JP7321894B2

JP7321894B2 - 駆動装置

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Publication number: JP7321894B2
Application number: JP2019203674A
Authority: JP
Inventors: 光拡田村
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2023-08-07
Anticipated expiration: 2039-11-11
Also published as: CN114641381A; DE112020005575T5; WO2021095362A1; JP2021076191A

Description

本発明は、駆動装置に関する。

特許文献１には、回転モータ及び減速機を介して回転駆動される関節を有するロボット装置が開示されている。特許文献１のロボット装置は、回転モータが微小回転するごとにパルス信号を生成する入力側エンコーダと、関節の回動角度に応じてパルス信号を生成する矩形波発生部と、減速機の出力側で関節の微小角度の回動ごとにパルス信号を生成する出力側エンコーダと、これらのパルス信号から関節のねじれ角度を演算する制御部とを備えている。

特開２０１４－６５０９７号公報

入力されたトルクを減速機を介して増幅して出力する駆動装置においては、トルクに応じて入力部材と出力部材との間に歪みが生じる。歪みを検出するために、歪みセンサを用いたり、あるいは、高分解能のエンコーダを用いたりすると、装置の部品コストが高騰する。

本発明は、駆動装置のトルクを検出するための部品コストを低く抑えることのできる駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る駆動装置は、
トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
前記出力側最小剛性部位のヤング率が前記入力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
前記出力側回転検出器の分解能が、前記入力側回転検出器の分解能よりも低く構成される。

本発明に係るもう一つの駆動装置は、
トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
前記入力側最小剛性部位のヤング率が前記出力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
前記入力側回転検出器の分解能が前記出力側回転検出器の分解能よりも低く構成される。

本発明によれば、駆動装置のトルクを検出するための部品のコストを低く抑えることができる。

本発明の実施形態の駆動装置を示す断面図である。実施形態に係る駆動装置の制御構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の駆動装置を示す断面図である。本実施形態の駆動装置１の用途は特に限定されないが、例えば人と協働して作業を行う協働ロボットの関節駆動装置として使用することができる。以下、中心軸Ｏ１に沿った方向を軸方向、中心軸Ｏ１の半径方向を径方向、中心軸Ｏ１を中心とする回転方向を周方向と呼ぶ。中心軸Ｏ１は、出力部材１６の軸部１６ｃ及びロータ軸１３の中心軸である。さらに、中心軸Ｏ１の軸方向において、出力部材１６が相手部材２０２に連結される方（図１の左方）を出力側、その反対側（図１の右方）を反出力側又は入力側と呼ぶ。

本実施形態の駆動装置１は、装置外の支持部材２０１に連結される枠部１１と、枠部１１に一部が支持された電動モータ１２と、電動モータ１２によりトルクが入力されるロータ軸１３と、枠部１１に一部が支持されロータ軸１３に制動力を付与可能な制動機構１４と、ロータ軸１３の回転運動を減速する減速機構１５と、減速機構１５により減速された回転運動を装置の外部へ出力する出力部材１６と、電動モータ１２の駆動回路が搭載された回路基板（ドライバ）１７と、ロータ軸１３の回転を検出する入力側回転検出器１８と、出力部材１６の回転を検出する出力側回転検出器１９とを備える。減速機構１５、電動モータ１２、制動機構１４、回転検出部（入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９）、並びに、回路基板１７が、この順で出力側から反出力側へ並んで配置されている。ロータ軸１３、並びに、減速機構１５の起振体１５ａが、本発明に係る入力部材の一例に相当する。

枠部１１は、互いに連結された中空筒状又は環状の部材１１ａ～１１ｇを含み、装置外の支持部材２０１により支持される。部材１１ｆ、１１ｇは、減速機構１５の部材を介して、部材１１ｅと連結されていてもよい。図１の具体例では、支持部材２０１が部材１１ｆにボルトを介して締結され、支持部材２０１と部材１１ｆとの間に第１内歯歯車１５ｄが共締めされている。より具体的には、部材１１ａは、駆動装置１の反出力側の内部構成を径方向から覆う。部材１１ａにより覆われる部分には、回路基板１７、入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９が配置されていてもよい。部材１１ｂは、反出力側において駆動装置１の内部構成を軸方向から覆う。部材１１ｂは、軸方向に貫通する貫通孔を有し、部材１１ｂの貫通孔が軸部１６ｃの貫通孔と連通するように配置される。部材１１ｂには、軸受２１の外輪が嵌合され、部材１１ｂは軸部１６ｃを軸受２１を介して回転可能に支持する。部材１１ｂは、部材１１ａにボルト等により連結される。部材１１ｃは、部材１１ａにボルト等により連結され、部材１１ａの配置部位よりも出力側において、駆動装置１の内部構成を径方向から覆う。部材１１ｃにより覆われる部分には、制動機構１４が配置されていてもよい。部材１１ｄは、部材１１ｃにボルト等により連結され、部材１１ｃの配置部位よりも出力側において、駆動装置１の内部構成を径方向から覆う。部材１１ｄにより覆われる部分には、電動モータ１２が配置されていてもよい。電動モータ１２の一部（ステータ１２ａ）は、枠部１１（例えば部材１１ｄ）に固定されている。部材１１ｅは、部材１１ｄの出力側に配置され、部材１１ｄにボルト等を介して連結されている。部材１１ｅには、軸受２３の外輪が嵌合され、部材１１ｅは、起振体１５ａの軸部を軸受２３を介して回転可能に支持する。部材１１ｅは、さらに、減速機構１５の第１内歯歯車１５ｄにボルト等により連結されている。部材１１ｆは、減速機構１５の出力側に配置され、減速機構１５の第１内歯歯車１５ｄにボルト等により連結されている。第１内歯歯車１５ｄは、第１内歯歯車１５ｄの歯部が配置される減速機構１５の反出力側から、第２内歯歯車１５ｅの径方向外側を覆うように出力側へ延在する延在部を有し、この延在部が部材１１ｆと連結されている。部材１１ｇは、部材１１ｆ及び第１内歯歯車１５ｄとボルト等により連結され、駆動装置１の出力側の内部構成を径方向から覆う。部材１１ｆは、部材１１ｇと第２内歯歯車１５ｅとの間に共締めされている。部材１１ｇには、軸受２２の外輪が嵌合され、部材１１ｇは軸受２２を介して出力部材１６を回転可能に支持する。部材１１ｇは、軸受２２よりも出力側へ延在する延在部を有し、この延在部にダスト又は潤滑材のシールが嵌合されている。なお、枠部１１の構造は、上述の具体例に限られない。

出力部材１６は、互いに連結された部材１６ａ、１６ｂ及び軸部１６ｃを含み、枠部１１に軸受２１、２２を介して回転可能に支持されている。出力部材１６は、ホロー構造（中空筒状）を有している。出力部材１６は、出力側に一部が露出され、露出された部分が、相手部材２０２に連結される。より具体的には、軸部１６ｃは、減速機構１５を貫通してロータ軸１３のある方まで延在する。軸部１６ｃには、減速機構１５よりも反出力側において、出力側回転検出器１９の回転部１９ａが固定されている。部材１６ａは、駆動装置１の出力側に配置され、軸部１６ｃの一端が嵌合されている。部材１６ａには、軸受２２の内輪が嵌合されている。部材１６ａは、軸受２２よりも出力側に延在する延在部を有し、この延在部がシールの内周側に位置する。延在部には、例えばカラーが嵌合し、シールの内周側の隙間が埋められる。部材１６ｂは、部材１６ａの反出力側で、減速機構１５の出力側に配置され、部材１６ｂの出力側の一部が部材１６ａとボルト等により連結され、部材１６ｂの反出力側の一部が減速機構１５の第２内歯歯車１５ｅとボルト等により連結されている。部材１６ｂには、軸受２４の外輪が嵌合され、部材１６ｂは、軸受２４を介して起振体１５ａを回転可能に支持する。部材１６ｂは、相手部材２０２とボルト等を介して連結される。部材１６ｂと相手部材２０２との間には、部材１６ａが共締めされている。なお、出力部材１６の構造は、上述の具体例に限られない。

電動モータ１２は、ステータ１２ａと、中空筒状のロータ１２ｂとを有する。本実施形態において、ロータ１２ｂは、永久磁石により構成される。

ロータ軸１３は、ホロー構造を有し、出力部材１６の軸部１６ｃに間隙を挟んで外嵌されている。ロータ軸１３は、電動モータ１２のロータ１２ｂと連結されている。電動モータ１２及びロータ軸１３は、減速機構１５の反出力側に配置されている。ロータ軸１３には、反出力側において、入力側回転検出器１８の回転部１８ａが固定されている。

減速機構１５は、筒型の撓み噛合式歯車機構であり、起振体１５ａと、起振体軸受１５ｂと、起振体１５ａの回転により撓み変形する外歯歯車１５ｃと、外歯歯車１５ｃと噛合う第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅとを備える。起振体１５ａは、ホロー構造を有し、間隙を挟んで出力部材１６の軸部１６ｃに外嵌する。起振体１５ａは、ロータ軸１３に連結（例えばスプライン連結）され、ロータ軸１３と一体的に回転する。ロータ軸１３と起振体１５ａにより入力部材が構成される。起振体１５ａは、軸部が軸受２３、２４を介して枠部１１と出力部材１６とに回転可能に支持されている。起振体１５ａは、軸部における軸方向に垂直な断面外形が中心軸Ｏ１を中心とする円形であり、起振体軸受１５ｂが接触する部分における軸方向に垂直な断面外形が例えば楕円状である。外歯歯車１５ｃは可撓性を有する。第１内歯歯車１５ｄは、枠部１１に連結され、外歯歯車１５ｃの軸方向の反出力側の範囲に噛合う。第２内歯歯車１５ｅは、出力部材１６に連結され、外歯歯車１５ｃの軸方向の出力側の範囲に噛合う。

減速機構１５においては、起振体１５ａに回転運動が入力され、減速された回転運動が第２内歯歯車１５ｅに出力される。減速機構１５において、起振体１５ａに入力されるトルクは増幅され、増幅されたトルクは第２内歯歯車１５ｅに伝達され、かつ、増幅されたトルクの反力が第１内歯歯車１５ｄに伝わる。すなわち、増幅されたトルクは、第１内歯歯車１５ｄと第２内歯歯車１５ｅとに伝わる。

第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅは、樹脂材料から構成される。樹脂材料としては、例えば、合成樹脂などの単純樹脂、ＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastic）、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）などの繊維強化樹脂を適用できる。しかし、これらに限られず、樹脂材料として紙ベーク材又は布ベーク材などの様々な樹脂材料が適用されてもよい。

入力側回転検出器１８は、ロータ軸１３と一体的に回転する回転部１８ａと、回転部１８ａの近傍に配置され、回転部１８ａの回転量を検出する検出部１８ｂとを有する。出力側回転検出器１９は、出力部材１６と一体的に回転する回転部１９ａと、回転部１９ａの近傍に配置され、回転部１９ａの回転量を検出する検出部１９ｂとを有する。入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９は、例えば回転部の回転の変位をデジタル信号として出するロータリーエンコーダであるが、アナログ信号として出力するレゾルバであってもよいし、それ以外の回転検出器であってもよい。ロータリーエンコーダは、光学式の検出部を有する構成であってもよいし、磁気的な検出部を有する構成であってもよい。入力側回転検出器１８と出力側回転検出器１９とは異なる種類の検出器であってもよい。

入力側回転検出器１８の分解能は、出力側回転検出器１９の分解能よりも高い。例えば、入力側回転検出器１８の分解能は１回転１６ｂｉｔであるのに対して、出力側回転検出器１９の分解能は１回転８ｂｉｔである。

入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９において、２つの検出部１８ｂ、１９ｂは回路基板１７に搭載されており、２つの回転部１８ａ、１９ａは回路基板１７の出力側から対向するように配置されている。より具体的には、出力部材１６への回転部１９ａの設置位置と、ロータ軸１３への回転部１８ａの設置位置とは、軸方向のほぼ同一位置に配置され、同様に、２つの検出部１８ｂ、１９ｂは、軸方向におけるほぼ同一位置に配置されている。つまり、回転部１８ａと回転部１９ａは、径方向から見て重なる位置に配置され、回転部１８ａが径方向外側に配置されている。また、検出部１８ｂと検出部１９ｂは、径方向から見て重なる位置に配置され、検出部１８ｂが径方向外側に配置されている。

＜動作説明＞
電動モータ１２が駆動してロータ軸１３及び起振体１５ａが回転すると、起振体１５ａの運動が外歯歯車１５ｃに伝わる。このとき、外歯歯車１５ｃは、起振体１５ａの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、外歯歯車１５ｃは、固定された第１内歯歯車１５ｄと長軸部分で噛合っている。このため、外歯歯車１５ｃは起振体１５ａと同じ回転速度で回転することはなく、外歯歯車１５ｃの内側で起振体１５ａが相対的に回転する。そして、この相対的な回転に伴って、外歯歯車１５ｃは長軸位置と短軸位置とが周方向に移動するように撓み変形する。この変形の周期は、起振体１５ａの回転周期に比例する。外歯歯車１５ｃが撓み変形する際、その長軸位置が移動することで、外歯歯車１５ｃと第１内歯歯車１５ｄとの噛合う位置が回転方向に変化する。ここで、外歯歯車１５ｃの歯数が１００で、第１内歯歯車１５ｄの歯数が１０２だとする。すると、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車１５ｃと第１内歯歯車１５ｄとの噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車１５ｃが回転（自転）する。上記の歯数であれば、起振体１５ａの回転運動は減速比１００：２で減速されて外歯歯車１５ｃに伝達される。一方、外歯歯車１５ｃは第２内歯歯車１５ｅとも噛合っているため、起振体１５ａの回転によって外歯歯車１５ｃと第２内歯歯車１５ｅとの噛合う位置も回転方向に変化する。ここで、第２内歯歯車１５ｅの歯数と外歯歯車１５ｃの歯数とが同数であるとすると、外歯歯車１５ｃと第２内歯歯車１５ｅとは相対的に回転せず、外歯歯車１５ｃの回転運動が減速比１：１で第２内歯歯車１５ｅへ伝達される。これらによって、起振体１５ａの回転運動が減速比１００：２で減速されて、第２内歯歯車１５ｅへ伝達され、第２内歯歯車１５ｅから出力部材１６を介して相手部材２０２に出力される。

上記の回転運動の伝達中、ロータ軸１３の回転位置は入力側回転検出器１８により検出され、出力部材１６の回転位置は出力側回転検出器１９により検出される。

＜トルクの伝達と検出＞
ここでは、出力部材１６に連結された相手部材２０２に駆動装置１からトルク及び回転運動を伝達する場合を説明する。この場合、電動モータ１２から出力されるトルク及び回転運動は、ロータ軸１３から減速機構１５に伝達され、減速機構１５でトルクが増幅され、かつ、回転運動が減速される。そして、増幅されたトルクと減速された回転運動が減速機構１５から出力部材１６を介して相手部材２０２に伝達される。

増幅前のトルクが伝わる部位は、ロータ軸１３におけるトルクの入力部位（ロータ１２ｂの接続部位）から起振体１５ａとの連結部位までの区間と、起振体１５ａにおけるロータ軸１３との連結部位から起振体軸受１５ｂとの接触部位までの区間である。起振体１５ａ及びロータ軸１３における上記の区間は、例えば全て鋼材などの金属から構成される。これらの区間のうち、ヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼べば、これらの区間の全てが入力側最小剛性部位に相当し、そのヤング率は金属のヤング率に相当する。なお、ロータ軸１３のトルク入力部位よりも反減速機構側の部分は、増幅前のトルクが伝わる（通過する）部分ではないので、素材（ヤング率）の制約は特にないが、本実施形態においては、ロータ軸１３の他の部位と同様に金属で構成されている。

増幅後のトルクが伝わる部位（区間）は、増幅後のトルクを支持部材２０１に伝達して受け止める部分と、相手部材２０２に伝達する増幅後のトルクが通過する部分と、から構成され、枠部１１における支持部材２０１との連結部位から第１内歯歯車１５ｄとの連結部位までの区間と、第１内歯歯車１５ｄ、外歯歯車１５ｃ、第２内歯歯車１５ｅ、出力部材１６における第２内歯歯車１５ｅとの連結部位から相手部材２０２との連結部位までの区間である。図１の具体例においては、枠部１１の部材１１ｆから第１内歯歯車１５ｄ、外歯歯車１５ｃ及び第２内歯歯車１５ｅを経て、出力部材１６の部材１６ｂ、１６ａまでの区間に、減速機構１５により増幅されたトルクが伝わる。これらのうち、第１内歯歯車１５ｄ、第２内歯歯車１５ｅは、上述したように樹脂部材により構成されており、その他の部位は鋼材などの金属により構成されている。これらの部位のうち、ヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼べば、出力側最小剛性部位は、第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅであり、そのヤング率は樹脂材料のヤング率に相当する。

トルクが伝達される際、トルクにより部材に歪みが生じるため、出力部材１６の回転位置は出力側基準位置からずれる。出力側基準位置とは、歪みがない理想的な構成において、ロータ軸１３及び起振体１５ａの回転位置に対応した出力部材１６の回転位置を意味する。出力部材１６の出力側基準位置からのズレにより、歪み量を測定できる。さらに、トルクと歪み量とは一定の関係を有するため、歪み量からトルクを検出できる。

ロータ軸１３の回転方向の歪みは、小さいトルクしか加わらないため、比較的に小さく、さらに、歪み量が減速機構１５を介して減速比分小さくされて出力側に影響する。したがって、仮に出力側が歪みの生じない理想的な構成であったとしても、ロータ軸１３の回転方向の歪み量を、出力部材１６の出力側基準位置からのズレにより検出するには、出力部材１６の回転検出の分解能を非常に高くする必要がある。

出力側の部材（出力部材１６、第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅ）の回転方向の歪みは、大きなトルクが加わるため比較的に大きく、さらに、歪みの大きさは出力部材１６の回転位置のズレとしてダイレクトに影響する。したがって、出力側の回転方向の歪み量を、出力部材１６の出力側基準位置からのズレにより検出するのは比較的に容易である。

しかしながら、出力側基準位置は、ロータ軸１３の回転位置に応じて決定されるが、ロータ軸１３の回転量は減速機構１５の減速比で小さくされて出力側へ伝達される。このため、ロータ軸１３の回転検出の分解能に対して、出力側基準位置は細かく決定できる。例えば、ロータ軸１３の回転位置が１度ごとに検出可能であり、減速比が１／５０であれば、出力側基準位置は０．０２度（＝１度／５０）ごとに決定可能である。出力側基準位置が細かく決定できれば、出力部材１６の出力側基準位置からのズレを高い精度で測定できる。この場合、出力側の回転検出の分解能は、出力側基準位置の刻み目と同等である必要がある。出力側の回転検出の分解能を下げると、その分、出力部材１６の出力側基準位置からのズレ（歪み量）の測定精度は低下する。トルクに対して歪み量が小さい場合、歪み量の測定分解能が低くなると、トルク検出の誤差が大きくなる。

そこで、本実施形態では、出力側最小剛性部位のヤング率を、入力側最小剛性部位のヤング率よりも低くしている。これにより、トルクに対して出力部材１６の回転方向の歪みが大きくなり、測定される歪み量の分解能が低くなっても、トルクの検出誤差を低く抑えられる。さらに、測定される歪み量の許容分解能を低くできることから、出力側回転検出器１９の分解能を、入力側回転検出器１８の分解能よりも低くすることで、出力側回転検出器１９の部品コストが抑制される。

＜トルクの演算構成＞
図２は、実施形態に係る駆動装置の制御構成を示す図である。

本実施形態の駆動装置１は、さらに、図２に示すように、相手部材２０２に出力されるトルクを演算する演算部３１を備える。演算部３１は、マイクロコンピュータ等であり、回路基板１７に搭載されていてもよいし、回路基板１７とは別体に設けられていてもよい。

演算部３１は、例えば、入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９から各検出値を入力するＩ／Ｏ３３と、出力部材１６の回転位置の出力側基準位置からのズレとトルクとの関係が示されたデータテーブル３４ａを記憶した記憶部３４と、出力部材１６から相手部材２０２に出力されるトルクを求めるトルク計算部３２とを有する。トルク計算部３２は、入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９の各検出値から出力部材１６の回転位置の出力基準位置からのズレを計算し、計算結果をデータテーブル３４ａに照合してトルクを求めることができる。データテーブル３４ａの各テーブル値は、実験により様々なトルクを加えてズレを測定することで求められる。

演算部３１により求められたトルクは、例えば上位の制御装置へ出力され、制限トルクを超えたときに装置を停止したり、相手部材２０２に予期しない何か（例えば、人）が接触したことを検出したりするためのデータに使用されてもよい。

以上のように、本実施形態の駆動装置１によれば、出力側最小剛性部位（第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅ）のヤング率が、入力側最小剛性部位（ロータ軸１３及び起振体１５ａ）のヤング率よりも低い。さらに、出力側回転検出器１９の分解能が、入力側回転検出器１８の分解能よりも低い。したがって、前述したように、出力側回転検出器１９のコストの低減を図りつつ、入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９の各検出値から誤差の少ないトルクを検出することができる。

さらに、本実施形態の駆動装置１によれば、出力側最小剛性部位は樹脂材料から構成され、入力側最小剛性部位は金属材料から構成される。このような構成によれば、駆動装置１の運動性能の低下を抑制しつつ、トルク検出の誤差を小さくするのに適した、適度な剛性と適度な柔軟性とを得ることができる。また、適度の剛性と、適度な柔軟性とを有することから、例えば人と協働して作業を行う協働ロボットの関節を動かす装置として良好に適応できる。

さらに、本実施形態の駆動装置１によれば、入力側回転検出器１８及び出力側回転検出器１９の検出値から相手部材２０２に出力されるトルクを演算する演算部３１を備える。なお、相手部材２０２に出力されるトルクは、出力部材１６から入力部材（ロータ軸１３及び起振体１５ａ）の間の各部位に作用するトルクに換算可能であり、よって、演算部３１は、上記各部位に作用するトルクを演算しているものとみなすこともできる。このような演算部３１によれば、トルクを直接的に検出する高価なセンサを用いなくてもトルクを求めることができ、トルクに応じた様々な制御に利用することができる。

さらに、本実施形態の駆動装置１によれば、出力側最小剛性部位として減速機構１５の内歯歯車（１５ｄ、１５ｅ）が採用されている。内歯歯車であれば、ピッチ径を変えずに歯車の径方向の厚みを増すことができる。したがって、歯車の噛合構造及び寸法を変更せずに、歯車の厚みを増して、剛性を低くしたことに起因する強度不足を容易に補填できる。

さらに、本実施形態の駆動装置１によれば、減速機構１５は、筒型の撓み噛合式歯車機構であり、出力側最小剛性部位として第１内歯歯車１５ｄと第２内歯歯車１５ｅとが採用されている。このような構成によれば、出力側最小剛性部位を設けたことによる装置強度の低下を抑制しつつ、トルクに応じて出力部材１６の回転位置に適度なズレ量が出現する構成を容易に実現できる。

さらに、本実施形態の駆動装置１によれば、出力部材１６が軸部１６ｃを有し、軸部１６ｃが減速機構１５を貫通することで入力部材（ロータ軸１３及び起振体１５ａ）のトルクの入力側まで延在している。そして、出力側回転検出器１９が、減速機構１５よりも入力側回転検出器１８の近くに配置されている。したがって、入力側回転検出器１８と出力側回転検出器１９とを近づけて２つの信号を外部へ引き出す位置を集約できる。あるいは、２つの信号を使用する演算部へ各信号を伝送する信号線を集約できる。これらの集約により、電気部品の組付けをまとめて行えることから、駆動装置１の組立工程の煩雑さを低減できる。

（変形例）
上記実施形態では、出力側最小剛性部位のヤング率が、入力側最小剛性部位のヤング率よりも低く、出力側回転検出器１９の分解能が、入力側回転検出器１８の分解能よりも低い構成とした。変形例の駆動装置は、入力側最小剛性部位のヤング率が、出力側最小剛性部位のヤング率よりも低く、入力側回転検出器１８の分解能が、出力側回転検出器１９の分解能よりも低い構成である。その他は、実施形態１の駆動装置１と同様である。変形例の駆動装置では、例えば、減速機構１５の第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅが、鋼材などの金属である一方、入力部材（ロータ軸１３及び起振体１５ａ）におけるトルクが伝達される区間に例えば樹脂構成部を含んでもよい。

変形例の駆動装置によれば、例えば、歪みのない理想的な構成において、出力部材１６の回転位置に対応するロータ軸１３の回転位置を入力側基準位置とし、ロータ軸１３の回転位置の入力側基準位置からのズレに基づいてトルクを求める場合などに、出力側よりも入力側でトルクに応じた大きな歪みが得られる。したがって、入力側回転検出器１８の分解能を低くしてコストの低減を図りつつ、比較的に高い精度でトルクを求めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、減速機構は、筒型の撓み噛合式歯車機構に限られず、所謂カップ型又はシルクハット型の撓み噛合式歯車機構、遊星歯車機構、偏心揺動型減速機構など、様々な機構が適用されてもよい。また、上記実施形態では、入力側最小剛性部位と出力側最小剛性部位とのうちヤング率が低い方を樹脂、ヤング率が高い方を金属とした例を示したが、ヤング率の大小関係が維持されていれば素材は特に限定されず、例えば、ヤング率の異なる２種類の金属を、ヤング率の低い方と高い方とにそれぞれ適用してもよい。また、実施形態では、出力側最小剛性部位として、第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅを適用した例を示したが、出力側最小剛性部位は、減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間に設けられていればよく、例えば第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅのうち一方であってもよいし、出力部材、枠部又はその一部が適用されてもよい。実施形態では、ロータ軸１３及び起振体１５ａの全体が入力側最小剛性部位とされていたが、入力側最小剛性部位は、入力部材におけるトルク入力部位から減速機構までの間に設けられていればよく、例えばロータ軸１３と起振体１５ａのヤング率を異ならせて、そのヤング率の低い方としてもよい。実施形態の駆動装置１に備わる制動機構１４、回路基板１７、又はこれら両方は省略されてもよいし、電動モータ１２のような回転動力を発生する機構が省略され、その代わりに外部から回転動力が運動伝達機構を介して入力部材に入力される構成が採用されてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１駆動装置
１１枠部
１２電動モータ
１３ロータ軸（入力部材）
１４制動機構
１５減速機構
１５ａ起振体（入力部材）
１５ｃ外歯歯車
１５ｄ第１内歯歯車
１５ｅ第２内歯歯車
１６出力部材
１６ｃ軸部
１７回路基板
１８入力側回転検出器
１８ａ回転部
１８ｂ検出部
１９出力側回転検出器
１９ａ回転部
１９ｂ検出部
３１演算部
３２トルク計算部
３４ａデータテーブル
２０１支持部材
２０２相手部材

Claims

トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
前記出力側最小剛性部位のヤング率が前記入力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
前記出力側回転検出器の分解能が、前記入力側回転検出器の分解能よりも低い、
駆動装置。
前記入力側最小剛性部位は金属により構成され、
前記出力側最小剛性部位は樹脂により構成される、
請求項１記載の駆動装置。
前記入力側回転検出器の検出値と前記出力側回転検出器の検出値に基づいて、前記入力部材から前記出力部材の間の部位に作用するトルクを演算する演算部を更に備える、
請求項１又は請求項２に記載の駆動装置。
前記減速機構は、内歯歯車と前記内歯歯車と噛合う外歯歯車とを有し、
前記出力側最小剛性部位は前記内歯歯車である、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記減速機構は、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車に噛合う第１内歯歯車及び第２内歯歯車とを有する撓み噛合式歯車機構であり、
前記出力側最小剛性部位は前記第１内歯歯車及び前記第２内歯歯車である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記出力部材は前記減速機構を貫通することで前記入力部材のトルクの入力側まで延在し、
前記出力側回転検出器が、前記減速機構よりも入力側に設置されている、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置。
トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
前記入力側最小剛性部位のヤング率が前記出力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
前記入力側回転検出器の分解能が前記出力側回転検出器の分解能よりも低い、
駆動装置。