JP7746430B2 - Driving device, robot, control method, detection device, article manufacturing method, processing method, program, and recording medium - Google Patents
Driving device, robot, control method, detection device, article manufacturing method, processing method, program, and recording mediumInfo
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Description
本発明は、多関節ロボットのロボットアームなどに用いる関節装置に関する。特に、減速機を備え、その出力側のトルクと角度を計測するためのセンサを有する関節装置に関する。 The present invention relates to a joint device used in the robot arm of an articulated robot. In particular, it relates to a joint device equipped with a reducer and a sensor for measuring the torque and angle on the output side.
従来から、多関節ロボット等の回転関節で用いられる関節装置においては、モータの回転を減速機で減速して出力軸に伝達し、出力軸を回転させている。出力軸の回転を制御するには、モータの回転軸に設けたエンコーダの出力やモータに流れる電流を測定し、モータの駆動にフィードバックすることが一般的に行われていた。しかし、こうした方法では、減速機の摩擦力、粘性力、バックラッシュ、ガタなどの影響を受けるので、出力軸の回転を高精度に制御することは困難であった。 Conventionally, in joint devices used in rotary joints such as articulated robots, the rotation of a motor is reduced by a reducer and transmitted to the output shaft, causing the output shaft to rotate. To control the rotation of the output shaft, it is common to measure the output of an encoder attached to the motor's rotating shaft or the current flowing through the motor, and provide feedback to the motor's drive. However, this method is affected by factors such as friction, viscous forces, backlash, and play in the reducer, making it difficult to control the rotation of the output shaft with high precision.
そこで、モータの回転軸の角度やモータに流れる電流に加え、減速機の出力側の角度と出力軸に伝わるトルクを測定してモータにフィードバックする制御方法が試みられている。
例えば、特許文献1には、減速機の出力側にトルクセンサとエンコーダの両方を備えた関節装置が開示されている。モータの回転軸を減速機の入力軸に結合してモータの回転を減速機に伝達し、減速機の出力側のフレクスプラインを出力軸に結合する。モータ回転軸にモータ制御用エンコーダを設け、かつ減速機出力軸には出力軸エンコーダとトルクセンサを設ける。
Therefore, a control method has been attempted in which, in addition to measuring the angle of the motor's rotating shaft and the current flowing through the motor, the angle on the output side of the reducer and the torque transmitted to the output shaft are measured and fed back to the motor.
For example, Patent Document 1 discloses a joint device equipped with both a torque sensor and an encoder on the output side of a reducer. The rotating shaft of a motor is connected to the input shaft of the reducer to transmit the rotation of the motor to the reducer, and a flexspline on the output side of the reducer is connected to the output shaft. A motor control encoder is provided on the rotating shaft of the motor, and an output shaft encoder and a torque sensor are provided on the output shaft of the reducer.
モータ制御用エンコーダはモータ回転軸の回転を検出し、出力軸エンコーダは減速機出力軸の回転角を検出する。減速機出力軸に設けられたトルクセンサは、センサ膜の磁気抵抗を測定してトルクに換算することにより、負荷からの反力で減速機出力軸に生じるねじれトルクを検出する。そして、これらのセンサが検出した検出信号をもとに、モータのドライバ側にフィードバックする。この工夫により、減速機のバックラッシュ等のガタやヒステリシス特性による出力軸の制御精度の低下を軽減する。 The motor control encoder detects the rotation of the motor's rotating shaft, and the output shaft encoder detects the rotation angle of the reducer output shaft. A torque sensor attached to the reducer output shaft measures the magnetic resistance of the sensor film and converts it into torque, thereby detecting the torsional torque generated on the reducer output shaft due to the reaction force from the load. The detection signals detected by these sensors are then fed back to the motor driver. This technique reduces the reduction in control accuracy of the output shaft caused by backlash and other play in the reducer, as well as hysteresis characteristics.
しかしながら、特許文献1に記載された関節装置では、以下に述べるように、センサの検出精度や装置サイズの点で課題があった。
(1)トルクセンサの精度を高くできない。
トルクセンサには、歪ゲージや磁歪効果を用いたものが知られているが、これらのセンサは測定範囲に対する分解能の比、すなわちダイナミックレンジを高くすることが困難である。つまり、測定範囲を広くしようとすると、分解能が低下してしまう。
多関節ロボットに応用する場合は、アームの自重や搬送品の重量を支えるために根元の関節には大きなトルクがかかる。例えば、全長が500mmの小型ロボットにおいてさえも、一般的には50Nm程度のトルクがかかる。歪ゲージや磁歪効果を用いたトルクセンサでは、例えば1000レベルにわたるダイナミックレンジを設定できたとしても、50mNmの分解能しか確保できない。このため、こうしたトルクセンサを用いたとしても、多関節ロボットを高精度に力制御することは困難で、実用性能が限られる。
However, the joint device described in Patent Document 1 has problems in terms of the detection accuracy of the sensor and the size of the device, as will be described below.
(1) The accuracy of the torque sensor cannot be increased.
Although strain gauges and magnetostrictive torque sensors are known, it is difficult to increase the dynamic range, or the ratio of resolution to measurement range, with these sensors. In other words, increasing the measurement range results in a decrease in resolution.
When applied to an articulated robot, a large torque is applied to the base joint in order to support the weight of the arm itself and the weight of the load being carried. For example, even a small robot with a total length of 500 mm generally experiences a torque of about 50 Nm. Torque sensors using strain gauges or magnetostrictive effects can only ensure a resolution of 50 mNm, even if a dynamic range of, for example, 1000 levels can be set. For this reason, even with such torque sensors, it is difficult to control the force of an articulated robot with high precision, limiting its practical performance.
(2)高精度なトルクセンサは小型化が困難で、しかもコストが高い。
歪ゲージ等の代わりに弾性体の変形を利用したトルクセンサを採用することも考えられるが、弾性体には、検出するトルクの方向にだけ柔軟で他の方向成分については硬いこと、すなわち剛性比が高い形状であることが求められる。剛性比を高める設計をするには構造設計のパラメータの数が多いほうが有利であるが、一般にパラメータ数が多い構造設計をすると弾性体の形状が複雑になり、小型化が困難になる。さらに、形状が複雑になると、製造コストが高くなるし、場合によっては、機械加工等の一般的な加工方法では実現するのが困難なこともある。
(2) High-precision torque sensors are difficult to miniaturize and are expensive.
It is possible to use a torque sensor that utilizes the deformation of an elastic body instead of a strain gauge, but the elastic body must be flexible only in the direction of the torque to be detected and rigid in other directional components, i.e., it must have a shape with a high rigidity ratio. A design with a large number of structural design parameters is advantageous for increasing the rigidity ratio, but a structural design with a large number of parameters generally results in a complex shape of the elastic body, making miniaturization difficult. Furthermore, a complex shape increases manufacturing costs, and in some cases, it may be difficult to achieve using common processing methods such as machining.
以上のような点から、減速機を備える関節装置において、出力側のトルクと回転角度を高精度に検出することが可能で、しかも小型の関節装置の実現が期待されていた。 For these reasons, there has been a desire to develop a joint device equipped with a reducer that is capable of detecting the output torque and rotation angle with high accuracy, while also being compact.
本発明の一態様は、固定部材に設けられたモータと、前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、を備える駆動装置であって、前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得する、ことを特徴とする駆動装置である。
また、本発明の別の一態様は、固定部材に設けられたモータと、前記モータの駆動を減速する減速機と、前記モータと前記減速機によって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、を備える駆動装置であって、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得する、ことを特徴とする駆動装置である。
One aspect of the present invention is a drive device comprising: a motor provided on a fixed member; a support member driven by the motor and moving relative to the fixed member; and an output member connected to the support member by an elastic body and movable relative to the support member, wherein the fixed member or the support member has a first scale on one side and a first sensor on the other side; the fixed member or the output member has a second scale on one side and a second sensor on the other side; the fixed member or the support member and the output member are provided with a substrate, the first sensor and the second sensor are provided on the substrate, the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale, the first sensor and the second sensor are provided on surfaces of the substrate facing the first scale and the second scale, and the drive device is characterized in that the first scale and the first sensor are used to acquire the relative displacement between the fixed member and the support member, and the second scale and the second sensor are used to acquire the relative displacement between the fixed member and the output member.
Another aspect of the present invention is a drive device comprising: a motor provided on a fixed member; a reducer that decelerates the drive of the motor; an output member driven by the motor and the reducer and moving relative to the fixed member; and a support member provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body, the support member being movable relative to the fixed member, wherein the fixed member or the output member has a first scale on one side and a first sensor on the other side; the support member or the output member has a second scale on one side and a second sensor on the other side; the output member or the fixed member and the support member has a substrate provided on it, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate , the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale; the drive device is characterized in that the first scale and the first sensor are used to obtain a relative displacement between the fixed member and the output member, and the second scale and the second sensor are used to obtain a relative displacement between the output member and the support member.
また、本発明の別の一態様は、固定部材に設けられたモータと、前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、制御部と、を備える駆動装置の制御方法であって、前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、前記制御部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記モータを制御する、ことを特徴とする制御方法である。
また、本発明の別の一態様は、固定部材に設けられたモータと、前記モータの駆動を減速する減速機と、前記モータと前記減速機によって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、制御部と、を備える駆動装置の制御方法であって、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記モータを制御する、ことを特徴とする制御方法である。
Another aspect of the present invention is a control method for a drive device including a motor provided on a fixed member, a support member driven by the motor and movable relative to the fixed member, an output member connected to the support member by an elastic body and movable relative to the support member, and a control unit, wherein a first scale is provided on one of the fixed member or the support member and a first sensor is provided on the other, a second scale is provided on one of the fixed member or the output member and a second sensor is provided on the other, and a substrate is provided on the fixed member or the support member and the output member, and the first sensor and the a second sensor is provided, the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale, the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale and the second scale, and the control unit acquires a relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, acquires a relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor, and controls the motor based on the acquired results.
Another aspect of the present invention is a control method for a drive device including a motor provided on a fixed member, a reducer that reduces the speed of the motor, an output member that is driven by the motor and the reducer and moves relative to the fixed member, a support member that is provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body and is movable relative to the fixed member, and a control unit, wherein the fixed member or the output member has a first scale provided on one side and a first sensor provided on the other side, the support member or the output member has a second scale provided on one side and a second sensor provided on the other side, and a substrate is provided on the output member, or on the fixed member and the support member, the first sensor and the second sensor are provided on the substrate, the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale; the first scale and the first sensor are used to obtain a relative displacement between the fixed member and the output member, and the second scale and the second sensor are used to obtain a relative displacement between the output member and the support member, and the motor is controlled based on the obtained results.
また、本発明の別の一態様は、モータの駆動により移動し、トルクを出力する出力部材における前記トルクに関する情報を検出する検出装置であって、前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、処理部と、を備え、前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、ことを特徴とする検出装置である。
また、本発明の別の一態様は、モータと前記モータの駆動を減速する減速機との駆動により移動し、トルクを出力する出力部材における前記トルクに関する情報を検出する検出装置であって、前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータと前記減速機によって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、処理部と、を備え、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、ことを特徴とする検出装置である。
Another aspect of the present invention is a detection device that detects information about torque in an output member that moves when driven by a motor and outputs torque, the detection device comprising: a fixed member on which the motor is mounted; a support member that is driven by the motor and moves relative to the fixed member; an output member that is connected to the support member by an elastic body and is movable relative to the support member; and a processing unit, wherein a first scale is mounted on one of the fixed member or the support member and a first sensor is mounted on the other of the fixed member or the output member; a second scale is mounted on one of the fixed member or the output member and a second sensor is mounted on the other of the fixed member or the support member; and a substrate is mounted on the fixed member, the support member, and the output member. a detection device including a substrate mounted on the substrate, the first sensor and the second sensor being provided on the substrate, the first sensor being provided on the substrate so as to face the first scale, the second sensor being provided on the substrate so as to face the second scale, the first sensor and the second sensor being provided on surfaces of the substrate facing the first scale and the second scale, and the processing unit obtaining a relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, obtaining a relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor, and obtaining information related to the torque based on the obtained results.
Another aspect of the present invention is a detection device that detects information about torque in an output member that moves by being driven by a motor and a reducer that decelerates the drive of the motor and outputs torque, the detection device comprising: a fixed member on which the motor is provided; an output member that is driven by the motor and the reducer and moves relative to the fixed member; a support member that is provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body and is movable relative to the fixed member; and a processing unit; a first scale is provided on one of the fixed member or the output member and a first sensor is provided on the other; a second scale is provided on one of the support member or the output member and a second sensor is provided on the other;
a substrate is provided on the output member or the fixed member and the support member, the first sensor and the second sensor are provided on the substrate, the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale; the processing unit uses the first scale and the first sensor to acquire the relative displacement between the fixed member and the output member, and uses the second scale and the second sensor to acquire the relative displacement between the output member and the support member, and acquires information about the torque based on the acquired results.
また、本発明の別の一態様は、モータの駆動により移動し、トルクを出力する出力部材における前記トルクに関する情報を検出する検出装置の処理方法であって、前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、処理部と、を備え、前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、
前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、ことを特徴とする処理方法である。
また、本発明の別の一態様は、モータと前記モータの駆動を減速する減速機との駆動により移動し、トルクを出力する出力部材における前記トルクに関する情報を検出する検出装置の処理方法であって、前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータと前記減速機とによって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、処理部と、を備え、前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、ことを特徴とする処理方法である。
Another aspect of the present invention is a processing method for a detection device that detects information about torque in an output member that moves when driven by a motor and outputs torque, the detection device comprising: a fixed member on which the motor is provided; a support member that is driven by the motor and moves relative to the fixed member; an output member that is connected to the support member by an elastic body and is movable relative to the support member; and a processing unit, wherein a first scale is provided on one side of the fixed member or the support member and a first sensor is provided on the other side of the fixed member or the output member; a second scale is provided on one side of the fixed member or the output member and a second sensor is provided on the other side of the fixed member or the support member; a substrate is provided on the fixed member or the support member and the output member, the first sensor and the second sensor are provided on the substrate, the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale, and the first sensor and the second sensor are provided on surfaces of the substrate that face the first scale and the second scale,
The processing method is characterized in that the processing unit acquires the relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, acquires the relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor, and acquires information about the torque based on the acquired results.
Another aspect of the present invention is a processing method for a detection device that detects information about torque in an output member that moves by being driven by a motor and a reducer that decelerates the drive of the motor and outputs torque, the detection device comprising: a fixed member on which the motor is provided; an output member that is driven by the motor and the reducer and moves relative to the fixed member; a support member that is provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body and is movable relative to the fixed member; and a processing unit; a first scale is provided on one of the fixed member or the output member and a first sensor is provided on the other; and a second scale is provided on one of the support member or the output member. a first sensor is provided on one side and a second sensor is provided on the other side; a substrate is provided on the output member or the fixed member and the support member, the first sensor and the second sensor are provided on the substrate, the first sensor is provided on the substrate so as to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate so as to face the second scale; the processing unit obtains a relative displacement between the fixed member and the output member using the first scale and the first sensor, obtains a relative displacement between the output member and the support member using the second scale and the second sensor, and obtains information related to the torque based on the obtained results.
本発明は、減速機を備え、出力側のトルクと回転角度を高精度に検出することが可能で、しかも小型の関節装置を提供できる。 The present invention provides a compact joint device that is equipped with a reducer and is capable of detecting output torque and rotation angle with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態である関節装置について説明する。尚、以下の実施形態及び実施例の説明において参照する図面においては、特に但し書きがない限り、同一の機能を有する部材については同一の参照番号を付して示すものとする。 The following describes an embodiment of the joint device of the present invention, with reference to the drawings. Note that in the drawings referred to in the following description of the embodiment and examples, components having the same functions will be designated by the same reference numerals unless otherwise specified.
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1である関節装置の構成を示す模式図である。図1において、1は固定部材、2は減速機、3は支持部材、4は弾性体、5は出力部材、13はモータである。例えばロボット装置等において、リンク同士を接続する関節として本実施形態の関節装置を用いる場合には、一方のリンクが固定部材1に取り付けられ、他方のリンクが出力部材5に取り付けられる。
固定部材1には、モータ13のシャーシと、減速機2のシャーシが固定されている。モータ13の出力軸は減速機2の入力軸と結合され、減速機2の出力軸は支持部材3に結合されている。支持部材3は、弾性体4を介して出力部材5に結合されている。
[Embodiment 1]
1 is a schematic diagram showing the configuration of a joint device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fixed member, 2 denotes a reducer, 3 denotes a support member, 4 denotes an elastic body, 5 denotes an output member, and 13 denotes a motor. For example, in a robot device or the like, when the joint device according to this embodiment is used as a joint connecting links, one link is attached to the fixed member 1 and the other link is attached to the output member 5.
A chassis of a motor 13 and a chassis of a reducer 2 are fixed to a fixed member 1. The output shaft of the motor 13 is connected to the input shaft of the reducer 2, and the output shaft of the reducer 2 is connected to a support member 3. The support member 3 is connected to an output member 5 via an elastic body 4.
モータを駆動してその出力軸を回転(R1)させると、減速機2の出力軸が減速比に応じて回転(R2)し、回転力が支持部材3に伝達される(R1>R2)。支持部材3に伝達された回転力は、弾性体4を介して出力部材5に伝達され、出力部材5を回転させる。その際には、弾性体4はねじり剛性(K)を有する弾性体であるため、出力部材に伝達されるトルクに応じて変形する。すなわち、固定部材1に対する支持部材3の回転角と、固定部材1に対する出力部材5の回転角には、弾性体4の変形に応じた差異が生ずる。 When the motor is driven to rotate its output shaft ( R1 ), the output shaft of the reducer 2 rotates ( R2 ) in accordance with the reduction ratio, and the rotational force is transmitted to the support member 3 ( R1 > R2 ). The rotational force transmitted to the support member 3 is transmitted to the output member 5 via the elastic body 4, causing the output member 5 to rotate. At that time, because the elastic body 4 has torsional rigidity (K), it deforms in accordance with the torque transmitted to the output member. In other words, a difference occurs between the rotational angle of the support member 3 relative to the fixed member 1 and the rotational angle of the output member 5 relative to the fixed member 1 in accordance with the deformation of the elastic body 4.
本実施形態では、固定部材1には、支持部材3と対向する位置に回転角測定用センサ8aが、出力部材5と対向する位置には回転角測定用センサ8bが設けられている。また、支持部材3には回転角測定用センサ8aと対向する位置に回転角測定用スケール7aが設けられ、出力部材5には回転角測定用センサ8bと対向する位置に回転角測定用スケール7bが設けられている。
すなわち、固定部材に対する減速機の出力軸の回転角測定用に、回転角測定用センサ8aと回転角測定用スケール7aが設置され、固定部材に対する出力部材の回転角測定用に、回転角測定用センサ8bと回転角測定用スケール7bが設置されている。これらのセンサを用いて対向するスケールを観測することにより、回転角を測定することができる。
In this embodiment, the fixed member 1 is provided with a rotation angle measuring sensor 8a at a position facing the support member 3, and a rotation angle measuring sensor 8b at a position facing the output member 5. In addition, the support member 3 is provided with a rotation angle measuring scale 7a at a position facing the rotation angle measuring sensor 8a, and the output member 5 is provided with a rotation angle measuring scale 7b at a position facing the rotation angle measuring sensor 8b.
That is, a rotation angle measuring sensor 8a and a rotation angle measuring scale 7a are provided to measure the rotation angle of the output shaft of the reducer relative to the fixed member, and a rotation angle measuring sensor 8b and a rotation angle measuring scale 7b are provided to measure the rotation angle of the output member relative to the fixed member. The rotation angle can be measured by observing the opposing scales using these sensors.
本実施形態では、モータを駆動してその出力軸を回転させた時に、回転角測定用センサ8aと回転角測定用スケール7aを用いて、固定部材に対する減速機の出力軸の回転角E1、すなわち固定部材に対する支持部材3の回転角E1を測定する。また、回転角測定用センサ8bと回転角測定用スケール7bを用いて、固定部材に対する出力部材の回転角E2を測定する。
そして、弾性部のねじり剛性をKとすると、出力部材5に伝達されるトルクTを、T=K×(E1-E2)の関係を用いて求める。この演算は、関節装置が備える演算部が行ってもよいし、関節装置が実装されているロボット等の制御部が行ってもよい。あるいは、回転角E1と回転角E2の測定値の組み合わせについてトルクTの演算結果を予めテーブルとして記憶装置に記憶させておき、測定の都度、テーブルからトルクTを読み出してもよい。
In this embodiment, when the motor is driven to rotate its output shaft, the rotation angle E1 of the output shaft of the reducer relative to the fixed member, i.e., the rotation angle E1 of the support member 3 relative to the fixed member, is measured using the rotation angle measuring sensor 8a and the rotation angle measuring scale 7a. In addition, the rotation angle E2 of the output member relative to the fixed member is measured using the rotation angle measuring sensor 8b and the rotation angle measuring scale 7b.
If the torsional rigidity of the elastic section is K, then the torque T transmitted to the output member 5 is found using the relationship T = K × ( E1 - E2 ). This calculation may be performed by a calculation unit included in the joint device, or by a control unit of a robot or the like in which the joint device is implemented. Alternatively, the calculation results of torque T for combinations of measured values of rotation angles E1 and E2 may be stored in advance as a table in a storage device, and torque T may be read from the table each time a measurement is made.
尚、図1では、固定部材1に回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bが、支持部材3に回転角測定用スケール7aが、出力部材5に回転角測定用スケール7bが設けられている。回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bは共に固定部材1に実装されるので、両方のセンサを単一の電気回路基板に実装することも可能である。 In Figure 1, rotation angle measurement sensor 8a and rotation angle measurement sensor 8b are provided on fixed member 1, rotation angle measurement scale 7a is provided on support member 3, and rotation angle measurement scale 7b is provided on output member 5. Since rotation angle measurement sensor 8a and rotation angle measurement sensor 8b are both mounted on fixed member 1, it is also possible to mount both sensors on a single electrical circuit board.
また、実施形態1は、図1の例に限られるものではない。すなわち、固定部材1に回転角測定用スケール7aと回転角測定用スケール7bを、支持部材3に回転角測定用センサ8aを、出力部材5に回転角測定用センサ8bを設けてもよい。この場合には、回転角測定用スケール7aと回転角測定用スケール7bは共に固定部材1に実装されるので、両方のスケールを一体化して実装することも可能である。 Furthermore, embodiment 1 is not limited to the example shown in Figure 1. That is, rotation angle measurement scale 7a and rotation angle measurement scale 7b may be provided on fixed member 1, rotation angle measurement sensor 8a may be provided on support member 3, and rotation angle measurement sensor 8b may be provided on output member 5. In this case, since both rotation angle measurement scale 7a and rotation angle measurement scale 7b are mounted on fixed member 1, it is also possible to mount both scales as an integrated unit.
本実施形態の関節装置は、固定部材に対する減速機の出力軸の回転角E1、固定部材に対する出力部材の回転角E2、出力部材に伝達されるトルクTを、高精度に計測でき、しかも小型である。 The joint device of this embodiment is compact and can measure with high accuracy the rotation angle E 1 of the output shaft of the reducer relative to the fixed member, the rotation angle E 2 of the output member relative to the fixed member, and the torque T transmitted to the output member.
次に、本実施形態の関節装置を、リンクを結合する関節部に用いたロボット装置の実施形態について説明する。一例として、図10に6軸多関節ロボット装置100を示す。本実施形態の関節装置を、リンク200~リンク206を直列に接続する6つの回転関節J1~回転関節J6に取付け、それぞれのリンク間においてトルクを伝達しながら、各関節の回転角度と、各関節を介して伝達されるトルクを測定する。 Next, we will explain an embodiment of a robot device in which the joint device of this embodiment is used in the joints that connect links. As an example, Figure 10 shows a six-axis articulated robot device 100. The joint device of this embodiment is attached to six rotary joints J1 to J6 that connect links 200 to 206 in series, and while torque is transmitted between each link, the rotation angle of each joint and the torque transmitted through each joint are measured.
先端のリンク206には、作業用途に応じたツール、例えばロボットハンド210を取付ける。ロボットハンド210に外力Fがかかると、回転関節J1~回転関節J6の各々にかかるトルクが変化するので、それを関節装置のトルクセンサで読み取り、制御装置101で回転関節J1~回転関節J6を制御する。この制御は力制御と呼ばれており、例えば、検出した力の方向に動くように制御すれば、動作の柔軟性を発揮する事ができる。この機能は、例えば組立ロボットのように、手先にかかる外力に応じて動作を制御するロボットにおいては、有用性の高い機能である。制御装置101には、ティーチングペンダント102が接続されており、操作者が動作などを指示する。 A tool appropriate for the task, such as a robot hand 210, is attached to the link 206 at the tip. When an external force F is applied to the robot hand 210, the torque applied to each of the rotary joints J1 to J6 changes. This is read by a torque sensor in the joint device, and the control device 101 controls the rotary joints J1 to J6. This control is called force control, and by controlling the robot to move in the direction of the detected force, for example, it is possible to achieve flexibility in movement. This function is highly useful in robots that control their movement in response to external forces applied to the hand, such as assembly robots. A teaching pendant 102 is connected to the control device 101, allowing the operator to instruct the robot on movements, etc.
本実施形態の関節装置を備えたロボットの制御装置101は、回転関節J1~回転関節J6の各々について、モータの回転角度と駆動電流に加え、減速機出力側の角度と、出力軸に伝わるトルクを測定してモータにフィードバックすることができる。この制御により、ロボットの位置決め制御と力制御の精度を向上できる。もちろん、本実施形態の関節装置を備えたロボットは、図10の形態に限られるものではなく、軸数も6軸には限らない。 The control device 101 of a robot equipped with the joint device of this embodiment can measure the motor rotation angle and drive current for each of the rotary joints J1 to J6, as well as the angle on the output side of the reducer and the torque transmitted to the output shaft, and provide feedback to the motor. This control can improve the accuracy of the robot's positioning control and force control. Of course, a robot equipped with the joint device of this embodiment is not limited to the configuration shown in Figure 10, and the number of axes is not limited to six.
[実施形態2]
図7は、本発明の実施形態2である関節装置の構成を示す模式図である。図7において、1は固定部材、2は減速機、3は支持部材、4は弾性体、5は出力部材、13はモータである。例えばロボット装置等において、リンク同士を接続する関節として本実施形態の関節装置を用いる場合には、一方のリンクが固定部材1に取り付けられ、他方のリンクが出力部材5に取り付けられる。
固定部材1には、モータ13のシャーシと、弾性体4の一端が固定されている。モータ13の出力軸は減速機2の入力軸と結合され、減速機2の出力軸は出力部材5に結合されている。減速機2のシャーシは支持部材3に固定され、支持部材3は弾性体4を介して固定部材1に結合されている。
[Embodiment 2]
7 is a schematic diagram showing the configuration of a joint device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a fixed member, 2 denotes a reducer, 3 denotes a support member, 4 denotes an elastic body, 5 denotes an output member, and 13 denotes a motor. For example, in a robot device or the like, when the joint device of this embodiment is used as a joint connecting links, one link is attached to the fixed member 1 and the other link is attached to the output member 5.
A chassis of a motor 13 and one end of an elastic body 4 are fixed to the fixed member 1. The output shaft of the motor 13 is connected to the input shaft of a reducer 2, and the output shaft of the reducer 2 is connected to an output member 5. The chassis of the reducer 2 is fixed to a support member 3, and the support member 3 is connected to the fixed member 1 via the elastic body 4.
モータを駆動してその出力軸を回転(R1)させると、回転力が減速機2の入力軸に伝達され、減速機2の出力軸が減速比に応じて回転(R2)し、回転力が出力部材5に伝達される(R1>R2)。減速機2を介して出力部材5にトルクを伝達する際には、弾性体4はねじり剛性(K)を有する弾性体であるため、減速機2のシャーシが受ける反作用により、伝達されるトルクに応じて弾性体4は変形する。すなわち、固定部材1に対する出力部材5の回転角と、支持部材3に対する出力部材5の回転角には、弾性体4の変形に応じた差異が生ずる。 When the motor is driven to rotate its output shaft ( R1 ), the rotational force is transmitted to the input shaft of the reducer 2, the output shaft of the reducer 2 rotates ( R2 ) in accordance with the reduction ratio, and the rotational force is transmitted to the output member 5 ( R1 > R2 ). When torque is transmitted to the output member 5 via the reducer 2, the elastic body 4 has torsional rigidity (K), and therefore deforms in accordance with the transmitted torque due to the reaction acting on the chassis of the reducer 2. In other words, a difference occurs between the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1 and the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3 in accordance with the deformation of the elastic body 4.
本実施形態では、固定部材1には、出力部材5と対向する位置に回転角測定用センサ8bが設けられている。また、支持部材3には、出力部材5と対向する位置には回転角測定用センサ8aが設けられている。そして、出力部材5には、回転角測定用センサ8aと対向する位置に回転角測定用スケール7aが、回転角測定用センサ8bと対向する位置に回転角測定用スケール7bが設けられている。
すなわち、固定部材に対する出力部材の回転角測定用に、回転角測定用センサ8bと回転角測定用スケール7bが設置され、支持部材に対する出力部材の回転角測定用に、回転角測定用センサ8aと回転角測定用スケール7aが設置されている。これらのセンサを用いて対向するスケールを観測することにより、回転角を測定することができる。
In this embodiment, the fixed member 1 is provided with a rotation angle measuring sensor 8b at a position facing the output member 5. The support member 3 is provided with a rotation angle measuring sensor 8a at a position facing the output member 5. The output member 5 is provided with a rotation angle measuring scale 7a at a position facing the rotation angle measuring sensor 8a, and a rotation angle measuring scale 7b at a position facing the rotation angle measuring sensor 8b.
That is, a rotation angle measuring sensor 8b and a rotation angle measuring scale 7b are provided to measure the rotation angle of the output member relative to the fixed member, and a rotation angle measuring sensor 8a and a rotation angle measuring scale 7a are provided to measure the rotation angle of the output member relative to the support member. The rotation angle can be measured by observing the opposing scales using these sensors.
本実施形態では、モータを駆動してその出力軸を回転させた時に、回転角測定用センサ8aと回転角測定用スケール7aを用いて、支持部材3に対する減速機の出力軸の回転角E3、すなわち支持部材3に対する出力部材5の回転角E3を測定する。また、回転角測定用センサ8bと回転角測定用スケール7bを用いて、固定部材1に対する出力部材5の回転角E4を測定する。
そして、出力部材5に伝達されるトルクTは、弾性部のねじり剛性をKとすると、T=K×(E3-E4)の関係を用いて求める。この演算は、関節装置が備える演算部が行ってもよいし、関節装置が実装されているロボット等の制御部が行ってもよい。あるいは、回転角E3と回転角E4の測定値の組み合わせについてトルクTの演算結果を予めテーブルとして記憶装置に記憶させておき、測定の都度、テーブルからトルクTを読み出してもよい。
In this embodiment, when the motor is driven to rotate its output shaft, the rotation angle E3 of the output shaft of the reducer relative to the support member 3, i.e., the rotation angle E3 of the output member 5 relative to the support member 3, is measured using the rotation angle measuring sensor 8a and the rotation angle measuring scale 7a. In addition, the rotation angle E4 of the output member 5 relative to the fixed member 1 is measured using the rotation angle measuring sensor 8b and the rotation angle measuring scale 7b .
The torque T transmitted to the output member 5 is found using the relationship T = K × ( E3 - E4 ), where K is the torsional rigidity of the elastic section. This calculation may be performed by a calculation unit included in the joint device, or by a control unit of a robot or the like in which the joint device is implemented. Alternatively, the calculation results of torque T for combinations of measured values of rotation angles E3 and E4 may be stored in advance as a table in a storage device, and torque T may be read from the table each time a measurement is made.
尚、図7では、出力部材5に回転角測定用スケール7aと回転角測定用スケール7bが、支持部材3に回転角測定用センサ8aが、固定部材1に回転角測定用センサ8bが設けられている。回転角測定用スケール7aと回転角測定用スケール7bが共に出力部材5に実装されるので、両方のスケールを一体化して実装することも可能である。 In Figure 7, rotation angle measurement scale 7a and rotation angle measurement scale 7b are provided on the output member 5, rotation angle measurement sensor 8a is provided on the support member 3, and rotation angle measurement sensor 8b is provided on the fixed member 1. Since both rotation angle measurement scale 7a and rotation angle measurement scale 7b are mounted on the output member 5, it is also possible to mount both scales as an integrated unit.
また、実施形態2は、図7の例に限られるものではない。すなわち、出力部材5に回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bを、支持部材3に回転角測定用スケール7aを、固定部材1に回転角測定用スケール7bを設けてもよい。この場合には、回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bが共に出力部材5に実装されるので、単一の電気回路基板にセンサを実装することも可能である。 Furthermore, embodiment 2 is not limited to the example shown in Figure 7. That is, rotation angle measurement sensor 8a and rotation angle measurement sensor 8b may be provided on output member 5, rotation angle measurement scale 7a may be provided on support member 3, and rotation angle measurement scale 7b may be provided on fixed member 1. In this case, because rotation angle measurement sensor 8a and rotation angle measurement sensor 8b are both mounted on output member 5, it is also possible to mount the sensors on a single electrical circuit board.
本実施形態の関節装置は、支持部材3に対する減速機の出力軸の回転角E3、固定部材1に対する出力部材5の回転角E4、出力部材に伝達されるトルクを、高精度に計測でき、しかも小型である。
本実施形態の関節装置も、実施形態1と同様に、各種のロボットのリンクを結合する関節部等に用いることができる。
The joint device of this embodiment can measure with high accuracy the rotation angle E 3 of the output shaft of the reducer relative to the support member 3, the rotation angle E 4 of the output member 5 relative to the fixed member 1, and the torque transmitted to the output member, and is compact.
The joint device of this embodiment, like the first embodiment, can be used in joints that connect links of various robots.
[実施例1]
実施形態1の具体的な例として、実施例1を示す。
図2は、実施例1の関節装置の構成を示す断面図である。尚、関節装置に付帯する配線や配管等は、図示を省略している。
[Example 1]
Example 1 will be described as a specific example of the first embodiment.
2 is a cross-sectional view showing the configuration of the joint device of Example 1. Note that wiring, piping, and the like associated with the joint device are omitted from the illustration.
(固定部材)
剛体である固定部材1には、モータ13が不図示のボルトで固定されている。また、固定部材1には、減速機固定軸18(サーキュラースプライン)が固定されている。また、固定部材1には減速機のクロスローラベアリング20が固定され、クロスローラベアリング20を介して回転軸19(減速機の出力軸)が回転可能に保持されている。固定部材1には、回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bが搭載された基板9が固定されている。
関節装置を、例えばロボットアームのリンクを接続する関節として用いる場合には、固定部材1は一方のリンクに固定される。
(Fixing member)
A motor 13 is fixed to the fixed member 1, which is a rigid body, with bolts (not shown). A speed reducer fixed shaft 18 (circular spline) is also fixed to the fixed member 1. A cross roller bearing 20 of the speed reducer is also fixed to the fixed member 1, and a rotating shaft 19 (output shaft of the speed reducer) is rotatably held via the cross roller bearing 20. A substrate 9 on which rotation angle measurement sensors 8a and 8b are mounted is fixed to the fixed member 1.
When the articulated device is used as a joint for connecting links of a robot arm, for example, the fixed member 1 is fixed to one of the links.
(減速機)
本実施例で用いる減速機は波動歯車減速機と呼ばれるもので、減速機入力軸16(ウェーブジェネレータ)、減速機出力軸17(フレクスプライン)、減速機固定軸18(サーキュラースプライン)の3つの主要部品から構成される。
減速機入力軸16は、転がり軸受けを有する楕円カムである。減速機出力軸17は、カップ形状をした楕円変形する外歯車である。減速機固定軸18は、減速機出力軸とは歯数の異なる内歯車である。減速機入力軸16は、減速機出力軸17(フレクスプライン)を楕円カムの長径両端の2箇所で押し広げて減速機固定軸18(サーキュラースプライン)と噛み合わせる。このとき、両者の歯数が異なるので、減速機入力軸が1回転したとき、減速機固定軸に対して減速機出力軸が歯数の差だけ回転する。
(reduction gear)
The reducer used in this embodiment is called a wave gear reducer, and is composed of three main components: a reducer input shaft 16 (wave generator), a reducer output shaft 17 (flexspline), and a reducer fixed shaft 18 (circular spline).
The reducer input shaft 16 is an elliptical cam with a rolling bearing. The reducer output shaft 17 is an external gear with a cup shape that deforms elliptically. The reducer fixed shaft 18 is an internal gear with a different number of teeth from the reducer output shaft. The reducer input shaft 16 pushes the reducer output shaft 17 (flexspline) apart at two points on both ends of the major axis of the elliptical cam to mesh with the reducer fixed shaft 18 (circular spline). Because the numbers of teeth on both shafts are different, when the reducer input shaft rotates once, the reducer output shaft rotates by the difference in the number of teeth relative to the reducer fixed shaft.
モータの出力軸15を減速機入力軸16に接続し、減速機固定軸18を固定部材1に固定し、減速機出力軸17を回転軸19に固定する。この構成により、モータ13の出力軸15が回転すると、減速機入力軸16が回転し、固定部材1に対して減速機の出力軸である回転軸19が減速された回転速度で回転する。 The motor output shaft 15 is connected to the reducer input shaft 16, the reducer fixed shaft 18 is fixed to the fixed member 1, and the reducer output shaft 17 is fixed to the rotating shaft 19. With this configuration, when the output shaft 15 of the motor 13 rotates, the reducer input shaft 16 rotates, and the rotating shaft 19, which is the output shaft of the reducer, rotates at a reduced rotational speed relative to the fixed member 1.
(トルクと角度の測定系)
減速機の出力軸である回転軸19は、支持部材3に接続されている。支持部材3は弾性体4の一端と接続され、弾性体4の他端は出力部材5と接続されている。したがって、減速機の出力軸が減速比に応じて回転して回転力が支持部材3に伝達されると、回転力は弾性体4を介して出力部材5に伝達され、出力部材5を回転させる。関節装置を、例えばロボットアームのリンクを接続する関節として用いる場合には、出力部材5は、固定部材1が接続されたリンクとは反対側のリンクに固定される。図2の例では、出力部材5はボス部31を介してリンク32に固定されている。
(torque and angle measurement system)
The rotating shaft 19, which is the output shaft of the reducer, is connected to the support member 3. The support member 3 is connected to one end of the elastic body 4, and the other end of the elastic body 4 is connected to the output member 5. Therefore, when the output shaft of the reducer rotates in accordance with the reduction ratio and a rotational force is transmitted to the support member 3, the rotational force is transmitted to the output member 5 via the elastic body 4, causing the output member 5 to rotate. When the joint device is used as a joint that connects the links of a robot arm, for example, the output member 5 is fixed to the link opposite to the link to which the fixed member 1 is connected. In the example of FIG. 2 , the output member 5 is fixed to the link 32 via a boss portion 31.
減速機の出力軸が回転する際には、弾性体4はねじり剛性(K)を有する弾性体であるため、出力部材5に伝達されるトルクに応じて変形する。すなわち、固定部材1に対する支持部材3の回転角と、固定部材1に対する出力部材5の回転角の間には、弾性体4の変形に応じた差異が生ずる。 When the output shaft of the reducer rotates, the elastic body 4 has torsional rigidity (K), so it deforms in accordance with the torque transmitted to the output member 5. In other words, a difference arises between the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1 and the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1 in accordance with the deformation of the elastic body 4.
支持部材3の表面には固定部材1と対向する側に回転角測定用スケール7aが設けられ、出力部材5の表面には固定部材1と対向する側に回転角測定用スケール7bが設けられている。固定部材1に設けられた回転角測定用センサ8aは、支持部材3に配置された回転角測定用スケール7aを計測して固定部材1に対する支持部材3の回転角を測定する。また、固定部材1に設けられた回転角測定用センサ8bは、出力部材5に配置された回転角測定用スケール7bを計測して固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定する。これらのセンサには光学式センサが好適に用いられ、スケールの画像を撮像して変位を測定することができる。尚、このような光学式のエンコーダではなく、磁気式のエンコーダを用いることも可能である。 A rotation angle measurement scale 7a is provided on the surface of the support member 3 facing the fixed member 1, and a rotation angle measurement scale 7b is provided on the surface of the output member 5 facing the fixed member 1. A rotation angle measurement sensor 8a provided on the fixed member 1 measures the rotation angle measurement scale 7a located on the support member 3 to measure the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measurement sensor 8b provided on the fixed member 1 measures the rotation angle measurement scale 7b located on the output member 5 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Optical sensors are preferably used for these sensors, and can capture images of the scales to measure displacement. It is also possible to use a magnetic encoder instead of such an optical encoder.
次に、図3を参照して、弾性体4の構成をさらに詳しく説明する。図2において減速機の出力軸と接続している支持部材3は、図3に内側リング29として示す部位を備えている。また、図2においてリンク32にボス部31を介して固定された出力部材5は、図3に外側リング28として示す部位を備えている。内側リング29と外側リング28は、共に当該関節の回転軸を中心とする同心の円環状部材である。また、図2において支持部材3と出力部材5とを接続している弾性体4は、図3に示すように当該関節の回転軸を中心に放射状に配置された多数の板状弾性体である板ばね30より成る。それぞれの板ばね30の主面が、内側リング29の主面および外側リング28の主面に対して直交するように、板ばね30は内側リング29および外側リング28と接続されている。すなわち、それぞれの板ばね30の主面が当該関節の回転軸と平行になるように配置されているが、板ばねには、主面と交差する方向の曲げ剛性が、主面と平行な方向の曲げ剛性よりも低いという特性がある。従って、図3のように放射状に板ばね30を配置したことにより、全体の剛性は、図中の座標系においてZ軸まわりの回転方向θだけが柔らかく、X軸まわりとY軸まわりの回転方向は硬くなっている。トルクを検出する回転方向θ以外の剛性を高くすることにより、回転方向θのトルクを受けた時に、X軸まわりとY軸まわりの回転方向の変形が小さくなる。このため、トルクセンサ用の弾性体として好適な剛性比が確保されており、測定誤差を小さくすることができる。また、板状ばねを放射状に配置するという単純な構成のため、製造が容易で、比較的小型である。すなわち、トルクと位置を高精度に検出することが可能で、しかも小型化が可能な関節装置を実現している。 Next, the configuration of the elastic body 4 will be explained in more detail with reference to Figure 3. In Figure 2, the support member 3 connected to the output shaft of the reducer has a portion shown as the inner ring 29 in Figure 3. In Figure 2, the output member 5 fixed to the link 32 via the boss portion 31 has a portion shown as the outer ring 28 in Figure 3. The inner ring 29 and the outer ring 28 are both concentric annular members centered on the rotation axis of the joint. In Figure 2, the elastic body 4 connecting the support member 3 and the output member 5 consists of a number of leaf springs 30, which are plate-shaped elastic bodies arranged radially around the rotation axis of the joint, as shown in Figure 3. The leaf springs 30 are connected to the inner ring 29 and the outer ring 28 so that the main surface of each leaf spring 30 is perpendicular to the main surface of the inner ring 29 and the main surface of the outer ring 28. That is, the main surface of each leaf spring 30 is arranged parallel to the rotation axis of the joint. However, leaf springs have the characteristic that their bending stiffness in a direction intersecting the main surface is lower than their bending stiffness in a direction parallel to the main surface. Therefore, by arranging the leaf springs 30 radially as shown in Figure 3, the overall stiffness is soft only in the rotational direction θ around the Z axis in the coordinate system shown in the figure, and stiff in the rotational directions around the X and Y axes. By increasing the stiffness in directions other than the rotational direction θ where torque is detected, deformation in the rotational directions around the X and Y axes when torque in the rotational direction θ is applied is reduced. This ensures an optimal stiffness ratio for an elastic body used in a torque sensor, minimizing measurement error. Furthermore, the simple configuration of radially arranging leaf springs makes it easy to manufacture and relatively compact. In other words, a joint device capable of detecting torque and position with high accuracy and that can be miniaturized is realized.
次に、図4を参照して、回転角測定用センサとスケールの構成をさらに詳しく説明する。
固定部材1に設けられた回転角測定用センサ8aは、支持部材3に配置された回転角測定用スケール7aを計測して固定部材1に対する支持部材3の回転角を測定する。また、固定部材1に設けられた回転角測定用センサ8bは、出力部材5に配置された回転角測定用スケール7bを計測して固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定する。
Next, the configuration of the rotation angle measuring sensor and scale will be described in more detail with reference to FIG.
A rotation angle measuring sensor 8a provided on the fixed member 1 measures a rotation angle measuring scale 7a arranged on the support member 3 to measure the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1. In addition, a rotation angle measuring sensor 8b provided on the fixed member 1 measures a rotation angle measuring scale 7b arranged on the output member 5 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1.
図4の例では、固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器として、回転角測定用スケール7bと、これを計測する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2が設けられている。また、固定部材1に対する支持部材3の回転角を測定するための第二の角度検出器として、回転角測定用スケール7aと、これを計測する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2が設けられている。 In the example of Figure 4, a rotation angle measurement scale 7b and rotation angle measurement sensors 8b-1 and 8b-2 that measure this are provided as a first angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measurement scale 7a and rotation angle measurement sensors 8a-1 and 8a-2 that measure this are provided as a second angle detector for measuring the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1.
4つの回転角測定用センサを搭載した基板9は、固定部材1に固定される電気回路基板である。基板9には、4つの回転角測定用センサの他に、センサを駆動するための信号発生回路や、センサ出力信号の処理回路や、配線やコネクタが適宜実装される。本実施例では、第一の角度検出器と第二の角度検出器の回転角測定用センサを、同一の基板9に片面実装できることで、小型化とコストダウンを同時に実現している。 The board 9 carrying the four rotation angle measurement sensors is an electric circuit board fixed to the fixed member 1. In addition to the four rotation angle measurement sensors, the board 9 is also appropriately equipped with a signal generation circuit for driving the sensors, a circuit for processing the sensor output signals, wiring, and connectors. In this embodiment, the rotation angle measurement sensors for the first angle detector and the second angle detector can be mounted on one side of the same board 9, thereby simultaneously achieving miniaturization and cost reduction.
第一の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2は、基板9の同一面上に固定され、当該関節の回転軸を中心とする直径が大きな円周上の180度異なる2か所に対向配置する。
また、第二の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2は、基板9の同一面上に固定され、当該関節の回転軸を中心とする直径が小さな円周上の180度異なる2か所に対向配置する。
第一の角度検出器と第二の角度検出器とは、θ方向に90度ずらして配置しているが、必ずしも90度に限る必要はなく、実装上好適な配置をとることができる。
The rotation angle measurement sensors 8b-1 and 8b-2 that constitute the first angle detector are fixed on the same surface of the substrate 9 and are arranged opposite each other at two locations 180 degrees apart on a large diameter circle centered on the rotation axis of the joint.
In addition, the rotation angle measurement sensors 8a-1 and 8a-2 that constitute the second angle detector are fixed on the same surface of the substrate 9 and are arranged opposite each other at two locations 180 degrees apart on a small diameter circle centered on the rotation axis of the joint.
The first angle detector and the second angle detector are arranged with a 90 degree offset in the θ direction, but this is not necessarily limited to 90 degrees, and any suitable arrangement can be adopted for implementation.
本実施例において角度検出器を構成する2つの回転角測定用センサを同一円周上で180度異なる2箇所に対向配置するのは、演算により偏心誤差をキャンセル可能にするためである。偏心誤差とは、回転軸中心と、角度の測定中心のずれである。偏心誤差があると、関節の回転に伴いセンサの位置が変動するので測定誤差を生じる。 In this embodiment, the two rotation angle measurement sensors that make up the angle detector are positioned facing each other at two locations 180 degrees apart on the same circumference so that eccentricity error can be canceled out through calculation. Eccentricity error is the deviation between the center of the rotation axis and the center of angle measurement. If there is eccentricity error, the position of the sensor will fluctuate as the joint rotates, resulting in measurement error.
この偏心誤差の方向をφとし、大きさをδとする。さらに、センサの回転半径をR、関節の回転角をθとすると、2つのセンサからの検出値S0と検出値S180は、それぞれ以下の式のように表される。各式の第2項が偏心誤差である。 The direction of this eccentricity error is φ and its magnitude is δ. Furthermore, if the radius of rotation of the sensor is R and the rotation angle of the joint is θ, the detected values S0 and S180 from the two sensors are expressed by the following equations, respectively. The second term in each equation is the eccentricity error.
これらの式を変形すれば、次式のように偏心誤差の影響を除去できる。
つまり、2つのセンサの位相が180度異なるようにセンサを対向配置し、検出値に基づく演算をすることにより、偏心誤差の影響を受けない角度測定が可能である。 In other words, by placing the two sensors opposite each other so that their phases differ by 180 degrees and performing calculations based on the detected values, it is possible to measure angles without being affected by eccentricity errors.
以上の構成において、基板9に設けた第一の角度検出器の回転角測定用センサ8bで測定した回転角E1と、第二の角度検出器の回転角測定用センサ8aで測定した回転角E2を用い、次式からトルクTを求める。ただし、Kは弾性体のねじり剛性係数である。 In the above configuration, the torque T is calculated from the following equation using the rotation angle E1 measured by the rotation angle measuring sensor 8b of the first angle detector provided on the substrate 9 and the rotation angle E2 measured by the rotation angle measuring sensor 8a of the second angle detector, where K is the torsional rigidity coefficient of the elastic body.
以上のように、本実施例の関節装置は、固定部材に対する減速機の出力軸の回転角E1、固定部材に対する出力部材の回転角E2、出力部材に伝達されるトルクを、高精度に計測でき、しかも小型である。また、角度検出とトルク検出を、同じエンコーダを用いて行うことができるので、コストを抑えられる。さらに、エンコーダのセンサは基板の片面に実装することが可能であり、寸法が抑えられる。また、回転角測定用センサとそれに付帯する電気回路を1枚の基板にまとめられるので低コストである。 As described above, the joint device of this embodiment can measure the rotation angle E1 of the output shaft of the reducer relative to the fixed member, the rotation angle E2 of the output member relative to the fixed member, and the torque transmitted to the output member with high accuracy, and is also compact. Furthermore, since angle detection and torque detection can be performed using the same encoder, costs can be reduced. Furthermore, the encoder sensor can be mounted on one side of the circuit board, which reduces dimensions. Furthermore, since the rotation angle measurement sensor and its associated electrical circuitry can be integrated onto a single circuit board, costs are low.
[実施例2]
実施形態1に関して、実施例1とは異なる実施例2を示す。実施例1と共通する部分については、説明を省略する。
図5は、実施例2の関節装置の構成を示す断面図である。尚、関節装置に付帯する配線や配管等は、図示を省略している。
[Example 2]
With respect to the first embodiment, an example 2 will be described which is different from the example 1. Explanation of the parts common to the example 1 will be omitted.
5 is a cross-sectional view showing the configuration of the joint device of Example 2. Note that wiring, piping, etc. associated with the joint device are omitted from the illustration.
実施例1では、固定部材1に回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bが搭載され、支持部材3の表面に回転角測定用スケール7aが、出力部材5の表面に回転角測定用スケール7bが設けられていた。 In Example 1, rotation angle measurement sensors 8a and 8b were mounted on the fixed member 1, a rotation angle measurement scale 7a was provided on the surface of the support member 3, and a rotation angle measurement scale 7b was provided on the surface of the output member 5.
これに対して、実施例2では、固定部材1に第一の角度検出器と第二の角度検出器で共用する回転角測定用スケール7を設け、支持部材3に回転角測定用センサ8bを、出力部材5に回転角測定用センサ8aを配置している。固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器の回転角測定用センサ8aは、基板9aに実装されている。また、固定部材1に対する支持部材3の回転角を測定するための第二の角度検出器の回転角測定用センサ8bは、基板9bに実装されている。 In contrast, in Example 2, a rotation angle measurement scale 7 shared by the first and second angle detectors is provided on the fixed member 1, a rotation angle measurement sensor 8b is disposed on the support member 3, and a rotation angle measurement sensor 8a is disposed on the output member 5. The rotation angle measurement sensor 8a of the first angle detector, which measures the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1, is mounted on the substrate 9a. Furthermore, the rotation angle measurement sensor 8b of the second angle detector, which measures the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1, is mounted on the substrate 9b.
次に、図6を参照して、回転角測定用センサとスケールの構成をさらに詳しく説明する。
支持部材3に固定された回転角測定用センサ8bは、固定部材1に固定された回転角測定用スケール7を計測して固定部材1に対する支持部材3の回転角を測定する。また、出力部材5に設けられた回転角測定用センサ8aは、固定部材1に配置された回転角測定用スケール7を計測して固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定する。
Next, the configuration of the rotation angle measuring sensor and scale will be described in more detail with reference to FIG.
A rotation angle measuring sensor 8b fixed to the support member 3 measures a rotation angle measuring scale 7 fixed to the fixed member 1 to measure the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measuring sensor 8a provided on the output member 5 measures a rotation angle measuring scale 7 arranged on the fixed member 1 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1.
図6の例では、固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器として、回転角測定用スケール7と、これを計測する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2が設けられている。また、固定部材1に対する支持部材3の回転角を測定するための第二の角度検出器として、回転角測定用スケール7と、これを計測する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2が設けられている。
回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2は基板9aに、回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2は基板9bに、それぞれ実装されている。基板9aおよび基板9bのそれぞれには、2つの回転角測定用センサの他に、センサを駆動するための信号発生回路や、センサ出力信号の処理回路や、配線やコネクタが適宜実装される。
6, a rotation angle measuring scale 7, and rotation angle measuring sensors 8a-1 and 8a-2 that measure it are provided as a first angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measuring scale 7, and rotation angle measuring sensors 8b-1 and 8b-2 that measure it are provided as a second angle detector for measuring the rotation angle of the support member 3 relative to the fixed member 1.
Rotation angle measuring sensors 8a-1 and 8a-2 are mounted on a substrate 9a, and rotation angle measuring sensors 8b-1 and 8b-2 are mounted on a substrate 9b. In addition to the two rotation angle measuring sensors, each of substrates 9a and 9b is also appropriately equipped with a signal generating circuit for driving the sensors, a circuit for processing the sensor output signals, wiring, and connectors.
第一の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2は、基板9aの同一面上に固定され、当該関節の回転軸を中心とする所定半径の円周上の180度異なる2か所に配置する。また、第二の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2は、基板9bの同一面上に固定され、第一の角度検出器と同じ所定半径の円周上の180度異なる2か所に配置する。 Rotational angle measurement sensors 8a-1 and 8a-2 that make up the first angle detector are fixed to the same surface of substrate 9a and are positioned at two locations 180 degrees apart on a circumference of a predetermined radius centered on the rotation axis of the joint. Rotational angle measurement sensors 8b-1 and 8b-2 that make up the second angle detector are fixed to the same surface of substrate 9b and are positioned at two locations 180 degrees apart on a circumference of the same predetermined radius as the first angle detector.
第一の角度検出器と第二の角度検出器の回転角度用センサが同一の円周上に配置されているため、回転角測定用スケール7を共用することが可能で、スケールは1個ですむ。すなわち、本実施例では、第一の角度検出器と第二の角度検出器の回転角測定用スケールを単一のスケールにして固定部材1の片面に実装できることで、小型化とコストダウンを同時に実現できる。
尚、図6では、第一の角度検出器と第二の角度検出器とは、θ方向に90度ずらして配置しているが、必ずしも90度に限る必要はなく、実装上好適な配置をとることができる。
Because the rotation angle sensors of the first angle detector and the second angle detector are arranged on the same circumference, it is possible to share the rotation angle measurement scale 7, and only one scale is required. In other words, in this embodiment, the rotation angle measurement scales of the first angle detector and the second angle detector can be mounted on one side of the fixing member 1 as a single scale, thereby achieving both size reduction and cost reduction.
In FIG. 6, the first angle detector and the second angle detector are arranged with a 90 degree offset in the θ direction, but this does not necessarily have to be limited to 90 degrees, and any suitable arrangement can be adopted for implementation.
本実施例の関節装置は、実施例1と同様に、固定部材に対する減速機の出力軸の回転角E1と、固定部材に対する出力部材の回転角E2と、出力部材に伝達されるトルクを、高精度に計測できる。また、角度検出とトルク検出を、同じエンコーダを用いて行うことができるので、コストを抑えられる。さらに、エンコーダのスケールは固定部材1の片面に実装することが可能であり、寸法が抑えられ低コストである。 As with the first embodiment, the joint device of this embodiment can measure with high accuracy the rotation angle E1 of the output shaft of the reducer relative to the fixed member, the rotation angle E2 of the output member relative to the fixed member, and the torque transmitted to the output member. Furthermore, since angle detection and torque detection can be performed using the same encoder, costs can be reduced. Furthermore, the encoder scale can be mounted on one side of the fixed member 1, reducing size and cost.
[実施例3]
実施形態2の具体的な例として、実施例3を示す。図8は、実施例3の関節装置の構成を示す断面図である。尚、関節装置に付帯する配線や配管等は、図示を省略している。
[Example 3]
Example 3 will be described as a specific example of Embodiment 2. Fig. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the joint device of Example 3. Note that wiring, piping, etc. associated with the joint device are not shown.
実施形態1に係る実施例1および実施例2では、弾性体を、減速機の出力軸に固定された支持部材と、出力部材との間に設けた。これに対して、実施形態2に係る実施例3では、弾性体を、固定部材と、減速機のシャーシが固定された支持部材との間に設ける。 In Examples 1 and 2 of Embodiment 1, the elastic body was provided between the output member and a support member fixed to the output shaft of the reducer. In contrast, in Example 3 of Embodiment 2, the elastic body was provided between the fixed member and a support member to which the chassis of the reducer was fixed.
これに対して実施形態2に係る本実施例では、固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器として、回転角測定用スケール7bと、これを計測する回転角測定用センサ8bが設けられている。また、支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定するための第二の角度検出器として、回転角測定用スケール7aと、これを計測する回転角測定用センサ8aが設けられている。 In contrast, in this example of embodiment 2, a rotation angle measurement scale 7b and a rotation angle measurement sensor 8b that measures this are provided as a first angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measurement scale 7a and a rotation angle measurement sensor 8a that measures this are provided as a second angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3.
(固定部材)
剛体である固定部材1には、モータ13が不図示のボルトで固定されている。また、固定部材1には、回転軸周りに放射状に配置された複数の板状の弾性体4のそれぞれの一端が接続されている。また、固定部材1には、第一の角度検出器の回転角測定用スケール7bが固定されている。
関節装置を、例えばロボットアームのリンクを接続する関節として用いる場合には、固定部材1は一方のリンクに固定される。
(Fixing member)
A motor 13 is fixed to a rigid fixed member 1 with bolts (not shown). One end of each of a plurality of plate-shaped elastic bodies 4 arranged radially around the rotation axis is connected to the fixed member 1. A rotation angle measurement scale 7b of the first angle detector is also fixed to the fixed member 1.
When the articulated device is used as a joint for connecting links of a robot arm, for example, the fixed member 1 is fixed to one of the links.
(減速機)
本実施例で用いる減速機は波動歯車減速機と呼ばれるもので、減速機入力軸16(ウェーブジェネレータ)、減速機出力軸17(フレクスプライン)、減速機固定軸18(サーキュラースプライン)の3つの主要部品から構成される。
減速機入力軸16は、転がり軸受けを有する楕円カムである。減速機出力軸17は、カップ形状をした楕円変形する外歯車である。減速機固定軸18は、減速機出力軸とは歯数の異なる内歯車である。減速機入力軸16は、減速機出力軸17(フレクスプライン)を楕円カムの長径両端の2箇所で押し広げて減速機固定軸18(サーキュラースプライン)と噛み合わせる。このとき、両者の歯数が異なるので、減速機入力軸が1回転したとき、減速機固定軸に対して減速機出力軸が歯数の差だけ回転する。
(reduction gear)
The reducer used in this embodiment is called a wave gear reducer, and is composed of three main components: a reducer input shaft 16 (wave generator), a reducer output shaft 17 (flexspline), and a reducer fixed shaft 18 (circular spline).
The reducer input shaft 16 is an elliptical cam with a rolling bearing. The reducer output shaft 17 is an external gear with a cup shape that deforms elliptically. The reducer fixed shaft 18 is an internal gear with a different number of teeth from the reducer output shaft. The reducer input shaft 16 pushes the reducer output shaft 17 (flexspline) apart at two points on both ends of the major axis of the elliptical cam to mesh with the reducer fixed shaft 18 (circular spline). Because the numbers of teeth on both shafts are different, when the reducer input shaft rotates once, the reducer output shaft rotates by the difference in the number of teeth relative to the reducer fixed shaft.
モータの出力軸15を減速機入力軸16に接続し、減速機固定軸18とクロスローラベアリング20を支持部材3に固定し、減速機出力軸17を回転軸19に固定する。この構成により、モータ13の出力軸15が回転すると、減速機入力軸16が回転し、固定部材1に対して減速機の出力軸である回転軸19が減速された回転速度で回転する。減速機の出力軸である回転軸19は、出力部材5に接続されている。関節装置を、例えばロボットアームのリンクを接続する関節として用いる場合には、出力部材5は、固定部材1が接続されたリンクとは反対側のリンクに固定される。 The motor output shaft 15 is connected to the reducer input shaft 16, the reducer fixed shaft 18 and cross roller bearing 20 are fixed to the support member 3, and the reducer output shaft 17 is fixed to the rotating shaft 19. With this configuration, when the output shaft 15 of the motor 13 rotates, the reducer input shaft 16 rotates, and the rotating shaft 19, which is the output shaft of the reducer, rotates at a reduced rotational speed relative to the fixed member 1. The rotating shaft 19, which is the output shaft of the reducer, is connected to the output member 5. When the joint device is used, for example, as a joint for connecting the links of a robot arm, the output member 5 is fixed to the link opposite the link to which the fixed member 1 is connected.
(トルクと角度の測定系)
支持部材3には、回転軸周りに放射状に配置された複数の板状の弾性体4のそれぞれの一端が接続されている。すなわち、支持部材3は複数の板状の弾性体4を介して固定部材1と接続されている。
したがって、減速機の出力軸が減速比に応じて回転して回転力が出力部材5に伝達されると、回転力の反作用が弾性体4に働く。その際には、弾性体4はねじり剛性(K)を有する弾性体であるため、出力部材5に伝達されるトルクに応じて変形する。すなわち、固定部材1に対する出力部材5の回転角と、支持部材3に対する出力部材5の回転角の間には、弾性体4の変形に応じた差異が生ずる。
(torque and angle measurement system)
One end of each of a plurality of plate-shaped elastic bodies 4 arranged radially around the rotation axis is connected to the support member 3. In other words, the support member 3 is connected to the fixed member 1 via the plurality of plate-shaped elastic bodies 4.
Therefore, when the output shaft of the reducer rotates in accordance with the reduction ratio and a rotational force is transmitted to the output member 5, a reaction to the rotational force acts on the elastic body 4. At that time, since the elastic body 4 has torsional rigidity (K), it deforms in accordance with the torque transmitted to the output member 5. In other words, a difference occurs between the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1 and the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3 in accordance with the deformation of the elastic body 4.
支持部材3の表面には出力部材5と対向する側に回転角測定用スケール7aが設けられ、固定部材1の表面には出力部材5と対向する側に回転角測定用スケール7bが設けられている。出力部材5に設けられた回転角測定用センサ8aは、支持部材3に配置された回転角測定用スケール7aを計測して支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定する。また、出力部材5に設けられた回転角測定用センサ8bは、固定部材1に配置された回転角測定用スケール7bを計測して固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定する。これらのセンサには光学式センサが好適に用いられ、スケールの画像を撮像して変位を測定することができる。尚、このような光学式のエンコーダではなく、磁気式のエンコーダを用いることも可能である。 A rotation angle measurement scale 7a is provided on the surface of the support member 3 facing the output member 5, and a rotation angle measurement scale 7b is provided on the surface of the fixed member 1 facing the output member 5. A rotation angle measurement sensor 8a provided on the output member 5 measures the rotation angle measurement scale 7a located on the support member 3 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3. Furthermore, a rotation angle measurement sensor 8b provided on the output member 5 measures the rotation angle measurement scale 7b located on the fixed member 1 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Optical sensors are preferably used for these sensors, and displacement can be measured by capturing an image of the scale. Note that magnetic encoders can also be used instead of optical encoders.
次に、図3を参照して、出力側の構成をさらに詳しく説明する。図8において減速機固定軸18と接続している支持部材3は、図3に内側リング29として示す部位を備えている。また、図8に示された固定部材1は、図3に外側リング28として示す部位を備えている。内側リング29と外側リング28は、ともに当該関節の回転軸を中心とする同心の円環状部材である。また、図8において支持部材3と固定部材1とを接続している弾性体4は、図3に示すように当該関節の回転軸を中心に放射状に配置された多数の板状弾性体である板ばね30より成る。それぞれの板ばね30の主面が、内側リング29の主面および外側リング28の主面に対して直交するように、板ばね30は内側リング29および外側リング28と接続されている。すなわち、それぞれの板ばね30の主面が当該関節の回転軸と平行になるように配置されているが、板ばねには、主面と交差する方向の曲げ剛性が、主面と平行な方向の曲げ剛性よりも低いという特性がある。従って、図3のように放射状に板ばね30を配置したことにより、全体の剛性は、図中の座標系においてZ軸まわりの回転方向θだけが柔らかく、X軸まわりとY軸まわりの回転方向は硬くなっている。トルクを検出する回転方向θ以外の剛性を高くすることにより、回転方向θのトルクを受けた時に、X軸まわりとY軸まわりの回転方向の変形が小さくなる。このため、トルクセンサ用の弾性体として好適な剛性比が確保されており、測定誤差を小さくすることができる。また、板状ばねを放射状に配置するという単純な構成のため、製造が容易で、比較的小型である。すなわち、トルクと位置を高精度に検出することが可能で、しかも小型化が可能な関節装置を実現している。 Next, the configuration of the output side will be explained in more detail with reference to FIG. 3. The support member 3 connected to the reducer fixed shaft 18 in FIG. 8 includes a portion shown as the inner ring 29 in FIG. 3. The fixed member 1 shown in FIG. 8 also includes a portion shown as the outer ring 28 in FIG. 3. The inner ring 29 and the outer ring 28 are both concentric annular members centered on the rotation axis of the joint. The elastic body 4 connecting the support member 3 and the fixed member 1 in FIG. 8 is composed of a number of leaf springs 30, which are plate-shaped elastic bodies arranged radially around the rotation axis of the joint, as shown in FIG. 3. The leaf springs 30 are connected to the inner ring 29 and the outer ring 28 so that the main surface of each leaf spring 30 is perpendicular to the main surface of the inner ring 29 and the main surface of the outer ring 28. That is, the main surface of each leaf spring 30 is arranged parallel to the rotation axis of the joint, but the leaf springs have the characteristic that their bending rigidity in a direction intersecting their main surfaces is lower than their bending rigidity in a direction parallel to their main surfaces. Therefore, by arranging the leaf springs 30 radially as shown in Figure 3, the overall rigidity is soft only in the rotational direction θ around the Z axis in the coordinate system shown in the figure, and stiff in the rotational directions around the X and Y axes. By increasing the rigidity in directions other than the rotational direction θ where torque is detected, deformation in the rotational directions around the X and Y axes is reduced when torque in the rotational direction θ is received. This ensures an ideal rigidity ratio for an elastic body for a torque sensor, minimizing measurement errors. Furthermore, the simple configuration of arranging leaf springs radially makes it easy to manufacture and relatively compact. In other words, a joint device is realized that is capable of detecting torque and position with high accuracy, yet can be made compact.
次に、図4を参照して、回転角測定用センサとスケールの構成をさらに詳しく説明する。
出力部材5に設けられた回転角測定用センサ8aは、支持部材3に配置された回転角測定用スケール7aを計測して支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定する。また、出力部材5に設けられた回転角測定用センサ8bは、固定部材1に配置された回転角測定用スケール7bを計測して固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定する。
Next, the configuration of the rotation angle measuring sensor and scale will be described in more detail with reference to FIG.
A rotation angle measuring sensor 8a provided on the output member 5 measures a rotation angle measuring scale 7a arranged on the support member 3 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3. Further, a rotation angle measuring sensor 8b provided on the output member 5 measures a rotation angle measuring scale 7b arranged on the fixed member 1 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1.
図4の例では、固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器として、回転角測定用スケール7bと、これを計測する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2が設けられている。また、支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定するための第二の角度検出器として、回転角測定用スケール7aと、これを計測する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2が設けられている。 In the example of Figure 4, a rotation angle measurement scale 7b and rotation angle measurement sensors 8b-1 and 8b-2 that measure this are provided as a first angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measurement scale 7a and rotation angle measurement sensors 8a-1 and 8a-2 that measure this are provided as a second angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3.
4つの回転角測定用センサを搭載した基板9は、出力部材5に固定される電気回路基板である。基板9には、4つの回転角測定用センサの他に、センサを駆動するための信号発生回路や、センサ出力信号の処理回路や、配線やコネクタが適宜実装される。本実施例では、第一の角度検出器と第二の角度検出器の回転角測定用センサを、同一の基板9の片面に実装できることで、小型化とコストダウンを同時に実現できる。 The board 9, which is equipped with four rotation angle measurement sensors, is an electric circuit board fixed to the output member 5. In addition to the four rotation angle measurement sensors, the board 9 is also appropriately equipped with a signal generation circuit for driving the sensors, a circuit for processing the sensor output signals, wiring, and connectors. In this embodiment, the rotation angle measurement sensors of the first angle detector and second angle detector can be mounted on one side of the same board 9, thereby achieving both miniaturization and cost reduction.
第一の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2は、基板9の同一面上に固定され、当該関節の回転軸を中心とする直径が大きな円周上の180度異なる2か所に配置する。
また、第二の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2は、基板9の同一面上に固定され、当該関節の回転軸を中心とする直径が小さな円周上の180度異なる2か所に配置する。
第一の角度検出器と第二の角度検出器とは、θ方向に90度ずらして配置しているが、必ずしも90度に限る必要はなく、実装上好適な配置をとることができる。
The rotation angle measurement sensors 8b-1 and 8b-2 that constitute the first angle detector are fixed on the same surface of the substrate 9 and are arranged at two locations 180 degrees apart on a large diameter circle centered on the rotation axis of the joint.
In addition, the rotation angle measurement sensors 8a-1 and 8a-2 that constitute the second angle detector are fixed on the same surface of the substrate 9 and are arranged at two locations 180 degrees apart on a small diameter circle centered on the rotation axis of the joint.
The first angle detector and the second angle detector are arranged with a 90 degree offset in the θ direction, but this is not necessarily limited to 90 degrees, and any suitable arrangement can be adopted for implementation.
本実施例において角度検出器を構成する2つの回転角測定用センサを同一円周上で180度異なる2箇所に配置するのは、演算により偏心誤差をキャンセル可能にするためである。実施例1について数式1ないし数式3を用いて説明したのと同様に、2つのセンサの位相が180度異なるように対向配置し、検出値に基づく演算をすることにより、偏心誤差の影響を受けない角度測定が可能である。 In this embodiment, the two rotation angle measurement sensors that make up the angle detector are arranged at two locations 180 degrees apart on the same circumference in order to enable eccentricity error to be cancelled out through calculation. As explained in Example 1 using Equations 1 to 3, by arranging the two sensors opposite each other so that their phases are 180 degrees apart and performing calculations based on the detected values, angle measurement that is not affected by eccentricity error is possible.
本実施例では、モータを駆動してその出力軸を回転させた時に、回転角測定用センサ8aと回転角測定用スケール7aを用いて、支持部材3に対する減速機の出力軸の回転角E3、すなわち支持部材3に対する出力部材5の回転角E3を測定する。また、回転角測定用センサ8bと回転角測定用スケール7bを用いて、固定部材1に対する出力部材5の回転角E4を測定する。
そして、弾性部のねじり剛性をKとすると、出力部材5に伝達されるトルクTを、T=K×(E3-E4)の関係を用いて求める。この演算は、関節装置が備える演算部が行ってもよいし、関節装置が実装されているロボット等の制御部が行ってもよい。
In this embodiment, when the motor is driven to rotate its output shaft, the rotation angle E3 of the output shaft of the reducer relative to the support member 3, i.e., the rotation angle E3 of the output member 5 relative to the support member 3, is measured using the rotation angle measuring sensor 8a and the rotation angle measuring scale 7a. In addition, the rotation angle E4 of the output member 5 relative to the fixed member 1 is measured using the rotation angle measuring sensor 8b and the rotation angle measuring scale 7b .
Then, if the torsional rigidity of the elastic portion is K, the torque T transmitted to the output member 5 is calculated using the relationship T = K × (E 3 - E 4 ). This calculation may be performed by a calculation unit included in the joint device, or may be performed by a control unit of a robot or the like in which the joint device is implemented.
以上のように、本実施例の関節装置は、支持部材3に対する出力部材5の回転角E3と、固定部材1に対する出力部材5の回転角E4と、出力部材に伝達されるトルクを、高精度に計測でき、しかも小型である。また、角度検出とトルク検出を、同じエンコーダを用いて行うことができるので、コストを抑えられる。さらに、エンコーダのセンサは基板の片面に実装することが可能であり、寸法が抑えられる。また、回転角測定用センサとそれに付帯する電気回路を1枚の基板にまとめられるので低コストである。 As described above, the joint device of this embodiment can measure with high accuracy the rotation angle E3 of the output member 5 relative to the support member 3, the rotation angle E4 of the output member 5 relative to the fixed member 1, and the torque transmitted to the output member, and is compact. In addition, since the same encoder can be used to detect angle and torque, costs can be reduced. Furthermore, the encoder sensor can be mounted on one side of a circuit board, which reduces dimensions. In addition, since the rotation angle measurement sensor and its associated electrical circuit can be integrated onto a single circuit board, costs can be reduced.
[実施例4]
実施形態2に関して、実施例3とは異なる実施例4を示す。実施例3と共通する部分については、説明を省略する。
図9は、実施例4の関節装置の構成を示す断面図である。尚、関節装置に付帯する配線や配管等は、図示を省略している。
[Example 4]
With respect to the second embodiment, a fourth example will be described which is different from the third example. Explanation of the parts common to the third example will be omitted.
9 is a cross-sectional view showing the configuration of the joint device of Example 4. Note that wiring, piping, etc. associated with the joint device are omitted from the illustration.
実施例3では、出力部材5に回転角測定用センサ8aと回転角測定用センサ8bが搭載され、支持部材3の表面に回転角測定用スケール7aが、固定部材1の表面に回転角測定用スケール7bが設けられていた。 In Example 3, rotation angle measurement sensors 8a and 8b were mounted on the output member 5, a rotation angle measurement scale 7a was provided on the surface of the support member 3, and a rotation angle measurement scale 7b was provided on the surface of the fixed member 1.
これに対して、実施例4では、出力部材5に第一の角度検出器と第二の角度検出器で共用する回転角測定用スケール7を設け、支持部材3に回転角測定用センサ8bを、固定部材1に回転角測定用センサ8aを配置している。固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器の回転角測定用センサ8aは、基板9aに実装されている。また、支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定するための第二の角度検出器の回転角測定用センサ8bは、基板9bに実装されている。 In contrast, in Example 4, a rotation angle measurement scale 7 shared by the first and second angle detectors is provided on the output member 5, a rotation angle measurement sensor 8b is disposed on the support member 3, and a rotation angle measurement sensor 8a is disposed on the fixed member 1. The rotation angle measurement sensor 8a of the first angle detector, which measures the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1, is mounted on the substrate 9a. Furthermore, the rotation angle measurement sensor 8b of the second angle detector, which measures the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3, is mounted on the substrate 9b.
次に、図6を参照して、回転角測定用センサとスケールの構成をさらに詳しく説明する。
支持部材3に設けられた回転角測定用センサ8bは、出力部材5に配置された回転角測定用スケール7を計測して支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定する。また、固定部材1に設けられた回転角測定用センサ8aは、出力部材5に配置された回転角測定用スケール7を計測して固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定する。
Next, the configuration of the rotation angle measuring sensor and scale will be described in more detail with reference to FIG.
The rotation angle measuring sensor 8b provided on the support member 3 measures the rotation angle measuring scale 7 arranged on the output member 5 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3. The rotation angle measuring sensor 8a provided on the fixed member 1 measures the rotation angle measuring scale 7 arranged on the output member 5 to measure the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1.
図6の例では、固定部材1に対する出力部材5の回転角を測定するための第一の角度検出器として、回転角測定用スケール7と、これを計測する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2が設けられている。また、支持部材3に対する出力部材5の回転角を測定するための第二の角度検出器として、回転角測定用スケール7と、これを計測する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2が設けられている。
回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2は基板9aに、回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2は基板9bに、それぞれ実装されている。基板9aおよび基板9bのそれぞれには、2つの回転角測定用センサの他に、回転角測定用センサを駆動するための信号発生回路や、センサ出力信号の処理回路や、配線やコネクタが適宜実装される。
6, a rotation angle measuring scale 7, and rotation angle measuring sensors 8a-1 and 8a-2 that measure it are provided as a first angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the fixed member 1. Furthermore, a rotation angle measuring scale 7, and rotation angle measuring sensors 8b-1 and 8b-2 that measure it are provided as a second angle detector for measuring the rotation angle of the output member 5 relative to the support member 3.
Rotation angle measuring sensors 8a-1 and 8a-2 are mounted on a substrate 9a, and rotation angle measuring sensors 8b-1 and 8b-2 are mounted on a substrate 9b. In addition to the two rotation angle measuring sensors, each of substrates 9a and 9b is also appropriately equipped with a signal generating circuit for driving the rotation angle measuring sensors, a circuit for processing the sensor output signals, wiring, and connectors.
第一の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8a-1と回転角測定用センサ8a-2は、基板9aの同一面上に固定され、当該関節の回転軸を中心とする所定半径の円周上の180度異なる2か所に配置する。また、第二の角度検出器を構成する回転角測定用センサ8b-1と回転角測定用センサ8b-2は、基板9bの同一面上に固定され、第一の角度検出器と同じ所定半径の円周上の180度異なる2か所に配置する。 Rotational angle measurement sensors 8a-1 and 8a-2 that make up the first angle detector are fixed to the same surface of substrate 9a and are positioned at two locations 180 degrees apart on a circumference of a predetermined radius centered on the rotation axis of the joint. Rotational angle measurement sensors 8b-1 and 8b-2 that make up the second angle detector are fixed to the same surface of substrate 9b and are positioned at two locations 180 degrees apart on a circumference of the same predetermined radius as the first angle detector.
第一の角度検出器と第二の角度検出器の回転角度用センサが同一円周上に配置されているため、回転角測定用スケール7を共用することが可能で、スケールは1個ですむ。すなわち、本実施例では、第一の角度検出器と第二の角度検出器の回転角測定用スケールを単一のスケールにして出力部材5の片面に実装できることで、小型化とコストダウンを同時に実現できる。
尚、図6では、第一の角度検出器と第二の角度検出器とは、θ方向に90度ずらして配置しているが、必ずしも90度に限る必要はなく、実装上好適な配置をとることができる。
Because the rotation angle sensors of the first angle detector and the second angle detector are arranged on the same circumference, it is possible to share the rotation angle measurement scale 7, and only one scale is required. In other words, in this embodiment, the rotation angle measurement scales of the first angle detector and the second angle detector can be mounted on one side of the output member 5 as a single scale, thereby achieving both size reduction and cost reduction.
In FIG. 6, the first angle detector and the second angle detector are arranged with a 90 degree offset in the θ direction, but this does not necessarily have to be limited to 90 degrees, and any suitable arrangement can be adopted for implementation.
本実施例の関節装置は、実施例3と同様に、支持部材3に対する出力部材5の回転角E3と、固定部材1に対する出力部材5の回転角E4と、出力部材に伝達されるトルクTを、高精度に計測でき、しかも小型である。また、角度検出とトルク検出を、同じエンコーダを用いて行うことができるので、コストを抑えられる。さらに、エンコーダのスケールは出力部材5の片面に実装することが可能であり、寸法が抑えられ低コストである。 Similar to the third embodiment, the joint device of this embodiment can measure with high accuracy the rotation angle E3 of the output member 5 relative to the support member 3, the rotation angle E4 of the output member 5 relative to the fixed member 1, and the torque T transmitted to the output member, and is compact. Furthermore, since the same encoder can be used to detect the angle and torque, costs can be reduced. Furthermore, the encoder scale can be mounted on one side of the output member 5, reducing the size and cost.
[他の実施形態]
本発明は、以上説明した実施形態と実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
本発明を実施した関節装置は、高精度にトルクと回転角度を検出することが可能で、回転角度の制御精度に優れる。本実施形態の関節装置を検出装置としてロボット装置に装着すれば、ロボット装置の作業精度を高めることができる。すなわち、例えば図10に示した多関節ロボットの各関節に本発明を実施した関節装置を装着し、物品の組立や加工を行う製造ラインに配置し、物品の製造工程を行えば、高精度な物品の製造方法を実現することができる。もちろん、物品の製造に限らずとも、種々の作業を高精度に行う多関節ロボットにおいて実施することができる。
Other Embodiments
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and many modifications are possible within the technical concept of the present invention.
The joint device embodying the present invention is capable of detecting torque and rotation angle with high accuracy, and has excellent control accuracy of the rotation angle. If the joint device of this embodiment is attached to a robot device as a detection device, the work accuracy of the robot device can be improved. That is, for example, if a joint device embodying the present invention is attached to each joint of the articulated robot shown in FIG. 10, and the robot is placed on a manufacturing line that assembles and processes articles, and an article manufacturing process is performed, a high-precision article manufacturing method can be realized. Of course, the present invention can be implemented in articulated robots that perform various tasks with high accuracy, not limited to article manufacturing.
また、ロボットあるいはそれ以外の装置において、外力を受けた際に、外力のトルクや外力により生じた回転角の大きさを、高精度に検出するための検出装置として用いてもよい。 It may also be used as a detection device to accurately detect the torque of an external force or the magnitude of the rotation angle caused by the external force when it is applied to a robot or other device.
1・・・固定部材/2・・・減速機/3・・・支持部材/4・・・弾性体/5・・・出力部材/7、7a、7b・・・回転角測定用スケール/8a、8a-1、8a-2、8b、8b-1、8b-2・・・回転角測定用センサ/9、9a、9b・・・基板/13・・・モータ/15・・・モータの出力軸/16・・・減速機入力軸/17・・・減速機出力軸/18・・・減速機固定軸/19・・・回転軸/20・・・クロスローラベアリング/28・・・外側リング/29・・・内側リング/30・・・板ばね/31・・・ボス部/32・・・リンク/100・・・6軸多関節ロボット装置/101・・・制御装置/102・・・ティーチングペンダント/200~206・・・リンク/210・・・ロボットハンド/J1~J6・・・回転関節 1: Fixed member / 2: Reducer / 3: Support member / 4: Elastic body / 5: Output member / 7, 7a, 7b: Rotation angle measurement scale / 8a, 8a-1, 8a-2, 8b, 8b-1, 8b-2: Rotation angle measurement sensor / 9, 9a, 9b: Circuit board / 13: Motor / 15: Motor output shaft / 16: Reducer input shaft / 17: Reducer output shaft / 18: Reducer fixed shaft / 19: Rotating shaft / 20: Cross roller bearing / 28: Outer ring / 29: Inner ring / 30: Leaf spring / 31: Boss section / 32: Link / 100: 6-axis articulated robot device / 101: Control device / 102: Teaching pendant / 200-206: Link / 210: Robot hand / J1-J6: Rotating joint
Claims (36)
前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、
前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、を備える駆動装置であって、
前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、
前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得する、
ことを特徴とする駆動装置。 a motor provided on the fixed member;
a support member driven by the motor to move relative to the fixed member;
an output member connected to the support member by an elastic body and movable relative to the support member,
a first scale is provided on one of the fixed member and the support member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the support member;
a second scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a substrate is provided on the fixed member or the support member and the output member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
obtaining a relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, and obtaining a relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor;
A drive device characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 the elastic bodies are a plurality of plate-shaped elastic bodies arranged radially around the rotation axis of the output member, and are provided on the support member and the output member so that a main surface of each plate-shaped elastic body is perpendicular to a circumference around the rotation axis of the output member.
2. The drive device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。 The bending rigidity of the elastic body in a direction intersecting the main surface is smaller than the bending rigidity of the elastic body in a direction parallel to the main surface.
3. The drive device according to claim 2.
前記第2スケールおよび前記第2センサを用いて取得した前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位と、
前記弾性体の剛性と、に基づき、
前記出力部材に伝達されるトルクに関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動装置。 a relative displacement between the fixed member and the support member obtained using the first scale and the first sensor;
a relative displacement between the fixed member and the output member obtained using the second scale and the second sensor; and
Based on the rigidity of the elastic body,
obtaining information about the torque transmitted to the output member;
4. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
2つの前記第1センサは略180°対向して配置されており、2つの前記第2センサは略180°対向して配置されている、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の駆動装置。 Two first sensors and two second sensors are provided,
The two first sensors are arranged to be opposed to each other at approximately 180° intervals, and the two second sensors are arranged to be opposed to each other at approximately 180° intervals.
5. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
前記基板における前記支持部材に設けられた前記第1スケールおよび前記出力部材に設けられた前記第2スケールと向かいあう面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられている、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の駆動装置。 when the substrate is provided on the fixed member, the first scale is provided on the support member and the second scale is provided on the output member,
the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale provided on the support member and the second scale provided on the output member,
6. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
ことを特徴とする請求項6に記載の駆動装置。 the first sensor and the second sensor are provided on the same surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
7. The drive device according to claim 6 .
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の駆動装置。 The substrate has a circular ring shape.
8. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の駆動装置。 the first scale and the second scale are annular;
9. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の駆動装置。 the first scale and the second scale are arranged so that their centers are coaxial.
10. The drive device according to claim 1.
前記第1基板における前記固定部材に設けられた前記第1スケールと向かい合う面に前記第1センサが設けられ、前記第2基板における前記固定部材に設けられた前記第2スケールと向かい合う面に前記第2センサが設けられている、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の駆動装置。 When the substrate is provided on the support member and the output member, the first scale and the second scale are provided on the fixing member, and the substrate has a first substrate provided on the support member and a second substrate provided on the output member,
the first sensor is provided on a surface of the first substrate facing the first scale provided on the fixed member, and the second sensor is provided on a surface of the second substrate facing the second scale provided on the fixed member;
6. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
ことを特徴とする請求項11に記載の駆動装置。 the first scale and the second scale are a single scale;
12. The drive device according to claim 11.
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の駆動装置。 a signal processing circuit for processing signals from the first sensor and the second sensor is provided on the substrate;
13. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
前記減速機は前記固定部材に設けられている、
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の駆動装置。 a reducer that reduces the speed of the motor;
The reducer is provided on the fixed member.
14. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の駆動装置。 the first sensor and the second sensor are optical or magnetic sensors;
15. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a drive unit.
前記モータの駆動を減速する減速機と、
前記モータと前記減速機によって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、
前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、を備える駆動装置であって、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得する、
ことを特徴とする駆動装置。 a motor provided on the fixed member;
a reducer that reduces the speed of the motor;
an output member driven by the motor and the reducer and moving relative to the fixed member;
a support member that is provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body, and is movable relative to the fixed member,
a first scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a second scale is provided on one of the support member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the support member and the output member;
a substrate is provided on the output member or the fixed member and the support member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
obtaining a relative displacement between the fixed member and the output member using the first scale and the first sensor, and obtaining a relative displacement between the output member and the support member using the second scale and the second sensor;
A drive device characterized by:
ことを特徴とする請求項16に記載の駆動装置。 the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
17. The drive device according to claim 16.
前記基板における前記固定部材に設けられた前記第1スケールおよび前記支持部材に設けられた前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられている、
ことを特徴とする請求項16または17に記載の駆動装置。 when the substrate is provided on the output member, the first scale is provided on the fixing member and the second scale is provided on the support member;
the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale provided on the fixing member and the second scale provided on the support member,
18. The drive device according to claim 16 or 17.
ことを特徴とする請求項16から18のいずれか1項に記載の駆動装置。 the first sensor and the second sensor are provided on the same surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
19. The drive device according to any one of claims 16 to 18.
前記第1基板における前記出力部材に設けられた前記第1スケールと向かい合う面に前記第1センサが設けられ、前記第2基板における前記出力部材に設けられた前記第2スケールと向かい合う面に前記第2センサが設けられている、
ことを特徴とする請求項16に記載の駆動装置。 When the substrate is provided on the fixed member and the support member, the first scale and the second scale are provided on the output member, and the substrate has a first substrate provided on the fixed member and a second substrate provided on the support member,
the first sensor is provided on a surface of the first substrate facing the first scale provided on the output member, and the second sensor is provided on a surface of the second substrate facing the second scale provided on the output member;
17. The drive device according to claim 16.
ことを特徴とする請求項20に記載の駆動装置。 the first scale and the second scale are a single scale;
21. The drive device according to claim 20.
ことを特徴とするロボット。 A drive device according to any one of claims 1 to 21 and a link.
A robot characterized by:
ことを特徴とする物品の製造方法。 The robot according to claim 22 assembles or processes an article.
A method for manufacturing an article.
前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、
前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、
制御部と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、
前記制御部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記モータを制御する、
ことを特徴とする制御方法。 a motor provided on the fixed member;
a support member driven by the motor to move relative to the fixed member;
an output member connected to the support member by an elastic body and movable relative to the support member;
A control method for a drive device including a control unit,
a first scale is provided on one of the fixed member and the support member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the support member;
a second scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a substrate is provided on the fixed member or the support member and the output member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
the control unit acquires a relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, acquires a relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor, and controls the motor based on the acquired results.
A control method comprising:
前記モータの駆動を減速する減速機と、
前記モータと前記減速機によって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、
前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、
制御部と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記モータを制御する、
ことを特徴とする制御方法。 a motor provided on the fixed member;
a reducer that reduces the speed of the motor;
an output member driven by the motor and the reducer and moving relative to the fixed member;
a support member provided in the reducer and connected to the fixed member by an elastic body, the support member being movable relative to the fixed member;
A control method for a drive device including a control unit,
a first scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a second scale is provided on one of the support member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the support member and the output member;
a substrate is provided on the output member or the fixed member and the support member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
obtaining a relative displacement between the fixed member and the output member using the first scale and the first sensor, obtaining a relative displacement between the output member and the support member using the second scale and the second sensor, and controlling the motor based on the obtained results.
A control method comprising:
前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、処理部と、を備え、
前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、
前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、
ことを特徴とする検出装置。 A detection device for detecting information about torque in an output member that moves when driven by a motor and outputs torque, comprising:
the detection device includes a fixed member on which the motor is provided, a support member driven by the motor and movable relative to the fixed member, an output member connected to the support member by an elastic body and movable relative to the support member, and a processing unit;
a first scale is provided on one of the fixed member and the support member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the support member;
a second scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a substrate is provided on the fixed member or the support member and the output member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
the processing unit acquires a relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, acquires a relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor, and acquires information about the torque based on the acquired results.
A detection device characterized by:
前記基板における前記支持部材に設けられた前記第1スケールおよび前記出力部材に設けられた前記第2スケールと向かいあう面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられている、the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale provided on the support member and the second scale provided on the output member,
ことを特徴とする請求項26に記載の検出装置。27. The detection device of claim 26.
ことを特徴とする請求項27に記載の検出装置。28. The detection device of claim 27.
前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータと前記減速機によって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、処理部と、を備え、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、
ことを特徴とする検出装置。 A detection device that detects information about a torque of an output member that moves by driving a motor and a reducer that reduces the speed of the motor and outputs torque,
the detection device includes a fixed member on which the motor is provided, an output member driven by the motor and the reducer and moving relative to the fixed member, a support member provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body and movable relative to the fixed member, and a processing unit;
a first scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a second scale is provided on one of the support member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the support member and the output member;
a substrate is provided on the output member or the fixed member and the support member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
the processing unit acquires a relative displacement between the fixed member and the output member using the first scale and the first sensor, acquires a relative displacement between the output member and the support member using the second scale and the second sensor, and acquires information about the torque based on the acquired results.
A detection device characterized by:
ことを特徴とする請求項29に記載の検出装置。30. The detection device of claim 29.
前記基板における前記固定部材に設けられた前記第1スケールおよび前記支持部材に設けられた前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられている、the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale provided on the fixing member and the second scale provided on the support member,
ことを特徴とする請求項29または30に記載の検出装置。Detecting device according to claim 29 or 30.
ことを特徴とする請求項29から31のいずれか1項に記載の検出装置。32. Detection device according to any one of claims 29 to 31.
前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータによって駆動され、前記固定部材に対して移動する支持部材と、前記支持部材と弾性体により連結され、前記支持部材に対して移動可能となっている出力部材と、処理部と、を備え、
前記固定部材または前記支持部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記固定部材、または前記支持部材および前記出力部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記基板における前記第1スケールおよび前記第2スケールと向かい合う面に前記第1センサおよび前記第2センサが設けられ、
前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、
ことを特徴とする処理方法。 A processing method for a detection device that detects information about a torque of an output member that moves when driven by a motor and outputs torque, comprising:
the detection device includes a fixed member on which the motor is provided, a support member driven by the motor and movable relative to the fixed member, an output member connected to the support member by an elastic body and movable relative to the support member, and a processing unit;
a first scale is provided on one of the fixed member and the support member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the support member;
a second scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a substrate is provided on the fixed member or the support member and the output member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
the first sensor and the second sensor are provided on a surface of the substrate facing the first scale and the second scale,
the processing unit acquires a relative displacement between the fixed member and the support member using the first scale and the first sensor, acquires a relative displacement between the fixed member and the output member using the second scale and the second sensor, and acquires information about the torque based on the acquired results.
A processing method characterized by:
前記検出装置は、前記モータが設けられる固定部材と、前記モータと前記減速機とによって駆動され、前記固定部材に対して移動する出力部材と、前記減速機に設けられ前記固定部材と弾性体により連結された、前記固定部材に対して移動可能となっている支持部材と、処理部と、を備え、
前記固定部材または前記出力部材において、一方に第1スケールが設けられ、他方に第1センサが設けられ、
前記支持部材または前記出力部材において、一方に第2スケールが設けられ、他方に第2センサが設けられ、
前記出力部材、または前記固定部材および前記支持部材に基板が設けられており、前記基板に前記第1センサと前記第2センサとが設けられており、
前記第1センサは前記第1スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、前記第2センサは前記第2スケールと向かい合うように前記基板に設けられ、
前記処理部が、前記第1スケールと前記第1センサとを用いて前記固定部材と前記出力部材との相対的な変位を取得し、前記第2スケールと前記第2センサとを用いて前記出力部材と前記支持部材との相対的な変位を取得し、取得した結果に基づき前記トルクに関する情報を取得する、
ことを特徴とする処理方法。 A processing method for a detection device that detects information about torque in an output member that moves by driving a motor and a reducer that decelerates the driving speed of the motor and outputs torque, comprising:
the detection device includes a fixed member on which the motor is provided, an output member driven by the motor and the reducer and moving relative to the fixed member, a support member provided on the reducer and connected to the fixed member by an elastic body and movable relative to the fixed member, and a processing unit;
a first scale is provided on one of the fixed member and the output member, and a first sensor is provided on the other of the fixed member and the output member;
a second scale is provided on one of the support member and the output member, and a second sensor is provided on the other of the support member and the output member;
a substrate is provided on the output member or the fixed member and the support member, and the first sensor and the second sensor are provided on the substrate;
the first sensor is provided on the substrate to face the first scale, and the second sensor is provided on the substrate to face the second scale;
the processing unit acquires a relative displacement between the fixed member and the output member using the first scale and the first sensor, acquires a relative displacement between the output member and the support member using the second scale and the second sensor, and acquires information about the torque based on the acquired results.
A processing method characterized by:
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