旋转驱动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及旋转驱动装置，特别涉及经由减速机进行旋转驱动的旋转驱动装置。本发明的旋转驱动装置能够应用于机器人的胳膊、腿、手等的关节的驱动。
【背景技术】
[0002]作为在机器人的胳膊、腿、手等的关节的驱动中使用的旋转驱动装置，已知将AC伺服电动机或DC伺服电动机等电动机的旋转经由减速机而传递给负载的机构。减速机能够通过降低电动机的转速而得到较大的转矩。
[0003]由于旋转驱动装置经由减速机对负载进行旋转驱动，因而转矩对减速机的旋转轴产生作用。该转矩例如成为减速机的歪斜或不稳的原因，被指出影响机器人的动作精度，公开了作为估计机械臂的转矩的结构，对伺服电动机的旋转轴设置第I编码器，对减速机的旋转轴设置第2编码器，根据从第I编码器得到的旋转角度和从第2编码器得到的旋转角度的角度差而算出作用于减速机的旋转轴的转矩(专利文献I)。
[0004]在由齿轮机构构成的减速机中，若被施加较大的转矩则会产生被称为跳齿的现象，旋转轴进行空转而在减速机的输入侧的旋转轴和输出侧的旋转轴之间的旋转量上产生偏差。
[0005]关于该减速机的跳齿，公开了通过一个编码器来测定输入侧的旋转轴和输出侧的旋转轴的相对旋转量，在该相对旋转量的时间变化量超过了设定变化量的情况下判定为发生了跳齿的技术。(专利文献2)
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:特开2011-176913号公报(段落
[0002]、段落
[0004]、段落
[0017]、段落
[0020])
[0009]专利文献2:特开2006-347406号公报(段落
[0105]、段落
[0168]?
[0170])
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]专利文献2所公开的跳齿检测的技术，为了通过一个编码器来检测减速机的输入侧的旋转轴和输出侧的旋转轴的相对旋转量，设为在促动器(actuator)的罩内，在输入轴和与输出轴连接的罩之间设置编码器的结构。因此，存在促动器的构造复杂化、大型化的问题。此外，专利文献I所公开的技术是估计减速机的旋转轴的转矩的技术，关于减速机的跳齿没有任何公开。
[0012]在机器人的胳膊、腿、手等的关节的驱动中使用的旋转驱动装置中，从对于电动机的负载的点来看，减速机与作为工作对象的负载或胳膊、腿、手等的机构元件一起，作为负载重量而起作用。
[0013]为了进行高速且圆滑的动作，需要减轻电动机承担的负载，因而要求减速机的重量轻。
[0014]此外，为了扩大关节动作的可动范围，要求不与其他的机构元件产生干扰，为此要求减速机为小型。
[0015]因此，本发明的目的在于解决前述的以往的问题，以轻量且小型的装置结构来实现旋转驱动装置的减速机的跳齿检测。
[0016]用于解决课题的方案
[0017]本发明在减速机的电动机侧的旋转轴和减速机的负载侧的旋转轴上分别设置编码器，通过各编码器来检测相对于减速机在电动机侧的旋转轴的旋转信息和相对于减速机在负载侧的旋转轴的旋转信息。两个旋转信息的差分值相当于减速机的电动机侧的旋转轴和负载侧的旋转轴的旋转角度之差。
[0018]减速机是具有弹性要素的减速机构，在能够将齿隙(back lash)带来的旋转角度差忽视或者设为误差容许范围内的情况下，从两个编码器得到的旋转信息的差分值相当于减速机的旋转轴的变形量(扭转量)，通过对该差分值乘以减速机的扭转刚度常数K(弹性常数)，能够估计出减速机上施加的转矩值。
[0019]作为齿隙少且具有弹性要素的减速机，已知波动齿轮装置(谐波减速机(Harmonic drive)(注册商标))。
[0020]本发明的旋转驱动装置基于夹持减速机而在输入侧(电动机侧)的旋转轴上设置的编码器和在输出侧(负载侧)的旋转轴上设置的编码器的两个输出的差分值，检测减速机的跳齿的发生。编码器不限于在减速机内设置，也可以设为在减速机的外侧设置的结构。
[0021]在跳齿检测中使用的信号是编码器的输出，编码器只要是能够检测夹持减速机的两侧的旋转轴的旋转的部位就不需要在减速机内设置，因而能够使旋转驱动装置小型化。
[0022]此外，编码器只要对于检测对象的旋转轴安装编码器单元就能够构成，因而能够不需要前述的专利文献2的输出轴上连接的罩所需的用于将输出轴的旋转传递到输入轴侧的特殊的机构，因而能够实现旋转驱动装置的轻量化。
[0023]本发明的旋转驱动装置包括:电动机；减速机，配置在电动机和负载之间，对电动机侧的旋转轴的旋转进行减速，并将减速后的旋转传递到负载侧的旋转轴；第I编码器，检测减速机的电动机侧的旋转轴的旋转；第2编码器，检测减速机的负载侧的旋转轴的旋转；差分检测部，求第I检测值和第2检测值的差分值，其中，该第I检测值通过用减速机的减速比除第I编码器的输出而得到，该第2检测值从第2编码器的输出而得到；以及跳齿检测部，基于差分值而检测减速机的跳齿的发生。
[0024]减速机期望是波动齿轮装置(谐波减速机(注册商标))，但不限于波动齿轮装置。波动齿轮装置(谐波减速机(注册商标))由波动发生器(wave generator)、椭圆的柔性齿轮(柔性齿条)、正圆的环形齿轮(圆形齿条)组成。环形齿轮大致成环状而在内周形成比柔性齿轮还稍微多的多个齿，柔性齿轮是其周壁部外嵌在波动发生器上而弹性变形为椭圆状，且在椭圆的长轴方向的两处与环形齿轮咬合的结构。波动发生器转动一次时，柔性齿轮和环形齿轮相对旋转与齿数的差分相应的量从而进行减速。
[0025]第I编码器检测减速机的电动机侧的旋转轴的旋转，第2编码器检测减速机的负载侧的旋转轴的旋转。编码器例如可以使用增量型或者绝对型的旋转编码器、或者电位器(potent1meter)，伴随旋转轴的旋转而输出检测信号。此外，除了旋转系统的检测部件之夕卜，还能够设为使用线性编码器等的直线型的检测部件的结构。在使用线性编码器的情况下，例如通过线性编码器来测定将旋转轴的旋转量变换为直线运动而得到的直线位移、或者伴随旋转轴的旋转而直线状地移位的部位的直线位移。
[0026]增量型编码器的检测信号成为与旋转轴的旋转角度对应的计数值。从而，在第I编码器以及第2编码器的双方中使用了增量型编码器的情况下，增量型的第I编码器输出与电动机侧的旋转轴的旋转角度对应的计数值，增量型的第2编码器输出与负载侧的旋转轴的旋转角度对应的计数值。
[0027]另一方面，绝对型编码器的检测信号成为与旋转轴的旋转角度对应的角度值。从而，在第I编码器以及第2编码器的双方中使用了绝对型编码器的情况下，绝对型的第I编码器输出与电动机侧的旋转轴的旋转角度对应的角度值，绝对型的第2编码器输出与负载侧的旋转轴的旋转角度对应的角度值。
[0028]在减速机的电动机侧以及负载侧设置的编码器，除了如前述那样将两侧都设为增量型编码器或者绝对型编码器的结构之外，也可以设为将一方设为增量型编码器且将另一方设为绝对型编码器的结构。在减速机的两侧设置不同类型的编码器的结构中，可以设为以下的结构的任一结构:在电动机侧设置增量型编码器且在负载侧设置绝对型编码器的结构，或者在电动机侧设置绝对型编码器且在负载侧设置增量型编码器的结构。
[0029]减速机对电动机侧的旋转轴的旋转进行减速后传递给负载侧的旋转轴，因而第2编码器的输出的计数值是用减速机的减速比M除第I编码器的输出的计数值或者角度值而得到的值。这里，减速机的减速比M意味着在输入侧的旋转轴转动M次的期间内输出轴的旋转轴转动一次。
[0030]通过减速机的减速比，第2编码器的计数值或者角度值成为第I编码器的计数值的1/M，因而为了在减速机的旋转轴中比较电动机侧和负载侧的转速或者角度值，在以第2编码器的计数值或者角度值作为基准时，需要将第I编码器的计数值设为IAL因此，为了将第I编码器的计数值或者角度值和第2编码器的计数值或者角度值以同一水平进行比较，用减速机的减速比M除第I编码器的输出而换算成与第2编码器的输出相同的水平。
[0031]差分检测部求用减速机的减速比进行除法运算而得到的第I编码器的第I检测值和从第2编码器的输出而得到的第2检测值的差分值。该差分值是电动机侧的旋转轴和负载侧的旋转轴的旋转角度之差，在减速机中不包含齿隙的情况下，通常表示与减速机的弹性相伴的扭转量，对应于减速机的转矩。
[0032]这里，通常是指减速机中没有产生跳齿的情况。在减速机中产生了跳齿的情况下，差分值主要表示跳齿所导致的旋转轴的空转角度。没有产生跳齿的情况下的差分值相对于旋转轴的转矩而线性地变化，但产生了跳齿的情况下的差分值相对于旋转轴的转矩，非线性地突然以大的变化量进行变化。
[0033]本发明基于该差分值的变化而对跳齿进行检测，对差分值和预先决定的阈值进行比较，并基于差分值和阈值的比较而检测出在减速机中发生了跳齿的情况。
[0034]对跳齿进行检测的阈值，能够预先实测在减速机中发生了跳齿时的差分值，基于该实测值且考虑余量而进行设定。
[0035][跳齿的方向判定]
[0036]本发明的跳齿检测部设为将减速机的输入侧(电动机侧)的旋转轴和输出侧(负载侧)的旋转轴的旋转分别通过第I编码器和第2编码器进行检测的结构，从而基于该检测值的差分值，判定是在正侧发生了跳齿还是在负侧发生了跳齿。这里，正侧的跳齿是指在电动机侧的转速大于负载侧的转速的情况下产生的跳齿，负侧的跳齿是指在负载侧的转速大于电动机侧的转速的情况下产生的跳齿。
[0037]作为从第I编码器的检测值减去第2编码器的检测值的差分值为正，电动机侧的转速比负载侧的转速足够大到产生跳齿的程度的例子，例如有:突然施加大的转矩从而电动机正向空转而产生跳齿的情况；在通过来自电动机的转矩施加而正在加速旋转的期间，由于在负载侧产生大的负载而导致电动机正向空转而产生跳齿的情况。
[0038]此外，作为从第I编码器的检测值减去第2编码器的检测值的差分值为负，电动机侧的转速比负载侧的转速足够小到产生跳齿的程度的例子，例如有:当正在高速地正向旋转时将旋转制动时，由于从旋转侧突然施加较大的转矩而导致电动机负向空转(制动方向)而产生跳齿的情况；正在高速地负向旋转时停止负载侧的旋转轴的旋转，电动机负向空转而产生跳齿的情况。
[0039]作为判别上述的正侧的跳齿或者负侧的跳齿的结构，包括跳齿检测部。跳齿检测部将从第I编码器的输出即第I检测值减去了第2编码器的输出即第2检测值的减法运算值设为差分值，作为与该差分值进行比较的阈值，包括正的第I阈值和负的第2阈值，其中，正的第I阈值用于与第I检测值大于第2检测值时或者其以上时的正的差分值进行比较，负的第2阈值用于与第I检测值小于第2检测值时或者其以下时的负的差分值进行比较