(57)【要約】【課題】ロボットの関節動作を行うのに適したサーボ装置を提供する。【解決手段】サーボ装置１は、筐体２と、筐体２内に配置されるモータ３と、筐体２に軸支される出力軸４と、筐体２内に配置され、モータ３の駆動軸３Ａの回転を減速して出力軸４に伝動する減速伝動機構５と、出力軸４の回転角を検出するセンサ部６とを備え、減速伝動機構５は、その伝動要素の一部又は全部が互いに圧接されるローラ面の摩擦接触によって動力を伝達する。【選択図】図２
2016059144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
該筐体内に配置されるモータと、
該筐体に軸支される出力軸と、
前記筐体内に配置され、前記モータの駆動軸の回転を減速して前記出力軸に伝動する減速伝動機構と、
前記出力軸の回転角を検出するセンサ部とを備え、
前記減速伝動機構は、その伝動要素の一部又は全部が互いに圧接されるローラ面の摩擦接触によって動力を伝達することを特徴とするサーボ装置。
【請求項２】
前記減速伝動機構は、前記モータの駆動軸に沿った前記モータ上に配置されて、軸方向を変更する伝動要素を含み、
前記出力軸が前記モータ上で前記モータの駆動軸と交差する方向に向けて軸支されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ装置。
【請求項３】
前記センサ部は、前記出力軸と共に回転するマグネットと該マグネットの磁極方向を非接触検知する磁気センサとを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のサーボ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーボ装置は、駆動用モータと減速機構とサーボアンプをユニット化したものであり、ラジオコントロール装置のアクチュエータとして一般に知られている。従来のサーボ装置は、筐体内に、受信機からの信号によって回転駆動されるモータと、モータの回転を減速させて伝達する歯車減速機構と、歯車減速機構によって減速されたモータの回転を出力する出力軸と、出力軸の回転角度を検出するポテンショメータと、ポテンショメータによって検出された出力軸の回転角度に基づいてモータの回転をフィードバック制御する制御部とを備えている。出力軸は筐体に軸支されており、モータの駆動軸とは一致しない位置でこの駆動軸に対して平行に設けられている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
このようなサーボ装置は、模型の飛行機，船舶，車両などの動作機構にＲＣサーボと呼ばれて慣用されているが、ロボット用のアクチュエータとしても用いられている。近年、人間と同じような手足の動きができるロボット、所謂人間型ロボットの開発が進められており、この人間型ロボットの関節部分にこのサーボ装置を用いることが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６８７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のサーボ装置を人間型ロボットの関節部分などに用いる場合、手足の指関節などを含めると多くのサーボ装置を用いることになるが、従来のサーボ装置は各装置が歯車減速機構を備えるので、複数のサーボ装置が同時に動く場合にギア音が重なって大きな騒音が発生する問題があった。
【０００６】
また、サーボ装置における歯車減速機構はバックラッシュを有するので、これによってモータ回転の始動・停止と出力軸の始動・停止との間に若干の時間差が生じる。このためサーボ装置によってロボットの関節動作を行うと、このバックラッシュに起因して関節動作がロボット動作特有のぎこちない動きになってしまう。人間型ロボットにおいてはより人間的ななめらかな動きが求められているが、従来のサーボ装置ではこのようななめらかな動きを実現し難い問題があった。
【０００７】
また、ロボットの関節部分などには予期しない大きな負荷や衝撃的な負荷が加わることが考えられるが、従来のサーボ装置は、出力軸に大きな負荷が加わると減速歯車機構やモータにその負荷が加わり、減速歯車機構やモータが破損する懸念があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。一つには、ロボットの関節動作を行うのに適したサーボ装置を提供すること、より具体的には、多数のサーボ装置が同時に動く場合の騒音を抑止すること、サーボ装置によってロボットの関節動作を行う場合になめらかな動きを実現可能にすること、出力軸に大きな負荷が加わった場合にも減速機構やモータの破損を抑止すること、などが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明によるサーボ装置は、筐体と、該筐体内に配置されるモータと、該筐体に軸支される出力軸と、前記筐体内に配置され、前記モータの駆動軸の回転を減速して前記出力軸に伝動する減速伝動機構と、前記出力軸の回転角を検出するセンサ部とを備え、前記減速伝動機構は、その伝動要素の一部又は全部が互いに圧接されるローラ面の摩擦接触によって動力を伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有する本発明のサーボ装置は、減速伝動機構がローラ面の摩擦接触によって動力伝達する伝動要素を備えるので、ギアのかみ合い音を無くす或いは削減することができ、多数のサーボ装置が同時に動く場合の騒音を抑止することができる。また、本発明のサーボ装置は、摩擦接触によって動力伝達する伝動要素によってバックラッシュを無くす或いは減らすことができるので、サーボ装置によってロボットの関節動作を行う場合になめらかな動きが実現可能になる。また、本発明のサーボ装置は、出力軸に大きな負荷が加わった場合にもローラ間の滑りで負荷を吸収することができるので、減速機構やモータの破損を抑止することができる。これらによって、ロボットの関節動作を行わせるのに適したサーボ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るサーボ装置の外観を示した説明図（（ａ）が斜視図、（ｂ）が正面図）である。
【図２】本発明の実施形態に係るサーボ装置の内部構成を示した説明図（図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図）である。
【図３】本発明の実施形態に係るサーボ装置の内部構成を示した説明図（内部構造の斜視図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図において、同一部位には同一符号を付して重複説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係るサーボ装置の外観を示している（（ａ）が斜視図、（ｂ）が正面図）。また、図２及び図３は、本発明の実施形態のサーボ装置の内部構造を示している（図２は図１（ｂ）におけるＡ−Ａ断面を示しており、図３は、内部構造を示した斜視図）。
【００１３】
サーボ装置１は、筐体２と、筐体２内に配置されるモータ３と、筐体３に軸支される出力軸４と、筐体２内に配置され、モータ３の駆動軸３Ａの回転を減速して出力軸４に伝動する減速伝動機構５と、出力軸４の回転角を検出するセンサ部６とを備えている。
【００１４】
筐体２は、図示の例では直方形の枠体であるが、これに限らず円筒状や球形状など様々な形状の枠体であってもよい。筐体２内に配置されるモータ３は、サーボ駆動用の小型ＤＣモータを用いることができるが、モータ３の形態は特に限定されない。
【００１５】
出力軸４は、軸受部４Ｃ，４Ｄを介して筐体２に軸支されている。軸受部４Ｃ，４Ｄは転がり軸受や滑り軸受など各種の形態の軸受を適用可能である。図示の例では出力軸４の両端が筐体２から突出しており、その両端に接続端部４Ａ，４Ｂが装着されている。
【００１６】
減速伝動機構５は、その伝動要素の一部又は全部が互いに圧接されるローラ面の摩擦接触によって動力を伝達するローラ伝動要素５Ａ〜５Ｈを備えている。また、ローラ伝導要素５Ｈには、伝動軸５０が固定されている。ここでは、モータ３の駆動軸３Ａの回転が複数のローラ伝動要素５Ａ〜５Ｈを介して伝動軸５０に伝動されており、伝動軸５０から軸方向を変更する伝動要素（ベベルギア）５３，５４を介して出力軸４に回転が伝動されている。なお、ここでは軸方向を変更する伝動要素５３，５４としてベベルギアを用いる例を示しているが、ベベルギアに換えてウォームギアを用いることもできる。
【００１７】
センサ部６は、出力軸４の回転角を検出することができるものであればよく、従来知られたポテンショメータなどを用いることができるが、図示の例では、出力軸４と共に回転するマグネット６Ａとマグネット６Ａの磁極方向を非接触検出する磁気センサ（ホール素子など）６Ｂとを備えている。
【００１８】
このようなサーボ装置１は、ローラ伝動要素５Ａ〜５Ｈの摩擦接触による動力伝達でモータ３の駆動軸３Ａの回転を出力軸４に伝動しているので、ギア音を発生する伝動要素を減らすことができ、騒音の発生を抑えることができる。特に、センサ部６においても非接触の磁気センサ６Ｂを用いて出力軸４の回転角を検出しているので、センサ部６においても雑音となる音の発生を排除することができる。
【００１９】
またサーボ装置１は、バックラッシュを有する歯車伝動要素を減らすことで、出力軸に接続される関節部分のぎこちない動きを排除することができ、なめらかな関節の動きを実現することができる。また、出力軸４に大きな負荷が加わった場合には、ローラ伝動要素５Ａ〜５Ｊの滑りで負荷を吸収することができるので、大きな負荷が加わって減速伝動機構５やモータ３が破損するのを未然に防ぐことができる。
【００２０】
図示の実施形態に係るサーボ装置１を更に具体的に説明する。サーボ装置１の筐体２は、図１に示すように、図示のＸ軸方向に沿った縦長形状をなしており、このＸ軸方向に沿ってモータ３の駆動軸３Ａが配置されている。筐体２のＹ軸方向の幅ａとＺ軸方向の幅ｂは、モータ３が内部に収納できるのに必要且つ十分な幅に設定されており、筐体２はその幅ａ，ｂを保ってＸ軸方向に延長されている。そして、モータ３上（モータ３のＸ軸方向側）に減速伝動機構５が配置され、出力軸４は筐体２の延長方向（Ｘ軸方向）と直角に交差する方向（Ｚ軸方向或いはＹ軸方向）に沿って配置されている。このようなサーボ装置１は、モータ３の幅方向（Ｙ軸方向又はＺ軸方向）にはスリムな形態になっており、筐体２の長手方向をサーボ装置１によって駆動される被駆動体の長手方向に沿って装着することで、細身の被駆動体に対してスペース効率よく装着することが可能になる。
【００２１】
このようなサーボ装置１をロボットの関節部分に用いる場合の動作例を説明する。ロボットの関節部分が２つのリンク部材からなるリンク機構によって構成される場合に、２つのリンク部材の内の一方を出力軸４の両端に連結し、他方のリンク部材を筐体２を固定することで、出力軸４回りに２つのリンク部材を屈折させる関節部分を構成することができる。
【００２２】
ロボットの関節部分を動作させるためには、図示省略した制御部からモータ３を駆動するための駆動信号が出力される。駆動信号は、出力軸４を回転させて２つのリンク部材の屈折角を目標値だけ変位させるためにモータ３の駆動軸３Ａを回転させる信号である。モータ３は制御部から駆動信号を受信すると、駆動信号に応じて所定の回転角度だけ駆動軸３Ａを回転させる。駆動軸３Ａの回転は減速伝動機構５を介して出力軸４に伝動されるので、出力軸４の両端に固定されている方のリンク部材は出力軸４を中心に回転する。これによって、出力軸４の両端に固定されている方のリンク部材は筐体２に固定されているリンク部材に対して回転することになる。
【００２３】
そして、出力軸４が回転するとセンサ部６がその回転角（変位）を検出して制御部に送信する。制御部は、出力軸４の変位の目標値とセンサ部６が検出した出力軸４の変位の検出値とを比較して、目標値と検出値との間に偏差が存在する場合には、偏差をゼロにするようにモータ３に駆動信号を出力して出力軸４の動作制御を行う。これによって、関節部分を構成する２つのリンク部材を所定の角度だけ屈折させる動作を行うことができる。
【００２４】
本発明の実施形態に係るサーボ装置１は、音の発生が抑止され、バックラッシュに伴うぎこちない動きが解消されており、また、大きな負荷に対する保護機能を備えているので、前述したようにロボットの関節部分に適用することで、高品質且つ耐久性の高いロボットの関節部分が実現可能になる。
【００２５】
また、本発明の実施形態に係るサーボ装置１は、モータ３の幅方向にスリムな構造を有しているので、関節部分のリンク部材が小型又は細径でサーボ装置１の設置スペースに制約があるような小型のロボットに対しても適用できる。
【００２６】
小型のロボットの具体例として、一般家庭でも使用されるホビーロボットが挙げられる。上述した大きな負荷に対する保護機能は、このホビーロボットが一般家庭での使用状況の中で不測の外的負荷を受けるに至った場合における製品の保護に加え、使用者の安全性の向上にもつながる。
【符号の説明】
【００２７】
１：サーボ装置，２：筐体，３：モータ，３Ａ：駆動軸，
４：出力軸，４Ａ，４Ｂ：接続端部，
５：減速伝動機構，５Ａ〜５Ｊ：ローラ伝動要素，
６：センサ部，６Ａ：マグネット，６Ｂ：磁気センサ（ホール素子）
【図１】
2016059144.tif 000003
【図２】
2016059144.tif 000004
【図３】
2016059144.tif 000005