WO2015115029A1 - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

　入力軸（５０）および出力軸（９０）の間に配置された複数の中間軸（６０、７０、８０）は、大径歯車（１２、１４、１６）および小径歯車（１３、１５、１７）をそれぞれ備える。各中間軸（６０、７０、８０）の大径歯車（１２、１４、１６）は、入力軸（９０）の入力歯車（１１）と、複数の中間軸（６０、７０、８０）のうちの入力軸（５０）側に位置する別の１つの中間軸（６０、７０、８０）の小径歯車（１３、１５、１７）と、のうちの対応する一方と噛み合う。各中間軸（６０、７０、８０）の小径歯車（１３、１５、１７）は、出力軸（９０）の出力歯車（１８）と、複数の中間軸（６０、７０、８０）のうちの出力軸（９０）側に位置する別の１つの中間軸（６０、７０、８０）の大径歯車（１２、１４、１６）と、のうちの対応する一方と噛み合う。

Description

アクチュエータ 関連出願の相互参照

　本願は、２０１４年１月３１日に出願された日本特許出願第２０１４－１６３２０号に基づくものであり、この開示をもってその内容を本明細書中に開示したものとする。

　本開示は、アクチュエータに関する。

　アクチュエータ等に用いられる従来の歯車の回転角検出装置では、例えば、特許文献１に記載されているように、歯車が配置された３つの軸である被測定軸と第１の支軸と第２の支軸とを有する装置が知られている。この装置では、第１の支軸に、被測定軸の歯車と噛み合う歯車と、第２の支軸の歯車と噛み合う歯車と、が配置され、被測定軸以外の軸である第１の支軸と第２の支軸とにおいて検出された回転角の組み合わせに基づいて被測定軸の回転角が算出される。

特開２００４－６１４２８号公報

　しかし、特許文献１に記載された回転角検出装置では、回転角が検出される支軸の直径が大きくなってしまうと、それに伴って検出装置が大きくなってしまうという課題があった。そのため、回転角の検出装置において、検出装置を小型化する技術が望まれていた。そのほか、従来の回転角の検出装置においては、低コスト化、製造の容易化、設計の自由度の向上等が望まれていた。

　本開示は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一態様によれば、ロボットの関節に用いられるアクチュエータが提供される。このアクチュエータは、電動モータと；前記電動モーターの回転によって軸心を中心として回転する入力軸部材と；前記入力軸部材に固定されると共に前記入力軸部材と一体で回転する入力歯車と；軸心を中心として回転し、軸方向に沿って前記ロボットの制御に用いられる電気配線が通る貫通孔が形成された出力軸部材と；前記出力軸部材に固定されると共に前記出力軸部材と一体で回転する出力歯車と；それぞれの軸心を中心として回転する２つ以上の中間軸部材と；前記２つ以上の中間軸部材のうちの対応する１つの中間軸部材にそれぞれ固定され、かつ、該中間軸部材と一体で回転する２つ以上の大径歯車と；前記２つ以上の中間軸部材のうちの対応する１つの中間軸部材にそれぞれ固定され、かつ、該中間軸部材と一体で回転し、該中間軸部材に固定された前記大径歯車の直径よりも小さい直径を有する２つ以上の小径歯車と；前記入力軸部材と前記２つ以上の中間軸部材との内の２つの検出対象軸部材の回転角度をそれぞれ検出する２つの角度検出装置と、を備え；前記各中間軸部材の前記大径歯車は、前記入力歯車と、前記２つ以上の中間軸部材のうちの前記入力軸部材側に位置する別の１つの中間軸部材に固定された前記小径歯車と、のうちの対応する一方と噛み合い；前記各中間軸部材の前記小径歯車は、前記出力歯車と、前記２つ以上の中間軸部材のうちの前記出力軸部材側に位置する別の１つの中間軸部材に固定された前記大径歯車と、のうちの対応する一方と噛み合う。この態様のアクチュエータによれば、出力軸部材の回転角度を、出力軸部材以外の軸部材の回転角度を検出することで算出でき、貫通孔が形成された大きい直径の出力軸部材の回転角度を検出するための大きい角度検出装置が不要であるため、アクチュエータを小型化できる。また、出力軸部材以外で直径が大きい軸部材がある場合には、直径が大きい軸部材以外の軸部材の回転角度を検出すれば、出力軸部材の回転角度を算出できるため、アクチュエータをより小型化できる。また、角度検出装置によって出力軸部材の回転角度が算出されるため、軸部材の絶対角度しか検出できない簡易な構成の角度検出装置を用いて、出力軸部材の回転角度を、３６０度以上の広範囲に渡って算出でき、アクチュエータのコストを抑制できる。

（２）上記態様のアクチュエータにおいて、前記２つの検出対象軸部材のうちの一方の検出対象軸部材に固定された前記大径歯車と、前記２つの検出対象軸部材のうちの他方の検出対象軸部材に固定された前記小径歯車とが互いに噛み合い；前記２つの検出対象軸部材のうちの前記一方の検出対象軸部材に固定された前記大径歯車の歯数と、前記２つの検出対象軸部材のうちの他方の検出対象軸部材に固定された前記小径歯車の歯数とは、互いに素の関係であってもよい。この態様のアクチュエータによれば、２つの検出対象軸部材のうちの一方の検出対象軸部材が３６０度回転して、検出される一方の検出対象軸部材の回転角度が０度であっても、他方の検出対象軸部材の回転角度は、一方の検出対象軸部材が３６０度回転する前と比較して、異なる角度として検出される。この結果、一方の検出対象軸部材の回転角度と他方の検出対象軸部材の回転角度との組み合わせによって、出力軸部材の回転角度を３６０度よりも広い範囲の角度に渡って算出できる。

（３）上記態様のアクチュエータにおいて、前記電動モーターを制御する制御部を有する制御基板をさらに備え；前記２つの角度検出装置は、前記２つの検出対象軸部材のうちの対応する１つに取り付けられる第１の検出部と、前記制御基板に取り付けられる第２の検出部と、をそれぞれ備え；前記制御基板は、前記２つの検出対象軸部材のそれぞれの軸心と交わる位置に配置され；前記２つの角度検出装置のそれぞれの前記第１の検出部は、軸線方向において前記制御基板と、前記２つの検出対象軸部材のうちの対応する１つに固定された前記小径歯車と、の間に配置されてもよい。この態様のアクチュエータは、ロボットの関節に用いられるため、小型化が難しい。角度検出装置は、限られた狭い空間に配置されるため、アクチュエータの内部に取り付けることが難しい。それに対し、この態様のアクチュエータによれば、制御部と第２の検出部とが制御基板において一体化されることで、第２の検出部を中程度の大きさの部品として取り扱うことができる。そのため、この態様のアクチュエータが小型ロボットに用いられることで、小型ロボットの組立作業を容易化できる。また、２つの検出対象軸部材の軸心方向に制御基板が対向する構造であるため、アクチュエータを実用に耐え得る精度で小型化できる。また、制御部と第２の検出部との製造工程を一体化でき、アクチュエータの製造コストを抑制できる。また、制御部と第２の検出部の一部とが一体化されるため、アクチュエータをより小型化でき、アクチュエータの製造を容易化できる。

（４）上記態様のアクチュエータにおいて、前記２つの角度検出装置のそれぞれは、磁気式の回転角度センサーであってもよい。この態様のアクチュエータによれば、例えば、３６０度以上の範囲の回転角度を測定できる多回転を検出できる高価な角度検出装置を用いずに、３６０度未満の回転角度を検出する安価な角度検出装置を用いており、アクチュエータのコストをより抑制できる。
（５）上記態様のアクチュエータにおいて、前記電動モーターを制御する制御部を有する制御基板をさらに備え；前記２つの角度検出装置は、前記２つの検出対象軸部材のうちの対応する１つに取り付けられるマグネットと、前記制御基板に取り付けられ、前記マグネットが形成する磁束を検出する検出器と、をそれぞれ備え；前記２つの角度検出装置のそれぞれの前記マグネットと、前記検出器との間には、前記２つ以上の中間軸部材および前記出力軸部材を回転可能に支持するハウジングの一部が介在しており；前記ハウジングの前記一部は、非磁性材料から形成してもよい。この態様のアクチュエータでは、ハウジングの一部は、各中間軸部材に固定された大径歯車および小径歯車と、出力軸部材に固定された出力歯車とを潤滑するためのギアオイルが２つの角度検出装置の検出器に飛散することを防止するシールドとして機能し、ギアオイルの飛散による検出器の故障を防止できる。
（６）本開示の別の態様によれば、ロボットの関節に用いられるアクチュエータが提供される。このアクチュエータは、電動モーターと；前記電動モーターの回転によって軸心を中心として回転する入力軸部材と；前記入力軸部材に固定されると共に前記入力軸部材と一体で回転する入力歯車と；軸心を中心として回転し、軸方向に沿って前記ロボットの制御に用いられる電気配線が通る貫通孔が形成された出力軸部材と；前記出力軸部材に固定されると共に前記出力軸部材と一体で回転する出力歯車と；軸心を中心として回転する中間軸部材と；前記中間軸部材に固定されると共に前記中間軸部材と一体で回転する大径歯車と；前記中間軸部材に固定されると共に前記中間軸部材と一体で回転し、前記中間軸部材に固定された前記大径歯車の直径よりも小さい直径を有する小径歯車と；前記入力軸部材の回転角度と前記中間軸部材の回転角度とをそれぞれ検出する２つの角度検出装置と、を備え；前記中間軸部材に固定された前記大径歯車は、前記入力歯車と噛み合い；前記中間軸部材に固定された前記小径歯車は、前記出力歯車と噛み合う。この態様のアクチュエータによれば、上記項目（１）で説明した効果と同様の効果を得られる。

　上述した本開示の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行なうことが可能である。また、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、上述した本開示の複数の態様の１つに含まれる技術的特徴の一部または全部を上述した本開示の他の態様に含まれる技術的特徴の一部または全部と組み合わせて、本開示の独立した一態様とすることも可能である。

　例えば、本開示の一形態は、入力軸部材と、入力歯車と、出力軸部材と、出力歯車と、２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）と、大径歯車と、小径歯車と、２つの角度検出装置との内の一部または全部の要素を備えた装置として実現可能である。すなわち、この装置は、入力軸部材を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、入力歯車を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、出力軸部材を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、出力歯車を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、大径歯車を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、小径歯車を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、角度検出装置を有していてもよく、有していなくてもよい。入力軸部材は、例えば、前記電動モーターの回転によって軸心を中心として回転してもよい。入力歯車は、例えば、前記入力軸部材に固定されると共に前記入力軸部材と一体で回転させてもよい。出力軸部材は、例えば、軸心を中心として回転し、軸方向に沿って前記ロボットの制御に用いられる電気配線が通る貫通孔が形成されてもよい。出力歯車は、例えば、前記出力軸部材に固定されると共に前記出力軸部材と一体で回転してもよい。２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）は、例えば、それぞれの軸心を中心として回転してもよい。大径歯車は、例えば、前記２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）のそれぞれに固定されると共に前記２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）のそれぞれと一体で回転し、前記入力歯車と、入力軸部材側に位置する他の前記中間軸部材に固定された前記小径歯車と、の一方と噛み合ってもよい。小径歯車は、例えば、前記２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）のそれぞれに固定されると共に前記２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）のそれぞれと一体で回転し、同一の前記中間軸部材に固定された前記大径歯車の直径よりも小さい直径であってもよく、前記出力歯車と、出力軸部材側に位置する他の前記中間軸部材に固定された前記大径歯車と、の一方と噛み合ってもよい。角度検出装置は、例えば、前記入力軸部材と前記２つ以上の中間軸部材（または１つ以上の中間軸部材）との内の２つの軸部材の回転角度を検出してもよい。こうした装置は、例えば、アクチュエータとして実現できるが、アクチュエータ以外の他の装置としても実現可能である。このような形態によれば、装置の操作性の向上および簡易化、装置の一体化や、装置を使用する使用者の利便性の向上、等の種々の課題の少なくとも１つを解決することができる。前述したアクチュエータの各形態の技術的特徴の一部または全部は、いずれもこの装置に適用することが可能である。

　本開示は、アクチュエータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、アクチュエータを備えるロボットやアクチュエータを備えるロボットの制御方法、アクチュエータを備えるロボットシステム等の形態で実現できる。

本開示の実施形態におけるロボットの概略構成を示す説明図である。 本実施形態におけるアクチュエータの概略構成を示す説明図である。 変形例におけるアクチュエータの概略構成を示す説明図である。

　図１は、本開示の実施形態におけるロボット２００の概略構成を示す説明図である。本実施形態におけるロボット２００は、６軸の垂直多関節型の産業用ロボットである。

　ロボット２００は、工場等の設置場所（サイト）の水平面に固定されるベース部２と、鉛直方向の第１の軸を中心に旋回可能にベース部２に支持されたショルダ部３と、水平方向の第２の軸を中心に旋回可能にショルダ部３に下端が支持された下アーム４と、水平方向の第３の軸を中心に旋回可能に下アーム４の先端に支持された後上アーム５と、上記第３の軸に直交する第４の軸を中心に捻り回転可能に後上アーム５に支持された前上アーム６と、上記第４の軸に直交する第５の軸を中心に旋回可能に前上アーム６の先端に支持された手首７と、上記第５の軸に直交する第６の軸を中心に捻り回転可能に手首７に支持されたフランジ８と、を備えている。フランジ８には、エンドエフェクタとして例えばワークを把持するためのハンド９が脱着可能に取り付けられている。なお、エンドエフェクタとして、ハンド９以外のもの（例えば視覚検査用のカメラ）もフランジ８に取り付け可能である。第１の軸から第６の軸までの各軸には、アクチュエータが配置されており、それぞれのアクチュエータが制御されることによって、例えば、下アーム４等の位置が変化して、ロボット２００が各種作業を行なう。

　図２は、本実施形態におけるアクチュエータ１００の概略構成を示す説明図である。アクチュエータ１００は、ロボット２００の回転関節に用いられ、減速機９５と電動モーター２０とを含む装置である。図２に示すように、アクチュエータ１００は、制御基板１０と、電動モーター２０と、電動モーター２０に接続された入力軸５０と、出力軸９０と、減速機９５と、第１の角度センサー３０と、第２の角度センサー４０と、を備えている。図２に示すように、電動モーター２０、入力軸５０、出力軸９０の一部（図２の上端部である出力軸９０の出力端部を除く部分）、減速機９５、第１の角度センサー３０の第１のマグネット３２、および第２の角度センサー４０の第２のマグネット４２は、非磁性材料（アルミニウム、樹脂等）からなるハウジング３００内に収容されている。そして、出力軸９０の出力端部は、ハウジング３００から外部へ突出している。減速機９５は、第１の中間軸６０と、第２の中間軸７０と、第３の中間軸８０と、を有している。第１の中間軸６０、第２の中間軸７０、第３の中間軸８０、および出力軸９０は、図示しない軸受を介してハウジング３００によって回転可能に支持されている。

　制御基板１０は、電力の供給や信号の送受信を行なうための制御部１９を有している。制御部１９は、電動モーター２０と第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とに接続されている。制御部１９は、電動モーター２０に加える電力を制御することで、電動モーター２０に内蔵されたローターを回転させ、伝達された電動モーター２０のローターの回転によって回転する出力軸９０の回転速度と回転角度とを制御する。制御部１９は、後述する第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とによって検出された第２の中間軸７０と第３の中間軸８０との回転角度を取得して、電動モーター２０に加える電力等を制御するフィードバック制御を行なう。

　電動モーター２０のローターは、制御部１９によって加えられた電力によって、接続された入力軸５０と共に入力軸心ＯＬＩを中心に回転する。入力軸５０には、入力軸心ＯＬＩを中心として、入力軸５０と一体で回転する入力歯車１１が固定されている。出力軸９０は、出力軸心ＯＬＯを中心に回転する。出力軸９０は、出力軸心ＯＬＯに沿って貫通孔９２が形成されている軸である。出力軸９０の貫通孔９２には、ロボット２００を制御するために電力の供給等を行なう各種電気配線１１０が通る。そのため、出力軸９０の外径は、他の軸の外径よりも大きくなる。出力軸９０には、出力軸心ＯＬＯを中心として、出力軸９０と一体で回転する出力歯車１８が固定されている。出力歯車１８は、後述する第３の大径歯車１６よりも大きい直径の歯車である。なお、入力軸５０は、本開示における入力軸部材に相当し、出力軸９０は、本開示における出力軸部材に相当する。また、図２および後述する図３では、入力歯車１１や出力歯車１８といった各種歯車を簡易的に円盤状に記載しているが、各種歯車の外径には歯車としての歯が形成されている。

　第１の中間軸６０は、第１の中間軸心ＯＬ１を中心に回転する。第１の中間軸６０には、第１の中間軸心ＯＬ１を中心として、第１の中間軸６０と一体で回転する第１の大径歯車１２と第１の小径歯車１３とが固定されている。第１の大径歯車１２は、第１の小径歯車１３および入力歯車１１よりも大きい直径の歯車である。第１の大径歯車１２と入力歯車１１とが噛み合っているため、第１の中間軸６０は、入力軸５０の回転に伴って回転する。

　第２の中間軸７０は、第２の中間軸心ＯＬ２を中心に回転する。第２の中間軸７０には、第２の中間軸心ＯＬ２を中心として、第２の中間軸７０と一体で回転する第２の大径歯車１４および第２の小径歯車１５が固定されている。第２の大径歯車１４は、第２の小径歯車１５および第１の小径歯車１３よりも大きい直径の歯車である。第２の大径歯車１４と第１の小径歯車１３とが噛み合っているため、第２の中間軸７０は、第１の中間軸６０の回転に伴って回転する。また、第２の中間軸７０は、第２の中間軸７０の第２の中間軸心ＯＬ２と制御基板１０とが交わる位置に配置されている。第２の中間軸７０における制御基板１０に対向し、第２の小径歯車１５と制御基板１０との間には、後述する第１の角度センサー３０の一部である第１のマグネット３２が配置されている。

　第３の中間軸８０は、第３の中間軸心ＯＬ３を中心に回転する。第３の中間軸８０には、第３の中間軸心ＯＬ３を中心として、第３の中間軸８０と一体で回転する第３の大径歯車１６および第３の小径歯車１７が固定されている。第３の大径歯車１６は、第３の小径歯車１７および第２の小径歯車１５よりも大きい直径の歯車である。なお、本実施形態では、第２の小径歯車１５と第３の大径歯車１６との歯数が互いに素の関係になるような数に設定されている。第３の大径歯車１６と第２の小径歯車１５とが噛み合っているため、第３の中間軸８０は、第２の中間軸７０の回転に伴って回転する。また、第３の中間軸８０は、第３の中間軸８０の第３の中間軸心ＯＬ３と制御基板１０とが交わる位置に配置されている。第３の中間軸８０における制御基板１０に対向し、第３の小径歯車１７と制御基板１０との間には、後述する第２の角度センサー４０の一部である第２のマグネット４２が配置されている。

　出力歯車１８と第３の小径歯車１７とが噛み合っているため、出力軸９０は、第３の中間軸８０の回転に伴って回転する。このように、電動モーター２０のローターの回転は、動力伝達経路に沿って入力軸５０、第１の中間軸６０、第２の中間軸７０、および、第３の中間軸８０を介して、出力軸９０に伝わる。また、各軸における入力側の歯車の直径が大きいため、入力軸５０、第１の中間軸６０、第２の中間軸７０、および、第３の中間軸８０を介して、電動モーター２０の回転は、減速されて出力軸９０へと伝わる。なお、本実施形態における第１の中間軸６０と第２の中間軸７０と第３の中間軸８０とは、本開示における２つ以上の中間軸（または１つ以上の中間軸）に相当する。また、本開示における入力軸部材側の歯車とは、同じ軸に固定された２つの歯車の内、動力伝達経路において入力軸５０に近い軸に固定された歯車と噛み合う歯車（例えば、第１の中間軸６０における第１の大径歯車１２）をいい、出力軸部材側の歯車とは、動力伝達経路において出力軸９０に近い軸に固定された歯車と噛み合う歯車（例えば第１の中間軸６０における第１の小径歯車１３）をいう。本開示における最も近い２つの軸部材とは、距離的に近い２つの軸部材のことではなく、動力伝達経路において歯車を介した接続が近い２つの軸部材のことをいう。例えば、出力軸９０に最も近い軸は、第３の中間軸８０であり、その次に近い軸は第２の中間軸７０である。

　第１の角度センサー３０は、第２の中間軸７０の回転角度を検出する磁気式のロータリーエンコーダである。第１の角度センサー３０は、第２の中間軸７０の絶対角度を検出する。すなわち、第１の角度センサー３０は、０度以上３６０度未満の範囲で第２の中間軸７０の回転角度を検出する。第１の角度センサー３０は、第２の中間軸７０に配置された第１のマグネット３２と、制御基板１０に形成された第１の読取機（第１の検出器）３１と、を有している。第１の読取機３１は、第１のマグネット３２における回転に伴う電気信号の変化に基づいて特定した第２の中間軸７０の回転角度を、接続された制御基板１０の制御部１９に電気信号として送信する。第２の角度センサー４０は、第１の角度センサー３０と同じように、第３の中間軸８０の回転角度を検出する磁気式のロータリーエンコーダである。第２の角度センサー４０は、第３の中間軸８０に配置された第２のマグネット４２と、制御基板１０に形成された第２の読取機（第２の検出器）４１と、を有している。本実施例では、第１の読取機３１および第２の読取機４１は、それぞれホールＩＣを備えている。第１の読取機３１および第２の読取機４１は、第１のマグネット３２および第２マグネット４２の磁束密度の変化をそれぞれ検出し、第２の中間軸７０および第３の中間軸８０の回転角度を示す信号を制御部１９へ出力する。なお、第２の角度センサー４０は、第１の角度センサー３０と比較して、検出する中間軸が異なるだけであるため、第２の角度センサー４０の構成の説明については省略する。

　図２に示すように、制御部１９、第１の読取機３１および第２の読取機４１を備える制御基板１０は、ハウジング３００内に収容された歯車１１～１８を潤滑するための潤滑油であるギアオイルの飛散による故障を避けるために、ハウジング３００の外部に設けられている。即ち、ハウジング３００は、ギアオイルが制御部１９、第１の読取機３１および第２の読取機４１を備える制御基板１０に飛散することを防止するシールドとして機能し、ギアオイルの飛散による制御部１９、第１の読取機３１および第２の読取機４１を含む制御基板１０上の装置の故障を防止する。第１の読取機３１および第２の読取機４１は、ハウジング３００の外部において、第１のマグネット３２および第２のマグネット４２と軸線方向に対向する位置にそれぞれ配置されている。なお、ハウジング３００は、少なくとも制御基板１０と、マグネット３２、４２との間に位置する部分がマグネット３２、４２の磁束を透過可能な非磁性材料から形成されていればよく、ハウジング３００全体を非磁性材料から形成することは必ずしも必要ではない。また、第１の読取機３１および第２の読取機４１については、ギアオイルの飛散による故障を防止できる構成であれば、ハウジング３００の内部において、第１のマグネット３２および第２のマグネット４２に隣接する位置にそれぞれ配置しても良い。本実施形態における第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とは、本開示における角度検出装置に相当する。また、本実施形態における第１のマグネット３２と第２のマグネット４２とは、本開示における第１の検出部（可動部）に相当し、本実施形態における第１の読取機３１と第２の読取機４１は、本開示における第２の検出部（固定部）に相当する。さらに、本実施形態における第２の中間軸７０および第３の中間軸８０は、本開示における検出対象軸部材にそれぞれ相当する。

　制御部１９は、第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とのそれぞれによって取得された第２の中間軸７０と第３の中間軸８０との回転角度を用いて、出力軸９０の回転角度を算出する。第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とのそれぞれは、第２の中間軸７０と第３の中間軸８０とのそれぞれの回転角度を３６０度未満の範囲までしか測定できない。しかし、第２の小径歯車１５と第３の大径歯車１６との歯数が互いに素の関係であるため、第２の中間軸７０の回転角度と第３の中間軸８０の回転角度とを組み合わせることで、出力軸９０の回転角度を３６０度以上の広い範囲で検出できる。例えば、第３の中間軸８０が３６０度回転して、第２の角度センサー４０が検出する第３の中間軸８０の回転角度が０度であっても、第３の大径歯車１６と第２の小径歯車１５とが互いに素の関係であるため、第１の角度センサー３０は、第３の中間軸８０が３６０度回転するごとに異なる回転角度を検出する。そのため、制御部１９は、第１の角度センサー３０によって検出された第２の中間軸７０の回転角度を用いて、第３の中間軸８０の回転の周期を測定でき、出力軸９０の回転角度を広い範囲で測定できる。

　以上説明したように、本実施形態におけるアクチュエータ１００では、出力軸９０にロボット２００を制御するための各種電気配線１１０が通る貫通孔９２が形成され、第１の角度センサー３０が第２の中間軸７０の回転角度を検出し、第２の角度センサー４０が第３の中間軸８０の回転角度を検出する。本実施形態のアクチュエータ１００はロボット２００の回転関節に用いられるため、出力軸９０の内部には各種電気配線１１０を通すための貫通孔９２が形成され、出力軸９０の直径が大きくなる傾向がある。そのため、出力軸９０の回転角度を直接測定する場合には、出力軸９０の直径の大きさに応じたロータリーエンコーダを配置する必要がある。しかし、本実施形態のアクチュエータ１００では、出力軸９０の回転角度を、出力軸９０以外の軸である第２の中間軸７０と第３の中間軸８０の回転角度を検出することで算出できる。そのため、貫通孔９２が形成された大きい直径の出力軸９０の回転角度を検出するための大きいロータリーエンコーダが不要であり、アクチュエータ１００を小型化できる。また、出力軸９０以外で直径が大きい軸がある場合には、直径が大きい軸以外の軸の回転角度を検出すれば、出力軸９０の回転角度を算出できるため、アクチュエータ１００をより小型化できる。また、第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０との２つのセンサーによって出力軸９０の回転角度が算出されるため、第２の中間軸７０と第３の中間軸８０とのそれぞれの絶対角度しか検出できない簡易な構成のセンサーを用いて、出力軸９０の回転角度を、３６０度以上の広範囲に渡って算出でき、アクチュエータ１００のコストを抑制できる。

　また、本実施形態におけるアクチュエータ１００では、中間軸の数が２以上であり、第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とのそれぞれは、入力軸５０以外の第２の中間軸７０と第３の中間軸８０との回転角度を検出する。そのため、本実施形態のアクチュエータ１００では、より多くの中間軸によって電動モーター２０のローターの回転を減速して出力軸９０へと伝達するため、出力軸９０により大きなトルクを発生させることができる。

　また、本実施形態におけるアクチュエータ１００では、第２の中間軸７０と第３の中間軸８０とのうち、入力軸５０に近い第２の中間軸７０の第２の小径歯車１５の歯数と、出力軸９０に近い第３の中間軸８０の第３の大径歯車１６の歯数とは、互いに素の関係になるような数に設定されている。そのため、本実施形態のアクチュエータ１００では、例えば、第３の中間軸８０が３６０度回転して、第２の角度センサー４０が検出する第３の中間軸８０の回転角度が０度であっても、第１の角度センサー３０は、第３の中間軸８０が３６０度回転するごとに異なる回転角度を検出する。この結果、第２の中間軸７０の回転角度と第３の中間軸８０の回転角度との組み合わせによって、出力軸９０の回転角度を３６０度よりも広い範囲の角度に渡って算出できる。

　また、本実施形態におけるアクチュエータ１００では、電動モーター２０に供給する電力の制御を行なう制御部１９を有する制御基板１０に、第１の角度センサー３０の第１の読取機３１と第２の角度センサー４０の第２の読取機４１とが形成される。また、制御基板１０は、第２の中間軸７０の第２の中間軸心ＯＬ２および第３の中間軸８０の第３の中間軸心ＯＬ３と制御基板１０とが交わる位置に配置されている。第１の角度センサー３０の第１のマグネット３２が第２の中間軸７０の第２の小径歯車１５と制御基板１０との間に配置され、第２の角度センサー４０の第２のマグネット４２が第３の中間軸８０の第３の小径歯車１７と制御基板１０との間に配置される。本実施形態のアクチュエータ１００は、ロボットの関節に用いられるため、小型化が難しい。第１の角度センサー３０や第２の角度センサー４０は、限られた狭い空間に配置されるため、アクチュエータ１００の内部に取り付けることが難しい。それに対し、本実施形態のアクチュエータ１００では、制御部１９と第１の読取機３１と第２の読取機４１とが制御基板１０において一体化されることで、第１の読取機３１と第２の読取機４１とを中程度の大きさの部品として取り扱うことができる。そのため、本実施形態のアクチュエータ１００が小型ロボットに用いられることで、小型ロボットの組立作業を容易化できる。また、第２の中間軸心ＯＬ２および第３の中間軸心ＯＬ３の軸心方向に制御基板１０が対向する構造であるため、アクチュエータ１００を実用に耐えうる精度で小型化できる。また、制御部１９と第１の読取機３１と第２の読取機４１とを制御基板１０に形成する製造工程を一体化でき、アクチュエータ１００の製造コストを抑制できる。

　また、本実施形態におけるアクチュエータ１００では、第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とは、第２の中間軸７０と第３の中間軸８０とのそれぞれの絶対角度としての回転角度を検出する磁気式のロータリーエンコーダである。そのため、本実施形態のアクチュエータ１００では、３６０度以上の範囲の回転角度を測定できる多回転を検出できる高価なセンサーを用いずに、３６０度未満の回転角度を検出する安価なセンサーを用いており、アクチュエータ１００のコストをより抑制できる。

　また、本実施形態におけるアクチュエータ１００では、出力軸９０に最も近い軸である第２の中間軸７０と第３の中間軸８０とのそれぞれの回転角度を検出することで出力軸９０の回転角度を算出する。そのため、本実施形態のアクチュエータ１００では、出力軸９０から遠い軸の回転角度を検出することで出力軸９０の回転角度を算出するよりも、出力軸９０の回転角度を精度の良く算出できる。

　なお、本開示は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

　上記実施形態では、３つの中間軸によって電動モーター２０の回転が出力軸９０へと伝えられる態様について記載したが、中間軸の数については、これに限られず、種々変形可能である。図３は、変形例におけるアクチュエータ１００ａの概略構成を示す説明図である。なお、図３では、実施形態と同じ構成である制御基板１０、ハウジング３００、および電気配線１１０等については図示を省略している。この変形例におけるアクチュエータ１００ａでは、中間軸が第１の中間軸６０ａだけである。そのため、第１の中間軸６０ａにおける制御基板（図示していない）と対向する部分に第２のマグネット４２ａが配置されている。また、入力軸５０ａにおける制御基板と対向する部分に第１のマグネット３２ａが配置されている。以上のように、アクチュエータ１００ａが有する中間軸は、１つであってもよい。また、中間軸の数は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。なお、図３では、入力軸５０ａおよび第１の中間軸６０ａが、本開示における検出対象軸部材にそれぞれ相当する。

　上記実施形態では、３つの中間軸の内の出力軸９０に最も近い２つの軸の回転角度が検出されたが、必ずしも回転角度が検出される２つの軸は、出力軸９０に最も近い２つの軸でなくてもよく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態のアクチュエータ１００において、回転角度が検出される軸は、入力軸５０と第３の中間軸８０とであってもよい。また、２つの軸の回転角度のみではなく、例えば、第１の中間軸６０と第２の中間軸７０と第３の中間軸８０との３つ以上の軸の回転角度が検出されてもよい。

　上記実施形態では、第２の中間軸７０と第３の中間軸８０との絶対角度としての回転角度を検出するセンサーとして磁気式のロータリーエンコーダが用いられたが、軸の回転角度を検出するセンサーについては、これに限られず、種々変形可能である。例えば、光学式の角度センサーが用いられてもよいし、第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とで異なる角度センサーが用いられてもよい。また、回転角度を検出するセンサーは、絶対角度ではなく、多回転の角度も検出できるセンサーであってもよい。

　上記実施形態では、第１の角度センサー３０の第１の読取機３１と第２の角度センサー４０の第２の読取機４１とは、制御基板１０の基板上に一体に形成されたが、回転角度を検出するセンサーの位置については、これに限られず、種々変形可能である。例えば、電動モーター２０を制御する制御部１９とは異なる角度センサー用の取付基板によって、第１の角度センサー３０と第２の角度センサー４０とが配置されてもよい。

　本開示は、上記実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、本開示の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

Claims (6)

1. 　ロボットの関節に用いられるアクチュエータであって、
   　電動モーター（２０）と、
   　前記電動モーター（２０）の回転によって軸心を中心として回転する入力軸部材（５０）と、
   　前記入力軸部材（５０）に固定されると共に前記入力軸部材（５０）と一体で回転する入力歯車（１１）と、
   　軸心を中心として回転し、軸方向に沿って前記ロボットの制御に用いられる電気配線（１１０）が通る貫通孔（９２）が形成された出力軸部材（９０）と、
   　前記出力軸部材（９０）に固定されると共に前記出力軸部材（９０）と一体で回転する出力歯車（１８）と、
   　それぞれの軸心を中心として回転する２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）と、
   　前記２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）のうちの対応する１つの中間軸部材（６０、７０、８０）にそれぞれ固定され、かつ、該中間軸部材（６０、７０、８０）と一体で回転する２つ以上の大径歯車（１２、１４、１６）と、
   　前記２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）のうちの対応する１つの中間軸部材（６０、７０、８０）にそれぞれ固定され、かつ、該中間軸部材（６０、７０、８０）と一体で回転し、該中間軸部材（６０、７０、８０）に固定された前記大径歯車（１２、１４、１６）の直径よりも小さい直径を有する２つ以上の小径歯車（１３、１５、１７）と、
   　前記入力軸部材（５０）と前記２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）との内の２つの検出対象軸部材の回転角度をそれぞれ検出する２つの角度検出装置（３０、４０）と、を備え、
   　前記各中間軸部材（６０、７０、８０）の前記大径歯車（１２、１４、１６）は、前記入力歯車（１１）と、前記２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）のうちの前記入力軸部材（５０）側に位置する別の１つの中間軸部材（６０、７０、８０）に固定された前記小径歯車（１３、１５、１７）と、のうちの対応する一方と噛み合い、
   　前記各中間軸部材（６０、７０、８０）の前記小径歯車（１３、１５、１７）は、前記出力歯車（１８）と、前記２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）のうちの前記出力軸部材（９０）側に位置する別の１つの中間軸部材（６０、７０、８０）に固定された前記大径歯車（１２、１４、１６）と、のうちの対応する一方と噛み合う、アクチュエータ。
2. 　請求項１に記載のアクチュエータであって、
   　前記２つの検出対象軸部材のうちの一方の検出対象軸部材に固定された前記大径歯車（１２、１４、１６）と、前記２つの検出対象軸部材のうちの他方の検出対象軸部材に固定された前記小径歯車（１３、１５、１７）とが互いに噛み合い、
   　前記２つの検出対象軸部材のうちの前記一方の検出対象軸部材に固定された前記大径歯車（１２、１４、１６）の歯数と、前記２つの検出対象軸部材のうちの他方の検出対象軸部材に固定された前記小径歯車（１３、１５、１７）の歯数とは、互いに素の関係である、アクチュエータ。
3. 　請求項１または２に記載のアクチュエータであって、
   　前記電動モーター（２０）を制御する制御部（１９）を有する制御基板（１０）をさらに備え、
   　前記２つの角度検出装置（３０、４０）は、前記２つの検出対象軸部材のうちの対応する１つに取り付けられる第１の検出部（３２、４２）と、前記制御基板（１０）に取り付けられる第２の検出部（３１、４１）と、をそれぞれ備え、
   　前記制御基板（１０）は、前記２つの検出対象軸部材のそれぞれの軸心と交わる位置に配置され、
   　前記２つの角度検出装置（３０、４０）のそれぞれの前記第１の検出部（３２、４２）は、軸線方向において前記制御基板（１０）と、前記２つの検出対象軸部材のうちの対応する１つに固定された前記小径歯車（１３、１５、１７）との間に配置される、アクチュエータ。
4. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のアクチュエータであって、
   　前記２つの角度検出装置（３０、４０）のそれぞれは、磁気式の回転角度センサーである、アクチュエータ。
5. 　請求項１または２に記載のアクチュエータであって、
   　前記電動モーター（２０）を制御する制御部（１９）を有する制御基板（１０）をさらに備え、
   　前記２つの角度検出装置（３０、４０）は、前記２つの検出対象軸部材のうちの対応する１つに取り付けられるマグネット（３２、４２）と、前記制御基板（１０）に取り付けられ、前記マグネット（３２、４２）が形成する磁束を検出する検出器（３１，４１）と、をそれぞれ備え、
   　前記２つの角度検出装置（３０、４０）のそれぞれの前記マグネット（３２、４２）と、前記検出器（３１、４１）との間には、前記２つ以上の中間軸部材（６０、７０、８０）および前記出力軸部材（９０）を回転可能に支持するハウジング（３００）の一部が介在しており、
   　前記ハウジング（３００）の前記一部は、非磁性材料から形成されている、アクチュエータ。
6. 　ロボットの関節に用いられるアクチュエータであって、
   　電動モーター（２０）と、
   　前記電動モーター（２０）の回転によって軸心を中心として回転する入力軸部材（５０ａ）と、
   　前記入力軸部材（５０ａ）に固定されると共に前記入力軸部材（５０ａ）と一体で回転する入力歯車（１１）と、
   　軸心を中心として回転し、軸方向に沿って前記ロボットの制御に用いられる電気配線（１１０）が通る貫通孔（９２）が形成された出力軸部材（９０）と、
   　前記出力軸部材（９０）に固定されると共に前記出力軸部材（９０）と一体で回転する出力歯車（１８）と、
   　軸心を中心として回転する中間軸部材（６０ａ）と、
   　前記中間軸部材（６０ａ）に固定されると共に前記中間軸部材（６０ａ）と一体で回転する大径歯車（１２）と、
   　前記中間軸部材（６０ａ）に固定されると共に前記中間軸部材（６０ａ）と一体で回転し、前記中間軸部材（６０ａ）に固定された前記大径歯車（１２）の直径よりも小さい直径を有する小径歯車（１５）と、
   　前記入力軸部材（５０ａ）の回転角度と前記中間軸部材（６０ａ）の回転角度とをそれぞれ検出する２つの角度検出装置（３０、４０）と、を備え、
   　前記中間軸部材（６０ａ）に固定された前記大径歯車（１２）は、前記入力歯車（１１）と噛み合い、
   　前記中間軸部材（６０ａ）に固定された前記小径歯車（１５）は、前記出力歯車（１８）と噛み合う、アクチュエータ。

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