JP7345299B2

JP7345299B2 - 補正装置及び補正方法

Info

Publication number: JP7345299B2
Application number: JP2019129563A
Authority: JP
Inventors: 佳晨盧; 昭佳横井
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2039-07-11
Also published as: WO2021006169A1; JP2021014874A

Description

この発明は、波動歯車減速機の角度伝達誤差を補正する補正装置及び補正方法に関する。

従来、波動歯車減速機の角度伝達誤差を補正する方法として、事前測定方式が挙げられる（例えば特許文献１参照）。角度伝達誤差は、図５に示すように、波動歯車減速機に任意の回転角を入力した際に波動歯車減速機から出力される理論上の回転角と実際の回転角との差である。図５において、符号５０１は理論上の出力回転角を示し、符号５０２は実際の出力回転角を示し、符号５０３は角度伝達誤差を示している。事前測定方式では、事前に、波動歯車減速機の角度伝達誤差と、波動歯車減速機を駆動するアクチュエータの位相との関係を測定し、その関係に基づいて角度伝達誤差の補正を行う。

特開平１１－２６４４４８号公報

しかしながら、事前測定方式では、アクチュエータの交換等によってアクチュエータの位相が変わると、角度伝達誤差に位相ずれが生じてしまう。そのため、このような場合には、角度伝達誤差とアクチュエータの位相との関係を再測定する必要がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、再測定を行うことなく、角度伝達誤差の位相ずれを補正可能な補正装置を提供することを目的としている。

この発明に係る補正装置は、波動歯車減速機が有するフレクスプラインを駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転検出器と、波動歯車減速機におけるウェーブジェネレータの回転に伴うサーキュラスプラインの変位を検出するセンサと、センサにより検出された変位、及び、事前測定で当該センサにより検出された変位の時間変化と波動歯車減速機の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算部と、演算部により算出された補正値及び回転検出器により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、再測定を行うことなく、角度伝達誤差の位相ずれを補正可能となる。

実施の形態１に係る補正装置の構成例を示す図である。実施の形態１におけるセンサの配置例を示す図である。実施の形態１に係る補正装置の動作例を示すフローチャートである。図４Ａ、図４Ｂは、実施の形態１における演算部の動作を説明するための図であって、図４Ａは角度伝達誤差の時間変化の一例を示す図であり、図４Ｂはセンサにより検出された変位の時間変化の一例を示す図である。波動歯車減速機の角度伝達誤差を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る補正装置１の構成例を示す図である。
補正装置１は、波動歯車減速機２の角度伝達誤差を補正する装置である。補正装置１は、図１に示すように、回転検出器１１、センサ１２、記憶部１３、演算部１４及び制御部１５を備えている。なお、演算部１４及び制御部１５は、システムＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等により実現される。図１では、補正装置１に加え、波動歯車減速機２及びアクチュエータ３を示している。

波動歯車減速機２は、楕円と真円の差動を利用した減速機である。波動歯車減速機２は、図２に示すように、サーキュラスプライン２１、ウェーブジェネレータ２２及びフレクスプライン２３を有している。

サーキュラスプライン２１は、リング状の剛体部品である。サーキュラスプライン２１は、内周に歯が刻まれており、フレクスプライン２３より歯数が２枚多い。サーキュラスプライン２１は、通常、ケーシングに固定される。
ウェーブジェネレータ２２は、楕円状のカムの外周に薄肉のボールベアリングを組合わせた部品である。ボールベアリングでは、内輪はカムに固定されているが、外輪はボールを介して弾性変形する。ウェーブジェネレータ２２は、通常、入力軸（アクチュエータ３）に取付けられる。
フレクスプライン２３は、薄肉カップ状の金属弾性体部品である。フレクスプライン２３は、開口部外周に歯が刻まれている。フレクスプライン２３の底をダイヤフラムと呼び、通常、出力軸（例えばロボットアーム）に取付けられる。

フレクスプライン２３は、ウェーブジェネレータ２２により楕円状に撓められ、長軸の部分でサーキュラスプライン２１と歯が噛合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態となる。サーキュラスプライン２１を固定してウェーブジェネレータ２２を時計方向に回すと、フレクスプライン２３は弾性変形し、サーキュラスプライン２１との歯の噛合い位置が順次移動していく。ウェーブジェネレータ２２が１回転すると、歯数差２枚分だけフレクスプライン２３は反時計方向へ移動する。

アクチュエータ３は、波動歯車減速機２が有するウェーブジェネレータ２２を駆動する。

回転検出器１１は、アクチュエータ３の回転位置を検出する。回転検出器１１としては、例えばエンコーダを用いることができる。

センサ１２は、波動歯車減速機２におけるウェーブジェネレータ２２の回転に伴うサーキュラスプライン２１の変位を検出する。センサ１２は、サーキュラスプライン２１の変位として、例えば、サーキュラスプライン２１に対する応力又はサーキュラスプライン２１の変形を検出する。センサ１２としては、例えば、歪センサ又は光電センサ等を用いることができる。図２では、センサ１２として歪センサを用いた場合を示し、歪センサがサーキュラスプライン２１に取付けられた場合を示している。センサ１２として光電センサを用いる場合には、光電センサをサーキュラスプライン２１に対向配置し、光電センサからサーキュラスプライン２１までの距離を測定することでサーキュラスプライン２１の変形を検出可能である。

記憶部１３は、事前測定でセンサ１２により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機２の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係を示す情報を記憶する。記憶部１３は、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）又はメモリ等によって構成される。

なお図１では、記憶部１３が補正装置１の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、記憶部１３は補正装置１の外部に設けられていてもよい。

演算部１４は、センサ１２により検出された変位及び記憶部１３に記憶された情報が示す位相関係に基づいて、角度伝達誤差の補正値を算出する。この際、演算部１４は、変位の発生タイミング及び事前測定での当該変位と角度伝達誤差との位相関係に基づいて当該角度伝達誤差の位相ずれを推定し、当該位相ずれに応じて当該角度伝達誤差の補正値を算出する。

制御部１５は、演算部１４により算出された補正値及び回転検出器１１により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータ３を制御する。この制御部１５により、波動歯車減速機２の角度伝達誤差を補正する。

次に、図１に示す実施の形態１に係る補正装置１の動作例について、図３を参照しながら説明する。なお、記憶部１３は、事前測定でセンサ１２により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機２の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係を示す情報を記憶している。
図１に示す実施の形態１に係る補正装置１の動作例では、図３に示すように、まず、回転検出器１１は、アクチュエータ３の回転位置を検出する（ステップＳＴ３０１）。

また、センサ１２は、ウェーブジェネレータ２２の回転に伴うサーキュラスプライン２１の変位を検出する（ステップＳＴ３０２）。

次いで、演算部１４は、センサ１２により検出された変位及び記憶部１３に記憶された情報が示す位相関係に基づいて、角度伝達誤差の補正値を算出する（ステップＳＴ３０３）。ここで、アクチュエータ３の交換等によってアクチュエータ３の位相が変わると、角度伝達誤差に位相ずれが生じてしまう。そこで、演算部１４は、上記変位の発生タイミング及び事前測定での当該変位と角度伝達誤差との位相関係に基づいて当該角度伝達誤差の位相ずれを推定する。そして、演算部１４は、推定した位相ずれに応じ、角度伝達誤差の補正値を算出する。

このように、図１に示す実施の形態１に係る補正装置１では、記憶部１３が事前測定でセンサ１２により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機２の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係を示す情報を記憶し、センサ１２がウェーブジェネレータ２２の回転に伴うサーキュラスプライン２１の変位を検出している。そして、図４に示すように、角度伝達誤差とセンサ１２により検出される変位は、共に、ウェーブジェネレータ２２が１回転する間に２回発生する。また、センサ１２により検出される変位と角度伝達誤差との位相関係は、アクチュエータ３の交換等によりアクチュエータ３の位相が変化しても変化しない。そのため、演算部１４では、センサ１２により検出される変位の位相から角度伝達誤差の位相ずれを算出可能である。なお図４Ａにおいて、符号４０１は事前測定での角度伝達誤差の初期値の時間変化を示し、符号４０２は事前測定でセンサ１２により検出された変位の時間変化を示している。また、符号４０３はアクチュエータ３の交換等により位相が変化した後においてセンサ１２により検出された変位の時間変化を示している。また、符号４０４は角度伝達誤差の位相ずれを示し、符号４０５は演算部１４により推定された位相ずれが生じた場合での角度伝達誤差の時間変化を示している。

次いで、制御部１５は、演算部１４により算出された補正値及び回転検出器１１により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータ３を制御する（ステップＳＴ３０４）。
以上の動作により、実施の形態１に係る補正装置１では、アクチュエータ３の位相が変化した場合でも再測定せずに角度伝達誤差を補正可能となる。

また、回転検出器１１は、バックアップ（位相記録）用の電池を有している。一方、従来では、回転検出器１１の電池が切れた場合、電池交換による回転検出器１１の原点の再校正が必要となり、その結果、波動歯車減速機２が取付けられた装置の分解が必要となる。これに対し、実施の形態１に係る補正装置１では、上記電池交換を行った場合でも、回転検出器１１の電池交換前後での角度伝達誤差の位相ずれを検出可能であり、装置を分解せずに角度伝達誤差をオンラインで補正できる。

以上のように、この実施の形態１によれば、補正装置１は、波動歯車減速機２が有するフレクスプライン２３を駆動するアクチュエータ３の回転位置を検出する回転検出器１１と、波動歯車減速機２におけるウェーブジェネレータ２２の回転に伴うサーキュラスプライン２１の変位を検出するセンサ１２と、センサ１２により検出された変位、及び、事前測定でセンサ１２により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機２の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算部１４と、演算部１４により算出された補正値及び回転検出器１１により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータ３を制御する制御部１５とを備えた。これにより、実施の形態１に係る補正装置１は、再測定を行うことなく、角度伝達誤差の位相ずれを補正可能となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１補正装置
２波動歯車減速機
３アクチュエータ
１１回転検出器
１２センサ
１３記憶部
１４演算部
１５制御部
２１サーキュラスプライン
２２ウェーブジェネレータ
２３フレクスプライン

Claims

波動歯車減速機が有するフレクスプラインを駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転検出器と、
前記波動歯車減速機におけるウェーブジェネレータの回転に伴うサーキュラスプラインの変位を検出するセンサと、
前記センサにより検出された変位、及び、事前測定で当該センサにより検出された変位の時間変化と前記波動歯車減速機の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算部と、
前記演算部により算出された補正値及び前記回転検出器により検出された回転位置に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御部と
を備えた補正装置。
前記センサは、前記サーキュラスプラインに対する応力又は当該サーキュラスプラインの変形を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の補正装置。
前記演算部は、変位の発生タイミング及び事前測定での当該変位と角度伝達誤差の初期値との位相関係に基づいて当該角度伝達誤差の位相ずれを推定し、当該位相ずれに応じて当該角度伝達誤差の補正値を算出する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の補正装置。
波動歯車減速機が有するフレクスプラインを駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転検出器と、前記波動歯車減速機におけるウェーブジェネレータの回転に伴うサーキュラスプラインの変位を検出するセンサとを備えた補正装置による補正方法であって、
前記センサにより検出された変位、及び、事前測定で当該センサにより検出された変位の時間変化と前記波動歯車減速機の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算ステップと、
前記演算ステップにおいて算出した補正値及び前記回転検出器により検出された回転位置に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御ステップとを有する
ことを特徴とする補正方法。