JP6843541B2 - Drive mechanism, robot device, manufacturing method of goods, and control method - Google Patents
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Description
本発明は、トルクセンサを備えた駆動機構、駆動機構を備えたロボット装置、物品の製造方法、及び制御方法に関する。 The present invention is a drive mechanism provided with a torque sensor, a robot apparatus provided with a drive rotation mechanism, a method of manufacturing an article, and a control method.
近年、様々な工業製品の生産ラインで、多関節のロボットが利用されるようになってきている。しかしながら、ロボットでは実現が困難な工程も数多く存在する。例えば、柔軟物、軽量物又は低強度部材などから成るワークの組付けなど、部品に加わる荷重が数グラム程度であることを要求されるような工程や精密嵌合を行う工程などをロボットで実現するには種々の困難があった。 In recent years, articulated robots have come to be used in various industrial product production lines. However, there are many processes that are difficult to realize with robots. For example, robots can realize processes that require a load of several grams to be applied to parts, such as assembling workpieces made of flexible materials, lightweight materials, or low-strength members, and processes that perform precision fitting. There were various difficulties in doing so.
上述のような柔軟物、軽量物、あるいは低強度部材といったワークを取り扱う場合、例えば、ワークの破損や変形を防ぐため、これらのワークには大きな力を作用させることができない。そこで、この種のワークを多関節ロボットで操作する場合には、ワークに作用する力を高精度に制御する必要がある。具体的には、ワークに作用する力を検出して、ロボットアームの駆動制御にフィードバックする。 When handling workpieces such as flexible objects, lightweight objects, and low-strength members as described above, for example, in order to prevent the workpieces from being damaged or deformed, a large force cannot be applied to these workpieces. Therefore, when operating this type of work with an articulated robot, it is necessary to control the force acting on the work with high accuracy. Specifically, the force acting on the work is detected and fed back to the drive control of the robot arm.
ワークに作用する力を検出する方法として、ロボットアームの各関節に、関節にかかるトルクを検出するトルクセンサを配置した構成が知られている(例えば特許文献1参照)。ロボットアームの各関節に作用するトルクによりロボットアームの先端、つまりワークに作用する力を検出することができる。 As a method of detecting the force acting on the work, a configuration is known in which a torque sensor for detecting the torque applied to the joint is arranged in each joint of the robot arm (see, for example, Patent Document 1). The force acting on the tip of the robot arm, that is, the work can be detected by the torque acting on each joint of the robot arm.
従来の構成では、固定側である第1のリンクに電動モータが配置され、電動モータの回転軸が減速機の入力軸にベルト及びプーリなどから構成される伝達機構を介して接続される。そして、減速機の出力軸が駆動側である第2のリンクにトルクセンサを介して接続されている。したがって、トルクセンサは、第2のリンクに作用したトルクとして、減速機の出力軸と第2のリンクとの間のトルクを検出することになる。 In the conventional configuration, the electric motor is arranged on the first link on the fixed side, and the rotating shaft of the electric motor is connected to the input shaft of the speed reducer via a transmission mechanism including a belt and a pulley. Then, the output shaft of the speed reducer is connected to the second link on the drive side via a torque sensor. Therefore, the torque sensor detects the torque between the output shaft of the reducer and the second link as the torque acting on the second link.
ところで、トルクセンサの信号線等の配線は、固定側である第1のリンク側へ引き出す必要がある。第1のリンク側に引き出された配線は、制御装置に接続される。これにより、トルクセンサと制御装置との間で有線通信が可能となる。 By the way, it is necessary to pull out the wiring such as the signal line of the torque sensor to the first link side which is the fixed side. The wiring drawn out to the first link side is connected to the control device. This enables wired communication between the torque sensor and the control device.
しかし、トルクセンサが第2のリンクと減速機の出力軸との間に配置されると、トルクセンサから第1のリンク側に引き回された配線が、第2のリンクの回転駆動に応じて屈曲や捩れなどの変形が生じる。よって、トルクセンサの配線の屈曲や捩れなどの変形による力が第1のリンクと第2のリンクとの間にかかることになる。つまり、配線が変形したときに元の状態に復元しようとする力がリンク間に作用する。このため、トルクセンサにより検出されるトルク値は、配線から受ける力により誤差が生じる。したがって、従来の構成では、第2のリンクに作用するトルクを正確に検出できないという問題があった。 However, when the torque sensor is arranged between the second link and the output shaft of the reducer, the wiring routed from the torque sensor to the first link side responds to the rotational drive of the second link. Deformation such as bending and twisting occurs. Therefore, a force due to deformation such as bending or twisting of the wiring of the torque sensor is applied between the first link and the second link. In other words, when the wiring is deformed, a force that tries to restore it to its original state acts between the links. Therefore, the torque value detected by the torque sensor has an error due to the force received from the wiring. Therefore, in the conventional configuration, there is a problem that the torque acting on the second link cannot be accurately detected.
また、第1のリンクに対して第2のリンクが回転駆動されることで、トルクセンサの配線に繰り返し屈曲や捩れなどの変形が生じるため、長期に亘って配線に負荷がかかり、配線の導体が断線するなど、配線の寿命が短くなる要因となっていた。 Further, since the second link is rotationally driven with respect to the first link, the wiring of the torque sensor is repeatedly deformed such as bending and twisting, so that the wiring is loaded for a long period of time and the conductor of the wiring. Was a factor that shortened the life of the wiring, such as disconnection.
そこで、本発明は、第1のリンクに対して第2のリンクが回転駆動されても、トルクセンサの配線に繰り返し変形が生じるのを防止し、また、トルクセンサにより第2のリンクに作用するトルクを高精度に検出することを目的とする。 Therefore, the present invention prevents the wiring of the torque sensor from being repeatedly deformed even if the second link is rotationally driven with respect to the first link, and the torque sensor acts on the second link. The purpose is to detect torque with high accuracy.
本発明の駆動機構は、第1および第2のリンクを相対的に変位させる駆動機構であって、モータと、減速機と、トルクセンサと、を備え、前記減速機は、前記モータの駆動により回転する入力軸を備え、前記トルクセンサは、前記減速機と前記第1のリンクとの間に配置され、前記入力軸は、前記トルクセンサの内部を通っている、ことを特徴とする。 The drive mechanism of the present invention is a drive mechanism that relatively displaces the first and second links, and includes a motor, a speed reducer, and a torque sensor, and the speed reducer is driven by the motor. A rotating input shaft is provided, the torque sensor is arranged between the speed reducer and the first link, and the input shaft passes through the inside of the torque sensor .
本発明によれば、第1のリンクに対して第2のリンクが回転駆動されても、トルクセンサの配線に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線の寿命を延ばすことができる。また、配線の変形による力がトルクセンサの検出結果に重畳するのを防止することができ、トルクセンサにより第2のリンクに作用するトルクを高精度に検出することがきる。 According to the present invention, even if the second link is rotationally driven with respect to the first link, it is possible to prevent the wiring of the torque sensor from being repeatedly deformed, and the life of the wiring can be extended. Further, it is possible to prevent the force due to the deformation of the wiring from being superimposed on the detection result of the torque sensor, and the torque sensor can detect the torque acting on the second link with high accuracy.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。図1に示すように、ロボット装置100は、ロボット200と、ロボット200の動作を制御するロボット制御装置300と、を備えている。また、ロボット装置100は、ロボット制御装置300に複数の教示点のデータを送信する教示装置としてのティーチングペンダント400を備えている。ティーチングペンダント400は、人が操作するものであり、ロボット200やロボット制御装置300の動作を指定するのに用いる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a robot device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
ロボット200は、垂直多関節型のロボットアーム201と、ロボットアーム201の先端に取り付けられたエンドエフェクタとしてのロボットハンド202と、を備えている。
The
ロボットアーム201の基端は、台座Bに固定された固定端である。ロボットアーム201の先端は、自由端である。ロボットアーム201は、可動範囲の中であれば任意の3次元位置で任意の3方向の姿勢に、手先(ロボットアーム201の先端)を向けることができる。
The base end of the
ロボットアーム201は、複数の関節、例えば6つ関節J1〜J6を有している。ロボットアーム201は、各関節J1〜J6を各回転軸線C1〜C6まわりにそれぞれ回転駆動する複数(6つ)の駆動部510を有している。
The
ロボットアーム201は、複数のリンク2100〜2106を有し、複数のリンク2100〜2106が関節J1〜J6で回転可能に連結されている。ここで、基端側から先端側に向かって、リンク2100〜2106が順に直列に連結されている。
The
各駆動部510は、関節Jiで連結された一対のリンク210i−1,210iのうち、固定側である第1のリンク210i−1に対して駆動側である第2のリンク210iを回転駆動する。ここで、i=1〜6である。
Each
また、各関節Jiには、第1のリンク210i−1に対して第2のリンク210iに作用するトルクを検出するトルクセンサ520が配置されている。
In addition, each joint J i, the
ロボットアーム201は、更に、各駆動部510を駆動制御する制御装置としてのサーボ制御装置230を有している。サーボ制御装置230は、ロボット制御装置300から入力を受けたトルク指令に基づき、各関節J1〜J6のトルクがトルク指令に追従するよう、各駆動部510に電流指令を出力し、各駆動部510の動作を制御する。なお、本実施形態では、サーボ制御装置230を1つの制御装置で構成しているものとして説明しているが、各駆動部510にそれぞれ対応した複数の制御装置で構成してもよい。また、サーボ制御装置230は、ロボットアーム201の基端(リンク210)内に配置されているが、これに限定されるものではなく、例えばロボット制御装置300の筐体内に配置されていてもよい。
The
第1実施形態では、各関節Jiにおいて、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iと、駆動部510と、トルクセンサ520とを有して駆動機構500が構成されている。よって、ロボットアーム201には、6つの駆動機構500が含まれていることになる。
In the first embodiment, in each joint J i, the first link 210 i-1, and the
図2は、第1実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。図2には、ロボットアーム201の複数の関節のうちの任意の1つの関節における駆動機構500について模式的に図示している。
FIG. 2 is a schematic view showing a drive mechanism according to the first embodiment. FIG. 2 schematically illustrates the
駆動部510及びトルクセンサ520は、一対のリンク210i−1,210i間に配置されている。第2のリンク210iは、駆動部510の駆動により、第1のリンク210i−1に対して回転軸線Ciまわりに回転する。
The
図3は、第1実施形態に係る駆動機構の駆動部を示す模式図である。駆動部510は、図2及び図3に示すように、電動モータ530、伝達機構540、減速機550及び支持部材560を有してユニット化された駆動ユニットである。
FIG. 3 is a schematic view showing a driving unit of the driving mechanism according to the first embodiment. As shown in FIGS. 2 and 3, the
電動モータ530は、例えばブラシレスDCモータである。電動モータ530は、固定部材であるハウジング531と、ハウジング531の内部に配置され、ハウジング531に固定された不図示の固定子と、固定子に対して回転する不図示の回転子と、回転子からハウジング531の外側に延びる回転軸532を有する。回転軸532は、中心軸線CAを中心にハウジング531(固定子)に対して回転する。
The
減速機550は、電動モータ530の回転軸532の回転速度を所定の減速比で減速して出力するものであり、例えば波動歯車減速機である。以下、減速機550が波動歯車減速機である場合について説明するが、これに限定するものではなく、揺動歯車減速機、遊星歯車減速機等、どのような構成の減速機であってもよい。
The
減速機550は、固定部材であるハウジング551と、回転の入力を受けてハウジング551に対して回転する入力部材である入力軸552とを有する。ハウジング551は、内側に歯車が形成されたサーキュラスプラインである。
The
また、減速機550は、入力軸552に対して減速した回転速度で、ハウジング551に対して回転する出力部材である出力軸553を有する。減速機550は、入力軸552にて入力を受けた回転を減速して出力軸553にて出力する。
Further, the
また、減速機550は、図3に示すように、入力軸552に固定されたウェブジェネレータ554と、出力軸553に固定されたフレクスプライン555と、を備えている。フレクスプライン555は、ウェブジェネレータ554とサーキュラスプラインであるハウジング551との間に配置され、ウェブジェネレータ554の回転に対して所定の減速比で減速され、ハウジング551に対して相対的に回転する。
Further, as shown in FIG. 3, the
入力軸552は、ハウジング551に対して軸受556を介して回転自在に支持されている。出力軸553は、ハウジング551に対して軸受557を介して回転自在に支持されている。入力軸552及び出力軸553は、同軸線上に配置されており、中心軸線CBを中心にハウジング551に対して回転する。中心軸線CBは減速機550の中心軸線である。
The
減速機550は、図2に示すように、中心軸線CBが回転軸線Ciと重なるように配置されている。減速機550のハウジング551および電動モータ530のハウジング531は、支持部材560に固定されて支持されている。支持部材560は、ボックス形状の部材であり、内部に伝達機構540が配置されている。
電動モータ530は、中心軸線CAが回転軸線Ciに対してずれた状態で支持部材560に支持されている。中心軸線CAと回転軸線Ciとは平行となっている。つまり、減速機550の隣に並列して電動モータ530を配置し、電動モータ530の駆動力が伝達機構540を介して減速機550に伝達するように構成されている。これにより、回転軸線Ciの方向の駆動部510のサイズを小さくし、ロボットアーム201のコンパクト化を図っている。
電動モータ530は、回転軸532が第1のリンク210i−1の方に突出するように配置されている。また、減速機550は、入力軸552が第1のリンク210i−1の方に突出し、出力軸553が第2のリンク210iの方に突出するように配置されている。
The
伝達機構540は、電動モータ530の回転軸532の回転を減速機550の入力軸552に伝達する。伝達機構540は、電動モータ530の回転軸532に固定された駆動側のプーリ541と、減速機550の入力軸552に固定された従動側のプーリ542と、プーリ541,542間に巻回された無端状のベルト543とを有して構成される。
The
トルクセンサ520は、トルクセンサ520の中心軸線CCが回転軸線Ciと重なるように配置されている。トルクセンサ520は、1次側部材521及び2次側部材522を有し、1次側部材521に対して2次側部材522に作用する回転軸線Ci(中心軸線CC)まわりのトルクを検出する。例えばトルクセンサ520は、1次側部材521と2次側部材522とを連結し、1次側部材521と2次側部材522との間に作用するトルクに応じて回転軸線Ciの回りに弾性変形する不図示の弾性部材を有する。更に、トルクセンサ520は、弾性部材の変形量を検知する不図示の検知素子を有する。1次側部材521と2次側部材522との間に回転軸線Ciを中心とするトルクが作用したとき、不図示の弾性部材が変形する。更に、トルクセンサ520は、不図示の検知素子により弾性部材の変形量を検知した結果を取得して、変形量をトルクに換算する感度行列を用いて変形量をトルク値に換算して信号として出力する不図示の演算回路を有する。
The
トルクセンサ520の変位検出方式には、ひずみゲージ方式、静電容量方式、磁気方式、エンコーダ方式などがある。なお、トルクセンサ520は、1次側部材521、2次側部材522及び不図示の弾性部材をそれぞれ別の部材で構成してもよいし、一体構造で構成してもよい。
Displacement detection methods for the
トルクセンサ520の1次側部材521は、第1のリンク210i−1に固定して接続されている。トルクセンサ520の2次側部材522は、支持部材560に固定して接続されている。つまり、トルクセンサ520の2次側部材522は、支持部材560を介して、減速機550のハウジング551に接続されている。減速機550の出力軸553は、第2のリンク210iに固定して接続されている。よって、第2のリンク210iは、減速機550のハウジング551に対して、回転軸線Ciを中心に相対的に回転する。
The
トルクセンサ520から延びる配線523は、第1のリンク210i−1の側に引き出されている。そして、配線523は、第1のリンク210i−1に沿って配置され、第1のリンク210i−1にクランプ部材601で固定されている。
The
電動モータ530から延びる配線533は、第1のリンク210i−1の側に引き出されている。そして、配線533は、第1のリンク210i−1に沿って配置され、第1のリンク210i−1にクランプ部材602で固定されている。
The
以上の構成により、第2のリンク210iを回転駆動するときには、電動モータ530の回転子を回転させて回転軸532を回転させる。回転軸532が回転することにより、伝達機構540を介して減速機550の入力軸552が回転する。入力軸552の回転により所定の減速比で減速した回転速度で出力軸553が回転し、出力軸553に接続された第2のリンク210iが回転軸線Ciを中心に回転する。
With the above configuration, when the
一方、第2のリンク210iにトルク(外力)が作用したときには、減速機550の出力軸553にトルクが伝達するが、図3に示すフレクスプライン555とサーキュラスプラインであるハウジング551との噛み合いにより回転が規制されている。したがって、フレクスプライン555に伝達したトルクはハウジング551に伝達する。ハウジング551に伝達したトルクは、支持部材560を介してトルクセンサ520の2次側部材522に伝達する。このように、フレクスプライン555に伝達したトルクの大部分は、ハウジング551を介してトルクセンサ520の2次側部材522に伝達する。
On the other hand, when a torque (external force) acts on the second link 210 i , the torque is transmitted to the
フレクスプライン555に伝達したトルクの一部分は、ウェブジェネレータ554、入力軸552、伝達機構540、電動モータ530へ伝達するが、電動モータ530から支持部材560へ伝達し、結果、トルクセンサ520の2次側部材522に伝達する。したがって、トルクセンサ520は、第2のリンク210iに作用した回転軸線Ciまわりのトルクを高精度に検出することができる。
A part of the torque transmitted to the
更に、第1実施形態では、トルクセンサ520の1次側部材521が第1のリンク210i−1に接続されて、トルクセンサ520の配線523が第1のリンク210i−1の側に引き出されている。つまり、駆動部510と固定側である第1のリンク210i−1との間にトルクセンサ520が配置されている。これにより、第2のリンク210iの可動範囲が配線523により制限されることがない。
Further, in the first embodiment, the
また、第2のリンク210iが回転動作しても、第2のリンク210iの回転動作に伴って配線523が屈曲や捩れ等の変形することがない。このように、トルクセンサ520の配線523に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線523に繰り返し負荷がかからない構成であるので、配線523の寿命を延ばすことができる。電動モータ530の配線533についても、同様に第1のリンク210i−1の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。
The
また、配線523,533の変形による力がトルクセンサ520の検出トルクに重畳するのを防止することができ、トルクセンサ520により第2のリンク210iに作用するトルクを高精度に検出することがきる。
Further, it is possible to prevent the force due to the deformation of the
更に、第1実施形態によれば、電動モータ530及び減速機550を支持部材560に対して並列に固定しているため、電動モータ530と減速機550を直列に配置するよりも関節Jiの幅の小型化が可能である。これにより、狭小空間においても作業性に優れた小型化されたロボット200を実現することができる。
Furthermore, according to the first embodiment, since the fixed in parallel to the
また、トルクセンサ520の中心軸線CC、即ち回転軸線Ciと、減速機550の中心軸線CBとが重なるので、関節Jiにおける重量バランスが良好となり、ロボット200の動作が安定する。
Further, since the central axis C C of the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図4は、第2実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the driving mechanism of the robot according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic view showing a drive mechanism according to the second embodiment. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
第2実施形態の駆動機構500Aは、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iと、第2のリンク210iを回転駆動する駆動部510Aと、トルクセンサ520と、を備えている。駆動部510Aは、電動モータ530と、伝達機構540Aと、減速機550と、支持部材560Aと、を有する。減速機550の中心軸線CBは回転軸線Ciと重なっている。また、トルクセンサ520の中心軸線CCも回転軸線Ciと重なっている。
The
第1実施形態では、電動モータ530の中心軸線CAが回転軸線Ciと平行な状態であって回転軸線Ciに対してずれた状態で、電動モータ530のハウジング531が支持部材560に固定されている場合について説明した。第2実施形態では、電動モータ530の中心軸線CAが回転軸線Ciに対して交差(直交)して回転軸線Ciに対してずれた状態で、電動モータ530のハウジング531が支持部材560Aに固定されている。つまり、電動モータ530のハウジング531及び減速機550のハウジング551は、中心軸線CAと中心軸線CBとが交差(直交)した状態で支持部材560Aに支持されている。
In the first embodiment fixed in a state where the center axis C A of the
伝達機構540Aは、第1実施形態と同様、電動モータ530の回転軸532の回転を減速機550の入力軸552に伝達するものであるが、第1実施形態と構成が異なる。即ち、伝達機構540Aは、回転軸532に固定された第1のベベルギヤ541Aと、入力軸552に固定され、第1のベベルギヤ541Aに噛合する第2のベベルギヤ542Aとを有する。
Similar to the first embodiment, the
以上、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様、第1のリンク210i−1に対して第2のリンク210iが回転駆動されても、トルクセンサ520の配線523に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線523の寿命を延ばすことができる。電動モータ530の配線533についても、同様に第1のリンク210i−1の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。また、配線523,533の変形による力がトルクセンサ520の検出結果に重畳するのを防止することができ、トルクセンサ520により第2のリンク210iに作用するトルクを高精度に検出することがきる。
As described above, according to the second embodiment, even if the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図5は、第3実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第3実施形態において、第1、第2実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, the driving mechanism of the robot according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic view showing a drive mechanism according to the third embodiment. In the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第3実施形態の駆動機構500Bは、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iと、第2のリンク210iを回転駆動する駆動部510Bと、トルクセンサ520と、を備えている。駆動部510Bは、電動モータ530と、伝達機構540と、減速機550Bと、支持部材560Bと、を有する。
The
減速機550Bは、電動モータ530の回転軸532の回転速度を所定の減速比で減速して出力するものであり、例えば波動歯車減速機である。減速機550Bは、固定部材であるハウジング551Bと、回転の入力を受けてハウジング551Bに対して回転する入力部材である入力軸552Bとを有する。また、減速機550は、入力軸552Bに対して減速した回転速度で、ハウジング551Bに対して回転する出力部材553Bを有する。
The
入力軸552B及び出力部材553Bは、同軸線上に配置されており、中心軸線CBを中心にハウジング551Bに対して回転する。具体的には、出力部材553Bは円筒形状の部材であり、出力部材553Bの内側に入力軸552Bが配置されている。
The
電動モータ530のハウジング531及び減速機550Bのハウジング551Bが支持部材560Bに固定されている。減速機550Bの中心軸線CBは回転軸線Ciと重なっている。また、トルクセンサ520の中心軸線CCも回転軸線Ciと重なっている。
The
電動モータ530は、回転軸532が第2のリンク210iの方に突出するように配置されている。また、減速機550Bは、入力軸552B及び出力部材553Bが第2のリンク210iの方に突出するように配置されている。そして、伝達機構540は、第2のリンク210iの近傍に配置される。伝達機構540の駆動側のプーリ541は、回転軸532に固定され、従動側のプーリ542は、入力軸552Bに固定されている。
The
トルクセンサ520の1次側部材521は、第1のリンク210i−1に接続されている。トルクセンサ520の2次側部材522は、支持部材560Bを介して減速機550Bのハウジング551Bに接続されている。減速機550Bの出力部材553Bは、第2のリンク210iに接続されている。
The
以上、電動モータ530の回転軸532及び減速機550Bの入力軸552Bが第1実施形態と逆方向に突出するように、電動モータ530及び減速機550Bが支持部材560Bに支持されている場合であっても、第1実施形態と同様の効果を奏する。即ち、第1のリンク210i−1に対して第2のリンク210iが回転駆動されても、トルクセンサ520の配線523に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線523の寿命を延ばすことができる。電動モータ530の配線533についても、同様に第1のリンク210i−1の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。また、配線523,533の変形による力がトルクセンサ520の検出結果に重畳するのを防止することができ、トルクセンサ520により第2のリンク210iに作用するトルクを高精度に検出することがきる。
As described above, the
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図6は、第4実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第4実施形態において、第1〜第3実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, the driving mechanism of the robot according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic view showing the drive mechanism according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the first to third embodiments, and the description thereof will be omitted.
第4実施形態の駆動機構500Cは、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iと、駆動部510と、トルクセンサ520と、更に軸受570と、を備えている。第4実施形態では、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iとの間に軸受570が配置され、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iとが、軸受570により相対回転可能となっている。
The
第4実施形態の駆動機構500Cによれば、第1実施形態と同様の効果を奏する。更に、第4実施形態によれば、軸受570により、第2のリンク210i(関節Ji)に、回転軸線Ciを中心とする回転方向以外の方向の力が作用しても、軸受570がその力を受けるため、トルクセンサ520にその力が作用することはない。したがって、回転方向以外の方向の力がトルクセンサ520に作用することがないので、トルクセンサ520がトルクを誤検出する、他軸干渉と呼ばれる現象が発生することがない。よって、トルクセンサ520は、精度よくトルクを検出することが可能となる。また、トルクセンサ520に対して作用する荷重の量が緩和するため、トルクセンサ520の強度仕様を緩和することができ、関節のレイアウト設計およびトルクセンサ設計の自由度が向上する。
According to the
なお、第4実施形態の駆動部は、第1実施形態で説明した駆動部510の構成としたが、これに限定するものではなく、第2実施形態で説明した駆動部510A、第3実施形態で説明した駆動部510Bの構成としてもよい。
The drive unit of the fourth embodiment has the configuration of the
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係るロボットの駆動機構について説明する。図7は、第5実施形態に係る駆動機構を示す模式図である。なお、第5実施形態において、第1〜第4実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, the driving mechanism of the robot according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic view showing the drive mechanism according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the same components as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第5実施形態の駆動機構500Dは、第1のリンク210i−1と、第2のリンク210iと、第2のリンク210iを回転駆動する駆動部510Dと、トルクセンサ520と、を備えている。駆動部510Dは、電動モータ530と、伝達機構540と、減速機550とを有する。トルクセンサ520の1次側部材521は、第1実施形態と同様、第1のリンク210i−1に固定して接続されている。トルクセンサ520の2次側部材522は、第5実施形態では、減速機550の固定部材であるハウジング551に直接、固定して接続されている。減速機550の出力軸553は、第1実施形態と同様、第2のリンク210iに固定して接続されている。トルクセンサ520の配線523は、第1実施形態と同様、第1のリンク210i−1の側に引き出されている。減速機550は、中心軸線CBが回転軸線Ciと重なるように配置されている。
The
第5実施形態では、電動モータ530の配置が第1〜第4実施形態と異なる。具体的には電動モータ530のハウジング531が第1のリンク210i−1に固定して支持されている。
In the fifth embodiment, the arrangement of the
電動モータ530は、中心軸線CAが回転軸線Ciに平行な状態であって中心軸線CAが回転軸線Ciに対してずれた状態で配置されている。そして、伝達機構540により、電動モータ530の回転軸532の回転が減速機550の入力軸552に伝達される。
以上の構成により、第2のリンク210iを回転駆動するときには、電動モータ530の回転子を回転させて回転軸532を回転させる。回転軸532が回転することにより、伝達機構540を介して減速機550の入力軸552が回転する。入力軸552の回転により所定の減速比で減速した回転速度で出力軸553が回転し、出力軸553に接続された第2のリンク210iが回転軸線Ciを中心に回転する。
With the above configuration, when the
一方、第2のリンク210iにトルク(外力)が作用したときには、減速機550の出力軸553にトルクが伝達し、不図示のフレクスプラインを介してハウジング551に伝達する。ハウジング551に伝達したトルクは、トルクセンサ520の2次側部材522に伝達する。このように、第2のリンク210iに作用したトルクの大部分は、ハウジング551を介してトルクセンサ520の2次側部材522に伝達する。
On the other hand, when a torque (external force) acts on the second link 210 i , the torque is transmitted to the
なお、第2のリンク210iに作用したトルクの一部分が、減速機550の入力軸552、伝達機構540、電動モータ530、第1のリンク210i−1へ順次伝達し、伝達経路にトルクセンサ520は含まれない。このため、第5実施形態では、第1〜第4実施形態よりも、トルクセンサ520により検出されるトルクの精度が劣るものの、第2のリンク210iが回転動作しても、第2のリンク210iの回転動作に伴って配線523が屈曲や捩れ等の変形することがない。このように、トルクセンサ520の配線523に繰り返し変形が生じるのを防止することができ、配線523に繰り返し負荷がかからない構成であるので、配線523の寿命を延ばすことができる。電動モータ530の配線533についても、同様に第1のリンク210i−1の側に引き出されているので、寿命を延ばすことができる。
A part of the torque acting on the
また、配線523,533の変形による力がトルクセンサ520の検出トルクに重畳するのを防止することができ、トルクセンサ520により第2のリンク210iに作用するトルクを高精度に検出することがきる。
Further, it is possible to prevent the force due to the deformation of the
更に、第5実施形態によれば、電動モータ530及び減速機550が第1のリンク210i−1に対して並列に配置されているため、電動モータ530と減速機550を直列に配置するよりも関節Jiの幅の小型化が可能である。これにより、狭小空間においても作業性に優れた小型化されたロボット200を実現することができる。
Further, according to the fifth embodiment, since the
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、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、実施形態に記載されたものに限定されない。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications can be made within the technical idea of the present invention. Moreover, the effects described in the embodiments are merely a list of the most preferable effects arising from the present invention, and the effects according to the present invention are not limited to those described in the embodiments.
上述の実施形態では、電動モータと減速機を並列に配置して、伝達機構を介して動力を伝達するように構成したが、これに限定するものではない。伝達機構を介さずに、電動モータの回転軸を減速機の入力軸に直接接続してもよい。この場合、電動モータの中心軸線と減速機の中心軸線とが重なるように減速機と電動モータとが直列に配置されるため、駆動機構は、回転軸線の延びる方向の長さが長くなる。 In the above-described embodiment, the electric motor and the speed reducer are arranged in parallel to transmit the power via the transmission mechanism, but the present invention is not limited to this. The rotating shaft of the electric motor may be directly connected to the input shaft of the speed reducer without using a transmission mechanism. In this case, since the speed reducer and the electric motor are arranged in series so that the center axis of the electric motor and the center axis of the speed reducer overlap, the length of the drive mechanism in the extending direction of the rotation axis becomes long.
また、上述の実施形態では、ロボットアームが垂直多関節型の場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアームが、例えば、水平多関節型のロボットアーム、パラレルリンクのロボットアーム、直交ロボット等、種々のロボットアームであってもよい。また、ロボットアームの関節の数も6つに限定するものではない。 Further, in the above-described embodiment, the case where the robot arm is a vertical articulated type has been described, but the present invention is not limited to this. The robot arm may be various robot arms such as a horizontal articulated robot arm, a parallel link robot arm, and a Cartesian robot. Further, the number of joints of the robot arm is not limited to six.
また、ロボットアームの全ての関節が上述の駆動機構である場合について説明したが、これに限定するものではなく、少なくとも1つの関節が上述の駆動機構であればよい。 Further, the case where all the joints of the robot arm are the above-mentioned drive mechanism has been described, but the present invention is not limited to this, and at least one joint may be the above-mentioned drive mechanism.
また上述の実施形態では、減速機が波動歯車減速機である場合について説明したが、これに限定するものではなく、揺動歯車減速機、遊星歯車減速機等、どのような構成の減速機であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the reduction gear is a wave gear reduction gear has been described, but the present invention is not limited to this, and any configuration reduction gear such as a swing gear reduction gear or a planetary gear reduction gear can be used. There may be.
100…ロボット装置、200…ロボット、201…ロボットアーム、210i−1…第1のリンク、210i…第2のリンク、500…駆動機構、510…駆動部、520…トルクセンサ、521…1次側部材、522…2次側部材、523…配線、530…電動モータ、531…ハウジング、532…回転軸、533…配線、540…伝達機構、550…減速機、551…ハウジング(固定部材)、552…入力軸(入力部材)、553…出力軸(出力部材)、560…支持部材
100 ... Robot device, 200 ... Robot, 201 ... Robot arm, 210 i-1 ... First link, 210 i ... Second link, 500 ... Drive mechanism, 510 ... Drive unit, 520 ... Torque sensor, 521 ... 1
Claims (17)
モータと、
減速機と、
トルクセンサと、を備え、
前記減速機は、前記モータの駆動により回転する入力軸を備え、
前記トルクセンサは、前記減速機と前記第1のリンクとの間に配置され、
前記入力軸は、前記トルクセンサの内部を通っている、
ことを特徴とする駆動機構。 A drive mechanism that relatively displaces the first and second links.
With the motor
With the reducer,
Equipped with a torque sensor,
The speed reducer includes an input shaft that is rotated by driving the motor.
The torque sensor is arranged between the speed reducer and the first link.
The input shaft passes through the inside of the torque sensor.
A drive mechanism characterized by that.
前記モータは、モータ回転軸を備えており、
前記モータ回転軸と前記入力軸は、前記モータ回転軸と前記入力軸とが並列になるように配置されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to claim 1,
The motor includes a motor rotation shaft.
The motor rotation shaft and the input shaft are arranged so that the motor rotation shaft and the input shaft are parallel to each other.
A drive mechanism characterized by that.
前記モータ回転軸と前記入力軸とが並列に配置された状態で、前記モータ回転軸の駆動を前記入力軸に伝える伝達機構を備え、
前記モータと前記トルクセンサは、前記第1のリンクに設けられ、
前記伝達機構は、前記第1のリンクを挟んで、前記モータおよび前記トルクセンサの反対側に設けられている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to claim 2,
A transmission mechanism for transmitting the drive of the motor rotating shaft to the input shaft while the motor rotating shaft and the input shaft are arranged in parallel is provided.
The motor and the torque sensor are provided on the first link.
The transmission mechanism is provided on the opposite side of the motor and the torque sensor with the first link interposed therebetween.
A drive mechanism characterized by that.
前記トルクセンサの配線が、前記第1のリンク側に引き出されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to claim 3,
The wiring of the torque sensor is pulled out to the first link side.
A drive mechanism characterized by that.
前記トルクセンサの配線が、前記第1のリンクに固定されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to claim 4,
The wiring of the torque sensor is fixed to the first link.
A drive mechanism characterized by that.
前記トルクセンサは、
中空の第1の部材と、中空の第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材とを相対的に移動可能に連結する連結部材と、を備え、
前記第1の部材と前記第2の部材のどちらか一方は、前記第1のリンクに接続されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to any one of claims 1 to 5,
The torque sensor is
A hollow first member, a hollow second member, and a connecting member for relatively movably connecting the first member and the second member are provided.
Either one of the first member and the second member is connected to the first link.
A drive mechanism characterized by that.
前記第1の部材と前記第2の部材の他方は、支持部材を介して前記減速機に接続されており、
前記トルクセンサは、前記支持部材と前記第1のリンクとの間に配置されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to claim 6,
The other of the first member and the second member is connected to the speed reducer via a support member.
The torque sensor is arranged between the support member and the first link.
A drive mechanism characterized by that.
前記トルクセンサは、
前記第1の部材と前記第2の部材との間の所定の位置に、前記第1の部材と前記第2の部材との相対移動量を検出する検出ユニットを備えている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to claim 6 or 7.
The torque sensor is
A detection unit for detecting the relative movement amount between the first member and the second member is provided at a predetermined position between the first member and the second member.
A drive mechanism characterized by that.
前記モータは、前記第1のリンクに固定されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive device according to any one of claims 1 to 8.
The motor is fixed to the first link,
A drive mechanism characterized by that.
前記第1のリンクと前記第2のリンクとは、所定の回転軸線で相対的に回転し、
前記減速機は、前記減速機の中心軸線が前記所定の回転軸線と一致するように配置されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to any one of claims 1 to 9,
The first link and the second link rotate relative to each other along a predetermined rotation axis.
The speed reducer is arranged so that the central axis of the speed reducer coincides with the predetermined rotation axis.
A drive mechanism characterized by that.
前記第1のリンクと前記第2のリンクとは、所定の回転軸線で相対的に回転し、
前記トルクセンサは、前記所定の回転軸線の周りに変形するように配置され、
前記入力軸は、前記入力軸の回転軸線が前記所定の回転軸線と一致するように配置されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to any one of claims 1 to 9,
The first link and the second link rotate relative to each other along a predetermined rotation axis.
The torque sensor is arranged so as to be deformed around the predetermined rotation axis.
The input shaft is arranged so that the rotation axis of the input shaft coincides with the predetermined rotation axis.
A drive mechanism characterized by that.
前記モータは、前記モータの中心軸線が前記所定の回転軸線に対してずれた状態で配置されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to any one of claims 10 or 11.
The motor is arranged so that the central axis of the motor is deviated from the predetermined rotation axis.
A drive mechanism characterized by that.
前記第1のリンクと前記第2のリンクとの間に配置された軸受を更に備えた、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to any one of claims 1 to 12,
A bearing further provided between the first link and the second link.
A drive mechanism characterized by that.
前記モータの配線が前記第1のリンクの側に引き出され、前記第1のリンクに固定されている、
ことを特徴とする駆動機構。 In the drive mechanism according to any one of claims 1 to 13.
The wiring of the motor is pulled out to the side of the first link and fixed to the first link.
A drive mechanism characterized by that.
前記駆動機構は、
モータと、
減速機と、
中空のトルクセンサと、
前記モータを制御する制御装置と、を備え、
前記減速機は、前記モータの駆動により回転する入力軸を備え、
前記トルクセンサは、前記減速機と前記第1のリンクとの間に配置され、
前記入力軸は、前記トルクセンサの内部を通っており、
前記制御装置は、
前記トルクセンサの検出結果に基づき前記モータを動作させ、
前記モータの動作により前記入力軸を回転させ、前記減速機を介して前記第1のリンクおよび前記第2のリンクを相対的に変位させる、
ことを特徴とする制御方法。
It is a control method of a drive mechanism that relatively displaces the first and second links.
The drive mechanism is
With the motor
With the reducer,
Hollow torque sensor and
A control device for controlling the motor is provided.
The speed reducer includes an input shaft that is rotated by driving the motor.
The torque sensor is arranged between the speed reducer and the first link.
The input shaft is through the inner portion of the torque sensor,
The control device is
The motor is operated based on the detection result of the torque sensor, and the motor is operated.
The operation of the motor rotates the input shaft, and the first link and the second link are relatively displaced via the speed reducer.
A control method characterized by that.
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