(57)【要約】【課題】ロボットハンドに備えられるエンコーダの厚みを薄くする。【解決手段】ロボットハンドは、指部を回動させるためのモータと、モータの回転状態を検出するエンコーダ１００とを備える。エンコーダ１００は、モータ回転軸５３と一体的に回転するディスク１５０と、ディスク１５０を覆う内側カバー１２０および外側カバー１６０と、光センサ１１３が取り付けられた回路基板１１０とを備える。内側カバー１２０は、中央部分に貫通穴１２３が形成された基板支持部１２２を有する。回路基板１１０は、光センサ１１３が貫通穴１２３に挿入されてディスク１５０と対向した状態で、基板支持部１２２におけるモータ側の表面に当接する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより回動される可動部を有するロボットハンドに用いられ、前記可動部の回転状態を検出可能なロボットハンド用エンコーダであって、
前記モータの回転軸と一体的に回転する円盤部と、
前記モータと前記円盤部との間に設けられる第１カバーと、
前記円盤部を覆うように前記第１カバーと当接する第２カバーと、
前記円盤部の回転状態を検出するための光を前記円盤部との間で送受信するための光センサが主表面に取り付けられた回路基板とを備え、
前記第１カバーは、前記回路基板を前記モータ側の表面で支持する支持部を有し、
前記支持部の一部には、前記光センサを挿入可能な貫通穴が形成され、
前記回路基板の前記主表面は、前記光センサが前記貫通穴に挿入されて前記円盤部と対向した状態で、前記支持部における前記モータ側の表面に当接する、ロボットハンド用エンコーダ。
【請求項２】
前記支持部は、前記第１カバーにおける前記支持部の周囲よりも前記モータから離隔する側に窪んでいる、請求項１に記載のロボットハンド用エンコーダ。
【請求項３】
前記回路基板は、前記第１カバーの前記貫通穴を覆った状態で前記支持部に支持され、
前記回路基板の裏面は、前記モータ側に露出する、請求項１または２に記載のロボットハンド用エンコーダ。
【請求項４】
前記モータにより回動される関節部分を前記可動部として有する指を備え、前記指の前記関節部分に請求項１〜３のいずれかに記載のロボットハンド用エンコーダが取り付けられた、ロボットハンド。
【請求項５】
前記モータの回転軸は、前記円盤部の回転軸に接続されるとともに、前記指を構成する骨格部材にモータ軸受を介して回転可能に支持され、
前記円盤部の回転軸は、前記第１カバーにエンコーダ軸受を介して回転可能に支持され、
前記エンコーダ軸受の径は、前記モータ軸受の径よりも小さく、
前記回路基板および前記光センサは、前記エンコーダ軸受の軸方向において前記エンコーダ軸受と重なる位置に配置される、請求項４に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンド用エンコーダおよびロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１９８４２４号公報（特許文献１）には、光学式のエンコーダを備えた振動アクチュエータが開示されている。この振動アクチュエータにおいては、軸受を介してベース部材に回転可能に支持された振動アクチュエータの構成部品である回転体に円環型の振動体を配置し、振動体を振動させることによって回転体を回転させる。エンコーダは、回転体に直接取り付けられたスケール（コード）と、スケールとベース部材との間に配置された反射型の光センサとで構成される。スケールを振動アクチュエータの回転体に直接取り付けることによって、エンコーダを含めた装置全体の厚み（回転軸方向の幅）が薄型化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的なエンコーダにおいては、検出対象であるアクチュエータの出力軸に一体的に回転するホイールディスクが設けられ、このホイールディスクにスケールが取り付けられてエンコーダが構成される。したがって、スケールがアクチュエータの構成部品である回転体に直接取り付けられる特許文献１の技術を、スケールが回転体とは別のホイールディスクに取り付けられる一般的なエンコーダにそのまま適用することはできない。
【０００５】
また、光学式のエンコーダを正常に機能させるためには、スケールと光センサとの距離を一定とする必要があり、任意に変更することはできない。そのため、エンコーダを薄型化するためには、スケールと光センサとの距離以外の部分の厚みを薄くする必要がある。しかしながら、特許文献１に開示された装置においては、スケールとベース部材との間に光センサを配置したものに過ぎない。したがって、エンコーダの厚みとしては、スケールと光センサとの距離に加えて、ベース部材の厚みと光センサの厚みとを確保する必要があり、薄型化のためには更なる改善が必要である。
【０００６】
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って、その目的は、ロボットハンドの可動部に用いられるエンコーダの厚み（回転軸方向の幅）を薄くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  この発明に係るロボットハンド用エンコーダは、モータにより回動される可動部を有するロボットハンドに用いられ、可動部の回転状態を検出可能なロボットハンド用エンコーダであって、モータの回転軸と一体的に回転する円盤部と、モータと円盤部との間に設けられる第１カバーと、円盤部を覆うように第１カバーと当接する第２カバーと、円盤部の回転状態を検出するための光を円盤部との間で送受信するための光センサが主表面に取り付けられた回路基板とを備える。第１カバーは、回路基板をモータ側の表面で支持する支持部を有する。支持部の一部には、光センサを挿入可能な貫通穴が形成される。回路基板の主表面は、光センサが貫通穴に挿入されて円盤部と対向した状態で、支持部におけるモータ側の表面に当接する。
【０００８】
このような構成によれば、光センサが第１カバーの支持部の一部に形成された貫通穴に挿入される。これにより、光センサがモータの回転軸方向において第１カバーと重なる。そのため、光センサの厚みに相当する分だけエンコーダを薄くすることができる。
【０００９】
（２）  好ましくは、支持部は、第１カバーにおける支持部の周囲よりもモータから離隔する側に窪んでいる。
【００１０】
このような構成によれば、支持部がモータから離隔する側に窪んでおり、その窪みに回路基板が配置される。これにより、光センサに加えて回路基板もモータの回転軸方向において第１カバーと重なる。そのため、光センサに加えて回路基板の厚みに相当する分だけエンコーダをさらに薄くすることができる。
【００１１】
（３）  好ましくは、回路基板は、第１カバーの貫通穴を覆った状態で支持部に支持される。回路基板の裏面は、モータ側に露出する。
【００１２】
このような構成によれば、回路基板を覆う新たなカバーを別途設ける場合に比べて、エンコーダの厚みを薄くすることができる。
【００１３】
（４）  この発明の別の局面に係るロボットハンドは、モータにより回動される関節部分を可動部として有する指を備え、指の関節部分に上記（１）〜（３）のいずれかに記載のロボットハンド用エンコーダが取り付けられる。
【００１４】
このような構成によれば、厚みの薄いエンコーダをロボットハンドの指の関節部分に用いるため、関節部分が太くなることを抑制することができる。
【００１５】
（５）  好ましくは、モータの回転軸は、円盤部の回転軸に接続されるとともに、指を構成する骨格部材にモータ軸受を介して回転可能に支持される。円盤部の回転軸は、第１カバーにエンコーダ軸受を介して回転可能に支持される。エンコーダ軸受の径は、モータ軸受の径よりも小さい。回路基板および光センサは、エンコーダ軸受の軸方向においてエンコーダ軸受と重なる位置に配置される。
【００１６】
このような構成によれば、エンコーダ軸受をモータ軸受とは別々に設けることでエンコーダ軸受の径をモータ軸受の径よりも小さくし、モータ軸受の径を小さくしたスペースを利用して回路基板および光センサをエンコーダ軸受の軸方向においてエンコーダ軸受と重なる位置に配置している。これにより、エンコーダ軸受をモータ軸受と共通化する場合よりも、エンコーダの厚みを薄くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ロボットハンドの可動部に用いられるエンコーダの厚みを薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ロボットハンドの斜視図である。
【図２】先端部と中間部とエンコーダとの接続構造を模式的に示す図である。
【図３】エンコーダの内部構成を説明するための図である。
【図４】エンコーダ単体の斜視図である。
【図５】エンコーダをモータに取り付けた状態におけるエンコーダの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２０】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００２１】
図１は、本実施の形態によるロボットハンド１の斜視図である。ロボットハンド１は、基部２に支持された３本の指部３で対象物を把持可能に構成される。なお、各指部３の構成および機構は基本的に同じであるため、以下では、図１中の最も右側に配置される指部３について説明する。
【００２２】
指部３は、先端部１０と、根元部３０と、先端部１０と根元部３０との間に設けられる中間部２０とを含む。
【００２３】
先端部１０は、中間部２０に対して回転軸Ｃ１を中心軸として回動可能に支持される。先端部１０は、中間部２０の内部に設けられるモータ５０（後述の図２参照）を駆動させることによって、中間部２０に対して回動される。
【００２４】
同様に、中間部２０は、根元部３０に対して回転軸Ｃ２を中心軸として回動可能に支持され、根元部３０の内部に設けられるモータ（図示せず）を駆動させることによって根元部３０に対して回動される。また、根元部３０は、基部２に対して回転軸Ｃ３を中心軸として回動可能に支持され、基部２の内部に設けられるモータ（図示せず）を駆動させることによって基部２に対して回動される。
【００２５】
中間部２０の側面には、中間部２０の内部に設けられたモータ５０の回転状態を検出する光学式のエンコーダ１００が取り付けられる。
【００２６】
エンコーダ１００の厚み（回転軸Ｃ１方向の幅）が大きくなると、指部３が太くなり指部３の可動範囲などに影響を及ぼしかねない。そのため、本実施の形態では、後述するように、エンコーダ１００の厚みを薄くするための構成を採用している。
【００２７】
図２は、先端部１０と中間部２０とエンコーダ１００との接続構造を模式的に示す図である。上述したように、中間部２０の内部には、先端部１０を回動させるためのモータ５０が設けられる。
【００２８】
モータ５０は、超音波モータである。モータ５０は、回転軸Ｃ１周りに回転可能なロータ５１と、ロータ５１に接触する振動体５２と、ロータ５１の回転軸に固定されたモータ回転軸５３とを含む。振動体５２が超音波振動を発生することによってロータ５１が回転する。モータ回転軸５３は、ロータ５１の両端から回転軸Ｃ１方向に突出し、中間部２０の筐体（骨格部材）２１にモータ軸受５４を介して回転可能に支持される。
【００２９】
モータ回転軸５３の一方の端部は、先端部１０に接続される。モータ回転軸５３が回転軸Ｃ１を中心軸として回転することによって、先端部１０が中間部２０に対して回動する。
【００３０】
モータ回転軸５３の他方の端部は、エンコーダ１００の内部に設けられるホイールディスク１５０（後述の図３参照）に接続される。
【００３１】
エンコーダ１００は、内側カバー１２０と外側カバー１６０とで覆われる。内側カバー１２０は、中間部２０の筐体２１に当接する。
【００３２】
図３は、エンコーダ１００の内部構成を説明するための図である。
エンコーダ１００は、回路基板１１０と、内側カバー１２０と、エンコーダ軸受１３０と、所定間隔で配列された複数のコードが刻まれたコードホイール１４０（以下、単に「コード１４０」という）と、コード１４０が接着されるホイールディスク１５０（単に「ディスク１５０」という）と、外側カバー１６０と、ネジ１７０とを含む。
【００３３】
ディスク１５０の回転軸１５１の内部にはＤ字状の断面を有する空洞が回転軸Ｃ１方向に沿って形成され、この空洞にＤ字状の断面を有するモータ回転軸５３の先端が挿入（嵌合）される。これにより、ディスク１５０はモータ回転軸５３と一体的に回転する。
【００３４】
内側カバー１２０には、軸受挿入穴１２１が形成される。この軸受挿入穴１２１にエンコーダ軸受１３０が挿入され、エンコーダ軸受１３０の内側にディスク１５０の回転軸１５１が挿入される。これにより、ディスク１５０は、内側カバー１２０にエンコーダ軸受１３０を介して回転可能に支持される。
【００３５】
外側カバー１６０は、ディスク１５０を覆うように内側カバー１２０と当接する。
回路基板１１０は、反射型の光センサ１１３および電子回路１１２が取り付けられた主表面１１１Ａと、光センサ１１３および電子回路１１２が取り付けられていない裏面１１１Ｂとを有する。光センサ１１３は、ディスク１５０の回転状態を検出するための光をコード１４０に送信し、コード１４０からの反射光を受信する。
【００３６】
内側カバー１２０には、回路基板１１０を支持するための基板支持部１２２が形成される。基板支持部１２２は、内側カバー１２０における基板支持部１２２の周囲の部分よりも、モータ５０から離隔する側に窪んでいる。基板支持部１２２の中央部分には、光センサ１１３を挿入可能な貫通穴１２３が形成される。
【００３７】
回路基板１１０の主表面１１１Ａは、光センサ１１３が貫通穴１２３に挿入されてコード１４０と対向した状態で、基板支持部１２２におけるモータ５０側の表面に当接する（後述の図５参照）。
【００３８】
回路基板１１０は、４本のネジ１７０によって、内側カバー１２０の基板支持部１２２および外側カバー１６０に固定される。
【００３９】
図４は、エンコーダ１００単体の斜視図である。図４に示すように、回路基板１１０は、貫通穴１２３を覆った状態で内側カバー１２０に固定される。そして、回路基板１１０の裏面１１１Ｂは、エンコーダ１００の表面（モータ５０側）に露出しており、エンコーダ１００のケースの一部として機能する。
【００４０】
図５は、エンコーダ１００をモータ５０に取り付けた状態におけるエンコーダ１００の断面を模式的に示す図である。
【００４１】
エンコーダ１００を正常に機能させるためには、コード１４０と光センサ１１３との距離αを一定とする必要があり、距離αを任意に変更することはできない。この点を考慮し、本実施の形態では、距離α以外の部分の厚みを薄くする構成を採用することで、エンコーダ１００の薄型化を実現している。以下、具体的に説明する。
【００４２】
（１）  本実施の形態によるエンコーダ１００は、図５に示すように、回路基板１１０の主表面１１１Ａに取り付けられた光センサ１１３を基板支持部１２２の中央部分に形成された貫通穴１２３に挿入した状態で、回路基板１１０の主表面１１１Ａを基板支持部１２２におけるモータ５０側の表面１２４に当接させている。そのため、エンコーダ１００の厚みを薄くすることができる。
【００４３】
すなわち、仮に、内側カバー１２０とコード１４０との間に回路基板１１０を配置するとともに回路基板１１０とコード１４０との間に光センサ１１３を配置する構成（従来相当の構成）である場合、エンコーダ１００の厚みとして距離α、内側カバー１２０の厚み、回路基板１１０の厚み、光センサ１１３の厚みをすべて確保する必要がある。
【００４４】
これに対し、本実施の形態では、内側カバー１２０の一部に貫通穴１２３を形成し、この貫通穴１２３に光センサ１１３が挿入される。これにより、光センサ１１３が回転軸Ｃ１方向において内側カバー１２０と重なる。そのため、エンコーダ１００の厚みとして内側カバー１２０の厚みを確保することで光センサ１１３の厚みも確保したことになる。その結果、従来相当の構成に比べて、エンコーダ１００の厚みを光センサ１１３の厚み分薄くすることができる。
【００４５】
（２）  さらに、本実施の形態においては、図５に示すように、基板支持部１２２がモータ５０から離隔する側に窪んでおり、その窪みに回路基板１１０が配置される。これにより、回路基板１１０も回転軸Ｃ１方向において内側カバー１２０と重なる。そのため、内側カバー１２０の厚みを確保することで、光センサ１１３だけでなく回路基板１１０の厚みも確保したことになる。その結果、従来相当の構成に比べて、エンコーダ１００の厚みを光センサ１１３および回路基板１１０の厚み分薄くすることができる。
【００４６】
（３）  さらに、本実施の形態においては、回路基板１１０の裏面１１１Ｂが、エンコーダ１００の表面（モータ５０側）に露出している（上述の図４参照）。エンコーダ１００をモータ５０に取り付けた状態では、図５に示すように、回路基板１１０が中間部２０の筐体２１に直接的に対向している。そのため、回路基板１１０と中間部２０との間に回路基板１１０を覆う新たなカバーを別途設ける場合に比べて、エンコーダ１００の厚みを薄くすることができる。
【００４７】
（４）  さらに、本実施の形態においては、エンコーダ軸受１３０をモータ軸受５４とは別々に設けることでエンコーダ軸受１３０の径をモータ軸受５４の径よりも小さくした上で、回転軸Ｃ１方向（すなわちエンコーダ軸受１３０の軸方向）においてエンコーダ軸受１３０と重なる位置に回路基板１１０および光センサ１１３を配置している。これにより、エンコーダ軸受１３０をモータ軸受５４と共通化する場合よりもエンコーダ１００の厚みを薄くすることができる。
【００４８】
すなわち、モータ５０を支持するモータ軸受５４は比較的高い耐荷重性を要するため、モータ軸受５４の径は比較的大きくなる。したがって、仮に、エンコーダ軸受１３０をモータ軸受５４と共通化すると、本来であれば比較的小さい径でも問題のないエンコーダ軸受１３０の径もモータ軸受５４の径に合わせて大きくなってしまう。この影響で回路基板１１０および光センサ１１３を回転軸Ｃ１方向においてエンコーダ軸受１３０と重なる位置に配置できない場合には、回路基板１１０および光センサ１１３を回転軸Ｃ１方向においてエンコーダ軸受１３０よりも外側（コード１４０側）にずらして配置せざるを得ず、エンコーダ１００の厚みが増してしまう。
【００４９】
これに対し、本実施の形態においては、エンコーダ軸受１３０をモータ軸受５４とは別々に設けることでエンコーダ軸受１３０の径をモータ軸受５４の径よりも小さくする。そして、モータ軸受５４の径を小さくしたスペースを利用して、回路基板１１０および光センサ１１３を回転軸Ｃ１方向においてエンコーダ軸受１３０と重なる位置に配置している。これにより、エンコーダ軸受１３０をモータ軸受５４と共通化する場合よりも、エンコーダ１００の厚みを薄くすることができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態におけるロボットハンド１は、指部３の先端部１０を回動させるためのモータ５０と、モータ５０の回転状態を検出するエンコーダ１００とを備える。エンコーダ１００は、モータ回転軸５３と一体的に回転するディスク１５０と、ディスク１５０を覆う内側カバー１２０および外側カバー１６０と、光センサ１１３が取り付けられた回路基板１１０とを備える。
【００５１】
内側カバー１２０は、中央部分に貫通穴１２３が形成された基板支持部１２２を有する。回路基板１１０は、光センサ１１３が貫通穴１２３に挿入されてディスク１５０と対向した状態で、基板支持部１２２におけるモータ５０側の表面に当接する。これにより、光センサ１１３が回転軸Ｃ１方向において内側カバー１２０と重なるため、光センサ１１３の厚みに相当する分だけエンコーダを薄くすることができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態では、指部３の先端部１０を回動させるモータ５０にエンコーダ１００を取り付ける場合について説明したが、エンコーダ１００を取り付けるモータは、これに限定されない。エンコーダ１００を取り付けるモータは、たとえば、中間部２０を回動させるモータであってもよいし、根元部３０を回動させるモータであってもよい。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１  ロボットハンド、２  基部、３  指部、１０  先端部、２０  中間部、２１  筐体、３０  根元部、５０  モータ、５１  ロータ、５２  振動体、５３  モータ回転軸、５４  モータ軸受、１００  エンコーダ、１１０  回路基板、１１１Ａ  主表面、１１１Ｂ  裏面、１１２  電子回路、１１３  光センサ、１２０  内側カバー、１２１  軸受挿入穴、１２２  基板支持部、１２３  貫通穴、１２４  表面、１３０  エンコーダ軸受、１４０  コード、１５０  ディスク、１５１，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  回転軸、１６０  外側カバー、１７０  ネジ。
【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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