CN111146907B - 驱动装置和检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驱动装置和检测装置。驱动装置包括：驱动单元，其布置在固定构件上；支撑构件；输出构件；弹性构件，其构造成联接支撑构件与输出构件；第一标尺；第一传感器，其构造成利用第一标尺检测驱动单元的输出轴的旋转角度；第二标尺；和第二传感器，其构造成利用第二标尺检测支撑构件和输出构件之间的相对位移。第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上。第一标尺和第一传感器中的另一者以及第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上。第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上。

Description

驱动装置和检测装置
技术领域
本发明涉及驱动装置和检测装置。
背景技术
在用于多关节型机器人的旋转关节的驱动装置中，减速齿轮使马达的旋转速度降低，并且由此使输出轴旋转。输出轴的旋转根据设置在马达的旋转轴上的编码器的输出和马达电流来控制。然而，在这种控制方法中，由于输出轴的旋转受到减速齿轮的间隙、齿隙、摩擦力、粘性力的影响，因此难以高精度地控制输出轴的旋转。因此，提出了另外的控制方法。
在这种方法中，除了马达的旋转轴的角度和马达电流之外，还测量减速齿轮的输出轴的角度和转矩并将其反馈给马达。
例如，日本专利申请公开No.2006-50710公开了一种驱动装置，其包括布置在减速齿轮的输出轴处的转矩传感器和编码器。马达的输出轴与减速齿轮的输入轴联接，以将来自马达的输出传递到减速齿轮。减速齿轮的柔轮与减速齿轮的输出轴联接。驱动装置包括布置在马达的输出轴处的马达控制编码器、以及布置在减速齿轮的输出轴处的输出轴编码器和转矩传感器。转矩传感器测量转矩传感器膜的磁阻值，并且将磁阻值转换为转矩值。
马达控制编码器检测用于控制马达的信息。输出轴编码器检测减速齿轮的输出轴的旋转角度。在减速齿轮的输出轴与负载联接的状态下，转矩传感器检测由负载引起的反作用力所产生的扭矩。另外，由这些传感器检测到的检测信号被反馈给马达驱动器。利用这种构造，减少了由于减速齿轮的间隙(例如，齿隙)或磁滞特性所引起的对于输出轴的控制精度的降低。
发明内容
根据本发明的第一方面，驱动装置包括：驱动单元，其布置在固定构件上；支撑构件；输出构件；弹性构件，其构造成联接支撑构件与输出构件；第一标尺；第一传感器，其构造成利用第一标尺检测驱动单元的输出轴的旋转角度；第二标尺；和第二传感器，其构造成利用第二标尺检测支撑构件和输出构件之间的相对位移。第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上。第一标尺和第一传感器中的另一者以及第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上。第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上。
根据本发明的第二方面，控制驱动装置的方法包括：将从第一传感器输出的第一信号输入至控制单元，第一传感器用于检测驱动单元的输出轴的旋转角度；将从第二传感器输出的第二信号输入至控制单元，第二传感器用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移；和通过控制单元根据第一信号和第二信号计算输出构件相对于固定构件的旋转角度。驱动装置包括布置在固定构件上的驱动单元、支撑构件、输出构件、弹性构件、和构造成控制驱动单元的控制单元。支撑构件经由弹性构件与输出构件联接。用于检测驱动单元的输出轴的旋转角度的第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上。第一标尺和第一传感器中的另一者以及用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上。第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上。
根据本发明的第三方面，检测装置包括：固定构件；支撑构件；输出构件；弹性构件，其构造成联接支撑构件与输出构件；第一标尺；第一传感器，其构造成利用第一标尺检测驱动单元的输出轴的旋转角度；第二标尺；和第二传感器，其构造成利用第二标尺检测支撑构件与输出构件之间的相对位移。第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上。第一标尺和第一传感器中的另一者以及第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上。第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上。
参照附图，根据下文对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示意性地示出一个实施例的驱动装置的结构的图。
图2是包括该实施例的驱动装置的机器人的外观图。
图3是一个示例的驱动装置的局部剖视图。
图4是其中该示例的驱动装置被拆开的局部剖视图。
图5是示出该示例的各部件安装在其上的传感器基板的图。
图6是示出该示例的弹性构件的形状的外部透视图。
图7是该示例的检测系统的控制框图。
图8是该示例的机器人的控制框图。
图9是该示例的减速齿轮2的前视图。
图10A是示出该示例中的转矩的检测误差分量值的曲线图。
图10B是示出该示例中的包括检测误差分量的转矩值的曲线图。
图10C是示出该示例中的校正后的转矩值的曲线图。
图11是示出该示例中的检测方法的流程图。
图12是一个示例的驱动装置的局部剖视图。
图13是示出该示例的弹性构件的形状的外部透视图。
图14是示出一个示例中的生产准备过程的图。
图15是示出其中该示例的传感器基座和内环附接到成形夹具的状态的图。
图16A是示出在该示例的三维成形方法中发射激光的过程的图。
图16B是示出在该示例的三维成形方法中形成第二层的状态的图。
图16C是示出在该示例的三维成形方法中形成层叠体的状态的图。
图16D是示出在该示例的三维成形方法中取出成形体的状态的图。
图17是示出形成该示例的弹性构件的状态的图。
图18是示出形成该示例的弹性构件并移除成形夹具的状态的图。
图19是一个示例的驱动装置的局部剖视图。
图20是示出一个示例的各部件安装在其上的传感器基板的图。
图21是示出该示例中的转矩检测的曲线图。
具体实施方式
实施例
在下文中，参考附图，将描述本发明的一个实施例的驱动装置和包括该驱动装置的多关节型机器人。在此，在对该实施例和一些示例的描述中将参考的多个附图中，除非另有说明，否则对具有相同功能的部件标注相同的附图标记。
驱动装置的基本构造
首先，参考图1的示意图，将描述该实施例的驱动装置的基本构造。图1示出了单个驱动装置的基本构造。驱动装置包括固定构件1、马达13、减速齿轮2和旋转角度测量标尺6。马达13、减速齿轮2和旋转角度测量标尺6固定至固定构件1。减速齿轮2的输入轴与马达13联接。在马达13的旋转轴旋转(朝箭头R1所示的方向)时，减速齿轮2的输出轴以降低的速度旋转(朝箭头R2所示的方向)。减速齿轮2的输出轴与支撑构件3联接。因此，支撑构件3与减速齿轮2的输出轴一起旋转(朝箭头R2所示的方向)。
另外，驱动装置还包括旋转角度测量传感器7、转矩测量传感器9、弹性构件4和输出构件5。旋转角度测量传感器7在减速齿轮2侧固定至支撑构件3上，转矩测量传感器9和弹性构件4在输出构件5侧固定至支撑构件3上。即，支撑构件3用作旋转角度测量传感器7、转矩测量传感器9和弹性构件4的基座。
弹性构件4与输出构件5联接，并且转矩测量标尺8固定至输出构件5。支撑构件3将减速齿轮2的输出轴的旋转传递至弹性构件4，而弹性构件4将支撑构件3的旋转传递至输出构件5。因此，弹性构件4根据转矩量围绕其旋转轴线扭曲和变形。
通过固定至支撑构件3上的转矩测量传感器9而观测固定至输出构件5上的转矩测量标尺8。通过该观测，弹性构件4所扭曲和变形的角度E2得以测量。如果弹性构件的扭转刚度用K表示，则通过计算测得的角度E2与扭转刚度K的乘积K·E2来获得传递至输出构件5的转矩。
另外，通过固定至支撑构件3上的旋转角度测量传感器7而观测固定至固定构件1上的旋转角度测量标尺6。通过该观测，支撑构件3所旋转的角度E1得以测量。因此，通过将支撑构件3的测得的旋转角度E1与弹性构件4的测得的角度E2相加来计算输出构件5的旋转角度。
在本实施例中，延伸穿过驱动装置的配线和配管的捆束10通过布置在固定构件1上的紧固构件11a和布置在支撑构件3上的紧固构件11b而固定至驱动装置。由于两个紧固构件(固定部件)布置成使得驱动装置的旋转部分插置在紧固构件之间，因此这两个固定部件相对于彼此旋转。另外，捆束10包括形成在两个紧固构件之间并具有附加长度的可变形部分12。结果，防止了配线和配管拉伸和限制旋转部分的旋转，并且防止了配线和配管被旋转部分的旋转拉动和切断。
在本实施例中，上述构造允许驱动装置获得较小的转矩检测误差，该转矩检测误差由配线和配管的干涉引起。具体地，由于延伸穿过驱动装置的捆束10被固定至固定构件1和支撑构件3，因此由配线和配管产生以及由旋转部分的旋转引起的拖曳转矩被施加至固定构件1和支撑构件3之间的部分上，而不施加至用于检测转矩的弹性构件4上。另外，由于由旋转引起的弹性构件4的扭转变形量较小(例如约50μm)，因此由捆束10的一部分产生以及由扭转变形引起的拖曳转矩非常小。在此，捆束10的所述部分在弹性构件4的前方延伸。因此，在本实施例中，抑制了配线和配管在旋转部分旋转时与弹性构件4发生干涉并影响弹性构件4的变形量，从而可以相当大地减小转矩检测误差。
多关节型机器人
接下来，将描述包括本实施例的驱动装置的多关节型机器人。图2是示出多关节型机器人(机器人臂)100的外观图，该多关节型机器人(机器人臂)作为包括本实施例的驱动装置的机器人的一个示例。
本实施例的驱动装置用于六个旋转关节J1至J6的每一个中，连结部200至206通过所述旋转关节彼此串联联接。每个驱动装置的转矩传感器测量通过关节传递至相应连结部的转矩。前端连结部可以设置有机械手210。
当外力F施加至机械手210时，施加至每个旋转关节J1至J6的转矩改变。因此，转矩传感器检测转矩的变化，并且将其经由延伸穿过驱动装置的线路(线束)传输至控制装置101。控制装置101对旋转关节J1至J6进行力控制。例如，在控制装置101控制机器人以使得机器人朝由传感器检测到的方向移动时，可以产生运动的灵活性。对于根据施加至组装机器人的机械手上的力而移动的组装机器人而言，这种功能很重要。控制装置101与教示器102连接，操作者通过教示器102教示运动。
控制装置101通过将支撑构件3的测得的旋转角度E1和弹性构件4的测得的扭转变形角度E2相加而计算与每个旋转关节J1至J6的减速齿轮的输出轴相联的连结部的角度。关于角度E1和E2的数据经由线路从驱动装置传输至控制装置101。除了每个旋转关节J1至J6的马达的旋转角度和电流之外，控制装置101还测量输出轴的转矩和旋转角度，并且将测量值反馈给马达驱动。结果，可以提高对于机器人的定位控制和力控制的精度。
在包括本实施例的驱动装置的多关节型机器人中，由于抑制了配线和配管与用于测量转矩的弹性构件发生干涉并影响弹性构件的变形量，因此可以减小转矩检测误差，并且可以增大控制每个关节的运动的精度。
示例1
参考附图，作为本实施例的驱动装置的具体示例将描述示例1。图3是示例1的驱动装置的局部剖视图。图4是示例1的驱动装置被拆开的局部剖视图。例如，当在图2的多关节型机器人100的旋转关节J2中使用驱动装置时，固定构件1与连结部201联接，而输出构件5与连结部202联接。
在下文中，将顺序地描述驱动装置的各部件的结构。
配线和配管
首先，将参考图3描述配线、配管和密封部。配线和配管被油脂包围，而油脂被密封部气密地包封。从旋转关节J1通过旋转关节J2朝向旋转关节J3延伸的捆束10包括电配线33和配管34。电配线33用于马达控制和传感器信号，而配管34用于将压缩空气发送至多关节型机器人100的末端执行器。
用于驱动装置的马达13的马达控制线35从捆束10分支出来，并连接至驱动装置的马达13。用于驱动装置的传感器的传感器线27从捆束10分支出来，并通过支撑构件3的配线孔60b连接至传感器基板21的连接器26。传感器基板21固定至支撑构件3。
捆束10需要被可变形地保持，以便能够随着旋转关节的旋转而移动。在示例1中，线束10具有其长度足以随着旋转而移动的部分，并且通过围绕固定构件1缠绕所述部分而可变形地保持捆束10。具体地，捆束10插入配线管36中，而配线管36穿过固定构件1的配线孔59并围绕固定构件1缠绕。采用这种结构，可以防止配线和配管拉伸并限制旋转，并且防止配线和配管被拉力所切断。
配线管36经由O形环37a固定至固定构件1上。另外，配线管36穿过支撑构件3的配线孔60a，并且经由O形环37b固定至支撑构件3上。即，图1的实施例的紧固构件11a相当于示例1的O形环37a，而紧固构件11b相当于O形环37b。由于配线管36移动，因此优选的是配线管36周围的空间填充润滑脂，以防止因接触而引起配线管36的磨损。O形环37a和37b用于密封，以防止润滑脂泄漏到外部。类似地，油封38a和38b布置在固定构件1和支撑构件3之间，以气密地包封配线管36在其中移动的空间。因此，配线和/或配管的一部分容纳在形成于固定构件1和支撑构件3之间并填充有油脂的空间中。
在示例1中，捆束10插入配线管36中，配线管36周围的空间填充有油脂，并且所述空间被气密地包封。通过这种简单的结构，可以以高的可靠性获得旋转驱动装置。
固定构件
马达13通过螺栓固定至作为刚性体的固定构件1上。另外，减速齿轮固定轴(刚轮)18固定至固定构件1。另外，交叉滚柱轴承20固定至固定构件1上，旋转轴19(减速齿轮的输出轴)经由交叉滚柱轴承20由固定构件1可旋转地保持。另外，旋转角度测量标尺6固定至固定构件1上。
减速齿轮
示例1的减速齿轮被称为应变波齿轮式减速齿轮，并且包括三个主要部件：减速齿轮输入轴(波发生器)16、减速齿轮输出轴(柔轮)17、减速齿轮固定轴(刚轮)18。
减速齿轮输入轴16是具有滚柱轴承的椭圆形凸轮。减速齿轮输出轴17是椭圆形地变形的杯状外齿轮。减速齿轮固定轴18是齿数与减速齿轮输出轴17的齿数不同的内齿轮。减速齿轮输入轴16的椭圆形凸轮在椭圆形凸轮的长轴的两个端点处按压减速齿轮输出轴(柔轮)17，并且使减速齿轮输出轴17伸展，以使得减速齿轮输出轴17与减速齿轮固定轴(刚轮)18啮合。如上所述，减速齿轮输出轴17的齿数与减速齿轮固定轴18的齿数不同。因此，在减速齿轮输入轴16旋转一圈时，减速齿轮输出轴17相对于减速齿轮固定轴18旋转了齿数差。在基于该原理的应变齿轮式减速齿轮中，典型的减速比为50。
马达13的输出轴15与减速齿轮输入轴16联接，减速齿轮固定轴18固定至固定构件1，并且减速齿轮输出轴17固定至旋转轴19。在这种结构中，当马达13的输出轴15旋转时，减速齿轮输入轴16旋转，旋转轴19(即减速齿轮输出轴17)相对于固定构件1以降低的转速旋转。
为了防止减速齿轮的磨损，其中一个齿轮的齿与另一齿轮的齿接触的空间需要填充润滑脂。因此，油封38c布置在固定构件1与旋转轴19之间，以防止润滑脂泄漏。
支撑构件
将在示例1中具体描述图1中所示的支撑构件3。在示例1中，图1的支撑构件3包括传感器基座73和传感器基板21，如图3和4所示。
如图4所示，传感器基座73具有配线孔60a和配线孔60b，并且固定至旋转轴19。另外，用于测量转矩的弹性构件4固定至传感器基座73。
传感器基板21固定至传感器基座73。传感器基座73具有用于粗略地定位传感器基板21的凹部53。利用凹部53，传感器基板21可以经由螺栓被容易地固定至传感器基座73上。
传感器基座73具有至少两个窗孔54，该窗孔允许旋转角度测量传感器7观测旋转角度测量标尺6。
参考图5，将描述传感器基板21、旋转角度测量传感器、旋转角度测量标尺、转矩测量传感器、转矩测量标尺它们的布置。传感器基板21具有多个固定部22。固定部22是用于将传感器基板21拧紧在传感器基座73上的螺孔或销孔。销孔与形成在传感器基座73上的定位销相配合，并且相对于传感器基座73正确地定位传感器基板21。
旋转角度测量传感器7a和旋转角度测量传感器7b安装在传感器基板21的后表面上，以测量旋转角度测量标尺6的位置。优选地，旋转角度测量标尺6沿着圆的整个圆周形成(如图5所示)，以在大范围内测量驱动装置的旋转角度。
尽管未在图5中示出，但是旋转角度测量传感器7a和7b与旋转角度测量标尺6通过传感器基座73的窗孔54而面对彼此，如参考图3和图4所述的。
转矩测量传感器9a和转矩测量传感器9b安装在传感器基板21的前表面上，以测量转矩测量标尺8a的位置和转矩测量标尺8b的位置。由于转矩测量传感器9a和9b仅测量由弹性构件4的轻微扭转变形引起的转矩测量标尺8a和8b的轻微位移，因此转矩测量标尺8a和8b中的每一个均可以布置在圆的整个圆周的一部分处，如图5所示。
在上文描述中，已经描述了用于检测旋转角度和转矩的传感器和标尺。为了简化下面的描述，旋转角度测量传感器7a和7b会被统称为旋转角度测量传感器7，并且转矩测量传感器9a和9b会被统称为转矩测量传感器9。
旋转角度测量传感器7和转矩测量传感器9是应用于测量位移的光学编码器。每个传感器包括一对发光部和受光部。例如，转矩测量传感器9a包括发光部23a和受光部24a，转矩测量传感器9b包括发光部23b和受光部24b。来自发光部23a的光从转矩测量标尺8a反射，并且包含位置信息的反射光被受光部24a接收，从而读取转矩测量标尺8a的位置。类似地，来自发光部23b的光从转矩测量标尺8b反射，并且包含位置信息的反射光被受光部24b接收，从而读取转矩测量标尺8b的位置。
旋转角度测量传感器7a和7b布置在同一圆上的两个位置处，其中一个位置从另一位置偏移180度。转矩测量传感器9a和9b也以这种方式布置。通过这种布置，可以消除偏心误差。偏心误差是旋转轴线的中心与围绕其测量角度的中心之间的偏移。如果存在偏心误差，则在关节旋转时传感器位置会发生变化。结果，将导致测量误差。
如果用
Figure BDA0002252769260000102
表示偏心误差的方向，用δ表示偏心误差的量，用R表示传感器所安装之处的半径，并且用θ表示关节的旋转角度，则来自两个传感器的检测值S0和S180表示如下。
s0＝Rθ+δcos(θ+φ)
s180＝Rθ+δcos(θ+φ+180)
在以上各式中，第二项表示偏心误差。通过使用这两个等式，可以从如下式所示的θ的测量结果中去除偏心误差。
Figure BDA0002252769260000101
因此，通过将传感器布置在彼此偏离180度且面向彼此的位置处，可以不受偏心误差影响地测量旋转角度。可以在由旋转角度测量传感器和转矩测量传感器执行的两种测量中均消除偏心误差。
接下来，将描述电气地安装在传感器基板21上的部件。在传感器基板21上安装传感器信号处理电路25，以处理来自旋转角度测量传感器7和转矩测量传感器9的电信号。另外，连接器26安装在传感器基板21上，以用于连接配线27(其包括电源线和外部信号线)与形成在传感器基板21上的线路。因此，连接器26与配线27连接。
在示例1中，传感器信号处理电路25是LSI，其包括用于处理来自传感器的信号的电路以及数据发送和接收电路、并且安装在传感器基板21上。此外，电路线通过电镀、印刷等形成在传感器基板21上。电路线连接用于传感器和信号处理的外围电路与连接器26。因此，由于旋转角度测量传感器、转矩测量传感器及其外围电路共同地安装在传感器基板21上，因此可以减小驱动装置的尺寸并降低成本。
用于测量转矩的弹性构件
图6是用于示出弹性构件4的具体形状的外部透视图，弹性构件联接支撑构件3与输出构件5。用于测量转矩的弹性构件4包括外环28、内环29以及多个板状弹性部件30。板状弹性部件30联接外环28与内环29。每个板状弹性部件30具有这样的特性，其中在板状弹性部件在主表面弯曲所沿的一个方向上变形时获得的刚性小于在板状弹性部件在其他方向上变形时获得的刚性。因此，如图6所示，所述多个板状弹性部件30围绕旋转轴径向地布置，并且固定至所述外环和内环，使得每个板状弹性部件的主表面与旋转方向θ正交。结果，每个板状弹性部件仅在围绕Z方向的旋转方向θ上变得柔软，而在其他X和Y方向上变得刚硬。由于在除了检测转矩的旋转方向以外的方向上的刚性都大，因此非测量方向上的变形变小。结果，可以减小测量误差。
内环29和外环28具有用于借助螺栓或销钉固定外环29和内环28的固定部31。另外，转矩测量标尺8a和转矩测量标尺8b固定至内环29的后表面上。类似于旋转角度测量传感器，转矩测量标尺8a和转矩测量标尺8b放置在圆上的彼此偏移180度的两个位置处，以消除偏心误差。由于转矩测量标尺8a和8b用于测量弹性构件4的轻微变形，因此每个转矩测量标尺的测量范围可能较小。具体地，由于弹性构件4的最大变形量很微小(例如，约50μm)，因此每个转矩测量标尺可以放置在圆的仅仅一部分上。
旋转角度θ和转矩T的检测
图7是简单地示出示例1的在一个关节中使用的检测系统的框图。图7所示的检测系统也用于其他关节。编码器70是第三传感器的一个示例，该第三传感器输出与马达旋转轴(其作为减速齿轮2的输入轴)的旋转相对应的信号。编码器70是旋转编码器。编码器70可以是光学编码器、磁性编码器或电容式编码器。另外，编码器70可以是增量式编码器或绝对式编码器。优选地，编码器70是绝对式编码器。
图7的传感器信号处理电路25可以是微计算机。传感器信号处理电路25包括中央处理单元(CPU)251。传感器信号处理电路25还包括作为存储单元的只读存储器(ROM)252和随机存取存储器(RAM)253。传感器信号处理电路25还包括总线260和多个接口211、212、213、214、215和216。CPU 251、ROM 252、RAM 253以及接口211至216通过总线260彼此可通信地连接。
CPU 251执行各种处理。ROM 252是存储使CPU 251执行各种处理的程序的存储单元。即，ROM 252是其中存储程序220的记录介质。RAM 253是用于临时存储各种数据(例如由CPU 251执行的计算处理的结果)的存储单元。
接口211与控制装置101连接。CPU 251通过接口211向控制装置101发送表示检测结果的信号。
接口212与检测减速齿轮的输出轴的角度的旋转角度测量传感器7a连接。接口213与检测减速齿轮的输出轴的角度的旋转角度测量传感器7b连接。接口212向旋转角度测量传感器7a的发光部发送信号以使发光部打开和关闭光，并且从旋转角度测量传感器7a的受光部接收信号并向CPU 251输出该信号。接口213将信号发送至旋转角度测量传感器7b的发光部以使发光部打开和关闭光，并且从旋转角度测量传感器7b的受光部接收信号并向CPU251输出该信号。
接口214与检测关节的转矩的转矩测量传感器9a连接。接口215与检测关节的转矩的转矩测量传感器9b连接。接口214向转矩测量传感器9a的发光部发送信号以使发光部打开和关闭光，并且从转矩测量传感器9a的受光部接收信号并向CPU 251输出该信号。接口215将信号发送至转矩测量传感器9b的发光部以使发光部打开和关闭光，并且从转矩测量传感器9b的受光部接收信号并向CPU 251输出该信号。接口216与检测马达13的旋转角度的编码器70连接。接口216从编码器70接收信号，并且将该信号输出至CPU 251。以这种方式，CPU 251以预定的时间间隔从传感器7a、7b、9a和9b以及编码器70获取当前位置信息数据。
图8是该实施例的多关节型机器人100的控制系统的框图。在执行程序220时，如图7所示的CPU 251用作角度信号处理单元251a、转矩信号处理单元251b和角度信号处理单元251c，如图8所示。角度信号处理单元251a确定关节的角度，即支撑构件3相对于固定构件1的相对角度。转矩信号处理单元251b确定施加至关节的转矩，即施加在弹性构件4的外环28所固定的支撑构件3与弹性构件4的内环29所固定的输出构件5之间的转矩。角度信号处理单元251c确定马达13的旋转轴(其作为减速齿轮2的输入轴)的旋转角度。CPU 251将来自这些处理单元的计算结果输出至控制装置101。角度信号处理单元251a通过使用角度E1和角度E2根据下式计算输出构件5的旋转角度θ。角度E1是由布置在传感器基板21上的旋转角度测量传感器7测得的旋转角度，而角度E2是由转矩测量传感器9测得的角度。转矩信号处理单元251b通过使用弹性构件4的扭转刚度K根据下式计算转矩T。
θ＝E1+E2
T＝KE2
然而，在示例1中，由于传感器7a、7b、9a和9b布置在减速齿轮2的输出轴侧，因此误差被添加到计算结果。误差是由减速齿轮2的变形引起的位移误差。特别地，由于减速齿轮2在示例1中是应变波齿轮式减速齿轮，因此显著地产生了误差。在下文中，将具体进行其描述。
图9是示例1的减速齿轮2的前视图。图9的减速齿轮2包括波发生器，该波发生器是与马达13的旋转轴联接的减速齿轮输入轴16。减速齿轮2还包括作为减速齿轮输出轴17的柔轮。减速齿轮2还包括作为减速齿轮固定轴18的刚轮。
波发生器包括椭圆形凸轮161、和布置在椭圆形凸轮161的外周表面上的滚柱轴承162。马达13的旋转轴与波发生器的椭圆形凸轮161联接。
柔轮包括杯形的薄体部分。在该薄体部分的外表面上，沿周向方向上形成有多个齿。薄体部分通过波发生器而椭圆地变形。刚轮具有内齿轮，该内齿轮的齿数大于柔轮的齿数。
波发生器按压柔轮，并且使柔轮扩张为椭圆形。结果，如图9所示，柔轮在位于椭圆形凸轮161的长轴上的两个点(P和Q)处与刚轮啮合。在波发生器旋转一圈时，柔轮在径向方向上进行两种周期性运动。周期性运动被传递到固定至减速齿轮2的输出轴上的支撑构件3，从而使传感器7a、7b、9a和9b运动，并且在传感器7a、7b、9a和9b中引起检测误差。即，由于周期性运动被传递到设置在减速齿轮2的输出轴侧的弹性构件4，因此即使不传递转矩，传递的周期性运动也将被检测为转矩。
图10A是示出示例1中的转矩的检测误差分量值的曲线图。图10B是示出示例1中的包括检测误差分量的转矩值的曲线图。在图10A和10B中，横轴表示减速齿轮2的输出轴的旋转角度，纵轴表示转矩。图10A示出了其中施加至关节的转矩为零、即无负载状态的负载状态。图10B示出了其中3Nm的转矩施加至关节的负载状态。在图10A和10B中，转矩值是根据来自转矩测量传感器9a和9b的信号确定的值(检测值)，而旋转角度值根据来自旋转角度测量传感器7a和7b的信号而确定。
如图10A所示，转矩的检测误差分量值形成相对于减速齿轮2的输出轴的旋转角度周期性地变化的波形(转矩脉动)。在图10A中，转矩的检测误差分量值在-1Nm至+1Nm的范围内变化。在3Nm的负载施加至关节时，转矩的检测值与转矩的检测误差分量值相加。具体地，如图10B所示，转矩的检测值形成相对于3Nm的施加负载(由虚线表示)变化的波形。
在减速齿轮2的减速比为50时，减速齿轮2的输出轴进行1/50圈旋转，而减速齿轮2的输入轴进行1圈旋转。即，在布置于减速齿轮2的输出轴侧的传感器7a、7b、9a和9b旋转1圈的同时，产生100的检测误差分量(即100＝2×50)。因此，在示例1中，CPU 251确定其中消除了误差分量的转矩值。
在下文中，将描述确定转矩值的方法，即转矩的检测方法。CPU251通过使用当前角度信息来如下地校正转矩值。图11是示出示例1的检测方法的流程图。这里，图7所示的ROM252预先存储数据230，该数据230指示相对角度(即由旋转角度测量传感器7获得的角度信息)与作为转矩误差分量的校正值之间的关系。即，数据230具有图10A中所示的值，并且已经通过实验或模拟而预先确定。数据230可以是表格数据，或者可以通过计算公式获得。
角度信号处理单元251a获得从旋转角度测量传感器7a和旋转角度测量传感器7b输出的信号(S1)。角度信号处理单元251a使用从这两个旋转角度测量传感器7a和7b获得的信号，并且确定支撑构件3相对于固定构件1的相对角度，该相对角度是减速齿轮2的输出轴的角度(S2)。
转矩信号处理单元251b获得从转矩测量传感器9a和转矩测量传感器9b输出的信号(S3)。转矩信号处理单元251b使用从这两个转矩测量传感器9a和9b获得的信号，并且确定施加到关节的转矩，即施加在支撑构件3与内环29之间的转矩(S4)。
所确定的转矩值包含误差分量、即转矩脉动，如图10B中所示。转矩信号处理单元251b根据由角度信号处理单元251a确定的相对角度来校正转矩值(S5)。
具体地，在步骤S5中，转矩信号处理单元251b通过使用与相对角度相关并根据存储在ROM 252(图7)中的数据230确定的校正值来校正转矩值。即，转矩信号处理单元251b参考数据230，并且读取与在步骤S2中确定的相对角度相对应的校正值。然后，转矩信号处理单元251b从在步骤S4中获得的转矩值中减去校正值。这里，存储在ROM 252中的校正值的正负符号可以颠倒。即，图10A所示的信号的相位可以被偏移180度(半个相位)以用于使信号反向。在这种情况下，转矩信号处理单元251b将校正值加到在步骤S4中获得的转矩值上。
图10C是示出校正后的转矩值的曲线图。如图10C所示，校正后的转矩值形成没有转矩脉动的波形。转矩信号处理单元251b将校正后的转矩值输出至控制装置101(S6)。
控制装置101根据接收到的转矩值而控制多关节型机器人100，以使多关节型机器人100将工件(未示出)组装到另一工件上。通过这种操作，工件被组装成产品。
由于连结部的负载和在组装操作中施加的负载被施加至关节上，因此多关节型机器人100的关节J1至J6具有负载。此外，施加至关节J1至J6的载荷始终根据多关节型机器人100的姿势等而变化。由于减速齿轮2根据负荷而弹性地变形，因此即使减速齿轮2的输入轴的旋转角度是恒定的，减速齿轮2的输出轴的旋转角度也根据负荷而变化。
在示例1中，用于校正转矩值的位置信息是基于来自布置在减速齿轮2的输出轴侧的旋转角度测量传感器7的信号的信息。旋转角度测量传感器7和转矩测量传感器9布置在减速齿轮2的输出轴侧，并且根据负载而变化的位置信息由来自旋转角度测量传感器7的输出结果指示。即，由于可以通过使用根据负载变化的位置信息来校正转矩值，因此可以更可靠地去除转矩的检测误差分量，因此可以高精度地确定转矩值。
在示例1中，由于所有配线和配管都固定至固定构件1和传感器基座73上，因此由于关节的旋转而由配线和配管产生的力施加至位于固定构件1和传感器基座73之间的部分上。因此，防止了由配线和配管产生的力施加至弹性构件4上并影响弹性构件4的变形。即，由配线、配管和密封部产生的拉力和摩擦力不是使由转矩测量传感器9测量的角度E2包含测量误差的因素。结果，可以高精度地测量施加至输出构件5的转矩。
此外，由于示例1的驱动装置使用从用于测量减速齿轮的旋转角度的传感器输出的信号和从用于测量施加至输出构件的转矩的传感器输出的信号、并且通过将各信号相加而计算输出轴的旋转角度θ以用于控制马达，因此可以获得对于旋转角度的高控制精度。
在示例1中，由于通过使用来自光学编码器的信号将弹性构件的变形测量为角度，因此能够以比模拟传感器(例如磁致伸缩类型的模拟传感器)更高的精度和更大的动态范围来测量转矩。例如，在使用分辨率为1纳米的编码器来测量弹性构件的50μm的变形时，可以容易地获得50,000水平的动态范围。与上述模拟传感器相比，例如编码器的精度可以比模拟传感器的精度高50倍。另外，由于可以减小由配线、配管和密封部产生的力的影响，因此可以高精度地检测转矩。
此外，示例1的驱动装置通过利用两个对象之间的相对位移(角度)来测量旋转角度和转矩中的每一个(旋转角度θ通过角度E1和角度E2确定，并且转矩T通过角度E2确定)。因此，由于通过使用相同的物理量来测量旋转角度和转矩这两者，因而旋转角度测量传感器的一部分和转矩测量传感器的一部分可以布置在相同的构件(在示例1中，其为包括传感器基板21的支撑构件3)上。结果，可以减小驱动装置的尺寸。
在示例1中，旋转角度测量传感器7a和7b以及转矩测量传感器9a和9b经由传感器基板21而固定至相同的支撑构件3上。因此，减速齿轮2的变形将同等地影响旋转角度测量传感器7a和7b以及转矩测量传感器9a和9b。
另外，在从图9的轴线L1的方向观察时，旋转角度测量传感器7a和转矩测量传感器9a彼此重叠，并且旋转角度测量传感器7b和转矩测量传感器9b彼此重叠。因此，在支撑构件3热膨胀时，旋转角度测量传感器7a和转矩测量传感器9a同等地位移，并且旋转角度测量传感器7b和转矩测量传感器9b同等地位移。
因此，通过使用受周围环境(例如温度或湿度)影响的旋转角度测量传感器7的输出，可以从受相同周围环境影响的转矩测量传感器9的输出中减去校正值。结果，可以不受周围环境影响地校正转矩测量传感器9的输出，并且可以不受周围环境影响地以高精度确定转矩值。
在示例1中，在从图9的轴线L1的方向观察时，旋转角度测量传感器7a和转矩测量传感器9a彼此重叠，并且旋转角度测量传感器7b和转矩测量传感器9b彼此重叠。因此，用于校正的计算是简单的，这是因为仅需要从转矩值中减去(或加上)校正值，并且因为不需要对相位进行任何复杂的计算。在此，虽然在从轴线L1的方向观察时旋转角度测量传感器7a优选与转矩测量传感器9a重叠，但是旋转角度测量传感器7a可以从转矩测量传感器9a稍微偏移。优选地，旋转角度测量传感器7a和转矩测量传感器9a之间的偏移量在围绕轴线L1从-5度到+5度的角度范围内。旋转角度测量传感器7b和转矩测量传感器9b也是如此。
示例2
接下来，参考附图，作为本实施例的驱动装置的另一具体示例将描述示例2。示例2与示例1的不同之处在于弹性构件的构造和固定弹性构件的方法。
图12是示例2的驱动装置的局部剖视图。图13是用于示出弹性构件4的具体形状的外部透视图。尽管在示例1中弹性构件的外环固定至传感器基座上，但在示例2中外环固定至输出构件上。在示例2中，将尽可能地省略对与示例1中的部件相同的部件的描述，而将描述与示例1中的部件不同的部件。
如图12和13所示，示例2的弹性构件4具有这样的结构，其中均具有固定螺栓孔或固定部31的外环28和内环29经由多个板状弹性部件30彼此联接。板状弹性部件30以使各板状弹性部件的主表面与旋转方向θ正交的方式径向地布置。内环29固定至支撑构件3上，而外环28固定至输出构件5上。此外，转矩测量标尺8a和转矩测量标尺8b固定至外环28的后表面上。由于其他构造与示例1相同，因此将省略其描述。
在示例2中，关于弹性构件4的设计是容易且简单的。相比之下，由于图6所示的示例1的弹性构件由于弯曲变形和扭转变形的组合而以复杂的方式变形，因此需要通过使用有限元方法或类似方法通过反复实验来设计示例1的弹性构件的尺寸和形状。然而，在示例2中，由于可以考虑简单矩形平板的弯曲变形来进行设计，因此可以容易地获得解决方案。然而，由于可以在设计中改变的参数的数量少，因此形状的最佳范围有限。
在示例2中，由于用于测量转矩的标尺固定至外环上，因此与示例1相比，可以有利地减小输出轴的直径。此外，由于具有不同直径的环形部件以其间形成空间的方式同心地布置，并且环形部件通过径向地布置且主表面与旋转方向θ正交的所述多个板状弹性部件而彼此联接，因此能够使转矩传感器和驱动装置变薄。
示例3
接下来，将参照图14至18描述示例3。
示例3与上述示例的不同之处在于，通过使用三维成形设备通过选择性激光烧结来形成弹性构件。例如，在日本专利申请公开No.2018-100445中公开了这种成形方法。在示例3中，将尽可能地省略对与其他示例的部件相同的部件的描述，而将描述与其他示例的部件不同的部件。
首先，如图14所示，准备好成形夹具50、传感器基座73和内环29。
成形夹具50用于将传感器基座73和内环29附接至三维成形设备(未示出)上。成形夹具50包括装配至传感器基座73的装配部51、以及固定弹性构件4的内环29的支柱52。在传感器基座73的上表面上，预先形成平坦的成形开始表面55。传感器基座73具有用于保持传感器基板21的凹部53。凹部53也形成在与上述示例1的图3或4的剖面中的位置在竖直方向上相反的位置处，从而也从下方将传感器安装于其上的传感器基板21组装至传感器基座73上。
另外，在内环29的上表面上预先形成平坦的成形开始表面56，并且在内环29的下表面上形成定位销孔57。
如图15所示，传感器基座73和弹性构件4的内环29附接至成形夹具50。传感器基座73装配并固定至成形夹具50的装配部51，内环29经由销58和螺栓(未示出)而固定至成形夹具50的支柱52上。以这种方式，传感器基座73和内环29被附接至成形夹具50，使得传感器基座73的成形开始表面55和内环29的成形开始表面56彼此齐平。
接下来，将参考图16A至16D描述使用成形设备的成形方法。
作为选择性激光烧结设备的成形设备通过控制电磁阀335而将容纳在料斗334中的成形粉末301散布在成形基座330上，以用于形成粉末层301a；通过使平滑板(刮板)336扫过粉末层301a的表面而使粉末层301a的表面平坦化。在成形基座330上形成第一层粉末层301a之后，成形设备用激光束304照射第一层的一部分301b，以烧结并固化该部分301b。
类似地，成形设备在第一层上形成第二层粉末层301a，并用激光束304照射第二层的一部分301b(如图16A所示)，以烧结第二层的该部分301b(如图16B所示)。
以这种方式，成形设备重复进行用于形成粉末层的过程和通过用激光束照射粉末层的一部分而烧结该部分的过程；并且形成其中层叠各烧结部301b的层叠构件，如图16C所示。最后，从成形基座330中取出成形物体349。
图16A至16D示意性地示出了成形过程，以用于简单地描述成形过程。实际上，弹性构件通过使用日本专利申请公开No.2018-100445中公开的制造方法形成。具体地，将图14的已经附接有传感器基座73和内环29的成形夹具50设置至成形设备上，并且使弹性构件4的板状弹性部件30三维地形成在成形开始表面上，以联接传感器基座73和内环29。
图18示出了以这种方式形成的板状弹性部件30。在用激光束烧结粉末层时，传感器基座73的成形开始表面的材料和内环29的成形开始表面的材料被部分地熔化。结果，以这种方式形成的板状弹性部件30和用于板状弹性部件30的基础构件牢固地结合为一体。即，在所述多个板状弹性部件30与支撑构件3之间的接合部中，板状弹性部件30的材料与支撑构件3的材料彼此熔融并牢固地接合；在所述多个板状弹性部件30与输出构件5之间的接合部中，板状弹性部件30的材料与输出构件5的材料彼此熔融并牢固地接合。
具有图17中所示的形状和结构的板状弹性部件30不易于通过使用诸如机加工的加工方法来制造。这是因为在通过机加工在每个板状弹性部件30的中心部分处形成开口时，在机加工中使用的切割刀片将与传感器基座73或内环29发生干涉。相比之下，在示例3的选择性激光烧结中，即使这样的开口也可以容易地形成。另外，由于全部粉末材料被消耗而仅用于形成板状弹性部件30，因此与使用切割的方法不同，使用选择性激光烧结的方法是经济的，因为不产生浪费。
在去除成形夹具50时，如图18所示，可以获得其中传感器基座73、内环29和板状弹性部件30形成为一体的弹性构件4。此外，由于成形夹具50是可重复使用的，因此这是经济的。
在示例3中，由于可以通过使用三维成形设备来形成板状弹性部件30，因此可以容易地形成难以机加工形成的任何复杂形状。另外，由于可以增大弹性构件的设计灵活性，因此可以获得更高性能的弹性构件。例如，由于可以获得在非转矩检测方向上的刚性比在转矩检测方向上的刚性更高的弹性构件，因此可以降低转矩检测误差。
在示例3中，由于弹性构件4的板状弹性部件30可以直接形成在传感器基座73上，因此可以获得薄的旋转关节。另外，由于通过使用选择性激光烧结来形成弹性构件，因此形状设计的灵活性增大，并且与机加工相比可以显著地增大在最佳设计中使用的参数的数量，从而允许制造更高性能的弹性构件。结果，能够以低成本获得高精度的转矩传感器，从而提高了驱动装置的控制精度。
示例4
接下来，将描述示例4。图19示出了示例4中的局部剖视图。示例4与其他示例的不同之处在于形成了用于清洁的入口。即，在示例4中，入口形成为使清洁流体流到这样的空间，用于减速齿轮的旋转角度测量标尺和旋转角度测量传感器隔着该空间面对彼此。在示例4中，将尽可能地省略对与其他示例的部件相同的部件的描述，而将描述与其他示例的部件不同的部件。
如在其他示例中所描述的，旋转角度测量传感器和转矩测量传感器是光学编码器。因此，在灰尘或污垢落在旋转角度测量标尺上时，光学编码器可能无法正常操作。因此，需要适当地清洁旋转角度测量标尺。然而，如果每次清洁旋转角度测量标尺就拆卸、清洁并重新组装驱动装置，则维护很麻烦。
在示例4中，在旋转角度测量传感器附近形成吹送清洁空气的机构，并且灰尘或污垢被清洁空气吹走。结果，可以在不拆卸关节的情况下清洁旋转角度测量标尺。
如图19所示，旋转角度测量标尺6和旋转角度测量传感器7隔着其彼此面对的空间是由固定构件1、旋转轴19、传感器基座73、传感器基板21、油封38b和油封38c包围的封闭空间。在示例4中，空气入口61和空气出口63形成在传感器基座73中，并且在驱动装置正常操作时由密封螺栓62和64密封。
在清洁该空间时，移除密封螺栓62和64，然后将空气入口61连接至压缩空气源(未示出)，然后将清洁空气供应至该空间并从空气出口63排出空气。以这种方式，空气被吹到旋转角度测量标尺6和旋转角度测量传感器7上，由此吹掉旋转角度测量标尺6和旋转角度测量传感器7上的灰尘或污垢而进行清洁。
在示例4中，由于在清洁过程中未拆卸和重新组装驱动装置，因此可以显著地减少用于维护的时间和劳动力。结果，可以提高驱动装置的可靠性和操作率，并且降低运行成本。这里，尽管在示例4中空气出口63形成在传感器基座73中，但是空气出口63可以形成在传感器基板21中。此外，尽管在示例4中将清洁空气供应至该空间，但是可以将例如氟基液体的惰性液体供应至该空间。另外，可以在其中形成转矩测量标尺和转矩测量传感器以用于测量转矩的空间中形成用于使清洁流体流动的其他流动通道。
示例5
接下来，将描述示例5。图20是示例5的透视图。在上述示例1中，在从轴线L1的方向观察时，布置在传感器基板21的后表面上的旋转角度测量传感器7a与布置在传感器基板21的前表面上的转矩测量传感器9a彼此重叠，并且布置在传感器基板21的后表面上的旋转角度测量传感器7b与布置在传感器基板21的前表面上的转矩测量传感器9b彼此重叠。示例5与示例1的不同之处在于传感器的布置，而其他构造与示例1相同。因此，将省略对与示例1相同的构造的描述。
在示例5中，驱动装置包括作为第一传感器的一个示例的旋转角度测量传感器7a、和作为第一传感器的一个示例的旋转角度测量传感器7b。驱动装置还包括作为第二传感器的一个示例的转矩测量传感器9a、和作为第二传感器的一个示例的转矩测量传感器9b。旋转角度测量传感器7a和7b设置在传感器基板21的主表面21A上。转矩测量传感器9a和9b设置在传感器基板21的主表面21B上。
在示例5中，在从轴线L1的方向观看时，旋转角度测量传感器7a和转矩测量传感器9a在支撑构件3的旋转方向上彼此偏移约90度，并且旋转角度测量传感器7b和转矩测量传感器9b在支撑构件3的旋转方向上彼此偏移约90度。即，旋转角度测量传感器7a和转矩测量传感器9a围绕轴线L1彼此偏移约90度，并且旋转角度测量传感器7b和转矩测量传感器9b围绕轴线L1彼此偏移约90度。在此，偏移角度可以是90度，或者可以稍微偏离90度。优选地，偏离量等于或大于-5度并且等于或小于+5度。即，偏移角度优选在90±5度的范围内。
图21是示出示例5中的转矩的检测误差分量值的曲线图。在图21中，横轴表示减速齿轮2的输出轴的旋转角度，而纵轴表示转矩。图21示出了施加至关节的转矩为零的状态，即无负载状态。在图21中，转矩值是根据来自转矩测量传感器9a和9b的信号确定的值(检测值)。另外，图21中所示的旋转角度值根据来自旋转角度测量传感器7a和7b的信号确定。
如图21所示，转矩的检测误差分量值形成相对于减速齿轮2的输出轴的旋转角度周期性变化的波形(转矩脉动)。在图21中，转矩的检测误差分量值在-1Nm至+1Nm的范围内变化。在示例5中，由于与示例1不同传感器偏移90度，因此图21的波形从图10A的波形偏移180度，因此具有相反的相位。
在示例5中，存储在图7的ROM 252中的数据230是关于图21的曲线图中所示的波形(转矩脉动)的数据。因此，CPU 251在图11的步骤S5中使在步骤S4中获得的转矩值与基于数据230的校正值相加；从而确定校正后的转矩值T。这里，存储在ROM 252中的校正值的正负符号可以颠倒。即，图21中所示的信号的相位可以偏移180度以使信号反向。在这种情况下，CPU 251从在步骤S4中获得的转矩值中减去校正值。
因此，即使与示例1不同传感器偏移90度，也可以如示例1那样以高精度确定转矩值。
示例6
接下来，将描述示例6。示例6的硬件配置与示例5的硬件配置相同。示例6与示例5的不同之处在于由CPU 251执行的处理，即程序220的内容。因此，将省略对硬件配置的描述。另外，示例6与示例5的不同之处还在于在示例1中已经描述的图11的流程图的步骤S5的校正过程。
在示例6中，将描述其中减速齿轮2的输入轴可以被视为保持处于恒定角度的情况。在减速齿轮2的输出轴被施加转矩负载时，减速齿轮2变形。变形量可以通过设置在减速齿轮2的输出侧的旋转角度测量传感器7来测量。
具体地，在图8中，转矩信号处理单元251b从角度信号处理单元251a获取相对角度值，并且确定相对于基准值的变形量。然后，转矩信号处理单元251b通过使用减速齿轮2的刚度系数将变形量转换为转矩值，并且将该转矩值设定为转矩校正值。减速齿轮2的刚度系数是恒定值，并且预先存储在ROM 252中。然后，转矩信号处理单元251b将校正值加到转矩值上，由此确定校正后的转矩值。
以这种方式，转矩信号处理单元251b通过使用相对角度值和减速齿轮2的刚度系数来校正转矩值。由于在减速齿轮2为应变波齿轮式减速齿轮时刚度较小，因此能够以足以校正转矩的灵敏度测量转矩。
这里，尽管已经针对其中传感器如示例5的图20中所示地布置的构造描述了示例6，但是示例6的传感器可以如示例1那样地布置。
示例7
接下来，将描述示例7。示例7的硬件配置与示例5的硬件配置相同。示例7与其他示例的不同之处在于CPU 251执行的处理，即程序220的内容。因此，将省略对硬件配置的描述。
在上述示例6中，已经描述了其中减速齿轮2的输入轴可以被视为保持处于恒定角度的情况。即，示例6中描述的方法限于多关节型机器人100的关节几乎不移动的情况。这种情况的示例包括如下情况：其中在针对执行组装操作的多关节型机器人100的力控制中在开始组装操作时施加至关节的负载被重置为负载的零点的情况、以及其中对其进行力控制以进行组装的物体是刚性体(例如金属体)的情况。
在示例7中，不管减速齿轮2的输入轴的角度是否恒定，都确定转矩值。示例7与其他示例的不同之处在于在示例11中已经描述的图11的流程图的步骤S5的校正处理。
在示例7中，图8的与马达13一起布置的编码器70优选为绝对式旋转编码器。编码器70测量减速齿轮2的输入轴的旋转角度，即马达13的旋转轴的旋转角度。
在减速齿轮2的输出轴被施加转矩负载时，减速齿轮2变形。变形量可以通过布置在减速齿轮2的输入轴处的编码器70和布置在减速齿轮2的输出轴处的旋转角度测量传感器7来测量。
具体地，图8的角度信号处理单元251c获取从编码器70输出的信号，并且确定马达13的旋转轴的旋转角度值。角度信号处理单元251a确定相对角度值，如示例1中那样。转矩信号处理单元251b获取旋转角度值和相对角度值，并且确定减速齿轮2的变形量。
具体地，如果减速齿轮2的减速比用N表示，则变形量可以通过使用来自角度信号处理单元251c的值、来自角度信号处理单元251a的值、以及减速比来确定。例如，在减速比N为50时，可以通过将来自角度信号处理单元251a的值与来自角度信号处理单元251c的值之差除以减速比50来确定变形量。
关于减速比N的数据预先存储在ROM 252中。转矩信号处理单元251b通过使用减速齿轮2的刚度系数将变形量转换为转矩值，并且将该转矩值设定为转矩校正值。减速齿轮2的刚度系数是恒定值，并且预先存储在ROM 252中。然后，转矩信号处理单元251b将校正值加到转矩值上，由此确定校正后的转矩值。
以这种方式，转矩信号处理单元251b通过使用减速齿轮2的输入轴的旋转角度、减速齿轮2的输出轴的旋转角度、减速齿轮2的刚性系数、和减速比来校正转矩值。由于在减速齿轮2为应变波齿轮式减速齿轮时刚性小，因此能够以足以校正转矩的灵敏度来测量转矩值T。
因此，在示例7中，即使在通过对多关节型机器人执行力控制来组装产品时多关节型机器人的关节具有相对较大的运动的情况下，例如在目标工件是诸如海绵的柔软物体的情况下，也可以高精度地确定转矩值。结果，对多关节型机器人的力控制变得稳定，并且可以稳定地制造产品。
这里，尽管已经针对其中传感器如示例5中那样地布置的构造描述了示例7，但是示例7的传感器也可以如示例1中那样地布置。
其他实施例
本发明的实施例不限于上述实施例和示例，并且可以在本发明的技术构思内进行各种组合和修改。
例如，尽管在上述实施例和示例中旋转角度测量传感器、转矩测量传感器和用于传感器的电路共同地布置在支撑构件上，但是旋转角度测量标尺和转矩测量标尺也可以布置在支撑构件上。换句话说，用于减速齿轮的旋转角度测量标尺和旋转角度测量传感器中的一者可以固定至固定构件，而旋转角度测量标尺和旋转角度测量传感器中的另一者可以固定至支撑构件。另外，用于测量施加至输出构件的转矩的转矩测量标尺和转矩测量传感器中的一者可以固定至支撑构件，而转矩测量标尺和转矩测量传感器中的另一者可以固定至输出构件。
另外，尽管在该实施例和示例中传感器基于光学编码器，但是可以使用能够磁性地读取旋转角度的其他编码器。
即使在这种情况下，也可以防止配线和配管的拖曳影响弹性构件。
由于应用了本发明的驱动装置可以高精度地检测转矩，因此驱动装置对于旋转角度具有优异的控制精度。因此，如果将本实施例的驱动装置作为检测装置安装在机器人上，可以提高机器人的操作精度。即，如果将本发明的驱动装置安装在多关节型机器人(例如图2的多关节型机器人)的每个关节上，并且该机器人布置在其中组装或加工产品的生产线中以执行制造过程，则可以高精度地制造产品。除了制造产品之外，本公开的驱动装置还可以应用于旨在以高精度执行各种操作的各种机器人。
另外，尽管已经进行了描述，但是在上述示例中，对于具有多个关节的多关节型机器人100，关节的数量不限于上述示例中描述的关节的数量。
另外，尽管在上述示例中已经描述了竖直的多关节型机器人，但是可以将与上述构造相同的构造应用于其他机器人，例如具有不同类型的关节的并联机器人。另外，尽管已经参考各示例的示例图描述了多关节型机器人100的构造，但是机器人的构造不限于此，而是可以由本领域技术人员在设计上适当地进行修改。另外，多关节型机器人100中使用的马达的构造不限于上述构造。例如，用于驱动每个关节的驱动源可以是诸如人造肌肉的装置。
另外，上述实施例可以应用于能够根据存储在控制装置的存储装置中的信息数据而自动地执行扩张和收缩运动、弯曲和伸展运动、上下运动、左右运动、枢转运动或其组合运动的任何机器。
本发明的实施例还可以通过系统或设备的计算机来实现，该计算机读取并执行记录在存储介质(该存储介质还可以被更完整地称为“非暂时性的计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以实施一个或多个上述实施例的功能、和/或该计算机包括用于实施一个或多个上述实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，并且本发明的实施例还可以借助该系统或设备的计算机通过例如从存储介质读取并执行计算机可执行指令以实施一个或多个上述实施例的功能和/或通过控制所述一个或多个电路以实施一个或多个上述实施例的功能而实施的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括独立计算机或独立处理器的网络，以读取并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供至计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(例如光碟(CD)、数字化通用碟(DVD)、或蓝光盘(BD)TM)、闪存装置、存储卡等中的一个或多个。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种驱动装置，包括：
驱动单元，其布置在固定构件上；
支撑构件，其被构造成通过驱动单元而相对于固定构件移动；
输出构件，其被构造成与支撑构件一起移动；和
弹性构件，其被构造成连接支撑构件与输出构件；
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上，
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的另一者、以及用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上，并且
其中，用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，基板布置在支撑构件上；并且
其中，第一传感器和第二传感器安装在基板上。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其中，第一传感器安装在基板的第一表面上，并且
其中，第二传感器安装在基板的第二表面上。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其中，第一表面是基板的前表面和后表面中的一者，第二表面是基板的前表面和后表面中的另一者。
5.根据权利要求2所述的驱动装置，其中，传感器信号处理电路安装在基板上，用于处理来自第一传感器的信号和第二传感器的信号。
6.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，两个第一传感器和两个第二传感器安装在基板上，两个第一传感器中的每一个以大致180度彼此相对地布置，两个第二传感器中的每一个以大致180度彼此相对地布置。
7.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，延伸经过驱动单元的配线和/或配管由固定构件和支撑构件支撑。
8.根据权利要求7所述的驱动装置，其中，配线和/或配管被支撑成使得在驱动单元驱动时不在固定构件与支撑构件施加拉伸。
9.根据权利要求7所述的驱动装置，其中，配线和/或配管容纳在形成于固定构件与支撑构件之间并且填充有油脂的空间中。
10.根据权利要求1所述的驱动装置，还包括控制单元，
其中，控制单元被构造成基于第一传感器的检测结果和第二传感器的检测结果来获取固定构件与输出构件之间的相对移位，并且基于相对移位控制驱动单元，并且
其中，控制单元被构造成基于第二传感器的检测结果来获取施加至输出构件的转矩，并且基于转矩控制驱动单元。
11.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，弹性构件通过使用三维成形设备经由选择性激光烧结来形成。
12.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，弹性构件包括板状弹性部件，所述板状弹性部件围绕输出构件的旋转轴线径向地布置并且连接至支撑构件和输出构件，使得每个板状弹性部件的主表面与围绕输出构件的旋转轴线的圆正交。
13.根据权利要求1至7中的任一项所述的驱动装置，其中，弹性构件与支撑构件之间的接合部具有其中弹性构件的材料与支撑构件的材料彼此熔融并接合的部分，并且
其中，弹性构件与输出构件之间的接合部具有其中弹性构件的材料与输出构件的材料彼此熔融并接合的部分。
14.根据权利要求1至7中的任一项所述的驱动装置，还包括被构造成使流体流到其中第一标尺和第一传感器面向彼此的空间中的流动通道。
15.一种机器人，包括：
关节，其包括根据权利要求1至7中的任一项所述的驱动装置；和
与关节连接的连结部。
16.一种控制驱动装置的方法，驱动装置包括：支撑构件、输出构件、弹性构件、布置在固定构件上的驱动单元、和构造成控制驱动单元的控制单元，
其中，支撑构件被构造成通过驱动单元而相对于固定构件移动；
其中，输出构件被构造成与支撑构件一起移动；
其中，支撑构件经由弹性构件与输出构件连接，
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上，
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的另一者、以及用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上，并且
其中，用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上，
所述方法包括：
通过控制单元基于检测结果来控制驱动单元，所述检测结果基于第一传感器的检测结果和第二传感器的检测结果。
17.一种检测装置，其设置在具有驱动单元的装置中，驱动单元被设置在固定构件上，检测装置包括：
支撑构件，其被构造成通过驱动单元而相对于固定构件移动；
输出构件，其被构造成与支撑构件一起移动；和
弹性构件，其被构造成连接支撑构件与输出构件；
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上，
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的另一者、以及用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上，并且
其中，用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上。
18.一种用于控制检测装置的方法，检测装置设置在如下装置中，所述装置具有：支撑构件、输出构件、弹性构件、控制单元、和布置在固定构件上的驱动单元，
其中，支撑构件被构造成通过驱动单元而相对于固定构件移动；
其中，输出构件被构造成与支撑构件一起移动；
其中，支撑构件经由弹性构件与输出构件连接，
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的一者布置在固定构件上，
其中，用于检测固定构件与支撑构件之间的相对位移的第一标尺和第一传感器中的另一者、以及用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的一者布置在支撑构件上，并且
其中，用于检测支撑构件与输出构件之间的相对位移的第二标尺和第二传感器中的另一者布置在输出构件上，
所述方法包括：
通过控制单元基于第一传感器的检测结果和第二传感器的检测结果获取输出构件的位置，和
通过控制单元基于第二传感器的检测结果获取施加至输出构件的转矩。
19.一种制造产品的方法，所述方法包括：
使根据权利要求15所述的机器人操纵工件并制造产品。
20.一种计算机可读的非暂时性记录介质，其存储使计算机执行根据权利要求16或18所述的方法的控制程序。
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