特許 7558419 ロボット、ロボットの駆動ユニット及び位置決め方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ロボット、ロボットの駆動ユニット及び位置決め方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20240920BHJP

   F16H 1/32 20060101ALI20240920BHJP

   G01L 3/14 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

F16H1/32 B

G01L3/14 G

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023541753

(86)(22)【出願日】2021-11-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-24

(86)【国際出願番号】 DE2021100937

(87)【国際公開番号】W WO2022148507

(87)【国際公開日】2022-07-14

【審査請求日】2023-07-10

(31)【優先権主張番号】102021100276.1

(32)【優先日】2021-01-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515009952

【氏名又は名称】シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒ． １－３， ９１０７４ Ｈｅｒｚｏｇｅｎａｕｒａｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】桐原 大輔

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１８１２５０７９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５０２９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ９／１０

Ｆ１６Ｈ １／３２

Ｇ０１Ｌ ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動シャフト（３）と、前記駆動シャフト（３）を駆動するための駆動モータ（４）と、前記駆動シャフト（３）から出力シャフト（１１）に伝達するためのストレイン・ウェーブ・ギア機構（５）とを備える、ロボット（１５）のための駆動ユニット（１）において、前記駆動シャフト（３）と前記ストレイン・ウェーブ・ギア機構（５）とを介して前記駆動モータ（４）によって位置決めされるときに前記出力シャフト（１１）の角度位置（Θ_ｏ）を調整する方法であって、
前記ストレイン・ウェーブ・ギア機構（５）は、前記駆動シャフト（３）に動作可能に結合された波動発生器（５ａ）と、可撓性リング（５ｃ）と、前記出力シャフト（１１）に結合され得る歯付きリング（５ｄ）とを有し、前記駆動ユニット（１）はさらに、前記駆動シャフト（３）の角度位置（Θ _ｉ ）を検出するための第１のセンサ（６ａ）と、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ _ｏ ）を検出するための第２のセンサ（６ｂ）と、前記可撓性リング（５ｃ）の膨張（ω）を検出するための第３のセンサ（６ｃ）とを備え、前記方法が、
－前記駆動シャフト（３）及び前記出力シャフト（１１）の角度距離（ΔΘ_ｉ，ｇｌ、ΔΘ_ｉ，ｇｅ、ΔΘ_ｏ，ｇｌ、ΔΘ_ｏ，ｇｅ）が、前記可撓性リング（５ｃ）の膨張（ω）に起因して前記駆動シャフト（３）の前記角度位置（Θ_ｉ）と前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）との間に非線形関係が存在する加速度において、前記第１のセンサ（６ａ）、第２のセンサ（６ｂ）、及び第３のセンサ（６ｃ）によって判定される較正方法と、
－実際値発生器としての前記第２のセンサ（６ｂ）を用いて、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）を実際の角度位置から目標角度位置に調整するための位置決め方法であって、前記実際の角度位置と前記目標角度位置との間に前記出力シャフト（１１）の少なくとも前記判定された角度距離（Θ_ｏ，ｇｌ、Θ_ｏ，ｇｅ）が存在するかどうかがチェックされ、存在しない場合、前記出力シャフト（１１）は、前記実際の角度位置が前記目標角度位置から前記出力シャフト（１１）の少なくとも前記判定された角度距離（ΔΘ_ｏ，ｇｌ、ΔΘ_ｏ，ｇｅ）だけ離間されるまで回転され、次いで、前記実際の角度位置は、前記第２のセンサ（６ｂ）によって前記目標角度位置に調整される、位置決め方法と、を含む、方法。

【請求項2】

前記可撓性リング（５ｃ）は、半径方向に延在するカラー（５ｅ）を有し、前記第３のセンサ（６ｃ）は、前記カラー（５ｅ）上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２のセンサ（６ｂ）は、前記歯付きリング（５ｄ）上に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

較正プロセスにおいて、
－最初に、前記可撓性リング（５ｃ）の膨張（ω）が０％に設定され、第１の角度位置（Θ_ｉ、Θ_ｏ）として、前記駆動シャフト（３）の前記角度位置（Θ_ｉ）が前記第１のセンサ（６ａ）によって検出され、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）が前記第２のセンサ（６ｂ）によって検出され、
－次いで、前記出力シャフト（１１）は、第１の速度まで第１の回転方向に所定の様式で加速され、前記第３のセンサ（６ｃ）が前記可撓性リング（５ｃ）の連続的な膨張（ω）を検出するとすぐに、第２の角度位置（Θ _ｉ 、Θ _ｏ ）として、前記駆動シャフト（３）の前記角度位置（Θ_ｉ）が前記第１のセンサ（６ａ）によって検出され、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）が前記第２のセンサ（６ｂ）によって検出され、
－前記第１の検出された角度位置（Θ_ｉ、Θ_ｏ）と前記第２の検出された角度位置（Θ_ｉ、Θ_ｏ）との間の距離は、同方向の角度距離（ΔΘ_ｉ，ｇｌ、ΔΘ_ｏ，ｇｌ）として定義されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

続いて、
－前記出力シャフト（１１）が停止され、第３の角度位置（Θ_ｉ、Θ_ｏ）として、前記駆動シャフト（３）の前記角度位置（Θ_ｉ）が前記第１のセンサ（６ａ）によって検出され、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）が前記第２のセンサ（６ｂ）によって検出され、
－次いで、前記出力シャフト（１１）は、第２の回転方向に回転され、前記第３のセンサ（６ｃ）が前記可撓性リング（５ｃ）の０％の膨張（ω）を検出するとすぐに再び停止され、静止時に、第４の角度位置（Θ _ｉ 、Θ _ｏ ）として、前記駆動シャフト（３）の前記角度位置（Θ_ｉ）が前記第１のセンサ（６ａ）によって検出され、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）が前記第２のセンサ（６ｂ）によって検出され、
－次いで、前記出力シャフト（１１）は、前記第２の方向に所定の様式で加速され、前記第３のセンサ（６ｃ）が前記可撓性リング（５ｃ）の不変の膨張（ω）を検出するとすぐに、第５の角度位置（Θ _ｉ 、Θ _ｏ ）として、前記駆動シャフト（３）の前記角度位置（Θ_ｉ）が前記第１のセンサ（６ａ）によって検出され、前記出力シャフト（１１）の前記角度位置（Θ_ｏ）が前記第２のセンサ（６ｂ）によって検出され、
－前記第３の検出された角度位置（Θ_ｉ、Θ_ｏ）と前記第５の検出された角度位置（Θ_ｉ、Θ_ｏ）との間の距離は、対向する角度距離（ΔΘ_ｉ，ｇｅ、ΔΘ_ｏ，ｇｅ）として定義され得ることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

残留膨張（ω）を、前記駆動シャフト（３）の前記第３の検出された角度位置（Θ_ｉ）と前記第４の検出された角度位置（Θ_ｉ）との間の距離と、前記出力シャフト（１１）の前記第３の検出された角度位置（Θ_ｏ）と前記第４の検出された角度位置（Θ_ｏ）との間の距離との差として算出することを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記位置決めプロセスにおいて、前記実際の角度位置を、設定点角度位置から少なくとも前記判定された角度距離（ΔΘ_ｏ，ｇｌ、ΔΘ_ｏ，ｇｅ）だけ離間させるように、前記出力シャフト（１１）は、直前の回転と同じ回転方向に回転されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記位置決め方法において、前記実際の角度位置と前記目標角度位置との間の距離をチェックするとき、前記出力シャフト（１１）の前の回転における回転の方向に依存して、同方向又は逆の角度距離（ΔΘ_ｏ，ｇｌ、ΔΘ_ｏ，ｇｅ）が基準として取られることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットための駆動ユニットであって、駆動シャフトと、駆動シャフトを駆動するための駆動モータと、駆動シャフトから出力シャフトへの伝達のためのストレイン・ウェーブ・ギア機構とを有し、ストレイン・ウェーブ・ギア機構は、駆動シャフトに動作可能に接続された波動発生器と、可撓性リングと、出力シャフトに結合され得る歯付きリングとを有し、駆動シャフトの角度位置を検出するための第１のセンサと、出力シャフトの角度位置を検出するための第２のセンサとを備える、駆動ユニットに関する。更に、本発明は、そのような駆動ユニットを有するロボット、及びそのような駆動ユニットにおける出力シャフトの角度位置を調整するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な駆動ユニットは、先行技術から知られており、特にロボット工学において、例えば、産業、実験技術、又は医療技術において使用されるロボットアームを動かすために使用されている。この目的のために、駆動ユニットは、ロボットアームの正確な移動のために駆動モータと移動されるロボットの部分との間の非常に高い伝達比を可能にするために、ストレイン・ウェーブ・ギア機構を装備している。ストレイン・ウェーブ・ギア機構は、非円形、特に楕円形の断面を有し、フレクスプラインとも呼ばれる可撓性リング内に延びる波動発生器又は造波機を有し、可撓性リングは全周にわたって変形される。可撓性リングは、その変形の２つの外側点においてのみ、外側リングとして設計された歯付きリングの内歯に係合する外歯を有する。円周方向の変形により、係合点も回転し、可撓性リングの歯の数と歯付きリングの歯の数は異なり、その結果、歯付きリングは、波動発生器の回転運動よりも著しく遅い回転運動に設定される。

【0003】

駆動モータは、調整プロセスによって調整され、出力シャフトを可能な限り正確に所望の角度位置に移動させる。第１のセンサ及び第２のセンサは実際値発生器として用いられ、第１のセンサは粗位置決めに使用され、第２のセンサは精密位置決めに使用される。第１のセンサは、負荷が出力側に加えられるときの振動及び力の入力に起因して、微細な位置決めのための十分な精度及び安定性を提供しない。通常、駆動モータとして電気モータが使用され、第１のセンサ及び第２のセンサとしてロータリエンコーダが使用される。このような対応する駆動ユニットは、例えば、ＫＲ１０２０６１６９３Ｂ１から知られている。また、ＪＰ６３３４３１７Ｂから、出力シャフトの膨張を検出するためのセンサを有する駆動ユニットが知られている。

【0004】

不都合なことに、出力シャフトが移動されると、可撓性リングは、特に加速中にねじれの形態で拡張され、この拡張は、駆動シャフトから出力シャフトに伝達される角度位置に重ね合わされる。この点において、第２のセンサは、少なくとも加速が行われる角度距離の領域において、出力シャフト位置の十分に正確な調整には好適ではないが、膨張によって重ね合わされた測定値を示し、これは、出力シャフトの角度位置のオーバーシュートにつながる。この角度距離の外側にある角度範囲では、第２のセンサは、加速に続く一定速度での可撓性リングの連続的な膨張が知られている限り、出力シャフトの角度位置の正確な調整にのみ好適である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の目的は、出力シャフトの角度位置を任意の所望の角度位置に正確に調整することができる駆動ユニットを提案することである。本発明の第１の態様によれば、この目的は、請求項１に記載の駆動ユニットによって達成される。この目的はまた、請求項４に記載のロボットを用いる本発明の第２の態様によって達成される。本発明の第３の態様によれば、この目的はまた、請求項５に記載の方法によって達成される。有利な改良は、従属請求項に提示される。

【0006】

加速とは、駆動モータの加速を意味し、駆動シャフト及びストレイン・ウェーブ・ギア機構を介して出力シャフトに伝達される。ここで、関与する全てのコンポーネントが加速され、特に、可撓性リングが拡張される。以下において、速度は、全てのコンポーネントのそれぞれの速度を意味するとも理解され、駆動シャフト及び可撓性リングは、出力シャフトよりも高い速度を有し、これは、ストレイン・ウェーブ・ギア機構の伝達比に対応する。

【0007】

本発明の第１の態様によれば、駆動ユニットは、可撓性リングの膨張を検出するための第３のセンサを特徴とする。第１のセンサ、第２のセンサ及び第３のセンサによって、出力シャフトの位置に影響を及ぼす全ての量が既知であり、これらの量に基づいて、出力シャフトの正確な位置決めをもたらす調整方法を使用することができる。そのような方法は、例えば、第２のセンサによって実際値として検出された出力シャフトの位置に加えて、第３のセンサによって検出された膨張が実際値として直接使用される調整方法とすることができる。較正方法が上流に結合され、そこから得られる情報が、実際値として出力シャフトの実際の角度位置のみを用いて調整するために駆動ユニットの動作中に使用される調整方法が好ましい。このような方法は、本発明の第２の態様に従って以下に提案される。

【0008】

第３のセンサは、例えば、固定部に対する位置を検出するためのセンサ又は歪みゲージとすることができる。

【0009】

本発明の好ましい実施形態によれば、可撓性リングは、半径方向に延在するカラーを有し、第３のセンサは、カラー上に配置される。このように、第３のセンサは、有利には、可撓性リングが波動発生器と動作可能に結合されているか、又は歯付きリングと歯係合している領域から離れて配置される。更に、可撓性リングの膨張は、カラー上で確実に測定することができる。

【0010】

更に好ましい実施形態では、第２のセンサは、歯付きリング上に配置される。それは、有利には、出力シャフトの位置が変速機で直接検出されるように、駆動装置の第１の出力側要素に配置される。更に、駆動ユニットは、有利には、出力側に多数の異なる付属部品を有する歯付きリングに配置された第２のセンサと共に使用することができる。

【0011】

更に好ましい実施形態では、駆動モータ、ストレイン・ウェーブ・ギア機構及び第１センサは、駆動シャフトと同軸に配置される。このようにして、小型の駆動ユニットが形成される。

【0012】

本発明の第２の態様は、上述のような駆動ユニットを有するロボットに関する。特に、ロボットは、産業、実験室技術、又は医療技術で使用するためのロボットアームである。それに応じて、ロボットは、上述した利点を有する。

【0013】

本発明の第３の態様は、上述した駆動ユニット内の駆動シャフト及びストレイン・ウェーブ・ギア機構を介して駆動モータによる位置決め中に、出力シャフトの角度位置を調整する方法に関する。

【0014】

本発明によれば、本方法は、駆動シャフトと出力シャフトとの角度距離が、加速中に第１のセンサ、第２のセンサ、及び第３のセンサによって判定される較正方法を含み、その周りでは、可撓性リングの伸長に起因して、駆動シャフトの角度位置と出力シャフトの角度位置との間に非線形関係が存在する。このようにして判定された角度距離からは、角度位置が、正確に検出することができない可撓性リングの膨張によって重ね合わされるか又は歪められるので、出力シャフトの実際の角度位置は、加速中に第２のセンサによって不正確にしか検出することができないことが分かる。次いで、この情報は、出力シャフトを位置決めするときに考慮に入れることができる。実際値発生器としての第２のセンサでは、実際角度位置から出発してこのような角度間隔内にある目標角度位置の正確な制御は不可能であり、修正された調整の戦略を必要とする。

【0015】

較正手順は、全ての有意な値を検出するために１回だけ実行される。較正方法は、好ましくは、出力シャフトの位置決めが、その後に実行される据付け状況にある、すなわち、動作状態下にある、駆動ユニットに対して実行される。次いで、駆動ユニットに取り付けられたコンポーネント及び他の環境状態の影響も考慮に入れられる。較正方法は、好ましくは、規則的な時間間隔で、及び／又は規定された数の位置決めプロセスの後に再び実行される。

【0016】

較正プロセスでは、一方では駆動シャフトについて、他方では出力シャフトについて、角度距離が検出される。駆動シャフトの角度距離は、ストレイン・ウェーブ・ギア機構の伝達比及び可撓性リングの膨張を介して出力シャフトの角度距離に関連する。

【0017】

較正方法は、好ましくは、規定された加速度で実行され、それはまた、検出された角度距離がそのような加速度に特有であるので、出力シャフトを位置決めするために以下において排他的に使用される。代替的に、得られた情報から更なる加速度プロファイルのための更なる角度距離を内挿又は外挿することも可能である。

【0018】

更に、本発明によれば、本方法は、実際値発生器として第２のセンサを使用して、出力シャフトの角度位置を実際の角度位置から目標角度位置に調整するための位置決め方法を含み、実際の角度位置と目標角度位置との間に少なくとも出力シャフトの判定された角度距離があるかどうかがチェックされ、存在しない場合、出力シャフトは、実際の角度位置が目標角度位置から少なくとも出力シャフトの判定された角度距離だけ離間するまで回転され、次いで、実際の角度位置は、第２のセンサによって目標角度位置に調整される。このように、いかなる時点においても、正確な調整が可能ではない角度範囲内にある、設定された角度位置に調整が行われてはならないことが確実になる。有利には、可撓性リングの膨張は、調整において連続的に検出され処理される必要はない。位置決めプロセスは、駆動ユニットの連続動作における出力シャフトの新たな目標角度位置ごとに実行される。

【0019】

一実施形態では、第２のセンサに加えて、第１のセンサも、少なくとも代替として、実際値発生器として使用される。特に、第１のセンサは、出力シャフトを第１の実際の角度位置から、少なくとも出力シャフトの判定された角度距離だけ目標角度位置から離間される、実際の角度位置まで移動させるために使用される。このように、この上流の位置決めプロセスは、出力シャフトの検出された角度距離よりも大きくなければならないという制限を受けない。

【0020】

本方法の好ましい実施形態では、較正方法において、可撓性リングの０％の膨張が最初に設定され、駆動シャフトの角度位置が第１のセンサによって検出され、出力シャフトの角度位置が第２のセンサによって第１の角度位置として検出される。次いで、出力シャフトは、第１の速度まで第１の回転方向に所定の様式で加速され、第３のセンサが可撓性リングの連続的な拡張を検出するとすぐに、駆動シャフトの角度位置が第１のセンサによって検出され、出力シャフトの角度位置が第２の角度位置として第２のセンサによって検出される。次いで、第１の検出された角度位置と第２の検出された角度位置との間の距離は、同方向の角度距離として定義される。「同方向」という用語は、前の回転に対する回転を指し、回転と前の回転が同じ方向であることを意味すると理解される。同方向の角度距離は、調整される回転が同じ方向の回転によって先行された場合に、実際値発生器として第２のセンサを使用する正確な調整が可能ではない角度距離である。

【0021】

本方法のこの実施形態の更なる実施形態では、次いで、出力シャフトは停止され、駆動シャフトの角度位置は第１のセンサによって検出され、出力シャフトの角度位置は第２のセンサによって第３の角度位置として検出される。次いで、出力シャフトは、第２の回転方向に回転され、第３のセンサが可撓性リングの０％の膨張を検出するとすぐに再び停止され、停止時に、駆動シャフトの角度位置が第１のセンサによって検出され、出力シャフトの角度位置が第４の角度位置として第２のセンサによって検出される。次いで、出力シャフトは、第２の方向に所定の様式で加速され、第３のセンサが可撓性リングの不変の拡張を検出するとすぐに、駆動シャフトの角度位置が第１のセンサによって検出され、出力シャフトの角度位置が第２のセンサによって第５の角度位置として検出される。次いで、第３の検出された角度位置と第５の検出された角度位置との間の距離は、逆の角度距離として定義される。「逆」という用語は、前の回転に対する回転を指し、その回転と前の回転が逆方向であることを意味すると理解される。逆の角度範囲は、調整される回転が逆方向の回転によって先行された場合に、実際値発生器として第２のセンサを使用する正確な調整が不可能である角度範囲である。

【0022】

同方向及び逆の角度部分は、可撓性リングの通常非常に低いばね定数のために、加速後に可撓性リングに連続的な膨張が生じ、これは駆動シャフトが再び静止しているときには解消されないという点で互いに異なる。したがって、この連続的な膨張は、残留膨張と呼ばれる。可撓性リングが最初に第１の方向に加速され、次いで第２の方向に加速される場合、可撓性リングが第２の方向の加速によって伸張されるとすぐに、第１の回転からの残留膨張が最初に引き起こされなければならない。このため、加速中に対応する方向の残留膨張が既に存在する同方向の角度距離は、前の回転からの残留膨張が最初に引き起こされなければならない、逆の角度距離よりも短い。

【0023】

有利には、位置決め方法において同方向及び逆方向の角度距離を検出した後、出力シャフトの前の回転中の回転方向に応じて、出力シャフトの同方向又は逆方向の角度距離を、実際の角度位置と目標角度位置との間の距離をチェックする際の基準として使用することができる。このようにして、実際の角度位置と目標角度位置との間の不必要な距離が回避されるように、可能な限り短い角度距離が常にチェックの基準として使用される。

【0024】

本方法の更なる好ましい実施形態では、駆動シャフトの第３の検出された角度位置と第４の検出された角度位置との間の距離と、伝達比によって正規化された出力シャフトの第３の検出された角度位置と第４の検出された角度位置との間の距離との間の差が、残留膨張として定義される。次いで、有利には、所定の加速度における残留膨張が知られ、第２のセンサの測定値を補正するために使用することができる。

【0025】

好ましい実施形態では、位置決め方法において、出力シャフトを直前の回転と同じ回転方向に回転させて、実角度位置を目標角度位置から少なくとも判定された角度距離だけ離間させる。これにより、追加の方向転換が回避される。特に、ここでは大まかな位置決めで十分であるため、第１のセンサは、実際の角度位置を設定点角度位置から離間させるための実際値発生器として使用することができ、第１のセンサの測定値は、可撓性リングのいかなる膨張によっても重ね合わされない。

【0026】

更なる好ましい実施形態では、位置決め方法において、実際の角度位置と目標角度位置との間の距離をチェックするとき、出力シャフトの以前の回転の回転方向に応じて、同方向又は逆の角度距離が基準として取られる。既に上述したように、実際の角度位置と設定点角度位置との間の不必要な距離が回避されるように、可能な限り短い角度距離が常にチェックの基準として使用される。

【0027】

本発明を改善するための更なる尺度は、図を使用して、本発明の好ましい例示的な実施形態と共に以下に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明による駆動ユニットの概略断面図である。

【図2】第１のｙ軸上の出力シャフト角度位置対ｘ軸上の駆動シャフト角度位置、及び加速下の第２のｙ軸上の可撓性リング膨張のプロットを示す。

【図3】第１のｙ軸上の出力シャフト角度位置対ｘ軸上の駆動シャフト角度位置、及び加速下の第２のｙ軸上の可撓性リングにおけるトルクのプロットを示す。

【図4】実際の角度位置と設定点角度位置との間に十分な距離を有し、かつ同方向に回転する出力シャフトのための本発明による位置決め方法の概略図を示す。

【図5】実際の角度位置と所望の角度位置との間の距離が逆方向の回転で十分である場合の、出力シャフトのための本発明による位置決め方法の概略図を示す。

【図6】実際の角度位置と所望の角度位置との間の距離が同方向の回転では不十分である場合の、出力シャフトのための本発明による位置決め方法の概略図を示す。

【図7】実際の角度位置と所望の角度位置との間の距離が逆方向の回転で不十分である場合の、出力シャフトのための本発明による位置決め方法の概略図を示す。

【図8】本発明による駆動ユニットを有するロボットアームの非常に簡略化された表現を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、駆動ユニット１を外側で画定するハウジング２を有する駆動ユニット１を示す。ハウジング２内には、駆動シャフト３が玉軸受け１０ａ，１０ｂによって装着されており、この駆動シャフト３は、固定子４ａ及び回転子４ｂを有する駆動モータ４によって駆動され得る。更に、駆動シャフト３にはストレイン・ウェーブ・ギア機構５が配置されており、このストレイン・ウェーブ・ギア機構５は、駆動シャフト３の回転運動を、出力部のより緩慢な回転運動に変換する。ストレイン・ウェーブ・ギア機構５は、高い伝達比及び剛性を有する。第１のセンサ６ａも駆動シャフト３に配置されており、駆動シャフト３の角度位置Θ_ｉを検出する。第１のセンサ６ａは、ここではロータリエンコーダとして設計されている。また、制動機７が駆動シャフト３に作用し、それによって駆動シャフト３が制動され得る。

【0030】

ストレイン・ウェーブ・ギア機構５は、波動発生器５ａと、玉軸受け５ｂを介して波動発生器５ａの反対側に装着された可撓性リング５ｃと、歯付きリング５ｄとを有する。波動発生器５ａは、駆動シャフト３に直接形成されており、歯付きリング５ｄは、ストレイン・ウェーブ・ギア機構５の出力部を形成しており、出力シャフト１１に結合されているか、又は結合され得る。第２のセンサ６ｂは、歯付きリング５ｄ上に配置され、このセンサは、同時に出力シャフト１１の角度位置である歯付きリング５ｄの角度位置Θ_ｏを検出する。この目的のために、第２のセンサ６ｂは、ハウジング側の固定コンポーネント８上の対応するセンサ部６ｄに対する歯付きリング５ｄの角度位置Θ_ｏを検出する。可撓性リング５ｃは、ハウジング２に固定されるカラー５ｅを有する。第３のセンサ６ｃは、カラー５ｅ上に配置され、それによって、可撓性リング５ｃのねじれの意味での膨張ωが検出される。この目的のために、ハウジング側の固定コンポーネント９に対する可撓性リング５ｃ上の測定点の相対変位が検出される。

【0031】

図２及び図３は、駆動シャフト３の角度位置Θ_ｉ及び出力シャフト１１（又は歯付きリング５ｄ）の角度位置Θ_ｏの推移、並びに加速中の図２の可撓性リングの膨張ωの推移及び図３の可撓性リング５ｃのトルクＴの推移を示す。可撓性リング５ｃ内のトルクＴ又は膨張ωは、加速中に最大膨張ω_ｍａｘ及び最大トルクＴ_ｍａｘまで増大し、出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏはまだ変化しないか、又は角度位置Θ_ｉは駆動シャフト３に追従する。加速が一定の目標速度に達すると、トルクＴ又は結果として生じる膨張ωは、連続値ωｋ又はＴｋに達するまで減少する。この時点まで、駆動シャフト３の角度位置Θ_ｉと出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏとの間には非線形の関係があり、これにより、実際値発生器としての第２のセンサ６ｂの値のみを使用して出力シャフト１１の位置決めを正確に調整することが不可能になる。この点から、駆動シャフト３の角度位置Θ_ｉと出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏとの間に再び線形関係が存在する。実際値発生器としての第２のセンサ６ｂによって、その後方に位置する出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏの全てが調整され得る。

【0032】

同方向の加速の場合、ゼロ点とωｋ又はＴｋに達する点との間に駆動シャフト３の角度距離ΔΘ_ｉ，ｇｌが存在し、この角度距離にわたって、可撓性リング５ｃの膨張に起因して、駆動シャフトの角度位置Θ_ｉと出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏとの間に非線形関係が存在する。出力シャフト１１に関して、ゼロ点とωｋ又はＴｋに達する点との間に角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｌが存在し、その角度距離にわたって、可撓性リング５ｃの膨張に起因して、駆動シャフトの角度位置と出力シャフト１１の角度位置との間に非線形関係が存在する。

【0033】

逆の加速の場合、連続的な膨張ωｋに対応する残留膨張も、前の回転から低減されなければならない。次いで、これは、残留伸長に対応する点Θ_ｉｖとωｋに達する点との間の駆動シャフト３の角度距離ΔΘ_ｉ，ｇｅをもたらし、その角度距離にわたって、可撓性リング５ｃの膨張に起因して、駆動シャフト３の角度位置Θ_ｉと出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏとの間に非線形関係が存在する。出力シャフト１１に関して、残留膨張に対応する点Θ_ｏｖとωｋに達する点との間に角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｅが存在し、その角度距離にわたって、可撓性リング５ｃの膨張に起因して、駆動シャフト３の角度位置Θ_ｉと出力シャフト１１の角度位置Θ_ｏとの間に非線形関係が存在する。

【0034】

図４～図７は、出力シャフト１１の少なくとも角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｌ、ΔΘ_ｏ，ｇｅが実際の角度位置と目標角度位置との間にあるか（図４及び図５）否か（図６及び図７）に応じて異なる場合の出力シャフト１１の位置決め方法を示す。更に、目標角度位置が実際の角度位置から見て同じ方向に位置するか（図４及び図６）、又は逆方向に位置するか（図５及び図７）に応じて、複数の場合が考えられる。実際の角度位置は丸い点として示され、目標角度位置は正方形の点として示されている。

【0035】

目標角度位置が実際の角度位置に修正される図４による場合では、実際の角度位置と目標角度位置とが、少なくとも出力シャフト１１の修正された角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｌだけ離間しているかどうかがチェックされる。そうであると判定されたので、直ちに出力シャフト１１を目標角度位置に移動させる。

【0036】

目標角度位置が実際の角度位置に対して逆方向にある図５による場合には、実際の角度位置と目標角度位置とが、出力シャフト１１の少なくとも逆の角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｅだけ互いに離間しているかどうかがチェックされる。そうであると判定されたので、直ちに出力シャフト１１を目標角度位置に移動させる。

【0037】

目標角度位置が実際の角度位置に修正される図６による場合では、実際の角度位置と目標角度位置とが、少なくとも出力シャフト１１の修正された角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｌだけ離間しているかどうかがチェックされる。そうではないことが確認されるので、出力シャフト１１は、最初に、出力シャフト１１の少なくとも逆の角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｅだけ設定点角度位置から離間された新しい実際の角度位置まで、同方向の回転方向に移動される。次いで、出力シャフト１１を所望の角度位置に移動させる。

【0038】

目標角度位置が実際の角度位置に対して逆方向にある図７による場合には、実際の角度位置と目標角度位置とが、出力シャフト１１の少なくとも逆の角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｅだけ互いに離間しているかどうかがチェックされる。そうではないことが確認されるので、出力シャフト１１は、最初に、出力シャフト１１の少なくとも逆の角度距離ΔΘ_ｏ，ｇｅだけ設定点角度位置から離間された新しい実際の角度位置まで、同方向の回転方向に移動される。次いで、出力シャフト１１を所望の角度位置に移動させる。

【0039】

図８は、出力シャフト１１を駆動するための駆動ユニット１を有するロボットアームの形態のロボット１５を示す。第１の更なるシャフト１３ａ及び第２の更なるシャフト１３ｂは、第１の接合部１２ａ及び第２の接合部１２ｂを介して駆動ユニット１に接続されている。例として、把持ツール１４が第２の更なるシャフト１３ｂ上に配置されている。更なるシャフト１２ａ、１２ｂをその都度制御するために、本発明による更なる駆動装置１が接合部１２ａ、１２ｂに配置され得る。

【符号の説明】

【0040】

１ 駆動ユニット
２ ハウジング
３ 駆動シャフト
４ 駆動エンジン
４ａ 固定子
４ａ 回転子
５ ストレイン・ウェーブ・ギア機構
５ａ 波動発生器
５ｂ 玉軸受け
５ｃ 可撓性リング
５ｄ ギヤリング
５ｅ 可撓性リングカラー
６ａ 第１のセンサ
６ｂ 第２のセンサ
６ｃ 第３のセンサ
６ｄ センサ部
７ 制動機
８ 固定されたハウジング側コンポーネント
９ 固定されたハウジング側コンポーネント
１０ａ 玉軸受け
１０ｂ 玉軸受け
１１ 出力シャフト
１２ａ 第１の接合部
１２ｂ 第２の接合部
１３ａ 第１の更なるシャフト
１３ｂ 第２の更なるシャフト
１４ 把持ツール
１５ ロボット
Θ_ｉ 駆動シャフトの角度位置
Θ_ｉｖ 残留膨張に対応する点
ΔΘ_ｉ，ｇｌ 駆動シャフトの同方向角度距離
ΔΘ_ｉ，ｇｅ 駆動シャフトの逆の角度距離
Θ_ｏ 出力シャフトの角度位置
Θ_ｏｖ 残留膨張に対応する点
ΔΘ_ｏ，ｇｌ 出力シャフトの同方向の角度間隔
ΔΘ_ｏ，ｇｅ 出力シャフトの逆の角度距離
ω 可撓性リングの膨張
ω_ｍａｘ 可撓性リングの最大膨張
ωｋ 可撓性リングの連続的な膨張
Ｔ 可撓性リングのトルク
Ｔ_ｍａｘ 可撓性リングの最大トルク
Ｔｋ 可撓性リングにおける連続的なトルク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】