(57)【要約】【課題】本発明の駆動伝達装置によれば、駆動伝達装置によってコンプライアンス性を持たせた状態を実現でき、専用の装置を追加する場合よりもコストアップを軽減できる駆動伝達装置を提供する。【解決手段】駆動源側の一対の歯車２Ａ、Ｂと、一対の歯車が共に噛み合う共通の出力側３の歯車とを、一対の歯車が出力側の歯車からスラスト推力を受ける歯車の噛み合わせとする。一対の歯車を軸線方向に移動自在に支持し、かつ、前記一対の歯車で互いに異なる軸方向側における、軸線方向の移動を規制する部材２１Ａ、Ｂと一対の歯車と間に弾性体５Ａ、Ｂを設けた。【選択図】図２
2020148323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源側の一対の歯車と、前記一対の歯車が共に噛み合う共通の出力側の歯車とを、前記一対の歯車が前記出力側の歯車からスラスト推力を受ける歯車の噛み合わせとし、前記一対の歯車を軸線方向に移動自在に支持し、かつ、前記一対の歯車で互いに異なる軸方向側における、軸線方向の移動を規制する部材と前記一対の歯車と間に弾性体を設けたことを特徴とする駆動伝達装置。
【請求項２】
前記一対の歯車と前記出力側の歯車とがはすば歯車であることを特徴とする請求項１の駆動伝達装置。
【請求項３】
請求項１又は２の駆動伝達装置と、前記一対の歯車それぞれに駆動を与える駆動源とを備えた駆動装置。
【請求項４】
前記出力側の歯車と前記一対の歯車との間のバックラッシュを無くすバックラッシュ制御を行う前記駆動源の制御部を備え、前記制御部は、前記スラスト推力の向きが互いに異なる２つのバックラッシュ制御のモードを切り替え制御可能であることを特徴とする請求項３の駆動装置。
【請求項５】
前記出力側の歯車と前記一対の歯車との間のバックラッシュを無くすバックラッシュ制御を行う前記駆動源の制御部を備え、前記制御部は、前記スラスト推力の向きが前記弾性体を設けた側になるようバックラッシュ制御することを特徴とする請求項３の駆動装置。
【請求項６】
前記スラスト推力の向きが前記弾性体を設けた側になる前記バックラッシュ制御において、前記スラスト推力が互いに異なる二以上のモードを備えることを特徴とする請求項４又は５の駆動装置。
【請求項７】
前記出力側の歯車の回転位置または回転速度を検出する検出器を備えたことを特徴とする請求項４又は５の駆動装置。
【請求項８】
前記検出器の検出結果に基づいて前記一対の歯車に係るトルクを推定する推定部を備えたことを特徴とする請求項７の駆動装置。
【請求項９】
請求項３乃至８の何れか一の駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される駆動対象とを備えたロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動伝達装置、駆動装置、及び、ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアームの先端のロボットハンドを、コンプライアンス性を持たせた状態と剛性を持たせた状態とを切り替え得るように、コンプライアンスモジュールまたは誤差吸収装置ともいわれる調心装置を用いることが知られている。例えば特許文献１にはこの種の調心装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ロボットハンドなどを、コンプライアンス性を持たせた状態と剛性を持たせた状態とを切り替え得るようにするため、従来の専用の装置を追加するとコストアップが大きいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明の駆動伝達装置は、駆動源側の一対の歯車と、前記一対の歯車が共に噛み合う共通の出力側の歯車とを、前記一対の歯車が前記出力側の歯車からスラスト推力を受ける歯車の噛み合わせとし、前記一対の歯車を軸線方向に移動自在に支持し、かつ、前記一対の歯車で互いに異なる軸方向側における、軸線方向の移動を規制する部材と前記一対の歯車と間に弾性体を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の駆動伝達装置によれば、駆動伝達装置によってコンプライアンス性を持たせた状態を実現でき、専用の装置を追加する場合よりもコストアップを軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態１に係る駆動伝達装置の概略構成の説明図。
【図２】軸受け側にスラスト推力がはたらくときの説明図。
【図３】バネ側にスラスト推力がはたらくときの説明図。
【図４】バックラッシュ制御におけるオフセットトルクの大きさとコンプライアンス性との関係を示すグラフ。
【図５】実施形態２に係る制御部のブロック。
【図６】バックラッシュ制御の一つのモードの説明図。
【図７】図６に対応する制御の説明図。
【図８】バックラッシュ制御の他のモードの説明図。
【図９】図８に対応する制御の説明図。
【図１０】実施形態４に係るブロック図。
【図１１】本実施形態５に係るロボットの概略構成を示す図。
【図１２】具体例に係る駆動装置の外観図。
【図１３】第一関節部を構成する部分の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔実施形態１〕
本発明をダブルモータ制御方式を持つ駆動装置に適用可能な駆動伝達装置に適用した実施形態について説明する。図１は実施形態に係る駆動伝達装置の概略構成の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図１（ａ）に示すように、駆動源側の一対の歯車（以下、ピニオンギヤという）２Ａ、Ｂと、前記一対の歯車が共に噛み合う共通の出力側の歯車（以下、出力ギヤという）３とを噛み合わせている。各ピニオンギヤ２Ａ、Ｂはそれぞれモータで回転駆動される。ピニオンギヤ２Ａ、Ｂと出力ギヤ３とはピニオンギヤ２Ａ、Ｂが出力ギヤ３からスラスト推力を受ける歯車の噛み合わせになっている。具体的にははすば歯車の組み合わせであり、図示の例では、図２（ｂ）に示すようにピニオンギヤ２Ａ、Ｂが右ねじれ、出力ギヤ３が左ねじれである。
【０００８】
ピニオンギヤ２Ａ、Ｂは軸線方向に移動自在に支持している。例えば、次のような支持構造を採用する。ピニオンギヤ２Ａ、Ｂは、両端部が軸受け２１Ａ、Ｂを介して支持板２２Ａ、Ｂ対に回動自在に支持された軸部材２３Ａ、Ｂを有する。支持板２２Ａ、Ｂの軸受け２１Ａ、Ｂは軸線方向の移動を規制する部材として機能し、間隔Ｇは、ピニオンギヤ２Ａ、Ｂの幅Ｗよりも後述する所望のスライドが可能な程度に大きい。
【０００９】
この軸部材２３Ａ、Ｂの周面に軸線方向に延びるガイド溝か形成され、ピニオンギヤ２Ａ、Ｂの軸孔から一体に突出するキー部材がガイド溝内に入り込んで、このキー部材が溝内にガイドされながら、キー部材と一体のピニオンギヤ２Ａ、Ｂも軸線方向に移動し得る。これは一例であり他の支持構造を採用してもよい。そして、ピニオンギヤ２Ａ，２Ｂで互いに異なる軸方向側における、軸受け２１Ａ、Ｂと２と間に弾性体としてのバネ５Ａ、Ｂを設けてある。
【００１０】
このバネ５Ａ、５Ｂがピニオンギヤ２Ａ、Ｂのボス端面と接触して軸方向反対側の軸受け側にピニオンギヤ２Ａ、Ｂを弾性力で付勢し他方のボス端面を軸受けに接触させる。他方のボス端面は直接軸受けに接触させるのに代え、弾性率の異なる弾性体、例えば全く縮まないばねを入れてもよい。スラスト方向での移動のし易さに差を付けることができればよい。バネは、ピニオンギヤ２Ａ、Ｂのスラスト方向の移動に対しバネとして変形に応じた弾性力を発揮し得るものであれば、材質は問わない。
【００１１】
ダブルモータ制御方式を持つ駆動装置は、バックラッシュ制御やトルク制御が行われるが、バックラッシュ制御では、ダブルモータによるピニオンギヤに対する回転トルクのかけ方（モータによる各ピニオンギヤの回転駆動方向）は２通りある。この２通りの間で、出力ギヤ３によってピニオンギヤ２Ａ，２Ｂにかかるスラスト推力の向きは反対になる。
【００１２】
図２はバネ５Ａ、Ｂが設けられていない軸受け側にスラスト推力がはたらくときの説明図、図３はバネ５Ａ、Ｂが設けられている軸受け側（以下、バネ側という）にスラスト推力がはたらくときの説明図である。それぞれ（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。例えば図２（ｂ）で互いに噛み合っているピニオンギヤの歯すじ（以下、ピニオン歯すじという）を破線で、出力ギヤの歯すじ（以下、出力歯すじという）を実線で示す。
【００１３】
ピニオンが噛み合いの相手である出力ギヤから受ける加重の円周方向の分力（以下、円周方向荷重という。他方の分力は半径方向荷重）を、矢印ｆ１Ａ、Ｂで示す。円周方向荷重ｆ１Ａ、Ｂは歯すじに垂直で、ピニオン歯すじから、これに噛み合う出力歯すじとは反対側に向く。その軸方向の分力ｆ２Ａ、Ｂが、出力ギヤからピニオンが受けるスラスト推力であり、図２中、左側のピニオンギヤ２Ａでは下向き、右側のピニオンギヤ２Ｂでは上向きである。図３（ｂ）では反対向きになる。
【００１４】
図２（ａ）、図３（ａ）の歯の噛み合い状態である限り、その状態になる原因によらず、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すスラスト推力の向きなる。たとえば、図２（ａ）に示すように、各ピニオンが逆向きに駆動されている場合には、各ピニオンのトルクが等しく出力ギヤ３が停止しているときも、一方のトルクの方が大きく、出力ギヤを介して他方のギヤが従動回転されるときも歯の噛み合い状態は同じである。また、一方のピニオンギヤのみ図２（ａ）のように駆動され、他方のピニオンギヤは対応するモータからの駆動はなくて出力ギヤ３を介して従動回転されている場合も歯の噛み合い状態は同じである。
【００１５】
さらに、これらに加えて出力ギヤ３に外部からトルクがかかった場合にも、図２（ａ）、図３（ａ）に示す歯の噛み合い状態である限り、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すスラスト推力の向きになる。図２（ａ）のハッチング矢印ｆ３は外部からの反時計回りのトルク、白抜き矢印ｆ４は外部からの時計回りのトルクを示す。図２（ｂ）にこれらのトルクがかかった場合のピニオン歯すじにかかる円周方向荷重ｆ１、ｆ２の増減方向をハッチング矢印ｆ３Ａ，ｆ３Ｂ、実線白抜き矢印ｆ４Ａ，ｆ４Ｂで示す。このように増減しても、噛み合い状態が変わらない限り、スラスト推力の向きは変わらない。
【００１６】
図２に示すようにバネ５Ａ、Ｂが設けられていない軸受け側にスラスト推力がはたらくときは、両方のピニオンギヤ２Ａ、Ｂがバネ５Ａ、Ｂが設けられていない軸受け２１Ａ、Ｂにつきあって移動できない。スラスト方向にずれが発生しないため、コンプライアンス性がない（高剛性）状態になる。これに対し、図３に示すようにバネ側へのスラスト推力を受けるときは、両方のピニオンギヤ２Ａ、Ｂはバネを収縮変形させながら移動できる。よって、力の大きさによっては出力軸に遊びが生じることでコンプライアンス性がある（低剛性）状態になる。つまり、このピニオンと出力ギヤとの駆動伝達系でコンプライアンス性を持たせることができる。
【００１７】
平歯車のような回転方向以外の方向に力が発生しないギアでも、バックラッシュレス制御が可能であるが、はすば歯車ではかみ合う際にスラスト方向の力が発生してしまう。そのため、軸受け間に少しでも隙間があると、ギアに力がかかった際にスラスト方向にギアがずれる。この現象により、ダブルモータでバックラッシュレス制御をしていても、出力軸に遊びができてしまい、所望の位置決めができなくなる。
【００１８】
一般的にはそれを防ぐためにスラスト軸受を用いて軸がスラスト方向にずれないように固定するが、本実施形態ではその現象を利用してバックラッシュレス制御を実現しつつ、コンプライアンス性を持たせるようにした。
【００１９】
図４はバックラッシュ制御におけるオフセットトルクの大きさとコンプライアンス性との関係を示すグラフである。図３に示す噛み合い状態でバックラッシュ制御を行った場合のものである。横軸に出力ギヤの軸に外部からかけるトルクの大きさを取り、縦軸に、図３のｆ３，ｆ４のような外部からのトルクがかかったときの出力軸の回転角度を取る。各オフセットトルク毎の両者の関係を示したものである。ほぼ直線の関係になり、傾きがバネ定数になる。
【００２０】
このグラフから、オフセットトルクが大きいほど、出力回転軸を回転させるのに必要な出力軸にかけるトルクの大きさが大きくなることがわかる。また、出力回転軸を回転させられる出力軸トルクであっても、オフセットトルクが大きいほど、まわせる出力軸回転角度が小さくなることがわかる。出力軸回転角度が大きいほどコンプライアンス性が良好であるので、オフセットトルクによって、コンプライアンス性の程度を変化させられることができることがわかる。このようにオフセットトルクを変更することにより、出力軸にコンプライアンスが生じるまでの出力軸負荷トルクを変更させることができる。よって、出力軸にコンプライアンスが生じるのに必要な負荷トルクを任意に設定することも可能となる。
【００２１】
以上、本実施形態１の駆動伝達装置によれば、ピニオンギヤをスラスト方向に移動可能にしてコンプライアンス性を持たせることができるので、専用の装置を追加する場合よりもコストアップを軽減できる。しかも、ピニオンギヤと出力ギヤとの噛み合い状態をピニオンギヤの駆動の仕方で切り替えてコンプライアンスの有無（あるいは、低剛性と高剛性）を切り替えたり、ピニオンギヤがスラスト方向に移動可能なピニオンギヤと出力ギヤとの噛み合い状態において、例えばバックラッシュ制御におけるオフセット電圧によってコンプライアンス性の程度（あるいは、低剛性と高剛性）を切り替えたりできる。更に、一段のギア構成からコンプライアンス性を持たせることが可能になる。また更に、はすば歯車の構成のため、平歯車での構成よりもトルク変動が小さく、平歯車の構成より静音性、耐久性、制御性に優れている。
【００２２】
〔実施形態２〕
次に本発明の他の実施形態（実施形態２）に係る駆動装置１００について説明する。この駆動装置１００は、実施形態１の駆動伝達装置１と、各ピニオンギヤ２Ａ、Ｂ用のモータ６Ａ、Ｂ、および、各モータＡ、Ｂの制御部とを備えたものである。駆動伝達装置１の出力ギヤ３の主力軸を回転させて駆動する対象はロボットアームが挙げられるがこれに限らない。
【００２３】
図５は制御部のブロック図である。制御部は、偏差計算部７、制御コントローラ８、オフセット制御部、出力検出器１０を備えている。基本的には従来のダブルモータ制御方式を持つ駆動装置における制御部と同様の構成である。偏差計算部７には、上位の装置から目標位置や目標速度あるいはその両者の情報がターゲット情報として入力されるとともに、出力検出器１０から出力軸の回転位置や回転速度の情報が入力される。この偏差計算部７からの計算された偏差情報が制御コントローラ８に入力される。制御コントローラ８は偏差に応じた駆動量を計算し、その駆動量に対応する駆動電圧を内蔵するＰＩＤ制御部から出力する。オフセット制御部９はオフセット電圧を用いたバックラッシュ制御などを行う。
【００２４】
本実施形態２では、ダブルモータ方式と各ピニオンギヤ２Ａ、２Ｂを駆動する。これにより、例えばワークを把持するアームの先端部を水平方向に移動させることができる。ギアには、ギアを滑らかに回転させるため、バックラッシュが設けられる。バックラッシュは、動作対象の位置決めの精度に影響を与え、位置ずれを生じさせる。このため、バックラッシュを減らす制御（バックラッシュレス制御）が必要となる。
【００２５】
バックラッシュレス制御は、静止時は図６（ａ）や図８（ａ）に示すように、モータ６Ａ、６Ｂの一方のギアの回転方向を逆に設定することで、逆向きのトルクがかかるようにして、モータ６Ａ、６Ｂのギアの歯と、出力軸のギアの歯とをしっかり噛み合わせ、ガタが生じないようにする制御である。
【００２６】
回転時は、例えばモータ６Ａの回転方向に回転する場合を想定すると、モータ６Ａの出力がモータ６Ｂの出力を上回るような駆動電圧を設定することにより、モータ６Ａ、６Ｂともに、モータ６Ａの回転方向に回転するが、静止時と同様に出力軸のギアの歯としっかり噛み合わせ、ガタが生じないことには変わりない。
【００２７】
図６（ａ）や図８（ａ）に示す制御を行うことでバックラッシュを減らすことができる。ギアの歯同士が即座にしっかり噛み合った状態になるからである。しかしながら、この制御では、出力軸に対して、モータ６Ａとモータ６Ｂの差分のトルクしかかけることができない。
【００２８】
そこで、図６（ｂ）や図８（ｂ）に示すように、出力軸の狙いの回転方向に対し逆のトルクを与える方のモータ（図６（ａ）ではモータ６Ａ、図８（ａ）ではモータ６Ｂ）の回転方向を、出力軸の狙いの回転方向にトルクをかけている他方のモータ６と同じ方向に変える。これにより、出力軸に対して、上記の差分を超えるトルクをかけることが可能となる。
【００２９】
このような制御を実現するために、図５に示すように、オフセット制御部９が設けられる。オフセット制御部９は、ルックアップテーブルや演算によりモータ毎に予め決められた異なる写像パターンをモータ６Ａ、６Ｂのそれぞれに出力する。具体的には、オフセット制御部９は、入力または予め設定されたパラメータを基に制御コントローラ８により入力された入力値（ｄｒｖ＿ｉｎ）に対応する各出力値（ｄｒｖ＿ｏｕｔ）を決定し、決定した各出力値をモータ６Ａ、６Ｂのそれぞれに出力して設定する。
【００３０】
オフセット制御部９には、パラメータが用いられる。パラメータはその都度入力されてもよいし、オフセット制御部９に予め設定され、オフセット制御部９が保持してもよい。パラメータとしては、ｄｒｖｌｉｍｉｔ（ＰＷＭリミット）、ｏｆｆｓｅｔ（ＰＷＭオフセット量）、ｌｉｍ＿ｍｏｄ（設定なし、または設定あり）、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌ（オフセットパターン切替）、ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎ（オフセット制御有無設定）等が挙げられる。
【００３１】
ＰＷＭ（パルス幅変調）は、周波数は変えずにパルスの幅のみを変え、電流や電圧を制御する方式である。ｄｒｖｌｉｍｉｔは、モータの出力の限界値（リミット）であり、ｌｉｍ＿ｍｏｄの設定なしは、ｄｒｖｌｉｍｉｔをリミットとすることを示し、設定ありは、ｄｒｖｌｉｍｉｔ以上で協調動作することを示す。協調動作は、同一の駆動電圧を与え、モータ６Ａ、６Ｂを同じ回転方向に同じ回転速度で回転させることを意味する。
【００３２】
ｏｆｆｓｅｔは、出力軸の駆動を開始させる際に、逆向きのトルクをかけるために設定される電圧等で、その電圧は、オフセット電圧と呼ばれる。ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎは、出力軸の駆動を開始させる際に、一方のモータにオフセット電圧を加えながら、他方のモータに駆動電圧を与えて出力軸を駆動する制御を行うか否かを設定するもので、制御有りが１で、制御無しが０とされる。制御なしに設定した場合はｄｒｖ＿ｏｕｔ＝ｄｒｖ＿ｉｎとなり、制御器の出力をそのままモータ駆動に利用する。ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌは、オフセット制御時のモータのｄｒｖ＿ｏｕｔの設定を選択するもので、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌ＝１のｄｒｖ＿ｏｕｔと、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌ＝０のｄｒｖ＿ｏｕｔの出力をそれぞれのモータ駆動に利用する。０、１が対に設定される。
【００３３】
オフセット制御部は、出力軸の駆動を開始させる際に、パラメータでｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎ＝１に設定されている場合、パラメータのｏｆｆｓｅｔを基にオフセット電圧を設定する。出力軸の駆動を開始した後、オフセット制御部は、出力検出器１０により検出された検出結果から得られるモータ軸の動作状況、すなわち位置や速度等に応じて、制御コントローラ１３から与えられる制御値ｄｒｖ＿ｉｎを入力値として対応する各出力値を出力し、各モータ６Ａ、６Ｂに設定する。
【００３４】
また、制御コントローラ８が出力検出器１０により検出された検出結果に基づき動作の切り替わりを確認したとき、制御コントローラ８またはオフセット制御部９が出力軸を駆動する最終段のギアに対して、反対方向となるオフセット電圧の大きさを変える。
【００３５】
動作の切り替わりは、検出結果としての位置等が予め決められた動作の完了位置等に達したか否かにより確認することができる。動作完了位置等に達したか否かは、偏差がなくなったかどうかにより判断することができる。この判断においては、一定の誤差範囲を考慮し、偏差が一定の範囲内であるかどうかを判断基準とすることができる。
【００３６】
オフセット制御部９も、制御コントローラ８と同様、プロセッサとメモリを備え、メモリが、プロセッサに対して、上記の各モータ６Ａ、６Ｂに各出力値を出力する処理を実行させるためのプログラムを格納することができる。
【００３７】
図７を参照して、オフセット制御部９により実行される処理を詳細に説明する。図７は、図６（ａ）、（ｂ）に対応するもので、パラメータのｌｉｍ＿ｍｏｄが設定なし、ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎ＝１でオフセット制御する場合のｄｒｖ＿ｉｎとｄｒｖ＿ｏｕｔとの関係を示した図である。この設定は、ｄｒｖｌｉｍｉｔをモータ最大ＰＷＭ付近に設定する場合に使用される。
【００３８】
図７中、縦軸は、オフセット制御部９の出力値（ｄｒｖ＿ｏｕｔ）であり、横軸は、オフセット制御部９の入力値（ｄｒｖ＿ｉｎ）である。
【００３９】
ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎ＝０でオフセット制御しない場合は、破線で示されるように、モータ６Ａ、６Ｂを同一ＰＷＭで制御し、同一の出力値をモータ６Ａ、６Ｂに対して出力する。すなわち、制御コントローラ８からの入力値に応じて、モータ６Ａ、６Ｂに同一の駆動電圧を与えて、モータ６Ａ、６Ｂを同じ方向に同じ回転速度で回転させ、出力軸に対して同一のトルクをかける。このことから、オフセット制御しない場合、駆動電圧の分配が均等となる。
【００４０】
一方、ｏｆｆｓｅｔ＿ｏｎ＝１でオフセット制御する場合は、入力値が正の値であって、その値が小さいときに、出力軸を駆動する際、モータ６Ａ、６Ｂの駆動電圧を同一にするのではなく、モータ６Ａに対しては一定の逆向きのオフセット電圧を持たせる。一定の逆向きのトルクをかけるためである。モータ６Ｂに対しては、入力値に応じて、駆動電圧にモータ６Ａのオフセット電圧を打ち消すだけ余分な電圧を加算する（図７中、（１）の領域）。これにより、出力軸が一定のトルクで両側から押されるので、バックラッシュを無くすことができる。
【００４１】
また、モータ６Ｂに対して加算する電圧を制御することで、出力軸の駆動を制御することができる。
【００４２】
入力値が正の方向に値が大きくなり、モータ６Ｂの駆動電圧がリミットに達すると、それまで一定のオフセット電圧を与えていたモータ６Ａの当該オフセット電圧を減少させ、モータ６Ｂと同じ回転方向に駆動するための駆動電圧に変える（図７中、（２）の領域）。すなわち、逆向きにかけるトルクを減少させる。なお、（２）の領域では、モータ６Ａがモータ６Ｂと同じ回転方向になった場合でも、回転速度の違いにより、逆向きにトルクがかかった状態となる。
【００４３】
逆向きにかけるトルクを減少させるときのモータ６Ａに対して与える電圧の増加割合を示す傾きは、モータ６Ｂに対して余分な電圧を加算するときの傾きと同じ傾きにすることができる。このため、２つの駆動電圧を加算すると、リミットに達するまで、２倍の傾きの駆動電圧となる。
【００４４】
なお、モータ６Ｂの駆動電圧がリミットに達し、モータ６Ａのオフセット電圧を減少させる開始時の入力値は、出力値のリミットと同様の入力値のリミットとオフセット電圧（ｏｆｆｓｅｔ）とを用い、（ｄｒｖｌｉｍｉｔ−ｏｆｆｓｅｔ）／２とすることができる。（２）の領域の入力値の範囲は、（ｄｒｖｌｉｍｉｔ−ｏｆｆｓｅｔ）／２からリミットまでの範囲となるので、その範囲は、（ｄｒｖｌｉｍｉｔ＋ｏｆｆｓｅｔ）／２となる。
【００４５】
入力値が正の方向に値がさらに大きくなり、モータ６Ａ、６Ｂに与える駆動電圧が共にリミットに達すると、出力値が一定となり、一定レベルの電圧をかけている状態になる（図７中、（３）の領域）。
【００４６】
出力軸の駆動を制御する場合、入力値が正の値ばかりではなく、負の値になることもある。例えば、目標位置より行き過ぎてしまい、行き過ぎた分戻るような場合である。この場合、上述した制御とは逆の制御となる。
【００４７】
入力値が小さいときに、出力軸を駆動する際、モータ６Ｂに対してオフセット電圧を持たせ、入力値に応じて、モータ６Ａの駆動電圧をモータ６Ｂのオフセット電圧を打ち消すだけ余分な電圧を加算した電圧にする（図７中、（４）の領域）。入力値が負の方向に値が大きくなり、モータ６Ａの駆動電圧がリミットに達すると、それまで一定のオフセット電圧を与えていたモータ６Ｂの当該オフセット電圧を減少させ、モータ６Ａと同じ回転方向に駆動するための駆動電圧に変える（図７中、（５）の領域）。入力値が負の方向に値がさらに大きくなり、モータ６Ａ、６Ｂに与える駆動電圧がリミットに達した後は、出力値が一定となり、一定レベルの電圧をかけている状態になる（図７中、（６）の領域）。
【００４８】
このようにして、オフセット制御部９は、オフセット制御する場合、各モータ６Ａ、６Ｂに設定する電圧の分配方法を変える。すなわち、入力値のいずれにおいても均等の電圧に分配するのではなく、入力値に応じて異なる電圧に分配する。
【００４９】
ちなみに、オフセット電圧は、ギアのバックラッシュ分を移動させるために使用される。なお、この移動だけでは外部負荷はかからない。バックラッシュ分を移動させるだけで良いため、例えばリミットまでの駆動電圧の５％程度の電圧をオフセット電圧としてかけることができる。この程度のオフセット電圧をかけることで、充分にバックラッシュを減らす効果を得ることができる。
【００５０】
図７を参照して、ｌｉｍ＿ｍｏｄを設定なしとした場合の処理について説明したが、ｌｉｍ＿ｍｏｄを設定ありとした処理にしてもよい。この設定は、ｄｒｖｌｉｍｉｔを小さめに設定し、バックラッシュ制御よりもトルクアップを図りたい場合に使用される。
【００５１】
モータ６Ａ、６Ｂに与える駆動電圧がリミットに達した後、（３）、（６）の領域では、同一ＰＷＭで制御する。このとき、モータ６Ａ、６Ｂに同一の電圧をかけ、協調動作している状態になる。
【００５２】
図９は図８（ａ）、（ｂ）に対応するものである。図７とは異なり、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌ＝１のｄｒｖ＿ｏｕｔをモータ６Ａの駆動に利用し、ｏｆｆｓｅｔ＿ｓｅｌ＝０のｄｒｖ＿ｏｕｔの出力をモータ６Ｂの駆動に利用する。
【００５３】
そして、本実施形態２の駆動装置１００では、コンプライアンス性無しのモードとコンプライアンス性有りのモードとを、図６及び図７の制御を行うか、図８及び図９の制御を行うかで切り替えるようにしている。
【００５４】
ロボットアームを例にし、挿入が必要なワークのピックアンドプレース動作を考える。アプローチ及びワークの把持動作時はコンプライアンス性無モードで動作させることで、剛性を高くし、制御性を高めることで、位置決め精度の向上や整定時間の短縮が見込める。抜く動作及び挿入動作の際は、コンプライアンス性有モードで動作させることで、剛性が低くなり、抜き差し位置が多少ずれていても、減速機構に負荷をかけることなくスムーズに抜き差し動作を行うことができる。
【００５５】
この実施形態２によれば、ダブルモータ制御方式を持つ駆動装置において、減速機部分をはすば歯車にし、軸間に弾性体を組み込んだうえで、出力軸にかかる力を調整及びその方向を切り替えることにより、外力をフィードバック制御することなく、剛性（コンプライアンス）の高低を容易に切り替えられる。
【００５６】
なお、図６及び図７のモードと、図８及び図９のモードとの間のモード切り替え時はオフセットの方向が切り替わり、切り替え中に必ずバックラッシュ領域に入ることになる。その時に出力軸に遊びが発生して、出力軸の位置がずれてしまうことが懸念される。そのため、切り替え時は出力軸のエンコーダ等の出力検出器１０（図５参照）を用いて位置あるいは速度をフィードバックする。
【００５７】
また、制御電圧を急に切り替えると、２つのモータが急に動作して、出力軸にガタが生じてしまう懸念があるため、オフセットは一定の割合で緩やかに変化させてモード切り替えを行うようにする。切り替え後は通常の制御に戻すようにする。こうすることで、動作中も位置決め精度を落とすことなく、コンプライアンスのモード切り替えを実施することが可能となる。
【００５８】
〔実施形態３〕
次に本発明の他の実施形態（実施形態３）に係る駆動装置１００について説明する。この駆動装置１００は、実施形態２の駆動装置１００が、図６及び図７の制御を行うか、図８及び図９の制御を行うかで切り替えるのに対し、図２の向きのスラスト推力がかかる図８のコンプライアンス性を有するモードのみでダブルモータ方式の制御を行い、オフセット電圧の大きさを切り替えたり、バックラッシュ制御をオフにしたりするものである。他は実施形態２の駆動装置１００と同様である。
【００５９】
オフセット電圧の大きさを切り替えることで、コンプライアンス性有モードのみでも実施形態２と同様の処理が可能である。つまり、ワークを持っていない状態のように出力軸に高負荷トルクがかからない状況であれば、オフセットトルクを低めに変更することで、良好なコンプライアンス性を得る。一方、アプローチ及びワークの把持動作時はオフセットトルクを高めることで、コンプライアンスが生じるまでの負荷トルクを高め、位置決め精度や整定時間を落とすことなく動作させることが可能である。
【００６０】
抜く動作及び挿入動作の際は、オフセットトルクを低くすることで、コンプライアンスが生じるまでの負荷トルクを低くし、多少の位置ずれがあってもスムーズに抜き差し動作を行うことが可能とある。
【００６１】
なお、このオフセット電圧の切り替えによるコンプライアンス性の切り替えは、実施形態２の駆動装置におけるコンプライアンス性有りのモードに適用することもできる。
【００６２】
〔実施形態４〕
次に本発明の他の実施形態（実施形態４）に係る駆動装置１００について説明する。この駆動装置１００は、出力軸に係る負荷トルクの値を推定するものである。図１０はそのブロック図である。実施形態２乃至３の駆動装置１００との違いは、モータ６Ａ、６Ｂ側にエンコーダ等の位置検出器６１Ａ、Ｂがあり、これと、出力軸の位置などの出力検出器１０とに基づいて出力軸に係る負荷トルクの値を推定する。
【００６３】
コンプライアンス性有モードではオフセットトルクにより、出力軸に一定以上の負荷トルクがかかると、出力軸が回転して、コンプライアンスが生じるようになる。このオフセットトルクと、主力軸に係る負荷トルクと、出力軸の回転量との間には、図４を用いて説明したような関係が存在する。ピニオンギヤの軸受けに組み込んでいるバネ５は弾性率は固定なので予め求めて置くことができる。よって、これらの関係を予め実験で求めておくことで、主力軸に負荷トルクがかかって出力軸が回転したときの、出力軸の回転角度とモータの回転角度とのずれ量によりかかっているトルクの値が算出できる。
【００６４】
よって、本実施形態４では、出力軸にエンコーダ等の位置検出器６１Ａ、Ｂがあるため、主力軸に負荷トルクがかかって出力軸が回転したときの、出力軸の回転角度とモータの回転角度を比較することで、角度のずれ量が算出される。この算出したずれ量からコンプライアンス性有モードにおいて出力軸にかかっている負荷トルクの推定が可能となる。図１０における符号１１が推定部を示す。この推定部１１からの出力する推定値１１ａを用い、推定値が閾値を超えたら、例えばロボットアームの動きを停止するか、主力軸に係る負荷トルクが小さくなるような駆動に切り替えるなどの制御を行うことができる。
【００６５】
〔実施形態５〕
次に本発明の駆動装置を備えたロボットの実施形態（実施形態５）について説明する。図１１は、本実施形態５に係るロボットであるマニピュレータ装置７００の概略構成を示す図である。このマニピュレータ装置７００は、２つの関節部を備えた２自由度のマニピュレータ装置であり、回転ステージ上に取り付けるなどして使用される。第一アーム７０１と第二アーム７０２とを有し、第二アーム７０２にの先端にエンドエフェクタとしてピッキングハンド７０３を備えている。第一アーム７０１の基端は台座７０４の上部に固定された支持体７０５の上端に回転可能に取り付けられている。両者の取付部で第一関節部７０６を構成している。この第一アーム７０１の先端に第二アーム７０２の基端が回転可能に取り付けられ、両者の取り付け部で第二関節部７０７を構成している。第一関節部７０６などを，実施形態２乃至４のいずれかに係る駆動装置１００の具体例を用いて構成している。
【００６６】
図１２は、具体例に係る駆動装置１００の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。ハウジング１２０は前ハウジング１２１と後ハウジング１２２とからなる。前ハウジング１２１に形成された開口から出力フランジ１０９が露出している。この出力フランジ１０９が駆動装置１００の出力ギヤ３の軸と一体になつている。前ハウジング１２１の前面には第一ブレーキ機構１４０と第二ブレーキ機構１９０が取り付けられている。後ハウジング１２２の背面側に第一モータ１０１と第二モータ１５１が取り付けられている。
【００６７】
これらのモータ１０１、１５１は先の実施形態のモータ６Ａ、Ｂに相当する。ハウジング１２０には駆動装置１００を他の装置に固定するための複数の固定用孔１２０Ａも形成されている。そして、ハウジング１２０内に、第一モータ１０１と第二モータ１５１のそれぞれから減速して出力フランジ１０９に回転力を伝達するための第一駆動伝達系と第二駆動伝達系とを備える。この出力フランジ１０９が実施形態２乃至４のいずれかに係る駆動装置における出力軸２と一体になっている。
【００６８】
図１３は第一関節部７０６を構成する部分の断面図である。第一アーム７０１の本体であるアーム本体７０１Ａを駆動対象する駆動装置として駆動装置１００を支持体７０５に固定して用いている。アーム本体７０１Ａは、一体化された回転軸部材７０１Ｂを介しベアリング７０５Ａで支持体７０５に回動可能に取り付けられる。駆動装置１００は、出力フランジ１０９の回転軸が、アーム本体７０１Ａの回転軸７３０Ｌと一致するように、支持体７０５の内部に配置される。この配置にあたり、駆動装置１００は、前ハウジング１２１の前面に形成された凹部に、支持体７０５の内面から突出した位置決めピン７１２が嵌め込まれることにより、支持体７０５に対する回転角度の位置決めを容易に行えるようになっている。そして、駆動装置１００は支持体７０５の内面に対して複数の固定ネジ７３１によって固定される。固定ネジ７３１による固定は例えば３箇所で行う。
【００６９】
駆動装置１００によるアーム本体７０１Ａの駆動制御でも制御手段の構成やその制御の仕方の具体例としては、実施形態２乃至４の何れか駆動装置１００と同様のオフセット制御などを用いることができる。アーム本体７０１Ａの回転方向および回転量（回転角度）の制御は、上位のコントローラからモータの回転方向および回転量（回転角度）を制御する。これにより、アーム本体７０１Ａの回転をブレーキ機構によって制動可能としつつ、上位のコントローラから第一及び第二のモータ１０１，１５１を制御することにより、アーム本体７０１Ａの回転を制御することができる。また、上位のコントローラからブレーキ機構を制御することにより、アーム本体７０１Ａの回転を制動することができる。
【００７０】
なお、図１２及び図１３を用いて説明した以上の第一関節部７０６の構成は、第二関節部７０７にも適用できる。すなわち、第一アーム７０１に駆動装置１００を取り付け、この出力フランジ１０９を第二アーム７０２に固定して駆動対象として第二アーム７０２を駆動するようにできる。
【００７１】
また、図１２及び図１３にロボットアームの関節部分を示すように、このような関節部分を備えたロボットであれば、図１１にロボットに限らず、産業用ロボットや家庭用ロボット等など、ロボットアームを備える様々な用途のロボットが対象となり得る。
【符号の説明】
【００７２】
１            ：駆動伝達装置
２            ：出力軸
２Ａ          ：ピニオンギヤ
２Ｂ          ：ピニオンギヤ
３            ：出力ギヤ
５Ａ          ：バネ
５Ｂ          ：バネ
６Ａ          ：モータ
６Ｂ          ：モータ
７            ：偏差計算部
８            ：制御コントローラ
９            ：オフセット制御部
１０          ：出力検出器
１０          ：検出器
１１          ：推定部
１１ａ        ：推定値
２１Ａ        ：軸受け
２２Ａ        ：支持板
２３Ａ        ：軸部材
５４          ：バネ
６１Ａ        ：位置検出器
１００        ：駆動装置
１０１        ：第一モータ
１０９        ：出力フランジ
１２０        ：ハウジング
ｆ１          ：円周方向荷重
ｆ１Ａ        ：円周方向荷重
ｆ２          ：円周方向荷重
ｆ２Ａ        ：分力
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７３】
【特許文献１】特開２０００−９４３７７号公報
【図１】
2020148323.tif 000003
【図２】
2020148323.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020148323.tif 000006
【図５】
2020148323.tif 000007
【図６】
2020148323.tif 000008
【図７】
2020148323.tif 000009
【図８】
2020148323.tif 000010
【図９】
2020148323.tif 000011
【図１０】
2020148323.tif 000012
【図１１】
2020148323.tif 000013
【図１２】
2020148323.tif 000014
【図１３】
2020148323.tif 000015