JP6677934B2 - トルクセンサ、アクチュエータ、ロボット - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、トルクセンサ、アクチュエータ及びロボットに関する。
リニアエンコーダ式のトルクセンサでは、Z軸周りのトルク以外の外乱によってスケールと検出ヘッドとの間の相対距離や平行度が変動した場合、検出誤差を生じる可能性がある。
このような検出誤差を低減するために、例えば特許文献1に記載のトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、第1の部材と、第1の部材と相対的な回転関係にある第2の部材と、第1の部材と第2の部材とを連結する連結部材と、第1の部材に設けられたスケールと、第2の部材に設けられ、スケールから位置情報を検出する検出ヘッドと、スケールと検出ヘッドを連結し、スケールに対する検出ヘッドの所定の方向への変位を許容しつつそれ以外の方向への変位を拘束する第1の連結部と、第1の部材とスケール又は第2の部材と検出ヘッドとを連結し、第1の部材に対するスケール、又は、第2の部材に対する検出ヘッドの所定の方向への変位を拘束しつつそれ以外の方向への変位を許容する第2の連結部とを有する。
上記の従来技術では、第1の連結部や第2の連結部といった部品が追加されるため、部品点数の増大による生産性の低下やコストの増大を招く可能性がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ検出精度を向上できるトルクセンサ、アクチュエータ及びロボットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、第1の部材及び第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材とを、トルクの大きさに応じた量だけ第1軸心周りに相対的に回転可能に連結すると共に、前記トルク以外の力により前記第1軸心に垂直な第2軸心周りに相対的に回転可能に連結する連結部材と、前記第1の部材に配置されたスケールと、前記第2の部材に配置され、前記第2軸心上の位置から前記スケールに光を出射する発光部と、前記第2の部材に配置され、前記発光部から出射されて前記スケールで反射された光を受光する受光部と、を有するトルクセンサが適用される。
また、本発明の別の観点によれば、モータと、前記モータの第1出力軸に連結された減速機と、前記減速機の第2出力軸に前記第1の部材又は前記第2の部材が連結された、上記トルクセンサと、を有するアクチュエータが適用される。
また、本発明の別の観点によれば、上記アクチュエータを関節部に備えるロボットが適用される。
また、本発明の別の観点によれば、第1の部材及び第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材とを、トルクの大きさに応じた量だけ第1軸心周りに相対的に回転可能に連結すると共に、前記トルク以外の力により前記第1軸心に垂直な第2軸心周りに相対的に回転可能に連結する連結部材と、前記第1の部材に配置されたスケールと、前記第2の部材に配置され、前記スケールに光を出射する発光部と、前記第2の部材に配置され、前記発光部から出射されて前記スケールで反射された光を受光する受光部と、前記第1軸心方向における前記第2軸心の高さと前記発光部の高さとを一致させる手段と、を有するトルクセンサが適用される。
本発明によれば、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ検出精度を向上できるトルクセンサ、アクチュエータ及びロボットを提供できる。
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
<1.トルクセンサの全体構成>
まず、図1及び図2を参照しつつ、本実施形態に係るトルクセンサ1の全体構成の一例について説明する。
まず、図1及び図2を参照しつつ、本実施形態に係るトルクセンサ1の全体構成の一例について説明する。
図1及び図2に示すように、トルクセンサ1は、円環部材2と、円環部材3と、円環部材2と円環部材3を連結する連結部材4と、円環部材2に配置されたスケール5と、円環部材3に配置された基板10を有する。
円環部材2(第1の部材の一例)と円環部材3(第2の部材の一例)は、共に円環状の部材であり、Z軸を中心とする同心円状に配置されている。Z軸を中心とする径方向において、円環部材2が外側、円環部材3が内側に配置されている。
連結部材4は、Z軸周りの周方向に等間隔で複数本(この例では60°間隔で6本)配置されており、各連結部材4は径方向に沿って延設されている。各連結部材4は、円環部材2の内周面と円環部材3の外周面とを連結している。連結部材4は、円環部材2と円環部材3とを、トルクセンサ1の検出対象となるトルク(Z軸周りの回転モーメントMz)の大きさに応じた量だけZ軸(第1軸心の一例)周りに微小な量だけ相対的に回転可能に連結する。また連結部材4は、円環部材2と円環部材3とを、上記トルク以外の外乱の力によりZ軸に垂直な方向の軸周りに微小な量だけ相対的に回転可能となるように連結する。本明細書では、上記Z軸に垂直な方向の軸のうち、後述する発光部17aや受光部16の中心位置を通る方向の軸をX軸(第2軸心の一例)と、当該X軸に垂直な方向の軸をY軸と定義する。
なお、連結部材4の数や配置は、円環部材2と円環部材3とを所定の剛性を有するように連結可能であれば、上記以外の数や配置としてもよい。
また以下では、トルクセンサ1の構造の説明の便宜上、上下等の方向を以下のように定め、適宜使用する。図1において、Z軸正の方向(図1における紙面手前方向)を「上」とし、Z軸負の方向(図1における紙面奥方向)を「下」とする。但し、当該方向はトルクセンサ1の設置態様によって変動するものであり、トルクセンサ1の各構成の位置関係を限定するものではない。また、本明細書において「高さ」や「高さ位置」という場合、Z軸方向における高さや高さ位置を指すものとする。
図2に示すように、スケール5は、例えば長方形状のスケール板15上に、X軸に垂直な方向に沿って直線状にスケールが配列されたリニアスケールである。スケール板15は、スケール5の配列方向の両端に2つの貫通穴15aを有する。これら貫通穴15aは、円環部材2に設けられた突起13の2つのネジ穴13aにそれぞれ対応している。スケール板15は、スケール5の配列方向がX軸に垂直な方向となる姿勢で、円環部材2の突起13上に載置される。そして、貫通穴15aに挿通された図示しないネジが突起13のネジ穴13aにねじ込まれることで、スケール板15が突起13に固定される。なお、スケール5は、上記リニアスケールに代えて、Z軸周りの周方向に沿ってスケールが配列されたロータリースケールとしてもよい。また、スケール板15をネジではなく、例えば接着剤により突起13に固定してもよい。
基板10は、例えば長方形状の基板であり、X軸方向に沿って円環部材3の内周部から円環部材2の外周部に亘って配置されている。基板10は、先端部の下側の面のスケール5に対向する位置に、光源17と受光部16とを備えた光学モジュール6を有する。また基板10は、光学モジュール6が設けられた先端部とは反対側の基端部側に、4つの貫通穴10aを有する。これら貫通穴10aは、円環部材3に設けられた4つの突起12のネジ穴12aにそれぞれ対応している。基板10は、光学モジュール6がスケール5と対向する姿勢で、基端部側が円環部材3の4つの突起12上に載置される。そして、貫通穴10aに挿通された図示しないネジが突起12のネジ穴12aにねじ込まれることで、基板10が突起12に固定される。
図2に示すように、円環部材2及び円環部材3の上側の面には、X軸方向に沿って円環部材3の内周部から円環部材2の外周部に亘って、断面形状が略矩形状である凹状溝7が設けられている。凹状溝7のY軸方向の幅寸法Wgは、基板10のY軸方向の寸法Wsよりも若干大きい。凹状溝7のうち、円環部材3における凹状溝部7aの四隅には、上述の4つの突起12が設けられている。また、凹状溝7のうち、円環部材2における凹状溝部7bの外周側には、上述の突起13が設けられている。
なお、突起12の数や配置、形状は、基板10を円環部材3に精度良い位置及び高さに固定可能であれば、上記以外の数や配置、形状としてもよい。また、突起13の数や配置、形状についても、スケール5を円環部材2に精度良い位置及び高さに固定可能であれば、上記以外の数や配置、形状としてもよい。また、突起12や突起13は円環部材3,2と一体的に形成されてもよいし、別部品としてもよい。別部品とする場合には、突起12,13を円環部材3,2に対してネジや接着剤等で固定してもよい。
<2.光学モジュールの構成及び高さ位置>
次に、図3、図4A及び図4Bを参照しつつ、光学モジュール6の構成及び高さ位置の一例について説明する。なお、図3は基板10における光学モジュール6の取り付け箇所を下側から見た図であり、図4Aは円環部材3における基板10の取り付け箇所を径方向内側から見た図であり、図4Bは円環部材2におけるスケール5の取り付け箇所を径方向外側から見た図である。
次に、図3、図4A及び図4Bを参照しつつ、光学モジュール6の構成及び高さ位置の一例について説明する。なお、図3は基板10における光学モジュール6の取り付け箇所を下側から見た図であり、図4Aは円環部材3における基板10の取り付け箇所を径方向内側から見た図であり、図4Bは円環部材2におけるスケール5の取り付け箇所を径方向外側から見た図である。
図3に示すように、光学モジュール6は、光源17と、光源17をX軸方向に挟むように配置された2つの受光部16を有する。
光源17は発光部17aを有しており、発光部17aのZ軸周りの周方向の位置がX軸と一致するように配置されている。発光部17aは、X軸上の位置からスケール5に光を出射する。すなわち光源17は、発光部17aの高さ位置がX軸の高さ位置と一致するように配置されている。光源17としては、照射領域に光を照射可能な光源であれば特に限定されるものではないが、例えば、LED(Light Emitting Diode)が使用可能である。光源17は、特に光学レンズ等が配置されない点光源として構成され、発光部17aから拡散光を出射する。なお、「点光源」という場合、厳密な点である必要はなく、設計上や動作原理上、略点状の位置から拡散光が発せられるものとみなせる光源であれば、有限な出射面から光が発せられてもよい。また、「拡散光」は、点光源から全方位に向かって放たれる光に限定されず、有限の一定の方位に向かって拡散しつつ出射される光を含む。すなわち、ここでいう拡散光には、平行光よりも拡散性を有する光であれば含まれる。このように点光源を使用することにより、光源17は、対向した位置に配置されるスケール5にほぼ均等に光を照射することが可能である。また、光学素子による集光・拡散を行わないので、光学素子による誤差等が生じにくく、スケール5への光の直進性を高める事が可能である。
各受光部16は、X軸に垂直な方向に沿って等間隔に配列された複数個(この例では16個)の受光素子18を有する。すなわち複数の受光素子18は、インクリメンタルパターンを有するように形成されている。各受光部16は、X軸に垂直な方向における中心位置がX軸と一致するように配置されている。なお、受光部16を構成する受光素子18の数は上記以外でもよい。
光学モジュール6は、光源17の発光部17aからスケール5に光を照射し、スケール5で反射された光を受光部16の各受光素子18で受光する。これにより、光学モジュール6は、円環部材2と円環部材3の相対回転の回転量を検出し、当該回転量を制御部9(図1参照)に送信する。制御部9は、受信した回転量と連結部材4の弾性係数等とに基づいて、円環部材2と円環部材3との間に作用するトルクを算出する。なお、制御部9は、基板10に設けられてもよいし、トルクセンサ1の外部に設けられてもよい。
図4Aに示すように、上述の4つの突起12は、凹状溝部7aに所定の高さとなるように形成されている。基板10の高さ位置は、凹状溝部7aの深さHgaと突起12の高さHsaにより規定(決定、設定)される。本実施形態では、図4Bに示すように、基板10の下面に設けられた光学モジュール6の光源17の発光部17aがX軸上に位置する(つまり発光部17aの高さ位置がX軸の高さ位置と一致する)ように、基板10の高さ位置が規定(決定、設定)されている。したがって、突起12は、発光部17aがX軸上に位置するように基板10の円環部材3に対する高さを規定(決定、設定)する第1高さ規定部材として機能する。
なお、光源17の発光部17aと受光部16の受光面18aが同じ高さにある場合、上記構成により、受光部16の受光面18aはX軸上に位置することとなる。また、図4Bに示すように、光源17の発光部17aが受光面18aから突出する場合でも、その突出量が微小である場合には、上記構成により、受光部16の受光面18aも実質的にX軸上に位置することとなる。
図4Bに示すように、上述の突起13は、凹状溝部7bに所定の高さとなるように形成されている。スケール5の高さ位置は、凹状溝部7bの深さHgbと突起13の高さHsbにより規定(決定、設定)される。本実施形態では、図4Bに示すように、発光部17aがX軸上に位置する光学モジュール6の受光部16の受光面18aとスケール5との間隔Gが光学モジュール6の仕様や性能等に応じた所定の寸法となるように、スケール5の高さ位置が規定(決定、設定)されている。したがって、突起13は、受光部16の受光面18aとの間隔が所定の寸法となるようにスケール5の円環部材2に対する高さを規定(決定、設定)する第2高さ規定部材として機能する。
<3.外乱の力による光学モジュールとスケールとの相対回転の挙動>
次に、図5乃至図7を参照しつつ、外乱の力による光学モジュール6とスケール5との相対回転の挙動の一例について説明する。前述のように、円環部材2と円環部材3との間には、検出対象であるトルク(Z軸周りの回転モーメントMz)によるZ軸周りの回転以外にも、トルク以外の外乱の力によりX軸及びY軸周りの回転が生じる場合がある。
次に、図5乃至図7を参照しつつ、外乱の力による光学モジュール6とスケール5との相対回転の挙動の一例について説明する。前述のように、円環部材2と円環部材3との間には、検出対象であるトルク(Z軸周りの回転モーメントMz)によるZ軸周りの回転以外にも、トルク以外の外乱の力によりX軸及びY軸周りの回転が生じる場合がある。
外乱の力により円環部材2と円環部材3との間にY軸周りの相対回転が生じると、スケール5と受光面18aとの間隔Gが変動することとなるが、スケール5と受光面18aとは平行な位置関係を維持し、Z軸周りの回転方向の相対位置変化(回転量)は0もしくは非常に小さい。このため、トルクの検出精度への影響は無視できる。
一方、図5に示すように、外乱の力により円環部材2と円環部材3との間にX軸周りの相対回転が生じると、スケール5と受光部16の受光面18aとの相対回転により、スケール5と受光面18aとが傾斜し、トルクの検出誤差が生じる可能性がある。この詳細について、以下に比較例を用いて説明する。なお、実際には円環部材2と円環部材3のX軸周りの回転量は微小であるが、上記図5では、理解を容易とするためにX軸周りの回転量を誇張して示している。
図6は、比較例における外乱による光学モジュール6とスケール5の相対回転の挙動を表す説明図である。この比較例は、相対回転の回転中心であるX軸の高さ位置が発光部17aの高さ位置と一致していない例であり、図6に示す例ではスケール5と一致している。この場合には、受光面18aに対するスケール5の相対的な傾斜により、受光部16における所定の受光位置(例えば受光部16のX軸に垂直な方向における中心位置PDc)と当該受光位置に受光される光に対応するスケール位置との間の対応関係に変動が生じる。例えば図6に示すように、受光部16の中心位置PDcに受光される光が、相対回転が生じる前のスケール5(実線で図示)では回転量0のスケール位置SKoからの反射光であるのに対し、相対回転が生じた後のスケール5(波線で図示)では所定の回転量だけずれたスケールSK1からの反射光となる。このため、比較例においては、円環部材2と円環部材3との間にX軸周りの相対回転が生じると、トルクの検出誤差が生じる。
図7は、本実施形態における外乱による光学モジュール6とスケール5の相対回転の挙動を表す説明図である。本実施形態の場合には、相対回転の回転中心であるX軸の高さ位置が発光部17aの高さ位置と一致している。このため、光学モジュール6とスケール5が相対回転する際、スケール5はX軸を中心とする円弧C上をスケール5の表面が円弧Cの接線方向となる姿勢で移動する。これにより、受光部16における所定の受光位置(例えば受光部16のX軸に垂直な方向における中心位置PDc)と当該受光位置に受光される光に対応するスケール位置との間の対応関係に変動が生じないようにすることができる。例えば図7に示すように、受光部16の中心位置PDcに受光される光が、相対回転が生じる前のスケール5(実線で図示)では回転量0のスケール位置SKoからの反射光であるのに対し、相対回転が生じた後のスケール5(波線で図示)でも同様にスケール位置SKoからの反射光となる。このため、本実施形態においては、円環部材2と円環部材3との間にX軸周りの相対回転が生じた場合でも、トルクの検出誤差が生じるのを抑制できる。
なお、外乱により、円環部材2と円環部材3との間にX軸周り及びY軸周り以外の相対回転が生じた場合でも、上述したようにY軸周りの成分についてはトルクの検出精度への影響は無視でき、X軸周りの成分については上記構成により検出誤差を抑制できる。したがって、トルクセンサ1は、XY軸平面におけるどの方向の軸周りに相対回転が生じた場合でも、検出誤差を抑制できる。
以上において、突起12及び突起13は、第1軸心方向における第2軸心の高さと発光部の高さとを一致させる手段の一例に相当する。
<4.実施形態の効果>
以上説明したように、本実施形態のトルクセンサ1は、円環部材2及び円環部材3と、円環部材2及び円環部材3とを、トルクの大きさに応じた量だけZ軸周りに相対的に回転可能に連結すると共に、トルク以外の外乱等の力によりZ軸に垂直なX軸周りに相対的に回転可能に連結する連結部材4と、円環部材2に配置されたスケール5と、円環部材3に配置され、X軸上の位置からスケール5に光を出射する発光部17aと、円環部材3に配置され、発光部17aから出射されてスケール5で反射された光を受光する受光部16とを有する。
以上説明したように、本実施形態のトルクセンサ1は、円環部材2及び円環部材3と、円環部材2及び円環部材3とを、トルクの大きさに応じた量だけZ軸周りに相対的に回転可能に連結すると共に、トルク以外の外乱等の力によりZ軸に垂直なX軸周りに相対的に回転可能に連結する連結部材4と、円環部材2に配置されたスケール5と、円環部材3に配置され、X軸上の位置からスケール5に光を出射する発光部17aと、円環部材3に配置され、発光部17aから出射されてスケール5で反射された光を受光する受光部16とを有する。
発光部17aがX軸上に位置することにより、上述したように、円環部材2と円環部材3との間にX軸周りの回転が生じた場合であっても、受光面18aにおける所定の受光位置(例えば中心位置PDc)と当該受光位置に受光される光に対応するスケール位置との間の対応関係に変動が生じないようにすることができる。しかも、検出誤差を抑制するために、例えば光学モジュール6やスケール5の移動を規制する部品等の別部品を設ける必要がない。したがって、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ検出精度を向上することができる。
また、本実施形態では特に、円環部材3に配置され、発光部17aが配置された基板10と、発光部17aがX軸上に位置するように、Z軸方向における基板10の円環部材3に対する高さを規定する突起12と有する。
これにより、例えば突起12の寸法精度(加工精度)を向上することによって、発光部17aのX軸に対する位置精度をより向上することができる。
また、本実施形態では特に、円環部材2に配置され、受光部16との間隔が所定の寸法となるように、Z軸方向におけるスケール5の円環部材2に対する高さを規定する突起13を有する。これにより、次の効果を奏する。
すなわち、スケール5と受光部16の受光面18aとの間隔Gは、光学モジュール6の性能や仕様等に応じた所定の値に固定的に設定される。したがって、トルクの検出精度を向上するためには、発光部17aの高さと共に、スケール5の高さについても精度良く規定するのが好ましい。
本実施形態によれば、例えば突起13の寸法精度(加工精度)を向上することによって、スケール5の位置精度を向上できる。その結果、間隔Gの寸法精度を確保できるので、トルクの検出精度を向上することができる。
また、本実施形態では特に、円環部材3は、Z軸を中心とする径方向において円環状の円環部材2の内側に配置された円環状の部材であり、連結部材4は、径方向に延設され、円環部材2の内周面と円環部材3の外周面とを連結する。
これにより、円環部材2と円環部材3とを径方向において外側及び内側に配置できるので、トルクセンサ1のZ軸方向の厚みを小さくでき、小型化できる。
<5.変形例>
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
(5−1.X軸に垂直な方向に光源を挟むように受光部を配置する場合)
上記実施形態では、光学モジュール6において、光源17をX軸方向に挟むように2つの受光部16を配置したが、光源17をX軸に垂直な方向に挟むように2つの受光部を配置してもよい。本変形例の光学モジュール6Aの構成の一例を図8に示す。
上記実施形態では、光学モジュール6において、光源17をX軸方向に挟むように2つの受光部16を配置したが、光源17をX軸に垂直な方向に挟むように2つの受光部を配置してもよい。本変形例の光学モジュール6Aの構成の一例を図8に示す。
図8に示すように、光学モジュール6Aでは、2つの受光部16Aが光源17をX軸に垂直な方向に挟むように配置されている。各受光部16Aは、X軸に垂直な方向に沿って等間隔に配列された複数個(この例では8個)の受光素子18を有する。複数の受光素子18は、インクリメンタルパターンを有するように形成されている。2つの受光部16Aは、それらの中間位置(光源17の発光部17aの位置)がX軸と一致するように配置されている。光源17は、発光部17aの高さ位置がX軸の高さ位置と一致するように配置されている。なお、受光部16Aを構成する受光素子18の数は上記以外でもよい。本変形例における上記以外の構成は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本変形例の光学モジュール6Aでも、発光部17aがX軸上に位置するので、円環部材2と円環部材3との間にX軸周りの相対回転が生じても、トルクの検出誤差が生じるのを抑制することができる。
(5−2.スケール及び基板を周方向に180°離れた位置に2組配置した場合)
上記実施形態では、スケール5及び基板10をX軸方向に沿った一方側の位置に1組のみ配置したが、スケール5及び基板10をX軸方向に沿った一方側と他方側に2組配置してもよい。本変形例のトルクセンサ1Aの構成の一例を図9に示す。
上記実施形態では、スケール5及び基板10をX軸方向に沿った一方側の位置に1組のみ配置したが、スケール5及び基板10をX軸方向に沿った一方側と他方側に2組配置してもよい。本変形例のトルクセンサ1Aの構成の一例を図9に示す。
図9に示すように、トルクセンサ1Aは、円環部材2に設けられたスケール5と円環部材3に設けられた基板10の組が、X軸の正の方向及び負の方向にそれぞれ沿った一方側と他方側の位置(Z軸周りの周方向において180°離れた位置)に1組ずつ、計2組が配置されている。いずれの基板10も上記実施形態と同様の構成であり、光学モジュール6において光源17の発光部17aがX軸(正の方向及び負の方向)上に位置するように構成されている。
各基板10の光学モジュール6は、円環部材2と円環部材3の相対回転の回転量を検出し、当該回転量を制御部9にそれぞれ送信する。本変形例における上記以外の構成は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本変形例のトルクセンサ1Aでは、2組のスケール5及び基板10のそれぞれにおいて、発光部17aをX軸上に位置させることができる。したがって、制御部9に対応する回路(切替回路等)を設けておくことにより、一方の組のスケール5又は光学モジュール6に不具合が生じた場合でも、他方の組に切り替えてセンサ機能を維持することができる。その結果、トルクセンサの二重化(冗長化)が可能となる。
(5−3.その他)
上記実施形態では、外側の円環部材2にスケール5を設置し、内側の円環部材3に基板10(発光部17a、受光部16)を設置した場合について説明したが、反対に、内側の円環部材3にスケール5を設置し、外側の円環部材2に基板10(発光部17a、受光部16)を設置してもよい。
上記実施形態では、外側の円環部材2にスケール5を設置し、内側の円環部材3に基板10(発光部17a、受光部16)を設置した場合について説明したが、反対に、内側の円環部材3にスケール5を設置し、外側の円環部材2に基板10(発光部17a、受光部16)を設置してもよい。
また上記実施形態では、連結部材4で連結される部材を円環状の部材としたが、これに限定されるものではなく、例えば円板状の部材としてもよい。この場合、2つの円板部材がZ軸方向に隣接配置され、それらをZ軸上に配置された柱状の連結部材で連結した構成としてもよい。
<6.トルクセンサの適用例>
次に、図10を参照しつつ、上記実施形態や変形例等に係るトルクセンサ1,1Aの適用例について説明する。
次に、図10を参照しつつ、上記実施形態や変形例等に係るトルクセンサ1,1Aの適用例について説明する。
以上説明したトルクセンサ1,1Aは、例えばロボットの関節部に設けられるアクチュエータに適用することが可能である。アクチュエータの構成の一例を図10に示す。
図10に示すように、アクチュエータ20は、モータ21と、モータ21の出力軸21a(第1出力軸の一例)に連結された減速機22と、減速機22の出力軸22a(第2出力軸の一例)に上述した円環部材2又は円環部材3が連結されたトルクセンサ1,1Aとを備える。なお、減速機22を設けずに、モータ21の出力軸21aを直接トルクセンサ1,1Aの円環部材2又は円環部材3に連結してもよい。アクチュエータ20は、トルクセンサ1の円環部材2又は円環部材3のうち、減速機22の出力軸22aに連結されていない方の円環部材を出力軸20aとし、例えばロボット24の可動部等の駆動対象23に連結し、駆動対象23を駆動する。ロボット24は、少なくとも1つのアクチュエータ20を関節部に備える。
以上のように構成したアクチュエータ20によれば、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつトルクの検出精度を向上させたアクチュエータを実現できる。また、アクチュエータ20を関節部に備えたロボット24によれば、生産性の低下やコストの増大を抑制しつつ関節部におけるトルクの検出精度を向上させたロボットを実現できる。また、関節部のトルクの検出精度の向上により、トルク制御の精度や、外部の物体との接触等の検出精度を向上できるので、例えば人間と共存するロボット等への適用が期待できる。
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「同じ」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
1 トルクセンサ
1A トルクセンサ
2 円環部材(第1の部材の一例)
3 円環部材(第2の部材の一例)
4 連結部材
5 スケール
10 基板
12 突起(第1高さ規定部材の一例)
13 突起(第2高さ規定部材の一例)
16 受光部
16A 受光部
18a 受光面
20 アクチュエータ
21 モータ
21a 出力軸(第1出力軸の一例)
22 減速機
22a 出力軸(第2出力軸の一例)
24 ロボット
X X軸(第2軸心の一例)
Z Z軸(第1軸心の一例)
1A トルクセンサ
2 円環部材(第1の部材の一例)
3 円環部材(第2の部材の一例)
4 連結部材
5 スケール
10 基板
12 突起(第1高さ規定部材の一例)
13 突起(第2高さ規定部材の一例)
16 受光部
16A 受光部
18a 受光面
20 アクチュエータ
21 モータ
21a 出力軸(第1出力軸の一例)
22 減速機
22a 出力軸(第2出力軸の一例)
24 ロボット
X X軸(第2軸心の一例)
Z Z軸(第1軸心の一例)
Claims (7)
- 第1の部材及び第2の部材と、
前記第1の部材と前記第2の部材とを、トルクの大きさに応じた量だけ第1軸心周りに相対的に回転可能に連結すると共に、前記トルク以外の力により前記第1軸心に垂直な第2軸心周りに相対的に回転可能に連結する連結部材と、
前記第1の部材に配置されたスケールと、
前記第2の部材に配置され、前記第2軸心上の位置から前記スケールに光を出射する発光部と、
前記第2の部材に配置され、前記発光部から出射されて前記スケールで反射された光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするトルクセンサ。 - 前記第2の部材に配置され、前記発光部が配置された基板と、
前記発光部が前記第2軸心上に位置するように、前記第1軸心方向における前記基板の前記第2の部材に対する高さを規定する第1高さ規定部材と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 - 前記第1の部材に配置され、前記受光部との間隔が所定の寸法となるように、前記第1軸心方向における前記スケールの前記第1の部材に対する高さを規定する第2高さ規定部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のトルクセンサ。 - 前記スケール、前記発光部及び前記受光部は、
前記第1軸心周りの周方向において180°離れた位置に2組配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルクセンサ。 - 前記第2の部材は、
前記第1軸心を中心とする径方向において円環状の前記第1の部材の内側に配置された円環状の部材であり、
前記連結部材は、
前記径方向に延設され、前記第1の部材の内周面と前記第2の部材の外周面とを連結する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のトルクセンサ。 - モータと、
前記モータの第1出力軸に連結された減速機と、
前記減速機の第2出力軸に前記第1の部材又は前記第2の部材が連結された、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のトルクセンサと、
を有することを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項6に記載のアクチュエータを関節部に備える
ことを特徴とするロボット。
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