JP2014238117A - Speed reducer-incorporated actuator and articulated robot with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波動歯車装置が内蔵されたアクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットに関する。 The present invention relates to an actuator incorporating a wave gear device and an articulated robot including the actuator.
従来、ロボットアームのリンクやハンド等の駆動に用いられるアクチュエータは、ACサーボモータやDCブラシレスサーボモータを用い、高出力のトルクを得るためにサーボモータの出力側に波動歯車装置を設け、被駆動体に接続されることが多い。そして、ロボットアーム先端の位置制御は、サーボモータのモータシャフトに直結されたロータリーエンコーダでサーボモータの角度を検出することで行われていた。 Conventionally, actuators used to drive robot arm links, hands, etc. use AC servo motors or DC brushless servo motors. To obtain high output torque, a wave gear device is provided on the output side of the servo motor, and driven. Often connected to the body. The position control of the robot arm tip is performed by detecting the angle of the servo motor with a rotary encoder directly connected to the motor shaft of the servo motor.
しかし、近年、ロボットアームに必要な機能として、高精度化、高速化及び高出力化が求められており、波動歯車装置の回転軸に作用するトルクや波動歯車装置の内部機構の剛性不足により発生する撓み変形やガタつきが無視できなくなってきている。この場合、回転軸を目標の角度指令値に設定しても、波動歯車装置の回転軸に作用するトルクにより波動歯車装置の回転軸が回転方向にねじれることがある。そのため、ロボットアームにおいては、直進性などの動作精度を高めることが難しく、また、波動歯車装置のねじれによる振動により、静定時間が長くなり、ロボットアームの作業を開始するまでの時間が長くなるという問題があった。 However, in recent years, high accuracy, high speed, and high output have been demanded as functions necessary for the robot arm, which occurs due to insufficient torque acting on the rotating shaft of the wave gear device and insufficient rigidity of the internal mechanism of the wave gear device. The bending deformation and rattling that are becoming more difficult to ignore. In this case, even if the rotation shaft is set to the target angle command value, the rotation shaft of the wave gear device may be twisted in the rotation direction due to the torque acting on the rotation shaft of the wave gear device. Therefore, in the robot arm, it is difficult to improve the operation accuracy such as straightness, and the settling time becomes longer due to the vibration caused by the torsion of the wave gear device, and the time until the robot arm starts to work becomes longer. There was a problem.
これに対しては、モータシャフトと波動歯車装置の出力軸とにエンコーダを設けることで波動歯車装置のねじれやガタを検出し、ねじれ振動を低減させると共にロボットアームの先端位置の誤差を小さくするアクチュエータが提案されている(特許文献1参照)。 For this, an actuator that detects torsion and backlash of the wave gear device by providing an encoder on the motor shaft and the output shaft of the wave gear device to reduce torsional vibration and reduce the error of the tip position of the robot arm. Has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載のアクチュエータは、出力軸のエンコーダで波動歯車装置のねじれ制御を行う場合、モータシャフトの剛性が小さいため、ねじれによる共振点が複数存在することになり、ロボットアームの制御性能が劣化するおそれがある。これは、波動歯車装置の波動発生器に対してモータシャフトのみで直結されているため、波動歯車装置の外歯歯車の剛性に対してモータシャフトの剛性が十分に大きくないからである。 However, when the torsion control of the wave gear device is performed by the output shaft encoder, the actuator described in Patent Document 1 has a plurality of resonance points due to torsion because the rigidity of the motor shaft is small. Performance may be degraded. This is because the rigidity of the motor shaft is not sufficiently large relative to the rigidity of the external gear of the wave gear device because it is directly connected to the wave generator of the wave gear device only by the motor shaft.
そのため、外歯歯車の共振周波数に近い周波数のところでモータシャフトの共振が発生し、かつ、波動歯車装置のねじれ制御を行う制御帯域にモータシャフトの共振点が含まれている。これにより、モータシャフトの共振周波数に近い周波数で制御せざるを得なくなり、モータシャフトがねじれるおそれがある。すなわち、この従来の構成では、モータシャフトのねじれにより、波動歯車装置のねじれ制御が困難となり、ロボットアームの制御性能が低下してしまうという問題があった。 Therefore, the motor shaft resonates at a frequency close to the resonance frequency of the external gear, and the motor band resonance point is included in the control band in which the torsion control of the wave gear device is performed. As a result, the motor shaft must be controlled at a frequency close to the resonance frequency of the motor shaft, and the motor shaft may be twisted. That is, with this conventional configuration, there is a problem that the torsion control of the wave gear device becomes difficult due to the torsion of the motor shaft, and the control performance of the robot arm deteriorates.
そこで、本発明は、回転制御性能の低下を防止可能な減速機内蔵アクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an actuator with a built-in reducer that can prevent a decrease in rotation control performance and an articulated robot including the same.
本発明は、減速機内蔵アクチュエータにおいて、支持部材の内部で回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータと、内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる楕円状のカム部と、前記ステータにより発生された回転磁界により、前記回転軸を中心に前記カム部と一体で回転するロータ部と、を有し、前記回転軸と同軸上で前記支持部材に回転自在に支持された波動発生回転子と、を備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a reduction gear built-in actuator, a stator that generates a rotating magnetic field around a rotation axis inside a support member, an internal gear that has internal teeth on the inner periphery and is arranged coaxially with the rotation axis. And the outer periphery has fewer external teeth than the internal teeth of the internal gear, and on the inner peripheral side of the internal gear, the external teeth can mesh with the internal teeth of the internal gear. An external cam gear, an elliptical cam portion that abuts the inner peripheral portion of the flexible external gear and meshes the inner teeth with the outer teeth, and a rotating magnetic field generated by the stator. A wave generating rotor that has a rotor portion that rotates integrally with the cam portion around the rotation shaft, and is rotatably supported by the support member coaxially with the rotation shaft. It is characterized by.
また、本発明は、減速機内蔵アクチュエータにおいて、支持部材に取り付けられ、回転軸を中心に回転磁界を発生させるステータと、前記ステータにより発生された回転磁界により前記回転軸を中心に回転するロータと、内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、前記回転軸と同軸上で回転自在に支持され、前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる波動発生器と、を備え、前記ロータと前記波動発生器とが一体となるように接合したことを特徴とする。 The present invention also provides a reduction gear built-in actuator, a stator that is attached to a support member and generates a rotating magnetic field around the rotating shaft, and a rotor that rotates around the rotating shaft by the rotating magnetic field generated by the stator; An internal gear having internal teeth on the inner circumference and coaxially arranged with the rotation shaft; and an outer circumference having fewer external teeth than the internal teeth of the internal gear on the outer circumference; On the peripheral side, the external teeth are supported so as to be able to mesh with the internal teeth of the internal gear, and are rotatably supported on the same axis as the rotation shaft. A wave generator that abuts an inner peripheral portion and meshes the inner teeth with the outer teeth, and is joined so that the rotor and the wave generator are integrated.
本発明によれば、回転制御性能の低下を防止可能な減速機内蔵アクチュエータ及びこれを備える多関節ロボットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reduction gear built-in actuator which can prevent the fall of rotation control performance, and an articulated robot provided with the same can be provided.
本発明の実施形態に係る多関節ロボットについて、図1から図5を参照しながら説明する。本実施形態に係る多関節ロボットは、波動歯車装置(減速機)が内蔵された減速機内蔵アクチュエータを各関節に用いた多関節ロボットである。以下、第1実施形態から第4実施形態を用いて、具体的に説明する。 An articulated robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The multi-joint robot according to the present embodiment is a multi-joint robot using a reduction gear built-in actuator with a built-in wave gear device (reduction gear) for each joint. Hereinafter, a detailed description will be given using the first to fourth embodiments.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る多関節ロボット10について、図1及び図2を参照しながら説明する。まず、多関節ロボット10の全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る多関節ロボット10を模式的に示す側面図である。
<First Embodiment>
An articulated
図1に示すように、多関節ロボット10は、6軸多関節のロボットアーム11と、ロボットアーム11の先端に接続されたハンド(エンドエフェクタ)12と、ハンド12に作用する力等を検出可能な不図示の力検出センサと、を備えている。
As shown in FIG. 1, the articulated
ロボットアーム11は、第1〜第6リンク21,22,23,24,25,26と、第1〜第6リンク21〜26やハンド12を回転駆動する第1〜第6関節ユニット31,32,33,34,35,36と、を備えている。第1〜第6関節ユニット31〜36は、後述する減速機内蔵アクチュエータを備えており、減速機内蔵アクチュエータを駆動制御することで第1〜第6リンク21〜26が移動する。つまり、ロボットアーム11は、第1〜第6関節ユニット31〜36の減速機内蔵アクチュエータを選択的に駆動することで第1〜第6リンク21〜26が移動して、ハンド12が任意の3次元位置に移動する。なお、減速機内蔵アクチュエータについては、後に詳しく説明する。
The
ハンド12は、ワークを把持可能な複数のフィンガ41,42と、複数のフィンガ41,42を駆動する不図示のアクチュエータと、を備えており、複数のフィンガ41,42を独立に接離駆動することでワークを把持可能に構成されている。力検出センサは、ハンド12が複数のフィンガ41,42でワークを把持する際等にハンド12に作用する力やモーメントを検出する。
The
次に、第1〜第6関節ユニット31〜36が備える減速機内蔵アクチュエータ(インナロータ型ブラシレスモータ)について、図2を参照しながら説明する。なお、第1〜第6関節ユニット31〜36が備える減速機内蔵アクチュエータは同じ構成であるため、ここでは、第4リンク24と第5リンク25との間の第4関節ユニット34(図1参照)に設けられる減速機内蔵アクチュエータ100を用いて説明する。図2は、第1実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ100を模式的に示す断面図である。
Next, a reduction gear built-in actuator (inner rotor type brushless motor) included in the first to
図2に示すように、減速機内蔵アクチュエータ100は、ハウジング130と、モータシャフト(シャフト)110と、ステータ111と、波動歯車装置120と、第1エンコーダ(第1センサ)140と、第2エンコーダ(第2センサ)150とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング130は、第4リンク24に固定されている。モータシャフト110は、後述する波動発生回転子123のロータ部125に接続されており、ハウジング130の内部で、ベアリング132を介してハウジング130に回転自在に支持されている。ステータ111は、後述するロータ部125と対向配置されるコア112と、ハウジング130の内部でコア112に回転磁界を発生させるコイル113と、を有しており、ハウジング130の内部に取り付けられている。
The
波動歯車装置120は、内周に内歯を有する環状の剛性内歯歯車(内歯歯車)121と、外周に剛性内歯歯車121の内歯と歯合可能な外歯を有するカップ状の可撓性外歯歯車122と、を備えている。また、波動歯車装置120は、モータシャフト110の少なくとも一部と一体(モータシャフト110の少なくとも一部を被覆)となるように接続され、可撓性外歯歯車122の内周側で波動を発生させる波動発生回転子123を備えている。
The
剛性内歯歯車121は、モータシャフト110と同軸上で第4リンク24に固定されている。可撓性外歯歯車122は、剛性内歯歯車121の内周側に装着されており、可撓性外歯歯車122の外歯は、剛性内歯歯車121の内歯よりも少なくなっている。また、可撓性外歯歯車122は、第5リンク25に接続されている。波動発生回転子123は、可撓性外歯歯車122の内周部に当接可能な楕円状のカム部124と、ステータ111により発生された回転磁界により、モータシャフト(回転軸)110を中心にカム部124と一体で回転するロータ部125と、を有している。カム部124は、波動歯車装置における波動発生器に相当する機能を有しており、可撓性外歯歯車122の内周部に当接して内歯と外歯とを歯合させる。ロータ部125は、モータの永久磁石を有するロータに相当する機能を有しており、ベアリング131を介してハウジング130に回転自在に支持されている。
The rigid
なお、本実施形態においては、カップ型の可撓性外歯歯車122を用いて説明するが、可撓性外歯歯車は、シルクハット型やパンケーキ型であってもよい。
In this embodiment, the cup-type flexible
第1エンコーダ140は、モータシャフト110に接続された回転ディスク141と、回転ディスク141と対向配置された固定スリット142と、発光素子143と、受光素子144と、を備えており、モータシャフト(入力軸)110の回転角度を検出する。例えば、発光素子143からの光が回転ディスク141に投光されると、受光素子144が固定スリット142を介して受光と不受光とを繰り返し、受光と不受光とをオン、オフの電気信号(回転位置)を検出する。そして、電気信号が検出されると、不図示の演算回路が回転角度を演算する。
The
第2エンコーダ150は、第5リンク25に接続された回転ディスク151と、回転ディスク151と対向配置された固定スリット152と、発光素子153と、受光素子154と、を備えており、第5リンク(被駆動体の出力軸)25の回転角度を検出する。例えば、発光素子153からの光が回転ディスク151に投光されると、受光素子154が固定スリット152を介して受光と不受光とを繰り返し、受光と不受光とをオン、オフの電気信号として検出する。そして、電気信号が検出されると、不図示の演算回路が回転角度を演算する。なお、第5リンク25は、クロスローラベアリング133により第4リンク24に回転可能に支持されている。
The
次に、上述のように構成された減速機内蔵アクチュエータ100の動作について説明する。不図示の駆動回路がコイル113に通電すると、コア112により発生された回転磁界によりロータ部125に駆動トルクが発生し、駆動トルクにより波動発生回転子123が高速回転する。これにより、カム部124が回転し、カム部124の回転により可撓性外歯歯車122がベアリングを介して楕円状に撓められ、楕円の長軸方向の両端位置で剛性内歯歯車121と噛み合う。このとき、可撓性外歯歯車122と剛性内歯歯車121との間に歯数差に起因する相対回転が発生し、可撓性外歯歯車122から減速された回転力が第5リンク(被駆動体の出力軸)25に伝達されて出力される。
Next, the operation of the reduction gear built-in
以上説明したように、第1実施形態に係る多関節ロボット10は、減速機内蔵アクチュエータ100を備えている。また、減速機内蔵アクチュエータ100は、波動歯車装置における波動発生器に相当する機能を持つカム部124と、モータのロータに相当する機能を持つロータ部125と、を有する波動発生回転子123を備えている。つまり、波動発生回転子123は、従来のモータのロータと、波動発生装置の波動発生器とを一部材で構成し、モータシャフト110の少なくとも一部と一体となるように、モータシャフト110の少なくとも一部を被覆している。
As described above, the articulated
そのため、モータシャフトのみを波動発生器に接続した従来の減速機内蔵アクチュエータよりも、モータシャフト(回転子)の剛性を向上させることができる。これにより、モータシャフト(回転子)のねじれを低減させることができる。具体的には、ねじれ制御を行う制御帯域において、ねじれによる共振点を1つにすることができ、回転制御性能の低下を防止することができる。その結果、ロボットアームを高精度に制御することができる。 Therefore, the rigidity of the motor shaft (rotor) can be improved as compared with the conventional actuator with a built-in reducer in which only the motor shaft is connected to the wave generator. Thereby, the twist of a motor shaft (rotor) can be reduced. Specifically, in the control band in which the torsion control is performed, the resonance point due to the torsion can be made one, and the rotation control performance can be prevented from being lowered. As a result, the robot arm can be controlled with high accuracy.
以下、具体的な数値を示して説明する。ここでは、波動歯車装置の一般的な規格である25型を使用することを前提とする。例えば、25型の波動歯車装置において、波動発生回転子123のカム部124の楕円の短軸方向の長さは66mmであるため、ロータ部125の径は最大で66mmとなる。また、波動発生回転子123のシフト穴の径は26mmであるため、モータシャフト110の径は最大で26mmとなる。ロータの径はモータシャフトの径の2倍以上にすることが一般的であるため、ロータ部125の径を66mm、モータシャフト110の径を26mmとする。
Hereinafter, specific numerical values will be shown and described. Here, it is premised on using 25 type | mold which is a general specification of a wave gear apparatus. For example, in the 25-type wave gear device, since the length of the ellipse of the
剛性は径の3乗に比例するため、波動発生器とロータを一体化させた波動発生回転子123をモータシャフト110を被覆するようにモータシャフト110に接続することで、モータシャフト110の剛性は、約16.4倍になる。
Since the rigidity is proportional to the cube of the diameter, the rigidity of the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る多関節ロボット10Aについて、図1を援用すると共に、図3を参照しながら説明する。第2実施形態に係る多関節ロボット10Aは、減速機内蔵アクチュエータの波動歯車装置の波動発生回転子の形状が第1実施形態と相違する。そのため、第2実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータ(カップ状インナロータ型ブラシレスモータ)100Aの波動歯車装置120Aの波動発生回転子123Aについて説明し、その他の構成については説明を省略する。図3は、第2実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ100Aを模式的に示す断面図である。
Second Embodiment
Next, an articulated
図3に示すように、波動発生回転子123Aは、可撓性外歯歯車122の内周部に当接する楕円状のカム部126と、モータシャフト(回転軸)110を中心にカム部126と一体で回転する円筒状のロータ部127と、を有している。カム部126にはモータシャフト110が接続されており、ロータ部127は、内周面側がベアリング134,135によりハウジング130Aに回転自在に支持されている。このように、第2実施形態に係る波動発生回転子123Aは、所謂、カップ状に形成されており、ロータ部127の外周面側には、ステータ111が配置されている。
As shown in FIG. 3, the
ここで、通常、ブラシレスモータにおいては、モータ(アクチュエータ)の寿命はモータシャフトを支持しているベアリングの耐久寿命により決定される。そのため、第1実施形態において、モータの耐久を向上させるためにベアリングを大型化させようとすると、モータの径方向及び軸方向を大きくせざるを得なくなり、モータが大型化する。 Here, normally, in a brushless motor, the life of the motor (actuator) is determined by the durable life of the bearing supporting the motor shaft. Therefore, in the first embodiment, if the bearing is increased in size in order to improve the durability of the motor, the radial direction and the axial direction of the motor must be increased, and the motor is increased in size.
一方、第2実施形態のように、波動発生回転子123Aをカップ状にすることで、モータの径方向及び軸方向にベアリングを大きくすることができる。これにより、モータシャフト110の剛性を向上させることに加えて、減速機内蔵アクチュエータ100Aが大型化することなく、耐久性を向上させることができる。
On the other hand, bearings can be enlarged in the radial direction and the axial direction of the motor by making the
以上説明したように、第2実施形態においては、カップ状の波動発生回転子123Aを用いることで、モータシャフト110の剛性を向上させることに加えて、減速機内蔵アクチュエータ100Aの耐久寿命を向上させることができる。
As described above, in the second embodiment, by using the cup-shaped
以下、具体的な数値を示して説明する。ここでは、波動歯車装置の一般的な規格である25型を使用すること、ベアリングの耐久寿命はベアリングの動定格荷重の3乗に比例すること、ベアリングのボール径が動定格荷重に比例することを前提とする。また、各部品のクリアランスを2mm、ハウジング130Aの厚さ及び波動発生回転子123Aのロータ部127の厚さを5mmとする。
Hereinafter, specific numerical values will be shown and described. Here, 25 type, which is a general standard of wave gear device, is used, the durability life of the bearing is proportional to the cube of the dynamic load rating of the bearing, and the ball diameter of the bearing is proportional to the dynamic load rating. Assuming Further, the clearance of each component is 2 mm, the thickness of the
第1実施形態にように、カップ状でない波動発生回転子123のロータ部125では、ベアリング132が回転ディスク141とロータ部125との間に配置されている(図2参照)ため、ボール径は最大5mmとなる。これに対して、カップ状の波動発生回転子123Aでは、ベアリング134,135をロータ部127の内側に配置できるため、ボール径を最大8mmまで大型化させることができる。このように、カップ状の波動発生回転子123Aを用いることでベアリング134,135の径を5mmから8mmに大型化することができ、減速機内蔵アクチュエータ100Aの耐久寿命を約4.1倍向上させることができる。
As in the first embodiment, in the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る多関節ロボット10Bについて、図1を援用すると共に、図4を参照しながら説明する。第3実施形態に係る多関節ロボット10Bは、減速機内蔵アクチュエータのステータの配置構成が第2実施形態と相違する。そのため、第3実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータ(カップ状アウタロータ型ブラシレスモータ)100Bのステータ111Bの配置構成について説明し、その他の構成については説明を省略する。図4は、第3実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ100Bを模式的に示す断面図である。
<Third Embodiment>
Next, an articulated
図4に示すように、ステータ111Bは、波動発生回転子123Aのロータ部127の内側に配置されている。このとき、波動発生回転子123Aは、カム部126に接続されたモータシャフト110がベアリング136,137を介してハウジング130Aに支持されることで回転可能となっている。
As shown in FIG. 4, the
ここで、モータトルク及びモータイナーシャの大きさはロータの径に比例するため、ロータの径が同じ条件の場合、インナロータ型よりもアウタロータ型の方がモータ部を小型化することができる。そのため、第3実施形態においては、ステータ111Bをロータ部127の内側に配置している。なお、ここでいうモータ部とは、ハウジング130と、モータシャフト110と、ステータ111と、波動発生回転子123Aのロータ部127と、を含む構成である。
Here, since the size of the motor torque and the motor inertia is proportional to the diameter of the rotor, when the rotor diameter is the same, the outer rotor type can downsize the motor unit more than the inner rotor type. Therefore, in the third embodiment, the
以上説明したように、第3実施形態においては、ステータ111Bをアウタロータ型にすることで、モータシャフト110の剛性を向上させることに加えて、減速機内蔵アクチュエータ100Bを小型化することができる。
As described above, in the third embodiment, by making the
以下、具体的な数値を示して説明する。ここでは、波動歯車装置の一般的な規格である25型を使用すること、モータトルクの大きさはロータ部の径に比例するためロータ部の径を同じ条件にすることを前提とする。例えば、25型の波動歯車装置において、波動発生回転子123Aのカム部126の楕円の短軸方向の長さは66mmであるため、ロータ部127の径を66mm、軸方向の長さを40mmとする。
Hereinafter, specific numerical values will be shown and described. Here, it is assumed that the 25 type, which is a general standard for wave gear devices, is used, and that the motor torque is proportional to the diameter of the rotor portion, so that the diameter of the rotor portion is the same. For example, in the 25-type wave gear device, since the length of the ellipse of the
また、第2実施形態のようなインナロータ型のコア112については、ロータ部127の径をコア112の内径よりも小さくする必要があるので、コア112の内径を70mm、コアの外径を80mmとする。この場合、図3に示すインナロータ型のモータ部の体積は約200960mm3となり、図4に示すアウタロータ型のモータ部の体積は約136778mm3となる。したがって、アウタロータ型にした方が、モータ部を体積比約0.68倍、小型化することができる。
Further, for the inner
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る多関節ロボット10Cについて、図1を援用すると共に、図5を参照しながら説明する。第4実施形態に係る多関節ロボット10Cは、減速機内蔵アクチュエータの構成が第1実施形態と相違する。そのため、第4実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータ100Cについて説明し、その他の構成については説明を省略する。図5は、第4実施形態に係る減速機内蔵アクチュエータ100Cを模式的に示す断面図である。
<Fourth embodiment>
Next, an articulated
図5に示すように、減速機内蔵アクチュエータ100Cは、ハウジング130と、モータシャフト(シャフト)110と、ステータ111と、ロータ114と、波動歯車装置120Cと、を備えている。また、減速機内蔵アクチュエータ100Cは、第1エンコーダ(第1センサ)140と、第2エンコーダ(第2センサ)150と、を備えている。
As shown in FIG. 5, the reduction gear built-in
ハウジング(支持部材)130は、第4リンク24に固定されている。モータシャフト110は、後述する波動発生器128に接続されており、ハウジング130の内部で、ベアリング139を介してハウジング130に回転自在に支持されている。ステータ111は、ロータ114と対向配置されるコア112と、ハウジング130の内部でコア112に回転磁界を発生させるコイル113と、を有しており、ハウジング130の内部に取り付けられている。
The housing (support member) 130 is fixed to the
ロータ114は、モータシャフト110に取り付けられ、かつモータシャフト110と共に後述する波動発生器128に接合されている。本実施形態においては、ロータ114は、不図示のねじにより波動発生器128に直接接合されている。なお、ロータ114と波動発生器128との接続態様としては、ねじ止めの他に、接着、焼結等が例示できる。また、ロータ114は、ハウジング130の内部で、ベアリング138を介してハウジング130に回転自在に支持されている。
The
波動歯車装置120Cは、内周に内歯を有する環状の剛性内歯歯車121と、外周に剛性内歯歯車121の内歯と歯合可能な外歯を有するカップ状の可撓性外歯歯車122と、可撓性外歯歯車122の内周側で波動を発生させる波動発生器128とを備えている。
The
剛性内歯歯車121は、モータシャフト110と同軸上で第4リンク24に固定されている。可撓性外歯歯車122は、剛性内歯歯車121の内周側に装着されており、可撓性外歯歯車122の外歯は、剛性内歯歯車121の内歯よりも少なくなっている。また、可撓性外歯歯車122は、第5リンク25に接続されている。波動発生器128は、可撓性外歯歯車122の内周部に当接可能な楕円状に形成されており、可撓性外歯歯車122の内周部に当接して、可撓性外歯歯車122の外歯と剛性内歯歯車121の内歯とを歯合させる。
The rigid
なお、本実施形態においては、カップ型の可撓性外歯歯車122を用いて説明するが、可撓性外歯歯車は、シルクハット型やパンケーキ型であってもよい。また、第1エンコーダ140と第2エンコーダ150とは、第1実施形態と同じ構成であるため説明を省略する。
In this embodiment, the cup-type flexible
次に、上述のように構成された減速機内蔵アクチュエータ100の動作について説明する。不図示の駆動回路がコイル113に通電すると、コア112により発生された回転磁界によりロータ114に駆動トルクが発生し、ロータ114に接合された波動発生器128が高速回転する。波動発生器128の回転により可撓性外歯歯車122がベアリングを介して楕円状に撓められ、楕円の長軸方向の両端位置で剛性内歯歯車121と噛み合う。このとき、可撓性外歯歯車122と剛性内歯歯車121との間に歯数差に起因する相対回転が発生し、可撓性外歯歯車122から減速された回転力が第5リンク(被駆動体の出力軸)25に伝達されて出力される。
Next, the operation of the reduction gear built-in
以上説明したように、第4実施形態に係る多関節ロボット10Cは、減速機内蔵アクチュエータ100Cを備えている。また、減速機内蔵アクチュエータ100Cは、ロータ114と波動発生器128とが直接接合されている。そのため、モータシャフトのみを波動発生器に接続した従来の減速機内蔵アクチュエータよりも、モータシャフト(回転子)の剛性を向上させることができる。これにより、モータシャフト(回転子)のねじれを低減させることができる。具体的には、ねじれ制御を行う制御帯域において、ねじれによる共振点を1つにすることができ、回転制御性能の低下を防止することができる。その結果、ロボットアームを高精度に制御することができる。
As described above, the articulated
また、減速機内蔵アクチュエータ100Cは、ロータ114と波動発生器128とを別体に構成し、ねじにより接続している。そのため、減速機内蔵アクチュエータを製作する上で、ロータ114に波動歯車装置120Cの波動発生器128を簡単に取り付けることができると共に、交換も容易となる。また、ロータ114と波動発生器128とを別体で構成することで、ロータと波動発生器とを一体形成する場合よりも製作が容易となる。
In the reduction gear built-in
なお、ロータと波動発生器とを別体にして直接接合する構成は、上述した第2実施形態に係るカップ状インナロータ型や第3実施形態に係るカップ状アウタロータ型にも用いることができ、この場合においても同様の効果を得ることができる。 The structure in which the rotor and the wave generator are separately joined can be used for the cup-shaped inner rotor type according to the second embodiment and the cup-shaped outer rotor type according to the third embodiment. In some cases, similar effects can be obtained.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. In addition, the effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments of the present invention.
例えば、本実施形態においては、減速機内蔵アクチュエータを各関節に備えたロボットアームを用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。各関節の少なくとも1箇所に減速機内蔵アクチュエータを備えたロボットアームでも同様である。また、ハンド12に設けられる複数のフィンガが多関節の場合は、減速機内蔵アクチュエータをフィンガのアクチュエータに用いてもよい。
For example, in the present embodiment, a description has been given using a robot arm provided with a reduction gear built-in actuator at each joint, but the present invention is not limited to this. The same applies to a robot arm having a reduction gear built-in actuator in at least one position of each joint. In addition, when a plurality of fingers provided on the
また、本実施形態においては、第1センサ及び第2センサとして、光学式の第1エンコーダ140及び第2エンコーダ150を用いて説明したが、第1センサ及び第2センサは、磁気式、透過型、反射型等のエンコーダを用いることもできる。また、第1センサ及び第2センサとして、エンコーダの代わりにトルクセンサを用いても同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、支持部材として、ステータ111,111Aを固定するハウジング130を用いて説明したが、例えば、支持部材としてロボットアームのリンクを用い、リンクに直接ステータ111,111Aを固定する構成であってもよい。
Further, in the present embodiment, the
10、10A、10B、10C 多関節ロボット
100、100A、100B、100C 減速機内蔵アクチュエータ
110 モータシャフト(シャフト)
111 ステータ
114 ロータ
121 剛性内歯歯車
122 可撓性外歯歯車
123、123A 波動発生回転子
124 カム部
125 ロータ部
126 カム部
127 ロータ部
128 波動発生器
130 ハウジング(支持部材)
140 第1エンコーダ(第1センサ)
150 第2エンコーダ(第2センサ)
10, 10A, 10B, 10C Articulated
DESCRIPTION OF
140 First encoder (first sensor)
150 Second encoder (second sensor)
Claims (11)
内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、
外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる楕円状のカム部と、前記ステータにより発生された回転磁界により、前記回転軸を中心に前記カム部と一体で回転するロータ部と、を有し、前記回転軸と同軸上で前記支持部材に回転自在に支持された波動発生回転子と、を備えた、
ことを特徴とする減速機内蔵アクチュエータ。 A stator that generates a rotating magnetic field around the rotation axis inside the support member;
An internal gear having an inner tooth on the inner periphery and disposed coaxially with the rotation shaft;
The outer periphery has fewer external teeth than the internal teeth of the internal gear, and on the inner peripheral side of the internal gear, the external teeth can mesh with the internal teeth of the internal gear. Tooth gears,
The elliptical cam portion that abuts the inner peripheral portion of the flexible external gear and meshes the inner teeth with the outer teeth, and the rotating magnetic field generated by the stator is used to center the rotating shaft. A wave generating rotor that has a rotor portion that rotates integrally with the cam portion, and is rotatably supported by the support member coaxially with the rotation shaft.
A reduction gear built-in actuator characterized by this.
前記ステータは、前記ロータ部の内周面側に配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 The rotor part is formed in a cylindrical shape,
The stator is disposed on the inner peripheral surface side of the rotor portion.
The reducer built-in actuator according to claim 1.
前記ステータは、前記ロータ部の外周面側に配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 The rotor part is formed in a cylindrical shape,
The stator is disposed on the outer peripheral surface side of the rotor portion.
The reducer built-in actuator according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 In the wave generating rotor, the rotor portion is rotatably supported by the support member.
The actuator with a built-in reduction gear according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記波動発生回転子は、前記シャフトを介して前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 A shaft connected to the wave generating rotor on the same axis as the rotation axis;
The wave generation rotor is rotatably supported by the support member via the shaft.
The actuator with a built-in reduction gear according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記ロータ部と前記シャフトとが前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 A shaft connected to the wave generating rotor on the same axis as the rotation axis;
The rotor portion and the shaft are rotatably supported by the support member;
The actuator with a built-in reduction gear according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記可撓性外歯歯車に接続される被駆動体の回転位置を検出可能な第2センサと、を備えた、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 A first sensor capable of detecting a rotational position of the wave generating rotor;
A second sensor capable of detecting a rotational position of a driven body connected to the flexible external gear,
The actuator with a built-in reduction gear according to any one of claims 1 to 6, wherein the actuator is built-in.
前記ステータにより発生された回転磁界により前記回転軸を中心に回転するロータと、
内周に内歯を有し、前記回転軸と同軸上に配置される内歯歯車と、
外周に前記内歯歯車の前記内歯よりも少ない外歯を有し、前記内歯歯車の内周側で、前記外歯が前記内歯歯車の前記内歯と歯合可能な可撓性外歯歯車と、
前記回転軸と同軸上で回転自在に支持され、前記可撓性外歯歯車の内周部に当接して、前記内歯と前記外歯とを歯合させる波動発生器と、を備え、
前記ロータと前記波動発生器とが一体となるように接合した、
ことを特徴とする減速機内蔵アクチュエータ。 A stator that is attached to the support member and generates a rotating magnetic field around the rotation axis;
A rotor that rotates about the rotation axis by a rotating magnetic field generated by the stator;
An internal gear having an inner tooth on the inner periphery and disposed coaxially with the rotation shaft;
The outer periphery has fewer external teeth than the internal teeth of the internal gear, and on the inner peripheral side of the internal gear, the external teeth can mesh with the internal teeth of the internal gear. Tooth gears,
A wave generator that is rotatably supported on the same axis as the rotation shaft, abuts against the inner peripheral portion of the flexible external gear, and meshes the internal teeth with the external teeth;
The rotor and the wave generator are joined so as to be integrated,
A reduction gear built-in actuator characterized by this.
前記ロータと前記シャフトとが前記支持部材に回転自在に支持される、
ことを特徴とする請求項8に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 A shaft connected to the rotor coaxially with the rotating shaft;
The rotor and the shaft are rotatably supported by the support member;
The actuator with a built-in reducer according to claim 8.
前記可撓性外歯歯車に接続される被駆動体の回転位置を検出可能な第2センサと、を備えた、
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の減速機内蔵アクチュエータ。 A first sensor capable of detecting the rotational position of the rotor;
A second sensor capable of detecting a rotational position of a driven body connected to the flexible external gear,
The actuator with a built-in reducer according to claim 8 or 9.
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JP2013120091A JP2014238117A (en) | 2013-06-06 | 2013-06-06 | Speed reducer-incorporated actuator and articulated robot with the same |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018159032A1 (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | ソニー株式会社 | Actuator |
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CN112855891A (en) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 精工爱普生株式会社 | Drive device |
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