、後述する減速機内蔵アクチュエータを備えており、減速機内蔵アクチュエータを駆動制御することで第１〜第６リンク２１〜２６が移動する。つまり、ロボットアーム１１は、第１〜第６関節ユニット３１〜３６の減速機内蔵アクチュエータを選択的に駆動することで第１〜第６リンク２１〜２６が移動して、ハンド１２が任意の３次元位置に移動する。なお、減速機内蔵アクチュエータについては、後に詳しく説明する。
【００１７】
ハンド１２は、ワークを把持可能な複数のフィンガ４１，４２と、複数のフィンガ４１，４２を駆動する不図示のアクチュエータと、を備えており、複数のフィンガ４１，４２を独立に接離駆動することでワークを把持可能に構成されている。力検出センサは、ハンド１２が複数のフィンガ４１，４２でワークを把持する際等にハンド１２に作用する力やモーメントを検出する。
【００１８】
次に、第１〜第６関節ユニット３１〜３６が備える減速機内蔵アクチュエータ（インナロータ型ブラシレスモータ）について、図２を参照しながら説明する。なお、第１〜第６関節ユニット３１〜３６が備える減速機内蔵アクチュエータは同じ構成であるため、ここでは、第４リンク２４と第５リンク２５との間の第４関節ユニット３４（図１参照）に設けられる減速機内蔵アクチュエータ１００を用いて説明する。図２は、第１実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ１００を模式的に示す断面図である。
【００１９】
図２に示すように、減速機内蔵アクチュエータ１００は、ハウジング１３０と、モータシャフト（シャフト）１１０と、ステータ１１１と、波動歯車装置１２０と、第１エンコーダ（第１センサ）１４０と、第２エンコーダ（第２センサ）１５０とを備えている。
【００２０】
ハウジング１３０は、第４リンク２４に固定されている。モータシャフト１１０は、後述する波動発生回転子１２３のロータ部１２５に接続されており、ハウジング１３０の内部で、ベアリング１３２を介してハウジング１３０に回転自在に支持されている。ステータ１１１は、後述するロータ部１２５と対向配置されるコア１１２と、ハウジング１３０の内部でコア１１２に回転磁界を発生させるコイル１１３と、を有しており、ハウジング１３０の内部に取り付けられている。
【００２１】
波動歯車装置１２０は、内周に内歯を有する環状の剛性内歯歯車（内歯歯車）１２１と、外周に剛性内歯歯車１２１の内歯と歯合可能な外歯を有するカップ状の可撓性外歯歯車１２２と、を備えている。また、波動歯車装置１２０は、モータシャフト１１０の少なくとも一部と一体（モータシャフト１１０の少なくとも一部を被覆）となるように接続され、可撓性外歯歯車１２２の内周側で波動を発生させる波動発生回転子１２３を備えている。
【００２２】
剛性内歯歯車１２１は、モータシャフト１１０と同軸上で第４リンク２４に固定されている。可撓性外歯歯車１２２は、剛性内歯歯車１２１の内周側に装着されており、可撓性外歯歯車１２２の外歯は、剛性内歯歯車１２１の内歯よりも少なくなっている。また、可撓性外歯歯車１２２は、第５リンク２５に接続されている。波動発生回転子１２３は、可撓性外歯歯車１２２の内周部に当接可能な楕円状のカム部１２４と、ステータ１１１により発生された回転磁界により、モータシャフト（回転軸）１１０を中心にカム部１２４と一体で回転するロータ部１２５と、を有している。カム部１２４は、波動歯車装置における波動発生器に相当する機能を有しており、可撓性外歯歯車１２２の内周部に当接して内歯と外歯とを歯合させる。ロータ部１２５は、モータの永久磁石を有するロータに相当する機能を有しており、ベアリング１３１を介してハウジング１３０に回転自在に支持されている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、カップ型の可撓性外歯歯車１２２を用いて説明するが、可撓性外歯歯車は、シルクハット型やパンケーキ型であってもよい。
【００２４】
第１エンコーダ１４０は、モータシャフト１１０に接続された回転ディスク１４１と、回転ディスク１４１と対向配置された固定スリット１４２と、発光素子１４３と、受光素子１４４と、を備えており、モータシャフト（入力軸）１１０の回転角度を検出する。例えば、発光素子１４３からの光が回転ディスク１４１に投光されると、受光素子１４４が固定スリット１４２を介して受光と不受光とを繰り返し、受光と不受光とをオン、オフの電気信号（回転位置）を検出する。そして、電気信号が検出されると、不図示の演算回路が回転角度を演算する。
【００２５】
第２エンコーダ１５０は、第５リンク２５に接続された回転ディスク１５１と、回転ディスク１５１と対向配置された固定スリット１５２と、発光素子１５３と、受光素子１５４と、を備えており、第５リンク（被駆動体の出力軸）２５の回転角度を検出する。例えば、発光素子１５３からの光が回転ディスク１５１に投光されると、受光素子１５４が固定スリット１５２を介して受光と不受光とを繰り返し、受光と不受光とをオン、オフの電気信号として検出する。そして、電気信号が検出されると、不図示の演算回路が回転角度を演算する。なお、第５リンク２５は、クロスローラベアリング１３３により第４リンク２４に回転可能に支持されている。
【００２６】
次に、上述のように構成された減速機内蔵アクチュエータ１００の動作について説明する。不図示の駆動回路がコイル１１３に通電すると、コア１１２により発生された回転磁界によりロータ部１２５に駆動トルクが発生し、駆動トルクにより波動発生回転子１２３が高速回転する。これにより、カム部１２４が回転し、カム部１２４の回転により可撓性外歯歯車１２２がベアリングを介して楕円状に撓められ、楕円の長軸方向の両端位置で剛性内歯歯車１２１と噛み合う。このとき、可撓性外歯歯車１２２と剛性内歯歯車１２１との間に歯数差に起因する相対回転が発生し、可撓性外歯歯車１２２から減速された回転力が第５リンク（被駆動体の出力軸）２５に伝達されて出力される。
【００２７】
以上説明したように、第１実施形態に係る多関節ロボット１０は、減速機内蔵アクチュエータ１００を備えている。また、減速機内蔵アクチュエータ１００は、波動歯車装置における波動発生器に相当する機能を持つカム部１２４と、モータのロータに相当する機能を持つロータ部１２５と、を有する波動発生回転子１２３を備えている。つまり、波動発生回転子１２３は、従来のモータのロータと、波動発生装置の波動発生器とを一部材で構成し、モータシャフト１１０の少なくとも一部と一体となるように、モータシャフト１１０の少なくとも一部を被覆している。
【００２８】
そのため、モータシャフトのみを波動発生器に接続した従来の減速機内蔵アクチュエータよりも、モータシャフト（回転子）の剛性を向上させることができる。これにより、モータシャフト（回転子）のねじれを低減させることができる。具体的には、ねじれ制御を行う制御帯域において、ねじれによる共振点を１つにすることができ、回転制御性能の低下を防止することができる。その結果、ロボットアームを高精度に制御することができる。
【００２９】
以下、具体的な数値を示して説明する。ここでは、波動歯車装置の一般的な規格である２５型を使用することを前提とする。例えば、２５型の波動歯車装置において、波動発生回転子１２３のカム部１２４の楕円の短軸方向の長さは６６ｍｍであるため、ロータ部１２５の径は最大で６６ｍｍとなる。また、波動発生回転子１２３のシフト穴の径は２６ｍｍであるため、モータシャフト１１０の径は最大で２６ｍｍとなる。ロータの径はモータシャフトの径の２倍以上にすることが一般的であるため、ロータ部１２５の径を６６ｍｍ、モータシャフト１１０の径を２６ｍｍとする。
【００３０】
剛性は径の３乗に比例するため、波動発生器とロータを一体化させた波動発生回転子１２３をモータシャフト１１０を被覆するようにモータシャフト１１０に接続することで、モータシャフト１１０の剛性は、約１６．４倍になる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る多関節ロボット１０Ａについて、図１を援用すると共に、図３を参照しながら説明する。第２実施形態に係る多関節ロボット１０Ａは、減速機内蔵アクチュエータの波動歯車装置の波動発生回転子の形状が第１実施形態と相違する。そのため、第２実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータ（カップ状インナロータ型ブラシレスモータ）１００Ａの波動歯車装置１２０Ａの波動発生回転子１２３Ａについて説明し、その他の構成については説明を省略する。図３は、第２実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ１００Ａを模式的に示す断面図である。
【００３２】
図３に示すように、波動発生回転子１２３Ａは、可撓性外歯歯車１２２の内周部に当接する楕円状のカム部１２６と、モータシャフト（回転軸）１１０を中心にカム部１２６と一体で回転する円筒状のロータ部１２７と、を有している。カム部１２６にはモータシャフト１１０が接続されており、ロータ部１２７は、内周面側がベアリング１３４，１３５によりハウジング１３０Ａに回転自在に支持されている。このように、第２実施形態に係る波動発生回転子１２３Ａは、所謂、カップ状に形成されており、ロータ部１２７の外周面側には、ステータ１１１が配置されている。
【００３３】
ここで、通常、ブラシレスモータにおいては、モータ（アクチュエータ）の寿命はモータシャフトを支持しているベアリングの耐久寿命により決定される。そのため、第１実施形態において、モータの耐久を向上させるためにベアリングを大型化させようとすると、モータの径方向及び軸方向を大きくせざるを得なくなり、モータが大型化する。
【００３４】
一方、第２実施形態のように、波動発生回転子１２３Ａをカップ状にすることで、モータの径方向及び軸方向にベアリングを大きくすることができる。これにより、モータシャフト１１０の剛性を向上させることに加えて、減速機内蔵アクチュエータ１００Ａが大型化することなく、耐久性を向上させることができる。
【００３５】
以上説明したように、第２実施形態においては、カップ状の波動発生回転子１２３Ａを用いることで、モータシャフト１１０の剛性を向上させることに加えて、減速機内蔵アクチュエータ１００Ａの耐久寿命を向上させることができる。
【００３６】
以下、具体的な数値を示して説明する。ここでは、波動歯車装置の一般的な規格である２５型を使用すること、ベアリングの耐久寿命はベアリングの動定格荷重の３乗に比例すること、ベアリングのボール径が動定格荷重に比例することを前提とする。また、各部品のクリアランスを２ｍｍ、ハウジング１３０Ａの厚さ及び波動発生回転子１２３Ａのロータ部１２７の厚さを５ｍｍとする。
【００３７】
第１実施形態にように、カップ状でない波動発生回転子１２３のロータ部１２５では、ベアリング１３２が回転ディスク１４１とロータ部１２５との間に配置されている（図２参照）ため、ボール径は最大５ｍｍとなる。これに対して、カップ状の波動発生回転子１２３Ａでは、ベアリング１３４，１３５をロータ部１２７の内側に配置できるため、ボール径を最大８ｍｍまで大型化させることができる。このように、カップ状の波動発生回転子１２３Ａを用いることでベアリング１３４，１３５の径を５ｍｍから８ｍｍに大型化することができ、減速機内蔵アクチュエータ１００Ａの耐久寿命を約４．１倍向上させることができる。
【００３８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る多関節ロボット１０Ｂについて、図１を援用すると共に、図４を参照しながら説明する。第３実施形態に係る多関節ロボット１０Ｂは、減速機内蔵アクチュエータのステータの配置構成が第２実施形態と相違する。そのため、第３実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータ（カップ状アウタロータ型ブラシレスモータ）１００Ｂのステータ１１１Ｂの配置構成について説明し、その他の構成については説明を省略する。図４は、第３実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ１００Ｂを模式的に示す断面図である。
【００３９】
図４に示すように、ステータ１１１Ｂは、波動発生回転子１２３Ａのロータ部１２７の内側に配置されている。このとき、波動発生回転子１２３Ａは、カム部１２６に接続されたモータシャフト１１０がベアリング１３６，１３７を介してハウジング１３０Ａに支持されることで回転可能となっている。
【００４０】
ここで、モータトルク及びモータイナーシャの大きさはロータの径に比例するため、ロータの径が同じ条件の場合、インナロータ型よりもアウタロータ型の方がモータ部を小型化することができる。そのため、第３実施形態においては、ステータ１１１Ｂをロータ部１２７の内側に配置している。なお、ここでいうモータ部とは、ハウジング１３０と、モータシャフト１１０と、ステータ１１１と、波動発生回転子１２３Ａのロータ部１２７と、を含む構成である。
【００４１】
以上説明したように、第３実施形態においては、ステータ１１１Ｂをアウタロータ型にすることで、モータシャフト１１０の剛性を向上させることに加えて、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｂを小型化することができる。
【００４２】
以下、具体的な数値を示して説明する。ここでは、波動歯車装置の一般的な規格である２５型を使用すること、モータトルクの大きさはロータ部の径に比例するためロータ部の径を同じ条件にすることを前提とする。例えば、２５型の波動歯車装置において、波動発生回転子１２３Ａのカム部１２６の楕円の短軸方向の長さは６６ｍｍであるため、ロータ部１２７の径を６６ｍｍ、軸方向の長さを４０ｍｍとする。
【００４３】
また、第２実施形態のようなインナロータ型のコア１１２については、ロータ部１２７の径をコア１１２の内径よりも小さくする必要があるので、コア１１２の内径を７０ｍｍ、コアの外径を８０ｍｍとする。この場合、図３に示すインナロータ型のモータ部の体積は約２００９６０ｍｍ３となり、図４に示すアウタロータ型のモータ部の体積は約１３６７７８ｍｍ３となる。したがって、アウタロータ型にした方が、モータ部を体積比約０．６８倍、小型化することができる。
【００４４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る多関節ロボット１０Ｃについて、図１を援用すると共に、図５を参照しながら説明する。第４実施形態に係る多関節ロボット１０Ｃは、減速機内蔵アクチュエータの構成が第１実施形態と相違する。そのため、第４実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃについて説明し、その他の構成については説明を省略する。図５は、第４実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃを模式的に示す断面図である。
【００４５】
図５に示すように、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃは、ハウジング１３０と、モータシャフト（シャフト）１１０と、ステータ１１１と、ロータ１１４と、波動歯車装置１２０Ｃと、を備えている。また、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃは、第１エンコーダ（第１センサ）１４０と、第２エンコーダ（第２センサ）１５０と、を備えている。
【００４６】
ハウジング（支持部材）１３０は、第４リンク２４に固定されている。モータシャフト１１０は、後述する波動発生器１２８に接続されており、ハウジング１３０の内部で、ベアリング１３９を介してハウジング１３０に回転自在に支持されている。ステータ１１１は、ロータ１１４と対向配置されるコア１１２と、ハウジング１３０の内部でコア１１２に回転磁界を発生させるコイル１１３と、を有しており、ハウジング１３０の内部に取り付けられている。
【００４７】
ロータ１１４は、モータシャフト１１０に取り付けられ、かつモータシャフト１１０と共に後述する波動発生器１２８に接合されている。本実施形態においては、ロータ１１４は、不図示のねじにより波動発生器１２８に直接接合されている。なお、ロータ１１４と波動発生器１２８との接続態様としては、ねじ止めの他に、接着、焼結等が例示できる。また、ロータ１１４は、ハウジング１３０の内部で、ベアリング１３８を介してハウジング１３０に回転自在に支持されている。
【００４８】
波動歯車装置１２０Ｃは、内周に内歯を有する環状の剛性内歯歯車１２１と、外周に剛性内歯歯車１２１の内歯と歯合可能な外歯を有するカップ状の可撓性外歯歯車１２２と、可撓性外歯歯車１２２の内周側で波動を発生させる波動発生器１２８とを備えている。
【００４９】
剛性内歯歯車１２１は、モータシャフト１１０と同軸上で第４リンク２４に固定されている。可撓性外歯歯車１２２は、剛性内歯歯車１２１の内周側に装着されており、可撓性外歯歯車１２２の外歯は、剛性内歯歯車１２１の内歯よりも少なくなっている。また、可撓性外歯歯車１２２は、第５リンク２５に接続されている。波動発生器１２８は、可撓性外歯歯車１２２の内周部に当接可能な楕円状に形成されており、可撓性外歯歯車１２２の内周部に当接して、可撓性外歯歯車１２２の外歯と剛性内歯歯車１２１の内歯とを歯合させる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、カップ型の可撓性外歯歯車１２２を用いて説明するが、可撓性外歯歯車は、シルクハット型やパンケーキ型であってもよい。また、第１エンコーダ１４０と第２エンコーダ１５０とは、第１実施形態と同じ構成であるため説明を省略する。
【００５１】
次に、上述のように構成された減速機内蔵アクチュエータ１００の動作について説明する。不図示の駆動回路がコイル１１３に通電すると、コア１１２により発生された回転磁界によりロータ１１４に駆動トルクが発生し、ロータ１１４に接合された波動発生器１２８が高速回転する。波動発生器１２８の回転により可撓性外歯歯車１２２がベアリングを介して楕円状に撓められ、楕円の長軸方向の両端位置で剛性内歯歯車１２１と噛み合う。このとき、可撓性外歯歯車１２２と剛性内歯歯車１２１との間に歯数差に起因する相対回転が発生し、可撓性外歯歯車１２２から減速された回転力が第５リンク（被駆動体の出力軸）２５に伝達されて出力される。
【００５２】
以上説明したように、第４実施形態に係る多関節ロボット１０Ｃは、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃを備えている。また、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃは、ロータ１１４と波動発生器１２８とが直接接合されている。そのため、モータシャフトのみを波動発生器に接続した従来の減速機内蔵アクチュエータよりも、モータシャフト（回転子）の剛性を向上させることができる。これにより、モータシャフト（回転子）のねじれを低減させることができる。具体的には、ねじれ制御を行う制御帯域において、ねじれによる共振点を１つにすることができ、回転制御性能の低下を防止することができる。その結果、ロボットアームを高精度に制御することができる。
【００５３】
また、減速機内蔵アクチュエータ１００Ｃは、ロータ１１４と波動発生器１２８とを別体に構成し、ねじにより接続している。そのため、減速機内蔵アクチュエータを製作する上で、ロータ１１４に波動歯車装置１２０Ｃの波動発生器１２８を簡単に取り付けることができると共に、交換も容易となる。また、ロータ１１４と波動発生器１２８とを別体で構成することで、ロータと波動発生器とを一体形成する場合よりも製作が容易となる。
【００５４】
なお、ロータと波動発生器とを別体にして直接接合する構成は、上述した第２実施形態に係るカップ状インナロータ型や第３実施形態に係るカップ状アウタロータ型にも用いることができ、この場合においても同様の効果を得ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【００５６】
例えば、本実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータを各関節に備えたロボットアームを用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。各関節の少なくとも１箇所に減速機内蔵アクチュエータを備えたロボットアームでも同様である。また、ハンド１２に設けられる複数のフィンガが多関節の場合は、減速機内蔵アクチュエータをフィンガのアクチュエータに用いてもよい。
【００５７】
また、本実施形態においては、第１センサ及び第２センサとして、光学式の第１エンコーダ１４０及び第２エンコーダ１５０を用いて説明したが、第１センサ及び第２センサは、磁気式、透過型、反射型等のエンコーダを用いることもできる。また、第１センサ及び第２センサとして、エンコーダの代わりにトルクセンサを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態においては、支持部材として、ステータ１１１，１１１Ａを固定するハウジング１３０を用いて説明したが、例えば、支持部材としてロボットアームのリンクを用い、リンクに直接ステータ１１１，１１１Ａを固定する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ    多関節ロボット
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ    減速機内蔵アクチュエータ
１１０    モータシャフト（シャフト）
１１１    ステータ
１１４    ロータ
１２１    剛性内歯歯車
１２２    可撓性外歯歯車
１２３、１２３Ａ    波動発生回転子
１２４    カム部
１２５    ロータ部
１２６    カム部
１２７    ロータ部
１２８    波動発生器
１３０    ハウジング（支持部材）
１４０    第１エンコーダ（第１センサ）
１５０    第２エンコーダ（第２センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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