(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸の第１の入力軸および第１の出力軸と、
同軸の第２の入力軸および第２の出力軸と、
前記第１の入力軸に回転駆動力を与える回転駆動手段と、
前記第１の入力軸と前記第１の出力軸との間に備えられ、前記回転駆動手段によって前記第１の入力軸に与えられた回転駆動力を所定減速比で減速し、減速された回転駆動力によって前記第１の出力軸を回転させる第１の減速機と、
前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に配置されていて、前記回転駆動手段によって前記第１の入力軸に与えられた回転駆動力を前記第２の入力軸に伝達して、前記第２の入力軸を前記第１の入力軸の回転速度と同一の回転速度で回転させる回転駆動力伝達手段と、
前記第２の入力軸と前記第２の出力軸との間に備えられ、前記回転駆動力伝達手段によって前記第２の入力軸に伝達された回転駆動力を前記第１の減速機の所定減速比と同一の所定減速比で減速し、減速された回転駆動力によって前記第２の出力軸を前記第１の出力軸の回転速度と同一の回転速度で回転させる第２の減速機と、
前記第２の出力軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
を備えたことを特徴とする減速機付回転駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の減速機付回転駆動装置において、
前記角度検出手段は、
前記第２の減速機によって減速された回転駆動力によって回転される前記第２の出力軸の回転角度を、所定回転開始角度からの角度差として測定する角度差測定手段と、
前記角度差測定手段によって測定された角度差が、１回転に相当する角度差に達したことを検知するリミットスイッチと、
前記リミットスイッチが前記１回転に相当する角度差を検知した場合には、前記角度差測定手段によって測定された角度差に、前記１回転に相当する角度差を加えた角度を前記回転体の回転角度とし、前記リミットスイッチが前記１回転に相当する角度差を検知しない場合には、前記角度差測定手段によって測定された角度差を前記回転体の回転角度とする角度演算手段と、
を備えたことを特徴とする減速機付回転駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の減速機付回転駆動装置において、
前記角度差測定手段は、前記１回転に相当する角度差未満の角度差を測定するとともに、前記角度差測定手段と前記リミットスイッチとを併せて用いることによって、２回転に相当する角度差未満の角度差を測定可能としたことを特徴とする減速機付回転駆動装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の減速機付回転駆動装置において、
前記角度差測定手段として、レゾルバを適用したことを特徴とする減速機付回転駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の減速機付回転駆動装置において、
前記回転駆動力伝達手段として、前記第１の入力軸の回転駆動力を、前記第２の入力軸に伝達可能なように前記第１の入力軸および第２の入力間に歯車を配置し、第１の入力軸と第２の入力軸とを同一の回転速度で回転させるようにしたことを特徴とする減速機付回転駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の減速機付回転駆動装置は、原子力施設や化学プラントに使用される、ことを特徴とする減速機付回転駆動装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の減速機付回転駆動装置が設けられている、ことを特徴とするロボット。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットは、原子力施設や化学プラントに使用される、ことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等による回転駆動力を、減速機によって減速した後に出力軸に伝えて回転させる減速機付回転駆動装置に係り、更に詳しくは、出力軸の回転角度を、測定精度を低下させることなく測定・検出することが可能な減速機付回転駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間による作業が困難な作業を、人間に代わって行うことを目的として、例えば、原子力施設や化学プラントなどにおける防災関連作業を行うロボットの研究が盛んである。
【０００３】
例えば、万が一、原子力施設において臨界事故等が生じると、空間放射線量率が極めて高くなるために、作業員が現場に赴き、臨界事故を終息させるための手段を講じるなどということはできない。また、化学プラント等において爆発が発生し、誘発火災のためにプラント全体が火災に覆われてしまうと、火災現場に近づくことさえもできず、消火作業に着手することもできない。
【０００４】
このような災害が発生した場合には、現場まで走行してゆき、遠隔操作に基づいて現場の撮影データをリアルタイムで送信したり、ドアやバルブの開閉、配管の切断、荷物の運搬、消火等といった作業を行うロボットの研究が行われている。
【０００５】
一般に、原子力施設や化学プラントは、プロセスの流れにしたがって設備を設けているために、敷地面積が広く、各設備の間は、入り組んだ廊下や、階段等によって複雑につながっている。更に、火災や爆発等によって、器物が廊下に落下し、ロボットの走行の障害になることも考えられる。したがって、この種のロボットは、このような障害物によって凸凹の存在する走行路を走行したり、あるいは、図６に示すように、階段１９の昇降を行うことが可能な高い走行安定性が要求されるために、傾斜センサ２０を備えている。そして、特願２００１−５５３１０号公報に開示されているように、この傾斜センサ２０によって測定された傾斜角θに応じて、階段１９の傾斜角θによって与えられるトルクを零とするようなトルクＴを、クローラ２１の中心軸２２を中心に与えることによってロボット２３の安定性が確保されている。
【０００６】
このトルクＴを与えるために、図７にその構成を示すような減速機付回転駆動装置２５が用いられている。
【０００７】
この種の減速機付回転駆動装置２５は、同一の同軸２６上に沿って、モータ２７、減速機２８、角度検出機２９、中心軸２２が一列に配置されている。そして、モータ２７による回転駆動力が、同軸２６に沿って減速機２８に伝えられ、ここで所定の減速比（減速比＝ｉ）で減速される。このようにして減速された回転駆動力が再び同軸２６上に沿って備えられた角度検出機２９を介して中心軸２２に伝達される。これによって中心軸２２に回転力が与えられ、トルクＴを与えることが可能となると共に、この中心軸２２の回転角度が角度検出機２９によって検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術による減速機付回転駆動装置では、以下のような問題が有る。
【０００９】
すなわち、従来技術による減速機付回転駆動装置２５は、図７に示すように、モータ２７、減速機２８、角度検出機２９、および出力軸である中心軸２２が同一の同軸２６上に沿って配置されるために、横長の構成となってしまい、配置上の制約が大きい。このため、ロボット２３等の大型化をもたらしてしまうという問題がある。
【００１０】
特に上述したように、この種のロボット２３は、原子力施設や化学プラントにおける防災関連作業に用いることが計画されている。原子力施設や化学プラントは、各プロセスにおける機器が複雑に配置されているので、例えば、バルブの開閉作業や、配管の切断作業といった作業は、ほとんどの場合狭隘な場所において行わなくてはならない。そのため、ロボット２３には、このような狭隘な場所であってもアクセス可能なように可能な限りコンパクトなものが望ましい。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、角度検出機を同一の同軸上に備えなくても出力軸の回転角度を検出することを可能とし、もって、配置上の制約が小さくロボット等の被設置側のサイズの大型化をもたらすことのない減速機付回転駆動装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明では、同軸の第１の入力軸および第１の出力軸と、同軸の第２の入力軸および第２の出力軸と、前記第１の入力軸に回転駆動力を与える回転駆動手段と、前記第１の入力軸と前記第１の出力軸との間に備えられ、前記回転駆動手段によって前記第１の入力軸に与えられた回転駆動力を所定減速比で減速し、減速された回転駆動力によって前記第１の出力軸を回転させる第１の減速機と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に配置されていて、前記回転駆動手段によって前記第１の入力軸に与えられた回転駆動力を前記第２の入力軸に伝達して、前記第２の入力軸を前記第１の入力軸の回転速度と同一の回転速度で回転させる回転駆動力伝達手段と、前記第２の入力軸と前記第２の出力軸との間に備えられ、前記回転駆動力伝達手段によって前記第２の入力軸に伝達された回転駆動力を前記第１の減速機の所定減速比と同一の所定減速比で減速し、減速された回転駆動力によって前記第２の出力軸を前記第１の出力軸の回転速度と同一の回転速度で回転させる第２の減速機と、前記第２の出力軸の回転角度を検出する角度検出手段と、を備える。
請求項２の発明では、請求項１の発明の減速機付回転駆動装置において、前記角度検出手段は、前記第２の減速機によって減速された回転駆動力によって回転される前記第２の出力軸の回転角度を、所定回転開始角度からの角度差として測定する角度差測定手段と、前記角度差測定手段によって測定された角度差が、１回転に相当する角度差に達したことを検知するリミットスイッチと、前記リミットスイッチが前記１回転に相当する角度差を検知した場合には、前記角度差測定手段によって測定された角度差に、前記１回転に相当する角度差を加えた角度を前記回転体の回転角度とし、前記リミットスイッチが前記１回転に相当する角度差を検知しない場合には、前記角度差測定手段によって測定された角度差を前記回転体の回転角度とする角度演算手段と、を備える。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項２の発明の減速機付回転駆動装置において、角度差測定手段は、１回転に相当する角度差未満の角度差を測定するとともに、角度差測定手段とリミットスイッチとを併せて用いることによって、２回転に相当する角度差未満の角度差を測定可能とする。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項２または請求項３の発明の減速機付回転駆動装置において、角度差測定手段として、レゾルバを適用する。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれか１項の発明の減速機付回転駆動装置において、回転駆動力伝達手段として、第１の入力軸の回転駆動力を、第２の入力軸に伝達可能なように第１の入力軸および第２の入力軸間に歯車を配置し、第１の入力軸と第２の入力軸とを同一の回転速度で回転させる。
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載の減速機付回転駆動装置が原子力施設や化学プラントに使用されることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載の減速機付回転駆動装置が設けられているロボットを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項７に記載のロボットが原子力施設や化学プラントに使用されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態を図１から図５を用いて説明する。
【００２０】
図１から図３は本発明の実施の形態に係る減速機付回転駆動装置の一例を示す構成概念図である。
【００２１】
すなわち、本発明の実施の形態に係る減速機付回転駆動装置１は、同軸２上に、この同軸２の断面中心を中心として回転させる回転駆動力を与えるモータ３を備えている。更にこの同軸２上には、減速機４を備えており、この減速機４は、モータ３によって与えられた回転駆動力を減速比ｉで減速する。そして、減速された回転駆動力によって出力軸５を回転させる。また、モータ３と減速機４とを接続している同軸２には、その断面中心が同軸２の断面中心と一致して備えられ、同軸２の回転と共に回転する歯車６を備えている。
【００２２】
また、減速機付回転駆動装置１は、同軸７を備えており、この同軸７には、その断面中心が同軸７の断面中心と一致して備えられた歯車８を備えている。図４に示すように、この歯車６と歯車８とは、同軸２および同軸７上に対をなして配置しているものであり、直径Ｄ、円周側に設けられた歯１０のピッチｐ、寸法ｄ、個数ともに同一である。
【００２３】
そして、歯車６の回転力を、歯車８に伝える回転駆動力伝達機構としてタイミングベルト９を、歯車６および歯車８に掛架している。このタイミングベルト９は、歯車６および歯車８の歯１０のピッチｐと同一のピッチｑで設けられた凹部１１を備えている。これによって、歯車６の回転力が、タイミングベルト９によって歯車８に伝達され、歯車８が歯車６と同一の回転速度で回転し、同軸２と同軸７もまた、同一の回転速度で回転するようにしている。
【００２４】
なお、回転駆動力伝達機構としては、上述したようなタイミングベルト９に限るものではない。例えば、同軸２の回転駆動力を、同軸７に伝達可能なように同軸２と同軸７との間に、タイミングベルト９に代えて歯車を配置し、同軸２と同軸７とを同一の回転速度で回転させるようにしてもよい。
【００２５】
また、同軸７上には、減速機１３を備えており、この減速機１３もまた、減速機４と同一の減速比ｉで、歯車８によって伝達された回転駆動力を減速する。そして、減速された回転駆動力を同軸１２に伝えるようにしている。これによって、同軸１２は、出力軸５に与えられる回転力と同一の回転力を減速機１３を介して受ける。更に、同軸１２上には角度検出機１４を備えている。角度検出機１４は、角度差測定部１５と、カム１６と、リミットスイッチ１７と、角度演算部１８とを備えており、同軸１２の回転角度を検出することによって、出力軸５の回転角度を検出する。
【００２６】
すなわち、角度検出機１４の角度差測定部１５には、例えば、レゾルバを用いる。この角度差測定部１５は、図５に示すように、減速機１３によって減速された回転駆動力によって同軸１２が回転した場合における基準値３１からの角度差φ（°）を所定精度（例えば、１°）で測定する。これによって、減速機４によって減速された回転駆動力によって回転される出力軸５の回転角度を測定する。この角度差測定部１５は、基準値３１からの角度差φ（°）を指示針３０が指示する目盛りの数値から読み取ることによって角度差φを測定するものであって、０°から３６０°までを１°毎に測定する。したがって、例えば、回転体の回転角度が３７０°であっても、回転体の回転角度が１０°であっても、指示針３０の指示する目盛りの値は１０°となる。この指示針３０が指示する目盛りの値は、測定結果として角度演算部１８に出力されるようにしている。
【００２７】
また、角度差測定部１５は、同軸１２が１回転し、指示針３０が３６０°以上回転した場合には、カム１６を図１の矢印に示すとおりに約１／４回転させる。
【００２８】
カム１６は、上述したようにして角度差測定部１５によって図１中の矢印の方向に約１／４回転させられると、図２に示すように、リミットスイッチ１７をｏｎする。リミットスイッチ１７のｏｎ信号は、リミットスイッチ１７から角度演算部１８に出力されるようにしている。
【００２９】
角度演算部１８は、角度差測定部１５から出力される測定結果、およびリミットスイッチ１７から出力されるｏｎ信号に基づいて、同軸１２の回転角度を演算する。
【００３０】
すなわち、角度演算部１８は、リミットスイッチ１７側からｏｎ信号が出力されない場合には、角度差測定部１５から出力された測定結果である角度差を、同軸１２の回転角度として出力する。一方、リミットスイッチ１７側からｏｎ信号が出力された場合には、角度差測定部１５から出力された測定結果である角度差に、１回転分の角度（３６０°）を加えた角度を、同軸１２の回転角度として出力する。
【００３１】
本実施の形態に係る角度検出機１４は、上述したような構成をしているので、同軸１２の回転角度を測定することができる。すなわち、例えば、角度差測定部１５の測定精度が１°である場合、０°から７１９°までの回転角度を測定することが可能となる。
【００３２】
なお、同軸１２が２回転した場合、すなわち７２０°以上の回転角度を測定する場合であっても、カム１６と、リミットスイッチ１７とを複数備えることによって測定可能となる。例えば、図３は、カム１６と、リミットスイッチ１７とを３対備えた場合であって、角度差測定部１５は、同軸１２が１回転し、指示針３０が３６０°以上回転した場合には、カム１６（＃ａ）を約１／４回転させる。カム１６（＃ａ）は、上述したようにして角度差測定部１５によって約１／４回転させられると、図３に示すようにリミットスイッチ１７（＃ａ）をｏｎする。このリミットスイッチ１７（＃ａ）のｏｎ信号は、角度演算部１８に出力されるようにしている。
【００３３】
同様にして、角度演算部１８は、同軸１２がさらに１回転し、指示針３０が更に３６０°以上回転し、カム１６（＃ａ）が既にリミットスイッチ１７（＃ａ）をｏｎしている場合には、カム１６（＃ｂ）を約１／４回転させ、リミットスイッチ１７（＃ｂ）をｏｎする。リミットスイッチ１７（＃ｂ）のｏｎ信号は、角度演算部１８に出力されるようにしている。
【００３４】
角度演算部１８は、角度差測定部１５から出力される角度差の測定結果、および各リミットスイッチ１７（＃ａ，＃ｂ，＃ｃ）から出力されるｏｎ信号に基づいて、同軸１２の回転角度を演算する。すなわち、角度演算部１８は、いずれのリミットスイッチ１７（＃ａ，＃ｂ，＃ｃ）からもｏｎ信号が出力されていない場合には、角度差測定部１５から出力された測定結果である角度差を、同軸１２の回転角度として出力する。一方、リミットスイッチ１７（＃ａ）からｏｎ信号が出力された場合には、角度差測定部１５から出力された測定結果である角度差に、１回転分の角度（３６０°）を加えた角度を、同軸１２の回転角度として出力し、更に、リミットスイッチ１７（＃ｂ）からｏｎ信号が出力された場合には、角度差測定部１５から出力された測定結果である角度差に、２回転分の角度（７２０°）を加えた角度を、同軸１２の回転角度として出力する。
【００３５】
このようにカム１６とリミットスイッチ１７との対を多数揃えることによって、同軸１２のあらゆる回転角度を測定・検出することが可能となる。更に、上述したように、同軸１２の回転角度は、同軸２の回転角度と等しいために、このように同軸１２の回転角度を測定・検出することによって、出力軸５のあらゆる回転角度を測定・検出することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、次のようにしても同様に実施できるものである。例えば、上記実施の形態では、歯車６の回転力を歯車８に伝える回転駆動力伝達機構として、タイミングベルト９を用いた場合を一例として説明したが、出力軸５の回転速度と同一の回転速度で角度差測定部１５を回転させることが可能な回転駆動力伝達機構であれば、使用する歯車の大小や減速比の異なる減速機１３を用いる等その他の手段を用いてもよい。
【００３７】
本実施の形態に係る減速機付回転駆動装置１は、上述したような構成をしているので、上述のような作用により、出力軸５を備えている同軸２上とは別の同軸７上に備えられた角度検出機１４によって、出力軸５の回転角度を検出することができる。
【００３８】
これによって、従来技術に示したようにモータ２７、減速機２８、角度検出機２９、および出力軸５である中心軸２２をすべて同一の同軸２６上に沿って配置する必要がなくなるので、配置上の制約から解放され、この減速機付回転駆動装置１を設置するロボット２３等の被設置側のサイズを小型化することが可能となる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、かかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び改正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、角度検出機を同一の同軸上に備えなくても出力軸の回転角度を検出することができる。
【００４１】
以上により、配置上の制約が小さく、ロボット等の被設置側のサイズの大型化をもたらすことのない減速機付回転駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る減速機付回転駆動装置の一例を示す構成概念図（リミットスイッチｏｆｆの場合）
【図２】同実施の形態に係る減速機付回転駆動装置の一例を示す構成概念図（リミットスイッチｏｎの場合）
【図３】同実施の形態に係る減速機付回転駆動装置の一例を示す構成概念図（カム／リミットスイッチを３対備えた場合）
【図４】歯車の構成例を示す正面図
【図５】角度検出機の表示板の一例を示す模式図
【図６】階段昇降時におけるロボットの状態を説明するための模式図
【図７】従来技術による減速機付回転駆動装置の一例を示す構成概念図
【符号の説明】
θ…傾斜角
Ｔ…トルク
ｉ…減速比
ｐ，ｑ…ピッチ
ｄ…寸法
φ…角度差
１，２５…減速機付回転駆動装置
２，７，１２，２６…同軸
３，２７…モータ
４，１３，２８…減速機
５…出力軸
６，８…歯車
９…タイミングベルト
１０…歯
１１…凹部
１４,２９…角度検出機
１５…角度差測定部
１６…カム
１７…リミットスイッチ
１８…角度演算部
１９…階段
２０…傾斜センサ
２１…クローラ
２２…中心軸
２３…ロボット
３０…指示針
３１…基準値
【図１】
0004436010.tif 000002
【図２】
0004436010.tif 000003
【図３】
0004436010.tif 000004
【図４】
0004436010.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004436010.tif 000007
【図７】
0004436010.tif 000008