(57)【要約】【課題】エンコーダーがモーターの熱の影響を受けにくい構造を有するロボットを提供する。【解決手段】回動補助軸１８を回動するモーター１７と、回動補助軸１８を減速して出力伝達部２３ｂを回動する減速機２１と、回動補助軸１８の回動を停止させるブレーキ部３１と、出力伝達部２３ｂにより可動する左右関節支持部３０と、を備え、左右関節支持部３０は凹部３０ａを有し、ブレーキ部３１の少なくとも一部が凹部３０ａに位置する。回動補助軸１８を回動させるモーター１７と、回動補助軸１８の回動を減速し、回動補助軸１８より低い回動速度で出力伝達部２３ｂを回動させる減速機２１と、減速機２１を貫通し減速機２１から突出する回動補助軸１８に減速機２１を挟んでモーター１７の反対側に設置され回動補助軸１８の回動を検出するエンコーダー３２と、出力伝達部２３ｂによって回動される左右関節支持部３０と、を備える【選択図】図３
2014083613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１出力軸を回動させるモーターと、
前記第１出力軸の回動を減速し、前記第１出力軸より低い回動速度で第２出力軸を回動させる減速部と、
前記減速部を貫通し前記減速部から突出する前記第１出力軸に前記減速部を挟んで前記モーターの反対側に設置され前記第１出力軸の回動を検出するエンコーダーと、
前記第２出力軸によって回動される被駆動部と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットであって、
前記第１出力軸の回動を制動させる制動部を備え、
前記被駆動部は凹部を有し、前記制動部の少なくとも一部は前記凹部に位置することを特徴とするロボット。
【請求項３】
請求項２に記載のロボットであって、
前記制動部は、前記第１出力軸と同じ回動速度で回動する第１摩擦板と、
前記第２出力軸と同じ回動速度で回動する第２摩擦板と、
前記第１摩擦板と前記第２摩擦板との接触と離間とを制御する電磁石と、を備え、
前記電磁石は前記被駆動部に接して設置されていることを特徴とするロボット。
【請求項４】
請求項２または３に記載のロボットであって、
前記制動部は、前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とを接触させるように付勢する付勢部を備え、
前記電磁石に通電するときに前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とが離間し、前記電磁石に通電しないときに前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とが接触することを特徴とするロボット。
【請求項５】
請求項３または４に記載のロボットであって、
前記エンコーダーと前記電磁石との間に前記第１摩擦板及び前記第２摩擦板が位置することを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンド等のアクチュエーターを備え各種の作業を行うロボットやマニピュレーターが活用されている。ロボットやマニピュレーターは多関節のアームを備え、自在に姿勢を変えることが可能になっている。
【０００３】
関節にモーター、減速機構、ブレーキを備えたマニピュレーターが特許文献１に開示されている。それによると、マニピュレーターは円筒状のリンクケーシングを備え、リンクケーシング内にサーボモーター、クラッチ、ブレーキ、減速機構が直列に配置されている。そして、減速機構の出力軸は一対のかさ歯車を介してリンクと接続されている。モーターが出力軸を回動させるとき、かさ歯車が回動してリンクを回動させていた。
【０００４】
リンクの回動と停止はモーターの回動制御に加えクラッチ及びブレーキを駆動することにより制御されている。そして、ブレーキを作動させることにより、リンクの動作を急停止することが可能になっていた。
【０００５】
サーボモーター等に用いられるエンコーダー付モーターが特許文献２に開示されている。それによると、モーターは出力軸が一方向に突出し、出力軸が突出する方向と反対の方向にはエンコーダーが設置されている。エンコーダーは出力軸に固定された円板と円板の回転を検出する磁界検出素子及び光学モジュールを備えている。円板には光を反射するパターンと円板状の磁石が設置されている。そして、磁界検出素子は磁石の回転を検出し、光学モジュールは光を反射するパターンを検出することにより出力軸の回転を検出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２９３７８３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０５４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２のモーターは出力軸の軸方向にモーター電磁部、ブレーキ部、エンコーダーがこの順に配置されていた。モーターが回動と停止とを繰りかえすとき、モーター電磁部のコイルが加熱する。そして、コイルの熱がブレーキ部を経てエンコーダーに伝導する。コイルの熱がエンコーダーを加熱するとき、エンコーダーの円板が熱膨張する。これにより、エンコーダーが歪んで回動軸の検出精度が低下する。そこで、エンコーダーがモーターの熱の影響を受けにくい構造を有するロボットが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
本適用例にかかるロボットは、第１出力軸を回動させるモーターと、前記第１出力軸の回動を減速し、前記第１出力軸より低い回動速度で第２出力軸を回動させる減速部と、前記減速部を貫通し前記減速部から突出する前記第１出力軸に前記減速部を挟んで前記モーターの反対側に設置され前記第１出力軸の回動を検出するエンコーダーと、前記第２出力軸によって回動される被駆動部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、モーターが第１出力軸を回動する。第１出力軸は減速部に入力され、減速部が第１出力軸を減速して第２出力軸を回動している。第２出力軸が被駆動部を回動する。従って、モーターが回動することにより被駆動部が回動する。第１出力軸にはエンコーダーが設置され、エンコーダーは第１出力軸の回動を検出する。
【００１１】
第１出力軸は減速部を貫通し減速部から突出している。そして、減速部を挟んでモーターの反対側にエンコーダーが設置されている。従って、エンコーダーはモーターから離れた場所に位置する為、ロボットはエンコーダーがモーターの熱の影響を受けにくい構造にすることができる。
【００１２】
［適用例２］
上記適用例にかかるロボットにおいて、前記第１出力軸の回動を制動させる制動部を備え、前記被駆動部は凹部を有し、前記制動部の少なくとも一部は前記凹部に位置することを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、ロボットは制動部を備え、制動部は第１出力軸の回動を制動させる。被駆動部は凹部を有し、制動部は凹部に位置している。第１出力軸の軸方向においてモーターの被駆動部側と反対側の端から被駆動部までの距離を関節距離とする。関節距離は第１出力軸の軸方向におけるモーターの長さと減速部の長さと制動部の長さと加算した距離から制動部が凹部に入っている距離を引いた距離となる。制動部が凹部に入っていないときの関節距離は第１出力軸の軸方向におけるモーターの長さと減速部の長さと制動部の長さと加算した距離となる。従って、本適用例のロボットは制動部が凹部に入っていないときに比べて関節距離を短くすることができる。
【００１４】
［適用例３］
上記適用例にかかるロボットにおいて、前記制動部は、前記第１出力軸と同じ回動速度で回動する第１摩擦板と、前記第２出力軸と同じ回動速度で回動する第２摩擦板と、前記第１摩擦板と前記第２摩擦板との接触と離間とを制御する電磁石と、を備え、前記電磁石は前記被駆動部に接して設置されていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、制動部は電磁石、第１摩擦板及び第２摩擦板を備えている。第１摩擦板は第１出力軸と同じ回動速度で回動し、第２摩擦板は第２出力軸と同じ回動速度で回動する。電磁石は第１摩擦板と第２摩擦板とを接触または離間させる。電磁石が第１摩擦板と第２摩擦板とを接触させるとき、第１出力軸と第２出力軸との間に回動を制動させるトルクが作用する。これにより、制動部は第１出力軸と第２出力軸との間の回動を制動させることができる。
【００１６】
そして、電磁石は被駆動部に接して設置されている。電磁石が第２摩擦板に力を作用させるとき電磁石には電流が流されるので、電磁石は発熱する。この発熱により減速部が加熱されるとき、減速部を構成する各部位の寸法が伸びる。減速部は複数の部位からなり各部位が伸びる量が異なる。そして、各部位の寸法が変化することにより第１出力軸の回動による各部位の動きが変わる。従って、第１出力軸の回動により第２出力軸が回動する角度に差が生じる為、減速部の温度変化は第２出力軸の回動角度の精度を低下させる。しかし、本適用例のロボットでは電磁石が被駆動部に接して設置されている為、電磁石の熱が被駆動部に伝熱する。従って、電磁石の熱が減速部に伝熱する熱量が小さくなる為、減速部を構成する部位が熱膨張することを防止することができる。その結果、エンコーダーが第２出力軸の回動角度を検出する精度の低下を防止することができる。
【００１７】
［適用例４］
上記適用例にかかるロボットにおいて、前記制動部は、前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とを接触させるように付勢する付勢部を備え、前記電磁石に通電するときに前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とが離間し、前記電磁石に通電しないときに前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とが接触することを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、被駆動部を回動させるときに電磁石に通電し、電磁石が第１摩擦板と第２摩擦板とを離間させる。被駆動部の回動を制動させるときには電磁石に通電しないので、付勢部が第２摩擦板と第１摩擦板とを接触させる。従って、被駆動部が停止しているときにはモーターの温度上昇を抑制することができる。
【００１９】
［適用例５］
上記適用例にかかるロボットにおいて、前記エンコーダーと前記電磁石との間に前記第１摩擦板及び前記第２摩擦板が位置することを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、エンコーダーと電磁石との間に第１摩擦板及び第２摩擦板が存在している。従って、電磁石が発熱しても、エンコーダーに熱が伝わることを第１摩擦板及び第２摩擦板が抑制する。従って、エンコーダーの出力の精度が電磁石の発熱により低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ロボットの構成を示す概略斜視図。
【図２】肩関節部の構成を示す要部概略斜視図。
【図３】肩関節部の構成を示す要部模式断面図。
【図４】肩関節部の構成を示す要部模式拡大断面図。
【図５】肩関節部の構成を示す模式分解図。
【図６】ブレーキ部の動作を説明するための模式図。
【図７】肩関節部の構成を示す要部模式断面図。
【図８】変形例における肩関節部の構造を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態では、特徴的な関節を備えるロボットの例について図に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわるロボットについて図１〜図７に従って説明する。
【００２３】
図１は、ロボットの構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、ロボット１は車体部２を備えている。車体部２は車体本体２ａを備え、車体本体２ａの地面側には４つの車輪２ｂが設置されている。そして、車体本体２ａには車輪２ｂを駆動する回動機構が内蔵されている。さらに、車体本体２ａにはロボット１の姿勢及び動作を制御し振動を解析する制御部３が内蔵されている。
【００２４】
車体本体２ａ上には駆動部としての本体回動部４、本体部５がこの順に重ねて設置されている。本体回動部４には本体部５を回動させる回動機構が設置されている。これにより、本体部５は鉛直方向を回動中心として回動する。本体部５上には一対の撮像装置６が設置され、撮像装置６はロボット１の周囲を撮影する。そして、撮影した物と撮像装置６との距離を検出することができる。撮像装置６が撮影する向きを前方向１ａとする。
【００２５】
本体部５の側面のうち互いに逆側を向く２つの面には肩関節部７が設置されている。そして、一方の肩関節部７と接続して可動部としての左腕部８が設置され、他方の肩関節部７と接続して可動部としての右腕部９が設置されている。つまり、ロボット１は双腕ロボットとなっている。
【００２６】
肩関節部７は本体部５に対して左腕部８及び右腕部９を回動させる。肩関節部７は前後回動部７ａ及び被駆動部としての左右回動部７ｂを備えている。前後回動部７ａはモーター及び減速機を備え、減速機の出力軸は左右回動部７ｂと接続している。そして、前後回動部７ａの減速機の出力軸は前方向１ａと直交する方向を向き、前後回動部７ａは左右回動部７ｂを前後に回動する。
【００２７】
左右回動部７ｂはモーター及び減速機を備え、減速機の出力軸は被駆動部としての腕接続部７ｃを介して左腕部８または右腕部９と接続している。そして、左右回動部７ｂの減速機の出力軸と直交する方向に左腕部８または右腕部９が接続されている。これにより、左右回動部７ｂは左腕部８または右腕部９を左右に回動する。さらに、左腕部８及び右腕部９は前後回動部７ａの減速機の出力軸と直交している。従って、肩関節部７は左腕部８及び右腕部９を前後左右に移動させることができる。
【００２８】
左腕部８及び右腕部９は上腕部１０、下腕部１１、ハンド部１２を備えている。上腕部１０は捻り回動部７ｄを備えている。捻り回動部７ｄはモーター及び減速機を備え、減速機の出力軸は腕接続部７ｃと接続している。そして、捻り回動部７ｄは腕接続部７ｃに対して上腕部１０を捻るように回動する。上腕部１０と下腕部１１との間には肘関節部１３が設置され、肘関節部１３は上腕部１０に対して下腕部１１を回動または屈曲させる。
【００２９】
下腕部１１では第１下腕部１４、第２下腕部１５、第３下腕部１６がこの順に接続して設置させている。第１下腕部１４は駆動部としての回動機構１４ａを備え、回動機構１４ａは下腕部１１を捻る機能を備えている。第２下腕部１５は回動機構１５ａを備え、回動機構１５ａは下腕部１１を屈曲させる機能を備えている。第２下腕部１５は人体における手首に相当する部位である。第３下腕部１６は回動機構１６ａを備え、回動機構１６ａの出力軸はハンド部１２と接続されている。そして、回動機構１６ａはハンド部１２を回動させる機能を備えている。
【００３０】
ハンド部１２はハンド本体１２ａとハンド本体１２ａの先端に位置する一対の板状の可動部としての把持部１２ｂとを備えている。ハンド本体１２ａには把持部１２ｂを移動して把持部１２ｂの間隔を変更させる直動機構が内蔵されている。ハンド部１２は把持部１２ｂを開閉して被把持物を把持することができる。
【００３１】
図２は、肩関節部の構成を示す要部概略斜視図であり、本体部５と上腕部１０とが省略された右腕部９側の肩関節部７を示す図となっている。図２に示すように、前後回動部７ａの長手方向の一方となっている−Ｙ方向に左右回動部７ｂが設置されている。そして、前後回動部７ａはＹ方向を回動中心にして左右回動部７ｂを回動する。
【００３２】
左右回動部７ｂの長手方向の一方となっているＸ方向に腕接続部７ｃが設置されている。そして、左右回動部７ｂはＸ方向を回動中心にして腕接続部７ｃを回動する。捻り回動部７ｄの長手方向の一方となっているＺ方向に腕接続部７ｃが設置されている。そして、捻り回動部７ｄはＺ方向を回動中心にして腕接続部７ｃを回動する。捻り回動部７ｄには上腕部１０が接続されているので、捻り回動部７ｄは腕接続部７ｃに対して上腕部１０を捻ることができる。
【００３３】
つまり、肩関節部７の構造では前後回動部７ａが左右回動部７ｂを回動する回動中心と左右回動部７ｂが腕接続部７ｃを回動する回動中心は直交する。さらに、左右回動部７ｂが腕接続部７ｃを回動する回動中心と捻り回動部７ｄが腕接続部７ｃを回動する回動中心は直交する。前後回動部７ａが左右回動部７ｂを回動する回動中心と捻り回動部７ｄが腕接続部７ｃを回動する回動中心との角度は変動する。
【００３４】
図３は肩関節部の構成を示す要部模式断面図であり、図２のＡ−Ａ’線に沿った図となっている。図４は肩関節部の構成を示す要部模式拡大断面図であり、図３の一部を拡大した図である。図５は肩関節部の構成を示す模式分解図である。図３〜図５に示すように、前後回動部７ａはモーター１７を備え、モーター１７には−Ｙ方向側に突出する回動軸１７ａが設置されている。モーター１７に通電するとき回動軸１７ａが回動する。モーター１７の種類は回動速度を制御可能なモーターであれば良く、サーボモーター、ステップモーター等を用いることができる。本実施形態では、例えば、直流サーボモーターを採用している。
【００３５】
回動軸１７ａと接続して第１出力軸としての回動補助軸１８が設置されている。回動補助軸１８は回動軸１７ａの軸方向の長さを延長して回動軸１７ａのトルクを伝達する部材である。モーター１７と接続して減速部としての減速機２１が設置され、回動補助軸１８は減速機２１を貫通する。減速機２１にはハーモニックドライブ（登録商標）が用いられている。
【００３６】
減速機２１の内部では回動補助軸１８に板カム２２が固定され、板カム２２の外周にはボールベアリング２２ａが設置されている。板カム２２の外周は楕円形となっており、ボールベアリング２２ａも楕円形となっている。そして、回動軸１７ａが回動するときボールベアリング２２ａの外輪は板カム２２に倣って変形する。
【００３７】
板カム２２の外周から−Ｙ方向にかけてフレクスプライン２３が設置されている。フレクスプライン２３は薄肉の円板とこの円板の中心を軸とした薄肉の円筒とを組み合わせた形状の柔軟円筒部２３ａを有している。さらに、フレクスプライン２３には柔軟円筒部２３ａのトルクを出力するための円板状の第２出力軸としての出力伝達部２３ｂを有している。そして、フレクスプライン２３の出力伝達部２３ｂの中心にはボールベアリング２４が設置されている。このボールベアリング２４の内輪は回動補助軸１８に設置され、外輪はフレクスプライン２３に設置されている。
【００３８】
フレクスプライン２３の円筒部分の外周側には歯が形成され、この歯が設置されている部分は板カム２２の形状にならって楕円形となっている。フレクスプライン２３の外周には内歯車２５が設置され、内歯車２５の歯は回動補助軸１８の中心線を中心とした円に沿って配置されている。一方フレクスプライン２３の歯は楕円形に沿って配置され、フレクスプライン２３と内歯車２５とは２箇所で接触する。この接触する２箇所は板カム２２の外形形状である楕円形の長軸の延長線上に位置する。
【００３９】
内歯車２５の歯数よりフレクスプライン２３の歯数は少なくなっている。例えば、内歯車２５の歯数が３６０枚でありフレクスプライン２３の歯数が３５８枚とする。そして、回動軸１７ａが１回転するときフレクスプライン２３は２度回転する。従って、減速機２１は回動補助軸１８を高い減速比で減速して出力伝達部２３ｂを回動することができる。
【００４０】
内歯車２５とモーター１７とは第１支持部２６により接続され固定されている。肩関節部７は肩関節支持部２７により本体部５に固定されている。そして、前後回動部７ａと肩関節支持部２７は第２支持部２８により接続され固定されている。従って、本体部５、肩関節支持部２７、第２支持部２８、内歯車２５、第１支持部２６、モーター１７は連結された構造体となっている。
【００４１】
フレクスプライン２３の出力伝達部２３ｂの外周と第２支持部２８との間にはボールベアリング２９が設置されている。ボールベアリング２９が設置されているにより出力伝達部２３ｂは回動トルクを伝達するとともに、出力伝達部２３ｂに加わる荷重を支えることが可能になっている。
【００４２】
フレクスプライン２３の出力伝達部２３ｂと接続して左右関節支持部３０が設置されている。左右関節支持部３０は左右回動部７ｂを支持するとともに、出力伝達部２３ｂのトルクを左右回動部７ｂに伝達する。左右関節支持部３０は左右回動部７ｂ側の形状が円環状になっており、円環状の内側に左右回動部７ｂが設置されている。そして、左右関節支持部３０の前後回動部７ａ側はＹ方向に延在する円筒状になっており、左右関節支持部３０にはＹ方向側に開口する凹部３０ａが設置されている。
【００４３】
凹部３０ａの内部には制動部としてのブレーキ部３１とエンコーダー３２とが設置されている。ブレーキ部３１は回動する左右関節支持部３０を急停止させる機能と、左右関節支持部３０を停止したまま保持する機能とを備えている。
【００４４】
ブレーキ部３１は電磁石３３を備え、電磁石３３はフレクスプライン２３の出力伝達部２３ｂ及び左右関節支持部３０に固定されている。尚、左右関節支持部３０は出力伝達部２３ｂと固定されているので、電磁石３３は左右関節支持部３０と出力伝達部２３ｂとの一方とのみ固定されていても良い。
【００４５】
電磁石３３は左右関節支持部３０に接して配置されている。電磁石３３に電流が流されるとき、電磁石３３は発熱する。電磁石３３の熱がフレクスプライン２３に伝わるとき、柔軟円筒部２３ａや内歯車２５が熱膨張する。各部位の熱膨張係数は異なるので、熱膨張する量は各部位により異なる。そして、各部位の寸法が変化することにより回動補助軸１８の回動による柔軟円筒部２３ａと内歯車２５とが噛み合う動きが変わる。つまり、歯車のピッチのバラツキが大きくなると、ピッチが長くなった場所ではピッチが長くならない場所に比べて、出力伝達部２３ｂが回動する角度が大きくなる。
【００４６】
従って、回動補助軸１８の回動により出力伝達部２３ｂが回動する角度に差が生じる為、減速機２１の温度変化は出力伝達部２３ｂの回動角度の精度を低下させる。しかし、前後回動部７ａでは電磁石３３が左右関節支持部３０に接して設置されている為、電磁石３３の熱が左右関節支持部３０に伝熱する。従って、電磁石３３の熱がフレクスプライン２３に伝熱する熱量が小さくなる為、柔軟円筒部２３ａや内歯車２５が熱膨張することを防止することができる。その結果、出力伝達部２３ｂの回動角度の精度低下を防止することができる。
【００４７】
電磁石３３から−Ｙ方向に向けてガイド棒３４が立設されている。ガイド棒３４は電磁石３３の外周付近に設置され、ガイド棒３４の−Ｙ側には架橋板３５が設置されている。架橋板３５は中央に貫通孔が設置され、この貫通孔に回動補助軸１８が挿入されている。この貫通孔の直径は回動補助軸１８の直径より大きく、回動補助軸１８は架橋板３５に接触することなく回動する。
【００４８】
回動補助軸１８はブレーキ部３１まで延在している。そして、電磁石３３と架橋板３５との間には回動補助軸１８に接続して円板状の第１摩擦板３６が設置されている。第１摩擦板３６は円筒と円板とが組み合わされた形状をしており、円筒の内側に回動補助軸１８が挿入され固定されている。そして、円筒の外周に円板が設置されている。従って、第１摩擦板３６は回動補助軸１８と同じ回動速度で回動する。
【００４９】
第１摩擦板３６と電磁石３３との間には第２摩擦板３７が設置されている。第２摩擦板３７の形状は円板状であり、中央に貫通孔が設置されている。この貫通孔の直径は回動補助軸１８の直径より大きく、回動補助軸１８は第２摩擦板３７に接触することなく回動する。さらに、第２摩擦板３７にはガイド棒３４が貫通する貫通孔が設置され、第２摩擦板３７はガイド棒３４と摺動してＹ方向に往復移動することができる。
【００５０】
第２摩擦板３７と電磁石３３との間には付勢部としての圧縮バネ４０が設置されている。出力伝達部２３ｂの中央には圧縮バネ４０の一部を格納する凹部が設置され、圧縮バネ４０が付勢する力が調整されている。
【００５１】
第２摩擦板３７の材質は金属等の磁性体を含んでいる。電磁石３３に通電するとき第２摩擦板３７は電磁石３３に吸着させられ接触する。そして、第２摩擦板３７は第１摩擦板３６と離れる。電磁石３３への通電を停止するとき第２摩擦板３７は電磁石３３から離れる。そして、第２摩擦板３７は圧縮バネ４０により第１摩擦板３６に押圧される。
【００５２】
第１摩擦板３６は回動補助軸１８に固定されているので、回動補助軸１８の回動速度と第１摩擦板３６の回動速度とは同じ速度となっている。電磁石３３は出力伝達部２３ｂに固定され、ガイド棒３４は電磁石３３に固定されている。そして、第２摩擦板３７はガイド棒３４と摺動するので、第２摩擦板３７の回動速度は出力伝達部２３ｂの回動速度と同じ速度となっている。
【００５３】
回動補助軸１８の−Ｙ側の端面と架橋板３５との間には回動板４１が設置され、回動板４１の中心は回動補助軸１８に固定されている。従って、回動板４１は回動補助軸１８と同じ回動速度で回動する。回動板４１は架橋板３５を向く面に反射膜のパターンが設置されている。そして、架橋板３５には受発光素子４２が設置されている。受発光素子４２は回動板４１に光を射出し、反射膜にて反射した光を受光する。反射膜のパターンは回動板４１の円周方向に等間隔に配置されている。回動板４１に照射された光が反射膜にて反射するときには強い光が反射され、反射膜のない場所にて反射するときには弱い光が反射される。そして、回動板４１が回動するとき、回動板４１に照射された光は反射膜がある場所とない場所とを交互に照射する。従って、受発光素子４２は受光する光の強弱の回数を検出することにより、回動板４１の回動角を検出することができる。
【００５４】
左右関節支持部３０は凹部３０ａを有し、ブレーキ部３１及びエンコーダー３２は凹部３０ａに位置している。回動軸１７ａの軸方向においてモーター１７の回動軸１７ａ側の反対側の端から左右関節支持部３０までの距離を関節距離としての前後関節距離４３とする。前後関節距離４３は回動軸１７ａの軸方向におけるモーター１７の長さ、減速機２１の長さ、ブレーキ部３１の長さ、及びエンコーダー３２の長さを加算した距離からブレーキ部３１及びエンコーダー３２が凹部３０ａに入っている距離を引いた距離となる。従って、前後回動部７ａの関節構造は凹部３０ａにブレーキ部３１及びエンコーダー３２が入っていないときに比べて前後関節距離４３を短くすることができる。
【００５５】
エンコーダー３２の回動板４１と電磁石３３との間には第１摩擦板３６及び第２摩擦板３７が設置されている。従って、電磁石３３が発熱しても、エンコーダー３２に熱が伝わることを第１摩擦板３６及び第２摩擦板３７が抑制する。従って、エンコーダー３２の出力の精度が熱により低下することを抑制することができる。
【００５６】
図６はブレーキ部の動作を説明するための模式図である。図６（ａ）はブレーキ部３１が回動補助軸１８の回転を制動している状態を示す図であり、図６（ｂ）はブレーキ部３１が回動補助軸１８の回転を制動していない状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、ブレーキ部３１は電磁石３３、第１摩擦板３６及び第２摩擦板３７を備えている。第１摩擦板３６は回動補助軸１８に設置され、回動補助軸１８のトルクが第１摩擦板３６に伝達される。
【００５７】
出力伝達部２３ｂのトルクは電磁石３３及びガイド棒３４を介して第２摩擦板３７に伝達される。電磁石３３は第２摩擦板３７を±Ｙ方向に往復移動させることにより第１摩擦板３６と第２摩擦板３７とを接触または離間させる。
【００５８】
第２摩擦板３７が圧縮バネ４０により付勢されているので、電磁石３３に通電しないときには第２摩擦板３７が第１摩擦板３６に押圧される。これにより、第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との間に摩擦力が発生する。したがって、第１摩擦板３６の回動速度と第２摩擦板３７の回動速度とが同じ速度になるまで、第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との間にトルクが発生する。
【００５９】
第１摩擦板３６にトルクを伝達する回動補助軸１８と第２摩擦板３７にトルクを伝達する出力伝達部２３ｂとの間には減速機２１が設置されている。これにより、第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との回動速度は異なっている。そして、第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との間で回動速度が同じくなるようにトルクが発生するとき、減速機２１は回動補助軸１８及び出力伝達部２３ｂを制動するように作用する。これにより、ブレーキ部３１は出力伝達部２３ｂが減速するようにブレーキをかけることができる。
【００６０】
図６（ｂ）に示すように、電磁石３３に通電するとき、電磁石３３は第２摩擦板３７に引力を及ぼす。そして、引力が圧縮バネ４０により付勢される力より大きくなり、第２摩擦板３７は電磁石３３に向かって移動し電磁石３３と接触する。
【００６１】
第２摩擦板３７は第１摩擦板３６と離間するので、第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との間に作用する制動トルクがなくなる。これにより、回動補助軸１８及び出力伝達部２３ｂは抵抗無く回動することができる。
【００６２】
図７は肩関節部の構成を示す要部模式断面図であり、図２のＢ−Ｂ’線に沿った図となっている。図７に示すように、左右回動部７ｂは前後回動部７ａと同様の構造であり、モーター１７、減速機２１、ブレーキ部３１及びエンコーダー３２を備えている。
【００６３】
前後回動部７ａにおける第２支持部２８に換えて左右回動部７ｂでは左右関節支持部３０が設置されている。そして、左右関節支持部３０が第１支持部２６、内歯車２５、ボールベアリング２９と接続されている。
【００６４】
フレクスプライン２３の出力伝達部２３ｂと接続して腕接続部７ｃが設置されている。腕接続部７ｃは捻り回動部７ｄ及び上腕部１０を支持するとともに、出力伝達部２３ｂのトルクを捻り回動部７ｄ及び上腕部１０に伝達する。腕接続部７ｃに対して左右回動部７ｂが回動する軸方向と捻り回動部７ｄが回動する軸方向とが直交するように腕接続部７ｃに左右回動部７ｂと捻り回動部７ｄとが設置されている。
【００６５】
そして、腕接続部７ｃには左右回動部７ｂを向く−Ｘ方向側に開口する凹部４４が設置されている。ブレーキ部３１及びエンコーダー３２は凹部４４に位置している。回動軸１７ａの軸方向においてモーター１７の回動軸１７ａ側の反対側の端から腕接続部７ｃまでの距離を左右関節距離４５とする。左右関節距離４５は回動軸１７ａの軸方向におけるモーター１７の長さ、減速機２１の長さ、ブレーキ部３１の長さ、及びエンコーダー３２の長さを加算した距離からブレーキ部３１及びエンコーダー３２が凹部４４に入っている距離を引いた距離となる。従って、左右回動部７ｂの関節構造は凹部４４にブレーキ部３１及びエンコーダー３２が入っていないときに比べて左右関節距離４５を短くすることができる。
【００６６】
捻り回動部７ｄは前後回動部７ａと同様の構造であり、モーター１７、減速機２１、ブレーキ部３１及びエンコーダー３２を備えている。前後回動部７ａでは第２支持部２８が肩関節支持部２７に支持されることにより前後回動部７ａが本体部５に固定されていた。捻り回動部７ｄでは第１支持部２６が上腕部１０に固定されている。
【００６７】
フレクスプライン２３の出力伝達部２３ｂと接続して腕接続部７ｃが設置されている。そして、腕接続部７ｃには捻り回動部７ｄを向く−Ｚ方向側に開口する凹部４６が設置されている。ブレーキ部３１及びエンコーダー３２は凹部４６に位置している。回動軸１７ａの軸方向においてモーター１７の回動軸１７ａ側の反対側の端から腕接続部７ｃまでの距離を捻り関節距離４７とする。捻り関節距離４７は回動軸１７ａの軸方向におけるモーター１７の長さ、減速機２１の長さ、ブレーキ部３１の長さ及びエンコーダー３２の長さを加算した距離からブレーキ部３１及びエンコーダー３２が凹部４６に入っている距離を引いた距離となる。従って、捻り回動部７ｄの関節構造は凹部４６にブレーキ部３１及びエンコーダー３２が入っていないときに比べて捻り回動部７ｄを短くすることができる。
【００６８】
肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６は内部に関節部を備え、この関節部は前後回動部７ａと同様な構造となっている。第１下腕部１４は肘関節部１３と接続する場所に凹部を備えている。その凹部に肘関節部１３のブレーキ部３１及びエンコーダー３２が位置している。同様に、第２下腕部１５は第１下腕部１４と接続する場所に凹部を備えている。その凹部に第１下腕部１４のブレーキ部３１及びエンコーダー３２が位置している。さらに、第３下腕部１６は第２下腕部１５と接続する場所に凹部を備えている。その凹部に第２下腕部１５のブレーキ部３１及びエンコーダー３２が位置している。さらに、ハンド部１２は第３下腕部１６と接続する場所に凹部を備えている。その凹部に第３下腕部１６のブレーキ部３１及びエンコーダー３２が位置している。従って、肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６は回動軸の軸方向が短い構造となっている。
【００６９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、左右関節支持部３０は凹部３０ａを有し、ブレーキ部３１は凹部３０ａに位置している。従って、前後回動部７ａの関節構造は凹部３０ａにブレーキ部３１が入っていないときに比べて前後関節距離４３を短くすることができる。尚、左右回動部７ｂ、捻り回動部７ｄ、肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６は前後回動部７ａと同様な構造となっている。従って、左右回動部７ｂ、捻り回動部７ｄ、肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６は前後関節距離４３を短くすることができる。
【００７０】
（２）本実施形態によれば、電磁石３３は左右関節支持部３０に接して配置されている。電磁石３３に電流が流されるとき、電磁石３３は発熱する。電磁石３３の熱がフレクスプライン２３に伝わるとき、柔軟円筒部２３ａや内歯車２５が熱膨張する。そして、柔軟円筒部２３ａや内歯車２５の寸法が変化することにより回動補助軸１８の回動による柔軟円筒部２３ａと内歯車２５とが噛み合う動きが変わる。従って、回動補助軸１８の回動により出力伝達部２３ｂが回動する角度に差が生じる為、減速機２１の温度変化は出力伝達部２３ｂの回動角度の精度を低下させる。しかし、前後回動部７ａでは電磁石３３が左右関節支持部３０に接して設置されている為、電磁石３３の熱が左右関節支持部３０に伝熱する。従って、電磁石３３の熱がフレクスプライン２３に伝熱する熱量が小さくなる為、柔軟円筒部２３ａや内歯車２５が熱膨張することを防止することができる。その結果、出力伝達部２３ｂの回動角度の精度低下を防止することができる。尚、この内容は左右回動部７ｂ、捻り回動部７ｄ、肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６にも適用することができる。
【００７１】
（３）本実施形態によれば、前後回動部７ａはエンコーダー３２を備えている。そして、エンコーダー３２は回動補助軸１８の回動を検出する。そして、エンコーダー３２が凹部３０ａに位置している。従って、エンコーダー３２が凹部３０ａに位置していないときに比べて、前後回動部７ａは前後関節距離４３を短くすることができる。尚、この内容は左右回動部７ｂ、捻り回動部７ｄ、肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６にも適用することができる。
【００７２】
（４）本実施形態によれば、前後回動部７ａは左右関節支持部３０を回動させるときに電磁石３３に通電し、左右関節支持部３０を停止させるときには電磁石３３に通電しない。従って、左右関節支持部３０を停止しているときには前後回動部７ａの温度上昇を抑制することができる。尚、この内容は左右回動部７ｂ、捻り回動部７ｄ、肘関節部１３、第１下腕部１４、第２下腕部１５及び第３下腕部１６にも適用することができる。
【００７３】
（５）本実施形態によれば、エンコーダー３２の回動板４１と電磁石３３との間に第１摩擦板３６及び第２摩擦板３７が存在している。従って、電磁石３３が発熱しても、エンコーダー３２に熱が伝わることを第１摩擦板３６及び第２摩擦板３７が抑制する。従って、エンコーダー３２の出力の精度が熱により低下することを抑制することができる。
【００７４】
（６）本実施形態によれば、回動補助軸１８は減速機２１を貫通し減速機２１から突出している。そして、減速機２１を挟んでモーター１７の反対側にエンコーダー３２が設置されている。従って、エンコーダー３２はモーター１７から離れた場所に位置する為、ロボット１はエンコーダー３２がモーター１７の熱の影響を受けにくい構造にすることができる。
【００７５】
さらに、減速機２１とエンコーダー３２との間にはブレーキ部３１が設置されている。従って、エンコーダー３２はモーター１７から離れた場所に位置する為、ロボット１はエンコーダー３２がモーター１７の熱の影響を受けにくい構造にすることができる。
【００７６】
（７）本実施形態によれば、減速機２１は肩関節支持部２７と接続されている。モーター１７が回転するときに発生する熱は減速機２１を介して肩関節支持部２７に伝導する。従って、エンコーダー３２にモーター１７の熱が伝導することを抑制することができる。
【００７７】
さらに、減速機２１及びブレーキ部３１は左右関節支持部３０と接続されている。モーター１７が回転するときに発生する熱は減速機２１及びブレーキ部３１を介して左右関節支持部３０に伝導する。従って、エンコーダー３２にモーター１７の熱が伝導することを抑制することができる。
【００７８】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、エンコーダー３２は反射光を検出する光学式のエンコーダーを採用した。エンコーダー３２は回動角を検出可能であれば良い。この方式以外にも、例えば透過光式、磁気式のエンコーダーを用いることができる。
【００７９】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、ブレーキ部３１では第１摩擦板３６と第２摩擦板３７とを接触させてブレーキの作用をしていた。ブレーキの構造はこれに限らない。例えば、ブロック式ブレーキ、ドラムブレーキ、ディスクブレーキを用いても良い。要求される制動力とブレーキの大きさに合わせて選択しても良い。
【００８０】
（変形例３）
前記第１の実施形態では、電磁石３３は第２摩擦板３７を移動させて第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との接触と離間とを制御した。これに限らず、電磁石３３は第１摩擦板３６を移動させるようにしても良い。この構造のときにも、電磁石３３は第１摩擦板３６と第２摩擦板３７との接触と離間とを制御することができる。
【００８１】
（変形例４）
前記第１の実施形態では、減速機２１にはハーモニックドライブ（登録商標）が用いられたが他の構造の減速機を用いても良い。例えば、複数の歯車を組み合わせた減速機や、遊星歯車機構、サイクロ機構等を用いることができる。要求される減速比や角度の精度に合わせて選択しても良い。
【００８２】
（変形例５）
前記第１の実施形態では、肩関節部７におけるブレーキ部３１の一部が凹部３０ａに設置されていた。凹部３０ａに位置するブレーキ部３１はこの形態に限らない。図８は変形例における肩関節部の構造を示す模式断面図である。図８（ａ）に示すように、肩関節部５０ではフレクスプライン５１の出力伝達部５１ｂが電磁石３３側に突出し、電磁石３３を半分覆っている。そして、左右関節支持部５２が電磁石３３を半分覆っている。この構造のときにも、ブレーキ部３１の一部が凹部５２ａに位置している。従って、前後関節距離４３を短くすることができる。この内容は左右回動部７ｂ及び捻り回動部７ｄにも適用することができる。
【００８３】
図８（ｂ）に示すように、肩関節部５５ではフレクスプライン５６の出力伝達部５６ｂは電磁石５７側が平らになっている。電磁石５７ではフレクスプライン５６側の面が平らになっている。そして、電磁石５７、第１摩擦板３６、第２摩擦板３７を含む制動部としてのブレーキ部５８は総て被駆動部としての左右関節支持部５９に覆われている。この構造のときにはブレーキ部５８が総て凹部５９ａに位置している。従って、前後関節距離４３を短くすることができる。この内容は左右回動部７ｂ及び捻り回動部７ｄにも適用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１…ロボット、７ｂ…被駆動部としての左右回動部、７ｃ…被駆動部としての腕接続部、１７…モーター、１７ａ…第１出力軸としての回動軸、１８…第１出力軸としての回動補助軸、２１…減速部としての減速機、２３ｂ…第２出力軸としての出力伝達部、３０ａ，４４，４６…凹部、３０，５９…被駆動部としての左右関節支持部、３１，５８…制動部としてのブレーキ部、３２…エンコーダー、３３…電磁石、３６…第１摩擦板、３７…第２摩擦板、４０…付勢部としての圧縮バネ、４３…関節距離としての前後関節距離。
【図１】
2014083613.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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