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    公开号:WO1984004784A1
    申请号:PCT/JP1984/000249
    申请日:1984-05-18
    公开日:1984-12-06
    发明作者:Teruo Maruyama；Takuya Sekiguchi
    申请人:Matsushita Electric Ind Co Ltd；
    IPC主号:F15B9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 流体サ一ボアクチ ヱータ
    [0004] 技術分野
    [0005] 本発明は各種工業用機器 ，工業用ロ ボッ ト等に用いられる、 油圧駆動による ロータ リ ーァクチヱ 一タに関する もので本ァク チニ ータを用いることによ 任意位置決め、 力の制御等の機能 を備えた極めてコ ンパク ト ¾ ロ ボッ 卜の リ ス ト （ ハ ン ド部 ） ， フ ィ ンガ一部等の駆動部を提供出来る o
    [0006] 背景技'術
    [0007] 近年の工業用口 ボッ トの普及によ 、 ロ ホ'ッ トの利用範囲は 拡大し、 従来熟練工の作業領域となれた高度 ， 精緻 ¾組立作業 にも ロ ボッ ト の適用が考えられる様に ¾つた o
    [0008] しかし、 そのためには、 多自由度で高精度る位置決め把持機能 を持つマ ニ ュ プレー タの実現が必須条件であつた。
    [0009] 電動式ァクチ ヱータ （ D Cサ―ボ ， A Cサ一ボ ） を用いた場合、 減速機を含むモ ータのパ ヮ ー重量比が小さいために、 例えば口 ボ ッ トの多関節アー ムの先端で多自由度の リ ス ト · フ ィ ン ガー を構成するのは困難である o
    [0010] サ一ボバルブを用いた油圧駆動方式も、 従来から産業界で広く 用いられているが、 各ァクチヱ 一タにサ一 ボバルブを一対のセ ッ ト で設ける必要がある O
    [0011] また、 ァクチ —タ ， サ—ボバル ブに作動油を供給源から独立 して供給せねば らず、 多自由度の リ ス ト を構成 した場合、 油 圧配管の構成が繁雑と る o
    [0012] Ο ΡΙ また、 靈量化を計るために、 各サ一ボバルブをロ ボッ 卜 の本体 に設置した場合、 リ ス ト部に内蔵した油圧ァクチエ ータ とサ一 ボバルブ間の油圧配管が長ぐなる o その結杲、 通常弾性パイプ で構成される配管部の膨張によ 、 サーボ系が不安定とな D、 サーボ系の性能を支配するループゲイ ンを大き く とれない等の 問題点があつた o
    [0013] ァクチ X —タの出力軸の変位 ， 速度 ， 力を入力信号に追従して 制御するために、 メ 力二カルサーボを用いたロータ リ ーァクチ ヱ 一タが従来から用いられている o
    [0014] 第 1 図は、 その従来例を示すもので、 1 は入力軸、 2は出力軸、 3は案内弁ス リ ーブ、 4は上記 1 ， 3で構成した案内弁（ 図示 せず） 、 5は固定駒、 6はロ ータべ一ン、 7はハ ウ ジング、 8 は作動油の耠排油口、 9はシ ール用パッ キンである o
    [0015] 図で示す様に、 出力軸 2の内部に入力軸 1 が摺動自在に収納さ れてお！） 、 入力軸 1 の外表面に形成された壽と出力軸 2に固着 した案内弁ス リ ーブ 3の内面に形成された »の間で、 案内弁を 形成している o 上記ァクチエ ータ の入力軸 1 と出力軸 2の間に 角度偏差が生ずる と、 案内弁 4は偏差に比例 して開き、 偏差を 補償する方向にモータ部が トルクを発生する o
    [0016] その結果、 出力軸 2は入力軸 1 に追従 して回転する。 上記口― タ リ 一ァクチヱ一タを、 例えば多自由度のリ ス 卜 · フ ィ ン カー に適用すベく小型化を計つた場合、 以下述べる様 問題点があ つた o
    [0017] ァクチ —タの小型化にと も い、 入力軸 1 と案内弁ス リ ーブ 3で構成される案内弁 4の形状 ， 寸法も縮小せねばならないが、
    [0018] OMPI - Z - その結果、 サーボ系の特性に大き 影響を与える案内弁 4の溝 加工が困難となる。
    [0019] また、 出力軸 2内部に入力軸 1 が収納され、 それゆえ入力軸 1 の一方の端部がァクチ ータの外部に露出する従来構成 （ 第 1 図 ） では、 才ィル漏れ防止のためのシール用パッ キ ン 9の摺勣 トルクが大き く、 入力軸 1 を駆動するモ一タ （ 図示せず） の小 型化を計れ いという問題点があ つた θ
    [0020] また、 前述したサーボバルブによる油圧駆動方式同様、 各ァク チ ェ 一タに供給する作動油の配管の露出は、 多自由度リ ス トの 小型化 · シン プル化を計る上で大き ¾問題点とるる o
    [0021] 発明の開示
    [0022] 本発明は駆動手段によ 回転可能で、 かつ油を供給 ·排出可 能る管及びこの管と連通する溝を有した入力部材と、 この入力 部材の溝と対向した面に溝及びこの蘀と連通する管を有し、 軸 を構成した出力部材と、 この出力部材及び入力部材を密閉 し、 かつ前記駆動手段を収納した外部ケース と、 この外部ケースと 前記出力部材で形成され、 前記出力部材の管と連通 し、 この管 の油の供給 ·排出によ ] 前記出力部材を回転可能に設けた作動 室とから ¾ 、 ァクチヱ —タ本体の小型化 ， 油圧配管へ簡素化 を図ることができる ο
    [0023] 図面の簡単な説明
    [0024] 第 1 図 a , bは先行例である ロ ータ リ型の油圧サ一ボアクチ ニ ータの側面断面図及び正面図、 第 2図は本発明の一実施例で ある口 一タ リ 油圧サ一ボアクチ ェ ータの側面断面図、 第 3図 ， 第 4図は第 2図の B B線及び A A線の一部の断面図、 第 5図ィ，
    [0025] O PI 口は本ァクチ - 一タの面対向型案内弁の動作原理を示す図、 第 6図は本ァクチエ ータを用いて多自由度ハン ドを構成した場合 の全体構成図、 第ァ図は案内弁に加わる力の状態を示す図であ o
    [0026] 発明を実施するための最良の形態
    [0027] J¾下、 本発明の実施例につ て説明する o
    [0028] 第 2図は、 本発明の一実施例を示す油圧ァクチエータ て； 20 は出力軸、 2 1 はフ ロ ン ト プレー ト、 2 2はリ ア一プレー ト、 2 3 はシ リ ンダ、 2 4 はパルスモータのステー タ、 2 5 は口一 タ、 2 6は円筒形状のス リ ーブ、 2 7は 2 6に形成された内側 太陽.歯車、 2 8は遊星歯車、 2 9は前記シ リ ンダ 2 3の内面に 形成された固定側太陽歯車、 3 Oは前記出力軸 2 Oは回転自在 にかん合された入力部材である入力側案内弁ス リ 一ブ、 3 1 は 前記遊星歯車 2 8を案内弁ス リ —ブ 3 Oに回転自在に固定する ためのボル ト 、 3 2は前記ロ ータ 2 5を前記ス リ ーブ 2 6に固 着するためのナッ ト 、 3 3はシリ ンダ 2 3 と一体で形成された 固定羽根、 3 4は出力軸 2 O と一体で形成された回耘羽根、 35, 3 6はフ ロ ッ ト及びリ アプレー ト 2 1 ， 2 2 と出力軸 2 O間に 設けられた O リ ング、 3 6 , 3 ァは出力軸 2 Oの左右端部に形 成されたネジ部、 3 8は各フ-レー ト 2 1 ， 2 2 と シ リ ンダ 2 3 を固定するボル ト 、 3 9 a , 3 9 bは各プレー ト 2 1 ， 2 2 と シ リ ンダ 2 3間に設けられたオイ ル シール、 4 Oは出力輔 2 O と一体で形成された出力部材である出力側案内弁アレー卜、 41 , 4 2は出力軸 2 0 と フ ロ ン ト ブレー ト 2 1 内部に貫通して形成 された作動油の供給側主流通路、 4 3は供給側軸流通路、 4 4 は入力側案内弁ス リ ーブ 3 Oの内部に形成された供給側案内弁 流通路、 4 5は出力側案内弁プレー ト 4 Oの内部に形成された 出力側案内弁流通路、 4 6 ， 4 ァは出力側案内弁プレー ト 4 0 の外周側と内周側に形成された隙間部、 4 8 , 4 9は出力軸 20 内部と リ アプレー ト 2 2内部に貫通して形成された作動油の排 油側主流通路、 5 Oは排油側軸流通路、 鎖線で示すち 1 は入力 側案内弁ス リ —ブ 3 Oの内部に形成された排油側案内弁流通路、 鎖線で示す 5 2は隙間部 4 6 ， 4 ァ と排油側軸流通路 5 Oを連 絡して低圧流通路である o また、 2 1 , 2 2 , 2 3で外部ケー スを構成 している。
    [0029] 口 一.タ 2 5 とス リ ーブ 2 6はナツ 卜 3 2によ って固着されてお j9 、 パル ス モータの入力パルス数に比例してス リ 一 ブ 2 6が回 転する o
    [0030] ス リ —ブ 2 6に形成された内側太陽歯車 2 ァの回転によ つ て、 遊星歯車 2 8の軸芯は入力側案内弁ス リ ―ブ 3 O と共に回転す る o
    [0031] 作動油は、 4 1 → 4 3→4 4→4 5の ¾路を経て作動室である 羽根室へ供給され、 5 1 → 5 0→ 4 8の流通路を経て排油側へ ク帀 ¾でる〇
    [0032] 部材 3 0 ， 4 0で面対向型の案内弁を構成しているが、 第 3図， 第 4図にその A A矢示図 ， B B矢示図を示す。
    [0033] 53a , b ， c , dは入力惻案内弁ス リ —ブ 3 0の円周方向に形 成された浅い壽部、 54 a , b , c , dは上記 53 a , b ， c , d の中心部に形成された流路 44a , 44bと 5 1 a , 5 1 bの開口部 であり、 上記開口部 ，溝部は軸対称に 4個所形成されている o
    [0034] OMPI 5 S , 5 6は低圧側流通路 5 2の開口部である 0
    [0035] 第 4図において、 5 ァは出力側案内弁プレー ト 4 Οの外周側窪 部、 2 8は内周側窪部、 5 9は中央凸部、 6 0 a，60b , 60c,
    [0036] 6 O dは中央凸部 5 9の円周上 4個所軸対称に形成された壽!^ 6 1 a , 6 1 bは前記震部 6 O a ， 6 O b内に形成され、 かつ 回転羽根 3 4 (鎖線で示す o )の端部に形成された、 羽根室へ 連絡する流通穴の開口部である ο
    [0037] 第 5図は、 本装置における面対向案内弁の作動原理を示すもの で、 ィは入力 （ 3 Oに相当 ） と出力 （ 4 0に相当 ） 間に角度偏 差が生じた場合、 口は角度偏差がゼロ となつた場合 （位置決め 終了-時 ) を示す o
    [0038] 6 2 aは高圧側羽根室、 6 2 bは低圧側羽根室 （ 作動室 ） であ る。 ィに いて、 入出力間に偏差が生じると、 作動油の供給側 に違結した流通路力 4ら、 4 4 a→ 5 4 a→ 5 3 a-*60a→6 1 a →4 5→ β 2 aの順路を経て、 高圧側羽根室 6 2 aへ作動油が 供給される。
    [0039] 逆に低圧側では、 62 b→e 1 b→60b- 53 b→54 b→51 aの経路を 経て、 排油側へ帰還する ο
    [0040] その結果、 出力軸 2 Oは角度偏差を解消する方向 （ 第 5図ィの 矢印 ） に回転する o 第 5図〇で示す様に入力側と出力側の濞部 (例えば 53b ， 60b ：)の重 部が ¾ ぐ なると、 作勣油の供給， 排油の流通路が遮断され、 出力軸 2 Oは停止する 0
    [0041] なお、 本明細文における案内弁とは、 2つの相対移動する部 材によ って、 作動油の供給源から羽根室及び羽根室から排油側 へ連絡する流路の切 かえと遐断が可能なごと く形成された弁
    [0042] OMPI 全体を示す。 第 2図で示す実施例では、 入力側案内弁ス リ ーブ 3 0と出力側案内弁ブレー ト 4 0の 2つの組み合せを言う o 第 6図は、 本油圧ァクチ —タを多段に違結し、 多関節のロボ ッ 卜用 リ ス トを構成 した場合を示す。 6 3はハ ウ ジ ング、 6 4 は供給側主流通路、 6 5は排油側主流通路である o
    [0043] ハ ウ ジング 6 3 と出力軸 2 0は出力軸 2 Oの端部に形成された ネジ部 3 6 ， 3 ァ とナツ ト 6 6で固定される 0
    [0044] ハ ウ ジング 6 3の内部に給油と排油のための流通路 （ 6 3と 6 4 に相当 ） が形成されてお 1) 、 出力軸 2 O内部に形成された流通 路 （ 4 1 ， A 3 , 5 O ， 4 8に相当 ） と連絡している o
    [0045] . 本発.明は、 従来の油圧ァクチ ヱ一タ と比べて、 極めてコ ンパク - ト ¾構成で、 高い位置決め分解能を有する油圧ァクチ —タを 構成することができ る。 実施例では、 入力 （ 3 Oに相当 ） を駆 動するモータ と減速機をァクチ —タ内部に内蔵 した o 第 1 図で示す様に従来ァクチェ―タでは入力軸 1 が油 Eァクチ ェ一タ外部に露出 してお 、 それゆえ、 入力軸 1 と出力軸 2間 の作動油の漏れを防止する シ ール用パッ キ ン 9の摺動 ト ルクの ために、 小型モ—タでは駆動 トルクが不足するという問題点が あった。 本装置では、 入力側の部材 2 6 ， 3 O ， 2 8等がァク チ - — タ の内部に収納されているため、 前述した摺動 ト ルクの 増大をと もる う パッ キ ン等が不要である o それゆえ低 ト ルク入 力であ ] 、 モー タの超小型化を計ることが出来る o
    [0046] また、 本装置では面対向の案内弁を構成するこ とによ 、 ァク チェ—タ本体を一層小型化し、 サ—ボ特性を向上を計るこ とが できた o 但し、 本発明の実現を計る初期の段階において、 第 7図で示す 様 問題点があった o - スラス ト面を用いて案内弁を構成したとき、 案内弁ス リーブ 30 には、 第 7図で示す様 ¾E力 ： ， P2が ス ラ ス ト荷重と して 力 わる o
    [0047] 例えば、 供給 E ： Ps:ァ 0 / ，案内弁ス リ ーブ 3 oの外径を 20 imcp とすれば、 最大 ： = 2 Ο Ο 程度がス ラ ス ト荷重として、 案内弁ス リ ーブ 3 0に加わることに ¾る0
    [0048] また、 と P2 に E力差があれば、 捩 モー メ ン ト ： Mが第ァ 図のごと く案内弁ス リ ーブ 3 0に加わることに 、 超小型低 ト ル^モータを用いて、 案内弁スリ 一ブ 3 Οを駆動する際の大 きな支障と ¾る ο
    [0049] 第 4図で示す様に、 案内弁の対向面には 5 ァ ， 5 8の外周側窪 部 ， 内周側窪部を形成し、 かつ、 これらの窪部と低 E側流通路 5 2を違絡することによ ス ラス ト荷重 ： f の軽滅を計つた。 さ らに、 溝部 5 3 a ， 5 3 b ， 5 3 c , 5 3 d を軸方向対称に 形成し、 高圧側を 5 3 a , 5 3 c で一対 ， 低 E側を 53 b , 53d で一対とすることによ ] 、 モ ーメ ン ト荷重 ： Mの輊減を計つ 第 5図及び第 4図で示す様に 6 O d ， 6 0 Cの壽部は作動軸の 供給と流出には寄与しておらず、 上記モーメ ン ト荷重の解消を 計るために形成している o
    [0050] また、 第 2図で示す様に、 モータ室 6 了には流通路 6 Sを介し て低 Eである排油側主流通路 4 8 と違絡してお ]9案内弁ス リ 一 ブ 3 Oの右側面 （ 第 2図 ） からのス ラ ス ト荷重は小さい o 第 1 図で示す様に、 入力軸 1 の外周部と出力軸 2の内周部を利 用して形成 していた従来油 Eァクチェ—タに対して、 本装置で はス ラス ト面に案内弁を形成している。
    [0051] 案内弁は、 ァクチ —タのサーボ特性を支配する も っ と も重要 ¾個所で、 それゆえ従来構成では、 入力軸 1 ， 出力軸 2の径小 化には、 加工精度の点で限界があった o 本ァクチェ —タでは、 案内弁ス リ 一ブ 3 0及び出力側案内弁プレー ト 4 0のス ラ ス.ト 面に案内弁を第 3図 ， 第 4図のごと く形成してお ] 、 相対運動 する対向面の面積が大き く 、 加工が容易である o
    [0052] 本装置では、 第 6図の一例で示す様に、 例えばロボッ ト のァ— ム （第 6図の 6 3に相当 ） 内に作動油の流通路を形成すること が出来、 従来弾性チュ —ブ等を用いていた作動油の配管を皆無 にすることができる。
    [0053] また、 ァクチ X —タの多段構成が容易であ ] 、 多自由度のハ ン ド ， フ ィ ンガーを繁雑 配管な く 、 シンブル ， コ ンパク ト に構 成する ことができる o
    [0054] その理由と して、
    [0055] (1 ) 出力軸 2 O内部に作動油の流通路を形成し、 かつ左右端 部にそれぞれ、 供給側と排油側の主流通路 4 1 ， 4 8を形成 した o
    [0056] (2) 出力軸 2 0をアーム （ ハ ウ ジング 2 0 ) に相対運動をと も ¾ う こと ¾ く 、 完全固定することによ り、 オイ ル シールを 介さないで、 各流通路を連絡する ことができる o
    [0057] 例えば、 6 4— 4 1 及び 6 5 と 4 8 と連結が容易である 0 上記 (1) , (2)が可能にな つたのは、 案内弁を駆動するモ—タ を油 圧ァクチ ェ 一タの内部に収納し、 かつ出力軸 2 0に対して摺動
    [0058] OMPI
    [0059] W!PO ^ •1 U— 可能な様に、 面対向型の案内弁を構成することによ 、 出力軸
    [0060] 2 Oの両端部を有効に利用出来るからである o
    [0061] 産業上の利用可能性
    [0062] 本発明によ ]3 、 コ ンパ ク ト で、 高い位置決め分解能を有する メ カニカルサーボアクチ —タが実現できた o
    [0063] 本ァクチ： =： ータでは、 ァクチ —タの多段構成が容易であ j 、 多自由度のハ ン ド ， フ ィ ンガーを繁維る配管 く シ ン プル ， コ ンパク トに構成出来る o
    [0064] また、 適用する対象のニーズに合わせた自由度の調節 ， モジュ ール化が容易である o
    [0065] 本ァ.クチエ ータは、 各種工業用ロ ボッ 卜 ，生産機器等に幅広く 適用することが出来、 その効杲は顕著る ものがある o
    [0066] OMPI
    [0067] WIPO
    权利要求:
    Claims
    請 求 の 範 囲
    . 駆動手段によ ] 回転可能で、 かつ油を供給 ' 排出可能る管 及びこの管と違通する溝を有した入力部材と、 この入力部材の 溝と対向した面に溝及びこの溝と連通する管を有し、 軸を構成
    5 した出力部材と、 この出力部材及び入力部材を密閉し、 かつ前 記駆動手段を収納した外部ケース と、 この外部ケース と前記出 力部材で形成され、 前記出力部材の管と連通し、 この管の油の 供給 ， 排出によ )前記出力部材を回転可能に設けた作動室とか らなる流体サーボアクチヱ一タ o
    0 2 . 駆動手段によ 回耘可能で、 かつ油を供給 ' 排出可能な管 及び..この管と連通する溝をスラス ト面に有した入力部材と、 こ の入力部材の溝と対^したス ラ ス ト 面に溝及びこの溝と連通す る管を有し、 軸を構成した出力部材と、 この出力部材及び入力 部材を密閉し、 かつ前記駆動手段を収鈉した外部ケース と、 こS の外部ケースと前記出力部材で形成され、 前記出力部材の管と 連通 し、 この管の油の供給 · 排出によ ]3前記出力部材を回転可 能に設けた作動室とからなる流体サーボアクチ —タ o
    3 . 駆動手段によ ] 回転可能で、 かつ油を供給 · 排出可能 管 及びこの管と連通する溝をスラス ト 面に有した入力部材と、 こ の入力部材の溝と対向 したス ラ ス 卜面に溝及びこの溝と連通す る管を有し、 軸を構成した出力部材と、 この出力部材及び入力 部材を密閉し、 かつ前記駆動手段を収納した外部ケースと、 こ の外部ケースと前記出力部材で形成され、 前記出力部材の管と 連通し、 この管の油の供給 · 排出によ ] 前記出力部材を回転可 能に設けた作動室とからる 、 前記出力部材の溝及び入力部材
    O PI の蘀を各々軸中心に対称に 4つ設けた流.体サ一ボアクチ —タ ο
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0144439A1|1985-06-19|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-12-06| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1984-12-06| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1985-01-15| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1984902056 Country of ref document: EP |
    1985-06-19| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1984902056 Country of ref document: EP |
    1988-08-17| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1984902056 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP8945683A|JPS59217004A|1983-05-20|1983-05-20|Fluid servo-actuator|DE19843473495| DE3473495D1|1983-05-20|1984-05-18|Fluid servo actuator|
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