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公開番号2024120745
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-05
出願番号2023027761
出願日2023-02-24
発明の名称産業機器用制御システム及びトルク検出装置
出願人株式会社デンソーウェーブ
代理人個人
主分類G01L 3/14 20060101AFI20240829BHJP(測定;試験)
要約【課題】波動歯車装置が搭載された産業機器において、回転リップルの抑制と安全性の向上とに寄与すること。
【解決手段】ロボットに搭載された波動歯車装置は、内歯が形成された剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の内側に配置され外歯が形成された可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の内側に設けられ、可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませることにより外歯を内歯に部分的に噛み合わせるとともに剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車との噛み合い位置を円周方向に移動させる剛性カムとを有している。可撓性外歯歯車には、第1歪みゲージ91A～91Cと第2歪みゲージ92A～92Cとが中心軸線を囲むように配列されている。第1歪みゲージ91A～91C1からの信号は検出器96の合成部96aにて合成され、第2歪みゲージ92A～92Cからの信号は検出器97の合成部97aにて合成され、合成された両信号はロボットコントローラ42にて比較される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、前記剛性内歯歯車の内側に配置され、前記内歯に噛み合い可能な外歯が形成された可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内側に設けられ、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませることにより前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるとともに前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車との噛み合い位置を円周方向に移動させる剛性カムとを有する波動歯車装置と、前記可撓性外歯歯車に取り付けられた歪みゲージからの出力信号に基づいて前記波動歯車装置に生じるトルクを検出するトルク検出装置とを備えた産業機器に適用され、前記トルク検出装置にて検出したトルクに応じて前記産業機器を制御する産業機器用制御システムであって、
前記可撓性外歯歯車に取り付けられた歪みゲージは、複数の第１歪みゲージと複数の第２歪みゲージとで構成されており、それら第１歪みゲージ及び第２歪みゲージが前記可撓性外歯歯車の回動中心を囲むようにして配列されており、
前記第１歪みゲージ及び前記第２歪みゲージは、前記回動中心及び前記第１歪みゲージを結ぶ各仮想直線と前記回動中心及び各前記第２歪みゲージを結ぶ各仮想直線とのなす角が何れも、前記波動歯車装置のローブ数で３６０°を割った角度である基準角度の整数倍とならないようにして配置されており、
前記複数の第１歪みゲージからの出力信号を合成して第１信号を生成し、前記複数の第２歪みゲージからの出力信号を合成して第２信号を生成する合成部と、
前記第１信号及び前記第２信号を比較する比較部と
を備えている産業機器用制御システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記可撓性外歯歯車は、外周面に前記外歯が形成された円筒状の本体部と、前記本体部の一端に形成された環状のフランジ部とを有してなり、
前記フランジ部には、前記産業機器への取付部が複数形成されており、前記第１歪みゲージ及び前記第２歪みゲージは、前記フランジ部に取り付けられている請求項１に記載の産業機器用制御システム。
【請求項３】
前記波動歯車装置は、前記剛性カムが楕円形をなす２ローブ型の波動歯車装置であり、
３つの前記第１歪みゲージ及び３つの前記第２歪みゲージが、前記回動中心を中心とする仮想円上に配置されており、
前記第１歪みゲージは前記円周方向にて互いに等間隔となるように配置され、前記第２歪みゲージは前記円周方向にて互いに等間隔となるように配置されている請求項１又は請求項２に記載の産業機器用制御システム。
【請求項４】
内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、前記剛性内歯歯車の内側に配置され、前記内歯に噛み合い可能な外歯が形成された可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内側に設けられ、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませることにより前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるとともに前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車との噛み合い位置を円周方向に移動させる剛性カムとを有する波動歯車装置を備えた産業機器に適用され、前記可撓性外歯歯車に取り付けられた歪みゲージからの出力信号に基づいて前記波動歯車装置に生じるトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記可撓性外歯歯車に取り付けられた歪みゲージは、複数の第１歪みゲージと複数の第２歪みゲージとで構成されており、それら第１歪みゲージ及び第２歪みゲージが前記可撓性外歯歯車の回動中心を囲むようにして配列されており、
前記第１歪みゲージ及び前記第２歪みゲージは、前記回動中心及び前記第１歪みゲージを結ぶ各仮想直線と前記回動中心及び各前記第２歪みゲージを結ぶ各仮想直線とのなす角が何れも、前記波動歯車装置のローブ数で３６０°を割った角度である基準角度の整数倍とならないようにして配置されており、
前記複数の第１歪みゲージからの出力信号を合成して第１信号を生成し、前記複数の第２歪みゲージからの出力信号を合成して第２信号を生成する合成部と、
前記第１信号及び前記第２信号を比較する比較部と
を備えているトルク検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機器用制御システム及び産業機器に適用されるトルク検出装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
工場等で用いられる産業用ロボット等の産業機器には、減速機として波動歯車装置が搭載されているものがある。波動歯車装置は、剛性内歯歯車と、その内側に配置された可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせるとともに噛み合い位置を円周方向に移動させる剛性カム（波動発生器）とで構成されている。近年では産業機器や作業者の保護等の観点から、例えば運転時にトルクを監視し、過度に大きなトルクが発生した場合には減速や停止等の制御を行うように構成されたものがあり、波動歯車装置が搭載された産業機器においては、例えば可撓性外歯歯車に取り付けた歪みゲージからの出力信号に基づいてトルクを検出するといった対応が講じられている。
【０００３】
但し、可撓性外歯歯車においては波動歯車装置の構造上、剛性カムの回動によって伝達トルクとは関係のない歪みが周期的に発生する。このため、可撓性外歯歯車に取り付けた歪みゲージをからの出力信号は、剛性カムの回動角度に応じて振幅が正弦波状に変化することとなる。このような出力信号の変化、すなわちトルク検出にて誤差の要因となる成分（所謂回転リップル）を抑制すべく、複数の歪みゲージを併用し、それら歪みゲージからの出力信号を合成するといった技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平９－１８４７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可撓性外歯歯車は剛性カムの回動により繰り返し変形する。このように変形が繰り返されることで歪みゲージの劣化が進み、歪みゲージが故障する可能性がある。歪みゲージの故障は産業機器の安全性を低下させる要因となるため好ましくない。このような事情に鑑みて、本願の発明者は、歪みゲージを複数のグループに分けて、グループ毎に合成した出力信号を比較する技術を考案した。仮に何れかのグループに属する歪みゲージが故障した場合には、合成された出力信号の相関関係が崩れる等するため出力信号の比較によって当該故障が発生した旨を把握することができる。これにより、歪みゲージの故障に起因した産業機器の安全性の低下を抑制できる。
【０００６】
しかしながら、波動歯車装置においては、剛性カムの形状（楕円、三角形、四角形等）によって複数個所で同時に大きな歪みが発生する。大きな歪みが同時に発生する箇所に配置された各歪みゲージについては同じような態様で劣化が進む可能性が高くなり、同じタイミングで故障する可能性も高くなる。仮に、合成された出力信号に故障の結果が各々反映されると、それら出力信号を比較しても当該故障の発見は困難になると懸念される。つまり、波動歯車装置においては回転リップルの抑制と産業機器の安全性の向上とを図る上でトルク検出に係る構成に未だ改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記例示した課題等に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、波動歯車装置が搭載された産業機器において、回転リップルの抑制と安全性の向上とに寄与することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段について記載する。
【０００９】
第１の手段．内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、前記剛性内歯歯車の内側に配置され、前記内歯に噛み合い可能な外歯が形成された可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内側に設けられ、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませることにより前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるとともに前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車との噛み合い位置を円周方向に移動させる剛性カムとを有する波動歯車装置と、前記可撓性外歯歯車に取り付けられた歪みゲージからの出力信号に基づいて前記波動歯車装置に生じるトルクを検出するトルク検出装置とを備えた産業機器に適用され、前記トルク検出装置にて検出したトルクに応じて前記産業機器を制御する産業機器用制御システムであって、
前記可撓性外歯歯車に取り付けられた歪みゲージは、複数の第１歪みゲージと複数の第２歪みゲージとで構成されており、それら第１歪みゲージ及び第２歪みゲージが前記可撓性外歯歯車の回動中心を囲むようにして配列されており、
前記第１歪みゲージ及び前記第２歪みゲージは、前記回動中心及び前記第１歪みゲージを結ぶ各仮想直線と前記回動中心及び各前記第２歪みゲージを結ぶ各仮想直線とのなす角が何れも、前記波動歯車装置のローブ数で３６０°を割った角度である基準角度の整数倍とならないようにして配置されており、
前記複数の第１歪みゲージからの出力信号を合成して第１信号を生成し、前記複数の第２歪みゲージからの出力信号を合成して第２信号を生成する合成部と、
前記第１信号及び前記第２信号を比較する比較部と
を備えている。
【００１０】
本手段に示す波動歯車装置においては、剛性カムが回動することで、可撓性外歯歯車に伝達トルクとは関係のない歪みが周期的に発生する。このため、可撓性外歯歯車に取り付けた歪みゲージからの出力信号は、剛性カムの回動角度に応じて振幅が正弦波状に変化する。複数の歪みゲージを併用し、それら歪みゲージからの出力信号を合成する構成とすることは、トルク検出の誤差要因となる回転リップルを抑制する上で好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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