(57)【要約】【課題】モータを健全な状態に維持でき、しかも静止摩擦トルクがなく応答性に優れたロボットアームの関節機構を提供する。【解決手段】第１アーム１と、第１アーム１が固定子側に固定された第１モータユニット２と、第２アーム３と、第２アーム３が固定子側又は回転子側に連結された第２モータユニット４と、第１モータユニット２の回転子と第２モータユニット４の固定子又は回転子とに連結され、第２モータユニット４が回転駆動することによって、第１モータユニット２の回転子の回転力が第２アーム３に対して伝達されるのを防止する中間リンク１３と、を備えている。【選択図】図１
2009166219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アームと、
前記第１アームが固定子側に固定された第１モータユニットと、
第２アームと、
前記第２アームが固定子側又は回転子側に連結された第２モータユニットと、
前記第１モータユニットの回転子と前記第２モータユニットの固定子又は回転子とに連結され、前記第２モータユニットが回転駆動することによって、前記第１モータユニットの回転子の回転力が前記第２アームに対して伝達されるのを防止する中間リンクと、を備えたロボットアームの関節機構。
【請求項２】
第１モータユニット及び第２モータユニットは、モータと、前記モータから回転力が伝達される減速機と、前記減速機の出力軸に設けられた回転子であるピニオンとを備えており、各々の減速機の固定子であるケーシングにアームが固定され、
第１アーム又は第２アームの一方のアームに設けられた回転軸に他方のアームが軸受を介して回転自在に支持され、
前記軸受の外周には、中空ギアであって内周縁にフランジが形成された中間リンクが、前記フランジが内接するように回転自在に配置され、
前記中間リンクの外周ギアに、第１モータユニット及び第２モータユニットのピニオンが噛合されていることを特徴とする、請求項１に記載のロボットアームの関節機構。
【請求項３】
第１モータユニット及び第２モータユニットは、モータと、前記モータから回転力が伝達される減速機とを備え、
前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットは、減速機の回転子である出力軸の中心を共通にし、且つ相対峙するように配置されており、
各々の減速機の固定子であるケーシングにアームが固定され、前記各々の減速機の出力軸相互は、剛体から成る中間リンクを介して連結されていることを特徴とする、請求項１に記載のロボットアームの関節機構。
【請求項４】
第１モータユニット及び第２モータユニットは、モータと、前記モータから回転力が伝達される減速機とを備え、
前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットは、減速機の回転子である出力軸の中心を共通にし、且つ同一方向に向けて配置されており、
第１モータユニットの減速機の固定子であるケーシングに第１アームが固定され、前記減速機の出力軸には、前記第２モータユニットを覆う形状の中間リンクの上壁が連結され、
第２モータユニットは、前記中間リンク内に収められており、前記第２モータユニットの減速機の固定子であるケーシングは前記中間リンクの側壁に連結され、前記減速機の出力軸は、第２アームに連結されていることを特徴とする、請求項１に記載のロボットアームの関節機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームの関節機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットアームの関節機構は、図５に例示すように、第１アーム１がモータユニットａの減速機のケーシングに固定されている。第１アーム１の端部に回転軸５が設けられており、この回転軸５に軸受６を介して第２アーム３が回転自在に支持されている。軸受６の外周にはギアｂが設けられており、このギアｂにモータユニットａの出力軸に設けられたピニオンｃが噛合されている。
【０００３】
また、図６に例示するように、第１アーム１が第１モータユニットａの減速機のケーシング及び第２モータユニットｄの減速機のケーシングに固定されている。第１モータユニットａと第２モータユニットｄとの間に回転軸５が設けられており、この回転軸５に軸受６を介して第２アーム３が回転自在に支持されている。軸受６の外周にはギアｅが設けられており、このギアｅに第１モータユニットａの出力軸に設けられたピニオンｆと第２モータユニットｄの出力軸に設けられたピニオンｇとが噛合されている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、二つのモータを同期して回転させることが開示されているが、ロボットアームの関節を二つのモータを同期させることで静止した状態に維持できる構成とされていない。ここで、「静止した状態」とは、一方のアームに外力を与えた際に他方の固定されたアームに対して相対的に静止した状態をいう。
【特許文献１】特開２００２−１５８２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５及び図６に示したロボットアームの関節機構は、アームを静止した状態で長時間保持すると、モータ内に過電流が生じ、モータ軸に焼き付きが発生する虞がある。
【０００６】
また、ロボットアームの関節部は減速機内部及びピニオンとギアとの間の摩擦によって負担が増え応答性が悪化するが、特に静止した状態から動き出す時の摩擦（静止摩擦トルク）が非常に大きく、応答性がさらに悪化する。
【０００７】
本発明は、モータを健全な状態に維持でき、しかも静止摩擦トルクがなく応答性に優れたロボットアームの関節機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るロボットアームの関節機構は、第１アームと、前記第１アームが固定子側に固定された第１モータユニットと、第２アームと、前記第２アームが固定子側又は回転子側に連結された第２モータユニットと、前記第１モータユニットの回転子と前記第２モータユニットの固定子又は回転子とに連結され、前記第２モータユニットが回転駆動することによって、前記第１モータユニットの回転子の回転力が前記第２アームに対して伝達されるのを防止する中間リンクと、を備えている。この構成により、モータを健全な状態に維持でき、しかも静止摩擦トルクがなく応答性に優れた構成とすることができる。
【０００９】
上述の第１モータユニット及び第２モータユニットは、モータと、前記モータから回転力が伝達される減速機と、前記減速機の出力軸に設けられた回転子であるピニオンとを備えており、各々の減速機の固定子であるケーシングにアームが固定され、第１アーム又は第２アームの一方のアームに設けられた回転軸に他方のアームが軸受を介して回転自在に支持され、前記軸受の外周には、中空ギアであって内周縁にフランジが形成された中間リンクが、前記フランジが内接するように回転自在に配置され、前記中間リンクの外周ギアに、第１モータユニット及び第２モータユニットのピニオンが噛合されていることが好ましい。
【００１０】
または、上述の第１モータユニット及び第２モータユニットは、モータと、前記モータから回転力が伝達される減速機とを備え、前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットは、減速機の回転子である出力軸の中心を共通にし、且つ相対峙するように配置されており、各々の減速機の固定子であるケーシングにアームが固定され、前記各々の減速機の出力軸相互は、剛体から成る中間リンクを介して連結されていることが好ましい。
【００１１】
または、上述の第１モータユニット及び第２モータユニットは、モータと、前記モータから回転力が伝達される減速機とを備え、前記第１モータユニット及び前記第２モータユニットは、減速機の回転子である出力軸の中心を共通にし、且つ同一方向に向けて配置されており、第１モータユニットの減速機の固定子であるケーシングに第１アームが固定され、前記減速機の出力軸には、前記第２モータユニットを覆う形状の中間リンクの上壁が連結され、第２モータユニットは、前記中間リンク内に収められており、前記第２モータユニットの減速機の固定子であるケーシングは前記中間リンクの側壁に連結され、前記減速機の出力軸は、第２アームに連結されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータを健全な状態に維持でき、しかも静止摩擦トルクがなく応答性に優れたロボットアームの関節機構を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
本発明に係るロボットアームの関節機構の実施形態１を、図１及び図２に基づいて説明する。
【００１４】
図示したロボットアームの関節機構は、図１に示すように、第１アーム１と、第１アーム１が設けられた第１モータユニット２と、第２アーム３と、第２アーム３が設けられた第２モータユニット４とを備えている。
【００１５】
第１アーム１の端部には回転軸５が設けられており、この回転軸５に軸受６を介して第２アーム３が回転自在に支持されている。
【００１６】
第１モータユニット２は、モータ７と、モータ７から回転力が伝達される減速機８と、減速機８の出力軸８ａに設けられた回転子であるピニオン９とを備えている。この第１モータユニット２は、後述するように軸受６の外周に配置された中間リンク１３の外周ギアに前記ピニオン９を良好に噛合することができる位置に配置され、第１モータユニット２の固定子である減速機８のケーシングに第１アーム１を固定している。
【００１７】
第２モータユニット４も、モータ１０と、モータ１０から回転力が伝達される減速機１１と、減速機１１の出力軸１１ａに設けられた回転子であるピニオン１２とを備えている。この第２モータユニット４も、後述するように軸受６の外周に配置された中間リンク１３の外周ギアに前記ピニオン１２を良好に噛合することができる位置に配置され、第２モータユニット４の固定子である減速機１１のケーシングに第２アーム３を固定している。
【００１８】
軸受６の外周に中間リンク１３が配置されている。中間リンク１３は、中央に軸受６の外周と均しい内周の中空部を有する中空ギアであって、内周縁にフランジ１３ａが形成されており、フランジ１３ａが軸受６に内接するように配置されている。
【００１９】
中間リンク１３の外周ギア１３ｂに、第１モータユニット２のピニオン９及び第２モータユニット４のピニオン１２が噛合されている。
【００２０】
このような構成のロボットアームの関節機構は、第２アーム３の第１アーム１に対する旋回速度が、以下の数１で与えられる。ここで、モータ７の回転速度をω１、モータ１０の回転速度をω２、減速機８の速比をＲ１、減速機１１の速比をＲ２、ピニオン９の歯数をＺ１、ピニオン１２の歯数をＺ２、中間リンクの外周ギアの歯数をＺｏｕｔとする。
【００２１】
【数１】
2009166219.tif 000003
【００２２】
そのため、数２を満たす場合は、図２（ａ）に示すように中間リンク１３が回転し、第２アーム３は第１アーム１に対して静止した状態に維持される。
【００２３】
【数２】
2009166219.tif 000004
【００２４】
つまり、中間リンク１３は、第１モータユニット２のピニオン９と第２モータユニット４のピニオン１２とに連結され、第２モータユニット４が回転駆動することによって、第１モータユニット２のピニオン９の回転力が第２アーム３に対して伝達されるのを防止した構成とされているのである。このような構成の中間リンク１３を介して第１モータユニット２と第２モータユニット４とを連結しているので、第１モータユニット２のモータ７及び第２モータユニット４のモータ１０を回転させた状態で、第２アーム３を第１アーム１に対して静止した状態に維持することができる。そのため、モータ内に過電流が生じることがなく、モータを健全な状態に維持することができる。しかも、アームの静止時は中間リンク１３とピニオン９（１２）とが噛合して回転し、且つ減速機８、１１も稼働し続けるので、静止摩擦トルクがなく応答性に優れている。
【００２５】
一方、数２を満たさない場合は、第２アーム３は第１アーム１に対して回転する。具体的には、図２（ｂ）に示すように、第１モータユニット２のモータ７を反時計回りに回転させ、第２モータユニット４のモータ１０を時計回りに回転させると、中間リンク１３は固定され、第１モータユニット２のピニオン９と第２モータユニット４のピニオン１２とは中間リンク１３の外周を上方に回転していく。つまり、第１アーム１と第２アーム３とはＶの字に回転する。
【００２６】
図２（ｃ）に示すように、第１モータユニット２のモータ７を時計回りに回転させ、第２モータユニット４のモータ１０を反時計回りに回転させると、中間リンク１３は固定され、第１モータユニット２のピニオン９と第２モータユニット４のピニオン１２とは中間リンク１３の外周を下方に回転していく。つまり、第１アーム１と第２アーム３とは逆Ｖの字に回転する。
【００２７】
＜実施形態２＞
本発明に係るロボットアームの関節機構の実施形態２を、図３に基づいて説明する。
【００２８】
図示したロボットアームの関節機構も、第１モータユニット２２と第２モータユニット２４とが中間リンク３３を介して連結されているが、モータユニットの構成、配置及び中間リンク３３の構成が異なる。
【００２９】
第１モータユニット２２は、ピニオンが省略されており、モータ２７と、モータ２７に回転力が伝達される減速機２８とを備えている。第２モータユニット２４も、ピニオンが省略されており、モータ３０と、モータ３０から回転力が伝達される減速機３１とを備えている。この第１モータユニット２２及び第２モータユニット２４は、第１モータユニット２２の回転子である減速機２８の出力軸２８ａと、第２モータユニット２４の回転子である減速機３１の出力軸３１ａとの中心を共通にし、且つ相対峙するように配置されている。そして、第１モータユニット２２の固定子である減速機２８のケーシング２８ｂに第１アーム２１が連結され、第２モータユニット２４の固定子である減速機３１のケーシング３１ｂに第２アーム２３が連結され、減速機２８の出力軸２８ａと減速機３１の出力軸３１ａとは相互に剛体から成る中間リンク３３を介して連結されている。中間リンク３３は、出力軸相互を剛強に連結することができる部材であれば、形状、材料は特に限定されない。
【００３０】
減速機２８の出力軸２８ａと減速機３１の出力軸３１ａとを、同一方向に等しい速度で回転させようとすると、何ら抵抗なく回転し続けてアームに対して回転力を伝達しない。そのため、第２アーム２３は第１アーム２１に対して静止した状態に維持される。ここで、「同一方向」とは、一方のモータから見て回転方向が同一であることをいい、各々のモータから見た回転方向ではない。
【００３１】
一方、出力軸２８ａと３１ａとを逆方向に回転させると、抵抗し合って出力軸２８ａと３１ａとは固定され、モータ２７、３０のケーシングが回転する。また、出力軸２８ａと３１ａとを同一方向であっても、異なる速度で回転させると、回転の遅い側のモータのケーシングが回転する。この回転力は、モータのケーシングに連結された減速機のケーシングを介して、第１アーム及び第２アーム又は第１アーム若しくは第２アームに伝達され、第２アームは第１アームに対して回転する構成とされている。
【００３２】
したがって、このような構成のロボットアームの関節機構も、モータ内に過電流が生じることがなく、モータを健全な状態に維持することができる。しかも、アームの静止時に減速機２８、３１は稼働し続けるので、静止摩擦トルクがなく応答性に優れている。
【００３３】
＜実施形態３＞
本発明に係るロボットアームの関節機構の実施形態３を、図４に基づいて説明する。
【００３４】
図示したロボットアームの関節機構も、第１モータユニット４２と第２モータユニット４４とが中間リンク５３を介して連結されているが、モータユニットの構成、配置及び中間リンク５３の構成が異なる。
【００３５】
第１モータユニット４２は、ピニオンが省略されており、モータ４７と、モータ４７に回転力が伝達される減速機４８とを備えている。第２モータユニット４４も、ピニオンが省略されており、モータ５０と、モータ５０から回転力が伝達される減速機５１とを備えている。この第１モータユニット４２及び第２モータユニット４４は、第１モータユニット４２の回転子である減速機４８の出力軸４８ａと、第２モータユニット４４の回転子である減速機５１の出力軸５１ａとの中心を共通にし、且つ同一方向に向けて配置されている。
【００３６】
第１モータユニット４２の固定子である減速機４８のケーシング４８ｂに第１アーム４１が固定されており、減速機４８の出力軸４８ａには、第２モータユニット４４を覆う形状の中間リンク５３の上壁が連結されている。中間リンク５３は、内部に第２モータユニット４４を収めるのに十分な空間を有する蓋型形状に形成されている。
【００３７】
第２モータユニット４４は、中間リンク５３内に収められており、第２モータユニット４４の固定子である減速機５１のケーシング５１ｂが中間リンク５３の側壁に連結されている。そして、減速機５１の出力軸５１ａは、第２アーム４３に連結されている。
【００３８】
減速機４８の出力軸４８ａを回転させると、中間リンク５３を介して第２モータユニット４４の減速機５１がケーシング５１ｂごと前記出力軸４８ａと同一方向に回転する。そして、ケーシング５１ｂに連結されたモータ５０のケーシングも前記出力軸４８ａと同一方向に回転する。つまり、モータ５０が第１モータユニット４２の出力軸４８ａの回転方向と逆方向に、等しい速度で回転する場合は、各々の減速機の出力軸からアームに対して回転力は伝達されないので、モータ４７、５０を回転させた状態で第２アーム４３を第１アーム４１に対して静止した状態に維持することができる。
【００３９】
一方、出力軸４８ａと同一の方向に出力軸５１ａを回転させようとすると、中間リンク５３が固定され、しいてはモータ５０のケーシング及び減速機５１のケーシング５１ｂが固定される。そして、ケーシング５１ｂに対して出力軸５１ａが回転し、第２アーム４３は第１アーム４１に対して回転する構成とされている。
【００４０】
また、出力軸４８ａと出力軸５１ａとを逆方向に、異なる速度で回転させると、回転の遅い側のモータユニットの固定子又は回転子が回転し、第２アーム４３は第１アーム４１に対して回転する構成とされている。
【００４１】
したがって、このような構成のロボットアームの関節機構も、モータ内に過電流が生じることがなく、モータを健全な状態に維持できる。しかも、アームの静止時に減速機４８、５１は稼働し続けるので、静止摩擦トルクがなく応答性に優れている。
【００４２】
なお、本実施形態の中間リンク５３は蓋型形状としたが、この限りでない。要するに、内部に第２モータユニット４４を収めることができ、しかも上壁に第１モータユニット４２の出力軸４８ａを連結でき、さらには側壁に第２モータユニット４４の減速機５１のケーシング５１ｂを連結できる形状であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１であるロボットアームの関節機構を概略的に示した構造図である。
【図２】中間リンクとピニオンとの回転関係を示した図である。
【図３】本発明の実施形態２であるロボットアームの関節機構を概略的に示した構造図である。
【図４】本発明の実施形態３であるロボットアームの関節機構を概略的に示した構造図である。
【図５】従来のロボットアームの関節機構を概略的に示した構造図である。
【図６】従来のロボットアームの関節機構を概略的に示した構造図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  第１アーム
２  第１モータユニット
３  第２アーム
４  第２モータユニット
５  回転軸
６  軸受
７  モータ
８  減速機
８ａ  出力軸
９  ピニオン
１０  モータ
１１  減速機
１１ａ  出力軸
１２  ピニオン
１３  中間リンク
１３ａ  フランジ
１３ｂ  外周ギア
２１  第１アーム
２２  第１モータユニット
２３  第２アーム
２４  第２モータユニット
２７  モータ
２８  減速機
２８ａ  出力軸
２８ｂ  ケーシング
３０  モータ
３１  減速機
３１ａ  出力軸
３１ｂ  ケーシング
３３  中間リンク
４１  第１アーム
４２  第１モータユニット
４３  第２アーム
４４  第２モータユニット
４７  モータ
４８  減速機
４８ａ  出力軸
４８ｂ  ケーシング
５０  モータ
５１  減速機
５１ａ  出力軸
５１ｂ  ケーシング
５３  中間リンク
【図１】
2009166219.tif 000005
【図２】
2009166219.tif 000006
【図３】
2009166219.tif 000007
【図４】
2009166219.tif 000008
【図５】
2009166219.tif 000009
【図６】
2009166219.tif 000010