JPS58165977A - 直線駆動形作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、組立てロボット等に使用するのに好適な直線
部動形作動装置１ζ関するものである。

従来の産業用ロボットは、塗装や溶接作業等に使用され
るいわゆるシーケンスロボットが主流でめったが、近時
、組立て作業等にも使用し得る精巧な知能ロボットの開
発が急ピッチで進み本格的な普及期を迎えようとしてい
る。

しかして、この種のロボットには、アームを昇降動作さ
せたり、アームに保持させた把持装置等を水平移動させ
たりするための直線駆動形の作動装置が数多く搭載され
ているが、この種の作動装置には、■小形かつ軽量であ
ること　■高い位置決め精度が得られること　■作動速
度を巾広く変化させ得ること　■安定した作動力を発揮
すること　■高い応答性を有していること　０サーボバ
ルブとのマツチングが良いこと等の条件を満足し得る性
能を備えていることが要求される。

本発明は、このような事情に着目してなされたもので、
特殊な液圧モータと、ノ１−モニツク減速機と、ボール
ねじ機構とを巧みに組合せることｉとよって、前述した
要求に十分に応えることができるようにした直線部動形
作動装置を提供するものである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１回はこの発明を前記産業用ロボットに実施した場合
の実施例装置の全体を示す図で、この装置の作動は後述
するとして、まずこの発明による直線部動形作動装置の
主要部をなす液圧モーρ減速機ならびにその出力により
作動するボールネジ機構について説明する。

液圧モータ１の動力をハーモニック減速機２を介して出
力するようにしている。

液圧モータ１は、第２図および第４図に示すように偏心
部８ａを有した支軸８と、この支軸８の軸心色囲りに回
転可能なケーシング４とを有している。ケーシング４は
、前記支軸８の偏心部８ａを囲繞するカップ状の本体部
４ａと、この本体部４ａの開口部を閉塞する蓋部４ｂと
からなるもので、前記支軸８の一端部は前記蓋部４ｂを
貫通してケーシング４外へ突出している。また、前記ケ
ーシング４の内周に奇数個の平面部４　ｃ−・・を円周
方向に等角間隔をあけて形成している。そしてこのケー
シング４の内側の前記各平面部４Ｃ・・・に対応する部
位にそれぞれピストン６・・・を配設し、これら各ピス
トン５・・・の先端面を静圧ベアリング６・・・を介し
て対応する平面部４Ｃ・・・ｌこ添接させている。静圧
ベアリング６は、前記ピストン６の先端面を前記平面部
４Ｃに密着するように平面状Ｉζ。

形成するとともに、この先端面に圧力ポケット７を形成
し、この圧力ポケット７内に流体圧を導入するようにし
たものである。また前記支軸８の一心部３ａ１こシリン
ダブロック８を回転可能に嵌着し、このシリンタブロッ
ク８Ｉ乙よってＵ記名ピストン５・・・の基端面側≦こ
前記ケーシング４の回転ｌζ伴って容積が増域する空間
９・・・を形成している。

具体的に説明すれば、シリンダブロック８には複数のシ
リンダ１１・・・が円周方向Ｊこ等角間隔をあけて放射
状番こ形成されている。そしてこれら各シリーンダ１１
・・・藪こ前記各Ｌ′ストン５・・・がスライド自在身
こ嵌合させてあり、これら各ピストン５・−の基端面と
前記各シリンダｉｔ・・・の内面とによって前記空間９
・・・が形成されている。−なお、このシリンダブロッ
ク８の端面にはピン１２・・・が突設されており、この
ピン１２・・・の先端部を前記ケーシング４に設けたば
か穴１８・・・に遊嵌させることによって該シリンダブ
ロック８が前記ケーシング４一対して一定回転角度以上
自転しないようにしである。すなわち、このシリンダブ
ロック８は前記ケーシング４に追従して回転するようｌ
こなっている。また、前記ケーシング４内を前記支軸８
の軸心０．と偏心部８＆の軸心０．とを通る仮想分割線
Ｐを境にして第１領域ムと第２領域ＢとＮｒ−２分割し
、前記第１領域Ａ内を通過中の前記空間９・・・を第１
の流体流通系路１４に連通させるとともｌζ第２領域Ｂ
円を通過中の空間９を第２の流体流通系路１５に連通さ
せている。

第１の流体流通系路１４は、前記−６部８畠の外周面に
設けた第１領域ム側の圧力ポケット１６を支軸８の先端
部に設けた第１の流出入口（図示せず）に連通させるた
めのもので、前記支軸８内に形成されている。また、第
２の流体流通系路１５は、前記−６部８ａの外周面に設
けた第２領域Ｂ側の圧力ポケット１７を支軸８の先端部
薯こ設けた第２の流出入口（図示せず）に連通させるた
めのもので、前記支軸８内に形成されている。また、前
記各ピストン５の軸心部には対応する空間９内の流体圧
を対応する静圧ベアリング６の圧力ポケット７内Ｉζ導
入するための圧力導入路１８が設けである。

一方、ハーモニック減速機２は、第２図およびｆｓ８図
に示すように内周に内向歯２１・・・を有したリング状
のサーキュラ・スプライン２２と、このサーキュラ・ス
プライン２２０内側に軸心を一致させて配設され開口端
部外周ｌζ前記内向歯２１・・・とピッチが同一で数が
若干中ない外向歯２８・・・を有した薄肉カップ状のフ
レクスプライン２４と、このフレクスプライン２４の開
口端部を横断面楕円状に弾性変形させてその長袖部分に
おいて前記外向歯２８・・・を前記内向歯２１・・・１
こ噛合させるとともにその噛合位１ｉａ％　ｂを遂次円
周方向に移動させるウェーブジェネレータ２５とを具備
してなる。サーキュラ・スプライン２２はリング状の剛
体であり、円板状の第１の支持部材２６と円筒状の第２
の支持部材２７との間に挾持されてハウジング２８を構
成している。また、フレクスプライン２４は弾性変形良
好な材料により作られており、その底壁中心部ｉζは前
記ハウジング２８にベアリング２９．２９を介して支承
された出力軸８１の基端が固着されている。また、ウェ
ーブジェネレータ２５は、前記フレクスプライン２４の
軸心回りに回転可能な楕円方今８２をフレキシブルなボ
ールベアリング３８を介して前記フレクスプライン２４
の内周に嵌合させたもので、前記ボールベアリング８８
のアウターリング８８＆は前記フレクスプラインスと共
に弾性変形し得るようになっテシ）る。

そして、前記液圧ポンプｌの支軸８を前記第１の支隊部
材２６の軸心部に固着するとともに該ポンプｌのケーシ
ング４を前記フレクスプライン２４内に配設し、このケ
ーシング４に前記ウェーブジェネレータ２５を一体的に
設けている。すなわち、このケーシング４の蓋部４ｂの
外周に前記楕円カム８２を一体に形成している。

また、前記ハーモニック減速機２の回転出力をボールね
じ機構８４によって直線往復動作国変換するようにして
いる。具体的Ｉこは、ボールねじ機構８４は、前記ハー
モニック減速機２の出力軸８Ｘと前記ねじ棒８５の先端
部は前記ノλ−モニツク減速機（２のハウジング２８に
結合されたフレーム８７より枢支されている。すなわち
、フレーム８７は、例えば前記ハウジング２８に直結さ
れた基端側ブロク、り４１と、この基端側ブロック４１
から前記ねじ棒３？に平行着こ突設した案内パイプ４２
．４２と、これら両案内バイブ４２．４２の先端部を連
結保持する先端側ブロック４８とから構成されたもので
、前記ねじ棒８６の先端部は耐記先端側ブロック４３に
ベアリング４４．４４を介して枢支されている。また、
罰起案内バイブ４２．４２にスライダ４５をスライド可
能に支持させこのスライダ４５で前記ナツト８６を回転
不能に包持している。また、前記先端側ブロック４８に
は、前記ねじ棒８５＋こ制動をかけるためのブレーキ４
６が設けである。

そして、以上のようにしてなる作動装置ムは昇降装置Ｂ
に支持されて組立ロボットＣの水平アームを構成してお
り、この作動装置ムのスライダ４５１こは把持装置ｔＤ
が装着されている。

次いで、この作動装置の作動を説明する。まず、高圧の
流体を、例えば、第１の流体流通系路１４を通して第１
領域Ａｌζ存在する空間９．９内に供給すると、第１領
域ムに存在する静圧ベアリング６．６部に高い流体圧が
導入され、これらの流体圧によって該液圧モータ１のケ
ーシング４１ζ鍋心部８ａの軸心０□を通り前記ケーシ
ング４の平面部４０１ζ直交する力Ｆａ、　Ｆｂが作用
すること■ζなる。しかして、これらの力Ｆａ１Ｆｂの
合力Ｆａｂの作用線は前記軸心０．を通り前記ケーシン
グ４の回転中心たる支軸８の軸心０．からめる距離ｌだ
け優位すること１ζなる（第５図参ＩＩ）。その結果、
前記ケーシング４には１Ｆａｂｌ　Ｘ　／なるモーメン
トが働くこととなり、それによって該ケーシング４が矢
印Ｘ方向に回転する。この場合、第１領域ムに存在する
空間９．９は前記チー９２フ４０回転に伴って漸次容積
が増大し、第２領域Ｂに存在する空間９．９は漸次容積
が縮小するため、高圧の流体は第１の流体流通系路１４
を通して第１領域ムを通過中の空間９．９内艮逐次流入
し、仕事をし終った流体は第２領域Ｂを通過中の空間９
．９から第２の流体流通系路１６を通して逐次外部へ排
出される。このようにして液圧モータ１のケーシング４
が、例えば、矢印Ｘ方向に回転すると、それに伴ってウ
ェーブジェネレータ２６の楕円カム８２が同じく矢印ｘ
方向に回転し、フレクスプライン２４の外面歯２８・・
・と、サーキュラ・スプライン２２の円面歯２１・・・
との噛合位ｉｉａ、ｂか矢印Ｘ方向に移動する。

そうすると、前記楕円カム８２が１回転する毎に前記フ
レクスプライン２４が罰記内面歯２１・・・と外向歯部
・・・との歯数差分だけ矢印Ｙ方向に回転することとな
り、その回転が出力軸８１を介してねじ棒８６に伝達さ
れる。そして、このねじ棒８５が前記出力軸８１ととも
ｉこ回転すると、該ねじ棒８５に螺合させたナツト８６
がスライダ４５と一体１ζ矢印２方向へ直進することＩ
こなる。

しかして、このようなものであれば、第１、第２の流体
流通系路１４．１５ｒ乙供給する圧力流体の方向および
流量を制御することｌこよって、所望の直線運動をスラ
イダ４５から取出すことができるわけであるが、本作動
装置では固定された支軸３に対して回転する液圧モータ
ｌのケーシング４をハーモニック減速機２のフレクスプ
ライン２４内１ζ配設しこのケーシング４にウェーブジ
ェネレータ２５を一体的に設けているので、空間の有効
利用を図って装置の大幅なコンパクト化を促進すること
ができるとともＩこ、部品点数の削減により装置の軽量
化を促すことができるという効果が得られる。

また、前記のような構成の液圧モータ１は小形の割に出
力トルクが高いため、この面からも装置の小形軽量化を
図ることが可能である。しかもかかる液圧モータ１では
、ピストン５・・・に倒れモーメントが働かないため、
流出入口圧が共■ζ高圧でその差が少ない場合において
も高い機械効率を保つことが可能であり、サーボバルブ
とのマツチングが頗る良好である。また、同様にピスト
ン５・・・に倒れモーメントが働かないため、支軸８の
偏心部８＆とシリンダブロック８との間にシールを目的
とした適切な液圧バランスが得られることとなり低速時
においても高い容積効率が保証される。

それに加えて、本液圧モータ１は、主要コンポーネント
が回転中心Ｉこ対してほぼバランスして配置されており
、他の形式の液圧モータのように偏心シャフトのような
ものが回転することがないので高速回転も可能である。

そのため、回転速度を巾広く変化させることができるも
のであり、現に実験では、０−５〜１８００ｒｐｍと、
実Ｅ　８，６００倍もの変速中を記録している。−万、
バーそニック減速機２は高い機械効率と出力トルクを誇
り、負荷からのねじれに対して高い位置決め精度を有し
ている。

また、ボールねじ機構８４は、ステイククズリップがな
く、高い機械効率を有し、横送り精度がきわめて高い。

したがって、前記のような構成の液圧モータ１と、ハー
モニック減速機２と、ボールねじ機構８４とを組合せて
直線動作を得ろようにした場合、高い位置決め精度を有
し、作動兼速度を巾広く変化させることができ、常Ｉこ
安定した高い作動力を発揮させることができる等、前述
した諸条件をことごとく溝足させ得る優れた特性が得ら
れる。ちなみに、具体的な数字を上げて説明すれば例え
ば、５ｃｃ／ｒｅｖの前記液圧モータ１を出入口ポート
圧力差７０４ｆ／ｅｍで使用した場合、出力トルクは（
１５Ｋｏｆ　−ｍ　　となるー、これに減速比ｉ　＝　
１００のハーモニック減速機２と、リード３ｃｍのボー
ルねじ機構８４を組合せると、ハーモニック減速機２の
出力トルクとして、 ０．５Ｘ１００Ｘ０．８５　（％−リ＝４２．５１４ｆ
−ｍなる値が得られる。したがって、ボールねじ機構３
４が発揮するスラスト力Ｐは、 となる。

また、前記液圧モータ１を、例えば、５°の精度で回転
制御すると、 となり、約１０／ＩＡ程度の軸線方向の高い位置決め精
度が得られる。

なお、ハーモニック減速機は、前記構成のもノニ限らス
、例えば、フレクスプラインの外局囲に対をなすサーキ
ュラ・スブシインを配してなるディファレンシャル型の
ものであってもよい。

また、図示実施例では、ハーモニック減速機の出力Ｉζ
よりボールねじ機構のねじ棒を回転させ該ねじ棒に螺合
させたナツトを進退させるよう５こした場゛合について
説明したが、逆にハーモニック減速機の出力Ｊこよりナ
ツトを回転駆動してねじ棒を進退させるよう１こしても
−よい。

さらに、前記実施例では、組立ロボットの水平アーム部
分に本発明を適用した場合について説明したが、ロボッ
トの他の部分、例えば、アームを昇降させるための昇降
装置部分等に本発明を適用することも可能である。ある
いは、また、前記のようなロボット以外の装置類、例え
ば、小量多機橋形製品の汎用加工装置等にも適用が可能
である。

以−ヒ、説明したように、本発明は、特殊な液圧モータ
と、ハーモニック減速機と、ボールねし機構とを巧みに
組合せて直線動作出力を得るよう■こ構成したので、小
形かつ軽量である上に、高い位置決め精度が得られ、ま
た、作動速度をきわめて巾広く変化させることができる
ととも１こ、サーボバルブ等とのマツチングも頗る良好
である等、組立作業を行なう知能ロボット等に使用する
のに最適な特性を発揮し得る直線部動形作動装置を提供
できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体を示す正
面図、第２図は要部を示す拡大正断面図、第８図はｆＪ
４２図１ζおけるト］線断面図、第４図は第２図におけ
るｆｆ−ｆｆ線断面図、第５図は作用説明図である。 １・・・液圧モータ　　２・・・ハーモニック減速機８
・・・支軸　　８ａ・・・−６部　　４・・・ケーシン
グ５・・・ピストン　　６−ｉ１圧ベアリング８・・・
シリンダブロック　　９・・・空間１４．１５・・・流
体流通路　　１８・・・圧力導入路２４・・・フレクス
プライン ２５・・・ウェーブジェネレータ ８４・・・ボールねじ機構　　８５・・・ねじ棒８６・
・・ナツト 代理人　弁理士　赤澤−博 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液圧モータと、この液圧モータの動力を減速して出力す
   るハーモニック減速機と、ねじ棒にボール循環式のナツ
   トを螺合させてなり前記ハーモニック減速機の回転出力
   を前記ねじ棒または前記ナツトの直進動作に変換するボ
   ールねし機構とから構成される装置 を、偏心部を有した支軸と、この支軸の軸心１りに回転
   可能なケーシングと、このケーシングの内側Ｃこ円周方
   向に所要の間隔をあけて配設されその先端面を静圧ベア
   リングを介して前記ケーシングの内Ｉ　Ｅｉｉ　Ｉｒ−
   添接させた複数のピストンと、前記支軸一心部に回転可
   能に支持され前記ピストンの基ε 端面側に前記ケーシングの回転伴って容積が増減する空
   間を形成するシリンダブロックと、容積が増大しつつあ
   る空間および容積が減小しつつある空間ｆこそれぞれ連
   通する対をなす流体流通路と、前記各空間内の流体圧を
   対応する各静圧ベアリング部Ｃこ供給するための圧力導
   入路とを具備してなるものＩこし、前記ケーシングを前
   記ハーモニック減速機のフレクスプラインの内側に配設
   するとともにこのケーシングに前記フレクスプラインを
   付勢するためのウェーブジェネレータを一体的ｒｔ設け
   たことを特徴とする直線部動形作動装置。