JP2023083631A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの動作制御をより精度よく実行する。【解決手段】減速機１５と、モータ１２と、所定の制御パラメータに基づいてモータ１２の制御を行う制御部３１と、を備えるアクチュエータ１であって、減速機１５に設置され、当該減速機１５の摩耗状況に影響される情報を検出するセンサ１９と、センサ１９の検出情報に基づいて、制御パラメータを補正する補正部３２と、を有する。補正部３２は、減速機１５の摩耗状況に応じた制御パラメータを取得し、これを新たな制御パラメータに更新する。制御部３１は、更新された制御パラメータに基づいてモータ１２の動作制御を実施する。【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

モータと減速機を備えるアクチュエータにおいて、減速機の諸特性を考慮した制御を行う際には、予め、制御に影響を与える諸特性を測定し、アクチュエータの制御モデルへ反映するためのパラメータ同定が行われる（例えば特許文献１を参照）。
そして、減速機の経年変化により、諸特性のパラメータが変化或いは劣化した場合、再度必要な諸特性を計測により取得し、パラメータ同定を行うキャリブレーションを行う必要があった。

特開２０２１－９７４３０号公報

しかしながら、アクチュエータが他の装置に取り付けられて実際に使用環境下に置かれた場合には、経年変化に応じた特性の再測定は行われないのが通常であるため、初期設定時のパラメータを使用し続けることしかできない。このため、減速機の経年変化によって生じる各パラメータ誤差を許容するために、制御ゲインを小さくする等の感度を低くした制御を行う必要があった。

本発明は、アクチュエータの制御精度を高く維持することを目的とする。

本発明は、
減速機と、モータと、所定の制御パラメータに基づいて前記モータの制御を行う制御部と、を備えるアクチュエータであって、
前記減速機に設置され、当該減速機の摩耗状況に影響される情報を検出するセンサと、
前記センサの検出情報に基づいて、制御パラメータを補正する補正部と、
を有する構成とする。

本発明によれば、アクチュエータの制御精度を高く維持することが可能となる。

本発明の実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。 本実施形態に係る駆動装置の斜視図である。 第１内歯部材の正面図である。 第１内歯歯車の応力分布を示す図である。 制御パラメータ(1)の駆動装置の始動トルクを示す線図である。 制御パラメータ(2)の駆動装置の角度伝達誤差を示す図である。 制御パラメータ(3)の駆動装置の減速機の出力部材に生じるねじれ角を示す図である。 制御パラメータ(4)の駆動装置の減速機の出力部材に生じるねじれ角のヒステリシスを示す図である。 制御パラメータ(5)のバックラッシのイメージを示す説明図である。

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に係るアクチュエータとしての駆動装置を示す断面図である。図２は本実施形態に係る駆動装置の斜視図である。

本実施形態の駆動装置１は、回転動力を出力する装置であり、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がある方（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。

駆動装置１は、装置外の支持部材２０１に連結されるケーシング１１と、回転動力を発生するモータ（電動モータ）１２と、モータ１２によりトルクが入力されるロータ軸１３と、ロータ軸１３に制動力を付与可能なブレーキ１４と、ロータ軸１３の回転運動を減速する減速機１５と、減速機１５により減速された回転運動を装置の外部（相手部材２０２）へ出力する出力部材１６と、電気回路が搭載された回路部１７と、ロータ軸１３及び出力部材１６の回転を検出する検出部１８とを備える。回路部１７には、モータ１２の駆動回路が搭載されたモータドライバ基板と、検出部１８の検出回路が搭載されたエンコーダ基板とが含まれる。検出部１８には、ロータ軸１３の回転を検出する入力側回転検出器１８Ａと出力部材１６の回転を検出する出力側回転検出器１８Ｂとが含まれる。減速機１５、モータ１２、ブレーキ１４、検出部１８、並びに、回路部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。

ケーシング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と連結されて支持される。以下、部材１１ａ～１１ｇの具体的な構造例について説明するが、ケーシング１１はこの具体例に限られるものではない。

部材１１ａは、反出力側において軸部１６ｃの一端部周辺を覆う。部材１１ａは、軸方向に貫通する貫通孔を有し、部材１１ａの貫通孔が軸部１６ｃの貫通孔と連通する。部材１１ａは、軸受２１の外輪に軸方向から当接する。部材１１ａは、部材１１ｂにボルト（連結部材）を介して連結される。

部材１１ｂは、回路部１７を径方向及び軸方向の反出力側から覆い、軸受２１の外輪を内嵌し、部材１１ｃにボルトを介して連結される。

部材１１ｃは、検出部１８の径方向外方に位置し、検出部１８を径方向から覆う。部材１１ｃは、部材１１ｂ及び部材１１ｄとボルトを介して連結される。部材１１ｃは、周方向の一部において、モータ１２及びブレーキ１４の配線を引き出す配線引出孔１１ｃ１を有する。

部材１１ｄは、ブレーキ１４の径方向外方に位置し、ブレーキ１４を径方向から覆い、ブレーキ１４の固定側の部材を支持する。部材１１ｄは、反出力側に突出した環状突出部１１ｄｔを有する。環状突出部１１ｄｔは、部材１１ｄの最大外径よりも小径であり、部材１１ｃに嵌入（インロー嵌合）される。部材１１ｄは、反出力側において周方向の複数箇所にフランジ部１１ｄ１を有し、フランジ部１１ｄ１がボルトを介して部材１１ｃに連
結される。さらに、部材１１ｄは、出力側において周方向の複数箇所にフランジ部１１ｄ２を有し、フランジ部１１ｄ２がボルトを介して部材１１ｅに連結される。部材１１ｄは、フランジ部１１ｄ１、１１ｄ２以外の外周部に配置されたフィン部１１ｄ３を備える。フィン部１１ｄ３は、径方向に延在しかつ周方向に広がる複数の放熱フィンを含む。フィン部１１ｄ３において、フランジ部１１ｄ１、１１ｄ２のボルト穴に対応する箇所（ボルト穴を軸方向に延長したときにボルト穴と重なる箇所）には、ボルト及び工具の先を通す貫通孔１１ｄ４、１１ｄ５が設けられている。

部材１１ｅは、モータ１２の径方向外方に位置し、モータ１２を径方向から覆い、モータ１２の固定側の部材を支持する。部材１１ｅは、反出力側に突出した環状突出部１１ｅｔ１と、出力側に突出した環状突出部１１ｅｔ２とを有する。反出力側の環状突出部１１ｅｔ１は、部材１１ｅの最大外径よりも小径であり、部材１１ｄに嵌入（インロー嵌合）される。出力側の環状突出部１１ｅｔ２は、部材１１ｅの最大外径よりも小径であり、部材１１ｆに嵌入（インロー嵌合）される。部材１１ｅは、周方向における複数箇所にフランジ部１１ｅ１を有し、フランジ部１１ｅ１がボルトを介して部材１１ｄ、１１ｆと連結される。部材１１ｅは、フランジ部１１ｅ１以外の外周部に配置されたフィン部１１ｅ２を備える。フィン部１１ｅ２は、径方向に延在しかつ周方向に広がる複数の放熱フィンを含む。当該フィン部１１ｅ２と、上述した部材１１ｄのフィン部１１ｄ３とは隣接し、フィン部１１ｅ２には、フィン部１１ｄ３の貫通孔１１ｄ４に連続する位置（貫通孔１１ｄ４を延長したときに重なる位置）に、ボルト及び工具を通す貫通孔１１ｅ３が設けられている。

部材１１ｆは、モータ１２の出力側を覆い、減速機１５の反出力側に配置された軸受２３の外輪が内嵌される。部材１１ｆは、軸受２３を介して起振体１５ａを回転自在に支持する。部材１１ｆは、隣接する部材１１ｅのフランジ部１１ｅ１に対応する位置にフランジ部１１ｆ１を有し、隣接するフランジ部１１ｆ１、１１ｅ１がボルトを介して連結される。フランジ部１１ｆ１、１１ｅ１において、部材１１ｆ、１１ｅを連結するためのボルト穴と、それよりも反出力側において部材１１ｅ、１１ｄを連結するためのボルト穴とは、同軸上に配置されてもよい。部材１１ｆは、さらに、減速機１５の内歯歯車部材（第１内歯歯車１５ｄ）とボルトを介して連結される。部材１１ｆは、出力側に突出した環状突出部１１ｆｔを有する。環状突出部１１ｆｔは、部材１１ｆの最大外径よりも小径であり、第１内歯歯車１５ｄに嵌入（インロー嵌合）される。

部材１１ｇは、出力側の端部で出力部材１６を径方向から覆い、軸受２２の外輪及びシール２５を内嵌する。部材１１ｇは、軸受２２を介して出力部材１６を回転自在に支持する。部材１１ｇは、径方向に張り出したフランジ部１１ｇ１を有し、フランジ部１１ｇ１が、減速機１５の構成部材（第１内歯歯車１５ｄ）とボルトを介して連結され、さらに、第１内歯歯車１５ｄを共締めした状態で、支持部材２０１にボルトを介して連結される。減速機１５において、第１内歯歯車１５ｄは、第２内歯歯車１５ｅの径方向外側を覆うように第２内歯歯車１５ｅよりも出力側まで張り出した部位を有し、この部位が部材１１ｇと連結される。第１内歯歯車１５ｄの出力側まで張り出し部位には、出力側に突出した環状突出部１５ｄｔが設けられる。環状突出部１５ｄｔは、第１内歯歯車１５ｄの最大外径よりも小径であり、部材１１ｇに嵌入（インロー嵌合）される。部材１１ｇのフランジ部１１ｇ１において、周方向に異なる複数の位置には、減速機１５の構成部材に設けられたネジ穴に連通するボルト挿通孔１１ｇ５と、減速機１５の構成部材に設けられたボルト挿通孔に連通するネジ穴１１ｇ４とを有する。ボルト挿通孔１１ｇ５を介した部材１１ｇ及び第１内歯歯車１５ｄの直接の連結と、ネジ穴１１ｇ４を介した第１内歯歯車１５ｄを共締めした部材１１ｇ及び支持部材２０１の連結とを合わせて、部材１１ｇと第１内歯歯車１５ｄとの規定の連結強度が達成される。

さらに、部材１１ｇは、径方向内方に突出して、軸受２２の軸方向位置及びシール２５の軸方向位置を決める位置決め突起（リング部）１１ｇ２を有する。さらに、部材１１ｇは、軸方向に延在してシール２５を収容する筒状延在部１１ｇ３を有する。筒状延在部１１ｇ３は、軸受２２の出力側で、フランジ部１１ｇ１より出力側に延在している。

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、ケーシング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１５を貫通して検出部１８及び回路部１７が配置される反出力側まで延在する。軸部１６ｃには、出力側回転検出器１８Ｂの回転部１８Ｂａが固定されている。軸部１６ｃは、出力側において部材１６ａに締まり嵌めされている。部材１６ｂは、減速機１５の第２内歯歯車１５ｅとボルトにより連結され、減速機１５の出力側の軸受２４の外輪を内嵌する。部材１６ｂは、減速機１５から減速された回転運動を導入し、軸受２４を介して起振体１５ａを回転自在に支持する。

部材１６ａは、部材１６ｂの出力側に配置され、軸部１６ｃを内嵌し、かつ、軸受２２の内輪を外嵌する。部材１６ａは、ボルトの軸部を通しかつボルトの頭部を収容するボルト挿通孔１６ａ１と、ボルトの軸部を通すボルト挿通孔１６ａ２とを有する。ボルト挿通孔１６ａ１、１６ａ２は、隣接する部材１６ｂの複数のネジ穴１６ｂ１のいずれかに連通する。部材１６ｂは、ボルト挿通孔１６ａ１に挿通されたボルトを介して部材１６ｂに直接に連結（仮止め）される。さらに、部材１６ａは、ボルト挿通孔１６ａ２に挿通されたボルトを介して、相手部材２０２と部材１６ｂとの間で共締めされる。すなわち、相手部材２０２は、ボルト挿通孔１６ａ２を介して部材１６ｂのネジ穴に螺合されたボルトを介して出力部材１６に連結される。部材１６ａは、上記の部材１６ｂへの直接の連結（周方向に位置が異なる４本のボルトによる連結）と、部材１６ｂと相手部材２０２とに挟まれた共締め（周方向に位置が異なる８本のボルトによる連結）とにより、部材１６ｂに対する規定の連結強度が達成される。

部材１６ａは、ケーシング１１の筒状延在部１１ｇ３と径方向に対向する筒状部１６ａ３を有する。筒状部１６ａ３は、ボルト挿通孔１６ａ１よりも出力側に配置されている。筒状部１６ａ３には、シール２５のリップ部が接触するスリーブ２６が外嵌され、スリーブ２６とケーシング１１の筒状延在部１１ｇ３との間にシール２５が配置される。なお、出力部材１６の構造は、上述の具体例に限られない。

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。ロータ１２ｂは、永久磁石により構成され、ステータ１２ａは電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、モータ１２のロータ１２ｂと連結されている。モータ１２及びロータ軸１３は、減速機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１８Ａの回転部１８Ａａがハブ部材１８ｃを介して固定されている。

減速機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。なお、減速機は、筒型の撓み噛合い式歯車機構に限定されるものではなく、各種の減速機を採用でき、例えばカップ型やシルクハット型の撓み噛合い式歯車機構、偏心揺動型減速機、単純遊星型減速機であってもよい。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の外側に配置される。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。起振体１５ａは、その軸部が軸受２３、２４を介してケーシング１１及び出力部材１６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、ケーシング１１に連結され、外歯歯車１５ｃの軸方向における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の軸方向における出力側の範囲に噛合う。

減速機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。

検出部１８は、ロータ軸１３の回転を検出する入力側回転検出器１８Ａと出力部材１６の回転を検出する出力側回転検出器１８Ｂとを含む。入力側回転検出器１８Ａは、ロータ軸１３と一体的に回転する回転部１８Ａａと、回転部１８Ａａの近傍に配置され、回転部１８Ａａの回転量を検出するセンサ１８Ａｂとを有する。出力側回転検出器１８Ｂは、出力部材１６と一体的に回転する回転部１８Ｂａと、回転部１８Ｂａの近傍に配置され、回転部１８Ｂａの回転量を検出するセンサ１８Ｂｂとを有する。入力側回転検出器１８Ａ及び出力側回転検出器１８Ｂ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１８Ａと出力側回転検出器１８Ｂ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１８Ａ及び出力側回転検出器１８Ｂにおいて、２つのセンサ１８Ａｂ、１８Ｂｂは回路部１７のエンコーダ基板に搭載されており、２つの回転部１８Ａａ、１８Ｂａは回路部１７に対して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１８Ｂａの設置位置と、ロータ軸１３への回転部１８Ａａの設置位置とは、軸方向においてほぼ同一位置であり、同様に、２つのセンサ１８Ａｂ、１８Ｂｂ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１８Ａａと回転部１８Ｂａとは、径方向から見て重なる位置に配置され、回転部１８Ａａが径方向外側に配置されている。また、センサ１８Ａｂとセンサ１８Ｂｂは、径方向から見て重なる位置に配置され、センサ１８Ａｂが径方向外側に配置されている。

ブレーキ１４は、ロータ軸１３に相対回転が規制されるように固定されたハブ部材１４ａと、ハブ部材１４ａにスプライン嵌合されたディスク状のロータ１４ｂと、ロータ１４ｂに向かって変位可能なアーマチュア１４ｃと、アーマチュア１４ｃを駆動する電磁コイル１４ｄと、アーマチュア１４ｃを元の位置に戻すバネ材と、アーマチュア１４ｃの反対側でロータ１４ｂに対向するプレート１４ｅと、プレート１４ｅ及びアーマチュア１４ｃに固着されたライニング（摩耗材）１４ｆと、ケーシング１１に支持されて電磁コイル１４ｄ及びプレート１４ｅを保持するフレーム１４ｇと、を備える。ブレーキ１４においては、電磁コイル１４ｄの作用あるいはバネ材の作用により、アーマチュア１４ｃとプレート１４ｅとの間にライニング１４ｆを介してロータ１４ｂを挟み込むことで、ロータ軸１３に制動力が加えられる。また、バネ材の作用あるいは電磁コイル１４ｄの作用により、アーマチュア１４ｃとプレート１４ｅとがロータ１４ｂを挟み込む力が解除されることで、ロータ軸１３への制動力が解除される。

［駆動装置の動作］
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１８Ａ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１８Ｂにより検出される。

モータ１２の駆動が停止し、ブレーキ１４が作動すると、アーマチュア１４ｃが駆動され、プレート１４ｅとアーマチュア１４ｃとの間にライニング１４ｆを介してロータ１４ｂが挟み込まれ、ロータ軸１３に制動力が働く。モータ１２が駆動される際には、アーマチュア１４ｃがロータ１４ｂから離間され、制動力が解除される。

［減速機の摩耗状況の影響の監視］
ところで、上記駆動装置１の減速機１５の第１内歯歯車１５ｄには、減速機の摩耗状況に影響される情報として、第１内歯歯車１５ｄの所定箇所における歪を検出するセンサとしての歪みゲージ１９（歪みセンサ）が装備されている。

図３は第１内歯歯車１５ｄの正面図である。図示のように、第１内歯歯車１５ｄは、反出力側における内周に内歯が形成された内歯リング部１５１ｄと、部材１１ｇと共に支持部材２０１に連結される外部連結部１５２ｄと、径方向における内歯リング部１５１ｄと外部連結部１５２ｄとの間に設けられ、第１内歯歯車１５ｄにトルクが作用したときに内歯リング部１５１ｄよりも変形しやすい（変形量が大きい）構成とされた変形容易部１５３ｄとを備えている。

内歯リング部１５１ｄと外部連結部１５２ｄとの間には、周方向に均一間隔で軸方向に貫通する複数（八個である場合を例示）の貫通孔１５４ｄが設けられている。そして、各貫通孔１５４ｄの間の径方向に沿った柱状部分が変形容易部１５３ｄとなっている。即ち、それぞれの変形容易部１５３ｄは、両側の貫通孔１５４ｄにより、周方向に幅が狭く、変形容易部１５３ｄに対する径方向の外側部分及び内側部分と比べて、周方向の変形が容易となっている。
また、変形容易部１５３ｄは、周方向について一定の間隔で八つ設けられている場合を例示する。
各変形容易部１５３ｄの周方向の間隔は、均一であることが好ましいが、必須ではない
。また、変形容易部１５３ｄの個数も増減可能である。
なお、変形容易部１５３ｄは、径方向の外側部分及び内側部分と比べて軸方向の幅を小さくしても良いし、変形容易部１５３ｄは設けられなくてもよい。

歪みゲージ１９は、変形容易部１５３ｄにおける径方向の伸縮の歪みを検出する方向で当該変形容易部１５３ｄに取り付けられている場合を例示する。
なお、歪みゲージ１９が検出する歪みの方向は、径方向に限定されるものではなく、周方向や軸方向或いはこれらを合成した斜め方向であってもよい。
変形容易部１５３ｄは、第１内歯歯車１５ｄにトルクが作用したときに（具体的には、外部連結部１５２ｄが支持部材２０１に連結された状態で、内歯リング部１５１ｄが噛合い反力を受けることで、第１内歯歯車１５ｄにトルクが作用したときに）、内歯リング部１５１ｄよりも大きく変形する。その結果、変形容易部１５３ｄに生じる径方向の伸縮歪みも大きくなる。この変形容易部１５３ｄの歪みは、減速機１５の内歯と外歯の摩耗状況との相関があるため、歪みを歪みゲージ１９で検出することにより、摩耗状況の変化を監視することができる。

［測定装置］
各歪みゲージ１９は、測定装置１９１に接続されている。なお、図３では一つの歪みゲージ１９のみが接続されている状態を図示しているが実際は全ての歪みゲージ１９が測定装置１９１に接続されている。
歪みゲージ１９は、歪みに応じて抵抗値が変化する特性を有するので、測定装置１９１は、各歪みゲージ１９の抵抗値を示す検出信号（例えば、電圧信号）を受信して歪みを取得することができる。
さらに、測定装置１９１は、八つの歪みゲージ１９によって検出された歪みから図４に示す第１内歯歯車１５ｄの応力分布を求めることができる。
そして、測定装置１９１は、当該測定装置１９１に接続された駆動装置１の制御装置３０に対して第１内歯歯車１５ｄの応力分布を入力する。

［制御装置］
駆動装置１の制御装置３０は、例えば、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。本実施形態においては、制御装置３０は、図１の回路部１７により構成されるが、これに限定されるものではなく、回路部１７とは別に設けられていてもよい。
制御装置３０は、駆動装置１の動作制御を行う制御部３１と、後述する制御部３１の制御パラメータの補正を行う補正部３２とを有する。これらは、制御装置３０が備える中央処理装置がデータ記憶装置内のプログラムを実行することにより実現する機能的な構成である。なお、制御部３１と補正部３２とは、一方又は両方がハードウェアで構成されてもよい。

［制御装置：制御部］
制御部３１は、駆動装置１の基本的な制御モデルと制御モデルの逆モデルとを用いた外乱オブザーバとを有し、所定の複数の制御パラメータに基づいて出力値を決定し、モータ１２に対する動作制御を実行する。
ここで、制御部３１の複数の制御パラメータに含まれる制御パラメータ(1)～(5)について説明する。

なお、制御部３１の制御パラメータとして下記に示す制御パラメータ(1)～(5)は例示であり、これらに限られず、より多くの制御パラメータを動作制御に使用することができる。また、逆に、制御部３１は、以下に示す制御パラメータ(1)～(5)の全てを制御パラメータとしてモータ１２に対する動作制御を行う構成ではなくともよく、制御パラメータ(1)～(5)の内の一部を制御パラメータとしてモータ１２に対する動作制御を行う構成としてもよい。

制御パラメータ(1)は、図５に示す、駆動装置１の始動トルクである。始動トルクの値は、駆動装置１の起動特性を示し、摩擦補償の制御パラメータとなる。
始動トルクは、無負荷の状態で駆動装置１を起動させる際に必要とするトルクの値を示す。図５は、始動トルクの測定時の出力部材１６の軸角度（点線）、軸速度（一点鎖線）、トルク値（実線）を示している。測定の際には、モータ１２のトルク出力を0から漸増させて、その際の出力側回転検出器１８Ｂの出力から出力部材１６の軸角度、軸速度を検出し、これらが0状態から脱した時のトルク値を始動トルクとする。

制御パラメータ(2)は、図６に示す、駆動装置１の角度伝達誤差である。角度伝達誤差は、駆動装置１の速度安定、振動特性を示し、速度及び速度偏差補償の制御パラメータとなる。
角度伝達誤差は、無負荷の状態で任意の回転角を入力した時の理論出力回転角と測定された出力回転角の差から求められる。
図６において横軸を出力部材１６の軸角度、縦軸を測定された角度伝達誤差の値とする。

制御パラメータ(3)は、図７に示す、駆動装置１の減速機１５の出力部材１６に生じるねじれ角である。ねじれ角の値は、駆動装置１の位置決め、振動及び応答特性を示し、ねじれ補償の制御パラメータとなる。
図７は、ロータ軸１３を固定して出力部材１６側より定格トルクまで負荷を漸増させて除荷するまでの負荷及び出力部材１６の変位（ねじれ角）を測定した値を示す。定格トルクをＴ３とした場合、当該定格トルクＴ３よりも小さい規定のトルクＴ１，Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）と定格トルクＴ３におけるねじれ角θ１，θ２，θ３を測定し、それぞれのばね定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３（Ｋ＝Ｔ／θ）を算出し、各ねじれ角や各バネ定数の値を制御パラメータの特性値とする。

制御パラメータ(4)は、図８に示す、駆動装置１の減速機１５の出力部材１６に生じるねじれ角のヒステリシスである。ねじれ角のヒステリシスの値は、駆動装置１の位置決め特性を示し、誤差補償の制御パラメータとなる。
図８は、ロータ軸１３を固定して出力部材１６側より、上記正回転と逆回転について、定格トルクまでゆっくり負荷を掛けて除荷するまでの負荷及び出力部材１６の変位（ねじれ角）を測定し、その関係を示している。上記正回転と逆回転についてそれぞれ定格トルクまで漸増させた時のねじれ角の測定値からは、図８に示すような剛性のヒステリシスカーブが得られる。ここで、図８に記載されたロストモーションとは、定格トルク±３％点におけるねじれ角と定義される。
この場合のヒステリシスロスとロストモーションの値が制御パラメータとなる。

制御パラメータ(5)は、図９に示す、駆動装置１の減速機１５の外歯歯車１５ｃと第１内歯歯車１５ｄ及び第２内歯歯車１５ｅとの間に生じるバックラッシの大きさである。なお、図９はバックラッシのイメージを示す説明図であり、理解を容易にとするために外歯歯車同士の噛み合いにおけるバックラッシを図示している。
ここでいうバックラッシは、歯面に垂直な方向のバックラッシである。当該バックラッシは、かみ合う歯面のすき間に、スキマゲージを差し込んで測定が行われる。
バックラッシの値は、駆動装置１の位置決め特性を示し、誤差補償の制御パラメータとなる。

［制御装置：補正部］
制御部３１の動作制御に使用される上記各種の制御パラメータは、駆動装置１が製造されてから、駆動装置１が親機械に搭載されて実際的な使用が開始される前の段階（当初段階とする）で測定等が実施されて取得される。そして、取得された各種の制御パラメータは、制御装置３０の記憶装置に記録されて、実使用時の動作制御に使用される。
そして、当初段階で取得された各種の制御パラメータは、駆動装置１の実際的な使用開始以降の経年変化、例えば、減速機１５の摩耗状況による経年変化に対して、数値的な適性が低下を生じるが、親機械に組み込まれ、経年変化を生じた駆動装置１に対して、改めて各種の制御パラメータの測定を実施することは、容易ではなく、現実的ではない。

上記の課題を解決するために補正部３２が行う各種の制御パラメータの補正の実施内容について以下に説明する。
まず、制御装置３０は、図示しない記憶装置に、減速機の摩耗状況に影響される情報である各歪みゲージ１９から検出される歪みに基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を予め保有しており、補正部３２は、これらのデータ群を参照することができる。
なお、「第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群」とは、減速機１５の経年変化の進行度合いが異なるそれぞれの段階での応力分布のデータ群を示す。

第１内歯歯車１５ｄの応力分布は、第１内歯歯車１５ｄの３Ｄデータと各歪みゲージ１９の配置と各歪みゲージ１９が検出する歪み量及びその歪みの方向等から周知の手法で取得することが可能である。
そして、第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を構成する個々の応力分布のデータは、サンプル機（データ収集のための試験専用機）である駆動装置１について、長時間の連続運転を行い、運転開始時と一定期間が経過するたびに（例えば、100時間ごと或いは1000時間ごとなど、特に限定されるものではなく、適宜設定される）、各歪みゲージ１９の検出を行い、各検出値から第１内歯歯車１５ｄの応力分布を測定することにより取得することができる。
これにより、例えば、第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群は、運転開始当初の第１内歯歯車１５ｄの応力分布、運転100時間経過後の第１内歯歯車１５ｄの応力分布、運転200時間経過後の第１内歯歯車１５ｄの応力分布、運転300時間経過後の第１内歯歯車１５ｄの応力分布、…等のように構成される。

なお、サンプル機の駆動装置１によるデータ収集時の動作速度や負荷状態等の運転条件は、実使用を想定した所定の条件に設定される。
また、各歪みゲージ１９の検出タイミングは、本実施形態においては、いずれかの歪みゲージ１９が周方向について起振体１５ａの長軸と位置が一致するタイミングとする。これらの測定条件についても、制御装置３０の記憶装置に保有されている。

また、制御装置３０は、前述した記憶装置に、各制御パラメータ(1)～(5)について、経年変化に伴う変化後の各制御パラメータ(1)～(5)の測定値を予め保有しており、補正部３２は、これらの測定値を参照することができる。
各制御パラメータ(1)～(5)の場合も、応力分布の経年変化を伴うデータ群の場合と同様にして、サンプル機である駆動装置１について、長時間の連続運転を行い、運転開始時と一定期間（応力分布の測定と同じ時間間隔）が経過するたびに、制御パラメータ(1)～(5)の測定を行って測定値のデータ群を取得する。この制御パラメータ(1)～(5)の測定は、応力分布の測定と同じサンプル機で行われてもよいし、別のサンプル機で行われてもよい。
これにより、例えば、制御パラメータ(1)～(5)の上記測定によって得られる測定値のデータ群は、運転開始当初の制御パラメータ(1)～(5)、運転100時間経過後の制御パラメータ(1)～(5)、運転200時間経過後の制御パラメータ(1)～(5)、運転300時間経過後の制御パラメータ(1)～(5)、…等のように構成される。

そして、補正部３２は、予め定められた更新の実行条件を満たすと、測定装置１９１に対して、自機である駆動装置１について、各歪みゲージ１９による歪みの検出と第１内歯歯車１５ｄの応力分布の導出とを実行させる。なお、この時の各歪みゲージ１９の測定条件は、前述した第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群の測定条件と一致させることが好ましい。また、この測定装置１９１による測定を行う場合、できるだけ外乱の影響を排除するため、親機械（例えば、ロボット）に予め定められた所定の補正時動作（例えば、無負荷で対象関節を0度から180度まで回動させる等）を行わせ、当該補正時動作中に測定を行うことが好ましい。
なお、上記の更新の実行条件は、例えば、定期的な実施や、装置の主電源投入時等のように、ある程度の頻度が確保できる条件であればいずれの条件でもよい。

そして、補正部３２は、自機である駆動装置１について、第１内歯歯車１５ｄの応力分布の導出結果を取得すると、サンプル機に基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を参照し、その中のそれぞれ運転期間ごとの第１内歯歯車１５ｄの応力分布と比較して、最も近似する運転期間の第１内歯歯車１５ｄの応力分布を特定する。
そして、最も近似する運転期間の第１内歯歯車１５ｄの応力分布が、運転開始当初の第１内歯歯車１５ｄの応力分布以外である場合には、制御パラメータ(1)～(5)の測定値のデータ群を参照して、最も近似する運転期間の第１内歯歯車１５ｄの応力分布と同時期の制御パラメータ(1)～(5)の測定値を特定し、現在の制御パラメータ(1)～(5)の設定値と入れ替えて更新する。

このように、補正部３２は、駆動装置１が使用され、一定の更新の実行条件が満たされると、各歪みゲージ１９による歪みの検出から第１内歯歯車１５ｄの応力分布が取得され、当該応力分布に近似するいずれかの運転期間の第１内歯歯車１５ｄの応力分布が特定され、そこから同じ運転期間の制御パラメータ(1)～(5)を特定することができる。
各歪みゲージ１９による検出される歪みや当該検出された歪みに基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布は、減速機１５の内歯や外歯の摩耗状況と相関があるので、第１内歯歯車１５ｄの応力分布を比較することで、サンプル機の駆動装置１の摩耗状況が近い（運転期間が近い）応力分布を特定することができ、摩耗状況が近い（運転期間が近い）時期にサンプル機から測定された制御パラメータ(1)～(5)を取得することができる。

なお、第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群は、一つのサンプル機に基づくものに限られず、複数のサンプル機ごとに第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を用意してもよい。或いは、各歪みゲージ１９による検出を行う周期よりも十分に短い期間内で各歪みゲージ１９が起振体１５ａの長軸位置となるそれぞれのタイミングで複数回の測定を行い、複数の応力分布を求めてもよい。
それらの場合、運転期間ごとの複数の応力分布をそれぞれ学習データとして機械学習の手法により分類器を生成し、運転期間ごとの分類器により、現在使用されている駆動装置１の第１内歯歯車１５ｄの応力分布が、いずれの運転期間の応力分布であるかを判定してもよい。

そして、補正部３２により各制御パラメータ(1)～(5)が更新されると、制御部３１は、更新された制御パラメータ(1)～(5)を用いて、それ以降のモータ１２に対する動作制御を実行する。

［発明の実施形態における技術的効果］
上記駆動装置１では、減速機１５の摩耗状況に影響される情報として第１内歯歯車１５ｄの変形容易部１５３ｄにおける歪みを検出する歪みゲージ１９と、歪みゲージ１９の検出情報に基づいて、制御パラメータ(1)～(5)を新たな制御パラメータ(1)～(5)に補正する
補正部３２と、制御パラメータ(1)～(5)に基づいてモータ１２の制御を行う制御部３１とを備えている。
このため、減速機１５の摩耗状況が進行した駆動装置１について、実際に各制御パラメータ(1)～(5)の測定を行うことなく、減速機１５の摩耗状況に相関がある新たな制御パラメータ(1)～(5)を取得することができ、制御部３１は、モータ１２の制御において、ゲインを低く設定することなく、適切なゲインを維持することができ、モータ１２の制御をより高精度で行うことが可能となる。

特に、摩耗状況に影響される情報を取得するセンサを歪みゲージ１９とする場合、駆動装置１の駆動状態における第１内歯歯車１５ｄの歪みは、摩耗状況の進行と相関があることから、摩耗状況の進行に応じた制御パラメータ(1)～(5)を適正に取得することが可能となり、モータ１２の制御をより高精度で行うことが可能となる。

また、歪みゲージ１９は、減速機１５を構成する第１内歯歯車１５ｄの周方向に複数設置されているので、同様に周方向に並んだ内歯や外歯の摩耗状況との相関が得られやすく、より適正な減速機１５の摩耗状況に影響される情報を取得することが可能となる。

また、補正部３２は、歪みゲージ１９の検出情報に基づき、減速機１５の角度伝達誤差、バックラッシ、トルクに対するねじれ角のヒステリシスおよび始動トルク等の制御パラメータについて経年変化を特定し、特定した経年変化に基づいて制御パラメータを補正している。
このため、減速機１５の経年変化に応じてより適切な制御パラメータが設定され、より高精度なモータ１２の動作制御が可能となる。

［制御パラメータの更新の他の例］
また、上記実施形態では、補正部３２が参照する第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を取得するために、サンプル機の駆動装置１において、一定速度で長期間のモータ１２の連続運転を行っているが、上記データ群を取得する際のサンプル機の駆動装置１の動作は、上記に限定されない。

例えば、サンプル機の駆動装置１が親機械（例えば、ロボット等）に搭載された状態で、当該親機械について予め定められた所定の補正時動作（例えば、無負荷で対象関節を0度から180度まで回動させる等）を繰り返し実行し、既定の繰り返し回数ごとに、各歪みゲージ１９の検出に基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布のデータを取得することで、補正部３２が参照する第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を取得してもよい。
その場合、経年変化に伴う変化後の各制御パラメータ(1)～(5)の測定値のデータ群も、上記の補正時動作の既定の繰り返し回数ごとに測定して、取得することが好ましい。

上記の場合も、補正部３２の更新の実行条件については、ある程度の頻度が確保できる条件であればいずれの条件でもよい。
そして、補正部３２は、更新の実行条件に該当すると、自機である駆動装置１について取得した、第１内歯歯車１５ｄの応力分布を、サンプル機に基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群と比較し、最も近似する補正時動作の繰り返し回数の応力分布と同じ繰り返し回数の制御パラメータ(1)～(5)を特定し、当該制御パラメータ(1)～(5)に更新を行う。
そして、制御部３１は、更新された制御パラメータ(1)～(5)を用いて、それ以降のモータ１２に対する動作制御を実行する。

上記更新を行う場合、補正部３２が参照する第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化
を伴うデータ群が、駆動装置１の親機械への搭載時の動作で構成されるため、親機械での動作によって生じる減速機１５の摩耗状況を反映した第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を得ることができるので、より適正な制御パラメータ(1)～(5)に更新することが可能となり、モータ１２の制御をより高精度で行うことが可能となる。

［歪みゲージの他の用途への適用］
減速機１５の摩耗状況に影響される情報を検出するセンサとしての歪みゲージ１９は、他の用途にも利用してもよい。
例えば、駆動装置１が親機械（例えば、ロボット等）に搭載された状態で、歪みゲージ１９の検出情報（検出歪み）に基づいて制御部３１が既定の動作制御を実行する構成としてもよい。具体的には、ロボットの通常動作（例えば、ロボットが既定の用途に使用されている場合の動作）中に、歪みゲージ１９の検出歪みが、予め用意された閾値を超えた場合に、ロボットのいずれかの部分が外部の物体等に接触したものと判断して、制御部３１が、既定の動作として回避動作を実行するように動作制御を行う等である。
これにより、駆動装置１に搭載された各歪みゲージ１９が、更新の実行条件の達成時のみの利用だけでなく、他の用途にも利用され、駆動装置１の構成資源を有効活用することが可能となる。

［その他］
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、上記駆動装置１では、減速機１５の摩耗状況に影響される情報として複数の歪みゲージ１９の検出歪みに基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布を採用しているが、複数の歪みゲージ１９の検出歪みの値そのものや各検出値から導出される他の数値を減速機１５の摩耗状況に影響される情報としてもよい。複数の歪みゲージ１９の検出歪みの値そのものを利用する場合には、複数の検出値から統計的手法により一つの数値を導出しても良い。

また、上記実施形態では、制御装置３０が記憶装置に、予め、サンプル機に対する実測による第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を用意し、実際に使用される駆動装置１の検出に基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布との対比を行っているが、これに限定されない。
例えば、第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化が所定の算出処理等により求めることが可能であれば、サンプル機に対する実測による第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を伴うデータ群を予め用意しなくともよい。第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化を求める算出処理から実際に使用される駆動装置１の検出に基づく第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化の進行度合いを特定することが可能となるので、当該経年変化の進行度合いに対応する各制御パラメータを特定すればよい。

そして、その場合、経年変化の進行度合いごとに対応する各制御パラメータを実測によるデータを予め用意してもよいが、これらの制御パラメータについても、第１内歯歯車１５ｄの応力分布の経年変化の進行度合いに基づいて算出可能である場合には、当該算出処理によって新たな制御パラメータを求めてもよい。

また、減速機１５の摩耗状況に影響される情報を検出するセンサは、歪みゲージに限らず、摩耗状況に影響される他の検出を行うセンサであってもよい。例えば、減速機１５に封入される潤滑剤中の摩耗粉量を検出するセンサや振動を検出するセンサであってもよい。

また、上記実施形態においては、減速機として撓み噛合い式歯車装置である例を示した
が、本発明に係る減速機は、減速機構の種類は特に限定されず、どのような種類の減速機であってもよい。例えば、本発明に係る減速機は、センタークランク型の偏心揺動型歯車装置、偏心体を有する２個以上の軸が歯車装置の軸心からオフセットして配置された所謂振り分け型の偏心揺動型歯車装置、又は、単純遊星歯車装置であってもよい。さらには、平行軸減速機や直交減速機であってもよい。また、上記実施形態では、減速機が、所謂筒型の撓み噛合い式歯車装置である例を示したが、本発明に係る減速機は、所謂カップ型又はシルクハット型の撓み噛合い式歯車装置であってもよい。

また、歪みゲージ１９は、第１内歯歯車１５ｄに限らず、内歯歯車部材としての第２内歯歯車１５ｅに設けてもよいし、それ以外の部位に設けてもよい。

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（アクチュエータ）
１２ モータ
１５ 減速機
１５ａ 起振体
１５ｂ 起振体軸受
１５ｃ 外歯歯車
１５ｄ 第１内歯歯車（内歯歯車部材）
１５ｅ 第２内歯歯車（内歯歯車部材）
１６ 出力部材
１６ａ 部材
１８ 検出部
１８Ａ 入力側回転検出器
１８Ｂ 出力側回転検出器
１９ 歪みゲージ（歪みセンサ）
３０ 制御装置
３１ 制御部
３２ 補正部
１５１ｄ 内歯リング部
１５２ｄ 外部連結部
１５３ｄ 変形容易部
１５４ｄ 貫通孔
１９１ 測定装置
２０１ 支持部材
２０２ 相手部材
Ｏ１ 中心軸

Claims (6)

1. 減速機と、
   モータと、
   所定の制御パラメータに基づいて前記モータの制御を行う制御部と、
   を備えるアクチュエータであって、
   前記減速機に設置され、当該減速機の摩耗状況に影響される情報を検出するセンサと、
   前記センサの検出情報に基づいて、前記制御パラメータを補正する補正部と、
   を有するアクチュエータ。
2. 前記センサは、歪センサである
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記センサは、前記減速機を構成する内歯歯車部材の周方向に複数設置される
   請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記補正部は、前記センサの検出情報に基づき、前記減速機の角度伝達誤差、バックラッシ、トルクに対するねじれ角のヒステリシスおよび始動トルクのうちの少なくとも一つについて経年変化を特定し、特定した経年変化に基づいて前記制御パラメータを補正する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記補正部は、前記アクチュエータが搭載された親機械が予め定められた所定の補正時動作を行ったときの前記センサの検出情報に基づいて、前記制御パラメータを補正する
   請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
6. 前記制御部は、前記アクチュエータが搭載された親機械が通常動作中に前記センサが検出した情報に基づいて、前記アクチュエータを制御する
   請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。

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