JP7027838B2 - 駆動装置およびロボット - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置およびロボットに関する。

従来、モータおよび駆動伝達系を一体化した駆動装置が知られており、このような駆動装置は、例えば、ロボットの関節等を動作させるために使用される。また、このような駆動装置において、当該駆動装置と駆動対象との間で物理的な位置決めを行うことができるようにした技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

ところで、従来、駆動装置単体では、モータの回転を出力する出力軸の実際の回転角度と、その出力軸の回転角度を制御する制御系との間で、原点位置の位置合わせを行うことができなかった。一般的には、駆動装置が駆動対象に取り付けられた状態で、駆動対象の動作角度と、その動作角度を制御する制御系との間で、原点位置の位置合わせを行う方式が用いられているからである。したがって、従来、駆動対象から駆動装置を脱着する毎に、駆動対象の動作角度と、その動作角度を制御する制御系との間で、原点位置の位置合わせを行う必要があった。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、駆動対象から脱着した際の、駆動対象との間の原点位置の位置合わせを不要とすることが可能な駆動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の駆動装置は、モータからの回転力を出力することによって駆動対象を回転駆動する駆動装置であって、前記モータと、前記モータの回転を出力する出力軸と、前記出力軸の回転角度を検出する絶対角度エンコーダと、前記駆動対象と係合することにより、前記駆動装置を前記駆動対象に位置決めする第１の係合部と、前記出力軸の先端に設けられ、前記駆動対象と係合することにより、前記駆動装置を前記駆動対象に位置決めするとともに、前記出力軸の軸中心を前記駆動対象に位置決めする第２の係合部と、前記駆動対象と係合することにより、前記駆動対象に対する前記出力軸の回転角度の位置決めを行うことが可能な第３の係合部とを備える。

本発明によれば、駆動対象から脱着した際の、駆動対象との間の原点位置の位置合わせを不要とすることが可能な駆動装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る駆動装置の外観を示す図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置における駆動伝達系の構成を模式的に示す図である。 図１に示す駆動装置のＡ－Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置が備えるメモリに記憶される誤差値の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る駆動制御システムによる出力フランジの回転角度を補正するための構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る測定装置が備える、フランジ固定部の表面形状を示す図である。 一般的な磁気式の絶対角度エンコーダにおける、角度値の誤差を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る駆動装置が備えるメモリに記憶される角度毎の誤差値の一例を示す図である。 図１に示す駆動装置（変形例）のＡ－Ａ断面図である。 本発明の実施例に係るロボットの一部概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置に用いられ得る磁気式の絶対角度エンコーダを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置に用いられ得る光学式の絶対角度エンコーダを説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

（駆動装置１００の構成）
まず、図１～図３を参照して、駆動装置１００の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００の外観を示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００における駆動伝達系の構成を模式的に示す図である。図３は、図１に示す駆動装置１００のＡ－Ａ断面図である。なお、以下の説明では、便宜上、図中Ｘ軸方向（各回転軸の軸方向）を上下方向としているが、駆動装置１００の取り付け方向や駆動対象の動作等によって、必ずしも図中Ｘ軸方向が上下方向になるとは限らない。

本実施形態の駆動装置１００は、モータ１０１の回転を複数段のギヤによって減速し、出力軸１０６から出力する装置である。本実施形態では、モータ１０１にＤＣブラシレスモータを用いているが、本発明は、ＤＣモータであっても転用可能である。

図１～図３に示すように、駆動装置１００は、モータ１０１、第１ピニオン軸１０２、第１ギヤ１０３、第２ピニオン軸１０４、第２ギヤ１０５、出力軸１０６、出力ギヤ１０７、出力フランジ１０８、ハウジング１２０、ブレーキ機構１３０、および制御基板１４０を備えている。このうち、第１ピニオン軸１０２、第１ギヤ１０３、第２ピニオン軸１０４、第２ギヤ１０５、出力軸１０６、および出力ギヤ１０７は、特許請求の範囲に記載の「駆動伝達系」を構成する。

図２および図３に示すように、駆動装置１００は、ハウジング１２０内において、４つの回転軸（モータ１０１が有する駆動軸１０１Ａ、第１ピニオン軸１０２、第２ピニオン軸１０４、出力軸１０６）が、いずれも上下方向（図中Ｚ軸方向）を軸方向として、互いに並行かつ同一直線上に並べて設けられている。駆動軸１０１Ａは、モータ１０１が有する回転軸であり、ハウジング１２０の底面に取り付けられたモータ１０１から、ハウジング１２０の内部へと挿入されている。第１ピニオン軸１０２、第２ピニオン軸１０４、および出力軸１０６の各々は、ハウジング１２０内に固設された上下一対のベアリング１０９によって、両端が回転自在に支持されている。これにより、各回転軸間は、所定の距離精度が保たれている。

また、ハウジング１２０内において、３つのギヤ（第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、および出力ギヤ１０７）が配置されている。

第１ギヤ１０３は、第１ピニオン軸１０２に圧入されており、第１ピニオン軸１０２に対して空転することなく、第１ピニオン軸１０２と等速で回転する。第１ギヤ１０３は、モータ１０１の駆動軸１０１Ａに形成されているギヤ（本実施形態では、はすば歯車を用いているが、平歯車等を用いてもよい）と噛み合うことにより、駆動軸１０１Ａからの回転力が伝わって回転する。

第２ギヤ１０５は、第２ピニオン軸１０４に圧入されており、第２ピニオン軸１０４に対して空転することなく、第２ピニオン軸１０４と等速で回転する。第２ギヤ１０５は、第１ピニオン軸１０２に形成されているギヤと噛み合うことにより、第１ピニオン軸１０２からの回転力が伝わって回転する。

出力ギヤ１０７は、出力軸１０６に圧入されており、出力軸１０６に対して空転することなく、出力軸１０６と等速で回転する。出力ギヤ１０７は、第２ピニオン軸１０４に形成されているギヤと噛み合うことにより、第２ピニオン軸１０４からの回転力が伝わって回転する。

出力軸１０６は、その上部がハウジング１２０の上面から突出しており、この突出部分には、円盤状の出力フランジ１０８が取り付けられている。出力フランジ１０８は、出力軸１０６とともに回転する。出力フランジ１０８は、駆動装置１００から出力される回転力を、当該回転力を利用する装置に伝えるための部材である。出力軸１０６の先端は、「第２の係合部」の一例であり、当該先端が駆動対象に係合することにより、駆動対象に対する出力軸１０６および出力フランジ１０８の軸中心の位置決めを物理的に行うことができるようになっている。

出力フランジ１０８の回転速度は、モータ１０１の回転速度に対し、３つのギヤ（第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、および出力ギヤ１０７）によって減速されたものとなる。したがって、これら３つのギヤの歯数を調整して、減速比を調整することにより、出力フランジ１０８の回転速度を、所望の回転速度まで減速させることができる。なお、図１および図３に示す例では、各ギヤが前段の回転軸と噛み合う構成を採用している関係上、第１ギヤ１０３よりも第２ギヤ１０５の直径を大きくしており、第２ギヤ１０５よりも出力ギヤ１０７の直径を大きくしている。各ギヤの厚みも、入力側よりも出力側を大きくしており、これにより、各ギヤのギヤは、増大したトルクに十分に耐えられるようになっている。

出力フランジ１０８の回転力は、当該回転力を利用する装置に伝えられる。例えば、出力フランジ１０８の回転力を、ロボットアームの回転に使用する場合、出力フランジ１０８を、ロボットアームの関節の回転軸と接続することで、ロボットアームを回転させることが可能となる。この際、出力フランジ１０８の表面から突出したピン１０８Ａを、ロボットアームの関節の回転軸にはめ込むことで、当該回転軸の位置合わせおよび滑り止めが可能となる。すなわち、ピン１０８Ａは、「第３の係合部」の一例であり、当該ピン１０８Ａが駆動対象に係合することにより、駆動対象に対する出力軸１０６および出力フランジ１０８の回転角度の位置決めを物理的に行うことができるようになっている。

ブレーキ機構１３０は、駆動伝達系（駆動軸１０１Ａ、第１ピニオン軸１０２、第２ピニオン軸１０４、および出力軸１０６）の回転を制動する。本実施形態の駆動装置１００は、複数のギヤを用いて駆動伝達系を構成しているため、モータ１０１の回転力を出力軸１０６に伝達する際の伝達効率が比較的高く（約９０％）、一方で、出力軸１０６の回転力も、モータ１０１に伝わり易いという特性を有している。このため、例えば、本実施形態の駆動装置１００を、ロボットアームに取り付けた場合において、モータ１０１の駆動を停止して、モータ１０１が回転軸の回転を保持していない状態にすると、ロボットアーム自体の自重が、モーメントとして出力軸１０６に伝達される。この場合、モータ１０１が回転軸の回転を保持していないため、そのモーメントにより、ロボットアームは、重力とバランスが取れる釣り合う位置まで、自動的に降下することになる。そこで、本実施形態の駆動装置１００は、ブレーキ機構１３０により、駆動伝達系の回転を機械的に制動することにより、モータ１０１が回転軸の回転を保持していない状態であっても、ロボットアームが自動的に降下してしまうといった事態を回避可能としているのである。

制御基板１４０は、出力軸１０６の下端面（図中Ｚ軸負側の先端面）と対向する位置に設けられている。制御基板１４０は、絶対角度エンコーダ１４２と、メモリ１４４とを備える。絶対角度エンコーダ１４２は、出力軸１０６（出力フランジ１０８）の回転角度を検知する。本実施形態では、絶対角度エンコーダ１４２として、磁気式の絶対角度エンコーダを用いている。絶対角度エンコーダ１４２は、制御基板１４０において、制御基板１４０の出力軸１０６の下端面と対向する位置に設けられている。一方、出力軸１０６の下端面には、Ｎ極およびＳ極に磁化された円形の永久磁石１１０が埋め込まれている。この構成により、絶対角度エンコーダ１４２は、当該絶対角度エンコーダ１４２が有するホールＩＣによって、出力軸１０６の回転に伴う永久磁石１１０のＳ極とＮ極との切り替わりを検知することで、出力軸１０６（出力フランジ１０８）の回転角を検知することが可能である。

メモリ１４４は、「記憶部」の一例である。メモリ１４４は、出力軸１０６の回転角度に対する、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値の誤差を示す誤差値を記憶する。例えば、出力軸１０６の回転位置が所定の原点（すなわち、回転角度が０°）にある場合において、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値が「１５°」であるとき、メモリ１４４は、誤差値として「１５°」を記憶する。なお、メモリ１４４に記憶される誤差値の一例については、図４および図５を用いて後述する。また、メモリ１４４に誤差値を記憶させる方法の一例については、図７および図８を用いて後述する。

制御基板１４０は、各種配線および各種コネクタ等を介して、外部コントローラ２００（図３参照）と電気的に接続される。外部コントローラ２００は、モータ１０１の回転角度および回転速度を制御することにより、駆動装置１００による駆動対象（例えば、ロボットアーム）の回転動作における回転角度および回転速度を、所望の回転角度および回転速度に制御することができる。この際、外部コントローラ２００は、メモリ１４４に記憶されている誤差値を読み出し、当該誤差値を用いて、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値の誤差を補正することができる。例えば、メモリ１４４から読み出した誤差値が「１５°」であるとき、外部コントローラ２００は、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値から「１５°」を減算することによって得られた角度値を、出力軸１０６の実際の回転角度として認識することができる。

（メモリ１４４に記憶される誤差値）
次に、図４および図５を参照して、メモリ１４４に記憶される誤差値について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００の平面図である。図５は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００が備えるメモリ１４４に記憶される誤差値の一例を示す図である。

本実施形態の駆動装置１００では、出力軸１０６とともに出力フランジ１０８が連れ回るため、絶対角度エンコーダ１４２によって、出力軸１０６の回転角度を検出することにより、出力フランジ１０８の回転角度を検出することができる。また、出力フランジ１０８には、駆動対象（例えば、ロボットアーム）に嵌め込まれることにより、当該駆動対象に対する回転位置の位置合わせを行うためのピン１０８Ａが設けられており、このピン１０８Ａの回転角度を、出力フランジ１０８の回転角度とすることができる。

例えば、図４に示す例では、ピン１０８Ａが、所定の基準線ＣＬ上に位置しており、この状態を、出力フランジ１０８の回転角度が原点（すなわち、０°）にある状態とすることができる。本実施形態において、基準線ＣＬは、ハウジング１２０の上面に形成された２つの突起部１２１（「第１の係合部」の一例）の間の中心点１２１Ａと、出力軸１０６の中心点１０６Ａとを結ぶ直線である。

この状態において、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値は、「０°」であることが好ましい。しかしながら、図４に示す例では、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値が示す、仮想的なピン１０８Ａ'の回転位置（図中点線で示している）は、実際のピン１０８Ａの回転位置よりも、時計回りに１５°回転した位置となっている。すなわち、図４に示す例では、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値は、「１５°」であり、よって、出力フランジ１０８の実際の回転角度（すなわち、０°）に対する、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値の誤差θが、「１５°」となっている。

この場合、図５に示すように、メモリ１４４には、出力フランジ１０８の実際の回転角度に対する、絶対角度エンコーダ１４２が出力する角度値の誤差θを示す誤差値として、「１５°」が記憶されることとなる。

（出力フランジ１０８の回転角度を補正するための構成）
次に、図６を参照して、メモリ１４４に記憶された誤差値を用いた、出力フランジ１０８の回転角度を補正するための構成について説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る駆動制御システム１０による出力フランジ１０８の回転角度を補正するための構成を示す図である。

図６（ａ）は、出力フランジ１０８の回転角度を補正するための基本的な構成を示す図である。図６（ａ）に示す例では、駆動装置１００の制御基板１４０に、絶対角度エンコーダ１４２およびメモリ１４４を設けており、外部コントローラ２００に、補正部２０２および制御部２０４を設けている。本構成例では、絶対角度エンコーダ１４２から出力された角度値と、メモリ１４４に記憶された誤差値とが、外部コントローラ２００（補正部２０２）に入力される。これにより、外部コントローラ２００（補正部２０２）は、入力された誤差値を用いて、入力された角度値を補正することにより、出力フランジ１０８の実際の回転角度を算出することができる。例えば、入力された誤差値が「１５°」であり、且つ、入力された角度値が「４５°」であるとき、外部コントローラ２００（補正部２０２）は、「３０°」を、出力フランジ１０８の実際の回転角度として算出することができる。そして、外部コントローラ２００（制御部２０４）は、出力フランジ１０８の実際の回転角度を「３０°」と認識したうえで、モータ１０１の回転角度および回転速度を制御することにより、駆動対象（例えば、ロボットアーム）の回転角度および回転速度を制御することができる。

図６（ｂ）は、出力フランジ１０８の回転角度を補正するための構成の変形例を示す図である。図６（ｂ）に示す例では、駆動装置１００の制御基板１４０に、絶対角度エンコーダ１４２、メモリ１４４、および補正部１４６を設けており、外部コントローラ２００に、制御部２０４を設けている。本構成例では、制御基板１４０（補正部１４６）が、メモリ１４４に記憶された誤差値を用いて、絶対角度エンコーダ１４２から出力された角度値を補正する。そして、制御基板１４０（補正部１４６）による補正後の角度値が、外部コントローラ２００（制御部２０４）に入力される。例えば、メモリ１４４に記憶された誤差値が「１５°」であり、且つ、絶対角度エンコーダ１４２から出力された角度値が「４５°」であるとき、外部コントローラ２００（制御部２０４）には、「３０°」を、出力フランジ１０８の実際の回転角度として入力される。これにより、外部コントローラ２００（制御部２０４）は、出力フランジ１０８の実際の回転角度を「３０°」と認識したうえで、モータ１０１の回転角度および回転速度を制御することにより、駆動対象（例えば、ロボットアーム）の回転角度および回転速度を制御することができる。

なお、一旦メモリ１４４に誤差値が書き込まれると、当該メモリ１４４には、誤差値が不揮発的に記憶されるため、外部コントローラ２００は、必要に応じて（例えば、駆動装置１００が脱着される毎、外部コントローラ２００の電源が投入される毎等に）、繰り返し、メモリ１４４から誤差値を読み出して、その都度、角度値の補正を適切に行うことができる。また、メモリ１４４には、駆動装置１００固有の誤差値が記憶されるため、外部コントローラ２００は、接続される駆動装置１００が変更された場合であっても、変更後の駆動装置１００固有の誤差値を用いて、角度値の補正を適切に行うことができる。

図７は、本発明の一実施形態に係る測定装置３００の構成を示す図である。図８は、本発明の一実施形態に係る測定装置３００が備える、フランジ固定部３２１の表面形状を示す図である。

図７に示すように、測定装置３００は、支持機構３１０と、計測機構３２０と、情報処理装置３３０とを備えて構成されている。

支持機構３１０は、出力フランジ１０８の表面が、計測機構３２０が備えるフランジ固定部３２１の表面と対向するように、駆動装置１００を固定的に支持する。

計測機構３２０は、出力フランジ１０８の実際の回転角度を計測する。具体的には、計測機構３２０は、フランジ固定部３２１、軸部３２２、および高精度絶対角度エンコーダ３２３を備えている。

フランジ固定部３２１は、その表面が、出力フランジ１０８の表面に押し当てられることにより、出力フランジ１０８とともに回転する。図８に示すように、フランジ固定部３２１の表面の中心には、第１の開口部３２１Ａが形成されており、当該第１の開口部３２１Ａに出力軸１０６の先端が嵌め込まれることにより、フランジ固定部３２１が出力フランジ１０８と同軸上に位置決めされる。また、図８に示すように、フランジ固定部３２１の表面における所定の半径の円周上には、第２の開口部３２１Ｂが形成されており、当該第２の開口部３２１Ｂにピン１０８Ａが嵌め込まれることにより、出力フランジ１０８に対するフランジ固定部３２１の回転位置が位置決めされる。

軸部３２２は、フランジ固定部３２１と同軸上において、フランジ固定部３２１から後方に延在しており、フランジ固定部３２１とともに回転する部分である。

高精度絶対角度エンコーダ３２３は、軸部３２２の回転角度を、出力フランジ１０８の回転角度として検出する。そして、高精度絶対角度エンコーダ３２３は、検出された出力フランジ１０８の回転角度を示す角度値を、情報処理装置３３０へ出力する。高精度絶対角度エンコーダ３２３としては、比較的高精度な絶対角度エンコーダ（例えば、光学式絶対角度エンコーダ）が用いられる。高精度絶対角度エンコーダ３２３は、出力フランジ１０８の回転角度が原点（すなわち、０°）にあるときに、同じ角度値（すなわち、０°）が出力されるように、あらかじめ原点を設定されることが好ましい。

情報処理装置３３０は、高精度絶対角度エンコーダ３２３、絶対角度エンコーダ１４２、およびメモリ１４４に対し、電気的に接続されている。情報処理装置３３０は、高精度絶対角度エンコーダ３２３から出力された角度値と、絶対角度エンコーダ１４２から出力された角度値とに基づいて、出力フランジ１０８の実際の回転角度に対する、絶対角度エンコーダ１４２から出力された角度値の誤差θを算出し、当該誤差θを示す誤差値を、メモリ１４４に書き込む。情報処理装置３３０としては、例えば、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。

例えば、情報処理装置３３０は、高精度絶対角度エンコーダ３２３から出力された角度値が「０°」であり、絶対角度エンコーダ１４２から出力された角度値が「１５°」である場合、誤差θとして「１５°」を算出し、当該誤差θを示す誤差値を、メモリ１４４に書き込む。

（角度毎の補正機能）
図９は、一般的な磁気式の絶対角度エンコーダにおける、角度値の誤差を示すグラフである。図１０は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００が備えるメモリ１４４に記憶される角度毎の誤差値の一例を示す図である。

図９に示すグラフにおいて、横軸は、絶対角度エンコーダによる検出対象の実際の回転角度を示す。また、縦軸は、絶対角度エンコーダから出力される角度値を示す。また、実線は、絶対角度エンコーダから出力される角度値の実測値の一例を示す。また、点線は、絶対角度エンコーダから出力される角度値の理想値を示す。

一般的な磁気式の絶対角度エンコーダは、ホール素子を有するセンサＩＣと、ホール素子を反応させるための永久磁石とから構成される。このため、図９に示すように、一般的な磁気式の絶対角度エンコーダは、永久磁石の磁化状態、取り付け位置、取り付け角度等に起因する、角度毎の固有の誤差を含む場合がある。

本実施形態の駆動装置１００は、絶対角度エンコーダ１４２に、磁気式の絶対角度エンコーダを用いた場合、絶対角度エンコーダ１４２から出力される角度値に含まれる、角度毎に固有の誤差を補正することが可能である。

例えば、図７に示す測定装置３００を用いて、高精度絶対角度エンコーダ３２３よって検出される出力フランジ１０８の実際の回転角度毎（例えば、０°から３６０°まで、１°毎）に、絶対角度エンコーダ１４２から出力される角度値との誤差を算出する。この出力フランジ１０８の回転は、例えば、情報処理装置３３０の制御により、モータ１０１の回転を制御することにより、自動的に行うことが可能である。または、例えば、フランジ固定部３２１を回転させるための第２のモータを別途設け、情報処理装置３３０の制御により、当該第２のモータの回転を制御することにより、自動的に行うことが可能である。
そして、図１０に示すように、算出された誤差を示す誤差値を、出力フランジ１０８の実際の回転角度毎に、メモリ１４４（「第２の記憶部」の一例）に記憶させる。

これにより、制御基板１４０は、実際に駆動装置１００を使用する際、絶対角度エンコーダ１４２から角度値が出力される毎に、当該角度値とともに、当該角度値に対応する誤差値を、メモリ１４４から読み出して外部コントローラ２００の補正部２０２（または、補正部１４６）へ出力することができる。そして、外部コントローラ２００の補正部２０２（または、補正部１４６）は、入力された誤差値を用いて、入力された角度値を補正することにより、磁気式の絶対角度エンコーダにおける角度毎の固有の誤差を補正することができる。

（駆動装置１００の変形例）
図１１は、図１に示す駆動装置１００（変形例）のＡ－Ａ断面図である。図１１に示す例では、駆動装置１００の制御基板１４０に対し、絶対角度エンコーダ１４２の代わりに、絶対角度エンコーダ１４８を設けている。絶対角度エンコーダ１４８は、光学式の絶対角度エンコーダである。絶対角度エンコーダ１４８は、本体から突出した回転軸１４８Ａを有しており、当該回転軸１４８Ａの先端が、出力軸１０６の下端に嵌め込まれることにより、出力軸１０６とともに回転軸１４８Ａが回転し、出力軸１０６の回転角度を検知することができる。なお、図１１に示す例では、絶対角度エンコーダ１４８の本体は、制御基板１４０に固定されているが、これに限らず、例えば、絶対角度エンコーダ１４８の本体は、ハウジング１２０に固定されてもよい。

以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００は、駆動対象と係合することにより、当該駆動装置１００を駆動対象に位置決めする突起部１２１（第１の係合部）と、出力軸１０６の先端に設けられ、駆動対象と係合することにより、当該駆動装置１００を駆動対象に位置決めするとともに、出力軸１０６の軸中心１０６Ａを駆動対象に位置決めする第２の係合部とを備えている。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、駆動対象から脱着した際に、駆動対象の固定部（例えば、ロボットアームのアーム部を回動可能に支持する部分）に対する当該駆動装置１００本体（ハウジング１２０）の取り付け位置および取り付け角度を、容易に所定の位置および角度に合わせることができる。具体的には、駆動装置１００側に定義された所定の基準線ＣＬを、駆動対象の固定部に定義された所定の基準線に常に一致させた状態で、当該駆動装置１００本体を、駆動対象の固定部に取り付けることができる。これにより、駆動対象の固定部と駆動装置１００本体との間の、物理的な原点調整が不要となる。

また、本実施形態の駆動装置１００は、駆動対象と係合することにより、駆動対象に対する出力軸１０６の回転角度の位置決めを行うことが可能なピン１０８Ａ（第３の係合部）を備えている。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、駆動対象から脱着した際に、出力軸１０６の回転角度（原点）を、駆動対象の可動部（例えば、ロボットアームのアーム部）の所定の回転角度（原点）に、容易に位置合わせすることができる。これにより、駆動対象の可動部と出力軸１０６との間の、物理的な回転角度の原点調整が不要となる。特に、本構成により、単にフランジ１０８を駆動対象にネジ止めするだけの構成と比較して、より高精度に、駆動対象の可動部と出力軸１０６との間の、物理的な回転角度の位置合わせを行うことができる。

また、本実施形態の駆動装置１００は、出力軸１０６の回転角度を検出する絶対角度エンコーダ１４２，１４８を備えている。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、駆動対象等に取り付けることなく、当該駆動装置１００単体で、絶対角度エンコーダ１４２，１４８から出力される角度値の補正が可能となる。したがって、本実施形態の駆動装置１００は、駆動対象から脱着した際の、駆動対象との間の原点位置の位置合わせを不要とすることができる。

特に、本実施形態の駆動装置１００は、絶対角度エンコーダ１４２，１４８の原点（出力軸１０６の回転角度に対する、絶対角度エンコーダ１４２，１４８が出力する角度値の誤差を示す誤差値）を、メモリ１４４（記憶部）に記憶させるようにしている。これにより、例えば、本実施形態の駆動装置１００は、必要に応じて（例えば、駆動装置１００が脱着される毎、外部コントローラ２００の電源が投入される毎等に）、繰り返し、メモリ１４４から誤差値を読み出して、その都度、角度値の補正を適切に行うことができる。

（実施例）
図１２は、本発明の実施例に係るロボット７００の一部概略構成を示す図である。図１２にその一部（ロボットアームの関節部分）を示すロボット７００は、産業用ロボット、家庭用ロボット等、ロボットアームを備える様々な用途のロボットが対象となり得る。図１２に示すように、ロボット７００は、支持体７１０、駆動装置１００、およびアーム本体７３０を備えている。

アーム本体７３０は、「駆動対象」の一例であり、その末端部分に有する回転軸７１０Ａにおいて、支持体７１０によって回転自在に軸支されている。アーム本体７３０は、駆動装置１００から出力される回転力によって、回転軸７１０Ａを中心として回転可能である。

駆動装置１００は、上記実施形態で説明したとおり、モータ１０１の回転を駆動伝達系によって出力フランジ１０８へ伝達し、出力フランジ１０８を回転させる装置である。図１２に示すように、駆動装置１００は、出力フランジ１０８とともに回転する出力軸１０６が、アーム本体７３０の回転軸７１０Ａと一致するように、支持体７１０の内部に配置され、複数の固定ネジ７１１によって、支持体７１０の内側に固定される。

出力フランジ１０８は、複数の固定ネジ７１２によって、アーム本体７３０に固定される。これにより、出力フランジ１０８が回転すると、当該出力フランジ１０８に固定されたアーム本体７３０が回転することとなる。アーム本体７３０の回転角度および回転速度の制御は、外部コントローラ２００からモータ１０１の回転角度および回転速度を制御することによって、実現される。

駆動装置１００の出力軸１０６の先端が、アーム本体７３０の凹み部に嵌め込まれることにより、アーム本体７３０に対して、出力フランジ１０８の中心の位置決めがなされる。また、出力フランジ１０８の表面から突出したピン１０８Ａが、アーム本体７３０の他の凹み部にはめ込まれることにより、出力フランジ１０８の回転方向の位置決めおよび滑り止めがなされる。すなわち、本実施形態の駆動装置１００は、出力フランジ１０８がアーム本体７３０から脱着された場合であっても、出力軸１０６の先端およびピン１０８Ａによって位置決めがなされるため、出力フランジ１０８を所定の位置および所定の回転角度で容易に取り付けることが可能である。

また、ハウジング１２０の表面に形成された２つの突起部１２１の間の開口部に対し、支持体７１０の内面から突出して設けられた突起部７１３が嵌め込まれることにより、ハウジング１２０の位置決めがなされる。すなわち、本実施形態の駆動装置１００は、ハウジング１２０が支持体７１０から脱着された場合であっても、２つの突起部１２１によって位置決めがなされるため、ハウジング１２０を所定の位置に容易に取り付けることが可能である。

なお、出力フランジ１０８は、アーム本体７３０に対して嵌合および位置決め可能な凸状のピン１０８Ａの代わりに、アーム本体７３０に対して嵌合および位置決め可能な凹状の凹み部または開口部を有してもよい。また、出力軸１０６の先端は、アーム本体７３０に対して嵌合および位置決め可能な凸状をなしているが、アーム本体７３０に対して嵌合および位置決め可能な凹状をなすものであってもよい。また、ハウジング１２０は、支持体７１０に対して嵌合および位置決め可能な開口部（２つの突起部１２１）を有しているが、その代わりに、支持体７１０に対して嵌合および位置決め可能な突起部を有してもよい。

このように構成された本実施例のロボット７００は、実施形態の駆動装置１００を用いたことにより、駆動装置１００が脱着された場合であっても、駆動装置１００との間における原点位置の位置合わせを不要とすることができる。

（駆動装置１００に用いられ得る磁気式の絶対角度エンコーダについて）
図１３は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００に用いられ得る磁気式の絶対角度エンコーダを説明するための図である。図１３は、実施形態に係る駆動装置１００において、磁気式の絶対角度エンコーダ１４２を、出力軸１０６の回転角度を検出するための絶対角度エンコーダとして使用した場合の構成を示している。

出力フランジ１０８と出力軸１０６と出力ギヤ１０７は、それぞれ圧入により締結されている。出力軸１０６は、出力フランジ１０８とは逆側のハウジング１２０外部へと伸びている。この端面には、永久磁石１１０が収まる溝が切られており、径方向に着磁された円柱状の永久磁石１１０が固定されている。さらに、永久磁石１１０の同軸上には、制御基板１４０上に実装された絶対角度エンコーダ１４２（ＩＣ）が空隙をはさんで配置されている。絶対角度エンコーダ１４２には、ホール素子が内蔵されており、出力軸１０６の回転と同期して生じるホール素子内部でのＮ極、Ｓ極の磁束密度変化により、出力軸１０６の絶対角度を検出することができる。永久磁石１１０を固定する際は、永久磁石１１０の磁化方向と、出力フランジ１０８のピン１０８Ａの位置とが揃うように冶具を用いるのが望ましい。

（駆動装置１００に用いられ得る光学式の絶対角度エンコーダについて）
図１４は、本発明の一実施形態に係る駆動装置１００に用いられ得る光学式の絶対角度エンコーダを説明するための図である。図１４は、実施形態に係る駆動装置１００において、光学式の絶対角度エンコーダ１４８を、出力軸１０６の回転角度を検出するための絶対角度エンコーダとして使用した場合の構成を示している。

出力軸１０６における出力フランジ１０８とは逆側の端面は、光学式の絶対角度エンコーダ１４８を接続するための突起もしくは溝を有した構造となっている。光学式の絶対角度エンコーダ１４８の本体は、ハウジング１２０に固定される。出力軸１０６が回転すると、光学式の絶対角度エンコーダ１４８の軸が出力軸１０６の回転と同期する。これにより、出力軸１０６の絶対角度を検出することができる。

上記のとおり、本発明の駆動装置は、出力軸の回転角度を検出する絶対角度エンコーダとして、図１３に示す磁気式の絶対角度エンコーダ、または、図１４に示す光学式の絶対角度エンコーダを用いることができる。図１４に示す光学式の絶対角度エンコーダは、光源と光センサを一列に並べており、シャフトに固定されたスリット円板を通る光を検出し、その検出信号がシャフトの位置を示すデータ（すなわち、出力軸の絶対角度）となる。一方、図１３に示す磁気式の絶対角度エンコーダは、ホール素子が内蔵されており、出力軸の回転と同期して生じるホール素子内部でのＮ極、Ｓ極の磁束密度変化により、出力軸の絶対角度を検出することができる。なお、磁気式の絶対角度エンコーダは、光学式の絶対角度エンコーダと比べて、耐環境性能が良く、例えば、高温環境下、または粉塵などが舞っている環境下でも影響が少ないという利点がある。

以上、本発明の好ましい実施形態および実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態および実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、メモリ１４４（記憶部）を駆動装置１００に設けているが、これに限らず、例えば、同様のメモリ（記憶部）を、外部コントローラ２００に設けるようにしてもよい。

１０ 駆動制御システム
１００ 駆動装置
１０１ モータ
１０２ 第１ピニオン軸
１０３ 第１ギヤ
１０４ 第２ピニオン軸
１０５ 第２ギヤ
１０６ 出力軸（第２の係合部）
１０７ 出力ギヤ
１０８ 出力フランジ
１０８Ａ ピン（第３の係合部）
１１０ 永久磁石
１２０ ハウジング
１２１ 突起部（第１の係合部）
１３０ ブレーキ機構
１４０ 制御基板
１４２ 絶対角度エンコーダ
１４４ メモリ（記憶部）
１４６ 補正部
２００ 外部コントローラ
２０２ 補正部
２０４ 制御部
３００ 測定装置
３１０ 支持機構
３２０ 計測機構
３２１ フランジ固定部
３２２ 軸部
３２３ 高精度絶対角度エンコーダ
３３０ 情報処理装置
７００ ロボット
７１０ 支持体
７３０ アーム本体（駆動対象）

特開２０１７－１５９３９７号公報

Claims (5)

1. モータからの回転力を出力することによって駆動対象を回転駆動する駆動装置であって、
   前記モータと、
   前記モータの回転を出力する出力軸と、
   前記出力軸の回転角度を検出する絶対角度エンコーダと、
   前記駆動対象と係合することにより、前記駆動装置を前記駆動対象に位置決めする第１の係合部と、
   前記出力軸の先端に設けられ、前記駆動対象と係合することにより、前記駆動装置を前記駆動対象に位置決めするとともに、前記出力軸の軸中心を前記駆動対象に位置決めする第２の係合部と、
   前記駆動対象と係合することにより、前記駆動対象に対する前記出力軸の回転角度の位置決めを行うことが可能な第３の係合部と、
   前記絶対角度エンコーダの原点を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記絶対角度エンコーダの原点に基づいて、前記絶対角度エンコーダが出力する角度値の誤差を補正する補正部と、
   前記絶対角度エンコーダの回転角度毎に、当該絶対角度エンコーダが出力する角度値の誤差を示す誤差値を記憶する第２の記憶部と
   を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 計測機構と、
   情報処理装置と
   をさらに備え、
   前記計測機構は、
   前記出力軸とともに回転するフランジ固定部と、
   前記フランジ固定部とともに回転する軸部と
   前記軸部の回転角度を前記出力軸の回転角度として検出する高精度絶対角度エンコーダと
   を有し、
   前記情報処理装置は、
   前記高精度絶対角度エンコーダが出力する角度値と、前記絶対角度エンコーダが出力する角度値とに基づいて、前記誤差を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記出力軸とともに回転する出力フランジをさらに備え、
   前記フランジ固定部は、前記出力フランジに押し当てられることにより、前記出力フランジとともに回転する
   ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記絶対角度エンコーダは、磁気式の絶対角度エンコーダである
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載に駆動装置と、
   前記駆動装置から出力される回転力によって回転駆動される駆動対象と
   を備えるロボット。

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