特許 6986786 多軸アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986786

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】多軸アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F16H 57/02 20120101AFI20211213BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20211213BHJP

   H02K 11/21 20160101ALI20211213BHJP

   B25J 9/08 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   F16H57/02

   H02K7/116

   H02K11/21

   B25J9/08

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2020-513809(P2020-513809)

(86)(22)【出願日】2017年12月4日

(65)【公表番号】特表2020-532692(P2020-532692A)

(43)【公表日】2020年11月12日

(86)【国際出願番号】KR2017014079

(87)【国際公開番号】WO2019054568

(87)【国際公開日】20190321

【審査請求日】2020年3月6日

(31)【優先権主張番号】10-2017-0116819

(32)【優先日】2017年9月12日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】519233870

【氏名又は名称】ロボティズ カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＯＴＩＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】キム、ビョン ス

(72)【発明者】

【氏名】ウム、ヨン ジン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン、ウ シク

【審査官】 増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２５５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−４３８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０４６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８８６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−７８３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−３０８１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１４１０２９０５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２００８／１３６４０５（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ５７／０２

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

Ｈ０２Ｋ １１／２１

Ｂ２５Ｊ ９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに垂直な第１及び第２の出力面と、前記第１及び第２の出力面とそれぞれ並ぶように配置されて互いに垂直な第１及び第２の対向面と、を有するハウジングと；
前記第１の出力面と垂直な第１の回転軸を中心として回転する第１の出力歯車と；
前記第２の出力面と垂直な第２の回転軸を中心として回転し、前記第２の回転軸は前記第１の回転軸とは異なる高さに位置する第２の出力歯車と；
前記ハウジングの内部に配設されて前記第１及び第２の出力歯車にそれぞれ回転力を与える第１及び第２の駆動モータと；
前記第１の出力歯車の回転を感知する第１の変位センサと、
前記第１の変位センサと前記第１の駆動モータとの間に配置される第１の遮蔽材と、
前記第２の出力歯車の回転を感知する第２の変位センサと、
前記第２の変位センサと前記第２の駆動モータとの間に配置される第２の遮蔽材と、を含み、
前記第１及び第２の駆動モータの回転軸は、前記第１及び第２の回転軸とそれぞれ並ぶように配置され、
前記第２の駆動モータは、前記第１の駆動モータの直上方に位置して前記第１及び第２の駆動モータは上下に段違いに配置され、
前記第１の出力歯車は、前記第２の駆動モータと対応する高さに配置され、
前記第２の出力歯車は、前記第１の駆動モータと対応する高さに配置される、
多軸アクチュエータ。

【請求項2】

前記多軸アクチュエータは、
前記第１の駆動モータと前記第１の出力歯車との間に介在されて前記第１の駆動モータの回転力を前記第１の出力歯車に伝える第１の歯車列と、
前記第２の駆動モータと前記第２の出力歯車との間に介在されて前記第２の駆動モータの回転力を前記第２の出力歯車に伝える第２の歯車列と、をさらに含み、
前記第１の出力歯車及び前記第１の歯車列は、前記ハウジングの中心を基準として前記第１の出力面に隣接するように配置され、
前記第２の出力歯車及び前記第２の歯車列は、前記ハウジングの中心を基準として前記第２の出力面に隣接するように配置される、請求項１に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項3】

前記ハウジングは、
前記第１の出力面及び前記第１の出力面から凹まれた第１の配設溝を有し、前記第１の歯車列が隣接するように配置される第１の出力プレートと、
前記第２の出力面及び前記第２の出力面から凹まれた第２の配設溝を有し、前記第２の歯車列が隣接するように配置される第２の出力プレートと、を備え、
前記多軸アクチュエータは、
前記第１の配設溝に配設され、前記第１の出力歯車に締結される第１のホーンと、
前記第２の配設溝に配設され、前記第２の出力歯車に締結される第２のホーンと、をさらに含む、請求項２に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項4】

前記第１の出力プレートと前記第１のホーン、前記第１の歯車列、並びに前記第１の駆動モータを含む第１の駆動モジュールと、前記第２の出力プレートと前記第２のホーン、前記第２の歯車列、並びに前記第２の駆動モータを含む第２の駆動モジュールとは、同じ構造を有し、
組み立てられた状態で前記第１の駆動モジュールと前記第２の駆動モジュールとは１８０度の回転対称の関係にある、請求項３に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項5】

前記第１の出力プレートは、前記第２の出力プレートと隣接する一方の面に段差部が形成され、前記第２の出力プレートは、前記第１の出力プレートと隣接する一方の面に段差部が形成されて、前記第１の出力プレートの段差部と前記第２の出力プレートの段差部とが噛み合って組み立てられる、請求項４に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項6】

前記第１の出力プレートは、前記第１の配設溝が形成された上側の幅が、下側の幅に比べて幅広であり、
前記第２の出力プレートは、前記第２の配設溝が形成された下側の幅が、上側の幅に比べて幅広である、請求項５に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項7】

前記多軸アクチュエータは、
前記第１の出力歯車の回転を感知する第１の変位センサと、
前記第１の変位センサが実装され、前記ハウジングの中心を基準として前記第１の出力プレートに隣接するように配置される第１の補助基板と、
前記第１の補助基板と並ぶように配置されて前記ハウジングの中心を基準として前記第１の対向面と隣接するように位置する第１の主基板と、
前記第１の駆動モータと前記第２の駆動モータとの間に配置されて前記第１の補助基板と前記第１の主基板とを連結する第１の軟性基板と、
前記第２の出力歯車の回転を感知する第２の変位センサと、
前記第２の変位センサが実装され、前記ハウジングの中心を基準として前記第２の出力プレートに隣接するように配置される第２の補助基板と、
前記第２の補助基板と並ぶように配置されて前記ハウジングの中心を基準として前記第２の対向面と隣接するように位置する第２の主基板と、
前記第１の駆動モータと前記第２の駆動モータとの間に配置されて前記第２の補助基板と前記第２の主基板とを連結する第２の軟性基板と、をさらに含む、請求項３に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項8】

前記ハウジングは、
前記第１の対向面及び前記第１の対向面から凹まれた第１の載置溝、並びに前記第１の載置溝の底面から凹まれて前記第１の載置溝と連通される第１の貫通溝、前記第１の対向面から凹まれた第１のソケット溝を有する第１の対向プレートと、
前記第２の対向面及び前記第２の対向面から凹まれた第２の載置溝、並びに前記第２の載置溝の底面から凹まれて前記第２の載置溝及び前記第１のソケット溝と連通される第２の貫通溝、前記第２の対向面から凹まれて前記第１の貫通溝と連通される第２のソケット溝を有する第２の対向プレートと、を備えるが、
前記第１の載置溝は前記第１の配設溝の反対側に位置し、前記第２の載置溝は前記第２の配設溝の反対側に位置する、請求項３に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項9】

前記第１の対向プレートは、前記第１の載置溝の中央に形成される第１の締結溝を有し、
前記第２の対向プレートは、前記第２の載置溝の中央に形成される第２の締結溝を有する、請求項８に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項10】

前記多軸アクチュエータは、
前記第１の締結溝に配設されて前記第１の締結溝を中心として回転可能であり、内周面に段付き部が形成されるリング状の第１のアイドラーと；
前記第１のアイドラーの中空部に嵌設されて前記第１のアイドラーを支持する第１の円筒と、前記第１の円筒の外周面から突出して前記第１のアイドラーの段付き部と対向し、前記第１のアイドラーが前記第１の対向プレートから離脱することを防ぐ第１の遮断プレートと、を備える第１の結合部材と；
前記第２の締結溝に配設されて前記第２の締結溝を中心として回転可能であり、内周面に段付き部が形成されるリング状の第２のアイドラーと；
前記第２のアイドラーの中空部に嵌設されて前記第２のアイドラーを支持する第２の円筒と、前記第２の円筒の外周面から突出して前記第２のアイドラーの段付き部と対向し、前記第２のアイドラーが前記第２の対向プレートから離脱することを防ぐ第２の遮断プレートと、を備える第２の結合部材と；をさらに含む、請求項９に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項11】

前記第１の出力プレートは、前記第１の配設溝が形成される相対的に幅広な第１の配設部と、前記第１の配設部から延び、前記第１の配設部よりも相対的に幅狭な第１の延長部と、を有し、
前記第１の出力面から凹まれた一対の第１のねじ溝及び前記第１のねじ溝に形成されて内周面にねじ山が形成された一対の第１の固定孔と、前記第１の出力面に隣接する両側面から凹設されて内周面にねじ山が形成された一対の第１の拡張孔とが、前記第１の配設部に形成される、請求項３に記載の多軸アクチュエータ。

【請求項12】

前記第１及び第２の遮蔽材は、前記第１及び第２の変位センサを前記第１及び第２の駆動モータから発生する電磁気的な影響から遮断する、請求項１に記載の多軸アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多軸アクチュエータに係り、さらに詳しくは、互いに異なる出力面とそれぞれ垂直な互いに異なる回転軸を中心として回転する出力歯車を含む多軸アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

図１は、従来の１自由度を有するアクチュエータモジュールを含む多関節ロボットを示す図である。図１に示すように、一軸３ａと他の一軸３ｂを基準として回転力を与える場合は、１自由度を有するアクチュエータモジュールを相互に連結しなければならなかった。

【0003】

これにより、図示された構造体３−３と構造体３−４のうち、特に足首の部分で、全体のアクチュエータの体積が大きくなり、関節の回転時に無理な動作でバランスがとり難しいという問題がある。

【0004】

より具体的には、従来の多関節ロボットは、設計時に１自由度を有するアクチュエータモジュールを使用することにより、単方向性を提供するので、一つの関節における両方向性を提供するためには、二つの１自由度を有するアクチュエータモジュールを連動して使用する必要があり、これにより、体積と荷重が増加して多関節ロボットの設計に多くの制約が伴うという問題があった。

【0005】

したがって、複数のアクチュエータモジュールと連結部とを所望の方法で繰り返して相互結合することにより多関節ロボットを実現できるように、規格化方法による反復結合をサポートする構造に加えて、一つのアクチュエータモジュールを用いて多方向性を提供するのための構造に関する技術開発が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、互いに異なる回転軸を中心として回転する出力歯車を介してそれぞれ回転力を与えることができる多軸アクチュエータを提供することである。

【0007】

本発明の他の目的は、全体の体積を最小化することができる多軸アクチュエータを提供することである。

【0008】

本発明のまた他の目的は、生産及び組み立てが容易な多軸アクチュエータを提供することにある。

【0009】

本発明のまた他の目的は、後述する詳細な説明と添付した図面からより明確になるはずである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一実施例によれば、多軸アクチュエータは、互いに垂直な第１及び第２の出力面と、前記第１及び第２の出力面とそれぞれ並ぶように配置されて互いに垂直な第１及び第２の対向面と、を有するハウジングと；前記第１の出力面と垂直な第１の回転軸を中心として回転する第１の出力歯車と；前記第２の出力面と垂直な第２の回転軸を中心として回転し、前記第２の回転軸は前記第１の回転軸とは異なる高さに位置する第２の出力歯車と；前記ハウジングの内部に配設されて前記第１及び第２の出力歯車にそれぞれ回転力を与える第１及び第２の駆動モータと；を含む。

【0011】

前記第１及び第２の駆動モータの回転軸は、前記第１及び第２の回転軸とそれぞれ並ぶように配置され、前記第２の駆動モータは、前記第１の駆動モータの上部に位置して前記第１及び第２の駆動モータは重なり合ってもよい。

【0012】

前記多軸アクチュエータは、前記第１の駆動モータと前記第１の出力歯車との間に介在されて前記第１の駆動モータの回転力を前記第１の出力歯車に伝える第１の歯車列と、前記第２の駆動モータと前記第２の出力歯車との間に介在されて前記第２の駆動モータの回転力を前記第２の出力歯車に伝える第２の歯車列と、をさらに含み、前記第１の出力歯車及び前記第１の歯車列は、前記ハウジングの中心を基準として前記第１の出力面に隣接するように配置され、前記第２の出力歯車及び前記第２の歯車列は、前記ハウジングの中心を基準として前記第２の出力面に隣接するように配置されてもよい。

【0013】

前記ハウジングは、前記第１の出力面及び前記第１の出力面から凹まれた第１の配設溝を有し、前記第１の歯車列が隣接するように配置される第１の出力プレートと、前記第２の出力面及び前記第２の出力面から凹まれた第２の配設溝を有し、前記第２の歯車列が隣接するように配置される第２の出力プレートと、を備え、前記多軸アクチュエータは、前記第１の配設溝に配設され、前記第１の出力歯車に締結される第１のホーンと、前記第２の配設溝に配設され、前記第２の出力歯車に締結される第２のホーンと、をさらに含んでいてもよい、

【0014】

前記第１の出力プレートと前記第１のホーン、前記第１の歯車列、並びに前記第１の駆動モータを含む第１の駆動モジュールと、前記第２の出力プレートと前記第２のホーン、前記第２の歯車列、並びに前記第２の駆動モータを含む第２の駆動モジュールとは、同じ構造を有し、組み立てられた状態で前記第１の駆動モジュールと前記第２の駆動モジュールとは１８０度の回転対称の関係にあってもよい。

【0015】

前記第１の出力プレートは、前記第２の出力プレートと隣接する一方の面に段差部が形成され、前記第２の出力プレートは、前記第１の出力プレートと隣接する一方の面に段差部が形成されて、前記第１の出力プレートの段差部と前記第２の出力プレートの段差部とが噛み合って組み立てられてもよい。

【0016】

前記第１の出力プレートは、中心を基準として前記第１の配設溝が形成された一方の側が他方の側に比べて幅広であり、前記第２の出力プレートは、中心を基準として前記第２の配設溝が形成された一方の側が他方の側に比べて幅広であってもよい。

【0017】

前記第１の出力歯車は、前記第２の駆動モータと対応する高さに配置され、前記第２の出力歯車は、前記第１の駆動モータと対応する高さに配置されてもよい。

【0018】

前記多軸アクチュエータは、前記第１の出力歯車の回転を感知する第１の変位センサと、前記第１の変位センサが実装され、前記ハウジングの中心を基準として前記第１の出力プレートに隣接するように配置される第１の補助基板と、前記第１の補助基板と並ぶように配置されて前記ハウジングの中心を基準として前記第１の対向面と隣接するように位置する第１の主基板と、前記第１の駆動モータと前記第２の駆動モータとの間に配置されて前記第１の補助基板と前記第１の主基板とを連結する第１の軟性基板と、前記第２の出力歯車の回転を感知する第２の変位センサと、前記第２の変位センサが実装され、前記ハウジングの中心を基準として前記第２の出力プレートに隣接するように配置される第２の補助基板と、前記第２の補助基板と並ぶように配置されて前記ハウジングの中心を基準として前記第２の対向面と隣接するように位置する第２の主基板と、前記第１の駆動モータと前記第２の駆動モータとの間に配置されて前記第２の補助基板と前記第２の主基板とを連結する第２の軟性基板と、をさらに含んでいてもよい。

【0019】

前記第１の出力歯車の回転を感知する第１の変位センサと、前記第１の変位センサと前記第１の駆動モータとの間に配置される第１の遮蔽材と、前記第２の出力歯車の回転を感知する第２の変位センサと、前記第２の変位センサと前記第２の駆動モータとの間に配置される第２の遮蔽材と、をさらに含んでいてもよい。

【0020】

前記第１及び第２の遮蔽材は、前記第１及び第２の変位センサを前記第１及び第２の駆動モータから発生する電磁気的な影響から遮断することができる。

【0021】

前記ハウジングは、前記第１の対向面及び前記第１の対向面から凹まれた第１の載置溝、並びに前記第１の載置溝の底面から凹まれて前記第１の載置溝と連通される第１の貫通溝、前記第１の対向面から凹まれた第１のソケット溝を有する第１の対向プレートと、前記第２の対向面及び前記第２の対向面から凹まれた第２の載置溝、並びに前記第２の載置溝の底面から凹まれて前記第２の載置溝及び前記第１のソケット溝と連通される第２の貫通溝、前記第２の対向面から凹まれて前記第１の貫通溝と連通される第２のソケット溝を有する第２の対向プレートと、を備えるが、前記第１の載置溝は前記第１の配設溝の反対側に位置し、前記第２の載置溝は前記第２の配設溝の反対側に位置してもよい。

【0022】

前記第１の対向プレートは、前記第１の載置溝の中央に形成される第１の締結溝を有し、前記第２の対向プレートは、前記第２の載置溝の中央に形成される第２の締結溝を有してもよい。

【0023】

前記多軸アクチュエータは、前記第１の締結溝に配設されて前記第１の締結溝を中心として回転可能であり、内周面に段付き部が形成されるリング状の第１のアイドラーと；前記第１のアイドラーの中空部に嵌設されて前記第１のアイドラーを支持する第１の円筒と、前記第１の円筒の外周面から突出して前記第１のアイドラーの段付き部と対向し、前記第１のアイドラーが前記第１の対向プレートから離脱することを防ぐ第１の遮断プレートと、を備える第１の結合部材と；前記第２の締結溝に配設されて前記第２の締結溝を中心として回転可能であり、内周面に段付き部が形成されるリング状の第２のアイドラーと；前記第２のアイドラーの中空部に嵌設されて前記第２のアイドラーを支持する第２の円筒と、前記第２の円筒の外周面から突出して前記第２のアイドラーの段付き部と対向し、前記第２のアイドラーが前記第２の対向プレートから離脱することを防ぐ第２の遮断プレートと、を備える第２の結合部材と；をさらに含んでいてもよい。

【0024】

前記第１の出力プレートは、前記第１の配設溝が形成される第１の配設部と、前記第１の配設部から延び、前記第１の配設部よりも狭い幅を有する第１の延長部と、を有し、前記第１の出力面から凹まれた一対の第１のねじ溝及び前記第１のねじ溝に形成されて内周面にねじ山が形成された一対の第１の固定孔と、前記第１の出力面に隣接する両側面から凹設されて内周面にねじ山が形成された一対の第１の拡張孔とが、前記第１の配設部に形成されてもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一実施例によれば、一つのハウジングに形成された互いに異なる出力面上に出力歯車がそれぞれ配置され、これら出力歯車がそれぞれの出力面と垂直な回転軸を中心として回転して回転力を与えることができる。

【0026】

また、出力歯車が一つのハウジング内に重なり合うように配置でき、これによりアクチュエータの全体積を最小化することができる。

【0027】

また、歯車列を駆動モータと出力歯車との間に配設して、出力歯車の減速比を調節し、この時、歯車列を出力面に隣接するように配置することにより、ハウジングの内部空間を効率的に活用するとともに、アクチュエータの全体積を最小化することができる。

【0028】

また、各出力歯車を中心として、出力プレートとホーン、歯車列、及び駆動モータが一つのモジュールを形成し、一対のモジュールが互いに１８０度の回転対称の関係で相互に組み立てられることによってアクチュエータを形成することができ、これにより生産及び組立を容易に実現することができる。

【0029】

また、変位センサを介して出力歯車の回転を感知し、このとき、隣接する駆動モータから発生する磁場などにより変位センサが誤作動することを防止するために、遮蔽材を変位センサと駆動モータとの間に配設することができる。

【0030】

また、変位センサが配設される補助基板と、マイクロプロセッサ及びソケットなどが実装される主基板とを離間配置し、軟性基板により主基板と補助基板とを連結することにより、駆動モータなどによりマイクロプロセッサなどの主基板に発生するエラーを最小化することができるのみならず、アクチュエータの全体積を最小化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】従来の１自由度を有するアクチュエータモジュールを含む多関節ロボットを概略的に示す図である。

【図2】本発明の一実施例に係る多軸アクチュエータを概略的に示す図である。

【図3】本発明の一実施例に係る多軸アクチュエータを概略的に示す図である。

【図4】本発明の一実施例に係る多軸アクチュエータを概略的に示す図である。

【図5】図２に示したハウジングの内部に配設された駆動モータ及び出力歯車、歯車列を概略的に示す図である。

【図6】図２に示したハウジングの内部を概略的に示す図である。

【図7】図６に示した補助基板及び変位センサを概略的に示す図である。

【図8】図６に示した補助基板に遮蔽材が取り付けられた状態を概略的に示す図である。

【図9】図２に示したハウジングの内部に駆動モータが配設された状態を概略的に示す図である。

【図10】図２に示したハウジングの内部に主基板が配設された状態を概略的に示す図である。

【図11】図１０に示した主基板及びソケットを概略的に示す図である。

【図12】及び

【図13】図１０及び図１１に示した主基板に連結された軟性基板を概略的に示す写真である。

【図14】図５に示した歯車列の他の実施例を概略的に示す図である。

【図15】出力歯車（または出力軸）が同じ高さに配設された場合、ヒンジフレームの回転変位を概略的に示す図である。

【図16】出力歯車（または出力軸）が異なる高さに配設された場合、ヒンジフレームの回転変位を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の好ましい実施例を添付の図２乃至図１６を参照してさらに詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本実施例は、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をさらに詳細に説明するために提供されるものである。したがって、図面における各要素の形状は、より明確な説明を強調するために誇張され得る。

【0033】

図２乃至図４は、本発明の一実施形態に係る多軸アクチュエータ１を概略的に示す図である。図２に示すように、多軸アクチュエータ１は、概ね直方体状を有し、第１及び第２のホーン１４，２４を介して互いに異なる回転軸を基準として回転力を与えることができる。第１のホーン１４及び第２のホーン２４は、互いに隣接する第１及び第２の出力プレート１０，２０にそれぞれ配置され、第２のホーン２４は、第１のホーン１４の下部に位置する。

【0034】

具体的には、多軸アクチュエータは、第１及び第２の出力プレート１０，２０を備える直方体状のハウジングを含み、第１及び第２の出力プレート１０，２０は、互いに隣接するように配置される。第１の出力プレート１０は、第１のホーン１４が配設される第１の配設部の幅が第１の延長部の幅Ｗ１よりも大きい形状であり、同様に、第２の出力プレート２０は、第２のホーン２４が配設される第２の配設部の幅が第２の延長部の幅Ｗ２よりも小さい形状である。第１及び第２のホーン１４，２４は、第１及び第２の出力プレート１０，２０に配設された状態で、第１の出力プレート１０は「Ｙ」字状を有し、第２の出力プレート２０は逆「Ｙ」字状を有する。

【0035】

第１の出力プレート１０は、外側面に対応する第１の出力面１２から凹まれた円形の第１の配設溝１４ｇを有し、第１の配設溝１４ｇは、第１の出力プレート１０の配設部に形成される。第１のホーン１４は第１の配設溝１４ｇに配設され、第１のホーン１４は、後述する第１のホーン歯車５９に噛み合って、第１の出力面１２と垂直な回転軸を中心として回転することができる。同様に、第２の出力プレート２０は、外側面に対応する第２の出力面２２から凹まれた円形の第２の配設溝２４ｇを有し、第２の配設溝２４ｇは、第２の出力プレート２０の配設部に形成される。第２のホーン２４は第２の配設溝２４ｇに配設され、第２のホーン２４は、後述する第２のホーン歯車６９に噛み合って、第２の出力面２２と垂直な回転軸を中心として回転することができる。

【0036】

一方、本実施例とは異なり、ハウジングは円筒状であってもよく、第１及び第２の出力面１２，２２は曲面であってもよい。また、第１の出力プレート１０は、上端部に、第１の出力面１２から凹設された一対のねじ溝およびねじ溝にそれぞれ凹設されて内周面にねじ山が形成された固定孔１１２ａを有する。また、第１の出力プレート１０は、第１の出力面１２の両側面から凹設されて内周面にねじ山が形成された拡張孔１１２ｂを有する。同様に、第２の出力プレート２０は、下端部に、第２の出力面２２から凹設された一対のねじ溝およびねじ溝にそれぞれ凹設されて内周面にねじ山が形成された固定孔１２２ａを有する。また、第２の出力プレート２０は、第２の出力面２２の両側面から凹設されて内周面にねじ山が形成された拡張孔１２２ｂを有する。固定孔１１２ａ、１２２ａおよび拡張孔１１２ｂ、１２２ｂを介して他の拡張構造物（またはフレーム）を連結することができる。

【0037】

図５は、図２に示したハウジングの内部に配設された駆動モータ及び出力歯車、歯車列を概略的に示す図である。図５に示すように、第１及び第２の駆動モータ５２，６２がハウジングの内部に配設され、外部から供給された電力によって回転力を生成する。第１の駆動モータ５２の第１の駆動歯車５２ａは、第１の歯車列５０に噛み合って第１の出力面と垂直な回転軸を中心として回転し、第１の出力歯車５８も、第１の歯車列５０に噛み合って回転する。

【0038】

すなわち、第１の歯車列５０は第１の駆動歯車５２ａと第１の出力歯車５８との間に介在され、第１の歯車列５０によって減速比が決定される。第１の歯車列５０は、複数の平歯車５３，５４，５５，５６によって実現でき、第１の駆動モータ５２及び第１の出力歯車５８と並ぶように配置された回転軸を有してもよい。このとき、第１の歯車列５０はハウジングの中心を基準として第１の出力プレート１０に隣接するように配置されてもよく、第２の駆動モータ６２が第１の歯車列５０または第１の出力歯車５８の後方に配設されて後述する第１の対向プレート３２に隣接するように配置されてもよい。

【0039】

同様に、第２の駆動モータ６２の第２の駆動歯車６２ａは、第２の歯車列６０に噛み合って第２の出力面と垂直な回転軸を中心として回転し、第２の出力歯車６８もまた、第２の歯車列６０に噛み合って回転する。すなわち、第２の歯車列６０は、第２の駆動歯車６２ａと第２の出力歯車６８との間に介在され、第２の歯車列６０によって減速比が決定される。第２の歯車列６０は、複数の平歯車６３，６４，６５，６６によって実現でき、第２の駆動モータ６２及び第２の出力歯車６８と並ぶように配置された回転軸を有してもよい。このとき、第２の歯車列６０はハウジングの中心を基準として第２の出力プレート２０に隣接するように配置されてもよく、第１の駆動モータ５２が第２の歯車列６０または第２の出力歯車６８の後方に配設されて後述する第２の対向プレート４２に隣接するように配置されてもよい。

【0040】

結論として、図５に示すように、第２の駆動モータ６２は第１の駆動モータ５２の上部に配設されて、第１及び第２の駆動モータ５２，６２は積層されて重なり合う構造を有し、これにより多軸アクチュエータの体積を最小化することができる。特に、歯車列と駆動歯車及び出力歯車が出力プレートに隣接するように配置されることにより、ハウジング内部の空間を最大限効率的に利用することができる。

【0041】

一方、後述するように、第１及び第２の出力プレート１０，２０は互いに同一形状を有し、第２の出力プレート２０は、第１の出力プレート１２を１８０度回転対称させた状態で第１の出力プレート１０と垂直に配置される。また、第１及び第２の出力プレート１０，２０は、互いに隣接した状態で相互に締結される。

【0042】

図２に示すように、第１及び第２の出力プレート１０，２０では、配設部と延長部の幅を異ならせることで、出力面１２，２２の両側面に段差部１２ａ，２２ａがそれぞれ形成され、第１の出力プレート１０の配設部が第２の出力プレート２０の延長部と隣接し、第２の出力プレート２０の配設部が第１の出力プレート１０の延長部と隣接した状態で、第１及び第２の出力プレート１０，２０が段差部１２ａ，２２ａの噛み合いによって組み立てられてもよい（例えば、歯車と歯車が噛み合うときに歯車の山と谷が噛み合うように、第１の出力プレート１０の凸部は、第２の出力プレート２０の凹部と噛み合い、第２の出力プレート２０の凸部は、第１の出力プレート１０の凹部と噛み合う）。

【0043】

より具体的には、第１の出力プレート１０及び第１のホーン１４、第１の歯車列５０、並びに第１の駆動モータ５２から一つの駆動モジュールを実現し、図２〜図４に示すように、一対の駆動モジュールを組み立てて多軸アクチュエータを実現することができる。

【0044】

すなわち、第１の出力プレート１０及び第１のホーン１４、第１の歯車列５０、並びに第１の駆動モータ５２を含む一つの駆動モジュールと、第２の出力プレート２０及び第２のホーン２４、第２の歯車列６０、並びに第２の駆動モータ６２を含む一つの駆動モジュールとは、同じ構造及び機能を有し、両者のいずれかを１８０度回転対称させた状態で第１及び第２の出力プレート１０，２０を相互に締結して多軸アクチュエータを実現することができる。これにより、互いに異なる一対の駆動モジュールに比べて高速で単純な設計及び生産プロセスを実現することができ、その結果、高い経済性を確保することができる。

【0045】

図６は、図２に示したハウジングの内部を概略的に示す図であり、図７は、図６に示した補助基板及び変位センサを概略的に示す図である。前述したように、第１の出力プレート１０及び第１のホーン１４、第１の歯車列５０、並びに第１の駆動モータ５２から一つの駆動モジュール２を実現し、第２の出力プレート２０及び第２のホーン２４、第２の歯車列６０、並びに第２の駆動モータ６２から一つの駆動モジュール３を実現することにより、一対の駆動モジュール２，３を組み立てて多軸アクチュエータを実現することができる。

【0046】

このとき、変位センサは、第１及び第２の出力歯車５８，６８（または第１及び第２のホーン歯車５９，６９や第１及び第２のホーン１４，２４の後方にそれぞれ配設され得、第１及び第２の出力歯車５８，６８（または第１及び第２のホーン歯車５９，６９や第１及び第２のホーン１４，２４の回転（例えば、回転角または回転速度など）をそれぞれ感知することができる。

【0047】

図７に示すように、変位センサ７５が実装された補助基板７４は、第１の出力プレート１０の内側面に配設され、変位センサ７５は、第１の出力歯車５８（または第１のホーン歯車５９や第１のホーン１４）に対応するように位置する。同様に、変位センサが実装された補助基板８４は、第２の出力プレート２０の内側面に配設され、変位センサは、第２の出力歯車６８（または第２のホーン歯車６９や第２のホーン２４）に対応するように位置する。

【0048】

図８は、図６に示した補助基板に遮蔽材が取り付けられた状態を概略的に示す図であり、図９は、図２に示したハウジングの内部に駆動モータが配設された状態を概略的に示す図である。図８及び図９に示すように、変位センサは、ホーン（またはホーン歯車）と駆動モータとの間に配置され、駆動モータは、作動時に磁場を形成して変位センサの誤作動を招く恐れがある。したがって、遮蔽材７６，８６を用いて変位センサを駆動モータ等から隔離することで駆動モータから発生する電磁気的な影響を遮断する必要がある。

【0049】

図８に示すように、第１の遮蔽材７６は、第１の補助基板７４の後面（変位センサが配設された前面の反対面）に配設されて変位センサに対応するように配置され、同様に、第２の遮蔽材８６は、第２の補助基板８４の後面（変位センサが配設された前面の反対面）に配設されて変位センサに対応するように配置される（図１２参照）。

【0050】

一方、図９に示すように、第１及び第２の放熱プレート７２，８２は、多軸アクチュエータの上部及び下部にそれぞれ配設されており、複数の放熱孔を有する。第１及び第２の駆動モータ５２，６２は、第１及び第２の放熱プレート７２，８２の内側面に載置されて固定されており、第１及び第２の放熱プレート７２，８２は、駆動モータ５２，６２の曲面と対応する曲面形状の内側面を有する。

【0051】

図１０は、図２に示したハウジングの内部に主基板が配設された状態を概略的に示す図であり、図１１は、図１０に示した主基板及びソケットを概略的に示す図である。図１０に示すように、主基板７８，８８は、前述した補助基板７４，８４とほぼ並ぶように配置され、補助基板７４，８４が出力プレート１０，２０に隣接するように配置されるのに対し、主基板７８，８８は、対向プレート３２，４２に隣接するように配置される。主基板７８，８８は、外部からの信号等が入力されるソケット７９，８９を備える。

【0052】

一方、主基板７８，８８は、ソケット７９，８９のほか、マイクロプロセッサなどの演算装置を備え、このため、主基板７８，８８は、補助基板７４，８４に比べて大きな面積を有するので、駆動モータや歯車列などにより位置に多くの制約を受ける。したがって、主基板７８，８８と補助基板７４，８４とを分離して、補助基板７４，８４を用いて変位センサをホーン（またはホーン歯車）と駆動モータとの間に配置し、主基板７８，８８を、駆動モータを基準として補助基板７４，８４の反対側に配置して、ハウジング内部の空間を最大限効率的に利用することができる。

【0053】

図１２及び図１３は、図１０及び図１１に示した主基板に連結された軟性基板を概略的に示す写真である。図１２及び図１３に示すように、軟性基板は、主基板７８，８８と補助基板７４，８４とを電気的に連結する。このとき、軟性基板は、駆動モータ間の離隔された空間に配置されてもよい。

【0054】

再び図３及び図４に示すように、ハウジングは、第１及び第２の対向プレート３２，４２を含む。第１の対向プレート３２は、外側面から凹まれた第１の載置溝３３と、第１の載置溝３３の底面から凹まれて第１の載置溝３３と連通される第１の貫通溝３４と、第１の対向プレート３２の中心を基準として第１の載置溝３３の反対側に位置する第１のソケット溝３５と、を有する。第１の載置溝３３は、前述した第１の配設溝１４ｇと対応する位置に形成される。また、第１の載置溝３３及び第１の貫通溝３４は、後述する第２のソケット溝４５と連通され、第１のソケット溝３５は、後述する第２の載置溝４３及び第２の貫通溝４４と連通される。第１のソケット７９は第１のソケット溝３５に配設され、第２のソケット８９は第２のソケット溝４５に配設される。

【0055】

第２の対向プレート４２は、外側面から凹まれた第２の載置溝４３と、第２の載置溝４３の底面から凹まれて第２の載置溝と連通される第２の貫通溝４４と、第２の対向プレート４２の中心を基準として第２の載置溝４３の反対側に位置する第２のソケット溝４５と、を有する。第２の載置溝４３は、前述した第１の配設溝１４ｇと対応する位置に形成される。

【0056】

第１のアイドラー１３１は、円形のリング状（円環形状）であり、第１の中空部３１３を有する。本実施例とは異なり、第１の中空部３１３は、半中空形であってもよい。第１の結合部材１３２は、第１のアイドラー１３１の第１の中空部３１３に挿入されて第１の対向プレート３２に結合され、ボルト３５０が、第１の結合部材１３２の中心部に形成された中空部３２４を介して挿入され、第１の載置溝３３の底面に形成された第１の締結溝３３２ｃに結合されてもよい。第１の結合部材１３２の最大直径は、第１のアイドラー１３１の中空部３１３の最大直径よりも大きく、第１のアイドラー１３１は、第１の結合部材１３２によって支持された状態で回転することができる。第１のアイドラー１３１は、外部からの駆動力の伝達を受けず、第１のホーン１４が他の構造物に回転力を伝える場合に他の構造物を支持する役割を果たす。

【0057】

第１のアイドラー１３１は、円板３１１、及び円板３１１の内周面から突出した第１の係止突起３１２を備える。円板３１１は結合孔３１４を有してもよく、これにより他の構造物と結合されてもよい。

【0058】

第１の結合部材１３２は、中空部３２４を有し、外周面から中心部側に凹設された切開溝３２１を有する。また、第１の結合部材１３２は、円筒３２２、及び円筒３２２の外周面から外側半径方向に延長された離脱防止爪３２３を備える。第１の結合部材１３２は、第１のアイドラー１３１とは異なり回転せず、ケーブルが切開溝３２１を通過しても第１のアイドラー１３１の回転による影響を受けない。

【0059】

第２のアイドラー１４１は、円形のリング状（円環形状）であり、第２の中空部４１３を有する。本実施例とは異なり、第２の中空部４１３は、半中空形であってもよい。第２の結合部材１４２は、第２のアイドラー１４１の第２の中空部４１３に挿入されて第２の対向プレート４２に結合され、ボルト４５０が、第２の結合部材１４２の中心部に形成された中空部４２４を介して挿入され、第２の載置溝４３の底面に形成された第２の締結溝４４２ｃに結合されてもよい。第２の結合部材１４２の最大直径は、第２のアイドラー１４１の中空部４１３の最大直径よりも大きく、第２のアイドラー１４１は、第２の結合部材１４２によって支持された状態で回転することができる。第２のアイドラー１４１は、外部からの駆動力の伝達を受けず、第２のホーン２４が他の構造物に回転力を伝える場合に他の構造物を支持する役割を果たす。

【0060】

第２のアイドラー１４１は、円板４１１、及び円板４１１の内周面から突出した第２の障害物基４１２を備える。円板４１１は結合孔４１４を有してもよく、これにより他の構造物と結合されてもよい。

【0061】

第２の結合部材１４２は、中空部４２４を有し、外周面から中心部側に凹設された切開溝４２１を有する。また、第２の結合部材１４２は、円筒４２２、及び円筒４２２の外周面から外側半径方向に延長された離脱防止爪４２３を備える。第２の結合部材１４２は、第２のアイドラー１４１とは異なり回転せず、ケーブルが切開溝４２１を通過しても第２のアイドラー１４１の回転による影響を受けない。

【0062】

図３に示したアイドラー及び結合部材が対向プレートに結合されると、ケーブルは、切開溝３２１，４２１及び貫通溝３４，４４を介して各ソケット７９，８９に連結され得、結合部材１３２，１４２がアイドラー１３１，１４１の回転による影響を受けないので、ケーブルも回転による影響を受けない。

【0063】

図１４は、図５に示した歯車列の他の実施例を概略的に示す図である。前述した図５における歯車列は、図１４に示すように変更されてもよく、他にも多様に変形して所望の減速比及びトルクを得ることができる。

【0064】

図１５は、出力歯車（または出力軸）が同じ高さに配設された場合、ヒンジフレームの回転変位を概略的に示す図であり、図１６は、出力歯車（または出力軸）が異なる高さに配設された場合、ヒンジフレームの回転変位を概略的に示す図である。図１５に示すように、出力歯車（または出力軸）が同じ高さに配設された場合、ヒンジフレームの変位角度は、他のヒンジフレームの状態によってかなり制限されて１８０度以上の変位を確保するのは難しい。一方、図１６に示すように、出力歯車（または出力軸）が異なる高さに配設された場合、ヒンジフレームの変位角度は、他のヒンジフレームの状態による制限が比較的少ないため、１８０度以上の変位を確保することができる。

【0065】

本発明を好ましい実施例を通じて詳細に説明したが、これとは異なる形態の実施例も可能である。したがって、以下に記載した請求項の技術的思想と範囲は、好ましい実施例に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明は、様々な形態の多軸アクチュエータ及び多関節ロボットに応用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】