JPH0740279A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】導電性の流体等の中でも多様に広範囲に動作で
き、小形で高精度の動きを可能にする。 【構成】先端部に作業を行う手首部分を含む複数箇所に
関節部を有し、且つこれら各関節部をモータにより駆動
してアーム位置及び速度を制御しながら液体や流動物中
で仕事を行う多関節ロボットにおいて、前記手首部分の
駆動源として電機子が外部雰囲気に晒されたモータを設
け、且つこの部分を外部雰囲気から隔離するようにフレ
キシブル管１で覆い、前記手首部分以外の関節部の駆動
源として電機子がキャンで密封されて覆われたキャニン
グモータ２を設ける構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電性及び腐食性の液
体や、薬剤、食品材料等の流動物中で動作可能な多関節
ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に用いられているモータを飽和水蒸
気中、水中等の導電物質中で動作させた場合、周知のよ
うにモータは電機子鉄心にコイルを挿入するためのスロ
ットがあり、また鉄心は磁性鋼板で積層されているた
め、積層間より導電物が侵入し、コイル間、コイルと鉄
心間で導電物を媒体として電気的に短絡されて瞬時に動
作不能となる。

【０００３】従って、例えば飽和水蒸気中、水中で動作
するロボットの各関節部の駆動源として使用されるモー
タにあっては、水分がコイル間、コイルと鉄心間に侵入
しないように外部雰囲気から隔離する必要がある。

【０００４】図４はロボットの各関節の駆動源として用
いられるキャニングモータの構成例を示す断面図であ
る。このキャニングモータは、図４に示すように永久磁
石１２を取付けたロータ８の外周を包囲するように電機
子鉄心１３のスロットにコイル７を納めた電機子６を設
けてフレーム１１の内周面に取付け、この電機子６の内
径面側に設けられたＳＵＳ３０４の非磁性材で作られた
円筒状のキャン９をフレーム１１に固定してコイル７を
含む電機子６を完全に密封する構成としたものである。

【０００５】なお、１０はロータ８側の永久磁石の外周
面に取付けられたキャンである。しかし、このような構
成のキャニングモータをロボットの各関節部の駆動源と
して用いると、電機子６とロータ８との空隙部に非磁性
材のキャン９が配置され、磁気的空隙長が長くなるた
め、空隙部間で起磁力が大きく低下する。これにより、
空隙磁束密度が低下し、モータの出力が低下するため、
必要出力を得るためにはモータが大きくなるため、ロボ
ット全体が大形化する。

【０００６】また、ロボットを動作させる場合、手首部
分を含む各関節部に、キャニングモータに加えてアーム
位置決め用またはモータ位置決め用センサを設けて位置
決めが行われる。この場合、センサとしてはエンコーダ
等の光センサを使用できないので、磁気センサを使用し
ている。しかし、キャニングモータに設けられるキャン
が金属の場合にはキャン内で渦電流が発生し、センサの
精度が悪化する。また、樹脂、セラミック等の非金属キ
ャンの場合にはキャンの厚みが厚くなり、出力信号が小
さくなるので、ノイズによる影響を受けやすくなる。

【０００７】一方、ロボットの各関節部の駆動源として
キャンのないモータを使用し、図５に示すようにモータ
を含む関節部全体をフレキシブル管１で覆うことによ
り、電機子が外部雰囲気に晒されないように構成したロ
ボットがある。

【０００８】しかし、各関節部の全てをフレキシブル管
１で覆ったロボットでは、関節部を回転角度で３６０度
回転させることが機械的に不可能なため、ロボットの動
作範囲が狭くなり、仕事の作業範囲が限定される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の多関
節ロボットにおいて、各関節部の駆動源として電機子を
キャンにより密封したキャニングモータを使用すると、
モータの出力が低下するため関節部の駆動に必要な出力
が得られず、また出力アップを図ると関節部が大きくな
り、ロボット全体が大形化するという問題がある。ま
た、各関節部を位置制御する場合、キャンが金属製のも
のであれ、非金属製のものでもセンサの検出精度が悪く
なるという問題がある。

【００１０】さらに、キャンのないモータを使用して関
節部全体をフレキシブル管で覆うようにしたロボットで
は、関節部を大きくすることなく、外部雰囲気から隔離
した構成にできるが、ロボットの動作が狭い範囲に限定
されるため、限られた仕事しかできないという問題があ
る。

【００１１】本発明は上記のような問題を解消し、導電
性の流体等の中でも多様に広範囲に動作でき、小形で高
精度の動きが可能な多関節ロボット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】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により多関節ロボットを構
成するものである。 （１）アーム先端部の作業を行う手首部分を含む複数箇
所に関節部を有し、且つこれら各関節部をモータにより
駆動してアーム位置及び速度を制御しながら液体や流動
物中で仕事を行う多関節ロボットにおいて、前記手首部
分の駆動源として電機子が外部雰囲気に晒されるモータ
を設け、且つこの部分が外部雰囲気から隔離されるよう
にフレキシブル管で覆い、前記手首部分以外の関節部の
駆動源として電機子がキャンで密封されて覆われたキャ
ニングモータを設ける。 （２）アーム先端部の作業を行う手首部分を含む複数箇
所に関節部を有し、且つこれら各関節部をモータにより
駆動してアーム位置及び速度を制御しながら液体や流動
物中で仕事を行う多関節ロボットにおいて、前記手首部
分を含む２箇所の関節部の駆動源として電機子が外部雰
囲気に晒されるモータを設けると共に、アーム位置及び
速度を制御するための位置・速度検出センサを設けてこ
れらモータ、センサ部分を外部雰囲気から隔離するよう
にフレキシブル管で覆い、他の関節部の駆動源として電
機子がキャンで密封されて覆われたキャニングモータを
設ける。 （３）アーム先端部の作業を行う手首部分を含む複数箇
所に関節部を有し、且つこれら各関節部をモータにより
駆動して液体や流動物中で仕事を行う多関節ロボットに
おいて、前記手首部分の駆動源として電機子が外部雰囲
気に晒されるモータを設けると共に、アーム位置及び速
度を制御するための位置・速度検出センサを設けてこれ
らモータ、センサ部分を外部雰囲気から隔離するように
フレキシブル管で覆い、前記手首部分以外の少なくとも
一か所の関節部の駆動源として電機子がキャンで密封さ
れて覆われ且つセンサレスで駆動するキャニングモータ
を設ける。

【００１３】

【作用】上記（１）のような構成の多関節ロボットにあ
っては、手首部分以外の関節部にはフレキシブル管のな
いキャニングモータを駆動源として設けているので、そ
の関節部は３６０度の回転が可能となり、アーム全体を
多様に広範囲に動作させることができる。

【００１４】また、手首部分以外の関節部に設けられる
キャニングモータは電機子がキャンにより密封されて覆
われた構成となっているので、コイルを含む電機子は完
全密封状態となり、外部環境から隔離でき、手首部分の
関節部に設けられるモータにはキャンがないが、この部
分全体がフレキシブル管で覆われているので、外部環境
から完全に隔離することができる。

【００１５】上記（２）のような構成の多関節ロボット
にあっては、手首部分と他の１箇所を除く他の関節部に
フレキシブル管のないキャニングモータを駆動源として
設けているので、ロボットを多様に広範囲に動作させる
ことができる。

【００１６】また、手首部分を含む各関節部は上記
（１）と同様に外部環境から完全に隔離することができ
る。さらに、手首部分を含む２箇所の関節部にモータに
加えて、アーム位置及び速度を制御するための位置・速
度検出センサが設けられているので、この部分での位置
決めを高精度に行うことができ、ロボットとして精度の
良い動きが可能となる。

【００１７】上記（３）のような構成の多関節ロボット
にあっては、上記（１）の作用効果に加えて、手首部分
に設けられた位置・速度検出センサにより高精度の位置
決めを行うことができるので、手首部分を除く他の関節
部では位置決め制御、速度制御が粗くてもよく、従って
これらの関節部の駆動システムとしてセンサレスの構成
としてもモータの誘起電圧等で推定しながら制御するこ
とができる。このことにより、センサが不要になった分
だけさらにロボットの小形化及び簡素化を図ることがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明による多関節ロボットの第１の実施例
を示す側面図である。第１の実施例では、図１に示すよ
うな複数の関節部（ここでは手首部分を含めてアーム４
箇所に関節部）を有するアーム３の各関節部の駆動源と
して、実際に仕事をする先端部の手首部分にキャンのな
いモータを駆動源として設けると共に、その関節部全体
をフレキシブル管１で覆い、他の関節部の駆動源として
図４に示すようなキャニングモータ２を設ける構成とし
たものである。

【００１９】図２は先端部の手首部分のフレキシブル管
１内に関節部の駆動源として設けられた永久磁石式サー
ボモータの構成例を示す断面図で、図４と同一部品には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる構
成について述べる。

【００２０】図２において、サーボモータ５のロータ軸
の一端に位置・速度検出センサ４が連結され、この位置
・速度検出センサ４で検出された位置及び速度検出信号
は手首の位置及び動作を制御するための信号として取出
される。またロータ軸の他端にはロータの回転を手首駆
動機構に伝達する伝達機構に連結されている。

【００２１】このような構成の多関節ロボットとすれ
ば、手首を除く全ての関節部の駆動源として図４に示す
ような構成のキャンを有するモータを用いているので、
手首以外の各関節部は３６０度の回転が可能となり、ア
ーム全体を多様に広範囲に動作させることができる。

【００２２】また、図４に示すキャニングモータは、円
筒状のキャン９とフレーム１１とにより電機子６が完全
に密封状態となり、外部雰囲気から隔離されるので、導
電性の流体がコイル間、コイルと鉄心間に侵入して短絡
することもない。

【００２３】さらに、手首部分は関節部の駆動源として
図２に示すような永久磁石式サーボモータを使用し、こ
の部分全体を出力軸を含めてフレキシブル管１で覆うよ
うにしているので、外部雰囲気から完全に隔離すること
ができる。

【００２４】一方、ロボット全体としては、先端部の手
首部分の関節部のみがフレキシブル管１で覆われたサー
ボモータとセンサで構成され、他の関節部はキャンを有
するキャニングモータ２で構成するようにしているの
で、従来のように手首部分を含む全ての関節部の駆動源
としてキャンを有する大形のモータを設ける構成のもの
と比べて小形化を図ることができる。

【００２５】また、手首部分の関節部のみが非常に高い
制御精度が要求されるが、この部分には通常の精度の良
い（大気中）サーボモータ及び位置・速度センサが設け
られるので，始めに他の関節部で粗い位置決めを行い、
その後手首部分で高性能の位置決めを行えば、ロボット
として精度のよい動きが可能となる。

【００２６】さらに、他の関節部に設けられるキャニン
グモータは、位置決め制御、速度制御が粗くてもよいた
め、位置・速度センサを付属させなくてもモータの誘起
電圧等で推定して制御することができ、センサレス駆動
システムとして適用可能である。従って、センサが不要
になった分だけロボット自体をさらに小形化及び簡素化
を図ることができる。

【００２７】図３は本発明による多関節ロボットの第２
の実施例を示す側面図である。第２の実施例では、図３
に示すような複数の関節部を有するアーム３の各関節部
の駆動源として、アーム３の基端部から見て第１及び第
２の関節部と実際に仕事をする先端部の手首部分に図２
に示すようなキャンのないモータを設けると共に、その
各関節部全体をフレキシブル管１で覆い、また第３の関
節部に図４に示すような永久磁石式キャニングモータ２
を設ける構成としたものである。

【００２８】このような構成の多関節ロボットとすれ
ば、第３の関節部の駆動源として図４に示すような構成
のキャンを有するモータを用いているので、この第３の
関節部では３６０度の回転が可能であり、第１及び第２
の関節部の動きがフレキシブル管１により限られた範囲
であっても、アーム３は多様な動きが可能となる。ま
た、第１及び第２の関節部と手首部分の関節部において
は高精度の位置・速度検出センサにより高精度の位置決
め制御が可能となる。

【００２９】また、第１の実施例に比べてロボット全体
の動作範囲は狭くなるが、キャンを有する大形のモータ
が設けられる関節部は第３の関節部だけなので、ロボッ
ト全体としてはより一層小形化を図ることができる。

【００３０】さらに、第３のキャニングモータは、図４
に示すように円筒状のキャン９とフレーム１１とにより
電機子６が完全に密封状態となり、外部雰囲気から隔離
されるので、導電性の流体がコイル間、コイルと鉄心間
に侵入して短絡することもなく、また第１及び第２の関
節部と手首部分は関節部の駆動源としては図２に示すよ
うなサーボモータ５を使用し、この部分全体を出力軸を
含めてフレキシブル管１で覆うようにしているので、外
部雰囲気から完全に隔離することができる。

【００３１】なお、上記第１及び第２の実施例におい
て、駆動用モータとして一般の同期機、誘導機、ステッ
ピングモータ、リニアモータを用いても同様に実施する
ことが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、導電
性、腐食性の液体や薬剤、食品材料等の流動物の中でも
多様に広範囲に動作でき、小形で高精度の動きが可能な
多関節ロボットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多関節ロボットの第１の実施例を
示す側面図。

【図２】同実施例において、フレキシブル管で全体が覆
われたサーボモータとセンサが設けられた関節部分を示
す破断図。

【図３】本発明による多関節ロボットの第２の実施例を
示す側面図。

【図４】駆動用のキャニングの永久磁石式同期モータを
示す断面図。

【図５】従来の多関節ロボットを示す側面図。

【符号の説明】

１……フレキシブル管、２……キャニングモータ、３…
…アーム、４……位置・速度センサ、５……サーボモー
タ、６……電機子、７……コイル、８……ロータ、９，
１０……キャン、１１……フレーム、１２……永久磁
石、１３……電機子鉄心。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーム先端部の作業を行う手首部分を含
   む複数箇所に関節部を有し、且つこれら各関節部をモー
   タにより駆動してアーム位置及び速度を制御しながら液
   体や流動物中で仕事を行う多関節ロボットにおいて、前
   記手首部分の駆動源として電機子が外部雰囲気に晒され
   たモータを設け、且つこの部分を外部雰囲気から隔離す
   るようにフレキシブル管で覆い、前記手首部分以外の関
   節部の駆動源として電機子がキャンで密封されて覆われ
   たキャニングモータを設ける構成としたことを特徴とす
   る多関節ロボット。
2. 【請求項２】 アーム先端部の作業を行う手首部分を含
   む複数箇所に関節部を有し、且つこれら各関節部をモー
   タにより駆動してアーム位置及び速度を制御しながら液
   体や流動物中で仕事を行う多関節ロボットにおいて、前
   記手首部分を含む複数箇所の関節部の駆動源として電機
   子が外部雰囲気に晒されたモータを設けると共に、アー
   ム位置及び速度を制御するための位置・速度検出センサ
   を設けてこれらモータ、センサ部分を外部雰囲気から隔
   離するようにフレキシブル管で覆い、他の関節部の駆動
   源として電機子がキャンで密封されて覆われたキャニン
   グモータを設ける構成としたことを特徴とする多関節ロ
   ボット。
3. 【請求項３】 アーム先端部の作業を行う手首部分を含
   む複数箇所に関節部を有し、且つこれら各関節部をモー
   タにより駆動して液体や流動物中で仕事を行う多関節ロ
   ボットにおいて、前記手首部分の駆動源として電機子が
   外部雰囲気に晒されたモータを設けると共に、アーム位
   置及び速度を制御するための位置・速度検出センサを設
   けてこれらモータ、センサ部分を外部雰囲気から隔離す
   るようにフレキシブル管で覆い、前記手首部分以外の少
   なくとも一か所の関節部の駆動源として電機子がキャン
   で密封されて覆われ且つセンサレスで駆動するキャニン
   グモータを設ける構成としたことを特徴とする多関節ロ
   ボット。