JP6303888B2 - Actuator device - Google Patents
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Description
本発明は、アクチュエータの装置に関する。 The present invention relates to an actuator device.
ロボットなどに用いられるアクチュエータ装置は、アーム部などを駆動する軸部の位置を高い精度で検出することが求められる。一般に、アクチュエータ装置は、動力源で生成した力を出力軸部へ伝達するために、入力軸部と出力軸部との間に駆動力を減速して伝達する駆動力伝達部を備えている。このように駆動力伝達部を備えるアクチュエータ装置の場合、出力軸部の角度を取得するためには、入力軸部の１回転以上の回転が必要となる。すなわち、駆動力伝達部を備えるアクチュエータ装置の場合、多回転を検出する手段が求められる。 An actuator device used for a robot or the like is required to detect the position of a shaft portion that drives an arm portion or the like with high accuracy. Generally, an actuator device includes a driving force transmission unit that decelerates and transmits a driving force between an input shaft unit and an output shaft unit in order to transmit a force generated by a power source to an output shaft unit. Thus, in the case of an actuator device provided with a driving force transmission part, in order to acquire the angle of an output shaft part, one or more rotations of an input shaft part are needed. That is, in the case of an actuator device including a driving force transmission unit, means for detecting multiple rotations is required.
回転軸の回転位置を検出する一般的なアブソリュート型のエンコーダは、電力の供給が停止したとき、多回転数が喪失される。そのため、このようなエンコーダを用いるアクチュエータ装置は、バックアップのための電源を付加したり、入力軸に噛み合う複数の歯車の噛み合いパターンから物理的に位置情報を保持することにより、多回転数の保存している。しかし、バックアップ電源を付加しても、電力の供給が長時間停止すれば、多回転数が喪失されるとともに、バックアップ電源の定期的な交換も必要となる。また、物理的に位置情報を保持する場合、機械的な部品点数が増加し、小型化も困難である。 In a general absolute encoder that detects the rotational position of the rotary shaft, the number of rotations is lost when power supply is stopped. For this reason, an actuator device using such an encoder can store a large number of revolutions by adding a power source for backup or by physically holding position information from a meshing pattern of a plurality of gears meshing with an input shaft. ing. However, even if a backup power supply is added, if the power supply is stopped for a long time, the multi-rotation speed is lost and the backup power supply needs to be periodically replaced. In addition, when the position information is physically held, the number of mechanical parts is increased, and downsizing is difficult.
そこで、例えば特許文献１では、駆動力伝達部の中間軸部を含む２か所の軸部に設けたセンサによって、出力軸部の多回転を検出することが提案されている。しかし、特許文献１の構成の場合、中間軸部および出力軸部の回転位置を用いており、入力軸部の多回転数の取得は考慮されていない。また、特許文献１の場合、多回転数を取得するために、２か所のセンサで取得した角度の組み合わせのすべてをテーブルとして予め用意する必要がある。そのため、検出精度を高めるためにセンサの解像度を高めると、テーブルのデータ量が増大し、大容量の記憶手段が必要となる。また、例えば、入力軸部側と出力軸部側との歯数の最小公倍数が小さいとき、入力軸部が数回転すると、入力軸部側と出力軸部側との位置関係は初期の位置に戻る。これに対し、アクチュエータ装置の小型化を進める場合、ギア比によっては、入力軸部側が数十回転したとき、入力軸部と出力軸部側との関係が初期位置へ戻ることもある。このように、初期の位置関係に戻る際に、入力軸部側の回転数が増大する場合、テーブルデータの量はセンサの解像度に応じて膨大になるという問題がある。 Therefore, for example, Patent Document 1 proposes that multiple rotations of the output shaft portion are detected by sensors provided at two shaft portions including the intermediate shaft portion of the driving force transmission portion. However, in the case of the configuration of Patent Document 1, the rotational positions of the intermediate shaft portion and the output shaft portion are used, and acquisition of the multi-rotation number of the input shaft portion is not considered. Further, in the case of Patent Document 1, in order to acquire the multi-rotation number, it is necessary to prepare in advance as a table all combinations of angles acquired by the two sensors. Therefore, if the resolution of the sensor is increased in order to increase the detection accuracy, the amount of data in the table increases and a large capacity storage means is required. Also, for example, when the least common multiple of the number of teeth on the input shaft side and the output shaft portion side is small, if the input shaft portion rotates several times, the positional relationship between the input shaft portion side and the output shaft portion side will be at the initial position. Return. On the other hand, when the miniaturization of the actuator device is promoted, the relationship between the input shaft portion and the output shaft portion side may return to the initial position when the input shaft portion side rotates several tens depending on the gear ratio. As described above, when the rotational speed on the input shaft portion side increases when returning to the initial positional relationship, there is a problem that the amount of table data becomes enormous according to the resolution of the sensor.
そこで、本発明の目的は、入力軸部および出力軸部へ角度センサの取り付けが困難であっても、中間軸部に設けた角度センサから、簡単な構造で体格の大型化を招くことなく、バックアップや大容量の記憶手段を必要とすることなく多回転数を取得するアクチュエータ装置を提供することにある。 Therefore, even if it is difficult to attach the angle sensor to the input shaft portion and the output shaft portion, the object of the present invention is from the angle sensor provided on the intermediate shaft portion without causing an increase in size with a simple structure, It is an object of the present invention to provide an actuator device that acquires a multi-rotation speed without requiring a backup or a large-capacity storage means.
請求項１記載の発明では、駆動力伝達部は、第一軸部および第二軸部の少なくとも２本の中間軸部を有している。第一軸部と第二軸部とは互いに噛み合っており、第一軸部は第二軸部よりも入力軸部に近い。これら第一軸部および第二軸部には、それぞれ第一角度センサおよび第二角度センサが設けられている。すなわち、第一角度センサおよび第二角度センサは、いずれも入力軸部または出力軸部のいずれでもない中間軸部に設けられている。多回転数算出手段は、これら第一角度センサで検出した第一軸部の回転角度から、第一軸部の多回転数を算出する。すなわち、多回転数算出手段は、検出した第一軸部の回転角度から、多回転数に応じて第二軸部に想定される回転角度の理論値を理論値群として算出する。そして、多回転数算出手段は、算出した理論値群と、第二角度センサで検出した第二軸部の回転角度の実測値とを対比して第一軸部の多回転数を算出する。また、入力軸部および出力軸部へ角度センサの取り付けが困難であっても、中間軸部に設けた角度センサによって第一軸部の多回転数が取得される。さらに、第一軸部の多回転数は、第二軸部で想定される理論値と、第二角度センサで検出した実測値とを対比して算出される。そのため、第一軸部の位置を保持するための電気的なバックアップや複数のセンサで取得した角度の組み合わせのデータを記憶するための記憶手段も不要である。したがって、簡単な構造で体格の大型化を招くことなく、バックアップや大容量の記憶手段を必要とすることなく多回転数を取得することができる。 In the first aspect of the present invention, the driving force transmission portion has at least two intermediate shaft portions of the first shaft portion and the second shaft portion. The first shaft portion and the second shaft portion mesh with each other, and the first shaft portion is closer to the input shaft portion than the second shaft portion. A first angle sensor and a second angle sensor are provided on the first shaft portion and the second shaft portion, respectively. That is, the first angle sensor and the second angle sensor are provided on the intermediate shaft portion that is neither the input shaft portion nor the output shaft portion. The multi-rotation speed calculating means calculates the multi-rotation speed of the first shaft portion from the rotation angle of the first shaft portion detected by the first angle sensor. That is, the multi-rotation number calculating means calculates the theoretical value of the rotation angle assumed for the second shaft part according to the multi-rotation number from the detected rotation angle of the first shaft part as a theoretical value group. Then, the multi-rotation speed calculating means calculates the multi-rotation speed of the first shaft portion by comparing the calculated theoretical value group with the actual measured value of the rotation angle of the second shaft portion detected by the second angle sensor. Even if it is difficult to attach the angle sensor to the input shaft portion and the output shaft portion, the multi-rotation speed of the first shaft portion is acquired by the angle sensor provided in the intermediate shaft portion. Furthermore, the multiple rotation speed of the first shaft portion is calculated by comparing the theoretical value assumed for the second shaft portion with the actual measurement value detected by the second angle sensor. Therefore, an electrical backup for holding the position of the first shaft portion and a storage means for storing data of a combination of angles acquired by a plurality of sensors are unnecessary. Therefore, the number of rotations can be acquired without requiring a backup or a large-capacity storage means without causing an increase in size with a simple structure.
請求項２記載の発明では、多回転数算出手段の具体的な多回転数の算出を規定している。すなわち、第一回転位置算出手段は、第一角度センサで検出した第一軸部の回転角度ｒ１１から第一軸部の原点位置である第一軸原点ｒ１０を減じる。これにより、第一回転位置算出手段は、検出時における第一軸部の回転位置を第一回転位置Ｒ１として算出する。同様に、第二回転位置算出手段は、第二軸部の回転位置を第二回転位置Ｒ２として算出する。ここで、第一軸原点ｒ１０および第二軸原点ｒ２０は、既知の値である。理論値算出手段は、算出された第一回転位置Ｒ１から、第一軸部がｎ回転したとき、第二角度センサで想定される理論的な位置を理論値Ｒｔ２として算出する。そして、多回転数決定手段は、この理論値Ｒｔ２と実測値である第二回転位置Ｒ２との差分Ｋを算出する。ここで、多回転数決定手段は、第一軸部の多回転数ｎが検出可能最大多回転数Ｌになるまで差分Ｋを算出する。多回転数決定手段は、検出可能最大多回転数Ｌに到達するまで算出した差分Ｋのうち最小となる最小差分Ｋｔｅｍｐに対応する第一軸部の多回転数ｎを第一軸部の多回転数Ｎｍｉｎとして決定する。このように、多回転数算出手段は、第一角度センサで検出した第一軸部の回転角度および第二角度センサで検出した第二軸部の回転角度から、第一軸部の多回転数を算出する。したがって、入力軸部および出力軸部へ角度センサの取り付けが困難であっても、中間軸部に設けた角度センサによって第一軸部の多回転数を取得することができる。 According to the second aspect of the invention, the specific calculation of the multi-rotation number of the multi-rotation number calculating means is defined. That is, the first rotation position calculation means subtracts the first axis origin r10 that is the origin position of the first axis from the rotation angle r11 of the first axis detected by the first angle sensor. Thereby, a 1st rotation position calculation means calculates the rotation position of the 1st axial part at the time of detection as 1st rotation position R1. Similarly, the second rotational position calculation means calculates the rotational position of the second shaft portion as the second rotational position R2. Here, the first axis origin r10 and the second axis origin r20 are known values. The theoretical value calculating means calculates a theoretical position assumed by the second angle sensor as the theoretical value Rt2 when the first shaft portion rotates n times from the calculated first rotational position R1. Then, the multi-rotation number determination means calculates a difference K between the theoretical value Rt2 and the second rotation position R2 that is an actual measurement value. Here, the multi-rotation speed determining means calculates the difference K until the multi-rotation speed n of the first shaft portion reaches a detectable maximum multi-rotation speed L. The multi-rotation number determining means calculates the multi-rotation number n of the first shaft portion corresponding to the minimum difference Ktemp which is the smallest among the differences K calculated until the maximum detectable multi-rotation number L is reached. It is determined as a number Nmin. As described above, the multi-rotation speed calculating means calculates the multi-rotation speed of the first shaft portion from the rotation angle of the first shaft portion detected by the first angle sensor and the rotation angle of the second shaft portion detected by the second angle sensor. Is calculated. Therefore, even if it is difficult to attach the angle sensor to the input shaft portion and the output shaft portion, the multi-rotation speed of the first shaft portion can be acquired by the angle sensor provided on the intermediate shaft portion.
請求項３記載の発明では、第一軸部の歯数と第二軸部の歯数とは、互いに素となる関係である。第一軸部および第二軸部の歯数が互いに素となることにより、歯数の設定すなわちギヤ比の設定への制限が低減される。これにより、任意の歯数の組み合わせが容易となることから、第二軸部の歯数の設定が容易になり、かつ第二軸部の設計自由度も向上する。したがって、データ量の増大を招くことがないだけでなく、設計の自由度の向上にともない第二軸部の小型化が促され、機器全体の小型化を図ることができる。 In the invention according to claim 3, the number of teeth of the first shaft portion and the number of teeth of the second shaft portion have a prime relationship. Since the number of teeth of the first shaft portion and the second shaft portion is relatively prime, the restriction on the setting of the number of teeth, that is, the setting of the gear ratio is reduced. Thereby, any number of teeth can be easily combined, so the number of teeth of the second shaft portion can be easily set, and the design freedom of the second shaft portion can be improved. Therefore, not only does the data amount not increase, but also the second shaft portion is reduced in size as the degree of freedom in design is improved, and the entire device can be reduced in size.
請求項４記載の発明では、出力軸部は中空の筒状に形成されている。これにより、配線を出力軸部の内部に収容することができ、配線の絡まりを低減し、美感を高めることができる。また、中空の出力軸部によって、軽量化を図ることができる。ここで、出力軸部が中空の場合、角度センサを設けることができず、出力軸部の回転角度を取得することは難しい。しかし、中間軸部から多回転数を取得することにより、出力軸部の形状に関わらず、多回転数を取得することができ、回転位置および姿勢を取得することができる。 In the invention according to claim 4, the output shaft portion is formed in a hollow cylindrical shape. Thereby, wiring can be accommodated in the inside of an output shaft part, the tangle of wiring can be reduced, and aesthetics can be improved. Further, the hollow output shaft portion can reduce the weight. Here, when the output shaft portion is hollow, an angle sensor cannot be provided, and it is difficult to obtain the rotation angle of the output shaft portion. However, by acquiring the multi-rotation number from the intermediate shaft part, the multi-rotation number can be acquired regardless of the shape of the output shaft part, and the rotational position and orientation can be acquired.
請求項５記載の発明では、第一軸部および第二軸部は、入力軸部に近い２本の中間軸部である。入力軸部から出力軸部までの駆動力伝達部に複数の中間軸部があるとき、バックラッシュなどの誤差の影響を受けやすい。そして、この誤差は、出力軸部に近い側ほど大きくなる傾向にある。そこで、入力軸部に近い２本の中間軸部を第一軸部および第二軸部とすることにより、検出される多回転数および角度の精度は向上する。したがって、検出精度を高めることができるとともに、検出した値をフィードバック制御にも用いることができる。 In the invention according to claim 5, the first shaft portion and the second shaft portion are two intermediate shaft portions close to the input shaft portion. When there are a plurality of intermediate shaft portions in the driving force transmission portion from the input shaft portion to the output shaft portion, they are easily affected by errors such as backlash. This error tends to increase as the side is closer to the output shaft portion. Therefore, by using the two intermediate shaft portions close to the input shaft portion as the first shaft portion and the second shaft portion, the accuracy of the detected multiple rotation speed and angle is improved. Therefore, the detection accuracy can be increased and the detected value can also be used for feedback control.
以下、一実施形態によるアクチュエータ装置を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、アクチュエータ装置１０は、動力源１１、出力軸部１２および駆動力伝達部１３を備えている。アクチュエータ装置１０は、例えばロボットの図示しないアームを駆動する駆動装置である。動力源１１は、電力で作動するモータ１４を有している。モータ１４は、入力軸部１５を有している。すなわち、入力軸部１５は、モータ１４と一体に構成されている。これにより、モータ１４に電力を供給すると、入力軸部１５は回転する。入力軸部１５は、入力ギア１６を有している。
Hereinafter, an actuator device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 2, the
駆動力伝達部１３は、この動力源１１と出力軸部１２との間に設けられている。出力軸部１２は、入力軸部１５から入力された駆動力を出力する。出力軸部１２は、出力ギア１７を有している。また、本実施形態の場合、出力軸部１２は、中空の筒状に形成されている。これにより、出力軸部１２の軽量化が図られている。駆動力伝達部１３は、入力軸部１５に入力された駆動力を減速して出力軸部１２へ伝達する。図２に示す例の場合、駆動力伝達部１３は、中間軸部２０として第一軸部２１、第二軸部２２および第三軸部２３を有している。
The driving
以下、説明の簡単のために、図１に示すように中間軸部３０として第一軸部３１および第二軸部３２の２本を有する例を用いて説明する。すなわち、図１に示す例の場合、駆動力伝達部１３は、入力軸部１５に近い側から第一軸部３１および第二軸部３２の２本の中間軸部３０を有している。第一軸部３１は、第一ギア３３を有している。同様に、第二軸部３２は、第二ギア３４を有している。入力軸部１５の入力ギア１６は、第一軸部３１の第一ギア３３と噛み合っている。また、第一軸部３１の第一ギア３３は、入力ギア１６とともに第二軸部３２の第二ギア３４とも噛み合っている。第二軸部３２の第二ギア３４は、第一軸部３１の第一ギア３３とともに、出力軸部１２の出力ギア１７とも噛み合っている。このように、駆動力伝達部１３は、入力軸部１５に近い側の第一軸部３１と、この第一軸部３１と噛み合って出力軸部１２に近い側の第二軸部３２とを有している。なお、図１では、説明の簡単のために第一ギア３３が入力ギア１６と第二ギア３４、第二ギア３４が第一ギア３３と出力ギア１７に直接噛み合う状態を図示している。しかし、第一軸部３１および第二軸部３２は、要求されるギア比に応じて、軸方向の異なる位置に他の軸部のギアと噛み合う複数のギアを設けてもよい。
Hereinafter, for the sake of simplicity of explanation, an example in which the
アクチュエータ装置１０は、上記の構成に加え、第一角度センサ４１および第二角度センサ４２を備えている。第一角度センサ４１は、第一軸部３１に設けられ、第一軸部３１の回転角度の絶対値を検出する。同様に、第二角度センサ４２は、第二軸部３２に設けられ、第二軸部３２の回転角度の絶対値を検出する。図３に示すように第一角度センサ４１は、磁性体４３および磁気エンコーダ４４を有している。磁性体４３は、第一軸部３１に取り付けられ、径方向に着磁されている。磁気エンコーダ４４は、磁性体４３と対向して設けられ、第一軸部３１の回転にともなう磁界の変化から第一軸部３１の回転角度の絶対値を検出する。同様に、第二角度センサ４２は、磁性体４５および磁気エンコーダ４６を有している。磁性体４５は、第二軸部３２に取り付けられ、径方向に着磁されている。磁気エンコーダ４６は、磁性体４５と対向して設けられ、第二軸部３２の回転にともなう磁界の変化から第二軸部３２の回転角度の絶対値を検出する。なお、第一角度センサ４１および第二角度センサ４２は、回転角度の絶対値が検出可能であれば上記の例に限らず用いることができる。
The
アクチュエータ装置１０は、図１に示すように制御部５０を備えている。制御部５０は、動力源１１のモータ１４、第一角度センサ４１および第二角度センサ４２と電気的に接続している。第一角度センサ４１および第二角度センサ４２は、いずれも検出した回転角度を電気信号として制御部５０へ出力する。制御部５０は、図４に示すように制御ユニット５１を有している。制御ユニット５１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部５０は、制御ユニット５１でＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、アクチュエータ装置１０の全体を制御する。また、制御部５０は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、第一軸部３１の多回転数を算出する多回転数算出部５２をソフトウェア的に実現している。詳細には、制御部５０は、第一回転位置算出部６１、第二回転位置算出部６２、理論値算出部６３および多回転数決定部６４から構成される多回転数算出部５２をソフトウェア的に実現している。
The
多回転数算出部５２は、第二軸部３２に設けられた第二角度センサ４２で想定される理論値と実測値との差分から第一軸部３１の多回転数を算出する。ここで、第二角度センサ４２で想定される理論値は、第一角度センサ４１で検出した第一軸部３１の回転角度に基づいて算出される。多回転数算出部５２を構成する第一回転位置算出部６１、第二回転位置算出部６２、理論値算出部６３および多回転数決定部６４は、詳細には次のような処理を実行する。
The multi-rotation
第一回転位置算出部６１は、第一回転位置Ｒ１を算出する。具体的には、第一回転位置算出部６１は、第一角度センサ４１から第一軸部３１の回転角度ｒ１１を検出する。第一回転位置算出部６１は、検出した回転角度ｒ１１から第一軸原点ｒ１０を減じることにより、第一回転位置Ｒ１をＲ１＝ｒ１１−ｒ１０として算出する。ここで、第一軸原点ｒ１０は、文字通り第一軸部３１の回転の基準となる原点であり、既知の値として定義され、制御ユニット５１のＲＯＭに記憶されている。
The first rotational
第二回転位置算出部６２は、第二回転位置Ｒ２を算出する。具体的には、第二回転位置算出部６２は、第二角度センサ４２から第二軸部３２の回転角度ｒ２１を検出する。第二回転位置算出部６２は、検出した回転角度ｒ２１から第二軸原点ｒ２０を減じることにより、第二回転位置Ｒ２をＲ２＝ｒ２１−ｒ２０として算出する。ここで、第二軸原点ｒ２０は、文字通り第二軸部３２の回転の基準となる原点であり、既知の値として定義され、制御ユニット５１のＲＯＭに記憶されている。
The second rotational
理論値算出部６３は、第一回転位置算出部６１で算出された第一回転位置Ｒ１から、第一軸部３１が多回転数ｎにあるときに想定される第二角度センサ４２の理論値Ｒｔ２を、多回転数ｎごとの理論値群として算出する。例えば、理論値算出部６３は、第一回転位置Ｒ１を基に、多回転数ｎ＝１のときの理論値Ｒｔ２、多回転数ｎ＝２のときの理論値Ｒｔ２、多回転数ｎ＝３のときの理論値Ｒｔ２、・・・というように各多回転数ｎごとの理論値Ｒｔ２を理論値群として算出する。第一回転位置算出部６１で第一回転位置Ｒ１が算出されれば、第一軸部３１が多回転数ｎであるとき、この第一軸部３１と噛み合う第二軸部３２の第二角度センサ４２で想定される理論値Ｒｔ２は多回転数ｎごとに算出可能である。つまり、第一軸部３１の第一ギア３３と第二軸部３２の第二ギア３４のギア比が既知であれば、多回転数ｎに対応する第二角度センサ４２の理論値Ｒｔ２は、第一軸部３１の第一回転位置Ｒ１に基づいて多回転数ｎに対応する理論値群として算出可能である。
The theoretical
多回転数決定部６４は、第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎを決定する。具体的には、多回転数決定部６４は、理論値算出部６３で算出した多回転数ｎごとの理論値Ｒｔ２である理論値群と第二回転位置算出部６２で算出した第二回転位置Ｒ２との差分Ｋを、理論値群に含まれる理論値Ｒｔ２ごとにＫ＝｜Ｒ２−Ｒｔ２｜として算出する。すなわち、多回転数決定部６４は、各理論値Ｒｔ２と実測値である第二回転位置Ｒ２との差分をＫとして算出する。そして、多回転数決定部６４は、この差分Ｋを、検出可能最大多回転数Ｌを最大値として第一軸部３１の多回転数ｎごとに算出する。すなわち、多回転数決定部６４は、第一軸部３１で想定される多回転数ｎ（０≦ｎ≦Ｌ）ごとに、算出した理論値Ｒｔ２の理論値群を用いて差分Ｋを算出する。
The multi-rotation
ここで、検出可能最大多回転数Ｌは、第一軸部３１と第二軸部３２との歯数、すなわち第一ギア３３と第二ギア３４との歯数によって決定される。第一ギア３３の歯数は歯数Ｔ１とし、第二ギア３４の歯数は歯数Ｔ２とする。このとき、検出可能最大多回転数Ｌは、第二ギア３４の歯数Ｔ２を、歯数Ｔ１と歯数Ｔ２との最大公約数で除した値と等しくなる。例えば、第一ギア３３の歯数Ｔ１はＴ１＝１１、第二ギア３４の歯数Ｔ２はＴ２＝５０とする。これら歯数Ｔ１と歯数Ｔ２とは最大公約数をもたない互いに素の関係であるため、検出可能最大多回転数Ｌは、初期の回転数を０とすると、Ｌ＝５０−１＝４９である。そのため、図５に示すように第一軸部３１の多回転数と第二軸部３２の回転角度との関係は、Ｌ＝４９、つまり０回点目から４９回転目までの５０回転を識別することができる。
Here, the maximum detectable number of rotations L is determined by the number of teeth of the
一方、例えば第一ギア３３の歯数Ｔ１はＴ１＝１１、第二ギア３４の歯数Ｔ２はＴ２＝５５であるとき、最大公約数は１１である。そのため、検出可能最大多回転数Ｌは、Ｌ＝５５／１１−１＝４となる。その結果、第一軸部３１の多回転数は、最大で０回点目から４回点目までの５回転を識別することができる。したがって、検出可能な第一軸部３１の多回転数を増加させるためには、第一ギア３３の歯数Ｔ１と第二ギア３４の歯数Ｔ２とは、できる限り互いに素となる関係または最大公約数が大きくなるように設定することが望ましい。このように、検出可能最大多回転数Ｌは、第一軸部３１の第一ギア３３および第二軸部３２の第二ギア３４の各歯数によって既知の値として決定され、制御ユニット５１のＲＯＭに記憶されている。
On the other hand, for example, when the number of teeth T1 of the
多回転数決定部６４は、検出可能最大多回転数Ｌを最大値として多回転数ｎごとに差分Ｋを算出する。多回転数決定部６４は、算出した差分Ｋから、最小となる最小差分Ｋｔｅｍｐを抽出する。多回転数決定部６４は、この抽出した最小差分Ｋｔｅｍｐに対応する第一軸部３１の多回転数ｎを、第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎとして決定する。
The multi-rotation
次に、上記の構成によるアクチュエータ装置１０の多回転数を決定する処理の流れを図６に基づいて説明する。
多回転数算出部５２は、例えばアクチュエータ装置１０の起動時や電源の復帰時などに多回転数の算出を実行する。多回転数算出の処理が開始されると、第一回転位置算出部６１は第一軸部３１の回転角度ｒ１１を取得する（Ｓ１０１）。第一回転位置算出部６１は、第一角度センサ４１から第一軸部３１の回転角度ｒ１１を取得する。同様に、第二回転位置算出部６２は、第二角度センサ４２から第二軸部３２の回転角度ｒ２１を取得する（Ｓ１０２）。
Next, the flow of processing for determining the multi-rotation speed of the
The multi-rotation
第一回転位置算出部６１は、第一回転位置Ｒ１を算出する（Ｓ１０３）。すなわち、第一回転位置算出部６１は、Ｓ１０１で取得した第一軸部３１の回転角度ｒ１１、および制御ユニット５１のＲＯＭに記憶している第一軸原点ｒ１０から、第一回転位置Ｒ１＝ｒ１１−ｒ１０を算出する。また、第二回転位置算出部６２は、第二回転位置Ｒ２を算出する（Ｓ１０４）。すなわち、第二回転位置算出部６２は、Ｓ１０２で取得した第二軸部３２の回転角度ｒ２１、および制御ユニット５１のＲＯＭに記憶している第二軸原点ｒ２０から、第二回転位置Ｒ２＝ｒ２１−ｒ２０を算出する。
The first rotational
多回転数決定部６４は、多回転数ｎおよび最小差分Ｋｔｅｍｐを初期化する（Ｓ１０５）。すなわち、多回転数決定部６４は、多回転数ｎをｎ＝０に設定し、最小差分Ｋｔｅｍｐを第二角度センサ４２で検出可能な最大値Ｘに設定する。ここで、第二角度センサ４２で検出可能な最大値Ｘは、第二軸部３２に設けられている第二ギア３４の歯数Ｔ２によって決定される一回転当たりの解像度に相当する。つまり、最大値Ｘは、一回転３６０°を第二ギア３４の歯数Ｔ２で除したＸ＝３６０／Ｔ２で求められる。例えば、第二ギア３４の歯数Ｔ２が５５であれば、最大値ＸはＸ＝３６０／５５の既知の値として制御ユニット５１のＲＯＭに記憶されている。
The multi-rotation
多回転数決定部６４で多回転数ｎおよび最小差分Ｋｔｅｍｐが初期化されると、理論値算出部６３は理論値Ｒｔ２を算出する（Ｓ１０６）。すなわち、理論値算出部６３は、Ｓ１０３で算出した第一回転位置Ｒ１から、第一軸部３１が多回転数ｎにあるとき第二軸部３２の回転角度として想定される第二角度センサ４２の理論値Ｒｔ２を多回転数ｎごとに理論値群の中の一つの値として算出する。
When the multi-rotation number n and the minimum difference Ktemp are initialized by the multi-rotation
多回転数決定部６４は、理論値算出部６３で理論値Ｒｔ２が算出されると、差分Ｋが最小差分Ｋｔｅｍｐより小さいか否かを判断する（Ｓ１０７）。すなわち、多回転数決定部６４は、Ｓ１０４で算出された第二回転位置Ｒ２の実測値と、Ｓ１０６で算出された理論値群に含まれる理論値Ｒｔ２とから、差分Ｋ＝｜Ｒ２−Ｒｔ２｜を算出する。そして、多回転数決定部６４は、算出した差分Ｋが多回転数ｎごとに最小差分Ｋｔｅｍｐより小さいか否かを判断する。例えばＳ１０５で最小差分Ｋｔｅｍｐを最大値Ｘとして設定した後、最初にＳ１０７の処理を行なう場合、算出した差分Ｋが最大値Ｘよりも小さいか否かが判断される。
When the theoretical value Rt2 is calculated by the
多回転数決定部６４は、差分Ｋが最小差分Ｋｔｅｍｐより小さいと判断すると（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、判断に用いた差分Ｋを最小差分Ｋｔｅｍｐに更新し、このときの第一軸部３１の多回転数ｎを第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎに設定する（Ｓ１０８）。多回転数決定部６４は、Ｓ１０８における最小差分Ｋｔｅｍｐの更新および多回転数Ｎｍｉｎの設定が完了、または差分Ｋが最小差分Ｋｔｅｍｐ以上であると判断すると（Ｓ１０７：Ｎｏ）、第一軸部３１の多回転数ｎが検出可能最大多回転数Ｌに到達したか否か、すなわちｎ＝Ｌであるか否かを判断する（Ｓ１０９）。
When determining that the difference K is smaller than the minimum difference Ktemp (S107: Yes), the multi-rotation
多回転数決定部６４は、第一軸部３１の多回転数ｎが検出可能最大多回転数Ｌに到達したと判断すると（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、Ｓ１０８で設定した多回転数Ｎｍｉｎを第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎとして決定する（Ｓ１１０）。一方、多回転数決定部６４は、第一軸部３１の多回転数ｎが検出可能最大多回転数Ｌに到達していないと判断すると（Ｓ１０９：Ｎｏ）、多回転数ｎをｎ＋１にインクリメントすなわちｎ＝ｎ＋１として（Ｓ１１１）、Ｓ１０６へリターンする。これにより、多回転数決定部６４は、第一軸部３１の多回転数ｎが検出可能最大多回転数Ｌに到達するまでＳ１０６以降の処理を繰り返す。
When the multi-rotation
以上の処理により、多回転数決定部６４は、差分Ｋが最小となる最小差分Ｋｔｅｍｐに対応する第一軸部３１の多回転数ｎを第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎとして決定する。すなわち、多回転数算出部５２は、第一軸部３１の回転位置の実測値である第一回転位置Ｒ１から第二軸部３２の回転位置の理論値Ｒｔ２を算出する。ここで、多回転数算出部５２は、この第二軸部３２の理論値Ｒｔ２を、第一軸部３１の多回転数ｎに対して、０≦ｎ≦Ｌまで多回転数ｎごとに算出する。多回転数算出部５２は、多回転数ｎに応じて０からＬまで算出した理論値Ｒｔ２のそれぞれと、第二軸部３２の実測値Ｒ２との差分Ｋが最小である最小差分Ｋｔｅｍｐとなる多回転数ｎを、第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎとして決定する。これにより、多回転数算出部５２は、第一軸部３１の実測値を取得し、第二軸部３２の実測値Ｒ２と、算出した多回転数ｎごとの第二軸部３２の理論値Ｒｔ２とを対比するだけで、第一軸部３１の多回転数Ｎｍｉｎを決定する。その結果、大量のデータは不要であり、第一軸部３１および第二軸部３２の回転位置の実測値だけで第一軸部３１の多回転数ｎが求められる。
With the above processing, the multi-rotation
以上説明した一実施形態では、第一軸部３１と第二軸部３２とは第一ギア３３と第二ギア３４とで互いに噛み合っており、第一軸部３１は第二軸部３２よりも入力軸部１５に近い。これら第一軸部３１および第二軸部３２には、それぞれ第一角度センサ４１および第二角度センサ４２が設けられている。すなわち、第一角度センサ４１および第二角度センサ４２は、いずれも入力軸部１５または出力軸部１２のいずれでもない中間軸部３０に設けられている。多回転数算出部５２は、これら第一角度センサ４１で検出した第一軸部３１の回転角度から、第一軸部３１の多回転数を算出する。すなわち、多回転数算出部５２は、検出した第一軸部３１の回転角度の回転角度から、多回転数ｎに応じて第二軸部３２に想定される回転角度の理論値Ｒｔ２を理論値群として算出する。そして、多回転数算出部５２は、算出した理論値Ｒｔ２の理論値群と、第二角度センサ４２で検出した第二軸部３２の回転角度の実測値に基づく第二回転位置Ｒ２とを対比して第一軸部３１の多回転数を算出する。このような多回転数ｎの算出により、一実施形態では、第一軸部３１の歯数Ｔ１と第二軸部３２の歯数Ｔ２とは、互いに素としてもよい。このように歯数Ｔ１と歯数Ｔ２とが互いに素となる関係によって、第一軸部３１および第二軸部３２の設計自由度が向上する。その結果、第二軸部３２で設定する歯数Ｔ２および第二ギア３４を含む第二軸部３２の小型化が容易になる。また、入力軸部１５および出力軸部１２へ角度センサの取り付けが困難であっても、中間軸部３０に設けた第一角度センサ４１および第二角度センサ４２によって第一軸部３１の多回転数ｎが取得される。さらに、第一軸部３１の多回転数ｎは、第二軸部３２で想定される理論値Ｒｔ２と、第二角度センサ４２で検出した実測値に基づく第二回転位置Ｒ２とを対比して算出される。そのため、第一軸部３１の位置を保持するための電気的なバックアップも不要であるとともに、データ量の大きなデータテーブルを記憶するための大容量の記憶手段も不要である。したがって、簡単な構造で体格の大型化を招くことなく、かつバックアップを必要とすることなく容易に多回転数を取得することができる。
In the embodiment described above, the
一実施形態では、出力軸部１２は中空の筒状に形成されている。これにより、出力軸部１２の内側に手先部などへ伸びる配線が収容される。したがって、配線の絡まりを低減することができ、露出する配線の減少により美感を高めることができる。また、中空の出力軸部１２によって、軽量化を図ることができる。ここで、出力軸部１２が中空の場合、角度センサを設けることができず、出力軸部１２の回転角度を取得することは難しい。しかし、一実施形態では、中間軸部３０から多回転数を取得することにより、出力軸部１２の形状に関わらず、多回転数を取得することができ、アクチュエータ装置１０で駆動される部材の回転位置および姿勢を取得することができる。
In one embodiment, the
一実施形態では、第二角度センサ４２に求められる解像度は、一回転を第二ギア３４の歯数Ｔ２で除した最大値Ｘ程度に過ぎない。そのため、第二角度センサ４２には、高い解像度が要求されない。これにより、第二角度センサ４２は、例えば単回転を検出するような安価な小型の磁気エンコーダも適用可能である。したがって、機器の小型化および簡略化を図ることができる。
In one embodiment, the resolution required for the
（その他の実施形態）
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
(Other embodiments)
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
例えば、図１の構成の実施形態を用いた例では、駆動力伝達部１３の中間軸部３０は、２本の第一軸部３１および第二軸部３２を有している。しかし、図２に示すように、駆動力伝達部１３の中間軸部２０は、第一軸部２１、第二軸部２２および第三軸部２３の３本でもよく、図示しないものの４本以上であってもよい。この図２に示す３本の中間軸部２０を有する例の場合、入力軸部１５に近い２本の中間軸部２０、すなわち第一軸部２１および第二軸部２２を用いて多回転数を算出することが望ましい。
For example, in the example using the embodiment having the configuration shown in FIG. 1, the
入力軸部１５から出力軸部１２までの駆動力伝達部１３に複数の中間軸部２０があるとき、バックラッシュなどの誤差の影響を受けやすい。そして、この誤差は、出力軸部１２に近い側ほど大きくなる傾向にある。そこで、入力軸部１５に近い２本の中間軸部２０、すなわち第一軸部２１および第二軸部２２を用いて多回転数を検出することにより、検出される多回転数および角度の精度は向上する。したがって、検出精度を高めることができるとともに、検出した値をフィードバック制御にも用いることができる。
When there are a plurality of
図面中、１０はアクチュエータ装置、１１は動力源、１２は出力軸部、１３は駆動力伝達部、１５は入力軸部、２０、３０は中間軸部、２１、３１は第一軸部、２２、３２は第二軸部、４１は第一角度センサ、４２は第二角度センサ、５２は多回転数算出部（多回転数算出手段）、６１は第一回転位置算出部（第一回転位置算出手段）、６２は第二回転位置算出部（第二回転位置算出手段）、６３は理論値算出部（理論値算出手段）、６４は多回転数決定部（多回転数決定手段）を示す。 In the drawings, 10 is an actuator device, 11 is a power source, 12 is an output shaft portion, 13 is a driving force transmission portion, 15 is an input shaft portion, 20 and 30 are intermediate shaft portions, 21 and 31 are first shaft portions, 22 , 32 is a second shaft portion, 41 is a first angle sensor, 42 is a second angle sensor, 52 is a multi-revolution number calculation unit (multi-revolution number calculation means), and 61 is a first rotation position calculation unit (first rotation position). Calculation means), 62 is a second rotation position calculation section (second rotation position calculation means), 63 is a theoretical value calculation section (theoretical value calculation means), and 64 is a multi-rotation speed determination section (multi-rotation speed determination means). .
Claims (5)
前記入力軸部に入力された駆動力を出力する出力軸部と、
前記入力軸部に近い第一軸部、および前記第一軸部と噛み合って前記出力軸部に近い第二軸部の少なくとも２本の中間軸部を有し、前記入力軸部に入力された駆動力を減速して前記出力軸部へ伝達する駆動力伝達部と、
前記第一軸部に設けられ、前記第一軸部の回転角度の絶対値を検出する第一角度センサと、
前記第二軸部に設けられ、前記第二軸部の回転角度の絶対値を検出する第二角度センサと、
前記第一角度センサで検出した前記第一軸部の回転角度に基づいて算出した前記第一軸部の多回転数ごとの前記第二角度センサの理論値と前記第二角度センサの実測値との差分から、前記第一軸部の多回転数を算出する多回転数算出手段と、
を備えるアクチュエータ装置。 A power source having a rotating input shaft,
An output shaft that outputs the driving force input to the input shaft; and
The first shaft portion close to the input shaft portion and the second shaft portion meshing with the first shaft portion and close to the output shaft portion have at least two intermediate shaft portions, and are input to the input shaft portion A driving force transmission portion that decelerates the driving force and transmits the driving force to the output shaft portion;
A first angle sensor provided on the first shaft portion for detecting an absolute value of a rotation angle of the first shaft portion;
A second angle sensor provided on the second shaft portion for detecting an absolute value of a rotation angle of the second shaft portion;
The theoretical value of the second angle sensor and the actual measurement value of the second angle sensor calculated for each multi-rotation number of the first shaft portion calculated based on the rotation angle of the first shaft portion detected by the first angle sensor. Multi-rotation number calculating means for calculating the multi-rotation number of the first shaft portion from the difference between,
An actuator device comprising:
前記第一角度センサで検出した前記第一軸部の回転角度ｒ１１から予め設定されている前記第一軸部の原点位置である第一軸原点ｒ１０を減じて、第一回転位置Ｒ１＝ｒ１１−ｒ１０を算出する第一回転位置算出手段と、
前記第二角度センサで検出した前記第二軸部の回転角度ｒ２１から予め設定されている前記第二軸部の原点位置である第二軸原点ｒ２０を減じて、第二回転位置Ｒ２＝ｒ２１−ｒ２２を算出する第二回転位置算出手段と、
前記第一回転位置算出手段で算出した前記第一回転位置Ｒ１から前記第一軸部がｎ回転したときの前記第二角度センサの理論値Ｒｔ２を算出する理論値算出手段と、
前記理論値算出手段で算出した前記理論値Ｒｔ２と前記第二回転位置算出手段で算出した前記第二回転位置Ｒ２との差分Ｋ＝｜Ｒ２−Ｒｔ２｜を、前記第一軸部の多回転数ｎが前記第一軸部と前記第二軸部との歯数によって決定される検出可能最大多回転数Ｌになるまで算出し、前記差分Ｋが最小となる最小差分Ｋｔｅｍｐに対応する前記第一軸部の多回転数ｎを前記第一軸部の多回転数Ｎｍｉｎとして決定する多回転数決定手段と、
を有する請求項１記載のアクチュエータ装置。 The multi-rotation number calculating means includes
A first rotation position R1 = r11− is obtained by subtracting a preset first axis origin r10, which is the origin position of the first axis, from the rotation angle r11 of the first axis detected by the first angle sensor. first rotational position calculating means for calculating r10;
A second rotation position R2 = r21− is obtained by subtracting a second axis origin r20 which is a preset origin position of the second axis part from a rotation angle r21 of the second axis part detected by the second angle sensor. a second rotational position calculating means for calculating r22;
Theoretical value calculation means for calculating a theoretical value Rt2 of the second angle sensor when the first shaft portion has rotated n times from the first rotation position R1 calculated by the first rotation position calculation means;
The difference K = | R2−Rt2 | between the theoretical value Rt2 calculated by the theoretical value calculating means and the second rotational position R2 calculated by the second rotational position calculating means is the number of multiple revolutions of the first shaft portion. n is calculated until it reaches a maximum detectable multi-rotation speed L determined by the number of teeth between the first shaft portion and the second shaft portion, and the first difference corresponding to the minimum difference Ktemp that minimizes the difference K A multi-rotation number determining means for determining the multi-rotation number n of the shaft portion as the multi-rotation number Nmin of the first shaft portion;
The actuator device according to claim 1, comprising:
前記第一軸部および前記第二軸部は、前記入力軸部に近い２本の前記中間軸部である請求項１から４のいずれか一項記載のアクチュエータ装置。 When the driving force transmission part has three or more intermediate shaft parts,
5. The actuator device according to claim 1, wherein the first shaft portion and the second shaft portion are two intermediate shaft portions close to the input shaft portion.
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