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JP7594234B2 - Drive device, encoder unit, and robot device - Google Patents
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JP7594234B2 - Drive device, encoder unit, and robot device - Google Patents

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Description

本発明は、例えばエンコーダを備えた駆動装置及びその制御方法、エンコーダユニット及びその制御方法、並びに駆動装置を備えたロボット装置に関する。 The present invention relates to, for example, a drive device equipped with an encoder and a control method thereof, an encoder unit and a control method thereof, and a robot device equipped with a drive device.

産業用ロボット又は工作機械等の駆動部に用いられるモータの回転角の制御を高精度に行うために、モータの回転軸にはエンコーダ(例えばロータリーエンコーダ)が取り付けられ、エンコーダの検出結果などに基づいてモータの制御が行われている。また、モータの稼働時等に、モータの状態をモニタするためには、モータで回転駆動される軸(以下、出力軸という)に作用するモーメントを検出することが好ましい。従来技術として、軸受内部の出力軸の軸方向に作用するモーメントを検出する装置が知られている(例えば、引用文献1参照)。 To control the rotation angle of a motor used in the drive unit of an industrial robot or machine tool with high precision, an encoder (e.g., a rotary encoder) is attached to the rotating shaft of the motor, and the motor is controlled based on the detection results of the encoder. Also, to monitor the state of the motor while it is in operation, it is preferable to detect the moment acting on the shaft that is rotated by the motor (hereinafter referred to as the output shaft). As prior art, a device that detects the moment acting in the axial direction of the output shaft inside a bearing is known (see, for example, Reference 1).

最近では、エンコーダを取り付けたモータはより様々な用途で使用されており、モーメントも様々に変動することがある。そのため、モータの出力軸に作用するモーメントを簡単な構成で高精度に検出することを考慮することが求められている。 Recently, motors equipped with encoders have been used in a wider variety of applications, and the moment can fluctuate in various ways. For this reason, there is a need to consider how to detect the moment acting on the motor's output shaft with high accuracy using a simple configuration.

特開2010-8094号公報JP 2010-8094 A

第1の態様によれば、モータと、そのモータの回転を伝達し、中空部を含む入力軸と、その入力軸から伝達されたそのモータの回転を変速する変速機と、その入力軸の中空部を通る出力軸を含み、その変速機を介して変速されたそのモータの回転をその出力軸の第1端から出力する出力部と、その出力軸のその第1端と反対側の第2端の、その出力軸の延伸方向に直交する面内における並進方向の変位に関連する変位情報を検出する変位検出部と、を備える駆動装置が提供される。 According to a first aspect, there is provided a drive device comprising: a motor; an input shaft that transmits rotation of the motor and includes a hollow portion; a transmission that changes the speed of the rotation of the motor transmitted from the input shaft; an output section that includes an output shaft that passes through the hollow portion of the input shaft and outputs the rotation of the motor changed in speed via the transmission from a first end of the output shaft; and a displacement detection section that detects displacement information related to a translational displacement of a second end of the output shaft opposite the first end in a plane perpendicular to the extension direction of the output shaft.

第2の態様によれば、モータの回転を伝達し、中空部を含む入力軸から伝達されたそのモータの回転を変速する変速機と、その入力軸の中空部を通る出力軸を含み、その変速機を介して変速されたそのモータの回転をその出力軸の第1端から出力する出力部と、その入力軸の第1回転情報を検出する第1回転検出部と、その出力軸の第2回転情報を検出する第2回転検出部と、を備え、その出力軸のその第1端と反対側の第2端の、その出力軸の延伸方向に直交する面内における並進方向の変位に関連する変位情報を検出する変位検出部と、その第1回転検出部が検出するその第1回転情報と、その第2回転検出部が検出するその第2回転情報とに基づいて、その入力軸とその出力軸それぞれの回転量を演算する第1演算部と、を備えるエンコーダユニットが提供される。 According to a second aspect, there is provided an encoder unit comprising: a transmission that transmits rotation of a motor and changes the speed of the rotation of the motor transmitted from an input shaft including a hollow portion; an output section that includes an output shaft passing through the hollow portion of the input shaft and outputs the rotation of the motor changed in speed via the transmission from a first end of the output shaft ; a first rotation detection section that detects first rotation information of the input shaft; a second rotation detection section that detects second rotation information of the output shaft; a displacement detection section that detects displacement information related to a translational displacement of a second end of the output shaft opposite the first end in a plane perpendicular to the extension direction of the output shaft; and a first calculation section that calculates the amount of rotation of each of the input shaft and the output shaft based on the first rotation information detected by the first rotation detection section and the second rotation information detected by the second rotation detection section.

第3の態様によれば、第1の態様の駆動装置と、その駆動装置によって駆動されるアームと、その駆動装置を制御するロボット制御部と、を備えるロボット装置が提供される。
第4の態様によれば、モータと、そのモータの回転を伝達し、中空部を含む入力軸と、その入力軸から伝達されたそのモータの回転を変速する変速機と、その変速機を介して変速されたそのモータの回転を出力し、その入力軸の中空部を通る出力軸を含む出力部と、を備える駆動装置の制御方法であって、その出力軸の延伸方向に直交する面内におけるその出力軸の変位情報を検出すること、を含む駆動装置の制御方法が提供される。
According to a third aspect, there is provided a robot device including the drive device of the first aspect, an arm driven by the drive device, and a robot control unit that controls the drive device.
According to a fourth aspect, there is provided a control method for a drive device including a motor, an input shaft that transmits rotation of the motor and includes a hollow portion, a transmission that changes the speed of the rotation of the motor transmitted from the input shaft, and an output portion that outputs the rotation of the motor changed in speed via the transmission and includes an output shaft that passes through the hollow portion of the input shaft , the control method for the drive device including detecting displacement information of the output shaft within a plane perpendicular to the extension direction of the output shaft .

第5の態様によれば、モータの回転を伝達し、中空部を含む入力軸から伝達されたそのモータの回転を変速する変速機と、その変速機を介して変速されたそのモータの回転を出力し、その入力軸の中空部を通る出力軸を含む出力部と、その入力軸の第1回転情報を検出する第1回転検出部と、その出力の第2回転情報を検出する第2回転検出部と、を備えるエンコーダユニットの制御方法であって、その出力軸の延伸方向に直交する面内におけるその出力軸の変位情報を検出することと、その第1回転検出が検出するその第1回転情報と、その第2回転検出が検出するその第2回転情報とに基づいて、その入力とその出力それぞれの回転量を演算することと、を含むエンコーダユニットの制御方法が提供される。 According to a fifth aspect, there is provided a control method for an encoder unit including a transmission that transmits the rotation of a motor and changes the speed of the rotation of the motor transmitted from an input shaft including a hollow portion , an output portion that outputs the rotation of the motor changed through the transmission and includes an output shaft that passes through the hollow portion of the input shaft , a first rotation detection portion that detects first rotation information of the input shaft , and a second rotation detection portion that detects second rotation information of the output shaft, the control method including detecting displacement information of the output shaft in a plane perpendicular to the extension direction of the output shaft , and calculating the amount of rotation of each of the input shaft and the output shaft based on the first rotation information detected by the first rotation detection portion and the second rotation information detected by the second rotation detection portion.

本発明の第1の実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a drive device according to a first embodiment of the present invention. (A)は図1中のA方向から見た矢視図、(B)は図1のBB線に沿う断面図、(C)は変形例の図1のBB線に沿う断面に対応する断面図、(D)は図1の駆動装置の要部を示す断面図である。1 , (B) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1 , (C) is a cross-sectional view of a modified example corresponding to the cross-section taken along line BB in FIG. 1 , and (D) is a cross-sectional view showing a main part of the drive device in FIG. 1 . 図1の駆動装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing an example of a control method for the drive device of FIG. 1 . 第1の実施形態の変形例の駆動装置を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a drive device according to a modified example of the first embodiment. 第2の実施形態の駆動装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a drive device according to a second embodiment. (A)は図5の駆動装置の要部を示す断面図、(B)は図6(A)のBB線に沿う断面図である。6A is a cross-sectional view showing a main part of the drive device of FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 6A. 第3の実施形態の駆動装置を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a drive device according to a third embodiment. (A)は図7のA方向から視た矢視図、(B)は図7の駆動装置でモーメント荷重が作用した状態を示す断面図である。8A is a view taken along the line A in FIG. 7, and FIG. 8B is a cross-sectional view showing a state in which a moment load is applied to the drive device of FIG. (A)は図7の駆動装置において、Y方向にモーメントが作用した状態をA方向から見た矢視図、(B)は図7の駆動装置において、任意方向にモーメントが作用した状態をA方向から見た矢視図である。7A is a view from the arrow A showing a state in which a moment acts in the Y direction in the drive device of FIG. 7, and FIG. 7B is a view from the arrow A showing a state in which a moment acts in an arbitrary direction in the drive device of FIG. 7. 第3の実施形態の第1変形例の要部を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a main part of a first modified example of the third embodiment. (A)は第2変形例の検出部及び演算装置を示す図、(B)は第3変形例の検出部及び演算装置を示す図である。FIG. 13A is a diagram showing a detection unit and a calculation device according to a second modified example, and FIG. 13B is a diagram showing a detection unit and a calculation device according to a third modified example. ロボット装置の一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a robot device.

以下、第1の実施形態につき図1から図3を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る駆動装置10を示し、図2(A)は図1のA方向から見た矢視図、図2(B)は図1のBB線に沿う断面図である。図1において、駆動装置10は、例えばロボット装置が設置された工場の床面(不図示)に不図示の支持部材(例えばアームなど)を介して固定された広く深い皿状の蓋部材40(保持部材)と、蓋部材40の開口側に固定されたモータケース30を有するモータ部14とを備えている。モータ部14は、細長い円筒状の入力軸(第1回転軸又はモータ軸)18Aを回転駆動する。以下では、入力軸18Aの中心軸に沿ってZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に垂直な方向にX軸を、図1の紙面に平行な方向にY軸を取って説明する。入力軸18Aはモータ部14によってZ軸の回りに回転駆動される。さらに、入力軸18Aの両端部は、それぞれモータケース30のZ方向の両側の端面の外側に突き出ている。
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a driving device 10 according to this embodiment, FIG. 2(A) is a view seen from the direction A in FIG. 1, and FIG. 2(B) is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1. In FIG. 1, the driving device 10 includes a wide and deep dish-shaped cover member 40 (holding member) fixed to the floor (not shown) of a factory where a robot device is installed, for example, via a support member (e.g., an arm, etc.) not shown, and a motor unit 14 having a motor case 30 fixed to the opening side of the cover member 40. The motor unit 14 rotates and drives an elongated cylindrical input shaft (first rotating shaft or motor shaft) 18A. In the following description, the Z axis is taken along the central axis of the input shaft 18A, the X axis is taken in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 within a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken in a direction parallel to the paper surface of FIG. 1. The input shaft 18A is rotated around the Z axis by the motor unit 14. Furthermore, both ends of the input shaft 18A protrude outward from the end faces on both sides of the motor case 30 in the Z direction.

また、駆動装置10は、モータ部14のモータケース30の-Z方向の端面に固定された円筒状の支持部材32と、入力軸18Aの-Z方向の端部18Aaの外面に設けられた減速機34と、減速機34の外面に設けられた円筒状の連結部36Aと、連結部36Aに対して-Z方向側に固定された輪帯の平板状の連結板36Bと、連結板36Bの-Z方向側の面の3箇所にそれぞれZ方向に弾性変形可能な皿ばね38A,38B,38C(弾性部)(図2(A)参照)を介して連結された円板状の端部18Baと、端部18Baの+Z方向の面の中心に固定された円柱状の軸部18Bbと、支持部材32の内面に連結部36AをZ軸の回りに回転可能に支持する回転軸受28Cとを備えている。出力軸(出力部)18Bは、端部18Ba及び軸部18Bbから構成され、減速機34によって入力軸18Aに連動して減速されてZ軸の回りに回転駆動される。端部18Baには、例えばロボットアームやエンドエフェクタのような被駆動部(不図示)が連結される。減速機34による減速比は一例として1/100程度である。本実施形態では、入力軸18Aは中空の円筒状であり、出力軸18Bの軸部18Bbは、入力軸18Aの内部を通過するように配置されている。なお、一例として軸部18Bbは円柱状であるが、軸部18Bbも円筒状であってもよい。皿ばね38A,38B,38C、入力軸18A、出力軸18B、モータケース30、及び支持部材32等は例えば金属製である。 The drive unit 10 also includes a cylindrical support member 32 fixed to the -Z end face of the motor case 30 of the motor section 14, a reducer 34 provided on the outer surface of the -Z end 18Aa of the input shaft 18A, a cylindrical connecting portion 36A provided on the outer surface of the reducer 34, a flat connecting plate 36B of a ring-shaped band fixed to the -Z direction side of the connecting portion 36A, a disk-shaped end 18Ba connected to three points on the -Z direction side surface of the connecting plate 36B via disc springs 38A, 38B, 38C (elastic portions) (see FIG. 2A) that are elastically deformable in the Z direction, a cylindrical shaft portion 18Bb fixed to the center of the +Z direction surface of the end 18Ba, and a rotary bearing 28C that rotatably supports the connecting portion 36A around the Z axis on the inner surface of the support member 32. The output shaft (output part) 18B is composed of an end part 18Ba and a shaft part 18Bb, and is driven to rotate around the Z axis by being reduced in speed in conjunction with the input shaft 18A by the reducer 34. A driven part (not shown), such as a robot arm or an end effector, is connected to the end part 18Ba. The reduction ratio of the reducer 34 is, for example, about 1/100. In this embodiment, the input shaft 18A is hollow and cylindrical, and the shaft part 18Bb of the output shaft 18B is arranged to pass through the inside of the input shaft 18A. Note that, as an example, the shaft part 18Bb is cylindrical, but the shaft part 18Bb may also be cylindrical. The disc springs 38A, 38B, 38C, the input shaft 18A, the output shaft 18B, the motor case 30, and the support member 32 are made of metal, for example.

また、駆動装置10は、入力軸18A(ひいては出力軸18B)の回転角及び回転速度等の回転情報、並びに出力軸18Bの端部18Baの例えば-Z方向の面(以下、作用面とも称する)18Bcに加わるZ軸に垂直な平面内の任意の軸の回りのモーメントMの方向(作用方向)及び大きさ(長さ×力)を検出するエンコーダ部12と、エンコーダ部12で検出される回転情報を用いてモータ部14を駆動するモータ制御装置24とを備えている。なお、以下では端部18Ba(作用面18Bc)に作用するモーメントMを単に出力軸18Bに作用するモーメントMとも称する。 The drive unit 10 also includes an encoder unit 12 that detects rotation information such as the rotation angle and rotation speed of the input shaft 18A (and thus the output shaft 18B), as well as the direction (direction of action) and magnitude (length x force) of a moment M about an arbitrary axis in a plane perpendicular to the Z axis that is applied to, for example, the -Z direction surface (hereinafter also referred to as the action surface) 18Bc of the end 18Ba of the output shaft 18B, and a motor control device 24 that drives the motor unit 14 using the rotation information detected by the encoder unit 12. Note that, hereinafter, the moment M acting on the end 18Ba (action surface 18Bc) is also simply referred to as the moment M acting on the output shaft 18B.

また、モータ部14のモータケース30は、円筒状の保持部材30Aと、保持部材30Aの+Z方向の側面を覆うように保持部材30Aに連結されたリング状の押さえ部材30Bとを有し、モータケース30の対向する2つの側面部の開口に1対の回転軸受28A及び28Bを介して回転可能に入力軸18Aが支持されている。蓋部材40は、モータケース30の+Z方向の端面を覆うように設けられている。また、モータ部14は、入力軸18Aの中央の軸部の外面に装着された複数のマグネット20と、マグネット20を囲むようにモータケース30の内面に配置された複数のコイル22とを有する。コイル22が複数の信号ライン26を介してモータ制御装置24に接続されている。一例として、モータ部14は3相交流モータであるが、モータ部14としては直流モータ等も使用できる。 The motor case 30 of the motor section 14 has a cylindrical holding member 30A and a ring-shaped pressing member 30B connected to the holding member 30A so as to cover the +Z direction side of the holding member 30A, and the input shaft 18A is rotatably supported via a pair of rotary bearings 28A and 28B at the openings of the two opposing side portions of the motor case 30. The cover member 40 is provided so as to cover the end face of the motor case 30 in the +Z direction. The motor section 14 also has a plurality of magnets 20 attached to the outer surface of the central shaft portion of the input shaft 18A, and a plurality of coils 22 arranged on the inner surface of the motor case 30 so as to surround the magnets 20. The coils 22 are connected to the motor control device 24 via a plurality of signal lines 26. As an example, the motor section 14 is a three-phase AC motor, but a DC motor or the like can also be used as the motor section 14.

また、連結板36Bと出力軸18Bの端部18Baとの間の皿ばね38Aは、連結板36B側に配置されたボルトB1及び端部18Ba側に配置されたナットN1によって、X方向及びY方向に移動しないように、かつZ方向に弾性変形で収縮及び伸張可能に支持されている。なお、ナットN1を使用してボルトB1を固定する代わりに、出力部18Baにタップ加工を施してボルトB1を固定してもよい。図2(A)に示すように、連結板36Bと出力軸18Bの端部18Baとの間に、Z軸(出力軸18B)の回りにほぼ等角度間隔で3箇所に皿ばね38A,38B,38Cが配置されている。皿ばね38B,38Cの支持方法は、皿ばね38Aの支持方法と同様である。皿ばね38A,38B,38Cの弾性変形によって、端部18Baは、連結板36Bに対してZ軸に垂直な平面内でZ軸を通る任意の軸の回りに回転(傾斜)可能である。なお、皿ばね38A~38Cの代わりに、圧縮コイルばね、板ばね、弾性ヒンジ機構、又はいわゆるフレクチャ構造等の任意の弾性部を使用できる。なお、皿ばねを用いる場合、3個以上を等角度間隔に配置してもよい。また、皿ばね38A,38B,38C等の弾性部は設けられていなくてもよい。 The disc spring 38A between the connecting plate 36B and the end 18Ba of the output shaft 18B is supported by the bolt B1 arranged on the connecting plate 36B side and the nut N1 arranged on the end 18Ba side so that it does not move in the X and Y directions and can be contracted and expanded by elastic deformation in the Z direction. Instead of fixing the bolt B1 using the nut N1, the bolt B1 may be fixed by tapping the output part 18Ba. As shown in FIG. 2(A), disc springs 38A, 38B, and 38C are arranged at three positions at approximately equal angular intervals around the Z axis (output shaft 18B) between the connecting plate 36B and the end 18Ba of the output shaft 18B. The method of supporting the disc springs 38B and 38C is the same as the method of supporting the disc spring 38A. Due to the elastic deformation of the disc springs 38A, 38B, and 38C, the end 18Ba can rotate (tilt) around any axis passing through the Z axis in a plane perpendicular to the Z axis with respect to the connecting plate 36B. Note that any elastic part such as a compression coil spring, a leaf spring, an elastic hinge mechanism, or a so-called flexure structure can be used instead of the disc springs 38A to 38C. Note that when disc springs are used, three or more may be arranged at equal angular intervals. Also, the elastic parts of the disc springs 38A, 38B, and 38C, etc., do not have to be provided.

また、図1において、皿ばね38A~38CのZ方向の中央部を通る平面(以下、支持平面38Pと称する)とZ軸との交点を回転中心Cとする。出力軸18BにZ軸に垂直な面内の軸の回りのモーメントが作用すると、皿ばね38A~38Cの弾性変形によって、出力軸18B(軸部18Bb)はほぼ回転中心Cの回りに所定の狭い角度範囲内で回転(傾斜)する。すなわち、出力軸18Bには、ほぼZ軸に垂直な平面内で回転中心Cを通る任意の軸の回りのモーメントが作用するとみなすことができる。なお、弾性体として弾性変形する構成は皿ばねに限定されず、例えば、回転軸受28Cや減速機34等も弾性体として機能する。こられの構成すべてが弾性体として機能した場合、出力軸18Bの回転中心はZ軸上でモータ部14に近い所定の位置となる。 In addition, in FIG. 1, the intersection of the plane (hereinafter referred to as the support plane 38P) passing through the center of the Z direction of the disc springs 38A to 38C and the Z axis is the rotation center C. When a moment around an axis in a plane perpendicular to the Z axis acts on the output shaft 18B, the output shaft 18B (shaft portion 18Bb) rotates (tilts) approximately around the rotation center C within a predetermined narrow angle range due to the elastic deformation of the disc springs 38A to 38C. In other words, it can be considered that a moment around any axis passing through the rotation center C in a plane perpendicular to the Z axis acts on the output shaft 18B. Note that the configuration that elastically deforms as an elastic body is not limited to disc springs, and for example, the rotary bearing 28C and the reducer 34 also function as elastic bodies. When all of these configurations function as elastic bodies, the rotation center of the output shaft 18B is a predetermined position on the Z axis close to the motor portion 14.

図2(D)は図1の入力軸18A、減速機34、及び出力軸18B等を示す。なお、本実施形態では、皿ばね38A~38Cが弾性体として支配的に機能すると仮定して、出力軸18Bの回転中心を図1及び図2(D)の皿ばね38A~38Cの支持平面38P上の回転中心Cとしている。図2(D)に示すように、出力軸18Bの軸部18Bbの-Z方向の端面(端部18Baに連結されている部分)と回転中心Cとの間隔をLa、回転中心Cと軸部18Bbの+Z方向の端面との間隔をLbとする。本実施形態では、間隔Lbは間隔Laよりも長くなるように、例えば間隔Lbは間隔Laの10倍以上に設定されている。このとき、出力軸18Bに作用する回転中心Cを通りX軸に平行な軸の回りのモーメントMによって、出力軸18Bが点線の位置18P1に回転するものとする。そして、軸部18Bbの-Z方向の端面が-Y方向(又は+Y方向)にδ1だけ変位するとき、軸部18Bbの+Z方向の端面の+Y方向(又は-Y方向)への変位δ2は、次のように変位δ1に対してLb/Laの比率で拡大される。
δ2=δ1(Lb/La) …(1)
FIG. 2(D) shows the input shaft 18A, the reducer 34, and the output shaft 18B of FIG. 1. In this embodiment, it is assumed that the disc springs 38A to 38C function predominantly as elastic bodies, and the rotation center of the output shaft 18B is the rotation center C on the support plane 38P of the disc springs 38A to 38C in FIG. 1 and FIG. 2(D). As shown in FIG. 2(D), the distance between the end face (the part connected to the end 18Ba) of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B in the -Z direction and the rotation center C is La, and the distance between the rotation center C and the end face of the shaft portion 18Bb in the +Z direction is Lb. In this embodiment, the distance Lb is set to be longer than the distance La, for example, 10 times or more the distance La. At this time, the output shaft 18B is rotated to the dotted line position 18P1 by the moment M acting on the output shaft 18B around an axis passing through the rotation center C and parallel to the X-axis. Then, when the -Z end face of shaft portion 18Bb is displaced in the -Y direction (or +Y direction) by δ1, the displacement δ2 in the +Y direction (or -Y direction) of the +Z end face of shaft portion 18Bb is magnified with respect to displacement δ1 at a ratio of Lb/La as follows:
δ2=δ1(Lb/La)...(1)

例えば間隔Lbが間隔Laの少なくとも10倍に設定されている場合、変位δ2は変位δ1の少なくとも10倍に拡大される。このように、出力軸18Bの軸部18Bbは、モータ部14の一端側(減速機34の側)からモータ部14の他端側に延伸し、出力軸18Bの変位をモータ部14のその他端側において拡大する変位拡大部として作用する。
図1において、本実施形態では、エンコーダ部12によって出力軸18Bの軸部18Bbの+Z方向の端部のZ軸に垂直な平面内での(軸部18Bbの延伸方向に直交する面に沿った方向の)変位の方向及び大きさを検出し、その検出結果を用いて出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさを求めることができる。このため、一例として例えば実験的に、軸部18Bbの+Z方向の端部のY方向の変位の大きさと出力軸18BにX軸の回りに作用するモーメントの大きさ(モーメント荷重)との関係(以下、モーメントの換算係数Mkという)が求められており、その換算係数Mkがエンコーダ部12の記憶部に記憶されている。なお、モーメントの換算係数Mkは、変位の大きさに対して非線形の関数であってもよい。なお、モーメント換算係数Mkを記憶部に記憶することには、クラウドストレージ等を利用してモーメント換算係数Mkを記憶することも含む。
For example, when the interval Lb is set to be at least 10 times the interval La, the displacement δ2 is magnified to at least 10 times the displacement δ1. In this manner, the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B extends from one end side (the side of the reducer 34) of the motor portion 14 to the other end side of the motor portion 14 and acts as a displacement magnifying portion that magnifies the displacement of the output shaft 18B at the other end side of the motor portion 14.
In FIG. 1, in this embodiment, the encoder unit 12 detects the direction and magnitude of the displacement (in the direction along the plane perpendicular to the Z axis of the end of the shaft portion 18Bb in the +Z direction of the output shaft 18B) in a plane perpendicular to the Z axis, and the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B can be obtained using the detection result. For this reason, for example, experimentally, the relationship between the magnitude of the displacement in the Y direction of the end of the shaft portion 18Bb in the +Z direction and the magnitude of the moment acting on the output shaft 18B around the X axis (moment load) (hereinafter referred to as the moment conversion coefficient Mk) is obtained, and the conversion coefficient Mk is stored in the storage unit of the encoder unit 12. The moment conversion coefficient Mk may be a nonlinear function with respect to the magnitude of the displacement. Storing the moment conversion coefficient Mk in the storage unit also includes storing the moment conversion coefficient Mk using cloud storage or the like.

また、入力軸18Aの+Z方向の端部18Abはモータケース30の+Z方向の側面の外側に突き出ており、出力軸18Bの軸部18Bbの+Z方向の端部は端部18Abの外側に突き出ている。そして、入力軸18Aの端部18Abの+Z方向の端面に、回転方向の位置(回転角)を検出するための透過型のパターン(不図示。以下、回転型の検出パターンとも称する)が形成された輪帯状の回転板42Aが取り付けられている。出力軸18Bの軸部18Bbは、回転板42Aの中心の開口を通過している。蓋部材40の内面には、回転板42Aのパターンを検出する第1検出部44が設けられている。第1検出部(位置検出用センサ)44は、回転板42Aのパターンに検出光を照射する光源と、そのパターンからの光(例えば透過光)を受光する受光素子とを有する。回転板42Aのパターンは、例えばインクリメンタル式のパターン及びアブソリュート型のパターンを含む。なお、第1検出部44は透過型の光学センサであるが、回転板42Aのパターンを反射型のパターンとして、第1検出部44として反射型の光学センサを使用してもよい。 The +Z end 18Ab of the input shaft 18A protrudes outward from the +Z side of the motor case 30, and the +Z end of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B protrudes outward from the end 18Ab. A ring-shaped rotating plate 42A on which a transmission pattern (not shown, hereinafter also referred to as a rotational detection pattern) for detecting the position in the rotational direction (rotation angle) is formed is attached to the +Z end face of the end 18Ab of the input shaft 18A. The shaft portion 18Bb of the output shaft 18B passes through an opening in the center of the rotating plate 42A. A first detection unit 44 that detects the pattern of the rotating plate 42A is provided on the inner surface of the cover member 40. The first detection unit (position detection sensor) 44 has a light source that irradiates detection light onto the pattern of the rotating plate 42A and a light receiving element that receives light (e.g., transmitted light) from the pattern. The pattern of the rotating plate 42A includes, for example, an incremental pattern and an absolute pattern. Note that the first detection unit 44 is a transmissive optical sensor, but the pattern of the rotating plate 42A may be a reflective pattern and a reflective optical sensor may be used as the first detection unit 44.

エンコーダ部12は、回転板42Aと、第1検出部44と、第1検出部44の検出信号S1を処理してモータ部14に対する回転板42A(及び入力軸18A)及び出力軸18BのZ軸の回りの回転情報(回転角、角速度、及び/又は入力軸18Aが何回回転したかを示す多回転情報を含む変位情報)(以下、エンコーダ情報ともいう)を求める第1演算装置16とを有する。第1演算装置16は、検出信号S1から求められる入力軸18Aの回転情報及び減速機34の既知の減速比から出力軸18Bの回転情報を求めることができる。なお、入力軸18Aの端部18Abに回転板42Aを設ける代わりに、出力軸18Bの端部18Bbに回転板42Aを設けて、出力軸18Bの回転情報を直接検出してもよい。また、駆動装置10には、入力軸18A及び出力軸18Bの回転情報を検出するエンコーダ部12を設けずに、駆動装置10の外部に出力軸18B(端部18Ba及び/又は軸部18Bb)の回転情報を検出する検出器を設けてもよい。 The encoder unit 12 includes a rotating plate 42A, a first detection unit 44, and a first calculation unit 16 that processes the detection signal S1 of the first detection unit 44 to obtain rotation information (displacement information including rotation angle, angular velocity, and/or multiple rotation information indicating how many times the input shaft 18A has rotated) (hereinafter also referred to as encoder information) about the Z axis of the rotating plate 42A (and the input shaft 18A) and the output shaft 18B relative to the motor unit 14. The first calculation unit 16 can obtain rotation information of the output shaft 18B from the rotation information of the input shaft 18A obtained from the detection signal S1 and the known reduction ratio of the reducer 34. Note that instead of providing the rotating plate 42A at the end 18Ab of the input shaft 18A, the rotating plate 42A may be provided at the end 18Bb of the output shaft 18B to directly detect the rotation information of the output shaft 18B. In addition, the drive device 10 may not be provided with an encoder unit 12 that detects rotation information of the input shaft 18A and the output shaft 18B, but may instead be provided with a detector outside the drive device 10 that detects rotation information of the output shaft 18B (end portion 18Ba and/or shaft portion 18Bb).

第1演算装置16は、そのエンコーダ情報をモータ制御装置24に供給し、モータ制御装置24は、例えば出力軸18Bの検出された回転角等と目標回転角等との差分に応じてコイル26に供給する電流値を制御する。この動作によって出力軸18Bの回転角等が目標値に制御される。
また、蓋部材40の内面において、出力軸18Bの軸部18Bbの+Z方向の端面の近傍の3箇所に、それぞれ軸部18Bbの端部との間隔を非接触に検出する間隔センサ46A,46B,46Cが配置されている。図2(B)に示すように、間隔センサ46A,46B,46Cは、出力軸18Bの軸部18Bbの回りに等角度間隔で配置され、それぞれ軸部18Bbとの間隔gA,gB,gCに対応する検出信号S2A,S2B,S2Cを出力する。一例として、間隔センサ46Aは軸部18Bbに対して+Y方向に配置され、間隔センサ46B,46Cは軸部18BbをX方向に挟むように対称に配置されている。間隔センサ46A~46Cとしては、光学式のギャップセンサ、静電容量式のギャップセンサ、渦電流式のギャップセンサ、磁気式のギャップセンサ、又はエアー吹きつけ式のギャップセンサ等を使用できる。
The first calculation device 16 supplies the encoder information to the motor control device 24, and the motor control device 24 controls the value of the current supplied to the coil 26 in accordance with, for example, the difference between the detected rotation angle, etc. of the output shaft 18B and a target rotation angle, etc. By this operation, the rotation angle, etc. of the output shaft 18B is controlled to the target value.
Also, on the inner surface of the cover member 40, three gap sensors 46A, 46B, and 46C are arranged near the end face of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B in the +Z direction, for detecting the gap between the end of the shaft portion 18Bb without contact. As shown in FIG. 2B, the gap sensors 46A, 46B, and 46C are arranged at equal angular intervals around the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B, and output detection signals S2A, S2B, and S2C corresponding to the gaps gA, gB, and gC between the shaft portion 18Bb, respectively. As an example, the gap sensor 46A is arranged in the +Y direction with respect to the shaft portion 18Bb, and the gap sensors 46B and 46C are arranged symmetrically so as to sandwich the shaft portion 18Bb in the X direction. As the gap sensors 46A to 46C, an optical gap sensor, a capacitance gap sensor, an eddy current gap sensor, a magnetic gap sensor, or an air blowing gap sensor can be used.

図1において、エンコーダ部12は、間隔センサ46A~46Cと、間隔センサ46A~46Cの検出信号S2A,S2B,S2Cを処理して出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさ(モーメント情報)を求める第2演算装置48とを有する。また、駆動装置10は、第2演算装置48で求められたモーメント情報に応じた後述の処理を行う制御装置50を備えている。 In FIG. 1, the encoder unit 12 has distance sensors 46A-46C and a second calculation device 48 that processes the detection signals S2A, S2B, and S2C of the distance sensors 46A-46C to determine the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B (moment information). The drive device 10 also has a control device 50 that performs the processing described below in accordance with the moment information determined by the second calculation device 48.

第2演算装置48の記憶部には、端部18Baに負荷がかかっていない状態、すなわち出力軸18Bに実質的にモーメントが作用していない状態で間隔センサ46A~46Cによって検出される軸部18Bbとの間隔gA,gB,gCの値gA1,gB1,gC1、及び上述のモーメントの換算係数Mkが記憶されている。そして、駆動装置10の稼働中に、第2演算装置48の処理部(変位換算部)では、間隔センサ46A~46Cによって検出される軸部18Bbとの間隔gA,gB,gCを求める。そして、その処理部では、図2(D)に示されるように軸部18Bbが変位した場合について、一例として、次式から軸部18Bbの端部のX方向及びY方向への変位の大きさδx及びδyを算出する。
δy=gA1-gA …(2A)
δx=cos30°{(gB1-gB)-(gC1-gC)}/2 …(2B)
The storage unit of the second calculation device 48 stores the values gA1, gB1, and gC1 of the distances gA, gB, and gC between the end 18Ba and the shaft portion 18Bb detected by the distance sensors 46A to 46C when no load is applied to the end 18Ba, i.e., when no moment is substantially acting on the output shaft 18B, and the moment conversion coefficient Mk. Then, during operation of the drive device 10, the processing unit (displacement conversion unit) of the second calculation device 48 calculates the distances gA, gB, and gC between the end 18Ba and the shaft portion 18Bb detected by the distance sensors 46A to 46C. Then, in the case where the shaft portion 18Bb is displaced as shown in FIG. 2(D), the processing unit calculates the magnitudes δx and δy of the displacements of the end 18Ba in the X and Y directions from the following equations.
δy=gA1-gA...(2A)
δx=cos30° {(gB1-gB)-(gC1-gC)}/2...(2B)

さらに、その処理部では、一例として、次式から出力軸18Bに作用するモーメントの方向Φ(-Z方向に見た場合のZ軸を中心とする反時計回りの角度)及び大きさΕを求める。なお、簡単のため、軸部18Bbの端部の変位とモーメントの大きさとは比例するものとしている(以下同様)。
Φ(rad)=π+arctan(δy/δx) …(3A)
Ε=Mk・(δy2+δx21/2 …(3B)
Furthermore, the processing unit determines, as an example, the direction Φ (counterclockwise angle around the Z axis when viewed in the -Z direction) and magnitude E of the moment acting on the output shaft 18B from the following equation: For simplicity, it is assumed that the displacement of the end of the shaft portion 18Bb is proportional to the magnitude of the moment (same below).
Φ (rad) = π + arctan (δy/δx) … (3A)
E=Mk・(δy 2 + δx 2 ) 1/2 …(3B)

次に、本実施形態の駆動装置10の制御方法の一例につき図3のフローチャートを参照して説明する。まず、図3のステップ102において、モータ制御装置24内で被駆動部(不図示)及び出力軸18Bの目標回転角が入力される。次のステップ104において、モータ制御装置24はモータ部14による入力軸18Aの回転駆動を開始する。そして、ステップ106において、エンコーダ部12の第1検出部44が入力軸18Aの回転角を検出し、第1演算装置16では、その回転角及び減速機34の既知の減速比から出力軸18Bの回転角を求める。出力軸18Bの回転角の情報はモータ制御装置24に供給される。ステップ108において、モータ制御装置24は、出力軸18Bの回転角から目標回転角を減算して回転角の補正量を算出する。そして、ステップ110において、モータ制御装置24はその補正量を相殺するようにモータ部14を駆動する。その後、動作はステップ106に移行し、ステップ106,108,110の動作が繰り返される。 Next, an example of a control method of the drive device 10 of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 3. First, in step 102 of FIG. 3, the driven part (not shown) and the target rotation angle of the output shaft 18B are input in the motor control device 24. In the next step 104, the motor control device 24 starts the rotation drive of the input shaft 18A by the motor unit 14. Then, in step 106, the first detection unit 44 of the encoder unit 12 detects the rotation angle of the input shaft 18A, and the first calculation unit 16 calculates the rotation angle of the output shaft 18B from the rotation angle and the known reduction ratio of the reducer 34. Information on the rotation angle of the output shaft 18B is supplied to the motor control device 24. In step 108, the motor control device 24 subtracts the target rotation angle from the rotation angle of the output shaft 18B to calculate the correction amount of the rotation angle. Then, in step 110, the motor control device 24 drives the motor unit 14 so as to offset the correction amount. Then, the operation proceeds to step 106, and steps 106, 108, and 110 are repeated.

一方、ステップ104に続くステップ114においては、エンコーダ部12の間隔センサ46A~46Cが出力軸18Bの軸部18Bbとの間隔に対応する検出信号S2A~S2Cを出力し、この検出信号S2A~S2Cを用いて第2演算装置48が軸部18Bbの断面内のX方向及びY方向の変位を求める。さらに、ステップ116において、第2演算装置48は、軸部18Bbの断面内のX方向及びY方向の変位から出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさを算出し、算出結果を制御装置50に供給する。ステップ118において、一例として制御装置50は、モーメントの大きさが許容範囲内かどうかを判定する。そして、モーメントの大きさが許容範囲内である場合には、動作はステップ114に移行し、ステップ114,116,118の動作が繰り返される。なお、ステップ116において軸部18Bbの変位からモーメントを求める代わりに、軸部18Bbの変位の大きさ(及び方向)と、出力軸18Bに作用するモーメントの大きさ(及び方向)の関係をルックアップテーブル等に作成して予め記憶部等に記憶しておき、ステップ116では、ステップ114で求められた軸部18Bbの変位に応じたモーメントをルックアップテーブルから読み出してもよい。 On the other hand, in step 114 following step 104, the distance sensors 46A-46C of the encoder unit 12 output detection signals S2A-S2C corresponding to the distance between the output shaft 18B and the shaft portion 18Bb, and the second calculation unit 48 uses these detection signals S2A-S2C to determine the displacement in the X- and Y-directions within the cross section of the shaft portion 18Bb. Furthermore, in step 116, the second calculation unit 48 calculates the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B from the displacement in the X- and Y-directions within the cross section of the shaft portion 18Bb, and supplies the calculation result to the control device 50. In step 118, as an example, the control device 50 determines whether the magnitude of the moment is within the allowable range. If the magnitude of the moment is within the allowable range, the operation proceeds to step 114, and the operations of steps 114, 116, and 118 are repeated. Instead of calculating the moment from the displacement of the shaft 18Bb in step 116, the relationship between the magnitude (and direction) of the displacement of the shaft 18Bb and the magnitude (and direction) of the moment acting on the output shaft 18B may be created in a lookup table or the like and stored in advance in a storage unit or the like, and in step 116, the moment corresponding to the displacement of the shaft 18Bb calculated in step 114 may be read from the lookup table.

また、ステップ118において、モーメントの大きさが許容範囲を超える場合には、制御装置50は、モーメントの大きさが許容範囲を超えたことを示すアラーム情報AR1を例えば不図示の駆動装置のオペレータ又は不図示の上位の制御部に出力する。これに応じて、一例として、そのオペレータが手動により又はその制御部が自動的に駆動装置10の動作を停止し、例えば被駆動部(不図示)の負荷が軽減された後、駆動装置10の駆動が開始される。なお、駆動装置10の動作を停止する代わりに、モータ部14の回転速度を低減させてもよい。本実施形態の制御方法によれば、駆動装置10の出力軸18Bの軸部18Bbの変位から出力軸18Bに作用するモーメントを求め、モーメントの大きさが許容範囲を超える場合には、アラーム情報を出力しているため、モーメントが大きくなり過ぎて駆動装置10が損傷を受けることを防止できる。さらに、軸部18Bbが長く、モーメントによる出力軸18Bの端部18Ba側の変位をLb/La倍(図2(D参照)に拡大した変位をエンコーダ部12で検出しているため、簡単な構成でモーメントを高精度に検出できる。 In addition, in step 118, if the magnitude of the moment exceeds the allowable range, the control device 50 outputs alarm information AR1 indicating that the magnitude of the moment has exceeded the allowable range, for example, to an operator of the drive device (not shown) or a higher-level control unit (not shown). In response to this, as an example, the operation of the drive device 10 is stopped manually by the operator or automatically by the control unit, and after the load on the driven part (not shown) is reduced, for example, the drive device 10 is started to be driven. Note that instead of stopping the operation of the drive device 10, the rotation speed of the motor unit 14 may be reduced. According to the control method of this embodiment, the moment acting on the output shaft 18B is calculated from the displacement of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B of the drive device 10, and if the magnitude of the moment exceeds the allowable range, alarm information is output, so that it is possible to prevent the drive device 10 from being damaged due to the moment becoming too large. Furthermore, because the shaft portion 18Bb is long, and the displacement of the end portion 18Ba of the output shaft 18B due to the moment is magnified by Lb/La (see FIG. 2D) and detected by the encoder unit 12, the moment can be detected with high accuracy using a simple configuration.

なお、ステップ118において、ステップ116における出力軸のモーメントのび大きさ(及び方向)の算出結果を用いずに、ステップ114における出力軸18Bbの変位の大きさ(及び方向)の検出結果を用いてもよい。この場合、ステップ118においては、変位の大きさが許容範囲を超えるときに、制御装置50は、変位の大きさが許容範囲を超えたことを示すアラーム情報AR1を出力してもよい。変位の大きさとモーメントの大きさが所定の対応関係を有していれば、モーメントを求めなくとも変位の大きさに基づいて端部18Baに作用するモーメントの大きさに応じた負荷の許容量を把握することができることから、モーメントの算出時間を削減することが可能となり、高速な制御を実現できる。 In step 118, the result of detecting the magnitude (and direction) of the displacement of the output shaft 18Bb in step 114 may be used instead of the result of calculating the magnitude (and direction) of the moment of the output shaft in step 116. In this case, in step 118, when the magnitude of the displacement exceeds the allowable range, the control device 50 may output alarm information AR1 indicating that the magnitude of the displacement has exceeded the allowable range. If the magnitude of the displacement and the magnitude of the moment have a predetermined correspondence relationship, the allowable load according to the magnitude of the moment acting on the end portion 18Ba can be grasped based on the magnitude of the displacement without calculating the moment, so that the calculation time of the moment can be reduced and high-speed control can be achieved.

上述のように、本実施形態の駆動装置10は、モータ部14と、モータ部14の入力軸18A(回転軸)に沿った方向の一端側に配置されてモータ部14の回転を減速する減速機34と、減速機34を介してモータ部14の回転を出力する出力軸18B(出力部)と、を備える駆動装置であって、出力軸18Bは、モータ部14のその一端側(減速機34の側)からモータ部14の他端側に延伸し、出力軸18Bの変位をモータ部14のその他端側において拡大する軸部18Bb(変位拡大部)を有し、モータ部14のその他端側に配置されて、軸部18Bbに関する軸部18Bbの延伸方向に直交する面(断面)に沿った方向の出力軸18Bの変位情報を検出する間隔センサ46A~46C(変位検出部)を備えている。このため、拡大された軸部18Bbの変位を用いて、出力軸18Bに作用する負荷の大きさを高精度に把握することが可能となる。 As described above, the driving device 10 of this embodiment is a driving device including a motor unit 14, a reducer 34 arranged at one end of the motor unit 14 in the direction along the input shaft 18A (rotation axis) to reduce the rotation of the motor unit 14, and an output shaft 18B (output unit) that outputs the rotation of the motor unit 14 via the reducer 34. The output shaft 18B extends from one end (the reducer 34 side) of the motor unit 14 to the other end of the motor unit 14 and has a shaft portion 18Bb (displacement magnifying portion) that magnifies the displacement of the output shaft 18B at the other end of the motor unit 14, and is equipped with interval sensors 46A to 46C (displacement detecting portion) arranged at the other end of the motor unit 14 to detect the displacement information of the output shaft 18B in the direction along a plane (cross section) perpendicular to the extension direction of the shaft portion 18Bb with respect to the shaft portion 18Bb. Therefore, it is possible to grasp the magnitude of the load acting on the output shaft 18B with high accuracy using the displacement of the enlarged shaft portion 18Bb.

また、駆動装置10の制御方法は、軸部18Bbによって、出力軸18Bの変位をモータ部14のその他端側において拡大し、その他端側において拡大した出力軸18Bの変位の情報を間隔センサ46A~46Cで検出するステップ114と、その変位の情報を用いて出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさを求めるステップ116とを有する。
本実施形態によれば、出力軸18Bに作用するモーメントによる出力軸18Bの一端側の変位を軸部18Bbで拡大し、この拡大した出力軸18Bの他端側の変位を間隔センサ46A~46Cで検出している。この際に、出力軸18Bの軸部18Bbが変位拡大部を兼用しているため、簡単な構成の駆動装置10を用いてモーメントによる出力軸18Bの変位を拡大して高精度に検出できる。このため、その検出した出力軸18Bの変位を用いて出力軸18Bに作用するモーメントを簡単な構成で高精度に検出できる。
In addition, the control method of the drive unit 10 includes a step 114 in which the displacement of the output shaft 18B is magnified at the other end side of the motor unit 14 by the shaft portion 18Bb, and information on the displacement of the output shaft 18B magnified at the other end side is detected by the spacing sensors 46A to 46C, and a step 116 in which the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B is determined using the displacement information.
According to this embodiment, the displacement of one end of the output shaft 18B due to the moment acting on the output shaft 18B is magnified by the shaft portion 18Bb, and this magnified displacement of the other end of the output shaft 18B is detected by the gap sensors 46A to 46C. At this time, since the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B also serves as a displacement magnifying portion, the displacement of the output shaft 18B due to the moment can be magnified and detected with high accuracy using a drive device 10 with a simple configuration. Therefore, the detected displacement of the output shaft 18B can be used to detect the moment acting on the output shaft 18B with high accuracy using a simple configuration.

また、本実施形態では、連結板36Bと端部18Baとの間に皿ばね38A~38C(弾性部)が介装されているため、出力軸18Bにモーメントが作用したときに、端部18Baに連結された軸部18Bbがこの断面に沿った方向に変位しやすくなり、モーメントによる軸部18Bbの変位をより拡大できる。このため、モーメントをより高精度に検出できる。
なお、上述の実施形態では、以下のような変形が可能である。
In addition, in this embodiment, since the disc springs 38A-38C (elastic portions) are interposed between the connecting plate 36B and the end portion 18Ba, when a moment acts on the output shaft 18B, the shaft portion 18Bb connected to the end portion 18Ba is easily displaced in the direction along this cross section, and the displacement of the shaft portion 18Bb due to the moment can be further increased. Therefore, the moment can be detected with higher accuracy.
In the above-described embodiment, the following modifications are possible.

まず、上述の実施形態では、回転軸受28Cが減速機34とは独立に設けられている。これに対して、図4の変形例の駆動装置10Aで示すように、減速機34Aが減速機用の回転軸受34Acを内蔵していてもよい。図4において、入力軸18Aの外面に減速機34Aが設けられている。減速機34Aは、モータケース30の-Z方向側の側面に支持された円筒状の支持部34Aaと、入力軸18Aの端部18Aaの外面に固定された断面が楕円の円筒状の第1回転部34Abと、第1回転部34Abの外面に配置されて可撓性を有し断面が楕円の円筒状の第2回転部34Adと、第1回転部34Abと第2回転部34Adとの間に配置された回転軸受34Acとを有する。回転軸受34Acは例えば複数の球体状のベアリングを有する。第2回転部34Adの-Z方向の端部が円筒状の回転体36Cの内面に連結され、回転体36Cが連結板36Bに連結され、支持部34Aaと回転体36Cとの間に回転軸受28Dが配置されている。第2回転部34Adの外面及び支持部34Aaの内面には所定の歯数比でそれぞれ歯車が形成されており、第2回転部34Ad及び回転体36Cが、入力軸18A(第1回転部34Ab)に対して所定の減速比で回転する。減速機34は、例えば、波動歯車(ウェーブジェネレータ)である。この他の構成は上述の実施形態と同様である。なお、この変形例において、連結板36B及び皿ばね38A~38Cを省略し、回転体36Cに直に端部18Baを連結してもよい。 First, in the above-described embodiment, the rotary bearing 28C is provided independently of the reducer 34. In contrast, as shown in the modified driving device 10A in FIG. 4, the reducer 34A may incorporate a rotary bearing 34Ac for the reducer. In FIG. 4, the reducer 34A is provided on the outer surface of the input shaft 18A. The reducer 34A has a cylindrical support portion 34Aa supported on the side surface on the -Z direction side of the motor case 30, a cylindrical first rotating portion 34Ab with an elliptical cross section fixed to the outer surface of the end portion 18Aa of the input shaft 18A, a flexible cylindrical second rotating portion 34Ad with an elliptical cross section arranged on the outer surface of the first rotating portion 34Ab, and a rotary bearing 34Ac arranged between the first rotating portion 34Ab and the second rotating portion 34Ad. The rotary bearing 34Ac has, for example, a plurality of spherical bearings. The -Z direction end of the second rotating part 34Ad is connected to the inner surface of the cylindrical rotating body 36C, the rotating body 36C is connected to the connecting plate 36B, and the rotary bearing 28D is disposed between the support part 34Aa and the rotating body 36C. Gears are formed on the outer surface of the second rotating part 34Ad and the inner surface of the support part 34Aa with a predetermined gear ratio, and the second rotating part 34Ad and the rotating body 36C rotate at a predetermined reduction ratio with respect to the input shaft 18A (first rotating part 34Ab). The reducer 34 is, for example, a wave gear (wave generator). The other configurations are the same as those of the above-mentioned embodiment. In this modified example, the connecting plate 36B and the disc springs 38A to 38C may be omitted, and the end 18Ba may be directly connected to the rotating body 36C.

回転軸受34Acは、減速機34Aを構成する第2回転部34Adを支持するために減速機34Aの内部に組み込まれており、回転軸受28Dは、例えば転がり軸受やクロスローラ軸受である。本変形例の駆動装置10Aでは、減速機34Aの回転軸受34Acも弾性体として機能する。そして、例えば、連結板36B及び皿ばね38A~38Cを省略し、回転体36Cに直に端部18Baを連結した構成で、出力軸18Bにモーメントが作用した場合、出力軸18Bは、回転軸受28Dの支持平面28PとZ軸との交点の近傍の回転中心C1を中心に回転して軸部18Bbの変位が+Z方向の端部で拡大される。このため、軸部18Bbの変位を高精度に検出することが可能となる。なお、出力軸18Bは、回転軸受34Acの支持面とZ軸との交点を中心として回転するとみなすことも可能である。この例では、回転軸受34Acの支持面とZ軸との交点は、回転中心C1に近い位置にあるため、回転軸受34Acの支持面とZ軸との交点を回転中心とみなしても、軸部18Bbの変位拡大作用はほぼ同じである。 The rotary bearing 34Ac is incorporated inside the reducer 34A to support the second rotating part 34Ad constituting the reducer 34A, and the rotary bearing 28D is, for example, a rolling bearing or a cross roller bearing. In the driving device 10A of this modified example, the rotary bearing 34Ac of the reducer 34A also functions as an elastic body. And, for example, in a configuration in which the connecting plate 36B and the disc springs 38A-38C are omitted and the end 18Ba is directly connected to the rotating body 36C, when a moment acts on the output shaft 18B, the output shaft 18B rotates around the rotation center C1 near the intersection of the support plane 28P of the rotary bearing 28D and the Z axis, and the displacement of the shaft part 18Bb is enlarged at the end in the +Z direction. Therefore, it is possible to detect the displacement of the shaft part 18Bb with high accuracy. It is also possible to consider that the output shaft 18B rotates around the intersection of the support surface of the rotary bearing 34Ac and the Z axis. In this example, the intersection of the support surface of the rotary bearing 34Ac and the Z axis is located close to the center of rotation C1, so even if the intersection of the support surface of the rotary bearing 34Ac and the Z axis is considered to be the center of rotation, the displacement magnification effect of the shaft portion 18Bb is approximately the same.

また、上述の実施形態では、出力軸18Bの軸部18Bbの変位の方向及び大きさを検出しているため、出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさを検出できる。これに対して、出力軸18Bの軸部18Bbの変位の方向及び大きさの少なくとも1つを検出し、出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさの少なくとも1つを検出してもよい。この際に、簡単な構成で高精度にモーメントの方向及び大きさの少なくとも1つを検出できる。 In addition, in the above embodiment, the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B are detected, so the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B can be detected. Alternatively, at least one of the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B may be detected, and at least one of the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B may be detected. In this case, at least one of the direction and magnitude of the moment can be detected with high accuracy using a simple configuration.

また、上述の実施形態では、3個の間隔センサ46A~46Cを用いて軸部18Bbの断面方向の変位を検出しているが、図2(C)の変形例で示すように、回転軸18の軸部18Bbの断面方向のX方向及びY方向の変位を例えば90°間隔で配置された2つの間隔センサ46A,46Bを用いて検出してもよい。この変形例においても、軸部18BbのX方向及びY方向の変位から出力軸18Bに作用するモーメントの方向及び大きさを求めることができる。なお、軸部18Bbの回りに配置する2つの間隔センサ46A,46Bの間隔は180°以外の任意の角度でよい。また、3個の間隔センサ46A~46Cを用いる場合でも、軸部18Bbの回りに間隔センサを配置する際の配置角度は等角度に限られず、任意の角度でよい。 In the above embodiment, the displacement of the shaft portion 18Bb in the cross-sectional direction is detected using three spacing sensors 46A to 46C. However, as shown in the modified example of FIG. 2C, the displacement of the shaft portion 18Bb of the rotating shaft 18 in the X and Y directions in the cross-sectional direction may be detected using two spacing sensors 46A, 46B arranged at an interval of 90°. Even in this modified example, the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18B can be obtained from the displacement of the shaft portion 18Bb in the X and Y directions. The interval between the two spacing sensors 46A, 46B arranged around the shaft portion 18Bb may be any angle other than 180°. Even when three spacing sensors 46A to 46C are used, the arrangement angle of the spacing sensors around the shaft portion 18Bb is not limited to equal angles and may be any angle.

また、上述の実施形態では、出力軸18Bの軸部18Bbが変位拡大部を兼用しているが、軸部18Bbとは別体で変位拡大部を設けてもよい。例えば軸部18Bbを短く構成し、この軸部18Bbの+Z方向の端面にミラー面を設け、このミラー面に外部の光源から検出光を照射し、このミラー面からの反射光の位置を検出してもよい。この反射光の位置のずれの方向及び量を検出することで、軸部18Bbの変位を拡大して検出できる。 In addition, in the above embodiment, the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B also serves as the displacement magnification portion, but the displacement magnification portion may be provided separately from the shaft portion 18Bb. For example, the shaft portion 18Bb may be configured to be short, and a mirror surface may be provided on the end surface of the shaft portion 18Bb in the +Z direction, and detection light may be irradiated onto this mirror surface from an external light source, and the position of the light reflected from this mirror surface may be detected. By detecting the direction and amount of the positional shift of this reflected light, the displacement of the shaft portion 18Bb can be magnified and detected.

また、上述の実施形態では第1検出部44として反射型又は透過型の光学式の検出器が使用されている。その他に、第1検出部44として磁気方式又は静電容量方式等の検出器を使用してもよい。さらに、第1検出部44は、回転板42Aのパターンを検出しているが、入力軸18Aの端部18Aa,18Ab等を回転板として使用してもよい。すなわち、端部18Aa,18Abの表面に回転方向の位置を示す着磁パターン又は反射パターン等を形成しておき、その回転情報を光学式、磁気センサ又は静電容量式等の検出部で検出してもよい。 In the above embodiment, a reflective or transmissive optical detector is used as the first detection unit 44. Alternatively, a magnetic or capacitive detector may be used as the first detection unit 44. Furthermore, the first detection unit 44 detects the pattern of the rotating plate 42A, but the ends 18Aa, 18Ab of the input shaft 18A may be used as the rotating plate. That is, a magnetized pattern or a reflective pattern indicating the position in the rotation direction may be formed on the surface of the ends 18Aa, 18Ab, and the rotation information may be detected by an optical, magnetic, or capacitive detection unit.

次に、第2の実施形態につき図5及び図6を参照して説明する。図5及び図6において図4及び図2(A)~(D)に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、以下では説明の便宜上、図4の減速機34Aの第1回転部34Ab、回転軸受34Ac、及び第2回転部34Adを1つの部材で表している。
図5は、本実施形態の駆動装置10Bを示し、図6(A)は図5の駆動装置10Bの要部を、図6(B)は図6(A)のBB線に沿う断面図を示す。図5において、駆動装置10Bはエンコーダ部12及びモータ部14を備えている。また、モータ部14で回転駆動される入力軸18Aの-Z方向の端部18Aaに減速機34Aが連結され、減速機34Aの支持部34Aaがモータケース30の-Z方向の側面に支持され、支持部34Aaの外面に回転軸受28Dを介して円筒状の回転体36Cが支持されている。そして、回転体36Cの-Z方向の端部に出力軸18Bの円板状の端部18Baが直に連結されている。さらに、端部18Baの+Z方向の面の中央に軸部18Bbが設けられ、軸部18Bbは、入力軸18Aの中空部を通過するように支持されている。端部18Ba及び軸部18Bbから出力軸(出力部)18Bが構成されている。
Next, a second embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. In Figures 5 and 6, parts corresponding to Figures 4 and 2 (A) to (D) are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In addition, for convenience of description, the first rotating portion 34Ab, the rotary bearing 34Ac, and the second rotating portion 34Ad of the reducer 34A in Figure 4 are represented as a single member.
FIG. 5 shows a driving device 10B of this embodiment, FIG. 6(A) shows the main part of the driving device 10B of FIG. 5, and FIG. 6(B) shows a cross-sectional view along the line BB of FIG. 6(A). In FIG. 5, the driving device 10B includes an encoder unit 12 and a motor unit 14. A reducer 34A is connected to an end 18Aa in the -Z direction of an input shaft 18A that is rotated by the motor unit 14, a support unit 34Aa of the reducer 34A is supported on a side surface in the -Z direction of the motor case 30, and a cylindrical rotating body 36C is supported on the outer surface of the support unit 34Aa via a rotary bearing 28D. A disk-shaped end 18Ba of the output shaft 18B is directly connected to the end of the rotating body 36C in the -Z direction. Furthermore, a shaft portion 18Bb is provided at the center of the surface in the +Z direction of the end 18Ba, and the shaft portion 18Bb is supported so as to pass through the hollow portion of the input shaft 18A. The end portion 18Ba and the shaft portion 18Bb constitute an output shaft (output portion) 18B.

この他の構成は第1の実施形態及び図5の変形例と同様である。すなわち、減速機34Aは回転軸受34Ac(図4参照。図5では不図示)を内蔵しており、入力軸18Aの回転角が第1検出部44によって検出され、出力軸18Bの軸部18Bbの+Z方向の端部のZ軸に垂直な面内での変位(間隔)が間隔センサ46A~46C(図6(B)参照)によって検出されている。
本実施形態においては、図1の連結板36B及び図2(B)の皿ばね38A~38C(弾性部)が省略されている。このため、本実施形態の駆動装置10Bにおいては、減速機34Aが弾性部を兼用している。減速機34Aは内蔵の回転軸受34Ac及び多数の歯車等を有するため、減速機34Aはある程度の弾性を持つ部材として使用されている。
Other configurations are similar to those of the first embodiment and the modified example shown in Fig. 5. That is, the reducer 34A has a built-in rotary bearing 34Ac (see Fig. 4, not shown in Fig. 5), the rotation angle of the input shaft 18A is detected by a first detection unit 44, and the displacement (spacing) of the end of the shaft portion 18Bb of the output shaft 18B in the +Z direction in a plane perpendicular to the Z axis is detected by spacing sensors 46A to 46C (see Fig. 6(B)).
In this embodiment, the connecting plate 36B in Fig. 1 and the disc springs 38A to 38C (elastic portion) in Fig. 2(B) are omitted. Therefore, in the drive device 10B of this embodiment, the reducer 34A also serves as the elastic portion. Since the reducer 34A has a built-in rotary bearing 34Ac and a number of gears, etc., the reducer 34A is used as a member having a certain degree of elasticity.

本実施形態において、図6(A)に示すように、出力軸18BにX軸に平行な軸の回りへのモーメントMが作用すると、減速機34Aがある程度弾性変形するため、出力軸18Bが、例えば回転軸受28Dの支持面28PとZ軸との交点の近傍の回転中心C1を中心として例えば点線の位置18P2まで回転する。この際に、軸部18Bbの-Z方向の端部と回転中心C1との間隔をLc、回転中心C1と軸部18Bbの+Z方向の端部との間隔をLdとすると、軸部18Bbの+Z方向の端部の+Y方向への変位δ3は、軸部18Bbの-Z方向の端部の変位δ1に対して比率(Ld/Lc)で拡大される。一例として、間隔Ldは間隔Lcの少なくとも2倍であるため、変位δ3は変位δ1に対して少なくとも2倍に拡大される。
そして、図6(B)に示すように、3個の間隔センサ46A~46Cによって軸部18Bbの変位δ3を検出することによって、第1の実施形態と同様に出力軸18Bに作用するモーメントを簡単な構成で高精度に検出できる。この際に、減速機34Aが弾性部を兼用しているため、駆動装置10Bの構成をより簡素化できる。
In this embodiment, as shown in FIG. 6A, when a moment M acts on the output shaft 18B around an axis parallel to the X-axis, the reducer 34A is elastically deformed to a certain extent, so that the output shaft 18B rotates, for example, to a dotted line position 18P2 around the rotation center C1 near the intersection of the support surface 28P of the rotary bearing 28D and the Z-axis. At this time, if the distance between the end of the shaft portion 18Bb in the -Z direction and the rotation center C1 is Lc, and the distance between the rotation center C1 and the end of the shaft portion 18Bb in the +Z direction is Ld, the displacement δ3 of the end of the shaft portion 18Bb in the +Z direction in the +Y direction is enlarged at a ratio (Ld/Lc) to the displacement δ1 of the end of the shaft portion 18Bb in the -Z direction. As an example, since the distance Ld is at least twice the distance Lc, the displacement δ3 is enlarged at least twice the displacement δ1.
6B, by detecting the displacement δ3 of the shaft portion 18Bb using the three interval sensors 46A to 46C, the moment acting on the output shaft 18B can be detected with high accuracy with a simple configuration, as in the first embodiment. In this case, since the reducer 34A also serves as the elastic portion, the configuration of the drive unit 10B can be further simplified.

次に、第3の実施形態につき図7から図10を参照して説明する。図7及び図8(B)において図5及び図6に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図7は、本実施形態の駆動装置10Cを示し、図8(A)は図7のA方向から見た矢視図、図8(B)は図7の状態から後述の出力軸18Cが傾斜した状態を示す図である。 Next, a third embodiment will be described with reference to Figs. 7 to 10. In Figs. 7 and 8(B), parts corresponding to Figs. 5 and 6 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Fig. 7 shows the drive unit 10C of this embodiment, Fig. 8(A) is a view seen from the direction of the arrow A in Fig. 7, and Fig. 8(B) is a view showing a state in which the output shaft 18C, described below, is tilted from the state in Fig. 7.

図7において、駆動装置10Cはエンコーダ部12A及びモータ部14を備えている。また、モータ部14で回転駆動される入力軸18Aの-Z方向の端部18Aaに減速機34Aが連結され、減速機34Aに連結された回転体36Cの-Z方向の端部に出力軸18Cの円板状で中央に開口が形成された端部18Caが連結されている。本実施形態においても、回転軸受34Ac(図4参照。図7では不図示)を内蔵する減速機34Aが弾性体として作用する。さらに、端部18Caの+Z方向の面の中央に円筒状の軸部18Cbが設けられている。軸部18Cbは、入力軸18Aの中空部及び入力軸18Aの端面に取り付けられた第1の回転板42Aの中央の開口を通過するように支持されている。端部18Ca及び軸部18Cbから出力軸18Cが構成されている。第1の回転板42A(入力軸18A)の回転角が第1検出部44によって検出され、第1検出部44の検出信号S1が第1演算装置16Aに供給されている。 In FIG. 7, the driving device 10C includes an encoder unit 12A and a motor unit 14. A reducer 34A is connected to the -Z end 18Aa of the input shaft 18A, which is rotated by the motor unit 14, and a disk-shaped end 18Ca of the output shaft 18C, which has an opening in the center, is connected to the -Z end of the rotating body 36C connected to the reducer 34A. In this embodiment, the reducer 34A, which incorporates a rotary bearing 34Ac (see FIG. 4; not shown in FIG. 7), acts as an elastic body. Furthermore, a cylindrical shaft portion 18Cb is provided in the center of the +Z surface of the end 18Ca. The shaft portion 18Cb is supported so as to pass through the hollow portion of the input shaft 18A and the central opening of the first rotating plate 42A attached to the end surface of the input shaft 18A. The end 18Ca and the shaft portion 18Cb constitute the output shaft 18C. The rotation angle of the first rotating plate 42A (input shaft 18A) is detected by the first detection unit 44, and the detection signal S1 of the first detection unit 44 is supplied to the first calculation device 16A.

また、本実施形態のエンコーダ部12Aは、第1の回転板42A、第1検出部44、及び第1演算装置16Aの他に、出力軸18Cの軸部18Cbの+Z方向の端面に固定された円板状で、かつ透過型で回転型のパターン8(図8(A)参照)が形成された第2の回転板42Bと、第2の回転板42Bのパターンを検出する3個の第2の検出部52A,52B,52Cと、検出部52A,52B,52Cの検出信号S3A,S3B,S3Cを処理する第2演算装置48Aとを有する。 In addition to the first rotating plate 42A, the first detection unit 44, and the first calculation device 16A, the encoder unit 12A of this embodiment also includes a second rotating plate 42B that is disk-shaped and fixed to the end face in the +Z direction of the shaft portion 18Cb of the output shaft 18C, and that has a transparent, rotating pattern 8 (see FIG. 8A) formed thereon, three second detection units 52A, 52B, and 52C that detect the pattern of the second rotating plate 42B, and a second calculation device 48A that processes the detection signals S3A, S3B, and S3C of the detection units 52A, 52B, and 52C.

図8(A)に示すように、第2の回転板42Bのパターン8は、この回転板42Bの円周方向の角度を検出するための例えばインクリメンタル式及び/又はアブソリュート型のパターンを含む。そして、一例として検出部52Aが回転板42Bに対して+X方向の端部に配置され、検出部52B及び52Cが、それぞれ回転板42Bに対して+Y方向及び-Y方向の端部に配置されている。すなわち、検出部52A,52B,52Cは、回転板42Bに対してZ軸の回りに90°間隔で配置されている。検出部52A~52Cはそれぞれ回転板42Bのパターン8に検出光を照射する光源と、パターン8からの光(例えば透過光)を受光する受光素子とを有する。なお、実際には検出部52A~52Cはそれぞれ例えば複数の受光素子を有し、検出部52A~52Cの検出信号S3A~S3Cはそれぞれ例えば位相の異なる複数の検出信号を含んでいる。同様に、検出信号S1も例えば位相の異なる複数の検出信号を含んでいる。なお、検出部52A~52Cは透過型の光学センサであるが、回転板42Bのパターン8を反射型のパターンとして、検出部52A~52Cとして反射型の光学センサを使用してもよい。 As shown in FIG. 8A, the pattern 8 of the second rotating plate 42B includes, for example, an incremental and/or absolute type pattern for detecting the circumferential angle of the rotating plate 42B. As an example, the detection unit 52A is disposed at the end of the rotating plate 42B in the +X direction, and the detection units 52B and 52C are disposed at the ends of the rotating plate 42B in the +Y direction and the -Y direction, respectively. That is, the detection units 52A, 52B, and 52C are disposed at 90° intervals around the Z axis with respect to the rotating plate 42B. Each of the detection units 52A to 52C has a light source that irradiates detection light onto the pattern 8 of the rotating plate 42B, and a light receiving element that receives light (for example, transmitted light) from the pattern 8. In reality, the detection units 52A to 52C each have, for example, multiple light receiving elements, and the detection signals S3A to S3C of the detection units 52A to 52C each include, for example, multiple detection signals with different phases. Similarly, the detection signal S1 also includes multiple detection signals with different phases. Note that although the detection units 52A to 52C are transmissive optical sensors, the pattern 8 on the rotating plate 42B may be a reflective pattern, and reflective optical sensors may be used as the detection units 52A to 52C.

図7において、エンコーダ部12Aの第2演算装置48Aは、検出信号S3A,S3B,S3Cをそれぞれ増幅する増幅器54A,54B,54Cと、増幅器54A,54B,54Cの出力信号を順次処理する前処理部57、精度補正部59、及びモーメント換算部63を有する。前処理部57は、増幅された検出信号S3A,S3B,S3Cを内挿してそれぞれ回転板42Bの回転角を例えばパターン8の最小周期よりも微細な分解能で求める内挿部56A,56B,56Cを有する。精度補正部59は、内挿部56A,56B,56Cで求められた角度の補正テーブルを記憶している補正部58A,58B,58Cを有する。その補正テーブルは、例えば出力軸18Cの回転角の正確な計測値(例えば不図示の校正済みの基準となるロータリーエンコーダで計測される値)と、内挿部56A,56B,56Cで求められた角度との差分(角度補正値)を、所定の角度間隔で記録したものである。 7, the second calculation device 48A of the encoder unit 12A has amplifiers 54A, 54B, and 54C that amplify the detection signals S3A, S3B, and S3C, respectively, a preprocessing unit 57 that sequentially processes the output signals of the amplifiers 54A, 54B, and 54C, an accuracy correction unit 59, and a moment conversion unit 63. The preprocessing unit 57 has interpolation units 56A, 56B, and 56C that interpolate the amplified detection signals S3A, S3B, and S3C to obtain the rotation angle of the rotating plate 42B with a resolution finer than the minimum period of the pattern 8, for example. The accuracy correction unit 59 has correction units 58A, 58B, and 58C that store correction tables for the angles obtained by the interpolation units 56A, 56B, and 56C. The correction table records, for example, the difference (angle correction value) between the accurate measurement value of the rotation angle of the output shaft 18C (for example, the value measured by a calibrated reference rotary encoder not shown) and the angle calculated by the interpolation units 56A, 56B, and 56C at a specified angle interval.

補正部58A,58B,58Cは、それぞれ内挿部56A,56B,56Cで求められた角度に、対応する補正テーブルの対応する角度の角度補正値(又は補間した補正値)を加算して正確な角度を算出する。補正部58Aで補正された回転角CT1(検出部52Aで検出された回転角)は第1演算装置16Aに出力される。第1演算装置16Aは、一例として検出信号S1から求められる入力軸18Aの回転角に減速機34Aの既知の減速比を掛けて得られる出力軸18Cの第1回転角と、回転角CT1(出力軸18Cの第2回転角)との加重平均を出力軸18Cの回転角の検出値とし、この検出値をモータ制御装置24に出力する。 The correction units 58A, 58B, and 58C calculate an accurate angle by adding the angle correction value (or the interpolated correction value) of the corresponding angle in the corresponding correction table to the angle obtained by the interpolation units 56A, 56B, and 56C, respectively. The rotation angle CT1 corrected by the correction unit 58A (the rotation angle detected by the detection unit 52A) is output to the first calculation unit 16A. The first calculation unit 16A determines the detection value of the rotation angle of the output shaft 18C as the weighted average of the first rotation angle of the output shaft 18C obtained by multiplying the rotation angle of the input shaft 18A obtained from the detection signal S1 by the known reduction ratio of the reducer 34A and the rotation angle CT1 (the second rotation angle of the output shaft 18C), and outputs this detection value to the motor control unit 24.

また、モーメント換算部63は、差分計算部60A,60B、方向換算部62A、及びモーメント荷重換算部62Bを有する。補正部58Aで補正された回転角CT1は差分計算部60A,60Bのそれぞれの第1入力部に供給され、補正部58B及び58Cで補正された回転角CT2,CT3(検出部52B及び52Cで検出された回転角)はそれぞれ差分計算部60A,60Bの第2入力部に供給される。差分計算部60Aは、2つの回転角CT1,CT2の差分を方向換算部62A及びモーメント荷重換算部62Bのそれぞれの第1入力部に供給し、差分計算部60Bは、2つの回転角CT1,CT3の差分を方向換算部62A及びモーメント荷重換算部62Bのそれぞれの第2入力部に供給する。 Moment conversion unit 63 has difference calculation units 60A and 60B, a direction conversion unit 62A, and a moment load conversion unit 62B. The rotation angle CT1 corrected by correction unit 58A is supplied to the first input units of difference calculation units 60A and 60B, and the rotation angles CT2 and CT3 corrected by correction units 58B and 58C (rotation angles detected by detection units 52B and 52C) are supplied to the second input units of difference calculation units 60A and 60B, respectively. Difference calculation unit 60A supplies the difference between the two rotation angles CT1 and CT2 to the first input units of direction conversion unit 62A and moment load conversion unit 62B, respectively, and difference calculation unit 60B supplies the difference between the two rotation angles CT1 and CT3 to the second input units of direction conversion unit 62A and moment load conversion unit 62B, respectively.

方向換算部62Aは、2つの差分から後述のように逆正接演算を行って出力軸18Cに作用するモーメントの方向Φを求め、モーメント荷重換算部62Bは、2つの差分から後述のように演算を行い、この演算結果に上述のモーメントの換算係数Mkを乗じてそのモーメントの大きさΕを求める。求められたモーメントの方向Φ及び大きさΕは制御装置50に供給される。これ以外の構成は図5の第2の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態においても、減速機34Aが弾性部を兼用しており、出力軸18Cは減速機34Aが内蔵する回転軸受28Dの支持面とZ軸との交点の近傍の回転中心C1の回りに回転する。 The direction conversion unit 62A performs an arctangent calculation from the two differences as described below to determine the direction Φ of the moment acting on the output shaft 18C, and the moment load conversion unit 62B performs a calculation from the two differences as described below and multiplies the result of this calculation by the moment conversion coefficient Mk described above to determine the magnitude E of the moment. The direction Φ and magnitude E of the moment thus determined are supplied to the control device 50. The rest of the configuration is the same as in the second embodiment of FIG. 5. That is, in this embodiment, the reducer 34A also serves as an elastic part, and the output shaft 18C rotates around the center of rotation C1 near the intersection of the support surface of the rotary bearing 28D built into the reducer 34A and the Z axis.

次に、本実施形態において、図8(B)に示すように、出力軸18Cに回転中心C1を通りX軸に平行な軸の回りにモーメントMが作用すると、減速機34Aの弾性変形によって、出力軸18Cの軸部18Cbが回転中心C1の回りに回転(傾斜)し、出力軸18Cは位置18C1まで傾斜する。この際に、図9(A)に示すように、検出部52A~52Cに対して出力軸18Cに設けられた回転板42Bは、モーメントが作用していない場合の位置42B1から+Y方向に例えばε1だけ変位する。回転板42Bのパターン8は円周方向に周期的に形成されているため、回転板42Bが+Y方向にε1だけ変位すると、検出部52Aで検出される回転板42B(出力軸18C)の回転角のみがε1に対応する角度だけ変化し、他の検出部52B,52Cで検出される出力軸18Cの回転角は変化しない。 Next, in this embodiment, as shown in FIG. 8(B), when a moment M acts on the output shaft 18C around an axis parallel to the X-axis passing through the rotation center C1, the shaft portion 18Cb of the output shaft 18C rotates (tilts) around the rotation center C1 due to the elastic deformation of the reducer 34A, and the output shaft 18C tilts to a position 18C1. At this time, as shown in FIG. 9(A), the rotating plate 42B provided on the output shaft 18C with respect to the detection units 52A to 52C is displaced, for example, by ε1 in the +Y direction from the position 42B1 when no moment is acting. Since the pattern 8 of the rotating plate 42B is formed periodically in the circumferential direction, when the rotating plate 42B is displaced by ε1 in the +Y direction, only the rotation angle of the rotating plate 42B (output shaft 18C) detected by the detection unit 52A changes by an angle corresponding to ε1, and the rotation angle of the output shaft 18C detected by the other detection units 52B and 52C does not change.

このようにY方向の検出部52B,52Cで検出される回転角が変化せず、検出部52Aで検出される回転角のみが変化する場合には、検出部52Aの検出結果から回転板42BのY方向への変位の大きさを検出できる。同様に、X方向の検出部52Aで検出される回転角が変化せず、検出部52B,52Cで検出される回転角のみが逆の符号で同じ値だけ変化する場合には、検出部52B,52Cの検出結果の差分から回転板42BのX方向への変位の大きさを検出できる。 In this way, when the rotation angle detected by Y-direction detection units 52B and 52C does not change and only the rotation angle detected by detection unit 52A changes, the magnitude of displacement of rotating plate 42B in the Y direction can be detected from the detection result of detection unit 52A. Similarly, when the rotation angle detected by X-direction detection unit 52A does not change and only the rotation angle detected by detection units 52B and 52C changes by the same value with the opposite sign, the magnitude of displacement of rotating plate 42B in the X direction can be detected from the difference between the detection results of detection units 52B and 52C.

一般に、出力軸18Cに任意の方向に作用するモーメントMによって、図9(B)に示すように、検出部52A~52Cに対して回転板42Bが任意の方向の位置42B2に変位した場合で、かつ出力軸18Cがモータ部14によって任意の角度だけ回転している場合には、検出部52A,52B,52Cで検出される回転角CT1,CT2,CT3(精度補正部59から出力される角度)をモーメント換算部63で処理することによって、次のようにそのモーメントMの方向Φ及び大きさΕを求めることができる。 In general, when a moment M acting in an arbitrary direction on the output shaft 18C displaces the rotating plate 42B to a position 42B2 in an arbitrary direction relative to the detection units 52A-52C as shown in FIG. 9(B), and the output shaft 18C is rotated by an arbitrary angle by the motor unit 14, the rotation angles CT1, CT2, CT3 detected by the detection units 52A, 52B, 52C (angles output from the accuracy correction unit 59) can be processed by the moment conversion unit 63 to determine the direction Φ and magnitude E of the moment M as follows:

図9(B)に示すように、出力軸18Cに作用するモーメントによる出力軸18Cの軸部18Cbの+Z方向の端部の変位の方向の角度をφ、その変位の大きさをεとして、回転板42Bの回転角をθとする。角度φ及び回転角θはX軸に対して反時計回りの角度である。なお、変位εは誇張して表されている。また、検出部52A,52B,52Cは90°間隔で配置されているものとする。
このとき、検出部52Aで検出される回転角CT1(rad)は次のようになる。
CT1=ε・sinφ+θ …(5)
As shown in Fig. 9B, the angle of the direction of displacement of the end of the shaft portion 18Cb of the output shaft 18C in the +Z direction due to the moment acting on the output shaft 18C is φ, the magnitude of the displacement is ε, and the rotation angle of the rotating plate 42B is θ. The angle φ and the rotation angle θ are angles in the counterclockwise direction with respect to the X-axis. Note that the displacement ε is exaggerated. Also, it is assumed that the detection units 52A, 52B, and 52C are arranged at 90° intervals.
At this time, the rotation angle CT1 (rad) detected by the detection unit 52A is as follows:
CT1=ε・sinφ+θ...(5)

また、検出部52Bで検出される回転角CT2は、回転角CT1に対してπ/2だけ位相が進んでいるため次のようになる。
CT2=ε・sin(φ+π/2)+θ …(6)
その2つの回転角CT1及びCT2の差分δ12(差分計算部60Aの出力)は、次のようになる。
δ12=ε{sinφ-sin(φ+π/2)}=ε(sinφ+cosφ)
=21/2ε・sin(φ+π/4) …(7)
Furthermore, the rotation angle CT2 detected by the detection unit 52B is advanced in phase with respect to the rotation angle CT1 by π/2, and is therefore expressed as follows:
CT2=ε・sin(φ+π/2)+θ...(6)
The difference δ12 between the two rotation angles CT1 and CT2 (output of the difference calculation unit 60A) is as follows:
δ12=ε{sinφ−sin(φ+π/2)}=ε(sinφ+cosφ)
=2 1/2 ε・sin(φ+π/4)…(7)

この式(7)と式(5)とを比較すると、差分を計算することによって、角度の大きさが21/2 倍に拡大されていることが分かる。
一方、検出部52Cで検出される回転角CT3は、回転角CT1に対してπ/2だけ位相が遅れているため次のようになる。
CT3=ε・sin(φ-π/2)+θ …(8)
回転角CT3と回転角CT1との差分δ13(差分計算部60Bの出力)は次のようになる。
δ13=ε{sin(φ-π/2)-sinφ}=-ε(sinφ-cosφ)
=-21/2ε・sin(φ-π/4)
=21/2ε・cos(φ+π/4) …(9)
Comparing equation (7) with equation (5), it can be seen that the magnitude of the angle is magnified by a factor of 2 1/2 by calculating the difference.
On the other hand, the rotation angle CT3 detected by the detection unit 52C is delayed in phase by π/2 with respect to the rotation angle CT1, and is therefore as follows:
CT3=ε・sin(φ−π/2)+θ…(8)
The difference δ13 between the rotation angles CT3 and CT1 (output of the difference calculation unit 60B) is as follows:
δ13=ε{sin(φ−π/2)−sinφ}=−ε(sinφ−cosφ)
=-2 1/2 ε・sin (φ-π/4)
=2 1/2 ε・cos(φ+π/4)…(9)

(7)式及び(9)式より、差分δ12の2乗と差分δ13の2乗との和δSは次のようになる。
δS=2ε2{ sin2(φ+π/4)+ cos2(φ+π/4)}=2ε2 …(10)
そこで、モーメント荷重換算部62Bは、式(10)のδSの平方根を計算することで、出力軸18Cの変位の大きさεの21/2 倍を求めることができ、この値を21/2 で除算することによってεを算出できる。
From equations (7) and (9), the sum δS of the square of the difference δ12 and the square of the difference δ13 is given as follows:
δS=2ε 2 {sin 2 (φ+π/4)+cos 2 (φ+π/4)}=2ε 2 …(10)
Therefore, the moment load conversion unit 62B can obtain 2 1/2 times the magnitude ε of the displacement of the output shaft 18C by calculating the square root of δS in equation (10), and can calculate ε by dividing this value by 2 1/2 .

この際に、モーメント荷重換算部62Bの記憶部には、変位の大きさεから出力軸18Cに作用するモーメントの大きさΕを求めるためのモーメントの換算係数Mkが記憶されている。そこで、モーメント荷重換算部62Bは、次のようにεに換算係数Mkを乗算してモーメントの大きさΕを求める。
Ε=ε・Mk …(11)
At this time, a moment conversion coefficient Mk for determining the magnitude E of the moment acting on the output shaft 18C from the magnitude ε of the displacement is stored in the memory of the moment load conversion unit 62B. Therefore, the moment load conversion unit 62B obtains the magnitude E of the moment by multiplying ε by the conversion coefficient Mk as follows:
E=ε・Mk…(11)

また、方向換算部62Aでは、次のように(7)式及び(9)式の逆正接を計算することによって変位の角度φを求めることができる。
φ=arctan{sin(φ+π/4)/cos(φ+π/4)}-π/4 …(12)
この角度φから出力軸18Cに作用するモーメントの方向Φは次のように計算できる。
Φ=φ+π …(13)
このように3個の検出部52A~52Cを用いることによって、出力軸18Cがモータ部14によって任意の角度だけ回転していても、出力軸18Cの軸部18Cbの変位の方向及び大きさ、ひいては出力軸18Cに作用するモーメントの方向Φ及び大きさΕを高精度に求めることができる。さらに、出力軸18Cの回転角(回転情報)も高精度に検出できる。
Moreover, the direction conversion unit 62A can obtain the angle φ of the displacement by calculating the arctangent of the equations (7) and (9) as follows.
φ=arctan {sin(φ+π/4)/cos(φ+π/4)}-π/4...(12)
The direction Φ of the moment acting on the output shaft 18C from this angle φ can be calculated as follows:
Φ=φ+π ... (13)
In this manner, by using the three detectors 52A to 52C, it is possible to determine with high accuracy the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Cb of the output shaft 18C, and further the direction Φ and magnitude E of the moment acting on the output shaft 18C, even if the output shaft 18C is rotated by an arbitrary angle by the motor portion 14. Furthermore, the rotation angle (rotation information) of the output shaft 18C can also be detected with high accuracy.

このように本実施形態の駆動装置10Cが備えるエンコーダユニット(エンコーダ部12A及び減速機34A)は、モータ部14の入力軸18A(回転軸)に沿った方向の一端側に配置されてモータ部14の回転を減速する減速機34Aと、減速機34Aを介してモータ部14の回転を出力する出力軸18C(出力部)と、モータ部14により駆動される入力軸18A(入力部)の第1回転情報を検出する第1検出部44(第1回転検出部)と、出力軸18Cの第2回転情報を検出する検出部52A(第2回転検出部)と、を備え、出力軸18Cは、モータ部14のその一端側から他端側に延伸し、出力軸18Cの変位をモータ部14の他端側において拡大する軸部18Cb(変位拡大部)を有する。 The encoder unit (encoder section 12A and reducer 34A) of the drive device 10C of this embodiment thus includes a reducer 34A arranged at one end of the motor section 14 in the direction along the input shaft 18A (rotation shaft) to reduce the rotation of the motor section 14, an output shaft 18C (output section) that outputs the rotation of the motor section 14 via the reducer 34A, a first detection section 44 (first rotation detection section) that detects first rotation information of the input shaft 18A (input section) driven by the motor section 14, and a detection section 52A (second rotation detection section) that detects second rotation information of the output shaft 18C. The output shaft 18C extends from one end of the motor section 14 to the other end and has a shaft section 18Cb (displacement magnification section) that magnifies the displacement of the output shaft 18C at the other end of the motor section 14.

さらに、そのエンコーダユニットは、モータ部14のその他端側に配置されて、軸部18Cbに関するその延伸方向に直交する面に沿った方向の回転軸18Cの変位情報を検出する検出部52A,52B,52C(変位検出部)と、第1検出部44が検出するその第1回転情報と、検出部52Aが検出するその第2回転情報とに基づいて、入力軸18Aと出力軸18Cとのそれぞれの回転角(回転量)を演算する第1演算装置16A(第1演算部)と、を備えている。
また、本実施形態のエンコーダユニットの制御方法は、出力軸18Cの軸部18Cb(変位拡大部)を用いて、出力軸18Cの変位をモータ部14の他端側において拡大することと、モータ部14の他端側において、その軸部18Cbの延伸方向に直交する面に沿った方向の出力軸18Cの変位情報を検出することと、第1検出部44が検出する第1回転情報と、検出部52Aが検出する第2回転情報とに基づいて、入力軸18A及び回転軸18Cそれぞれの回転量を演算することとを含む。
Furthermore, the encoder unit is provided with detection units 52A, 52B, 52C (displacement detection units) that are arranged on the other end side of the motor portion 14 and detect displacement information of the rotation shaft 18C in a direction along a plane perpendicular to the extension direction of the shaft portion 18Cb, and a first calculation device 16A (first calculation unit) that calculates the respective rotation angles (rotation amounts) of the input shaft 18A and the output shaft 18C based on the first rotation information detected by the first detection unit 44 and the second rotation information detected by the detection unit 52A.
In addition, the control method of the encoder unit of this embodiment includes magnifying the displacement of the output shaft 18C at the other end of the motor unit 14 using the shaft portion 18Cb (displacement magnifying portion) of the output shaft 18C, detecting displacement information of the output shaft 18C in a direction along a plane perpendicular to the extension direction of the shaft portion 18Cb at the other end of the motor unit 14, and calculating the amount of rotation of each of the input shaft 18A and the rotating shaft 18C based on the first rotation information detected by the first detection unit 44 and the second rotation information detected by the detection unit 52A.

本実施形態によれば、出力軸18Cに作用するモーメントによる出力軸18Cの軸部18Cbの一端側の変位を軸部18Cbで拡大し、この拡大した軸部18Cbの他端側の変位を検出部52A~52Cで検出している。この際に、出力軸18Cの軸部18Cbが変位拡大部を兼用しているため、簡単な構成のエンコーダユニットを用いてモーメントによる出力軸18Cの変位を拡大して高精度に検出できる。このため、その検出した出力軸18Cの変位を用いて出力軸18Cに作用するモーメントを簡単な構成で高精度に検出できる。なお、モータ部14の回転による入力軸18Aの回転量を検出する第1検出部44と、出力軸18Cの回転量を検出する検出部52A~52Cのいずれかの検出器との差分を用いて軸部18Cbの変位を検出する場合、モータ部14の回転の始めにおいてモータ部14の回転がリアルタイムに入力軸18Aに伝わらない不感帯の存在により、軸部18Cbの変位の検出において検出感度の低下が起こりえる。しかし、本実施形態では、検出部52A~52Cの検出結果の差分を用いて軸部18Cbの変位を計算することから、入力軸18Aの不感帯の影響を受けずに高感度な検出が可能になる。 According to this embodiment, the displacement of one end of shaft portion 18Cb of output shaft 18C due to the moment acting on output shaft 18C is magnified by shaft portion 18Cb, and the displacement of the other end of this enlarged shaft portion 18Cb is detected by detection units 52A-52C. In this case, because shaft portion 18Cb of output shaft 18C also serves as the displacement magnifying unit, the displacement of output shaft 18C due to the moment can be magnified and detected with high accuracy using an encoder unit with a simple configuration. Therefore, the detected displacement of output shaft 18C can be used to detect the moment acting on output shaft 18C with high accuracy using a simple configuration. In addition, when detecting the displacement of the shaft portion 18Cb using the difference between the first detection unit 44, which detects the amount of rotation of the input shaft 18A due to the rotation of the motor portion 14, and one of the detectors of the detection units 52A to 52C, which detect the amount of rotation of the output shaft 18C, the presence of a dead zone in which the rotation of the motor portion 14 is not transmitted to the input shaft 18A in real time at the beginning of the rotation of the motor portion 14 may cause a decrease in detection sensitivity in detecting the displacement of the shaft portion 18Cb. However, in this embodiment, the displacement of the shaft portion 18Cb is calculated using the difference between the detection results of the detection units 52A to 52C, making it possible to perform highly sensitive detection without being affected by the dead zone of the input shaft 18A.

また、本実施形態によれば、第1回転情報及び第2回転情報を検出しているため、出力軸18Cの回転角(回転情報)をより高精度に検出することができ、出力軸18Cの回転角等をより高精度に制御できる。
なお、本実施形態では以下のような変形が可能である。
まず、本実施形態では、回転板42Bの周囲に3個の検出部52A,52B,52Cを90°間隔で配置しているが、検出部52A,52B,52Cの配置(開き角等)は任意である。また、本実施形態のエンコーダ部12Aでは、出力軸18Cの軸部18Cbの変位の方向及び大きさを検出して、出力軸18Cに作用するモーメントの方向及び大きさを求めているが、軸部18Cbの変位の方向及び大きさの少なくとも一方を検出して、出力軸18Cに作用するモーメントの方向及び大きさの少なくとも一方を求めてもよい。
また、本実施形態では、検出部52A,52B,52Cのうち少なくともいずれか1個の検出部を用いて第2回転情報の検出を行うこともできる。
In addition, according to this embodiment, since the first rotation information and the second rotation information are detected, the rotation angle (rotation information) of the output shaft 18C can be detected with higher accuracy, and the rotation angle of the output shaft 18C, etc. can be controlled with higher accuracy.
In addition, the following modifications are possible in this embodiment.
First, in this embodiment, three detectors 52A, 52B, 52C are arranged around the rotating plate 42B at 90° intervals, but the arrangement (opening angle, etc.) of the detectors 52A, 52B, 52C is arbitrary. Also, in the encoder unit 12A of this embodiment, the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Cb of the output shaft 18C are detected to determine the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18C, but at least one of the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Cb may be detected to determine at least one of the direction and magnitude of the moment acting on the output shaft 18C.
In this embodiment, the second rotation information can also be detected using at least one of the detection units 52A, 52B, and 52C.

また、本実施形態のエンコーダ部12Aでは、出力軸18Cの軸部18Cbの変位の方向及び大きさを検出するために3個の検出部52A,52B,52Cを有する。これに対して、図10の第1変形例に示すように、パターン8が形成された回転板42Bに沿って2個の検出部52A,52Bのみを配置することも可能である。検出部52A,52Bの開き角は180°以外の任意の角度に設定できる。この変形例では、検出部52A,52Bで検出される回転角にモータ部14の回転による出力軸18Cの回転角が混入している。この出力軸18Cの回転角の影響を除去するために、一例として検出部52A,52Bで検出される回転角から、図7の第1検出部44で検出できる入力軸18Aの回転角に減速機34Aの既知の減速比を掛けて算出される出力軸18Cの回転角を減算してもよい。このようにして求めた2つの回転角から出力軸18Cに作用するモーメントによる軸部18Cbの変位の方向及び大きさを求めることができる。また、モータ部14が回転していないとき(静止時)、すなわち、モータ部14によって出力軸18Cが回転せずに軸部18Cbの変位のみが生じているときの出力軸18Cに作用するモーメントを求める場合、出力軸18Cの回転角が混入しないことから、2個の検出部52A,52Bのみの配置でモーメントを検出することも可能である。 In addition, the encoder unit 12A of this embodiment has three detection units 52A, 52B, and 52C to detect the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Cb of the output shaft 18C. On the other hand, as shown in the first modified example of FIG. 10, it is also possible to arrange only two detection units 52A and 52B along the rotating plate 42B on which the pattern 8 is formed. The opening angle of the detection units 52A and 52B can be set to any angle other than 180°. In this modified example, the rotation angle of the output shaft 18C due to the rotation of the motor unit 14 is mixed into the rotation angle detected by the detection units 52A and 52B. In order to remove the influence of the rotation angle of the output shaft 18C, for example, the rotation angle of the output shaft 18C calculated by multiplying the rotation angle of the input shaft 18A that can be detected by the first detection unit 44 in FIG. 7 by the known reduction ratio of the reducer 34A may be subtracted from the rotation angle detected by the detection units 52A and 52B. From the two rotation angles thus obtained, the direction and magnitude of the displacement of the shaft portion 18Cb due to the moment acting on the output shaft 18C can be obtained. In addition, when determining the moment acting on the output shaft 18C when the motor portion 14 is not rotating (when stationary), that is, when the output shaft 18C is not rotated by the motor portion 14 and only the displacement of the shaft portion 18Cb occurs, it is possible to detect the moment by arranging only the two detectors 52A and 52B, since the rotation angle of the output shaft 18C is not mixed in.

次に、本実施形態の第2変形例につき図11(A)を参照して説明する。この第2変形例においても、図8(A)の3個の検出部52A~52Cのうちの2個の検出部(例えば検出部52A,52B)を使用するが、2つの検出部52A,52Bは開き角180°で配置されている。
図11(A)のエンコーダ部12Bにおいて、出力軸18Cの回転板42Bのパターン8に対して検出部52A,52Bは+X方向及び-X方向の端部に配置されている。検出部52A,52Bの検出信号S3A及びS3Bは、それぞれ図7(B)の増幅部54A、内挿部56A及び補正部58Aを含む前処理部66A及び66Bに供給される。そして、前処理部66A及び66Bから出力される回転角CT1及びCT2がそれぞれ加算平均部68A及び差分計算部68Bに供給される。加算平均部68Aから出力される回転角CT1,CT2の平均値が第1演算装置16Aに供給され、差分計算部68Bから出力される回転角CT1,CT2の差分(=CT1-CT2)がモーメント換算部63Aに供給される。
Next, a second modification of this embodiment will be described with reference to Fig. 11A. In this second modification, two of the three detectors 52A to 52C in Fig. 8A (e.g., detectors 52A and 52B) are used, but the two detectors 52A and 52B are arranged at an opening angle of 180°.
In the encoder unit 12B in FIG. 11A, the detectors 52A and 52B are disposed at the ends in the +X direction and the -X direction with respect to the pattern 8 of the rotating plate 42B of the output shaft 18C. The detection signals S3A and S3B of the detectors 52A and 52B are respectively supplied to pre-processing units 66A and 66B including the amplifier unit 54A, the interpolation unit 56A and the correction unit 58A in FIG. 7B. Then, the rotation angles CT1 and CT2 output from the pre-processing units 66A and 66B are respectively supplied to the averaging unit 68A and the difference calculation unit 68B. The average value of the rotation angles CT1 and CT2 output from the averaging unit 68A is supplied to the first calculation unit 16A, and the difference (=CT1-CT2) of the rotation angles CT1 and CT2 output from the difference calculation unit 68B is supplied to the moment conversion unit 63A.

この変形例において、回転軸18Cに作用するY方向のモーメントMによって回転軸18Cの先端部の回転板42Bが例えば-Y方向に位置42B1までε1だけ変位した場合、正確な回転角θに対して回転角CT1及びCT2の値はそれぞれ(θ-k1・ε1)及び(θ+k1・ε1)になる(k1は所定の係数)。言い替えると、検出部52A,52Bで検出される角度は互いに同じ大きさで異なる符号で変化する。このため、加算平均部68Aから出力される角度(出力軸18Cの第2回転情報)は、変位ε1の影響が相殺されて正確な値θとなり、第1演算装置16Aはその値θを用いて回転軸18Cの回転角を正確に求めることができる。一方、差分計算部68Bから出力される値は回転角θを含まないk1・ε1となり、モーメント換算部63Aはその値を用いてY方向のモーメントMを高精度に求めることができる。 In this modified example, when the rotating plate 42B at the tip of the rotating shaft 18C is displaced by ε1 in the -Y direction to position 42B1 due to the moment M in the Y direction acting on the rotating shaft 18C, the values of the rotation angles CT1 and CT2 are (θ-k1·ε1) and (θ+k1·ε1), respectively, for the accurate rotation angle θ (k1 is a predetermined coefficient). In other words, the angles detected by the detection units 52A and 52B change with the same magnitude but different signs. Therefore, the angle output from the averaging unit 68A (second rotation information of the output shaft 18C) becomes the accurate value θ as the effect of the displacement ε1 is offset, and the first calculation unit 16A can accurately calculate the rotation angle of the rotating shaft 18C using this value θ. On the other hand, the value output from the difference calculation unit 68B becomes k1·ε1, which does not include the rotation angle θ, and the moment conversion unit 63A can use this value to calculate the moment M in the Y direction with high accuracy.

次に、図11(B)の第3変形例のエンコーダ部12Cは、図11(A)の第2変形例において、回転板42Bのパターン8に対して-Y方向及び+Y方向に検出部52C,52Dを180°の開き角で配置したものである。検出部52C,52Dの検出信号S3C及びS3Dは、それぞれ前処理部66Aと同様の前処理部66C及び66Dに供給される。そして、前処理部66C及び66Dから出力される回転角が差分計算部68Cに供給され、差分計算部68Cから出力される2つの回転角の差分がモーメント換算部63Bに供給される。モーメント換算部63Bには差分計算部68Bの出力も供給されている。 Next, the encoder unit 12C of the third modified example in FIG. 11(B) is the second modified example in FIG. 11(A) in which the detectors 52C and 52D are arranged at an opening angle of 180° in the -Y and +Y directions with respect to the pattern 8 of the rotating plate 42B. The detection signals S3C and S3D of the detectors 52C and 52D are respectively supplied to pre-processing units 66C and 66D which are similar to the pre-processing unit 66A. The rotation angles output from the pre-processing units 66C and 66D are then supplied to a difference calculation unit 68C, and the difference between the two rotation angles output from the difference calculation unit 68C is supplied to a moment conversion unit 63B. The output of the difference calculation unit 68B is also supplied to the moment conversion unit 63B.

この変形例において、回転軸18Cに作用する任意の方向のモーメントMによって回転軸18Cの先端部の回転板42Bが任意の角度φの方向に位置42B2までεだけ変位した場合、加算平均部68Aから出力される値からは出力軸18Cの変位の影響が除去されている。このため、第1演算装置16Aは高精度に出力軸18Cの回転角を求めることができる。一方、差分計算部68B及び68Cからそれぞれ回転軸18Cの先端部のY方向及びX方向の変位成分がモーメント換算部63Bに供給される。このため、モーメント換算部63Bは任意の方向のモーメントMを高精度に求めることができる。 In this modified example, when the rotating plate 42B at the tip of the rotating shaft 18C is displaced by ε in the direction of an arbitrary angle φ to position 42B2 due to a moment M acting on the rotating shaft 18C in an arbitrary direction, the effect of the displacement of the output shaft 18C is removed from the value output from the averaging unit 68A. Therefore, the first calculation unit 16A can determine the rotation angle of the output shaft 18C with high accuracy. Meanwhile, the difference calculation units 68B and 68C respectively supply the displacement components in the Y and X directions of the tip of the rotating shaft 18C to the moment conversion unit 63B. Therefore, the moment conversion unit 63B can determine the moment M in an arbitrary direction with high accuracy.

また、上述の各実施形態の駆動装置及びエンコーダユニットは各種工作機械又はロボット装置の駆動機構又はその一部として使用できる。
図12は、上記の実施形態の駆動装置10と同様の駆動装置10C及び10Dが使用されたロボット装置RBTを示す斜視図である。なお、図12において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
ロボット装置RBTは、第1の駆動装置10Cと、この駆動装置10Cの出力軸の端部18Daに連結された第1アーム82と、第1アーム82の先端部に設置された第2の駆動装置10Dと、この駆動装置10Dに連結された第2アーム84と、第2アーム84の先端部に上下動可能に装着されたハンドリング部86と、装置全体の動作を制御するロボット制御装置80とを備えている。この場合、駆動装置10Dの出力軸の端部18Eaが第1アーム82の先端に固定され、ハンドリング部86の下端に被駆動部としてのワーク88が着脱可能に保持される。
Furthermore, the drive device and encoder unit of each of the above-described embodiments can be used as a drive mechanism or part thereof for various machine tools or robot devices.
Fig. 12 is a perspective view showing a robot device RBT using driving devices 10C and 10D similar to the driving device 10 of the above embodiment. In Fig. 12, components that are the same as or equivalent to those in the above embodiment are given the same reference numerals and their description will be omitted.
The robot device RBT includes a first driving device 10C, a first arm 82 connected to an end 18Da of an output shaft of the driving device 10C, a second driving device 10D installed at the tip of the first arm 82, a second arm 84 connected to the driving device 10D, a handling unit 86 attached to the tip of the second arm 84 so as to be vertically movable, and a robot control device 80 that controls the operation of the entire device. In this case, an end 18Ea of the output shaft of the driving device 10D is fixed to the tip of the first arm 82, and a workpiece 88 as a driven part is detachably held at the lower end of the handling unit 86.

本実施形態においては、駆動装置10Cの出力軸を回転軸AX1の回りに回転駆動することで、回転軸AX1の回りに第1アーム82が回転し、駆動装置10Dの出力軸を回転軸AX2の回りに回転駆動することで、回転軸AX2の回りに第2アーム84が回転するため、ワーク88を3次元的に位置決めすることができる。また、駆動装置10Cの制御装置50(図1参照)からロボット制御装置80に第1アーム82に作用するモーメントMCの方向及び大きさの情報が供給され、駆動装置10Dの制御装置50(図1参照)からロボット制御装置80に第2アーム84に作用するモーメントMDの方向及び大きさの情報が供給されている。 In this embodiment, the output shaft of the drive unit 10C is driven to rotate around the rotation axis AX1, causing the first arm 82 to rotate around the rotation axis AX1, and the output shaft of the drive unit 10D is driven to rotate around the rotation axis AX2, causing the second arm 84 to rotate around the rotation axis AX2, so that the workpiece 88 can be positioned three-dimensionally. In addition, the control device 50 (see FIG. 1) of the drive unit 10C supplies information on the direction and magnitude of the moment MC acting on the first arm 82 to the robot control device 80, and the control device 50 (see FIG. 1) of the drive unit 10D supplies information on the direction and magnitude of the moment MD acting on the second arm 84 to the robot control device 80.

そこで、一例としてモーメントMC又はMDの大きさが予め設定されている閾値を超えた場合に、ロボット制御装置80では、駆動装置10Cによる第1アーム82の回転速度及び駆動装置10Dによる第2アーム84の回転速度を低減させる。又はロボット制御装置80では、駆動装置10Cによる第1アーム82の回転及び駆動装置10Dによる第2アーム84の回転を停止させてもよい。又はロボット制御装置80では、ワーク88の荷重を軽減させるようにアラームを発してもよい。これによって、ロボット装置RBTの故障等を抑制できる。また、モーメントMCとモーメントMDが作用するときのハンドリング部86先端の位置ずれ量と方向、及び、モーメントMCとモーメントMDの大きさ及び方向との関係を予め記憶部等に記憶しておき、モーメントMCとモーメントMDが作用したときに、ロボット制御装置80が、そのモーメントMCとモーメントMDに対応するハンドリング部86先端の位置ずれ量と方向を記憶部等から読み出し、ハンドリング部86の位置ずれを補正する方向に第1アーム82及び第2アーム84を回転させてもよい。これによって、ワーク88の位置決めを高精度に行うことができる。なお、このとき、軸部18Bbの変位と方向、及びハンドリング部86の先端の位置ずれ量と方向との関係を予め記憶部等に記憶しておくことで、軸部18Bbの変位と方向から直接的に(モーメントを用いずに)ハンドリング部86の先端の位置ずれ量と方向を記憶部から読み出して、ハンドリング部86の先端の位置を補正してもよい。 Therefore, as an example, when the magnitude of moment MC or MD exceeds a preset threshold value, robot control device 80 reduces the rotation speed of first arm 82 by drive device 10C and the rotation speed of second arm 84 by drive device 10D. Alternatively, robot control device 80 may stop the rotation of first arm 82 by drive device 10C and the rotation of second arm 84 by drive device 10D. Alternatively, robot control device 80 may issue an alarm to reduce the load of workpiece 88. This can prevent malfunctions, etc. of robot device RBT. In addition, the amount and direction of the positional deviation of the tip of the handling unit 86 when the moments MC and MD act, and the relationship between the magnitude and direction of the moments MC and MD may be stored in advance in a storage unit or the like, and when the moments MC and MD act, the robot control device 80 may read the amount and direction of the positional deviation of the tip of the handling unit 86 corresponding to the moments MC and MD from the storage unit or the like, and rotate the first arm 82 and the second arm 84 in a direction that corrects the positional deviation of the handling unit 86. This allows the positioning of the workpiece 88 to be performed with high accuracy. At this time, the relationship between the displacement and direction of the shaft 18Bb and the amount and direction of the positional deviation of the tip of the handling unit 86 may be stored in a storage unit or the like in advance, and the amount and direction of the positional deviation of the tip of the handling unit 86 may be read from the storage unit directly (without using moments) from the displacement and direction of the shaft 18Bb, and the position of the tip of the handling unit 86 may be corrected.

なお、ロボット装置RBTは、上記の構成に限定されず、駆動装置10C,10Dは、関節を備える各種ロボット装置(例、組立ロボット、人間協調型ロボット等)に適用できる。 The robot device RBT is not limited to the above configuration, and the driving devices 10C and 10D can be applied to various robot devices equipped with joints (e.g., assembly robots, human-collaborative robots, etc.).

10,10A~10D…駆動装置、12,12A…エンコーダ部、14…モータ部、16,16A…第1演算装置、24…モータ制御装置、18A…入力軸、18B,18C…出力軸、20…マグネット、22…コイル、30…モータケース、34…減速機、34A…回転軸受を内蔵する減速機、38A~38C…皿ばね、42A…第1の回転板、42B…第2の回転板、44…第1検出部、46A~46C…間隔センサ、52A~52C…第2の検出部、48,48A…第2演算装置、RBT…ロボット装置 10, 10A to 10D... Drive unit, 12, 12A... Encoder unit, 14... Motor unit, 16, 16A... First calculation unit, 24... Motor control unit, 18A... Input shaft, 18B, 18C... Output shaft, 20... Magnet, 22... Coil, 30... Motor case, 34... Reducer, 34A... Reducer with built-in rotary bearing, 38A to 38C... Disc spring, 42A... First rotating plate, 42B... Second rotating plate, 44... First detection unit, 46A to 46C... Distance sensor, 52A to 52C... Second detection unit, 48, 48A... Second calculation unit, RBT... Robot device

Claims (16)

モータと、
前記モータの回転を伝達し、中空部を含む入力軸と、
前記入力軸から伝達された前記モータの回転を変速する変速機と、
前記入力軸の中空部を通る出力軸を含み、前記変速機を介して変速された前記モータの回転を前記出力軸の第1端から出力する出力部と、
前記出力軸の前記第1端と反対側の第2端の、前記出力軸の延伸方向に直交する面内における並進方向の変位に関連する変位情報を検出する変位検出部と、
を備える駆動装置。
A motor;
an input shaft that transmits rotation of the motor and includes a hollow portion;
a transmission that changes the speed of the rotation of the motor transmitted from the input shaft;
an output section including an output shaft passing through a hollow portion of the input shaft and outputting the rotation of the motor, the rotation being changed in speed via the transmission, from a first end of the output shaft ;
a displacement detection unit that detects displacement information related to a translational displacement of a second end of the output shaft opposite to the first end in a plane perpendicular to an extension direction of the output shaft;
A drive unit comprising:
前記出力軸を、該出力軸の延伸方向に直交する面に沿った方向に変位しやすくするための弾性部を有する請求項1に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, which has an elastic portion that makes it easier to displace the output shaft in a direction along a plane perpendicular to the extension direction of the output shaft. 前記弾性部は、前記変速機と前記出力部との間に配置され、皿バネ、板バネ、コイルバネ及び弾性ヒンジのうちの少なくとも1つを含む、請求項に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 2 , wherein the elastic portion is disposed between the transmission and the output portion and includes at least one of a disc spring, a leaf spring, a coil spring, and an elastic hinge. 前記駆動装置の前記変速機が前記弾性部の少なくとも一部を兼用する請求項又はに記載の駆動装置。 The drive unit according to claim 2 or 3 , wherein the transmission of the drive unit also serves as at least a part of the elastic portion. 前記変位検出部は、前記出力軸の回りの異なる位置に配置されて、それぞれが前記出力軸との間隔を検出する少なくとも2個の間隔センサを有する、請求項からのいずれか一項に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 2 , wherein the displacement detection unit has at least two distance sensors arranged at different positions around the output shaft, each of which detects a distance from the output shaft . 前記変位検出部は、前記出力軸の回りに等角度間隔で配置された3個の間隔センサを有する請求項に記載の駆動装置。 6. The drive device according to claim 5 , wherein the displacement detection section has three distance sensors arranged at equal angular intervals around the output shaft. 前記変位検出部は、
前記出力軸に設けられてパターンが形成されたスケール体と、前記スケール体の前記パターンを検出可能な位置に配置されて、それぞれが前記パターンを検出する少なくとも2個のパターン検出器と、前記少なくとも2個のパターン検出器の検出結果に基づいて前記変位情報を求める変位換算部と、を備える請求項1からのいずれか一項に記載の駆動装置。
The displacement detection unit
5. The drive device according to claim 1, further comprising: a scale body provided on the output shaft and having a pattern formed thereon; at least two pattern detectors arranged at positions where the pattern on the scale body can be detected, each of the pattern detectors detecting the pattern; and a displacement conversion unit that determines the displacement information based on detection results of the at least two pattern detectors.
前記出力部の回転角を演算する演算装置を更に備え、
前記変位換算部は、前記出力部の回転角の平均値を前記演算装置に供給し、
前記演算装置は、前記平均値に基づいて前記出力部の回転角を演算する
請求項に記載の駆動装置。
A calculation device that calculates a rotation angle of the output unit is further provided,
the displacement conversion unit supplies an average value of the rotation angle of the output unit to the calculation device;
The drive device according to claim 7 , wherein the calculation device calculates a rotation angle of the output portion based on the average value.
前記変位検出部は、
前記出力軸に設けられてパターンが形成されたスケール体と、前記スケール体の前記パターンを検出可能な位置に配置されて、それぞれが前記パターンを検出する第1、第2、及び第3のパターン検出器と、前記第1、第2、及び第3のパターン検出器の検出結果に基づいて前記変位情報を求める変位換算部と、を備え、
前記変位換算部は、前記第1及び第2のパターン検出器の検出結果の差分、並びに前記第1及び第3のパターン検出器の検出結果の差分を用いて、前記出力軸の変位の方向及び大きさの少なくとも一方を求める、請求項1からのいずれか一項に記載の駆動装置。
The displacement detection unit
a scale body provided on the output shaft and having a pattern formed thereon; first, second and third pattern detectors disposed at positions on the scale body where the pattern can be detected, each detecting the pattern; and a displacement conversion unit that determines the displacement information based on detection results of the first, second and third pattern detectors,
5. The drive device according to claim 1, wherein the displacement conversion unit determines at least one of a direction and a magnitude of a displacement of the output shaft by using a difference between detection results of the first and second pattern detectors and a difference between detection results of the first and third pattern detectors.
モータの回転を伝達し、中空部を含む入力軸から伝達された前記モータの回転を変速する変速機と、
前記入力軸の中空部を通る出力軸を含み、前記変速機を介して変速された前記モータの回転を前記出力軸の第1端から出力する出力部と、
前記入力軸の第1回転情報を検出する第1回転検出部と、
前記出力軸の第2回転情報を検出する第2回転検出部と、を備え、
前記出力軸の前記第1端と反対側の第2端の、前記出力軸の延伸方向に直交する面内における並進方向の変位に関連する変位情報を検出する変位検出部と、
前記第1回転検出部が検出する前記第1回転情報と、前記第2回転検出部が検出する前記第2回転情報とに基づいて、前記入力軸と前記出力軸それぞれの回転量を演算する第1演算部と、を備えるエンコーダユニット。
a transmission that transmits rotation of a motor and changes the speed of the rotation of the motor transmitted from an input shaft including a hollow portion;
an output section including an output shaft passing through a hollow portion of the input shaft and outputting the rotation of the motor, the rotation being changed in speed via the transmission, from a first end of the output shaft ;
A first rotation detection unit that detects first rotation information of the input shaft;
a second rotation detection unit that detects second rotation information of the output shaft,
a displacement detection unit that detects displacement information related to a translational displacement of a second end of the output shaft opposite to the first end in a plane perpendicular to an extension direction of the output shaft;
an encoder unit comprising: a first calculation unit that calculates the amount of rotation of each of the input shaft and the output shaft based on the first rotation information detected by the first rotation detection unit and the second rotation information detected by the second rotation detection unit.
前記出力軸を、該出力軸の軸方向に直交する面に沿った方向に変位しやすくするための弾性部を備える請求項10に記載のエンコーダユニット。 The encoder unit according to claim 10 , further comprising an elastic portion for facilitating displacement of the output shaft in a direction along a plane perpendicular to the axial direction of the output shaft. 前記変位検出部は前記第2回転検出部を兼ねており、前記変位検出部の検出結果を用いて前記第2回転情報を検出する、請求項10又は11に記載のエンコーダユニット。 The encoder unit according to claim 10 , wherein the displacement detection section also functions as the second rotation detection section, and detects the second rotation information using a detection result of the displacement detection section. 前記変位検出部は、前記出力軸に設けられてパターンが形成されたスケール体と、前記スケール体の前記パターンを検出可能な位置に配置されて、それぞれが前記パターンを検出する少なくとも2個のパターン検出器と、前記少なくとも2個のパターン検出器の検出結果に基づいて前記変位情報を求める変位換算部と、を有し、
前記第2回転検出部は、前記少なくとも2個のパターン検出器のうちの少なくとも1個のパターン検出器を用いて前記第2回転情報を検出する、請求項12に記載のエンコーダユニット。
the displacement detection unit includes a scale body provided on the output shaft and having a pattern formed thereon, at least two pattern detectors disposed at positions capable of detecting the pattern on the scale body, each of which detects the pattern, and a displacement conversion unit which determines the displacement information based on detection results of the at least two pattern detectors,
The encoder unit according to claim 12 , wherein the second rotation detection section detects the second rotation information using at least one pattern detector of the at least two pattern detectors.
前記出力部の回転角を演算する演算装置を更に備え、
前記変位換算部は、前記出力部の回転角の平均値を前記演算装置に供給し、
前記演算装置は、前記平均値に基づいて前記出力部の回転角を演算する
請求項13に記載のエンコーダユニット。
A calculation device that calculates a rotation angle of the output unit is further provided,
the displacement conversion unit supplies an average value of the rotation angle of the output unit to the calculation device;
The encoder unit according to claim 13 , wherein the calculation device calculates a rotation angle of the output section based on the average value.
前記変位検出部は、前記出力軸に設けられてパターンが形成されたスケール体と、前記スケール体の前記パターンを検出可能な位置に配置されて、それぞれが前記パターンを検出する第1、第2、及び第3のパターン検出器と、前記第1、第2、及び第3のパターン検出器の検出結果に基づいて前記変位情報を求める変位換算部と、を備え、
前記変位換算部は、前記第1及び第2のパターン検出器の検出結果の差分、並びに前記第1及び第3のパターン検出器の検出結果の差分を用いて、前記並進方向及び大きさの少なくとも一方を求め、
前記第2回転検出部は、前記第1、第2、及び第3のパターン検出器のうちの少なくとも1個のパターン検出器を用いて前記第2回転情報を検出する、請求項12に記載のエンコーダユニット。
the displacement detection unit comprises: a scale body provided on the output shaft and having a pattern formed thereon; first, second, and third pattern detectors disposed at positions on the scale body where the pattern can be detected, each detecting the pattern; and a displacement conversion unit that determines the displacement information based on detection results of the first, second, and third pattern detectors,
the displacement conversion unit determines at least one of the translation direction and the magnitude by using a difference between the detection results of the first and second pattern detectors and a difference between the detection results of the first and third pattern detectors;
The encoder unit according to claim 12 , wherein the second rotation detection section detects the second rotation information using at least one pattern detector among the first, second, and third pattern detectors.
請求項2からのいずれか一項に記載の駆動装置と、前記駆動装置によって駆動されるアームと、前記駆動装置を制御するロボット制御部と、を備えるロボット装置。 A robot device comprising: the drive device according to claim 2 ; an arm driven by the drive device; and a robot control unit that controls the drive device.
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