JPH0671584A - マニプレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 関節部分を小型軽量化し得るマニプレータを
提供する。 【構成】 基端側腕１１と、この基端側腕１１に軸受１
４を介して相対回転自在に連結された先端側腕１６と、
この先端側腕１６と基端側腕１１との間に設けられて基
端側腕１１に対して先端側腕１６を駆動する腕駆動用駆
動モータ１８とを具えたマニプレータにおいて、腕駆動
用駆動モータ１８は回転子18eが円筒状をなし、この腕
駆動用駆動モータ１８の回転子18eの内側に回転センサ
３４,３６を収納したことを特徴とするものであり、腕
駆動用駆動モータ１８の回転子18eを円筒状に形成し、
ここに回転センサ３４,３６を収納したことにより、関
節部分の長さを短くすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、関節部分の小型軽量化
を可能としたマニプレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接作業や塗装作業等のように作業環境
に問題がある場合や、単純な荷役作業を繰り返して行う
ような場合、予め与えられたプログラムに従ってこれら
の作業を行うマニプレータが、従来の作業者に代わって
各種産業分野にて採用されつつある。このため、上述し
た作業を行うマニプレータには、作業者とほぼ同等の動
きが要求されるため、例えば７軸程度の制御軸を具えた
多関節形のマニプレータを採用する必要がある。

【０００３】このような従来の多関節形マニプレータに
おける関節部分の断面構造の一例を表す図３に示すよう
に、基端側腕スリーブ101と先端側腕スリーブ102とは、
軸受103を介して相対回転自在に連結されており、先端
側腕スリーブ102の基端部に変速機ケース104を介して固
定された腕駆動用モータ105のモータケース105aには、
一対の軸受105bを介してモータ軸105cの両端部が回転自
在に支持されている。又、このモータケース105a内に
は、当該モータケース105a内に嵌着された固定子105d
と、モータ軸105cと一体に嵌着されてこの固定子105dと
対向する回転子105eとが収納されている。

【０００４】一方、前記モータ軸105cの基端部には軸受
106を介して変速機ケース104に回転自在に支持された減
速機107の入力軸107aが一体的に連結されており、この
減速機107の図示しない出力軸は、基端側腕スリーブ101
の先端部に突設され且つ軸受108を介して前記変速機ケ
ース104を回転自在に支持する駆動軸109に連結されてい
る。又、前記モータ軸105cの先端部には、モータケース
105aに取り付けられてこのモータ軸105cの回転量を検出
する回転センサ110が連結されている。

【０００５】従って、腕駆動用モータ105に通電する
と、モータケース105aに対してモータ軸105cが相対的に
回転し、このモータ軸105cの回転力が減速機107を介し
て駆動軸109から基端側腕スリーブ101に減速された状態
で伝達される。この結果、先端側腕スリーブ102に対し
て基端側腕スリーブ101が相対的に回転し、この時のモ
ータ軸105cの回転量が回転センサ110によって検出され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、多間接マニプレ
ータの許容荷重が例えば１０キログラム程度しかなくて
も、その自重を許容荷重の３倍程度（例えば３０キログ
ラム程度）に抑えることにより、可搬形式として多関節
マニプレータの応用範囲を拡げ、作業機器や制御ソフト
の変更等によって種々の産業分野で汎用化することが考
えられている。

【０００７】ところが、図３に示した従来の多関節形マ
ニプレータの関節部分には、それぞれ腕駆動用モータ10
5や減速機107の他に回転センサ110等が組み込まれてい
るため、この関節部分の構成要素が冗長となって大型化
し易く、その殆どが全体で１００キログラム以上もの自
重を有する据え置き形となっている。

【０００８】具体的には、モータ軸105cに対して減速機
107や回転センサ110が直列に連結されているため、関節
部分の全長がこれらの軸の長さの合計以上となって大型
化する。又、先端側腕スリーブ102内にモータケース105
aや変速機ケース104等をそのまま収納しているため、関
節部分の重量が嵩み、高出力の腕駆動用モータ105を組
み込まなければならず、多数の軸受を組み込む必要性と
相俟って製造コストの上昇を招く要因の一つとなる。し
かも、モータケース105aが密閉状態で先端側腕スリーブ
102内に組み込まれているため、特に高負荷運転時にお
ける固定子105dの部分で発生する熱が先端側腕スリーブ
102内に蓄積してしまい、腕駆動用モータ105が過熱して
その性能を充分に発揮させることが難しい。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、関節部分を小型軽量化し得る
と共に腕駆動用モータの放熱性に優れたマニプレータを
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるマニプレー
タは、基端側腕と、この基端側腕に軸受を介して相対回
転自在に連結された先端側腕と、この先端側腕と前記基
端側腕との間に設けられて前記基端側腕に対して当該先
端側腕を駆動する腕駆動用モータとを具えたマニプレー
タにおいて、前記腕駆動用モータは回転子が円筒状をな
し、この腕駆動用モータの回転子の内側に回転センサを
収納したことを特徴とするものである。

【００１１】ここで、腕駆動用モータの固定子を基端側
腕か或いは先端側腕の内周面に一体的に嵌着したり、腕
駆動用モータに連結される減速機の回転要素を基端側腕
か或いは先端側腕に軸受を介して回転自在に支持させる
ようにしても良い。

【００１２】

【作用】腕駆動用モータを作動させると、モータ軸の回
転が減速機を介して減速され、基端側腕に対して先端側
腕が相対的にゆっくりと回転する。この時、基端側腕に
対する先端側腕の相対回転量は、円筒状をなす回転子の
内部に収納された回転センサによって検出される。

【００１３】この回転センサは腕駆動用モータの回転子
の内部に収納されており、当該回転センサの長さ分だけ
関節部分の長さが従来のものよりも短くなった状態とな
る。

【００１４】又、腕駆動用モータの固定子が基端側腕か
或いは先端側腕の内周面に一体的に嵌着した場合や、腕
駆動用モータに連結される減速機の回転要素が基端側腕
か或いは先端側腕に軸受を介して回転自在に支持させた
場合には、これら基端側腕や先端側腕がモータケースや
変速機ケースの機能を併せ持った状態となる。ここで、
腕駆動用モータの固定子で発生した熱は、基端側腕か或
いは先端側腕から直接外部に放熱されることとなる。

【００１５】

【実施例】本発明によるマニプレータを７軸の制御軸を
具えたものに応用した一実施例の外観を表す図２に示す
ように、図示しない作業床面や作業壁面等に固定される
取付面１が形成された取付ベース２には、前記取付面１
に対して垂直な第１軸周りに旋回し得る旋回台３が連結
されており、この旋回台３には前記第１軸に対して直交
する第２軸周りに回動する腕スリーブ４の基端部が連結
されている。又、この腕スリーブ４の先端部には、前記
第２軸に対して直交する第３軸周りに回転する中間腕５
の基端部が連結されており、この中間腕５の先端部には
前記第３軸に対して直交する第４軸周りに回動する接続
スリーブ６の基端部が連結されている。更に、この接続
スリーブ６の先端部には、前記第４軸に対して直交する
第５軸周りに回転する延長スリーブ７の基端部が連結さ
れており、この延長スリーブ７の先端部には前記第５軸
に対して直交する第６軸周りに回動する手首部８が連結
されている。そして、この手首部８には前記第６軸に対
して直交する第７軸周りに回転し且つ各種作業機器が組
み付けられる面板９が取り付けられている。

【００１６】第１軸〜第７軸にはそれぞれ腕駆動用モー
タ等が連結され、これら腕駆動用モータ等の作動を制御
することにより、取付ベース２に対する面板９の位置及
び姿勢を作業形態に応じて任意に変更できるようになっ
ている。

【００１７】前記取付ベース２と旋回台３との連結部分
の断面構造を表す図１に示すように、本発明の基端側腕
に相当する取付ベース２（以下、これを基端側腕１１と
記述する）にボルト１２を介して固定された基端側ブラ
ケット１３には、環状に配列する円筒ころ14aの回転軸
心を交互に９０度交差させたクロスローラ軸受１４を介
して先端側ブラケット１５が回転自在に連結されてい
る。又、この先端側ブラケット１５には、本発明の先端
側腕に相当する前記旋回台３（以下、これを先端側腕１
６と記述する）の基端部にボルト１７を介して一端部が
固定された腕駆動用モータ１８のモータケース18aの他
端部がボルト１９を介して固定されている。

【００１８】本実施例では、腕駆動用モータ１８として
ＡＣブラシレスモータを採用しており、そのモータケー
ス18aには、モータコイル18bを巻回したモータステータ
18cが一体的に嵌着されている。前記モータコイル18bに
は、図示しない電源に接続するケーブル２０が結線され
ており、このモータステータ18cと対向する環状の永久
磁石18dが一体的に嵌着された円筒状をなすモータロー
タ18eの先端側は、モータケース18aの先端に一体的に嵌
め込まれた蓋板２１と一体のレゾルバホルダ２２に玉軸
受２３を介して回転自在に保持されている。

【００１９】又、モータロータ18eの基端側には中空の
モータ軸18fがボルト２４を介して一体的に連結されて
おり、このモータ軸18fの基端側は前記基端側ブラケッ
ト１３にボルト２５を介して固定されたカップ形のホル
ダ２６に玉軸受２７を介して回転自在に支持されてい
る。

【００２０】前記モータ軸18fと前記基端側ブラケット
１３との間には、調和減速機２８が介装されている。即
ち、モータ軸18fにキー止めされたウエーブジェネレー
タ28aの外周面には、このウエーブジェネレータ28aの外
周面と対応する楕円形の内レース28bが一体的に嵌着さ
れ、この内レース28bの外周面と当該内レース28bを囲む
弾性変形可能な外レース28cの内周面との間には、これ
らの間を転動する複数個の鋼球28dが組み込まれてい
る。基端部が前記ホルダ２６と共にボルト２５を介して
基端側ブラケット１３に固定され且つ前記外レース28c
に追従して弾性変形可能なフレックスプライン28eに
は、前記先端側ブラケット１５の内周側にボルト２９を
介して固定された環状の内歯歯車28fの一部が噛み合っ
ている。つまり、本実施例ではこれらウエーブジェネレ
ータ28a,内レース28b,外レース28c,鋼球28d,フレックス
プライン28e,内歯歯車28f等で調和減速機２８を構成し
ている。

【００２１】なお、本実施例では腕駆動用モータ１８の
モータ軸18fの回転を減速する減速機として調和減速機
２８を採用したが、この調和減速機２８の代わりに遊星
歯車機構を利用した減速機等を採用することも当然可能
である。

【００２２】従って、モータコイル18bに電流を流す
と、モータロータ18eと共にモータ軸18fがモータケース
18aに対して相対回転する。そして、これによりウエー
ブジェネレータ28aがモータ軸18fと共に駆動し、ウエー
ブジェネレータ28aの回転に伴って外レース28cとフレッ
クスプライン28eとが弾性変形しつつフレックスプライ
ン28eと内歯歯車28fとの噛み合い位置が漸次ずれて行く
結果、フレックスプライン28eを介して基端側ブラケッ
ト１３が基端側腕１１と共に前記第１軸に相当するモー
タ軸18fの軸心を中心に極めてゆっくりと相対回転す
る。つまり、基端側腕１１を基準とすると、モータコイ
ル18bに対する通電を行うことにより、前記クロスロー
ラ軸受１４を介してモータケース18aが基端側腕１６と
共に大幅に減速された状態で回転するようになってい
る。

【００２３】このように、本実施例ではモータケース18
aが基端側腕１６の一部を構成していると見なすことが
できるため、モータステータ18cの放熱効率が従来のも
のよりも大幅に向上し、腕駆動用モータ１８の性能を充
分に発揮させることができるため、従来よりも低能力の
もので済ませることができる。しかも、このモータケー
ス18aや基端側ブラケット１３を調和減速機２８のケー
スとして利用しているため、従来のような独立した変速
機ケースを完全に省略することが可能であり、図３に示
す如き従来のマニプレータの関節部分に組み込まれてい
た軸受106,108を省略できることと相俟って関節部分の
小型軽量化をより一層推進させることができる。

【００２４】なお、本実施例ではモータコイル18bの非
通電時に基端側腕１６が自重や外力等により基端側腕１
１に対して相対回転しないよう、モータケース18aの内
周側にボルト３０を介して取り付けられたブラケット３
１と前記モータ軸18fの先端部との間に電磁ブレーキ３
２を介装している。そして、モータコイル18bの通電時
には当該電磁ブレーキ３２が開放状態となってモータケ
ース18aに対するモータ軸18fの回転を許容し、モータコ
イル18bの非通電時には該電磁ブレーキ３２が係合状態
となってモータケース18aに対するモータ軸18fの回転を
拘束するようになっている。

【００２５】つまり、本実施例の電磁ブレーキ３２は、
図示しない電源にケーブル３３を介して接続するブレー
キコイル32aと図示しないブレーキ係合用ばねとが収納
され且つ前記ブラケット３１にボルト止めされたフィー
ルドコア32bと、前記モータ軸18fにキー止めされたイン
ナドライバ32cと、このインナードライバ32cにスプライ
ン嵌合されたブレーキディスク32dと、このブレーキデ
ィスク32dとフィールドコア32bとの間に介装されたアー
マチュア32eと、前記ブレーキディスク32dを挾んでこの
アーマチュア32eと対向するようにフィールドコア32bに
保持された取付板32fとで主要部が構成されている。

【００２６】そして、ブレーキコイル32aの非通電時に
は図示しないばねのばね力によりアーマチュア32eが取
付板32f側に付勢され、ブレーキディスク32dをアーマチ
ュア32eと取付板32fとで挾圧把持する結果、モータ軸18
fの回転が拘束されるようになっている。逆に、ブレー
キコイル32aに電流を流すことにより、図示しないばね
のばね力に抗してアーマチュア32eをフィールドコア32b
側に引き寄せ、ブレーキディスク32dの挾圧を開放する
ことにより、モータ軸18fに対する拘束力を解除するよ
うになっている。

【００２７】従って、基端側腕１６に作用する負荷の変
動に応じて腕駆動用モータ１８に対する通電量が自動的
に変わる形式のものを採用した場合や、出力側からの負
荷に伴う回転を許容しない形式の減速機等を採用した場
合には、上述した電磁ブレーキ３２を省略することも可
能である。

【００２８】前記レゾルバホルダ２２には、基端側腕１
６に対するモータ軸18fの相対回転量を検出するモータ
回転検出用レゾルバ３４のレゾルバステータ34aが一体
的に嵌着されており、このモータ回転検出用レゾルバ３
４のレゾルバロータ34bは、モータ軸18fの先端部に一体
的に連結されている。

【００２９】又、前記モータ軸18f及びレゾルバロータ3
4bを貫通するセンサ軸３５の基端部は、前記ホルダ２６
に対して一体に固定されている。このセンサ軸３５の先
端部には、基端側腕１１に対する基端側腕１６の相対回
転量を検出する腕回転検出用レゾルバ３６のレゾルバロ
ータ36aが一体的に連結されており、この腕回転検出用
レゾルバ３６のレゾルバロータ36aは、玉軸受３７を介
して前記蓋板２１に対し相対回転自在に支持されてい
る。そして、レゾルバロータ36aを囲むこの腕回転検出
用レゾルバ３６のレゾルバステータ36bは、前記レゾル
バステータ34aと直列状態で前記レゾルバホルダ２２に
一体的に嵌着されている。

【００３０】なお、これらモータ回転検出用レゾルバ３
４のレゾルバステータ34a及び腕回転検出用レゾルバ３
６のレゾルバステータ36aには、これらレゾルバ３４,３
６による検出信号を出力するための信号ケーブル３８が
基端側腕１６側に引き出されている。

【００３１】従って、腕駆動用モータ１８を駆動するこ
とにより、基端側腕１６及びモータケース18aに対する
モータ軸18fの相対回転量がモータ回転検出用レゾルバ
３４により検出される。又、この時の基端側腕１１に対
する基端側腕１６の相対回転量は腕回転検出用レゾルバ
３６によって検出される。

【００３２】このように、本実施例では図２における取
付ベース２と旋回台３との連結部分について説明した
が、これ以外の連結部分の構造も基本的には上述した実
施例とほぼ同じである。

【００３３】又、本実施例では基端側腕１６の方に腕駆
動用モータ１８を組み込んだが、基端側腕１１の方にこ
の腕駆動用モータ１８を組み込むようにしても良い。更
に、本実施例ではレゾルバ３４,３６によって基端側腕
１６及びモータケース18aに対するモータ軸18fの相対回
転量や、基端側腕１１に対する基端側腕１６の相対回転
量を検出するようにしたが、これらの相対回転量を何ら
かの方法で検出することができるのであれば、レゾルバ
以外の回転センサを採用することも当然可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明のマニプレータによると、腕駆動
用モータの回転子を中空構造とし、この回転子の内側に
回転センサを組み込んだので、少なくとも回転センサの
分だけ関節部分を短尺化することができ、基端側腕か或
いは先端側腕がモータケースや減速機ケースを兼用して
いることと相俟って、関節部分を従来のものよりも大幅
に小型軽量化したマニプレータを低コストにて製造する
ことができる。

【００３５】このため、マニプレータ全体の重量を可搬
可能な程度にまで軽減させたり、このマニプレータの設
置や運搬に伴う費用を削減したりすることがそれぞれ可
能となり、このマニプレータを利用可能な産業分野をよ
り拡大することができる。

【００３６】又、基端側腕や先端側腕がモータケースを
兼用しているため、腕駆動用モータの固定子で発生した
熱が基端側腕や先端側腕から直接外部に放熱され、従来
のものよりも腕駆動用モータの過熱が少なくなった分だ
け、より大きな能力を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマニプレータを７軸制御の多関節
形のものに応用した一実施例における一つの関節部分の
断面図である。

【図２】本実施例における多関節マニプレータの外観を
表す斜視図である。

【図３】従来の多関節マニプレータにおける関節部分の
構造を表す断面図である。

【符号の説明】

１は取付面、２は取付ベース、３は旋回台、４は腕スリ
ーブ、５は中間腕、６は接続スリーブ、７は延長スリー
ブ、８は手首部、９は面板、１１は取付ベース２に相当
する基端側腕、１２はボルト、１３は基端側ブラケッ
ト、１４はクロスローラ軸受、14aは円筒ころ、１５は
先端側ブラケット、１６は旋回台３に相当する先端側
腕、１７はボルト、１８は腕駆動用モータ、18aはモー
タケース、18bはモータコイル、18cはモータステータ、
18dは永久磁石、18eはモータロータ、18fはモータ軸、
１９はボルト、２０はケーブル、２１は蓋板、２２レゾ
ルバホルダ、２３は玉軸受、２４,２５はボルト、２６
はホルダ、２７は玉軸受、２８は調和減速機、28aはウ
エーブジェネレータ、28bは内レース、28cは外レース、
28dは鋼球、28eはフレックスプライン、28fは内歯歯
車、２９,３０はボルト、３１はブラケット、３２は電
磁ブレーキ、32aはブレーキコイル、32bはフィールドコ
ア、32cはインナドライバ、32dはブレーキディスク、32
eはアーマチュア、32fは取付板、３３はケーブル、３４
はモータ回転検出用レゾルバ、34aはレゾルバステー
タ、34bはレゾルバロータ、３５はセンサ軸、３６は腕
回転検出用レゾルバ、36aはレゾルバロータ、36bはレゾ
ルバステータ、３７は玉軸受、３８は信号ケーブルであ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基端側腕と、この基端側腕に軸受を介し
   て相対回転自在に連結された先端側腕と、この先端側腕
   と前記基端側腕との間に設けられて前記基端側腕に対し
   て当該先端側腕を駆動する腕駆動用モータとを具えたマ
   ニプレータにおいて、前記腕駆動用モータは回転子が円
   筒状をなし、この腕駆動用モータの回転子の内側に回転
   センサを収納したことを特徴とするマニプレータ。
2. 【請求項２】 腕駆動用モータの固定子が基端側腕か或
   いは先端側腕の内周面に一体的に嵌着されていることを
   特徴とする請求項１に記載したマニプレータ。
3. 【請求項３】 腕駆動用モータに連結される減速機の回
   転要素が基端側腕か或いは先端側腕に軸受を介して回転
   自在に支持されていることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載したマニプレータ。