本發(fā)明涉及一種電動機(jī)和機(jī)構(gòu)部，特別是涉及一種具有使制動轉(zhuǎn)矩增減的功能的電動機(jī)和機(jī)構(gòu)部。

背景技術(shù)：

一般來說，為了在緊急停止時、停電時鎖止電動機(jī)的輸出軸，而在電動機(jī)中裝入進(jìn)行無勵磁動作的保持制動器(例如日本特開2005-54843號公報)。該保持制動器被要求固定且大的制動轉(zhuǎn)矩。由此，即使在不對制動器通電的狀態(tài)下也能夠施加鎖止輸出軸所需的保持轉(zhuǎn)矩。例如，為了對機(jī)器人的關(guān)節(jié)部進(jìn)行驅(qū)動而使用了上述電動機(jī)，通過保持制動器，在緊急停止時、停電時也能夠支承機(jī)器人的自重，從而能夠維持機(jī)器人的姿勢。

圖1中示出在電動機(jī)內(nèi)部配置保持制動器的以往的電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。電動機(jī)1000具備輸出軸1001和保持制動器(以下簡稱為“制動器”)1002。從設(shè)置于電動機(jī)1000的外部的控制部1004向制動器1002只輸入制動動作信號。此時，制動轉(zhuǎn)矩為固定值。

另外，圖2中示出在電動機(jī)外部(減速機(jī)內(nèi)部或臂與減速機(jī)之間等)配置保持制動器的以往的機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖。機(jī)構(gòu)部2000具備輸出軸1001a、制動器1002a、減速機(jī)1006。電動機(jī)1000a設(shè)置于第一臂1007。機(jī)構(gòu)部2000設(shè)置在第一臂1007與第二臂1008之間。從設(shè)置于機(jī)構(gòu)部2000的外部的控制部1004a向制動器1002a只輸入制動動作信號。此時，制動轉(zhuǎn)矩為固定值。

在現(xiàn)有技術(shù)中，保持制動器的制動轉(zhuǎn)矩為固定且大的值，因此在制動器工作的狀態(tài)下，即使對電動機(jī)的輸出軸施加外部轉(zhuǎn)矩也不能簡單地使其旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在機(jī)器人的情況下，在電動機(jī)的保持制動器工作的狀態(tài)下，即使人按壓機(jī)器人的臂，也不能簡單地使其運(yùn)動(不能改變機(jī)器人的姿勢)。因此，產(chǎn)生如下等問題：在機(jī)器人正在動作時停止且無法驅(qū)動電動機(jī)的狀況下，無法使機(jī)器人從機(jī)器人停止時的姿勢起開始運(yùn)動。

以往，通過在緊急停止時、停電時等電動機(jī)停止的狀態(tài)下使用制動器，來進(jìn)行鎖止以避免電動機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)。此時，當(dāng)將鎖止電動機(jī)的輸出軸所需的轉(zhuǎn)矩設(shè)為“輸出軸的保持轉(zhuǎn)矩th”時，在制動器工作的狀態(tài)下，以下的關(guān)系式成立。

制動轉(zhuǎn)矩(固定值)tb>>輸出軸的保持轉(zhuǎn)矩th

制動轉(zhuǎn)矩tb足夠大，在制動器工作的狀態(tài)下人無法轉(zhuǎn)動輸出軸。一般來說，多數(shù)情況下在機(jī)器人的關(guān)節(jié)部中為了驅(qū)動而使用該結(jié)構(gòu)的電動機(jī)，在電動機(jī)停止且制動器工作的狀態(tài)下，即使人按壓機(jī)器人的臂，也不容易使臂運(yùn)動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

本發(fā)明的目的在于，提供一種即使在由于緊急停止時、停電時等而無法驅(qū)動電動機(jī)的狀態(tài)下也能夠使機(jī)器人運(yùn)動為任意的姿勢的電動機(jī)和機(jī)構(gòu)部。

本發(fā)明的一個實(shí)施例所涉及的電動機(jī)的特征在于，具有：輸出軸；制動器，其用于保持輸出軸；傳感器，其用于檢測從外部施加給輸出軸的外部轉(zhuǎn)矩；以及控制部，其在制動器工作時，根據(jù)傳感器所檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的增減來使制動器的轉(zhuǎn)矩減增。

本發(fā)明的一個實(shí)施例所涉及的機(jī)構(gòu)部是具備驅(qū)動用電動機(jī)的機(jī)構(gòu)部，該機(jī)構(gòu)部的特征在于，具有：機(jī)構(gòu)部的輸出軸；制動器，其用于保持輸出軸；傳感器，其用于檢測從外部施加給輸出軸的外部轉(zhuǎn)矩；以及控制部，其在制動器工作時，根據(jù)傳感器所檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的增減來使制動器的轉(zhuǎn)矩減增。

附圖說明

通過與附圖相關(guān)聯(lián)的以下的實(shí)施方式的說明會使本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)變得更加明確。在該附圖中，

圖1是在電動機(jī)內(nèi)部配置保持制動器的以往的電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，

圖2是在電動機(jī)外部配置保持制動器的以往的機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖，

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，

圖4是示出電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩以及外部轉(zhuǎn)矩各自的時間變化的曲線圖，

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的機(jī)器人的臂部的結(jié)構(gòu)圖，

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖，

圖8是本發(fā)明的實(shí)施例4的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖，

圖9是本發(fā)明的實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖，

圖10是本發(fā)明的實(shí)施例5的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖，以及

圖11是本發(fā)明的實(shí)施例6所涉及的機(jī)器人的臂部的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖來說明本發(fā)明所涉及的電動機(jī)和機(jī)構(gòu)部。

[實(shí)施例1]

首先，說明本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)。圖3中示出本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)101具有輸出軸1、制動器2、傳感器3和控制部4。

制動器2保持輸出軸1。關(guān)于制動器2，能夠使用磁粉制動器、電磁制動器、磁滯制動器等。電磁制動器是通過電流值控制間隙的制動器。但是，并不限于這樣的例子，也能夠使用其它制動器。

傳感器3檢測從外部施加給輸出軸1的外部轉(zhuǎn)矩。傳感器3檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)被輸出到控制部4。關(guān)于傳感器3，能夠使用加速度傳感器、應(yīng)變式傳感器等。但是，并不限于這樣的例子，也能夠使用其它傳感器。

控制部4在制動器2工作時根據(jù)傳感器3所檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的增減來使制動器2的轉(zhuǎn)矩減增。為了使制動器2的轉(zhuǎn)矩減增，控制部4向制動器2輸出制動轉(zhuǎn)矩控制信號。

在圖3所示的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)中，示出將制動器2、傳感器3和控制部4設(shè)置于電動機(jī)101的內(nèi)部的例子，但也可以將它們的一部分或全部設(shè)置于電動機(jī)101的外部。并且，也可以之后對電動機(jī)101安裝輸出軸1。

接著，說明由本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)中的控制部4進(jìn)行的對制動器2的轉(zhuǎn)矩的控制方法。

關(guān)于在電動機(jī)101停止且制動器2工作的狀態(tài)下施加在電動機(jī)的輸出軸1的轉(zhuǎn)矩即電動機(jī)轉(zhuǎn)矩to，利用由機(jī)械條件決定的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf和外部轉(zhuǎn)矩tm表示為下述的式(1)。

to＝tf+tm(1)

在此，當(dāng)將用于保持電動機(jī)的輸出軸1的制動器2的轉(zhuǎn)矩即制動轉(zhuǎn)矩設(shè)為tb時，為了使電動機(jī)的輸出軸1旋轉(zhuǎn)而需要滿足下述的式(2)。

to＞tb(2)

另一方面，為了使電動機(jī)的輸出軸1鎖止而需要滿足下述的式(3)。

to≤tb(3)

一般來說，在制動器2工作的狀態(tài)下，為了可靠地鎖止電動機(jī)的輸出軸1而具有以下的關(guān)系。

tb＞＞tf

tb-tf＞＞0(4)

根據(jù)式(1)、(2)以及(4)，

to＝tf+tm＞tb

tm＞tb-tf(＞＞0)(5)

即，在制動器2工作的狀態(tài)下，為了使電動機(jī)的輸出軸1旋轉(zhuǎn)，需要非常大的外部轉(zhuǎn)矩tm。

在本發(fā)明中，提出一種即使在制動器2工作的狀態(tài)下也能夠通過外部轉(zhuǎn)矩tm使電動機(jī)的輸出軸1旋轉(zhuǎn)的方法。

首先，通過外部轉(zhuǎn)矩tm以下的轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)的輸出軸1旋轉(zhuǎn)的條件表示為如下。

to-tb≤tm(6)

根據(jù)式(1)和(6)，

to-tb＝tf+tm-tb≤tm

tf≤tb(7)

根據(jù)式(2)和(7)，為了通過外部轉(zhuǎn)矩tm使電動機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)而需要以下的條件。

tf≤tb＜to(8)

或者

tf≤tb＜tf+tm(9)

也就是說，根據(jù)“負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf的增減”、“外部轉(zhuǎn)矩tm的減增”來“使制動轉(zhuǎn)矩tb增減”。關(guān)于該點(diǎn)，使用示出各轉(zhuǎn)矩的時間變化的曲線圖來具體地說明。

圖4中示出電動機(jī)轉(zhuǎn)矩to、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf、制動轉(zhuǎn)矩tb以及外部轉(zhuǎn)矩tm各自的時間變化。在圖4中，設(shè)從時間0到t1為止電動機(jī)進(jìn)行通常的動作。在該期間，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩to和負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf具有某大小的轉(zhuǎn)矩値，制動轉(zhuǎn)矩tb為零。

設(shè)在時間t1進(jìn)行了電動機(jī)的緊急停止。這樣，在進(jìn)行了緊急停止的t1之后電動機(jī)轉(zhuǎn)矩to為零。另一方面，在緊急停止后制動轉(zhuǎn)矩tb具有規(guī)定的大小的轉(zhuǎn)矩值。

并且，當(dāng)在時間t2施加外部轉(zhuǎn)矩tm時，如圖4所示，控制部4追蹤負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf和外部轉(zhuǎn)矩tm來控制制動轉(zhuǎn)矩tb。這樣，控制部4在制動器2工作時(時間t2以后)根據(jù)傳感器3所檢測出的外部轉(zhuǎn)矩tm的增減來使制動器2的制動轉(zhuǎn)矩tb減增。

為了實(shí)現(xiàn)以上的動作，本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的電動機(jī)的特征在于以下點(diǎn)。

(i)使制動器2的制動轉(zhuǎn)矩tb可變。

(ii)設(shè)置用于測定電動機(jī)的輸出軸1的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩to的傳感器3。

(iii)通過測定沒有外部轉(zhuǎn)矩tm(外力)的狀態(tài)下的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩(輸出軸的轉(zhuǎn)矩)to來檢測負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf或在控制部4中根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令等計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tf(機(jī)器人的情況下根據(jù)工件重量、機(jī)器人的姿勢進(jìn)行計(jì)算)。

(iv)為了在停電時也實(shí)現(xiàn)(i)～(iii)，優(yōu)選為設(shè)置能夠蓄電的電力供給部(后面記述)。

通過本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)，即使在緊急停止時、停電時等無法驅(qū)動電動機(jī)的狀態(tài)下，也能夠使機(jī)器人運(yùn)動為任意的姿勢。

[實(shí)施例2]

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)。圖5中示出本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)102與實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)101(圖3)的不同之處在于還具有用于向制動器2、傳感器3以及控制部4供給電力的能夠蓄電的電力供給部5這一點(diǎn)。實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)中的結(jié)構(gòu)相同，因此省略詳細(xì)的說明。

作為電力供給部5的例子，能夠使用蓄電池、電解電容器等。但是，不限于這樣的例子，也能夠使用其它電力供給部。

在圖5所示的實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)中，示出將制動器2、傳感器3、控制部4和電力供給部5設(shè)置于電動機(jī)102的內(nèi)部的例子，但也可以將它們的一部分或全部設(shè)置于電動機(jī)102的外部。并且，也可以之后對電動機(jī)102安裝輸出軸1。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)，設(shè)置有電力供給部，因此即使在停電時也能夠向制動器、傳感器和控制部各部供給電力。

[實(shí)施例3]

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的機(jī)器人。圖6中示出本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的機(jī)器人的臂部的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的機(jī)器人301的特征在于具有實(shí)施例1或?qū)嵤├?所涉及的電動機(jī)這一點(diǎn)。

作為機(jī)器人301，以使用了多關(guān)節(jié)機(jī)器人的情況為例進(jìn)行說明。在圖6所示的機(jī)器人301的臂部的結(jié)構(gòu)圖中，示出將實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)101設(shè)置多個(101-1、101-2)的例子。第一電動機(jī)101-1設(shè)置于第一臂7，第二電動機(jī)101-2設(shè)置于第二臂8。在第一臂7與第二臂8之間設(shè)置第一機(jī)構(gòu)部200-1，在第二臂8與第三臂9之間設(shè)置第二機(jī)構(gòu)部200-2。

在圖6所示的機(jī)器人301中示出設(shè)置有兩個電動機(jī)的例子，但不限于這樣的例子，電動機(jī)也可以為一個，還可以為三個以上。并且，在圖6所示的機(jī)器人301中示出實(shí)施例1所涉及的電動機(jī)101被設(shè)置多個(101-1、101-2)的例子，但也可以設(shè)置一個或多個實(shí)施例2所涉及的電動機(jī)102。

在實(shí)施例3所涉及的機(jī)器人301中，作為傳感器能夠使用壓力傳感器、壓電傳感器等。但是，并不限于這樣的例子，也能夠使用其它傳感器。

通過本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的機(jī)器人，即使在緊急停止時、停電時等無法驅(qū)動電動機(jī)的狀態(tài)下也能夠使機(jī)器人運(yùn)動為任意的姿勢。

[實(shí)施例4]

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部。圖7中示出本發(fā)明的實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部201為具備驅(qū)動用電動機(jī)100的機(jī)構(gòu)部，該機(jī)構(gòu)部201具有輸出軸1a、制動器2a、傳感器3a以及控制部4a。在第一臂7與第二臂8之間經(jīng)由減速機(jī)6而設(shè)置機(jī)構(gòu)部201。

制動器2a保持輸出軸1a。關(guān)于制動器2a，能夠使用磁粉制動器、電磁制動器、磁滯制動器等。電磁制動器是通過電流值控制間隙的制動器。但是，不限于這樣的例子，也能夠使用其它制動器。

制動器2a也可以設(shè)置于[1]減速機(jī)6的內(nèi)部、[2]臂7與減速機(jī)6之間或臂8與減速機(jī)6之間、[3]電動機(jī)100與減速機(jī)6之間的任意一處。在圖7所示的例子中，示出制動器2設(shè)置在第二臂8與減速機(jī)6之間的例子(上述[2]的情況)，但不限于這樣的例子，也可以設(shè)置于上述[1]或[3]的位置處。

傳感器3a檢測從外部施加給輸出軸1a的外部轉(zhuǎn)矩。傳感器3a檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)被輸出到控制部4a。關(guān)于傳感器3a，能夠使用加速度傳感器、應(yīng)變式傳感器等。但是，不限于這樣的例子，也能夠使用其它傳感器。在圖7所示的例子中，示出將傳感器3a設(shè)置于機(jī)構(gòu)部201的例子，但不限于這樣的例子，也可以設(shè)置于控制部4a。

控制部4a在制動器2a工作時根據(jù)傳感器3a所檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的增減來使制動器2a的轉(zhuǎn)矩減增。為了使制動器2a的轉(zhuǎn)矩減增，控制部4a向制動器2a輸出制動轉(zhuǎn)矩控制信號。

在圖7所示的實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部中，既可以將控制部4a內(nèi)置于減速機(jī)6，也可以內(nèi)置于第一臂7或第二臂8。

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例4的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部。圖8中示出本發(fā)明的實(shí)施例4的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖。實(shí)施例4的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部201a與實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部201的不同之處在于代替將傳感器設(shè)置于機(jī)構(gòu)部而將傳感器設(shè)置于臂這一點(diǎn)。在圖8所示的例子中示出代替?zhèn)鞲衅?a(圖7)而對第一臂7設(shè)置第一傳感器3b且對第二臂8設(shè)置第二傳感器3c的例子。向控制部4a輸出由第一傳感器3b和第二傳感器3c檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)。

通過本發(fā)明的實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部，即使在緊急停止時、停電時等無法驅(qū)動電動機(jī)的狀態(tài)下，也能夠使機(jī)器人運(yùn)動為任意的姿勢。

[實(shí)施例5]

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部。圖9中示出本發(fā)明的實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部202與實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部201(圖7)的不同之處在于還具有用于向制動器2a、傳感器3a以及控制部4a供給電力的能夠蓄電的電力供給部5a這一點(diǎn)。實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部中的結(jié)構(gòu)相同，因此省略詳細(xì)的說明。

作為電力供給部5a的例子能夠使用蓄電池、電解電容器等。但是，不限于這樣的例子，也能夠使用其它電力供給部。

在圖9所示的實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部202中，示出將電力供給部5a設(shè)置于控制部4a的內(nèi)部的例子，但也可以將電力供給部5a內(nèi)置于減速機(jī)6，還可以內(nèi)置于第一臂7或第二臂8。

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例5的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部。圖10中示出本發(fā)明的實(shí)施例5的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖。實(shí)施例5的變形例所涉及的機(jī)構(gòu)部202a與實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部202的不同之處在于代替將傳感器設(shè)置于機(jī)構(gòu)部而將傳感器設(shè)置于臂這一點(diǎn)。在圖10所示的例子中示出代替?zhèn)鞲衅?a(圖9)而對第一臂7設(shè)置第一傳感器3b且對第二臂8設(shè)置第二傳感器3c的例子。從電力供給部5a向第一傳感器3b和第二傳感器3c供給電力。向控制部4a輸出由第一傳感器3b和第二傳感器3c檢測出的外部轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部，設(shè)置有電力供給部，因此在停電時也能夠向制動器、傳感器以及控制部各部供給電力。

[實(shí)施例6]

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施例6所涉及的機(jī)器人。圖11中示出本發(fā)明的實(shí)施例6所涉及的機(jī)器人的臂部的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例6所涉及的機(jī)器人302的特征在于具有實(shí)施例4或?qū)嵤├?所涉及的機(jī)構(gòu)部這一點(diǎn)。

作為機(jī)器人302，以使用了多關(guān)節(jié)機(jī)器人的情況為例進(jìn)行說明。在圖11所示的機(jī)器人302的臂部的結(jié)構(gòu)圖中，示出將實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部201設(shè)置多個(201-1、201-2)的例子。第三機(jī)構(gòu)部201-1設(shè)置在第一臂7與第二臂8之間，第四機(jī)構(gòu)部201-2設(shè)置在第二臂8與第三臂9之間。對第一臂7設(shè)置第三電動機(jī)100-1，對第二臂8設(shè)置第四電動機(jī)100-2。

圖11所示的機(jī)器人302中示出設(shè)置有兩個電動機(jī)的例子，但不限于這樣的例子。即，電動機(jī)既可以為一個，也可以為三個以上。并且，在圖11所示的機(jī)器人302中示出實(shí)施例4所涉及的機(jī)構(gòu)部201被設(shè)置多個(201-1、201-2)的例子，但也可以設(shè)置一個或多個實(shí)施例5所涉及的機(jī)構(gòu)部202。

在實(shí)施例6所涉及的機(jī)器人302中，作為傳感器能夠使用壓力傳感器、壓電傳感器等。但是，不限于這樣的例子，也能夠使用其它傳感器。

通過本發(fā)明的實(shí)施例6所涉及的機(jī)器人，即使在緊急停止時、停電時等無法驅(qū)動電動機(jī)的狀態(tài)下，也能夠使機(jī)器人運(yùn)動為任意的姿勢。