(57)【要約】【課題】駆動装置の全体的なサイズの大型化を抑制しつつ、駆動装置にブレーキ機構を設けること。【解決手段】モータからの回転力を出力することによって駆動対象を駆動する駆動装置であって、前記モータと、前記モータの回転を複数段のギヤによって減速する駆動伝達系と、前記駆動伝達系の回転を制動するためのブレーキ機構と、を備え、前記ブレーキ機構は、前記駆動伝達系が備える前記複数段のギヤのうちの、いずれか一のギヤの回転軸上に設けられている。【選択図】図１
2018202545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータからの回転力を出力することによって駆動対象を駆動する駆動装置であって、
前記モータと、
前記モータの回転を複数段のギヤによって減速する駆動伝達系と、
前記駆動伝達系の回転を制動するためのブレーキ機構と、を備え、
前記ブレーキ機構は、前記駆動伝達系が備える前記複数段のギヤのうちの、いずれか一のギヤの回転軸上に設けられている、駆動装置。
【請求項２】
前記ブレーキ機構は、前記モータの回転軸に最も近いギヤの回転軸上に設けられている、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動伝達系を収容するハウジングと、
前記モータの駆動を制御する制御基板と、をさらに備え、
前記制御基板は、前記ハウジングの前記モータが配置されている面と同一面上、且つ、前記モータの回転軸から最も遠いギヤの回転軸上に設けられている、請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動伝達系の最終段に、遊星ギヤユニットをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項５】
同一の前記駆動対象を駆動する複数の前記モータを備え、
一つの前記モータ毎に、前記駆動伝達系と、前記ブレーキ機構とを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載に駆動装置と、
前記駆動装置から出力される回転力によって駆動される駆動対象と
を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータおよび駆動伝達系を一体化した駆動装置が知られており、このような駆動装置は、例えば、ロボットの関節等を動作させるために使用される。また、このような駆動装置において、ブレーキ機構によって駆動伝達系の回転を制動させることができるようにした技術が知られている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の駆動装置では、モータの回転軸および駆動伝達系の回転軸と平行なブレーキ軸を追加で設ける必要があるため、駆動装置の全体的なサイズを横幅方向（各回転軸の軸方向と直交する方向）に拡大する必要があった。このようなことから、従来、駆動装置の全体的なサイズの大型化を抑制しつつ、駆動装置にブレーキ機構を設けることは困難であった。
【０００４】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、駆動装置の全体的なサイズの大型化を抑制しつつ、駆動装置にブレーキ機構を設けることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の駆動装置は、モータからの回転力を出力することによって駆動対象を駆動する駆動装置であって、前記モータと、前記モータの回転を複数段のギヤによって減速する駆動伝達系と、前記駆動伝達系の回転を制動するためのブレーキ機構と、を備え、前記ブレーキ機構は、前記駆動伝達系が備える前記複数段のギヤのうちの、いずれか一のギヤの回転軸上に設けられている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、駆動装置の全体的なサイズの大型化を抑制しつつ、駆動装置にブレーキ機構を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る駆動装置の構成を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す駆動装置のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）は、図２（ａ）に示すブレーキ機構の拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御基板の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る駆動装置の構成を示す平面図である。
【図５】図４に示す駆動装置のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る駆動装置の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る制御基板の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部によるオフセット制御の具体例を表すグラフである。
【図９】本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部の機能構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部が備えるＭＭＣの機能構成を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部が備える第１選択部の機能構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係るロボットの一部概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１実施形態に係る駆動装置における制御基板の配置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
【０００９】
（駆動装置１００の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１００の構成を示す平面図である。図２（ａ）は、図１に示す駆動装置１００のＡ−Ａ断面図である。なお、以下の説明では、便宜上、図中Ｘ軸方向（各回転軸の軸方向）を上下方向としているが、駆動装置１００の取り付け方向や駆動対象の動作等によって、必ずしも図中Ｘ軸方向が上下方向になるとは限らない。
【００１０】
駆動装置１００は、モータ１０１の回転を複数段のギヤによって減速し、出力軸１０６から出力する装置である。本実施形態では、モータ１０１にＤＣブラシレスモータを用いているが、本発明は、ＤＣモータであっても転用可能である。図１および図２（ａ）に示すように、駆動装置１００は、モータ１０１、第１ピニオン軸１０２、第１ギヤ１０３、第２ピニオン軸１０４、第２ギヤ１０５、出力軸１０６、出力ギヤ１０７、出力フランジ１０８、およびハウジング１２０を備えている。このうち、第１ピニオン軸１０２、第１ギヤ１０３、第２ピニオン軸１０４、第２ギヤ１０５、出力軸１０６、および出力ギヤ１０７は、特許請求の範囲に記載の「駆動伝達系」を構成する。
【００１１】
図２（ａ）に示すように、駆動装置１００は、ハウジング１２０内において、４つの回転軸（モータ１０１が有する駆動軸１０１Ａ、第１ピニオン軸１０２、第２ピニオン軸１０４、出力軸１０６）が、いずれも上下方向（図中Ｚ軸方向）を軸方向として、互いに並行かつ同一直線上に並べて設けられている。駆動軸１０１Ａは、モータ１０１が有する回転軸であり、ハウジング１２０の底面に取り付けられたモータ１０１から、ハウジング１２０の内部へと挿入されている。第１ピニオン軸１０２、第２ピニオン軸１０４、および出力軸１０６の各々は、ハウジング１２０内に固設された上下一対のベアリング１０９によって、両端が回転自在に支持されている。これにより、各回転軸間は、所定の距離精度が保たれている。
【００１２】
また、ハウジング１２０内において、３つのギヤ（第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、および出力ギヤ１０７）が配置されている。第１ギヤ１０３は、第１ピニオン軸１０２に圧入されており、駆動軸１０１Ａに形成されているギヤと噛み合う。第２ギヤ１０５は、第２ピニオン軸１０４に圧入されており、第１ピニオン軸１０２に形成されているギヤと噛み合う。出力ギヤ１０７は、出力軸１０６に圧入されており、第２ピニオン軸１０４に形成されているギヤと噛み合う。
【００１３】
このように構成された駆動装置１００は、モータ１０１が、図３で後述する制御基板１４０の制御によって駆動されると、モータ１０１の駆動軸１０１Ａが回転する。駆動軸１０１Ａは、そのギヤ部分において第１ギヤ１０３と噛み合いつつ、回転することによって、第１ギヤ１０３に回転力を伝える。
【００１４】
第１ギヤ１０３は、第１ピニオン軸１０２とともに回転する。第１ピニオン軸１０２は、そのギヤ部分において第２ギヤ１０５と噛み合いつつ、回転することによって、第２ギヤ１０５および第２ピニオン軸１０４に回転力を伝える。
【００１５】
第２ギヤ１０５は、第２ピニオン軸１０４とともに回転する、第２ピニオン軸１０４は、そのギヤ部分において出力ギヤ１０７と噛み合いつつ回転することによって、出力ギヤ１０７および出力軸１０６に回転力を伝える。
【００１６】
出力ギヤ１０７は、出力軸１０６とともに回転する。出力軸１０６は、その一部がハウジング１２０の上面から突出しており、この突出部分には、円盤状の出力フランジ１０８が装着されている。出力フランジ１０８は、出力軸１０６とともに回転する。出力フランジ１０８は、駆動装置１００から出力される回転力を、当該回転力を利用する装置に伝えるための部材である。
【００１７】
出力フランジ１０８の回転速度は、モータ１０１の回転速度に対し、３つのギヤ（第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、および出力ギヤ１０７）によって減速されたものとなる。したがって、これら３つのギヤの歯数を調整して、減速比を調整することにより、出力フランジ１０８の回転速度を、所望の回転速度まで減速させることができる。なお、図１および図２（ａ）に示す例では、各ギヤが前段の回転軸と噛み合う構成を採用している関係上、第１ギヤ１０３よりも第２ギヤ１０５の直径を大きくしており、第２ギヤ１０５よりも出力ギヤ１０７の直径を大きくしている。各ギヤの厚みも、入力側よりも出力側を大きくしており、これにより、各ギヤのギヤは、増大したトルクに十分に耐えられるようになっている。
【００１８】
出力フランジ１０８の回転力は、当該回転力を利用する装置に伝えられる。例えば、出力フランジ１０８の回転力を、ロボットアームの回転に使用する場合、出力フランジ１０８を、ロボットアームの関節の回転軸と接続することで、ロボットアームを回転させることが可能となる。この際、出力フランジ１０８の表面から突出したピン１０８Ａを、ロボットアームの関節の回転軸にはめ込むことで、当該回転軸の位置合わせおよび滑り止めが可能となる。
【００１９】
制御基板１４０は、モータ１０１の内部に設けられたエンコーダ１０１Ｂ（回転角検知センサ）によって検知されたモータ１０１の回転角から、ロボットアームの動作角度を算出することが可能である。すなわち、制御基板１４０は、エンコーダ１０１Ｂの出力値に基づいて、モータ１０１の回転角を制御することにより、ロボットアームの動作角度を、所望の角度とすることができる。
【００２０】
なお、ロボットアームの動作角度をより正確に検出するために、例えば、図２に示すように、制御基板１４０の出力軸１０６の端部と対向する位置に、出力フランジ１０８（出力軸１０６）の回転角を検出する角度センサ１４２を設けるようにしてもよい。この角度センサ１４２として、例えば、磁気式エンコーダを用いる場合、出力軸１０６の端部に円形の永久磁石を埋め込み、角度センサ１４２のホールＩＣによって、出力軸１０６の回転に伴う永久磁石のＳ極とＮ極との切り替わりを検知することで、出力フランジ１０８（出力軸１０６）の回転角を検知することが可能となる。制御基板１４０は、角度センサ１４２によって検知された出力フランジ１０８（出力軸１０６）の回転角に基づいて、モータ１０１を制御することにより、ロボットアームの動作角度を、より正確に所望の角度とすることができる。
【００２１】
（ブレーキ機構１３０）
ここで、本実施形態の駆動装置１００は、ブレーキ機構１３０をさらに備える。ブレーキ機構１３０は、駆動伝達系（駆動軸１０１Ａ、第１ピニオン軸１０２、第２ピニオン軸１０４、および出力軸１０６）の回転を制動する。これにより、例えば、モータ１０１の回転を停止させたときに、ブレーキ機構１３０によって駆動伝達系の回転を制動することで、駆動装置１００による駆動対象（例えば、ロボットアーム）が、重力等の影響によって自動的に降下してしまうことを防止することができる。
【００２２】
図１および図２（ａ）に示すように、ブレーキ機構１３０は、第１ピニオン軸１０２と同軸上に設けられている。具体的には、ブレーキ機構１３０は、第１ピニオン軸１０２における、ハウジング１２０の上面から突出した部分に設けられている。
【００２３】
ブレーキ機構１３０としては、第１ピニオン軸１０２の回転を制動するための、公知の様々なブレーキ機構を採用することが可能であるが、例えば、本実施形態では、図２（ｂ）に示す構成を採用している。
【００２４】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すブレーキ機構１３０の拡大断面図である。図２（ｂ）に示すように、ブレーキ機構１３０は、ハウジング１３１、ロータハブ１３２、およびブレーキ本体１３３を有して構成されている。
【００２５】
第１ピニオン軸１０２は、その一部がハウジング１２０の上面から、ハウジング１３１の内部へと突出している。ハウジング１３１の内部において、第１ピニオン軸１０２の先端には、ロータハブ１３２が装着されている。ロータハブ１３２は、ピンにより力を伝達し、抜け止めのネジによって第１ピニオン軸１０２に固定されている。これにより、ロータハブ１３２は、第１ピニオン軸１０２とともに回転する。
【００２６】
ロータハブ１３２は、ブレーキ本体１３３の内部の摩擦板と噛み合うように正方形になっている。これにより、第１ピニオン軸１０２が回転すると、その回転はロータハブ１３２を介して、ブレーキ本体１３３の内部の摩擦板に伝わり、これにより、当該摩擦板が回転するようになっている。
【００２７】
ブレーキ本体１３３は、摩擦板、パッド、ばね、ソレノイドを有する。ブレーキの使用時には、パッドが、ばねの力によって、摩擦板に押し付けられる。これにより、パッドと摩擦板との間の摩擦力により、第１ピニオン軸１０２の回転が制動される。ソレノイドは、ブレーキの未使用時には、通電されることによって、パッドが摩擦板に当接しないように、パッドを吸引する。すなわち、ソレノイドは、ブレーキの未使用時には、常に所定の電流が流れるため、発熱源となる。
【００２８】
ハウジング１３１には、ブレーキ本体１３３の発熱を逃がすための、ヒートシングが設けられてもよい。これにより、ブレーキ本体１３３の発熱がモータ１０１に伝わり難くし、モータ１０１が温度上昇により異常停止してしまうことを抑制することができる。他の構成例として、例えば、ハウジング１３１を駆動対象（例えば、ロボットアーム等）に接触させて、当該駆動対象を介して、ハウジング１３１の発熱を逃がすようにしてもよい。
【００２９】
なお、ブレーキ機構１３０は、図２（ｂ）に示す構成以外の構成であってもよい。例えば、ロータハブ１３２の代わりに、円板に穴が開いた形状のストップ板を取り付け、その穴にソレノイドの軸を差し込むことで、第１ピニオン軸１０２の回転を制動する構成を採用してもよい。この場合、摩擦板にパッドを押し付ける構成よりも、小さな力でブレーキをかけることが可能となり、上述したブレーキ本体１３３の発熱の観点からも、有利な方法と言える。
【００３０】
（制御基板１４０）
また、本実施形態の駆動装置１００は、制御基板１４０をさらに備える。制御基板１４０は、モータ１０１の駆動制御を行う装置である。制御基板１４０は、コネクタ１４０Ａを介して、上位コントローラから位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔが入力される。そして、制御基板１４０は、コネクタ１４０Ａを介して、モータ１０１を駆動するための制御信号をモータ１０１へ出力する。図２（ａ）に示すように、制御基板１４０は、ハウジング１２０の底面、且つ、出力軸１０６の下方に設けられている。すなわち、図２（ａ）に示すように、ハウジング１２０の底面には、モータ１０１および制御基板１４０が設けられており、モータ１０１は、入力側（駆動軸１０１Ａ上）に配置されており、制御基板１４０は、出力側（出力軸１０６上）に配置されている。
【００３１】
（制御基板１４０の構成）
図３は、本発明の第１実施形態に係る制御基板１４０の構成を示す図である。図３に示すように、制御基板１４０は、位置・速度制御部１４１およびドライバ１４３を備えている。制御基板１４０は全ての機能を回路で実行する他、それらの機能の一部をソフトウェア（ＣＰＵ）によって実行するものであっても良い。また、制御基板１４０は、複数の回路又は複数のソフトウェアによって実行されるものであっても良い。
【００３２】
ここで、図３に示すように、モータ１０１は、エンコーダ１０１Ｂを有している。具体的には、エンコーダ１０１Ｂは、モータ１０１の駆動軸１０１Ａに設けられており、モータ１０１のエンコーダ信号ｅｎｃ１を出力する。エンコーダ信号ｅｎｃ１は、制御基板１４０の位置・速度制御部１４１に供給され、位置・速度制御部１４１によってモータ１０１の位置および速度のＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御に用いられる。
【００３３】
位置・速度制御部１４１は、上位コントローラから入力される位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔと、エンコーダ１０１Ｂから出力されるモータ１０１のエンコード信号ｅｎｃ１とに基づき、モータ１０１のＰＩＤ制御を行う。その結果、位置・速度制御部１４１は、モータ１０１の駆動軸１０１Ａの位置および速度を、位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔに一致させるための、モータ１０１の電圧指令値ｄｒｖｏｕｔをドライバ１４３へ出力する。ドライバ１４３は、入力された電圧指令値ｄｒｖｏｕｔに応じて、モータ１０１の駆動信号（ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ等、モータ形態に合わせた駆動信号）を生成し、当該駆動信号をモータ１０１へ出力する。これにより、モータ１０１の駆動軸１０１Ａが回転することとなる。位置目標値ｘｔｇｔ、速度目標値ｖｔｇｔ、および電圧指令値はデジタル値であり、例えば−２５５〜２５５までの数値で表される。これらの数値はそれぞれ下限と上限が異なるものであっても良い。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００によれば、ブレーキ機構１３０が、３つのギヤ（第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、および出力ギヤ１０７）のうちの、いずれか一のギヤの回転軸上に設けられている。すなわち、本実施形態の駆動装置１００によれば、ブレーキ軸を別途設ける必要がないため、ハウジング１２０の縦横幅（図中Ｘ軸方向およびＹ軸方向の幅）を拡大することなく、ブレーキ機構１３０を設けることができる。したがって、本実施形態の駆動装置１００によれば、当該駆動装置１００の全体的なサイズの大型化を抑制しつつ、ブレーキ機構１３０を設けることができる。
【００３５】
特に、本実施形態の駆動装置１００によれば、ブレーキ機構１３０が、モータ１０１の駆動軸１０１Ａに最も近いギヤである第１ギヤ１０３の回転軸（すなわち、第１ピニオン軸１０２）上に設けられている。すなわち、本実施形態の駆動装置１００によれば、回転トルクが比較的小さい回転軸上に、ブレーキ機構１３０が設けられているため、比較的弱い制動力（パッドを押し付けるバネの押し付け力）で、駆動伝達系の回転を制動することができる。このため、本実施形態の駆動装置１００によれば、ブレーキ機構１３０として、比較的小型のものを採用することができる。したがって、本実施形態の駆動装置１００によれば、当該駆動装置１００の全体的なサイズの大型化を抑制しつつ、ブレーキ機構１３０を設けることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態の駆動装置１００によれば、制御基板１４０が、ハウジング１２０のモータ１０１が配置されている面と同一面上、且つ、モータ１０１の駆動軸１０１Ａから最も遠いギヤである出力ギヤ１０７の回転軸（出力軸１０６）上に設けられている。このため、本実施形態の駆動装置１００によれば、ハウジング１２０の縦横幅（図中Ｘ軸方向およびＹ軸方向の幅）を拡大することなく、ハウジング１２０の表面上に制御基板１４０を設けることができる。したがって、本実施形態の駆動装置１００によれば、当該駆動装置１００の全体的なサイズの大型化を抑制することができる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
次に、図４および図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
【００３８】
（駆動装置１５０の構成）
図４は、本発明の第２実施形態に係る駆動装置１５０の構成を示す平面図である。図５は、図４に示す駆動装置１５０のＡ−Ａ断面図である。なお、第２実施形態の駆動装置１５０において、第１実施形態の駆動装置１００と同様の構成要素については、駆動装置１００と同一の符号を付し、ここでの説明を省略する。
【００３９】
図４および図５に示すように、第２実施形態の駆動装置１５０は、駆動伝達系の最終段として、出力軸１０６の代わりに、遊星（プラネタリ）ギヤユニット１６０が設けられている点で、第１実施形態の駆動装置１００と異なる。遊星ギヤユニット１６０は、太陽ギヤ１６１、複数の遊星ギヤ１６２、外輪ギヤ１６３、および遊星キャリヤ１６４を備えて構成されている。
【００４０】
太陽ギヤ１６１は、出力ギヤ１０７および出力フランジ１０８と同軸上に配置されており、出力ギヤ１０７とともに回転する。各遊星ギヤ１６２は、遊星キャリヤ１６４の底面に形成されている軸に圧入されており、且つ、太陽ギヤ１６１と、ハウジング１２０に固定された外輪ギヤ１６３とに噛み合っている。
【００４１】
駆動装置１５０は、第１実施形態の駆動装置１００と同様に、モータ１０１の回転が、３つのギヤ（第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、および出力ギヤ１０７）を介して、減速されつつ太陽ギヤ１６１に伝達されると、太陽ギヤ１６１の回転が、複数の遊星ギヤ１６２に伝達される。そして、各遊星ギヤ１６２は、外輪ギヤ１６３と太陽ギヤ１６１との間を、自転しながら遊星キャリヤ１６４とともに公転する。これにより、複数の遊星ギヤ１６２が、遊星キャリヤ１６４を介して出力フランジ１０８を回転させる。
【００４２】
なお、第２実施形態の駆動装置１５０は、第１実施形態の駆動装置１００と同様に、第１ピニオン軸１０２と同軸上にブレーキ機構１３０が設けられている。したがって、第２実施形態の駆動装置１５０によれば、ブレーキ機構１３０に関し、第１実施形態のブレーキ機構１３０と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
加えて、第２実施形態の駆動装置１５０は、出力軸１０６の代わりに、遊星ギヤユニット１６０が設けられているため、駆動伝達系の最終段のギヤ（太陽ギヤ１６１）にかかる負荷を、複数の遊星ギヤ１６２に分散することができる。すなわち、駆動伝達系の最終段のギヤ（太陽ギヤ１６１）の一歯当たりにかかる負荷を低下させることができるため、当該ギヤの長寿命化を図ることができる。特に、本構成は、出力トルクが比較的大きいモータ１０１を用いた場合に、より有用である。
【００４４】
〔第３実施形態〕
次に、図６〜図１１を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
【００４５】
（駆動装置６００の構成）
図６は、本発明の第３実施形態に係る駆動装置６００の構成を示す平面図である。図６に示す駆動装置６００は、２つのモータ（第１のモータ６０１および第２のモータ６５１）を備えており、これら２つのモータの回転を、第１の駆動伝達系および第２の駆動伝達系によって出力ギヤ６０８に伝達し、当該出力ギヤ６０８を回転させる構成を有している。
【００４６】
駆動装置６００において、第１のモータ６０１の駆動軸６０１Ａの回転は、第１の駆動伝達系によって減速され、出力ギヤ６０８へと伝わる。第１の駆動伝達系は、第１実施形態の駆動伝達系と同様に、複数段のギヤおよび複数の回転軸（第１ピニオン軸６０２、第１ギヤ６０３、第２ピニオン軸６０４、第２ギヤ６０５、第３ピニオン軸６０６、および第３ギヤ６０７）を有して構成されている。第１の駆動伝達系は、駆動軸６０１Ａとともに、ハウジング６２０内に収容されている。駆動軸６０１Ａは、ハウジング６２０の底面に取り付けられた第１のモータ６０１から、ハウジング６２０の内部へと挿入されている。
【００４７】
また、駆動装置６００において、第１の駆動伝達系に対しては、当該第１の駆動伝達系の回転を制動するためのブレーキ機構６３０が設けられている。ブレーキ機構６３０は、第１実施形態と同様に、第１ピニオン軸６０２と同軸上（第１ピニオン軸６０２のハウジング６２０の上面から突出した部分）に設けられている。すなわち、第３実施形態の駆動装置６００によれば、第１実施形態のブレーキ機構１３０による効果と同様の効果を奏することができる。
【００４８】
駆動装置６００において、第２のモータ６５１の駆動軸６５１Ａの回転は、第２の駆動伝達系によって減速され、出力フランジ１０８へと伝わる。第２の駆動伝達系は、第１実施形態の駆動伝達系と同様に、複数段のギヤおよび複数の回転軸（第１ピニオン軸６５２、第１ギヤ６５３、第２ピニオン軸６５４、第２ギヤ６５５、第３ピニオン軸６５６、および第３ギヤ６５７）を有して構成されている。第２の駆動伝達系は、駆動軸６５１Ａとともに、ハウジング６２０内に収容されている。駆動軸６５１Ａは、ハウジング６２０の底面に取り付けられた第２のモータ６５１から、ハウジング６２０の内部へと挿入されている。
【００４９】
また、駆動装置６００において、第２の駆動伝達系に対しては、当該第２の駆動伝達系の回転を制動するためのブレーキ機構６８０が設けられている。ブレーキ機構６８０は、第１実施形態と同様に、第１ピニオン軸６５２と同軸上（第１ピニオン軸６５２のハウジング６２０の上面から突出した部分）に設けられている。すなわち、第３実施形態の駆動装置６００によれば、第１実施形態のブレーキ機構１３０による効果と同様の効果を奏することができる。
【００５０】
なお、第１の駆動伝達系および第２の駆動伝達系の具体的な構成は、第１実施形態の駆動伝達系（図２参照）と同様であるため、説明を省略する。但し、この第３実施形態では、第１の駆動伝達系および第２の駆動伝達系を４軸構成としている点で、３軸構成を採用している第１実施形態と異なる。
【００５１】
このように構成された駆動装置６００は、例えば、第１のモータ６０１の駆動軸６０１Ａの回転方向と、第２のモータ６５１の駆動軸６５１Ａの回転方向とを互いに異ならせることにより、出力ギヤ６０８のバックラッシュ（ギヤ間の隙間）を低減することができる。
【００５２】
また、駆動装置６００は、例えば、第１のモータ６０１の駆動軸６０１Ａの回転方向と、第２のモータ６５１の駆動軸６５１Ａの回転方向とを互いに一致させることにより、出力ギヤ６０８を高トルク（２つのモータ６０１，６５１の出力トルクの合成トルク）で回転駆動することができる。
【００５３】
ここで、駆動装置６００は、第１のモータ６０１および第２のモータ６５１の各々の電圧指令値を制御するオフセット制御を行うことで、これら２つのモータ６０１，６５１と出力ギヤ６０８との間のバックラッシュを解消しつつ、これら２つのモータ６０１，６５１を駆動することができる。すなわち、駆動装置６００によれば、電圧制御によりバックラッシュを解消させることができるため、従来の電流制御によるバックラッシュを解消させる方法と比較して、低コストでバックラッシュを解消することができる。以下、これらの点について、具体的に説明する。
【００５４】
（制御基板２１０の構成）
図７は、本発明の第３実施形態に係る制御基板２１０の構成を示す図である。図７に示すように、制御基板２１０は、位置・速度制御部２１３、ドライバ２２３、およびドライバ２２４を備えている。制御基板２１０は全ての機能を回路で実行する他、それらの機能の一部をソフトウェア（ＣＰＵ）によって実行するものであっても良い。また、制御基板２１０は、複数の回路又は複数のソフトウェアによって実行されるものであっても良い。
【００５５】
ここで、図７に示すように、第１のモータ６０１は、エンコーダ６０１Ｂを有している。具体的には、エンコーダ６０１Ｂは、第１のモータ６０１の駆動軸６０１Ａに設けられており、第１のモータ６０１のエンコーダ信号ｅｎｃ１を出力する。エンコーダ信号ｅｎｃ１は、制御基板２１０の位置・速度制御部２１３に供給され、位置・速度制御部２１３によって第１のモータ６０１の位置および速度のＰＩＤ制御に用いられる。
【００５６】
また、図７に示すように、第２のモータ６５１は、エンコーダ６５１Ｂを有している。具体的には、エンコーダ６５１Ｂは、第２のモータ６５１の駆動軸６５１Ａに設けられており、第２のモータ６５１のエンコーダ信号ｅｎｃ２を出力する。エンコーダ信号ｅｎｃ２は、制御基板２１０の位置・速度制御部２１３に供給され、位置・速度制御部２１３によって第２のモータ６５１の位置および速度のＰＩＤ制御に用いられる。
【００５７】
位置・速度制御部２１３は、上位コントローラから入力される位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔと、エンコーダ６０１Ｂから出力される第１のモータ６０１のエンコード信号ｅｎｃ１とに基づき、第１のモータ６０１のＰＩＤ制御を行う。その結果、位置・速度制御部２１３は、第１のモータ６０１の駆動軸６０１Ａの位置および速度を、位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔに一致させるための、第１のモータ６０１の電圧指令値ｄｒｖｏｕｔをドライバ２２３へ出力する。ドライバ２２３は、入力された電圧指令値ｄｒｖｏｕｔに応じて、第１のモータ６０１の駆動信号（ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ等、モータ形態に合わせた駆動信号）を生成し、当該駆動信号を第１のモータ６０１へ出力する。これにより、第１のモータ６０１の駆動軸６０１Ａが回転することとなる。
【００５８】
また、位置・速度制御部２１３は、上位コントローラから入力される位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔと、エンコーダ６５１Ｂから出力される第２のモータ６５１のエンコード信号ｅｎｃ２とに基づき、第２のモータ６５１のＰＩＤ制御を行う。その結果、位置・速度制御部２１３は、第２のモータ６５１の駆動軸６５１Ａの位置および速度を、位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔに一致させるための、第２のモータ６５１の電圧指令値ｄｒｖｏｕｔをドライバ２２４へ出力する。ドライバ２２４は、入力された電圧指令値ｄｒｖｏｕｔに応じて、第２のモータ６５１の駆動信号（ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ等、モータ形態に合わせた駆動信号）を生成し、当該駆動信号を第２のモータ６５１へ出力する。これにより、第２のモータ６５１の駆動軸６５１Ａが回転することとなる。
【００５９】
位置・速度制御部２１３は、第１のモータ６０１および第２のモータ６５１の各々の電圧指令値を制御するオフセット制御を行うことで、これら２つのモータ６０１，６５１と出力ギヤ６０８（図６参照）との間のバックラッシュを解消しつつ、これら２つのモータ６０１，６５１を駆動できるようにする。なお、位置・速度制御部２１３によるオフセット制御の詳細については、図８以降に説明する。
【００６０】
（位置・速度制御部２１３によるオフセット制御）
続いて、図８〜図１１を参照して、位置・速度制御部２１３によるオフセット制御について説明する。このオフセット制御は、第１のモータ６０１および第２のモータ６５１を駆動する際に、これら２つのモータ６０１，６５１の電圧指令値を制御することにより、これら２つのモータ６０１，６５１と出力ギヤ６０８との間のバックラッシュを解消させるためのものであり、制御基板２１０が備える位置・速度制御部２１３（図７参照）によって行われる。
【００６１】
（オフセット制御の具体例）
図８は、本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部２１３によるオフセット制御の具体例を表すグラフである。図８のグラフにおいて、横軸は、オフセット制御による制御前の入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを表しており、縦軸は、オフセット制御による制御後の出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔを表している。また、図８のグラフにおいて、実線は、第１のモータ６０１の電圧指令値を表しており、点線は、第２のモータ６５１の電圧指令値を表している。
【００６２】
図８の例において、まず、位置・速度制御部２１３は、図中Ａに示すように、第１のモータ６０１に対して、出力ギヤ６０８を駆動方向とは逆方向に駆動させるオフセット電圧ｏｆｆｓｅｔが加わるように、第１のモータ６０１の電圧指令値（オフセット電圧指令値）を出力する。その状態で、位置・速度制御部２１３は、第２のモータ６５１に対して、オフセット電圧ｏｆｆｓｅｔの絶対値と同値の電圧が加わりつつ、出力ギヤ６０８を駆動方向に駆動させる駆動電圧が徐々に加わるように、第２のモータ６５１の電圧指令値を制御する。これにより、出力ギヤ６０８に対し、２つのモータ６０１，６５１の双方から互いに逆方向の駆動力が加えられるため、出力ギヤ６０８と２つのモータ６０１，６５１との間のバックラッシュが解消されることとなる。なお、オフセット電圧ｏｆｆｓｅｔは、ギヤ間の隙間を解消するためのものであり、外部負荷がかからないため、駆動電圧の５％程度で十分である。
【００６３】
次に、位置・速度制御部２１３は、図中Ｂに示すように、駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔにおいて、第２のモータ６５１の出力が限界値に達すると、第２のモータ６５１に駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔが印加された状態を維持するように、第２のモータ６５１の電圧指令値を制御する。その状態で、位置・速度制御部２１３は、第１のモータ６０１に対して、出力ギヤ６０８を駆動方向に駆動させる駆動電圧が徐々に加わるように、第１のモータ６０１の電圧指令値を制御する。これにより、出力ギヤ６０８に対し、２つのモータ６０１，６５１の双方から互いに同方向の駆動力が加えられるため、出力ギヤ６０８の駆動トルクを高めることができる。このとき、図中Ａで第２のモータ６５１の駆動電圧を上昇させるときと同じ上昇率で、第１のモータ６０１の駆動電圧を上昇させるようにするとよい。
【００６４】
そして、位置・速度制御部２１３は、図中Ｃに示すように、駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔにおいて、２つのモータ６０１，６５１の双方の出力が限界値に達すると、２つのモータ６０１，６５１の双方に対して、駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔが印加された状態を維持するように、これら２つのモータ６０１，６５１の各々の電圧指令値を制御する。
【００６５】
なお、図８の例において、図中Ａ'〜Ｃ'は、図中Ａ〜Ｃと逆方向に各モータを駆動する例を表しており、図中Ａ〜Ｃと対称的である。
【００６６】
（位置・速度制御部２１３の機能構成）
図９は、本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部２１３の機能構成を示す図である。
【００６７】
図９に示すように、位置・速度制御部２１３は、第１選択部４０１、第２選択部４０２、ＭＭＣ（マルチモータ制御部）４０３、およびＭＭＣ４０４を備えている。
【００６８】
第１選択部４０１および第２選択部４０２は、それぞれ、エンコーダ６０１Ｂから出力された第１のモータ６０１のエンコーダ信号ｅｎｃ１、および、エンコーダ６５１Ｂから出力された第２のモータ６５１のエンコーダ信号ｅｎｃ２が入力される。そして、第１選択部４０１および第２選択部４０２は、それぞれ、エンコーダ信号ｅｎｃ１、エンコーダ信号ｅｎｃ２、または、エンコーダ信号ｅｎｃ１とエンコーダｅｎｃ２との平均値を選択し、選択された信号に応じた、位置検知信号ｘｄｅｔおよび速度検知信号ｖｄｅｔを出力する。
【００６９】
ＭＭＣ４０３は、上位コントローラから、速度目標値ｖｔｇｔおよび位置目標値ｘｔｇｔが入力される。また、ＭＭＣ４０３は、第１選択部４０１から出力された位置検知信号ｘｄｅｔおよび速度検知信号ｖｄｅｔが入力される。そして、ＭＭＣ４０３は、入力された各信号に基づいてＰＩＤ制御行うことによって入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを生成し、図８に示したように、入力電圧指令値ｄｒｖｉｎから出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔへの変換を行い、第１のモータ６０１のための出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔをドライバ２２３へ出力する。また、ＭＭＣ４０３は、生成された入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを、制御電圧ｃｏｎｔｏｕｔ２として、ＭＭＣ４０４に出力する。また、ＭＭＣ４０３は、入力電圧指令値ｄｒｖｉｎの代わりに、ＭＭＣ４０４から出力された制御電圧ｃｏｎｔｏｕｔ２を用いて、出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔへの変換を行うことができる。
【００７０】
ＭＭＣ４０４は、上位コントローラから、速度目標値ｖｔｇｔおよび位置目標値ｘｔｇｔが入力される。また、ＭＭＣ４０４は、第２選択部４０２から出力された位置検知信号ｘｄｅｔおよび速度検知信号ｖｄｅｔが入力される。そして、ＭＭＣ４０４は、入力された各信号に基づいてＰＩＤ制御行うことによって入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを生成し、図８に示したように、入力電圧指令値ｄｒｖｉｎから出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔへの変換を行い、第２のモータ６５１のための出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔをドライバ２２４へ出力する。また、ＭＭＣ４０４は、生成された入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを、制御電圧ｃｏｎｔｏｕｔ１として、ＭＭＣ４０３に出力する。また、ＭＭＣ４０４は、入力電圧指令値ｄｒｖｉｎの代わりに、ＭＭＣ４０３から出力された制御電圧ｃｏｎｔｏｕｔ１を用いて、出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔへの変換を行うことができる。
【００７１】
（ＭＭＣ４０３の機能構成）
図１０は、本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部２１３が備えるＭＭＣ４０３の機能構成を示す図である。なお、ＭＭＣ４０４の機能構成は、ＭＭＣ４０３の機能構成と同様であるため、図示および説明を省略する。
【００７２】
図１０に示すように、ＭＭＣ４０３は、ＰＩＤコントローラ４１１、ＭＵＸ（マルチプレクサ）４１２、オフセットコンバータ４１３を備えている。
【００７３】
ＰＩＤコントローラ４１１は、速度目標値ｖｔｇｔ、位置目標値ｘｔｇｔ、位置検知信号ｘｄｅｔ、速度検知信号ｖｄｅｔが入力される。そして、ＰＩＤコントローラ４１１は、これら各信号に基づいてＰＩＤ制御行うことによって入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを生成し、当該入力電圧指令値ｄｒｖｉｎをＭＵＸ４１２へ出力する。
【００７４】
ＭＵＸ４１２は、外部入力信号ｐｗｍ＿ｅｘｇに基づいて、ＰＩＤコントローラ４１１から出力された入力電圧指令値ｄｒｖｉｎ、または、ＭＭＣ４０４から出力された制御電圧ｃｏｎｔｏｕｔ２を選択して出力する。
【００７５】
オフセットコンバータ４１３は、図８に示したように、入力電圧指令値ｄｒｖｉｎ（または制御電圧ｃｏｎｔｏｕｔ２）から出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔへの変換を行い、当該出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔをドライバ２２３へ出力する。
【００７６】
なお、オフセットコンバータ４１３には、各種パラメータとして、ｄｒｖｌｉｍｉｔ、ｏｆｆｓｅｔ、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌ、ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎが入力される。ｄｒｖｌｉｍｉｔは、モータの出力が限界値に達するときの電圧である。ｏｆｆｓｅｔは、駆動電圧とは反対側にかけるオフセット電圧値である。ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌは、正側に駆動電圧を印加するか、負側に駆動電圧を印加するかの選択値である。ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎは、オフセット制御を行うか否かの選択値である。これらのパラメータは、例えば、制御基板２１０が備えるメモリ等に予め格納されている。
【００７７】
（第１選択部４０１の機能構成）
図１１は、本発明の第３実施形態に係る位置・速度制御部２１３が備える第１選択部４０１の機能構成を示す図である。なお、第２選択部４０２の機能構成は、第１選択部４０１の機能構成と同様であるため、図示および説明を省略する。
【００７８】
図１１に示すように、第１選択部４０１は、検出部４２１、検出部４２２、ＭＵＸ４２３、およびＭＵＸ４２４を備えている。
【００７９】
検出部４２１は、第１のモータ６０１のエンコーダ６０１Ｂから出力されたエンコーダ信号ｅｎｃ１が入力される。このエンコーダ信号ｅｎｃ１は、互いに位相差（例えば、９０度）をもつエンコーダ信号ｅｎｃ１ａおよびエンコーダ信号ｅｎｃ１ｂを含んでいる。そして、検出部４２１は、エンコーダ信号ｅｎｃ１ａおよびエンコーダ信号ｅｎｃ１ｂに基づいて、位置検知信号ｘｄｅｔおよび速度検知信号ｖｄｅｔを生成して、これら２つの信号をＭＵＸ４２３およびＭＵＸ４２４の各々に出力する。
【００８０】
検出部４２２は、第２のモータ６５１のエンコーダ６５１Ｂから出力されたエンコーダ信号ｅｎｃ２が入力される。このエンコーダ信号ｅｎｃ２は、互いに位相差（例えば、９０度）をもつエンコーダ信号ｅｎｃ２ａおよびエンコーダ信号ｅｎｃ２ｂを含んでいる。そして、検出部４２２は、エンコーダ信号ｅｎｃ２ａおよびエンコーダ信号ｅｎｃ２ｂに基づいて、位置検知信号ｘｄｅｔおよび速度検知信号ｖｄｅｔを生成して、これら２つの信号をＭＵＸ４２３およびＭＵＸ４２４の各々に出力する。
【００８１】
ＭＵＸ４２３およびＭＵＸ４２４は、それぞれ、エンコーダ信号ｅｎｃ１、エンコーダ信号ｅｎｃ２、または、エンコーダ信号ｅｎｃ１とエンコーダｅｎｃ２との平均値を選択し、選択された信号に応じた、位置検知信号ｘｄｅｔおよび速度検知信号ｖｄｅｔを出力する。この際、位置検知信号ｘｄｅｔの選択は、外部入力信号ｘｄｅｔｓｅｌに基づいて行われる。また、速度検知信号ｖｄｅｔの選択は、外部入力信号ｖｄｅｔｓｅｌに基づいて行われる。
【００８２】
〔実施例〕
図１２は、本発明の実施例に係るロボット７００の一部概略構成を示す図である。図１２にその一部（ロボットアームの関節部分）を示すロボット７００は、産業用ロボット、家庭用ロボット等、ロボットアームを備える様々な用途のロボットが対象となり得る。図１２に示すように、ロボット７００は、支持体７１０、駆動装置７２０、およびアーム本体７３０を備えている。
【００８３】
アーム本体７３０は、「駆動対象」の一例であり、その末端部分に有する回転軸７１０Ａにおいて、支持体７１０によって回転自在に軸支されている。アーム本体７３０は、駆動装置７２０から出力される回転力によって、回転軸７１０Ａを中心として回転可能である。
【００８４】
駆動装置７２０は、モータ７２１の回転を駆動伝達系によって出力フランジ７２２へ伝達し、出力フランジ７２２を回転させる装置である。図１２に示すように、駆動装置７２０は、出力フランジ７２２の回転軸が、アーム本体７３０の回転軸７１０Ａと一致するように、支持体７１０の内部に配置され、複数の固定ネジ７１１によって、支持体７１０の内側に固定される。
【００８５】
出力フランジ７２２は、複数の固定ネジ７１２によって、アーム本体７３０に固定される。これにより、出力フランジ７２２が回転すると、当該出力フランジ７２２に固定されたアーム本体７３０が回転することとなる。アーム本体７３０の回転方向および回転量（回転角度）の制御は、上位コントローラからモータ７２１の回転方向および回転量（回転角度）を制御することによって、実現される。
【００８６】
出力フランジ７２２の先端には、インロー７２３が取り付けられており、当該インロー７２３がアーム本体７３０の凹み部に嵌め込まれることにより、出力フランジ７２２の中心が位置決めされる。また、出力フランジ７２２の表面から突出したピン７２４を、アーム本体７３０の他の凹み部にはめ込むことで、出力フランジ７２２の回転方向の位置決めおよび滑り止めがなされる。
【００８７】
例えば、このように構成された本実施例のロボット７００において、駆動装置７２０の構成として、第１〜第３実施形態の駆動装置１００，１５０，６００のいずれかと同様の構成を採用することができる。これにより、アーム本体７３０の回転をブレーキ機構によって制動可能としつつ、駆動装置７２０の全体サイズの大型化を抑制することができるため、例えば、支持体７１０の比較的狭いスペース内に駆動装置７２０を設置することができる等、駆動装置７２０の設置位置に関する柔軟性を高めることが可能となる。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施形態および実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態および実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
【００８９】
例えば、上記実施例では、本発明の駆動装置をロボットアームの駆動に適用する例を説明したが、本発明の駆動装置は、当該駆動装置から出力される回転力を利用して動作するものであれば、如何なる駆動対象にも適用することが可能である。
【００９０】
一例として、本発明は、ＭＦＰ（MultiFunction Peripheral）等の画像形成装置において、各種ローラ（例えば、給紙ローラ、紙搬送ローラ等）を駆動する構成に適用することができる。また、他の一例として、本発明は、シート状のプリプレグや、紙幣等を搬送する搬送装置において、搬送ローラを駆動する構成に適用することができる。その他、本発明は、例えば自動車やロボットやアミューズメント機器等において、２つのモータによって駆動される回転軸の回転運動により、動力を得ることを目的とする構成に適用することができる。
【００９１】
また、上記各実施形態において、制御基板の配置を、例えば図１３に示すように変形してもよい。図１３は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１００における制御基板１４０の配置の変形例を示す図である。図１３に示す例では、制御基板１４０が駆動装置１００の本体の外部に設けられている。この変更に伴い、制御基板１４０が設けられていた位置には、センサ基板１７０が設けられている。そして、角度センサ１４２は、センサ基板１７０の出力軸１０６の端部と対向する位置に設けられている。角度センサ１４２の検出信号は、センサ基板１７０に設けられているコネクタ１７０Ａを介して、制御基板１４０へ出力される。
【符号の説明】
【００９２】
１００  駆動装置
１０１  モータ
１０２  第１ピニオン軸
１０３  第１ギヤ
１０４  第２ピニオン軸
１０５  第２ギヤ
１０６  出力軸
１０７  出力ギヤ
１０８  出力フランジ
１２０  ハウジング
１３０  ブレーキ機構
１４０  制御基板
１４３  ドライバ
７００  ロボット
７１０  支持体
７２０  駆動装置
７３０  アーム本体（駆動対象）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特許第５５４９９５０号公報
【特許文献２】特許第５５７３９８７号公報
【特許文献３】特許第５９７６４００号公報
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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