JP2505520B2 - 偏心遊星差動型減速機の位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、偏心遊星差動型減速機の位置検出装置に係
り、詳しくは減速機構の出力側の回転角度（回転位置に
対応）を精度良く検出できるようにした位置検出装置に
関する。

（従来の技術） 近時、各種産業における産業用ロボットの進出に伴
い、モータと協働してロボットのアーム部材を所定のプ
ログラムに基づいて駆動し、その動作を微妙にコントロ
ールするために、高減速比を備えた種々の減速装置が考
案されている。

このような減速装置としては、例えば偏心遊星差動型
の減速機が代表例であり、この中には、サイクロ商標減
速機等が含まれる。

かかるタイプの減速機を用いたロボットの制御では、
通常、減速機の入力側に位置検出器（例えば、エンコー
ダ）を設けて、これにより入力回転角度を検出しワーク
の加工等をフィードバック制御している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、こような従来の位置検出器にあって
は、減速器の入力側の回転位置を検出していたため、検
出精度が必ずしも良くないという問題点があった。

すなわち、入力側の回転位置を検出し、この検出結果
から減速機構を介した出力側の位置を予測するため、減
速に伴う誤差や遅れが介在し、精度向上に限界がある。
したがって、減速機の回転位置としては、実際上はワー
クに近い出力側の位置を検出すれば理想的であるが、こ
の種の品質の良いものは未だ実用に供されていない。

また、例えばエンコーダを出力側に設置することも考
えられるが、この場合、取付位置の制約や、大型になる
等の不具合がある。

（発明の目的） そこで本発明は、減速機の出力側の回転位置を簡単な
構成で精度良く検出することのできる偏心遊星差動型減
速機の位置検出装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明による偏心遊星差動型減速機の位置検出装置は
上記目的達成のため、入力軸の回転を偏心遊星差動型の
歯車機構を介し減速して出力軸に伝達する減速機の出力
軸と同一回転する前記歯車機構の出力歯車の放射方向へ
の変位を検出する変位センサと、変位センサの出力から
前記歯車機構の出力歯車の回転角度を求め、この回転角
度に基づいて減速機の入力回転に対する出力回転の位置
を検出する位置検出手段と、を備えている。

（作用） 本発明では、入力軸の回転を偏心遊星差動型の歯車機
構を介し減速して出力軸に伝達する減速機の出力軸と同
一回転する前記歯車機構の出力歯車の放射方向への変位
が変位センサにより検出され、変位センサの出力から前
記歯車機構の出力歯車の回転角度が求められ、この回転
角度に基づいて減速機の入力回転に対する出力回転の位
置が検出される。

したがって、減速機の出力側の歯車変位から直接に出
力回転位置を検出することとなり、簡単な構成でかつ低
コストで出力回転位置が精度良く検出される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜５図は本発明に係る偏心遊星差動型減速機の位
置検出装置の一実施例を示す図である。まず、構成を説
明する。第１図は位置検出器の全体的回路構成を示す図
である。同図では減速機の要部半断面が描かれている
が、理解の便宜を図るため最初に減速機の構造を説明す
る。第２、３図は減速機について示す図であり、説明の
都合上、近接センサの取り付ける前の状態を示してい
る。これらの図において、１は減速機のハウジング２に
設けられたモータであり、モータ１の出力軸1aには小歯
車３が設けられている。そして、小歯車３は出力軸1aの
放射外方に設けられた３組のカム軸４の図中右端軸部に
それぞれ固着された大歯車５に噛合している。カム軸４
の中間部には偏心カム６が形成されており、カム軸４の
左端軸部および大歯車５と偏心カム６の間の軸部は、そ
れぞれブロック部材７およびブロック部材７に形成され
た３つの突出部7aを介してブロック部材７に当接する円
板部材８に回転自在に支持されている。９は、外周に波
形の多数の歯形部9aが等間隔に形成された外歯歯車であ
り、カム軸４が貫通して偏心カム６が係合し、また、ブ
ロック部材７の突出部7aが貫通、遊合している。外歯歯
車９の放射外方には、内周に外歯歯車９の歯形部9aの数
ｎよりも１つ多い数、すなわちｎ＋１のピン10が等間隔
に植設され、ピン10を介して外歯歯車９に係合する内歯
歯車11が設けられている。一方、ブロック部材７の図中
左側には、低速側出力軸12に同軸で一体的に形成された
フランジ部12aがブロック部材７および円板部材８と同
軸に設けられており、ボルト13によりフランジ部12a、
ブロック部材７および円板部材８が一体的に結合され
る。なお、低速側出力軸12は減速装置のハウジング２に
図外の軸受を介して回転自在に支持され、また内歯歯車
11はハウジング２に固着して設けられている。

第１図に戻り、減速機の内歯歯車11の所定位置には近
接センサ（変位センサ）20が設けられており、近接セン
サ20の先端部は外歯歯車９の歯形部9aに対向している。
近接センサ20は外歯歯車９の偏心揺動に基づく歯形部9a
の変位を検出するもので、例えば変位を電気信号に変え
るもの（変位−電圧変換素子）等が用いられる。なお、
この近接センサ20はこれ以外のものでもよく、要は部材
の変位を検出し、電気あるいは磁気信号のような後段の
信号処理が可能な物理量として取り出すものであればよ
い。

近接センサ20の出力はアナログ的な電圧信号として取
り出され、この信号はバッファアンプ21で増幅された
後、A/D変換器22に入力される。A/D変換機22はバッファ
アンプ21からの電圧信号を所定のタイミング毎にA/D変
換しデジィタル値として検出回路23に出力する。検出回
路23には、さらにメモリ24からのデータが入力されてお
り、メモリ24には外歯歯車９の回転に伴う歯形部9aの変
位（後述のように時間に対して正弦波状に変化する）の
回転角度位置との関係がデータとして予めマップ等に記
憶されている。このデータは、例えば実験等により予め
作成される。

検出回路23は上記デジィタル値をメモリデータと比較
して歯形部9aの変位を求め、この変位に基づいて外歯歯
車９の回転位置を検出する。上記バッファアンプ21、A/
D変換器22、検出回路23およびメモリ24は全体として位
置検出手段25を構成する。

次に、作用を説明する。

モータ１を起動すると、入力軸としてのカム軸４が小
歯車３を介して回転駆動され、３つの偏心カム６がそれ
ぞれ第３図中、例えば時計回転方向に同期して回転す
る。これに伴って、外歯歯車９が、内歯歯車11の軸心Ｏ
の放射外方に偏心カム６の偏心量だけ偏心し、外歯歯車
９の歯形部9aが時計回転方向に順次内歯歯車11のピン10
に深く係合する。そして、内歯歯車11のピン10が順次に
外歯歯車９の歯形部9aの凹部に嵌挿され、歯形部9aとピ
ン10のピッチの差によって外歯歯車９は反時計回転方向
に駆動される。さらに、ブロック部材７および円板部８
がカム軸４と共に軸心Ｏの周りに回転し、低速側出力軸
12がフランジ部12aを介して回転駆動される。このと
き、低速側出力軸12の回転数とカム軸４の回転数の比、
すなわち、外歯歯車９および内歯歯車11による減速比
（入出力の減速比は であり、歯形部9aおよびピン10の数を大きく設定すれ
ば、小歯車３とカム軸４の間に生じる減速比とともに極
めて大きな減速比が得られ、例えば産業用ロボット等の
駆動部材の微妙な動作をコントロールすることも可能と
なる。

ここで、外歯歯車９の歯形部9aに着目すると、歯形部
9aは出力軸としての外歯歯車９の偏心揺動に応じて変位
し、この偏心揺動は見方を換えると、外歯歯車の公転お
よび自転という概念で表される。公転とは、外歯歯車９
が自らの向きを変えずに軸心Ｏを中心とする極小の円軌
跡を描いて回ることであり、自転とは外歯歯車９自体が
軸心Ｏを中心として回ることである。したがって、公転
では外歯歯車９の外周部（歯形部9aに相当）が回ること
はなく、自転によって初めて該外周部が回ることにな
る。その周り方は外歯歯車９が１回公転する間にピン10
の１ピッチ分だけ外歯歯車９が自転するものとなり、こ
の場合の歯形部9aの放射方向の変位は第４図のように示
される。第４図中、時間Ｔは公転周期に対応し、これは
１ピッチ分における歯形部9aの変位に対応している。ま
た、変位のうち山は歯形部9aの放射外方への変位部であ
り、谷は歯形部9aの放射内方への変位である。これらの
山および谷は歯形部9aの中間変位に対して距離ａだけ離
れている。なお、ａの値は検出対象物たる減速機の諸元
より一義的に決まる。

したがって、近接センサ20の出力Ｘは上述の論理から
第４図に示すような正弦波状の電気信号Ｘ＝a sinθ
（θはカム軸４の回転角）として取り出された後、バッ
ファアンプ21を通し、A/D変換器22でA/D変換される。

いま、近接センサ20の出力Ｘが第５図に示すＡなる値
であると、これがA/D変換された後、検出回路23におい
てメモリデータと比較される。メモリデータとの比較に
より、Ａがθ_Ａなる回転角度に対応するものであること
が判明すると、θ_Ａが出力軸である外歯歯車９の回転位
置として検出される。なお、図中θ_Ｐはピン10の１ピッ
チ分における回転角度を表している。したがって、外歯
歯車９が１回公転する毎にＸ＝a sinθはθ_Ｐだけ変化
し、θ_Ｐの変化がｎだけ繰り返されて外歯歯車９が１回
自転する。よって、Ｘの値およびθ_Ｐの繰り返し回数を
計数すれば、外歯歯車９の回転位置を極めて正確に検出
することができる。この検出結果は、例えば減速機をロ
ボットに適用したワークの加工装置等にフィードバック
制御のためのセンサ情報として用いられ、制御精度の向
上が図られる。

以上のことから、本実施例では従来のセンサと比較し
て次のような効果がある。

（Ｉ）従来のセンサが減速機の入力側の回転位置を検出
しているのに対し、本実施例では出力側の歯車変位から
回転位置を検出しているため、減速に伴う誤差や遅れが
介在せず、回転位置を極めて精度良く検出することがで
きる。

（II）ａの値は減速機の諸元から決まるので、電圧レベ
ルの検出のみを行えば良く、近接センサ20および後段の
信号処理系は簡単な構成で良く、故障が少なく低コスト
なものとなる。

（III）取付位置の節約も少なくなく、かつ小型に作る
ことができる。

なお、上記実施例は近接センサを１個で構成した例で
あるが、本発明の態様はこれに限らず、複数個設けるよ
うにしてもよく、次のそのような例を示す。

センサを２個設ける例 内歯歯車11に周方向に90゜の位相差をもって２個の近
接センサを配設し、各センサから Ｘ＝a sinθ Ｙ＝a cosθ 但し、a:偏心量に比例した電圧 θ：カム軸４の回転角度 という２つの電圧信号を取り出す。

次いでこの２信号より を求めると、Ｚおよびａの値から回転角度θが容易に検
出される。本例では、上記実施例に比して検出精度の向
上が図れる。

センサを４個設ける例 上記のようなセンサ２個を１対として、これを２組90
゜間隔で配設するのが４個の例である。そして、各組の
出力はＺ＝a tanθとなり、これらの出力と平均値を求
めることにより、検出装置の“0"点補償を常に行うこと
が可能となり、より一層検出精度が向上する。

（効果） 本発明によれば、減速機の出力側の歯車変位から出力
回転位置を検出しているため、簡単な構成でかつ低コス
トで該出力回転位置を極めて精度良く検出することがで
きるとともに、センサの取付位置の制約もなく、かつ小
型の装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】 第１〜５図は本発明に係る偏心遊星差動型減速機の位置
検出装置の一実施例を示す図であり、第１図はその全体
的構成図、第２図はその減速機の正面断面図、第３図は
第２図のIII−III矢視断面図、第４図はその近接センサ
の連続した出力波形を示す図、第５図はその近接センサ
の１ピッチの出力波形を示す図である。 ４……カム軸（入力軸）、 ９……外歯歯車、 10……ピン、 11……内歯歯車、 12……出力軸、 20……近接センサ、 21……バッファアンプ、 22……A/D変換器、 23……検出回路、 24……メモリ、 25……位置検出手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸の回転を偏心遊星差動型の歯車機構
   を介して減速して出力軸に伝達する減速機の出力軸と同
   一回転する前記歯車機構の出力歯車の放射方向への変位
   を検出する変位センサと、変位センサの出力から前記歯
   車機構の出力歯車の回転角度を求め、この回転角度に基
   づいて減速機の入力回転に対する出力回転の位置を検出
   する位置検出手段と、を備えたことを特徴とする偏心遊
   星差動型減速機の位置検出装置。