特開 2025-102271 制御装置、アクチュエータユニット及びロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025102271

(43)【公開日】2025-07-08

(54)【発明の名称】制御装置、アクチュエータユニット及びロボット

(51)【国際特許分類】

   F16H 19/02 20060101AFI20250701BHJP

   F16H 59/70 20060101ALI20250701BHJP

   F16H 61/02 20060101ALI20250701BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20250701BHJP

【ＦＩ】

F16H19/02 Z

F16H59/70

F16H61/02

B25J17/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023219613

(22)【出願日】2023-12-26

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】南雲 稔也

【テーマコード（参考）】

3C707

3J062

3J552

【Ｆターム（参考）】

3C707BS12

3C707CX01

3C707CX03

3C707HT20

3C707LV01

3J062AA21

3J062AA27

3J062AA38

3J062AB15

3J062AB22

3J062AC03

3J062BA14

3J062CA12

3J062CA23

3J552MA07

3J552MA08

3J552MA09

3J552NB01

3J552NB05

3J552PA54

3J552RB02

3J552SA31

3J552SB04

3J552TB01

3J552VA32Z

3J552VA37Z

3J552VA74W

(57)【要約】

【課題】駆動アクチュエータが運転停止状態にあるとき、変速機による被駆動装置の回転抑制度合いの変動を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】原動機２２と、原動機２２から入力される回転を変速して被駆動装置１２に出力する変速機２４と、変速機２４の実変速比を変更可能な変速アクチュエータ２６とを備える駆動アクチュエータ１４の動作を制御する動作制御部７０を備え、動作制御部７０は、駆動アクチュエータ１４の運転を停止させようとする場合、変速アクチュエータ２６によって、予め設定された設定変速比に前記実変速比を変更する変速比変更制御をする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原動機と、前記原動機から入力される回転を変速して被駆動装置に出力する変速機と、前記変速機の実変速比を変更可能な変速アクチュエータとを備える駆動アクチュエータの動作を制御する動作制御部を備え、
前記動作制御部は、前記駆動アクチュエータの運転を停止させようとする場合、前記変速アクチュエータによって、予め設定された設定変速比に前記実変速比を変更する変速比変更制御をする制御装置。

【請求項2】

前記動作制御部は、前記変速比変更制御において、前記設定変速比として設定され、前記被駆動装置の回転をロックするための変速比として予め定められたロック変速比に前記実変速比を変更する請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記設定変速比を可変に設定する設定部を備える請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記設定部は、前記被駆動装置の回転をロックするための変速比として予め定められたロック変速比と、前記被駆動装置の回転を許容するための変速比として予め定められた回転許容変速比とのいずれかを、前記設定変速比として設定可能である請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記設定部は、前記被駆動装置の回転を許容するための変速比範囲として予め定められた回転許容変速比範囲内で段階的又は連続的に前記設定変速比を変更可能である請求項３に記載の制御装置。

【請求項6】

前記動作制御部は、前記駆動アクチュエータに電力を供給する主電源に異常が生じた場合、補助電源から供給される電力を用いて前記変速比変更制御をする請求項１に記載の制御装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかに記載の駆動アクチュエータと、
請求項１から６のいずれかに記載の制御装置とを備えるアクチュエータユニット。

【請求項8】

前記変速アクチュエータは、入力側から出力側への動力の伝達を許容し、出力側から入力側への動力の伝達を制限するセルフロック機能を備える請求項７に記載のアクチュエータユニット。

【請求項9】

第１関節部と、
前記第１関節部に組み込まれる請求項７に記載のアクチュエータユニットである第１アクチュエータユニットと、
第２関節部と、
前記第２関節部に組み込まれる請求項７に記載のアクチュエータユニットである第２アクチュエータユニットと、を備えるロボットであって、
前記第１アクチュエータユニット及び前記第２アクチュエータユニットのそれぞれの前記制御装置は、互いに独立して前記設定変速比を設定可能であるロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、駆動アクチュエータに用いられる制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、原動機と、原動機から入力される回転を変速して被駆動装置に出力する変速機と備える駆動アクチュエータを開示している。特許文献１の変速機では、入力軸の回転数に対する出力軸の回転数の比である変速比が固定比となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０５７４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

変速比が可変の変速機を用いた場合、駆動アクチュエータの運転中に変速比が様々に変わり得る。また、駆動アクチュエータの運転を停止した運転停止状態にあるとき、変速機により被駆動装置の回転を抑制される度合いは変速機の変速比によって変わる。このため、駆動アクチュエータの運転を停止する毎に、その運転を停止する直前に用いていた変速比に応じて、変速機による被駆動装置の回転抑制度合いが変動してしまうという問題がある。

【0005】

そこで、本開示の目的の１つは、駆動アクチュエータが運転停止状態にあるとき、変速機による被駆動装置の回転抑制度合いの変動を抑制できる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の制御装置は、原動機と、前記原動機から入力される回転を変速して被駆動装置に出力する変速機と、前記変速機の実変速比を変更可能な変速アクチュエータとを備える駆動アクチュエータの動作を制御する動作制御部を備え、前記動作制御部は、前記駆動アクチュエータの運転を停止させようとする場合、前記変速アクチュエータによって、予め設定された設定変速比に前記実変速比を変更する変速比変更制御をする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、駆動アクチュエータが運転停止状態にあるとき、変速機による被駆動装置の回転抑制度合いの変動を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態のアクチュエータユニットのブロック図である。

【図2】第１実施形態の変速機の側面断面図である。

【図3】第１実施形態の変速アクチュエータの模式図である。

【図4】第２実施形態のアクチュエータユニットの使用例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の駆動アクチュエータを実施するための実施形態を説明する。同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面では、説明の便宜のため、適宜、構成要素を省略、拡大、縮小する。図面は符号の向きに合わせて見るものとする。

【0010】

（第１実施形態）図１を参照する。アクチュエータユニット１０は、被駆動装置１２を駆動するために用いられる。被駆動装置１２は、例えば、搬送装置、位置決め装置等に用いられるボールねじ装置である。被駆動装置１２は、アクチュエータユニット１０によって回転駆動させられる回転駆動部１２ａを備える。回転駆動部１２ａは、例えば、ボールねじ装置に用いられるねじ軸である。被駆動装置１２の具体例は特に限定されず、産業機械（工作機械、建設機械等）、ロボット（産業用ロボット、サービスロボット等）、輸送機器（コンベア、車両等）等の一部でもよい。

【0011】

アクチュエータユニット１０は、被駆動装置１２を駆動する駆動アクチュエータ１４と、駆動アクチュエータ１４の動作を制御する制御装置１６と、を備える。駆動アクチュエータ１４及び制御装置１６は、外部の主電源１８又は補助電源２０から供給される電力を用いて動作する。主電源１８は、例えば、商用電源である。補助電源２０は、例えば、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power System）、出力保持時間延長モジュール等である。

【0012】

駆動アクチュエータ１４は、原動機２２と、原動機２２から入力される回転を変速して被駆動装置１２に出力する変速機２４と、変速機２４の変速比を変更可能な変速アクチュエータ２６と、を備える。以下、被駆動装置１２、原動機２２の回転というとき、言及対象において回転している物体全体の回転をいうものとする。例えば、被駆動装置１２の回転というとき、被駆動装置１２において回転している物体（回転駆動部１２ａ等）全体の回転をいい、原動機２２の回転というとき、原動機２２において回転している物体（原動軸等）全体の回転をいう。

【0013】

原動機２２は、自身の内部で発生させたトルクにより原動軸（不図示）を回転させたうえで、その回転を原動軸から変速機２４に出力可能である。本実施形態の原動機２２は、電気エネルギーを用いて原動軸を回転させるモータ（電動機）である。モータは、ステータ及びロータが協働して発生させたトルクにより原動軸を回転させることができる。原動機２２の具体例は特に限定されず、例えば、熱エネルギーを用いて原動軸を回転させるエンジン等でもよい。

【0014】

変速アクチュエータ２６は、変速機２４に動力を入力することで、変速機２４の変速比を変更可能である。本実施形態の変速アクチュエータ２６はリニアアクチュエータであり、変速機２４の軸方向に沿った動力を変速機２４に入力する。変速アクチュエータ２６は、変速機２４の変速比を変更できれば、その具体的な種類は特に限定されず、ロータリーアクチュエータ等でもよい。

【0015】

図２を参照する。変速機２４は、原動機２２から回転が入力される入力軸４０と、入力軸４０に入力された回転を変速したうえで出力軸４４に伝達する変速機構４２と、変速機構４２から伝達された回転を被駆動装置に出力する出力軸４４と、変速機構４２の変速比を変更する変速比変更機構４６と、を備える。

【0016】

本実施形態の変速機２４は、変速アクチュエータ２６によって、変速比変更機構４６を用いて実際の変速比である実変速比を無段階（連続的）に変更可能である。ここでの変速比は、入力軸４０の回転数である入力回転数に対する出力軸４４の回転数である出力回転数の比（＝出力回転数／入力回転数）を意味する。本実施形態の変速機２４は、変速比無限大無段変速機（Infinitely Variable Transmission，ＩＶＴ）であり、実変速比の可変範囲にゼロ（＝１／∞）を含むように構成される。ここでは、このような変速機２４の一例を説明するが、その具体例は特に限定されない。例えば、変速機２４はトロイダル式無段変速機等でもよい。また、変速機２４は、可変範囲にゼロを含まずともよい。この場合、無段変速機は、例えば、ベルト式無段変速機、チェーン式無段変速機等でもよい。また、変速機２４は、変速比を連続的に変更可能な無段変速機に替えて、変速比を段階的に変更可能な変速機であってもよい。

【0017】

入力軸４０は、原動機２２から回転が入力される入力部材４０aと、入力部材４０aに連結されるシャフト４０ｂと、シャフト４０ｂに固定されるスリーブ４０ｃと、を備える。入力軸４０は、原動機２２から変速機構４２に回転を伝達できれば、その具体的な構造は特に限定されない。ここでの入力軸４０は、複数部材により構成される例を示すが、単数部材により構成されてもよいし、その部材数も特に限定されない。

【0018】

変速機構４２は、入力軸４０に一体回転可能に設けられる入力軌道輪５０と、入力軸４０に回転可能に支持される第１支持軌道輪５２と、変速機２４のケーシング５４内に軸方向に移動可能に設けられる第２支持軌道輪５６と、出力軸４４に一体回転可能に設けられる出力軌道輪５８と、各軌道輪５０、５２、５６、５８を転動する複数の遊星転動体６０と、を備える。複数の遊星転動体６０は、不図示の押付力付与機構により第２支持軌道輪５６から付与される押付力により出力軌道輪５８に押し付けられる。

【0019】

入力軌道輪５０が回転すると、遊星転動体６０が自転軸Ｌ６０周りに自転しながら入力軸４０の回転軸線Ｌ４０（公転軸）周りに公転する。遊星転動体６０が公転すると、それに追従して出力軌道輪５８が回転軸線Ｌ４０周りに回転する。このとき、理想的には、出力軌道輪５８は、入力軸４０の入力回転数に変速比を乗じた出力回転数で回転する。この変速比は、回転軸線Ｌ４０に対する自転軸Ｌ６０の傾斜角度に応じて定まり、変速比変更機構４６により変更される。

【0020】

出力軸４４は、出力軌道輪５８と、出力軌道輪５８と一体回転に連結され被駆動装置１２に回転を出力する出力部材４４ａと、を備える。出力軸４４は、変速機構４２から被駆動装置１２に回転を伝達できれば、その具体的な構造は特に限定されない。ここでの出力軸４４は、複数部材により構成される例を示すが、単数部材により構成されてもよいし、その部材数も特に限定されない。

【0021】

本実施形態の変速比変更機構４６は、入力軌道輪５０の位置を変更することで変速比を変更可能である。変速比変更機構４６は、変速アクチュエータ２６から出力される動力により軸方向移動可能なシャフト４６ａと、シャフト４０ｂと一体的に軸方向移動可能なリング部材４６ｂと、を備える。リング部材４６ｂは、軸受４６ｃを介して入力軸４０を回転自在に支持しており、止め輪等により入力軸４０と一体的に軸方向移動可能である。変速比変更機構４６の具体例は特に限定されず、変速機２４に採用される同様の各種機構を採用してもよい。

【0022】

変速アクチュエータ２６から軸方向の動力がシャフト４６ａに入力されると、リング部材４６ｂとともに入力軸４０（入力軌道輪５０及び第１支持軌道輪５２を含む）が一体的に軸方向に移動する。第２支持軌道輪５６及び出力軌道輪５８に対して入力軌道輪５０及び第１支持軌道輪５２が軸方向に移動することで、遊星転動体６０の自転軸Ｌ６０の回転軸線Ｌ４０に対する傾斜角度が変更され、その傾斜角度に応じた変速比に変更される。この変速比は、自転軸Ｌ６０が回転軸線Ｌ４０と平行となるときにゼロ（＝１／∞）となり、回転軸線Ｌ４０に対する自転軸Ｌ６０の傾斜角度が大きくなるほど連続的に大きくなる。つまり、実変速比を無段階（連続的）に変更可能であり、その可変範囲にゼロを含むように構成される。

【0023】

図１に戻る。制御装置１６は、ハードウェア要素とソフトウェア要素の組み合わせ、又は、ハードウェア要素のみにより構成される。ハードウェア要素は、例えば、プロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）が利用される。ソフトウェア要素は、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムが利用される。原動機２２の制御に用いられる部分と変速アクチュエータ２６の制御に用いられる部分とは、共通のハードウェア要素又はソフトウェア要素により実現されてもよいし、別々のハードウェア要素又はソフトウェア要素により実現されてもよい。制御装置１６は、駆動アクチュエータ１４に取り付けられ、その駆動アクチュエータ１４と一体に取り扱い可能である。

【0024】

制御装置１６は、駆動アクチュエータ１４の動作を制御する動作制御部７０と、動作制御部７０による制御に用いられる設定変速比（後述する）を可変に設定する設定部７２と、動作制御部７０による制御に用いられるデータを記憶する記憶部７４と、を備える。動作制御部７０は、原動機２２の動作を制御することで、原動機２２により発生させるトルクを変更可能である。動作制御部７０は、変速アクチュエータ２６の動作を制御することで、変速機２４の変速比を変更可能である。

【0025】

動作制御部７０は、予め定められる運転停止条件（後述する）を満たした場合、駆動アクチュエータ１４の制御により駆動アクチュエータ１４の運転を停止させる運転停止制御をする。この運転停止制御は、駆動アクチュエータ１４の運転を停止させようとする場合に行われることになる。ここでの「駆動アクチュエータ１４の運転を停止させる」とは、駆動アクチュエータ１４の各動力伝達要素の動作を停止させることをいう。ここでの動力伝達要素とは、原動機２２が発生させたトルク（動力）の被駆動装置１２への伝達に用いられる要素をいい、原動機２２の原動軸、変速機２４の入力軸４０、変速機構４２、出力軸４４等をいう。

【0026】

この運転停止制御は、例えば、原動機２２によって、駆動アクチュエータ１４の各動力伝達要素を制動するための制動トルクを発生させることで行われてもよい。この場合、原動機２２として回生ブレーキを発生させることのできる電動機を用いる場合、その原動機２２によって制動トルクを発生させつつ回生エネルギーを発生させてもよい。この他にも、この運転停止制御は、駆動アクチュエータ１４がブレーキ装置を備える場合、ブレーキ装置によって制動トルクを発生させることで行われてもよい。この他にも、この運転停止制御は、原動機２２、ブレーキ装置によって制動トルクを発生させずに、駆動アクチュエータ１４の各動力伝達要素の動作が自然に停止するまで待機することで行われてもよい。

【0027】

動作制御部７０は、この運転停止制御により駆動アクチュエータ１４の運転を停止させようとする場合、変速アクチュエータ２６において、予め設定された設定変速比に変速機２４の実変速比を変更する変速比変更制御をする。動作制御部７０は、この変速比変更制御において、設定部７２により予め設定された設定変速比に実変速比を変更する。このとき、動作制御部７０は、設定部７２により記憶部７４に格納された設定変速比を読み出し、その読み出した設定変速比に実変速比を変更する。

【0028】

動作制御部７０は、この変速比変更制御において、変速機２４の動作中、詳しくは、変速機２４の少なくとも入力軸４０及び変速機構４２の動作中に変速機２４の実変速比を変更する。変速比変更制御による変速機２４の実変速比の変更が完了してから、運転停止制御により駆動アクチュエータ１４の各動力伝達要素の動作が停止することになる。これは、変速機２４の入力軸４０及び変速機構４２の動作中でなければ、変速アクチュエータ２６により変速機２４の実変速比をスムーズに変更できないためである。このように変速機２４が動作中に変速比変更制御をするうえでは、不図示の回転検出器により変速機２４の入力軸４０又は原動機２２が回転していることを検出している間に変速比変更制御をすればよい。

【0029】

動作制御部７０は、駆動アクチュエータ１４の各動力伝達要素の動作が停止したところ、つまり、駆動アクチュエータ１４の運転が停止したところで、運転停止制御を完了する。この駆動アクチュエータ１４の運転が停止したことは、不図示の回転検出器により駆動アクチュエータ１４の各動力伝達要素の回転停止を検出することで把握してもよい。動作制御部７０は、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態になったら、駆動アクチュエータ１４に用いられる各電気機械（原動機２２、変速アクチュエータ２６等）に対する電力の供給を停止してもよい。これにより、各電気機械が通電されていない非通電状態となる。

【0030】

設定部７２により設定される設定変速比を説明するにあたって、その前提となる考え方を説明する。変速機２４は、零又は零に非常に近い値を実変速比とした場合、被駆動装置１２とともに変速機２４の出力側（出力軸４４）の回転をロックするロック状態（セルフロック状態）となる。このロック状態は、変速機２４を出力側から回転させることが困難となる状態、つまり、被駆動装置１２（被駆動装置１２の回転駆動部１２ａ）を回転させることが困難となる状態をいう。このとき、変速機２４の入力側（入力軸４０）を回転させることはできるが、実変速比が非常に小さいため、変速機２４の出力側は全く又はほとんど回転させることができない。これに対して、変速機２４の実変速比を零から離して設定した場合、被駆動装置１２とともに変速機２４の出力側の回転が許容される回転許容状態となる。

【0031】

設定部７２は、前述した変速比変更制御に用いられる設定変速比を可変に設定する。設定変速比は変更可能な可変値として設定されることになる。設定部７２は、設定変速比を設定すると、その設定した設定変速比を記憶部７４に格納する。設定部７２は、設定変速比として、被駆動装置１２の回転をロックするための変速機２４の変速比として予め定められたロック変速比と、被駆動装置１２の回転を許容するための変速比として予め定められた回転許容変速比とのいずれかを設定可能である。このロック変速比は、被駆動装置１２の回転をロックすることで前述のロック状態にするための変速比として予め定められたものをいう。また、ここでの回転許容変速比は、被駆動装置１２の回転を許容することで前述の回転許容状態にするための変速比として予め定められたものをいう。例えば、ロック変速比は、零（＝１／∞）から１／数千の変速比範囲内で定められ、回転許容変速比は、１／２００～１／数十の変速比範囲内で定められる。ここで挙げた各変速比範囲は一例に過ぎず、これ以外の変速比範囲内で設定されてもよい。

【0032】

設定部７２は、ユーザ又は外部コントローラからの指令に従って設定変速比を設定してもよい。ここでの外部コントローラとは、例えば、複数の駆動アクチュエータ１４の動作を統括的に制御する上位コントローラをいう。ユーザからの指定に従って設定変速比を設定するにあたり、駆動アクチュエータ１４は、ユーザの操作によりユーザが指定した指定変速比をユーザの指令として制御装置１６に出力する第１操作部を備えてもよい。この場合、設定部７２は、第１操作部から出力された指定変速比を設定変速比として設定すればよい。第１操作部は、例えば、制御盤に設けられるスイッチ等の他、タッチパネル等の情報処理端末により構成される。

【0033】

設定部７２は、前述した被駆動装置１２の回転を許容するための変速比範囲として予め定められた回転許容変速比範囲内で連続的又は段階的に設定変速比を変更できてもよい。本実施形態の設定部７２は、ロック変速比に設定変速比を設定できるし、複数の回転許容変速比のうちのいずれかに設定変速比を設定できることになる。この回転許容変速比範囲は、例えば、前述した１／２００～１／数十の変速比範囲でもよい。

【0034】

動作制御部７０は、設定部７２によりロック変速比が設定変速比として設定された場合、変速比変更制御において、そのロック変速比に変速機２４の実変速比を変更する。これにより、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、被駆動装置１２の回転がロックされるロック状態になることができる。この場合、動作制御部７０は、駆動アクチュエータ１４の運転を開始してから被駆動装置１２の駆動を開始する前に、変速アクチュエータ２６によりロック変速比から回転許容変速比に変速機２４の実変速比を変更すればよい。

【0035】

動作制御部７０は、設定部７２により回転許容変速比が設定変速比として設定された場合、変速比変更制御において、その回転許容変速比に変速機２４の実変速比を変更する。これにより、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、被駆動装置１２の回転が許容される回転許容状態になることができる。

【0036】

以上の制御装置１６の効果を説明する。制御装置１６の動作制御部７０は、駆動アクチュエータ１４の運転を停止しようとするときに、変速アクチュエータ２６によって変速機２４の実変速比を設定変速比に変更する変速比変更制御をする。よって、駆動アクチュエータ１４の運転を停止する直前に用いていた実変速比によらず、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるときの実変速比を設定変速比にすることができる。このため、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、変速機２４による被駆動装置１２の回転抑制度合いの変動を抑制することができる。

【0037】

仮に、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、被駆動装置１２の回転をロックするうえで、無励磁作動型ブレーキにより駆動アクチュエータ１４の動力伝達要素を制動する場合を検討する。この場合、無励磁作動型ブレーキによる制動を解除するうえで、無励磁作動型ブレーキに対する電力の常時供給を要してしまい、エネルギー消費量、発熱量の増大を招くという問題がある。この点、本実施形態の動作制御部７０は、変速比変更制御により変速機２４の実変速比をロック変速比に変更することができる。よって、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、変速比変更制御により変速機２４の実変速比をロック変速比に事前に変更しておくことで、変速機２４により被駆動装置１２の回転をロックすることができる。また、変速機２４によるロックを解除するうえで、変速アクチュエータ２６により変速機２４の実変速比を変更するだけでよく、無励磁作動形ブレーキを用いる場合のように電力の常時供給を要しない。よって、エネルギー消費量、発熱量の増大という問題を有利に解決しつつ、運転停止状態にあるときに被駆動装置１２の回転をロックできるようになる。

【0038】

制御装置１６は、設定変速比を可変に設定する設定部７２を備える。よって、設定部７２により設定される設定変速比を変更することで、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるときの、変速機２４による被駆動装置１２の回転抑制度合いを調整できるようになる。これにより、所要の被駆動装置１２の回転抑制度合いに応じて実際の回転抑制度合いを調整することで、駆動アクチュエータ１４の運用の柔軟性を高めることができる。

【0039】

設定部７２は、設定変速比として、被駆動装置１２の回転をロックするためのロック変速比と、その回転を許容するための回転許容変速比とのいずれかを選択的に設定可能である。よって、設定変速比としてロック変速比と回転許容変速比とのいずれかを設定することで、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、被駆動装置１２の状態として、ロック状態と回転許容状態とのいずれかを選択することができる。これにより、駆動アクチュエータ１４の運用の柔軟性を更に高めることができる。

【0040】

仮に、被駆動装置１２の状態としてロック状態と回転許容状態とのいずれかを選択できるようにするうえで、ハードウェアの変更によって実現する手段も考えられる。ここでのハードウェアの変更とは、駆動アクチュエータ１４に対する電磁ブレーキの組み込みの有無を切り替えることをいう。この点、本実施形態によれば、ハードウェアの変更を伴うことなく、設定変速比を変更するだけで、被駆動装置１２の状態として、ロック状態と回転許容状態とのいずれかを選択できる利点がある。

【0041】

設定部７２は、被駆動装置１２の回転が許容される変速比範囲として予め定められた回転許容変速比範囲内で段階的又は連続的に設定変速比を変更可能である。これにより、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態にあるとき、被駆動装置１２の回転を許容しつつ、変速機２４による被駆動装置の回転抑制度合いを調整できるようになる。ひいては、駆動アクチュエータの運用の柔軟性を更に高めることができる。

【0042】

次に、前述した運転停止条件を説明する。運転停止条件は、例えば、（１）ユーザ又は外部コントローラから運転停止指令を受けること、（２）主電源１８に異常が生じること、等である。

【0043】

（１）のユーザから運転停止指令を受けるにあたって、駆動アクチュエータ１４は、ユーザの操作に従って運転停止指令を制御装置１６に出力するための第２操作部を備えていてもよい。この第２操作部は、例えば、制御盤に設けられるスイッチ等の他、タッチパネル等の情報処理端末により構成される。このスイッチは、駆動アクチュエータ１４に対する電力供給の有無を切り替える電力スイッチでもよい。この場合、第２操作部は、電力供給を停止するためのオフ操作により運転停止指令を制御装置１６に出力してもよい。（１）の条件を満たしたとき、動作制御部７０は、前述した運転停止制御及び変速比変更制御をするにあたり、主電源１８から供給される電力を用いて駆動アクチュエータ１４に用いられる各電気機械（原動機２２、変速アクチュエータ２６等）を動作させてもよい。この他にも、これに替えて、動作制御部７０は、補助電源２０から供給される電力を用いて各電気機械を動作させてもよい。

【0044】

（２）を説明する。駆動アクチュエータ１４の外部には主電源１８の異常を検出する異常検出器８０が設けられる。異常検出器８０は、主電源１８の異常を検出したとき、そのことを示す異常検出信号を制御装置１６に出力する。ここでの異常とは、主電源１８の停電、主電源１８から供給される電力の異常な電圧低下、異常な電圧上昇等のような、主電源１８から駆動アクチュエータ１４に対する電力供給に関する異常をいう。異常検出器８０は、公知方法を含む各種検出方法を用いて主電源１８の異常を検出してもよい。例えば、主電源１８から供給される電力の電圧値が予め定められた許容値以上になった場合に、異常な電圧上昇による主電源１８の異常があると検出してもよい。

【0045】

制御装置１６の動作制御部７０は、異常検出器８０から異常検出信号を取得していない場合、つまり、主電源１８に異常が生じていない場合、主電源１８から供給される電力を用いて駆動アクチュエータ１４を運転させる。このとき、主電源１８から供給される電力を用いて、駆動アクチュエータ１４に用いられる各電気機械（原動機２２、変速アクチュエータ２６等）を動作させることで駆動アクチュエータ１４を運転させる。対して、動作制御部７０は、駆動アクチュエータ１４の運転中、異常検出器８０から出力される異常検出信号を取得した場合、補助電源２０から供給される電力を用いて、前述した運転停止制御及び変速比変更制御をする。このとき、補助電源２０から供給される電力を用いて、各電気機械を動作させることで運転停止制御等をする。駆動アクチュエータ１４の運転中に異常検出信号を取得した場合、駆動アクチュエータ１４に用いられる電源を主電源１８から補助電源２０に切り替えることになる。これにより、主電源１８に異常が生じた場合でも、制御装置１６の動作制御部７０によって、補助電源２０から供給される電力を用いて変速比変更制御をしてから、駆動アクチュエータ１４が運転停止状態に移行できるようになる。

【0046】

次に、変速アクチュエータ２６の特徴を説明する。図３を参照する。変速アクチュエータ２６は、動力を発生させる動力源２６ａと、動力源２６ａの発生させた動力を伝達する伝動機構２６ｂと、伝動機構２６ｂから伝達される動力を変速機２４に出力する出力部２６ｃと、を備える。変速機２４の実変速比は、出力部２６ｃから出力される動力が変速機２４の変速比変更機構４６に入力されることで、変速比変更機構４６により変更される。

【0047】

本実施形態の動力源２６ａは回転動力を発生させるモータである。本実施形態の伝動機構２６ｂは送りねじ機構であり、動力源２６ａにより回転させられるねじ軸２６ｄと、ねじ軸２６ｄの回転に伴い直動可能なボールナット２６ｅと、を備える。ねじ軸２６ｄの外周面には螺旋状の第１ねじ溝（不図示）が形成され、ボールナット２６ｅの内周面には螺旋状の第２ねじ溝（不図示）が形成され、第１、第２ねじ溝により囲まれる螺旋状空間にはボールが配置される。本実施形態の出力部２６ｃは、伝動機構２６ｂのボールナット２６ｅと一体に直動可能な移動体である。

【0048】

伝動機構２６ｂは、入力側（動力源２６ａ）から出力側（出力部２６ｃ）への動力の伝達を許容し、出力側から入力側への動力の伝達を制限するセルフロック機能を備える。これを実現するうえで、伝動機構２６ｂが構成する送りねじ機構は、動力源２６ａが回転動力を発生させているとき、ボールの転動を伴うねじ軸２６ｄの回転によって、その回転動力をボールナット２６ｅの直線動力に変換し、その変換した直線動力を出力部２６ｃに伝達する。これにより、入力側から出力側への動力の伝達が許容される。これに対して、出力部２６ｃから直線動力がボールナット２６ｅに伝達されたとき、ボールナット２６ｅ及びねじ軸２６ｄのねじ溝と螺旋状空間内のボールとの接触によって、その直線動力によるねじ軸２６ｄの動きを制限し、その直線動力の動力源２６ａへの伝達を制限する。これにより、セルフロック機能により出力側から入力側への動力の伝達が制限される。このセルフロック機能は、変速アクチュエータ２６に電力が供給されていない非通電状態にあるときにも実現される。

【0049】

このセルフロック機能によって、変速機２４の実変速比を変更する場合には、動力源２６ａにより電力を消費して生成した動力を入力側から出力側に伝達することができ、それにより実変速比を変更できる。また、駆動アクチュエータ１４の運転時、変速機２４の実変速比を変えようとする力が働き、それにより変速アクチュエータ２６に出力側から入力側へ動力が伝達しようとする場合がある。この場合に、変速アクチュエータのセルフロック機能により出力側から入力側への動力の伝達が制限されることで、変速アクチュエータ２６に電力を供給していなくとも、変速機２４の実変速比を維持することができる。よって、変速機２４の実変速比を維持するために変速アクチュエータ２６への電力供給を常に要する場合と比べ、変速アクチュエータ２６のエネルギー消費量、発熱量を低減でき、省エネルギー性を向上させることができる。

【0050】

セルフロック機能を持つ伝動機構２６ｂを実現するための具体的な構成は特に限定されない。例えば、このようなセルフロック機能を持つことが知られるウォームとウォームホイールの組み合わせを用いてもよい。また、変速アクチュエータ２６は、セルフロック機能を持つ伝動機構２６ｂを備えていなくともよい。この場合、変速アクチュエータ２６は、例えば、送りねじ機構を用いずに、電磁ソレノイド等を用いて構成されていてもよい。

【0051】

（第２実施形態）次に、アクチュエータユニットの他の使用例を説明する。図４を参照する。ここでは、アクチュエータユニットがロボット９０に用いられる例を示す。本実施形態のロボット９０は、人と協働して作業するための協働ロボットであるが、その具体例は特に限定されず、各種産業用ロボット、サービスロボットであってもよい。

【0052】

本実施形態のロボット９０は、関節数を６個とする多関節ロボットである。この関節数は特に限定されず、２個～５個、７個以上の何れでもよい。ロボット９０は、複数の関節部９２Ａ～９２Ｆと、複数の関節部９２Ａ～９２Ｆにより直列に連結される複数のロボット部材９４Ａ～９４Ｇとを備える。ロボット９０において最も基端側のロボット部材９４Ａは、ベース部材となり、それより先端側のロボット部材９４Ｂ～９４Ｇはアーム部材となる。最も先端側のロボット部材９４Ｇ（アーム部材）にはグリッパ等のアタッチメント９６が着脱可能に搭載される。

【0053】

ロボット９０は、各関節部９２Ａ～９２Ｆに組み込まれ、その関節部９２Ａ～９２Ｆを駆動するアクチュエータユニット１０Ａ～１０Ｆを備える。ここでの「関節部を駆動」とは、関節部９２Ａ～９２Ｆにより連結された基端側のアーム部材に対して先端側のアーム部材を回転（相対位置を変化）させることをいう。この場合、前述した被駆動装置１２は、関節部９２Ａ～９２Ｆにより連結された先端側のアーム部材となる。本実施形態では、第１関節部９２Ａ、第２関節部９２Ｂ、・・・第６関節部９２Ｆがあり、それらに組み込まれる第１アクチュエータユニット１０Ａ、第２アクチュエータユニット１０Ｂ・・・第６アクチュエータユニット１０Ｆが存在する。ここでは、最も基端側と先端側の第１関節部９２Ａ、第６関節部９２Ｆが鉛直方向軸周りに回転可能であり、それ以外の関節部９２Ｂ～９２Ｅが水平方向軸周りに回転可能である。

【0054】

各アクチュエータユニット１０Ａ～１０Ｆは、第１実施形態のアクチュエータユニットと同様の構成である。各アクチュエータユニット１０Ａ～１０Ｆそれぞれの制御装置１６の設定部７２は、互いに独立して設定変速比を設定可能である。例えば、第１アクチュエータユニット１０Ａの制御装置１６は、設定変速比としてロック変速比を設定でき、第２アクチュエータユニット１０Ｂの制御装置１６は、設定変速比として回転許容変速比を設定できるということである。

【0055】

これにより、ロボット９０に用いられる各アクチュエータユニット１０Ａ～１０Ｆが運転停止状態にあるとき、各関節部９２Ａ～９２Ｆに用いられるアクチュエータユニット１０Ａ～１０Ｆ毎に設定される設定変速比を変更することで、各関節部９２Ａ～９２Ｆ毎の回転抑制度合いを変更できるようになる。よって、全ての関節部９２Ａ～９２Ｆ毎に回転抑制度合いが同じとなる場合と比べ、ロボット９０の運用の柔軟性を高めることができる。例えば、鉛直方向軸周りに回転できる関節部９２Ａ、９２Ｆに用いられるアクチュエータユニット１０Ａ、１０Ｆだけロック変速比に設定し、それ以外の関節部９２Ｂ～９２Ｅに用いられるアクチュエータユニット１０Ｂ～１０Ｅでは回転許容変速比に設定した場合を考える。この場合、ロボット９０の関節部９２Ａ、９２Ｆの鉛直方向軸周りで旋回する事態を回避しつつ、他の関節部９２Ｂ～９２Ｅでの位置調整を許容できる。また、ロボット９０の水平方向軸周りに回転できる関節部９２Ｂ～９２Ｅに用いられるアクチュエータユニット１０をロック変速比に設定した場合、その水平方向軸周りに自重により回転することによる垂れ下がりを抑制できる利点もある。

【0056】

なお、協働ロボットは、製造業での単純作業が中心だった産業用ロボットと比べ、食品、物流、外食といった各種産業で幅広い用途で使われる。このため、人の近くでの作業になる場合が多く、単純作業に用いられる産業用ロボットと比べ、運用の柔軟性に対する要求が高くなる。このような協働ロボットに用いられる場合に、前述のように運用の柔軟性を高めることができる点で有利となる。

【0057】

以上の実施形態の変形形態を説明する。制御装置１６の設定部７２は、設定変速比を可変に設定できなくともよい。この場合、設定変速比は、変更不能な固定値として設定されることになる。ここまで、設定部７２は、設定変速比を可変に設定するうえで、ロック変速比と回転許容変速比とのいずれかを設定変速比として設定可能である例を説明した。この他にも、設定部７２は、設定変速比を可変に設定するうえで、設定変速比としてロック変速比を設定できる構成とせず、回転許容変速比範囲内でのみ段階的又は連続的に設定変速比を設定可能であってもよい。

【0058】

以上の実施形態及び変形形態は例示である。これらを抽象化した技術的思想は、実施形態の内容に限定的に解釈されるべきではない。実施形態の内容は、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態」との表記を付して強調している。しかしながら、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。また、本開示の構成要素及び表現のいずれかを、方法、装置、システム等の間で相互に置換したものも、本開示の態様として有効である。

【符号の説明】

【0059】

１０…アクチュエータユニット、１０Ａ…第１アクチュエータユニット、１０Ｂ…第２アクチュエータユニット、１２…被駆動装置、１４…駆動アクチュエータ、１６…制御装置、１８…主電源、２０…補助電源、２２…原動機、２４…変速機、２６…変速アクチュエータ、７０…動作制御部、７２…設定部、９０…ロボット、９２Ａ…第１関節部、９２Ｂ…第２関節部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】