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1. (WO2017217415) UNITÉ D’ARTICULATION
Document

明 細 書

発明の名称 関節ユニット

技術分野

0001  

背景技術

0002  

発明の概要

0003   0004   0005   0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

発明の名称 : 関節ユニット

技術分野

[0001]
 本明細書はロボット等に搭載するための関節ユニットに関する。

背景技術

[0002]
 特開2000-237985号公報に例示されているように、多くのロボットでは、アームを動かすために電動モータが利用されている。アームは複数の方向に動かせるように構成される場合がある。例えば、人や動物を模したロボットでは、アームは胴体に対して前後方向に動かしたり、胴体に対して左右方向に動かすことができる。このように2方向へのアームの動きを可能とするために、アームの関節に2つの軸が設けられ、アームが各軸を中心にして回転可能となるように構成される場合がある。

発明の概要

[0003]
 ところで、2つ電動モータを協働させることで、第1の軸を中心とした動きと、第1の軸に直交する第2の軸を中心とした動きとを可能とするアクチュエータがある。このようなアクチュエータの一例は、互いに独立して回転可能な2つのギアと、2つのギアをそれぞれ回転駆動する電動モータとを有する。そして、2つの電動モータを同じ方向に駆動することによって第1の軸を中心とした動きを実現し、2つの電動モータを互いに反対方向に駆動することによって第2の軸を中心とした動きが実現する。このようなアクチュエータによれば、第1の軸を中心とする動きと第2の軸を中心とする動きのそれぞれにおいて、2つの電動モータを利用できる。そのため、最大トルクの大きな電動モータを使用しなくても、大きな動作力を得ることができる。
[0004]
 2方向(例えば、前後方向と左右方向)に動かすことができるロボット等のアームに上述したアクチュエータを適用すれば、アームの動作力を増すことができる。ところが、2つの電動モータの配置によっては、このアクチュエータをロボット等に搭載することが困難となる。例えば、2つの電動モータの位置が互いに離れていると、全体のサイズが大きくなり、アクチュエータをロボットに搭載することが困難となる場合がある。
[0005]
 本明細書で開示する一実施形態による関節ユニットは、アームと、前記アームに設けられる関節機構とを有している。前記関節機構は、第1軸線を中心とする前記アームの動きと、前記第1軸線と交差する第2軸線を中心とするアームの動きとを許容する。前記関節機構は、互いに独立して回転可能な第1ギアと第2ギアとを有し、前記第1ギアの回転と前記第2ギアの回転とを合成して、前記第1軸線を中心とする前記アームの動きと前記第2軸線を中心とする前記アームの動きとを実現する。また、前記関節ユニットは、第1電動モータを有し、前記第1ギアを回転させる回転力を出力する第1駆動機構と、第2電動モータを有し、前記第2ギアを回転させる回転力を出力する第2駆動機構と、を有している。前記第1駆動機構と前記第2駆動機構の双方は前記関節機構に対して第1の方向に位置している。
[0006]
 この関節ユニットによれば、第1駆動機構と第2駆動機構の双方が関節機構に対して同じ方向に位置しているので、ロボット等の装置への関節ユニットの搭載が容易化できる。第1軸線を中心とするアームの動きと、第2軸線を中心とするアームの動きのそれぞれにおいて第1電動モータと第2電動モータの回転力が利用できるので、アームの動作力を増すことができる。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 本発明の実施形態に係る関節ユニットの斜視図である。
[図2] 図1に示す関節ユニットの斜視図である。この図では関節機構のケースが取り外されている。
[図3] 図3は図2のIII-III線で示す切断面で得られる断面図である。
[図4] 図1に示すIV-IV線で示す切断面で得られる断面図である。
[図5] 図1の矢印Vで示す方向に関節ユニット100を見たときに得られる図である。この図では駆動装置のケースが取り外されている。
[図6] 2つの関節ユニットをロボット等の装置に搭載する場合のレイアウトを示す図である。
[図7] 図1の拡大図である。

発明を実施するための形態

[0008]
 以下、本発明の一実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態の一例である関節ユニット100の斜視図である。図2は関節ユニット100の斜視図であり、この図では関節機構Mjのケース8(図1参照)が取り外されている。図3は図2のIII-III線で得られる断面図である。図4は図1に示すIV-IV線で得られる断面図である。図5は図1の矢印Vで示す方向に関節ユニット100を見たときに得られる図である。図5では駆動機構M1、M2を収容するケース7(図1参照)が取り外されている。
[0009]
 図1及び図2に示すように、関節ユニット100は第1アーム10と、第1アーム10の基部に設けられている関節機構Mj(図2参照)とを有している。関節機構Mjは、図1に示す第1軸線Ax1を中心とした第1アーム10の動き(回転)と、第2軸線Ax2を中心とした第1アーム10の動き(回転)とを許容するよう構成されている。関節ユニット100の例では、第1アーム10の端部に第2アーム20が連結されている。第2アーム20は、例えば図1に示す第3軸線Ax3を中心にして動くことができる。第1アーム10に第2アーム20を動かすための電動モータ(不図示)が配置されてもよい。第3軸線Ax3は、図1に示すように、例えば第1軸線Ax1と平行な軸線であるが、必ずしもそれに限定されない。
[0010]
 図3及び図4に示すように、関節機構Mjは、互いに向き合うように配置されている第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとを有している。第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bは互いに独立して回転可能である。したがって、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bは、例えば、同じ方向に回転したり、反対方向に回転できる。第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bは、例えば同じ方向に回転しながら、互いに異なる変位(角度)だけ回転することも可能である。また、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bのうち一方は停止している状態で、他方だけが回転することも可能である。関節機構Mjは、第1対向ギア1Aの回転と第2ギア1Bの回転とを合成することで、第1軸線Ax1を中心とした第1アーム10の動きと、第2軸線Ax2を中心とした第1アーム10の動きと実現する。ここで「合成」とは、第1対向ギア1Aの回転変位と第2ギア1Bの回転変位の和に応じた変位を第1アーム10に生じ、第1対向ギア1Aの回転変位と第2ギア1Bの回転変位とに差がある場合にはその差に応じた変位を第1アーム10に生じることである。例えば、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとが互いに反対方向に回転する場合(回転変位に差がある場合)、関節機構Mjは第2軸線Ax2を中心として第1アーム10を動かす。第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとが同じ方向に回転する場合、関節機構Mjは、第1軸線Ax1を中心として第1アーム10を動かす。この関節機構Mjによって、第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の動きと、第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の動きのそれぞれにおいて、後述する第1電動モータ3A(図1参照)の回転力と第2電動モータ3B(図1参照)の回転力が利用できるので、第1アーム10の動作力を増すことができる。
[0011]
 関節機構Mjの具体的構造について以下において詳説する。図3及び図4に示すように、関節ユニット100の例では、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bは第1軸線Ax1上に配置され(具体的には、後述する伝達軸7A上に配置され)、第1軸線Ax1を中心として回転可能となっている。関節ユニット100の例では、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bは第1軸線Ax1の方向で互いに向き合っている傘歯ギアである。関節機構Mjは、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとの間に配置されている出力ギア31を有している。出力ギア31も傘歯ギアであり、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとに係合している。さらに、関節機構Mjは第1軸線Ax1を中心として回転可能な支持体32を有している。支持体32は出力ギア31を支持し、それによって出力ギア31は、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとの間で回転可能となっている。出力ギア31の回転中心線が第2軸線Ax2である。言い換えれば、出力ギア31は第2軸線Ax2の周りで回転可能となっている。出力ギア31は2つの対向ギア1A、1Bの双方に係合し、出力ギア31と支持体32は第1軸線Ax1を中心として、対向ギア1A、1Bと一体的に回転可能となっている。従って、第2軸線Ax2の向きは、第1軸線Ax1を中心とする出力ギア31と支持体32の回転に伴って変化する。第1アーム10は、その基部に、連結部11(図2及び図4参照)を有している。連結部11は出力ギア31と連動するように、出力ギア31に連結されている。すなわち、出力ギア31が第1軸線Ax1を中心として回転するときには連結部11も第1軸線Ax1を中心として回転し、出力ギア31が第2軸線Ax2を中心として回転するときには連結部11も第2軸線Ax2を中心として回転する。なお、対向ギア1A、1B、出力ギア31として、傘歯ギアに代えて、フェースギアが利用されてもよい。
[0012]
 第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bが第1軸線Ax1を中心として同じ方向に同じ角度だけ回転するとき(例えば、図2の矢印R1で示す方向に回転するとき)、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bと出力ギア31と支持体32が第1軸線Ax1を中心として一体的に回転する。このとき、第2軸線Ax2を中心とする出力ギア31の回転は生じない。したがって、第1アーム10は矢印R1で示す方向に、第1軸線Ax1を中心として回転する。つまり、関節機構Mjは、第1対向ギア1Aの回転と第2ギア1Bの回転とを合成し、第1軸線Ax1を中心として第1アーム10を動かす。第1アーム10は第1対向ギア1Aの変位と第2対向ギア1Bの変位との和に応じた角度(具体的には、変位の和の2分の1)だけ、第1軸線Ax1を中心として回転する。
[0013]
 一方、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとが互いに反対方向に同じ角度だけ回転するとき、例えば、第1対向ギア1Aが図2の矢印R1で示す方向に回転し第2対向ギア1Bが図2の矢印R2で示す方向に回転するとき、出力ギア31が第2軸線Ax2を中心として回転する。このとき、第1軸線Ax1を中心とする支持体32の回転は生じない。その結果、第1アーム10は第2軸線Ax2を中心として回転する。つまり、関節機構Mjは、第1対向ギア1Aの回転変位と第2ギア1Bの回転変位との差を第2軸線Ax2を中心とする出力ギア31の回転に変換し、その変換によって第1アーム10を第2軸線Ax2を中心として動かす。第1アーム10は第1対向ギア1Aの変位と第2対向ギア1Bの変位との差に応じた角度(具体的には、変位の差の2分の1)だけ、第2軸線Ax2を中心として回転する。
[0014]
 後において詳説するように、第1対向ギア1Aには第1電動モータ3A(図3参照)の回転力(トルク)が入力され、第2対向ギア1Bには第2電動モータ3B(図3参照)の回転力(トルク)が入力される。したがって、関節機構Mjによると、第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bの双方の回転力を利用して、各軸線Ax1、Ax2を中心とする第1アーム10の動きが実現される。
[0015]
 図4に示すように、関節ユニット100の例では、支持体32は第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとの間に配置されている。これによって、例えば対向ギア1A、1Bと出力ギア31との外側に出力ギア31を支持する支持体が配置される構造に比して、関節機構Mjの小型化を図ることができる。また、関節ユニット100の例では、支持体32は出力ギア31に対して第1軸線Ax1寄りに位置している。支持体32は、第1軸線Ax1に直交する方向(第2軸線Ax2の方向)で出力ギア31に向けて突出する軸部32aを有している。出力ギア31は軸部32aで回転可能に支持されている。関節ユニット100の例に替えて、出力ギア31が、支持体32に向けて突出し且つ支持体32に嵌まる軸部を有してもよい。第1アーム10の連結部11の後述する第2の部分11bと、出力ギア31との間に支持体32は配置されている。
[0016]
 第1対向ギア1A、第2対向ギア1B、及び支持体32は後述する伝達軸7A上に配置されている。支持体32は伝達軸7Aとは独立して回転可能である。例えば支持体32は図2の矢印R1の方向に回転するときに、伝達軸7Aは図2の矢印R2の方向に回転できる。図4に示すように、伝達軸7Aには支持体32を回転可能に支持する軸受け29a、29bが設けられている。
[0017]
 第1対向ギア1A、第2対向ギア1B、支持体32、及び出力ギア31はケース8(図1参照)の内側に配置されている。ケース8は支持体32に固定され、支持体32とともに第1軸線Ax1を中心にして(すなわち伝達軸7Aを中心にして)、回転可能となっている。
[0018]
 関節機構Mjは、関節ユニット100が有する例に限られない。例えば、支持体32は必ずしも第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとの間に配置されていなくてもよい。例えば支持体32は第1対向ギア1A、第2対向ギア1B、出力ギア31を取り囲むケース状でもよい。
[0019]
 図2及び図4に示すように、第1アーム10の連結部11は第2軸線Ax2の方向で対向する第1の部分11aと第2の部分11bとを有している。第1の部分11aと第2の部分11bとの間に支持体32と出力ギア31とが配置されている。図4に示すように、第1の部分11aは螺子などの固定具33で出力ギア31に固定されている。これによって、第1アーム10は、第1軸線Ax1を中心とする出力ギア31の回転に合わせて、第1軸線Ax1を中心として動く。同様に、第1アーム10は、第2軸線Ax2を中心とする出力ギア31の回転に合わせて、第2軸線Ax2を中心として動く。
[0020]
 図4に示すように、関節機構Mjは、第1の部分11aを第1軸線Ax1に向けて付勢する弾性体34(例えば、ゴムやばね)を有してもよい。これによって、出力ギア31が第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bとに押しつけられ、ギアのあそびを低減できる。関節ユニット100の例では、弾性体34は支持体32と第2の部分11bとの間に配置され、第2の部分11bを支持体32から離す方向に押している。これによって、第1の部分11aが第1軸線Ax1に向けて付勢される。
[0021]
 図2に示すように、後述する角度センサ9Aの検出範囲可能範囲に合わせて、第1対向ギア1Aでは第1軸線Ax1を中心とする周方向の一部がカットされている。関節機構Mjはそのカットされた部分に、第1対向ギア1Aを伝達軸7Aに固定するための固定部材13が取り付けられている。第1対向ギア1Aの形状は、関節ユニット100の例に限られない。第1対向ギア1Aは全周に亘って形成されてもよい。
[0022]
 図3に示すように、関節ユニット100は、第1電動モータ3Aを有し、第1対向ギア1Aを回転させるための回転力(トルク)を出力する第1駆動機構M1と、第2電動モータ3Bを有し、第2対向ギア1Bを回転させるための回転力(トルク)を出力する第2駆動機構M2とを有している。
[0023]
 関節ユニット100の例では、第1駆動機構M1は第1伝達ギア5Aを有している。第1伝達ギア5Aは第1電動モータ3Aの出力軸3a(図2参照)に形成されているギアと係合しており、第1電動モータ3Aから回転力を受けて回転する。また、第1伝達ギア5Aは伝達軸7Aを通して第1対向ギア1Aと連結されており、第1伝達ギア5Aと第1対向ギア1Aは一体的に回転する。第2駆動機構M2は第2伝達ギア5Bを有している。第2伝達ギア5Bは第2電動モータ3Bの出力軸3b(図2参照)に形成されているギアと係合しており、第2電動モータ3Bから回転力を受けて回転する。また、第2伝達ギア5Bは第2対向ギア1Bと連結されており、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bは一体的に回転する。
[0024]
 関節ユニット100の例では、伝達ギア5A、Bのそれぞれの径(歯数)は、電動モータ3A、3Bの出力軸3a,3bに設けられているギアの径(歯数)よりも大きい。これによって、電動モータ3A、3Bの出力軸3a,3bの回転は減速されて、伝達ギア5A、5Bに入力される。また、第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bは、時計回り方向と半時計回り方向とにその出力軸3a,3bを回転させることができる。これによって、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bを同一方向に回転させたり、互いに反対方向に回転させることができる。第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bは、好ましくは、減速機を内蔵したギヤードモータであるが、必ずしもそれに限定されない。
[0025]
 図3に示すように、第1駆動機構M1と第2駆動機構M2の双方は、関節機構Mjに対して同じ方向に位置している。すなわち、駆動機構M1、M2は、関節機構Mjを一方向で見たときに、関節機構Mjに対して同じ方向に位置している。関節ユニット100の例では、第1駆動機構M1と第2駆動機構M2の双方は、関節機構Mjに対して、第1軸線Ax1に沿った方向に位置している。すなわち、駆動機構M1、M2は、第1軸線Ax1に垂直な方向に関節機構Mjを見たときに、第1軸線Ax1に沿った方向に位置している。言い換えれば、第1駆動機構M1と第2駆動機構M2は第2対向ギア1Bを挟んで第1対向ギア1Aとは反対側に位置している。駆動機構M1、M2は、第1軸線Ax1に垂直な方向に関節機構Mjを見たときに、第2対向ギア1Bを挟んで第1対向ギア1Aとは反対側に位置している。
[0026]
 駆動機構M1、M2のこの配置によれば、2つの駆動機構M1、M2の位置が近くなるので、言い換えれば、2つの電動モータ3A、3Bの位置が近くなるので、関節ユニット100をロボット等の装置に搭載することを容易化できる。例えば、2つの駆動機構M1、M2をロボットの胴体部に設置し易くなる。また、関節機構Mjを挟んで駆動機構M1、M2とは反対側に何も配置されないスペースが形成される。そのため、そのスペースに向けて第1アーム10を大きく動かすことができる。すなわち、図3に示す矢印R3の方向への第1アーム10の可動範囲を広げることができる。例えば、第2駆動機構M2が関節機構Mjを挟んで第1駆動機構M1とは反対側に位置する構造では、矢印R3の方向への第1アーム10の可動範囲が第2駆動機構M2によって制限される。
[0027]
 駆動機構M1、M2が関節機構Mjに対して第1軸線Ax1に沿った方向に位置している。そのため、駆動機構M1、M2を人や動物を模したロボットの胴体部に設置し、第1軸線Ax1を胴体部の左右方向に配置した場合、第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の動きは、ロボットの前後方向の動きとなる。第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の動きは、ロボットの左右方向の動きとなる。これによって、第1アーム10によって人や動物の四肢の動きを実現できる。例えば、第1アーム10を前側に上げて、その後に、第1アーム10を右方向或いは左方向に動かすことができる。
[0028]
 第1伝達ギア5Aと第2伝達ギア5Bは共通の軸線上に配置されている。関節ユニット100の例では、上述したように第1伝達ギア5Aと第2伝達ギア5Bは第1軸線Ax上に配置され、第1軸線Axを中心として回転可能となっている。これによって、例えば2つのギア5A、5Bが互いに異なる2つの軸線上にそれぞれ配置される構造に比べて、2つのギア5A、5Bの配置に必要なスペースを小さくできる。
[0029]
 伝達ギア5A、5Bに加えて、第1対向ギア1A及び第2対向ギア1Bも第1軸線Ax上に配置されている。したがって、関節ユニット100の例では、第1対向ギア1A、第2対向ギア1B、第1伝達ギア5A、及び第2伝達ギア5Bの全てが第1軸線Ax1上に配置され、第1軸線Axを中心として回転可能となっている。これによって、第1伝達ギア5Aから第1対向ギア1Aへ回転を伝達するための構造と、第2伝達ギア5Bから第2対向ギア5Aへ回転を伝達するための構造に要するスペースを小さくできる。関節ユニット100の例では、第1軸線Ax1に配置される伝達軸7Aによって第1伝達ギア5Aから第1対向ギア1Aへ回転が伝達されている。一方、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア5Aは互いに隣り合って配置され、直接的に連結している。
[0030]
 図4に示すように、関節ユニット100は、第1駆動機構M1と第1対向ギア1Aとを連結し且つ第1駆動機構M1の回転力を第1対向ギア1Aに伝える伝達軸7Aを有している。関節ユニット100の例では、伝達軸7Aは第1軸線Ax1に配置され、第1伝達ギア5Aと第1対向ギア1Aとを連結している。第1伝達ギア5Aと第1対向ギア1Aと伝達軸7Aはそれらが第1軸線Ax1を中心として一体的に回転するように、互いに固定されている。
[0031]
 上述したように、第1駆動機構M1(詳細には、第1伝達ギア5A)は第2対向ギア1Bを挟んで第1対向ギア1Aとは反対側に配置されている。したがって、伝達軸7Aは第2対向ギア1Bを第1軸線Ax1の方向に貫通している。第2対向ギア1Bは伝達軸7Aとは独立して回転できる。例えば、第2対向ギア1Bと伝達軸7Aは互いに反対方向に回転したり、同じ方向に回転できる。関節ユニット100の例では、図4に示すように、第2対向ギア1Bの内側には軸受け21が配置されている。第2対向ギア1Bは軸受け21を介して伝達軸7Aによって回転可能に支持されている。
[0032]
 図4に示すように、関節ユニット100の例では、第2対向ギア1Bと第2伝達ギア5Bが第1対向ギア1Aと第1伝達ギア5Aとの間に配置されている。すなわち、関節ユニット100の例では、第1対向ギア1A、第2対向ギア1B、第2伝達ギア5B、第1伝達ギア5Aが、ここで記載する順序で第1軸線A1の方向で並んでいる。そのため、伝達軸7Aは第2対向ギア1Bと第2伝達ギア5Bとを貫通している。そして、第2伝達ギア5Bは伝達軸7Aとは独立して回転できる。例えば、第2伝達ギア5Bと伝達軸7Aは互いに反対方向に回転したり、同じ方向に回転できる。関節ユニット100の例では、第2伝達ギア5Bの内側には軸受け22、23が配置されている。第2伝達ギア5Bは軸受け22、23を介して伝達軸7Aによって回転可能に支持されている。
[0033]
 また、図4に示すように、関節ユニット100の例では、第1伝達ギア5A、第2伝達ギア5B、及び電動モータ3A、3Bの出力軸3a、3bはケース7に収容されている。ケース7は関節機構Mjに向けて開口している。その開口の縁に軸受け24が取り付けられている。第2伝達ギア5Bは軸受け24の内側に位置する部分を有し、軸受け24によって回転可能に支持されている。
[0034]
 図4に示すように、関節ユニット100の例では、この軸受け24の内側で第2伝達ギア5Bが回転可能に支持され、第2伝達ギア5Bの内側に上述した軸受け22、23が配置されている。そして、この軸受け22、23の内側に伝達軸7Aが配置されている。したがって、第1軸線Ax1の方向における伝達軸7Aの中央部は、第2伝達ギア5B及び軸受け22、23通して、軸受け24によって支持されている。伝達軸7Aの端部にも軸受け25が取り付けられている。この軸受け25はケース7に固定されている。つまり、伝達軸7Aはその中央部と端部とで支持されている。すなわち、伝達軸7Aはその中央部と一方の端部とで支持され、他方の端部には伝達軸7Aを回転可能に支持する部材(軸受け)は設けられていない。伝達軸7Aの支持位置は適宜変更されてよい。
[0035]
 第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bは、第1対向ギア1Aと第1伝達ギア5Aとの間に配置されている。そして、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bはそれらが一体的に回転するように互いに固定されている。図4に示すように、関節ユニット100の例では、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bは第1軸線Ax1上に配置され、互いに接している。これにより、第1軸線Ax1の方向での関節ユニット100の幅を低減できる。図3に示すように、関節ユニット100の例では、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bは螺子などの固定具26で互いに固定されている。第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bの固定構造は関節ユニット100の例に限られない。例えば、固定具を用いることなく、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bは一体的に回転するように互いに引っ掛かっていてもよい。さらに他の例では、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bは直接的に接していなくてもよい。すなわち、第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bの間に別の部材が配置され、その部材を通して第2伝達ギア5Bの回転は第2対向ギア1Bに伝えられてもよい。
[0036]
 図5に示すように、第1電動モータ3Aは第1軸線Ax1から第1伝達ギア5Aの半径方向に離れて位置している。そして、第1電動モータ3Aの出力軸3a(図2参照)と第1伝達ギア5Aはそれらが一体的に回転するように互いに連結されている。関節ユニット100の例では、上述したように、第1電動モータ3Aの出力軸3aに形成されているギアが第1伝達ギア5Aと直接的に係合している(図2参照)。同様に、第2電動モータ3Bは第1軸線Ax1から第2伝達ギア5Bの半径方向に離れて位置している。そして、第2電動モータ3Bの出力軸3b(図2参照)は第2伝達ギア5Bと一体的に回転するように連結されている。関節ユニット100の例では、第2電動モータ3Bの出力軸3bに形成されているギアが第2伝達ギア5Bと直接的に係合している(図2参照)。伝達ギア5A、5Bと電動モータ3A、3Bの出力軸3a、3bのギアは必ずしも直接的に係合していなくてもよい。例えば、それらの間には別のギアが配置されていてもよい。また、伝達ギア5A、5Bに替えてプーリが第1軸線Ax上に設けられ、電動モータ3A、3Bの出力軸3a、3bとプーリはベルトで連結されてもよい。第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bは、それらの出力軸3a、3bが平行となるように配置されている。すなわち、2つの電動モータ3A、3Bの出力軸3a、3bの軸方向は共通している。
[0037]
 上述したように、第1対向ギア1Aと第2対向ギア1Bは第1軸線Ax1を中心にして回転可能である。電動モータ3A、3Bはその出力軸3a、3bが第1軸線Ax1と平行となるように配置されている。すなわち、電動モータ3A、3Bの出力軸3a、3bは第1軸線Ax1と平行な軸線周りで回転可能である。
[0038]
 図5に示すように、第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bは近接して配置されている。より詳細には、第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bとの間には別の部材が配置されていない。また、関節ユニット100の例では、第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bとの間の角度は第1軸線Ax1を中心とする周方向において90度よりも小さい。そのため、第1軸線Ax1を通る鉛直面Pvと第1軸線Ax1を通る水平面Phとを想定したとき、第1電動モータ3Aと第2電動モータ3Bは共通の象限(図5の例では第2象限)に位置している。また、関節ユニット100の例では、電動モータ3A、3Bは鉛直面Pvと交差していない。
[0039]
 電動モータ3A、3Bのこのようなレイアウトによれば、複数の関節ユニット100をロボット等の装置に搭載し易くなる。図6は2つの関節ユニット100をロボット等の装置に搭載する場合のレイアウトを示す図である。この図の例では2つの関節ユニット100が対称に配置されている。上述したように、電動モータ3A、3Bは共通の象限に配置され、また、鉛直面Pvと交差していない。そのため、図6の例に示すように、一方の関節ユニット100の電動モータ3A、3Bと他方の関節ユニット100の電動モータ3A、3Bは、それらが正面視で重なるように配置できる。
[0040]
 図4に示すように、関節ユニット100は、第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の変位を検知する角度センサ9Aと、第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の変位とを検知するための角度センサ9Bとを有している。角度センサ9A、9Bは、例えばポテンショメータである。角度センサ9A、9Bはロータリーエンコーダなど、他の角度・回転センサでもよい。
[0041]
 関節ユニット100の例では、角度センサ9Aは、第1電動モータ3Aから第1対向ギア1Aに至る回転力の伝達経路において、第1電動モータ3Aよりも第1対向ギア1A寄りの部材の回転を検知するように配置されている。関節ユニット100の例では、角度センサ9Aの可動部(入力部)は伝達軸7Aに取り付けられ、伝達軸7Aの回転に応じた信号を出力する。この構造によれば、例えば電動モータ3Aの出力軸3aに角度センサ9Aが取り付けられる場合に比べて、第1アーム10の変位と角度センサ9Aの出力との差を低減できる。関節ユニット100の例では、角度センサ9の可動部(入力部)は伝達軸7Aの端部に取り付けられ、角度センサ9Aの固定部はケース7に固定されている。
[0042]
 角度センサ9Bは、第2電動モータ3Bから第2対向ギア1Bに至る回転力の伝達経路において、第2電動モータ3Bよりも第2対向ギア1B寄りに配置される部材の回転を検知する。関節ユニット100の例では、角度センサ9Bは第2伝達ギア5Bに取り付けられ、第2伝達ギア5Bの回転に応じた信号を出力する。
[0043]
 角度センサ9Bは伝達軸7A上に配置され、第1伝達ギア5Aと第2伝達ギア5Bとの間に位置している。角度センサ9Bの内側には、第2伝達ギア5Bと係合し、第2伝達ギア5Bと一体的に回転する伝達部材28が配置されている。角度センサ9Bの可動部(入力部)は伝達部材28に取り付けられており、伝達部材28を通して第2伝達ギア5Bの回転が角度センサ9Bに伝えられる。伝達部材28は伝達軸7A上に配置され、伝達軸7Aに対して独立して回転可能となっている。角度センサ9Bの固定部はケース7に固定されている。
[0044]
 関節ユニット100は、第1アーム10の可動範囲を規定する構造を有してもよい。例えば、関節ユニット100は、第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の可動範囲を規制するストッパを有してもよい。図7は図1の拡大図である。図7に示すように、ケース7の開口の縁にストッパ7aが形成されている。上述したように、関節ユニット100は、関節機構Mjを収容し出力ギア31や支持体32とともに第1軸線Ax1を中心にして回転可能なケース8を有している。ケース8は、ストッパ7aに対応する位置にストッパ8aを有している。第1アーム10が第1軸線Ax1を中心として予め規定された角度まで回転すると、ストッパ8aはストッパ7aに当たり、それにより第1アーム10の可動範囲が制限される。
[0045]
 また、関節ユニット100は、第2軸線Ax2中心とする第1アーム10の可動範囲を規制するストッパを有してもよい。第1アーム10は連結部11を有している。この連結部11は、上述したように、出力ギア31に連結され、出力ギア31と一緒に回転する。図4に示すように、連結部11の第1の部分11aと第2の部分11bとの間には支持体32が配置されている。この支持体32に一方のストッパが形成され、連結部11の内面(例えば、第2の部分11bの内面)に他方のストッパが形成されてもよい。そして、第1アーム10が第2軸線Ax2を中心として予め規定された角度まで回転すると、連結部11のストッパが支持体32のストッパに当たってもよい。これにより、第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の可動範囲が制限される。
[0046]
 以上説明したように、関節ユニット100では、関節機構Mjは、第1対向ギア1Aの回転と第2ギア1Bの回転との合成により、第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の動きと、第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の動きとを実現している。詳細には、第1対向ギア1Aの回転と第2対向ギア1Bの回転との差を第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の動きに変換する。この関節機構Mjによって、第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の動きと、第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の動きのそれぞれにおいて、第1電動モータ3Aの回転力と第2電動モータ3Bの回転力とが利用できるので、第1アーム10の動作力を増すことができる。また、第1駆動機構M1と第2駆動機構M2の双方は、関節機構Mjに対して同じ方向に位置している。そのため、駆動機構M1、M2のこの配置によれば、2つの駆動機構M1、M2の位置が近くなるので、関節ユニット100をロボット等の装置に搭載することを容易化できる。
[0047]
 なお、本発明は以上説明した関節ユニット100の例に限られず、種々の変更が可能である。
[0048]
 例えば、駆動機構M1の減速比(例えば、第1伝達ギア5Aと第1電動モータ3Aとで実現される減速比)と、駆動機構M2の減速比(例えば、第2伝達ギア5Bと第2電動モータ3Bとで実現される減速比)は異なっていてもよい。
[0049]
 他の例では、第1電動モータ3Aの出力軸3aは直接的に伝達軸7aに連結されてもよい。例えば、第1電動モータ3Aは第1軸線Ax1上に配置され、出力軸3aと伝達軸7aは直接的に互いに連結されてもよい。
[0050]
 関節ユニット100の例では、第1伝達ギア5Aと第1対向ギア1Aとの間に第2伝達ギア5Bと第2対向ギア1Bとが配置されている。しかしながら、4つのギアは、第1軸線Ax1において、第2伝達ギア5B、第1伝達ギア5A、第2対向ギア1B、第1対向ギア1Aの順番で並んでもよい。
[0051]
 また、関節機構Mjは、第1対向ギア1Aの回転と第2対向ギア1Bの回転とを合成して第1軸線Ax1を中心とする第1アーム10の動きと、第2軸線Ax2を中心とする第1アーム10の動きとを実現する機構であれば、必ずしも図3及び図4で示す構造に限られない。

請求の範囲

[請求項1]
 アームと、
 前記アームに設けられ、第1軸線を中心とする前記アームの動きと、前記第1軸線と交差する第2軸線を中心とするアームの動きとを許容する関節機構であって、互いに独立して回転可能な第1ギアと第2ギアとを有し、前記第1ギアの回転と前記第2ギアの回転とを合成し、前記第1軸線を中心とした前記アームの動きと、前記第2軸線を中心とした前記アームの動きとを実現する関節機構と、
 第1電動モータを有し、前記第1ギアを回転させる回転力を出力する第1駆動機構と、
 第2電動モータを有し、前記第2ギアを回転させる回転力を出力する第2駆動機構と、を有し、
 前記第1駆動機構と前記第2駆動機構の双方は前記関節機構に対して第1の方向に位置している
 ことを特徴とする関節ユニット。
[請求項2]
 前記関節機構は、前記第1ギアと前記第2ギアとに係合し且つ、前記第1ギアと前記第2ギアとの軸線に直交する軸線を中心にして回転可能な出力ギアを有し、
 前記第1ギアと前記第2ギアと前記出力ギアは、前記第1ギアと前記第2ギアとの軸線を中心として一体的に回転可能であり
 前記アームは前記出力ギアに連結されている
 ことを特徴とする請求項1に記載の関節ユニット。
[請求項3]
 前記第1ギアと前記第2ギアは前記第1の方向で対向し、
 前記第1駆動機構と前記第2駆動機構は、前記第2ギアを挟んで、前記第1ギアとは反対側に位置している
 ことを特徴とする請求項1に記載される関節ユニット。
[請求項4]
 前記第1ギアと前記第2ギアは前記第1軸線上に配置されている
 ことを特徴とする請求項3に記載される関節ユニット。
[請求項5]
 前記第1駆動機構と前記第1ギアとを連結し、前記第1駆動機構の回転力を前記第1ギアに伝える伝達軸をさらに有している
 ことを特徴とする請求項4に記載される関節ユニット。
[請求項6]
 前記第1駆動機構と前記第1ギアとを連結し、前記第1駆動機構の回転力を前記第1ギアに伝える伝達軸をさらに有し、
 前記第1ギアは前記伝達軸と一体的に回転可能であり、
 前記第2ギアは前記伝達軸を中心として、前記伝達軸とは独立して回転可能である
 ことを特徴とする請求項4に記載される関節ユニット。
[請求項7]
 前記第1駆動機構は、前記第1軸線上に配置され且つ前記第1電動モータの回転力を受ける第1伝達回転部材を有し、
 前記第2駆動機構は、前記第1軸線上に配置され且つ前記第2電動モータの回転力を受ける第2伝達回転部材を有し、
 前記第1伝達回転部材と前記第1ギアは、前記第1軸線に配置される伝達軸によって互いに連結され、
 前記第2ギアと前記第2伝達回転部材は前記第1ギアと前記第1伝達回転部材との間に配置され、互いに連結されている、
 ことを特徴とする請求項4に記載される関節ユニット。
[請求項8]
 前記第1駆動機構は、前記第1ギアと一体的に回転可能であり且つ前記第1電動モータの回転力を受ける第1伝達回転部材を有し、
 前記第2駆動機構は、前記第2ギアと一体的に回転可能であり且つ前記第2電動モータの回転力を受ける第2伝達回転部材を有し、
 前記第1伝達回転部材と前記第2伝達回転部材は共通の軸線周りで回転可能である
 ことを特徴とする請求項1に記載される関節ユニット。
[請求項9]
 前記第1電動モータの出力軸は前記共通の軸線から前記第1伝達回転部材の半径方向に離れて位置し、前記第1伝達回転部材と直接的又は間接的に連結し、
 前記第2電動モータの出力軸は前記共通の軸線から前記第2伝達回転部材の半径方向に離れて位置し、前記第2伝達回転部材と直接的又は間接的に連結している
 ことを特徴とする請求項8に記載される関節ユニット。
[請求項10]
 前記第1ギアと前記第2ギアは前記第1の方向の軸線を中心として回転可能であり、前記第1電動モータの出力軸と前記第2電動モータの出力軸は前記第1の方向の軸線を中心として回転可能である
 ことを特徴とする請求項1に記載される関節ユニット。
[請求項11]
 前記第1電動モータと前記第2電動モータは近接している
 ことを特徴とする請求項1に記載される関節ユニット。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]