JP2024017505A - 機械部品、動力伝達装置、およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみゲージが配置されない隙間領域に起因する検出欠損による誤差を低減できる技術を提供する。【解決手段】機械部品は、ベース部と、複数のひずみゲージとを有する。ベース部は、中心軸に対して交差する方向に広がる。複数のひずみゲージは、ベース部に配置される。複数のひずみゲージは、中心軸を中心とする周方向に配列される。隣り合うひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置される。複数の隙間領域は、中心軸を中心として９０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、機械部品、動力伝達装置、およびロボットに関する。

近年、ロボットの関節などに搭載される波動減速機の需要が高まっている。従来の波動減速機は、複数のひずみゲージを有する。ひずみゲージは、減速後の回転速度で回転する外歯歯車に、貼り付けられている。これにより、外歯歯車にかかるトルクの検出が可能となっている（特許文献１）。

特開２０００－１３１１６０号公報

ただし、特許文献１の外歯歯車は、楕円形の輪郭を有する波動発生器により撓み変形する。このため、外歯歯車には、本来計測したい外力によるトルクだけではなく、波動発生器による撓み変形に起因する正弦波状のトルク（以下「リップルトルク」と称する）が発生する。ひずみゲージは、外力により外歯歯車に生じるトルクとともに、このリップルトルクも検出する。

また、複数のひずみゲージは、外歯歯車の表面に、周方向に間隔をあけて配置される。このため、隣り合うひずみゲージの周方向間の隙間領域においては、外歯歯車にかかるリップルトルクが検出されない。このようなリップルトルクの検出欠損は、トルク検出の誤差要因となる。

本発明の目的は、ひずみゲージが配置されない隙間領域に起因する検出欠損による誤差を低減できる技術を提供することを目的とする。

第１発明は、機械部品であって、前記中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、前記ベース部に配置された複数のひずみゲージと、を有し、前記複数のひずみゲージは、前記中心軸を中心とする周方向に配列され、隣り合う前記ひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置され、前記複数の隙間領域は、前記中心軸を中心として９０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む。

第２発明は、機械部品であって、前記中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、前記ベース部に配置された複数のひずみゲージと、を有し、前記複数のひずみゲージは、前記中心軸を中心とする周方向に配列され、隣り合う前記ひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置され、前記複数の隙間領域は、前記中心軸を中心として６０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む。

第１発明および第２発明によれば、ひずみゲージが配置されない隙間領域に起因する検出欠損による誤差を低減できる。

図１は、ロボットの概要図である。 図２は、動力伝達装置の縦断面図である。 図３は、図２のＡ－Ａ位置から見た動力伝達装置の横断面図である。 図４は、センサ基板の付近における外歯歯車の部分縦断面図である。 図５は、センサ基板の平面図である。 図６は、センサ基板の部分平面図である。 図７は、第１ブリッジ回路の回路図である。 図８は、第２ブリッジ回路の回路図である。 図９は、トルクセンサにより検出されるリップルトルクを示したグラフである。 図１０は、隙間領域の拡大図である。 図１１は、隙間領域の拡大図である。 図１２は、第１変形例に係るセンサ基板の平面図である。 図１３は、第２変形例に係るカムの平面図である。

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。

＜１．ロボットについて＞
図１は、一実施形態に係る動力伝達装置１を備えたロボット１００の概要図である。ロボット１００は、例えば、工業製品の製造ラインにおいて、部品の搬送、加工、組立等の作業を行う、いわゆる産業用ロボットである。図１に示すように、ロボット１００は、ベースフレーム１０１、アーム１０２、モータ１０３、および動力伝達装置１を備える。

アーム１０２は、ベースフレーム１０１に対して、回動可能に支持されている。モータ１０３および動力伝達装置１は、ベースフレーム１０１とアーム１０２との間の関節部に、組み込まれている。モータ１０３に駆動電流が供給されると、モータ１０３から回転運動が出力される。また、モータ１０３から出力される回転運動は、動力伝達装置１により減速されて、アーム１０２へ伝達される。これにより、ベースフレーム１０１に対してアーム１０２が、減速後の速さで回動する。

ロボット１００は、動力伝達装置１を備えるため、後述するメカニズムによって、トルク検出の誤差が少ないロボット１００を実現できる。

＜２．動力伝達装置の構成＞
続いて、動力伝達装置１の詳細な構造について、説明する。

なお、以下では、動力伝達装置１の中心軸９と平行な方向を「軸方向」、動力伝達装置１の中心軸９に直交する方向を「径方向」、動力伝達装置１の中心軸９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。

図２は、一実施形態に係る動力伝達装置１の縦断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ位置から見た動力伝達装置１の横断面図である。図の煩雑化を避けるため、図３においては、断面を示すハッチングが省略されている。

この動力伝達装置１は、波動減速機である。動力伝達装置１は、モータ１０３から得られる第１回転速度の回転運動を、第１回転速度よりも遅い第２回転速度に減速する。図２および図３に示すように、動力伝達装置１は、内歯歯車２０、外歯歯車３０、および波動発生器４０を備える。本実施形態の動力伝達装置１は、入力シャフト１０をさらに備える。

入力シャフト１０は、減速前の第１回転速度で回転する部材である。入力シャフト１０は、モータ１０３の出力軸に接続される。入力シャフト１０は、中心軸９に沿って、軸方向に延びる。本実施形態の入力シャフト１０は、中心軸９を中心とする円筒状である。入力シャフト１０は、動力伝達装置１を軸方向に貫通する。なお、入力シャフト１０は、モータ１０３の出力軸と同一の部材であってもよい。

内歯歯車２０は、入力シャフト１０の回転に伴い、第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する機械部品である。内歯歯車２０は、アーム１０２に対して固定される。内歯歯車２０は、後述する外歯３２の径方向外側に配置される。内歯歯車２０の剛性は、外歯歯車３０の後述する胴部３１の剛性よりも、十分に高い。

内歯歯車２０は、中心軸９を中心とする円環状である。内歯歯車２０は、複数の内歯２１を有する。複数の内歯２１は、内歯歯車２０の径方向内側面から、径方向内方へ突出する。複数の内歯２１は、内歯歯車２０の内周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。

外歯歯車３０は、撓み変形可能な環状の機械部品である。外歯歯車３０は、ベースフレーム１０１に対して固定される。図２および図３に示すように、外歯歯車３０は、胴部３１、複数の外歯３２、ベース部３３、および肉厚部３４を有する。

胴部３１は、中心軸９を中心とする筒状の部分である。胴部３１の軸方向一方端は、ベース部３３に接続される。胴部３１は、ベース部３３の径方向内端部から、軸方向他方側へ向けて延びる。胴部３１の軸方向他方側の端部は、波動発生器４０の径方向外側、かつ、内歯歯車２０の径方向内側に位置する。胴部３１は、可撓性を有するため、径方向に撓み変形可能である。

複数の外歯３２は、胴部３１の径方向外側面から、径方向外方に突出する。複数の外歯３２は、胴部３１の軸方向他方端の径方向外側面に配置される。複数の外歯３２は、周方向に一定のピッチで配列されている。複数の外歯３２の一部と、上述した複数の内歯２１の一部とは、互いに噛み合う。内歯歯車２０が有する内歯２１の数と、外歯歯車３０が有する外歯３２の数とは、僅かに相違する。

ベース部３３は、中心軸９を囲み、中心軸９と交差する方向に広がる。ベース部３３は、好ましくは、中心軸９に対して直交する面に沿って広がる。ベース部３３は、胴部３１の軸方向一方端から、径方向外側へ向けて広がる。また、ベース部３３は、中心軸９を囲む環状である。ベース部３３は、薄肉状であるため、僅かに撓み変形可能である。

肉厚部３４は、ベース部３３の径方向外側に位置する、円環状の部分である。肉厚部３４の軸方向の厚みは、ベース部３３の軸方向の厚みよりも厚い。肉厚部３４は、ベースフレーム１０１に、直接、または他の部材を介して、固定される。

波動発生器４０は、外歯歯車３０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４０は、外歯３２の径方向内側に配置される。波動発生器４０は、カム４１および可撓性軸受４２を有する。本実施形態では、入力シャフト１０およびカム４１が、単一の部品で形成されている。ただし、カム４１は、入力シャフト１０とは別の部品であってもよい。その場合、入力シャフト１０に対してカム４１が固定されていればよい。カム４１は、外歯歯車３０に１８０°の周期で変位を与える部品である。カム４１の径方向外側面は、中心軸９を中心とする楕円形である。

可撓性軸受４２は、撓み変形可能な軸受である。可撓性軸受４２は、カム４１の径方向外側面と、外歯歯車３０の胴部３１の径方向内側面との間に配置される。

可撓性軸受４２の内輪は、カム４１の径方向外側面に接触する。可撓性軸受４２の外輪は、胴部３１の径方向内側面に接触する。このため、胴部３１は、カム４１の径方向外側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、外歯歯車３０の外歯３２と、内歯歯車２０の内歯２１とが噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯３２と内歯２１とが噛み合わない。

モータ１０３を駆動させると、入力シャフト１０とともにカム４１が、中心軸９を中心として第１回転速度で回転する。これにより、外歯歯車３０の上述した楕円の長軸も、第１回転速度で回転する。そうすると、外歯３２と内歯２１との噛み合い位置も、周方向に第１回転速度で変化する。また、上述の通り、内歯歯車２０の内歯２１の数と、外歯歯車３０の外歯３２の数とは、僅かに相違する。この歯数の差によって、カム４１の１回転ごとに、外歯３２と内歯２１との噛み合い位置が、周方向に僅かに変化する。その結果、外歯歯車３０に対して内歯歯車２０が、中心軸９を中心として、第１回転速度よりも遅い第２回転速度で回転する。

＜３．トルクセンサについて＞
動力伝達装置１は、トルクセンサ５０を有する。トルクセンサ５０は、上述した外歯歯車３０のベース部３３にかかるトルクを検出するためのセンサである。図２に示すように、トルクセンサ５０は、センサ基板５１を有する。センサ基板５１は、ベース部３３の表面に固定される。図４は、センサ基板５１の付近における外歯歯車３０の部分縦断面図である。図５は、センサ基板５１の平面図である。図４および図５に示すように、センサ基板５１は、絶縁層５１１および導体層５１２を有する。

絶縁層５１１は、柔軟に変形可能である。絶縁層５１１は、中心軸９に対して交差する方向に広がる。また、絶縁層５１１は、中心軸９を中心とする円環状である。絶縁層５１１は、絶縁体である樹脂または無機絶縁材料からなる。絶縁層５１１は、ベース部３３の表面に配置される。

導体層５１２は、絶縁層５１１の表面に形成される。導体層５１２の材料には、導体である金属が使用される。導体層５１２の材料には、例えば、銅合金、クロム合金、または銅が使用される。図５に示すように、導体層５１２は、複数の第１ひずみゲージＷ１と、複数の第２ひずみゲージＷ２とを有する。複数の第２ひずみゲージＷ２は、複数の第１ひずみゲージＷ１よりも、径方向外側に配置される。

複数の第１ひずみゲージＷ１は、複数の内側ひずみゲージＷ１１と、複数の外側ひずみゲージＷ１２とを含む。複数の外側ひずみゲージＷ１２は、複数の内側ひずみゲージＷ１１よりも、径方向外側に配置される。

内側ひずみゲージＷ１１は、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄを有する。４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、周方向に間隔をあけて配置されている。４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、それぞれ、中心軸９を中心とする約９０°の範囲に、円弧状に設けられている。４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、同心状に配置される。中心軸９から４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄまでの径方向の距離は、略同一である。

図６は、センサ基板５１の部分平面図である。図６において、ひずみゲージＲａについて代表的に示すように、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、それぞれ、複数の抵抗線ｒ１を有する。抵抗線ｒ１は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の抵抗線ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄのうち、２つのひずみゲージＲａ，Ｒｂの抵抗線ｒ１は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。他の２つのひずみゲージＲｃ、Ｒｄの抵抗線ｒ１は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。径方向に対する抵抗線ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う抵抗線ｒ１の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の抵抗線ｒ１が、全体として直列に接続される。

外側ひずみゲージＷ１２は、４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈを有する。４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、周方向に間隔をあけて配置されている。４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、それぞれ、中心軸９を中心とする約９０°の範囲に、円弧状に設けられている。４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、同心状に配置される。中心軸９から４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈまでの径方向の距離は、略同一である。

図６において、ひずみゲージＲｅについて代表的に示すように、４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、それぞれ、複数の抵抗線ｒ１を有する。抵抗線ｒ１は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の抵抗線ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈのうち、２つのひずみゲージＲｇ，Ｒｈの抵抗線ｒ１は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。他の２つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆの抵抗線ｒ１は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。径方向に対する抵抗線ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う抵抗線ｒ１の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の抵抗線ｒ１が、全体として直列に接続される。

複数の第２ひずみゲージＷ２は、複数の内側ひずみゲージＷ２１と、複数の外側ひずみゲージＷ２２とを有する。複数の外側ひずみゲージＷ２２は、複数の内側ひずみゲージＷ２１よりも、径方向外側に配置される。

内側ひずみゲージＷ２１は、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌを有する。４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌは、周方向に間隔をあけて配置されている。４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌは、それぞれ、中心軸９を中心とする約９０°の範囲に、円弧状に設けられている。４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌは、同心状に配置される。中心軸９から４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌまでの径方向の距離は、略同一である。

図６に示すように、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌは、それぞれ、複数の抵抗線ｒ２を有する。抵抗線ｒ２は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の抵抗線ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌのうち、２つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊの抵抗線ｒ２は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。他の２つのひずみゲージＲｋ，Ｒｌの抵抗線ｒ２は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。径方向に対する抵抗線ｒ２の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う抵抗線ｒ２の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の抵抗線ｒ２が、全体として直列に接続される。

外側ひずみゲージＷ２２は、４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐを有する。４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、周方向に間隔をあけて配置されている。４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、それぞれ、中心軸９を中心とする約９０°の範囲に、円弧状に設けられている。４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、同心状に配置される。中心軸９から４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐまでの径方向の距離は、略同一である。

図６に示すように、４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、それぞれ、複数の抵抗線ｒ２を有する。抵抗線ｒ２は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の抵抗線ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐのうち、２つのひずみゲージＲｏ，Ｒｐの抵抗線ｒ２は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。他の２つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎの抵抗線ｒ２は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。径方向に対する抵抗線ｒ２の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う抵抗線ｒ２の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の抵抗線ｒ２が、全体として直列に接続される。

なお、抵抗線ｒ１およびｒ２の径方向に対する傾斜角度は、４５°以外であってもよい。例えば、抵抗線ｒ１およびｒ２の径方向に対する傾斜角度は、３０°や６０°であってもよい。

複数の第１ひずみゲージＷ１は、第１ブリッジ回路Ｃ１を構成する。すなわち、複数の内側ひずみゲージＷ１１および複数の外側ひずみゲージＷ１２は、第１ブリッジ回路Ｃ１を構成する。複数の内側ひずみゲージＷ１１および複数の外側ひずみゲージＷ１２によって第１ブリッジ回路Ｃ１を構成することにより、ベース部３３にかかるトルクを精度よく検出できる。図７は、第１ブリッジ回路Ｃ１の回路図である。図７に示すように、第１ブリッジ回路Ｃ１は、８つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈが互いに接続されることにより、構成される。

４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、この順に直列に接続される。４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの列と、４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈの列とが、並列に接続される。また、２つのひずみゲージＲｂ，Ｒｃの中間点Ｍ１１と、２つのひずみゲージＲｆ，Ｒｇの中間点Ｍ１２との間に、第１電圧計Ｖ１が接続される。

８つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈの各抵抗線ｒ１の抵抗値は、ベース部３３にかかるトルクに応じて変化する。例えば、ベース部３３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、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｈの各抵抗線ｒ１の抵抗値が低下し、他の４つのひずみゲージＲｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆの各抵抗線ｒ１の抵抗値が増加する。一方、ベース部３３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、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｈの各抵抗線ｒ１の抵抗値が増加し、他の４つのひずみゲージＲｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆの各抵抗線ｒ１の抵抗値が低下する。このように、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｈと、他の４つのひずみゲージＲｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ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、４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｈの各抵抗値と、他の４つのひずみゲージＲｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆの各抵抗値とが、逆向きに変化すると、２つのひずみゲージＲｂ，Ｒｃの中間点Ｍ１１と、２つのひずみゲージＲｆ，Ｒｇの中間点Ｍ１２との間の電位差が変化するので、第１電圧計Ｖ１の計測値も変化する。したがって、この第１電圧計Ｖ１の計測値に基づいて、ベース部３３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。

複数の第２ひずみゲージＷ２は、第２ブリッジ回路Ｃ２を構成する。すなわち、複数の内側ひずみゲージＷ２１および複数の外側ひずみゲージＷ２２は、第２ブリッジ回路Ｃ２を構成する。複数の内側ひずみゲージＷ２１および複数の外側ひずみゲージＷ２２によって第２ブリッジ回路Ｃ２を構成することにより、ベース部３３にかかるトルクを精度よく検出できる。図８は、第２ブリッジ回路Ｃ２の回路図である。図８に示すように、第２ブリッジ回路Ｃ２は、８つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐが互いに接続されることにより、構成される。

４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌは、この順に直列に接続される。４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌの列と、４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐの列とが、並列に接続される。また、２つのひずみゲージＲｊ，Ｒｋの中間点Ｍ２１と、２つのひずみゲージＲｎ，Ｒｏの中間点Ｍ２２との間に、第２電圧計Ｖ２が接続される。

８つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐの各抵抗線ｒ２の抵抗値は、ベース部３３にかかるトルクに応じて変化する。例えば、ベース部３３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、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｏ，Ｒｐの各抵抗線ｒ２の抵抗値が低下し、他の４つのひずみゲージＲｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎの各抵抗線ｒ２の抵抗値が増加する。一方、ベース部３３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、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｏ，Ｒｐの各抵抗線ｒ１の抵抗値が増加し、他の４つのひずみゲージＲｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎの各抵抗線ｒ１の抵抗値が低下する。このように、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｏ，Ｒｐと、他の４つのひずみゲージＲｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ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、４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｏ，Ｒｐの各抵抗値と、他の４つのひずみゲージＲｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎの各抵抗値とが、逆向きに変化すると、２つのひずみゲージＲｊ，Ｒｋの中間点Ｍ２１と、２つのひずみゲージＲｎ，Ｒｏの中間点Ｍ２２との間の電位差が変化するので、第２電圧計Ｖ２の計測値も変化する。したがって、この第２電圧計Ｖ２の計測値に基づいて、ベース部３３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。

動力伝達装置１は、ハウジング６０および信号処理基板７０を、さらに有する。図２に示すように、ハウジング６０は、外歯歯車３０の軸方向一方側に位置する。ハウジング６０は、外歯歯車３０を、軸方向一方側から覆う。ハウジング６０は、外歯歯車３０に対して固定される。

信号処理基板７０は、ハウジング６０の表面に固定される。信号処理基板７０は、マイクロプロセッサを備えた電気回路により構成される。信号処理基板７０は、第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２と電気的に接続されている。信号処理基板７０は、第１電圧計Ｖ１および第２電圧計Ｖ２の出力信号に基づき、ベース部３３にかかるトルクを検出する。

特に、本実施形態のトルクセンサ５０は、第１ブリッジ回路Ｃ１を構成する複数の第１ひずみゲージＷ１と、第２ブリッジ回路Ｃ２を構成する複数の第２ひずみゲージＷ２とを有する。このため、いずれか一方のブリッジ回路に異常が発生した場合でも、他方のブリッジ回路によりトルクを検出できる。

＜４．ひずみゲージの配置について＞
上記のように、本実施形態では、機械部品である外歯歯車３０が、複数のひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈ，Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐを有する。複数のひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈ，Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、ベース部３３に配置されている。

４つのひずみゲージＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、中心軸９を中心とする周方向に配列される。隣り合うひずみゲージの周方向間には、隙間領域Ａが配置されている。４つの隙間領域Ａは、中心軸９を中心として９０°の角度間隔で配置される。

４つのひずみゲージＲｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、中心軸９を中心とする周方向に配列される。隣り合うひずみゲージの周方向間には、隙間領域Ａが配置されている。４つの隙間領域Ａは、中心軸９を中心として９０°の角度間隔で配置される。

４つのひずみゲージＲｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌは、中心軸９を中心とする周方向に配列される。隣り合うひずみゲージの周方向間には、隙間領域Ａが配置されている。４つの隙間領域Ａは、中心軸９を中心として９０°の角度間隔で配置される。

４つのひずみゲージＲｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、中心軸９を中心とする周方向に配列される。隣り合うひずみゲージの周方向間には、隙間領域Ａが配置されている。４つの隙間領域Ａは、中心軸９を中心として９０°の角度間隔で配置される。

外歯歯車３０は、楕円形状のカム４１により撓み変形する。このため、外歯歯車３０には、本来計測したい外力によるトルクだけではなく、カム４１による撓み変形に起因するトルク（以下「リップルトルクＴ」と称する）が発生する。トルクセンサ５０は、外力により外歯歯車３０に生じるトルクとともに、このリップルトルクＴも検出する。

図９は、ある時点において、トルクセンサ５０により検出されるリップルトルクＴを示したグラフである。図９の横軸は、中心軸９を中心とする周方向の位置を示している。図９の縦軸は、トルクセンサ５０により検出されるリップルトルクＴの値を示している。本実施形態では、カム４１の径方向外側面の径が、中心軸９を中心とする１８０°の角度周期で変化するため、図９のように、リップルトルクＴも、中心軸９を中心とする１８０°の角度周期で正弦波状に現れる。

そして、図９のリップルトルクＴを、０°から１８０°の範囲において積分した値が、その時点において、０°から１８０°の周方向の位置でトルクセンサ５０により検出されるリップルトルクＴの合計値となる。

ただし、図９に示すように、トルクセンサ５０により検出されるリップルトルクＴは、検出欠損Ｔｏを有する。検出欠損Ｔｏは、ひずみゲージの隙間領域Ａに相当する角度位置に発生する。すなわち、隙間領域Ａにはひずみゲージが無いため、リップルトルクＴを検出することができず、検出欠損Ｔｏとなるのである。カム４１が回転すると、図９の正弦波状のリップルトルクＴの波形は、横軸方向に移動するが、検出欠損Ｔｏの位置は変化しない。この検出欠損Ｔｏは、リップルトルクＴの上述した積分値の誤差成分となり得る。

本実施形態では、隙間領域Ａが、９０°の角度間隔で配置されている。このようにすれば、隙間領域Ａに起因する検出欠損Ｔｏも、図９のように、９０°の角度間隔で発生する。したがって、１８０°周期のリップルトルクＴにおいて、２つの検出欠損Ｔｏが逆位相となるため、積分したときに検出欠損Ｔｏが互いに打ち消し合う。その結果、リップルトルクＴの積分値において、検出欠損Ｔｏによる誤差を低減できる。

図１０および図１１は、隙間領域Ａの拡大図である。図１０および図１１では、隙間領域Ａが破線のハッチングで示されている。図１０および図１１のように、本実施形態では、隣り合うひずみゲージの抵抗線の傾きにより、隙間領域Ａの形状が２種類存在する。図１０の隙間領域Ａの周方向の最大長さＬ１は、図１１の隙間領域Ａの周方向の最大長さＬ２の２倍となっている。また、図１０の隙間領域Ａの最大中心角θ１は、図１１の隙間領域Ａの最大中心角θ２の２倍となっている。

ただし、隙間領域Ａの形状に拘わらず、複数の隙間領域Ａの面積は互いに等しい。このようにすれば、隙間領域ＡによるリップルトルクＴの欠損量を等しくすることができる。これにより、リップルトルクＴの積分値において、検出欠損Ｔｏによる誤差を、より低減できる。なお、隙間領域Ａの面積は、隣り合うひずみゲージの周方向間、かつ、ひずみゲージの径方向内側の縁の延長線と、ひずみゲージの径方向外側の縁の延長線との径方向間に存在する領域の面積である。

複数の隙間領域Ａの面積は、不可避的に生じる誤差を有していてもよい。すなわち、複数の隙間領域Ａの面積は、互いに略同一であればよい。

特に、本実施形態では、複数の第１ひずみゲージＷ１における複数の隙間領域Ａの面積が互いに等しく、複数の第２ひずみゲージＷ２における複数の隙間領域Ａの面積が互いに等しい。より具体的には、複数の第１ひずみゲージＷ１に含まれる複数の内側ひずみゲージＷ１１における複数の隙間領域Ａの面積が互いに等しい。また、複数の第１ひずみゲージＷ１に含まれる複数の外側ひずみゲージＷ１２における複数の隙間領域Ａの面積が互いに等しい。また、複数の第２ひずみゲージＷ２に含まれる複数の内側ひずみゲージＷ２１における複数の隙間領域Ａの面積が互いに等しい。また、複数の第２ひずみゲージＷ２に含まれる複数の外側ひずみゲージＷ２２における複数の隙間領域Ａの面積が互いに等しい。

このようにすれば、第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２のそれぞれにおいて、隙間領域ＡによるリップルトルクＴの欠損量を等しくすることができる。これにより、第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２のそれぞれにおいて、検出欠損Ｔｏによる出力値の誤差を、より低減できる。

＜５．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態には限定されない。以下では、種々の変形例について、上記実施形態との相違点を中心に説明する。

＜５－１．第１変形例＞
図１２は、第１変形例に係るセンサ基板５１の平面図である。上記実施形態では、複数の第１ひずみゲージＷ１における複数の隙間領域Ａの周方向の位置と、複数の第２ひずみゲージＷ２における複数の隙間領域Ａの周方向の位置とが、同一であった。これに対し、図１２の例では、複数の第１ひずみゲージＷ１における複数の隙間領域Ａの周方向の位置と、複数の第２ひずみゲージＷ２における複数の隙間領域Ａの周方向の位置と、が異なる。

このように、複数の第１ひずみゲージＷ１における複数の隙間領域Ａの周方向の位置と、複数の第２ひずみゲージＷ２における複数の隙間領域Ａの周方向の位置とは、同一でなくてもよい。これにより、第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２の２つのブリッジ回路を使用し、かつ、複数のひずみゲージの配置の自由度を向上させることができる。

＜５－２．第２変形例＞
図１３は、第２変形例に係るカム４１の平面図である。上記実施形態では、カム４１の径方向外側面が楕円形であった。このため、カム４１の径方向外側面の径が、中心軸９を中心とする１８０°の角度周期で変化していた。これに対し、図１３の例では、カム４１の径方向外側面が、角が滑らかに湾曲する略三角形状である。このため、カム４１の径方向外側面の径が、中心軸９を中心とする１２０°の角度周期で変化する。すなわち、図１３のカム４１は、外歯歯車３０に１２０°の周期で変位を与える部品となる。動力伝達装置１は、上記実施形態のカム４１に代えて、このような図１３のカム４１を使用してもよい。

図１３のカム４１を使用すると、リップルトルクＴは、中心軸９を中心とする１２０°の角度周期で正弦波状に変化する。この場合、隙間領域Ａは、中心軸９を中心として６０°の角度間隔で配置すればよい。そのようにすれば、隙間領域Ａに起因する検出欠損Ｔｏも、６０°の角度間隔で発生する。したがって、１２０°周期のリップルトルクＴにおいて、２つの検出欠損Ｔｏが逆位相となるため、積分したときに検出欠損Ｔｏが互いに打ち消し合う。その結果、リップルトルクＴの積分値において、検出欠損Ｔｏによる誤差を低減できる。

＜５－３．他の変形例＞
上記の実施形態では、トルクセンサ５０が、第１ブリッジ回路Ｃ１を構成する複数の第１ひずみゲージＷ１と、第２ブリッジ回路Ｃ２を構成する複数の第２ひずみゲージＷ２と、を有していた。しかしながら、トルクセンサ５０は、第１ブリッジ回路Ｃ１を構成する複数の第１ひずみゲージＷ１と、第２ブリッジ回路Ｃ２を構成する複数の第２ひずみゲージＷ２とのうちの、いずれか一方のみを有していてもよい。

上記実施形態では、機械部品である外歯歯車３０に、複数のひずみゲージが配置されていた。しかしながら、外歯歯車３０に代えて、他の機械部品である内歯歯車２０に、複数のひずみゲージが配置されていてもよい。すなわち、本発明における「機械部品」は、外歯歯車３０および内歯歯車２０のいずれであってもよい。これにより、動力伝達装置１の設計の自由度を向上できる。つまり、動力伝達装置１が搭載される製品の仕様や設計に合わせて、外歯歯車３０または内歯歯車２０のうち、好ましい対象にひずみゲージを配置できる。

また、上記実施形態の動力伝達装置１は、外歯歯車３０がベースフレーム１０１に固定され、内歯歯車２０が減速後の第２回転速度で回転していた。しかしながら、内歯歯車２０がベースフレーム１０１に固定され、外歯歯車３０が減速後の第２回転速度で回転してもよい。

また、上記実施形態の外歯歯車３０は、ベース部３３が、胴部３１から径方向外側へ向けて広がる、いわゆる「ハット型」の可撓性外歯歯車であった。しかしながら、外歯歯車３０は、ベース部３３が、胴部３１から径方向内側へ向けて広がる、いわゆる「カップ型」の可撓性外歯歯車であってもよい。

また、上記実施形態では、ロボット１００に搭載される動力伝達装置１について説明した。しかしながら、同様の構造の動力伝達装置１を、アシストスーツ、無人搬送台車などの他の装置に搭載してもよい。

その他、機械部品、動力伝達装置、およびロボット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、上記の実施形態および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。

＜６．総括＞
本技術は、以下の構成をとることが可能である。

（１）機械部品であって、前記中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、前記ベース部に配置された複数のひずみゲージと、を有し、前記複数のひずみゲージは、前記中心軸を中心とする周方向に配列され、隣り合う前記ひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置され、前記複数の隙間領域は、前記中心軸を中心として９０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む、機械部品。

（２）機械部品であって、前記中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、前記ベース部に配置された複数のひずみゲージと、を有し、前記複数のひずみゲージは、前記中心軸を中心とする周方向に配列され、隣り合う前記ひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置され、前記複数の隙間領域は、前記中心軸を中心として６０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む、機械部品。

（３）（１）または（２）に記載の機械部品であって、前記複数の隙間領域の面積が互いに等しい、機械部品。

（４）（１）から（３）のいずれか１つに記載の機械部品であって、前記複数のひずみゲージは、周方向に配列された複数の内側ひずみゲージと、前記複数の内側ひずみゲージよりも径方向外側において、周方向に配列された複数の外側ひずみゲージと、を含み、前記複数の内側ひずみゲージおよび前記複数の外側ひずみゲージにより、ブリッジ回路が構成されている、機械部品。

（５）（１）から（４）のいずれか１つに記載の機械部品であって、前記複数のひずみゲージは、第１ブリッジ回路を構成する複数の第１ひずみゲージと、前記複数の第１ひずみゲージよりも径方向外側に配置され、第２ブリッジ回路を構成する複数の第２ひずみゲージと、を含む、機械部品。

（６）（５）に記載の機械部品であって、前記複数の第１ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の面積が互いに等しく、前記複数の第２ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の面積が互いに等しい、機械部品。

（７）（５）または（６）に記載の機械部品であって、前記複数の第１ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の周方向の位置と、前記複数の第２ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の周方向の位置と、が異なる、機械部品。

（８）（１）から（７）のいずれか１つに記載の機械部品を備えた動力伝達装置であって、内歯歯車と、前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、前記外歯歯車に周期的な撓みを発生させる波動発生器と、を備え、前記内歯歯車および前記外歯歯車のいずれか一方が、前記機械部品である、動力伝達装置。

（９）（８）に記載の動力伝達装置を備えた、ロボット。

本発明は、機械部品、動力伝達装置、およびロボットに利用できる。

１ 動力伝達装置
９ 中心軸
１０ 入力シャフト
２０ 内歯歯車
２１ 内歯
３０ 外歯歯車
３１ 胴部
３２ 外歯
３３ ベース部
３４ 肉厚部
４０ 波動発生器
４１ カム
４２ 可撓性軸受
５０ トルクセンサ
５１ センサ基板
６０ ハウジング
７０ 信号処理基板
１００ ロボット
１０１ ベースフレーム
１０２ アーム
１０３ モータ
５１１ 絶縁層
５１２ 導体層
Ａ 隙間領域
Ｃ１ 第１ブリッジ回路
Ｃ２ 第２ブリッジ回路
Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈ，Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐ ひずみゲージ
Ｗ１ 第１ひずみゲージ
Ｗ１１ 内側ひずみゲージ
Ｗ１２ 外側ひずみゲージ
Ｗ２ 第２ひずみゲージ
Ｗ２１ 内側ひずみゲージ
Ｗ２２ 外側ひずみゲージ
Ｔ リップルトルク
Ｔｏ 検出欠損

Claims (9)

1. 機械部品であって、
   中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、
   前記ベース部に配置された複数のひずみゲージと、
   を有し、
   前記複数のひずみゲージは、前記中心軸を中心とする周方向に配列され、
   隣り合う前記ひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置され、
   前記複数の隙間領域は、前記中心軸を中心として９０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む、機械部品。
2. 機械部品であって、
   中心軸に対して交差する方向に広がるベース部と、
   前記ベース部に配置された複数のひずみゲージと、
   を有し、
   前記複数のひずみゲージは、前記中心軸を中心とする周方向に配列され、
   隣り合う前記ひずみゲージの周方向間には、複数の隙間領域が配置され、
   前記複数の隙間領域は、前記中心軸を中心として６０°の角度間隔で配置された隙間領域を含む、機械部品。
3. 請求項１または請求項２に記載の機械部品であって、
   前記複数の隙間領域の面積が互いに等しい、機械部品。
4. 請求項１または請求項２に記載の機械部品であって、
   前記複数のひずみゲージは、
   周方向に配列された複数の内側ひずみゲージと、
   前記複数の内側ひずみゲージよりも径方向外側において、周方向に配列された複数の外側ひずみゲージと、
   を含み、
   前記複数の内側ひずみゲージおよび前記複数の外側ひずみゲージにより、ブリッジ回路が構成されている、機械部品。
5. 請求項１または請求項２に記載の機械部品であって、
   前記複数のひずみゲージは、
   第１ブリッジ回路を構成する複数の第１ひずみゲージと、
   前記複数の第１ひずみゲージよりも径方向外側に配置され、第２ブリッジ回路を構成する複数の第２ひずみゲージと、
   を含む、機械部品。
6. 請求項５に記載の機械部品であって、
   前記複数の第１ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の面積が互いに等しく、
   前記複数の第２ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の面積が互いに等しい、機械部品。
7. 請求項５に記載の機械部品であって、
   前記複数の第１ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の周方向の位置と、前記複数の第２ひずみゲージにおける前記複数の隙間領域の周方向の位置と、が異なる、機械部品。
8. 請求項１または請求項２に記載の機械部品を備えた動力伝達装置であって、
   内歯歯車と、
   前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、
   前記外歯歯車に周期的な撓みを発生させる波動発生器と、
   を備え、
   前記内歯歯車および前記外歯歯車のいずれか一方が、前記機械部品である、動力伝達装置。
9. 請求項８に記載の動力伝達装置を備えた、ロボット。

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