(57)【要約】      （修正有）【課題】角度検出軸に対する偏心を無くし、回転角度を正確に検出できるようにする。【解決手段】駆動回転軸２Ａを介して回転駆動力を出力するモータ２と、モータ２からの回転駆動力を伝達する駆動ベルト２５と、モータ２の駆動回転軸と並列に配置され、駆動ベルト２５の引張力を受け止めながら回転駆動力により回転するアイドルプーリ８０と、アイドルプーリ８０のアイドルプーリ軸８１とモータ２の駆動回転軸２Ａとの間で当該駆動回転軸２Ａと並列に配置された受動回転軸３Ａを有し、駆動ベルト２５の引張力が受動回転軸３Ａに対して加えられることなく、受動回転軸３Ａに対して伝達される回転駆動力によりその回転角度を検出するロータリーエンコーダ３とを設けるようにする。【選択図】図８
2008157338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回転軸に取り付けられた駆動側プーリを介して回転駆動力を発生するモータと、
上記モータからの上記回転駆動力を伝達する駆動ベルトと、
上記モータの上記駆動側プーリと並列に配置され、上記駆動ベルトにより引っ張られる引張力を受け止めながら上記回転駆動力により回転する調整用プーリと、
上記調整用プーリのプーリ軸と上記モータの上記駆動回転軸との間で当該駆動回転軸と並列に配置された受動回転軸を有し、上記駆動ベルトの引張力が上記受動回転軸に対して加えられることなく、上記受動回転軸に対して伝達された上記回転駆動力による回転角度を検出する角度検出センサと
を具えることを特徴とする駆動モジュール。
【請求項２】
上記角度検出センサは、ポテンショメータ又はロータリーエンコーダである
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項３】
所定の駆動モジュールを搭載したロボットであって、
上記駆動モジュールは、
駆動回転軸に取り付けられた駆動側プーリを介して回転駆動力を発生するモータと、
上記モータからの上記回転駆動力を伝達する駆動ベルトと、
上記モータの上記駆動回転軸と並列に配置され、上記駆動ベルトにより引っ張られる引張力を受け止めながら上記回転駆動力により回転する調整用プーリと、
上記調整用プーリのプーリ軸と上記モータの上記駆動回転軸との間で当該駆動回転軸と並列に配置された受動回転軸を有し、上記駆動ベルトの引張力が上記受動回転軸に対して加えられることなく、上記受動回転軸に対して伝達された上記回転駆動力による回転角度を検出する角度検出センサと
を具え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、駆動モジュール及びロボットに関し、例えば家庭用に用いられるロボットの回転駆動機構すなわち駆動モジュールに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１に示すように、ロボットの回転駆動機構として用いられる駆動モジュール１は、モータ２とロータリーエンコーダ３とがカップリング４によって直列に接続され、モータ２の駆動回転軸５の回転角度を当該ロータリーエンコーダ３によって検出する構造を有している。
【０００３】
この駆動モジュール１では、モータ２とロータリーエンコーダ３とが直列接続されており、モータ２の駆動回転軸５にラジアル方向の負荷（以下、これをラジアル負荷と呼ぶ）が加えられることはないものの、駆動回転軸５の回転角度を検出するためのロータリーエンコーダ３が駆動系と直結されているため、矢印Ａで示される長手方向へ全長が長くなってしまわざるを得ない。
【０００４】
さらに駆動モジュール１では、モータ２とロータリーエンコーダ３とを直結するためのカップリング４が必要となり、全長が一段と長くなってしまうため小型化し難く、ロボットへ搭載する際に多くのスペースを必要とせざるを得ない状況であった。
【０００５】
このような点を解消するため、図１との対応部分に同一符号を付した図２に示すような駆動モジュール１１では、モータ２が軸受１５を介してフレーム１４に対して取り付けられると共に、ロータリーエンコーダ３が軸受１６を介してフレーム１４に対して取り付けられ、モータ２の駆動ギヤ１２とロータリーエンコーダ３の従動ギヤ１３とが係合された構造を有している。
【０００６】
この駆動モジュール１１は、モータ２の回転駆動力を駆動ギヤ１２と係合された図示しないギヤを介して接続された出力対象（図示せず）へ伝達するようになされており、その際、モータ２の駆動ギヤ１２を介して回転駆動力が伝達された従動ギヤ１３の回転角度をロータリーエンコーダ３により検出することにより、出力対象の回転角度を間接的に検出するようになされている。
【０００７】
このような構造の駆動モジュール１１（図２）では、モータ２とロータリーエンコーダ３とが並列に配置された構造であるため、駆動モジュール１（図１）のようなカップリング４が不要となり、モータ２の長手方向へ全長が長くなることを防止し得るので、ロボットへ搭載する際に駆動モジュール１ほどのスペースを必要としなくなる。
【０００８】
また、図２との対応部分に同一符号を付した図３に示すような駆動モジュール２２では、モータ２が軸受１５を介してフレーム１４に対して取り付けられると共に、ロータリーエンコーダ３が軸受１６を介してフレーム１４に対して取り付けられ、モータ２の回転駆動力を駆動側プーリ２３からロータリーエンコーダ３の従動側プーリ２４へと駆動ベルト２５によって伝達する構造を有している。
【０００９】
この場合も駆動モジュール２２（図３）では、モータ２に接続された出力対象（図示せず）へ当該モータ２の回転駆動力を伝達するようになされており、従動側プーリ２４の回転角度をロータリーエンコーダ３により検出することにより、出力対象の回転角度を間接的に検出するようになされている。
【００１０】
このような構造の駆動モジュール２２（図３）においても、駆動モジュール１１（図２）と同様、モータ２とロータリーエンコーダ３とが並列に設けられた構造であるため、カップリング４（図１）が不要となり、モータ２の長手方向へ全長が長くなることを防止し得るため、ロボットへ搭載する際に駆動モジュール１（図１）ほどのスペースを必要としなくなる。
【００１１】
一方、似たようなものとして、ロータリーエンコーダを用いて関節部における一方のロボット要素から他方のロボット要素への出力伝達用の結合要素を形成したロボットの回転検出機構（例えば、特許文献１参照）や、アームをベルト巻き掛け伝導装置により駆動する多関節ロボット（例えば、特許文献２参照）がある。
【特許文献１】特開昭62-264887号公報
【特許文献２】特開平11-207681号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところでかかる構成の駆動モジュール１１（図２）及び駆動モジュール１２（図３）においては、モータ２の長手方向への全長を短くすることができるものの、駆動ギヤ１２と従動ギヤ１３との接触力や、駆動ベルト２５の張力により、ロータリーエンコーダ３の軸（角度検出軸）に対してラジアル負荷が加えられ、当該角度検出軸が偏心してしまう。
【００１３】
図４に示すように、ロータリーエンコーダ３の内部に設けられている軸（角度検出軸）３４がラジアル方向の外力Ｐ１によって偏心すると、当該ロータリーエンコーダ３のフォトインタラプタ３１からフォトトランジスタ３５へ向けて発光する光の光軸がスリッド板３２に対してズレを生じ、回転角度を誤検出してしまうという問題があった。
【００１４】
また、図５に示すように、回転角度を検出するためロータリーエンコーダ３の代わりにポテンショメータ４０が用いられている場合、外力Ｐ１により軸（角度検出軸）３４が偏心し、ブラシ４１が抵抗皮膜４２から浮き上がったときには回転角度を検出できなくなり、逆にブラシ４１が抵抗皮膜４２に押し付けられたときには磨耗が促進され、ポテンショメータ４０自体の寿命が短くなってしまうという問題があった。
【００１５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、角度検出軸に対する偏心を無くし、回転角度を正確に検出し得る駆動モジュール及びロボットを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる課題を解決するため本発明の駆動モジュールにおいては、駆動回転軸を介して回転駆動力を発生するモータと、モータからの回転駆動力を伝達する駆動ベルトと、モータの駆動回転軸と並列に配置され、駆動ベルトにより引っ張られる引張力を受け止めながら回転駆動力により回転する調整用プーリと、調整用プーリのプーリ軸とモータの駆動回転軸との間で当該駆動回転軸と並列に配置された受動回転軸を有し、駆動ベルトの引張力が受動回転軸に対して加えられることなく、受動回転軸に対して伝達された回転駆動力による回転角度を検出する角度検出センサとを設けるようにする。
【００１７】
これにより駆動モジュールでは、角度検出センサの受動回転軸に対してベルトの引張力が直接加えられることがなく受動回転軸の偏心を予め防止することができるので、伝達された回転駆動力による受動回転軸の回転角度を正確に検出することができる。
【００１８】
また本発明においては、所定の駆動モジュールを搭載したロボットであって、当該駆動モジュールは、駆動回転軸に取り付けられた駆動側プーリを介して回転駆動力を発生するモータと、モータからの回転駆動力を伝達する駆動ベルトと、モータの駆動回転軸と並列に配置され、駆動ベルトにより引っ張られる引張力を受け止めながら回転駆動力により回転する調整用プーリと、調整用プーリのプーリ軸とモータの駆動回転軸との間で当該駆動回転軸と並列に配置された受動回転軸を有し、駆動ベルトの引張力が受動回転軸に対して加えられることなく、受動回転軸に対して伝達された回転駆動力による回転角度を検出する角度検出センサとを設けるようにする。
【００１９】
これにより駆動モジュールを搭載したロボットでは、角度検出センサの受動回転軸に対してベルトの引張力が直接加えられることがなく受動回転軸の偏心を予め防止することができるので、伝達された回転駆動力による受動回転軸の回転角度を正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、角度検出センサの受動回転軸に対してベルトの引張力が直接加えられることがなく受動回転軸の偏心を予め防止することができるので、伝達された回転駆動力による受動回転軸の回転角度を正確に検出することができ、かくして角度検出軸に対する偏心を無くし、回転角度を正確に検出し得る駆動モジュール及びロボットを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００２２】
（１）ロボットにおける手部の全体構成
図６において、５０は全体として本発明のロボットにおける手部の全体構成を示し、掌部５１の周縁に内蔵された５つの基部駆動部５２Ａ〜５２Ｅに対して指機構５３Ａ〜５３Ｅがそれぞれ接続された５本指の構成を有している。
【００２３】
基部駆動部５２Ａ〜５２Ｅは、それぞれに接続された指機構５３Ａ〜５３Ｅを、当該基部駆動部５２Ａ〜５２Ｅを中心として掌部５１の表面と平行状態を保持したまま矢印方向へ揺動させることにより、掌部５１に対する指機構５３Ａ〜５３Ｅの取付角度を可変させ、手部５０全体として５本の指を扇状に展開させたり閉じたりすることが出来るようになされており、かくして指機構５３Ａ〜５３Ｅの先端間隔を適宜増減させて様々な対象物を確実に握持し得るようになされている。
【００２４】
これらの指機構５３Ａ〜５３Ｅは、基本的に同一構造であるが、親指に相当する指機構５３Ａと小指に相当する指機構５３Ｅとについては、他の指機構５３Ｂ〜５３Ｄとは異なり、関節部が少ない構造となっている。ここでは人差し指に相当する指機構５３Ｂを一例として以下説明し、残りについては便宜上その説明を省略する。
【００２５】
（２）指機構の構成
図７に示すように、指機構５３Ｂは大きく分けて３つの第１関節駆動モジュール６０Ａ〜第３関節駆動モジュール６０Ｃが直列に接続された構成を有している。
【００２６】
この第１関節駆動モジュール６０Ａ〜第３関節駆動モジュール６０Ｃは全て同一の構造であり、ここでは便宜上、第１関節駆動モジュール６０Ａについてのみ説明し、残りはその説明を省略する。
【００２７】
図８に示すように、第１関節駆動モジュール６０Ａは、その内部構造としてフレーム６１（図７）の内側にモータ２が配置され、そのモータ２の駆動回転軸２Ａに駆動側プーリ２３が取り付けられている。なお、このモータ２は駆動回転軸２Ａが軸受１６（図７）を介してフレーム６１に取り付けられている。
【００２８】
また第１関節駆動モジュール６０Ａは、モータ２と並列にロータリーエンコーダ３が配置されており、当該ロータリーエンコーダ３の受動回転軸３Ａについてもモータ２の駆動回転軸２Ａと並列した状態で配置され、その受動回転軸３Ａに駆動側プーリ２３と同一径でなる従動側プーリ２４が取り付けられている。
【００２９】
このロータリーエンコーダ３は、受動回転軸３Ａの一端が駆動アーム６４（図７）に取り付けられると共に、当該受動回転軸３Ａの他端がフレーム６１を介して従動アーム６５（図７）に取り付けられており、フォトインタラプタ３１（図４）からスリッド板３２を介して出力される毎秒１６０００パルスの光をフォトトランジスタ３５で受光することにより、駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を光学的に検出するようになされている。
【００３０】
さらに第１関節駆動モジュール６０Ａは、駆動側プーリ２３及び従動側プーリ２４と同一径でなるアイドルプーリ８０がロータリーエンコーダ３における従動側プーリ２４の更に外側に配置され、当該ロータリーエンコーダ３の受動回転軸３Ａと並列に配置されたアイドルプーリ軸８１を介してフレーム６１に取り付けられている。
【００３１】
すなわち第１関節駆動モジュール６０Ａでは、モータ２の駆動回転軸２Ａとアイドルプーリ８０のアイドルプーリ軸８１との間にロータリーエンコーダ３の受動回転軸３Ａが配置され、駆動回転軸２Ａに取り付けられている駆動側プーリ２３とアイドルプーリ軸８１に取り付けられているアイドルプーリ８０との間に駆動ベルト２５が架けられ、その駆動側プーリ２３とアイドルプーリ８０との間に配置された従動側プーリ２４に対し、モータ２の駆動側プーリ２３による回転駆動力を当該駆動ベルト２５により伝達し得るようになされている。
【００３２】
この場合の第１関節駆動モジュール６０Ａは、モータ２の駆動側プーリ２３とアイドルプーリ８０との間に架けられた駆動ベルト２５による引っ張り力（以下、これを引張力と呼ぶ）をアイドルプーリ軸８１だけが受け止める構造であり、従動側プーリ２４に対して駆動ベルト２５による引張力が働くことがないため、ロータリーエンコーダ３に取り付けられている駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を検出するための角度検出軸である受動回転軸３Ａに対してラジアル方向の負荷が一切かからないという特徴を有している。
【００３３】
因みに、第１関節駆動モジュール６０Ａは、ロータリーエンコーダ３の従動側プーリ２４から極力近い場所にアイドルプーリ８０が取り付けられるようになされており、これによりモータ２の駆動側プーリ２３とアイドルプーリ８０とに架けられた駆動ベルト２５に弛みを生じさせることなく、モータ２の回転駆動力をロスなく伝達し得るようになされている。
【００３４】
この第１関節駆動モジュール６０Ａ（図７）は、指機構５３Ｂの根元に位置する指基部７０Ａのフレーム６１がロボットの掌部５１（図６）に接続されることになり、その第１関節駆動モジュール６０Ａの駆動アーム６４及び従動アーム６５が第２関節駆動モジュール６０Ｂのフレーム６２に接続され、当該第２関節駆動モジュール６０Ｂを当該指機構５３Ｂの基節７０Ｂとして回転駆動させるようになされている。
【００３５】
同様に、第２関節駆動モジュール６０Ｂの駆動アーム６６及び従動アーム６７は、第３関節駆動モジュール６０Ｃのフレーム６３に接続され、当該第３関節駆動モジュール６０Ｃを当該指機構５３Ｂの中節７０Ｃとして回転駆動させるようになされている。
【００３６】
さらに、第３関節駆動モジュール６０Ｃの駆動アーム６８及び従動アーム６９は、指先部７１に接続され、当該指先部７１を当該指機構５３の末節７０Ｄとして回転駆動させるようになされている。かくして、この指機構５３Ｂでは、同一構造の第１関節駆動モジュール６０Ａ〜第３関節駆動モジュール６０Ｃを用いて３つの関節を駆動し得るようになされている。
【００３７】
（３）動作及び効果
以上の構成において、第１関節駆動モジュール６０Ａでは、図９に示すように、モータ２の駆動側プーリ２３とアイドルプーリ８０との間に架けられた駆動ベルト２５による引張力をアイドルプーリ軸８１によって受け止めさせ、ロータリーエンコーダ３の従動側プーリ２４に対しては駆動ベルト２５によって発生するラジアル方向への力成分Ｒ１及びＲ２が互いに釣り合って打ち消し合うため、ロータリーエンコーダ３に取り付けられている駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を検出するための角度検出軸である受動回転軸３Ａに対して発生するラジアル負荷が「０」となり、角度検出軸に偏心を発生させることがない。
【００３８】
その結果、第１関節駆動モジュール６０Ａは、駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度に対する誤検出を予め防止し、その回転角度を正確に検出することができる。
【００３９】
さらに第１関節駆動モジュール６０Ａは、モータ２とロータリーエンコーダ３とを並列に配置した状態で、ロータリーエンコーダ３を介して接続された駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を検出するようにしたことにより、従来の駆動モジュール１（図１）に比べてモータ２の長手方向に対する全長を短く抑えることができるので、手部５０（図６）の指機構５３Ａ〜５３Ｅに用いられたときの設計自由度を上げ、スペースを有効活用することができる。
【００４０】
以上の構成によれば、第１関節駆動モジュール６０Ａは、ロータリーエンコーダ３の外側に配置したアイドルプーリ８０に対してのみ駆動ベルト２５の引張力による負荷を受け止めさせ、モータ２の駆動側プーリ２３とアイドルプーリ８０との間に配置したロータリーエンコーダ３の従動側プーリ２４に対しては駆動ベルト２５によるラジアル負荷を一切かけさせない構造としたことにより、ロータリーエンコーダ３に取り付けられている駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を検出するため受動回転軸３Ａに対する偏心を防止し、その回転角度を正確に検出することができる。
【００４１】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を検出する角度検出センサとして光学式のロータリーエンコーダ３を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図５に示したようなポテンショメータ４０を用いるようにしても良い。
【００４２】
この場合、角度検出センサとしてポテンショメータ４０が用いられた第１関節駆動モジュール６０Ａでは、角度検出軸である受動回転軸３Ａに偏心が生じることを防止し得るため、ブラシ４１が抵抗皮膜４２から浮き上がって回転角度を検出することができなくなったり、逆にブラシ４１が抵抗皮膜４２に押し付けられて磨耗が促進し、ポテンショメータ４０自体の寿命が短くなったりする不都合を全て解消することができる。
【００４３】
また上述の実施の形態においては、駆動アーム６４及び従動アーム６５の回転角度を検出する角度検出センサとして光学式のロータリーエンコーダ３を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、回転速度を検出するタコメータを用い、その検出結果に基づいて回転角度を算出するようにしても良い。
【００４４】
さらに上述の実施の形態においては、駆動側プーリ２３及び従動側プーリ２４と同一径でなる調整用プーリとしてのアイドルプーリ８０を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図１０に示すように、駆動側プーリ２３及び従動側プーリ２４の２倍程度に相当する径の減速用アイドルプーリ９０を用いるようにしても良い。
【００４５】
この場合、減速用アイドルプーリ９０は減速用アイドルプーリ軸９１を介してフレーム６１に対して取り付けられると共に、モータ２の回転駆動力を駆動ベルト２５により伝達するため、従動側プーリ２４の径と同じベルト幅にするための幅調整用ロータ９２及び８３がフレーム６１に対しても取り付けられていればよい。
【００４６】
さらに上述の実施の形態においては、駆動側プーリ２３及び従動側プーリ２４と同一径でなるアイドルプーリ８０を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、少なくとも従動側プーリ２４に対して駆動ベルト２５の引張力によるラジアル負荷が「０」となるための機構が備えられてさえいれば、駆動側プーリ２３、従動側プーリ２４及びアイドルプーリ８０の径がそれぞれ異なっていても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の駆動モジュール及びロボットは、家庭用に用いられるロボットの回転駆動機構だけでなく、産業用ロボットの回転駆動機構等その他の用途のロボットにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来の駆動モジュールの構成（１）を示す略線的斜視図である。
【図２】従来の駆動モジュールの構成（２）を示す略線的斜視図である。
【図３】従来の駆動モジュールの構成（３）を示す略線的斜視図である。
【図４】光学式のロータリーエンコーダによる回転角度検出構造の説明に供する略線的側面図である。
【図５】ポテンショメータによる回転角度検出構造の説明に供する略線的側面図である。
【図６】ロボットにおける手部の全体構成を示す略線的斜視図である。
【図７】指機構の構成を示す略線的斜視図である。
【図８】第１関節駆動モジュールの内部構造を示す略線的斜視図である。
【図９】第１関節駆動モジュールの回転駆動力伝達状態を示す略線的斜視図である。
【図１０】他の実施の形態における第１関節駆動モジュールの内部構造を示す略線的斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１１、２２……駆動モジュール、２……モータ、３……ロータリーエンコーダ、４……カップリング、５……駆動回転軸、１２……駆動ギヤ、１３……従動ギヤ、１４、６１、６２、６３……フレーム、１５、１６……軸受、２３……駆動側プーリ、２４……従動側プーリ、２５……駆動ベルト、３１……フォトトランジスタ、３２……スリッド板、３４……軸（角度検出軸）、３５……フォトトランジスタ、４１……ブラシ、４２……抵抗皮膜、５０……手部、５１……掌部、５２Ａ〜５２Ｅ……基部駆動部、５３Ａ〜５３Ｅ……指機構、６０Ａ……第１関節駆動モジュール、６０Ｂ……第２関節駆動モジュール、６０Ｃ……第３関節駆動モジュール、６４、６６、６８……駆動アーム、６５、６７、６９……従動アーム、７０Ａ……指基部、７０Ｂ……基節、７０Ｃ……中節、７０Ｄ……末節、７１……指先部、８０……アイドルプーリ、８１……アイドルプーリ軸、９０……減速用アイドルプーリ、９１……減速用アイドルプーリ軸、９２、９３……幅調整用ロータ。
【図１】
2008157338.tif 000003
【図２】
2008157338.tif 000004
【図３】
2008157338.tif 000005
【図４】
2008157338.tif 000006
【図５】
2008157338.tif 000007
【図６】
2008157338.tif 000008
【図７】
2008157338.tif 000009
【図８】
2008157338.tif 000010
【図９】
2008157338.tif 000011
【図１０】
2008157338.tif 000012