JP2021143986A - 故障検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】トルク検出センサが搭載された動力伝達装置を含む駆動装置において、動力伝達装置の機構部またはトルクセンサの故障を検出できる技術を提供する。【解決手段】故障検出システムは、モータ、動力伝達装置、入力トルク取得部５０、トルク検出センサＳ１、温度センサＳ２、および故障検出部６０を備える。入力トルク取得部は、モータから動力伝達装置へ入力される入力トルクを取得する。トルク検出センサは、動力伝達装置から出力される出力トルクを計測する。温度センサは、動力伝達装置の温度を計測する。故障検出部は、入力トルクと温度とに基づいて算出される減速後の推定トルクと、出力トルクとの関係が、所定の範囲内であるか否かに基づいて、動力伝達装置またはトルク検出センサの故障を検出する。【選択図】図７

Description

本発明は、故障検出システムに関する。

近年、ロボットの関節などに搭載される減速機の需要が急速に高まっている。従来の減速機については、例えば、特開２００４−１９８４００号公報に記載されている。この公報では、減速後の回転数で回転する可撓性外歯歯車に、歪みゲージが貼り付けられている。これにより、可撓性外歯歯車にかかるトルクの計測が可能となっている。
特開２００４−１９８４００号公報

しかしながら、歪みゲージの抵抗線は、ジグザグに折り返された複雑な形状を有する。このため、減速機の駆動時に、計測対象のギアが変形を繰り返すことによって、歪みゲージの抵抗線の一部に断線等の故障が発生する場合がある。このような故障が発生すると、歪みゲージの計測値が変化する。ただし、歪みゲージの計測値の変化を検出するだけでは、その変化が、断線等の故障によるものか、それとも、ギアの実際の歪みによるものかの区別がつかない。従来、このような歪みゲージの故障を適切に検出できる技術は知られていなかった。

本発明の目的は、トルク検出センサが搭載された動力伝達装置を含む駆動装置において、動力伝達装置の機構部またはトルク検出センサの故障を検出できる技術を提供することである。

本願発明は、モータと、前記モータの回転運動を減速して出力する動力伝達装置と、前記モータから前記動力伝達装置へ入力される入力トルクを取得する入力トルク取得部と、前記動力伝達装置から出力される出力トルクを計測するトルク検出センサと、前記動力伝達装置の温度を計測する温度センサと、前記動力伝達装置の機構部または前記トルク検出センサの故障を検出する故障検出部と、を備えた故障検出システムであって、前記故障検出部は、前記入力トルク取得部から前記入力トルクを取得し、前記トルク検出センサから前記出力トルクを取得し、前記温度センサから前記温度を取得し、前記入力トルクと前記温度とに基づいて算出される減速後の推定トルクと、前記出力トルクとの関係が、所定の範囲内であるか否かに基づいて、前記動力伝達装置の機構部または前記トルク検出センサの故障を検出する。

本願発明によれば、動力伝達装置の機構部またはトルク検出センサの故障を検出できる

図１は、駆動装置の構成を示した図である。 図２は、動力伝達装置の横断面図である。 図３は、センサ基板の平面図である。 図４は、ダイヤフラム部およびセンサ基板の部分断面図である。 図５は、トルク検出センサのブリッジ回路の回路図である。 図６は、温度センサの検出回路の回路図である。 図７は、故障検出部の機能を概念的に示した図である。

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、駆動装置の中心軸と平行な方向を「軸方向」、駆動装置の中心軸に直交する方向を「半径方向」、駆動装置の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

＜１．駆動装置の構成＞
図１は、駆動装置１００の構成を示した図である。この駆動装置１００は、例えば、ロボットアームの関節に組み込まれて、ロボットアームを動作させるために使用される。ただし、駆動装置１００は、アシストスーツ、無人搬送台車などの他の装置に用いられるものであってもよい。図１に示すように、駆動装置１００は、モータ１と、制御回路５０と、動力伝達装置２とを備えている。図１では、モータ１および動力伝達装置２のうち、動力伝達装置２のみを断面で示している。

モータ１は、駆動電流に応じて回転運動を発生させる駆動源である。図１に示すように、モータ１は、モータケーシング５１、入力軸５２、およびエンコーダ５３を有する。モータケーシング５１の内部には、コイルを含むステータと、マグネットを含むロータとが、収容されている。入力軸５２は、ロータに固定されている。コイルに駆動電流が供給されると、コイルとマグネットとの間の磁気的な吸引力および反発力によって、ロータおよび入力軸５２が、中心軸９を中心として回転する。そして、入力軸５２のトルクが、動力伝達装置２へ入力される。以下では、入力軸５２の回転数を「第１回転数」と称する。また、以下では、入力軸５２のトルクを「入力トルク」と称する。

エンコーダ５３は、入力軸５２の回転角度を計測する計測器である。エンコーダ５３は、多数のスリットが周方向に配列された円板と、光センサとにより構成される。入力軸５２が回転すると、光センサは、スリットを通過する光を断続的に検出する。これにより、入力軸５２の回転角度の計測値が得られる。エンコーダ５３は、得られた計測値を、制御回路５０へ出力する。

制御回路５０は、モータ１を駆動させるためのドライバ回路である。制御回路５０は、モータ１のコイルおよびエンコーダ５３と、電気的に接続されている。制御回路５０は、エンコーダ５３から取得する回転角度の計測値に基づいて、コイルへ駆動電流を供給する。具体的には、制御回路５０は、エンコーダ５３の計測値に基づいて、上述した入力トルクの指令値を算出する。そして、算出された指令値に応じた駆動電流を、モータ１のコイルへ供給する。これにより、モータ１の入力軸５２が、算出された指令値と一致するトルクで回転する。

動力伝達装置２は、モータ１から入力される第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数に減速して、出力する装置である。図２は、図１のＡ−Ａ位置から見た動力伝達装置２の横断面図である。図１および図２に示すように、本実施形態の動力伝達装置２は、インタナルギア１０、フレックスギア２０、波動発生器３０、およびセンサ基板４０を備えている。

インタナルギア１０は、内周面に複数の内歯１１を有する円環状のギアである。インタナルギア１０は、駆動装置１００が搭載される装置の枠体に、例えばねじ止めで固定される。インタナルギア１０は、中心軸９と同軸に配置される。また、インタナルギア１０は、フレックスギア２０の後述する筒状部２１の半径方向外側に位置する。インタナルギア１０の剛性は、フレックスギア２０の筒状部２１の剛性よりも、はるかに高い。このため、インタナルギア１０は、実質的に剛体とみなすことができる。インタナルギア１０は、円筒状の内周面を有する。複数の内歯１１は、当該内周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。各内歯１１は、半径方向内側へ向けて突出する。

フレックスギア２０は、可撓性を有する円環状のギアである。フレックスギア２０は、中心軸９を中心として回転可能に支持される。フレックスギア２０は、本発明における「ギア」の一例である。

本実施形態のフレックスギア２０は、筒状部２１と平板部２２とを有する。筒状部２１は、中心軸９の周囲において、軸方向に筒状に延びる。筒状部２１の軸方向の先端は、波動発生器３０の半径方向外側、かつ、インタナルギア１０の半径方向内側に位置する。筒状部２１は、可撓性を有するため、半径方向に変形可能である。特に、インタナルギア１０の半径方向内側に位置する筒状部２１の先端部は、自由端であるため、他の部分よりも大きく半径方向に変位可能である。

フレックスギア２０は、複数の外歯２３を有する。複数の外歯２３は、筒状部２１の軸方向の先端部付近の外周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。各外歯２３は、半径方向外側へ向けて突出する。上述したインタナルギア１０が有する内歯１１の数と、フレックスギア２０が有する外歯２３の数とは、僅かに相違する。

平板部２２は、ダイヤフラム部２２１と肉厚部２２２とを有する。ダイヤフラム部２２１は、筒状部２１の軸方向の基端部から、半径方向外側へ向けて平板状に広がり、かつ、中心軸９を中心として円環状に広がる。ダイヤフラム部２２１は、軸方向に僅かに撓み変形可能である。肉厚部２２２は、ダイヤフラム部２２１の半径方向外側に位置する、円環状の部分である。肉厚部２２２の軸方向の厚みは、ダイヤフラム部２２１の軸方向の厚みよりも厚い。肉厚部２２２は、駆動装置１００が搭載される装置の、駆動対象となる部品に、例えばねじ止めで固定される。

波動発生器３０は、フレックスギア２０の筒状部２１に、周期的な撓み変形を発生させる機構である。波動発生器３０は、カム３１と可撓性軸受３２とを有する。カム３１は、中心軸９を中心として回転可能に支持される。カム３１は、軸方向に視たときに楕円形の外周面を有する。可撓性軸受３２は、カム３１の外周面と、フレックスギア２０の筒状部２１の内周面との間に介在する。したがって、カム３１と筒状部２１とは、異なる回転数で回転できる。

可撓性軸受３２の内輪は、カム３１の外周面に接触する。可撓性軸受３２の外輪は、フレックスギア２０の内周面に接触する。このため、フレックスギア２０の筒状部２１は、カム３１の外周面に沿った楕円形状に変形する。その結果、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、フレックスギア２０の外歯２３と、インタナルギア１０の内歯１１とが噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯２３と内歯１１とが噛み合わない。

カム３１は、モータ１の入力軸５２に固定される。モータ１を駆動させると、入力軸５２とともに、カム３１が、中心軸９を中心として第１回転数で回転する。これにより、フレックスギア２０の上述した楕円の長軸も、第１回転数で回転する。そうすると、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置も、周方向に第１回転数で変化する。また、上述の通り、インタナルギア１０の内歯１１の数と、フレックスギア２０の外歯２３の数とは、僅かに相違する。この歯数の差によって、カム３１の１回転ごとに、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置が、周方向に僅かに変化する。その結果、インタナルギア１０に対してフレックスギア２０が、中心軸９を中心として、第１回転数よりも低い第２回転数で回転する。したがって、フレックスギア２０から、減速された第２回転数の回転運動を取り出すことができる。

＜２．センサ基板について＞
＜２−１．センサ基板の構成＞
センサ基板４０は、フレックスギア２０にかかるトルクを検出するためのセンサが搭載された基板である。図１に示すように、本実施形態では、円板状のダイヤフラム部２２１の円形の表面に、センサ基板４０が固定されている。

図３は、センサ基板４０の平面図である。図４は、ダイヤフラム部２２１およびセンサ基板４０の部分断面図である。

本実施形態のセンサ基板４０は、柔軟に変形可能なフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。図３に示すように、センサ基板４０は、中心軸９を中心とする円環状の本体部４１と、本体部４１から半径方向外側へ向けて突出したフラップ部４２とを有する。また、図４に示すように、センサ基板４０は、絶縁層４３と、導体層４４とを有する。絶縁層４３は、絶縁体である樹脂からなる。導体層４４は、導体である金属からなる。導体層４４の材料には、例えば、銅または銅を含む合金が用いられる。本実施形態のセンサ基板４０は、絶縁層４３の表面と裏面との両方に、導体層４４を有する。

また、図４に示すように、センサ基板４０は、両面接着テープ４５により、フレックスギア２０のダイヤフラム部２２１に固定される。具体的には、ダイヤフラム部２２１の表面と、センサ基板４０の裏面とが、両面接着テープ４５を介して固定される。両面接着テープ４５は、接着力を有する材料がテープ状に成形されて、形状を維持できる程度に硬化されたものである。このような両面接着テープ４５を用いれば、流動性を有する接着剤を用いる場合よりも、ダイヤフラム部２２１に対するセンサ基板４０の固定作業が容易となる。また、作業者による固定作業のばらつきを低減できる。

センサ基板４０には、トルク検出センサＳ１および温度センサＳ２と、信号処理回路４６とが搭載されている。トルク検出センサＳ１および温度センサＳ２は、本体部４１の表面または裏面に形成された抵抗線パターンを有する。すなわち、本体部４１の表面または裏面の導体層４４が、トルク検出センサＳ１の抵抗線パターンおよび温度センサＳ２の抵抗線パターンを含む。

信号処理回路４６は、フラップ部４２に配置されている。

＜２−２．トルク検出センサについて＞
トルク検出センサＳ１は、ダイヤフラム部２２１の歪みに基づいて、フレックスギア２０にかかるトルクを検出するセンサである。図３に示すように、トルク検出センサＳ１は、第１抵抗線パターンＲ１と、第２抵抗線パターンＲ２とを含む。

第１抵抗線パターンＲ１は、１本の導体がジグザグに曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状または円環状のパターンである。本実施形態では、中心軸９の周囲の約３６０°の範囲に、第１抵抗線パターンＲ１が設けられている。また、第１抵抗線パターンＲ１は、複数の第１抵抗線ｒ１を含む。複数の第１抵抗線ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第１抵抗線ｒ１は、フレックスギア２０の半径方向に対して、周方向一方側に傾斜している。半径方向に対する第１抵抗線ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°とされる。周方向に隣り合う第１抵抗線ｒ１の端部同士は、半径方向の内側または外側で交互に接続される。これにより、複数の第１抵抗線ｒ１が、全体として直列に接続される。

第２抵抗線パターンＲ２は、１本の導体がジグザグに曲折しながら周方向に延びる、全体として円弧状または円環状のパターンである。第２抵抗線パターンＲ２は、第１抵抗線パターンＲ１よりも、半径方向内側に位置する。本実施形態では、中心軸９の周囲の約３６０°の範囲に、第２抵抗線パターンＲ２が設けられている。また、第２抵抗線パターンＲ２は、複数の第２抵抗線ｒ２を含む。複数の第２抵抗線ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。各第２抵抗線ｒ２は、フレックスギア２０の半径方向に対して、周方向他方側に傾斜している。半径方向に対する第２抵抗線ｒ２の傾斜角度は、例えば４５°とされる。周方向に隣り合う第２抵抗線ｒ２の端部同士は、半径方向の内側または外側で交互に接続される。これにより、複数の第２抵抗線ｒ２が、全体として直列に接続される。

図５は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２を含むブリッジ回路Ｃ１の回路図である。図５に示すように、本実施形態のブリッジ回路Ｃ１は、第１抵抗線パターンＲ１、第２抵抗線パターンＲ２、および２つの固定抵抗Ｒｓを含む。第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、直列に接続される。２つ固定抵抗Ｒｓは、直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と−極との間において、２つ抵抗線パターンＲ１，Ｒ２の列と、２つの固定抵抗Ｒｓの列とが、並列に接続される。また、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、２つの固定抵抗Ｒｓの中点Ｍ２とが、第１電圧計Ｖ１に接続される。

第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の各抵抗値は、フレックスギア２０にかかるトルクに応じて変化する。例えば、フレックスギア２０に、中心軸９を中心として、周方向の一方側へ向かうトルクがかかると、第１抵抗線パターンＲ１の抵抗値が低下し、第２抵抗線パターンＲ２の抵抗値が増加する。一方、フレックスギア２０に、中心軸９を中心として、周方向の他方側へ向かうトルクがかかると、第１抵抗線パターンＲ１の抵抗値が増加し、第２抵抗線パターンＲ２の抵抗値が低下する。このように、第１抵抗線パターンＲ１と第２抵抗線パターンＲ２とは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値変化を示す。

そして、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の各抵抗値が変化すると、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２の中点Ｍ１と、２つの固定抵抗Ｒｓの中点Ｍ２との間の電位差が変化するので、第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１が変化する。したがって、この第１電圧計Ｖ１の計測値ｖ１に基づいて、フレックスギア２０にかかるトルクの向きおよび大きさを検出することができる。すなわち、フレックスギア２０から出力されるトルクを計測することができる。以下では、トルク検出センサＳ１により計測されるトルクを「出力トルク」と称する。

＜２−３．温度センサについて＞
上述の通り、導体層４４の材料に、銅または銅を含む合金を用いると、センサ基板４０の材料費を抑えることができる。ただし、他の高価な材料と比べて、銅の抵抗値は、環境温度により変化しやすい。そこで、本実施形態のセンサ基板４０は、温度の影響を補正するために、温度センサＳ２を備えている。図３に示すように、温度センサＳ２は、フレックスギア２０の周方向に沿って、円弧状または円環状に延びる第３抵抗線パターンＲ３を有する。

図６は、第３抵抗線パターンＲ３を含む検出回路Ｃ２の回路図である。図６に示すように、第３抵抗線パターンＲ３の一端は、定電流源４７の＋極に接続されている。また、第３抵抗線パターンＲ３の他端は、定電流源４７の−極に接続されている。また、温度センサＳ２は、第２電圧計Ｖ２を有する。図６に示すように、第２電圧計Ｖ２は、第３抵抗線パターンＲ３に対して並列に接続されている。したがって、第２電圧計Ｖ２は、第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値に応じた電圧値を計測する。具体的には、定電流源４７から供給される電流値をＩｏとすると、第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２は、ｖ２＝Ｉｏ×Ｒ３となる。

第３抵抗線パターンＲ３は、円弧状または円環状であるため、第３抵抗線パターンＲ３の抵抗値は、フレックスギア２０にかかるトルクの影響を受けにくく、温度による変化が支配的となる。したがって、第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２は、動力伝達装置２の温度に応じて変動する。すなわち、第２電圧計Ｖ２の計測値ｖ２に基づいて、動力伝達装置２の温度を計測することができる。

温度センサＳ２の第３抵抗線パターンＲ３は、中心軸９を中心とする円弧状または円環状である。このため、動力伝達装置１の駆動時に、第３抵抗線パターンＲ３に対して応力が掛かりにくい。したがって、第３抵抗線パターンＲ３は、第１抵抗線パターンＲ１および第２抵抗線パターンＲ２に比べて、断線等の故障が発生しにくい。

＜３．故障検出部について＞
続いて、上述した駆動装置１００において、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１に故障が発生したときにその故障を検出する、故障検出システムとしての機能について、説明する。動力伝達装置２の機構部とは、本実施形態では、インタナルギア１０、フレックスギア２０、または波動発生器３０を指す。図１および図３に示すように、本実施形態の駆動装置１００は、故障検出部６０を有する。故障検出部６０は、センサ基板４０の信号処理回路４６およびモータ１の制御回路５０と、電気的に接続されている。故障検出部６０は、ＣＰＵ等のプロセッサや各種のメモリを備えたコンピュータ、または電気回路基板により構成される。

図７は、故障検出部６０の機能を概念的に示した図である。図７に示すように、故障検出部６０は、トルク検出センサＳ１から、信号処理回路４６を通じて、上述した出力トルクの計測値を取得する。また、故障検出部６０は、温度センサＳ２から、信号処理回路４６を通じて、上述した温度の計測値を取得する。また、故障検出部６０は、モータ１の制御回路５０から、上述した入力トルクを取得する。具体的には、制御回路５０において算出される入力トルクの指令値が、制御回路５０から故障検出部６０へ入力される。すなわち、本実施形態では、モータ１の制御回路５０が、「入力トルク取得部」として機能する。

故障検出部６０は、まず、出力トルクの計測値を、温度の計測値に基づいて補正する（補正処理）。具体的には、出力トルクの計測値を、温度による変化をキャンセルする方向に増加または減少させる。これにより、補正後の出力トルクＴout1を算出する。補正後の出力トルクＴout1は、温度による抵抗値変化の影響を抑えた、精度のよい計測値となる。

次に、故障検出部６０は、入力トルクと、温度の計測値とに基づいて、減速後の推定トルクを算出する（推定トルク算出処理）。具体的には、入力トルクをＴin、温度の計測値をｈ、動力伝達装置２の減速比をＲ、動力伝達装置２の効率をη（ｈ）、推定トルクをＴout2として、次の計算式（１）により、推定トルクＴout2を算出する。
Ｔout2＝Ｔin×Ｒ×η（ｈ） （１）

効率η（ｈ）は、動力伝達装置２内の潤滑剤の、温度による粘性変化を考慮したトルクの伝達効率である。このため、効率η（ｈ）は、温度ｈに応じて変化する。したがって、上記の式（１）により、入力トルクＴinから、温度ｈの影響を考慮した減速後の推定トルクＴout2を、精度よく算出することができる。なお、潤滑剤は、オイルであってもよく、グリスであってもよい。

続いて、故障検出部６０は、補正後の出力トルクＴout1と、算出された推定トルクＴout2とを、比較する。そして、補正後の出力トルクＴout1と、推定トルクＴout2との関係が、所定の範囲内であるか否かに基づいて、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１の故障の有無を判定する。

動力伝達装置２の機構部およびトルク検出センサＳ１の双方が故障していない場合、補正後の出力トルクＴout1と、推定トルクＴout2とは、近似した値となり、同様に変化する。しかしながら、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１が故障した場合、補正後の出力トルクＴout1と推定トルクＴout2とが、乖離した値となる。例えば、トルク検出センサＳ１の第１抵抗線パターンＲ１または第２抵抗線パターンＲ２に、断線等の故障が発生した場合、出力トルクＴout1が不正確な値となることにより、出力トルクＴout1と推定トルクＴout2とが、乖離した値となる。

故障検出部６０は、補正後の出力トルクＴout1と推定トルクＴout2との関係が、所定の正常範囲内である場合（図７においてｙｅｓの場合）には、動力伝達装置２の機構部およびトルク検出センサＳ１に、故障が発生していないと判定する。一方、故障検出部６０は、補正後の出力トルクＴout1と推定トルクＴout2との関係が、所定の正常範囲から外れた場合（図７においてｎｏの場合）には、動力伝達装置２の機構部およびトルク検出センサＳ１の少なくともいずれか一方に、故障が発生したと判定する。

なお、上述した判定処理に用いられる「補正後の出力トルクＴout1と推定トルクＴout2との関係」は、例えば、補正後の出力トルクＴout1と推定トルクＴout2との差分、または、補正後の出力トルクＴout1と推定トルクＴout2との比率とすればよい。すなわち、故障検出部６０は、これらの差分または比率が、予め設定された正常範囲から外れた場合に、動力伝達装置２の機構部およびトルク検出センサＳ１の少なくともいずれか一方に、故障が発生したと判定すればよい。

その後、故障検出部６０は、故障の有無に関する検出結果を出力する。具体的には、故障検出部６０から外部のコントローラへ、検出結果を示す信号を出力する。検出結果は、故障検出部６０またはコントローラが有する表示部に表示されてもよい。

以上のように、この駆動装置１００では、故障検出部６０が、トルク検出センサＳ１により計測される出力トルクＴout1と、入力トルクおよび温度に基づいて算出される推定トルクＴout2との関係が、所定の正常範囲内であるか否かに基づいて、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１の故障を検出する。このようにすれば、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１の故障の検出を、部品点数を抑えつつ、安価に実現できる。また、出力トルクＴout1が変化したときに、その変化が温度の変化によるものであるのか、それとも、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１の故障によるものであるのかを、切り分けることができる。

特に、本実施形態の故障検出部６０は、トルク検出センサＳ１による出力トルクの計測値そのものではなく、温度に基づいて補正された補正後の出力トルクＴout1を、推定トルクＴout2と比較する。このため、より正確な出力トルクに基づいて、動力伝達装置２の機構部またはトルク検出センサＳ１の故障を、精度よく検出できる。

また、本実施形態では、図７のように、温度センサＳ２による温度の計測値が、出力トルクの補正処理と、推定トルクの算出処理との、双方に使用されている。このようにすれば、これらの２つの処理のために、別々の温度センサを設ける必要がない。したがって、駆動装置１００の部品点数を、より抑えることができる。

また、本実施形態では、モータ１から動力伝達装置２へ入力される入力トルクを取得するための入力トルク取得部として、モータ１の制御回路５０を利用している。このようにすれば、モータ１の制御回路５０とは別に、入力トルクを実測するためのセンサを設ける必要がない。したがって、駆動装置１００の部品点数を、より抑えることができる。

動力伝達装置２の機構部の故障発生率と、トルク検出センサＳ１の故障発生率との間に大きな差がある場合、故障検出部６０は、実質的に、動力伝達装置２の機構部およびトルク検出センサＳ１のうち、故障発生率の高い方の故障を検出するものとなる。例えば、トルク検出センサＳ１に断線等の故障が発生する確率に比べて、動力伝達装置２の機構部が故障する確率が、非常に小さい場合、故障検出部６０は、実質的に、トルク検出センサＳ１の故障を検出するものとなる。

この場合、トルク検出センサＳ１の計測値が変化したときに、その変化が実際のトルクの変化によるものであるのか、それとも、トルク検出センサＳ１の故障によるものであるのかを、切り分けることができる。また、トルク検出センサＳ１の故障検出のために、同一のフレックスギア２０に対して２つ以上のトルク検出センサを設ける必要がない。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。

上記の実施形態では、故障検出部６０は、補正後の出力トルクＴout1を、推定トルクＴout2と比較して、故障の有無を判定していた。しかしながら、故障検出部６０は、補正前の出力トルクを、推定トルクＴout2と比較して、故障の有無を判定してもよい。

上述した推定トルクＴout2の計算式（１）は、あくまで一例である、推定トルクＴout2の算出のために、他の係数などが含まれた（１）とは異なる計算式が使用されてもよい。

また、上記の実施形態では、モータ１から動力伝達装置２へ入力される入力トルクを取得するための入力トルク取得部として、モータ１の制御回路５０を利用していた。しかしながら、モータ１から動力伝達装置２へ入力される回転運動のトルクを計測するセンサを、別途設けてもよい。そして、そのセンサを入力トルク取得部としてもよい。このようにすれば、入力トルクをより正確に取得できる。

また、上記の実施形態では、トルク検出センサＳ１および温度センサＳ２が、いずれもセンサ基板４０に搭載されていた。しかしながら、トルク検出センサＳ１および温度センサＳ２のいずれか一方が、センサ基板４０の外部に設けられていてもよい。

また、上記の実施形態では、信号処理回路４６が、センサ基板４０に搭載されていた。しかしながら、信号処理回路４６は、センサ基板４０の外部に設けられていてもよい。例えば、故障検出部６０を構成するコンピュータまたは電気回路基板に、信号処理回路４６が組み込まれていてもよい。また、モータ１の制御回路５０に、信号処理回路４６や故障検出部６０が、搭載されていてもよい。

また、上記の実施形態では、各抵抗線パターンの材料に、銅または銅を含む合金が使用されていた。しかしながら、抵抗線パターンの材料に、ＳＵＳ、アルミニウム等の他の金属を用いてもよい。また、抵抗線パターンの材料に、セラミックスや樹脂などの非金属材を用いてもよい。また、抵抗線パターンの材料に、導電性インクを用いてもよい。導電性インクを用いる場合には、センサ基板４０の表面に、導電性インクで各抵抗線パターンをプリントすればよい。

また、上記の実施形態のフレックスギア２０では、ダイヤフラム部２２１が、筒状部２１の基端部から半径方向外側へ向けて広がっていた。しかしながら、ダイヤフラム部２２１は、筒状部２１の基端部から半径方向内側へ向けて広がるものであってもよい。

また、上記の実施形態では、センサ基板４０が、動力伝達装置２のフレックスギア２０に固定されていた。しかしながら、センサ基板４０は、フレックスギア２０以外のギアに固定されるものであってもよい。

また、上記の実施形態では、抵抗線パターンの抵抗値の変化により、ギア（可撓性外歯歯車）の歪みを検出していた。しかしながら、ギアに磁性を持たせ、ギアの弾性変形に応じた磁気歪特性の変化を磁気センサ等で検出することで、歪みを検出してもよい。この場合、上記の実施形態よりも、歪みの検出感度は劣るものの、歪みがある部分と非接触で歪みを検出できるため、上記の実施形態よりもセンサの耐久性を向上させることができる。

また、上記の実施形態では、駆動装置１００が、故障検出部６０を備えていた。すなわち、駆動装置１００自体が、故障検出システムとしての機能を有していた。しかしながら、故障検出部６０は、駆動装置１００とは別に設けられていてもよい。そして、駆動装置１００と故障検出部６０とで、故障検出システムが構成されていてもよい。

その他、故障検出システムの細部の構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更してもよい。また、上記の各実施形態および各変形例に登場した要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、故障検出システムに利用できる。

１ モータ
２ 動力伝達装置
９ 中心軸
１０ インタナルギア
１１ 内歯
２０ フレックスギア
２１ 筒状部
２２ 平板部
２３ 外歯
３０ 波動発生器
３１ カム
３２ 可撓性軸受
４０ センサ基板
４１ 本体部
４２ フラップ部
４３ 絶縁層
４４ 導体層
４５ 両面接着テープ
４６ 信号処理回路
４７ 定電流源
５０ 制御回路
５１ モータケーシング
５２ 入力軸
５３ エンコーダ
６０ 故障検出部
１００ 駆動装置（故障検出システム）
２２１ ダイヤフラム部
Ｃ１ ブリッジ回路
Ｃ２ 検出回路
Ｒ１ 第１抵抗線パターン
Ｒ２ 第２抵抗線パターン
Ｒ３ 第３抵抗線パターン
Ｒｓ 固定抵抗
Ｓ１ トルク検出センサ
Ｓ２ 温度センサ
Ｖ１ 第１電圧計
Ｖ２ 第２電圧計

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータの回転運動を減速して出力する動力伝達装置と、
   前記モータから前記動力伝達装置へ入力される入力トルクを取得する入力トルク取得部と、
   前記動力伝達装置から出力される出力トルクを計測するトルク検出センサと、
   前記動力伝達装置の温度を計測する温度センサと、
   前記動力伝達装置の機構部または前記トルク検出センサの故障を検出する故障検出部と、
   を備え、
   前記故障検出部は、前記入力トルク取得部から前記入力トルクを取得し、前記トルク検出センサから前記出力トルクを取得し、前記温度センサから前記温度を取得し、前記入力トルクと前記温度とに基づいて算出される減速後の推定トルクと、前記出力トルクとの関係が、所定の範囲内であるか否かに基づいて、前記動力伝達装置の機構部または前記トルク検出センサの故障を検出する、故障検出システム。
2. 請求項１に記載の故障検出システムであって、
   前記入力トルク取得部は、前記モータを駆動させる制御回路である、故障検出システム。
3. 請求項１に記載の故障検出システムであって、
   前記入力トルク取得部は、前記モータから前記動力伝達装置へ入力される回転運動のトルクを計測するセンサである、故障検出システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の故障検出システムであって、
   前記故障検出部は、前記入力トルクと、前記動力伝達装置の減速比と、前記温度とに基づいて、前記推定トルクを算出する、故障検出システム。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の故障検出システムであって、
   前記動力伝達装置に含まれるギアに固定された基板
   をさらに備え、
   前記トルク検出センサおよび前記温度センサの少なくともいずれか１つは、前記基板に搭載されている、故障検出システム。
6. 請求項５に記載の故障検出システムであって、
   前記温度センサは、
   前記基板に設けられた円弧状または円環状の抵抗線
   を有する、故障検出システム。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の故障検出システムであって、
   故障検出部は、前記出力トルクを前記温度に基づいて補正し、補正後の前記出力トルクと、前記推定トルクとの関係が、所定の範囲内であるか否かに基づいて、前記動力伝達装置の機構部または前記トルク検出センサの故障を検出する、故障検出システム。

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