特許 7334892 回転角度検出装置、動力伝達装置、回転角度検出方法、およびロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-21

(45)【発行日】2023-08-29

(54)【発明の名称】回転角度検出装置、動力伝達装置、回転角度検出方法、およびロボット

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20230822BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20230822BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20230822BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 B

G01D5/245 110W

B25J17/00 E

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022079314

(22)【出願日】2022-05-13

【審査請求日】2022-09-09

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000107147

【氏名又は名称】ニデックドライブテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135013

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 隆美

(74)【代理人】

【識別番号】100138689

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 慶

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 大輔

(72)【発明者】

【氏名】ゴドレール イヴァン

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／１１５０２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－９６１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－２１８０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１１５０２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２４３９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１００８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７９５３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／３８

Ｈ０２Ｋ ７／００－７／２０、

２９／００－２９／１４

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、を有する動力伝達装置の回転角度検出装置であって、
前記第１部材の回転角度を検出する第１検出部と、
前記第２部材の回転角度を検出する第２検出部と、
前記第１検出部により検出される回転角度と、前記第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する演算部と、
を備え、
前記第２検出部は、所定のビット数で示される離散値を出力し、
前記第１検出部の出力値をＡ、
前記第２検出部の出力値をＰ、
前記ビット数をＢ、
前記動力伝達装置の変速比をＮ、
として、
前記演算部は、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を算出する、回転角度検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の回転角度検出装置であって、
前記第１検出部は、所定の角度範囲における前記第１部材の絶対回転角度を検出する、回転角度検出装置。

【請求項3】

請求項１に記載の回転角度検出装置であって、
前記第２検出部は、所定の角度範囲における前記第２部材の絶対回転角度を検出する、回転角度検出装置。

【請求項4】

請求項１に記載の回転角度検出装置であって、
前記第１検出部が、前記第１部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１、
前記第２検出部が、前記第２部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ２、
前記第１部材の多回転角度をＩＮ、
小数点以下を切り捨てる関数をＦＬＯＯＲ（）、
θ１で割ったときの余りを示す関数をＭＯＤθ１（）
として、
Ｉ＝（θ２／２＾Ｂ）＊Ｐ＊Ｎ （１）
ＩＮ＝ＦＬＯＯＲ（Ｉ／θ１）＊θ１＋Ａ （２）
ＩＮ＝｛ＦＬＯＯＲ（Ｉ／θ１）＋１｝＊θ１＋Ａ （３）
前記演算部は、
Ａ≧ＭＯＤθ１（Ｉ）の場合、上式（１），（２）によりＩＮを算出し、
Ａ＜ＭＯＤθ１（Ｉ）の場合、上式（１），（３）によりＩＮを算出する、回転角度検出装置。

【請求項5】

請求項１に記載の回転角度検出装置であって、
前記第１検出部が、前記第１部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１として、
θ１＝１８０°
である、回転角度検出装置。

【請求項6】

請求項１に記載の回転角度検出装置であって、
前記第１検出部が、前記第１部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１として、
θ１＝３６０°
である、回転角度検出装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
前記第１検出部は、
１８０°の角度範囲における前記第１部材の絶対回転角度を検出する第１センサと、
１８０°ごとにＯＮ／ＯＦＦが切り替わる３６０°周期の信号を出力する第２センサと、
を有する、回転角度検出装置。

【請求項8】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
前記第２部材は、前記第２部材の回転軸の周方向に配列され、前記回転軸の径方向に延びる複数の歯を有し、
前記歯の前記周方向における角度が記憶されている、回転角度検出装置。

【請求項9】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
前記第２部材は、前記第２部材の回転軸の周方向に配列され、前記回転軸の径方向に延びる複数の歯を有し、
前記歯と前記周方向に隣接する前記歯とのピッチと、前記歯の前記周方向における角度が記憶されている、回転角度検出装置。

【請求項10】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
前記第１検出部は、前記動力伝達装置に含まれる環状体に配置された歪みゲージを有する、回転角度検出装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の回転角度検出装置であって、
前記演算部は、前記第１部材の多回転角度に基づいて、前記歪みゲージの出力値を補正する、回転角度検出装置。

【請求項12】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
前記回転角度検出装置は、前記動力伝達装置に含まれる外歯歯車の外歯及び内歯歯車の内歯の少なくとも一方における、周方向の回転角度及び周方向におけるピッチの少なくとも一方を記憶している、回転角度検出装置。

【請求項13】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置を有する、動力伝達装置。

【請求項14】

第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、を有する動力伝達装置において、前記第１部材の多回転角度を検出する回転角度検出方法であって、
前記第１部材の回転角度および前記第２部材の回転角度を検出する第１工程と、
前記第１工程により検出される前記第１部材の回転角度および前記第２部材の回転角度に基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する第２工程と、
を有し、
前記第２工程において、所定のビット数で示される離散値を出力し、
前記第１部材の回転角度の出力値をＡ、
前記第２部材の回転角度の出力値をＰ、
前記ビット数をＢ、
前記動力伝達装置の変速比をＮ、
として、
前記第２工程において、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する、回転角度検出方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の回転角度検出方法であって、
前記第１工程において、前記動力伝達装置に含まれる環状体に配置された歪みゲージによって前記第１部材の回転角度を検出する、回転角度検出方法。

【請求項16】

第１回転速度で回転する第１部材と、
前記第１部材の回転に伴い、前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、
前記第１部材の回転角度を検出する第１検出部と、
前記第２部材の回転角度を検出する第２検出部と、
環状体と、
前記第１検出部により検出される回転角度と、前記第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する演算部と、
を備え、
前記第２検出部は、所定のビット数で示される離散値を出力し、
前記第１検出部の出力値をＡ、
前記第２検出部の出力値をＰ、
前記ビット数をＢ、
動力伝達装置の変速比をＮ、
として、
前記演算部は、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を算出する、動力伝達装置。

【請求項17】

請求項１６に記載の動力伝達装置を有する、ロボット。

【請求項18】

請求項１６に記載の動力伝達装置と、
前記第１検出部により検出される回転角度と、前記第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する演算部と、
を備える、ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転角度検出装置、動力伝達装置、回転角度検出方法、およびロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータから出力される回転運動を減速させる減速機が知られている。減速機は、例えば、産業用ロボットの関節に組み込まれ、モータの動力をアームに伝達するために使用される。従来の減速機については、例えば、特許文献１に記載されている。

【文献】特開２００５－３１２２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

この種の減速機を備えたロボットでは、電源投入時に、アームの回転角度を把握する必要がある。従来のロボットは、モータに搭載されたエンコーダの出力信号に基づいて、アームの回転角度を把握していた。しかしながら、当該方法では、モータのエンコーダが必須となる。このため、モータのエンコーダに依存することなく、減速機において、アームの回転角度を検出することが求められている。

【0004】

減速器においてアームの回転角度を検出するためには、例えば、減速機の出力側の部材に、回転角度を検出するセンサを取り付けることが考えられる。しかしながら、その場合には、高い分解能のセンサが必要となるため、減速器の製造コストが上昇する。一方、減速器の入力側において、高速回転する部材の回転角度を検出すれば、高い分解能で回転角度を検出しやすい。ただし、減速器の入力側で回転角度を検出する場合、１回転内の絶対角度ではなく、多回転における絶対角度を検出することが必要となる。

【0005】

本発明の目的は、動力伝達装置の高速側の部材の多回転角度を検出できる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１発明は、第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、を有する動力伝達装置の回転角度検出装置であって、前記第１部材の回転角度を検出する第１検出部と、前記第２部材の回転角度を検出する第２検出部と、前記第１検出部により検出される回転角度と、前記第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する演算部と、を備え、前記第２検出部は、所定のビット数で示される離散値を出力し、前記第１検出部の出力値をＡ、前記第２検出部の出力値をＰ、前記ビット数をＢ、前記動力伝達装置の変速比をＮ、として、前記演算部は、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を算出する。

【0007】

第２発明は、第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、を有する動力伝達装置において、前記第１部材の多回転角度を検出する回転角度検出方法であって、前記第１部材の回転角度および前記第２部材の回転角度を検出する第１工程と、前記第１工程により検出される前記第１部材の回転角度および前記第２部材の回転角度に基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する第２工程と、を有し、前記第２工程において、所定のビット数で示される離散値を出力し、前記第１部材の回転角度の出力値をＡ、前記第２部材の回転角度の出力値をＰ、前記ビット数をＢ、前記動力伝達装置の変速比をＮ、として、前記第２工程において、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する。

【0008】

第３発明は、動力伝達装置であって、第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い、前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、前記第１部材の回転角度を検出する第１検出部と、前記第２部材の回転角度を検出する第２検出部と、環状体と、を備え、前記第２検出部は、所定のビット数で示される離散値を出力し、前記第１検出部の出力値をＡ、前記第２検出部の出力値をＰ、前記ビット数をＢ、動力伝達装置の変速比をＮ、として、前記演算部は、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を算出する。

【発明の効果】

【0009】

第１発明、第２発明、および第３発明によれば、第１部材の多回転角度を出力できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、ロボットの概要図である。

【図2】図２は、動力伝達装置の縦断面図である。

【図3】図３は、動力伝達装置を軸方向一方側から見た図である。

【図4】図４は、動力伝達装置を軸方向他方側から見た図である。

【図5】図５は、図２のＡ－Ａ位置から見た動力伝達装置の横断面図である。

【図6】図６は、センサ基板の付近における環状体の部分縦断面図である。

【図7】図７は、センサ基板の平面図である。

【図8】図８は、センサ基板の部分平面図である。

【図9】図９は、第１ブリッジ回路の回路図である。

【図10】図１０は、第２ブリッジ回路の回路図である。

【図11】図１１は、第３ブリッジ回路の回路図である。

【図12】図１２は、第４ブリッジ回路の回路図である。

【図13】図１３は、第３電圧計の計測値と第４電圧計の計測値との時間変化を示したグラフである。

【図14】図１４は、第１検出部および第２検出部の出力値の例を示したグラフである。

【図15】図１５は、第１変形例に係る動力伝達装置を、軸方向一方側から見た図である。

【図16】図１６は、第２部材および環状体の一部分を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0012】

＜１．ロボットについて＞
図１は、一実施形態に係る動力伝達装置１を搭載したロボット１００の概要図である。ロボット１００は、例えば、工業製品の製造ラインにおいて、部品の搬送、加工、組立等の作業を行う、いわゆる産業用ロボットである。図１に示すように、ロボット１００は、ベースフレーム１０１、アーム１０２、モータ１０３、および動力伝達装置１を備える。

【0013】

アーム１０２は、ベースフレーム１０１に対して、回動可能に支持されている。モータ１０３および動力伝達装置１は、ベースフレーム１０１とアーム１０２との間の関節部に、組み込まれている。モータ１０３に駆動電流が供給されると、モータ１０３から回転運動が出力される。また、モータ１０３から出力される回転運動は、動力伝達装置１により減速されて、アーム１０２へ伝達される。これにより、ベースフレーム１０１に対してアーム１０２が、減速後の速さで回動する。

【0014】

＜２．動力伝達装置の構成＞
続いて、動力伝達装置１の詳細な構造について、説明する。

【0015】

なお、以下では、動力伝達装置１の中心軸９と平行な方向を「軸方向」、動力伝達装置１の中心軸９に直交する方向を「径方向」、動力伝達装置１の中心軸９を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

【0016】

図２は、一実施形態に係る動力伝達装置１の縦断面図である。図３は、動力伝達装置１を、軸方向一方側（図２における左側）から見た図である。図４は、動力伝達装置１を、軸方向他方側（図２における右側）から見た図である。図５は、図２のＡ－Ａ位置から見た動力伝達装置１の横断面図である。図の煩雑化を避けるため、図５においては、断面を示すハッチングが省略されている。

【0017】

この動力伝達装置１は、波動減速機である。動力伝達装置１は、モータ１０３から得られる第１回転速度の回転運動を、第１回転速度よりも遅い第２回転速度に減速する。図２から図５に示すように、動力伝達装置１は、第１部材１０、第２部材２０、環状体３０、および波動発生器４０を有する。

【0018】

第１部材１０は、減速前の第１回転速度で回転する部材である。第１部材１０は、モータ１０３の出力軸に接続される。第１部材１０は、中心軸９に沿って、軸方向に延びる。本実施形態の第１部材１０は、中心軸９を中心とする円筒状である。第１部材１０は、動力伝達装置１を軸方向に貫通する。なお、第１部材１０は、モータ１０３の出力軸と同一の部材であってもよい。

【0019】

第２部材２０は、第１部材１０の回転に伴い、第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する部材である。第２部材２０は、アーム１０２に対して固定される。第２部材２０は、後述する外歯３２の径方向外側に配置される。第２部材２０の剛性は、環状体３０の後述する胴部３１の剛性よりも、十分に高い。

【0020】

第２部材２０は、中心軸９を中心とする円環状の内歯歯車である。第２部材２０は、複数の内歯２１を有する。複数の内歯２１は、第２部材２０の径方向内側面から、径方向内方へ突出する。複数の内歯２１は、第２部材２０の内周面において、周方向に一定のピッチで配列されている。

【0021】

環状体３０は、撓み変形可能な環状の外歯歯車である。環状体３０は、ベースフレーム１０１に対して固定される。図２および図５に示すように、環状体３０は、胴部３１、複数の外歯３２、ベース部３３、および肉厚部３４を有する。

【0022】

胴部３１は、中心軸９を中心とする筒状の部分である。胴部３１の軸方向一方端は、ベース部３３に接続される。胴部３１は、ベース部３３の径方向内端部から、軸方向他方側へ向けて延びる。胴部３１の軸方向他方側の端部は、波動発生器４０の径方向外側、かつ、第２部材２０の径方向内側に位置する。胴部３１は、可撓性を有するため、径方向に撓み変形可能である。

【0023】

複数の外歯３２は、胴部３１の径方向外側面から、径方向外方に突出する。複数の外歯３２は、胴部３１の軸方向他方端の径方向外側面に配置される。複数の外歯３２は、周方向に一定のピッチで配列されている。複数の外歯３２の一部と、上述した複数の内歯２１の一部とは、互いに噛み合う。第２部材２０が有する内歯２１の数と、環状体３０が有する外歯３２の数とは、僅かに相違する。

【0024】

ベース部３３は、中心軸９を囲み、中心軸９と交差する方向に広がる。ベース部３３は、好ましくは、中心軸９に対して直交する面に沿って広がる。ベース部３３は、胴部３１の軸方向一方端から、径方向外側へ向けて広がる。また、ベース部３３は、中心軸９を囲む環状である。ベース部３３は、薄肉状であるため、僅かに撓み変形可能である。

【0025】

肉厚部３４は、ベース部３３の径方向外側に位置する、円環状の部分である。肉厚部３４の軸方向の厚みは、ベース部３３の軸方向の厚みよりも厚い。肉厚部３４は、ベースフレーム１０１に、直接、または他の部材を介して、固定される。

【0026】

波動発生器４０は、環状体３０に周期的な撓み変形を発生させる機構である。波動発生器４０は、外歯３２の径方向内側に配置される。波動発生器４０は、カム４１および可撓性軸受４２を有する。本実施形態では、第１部材１０およびカム４１が、単一の部品で形成されている。ただし、カム４１は、第１部材１０とは別の部品であってもよい。その場合、第１部材１０に対してカム４１が固定されていればよい。カム４１の径方向外側面は、中心軸９を中心とする楕円形である。

【0027】

可撓性軸受４２は、撓み変形可能な軸受である。可撓性軸受４２は、カム４１の径方向外側面と、環状体３０の胴部３１の径方向内側面との間に配置される。

【0028】

可撓性軸受４２の内輪は、カム４１の径方向外側面に接触する。可撓性軸受４２の外輪は、胴部３１の径方向内側面に接触する。このため、胴部３１は、カム４１の径方向外側面に沿った楕円形状に変形する。その結果、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、環状体３０の外歯３２と、第２部材２０の内歯２１とが噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯３２と内歯２１とが噛み合わない。

【0029】

モータ１０３を駆動させると、第１部材１０とともにカム４１が、中心軸９を中心として第１回転速度で回転する。これにより、環状体３０の上述した楕円の長軸も、第１回転速度で回転する。そうすると、外歯３２と内歯２１との噛み合い位置も、周方向に第１回転速度で変化する。また、上述の通り、第２部材２０の内歯２１の数と、環状体３０の外歯３２の数とは、僅かに相違する。この歯数の差によって、カム４１の１回転ごとに、外歯３２と内歯２１との噛み合い位置が、周方向に僅かに変化する。その結果、環状体３０に対して第２部材２０が、中心軸９を中心として、第１回転速度よりも遅い第２回転速度で回転する。

【0030】

＜３．トルクセンサについて＞
動力伝達装置１は、トルクセンサ５０を有する。トルクセンサ５０は、上述した環状体３０のベース部３３にかかるトルクを検出するためのセンサである。図２に示すように、トルクセンサ５０は、センサ基板５１を有する。センサ基板５１は、ベース部３３の表面に固定される。図６は、センサ基板５１の付近における環状体３０の部分縦断面図である。図７は、センサ基板５１の平面図である。図６および図７に示すように、センサ基板５１は、絶縁層５１１および抵抗線５１２を有する。

【0031】

絶縁層５１１は、柔軟に変形可能である。絶縁層５１１は、中心軸９に対して交差する方向に広がる。また、絶縁層５１１は、中心軸９を中心とする円環状である。絶縁層５１１は、絶縁体である樹脂または無機絶縁材料からなる。絶縁層５１１は、ベース部３３の表面に配置される。

【0032】

抵抗線５１２は、絶縁層５１１の表面に形成される。抵抗線５１２の材料には、導体である金属が使用される。抵抗線５１２の材料には、例えば、銅合金、クロム合金、または銅が使用される。抵抗線５１２は、第１抵抗線部Ｗ１と、第２抵抗線部Ｗ２とを有する。第１抵抗線部Ｗ１および第２抵抗線部Ｗ２は、歪みゲージである。すなわち、第１抵抗線部Ｗ１および第２抵抗線部Ｗ２の抵抗値は、ベース部３３のひずみに応じて変化する。

【0033】

第１抵抗線部Ｗ１は、内側第１抵抗線部Ｗ１１と、外側第１抵抗線部Ｗ１２とを有する。外側第１抵抗線部Ｗ１２は、内側第１抵抗線部Ｗ１１よりも、径方向外側に配置される。

【0034】

内側第１抵抗線部Ｗ１１は、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂを有する。２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂは、周方向に間隔をあけて配置されている。２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂは、それぞれ、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、半円弧状に設けられている。２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂは、同心かつ線対称に配置される。また、中心軸９から第１領域Ｒａまでの径方向の距離と、中心軸９から第１領域Ｒｂまでの径方向の距離と、は略同一である。

【0035】

図８は、センサ基板５１の部分平面図である。図８に示すように、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂは、それぞれ、複数の第１の部位ｒ１を有する。第１の部位ｒ１は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の第１の部位ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂのうち、一方の第１領域Ｒａの第１の部位ｒ１は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。他方の第１領域Ｒｂの第１の部位ｒ１は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。径方向に対する第１の部位ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う第１の部位ｒ１の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の第１の部位ｒ１が、全体として直列に接続される。

【0036】

外側第１抵抗線部Ｗ１２は、２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄを有する。２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄは、周方向に間隔をあけて配置されている。２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄは、それぞれ、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、半円弧状に設けられている。２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄは、同心かつ線対称に配置される。また、中心軸９から第１領域Ｒｃまでの径方向の距離と、中心軸９から第１領域Ｒｄまでの径方向の距離と、は略同一である。

【0037】

図８に示すように、２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄは、それぞれ、複数の第１の部位ｒ１を有する。第１の部位ｒ１は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の第１の部位ｒ１は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄのうち、一方の第１領域Ｒｃの第１の部位ｒ１は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。他方の第１領域Ｒｄの第１の部位ｒ１は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。径方向に対する第１の部位ｒ１の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う第１の部位ｒ１の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の第１の部位ｒ１が、全体として直列に接続される。

【0038】

第２抵抗線部Ｗ２は、内側第２抵抗線部Ｗ２１と、外側第２抵抗線部Ｗ２２とを有する。外側第２抵抗線部Ｗ２２は、内側第２抵抗線部Ｗ２１よりも、径方向外側に配置される。

【0039】

内側第２抵抗線部Ｗ２１は、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆを有する。２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆは、周方向に間隔をあけて配置されている。２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆは、それぞれ、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、半円弧状に設けられている。２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆは、同心かつ線対称に配置される。また、中心軸９から第２領域Ｒｅまでの径方向の距離と、中心軸９から第２領域Ｒｆまでの径方向の距離と、は略同一である。

【0040】

図８に示すように、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆは、それぞれ、複数の第２の部位ｒ２を有する。第２の部位ｒ２は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の第２の部位ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆのうち、一方の第２領域Ｒｅの第２の部位ｒ２は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。他方の第２領域Ｒｆの第２の部位ｒ２は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。径方向に対する第２の部位ｒ２の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う第２の部位ｒ２の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の第２の部位ｒ２が、全体として直列に接続される。

【0041】

外側第２抵抗線部Ｗ２２は、２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈを有する。２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈは、周方向に間隔をあけて配置されている。２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈは、それぞれ、中心軸９を中心とする約１８０°の範囲に、半円弧状に設けられている。２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈは、同心かつ線対称に配置される。また、中心軸９から第２領域Ｒｇまでの径方向の距離と、中心軸９から第２領域Ｒｈまでの径方向の距離と、は略同一である。

【0042】

図６に示すように、２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈは、それぞれ、複数の第２の部位ｒ２を有する。第２の部位ｒ２は、径方向および周方向の両方の成分を有する方向に延びる。複数の第２の部位ｒ２は、互いに略平行な姿勢で、周方向に配列される。２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈのうち、一方の第２領域Ｒｇの第２の部位ｒ２は、径方向に対して、周方向他方側に傾斜する。他方の第２領域Ｒｈの第２の部位ｒ２は、径方向に対して、周方向一方側に傾斜する。径方向に対する第２の部位ｒ２の傾斜角度は、例えば４５°である。周方向に隣り合う第２の部位ｒ２の端部同士は、径方向内側または径方向外側で交互に接続される。これにより、複数の第２の部位ｒ２が、全体として直列に接続される。

【0043】

図９は、第１抵抗線部Ｗ１の４つの第１領域Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄを含む第１ブリッジ回路Ｃ１の回路図である。図９に示すように、４つの第１領域Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、互いに接続されて、第１ブリッジ回路Ｃ１を構成する。

【0044】

第１領域Ｒａと第１領域Ｒｂとは、この順に直列に接続される。第１領域Ｒｃと第１領域Ｒｄとは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂの列と、２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄの列とが、並列に接続される。また、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂの中間点Ｍ１１と、２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄの中間点Ｍ１２とが、第１電圧計Ｖ１に接続される。

【0045】

４つの第１領域Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの各第１の部位ｒ１の抵抗値は、ベース部３３にかかるトルクに応じて変化する。例えば、ベース部３３に、中心軸９を中心として、周方向の一方側へ向かうトルクがかかると、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｄの各第１の部位ｒ１の抵抗値が低下し、他の２つの第１領域Ｒｂ，Ｒｃの各第１の部位ｒ１の抵抗値が増加する。一方、ベース部３３に、中心軸９を中心として、周方向の他方側へ向かうトルクがかかると、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｄの各第１の部位ｒ１の抵抗値が増加し、他の２つの第１領域Ｒｂ，Ｒｃの各第１の部位ｒ１の抵抗値が低下する。このように、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｄと、他の２つの第１領域Ｒｂ，Ｒｃとは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値変化を示す。

【0046】

そして、４つの第１領域Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの各抵抗値が変化すると、２つの第１領域Ｒａ，Ｒｂの中間点Ｍ１１と、２つの第１領域Ｒｃ，Ｒｄの中間点Ｍ１２との間の電位差が変化するので、第１電圧計Ｖ１の計測値も変化する。したがって、この第１電圧計Ｖ１の計測値に基づいて、ベース部３３にかかるトルクの向きおよび大きさを検出することができる。

【0047】

図１０は、第２抵抗線部Ｗ２の４つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈを含む第２ブリッジ回路Ｃ２の回路図である。図１０に示すように、４つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈは、互いに接続されて、第２ブリッジ回路Ｃ２を構成する。

【0048】

第２領域Ｒｅと第２領域Ｒｆとは、この順に直列に接続される。第２領域Ｒｇと第２領域Ｒｈとは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆの列と、２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈの列とが、並列に接続される。また、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆの中間点Ｍ２１と、２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈの中間点Ｍ２２とが、第２電圧計Ｖ２に接続される。

【0049】

４つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈの各第２の部位ｒ２の抵抗値は、ベース部３３にかかるトルクに応じて変化する。例えば、ベース部３３に、中心軸９を中心として、周方向の一方側へ向かうトルクがかかると、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｈの各第２の部位ｒ２の抵抗値が低下し、他の２つの第２領域Ｒｆ，Ｒｇの各第２の部位ｒ２の抵抗値が増加する。一方、ベース部３３に、中心軸９を中心として、周方向の他方側へ向かうトルクがかかると、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｈの各第２の部位ｒ２の抵抗値が増加し、他の２つの第２領域Ｒｆ，Ｒｇの各第２の部位ｒ２の抵抗値が低下する。このように、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｈと、他の２つの第２領域Ｒｆ，Ｒｇとは、トルクに対して互いに逆向きの抵抗値変化を示す。

【0050】

そして、４つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈの各抵抗値が変化すると、２つの第２領域Ｒｅ，Ｒｆの中間点Ｍ２１と、２つの第２領域Ｒｇ，Ｒｈの中間点Ｍ２２との間の電位差が変化するので、第２電圧計Ｖ２の計測値も変化する。したがって、この第２電圧計Ｖ２の計測値に基づいて、ベース部３３にかかるトルクの向きおよび大きさを検出することができる。

【0051】

動力伝達装置１は、ハウジング６０および信号処理基板７０を、さらに有する。図２に示すように、ハウジング６０は、環状体３０の軸方向一方側に位置する。ハウジング６０は、環状体３０を、軸方向一方側から覆う。ハウジング６０は、環状体３０に対して固定される。

【0052】

信号処理基板７０は、ハウジング６０の表面に固定される。信号処理基板７０は、演算部７１を有する。演算部７１は、マイクロプロセッサを備えた電気回路により構成される。演算部７１は、第１抵抗線部Ｗ１および第２抵抗線部Ｗ２と電気的に接続されている。演算部７１は、第１電圧計Ｖ１および第２電圧計Ｖ２の出力信号に基づき、ベース部３３にかかるトルクを検出する。

【0053】

なお、演算部は、後述する第１検出部により検出される回転角度と、後述する第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、第１部材の多回転角度を出力するものであればよい。例えば、演算部は、アナログ信号処理とマイコンによって離散的な演算を行い、第１部材の多回転角度を検出できればよい。一方、トルクセンサは、動力伝達装置のベース部にかかるトルクを歪みゲージ等によって電気信号に変換する要素であればよい。よって、演算部とトルクセンサは独立に構成されていてもよいし、ある回路の中で一部の素子又は機能が共有されている構成であってもよい。

【0054】

上記のように、本実施形態のトルクセンサ５０は、第１ブリッジ回路Ｃ１および第２ブリッジ回路Ｃ２の２つのブリッジ回路を有する。このため、いずれか一方のブリッジ回路に異常が発生した場合でも、他方のブリッジ回路によってトルクを検出できる。

【0055】

＜４．第１検出部について＞
動力伝達装置１は、第１検出部Ｄ１を有する。第１検出部Ｄ１は、第１部材１０の回転角度を検出するセンサである。本実施形態では、トルクセンサ５０のセンサ基板５１に、第１検出部Ｄ１が搭載されている。第１検出部Ｄ１は、センサ基板５１に配置された抵抗線により構成される。抵抗線の抵抗値は、環状体３０の歪みに応じて変化する。すなわち、第１検出部Ｄ１は、歪みゲージを有する。

【0056】

図７に示すように、第１検出部Ｄ１を構成する抵抗線は、８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐを有する。８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、周方向に間隔をあけて配置される。８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、それぞれ、１本の導線により形成される。各第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、周方向に沿って円弧状に広がる。

【0057】

各第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐは、第３の部位ｒ３を含む。第３の部位ｒ３は、周方向に延びる。ただし、周方向に延びる第３の部位ｒ３が、径方向に繰り返し配置されていてもよい。また、第３の部位ｒ３は、径方向に延びていてもよい。また、径方向に延びる第３の部位ｒ３が、周方向に繰り返し配置されていてもよい。

【0058】

８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐのうち、互いに隣接しない４つの第３領域Ｒｉ，Ｒｋ，Ｒｍ，Ｒｏは、互いに接続されて、第３ブリッジ回路Ｃ３を形成する。図１１は、第３ブリッジ回路Ｃ３の回路図である。図１１に示すように、第３領域Ｒｉと第３領域Ｒｋとは、この順に直列に接続される。第３領域Ｒｏと第３領域Ｒｍとは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの第３領域Ｒｉ，Ｒｋの列と、２つの第３領域Ｒｏ，Ｒｍの列とが、並列に接続される。また、２つの第３領域Ｒｉ，Ｒｋの中間点Ｍ３１と、２つの第３領域Ｒｏ，Ｒｍの中間点Ｍ３２とが、第３電圧計Ｖ３に接続される。

【0059】

８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐのうち、残りの４つの第３領域Ｒｊ，Ｒｌ，Ｒｎ，Ｒｐは、互いに接続されて、第４ブリッジ回路Ｃ４を形成する。図１２は、第４ブリッジ回路Ｃ４の回路図である。図１２に示すように、第３領域Ｒｐと第３領域Ｒｎとは、この順に直列に接続される。第３領域Ｒｊと第３領域Ｒｌとは、この順に直列に接続される。そして、電源電圧の＋極と－極との間において、２つの第３領域Ｒｐ，Ｒｎの列と、２つの第３領域Ｒｊ，Ｒｌの列とが、並列に接続される。また、２つの第３領域Ｒｐ，Ｒｎの中間点Ｍ４１と、２つの第３領域Ｒｊ，Ｒｌの中間点Ｍ４２とが、第４電圧計Ｖ４に接続される。

【0060】

動力伝達装置１の駆動時には、環状体３０のベース部３３に、周方向に伸長する部分（以下「伸長部」と称する）と、周方向に収縮する部分（以下「収縮部」と称する）とが、発生する。具体的には、２つの伸長部と２つの収縮部とが、周方向に交互に発生する。伸長部と収縮部とは、中心軸９を中心として、周方向に９０°の間隔で交互に発生する。そして、これらの伸長部および収縮部の発生する箇所が、上述した第１回転速度で回転する。

【0061】

８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐの各抵抗値は、ベース部３３の周方向の伸縮に応じて変化する。例えば、上述した伸長部が、ある第３領域と重なるときには、その第３領域の抵抗値が増加する。また、上述した収縮部が、ある第３領域と重なるときには、その第３領域の抵抗値が低下する。

【0062】

図７の例では、収縮部が第３領域Ｒｉ，Ｒｍと重なるときには、伸長部が第３領域Ｒｋ，Ｒｏと重なる。また、伸長部が第３領域Ｒｉ，Ｒｍと重なるときには、収縮部が第３領域Ｒｋ，Ｒｏと重なる。したがって、第３ブリッジ回路Ｃ３では、第３領域Ｒｉ，Ｒｍと、第３領域Ｒｋ，Ｒｏとが、逆向きの抵抗値変化を示す。

【0063】

また、図７の例では、収縮部が第３領域Ｒｐ，Ｒｌと重なるときには、伸長部が第３領域Ｒｎ，Ｒｊと重なる。また、伸長部が第３領域Ｒｐ，Ｒｌと重なるときには、収縮部が第３領域Ｒｎ，Ｒｊと重なる。したがって、第４ブリッジ回路Ｃ４では、第３領域Ｒｐ，Ｒｌと、第３領域Ｒｎ，Ｒｊとが、逆向きの抵抗値変化を示す。

【0064】

図１３は、第３ブリッジ回路Ｃ３の第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３と、第４ブリッジ回路Ｃ４の第４電圧計Ｖ４の計測値ｖ４との、時間変化を示したグラフである。図１３のグラフの横軸は、時刻を示す。図１３のグラフの縦軸は、電圧値を示す。動力伝達装置１の駆動時には、図１３のように、第３電圧計Ｖ３および第４電圧計Ｖ４から、それぞれ、周期的に変化する正弦波状の計測値ｖ３，ｖ４が出力される。この計測値ｖ３，ｖ４の周期Ｔは、上述した第１部材１０の回転周期の１／２倍（１８０°）に相当する。また、第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３の位相に対して、第４電圧計Ｖ４の計測値ｖ４の位相が、第１部材１０の回転周期の１／８倍（４５°）進んでいるか、それとも第１部材１０の回転周期の１／８倍（４５°）遅れているかにより、第１部材１０の回転の向きが特定される。

【0065】

すなわち、第１検出部Ｄ１は、上記の第３電圧計Ｖ３の計測値ｖ３および第４電圧計Ｖ４の計測値ｖ４に基づいて、第１部材１０の回転角度を検出する。より具体的には、第１検出部Ｄ１は、所定の角度範囲θ１における第１部材１０の絶対回転角度を検出する。「絶対回転角度」は、ベースフレーム１０１を含む固定系に対する回転角度を示し、回転角度毎に固有の値をとる。本実施形態では、第１検出部Ｄ１が、第１部材１０の絶対回転角度を検出できる角度範囲θ１は、θ１＝１８０°である。

【0066】

上述の通り、動力伝達装置１の駆動時には、環状体３０に、周期的な撓み変形が生じる。このため、第１抵抗線部Ｗ１の出力信号および第２抵抗線部Ｗ２の出力信号には、本来計測したいトルクを反映した成分と、環状体３０の周期的な撓み変形に起因する誤差成分（リップル誤差）とが含まれる。当該リップル誤差は、第１部材１０の回転角度に応じて１８０°の周期で変化する。

【0067】

第１検出部Ｄ１は、上述した演算部７１と、電気的に接続されている。第１検出部Ｄ１は、演算部７１に、第１部材１０の回転角度を示す検出信号を出力する。演算部７１は、第１検出部Ｄ１から出力された回転角度に応じて、上述したリップル誤差を算出する。そして、演算部７１は、第１抵抗線部Ｗ１の出力信号および第２抵抗線部Ｗ２の出力信号を、算出されたリップル誤差を用いて補正する。その結果、演算部７１は、環状体３０にかかるトルクを、より精度よく出力できる。

【0068】

なお、本実施形態では、第１検出部Ｄ１は、第１抵抗線部Ｗ１および第２抵抗線部Ｗ２よりも、径方向外側に配置されている。しかしながら、第１検出部Ｄ１は、第１抵抗線部Ｗ１および第２抵抗線部Ｗ２よりも、径方向内側に配置されていてもよい。また、第１検出部Ｄ１は、第１抵抗線部Ｗ１の径方向外側かつ第２抵抗線部Ｗ２の径方向内側に、配置されていてもよい。

【0069】

＜５．第２検出部について＞
動力伝達装置１は、第２検出部Ｄ２を有する。第２検出部Ｄ２は、第２部材２０の回転角度を検出するセンサである。図４に示すように、第２検出部Ｄ２は、被検出部Ｄ２１と、信号生成部Ｄ２２とを有する。

【0070】

被検出部Ｄ２１は、第２部材２０または第２部材２０に固定された部材に、配置される。被検出部Ｄ２１は、中心軸９を中心として円環状に配列された複数のパターンを有する。パターンは、例えば、溝または突起である。信号生成部Ｄ２２は、環状体３０または環状体３０に固定された部材に、配置される。信号生成部Ｄ２２は、被検出部Ｄ２１のパターンを検出することにより、第２部材２０の絶対回転角度を検出する。信号生成部Ｄ２２の検出方式には、例えば、機械式（接触式）、光学式、磁気式、または静電容量式の検出器を使用することができる。

【0071】

第２検出部Ｄ２は、所定の角度範囲における第２部材２０の絶対回転角度を検出する。「絶対回転角度」は、ベースフレーム１０１を含む固定系に対する回転角度を示し、回転角度毎に固有の値をとる。本実施形態では、第２検出部Ｄ２が、第２部材２０の絶対回転角度を検出できる角度範囲θ２は、θ２＝３６０°である。

【0072】

ただし、第２検出部Ｄ２は、連続値ではなく、所定のビット数Ｂで示される離散値を出力する。すなわち、第２検出部Ｄ２は、第２検出部Ｄ２の回転角度を、３６０°／２＾Ｂの分解能で検出する。このように、第２検出部Ｄ２の出力値を、連続値ではなく、離散値とすることで、第２検出部Ｄ２の構成を簡素化できる。したがって、第２検出部Ｄ２にかかるコストを低減できる。

【0073】

ビット数Ｂは、動力伝達装置１の減速比（第１部材１０の回転速度／第２部材２０の回転速度）をＮとして、２＾Ｂ≧２Ｎを満たす値とされる。動力伝達装置１の減速比の範囲が５０から１６０の場合、ビット数Ｂは、７ビット（０－１２７）から９ビット（０－５１１）あれば十分である。

【0074】

第２検出部Ｄ２は、上述した演算部７１と、電気的に接続されている。第２検出部Ｄ２は、演算部７１に、第２部材２０の回転角度を示す検出信号を出力する。

【0075】

なお、被検出部Ｄ２１が、環状体３０または環状体３０に固定された部材に配置され、信号生成部Ｄ２２が、第２部材２０または第２部材２０に固定された部材に配置されていてもよい。

【0076】

＜６．多回転角度検出について＞
上述の通り、第１検出部Ｄ１は、所定の角度範囲における第１部材１０の絶対回転角度を検出する。しかしながら、第１検出部Ｄ１は、単独では、上記の角度範囲よりも広い範囲における第１部材１０の絶対回転角度（以下「多回転角度」と称する）を検出することはできない。例えば、第１検出部Ｄ１が絶対回転角度を検出可能な角度範囲が１８０°の場合、第１検出部Ｄ１は、第１部材１０の回転角度が９０°のときと、２７０°のときとを、区別して検出することはできない。

【0077】

そこで、演算部７１は、第１検出部Ｄ１により検出される回転角度と、第２検出部Ｄ２により検出される回転角度とに基づいて、第１部材１０の多回転角度を出力する。

【0078】

図１４は、第１検出部Ｄ１および第２検出部Ｄ２の出力値の例を示したグラフである。図１４の横軸は、第１部材１０の多回転角度を示している。図１４には、第１検出部Ｄ１の出力値Ａと、第２検出部Ｄ２の出力値Ｐとが、示されている。動力伝達装置１の駆動時には、第２検出部Ｄ２の出力値Ｐが、０°から３６０°まで１回変化する間に、第１検出部Ｄ１の出力値Ａが、０から１８０°の変化を複数回繰り返す。演算部７１は、このような２つの出力値Ａ，Ｐを組み合わせることにより、第２部材２０が１回転する間の第１部材１０の多回転角度を出力する。

【0079】

具体的には、第１検出部Ｄ１の出力値をＡ、第２検出部Ｄ２の出力値をＰ、第２検出部Ｄ２の出力値のビット数をＢ、動力伝達装置１の変速比（第１部材１０の回転速度／第２部材２０の回転速度）をＮとして、演算部７１は、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、第１部材１０の多回転角度を算出する。これにより、モータ１０３のエンコーダに依存することなく、第１部材１０の多回転角度を出力できる。

【0080】

より具体的には、第１検出部Ｄ１が第１部材１０の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１、第２検出部Ｄ２が第２部材２０の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ２、第１部材１０の多回転角度をＩＮ、小数点以下を切り捨てる関数をＦＬＯＯＲ（）、θ１で割ったときの余りを示す関数をＭＯＤ_θ１（）として、演算部７１は、次式（１），（２），（３）によりＩＮを算出する。
Ｉ＝（θ２／２＾Ｂ）＊Ｐ＊Ｎ （１）
ＩＮ＝ＦＬＯＯＲ（Ｉ／θ１）＊θ１＋Ａ （２）
ＩＮ＝｛ＦＬＯＯＲ（Ｉ／θ１）＋１｝＊θ１＋Ａ （３）

【0081】

ただし、Ａ≧ＭＯＤ_θ１（Ｉ）の場合、上式（１），（２）によりＩＮを算出し、Ａ＜ＭＯＤ_θ１（Ｉ）の場合、上式（１），（３）によりＩＮを算出する。これにより、第１部材１０の多回転角度を、精度よく算出できる。

【0082】

このように、本実施形態の回転角度検出装置は、第１部材１０の回転角度を検出する第１検出部Ｄ１と、第２部材２０の回転角度を検出する第２検出部Ｄ２と、第１検出部Ｄ１により検出される回転角度と、第２検出部Ｄ２により検出される回転角度とに基づいて、第１部材１０の多回転角度を出力する演算部７１と、を備える。これにより、第１検出部Ｄ１だけでは第１部材１０の多回転角度を検出できない場合であっても、第２部材２０の回転角度から第１部材１０の多回転角度検出できる。よって、例えば、モータ１０３のエンコーダに依存することなく、第１部材１０の多回転角度を出力できる。

【0083】

上述の通り、本実施形態の回転角度検出方法は、第１部材１０の多回転角度を検出できる回転角度検出方法である。すなわち、本実施形態の回転角度検出方法は、第１部材１０の回転角度および第２部材２０の回転角度を検出する第１工程と、第１工程により検出される第１部材１０の回転角度および第２部材２０の回転角度に基づいて、第１部材１０の多回転角度を出力する第２工程と、を有する。これにより、第１工程だけでは第１部材１０の多回転角度を検出できない場合であっても、第２部材２０の回転角度から第１部材１０の多回転角度検出できる。よって、例えば、モータ１０３のエンコーダに依存することなく、第１部材１０の多回転角度を出力できる。

【0084】

上記の通り、第１検出部Ｄ１は、所定の角度範囲θ１においてのみ、第１部材１０の絶対回転角度を検出可能である。しかしながら、第１検出部Ｄ１の出力値Ａだけではなく、第２検出部Ｄ２の出力値Ｐを用いることで、上記の角度範囲よりも大きい角度範囲における第１部材１０の多回転角度を出力できる。

【0085】

本実施形態では、第１検出部Ｄ１が、第１部材１０の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１として、θ１＝１８０°である。このように、第１検出部Ｄ１が、第１部材１０の絶対回転角度を検出できる角度範囲θ１が３６０°に満たない場合でも、第２検出部Ｄ２の検出ビット数Ｂを適切に設定すれば、第１部材１０の多回転角度を出力できる。

【0086】

また、上記の通り、第２検出部Ｄ２は、所定の角度範囲θ２においてのみ、第２部材２０の絶対回転角度を検出可能である。本実施形態では、第２検出部Ｄ２は、３６０°の範囲においてのみ、第２部材２０の絶対回転角度を検出可能である。しかしながら、ロボット１００の用途では、アーム１０２の回転範囲は、３６０°以下である場合が多い。したがって、第２部材２０が１回転する範囲で、第１部材１０の多回転角度を検出することができれば、実使用上十分である。

【0087】

また、上記の通り、第２検出部Ｄ２は、所定のビット数Ｂで示される離散値を出力する。第２検出部Ｄ２の出力値Ｐを、連続値ではなく、離散値とすることで、第２検出部Ｄ２の構成を簡素化できる。したがって、第２検出部Ｄ２にかかるコストを低減できる。また、第２検出部Ｄ２の出力値Ｐが離散値であるため、第２検出部Ｄ２の出力値Ｐに減速比Ｎを単純に乗算するだけでは、第１部材１０の多回転角度ＩＮを正確に算出することができない。しかしながら、上記のように、第１検出部Ｄ１の出力値Ａおよび第２検出部Ｄ２の出力値Ｐの双方を用いることで、第１部材１０の多回転角度ＩＮを、精度よく算出できる。

【0088】

また、上記の通り、第１検出部Ｄ１は、動力伝達装置１に含まれる環状体３０に配置された歪みゲージを有する。本実施形態では、トルクセンサ５０のリップル補正のために設けられた第１検出部Ｄ１を、第１部材１０の多回転検出に利用している。換言すると、第１検出部Ｄ１は、リップル補正と、第１部材１０の多回転検出の２つの目的に使用される。このようにすれば、リップル補正のための角度検出部と、第１部材１０の多回転検出のための角度検出部とを、別々に設ける場合よりも、角度検出部の数を減らすことができる。

【0089】

また、上記の通り、本実施形態では、動力伝達装置１が、第１部材１０の多回転角度を検出する角度検出装置を有する。このため、モータ１０３のエンコーダなどの動力伝達装置１の外部の要素に依存することなく、第１部材１０の多回転角度を検出できる。

【0090】

また、上記の通り、動力伝達装置１は、第１部材１０の回転角度を検出する第１検出部Ｄ１と、第２部材２０の回転角度を検出する第２検出部Ｄ２と、を備える。このため、これらの２つの検出部の出力値を利用して、第１部材１０の多回転角度を検出できる。

【0091】

また、上記の通り、ロボット１００は、第１検出部Ｄ１および第２検出部Ｄ２を備えた動力伝達装置１を有する。このため、例えば、モータ１０３のエンコーダに依存することなく、第１部材１０の多回転角度を検出することが可能なロボット１００を提供できる。

【0092】

＜７．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。

【0093】

＜７－１．第１変形例＞
図１５は、第１変形例に係る動力伝達装置１を、軸方向一方側から見た図である。第１変形例では、第１検出部Ｄ１が、第１センサおよび第２センサを有する。

【0094】

第１センサは、上記の実施形態における第１検出部Ｄ１と同等の構成を有する。すなわち、第１センサは、センサ基板５１に配置された８つの第３領域Ｒｉ，Ｒｊ，Ｒｋ，Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐにより構成される。第１センサは、１８０°の角度範囲における第１部材１０の絶対回転角度を検出する。

【0095】

第２センサは、被検出部Ｄ１１と、信号生成部Ｄ１２とを有する。被検出部Ｄ１１は、第１部材１０または第１部材１０に固定された部材に、配置される。被検出部Ｄ１１は、中心軸９を中心として１８０°の角度範囲に形成されたパターンを有する。パターンは、例えば、溝または突起である。信号生成部Ｄ１２は、例えば、信号処理基板７０に配置される。信号生成部Ｄ１２は、被検出部Ｄ１１のパターンを検出する。信号生成部Ｄ１２の検出方式には、例えば、機械式（接触式）、光学式、磁気式、または静電容量式の検出器を使用することができる。第２センサは、第１部材１０が１８０°回転する毎にＯＮ／ＯＦＦが切り替わる３６０°周期の信号を出力する。

【0096】

このようにすれば、第２センサの出力信号に基づいて、第１部材１０の回転角度が、０から１８０°の範囲にあるのか、１８０°から３６０°の範囲にあるのかを、特定することができる。したがって、第１検出部Ｄ１は、第１センサの出力信号と、第２センサの出力信号とに基づいて、３６０°の角度範囲における第１部材１０の絶対回転角度を検出することができる。すなわち、第１検出部Ｄ１が第１部材１０の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１として、θ１＝３６０°とすることができる。なお、第１検出部は、単一のセンサによって、第１部材１０の３６０°の角度範囲における回転角度を検出してもよい。

【0097】

＜７－２．第２変形例＞
トルクセンサ５０の出力値は、角度伝達誤差や、第２部材２０の偏心などにより、第２部材２０の１回転周期で発生する誤差を含む場合がある。そのような場合、演算部７１は、第１検出部Ｄ１よび第２検出部Ｄ２の出力値に基づいて算出された第１部材１０の多回転角度ＩＮに基づいて、トルクセンサ５０の出力値を補正してもよい。すなわち、演算部７１は、第１部材１０の多回転角度ＩＮに基づいて、歪みゲージの出力値を補正してもよい。これにより、環状体３０にかかるトルクを、より精度よく検出できる。

【0098】

＜７－３．第３変形例＞
図１６は、第２部材２０および環状体３０の一部分を示した図である。図１６に示すように、第２部材２０は、複数の内歯２１を有する。すなわち、第２部材２０は、第２部材２０の回転軸の周方向に配列され、回転軸の径方向に延びる複数の歯を有する。

【0099】

以下では、隣り合う内歯２１の歯先２１ａの間の周方向の間隔を「ピッチ」と称する。複数の内歯２１は、理想的には、周方向に一定のピッチＰｃ０で配置される。しかしながら、第２部材２０の製造誤差により、一部の隣り合う内歯２１のピッチが、理想的なピッチＰｃ０とは異なる場合がある。図１６の例では、一部の隣り合う内歯２１のピッチＰｃ１が、理想的なピッチＰｃ０よりも大きくなっている。また、図１６の例では、他の一部の隣り合う内歯２１のピッチＰｃ２が、理想的なピッチＰｃ０よりも小さくなっている。

【0100】

このように、隣り合う内歯２１のピッチが理想的なピッチＰｃ０と異なる位置では、内歯２１と外歯３２の噛み合いにずれが発生し、中心軸９回りにおける、環状体３０と第２部材２０との相対的な回転角度にずれが発生する。つまり、中心軸９回りにおける、第１部材１０と第２部材２０との相対的な回転角度にずれが発生する。そうすると、第１部材１０の回転角度に伴って本来第２部材２０があるべき回転角度と、実際の第２部材２０の回転角度との間にずれが生じる。その結果、ロボット１００のアーム１０２にも位置ずれが生じる場合がある。

【0101】

そこで、演算部７１は、各内歯２１の周方向の位置の誤差を、予め記憶していてもよい。そして、演算部７１は、第１部材１０の多回転角度に基づいて、各内歯２１の周方向における絶対回転角度を出力するようにしてもよい。すなわち、回転角度検出装置は、歯の周方向における角度が記憶されていてもよい。これにより、回転角度検出装置は、歯の周方向における角度を出力可能であり、又は、当該角度が他の部位によって読み出し可能となる。このように、予め記憶されている各内歯２１の周方向の位置の誤差に基づいて、内歯２１毎に回転角度を出力すれば、各内歯２１の製造誤差を考慮に入れた上で、第２部材２０が、本来第１部材１０の回転に伴ってあるべき、中心軸９回りの回転角度になるように調整できる。したがって、回転角度検出装置の出力信号に基づいて、より高精度な制御を行うことができる。

【0102】

また、演算部７１は、隣り合う内歯２１の周方向のピッチと、内歯２１の周方向における絶対回転角度とを、関連付けて出力してもよい。すなわち、回転角度検出装置は、歯と周方向に隣接する歯とのピッチと、歯の周方向における角度とが記憶されていてもよい。これにより、回転角度検出装置は、周方向に隣接する歯のピッチと、歯の周方向における角度を出力可能であり、又は、当該角度が他の部位によって読み出し可能となる。このように、隣り合う内歯２１のピッチと、内歯２１の回転角度とを、関連付けて出力すれば、ピッチの誤差を考慮して、各内歯２１の回転角度を調整できる。つまり、各ピッチの製造誤差を考慮に入れた上で、第２部材２０が、本来第１部材１０の回転に伴ってあるべき、中心軸９回りの回転角度になるように調整できる。したがって、回転角度検出装置の出力信号に基づいて、より高精度な制御を行うことができる。

【0103】

なお、演算部に代わって、回転角度検出装置が隣り合う内歯の周方向における回転角度を記憶していてもよい。つまり、動力伝達装置の何れかの部位が、内歯の周方向における回転角度を記憶していればよい。また、演算部や回転角度検出装置、又は動力伝達装置の何れかの部材が記憶すべき対象は、外歯の周方向における回転角度、又は、周方向に隣接する外歯の周方向におけるピッチであってもよく、内歯及び外歯の両方の周方向における回転角度、又は、周方向に隣接する内歯及び外歯の両方の周方向におけるピッチであってもよい。

【0104】

＜７－４．第４変形例＞
上記の実施形態では、動力伝達装置１が、演算部７１を備えていた。しかしながら、演算部７１は、動力伝達装置１の外部に設けられていてもよい。例えば、ロボット１００が、動力伝達装置１と、演算部７１とを備えていてもよい。この場合、動力伝達装置１が備える第１検出部Ｄ１および第２検出部Ｄ２の出力値に基づいて、ロボット１００の演算部７１が、第１部材１０の多回転角度を検出できる。

【0105】

＜７－５．他の変形例＞
上記の実施形態の動力伝達装置１は、環状体３０がベースフレーム１０１に固定され、第２部材２０である内歯歯車が、減速後の第２回転速度で回転していた。したがって、第２検出部Ｄ２は、内歯歯車の回転角度を検出していた。しかしながら、内歯歯車がベースフレーム１０１に固定され、環状体３０が減速後の第２回転速度で回転してもよい。この場合、環状体３０が第２部材となるので、第２検出部Ｄ２は、環状体３０の回転角度を検出すればよい。

【0106】

また、上記の実施形態の環状体３０は、ベース部３３が、胴部３１から径方向外側へ向けて広がる、いわゆる「ハット型」の可撓性外歯歯車であった。しかしながら、環状体３０は、ベース部３３が、胴部３１から径方向内側へ向けて広がる、いわゆる「カップ型」の可撓性外歯歯車であってもよい。

【0107】

また、上記の実施形態では、ロボット１００に搭載される動力伝達装置１について説明した。しかしながら、同様の構造の動力伝達装置１を、アシストスーツ、無人搬送台車などの他の装置に搭載してもよい。

【0108】

その他、回転角度検出装置、動力伝達装置、およびロボットの細部の構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更してもよい。また、上記の実施形態および変形例に登場した要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

【0109】

＜８．総括＞
本技術は、以下の構成をとることが可能である。

【0110】

（１）第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、を有する動力伝達装置の回転角度検出装置であって、前記第１部材の回転角度を検出する第１検出部と、前記第２部材の回転角度を検出する第２検出部と、前記第１検出部により検出される回転角度と、前記第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する演算部と、を備える、回転角度検出装置。

【0111】

（２）（１）に記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部は、所定の角度範囲における前記第１部材の絶対回転角度を検出する、回転角度検出装置。

【0112】

（３）（１）または（２）に記載の回転角度検出装置であって、前記第２検出部は、所定の角度範囲における前記第２部材の絶対回転角度を検出する、回転角度検出装置。

【0113】

（４）（１）から（３）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第２検出部は、所定のビット数で示される離散値を出力する、回転角度検出装置。

【0114】

（５）（４）に記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部の出力値をＡ、前記第２検出部の出力値をＰ、前記ビット数をＢ、前記動力伝達装置の変速比をＮ、として、前記演算部は、Ａ、Ｐ、Ｂ、Ｎに基づいて、前記第１部材の多回転角度を算出する、回転角度検出装置。

【0115】

（６）（５）に記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部が、前記第１部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１、前記第２検出部が、前記第２部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ２、前記第１部材の多回転角度をＩＮ、小数点以下を切り捨てる関数をＦＬＯＯＲ（）、θ１で割ったときの余りを示す関数をＭＯＤ_θ１（）として、
Ｉ＝（θ２／２＾Ｂ）＊Ｐ＊Ｎ （１）
ＩＮ＝ＦＬＯＯＲ（Ｉ／θ１）＊θ１＋Ａ （２）
ＩＮ＝｛ＦＬＯＯＲ（Ｉ／θ１）＋１｝＊θ１＋Ａ （３）
前記演算部は、Ａ≧ＭＯＤ_θ１（Ｉ）の場合、上式（１），（２）によりＩＮを算出し、Ａ＜ＭＯＤ_θ１（Ｉ）の場合、上式（１），（３）によりＩＮを算出する、回転角度検出装置。

【0116】

（７）（１）から（６）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部が、前記第１部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１として、θ１＝１８０°である、回転角度検出装置。

【0117】

（８）（１）から（６）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部が、前記第１部材の絶対回転角度を検出できる角度範囲をθ１として、θ１＝３６０°である、回転角度検出装置。

【0118】

（９）（１）から（８）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部は、１８０°の角度範囲における前記第１部材の絶対回転角度を検出する第１センサと、１８０°ごとにＯＮ／ＯＦＦが切り替わる３６０°周期の信号を出力する第２センサと、を有する、回転角度検出装置。

【0119】

（１０）（１）から（９）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第２部材は、前記第２部材の回転軸の周方向に配列され、前記回転軸の径方向に延びる複数の歯を有し、前記歯の前記周方向における角度が記憶されている、回転角度検出装置。

【0120】

（１１）（１）から（９）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第２部材は、前記第２部材の回転軸の周方向に配列され、前記回転軸の径方向に延びる複数の歯を有し、前記歯と前記周方向に隣接する前記歯とのピッチと、前記歯の前記周方向における角度が記憶されている、回転角度検出装置。

【0121】

（１２）（１）から（１１）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置であって、前記第１検出部は、前記動力伝達装置に含まれる環状体に配置された歪みゲージを有する、回転角度検出装置。

【0122】

（１３）（１２）に記載の回転角度検出装置であって、前記演算部は、前記第１部材の多回転角度に基づいて、前記歪みゲージの出力値を補正する、回転角度検出装置。

【0123】

（１４）（１）から（１３）のいずれか１つに記載の回転角度検出装置を有する、動力伝達装置。

【0124】

（１５）第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、を有する動力伝達装置において、前記第１部材の多回転角度を検出する回転角度検出方法であって、前記第１部材の回転角度および前記第２部材の回転角度を検出する第１工程と、前記第１工程により検出される前記第１部材の回転角度および前記第２部材の回転角度に基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する第２工程と、を有する、回転角度検出方法。

【0125】

（１６）第１回転速度で回転する第１部材と、前記第１部材の回転に伴い、前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する第２部材と、前記第１部材の回転角度を検出する第１検出部と、前記第２部材の回転角度を検出する第２検出部と、を備える、動力伝達装置。

【0126】

（１７）（１６）に記載の動力伝達装置を有する、ロボット。

【0127】

（１８）（１６）に記載の動力伝達装置と、前記第１検出部により検出される回転角度と、前記第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、前記第１部材の多回転角度を出力する演算部と、を備える、ロボット。

【産業上の利用可能性】

【0128】

本発明は、回転角度検出装置、動力伝達装置、回転角度検出方法、およびロボットに利用できる。

【符号の説明】

【0129】

１ 動力伝達装置
９ 中心軸
１０ 第１部材
２０ 第２部材
２１ 内歯
３０ 環状体
３１ 胴部
３２ 外歯
３３ ベース部
３４ 肉厚部
４０ 波動発生器
４１ カム
４２ 可撓性軸受
５０ トルクセンサ
５１ センサ基板
６０ ハウジング
７０ 信号処理基板
７１ 演算部
１００ ロボット
１０１ ベースフレーム
１０２ アーム
１０３ モータ
５１１ 絶縁層
５１２ 抵抗線
Ｃ１ 第１ブリッジ回路
Ｃ２ 第２ブリッジ回路
Ｃ３ 第３ブリッジ回路
Ｃ４ 第４ブリッジ回路
Ｄ１ 第１検出部
Ｄ１１ 被検出部
Ｄ１２ 信号生成部
Ｄ２ 第２検出部
Ｄ２１ 被検出部
Ｄ２２ 信号生成部
Ｗ１ 第１抵抗線部
Ｗ２ 第２抵抗線部

【要約】      （修正有）

【課題】動力伝達装置の高速側の部材の多回転角度を検出できる技術を提供する。
【解決手段】動力伝達装置１は、第１部材１０および第２部材２０を有する。第１部材１０は、第１回転速度で回転する。第２部材２０は、第１部材１０の回転に伴い、第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転する。回転角度検出装置は、第１検出部、第２検出部、および演算部を備える。第１検出部は、第１部材１０の回転角度を検出する。第２検出部は、第２部材２０の回転角度を検出する。演算部は、第１検出部により検出される回転角度と、第２検出部により検出される回転角度とに基づいて、第１部材１０の多回転角度を出力する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】